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标题: 【悍马讲座】悍马动力系统——详解悍马供电模块中的四大天王（转） [打印本页]

作者: suboysugar 时间: 2009-10-17 21:35
标题: 【悍马讲座】悍马动力系统——详解悍马供电模块中的四大天王（转）
本帖最后由 suboysugar 于 2010-1-18 23:23 编辑

Hummer品牌语源　　美国军方于七十年代末期，根据越战经验，发现需要新一代的轻型多用途军车。当时军方所要求的军用车需要符合高机动性、多用途、有轮(非履带式)汽车，简称HMMWV(High Mobility Multi-purpose Wheeled Vehicle)。而Hummer正是取自HMMWV的昵称Humveer所译音而成HUMMER。

车系历史　　二十世纪70年代末期，美国陆军根据越战经验，开始研发新一代的轻型多用途军车，当

时军方所要求的军用车需要符合高机动性、多用途、有轮(非履带式)等要求，简称HMMWV(High Mobility Multi-purpose Wheeled Vehicle)，用以取代多款吉普车和各式四驱皮卡，目的是让统一制式的轻型军车能够实现更简便的模块化维修和保养，提高机动能力。

　　美国陆军造出了19辆XR311试验车。XR311在沙漠、草原有很好的表现，但最后因为成本太高、车尾因安放发动机无法载货而不符合军队多用途的要求，停止了进一步的开发。而在同一时期，超级跑车制造商兰博基尼也看准了军车市场，于1977年试制了几台高性能吉普车给美国军方试验，取名Cheetah。但由于其发动机在车后面，汽车的用途受限，无法取代小皮卡。兰博基尼后来把该车的市场转向了中东和富商，这就是LM002。

　　到二十世纪80年代初，AM General工程部总结了XR311和Cheetah落选的原因后，希望重新研制出同类的越野车交给美军测试。于是，他们制造了12台HMMWV。该车发动机位置从后置改为中置，位于两轴之间但在驾驶室之前。这个设计解决了前置发动机造成的车重不平均和后置发动机无法载货的两难局面。同时，也因为这个设计，车宽增加至近2.2米(不包括后视镜)，发动机的大半占据了驾驶员和前座乘客的中间，而自动变速器也正好放在后排两座位的中间。

　　HMMWV还使用全时四驱系统，采用V8 6.2升柴油机，省油的同时可以发出150匹马力，时

速最快达到110公里/小时。这12辆HMMWV分别加上不同的车身，以适合美军多用途的要求。经过在内华达州的沙漠进行的32000公里全面测试，其出色表现给美国军方留下了深刻印象。1983年，美国军方与其签订了定购测试车的合同，经过五个月的详尽评估以后, AM General公司赢得了一个最初生产55000辆HMMWV的合同。同年美国LTV公司从美国汽车公司手中购入AM General汽车公司。至今，Hmmwv系列车辆车产超过14万辆，美军方装备了10万辆，并出口到30多个国家和地区。

　　在1991年的海湾战争中，悍马了承担人员和物资的运输、遂行反坦克、通信中继、火炮牵引等多项任务等等。战后，美国五角大楼公布题为《波斯湾战争的胜利》的最终报告中称：“悍马满足了一切要求，或者说超出了人们的要求……显示了极好的越野机动能力。其可用性超过了陆军的标准，达到90%。很高的有效载重能力对美军来说也是绝对地保证。”

　　1992年，AM General又转入了Renco集团。同年，AM Genera推出了Hmmwv的民用车，取名Hummer，译音“悍马”，一个十分贴切的中文名称。由于优异的越野性能，被业内外人士誉为“越野车王”。反而“老祖宗”Hmmwv少人知晓。

悍马 H1（HUMMER H1）
　　1991年2月28日，世界瞩目的“海湾战争”（Persian Gulf War）正式结束后，因为

HMMWV在战场上英勇的形象，广受美国民众的喜爱。自此，各界喜好者的询问电话不断向AM General涌入，也让AM General开始让考虑推出民用型HMMWV的可能性。1992年，民用型HMMWV开始销售，正式定名为HUMMER。美国电影明星、曾任美国加州州长阿诺德·施瓦辛格（Arnold Alois Schwarzenegger）成为第一位拥有的人士。往后，不乏有知名人士特地指名购买的车辆之一，引起一波HUMMER流行的浪潮。

