更快、更顺、更远,本田i-MMD混动系统的兼收并蓄

  • 云说
  • 发表于: 2019/09/02 15:19:00 来源:车云网

从兼收并蓄,到体验升级,i-MMD不止省油那么简单。

在如今的电气化浪潮下,各大车企争相推出“触电”或纯电动产品,不过结合消费者用车场景,无论是PHEV还是EV车型,都存在对充电设施的依赖或里程焦虑,而在节能减排的大背景下,既迎合发展趋势,也强调用户体验的便是油电混合动力车型。

在该细分市场中,最具代表性的当属东风本田INSPIRE和CR-V的锐·混动车型,及其搭载的本田第三代i-MMD混动系统。除了相比纯燃油版油耗更低外,驾乘体验的升级,也是该混动系统为INSPIRE和CR-V两款产品增色的地方。 

至于体验升级如何表现,经过一番测试,我认为可概括为更快、更顺、更远三个维度。 

结构与第三代的进化点 

先来了解一下本田第三代本田i-MMD混动系统的结构吧,简单的说,该系统由支持阿特金森和奥托双循环切换的2.0L发动机、两台电动机和一个直连模式离合器组成。作为本田i-MMD混动系统的核心,多平行轴综合传动装置让该系统拥有多种动力输出模式,虽然没有传统变速箱中的液力变矩器等组件,但其设计思路与常规CVT变速箱较为相似,所以也被称为e-CVT。 

需要说明的是,区别于丰田THS系统,本田i-MMD混动系统采用多片离合器代替了前者的行星齿轮组,得益于更加简单的结构,从理论上说本田i-MMD混动系统的传动效率较THS更高。 

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值得一提的是,如今出现在INSPIRE和CR-V上的“本田i-MMD混动系统”,已是该混动系统的第三代产品,相比前两代,本田对该系统的整体优化,更是实际表现升维的关键,其中包含: 

 a、应用镜面/充钠气门和高流量EGR阀等技术,减少热损失且EGR通道内压力损失降低了70%;

b、2.0L发动机压缩比提升至13.5,并借助铸铁缸套、曲轴颈微抛光、曲轴轴心线偏置和活塞裙优化等技术升级,该发动机热效率提升至40.6%,燃油经济性较上代提升了10%;

c、驱动电机采用方形铜线与更高绕组密度,功率、扭矩分别较上代提升了11kW和8Nm,达到了135kW+315Nm,而体积和重量比上一代降低了23%;

 d、动力控制单元(PCU)通过降低半导体的功率损耗,高度集成化等技术,体积与重量较前作分别降低了23%和28%;

e、伴随电池功率、能量密度、冷却效率的提升,以及辅助部件的小型化和轻量化设计,智能动力单元(IPU)体积与重量相比上一代分别降低了11%和6%。 

也就是说,第三代本田i-MMD混动系统不仅是当前众多油电混合动力系统中的佼佼者,更是本田技术进步的集大成者。重点在于,专注于提升效率、简化结构的本田i-MMD混动系统,在实现降低油耗、优化体验的同时,对系统可靠性的强化,也可视为本田与东风本田从用户角度出发的思考方式。 

此外,2.0L发动机可输出107kW最大功率和175Nm峰值扭矩,驱动电机的功率和扭矩分别达到了135kW和315Nm,系统综合输出功率为158kW,充足的动力储备也是锐·混动车型动态表现更佳的基石。 

如何做到更快? 

