i-MMD混动技术与评测报告解读:为何混动是新能源时代的“曙光”

  • 发表于: 2019/08/28 12:18:00 来源:车云网

无论是从理论角度分析,还是实际验证测试,本田i-MMD混动系统都是经得住考验的技术。

燃油汽车、纯电动汽车、混合动力汽车这三种类型,占据了当前消费者可购买汽车的绝大部分,不依赖基础充电设施、没有续航焦虑且便利性更高,混合动力汽车受关注度急速提升,截至2019年,全球混合动力汽车的累计销量已经超过了1200万辆。甚至可以说,在电动车技术尚未完全成熟之时,混合动力是化石燃料汽车向未来电气化时代迈进的,更加现实的“步进式方案”,而能源去碳也已成为不可逆转的趋势。

油电混合动力技术一方面缓解了纯电社会对整个电网分布式、智能化的改造压力,更为节能减排与降低化石能源消耗做出了卓越贡献,大大缓解了当下汽车社会对环保和节能等多方面的要求。

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当然,油电混动系统也并非单纯“省油”那么简单,动力、操控以及关乎驾乘感受的全方位提升,也是混动系统的亮点所在。聚焦国内汽车市场,本田i-MMD系统及东风本田旗下的“锐·混动”车型可谓是同级中的佼佼者。

在证明油电混动技术对节能环保做出的贡献之外,北京理工大学发布的《东风Honda i-MMD混动技术与评测报告》中,更阐述了该混动系统对提升驾乘与操控感的一举多得。从“理论分析”到“实地测试”,东风本田旗下产品搭载的第三代i-MMD双电机混合动力系统(下文简称“i-MMD混动系统”),不仅是技术层面的同级标杆,对于消费者而言,更是迎合时代发展的不二之选。

1、混动系统的分类

混合动力汽车的定义是:一种综合传统内燃机和电驱动系统,并使两者协同工作的混合驱动系统及车辆。按照当前量产车型较为成熟的技术形式,本田i-MMD混动技术属于强混系统,而非今年年来盛行的弱混或轻混。

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“强混”一般配有1至2个电机和1组容量较大的高压电池组,可以满足发动机单一驱动、电机单一驱动和两者混合驱动的多种工作模式。以东风本田旗下产品搭载的“i-MMD混动系统”为例,车辆只依靠系统中的电机驱动便能达到120km/h的车速。

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这意味着这套系统中的燃油发动机,可以始终专注于在最高效率的工况下工作,从而提升整个混动系统的燃油经济性。保守地说,搭载了强混系统的车型能比同排量内燃机车型提高至少30%的节油能力。

2、说“简单”又不“简单”

在这套本田i-MMD混动系统中,一台2.0L阿特金森循环发动机,两台电动机和一个直连模式离合器构成了主体,在下面的简易说明图中,我们能看到这款屡获殊荣的动力系统的工作机理:

左下角的图标表示燃油发动机、其上依次是电池、发电机和电机。而序号1-4则分别代表了能量的流动路线(也可以看做动力的传输轴),右上角为车轮,在最下方燃油发动机和能量流动路线1之间,是一个离合器。

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当这套i-MMD混动系统工作的时候,通过简单的离合器开闭,以及不同部件的工作状态调整,就可以实现非常多样的工作模式:

a、纯电动驱动,燃油发动机和发电机不工作;

b、燃油发动机驱动,离合器闭合,电动机发电;

c、混合驱动,燃油发动机与电机一起驱动整车;

d、混合驱动,燃油发动机驱动发电机发电,电动机驱动整车;

e、制动能量回收,电动机通过反向扭矩实现制动,并回收电能。 

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虽然实现的功能很复杂,但本田这套i-MMD混动系统的结构却挺简单(相对于同类技术来说),而且整个系统的工作机制也很容易理解,就是在车辆低速行驶时,尽可能用电机驱动,当车辆的速度达到要求之后,才启动发动机。这就意味着该系统的工作更加稳定,可以降低用户日常的保养成本。

但最重要的是,由于发动机可以通过离合器和减速齿轮直接驱动车辆,所以其传动系统可以承载更大的扭矩负荷,传动效率也更高,让车辆的中高速段加速能力也更强,这一定程度上改善了眼下混动车型缺乏运动型的问题。

不过,和结构设计相对简单相对应的是,这套系统中一些关键部件采用的技术,却相当不简单。比如那台2.0L燃油发动机,就具备奥托循环和阿特金森循环双模式无缝切换的能力,再辅以一系列机械材料和设计结构优化,其热效率高达40.6%,直逼业内燃油发动机的燃效天花板。