　　悍马H1沿用了Hmmwv的外观，凶悍十足。它不是为民间设计，而是为美军的严酷要求而设计出来的。军队要求汽车在几乎满负荷的使用情况下，其使用寿命长达12年。前所未有的动力性能、操纵性能及耐久性能，能够适用于各种特殊的路面，能够行驶许多运动型车辆无法行驶的道路，被业界誉为“越野车王”。它具有高尺寸的离地间隙，大角度的接近角和离去角，车体宽，重心低，V8柴油机，全时4轮驱动，独立悬挂，动力转向等。还有中央轮胎充气系统，驾车者可以变化轮胎气压，装配泄气保用轮胎，轮胎泄气时仍可以48公里时速行驶30公里。而悍马在舒适性、内部装饰、动力性能与军用型Hmmwv有所改变外，车型外表仍保持一致，在城市行驶特别的“另类”。

　　H1系列有五种车型，分别有两门、四门硬顶两厢体车，四门软蓬两厢体车，四门及两门皮卡。其动力来自一台6.5升涡轮增压柴油引擎。它位于车子中部，使整车的重量分布非常均匀。一种密封的中央稳压装置能保持系统压力平衡并保护主要部件不受玷污。每个部件上的通气软管都汇集到一条来自空气滤清器的中央软管。该系统使悍马能在近1米深的水中开一整天而不怕水，沙子和泥巴的侵袭。焊接而成的钢车架上有5条重负荷横梁，它们能充分吸收在恶劣路况下满载行驶时遭受的应力。这种结构赋予悍马无与伦比的力量和灵活性。高负荷多重冷却系统为冷却液，机油，变速器/分动器油和转向机油提供高质量的冷却服务。保证这些液体处于正常工作温度能延长发动机部件的寿命并使车子即使在最恶劣的状况下也能安全运转。

　　4L80E自动变速箱被广泛认为是有史以来最好，最耐用的4挡变速器。它不但使悍马容易驾驶，而且能通过平顺的动力传递提高车子的越野机动性。经过一段时间的学习，它还能适应并迎合你的驾驶方式。

　　大多数越野车的后轮都采用鼓式制动，因此倒车下坡时车子很难控制。悍马采用的半轴内置4轮盘式制动器，不论是倒车下坡还是向前行驶都十分有效，所以说4轮盘式制动器是不可替代的越野装备。

　　该车的分动器让驾驶员能改变传动形式以适应不同路况，提供分高低挡的全时4驱服务。整个传动系统的齿轮减速比为史无前例的33:1。极高的传动系中心线和带齿轮的轴头等设计赋予该车近半米的离地间隙。悍马在城市车流中和在野外丛林中一样敏捷。不论是在交通高峰时的公路上还是在拥挤的停车场里，该车驾驭起来一点也不比别的车费劲。助力转向，4挡变速器，独特的悬挂和小得惊人的转向半径使悍马异常灵活，操控起来不像卡车，更像跑车。

　　2006年1月，HUMMER加入了HUMMER H1 Alpha，提高发动机性能。2006年，由于HUMMER H1产品世代过于老旧、汽油销耗过大的批评及销售量锐减的影响下，年底停止生产。

　　性能参数

　　车长：4686mm

　　车宽：2197mm

　　车高：1905mm

　　整备质量：3102kg

　　发动机位置：前置

　　发动机型式：V-8 带增压电喷柴油机 DOHC双顶置凸轮轴

　　气缸数：8

　　点火方式：多点电喷

　　0-100Km/h加速时间：19.5s

　　变速器型式：4L65-E 4速自动变速器

　　排量：5967mL

　　最高车速：134 km/h

　　最大功率：125kW/3400rpm

　　最大扭矩：401N.m/1700rpm

　　油耗：16L/100km(平均)