在小编看来,本田i-MMD混动系统智能化的动力输出模式,以及对发动机和电动机自身特性的巧妙结合,无疑是该系统实现“更快”的关键因素。

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从上图来看,面对日常驾驶的不同工况,发动机和电动机会在不同时机“独当一面”或“全力冲刺”,其能量管理策略的逻辑如下: 

起步加速:本田i-MMD 混动系统选择了效率较高、反应迅捷的纯电驱动模式,由于匹配了最大315Nm 的驱动电机,只要电池电量足够,整车便可以实现优秀的加速性能。

低中速巡航:在电池电量充足的情况下,本田i-MMD混动系统会选择纯电巡航;当电池电量消耗到一定程度后,发动机启动,一方面驱动整车行驶,另一方面给电池补充电量。

加速超车:发动机维持开启状态,同时电机也加入驱动工作,两者协力实现中高速超车,电池电量下降。

中高速巡航:发动机驱动整车行驶,并给电池补充电量,以弥补加速超车中的电能损失;电量充足之后,切换到纯电模式。两者循环往复,保证整车低油耗。

制动阶段:发动机停止工作,电机通过能量回收补充电能,储备为下次使用。 

可见,根据工况与驾驶员需求的不同,发动机和电动机在交替工作之余,本田i-MMD混动系统还能够“伺机”为锂电池组充电,并将电池电量维持在30-70%之间,以保证系统有足够的电能驱动车辆。 

之所以采用该逻辑的深层原因在于,内燃机(发动机)与电动机分别用自己的输出特性。比如,发动机并非在全转速范围内都可实现最经济输出,相反在城市或拥堵路况下的低转速以及转速波动的工况下,内燃机的效率很难做到最优,所以起步、低速加速等阶段,选用汽油机担任“补能”设备反而更加高效。 

与内燃机相反,电动机自身的最大扭矩特性能够从0转速开始将峰值扭矩和盘托出,即进入“恒扭矩段”,所以更适合起步与低速加速阶段发力,而伴随转速提升,拐点之后,扭矩会有所下滑,也就是说进入了“恒功率段”,因而高速工况下依靠发动机或者“齐上阵”反而更加经济。 

从我们的实测结果来看,无论空调处于开启还是关闭状态,INSPIRE和CR-V的“锐·混动”车型,在0-60km/h加速测试中,用时均小于自身的纯燃油车型。不仅如此,0-100km/h与0-120km/h加速测试中,INSPIRE锐·混动用时也小于纯燃油版,只是CR-V锐·混动的加速用时稍多于纯燃油车型,究其原因,与CR-V锐·混动较纯燃油车型,整车重量增加了83kg,以及测试车个体差异不无关系。

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当然,这依旧佐证了本田i-MMD混动系统低速加速阶段能够“更快”,同时根据18米绕桩和麋鹿测试结果来看,INSPIRE和CR-V混动版本的“终速”均高于自身的纯燃油车型,除了电动机具备更积极的油门响应外,整套系统对优化车身前后配重做出的贡献更为重要。

“顺”在哪?

本田i-MMD混动系统对驾乘体验的升级还体现在混动系统的传动平顺性方面,为了扩大发动机工作范围,传统汽车通常会匹配可进行不同齿比切换的变速箱(比如AT或DCT),而变速箱挡位越低,发动机扭矩放大比例越高,齿轮切换过程中的顿挫感就越明显,从而影响了驾驶的平顺性。虽然近几年部分车企会选择CVT无级变速箱,以优化整车燃油经济性和平顺性表现,但采用皮带和锥形齿轮结构的CVT,能够承受的最大扭矩是有限的。

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反观本田i-MMD混动系统,由于不存在齿轮切换的过程,其在平顺性方面具有和CVT一样的先天优势。重点在于,从该系统的设计结构来看,唯一可能带来顿挫感的地方,在于和发动机直连的离合器。当发生模式切换时,如纯电动模式切换为混合驱动模式,发动机就需要介入工作,离合器从断开变为闭合,协调不好便会带来较大的扭矩冲击。

不过在测试中我们发现,本田通过对电机、发动机和离合器的的精准控制,实现了顿挫的最小化。结合实际驾驶感受,发动机启动和介入带来的振动难以察觉,甚至比常见的发动机怠速启/停装置都要更胜一筹。 

聚焦测试数据,为了更好地反映加速度数据的离散化程度,及加速度的波动情况,我们在数据中分别引入了标准差与平均值的比值——变异系数,以及加加速度(冲击度)的最大值和平均值作为平顺性量化值标。 