此外,这套i-MMD混动系统中的高性能电机,也必须提一下:它创新性地采用了方形绕组铜线(截面积相当于挂面)。相比过去的圆形绕组铜线(截面积类似普通面条),方形设计能够更致密地在有限的电机空间里塞入更多的线圈,提高线圈的总截面积,提高电机的功率密度。

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纸面分析完技术的先进性,那为了客观评价本田i-MMD混动系统的性能优劣,我们就不妨针对一些东风本田的混动车型和燃油车型,进行一系列的对比测试,从而客观还原出不同技术产品的差异来。

为此,《报告》选择了四款车进行全面地实地测试,这四款车分别是混合动力/汽油版的东风本田INSPIRE,混合动力/汽油版的东风本田CR-V。其中,两款混动版车型均搭载i-MMD混动系统;另两款燃油版车型配备的则是1.5L涡轮增压缸内直喷发动机。

混动版INSPIRE混动版INSPIRE

燃油版INSPIRE燃油版INSPIRE

混动版CR-V混动版CR-V

燃油版CR-V燃油版CR-V

3、更快丨混动也可以很运动

在一部混动系统内,驱动电机对车辆的加速性能至关重要,在i-MMD混动系统中,单电机的输出扭矩高达315Nm,完全可以独立驱动车辆,所以在加速能力测试环节中,电机辅以175Nm最大扭矩输出的燃油发动机一起工作,让混动版INSPIRE和CR-V如虎添翼。

《报告》的测试流程分为开/关空调两种状态(针对不同季节背景下的用户场景差异),并且加速测试的种类也分为起步加速(0-60 km/h,0-100 km/h,0-120 km/h等)和超车加速(60-100 km/h,60-120 km/h等)等多种科目,以全面体现车辆的整体加速性能。

以关空调时东风本田INSPIRE混动版和燃油版车型在0-120 km/h项目下的测试过程为例,选取部分测试数据绘制速度-纵向加速度联合曲线,得出数据图(摘自《报告》)如下:

测试指标

测试项目

空调

INS混动

INS燃油

CRV混动

CRV燃油

加速时间(s)

0-60 km/h

4.12

4.44

4.37

4.51

4.22

4.49

4.33

4.43

0-100   km/h

8.18

9.15

9.49

9.39

8.81

9.29

9.23

9.42

0-120   km/h

11.41

12.36

13.61

13.02

12.41

12.61

13.20

13.15

60-100   km/h

5.64

5.32

6.47

5.20

5.63

4.80

5.49

5.23

60-120   km/h

9.41

8.49

11.04

8.89

9.43

8.05

9.63

8.92


其中加速测试的核心指标是加速时间。表中加速时间均为3次往返测试中,往返平均值的最小值,这样可以更好地反映车辆的极限加速能力。

从这个表格的数据中我们可知:在相同的空调状态下,INSPIRE和CR-V混动车型的起步加速性能均优于燃油车,而超车加速能力则略逊于燃油车,且在轿车上,混动系统获得的加速优势比SUV车型更加明显。

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这个结果,其实与当初的预料相符合,借助报告的分析:

当发动机从怠速转速开始,输出的扭矩持续增长,直到达到最大输出扭矩之后才逐渐减少,对于一般自吸发动机而言,这部分区间可持续2000-3000转速的范围。而电机的扭矩输出特性则大不相同,在最大扭矩输出拐点来临之前,电机的输出扭矩便可一直维持最大扭矩值,这意味着,电机的扭矩特性可以为车辆的中低速加速过程持续效力——摘自《报告》

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这就解释了为什么在上面的测试数据中,纯电动汽车、混合动力汽车等匹配了驱动电机的车型,加速性能往往比纯燃油版优秀。但对绝大多数消费者来说,日常的驾驶场景中,一般只需要这套i-MMD混动系统中的电动机驱动车辆就能满足基本的性能要求了。

此外,考虑到电动车出色的加速能力和平顺性的特点,让混动版的东风本田INSPIRE和CR-V,即保证了优于燃油车的加速性能,又提高了加速过程的舒适性。

而在与加速测试相反,但形式相近的制动测试中,我们也得到了一个结论:无论是INSPIRE还是CR-V的混动车型,其与燃油车型的制动能力都处于优良水平且不分仲伯:

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考虑到东风本田混动车型额外负载了一个“备份”的动力系统、且具有常规燃油车型不具备的电池组,使其自身重量比传统燃油车重的事实后,其制动能力与同级的燃油车型能做到不相上下,足以说明东风本田的混动INSPIRE和CR-V,不但省油,而且依然没有舍弃本田产品所擅长的运动性能——不但加速够“快”,制动速度也一样“快”。

4、更顺丨本田i-MMD混动系统的天赋所在

之前说到,本田i-MMD混动系统使用了多平行轴传动机构,考虑到这套系统不存在齿轮切换的工作机制,只要把和发动机直连的离合器给调教好了,便可以把电机驱动的平顺性和发动机的线性结合起来,以达到非常平顺的加速效果。