　　排放标准：欧2

　　轴距：3302mm

　　驱动形式：全时四驱

　　悬架(前/后)：独立扭矩杆，单管气体减震，前稳定杆/五连可变弹簧，可变空气承载，单管气体减震，稳定杆

　　轮胎类型与规格：LT315/70R-17

　　制动装置型式(前/后)：前、后轮盘式制动器

　　转向器型式：齿轮齿条

　　标准配置

　　牵引控制方向调节转速表 AM/FM收音机

　　电动车窗动力转向电动加热倒车镜中央门锁

　　雾灯后除雾镜防盗装置 ABS刹车系统

　　副驾驶座安全气囊驾驶座安全气囊

　　CTIS中央轮胎充气系统小型储物箱

　　Run－Flat功能卤素大灯电动门锁高靠车斗式座椅

　　无逆流通风设备辅助油箱

对比经典的悍马H1的动力系统
　　发动机型式：V-8 带增压电喷柴油机 DOHC双顶置凸轮轴
　　气缸数：8
那么捷波悍马系列是否灵魂附体？是否一样承载悍马车强劲动力的一贯传统？看看下面的文章，自然明白：

●供电四大元素：PWM芯片、MOS管、电感、电容

当你在BIOS中设定完电压以后，供电部分是如何“加工”完后输送到CPU的呢？
主板BIOS设定好CPU电压之后，主板会根据电压识别信号（VID Code），而后按照一定的关系产生新的VID信号并送到PWM芯片上，此时PWM芯片相当于协调作用，通过DAC电压将其转换为基准电压，再经过MOS管，即场效应管轮流导通和关闭充电，将能量通过电感线圈后送到CPU，最后再经过调节电路使得输出电压与设定电压值相当。这样便完成了一个输送电的过程。
这一套PWM方法，是通过开关和反馈控制环，滤波电路将输入电压调制为所设定之电压输出的。
关于目前悍马系列主板的开发，Martin认为“尤其在供电部分采用5相供电，每个MOS管上通过的电流较原4相供电降低20%的强度。MOS管也选用7-8毫欧低内阻规格，目的是为了让加压超频变得更有效果。电容是经过105度下烘烤再进行容值测量和充放电测试认证的。整片悍马主板针对24个发热点监控测温，能确保用普通的电解电容都能有3年以上的使用寿命。当然，最终的成品会用固态电容，寿命会更长。”
注：VID（Voltage Identification Definition，电压识别认证）
◎元素一：PWM芯片，控制开关管的导通时间完成稳压功能
电脑主板 CPU供电是靠DC-DC变换电路产生的，这个变换电路的核心就是一个PWM（Pulse Width Modulation）控制芯片，PWM是脉冲宽度调制的英文缩写，使用脉冲宽度来控制开关管的导通时间完成稳压功能。
PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。

RT9241，这仅能提供2相的PWM芯片，如果出现在4相上肯定不适合

可以回到上一页中提到的供电问题，一个主板上可能总共有6、7相SWITCH（开关）电路供电，其中可能一相是内存的，一相是显卡的，剩下几相就是给CPU的。如果你使用的主板的PWM芯片规格总共6相，但光是CPU供电看上去就8相了，那就很有可能用了扼流线圈并联的方式，人为制造了8相供电的外观。

ISL6566 PWM控制芯片，能提供非常精准的数字化电压

   例如大家熟悉的ISL6566 PWM控制芯片，平常我们称它为相位电压调整控制芯片，全球著名IC品牌INTERSIL（英特锡尔）公司的产品。这款芯片是专门针对三项供电电路而设计的PWM芯片，它将三相供电电路驱动模块集成到一颗控制芯片上，彻底避免三相供电电路中由于单颗PWM芯片偏弱而导致的系统整体供电电路效率低下的情况出现。ISL6566数字供电芯片能够为处理器提供非常精准的数字化电压，而且波动相当微小，能够避免电压大幅度波动对处理器晶体管带来的致命伤害。
好的PWM芯片能做到什么呢？
PWM电源控制器来驱动Mosfet给CPU供电的时候，它能提供更好的瞬态响应和效率，可在例如CPU这样的设备进入挂起或休眠模式时改变输出电压，达到降低功耗和增强性能目的。另外，INTERSIL的方案，超频性能好，电源微调能力强，如果电源输出基本是固定的，电源微调能力差，不能满足玩家超频的需要。目前性能优秀的PWM芯片主要有Winbond、Richtek和Intersil的产品。
   悍马主板，为何没有使用数据供电模块？“数字供电模块效果怎么样还需要时间去验证，有时候新技术是好，但在初期实用过程中也难免有问题出现，我们暂时还会用比较有把握，驾轻就熟的SWITCH供电方式，何况数字供电模块目前只有美国一家厂供货，对工厂大量生产有供货隐患。”
◎元素二：Mosfet（场效应管）
   MOS场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-TranSIStor），属于绝缘栅型。它的优点在于，导通时的电阻很小；工作频率高（因为电路在脉冲工作状态时，要求器件能够快速的在导通与截止之间交替变换）；栅极等效容小等，另外开关MOSFET由于是工作于开关状态，因此对线性没有要求。