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如图所示,在20%和50%油门开度加速测试中,INSPIRE和CR-V混动车型的变异系数和加加速度值均小于对应的燃油版车型,不过在100%油门开度加速测试中,混合动力车型的“变异系数”更高,也就是说,急加速状态下本田i-MMD混动系统会产生一定的“冲击感”,好在正常行驶时,其自身平顺性表现也超过了搭载CVT变速箱的传统车型。 

可以说,本田i-MMD混动系统之所以展现出过人的平顺性表现,是简化结构减少可能出现的“冲击源”、机械与电的精妙配合、严苛调校等多方面因素共同作用的结果,其背后,反衬出本田出色的动力系统开发经验。 

最拿手的“更远”

作为全球知名的油电混合动力系统,抢眼的燃油经济性表现,无疑是本田i-MMD混动系统的杀手锏,也正是因为更低的油耗,才能让车辆走的更远。

除了上文提及的本田i-MMD混动系统演变到第三代,其内部轻量化、小型化程度以及效率都进一步提升之外,该系统结构本身还具备如下特点: 

1、切断机械连接:发动机和车轴没有机械地连接在一起,从而实现发动机工作点对功率需求的“解放”;

2、最佳BSFC曲线:发动机的最优有效燃油消耗率(汽车制动油耗率)曲线,英文简写为BSFC 最优曲线。混合动力汽车通过跟随这条曲线,实现工作区域的最优化;

3、发动机适时关闭:在低速行驶、停车怠速、定速巡航、刹车制动的部分阶段,通过关闭发动机节约燃油,同时发电机可以起到良好的发动机启动辅助作用,确保发动机的及时快速开启;

4、高效率化的电气系统:本田i-MMD混动技术在运行过程中,电气系统始终贯穿,东风本田对电机、控制器、逆变器、电池的一系列零部件进行了高效优化,才能最终实现良好的燃油经济性;

5、智能的能量管理策略:正如前文所述,面对实际工况的复杂多变,从起步、巡航到制动过程中,能量管理策略能够从容地应付各种情况。

此外,在测试过程中我们发现,东风本田“锐·混动”车型纯电驱动的最高时速可达120km/h,而混动车型不仅装备有可实现4级调节的能量回收装置,且当电机驱动或处于动能回收状态时,离合器都会解耦,以减少机械摩擦,避免效率损失。

从测试结果来看,在各种工况下无论空调是否开启,混合动力车型的油耗水平均低于燃油车,综合平均节油率33.44%,最高节油率达到了惊人的58.53%。特别是能够分别模拟城市环路和城区拥堵、反复起停工况的“三环”和“红绿灯”测试路段,实测结果显示,在开空调且车辆处于频繁起/停交替的过程中,本田i-MMD混动系统在低速采用电动机输出的逻辑,对提升车辆燃油经济性立竿见影。 

即便是以“六环”为代表的高速工况下,得益于电池电量充足时,车辆可进入纯电动模式,本田i-MMD混动系统能够适时减少发动机直驱的时间,从而进一步削减燃油消耗,同时INSPIRE锐·混动更是在测试中突破了综合油耗4L大关,至于SUV相比轿车油耗略高的原因,则体现在车身重量与风阻系数等方面。

车云小结:

就技术层面而言,较之行业内其他车企推出的油电混合动力系统,本田i-MMD混动系统从研发到迭代升级,均聚焦高效、轻量化等方面,加之自身结构更加简单的优势,从省油到 “更快”、“更顺”兼收并蓄的综合实力进阶,独到的研发思路不仅让本田,更让东风本田旗下的“锐·混动”车型成为了同级技术标杆。

当然,技术的背后,折射出的是优化体验、提升可靠性的研发思路,也是本田i-MMD混动系统对本田及东风本田用户思维的展现,由此说来,这套油电混合动力系统还真不止省油那么简单。

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