[汽車之家 技術(shù)]  廣汽豐田全新凱美瑞將會在今年11月份上市，它也是首款國產(chǎn)的豐田TNGA（Toyota New Global Architecture，豐田新全球架構(gòu)）車型。除了煥然一新的外觀內(nèi)飾外，另一大看點便是源自TNGA架構(gòu)的全新動力總成，這其中包括了目前量產(chǎn)車中最高燃效的全新2.5L自然吸氣發(fā)動機，以及8AT自動變速箱、全新結(jié)構(gòu)的E-CVT自動變速箱。好了，現(xiàn)在讓我們坐下來，看看豐田為這次從“芯”出發(fā)做了哪些準備。

● 豐田TNGA架構(gòu)旗下已有多款量產(chǎn)車型產(chǎn)品

　　豐田TNGA架構(gòu)的首款車型是2015年12月在日本率先上市的第四代普銳斯。去年在海外上市的C-HR和今年在海外上市的新凱美瑞同樣源自與TNGA架構(gòu)。豐田預計，在2021年之前，豐田品牌車型銷量的60%以上將會是TNGA架構(gòu)衍生出來的產(chǎn)品。

　　根據(jù)目前的消息，率先國產(chǎn)的TNGA架構(gòu)車型為全新凱美瑞和C-HR。這兩款車型將落戶廣汽豐田，由廣汽豐田位于廣州南沙的全新第三工廠生產(chǎn)，該工廠設計產(chǎn)能為22萬臺/年。而C-HR的“姐妹車型”（就像雷凌和卡羅拉之間的關(guān)系）將會由一汽豐田位于天津的全新工廠生產(chǎn)，該工廠設計產(chǎn)能為20萬臺/年。未來一段時間，豐田在中國推出的TNGA架構(gòu)車型都會由這兩個工廠生產(chǎn)。

　　豐田TNGA架構(gòu)的理念與其他廠商采用的模塊化平臺略有區(qū)別，除了模塊化生產(chǎn)外，其在項目規(guī)劃、產(chǎn)品設計、研發(fā)階段形成了更為統(tǒng)一的整體。相比早年間單一車型單一平臺的做法而言，車輛零部件通用率更高。因此，TNGA架構(gòu)的使用無疑對豐田降低產(chǎn)品研發(fā)、制造不同環(huán)節(jié)的周期、成本都大有裨益。

　　豐田TNGA架構(gòu)的應用是的其產(chǎn)品在動力系統(tǒng)、車身結(jié)構(gòu)、制造工藝、懸架系統(tǒng)、空氣動力學、NVH性能以及人體工程學上都作出了優(yōu)化來實現(xiàn)整車性能的進一步提升，其中又以動力系統(tǒng)的改進最為明顯，這也是下文將要展開講解的內(nèi)容。

● 進一步實現(xiàn)節(jié)能、減排和電動化是TNGA架構(gòu)動力系統(tǒng)的目標

　　歐盟排放法規(guī)一直倒逼著汽車制造廠商進行技術(shù)改進，以降低車輛二氧化碳及有害氣體的排放量。2008年，歐盟確立了2020年歐盟境內(nèi)銷售的新車二氧化碳排放量要降低至95g/km的目標。作為一個全球性車企，豐田必須在“大限”到來之前把旗下車型產(chǎn)品的排放指標提升至歐盟標準以上，以保持其產(chǎn)品競爭力。按照豐田的計劃，在2021年之前，豐田旗下車型產(chǎn)品的二氧化碳排放量將降低15%以上（相比2015年的產(chǎn)品）。

　　豐田的節(jié)能減排思路在大方向上和各大廠商保持一致，通過提升發(fā)動機熱效率、降低發(fā)動機運轉(zhuǎn)損耗以及增強動力系統(tǒng)電動化程度來實現(xiàn)。技術(shù)升級的難點在于，在節(jié)能減排的同時不能降低動力輸出性能，最好還能夠在輕量化和小型化方面有所建樹。

