本田混合动力汽车技术主要有本田IMA混合动力系统、i-DCD混合动力系统、i-MDD双电机混合动力系统和SH-AWD混合动力系统。
一、本田IMA混合动力系统
1997年,本田开发出第一代IMA(Integrated Motor Assist,整体式电机辅助)混合动力系统。1999年,搭载第一代IMA系统的本田Insight上市,至今已发展到第六代IMA。IMA是典型的并联式混合动力系统。本田IMA混合动力系统主要由发动机、电机、CVT变速器以及智能动力单元(IPU)组成,如图所示。电机取代了传统的飞轮用于保持曲轴的运转惯性。整套系统的结构非常紧凑,和传统汽车相比仅是IPU模块占用了额外的空间。
IMA混合动力系统的发动机通过搭载本田的i-VTEC(气门正时及可变技术)、i-DSI(双火花塞顺序点火技术)以及VCM(可变气缸技术)来实现降低油耗的目的。本田CR-Z采用的是顶置单凸轮轴1.5L的i-VTEC发动机,峰值功率为83kW,峰值转矩为145N·m,实测百公里油耗约5.4L。IMA混合动力系统的电机安装在发动机与变速器之间,由于电机较薄且结构紧凑,行内人俗称“薄片电机”。CR-Z上采用的薄片电机峰值功率为10kW,峰值转矩为78N·m。显然,这样的电机只能起到辅助的作用。由于IMA系统能够在特定情况下(如低速巡航)单独驱动汽车,而被划分到中型混合动力汽车行列。IMA系统的变速器采用的是普通7速CVT变速器。
IMA混合动力系统的智能动力单元(IPU)是由动力控制单元(PCU)和电池组成,如图所示。其中PCU又包括电池监控模块(BCM)、电机控制模块(MCM)以及电机驱动模块(MDM)组成;电池为镍氢电池组。
本田IMA混合动力系统工作模式主要有起步加速、急加速、低速巡航、轻加速和高速巡航、减速或制动以及停车模式。
(1)起步加速模式。起步加速时,发动机以低速配气正时状态运转,同时电机提供辅助动力,以实现更好加速性能和更低的油耗。
(2)急加速模式。急加速时,发动机以高速配气正时状态运转,此时电池给电机供电,电机与发动机共同驱动车辆,提高整车的加速性能。
(3)低速巡航模式。低速巡航时,发动机的四个气缸的进排气阀全部关闭,发动机停止工作,车辆以纯电动方式驱动车辆,实现真正的零排放。
(4)轻加速和高速巡航模式。轻加速和高速巡航时,发动机以低速配气正时状态运转,此时发动机工作效率较高,单独驱动车辆,电机不工作。
(5)减速或制动模式。减速或制动时,发动机关闭,电机此时以发电机方式工作,将机械能最大限度地转化为电能,储存到电池中。车辆制动时,制动踏板传感器给IPU一个信号,计算机控制制动系统,使机械制动和电机能量回馈之间制动力协调,以得到最大程度的能量回馈。
(6)停车模式。停车时,发动机自动关闭,减少燃料损失和排放;电机关闭。当制动踏板松开时,发动机自动启动。
二、本田i-DCD混合动力系统
本田在IMA之后同时发布三种混合动力技术路线,分别为i-DCD、i-MMD以及SH-AWD,分别适配小型车、中型车和大型车。本田i-DCD(Intelligent Dual Clutch Drive,智能双离合驱动)混合动力系统定位于小型车和紧凑型车,当前实际应用在本田FIT、CITY和JAZZ的混合动力车型上。
本田i-DCD混合动力系统主要包括发动机、内置单电机的7速双离合变速器、IPU、电动空调压缩机、电动伺服制动系统等。其中1.5L发动机峰值功率为81kW,峰值转矩为134N·m;电机为交流永磁同步电机,最大输出功率为22kW,峰值转矩为160N·m;混合动力系统综合最大输出功率为101kW,峰值转矩为170N·m。电池采用锂离子电池,容量为0.86kW·h。
i-DCD混合动力系统匹配的不再是IMA系统中的CVT变速器,而是7速双离合变速器,以此可同时实现出色的驾驶动力性与燃油经济性。系统的核心也正是这款内置单电机的7速双离合变速器。双离合变速器通过交替使用两个离合器来执行换档,可实现动力不流失及无迟滞的快速换档。简单的齿轮结构可最大限度地减少动力损失,提高燃油效率。电机的体积非常小,直接连接在双离合变速器主轴的后端。因此,i-DCD混合动力系统实际上就是一个单电机外加双离合变速器的P3混合动力系统。
i-DCD混合动力系统可实现三种不同的驾驶模式,即纯电驱动模式、混合驱动模式和发动机驱动模式。
(1)纯电驱动模式。起步加速或低速行驶(≤60km/h)时,发动机不工作,仅使用电机工作。
(2)混合驱动模式。加速行驶时,在电机工作的基础上,发动机也开始工作,进入混合动力驱动模式。
(3)发动机驱动模式。高速行驶时,处于发动机的高效运作区间,此时电机不工作,仅使用发动机工作。减速或制动时,发动机停止工作,车辆进行能量回收,为电池组充电。
三、本田i-MMD混合动力系统