封闭式电感，具有很强的抗干扰性

由于场效应管工作在开关状态，导通时的内阻和截止时的漏电流都较小，所以自身耗电量很小，避免了线性电源串接在电路中的电阻部分消耗大量能量的问题。衡量Mosfet有一个关键值就是RDS值，这是MOSFET在导通状态下的内阻值，这个值当然是越低越好。
   影响供电效率的因素之一，便有开关管的原因。我们常常看到很多主板上面的供电电路部分MOS管上安装了散热片，就是为了降低发热量，提升转换效率的问题。转换效率依然无法改变，因而很可能引起CPU供电不足，因为电能都消耗在发热上了，这时候就会出现两相电源无法满足需要的情况。
   考量主板MOS管好坏，最直接的办法就是它的发热量，如果在通电情况下，MOS管上烫得无法让手指接触，说明MOS管用得不好；如果能让手指在其上停留10秒左右，说明MOS管的发热量处于正常水平，而如果只感觉到微热的话，那么该款主板的Mosfet就可以说是十分优秀了。目前在MOSFET的生产领域有很多公司，其中以Infineon，IR，飞利浦在技术上最为领先，性能最为优秀，还有Alpha、ST、On以及台湾的富鼎都是目前主板常用的品牌。
   MOSFET管售价并不低，一颗大约8元左右的成本。
◎元素三：电感
电感，是用线圈制作的,它的作用多是扼流滤波和滤除高频杂波。

电感，导线截面积越大，电阻越小。其横截面积可以使它在通过较大电流的时候不会过热。提供更大的横截面积，这样，电流在通过电感时的损耗可以降低到最小。其他厂商在此处大多使用单根材料绕制，那样会产生更多电力损耗，引起电感发热。
如果电流通过横截面较小的铜箔则容易引起损耗从而产生高热。为了解决这一困扰，工程师在多层PCB板电源供给部分的每一层都采用了整块铜箔的设计，至少4层铜箔组成了导体，可以提供足够的横截面积供电流通过。
◎元素四：电容
经过完开关电源的方式后，电源输出的杂波频率都在几十KHz至几百KHz，此时电容的作用出现了。电容，可以起到消除电路中的杂波的作用，将纯净的电流给CPU和内存等配件，从而为CPU提供相对稳定的电流供应，电容滤波效果不佳，就容易导致CPU供电不稳定。多个小电容的并联有利于减少电容内部的交流阻抗，能提供更好的高频滤波功能。

普通红宝石1500UF/16V电容批发价格在2.5元左右，而悍马HA01这样主板采用的固态电容大一个需要花费约6元，价格差距在一倍以上。
机箱电源出来的电流，如果用示波仪器观察会发现有很多的尖峰和杂波，这些尖峰和杂波都是主板稳定工作的大敌，因此主板必须对电源进行过滤和净化才能使用。在供电电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。

MartinChang经常会收到很多电容厂商送测的料件

针对不同的杂波用不同的元件来进行过滤和净化。主要的元件有扼流线圈和电容。原始电流首先流经扼流线圈(俗称线圈)，因为线圈有一个蓄能的特性，它可以初步过滤掉一些高频杂波，然后进入电容组进一步过滤、净化、拉平(把峰形波拉成方波)。
很多人觉得材料越高级越好，容量越大越好，导致很多厂商为了迎合这种心意，在元件用料上面大做文章，其实他们走入了一个误区，对电容的使用应该是够用就好。实验证明环境温度每升高10℃，电容的寿命就会减半。

简单理解：处理器（CPU）的耗电量是瞬息万变、极不稳定的，一会儿突然增大，一会儿又突然减小，如果把处理器的耗电量比作河水的话，那么这河水一会儿是涓涓细流、一会儿又变成滔滔洪水，而电容所起的作用就是像水库一样，通过不断的蓄水放水来达到保证平衡的目的。

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