　　豐田在過去的日子里都堅持自主研發(fā)和精益生產(chǎn)，對技術(shù)的專注孕育了全球首款量產(chǎn)混合動力車型普銳斯和全球首款量產(chǎn)氫燃料電池汽車Mirai。但在汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品迭代提速的今天，為了實現(xiàn)新車型產(chǎn)品的開發(fā)及緊跟技術(shù)的發(fā)展，豐田不得不通過聯(lián)合開發(fā)和技術(shù)共享來緊跟時代發(fā)展。豐田經(jīng)營方式的改變正是為了應對上面提到的技術(shù)升級難點眾多與較短開發(fā)周期的沖突。從某個程度上來說，TNGA架構(gòu)帶來的開發(fā)周期縮短優(yōu)勢也是應對產(chǎn)品迭代提速的產(chǎn)物。

　　電動化是汽車行業(yè)未來的重要發(fā)展趨勢，而電池、電機、電控這“三電系統(tǒng)”則是成就電動/混動汽車的關(guān)鍵因素。有鑒于此，豐田將在2021年前增加電動化技術(shù)開發(fā)人員30%以滿足電動化技術(shù)開發(fā)的人員需求。從TNGA架構(gòu)混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的重大改變（具體變化我們在下文詳細講解），我們可以看到豐田在電動化領(lǐng)域“招兵買馬”后成果初顯。

● 發(fā)動機模塊化設計和柔性化生產(chǎn)

　　在過去，豐田不同系列的發(fā)動機產(chǎn)品會采用不同的設計，零部件通用性不高。而到了TNGA架構(gòu)，豐田將更多地采用統(tǒng)一的設計以提升零部件通用化率。TNGA架構(gòu)發(fā)動機的氣缸容積和氣缸數(shù)實現(xiàn)了模塊化，規(guī)格數(shù)量相較過去有所減小。工程師通過選取特定的氣缸容積規(guī)格以及氣缸數(shù)來設計出新的發(fā)動機產(chǎn)品。

　　發(fā)動機的模塊化設計使得在工廠可以采用統(tǒng)一的加工設備和工裝來實現(xiàn)發(fā)動機零部件的加工及整機組裝工作，提升生產(chǎn)線生產(chǎn)效率和柔性化程度（同一條生產(chǎn)線能共線生產(chǎn)更多種類的發(fā)動機）。

● 長沖程、高壓縮比的全新2.5L自然吸氣發(fā)動機

　　新凱美瑞上搭載的2.5L自然吸氣發(fā)動機是首款誕生自TNGA架構(gòu)的發(fā)動機產(chǎn)品，其代號為“A25A-FXS”。這款發(fā)動機經(jīng)過不同的調(diào)校后會搭載在傳統(tǒng)燃油車型以及混合動力車型之上。

　　A25A-FXS發(fā)動機采用的是長沖程設計，活塞行程與氣缸直徑的比值為1.2。長沖程設計配合大調(diào)整范圍、電機控制的進氣門正時調(diào)節(jié)機構(gòu)，可在部分負載區(qū)間實現(xiàn)膨脹比大于壓縮比的阿特金森工作循環(huán)以提升發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。

　　應用在傳統(tǒng)燃油車型上的A25A-FXS發(fā)動機壓縮比為13:1，而應用在混合動力車型上的A25A-FXS發(fā)動機壓縮比為14:1。在目前的中國市場上，只有馬自達創(chuàng)馳藍天系列發(fā)動機（排量為1.5L、2.0L、2.5L）采用了高達13:1的壓縮比。采用更高的壓縮比能夠提升發(fā)動機的熱效率，從而實現(xiàn)燃油經(jīng)濟性的提升，這也是未來發(fā)動機的重要發(fā)展方向之一。

　　一般的發(fā)動機氣缸蓋氣門座位置會安裝一個氣門座圈，安裝座圈后，氣門工作時會直接與座圈接觸而不是氣缸蓋氣門座位置。這個氣門座圈由合金鑄鐵或粉末冶金或奧氏體鋼材料制成，耐高溫和沖擊載荷的能力比普通鑄鐵或鋁合金強。氣門座圈的存在可以延長氣缸蓋的使用壽命。A25A-FXS發(fā)動機利用激光熔覆工藝在氣缸蓋進氣門氣門座位置焊接上一層高強度的合金來充當氣門座圈（熔覆合金后還需要進行后續(xù)的機加工，排氣門依然采用傳統(tǒng)的氣門座圈實現(xiàn)增強耐久性的目的）。