本田i-MMD(Intelligent Multi Mode Drive,智能化多模式驱动)双电机混合动力系统主要由2.0L阿特金森循环双顶置凸轮轴可变气门(DOHC i-VTEC)汽油发动机、高功率双电机(电CVT)、控制双电机工作的动力控制单元(PCU)、以及由高功率锂离子电池和DC/DC转换器等构成的智能动力单元(IPU)组成,如图所示,可以在电动、混合动力、发动机三种驱动模式之间平顺切换,节能优势突出,实现了同级别全球最高水平的燃油经济性,并且加速迅敏,具备卓越的运动性能。
第三代本田i-MMD双电机混合动力系统,它和第二代i-MMD混合动力系统在结构以及工作原理上是没有变化的,同样都是使用2.0L阿特金森循环发动机+双电机+锂离子电池组。只是在第三代的i-MMD混合动力系统上优化了2.0L阿特金森循环发动机,使得发动机的热效率达到了40.6%;并且智能动力单元(IPU)比第二代体积减少了32%,同时还使用了本田开发的不含重稀土磁铁电机。发动机峰值功率为107kW,峰值转矩为175N·m。双电机是i-MMD双电机混合动力系统的主要动力部分,与传统类型相比,输出和扭矩得到了改善,并且进一步实现了小型化。驱动用电机:高功率输出、高扭矩,启动后立即进行强劲、平顺和响应灵敏的驱动,减速时也会进行高效的能量再生发电用电机:利用发动机动力进行高效发电,向驱动用发电机提供电力,同时也给电池充电。发动机直联式离合器可在高速巡航期间,发动机输出轴直接连接车轮,并进入发动机驱动模式,通过设定与手动变速箱中最高档位相匹配的高速行驶档位和简单的动力传递路径,将阿特金森循环中的高效驱动最大化利用。动力控制单元(PCU)能自由控制电流和电压的智能设备,内置紧凑型转换器,可将电池产生的电压最高提升至700V。锂离子电池是通过再生减速的电能和发动机的动力,储备发电电力并提供给驱动电机,它具有密度高、质量轻、体积小、输出功率高等特点。
本田i-MMD双电机混合动力系统的工作模式主要由纯电驱动模式、混合动力驱动模式和发动机驱动模式。
(1)纯电驱动模式。车辆在起步和中低速巡航工况,由电池为驱动电机供电,仅以驱动电机驱动车辆前行。在纯电驱动模式下,发动机不工作,动力分离装置离合器断开,驱动车辆行驶的能量直接来源于动力电池,动力电池储存的电能经由逆变器提供给驱动电机,驱动电机驱动车辆前进或者后退。在车辆制动时,所产生的能量将被回收充入动力电池内进行储存。
(2)混合动力驱动模式。如遇加速请求,由发动机驱动发电机,将产生的电力供应给驱动电机,驱动车辆前行。在混合驱动模式下,仍由驱动电机驱动车轮,虽然发动机工作但动力分离装置离合器断开,发动机只负责发电,不直接参与驱动,发动机运行在能发挥最高效率的转速区间内,通过发电机向驱动电机输送电能,产生足够多的电能可以为动力电池充电。车辆需要急加速时,动力电池可以输出额外的电能给驱动电机,使驱动电机瞬时大转矩输出。在车辆减速制动时,可为动力电池提供额外的能量回收。
(3)发动机驱动模式。高速巡航工况,发动机直接连接离合器将动力传输到车轮,驱动车辆前行。在发动机驱动模式下,发动机工作时动力分离装置离合器处于闭合状态,驾驶员直接控制油门,发动机输出转矩,并通过传动机构将动力直接传递给车轮。动力电池一般情况下是处于待机状态,为了在加速时候提供更大的动力,在需要大转矩输出的时候可提供电能给驱动电机,让驱动电机和发动机共同驱动车辆。
四、本田SH-AWD混合动力系统
本田SH-AWD(Sports Hybrid-SuperHandling-All Wheel Drive,运动化混合动力超凡操控全轮驱动)混合动力系统主要包括发动机、内置单电机的7速双离合变速器、电动空调压缩机、电动伺服制动系统、双电机单元(TMU)、智能能量单元(IPU)、电机驱动逆变单元PDU等。发动机为本田3.5LV6VCM发动机;前部34.5kW的电机集成在7速双离合变速器中,位于后桥的双电机可以为后轮分配驱动力以及制动力(再生制动);在双电机上方布置了1.3kW·h/260V的锂离子电池组。
本田SH-AWD混合动力系统拥有纯电驱动、发动机驱动、发动机+电机驱动、电子四驱、能量回收等多种工作模式。
(1)纯电驱动模式。在纯电驱动模式下,发动机不工作,由集成在变速器中的电机与后桥双电机直接驱动车辆。
(2)发动机驱动模式。在发动机驱动模式下,发动机驱动前轮,并且通过集成在变速器中的电机为电池充电。
(3)发动机+电机驱动模式。在发动机+电机驱动模式下,发动机驱动前轮,双电机单元依赖电池的电量驱动后轮,爆发出峰值转矩。
(4)电子四驱模式。在电子四驱模式下,发动机驱动前轮的同时,带动变速器内的电机发电;后桥双电机单元依赖前电机发电能量,持续驱动后轮实现全时四驱模式。
(5)能量回收模式。制动或减速时,发动机不工作,集成在变速器中的电机和后桥双电机均进行能量回收。
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