事实上,平顺性非常强,也是以电动车和混动车为代表的新能源技术路线的先天优势。

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为了充分验证东风本田混合动力版Inspire和CR-V的驾驶平顺性,我们还是针对刚才的四辆测试车,选取场地针对车辆纵向平顺性、机动性、转向平顺性和高速稳定性(18米绕桩&麋鹿)进行测试,试图揭开东风本田混动车型在不同工况下的稳定性,舒适性和操控性这三大核心技能。

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4.1、在纵向平顺性测试中,车辆(以INSPIRE混动版和燃油版为例)在同一个驾驶员的控制下,以20%的油门/制动踏板开度为例,我们能从精密机器上得到下面的数据表格。

纵向平顺性测试(20%油门踏板)结果纵向平顺性测试(20%油门踏板)结果

其中,变异系数指的是车辆在整个加速(也包含减速)过程中表现出来的平顺性指标,数值越大,代表平顺性越差,你可以理解为在一定的时间段内“抖动”的越厉害;而加加速度(冲击度)的最大值和平均值,能够表征车辆在“抖动”的过程中,冲击的最大值以及“抖动”的平均值,这个值越大,说明抖动的力度越大,体感越差。

从这个表格中,我们可以看出:在常规驾驶习惯下,混动型轿车和SUV在平顺性和体感冲击两个层面,相比燃油车都要略占一点优势,在全油门的状态下,燃油车型的平顺性相比混动车型要略好,但是体感则是“平分秋色。

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4.2、在机动性测试中,《报告》选取最小转向直径作为衡量指标,这里的最小转向直径指的是外前轮的转向直径,通过测试,我们发现:

混动车的最小转向直径与燃油车接近,并略大于燃油车。从混动车和燃油车的角度看,对于INSPIRE和CR-V,左转和右转的最小转向直径有着相同的特征,即混动车的最小转向直径和燃油车相近,并且略高于燃油车。

这说明,虽然动力系统的设计思路上有着本质层面的差异,但是在一些基本的车辆动态特性方面,东风本田的混动版INSPIRE和CR-V,其实和正常的燃油车驾驶起来没什么差别,甚至在一些方面还更加优秀。

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4.3、在高速稳定性(18米绕桩&麋鹿测试)极限测试中,车辆以一定速度进入测试场地,期间不踩油门及刹车,多次尝试并逐步提高车速,记录不倒桩的最高车速(如下两个表)。这个测试,对于一辆混动车型来说,可谓是最严苛的考验。

因为在燃油车和混动车型之间,虽然表面上看是动力系统的不同,但是在看不见的地方,其实是对厂家整车调教的综合考验,因为不同的动力单元和重量分布,意味着两个车的质心位置可能相差很大,因此两款车的调教,也必须有针对性的区别,这样才能达到趋于一致的驾驶感受。

高速稳定性测试(18米绕桩)结果(单位:km/h)高速稳定性测试(18米绕桩)结果(单位:km/h)

高速稳定性测试(麋鹿测试)结果(单位:km/h)高速稳定性测试(麋鹿测试)结果(单位:km/h)

根据上面表格中的数据,我们能看出来:东风本田INSPIRE比SUV拥有更高的稳定通过车速(几乎没什么悬念);混动版车型相比于燃油版车型的测试极限速度更高,具有更好的操纵稳定性(这个比较反常识)。

事实上,在后一点上,测试团队分析后认为:混动车型在动力输出平稳性方面的优势(主要是纵向方向上),在车辆绕桩过程中起到了重要的决定性因素,并且动力系统尤其是电机部分对驾驶员的油门控制响应迅速,也让东风本田的混动版INSPIRE和CR-V在剧烈的操控测试中,显得更加游刃有余。

这个测试虽然对一般消费者来说,日常几乎接触不到,但是在车辆高速行驶的时候,混动车型能提供更好的稳定性和操控极限,无疑意味着面对突发情况,便拥有更多的反应时间和空间。

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综合以上测试结果:两辆混动版测试车的实际表现也印证了纸面上的理论分析,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。在驾驶这辆车时,测试车手反馈得到的燃油发动机启动和介入带来的震动微乎其微,甚至比大部分发动机怠速启/停装置对整车带来的冲击都更小。

5、更远丨越是逆境越出色的技术

为了在实际用车场景中验证东风本田混动车型的节油能力,《报告》以北京的交通环境为背景,设计了一系列的城市工况拥有测试4辆测试车之间的油耗差异。

选取的主要测试工况分别为北京市六环路、三环路和市区红绿灯道路,这三类工况可以作为北京市的典型代表工况。比较来看,三类工况的拥堵程度依次增加,平均行驶车速逐次降低。从理论上分析,相应的油耗应该会逐渐提升。