　　在冷卻系統(tǒng)方面，A25A-FXS發(fā)動機采用了電動水泵、水套墊片，并在氣缸蓋上集成了EGR廢氣再循環(huán)冷卻管路。電子水泵工作時不直接消耗發(fā)動機動力，降低了發(fā)動機的負載；水套墊片對冷卻液起到導流作用，能夠在高負載工況時降低排氣門附近的溫度，降低爆震發(fā)生的幾率，為發(fā)動機工作在高壓縮比提供保證；EGR廢氣再循環(huán)冷卻管路集成化對發(fā)動機小型化有一定的貢獻。

　　4-2-1排氣系統(tǒng)由于排氣管路比普通的4-1排氣系統(tǒng)更長，所以會導致三元催化器升溫更慢。為解決這個問題，豐田在避免排氣干涉的前提下縮短了4-2-1排氣系統(tǒng)的管路長度，讓發(fā)動機排氣口更接近三元催化器；同時通過采用升溫更快的三元催化器來滿足暖機工況的排放指標。如果我們對比馬自達的4-2-1排氣系統(tǒng)以及該豐田發(fā)動機的排氣系統(tǒng)，我們可以看出豐田的這套4-2-1排氣系統(tǒng)管路更短、更直，這都是為了加速三元催化器升溫的針對性設計。（點擊查看馬自達4-2-1排氣系統(tǒng)解析）

　　相比現(xiàn)款凱美瑞上搭載的2.5L 5AR-FE發(fā)動機，應用在傳統(tǒng)燃油車型上的A25A-FXS發(fā)動機熱效率由5AR-FE發(fā)動機的35%提升至40%，最大馬力提升了21馬力，達到205馬力，最大扭矩提升了15�！っ�，達到250牛·米。A25A-FXS發(fā)動機相比舊款發(fā)動機，在動力性能和燃油經(jīng)濟性上有了全面的提升。這款發(fā)動機目前是世界上熱效率最高的量產(chǎn)2.5L汽油發(fā)動機。

● 優(yōu)化液力變矩器后的8AT變速箱

　　TNGA架構(gòu)下的這款應用在前置前驅(qū)車型上的8AT變速箱出自愛信（豐田是愛信的其中一個大股東）之手，國產(chǎn)全新凱美瑞即將搭載的就是這款變速箱。TNGA架構(gòu)下的這款8AT變速箱（下稱“豐田全新8AT變速箱”）在液力變矩器總成上有較大的優(yōu)化。

　　液力變矩器總成主要由鎖止離合器、扭轉(zhuǎn)減振器和液力變矩器這三部分組成。豐田全新8AT變速箱采用了多片式鎖止離合器，并擴大了鎖止離合器的鎖止范圍（即在更低的車速下，鎖止離合器就會結(jié)合，使發(fā)動機與變速箱之間實現(xiàn)剛性連接），讓車輛給人以更好的直接驅(qū)動感，提升了變速箱的傳動效率和燃油經(jīng)濟性。

　　由于鎖止離合器鎖止范圍的提升，液力變矩器不再需要傳遞非常大的扭矩，僅僅在起步時實現(xiàn)發(fā)動機與變速箱之間的傳動工作，所以其尺寸可以設計得更小。同樣的設計思路，我們在馬自達創(chuàng)馳藍天6AT變速箱上也能看到（點擊查看創(chuàng)馳藍天6AT變速箱拆解內(nèi)容）。為了在鎖止離合器結(jié)合后，有效抑制發(fā)動機的振動、沖擊傳遞至變速箱，液力變矩器內(nèi)部帶有一個高阻尼扭轉(zhuǎn)減振器。這個高阻尼減振器內(nèi)部帶有彈簧元件，可對振動和沖擊起到緩沖作用。

　　相比舊款的6AT變速箱，豐田全新8AT變速箱的總長度縮小了5mm，齒輪箱的長度縮小了15mm。由于擋位數(shù)的增多，豐田全新8AT變速箱的齒比范圍更寬廣，有利于增強起步時的提速性能及高速巡航時的燃油經(jīng)濟性。

● 應用在后驅(qū)車型上的10AT變速箱

　　除了上面介紹到的8AT變速箱外，TNGA架構(gòu)下還有專為前置后驅(qū)車型而設計的10AT變速箱。這款全新的10AT變速箱同樣由愛信打造。雷克薩斯LC500車型便采用了這款全新的10AT變速箱。豐田下一代皇冠也有可能會采用這款變速箱。

　　與上文介紹的用于橫置發(fā)動機平臺的8AT變速箱一樣，這款全新10AT變速箱采用了多片式鎖止離合器，同時增大了鎖止離合器的鎖止范圍，讓車輛給人以更好的直接驅(qū)動感，提升了變速箱的傳動效率和燃油經(jīng)濟性。

　　該10AT變速箱主要是為高端車型或注重運動性能的車型配置的，所以其換擋速度至關(guān)重要。官方公布該變速箱的換擋時間為220毫秒。這與一直以換擋速度見長的雙離合變速箱200毫秒（大眾的數(shù)據(jù)）的換擋時間已非常接近了。

● 與2.5L A25A-FXS發(fā)動機匹配的混合動力系統(tǒng)

　　與2.5L A25A-FXS發(fā)動機匹配的混合動力系統(tǒng)實際上就是應用在第四代普銳斯上的第四代THS（Toyota Hybrid System）混合動力系統(tǒng)（下稱“THS-IV”）。

　　相比現(xiàn)款凱美瑞混合動力車型，采用2.5L A25A-FXS發(fā)動機+THS-IV的全新凱美瑞混合動力車型在油耗上有20%的提升（JC08標準），加速時間縮短10%（40-70km/h中間加速時間）。

　　從參數(shù)上來看，鎳氫電池的容量要大于鋰電池，該電池或?qū)�應用在配備E-Four電動四驅(qū)系統(tǒng)（后橋安裝一個電動機實現(xiàn)四驅(qū)功能）的車型之上。中國市場全新凱美瑞混合動力車型應該只有兩驅(qū)版本，所以預計會配置鋰電池作為動力電池。

　　豐田以往的混合動力系統(tǒng)的電池都布置在后備箱內(nèi)。由于新的動力電池體積更小，因此能布置在后排座椅下方（與油箱布置在一起），不再占用后備廂空間。

● 與1.8L 2ZR-FXZ發(fā)動機匹配的插電式混合動力系統(tǒng)

　　與1.8L 2ZR-FXZ發(fā)動機匹配的混合動力系統(tǒng)目前已經(jīng)搭載在第四代普銳斯之上，也就是上文提到的THS-IV。而豐田普銳斯有混合動力版和插電式混合動力版之分，其中混合動力版車型稱為普銳斯，而插電式混合動力版車型稱為普銳斯Prime。

　　雙電機同時輸出使得普銳斯Prime能夠以135km/h（上一代普銳斯插電混動版車型純電動行駛最高時速為100km/h）的車速進行純電動行駛，也提升了車輛的加速性能。普銳斯和普銳斯Prime動力總成的主要差別就只有上文提到的單向離合器，零部件通用率極高，也體現(xiàn)出TNGA架構(gòu)混合動力系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。

　　普銳斯Prime延長了純電動續(xù)航里程至40km（上一代普銳斯插電混動版車型為26.4km），并提升了充電效率，采用快充的話，能夠在短時間（20分鐘）內(nèi)充滿80%的電量。

　　普銳斯Prime的動力電池采用了鋰離子電池，布置在后備廂內(nèi)，與普銳斯一樣帶有輔助電池升溫的系統(tǒng)，能夠避免電池在冬季出現(xiàn)容量下降的情況。應用在普銳斯Prime上的這套插電式混合動力系統(tǒng)未來或?qū)⑼ㄟ^與不同排量的發(fā)動機搭配，推廣至TNGA架構(gòu)下不同級別的插電式混合動力車型之上。

● 全文總結(jié)：

　　同為日本廠商，豐田相比本田和馬自達，算是一個比較低調(diào)的廠商，一貫以來不熱衷于宣揚自己的技術(shù)。從TNGA架構(gòu)的動力總成技術(shù)來看，豐田依然擁有領(lǐng)跑世界的實力。在混合動力技術(shù)領(lǐng)域超過20年的積累使得豐田擁有更雄厚的技術(shù)資本來適應新能源汽車時代的市場變化。本文中提到的TNGA架構(gòu)動力系統(tǒng)技術(shù)均已經(jīng)落實到量產(chǎn)車型之上。對于中國市場而言，最快落地的TNGA架構(gòu)車型的將會是今年11月份即將上市的全新凱美瑞，而C-HR也預計會在明年上市。隨著TNGA架構(gòu)車型相繼落地，豐田全系車型都將迎來一個技術(shù)升級期。對于消費者而言，我們未來幾年里將能買到更省油、更環(huán)保的豐田汽車。（圖/文/汽車之家 常慶林）