测试方法则以北理工加油站为起点和终点,出发时加满油,里程清零后按相应路线行驶,行程结束再加满油,计算耗油量。

同为起点和终点的北理工加油站同为起点和终点的北理工加油站

需要指出的是,考虑到在网络上已经有人验证过同类型混动产品,在加满一箱油之后能达到的极限里程,这个极限值一般都在1500公里至1800公里之间。所以此次《报告》所提供的燃油消耗值也仅仅作为参考使用,因为测试工况不可重现、驾驶习惯不可复制,外部环境不可复制。

油耗测试油耗测试

根据上面测试的数据,我们能看出来:相比于燃油车,混动车的节油效果十分突出。在各种工况下,无论是开空调状态还是关空调状态,混动车的油耗水平总是低于燃油车,综合平均节油率33.44%,最高节油率达到了惊人的58.53%。

而且,随着平均车速的降低,交通拥堵状况的加剧,混动的节能潜力也逐渐凸显。六环工况、三环工况和红绿灯工况的混动平均节油率分别为17.94%、40.82%和49.71%,从而印证了工况越恶劣,混动车的表现更优异。

本田i-MMD混动系统这个特性,对于消费者来说,尤其是日常用车环境在市区内的消费者,无疑是一种巨大的技术优势。

6、更可靠丨颠覆常识的技术

基于上面的内容,我们可以知道,搭载在东风本田INSPIRE和CR-V混动车型上的i-MMD混动系统,是一个相对把燃油和电力完美结合在一起的复杂技术(相对于纯燃油来说)。那么按照常识,理应是越复杂的技术,稳定性应当越差才是。但这个常识在搭载本田i-MMD混动系统的产品上,被颠覆了。

原因很简单,因为常规动力系统的不稳定性大多来自于传统燃油发动机所导致,但依靠电来驱动的电气化技术,构造相对简单且技术成熟,所以对那些纯电动车来说,一般购车后的前三年,几乎不存在任何的保养问题。

因此,在本田的i-MMD混动系统上,由于动力系统中的电动机启动工况更加积极,所以燃油发动机启动的机会就少了很多,而且一旦燃油发动机启动,其可以立即进入最佳工作区间运转,所以也不需要顾虑在低速高负荷工况下(比如堵车时)“折寿”的问题了。这就让i-MMD混动系统,成为了一个可以“逆天改命”的技术。

为了证明混动版INSPIRE和CR-V这两款产品的可靠性符合刚才的理论分析,《报告》通过对比相同工况下新旧车的油耗,来从侧面验证系统可靠性的实地测试。

具体的测试办法为找来一辆行驶了19000公里的混动版CR-V旧车,按照与前述油耗测试相同的办法,将其与混动版CR-V新车一同测试,以加油站为起点和终点,出发时加满油,里程清零后按相应路线行驶,行程结束再加满油,计算耗油量,并得到下图的数据结果。

油耗测试结果油耗测试结果

根据数据得知:在综合高速工况下,旧混动版CR-V和新混动版CR-V的油耗水平十分接近,其中旧车的平均油耗表显值略高于新车,而平均油耗实测值略低于新车。二者并没有决定性的差异(毕竟司机也不是一个人,驾驶环境也只能以两辆车保持相同状态行驶,而且旧车的里程数并不算高)。所以此次可靠性测试,结果更多是用于参考。

所以,对于所有的消费者来说,无需因为混动技术相对复杂,从而担心其节油的可靠性和耐久性,以及整个系统的稳定性,因为无论是从理论角度分析,还是实际验证测试,本田i-MMD混动系统都是经得住考验的技术。

车云小结:

眼下,几乎没人会否认汽车的未来属于电气化,但在考虑到汽车自诞生一百多年以来,其基本的系统架构设计和能源形式都没有改变的这个事实,我们不得不承认:

汽车产业的能源革命,势必要消耗很多人的努力和很久的时间之后,才会出现一个显著的变化。

眼下,虽然电动车正在重新鼓起汽车历史上的第二次革命浪潮(电动车其实已经不是一个新鲜事物),但电池技术的掣肘以及用电环境的“不友好”,其实让越来越多的人在电动车声势越来越响的时候,开始反思我们对于汽车电气化的进程是不是“揠苗助长”了?

因此,业内比较中肯且主流的共识是:

类似于搭载在东风本田INSPIRE和CR-V这两款混动车型上的本田i-MMD混动系统,其本质依然是以传统化石燃料为基础的动力技术,但是在迎合消费者使用习惯,改善汽车节能环保性能,降低整个社会的能源消耗的目标上,其不啻为在传统燃油时代和未来新能源时代之间,一个承上启下之作。

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