燃油汽車、純電動汽車、混合動力汽車這三種類型,占據(jù)了當前消費者可購買汽車的絕大部分,不依賴基礎(chǔ)充電設(shè)施、沒有續(xù)航焦慮且便利性更高,混合動力汽車受關(guān)注度急速提升,截至2019年,全球混合動力汽車的累計銷量已經(jīng)超過了1200萬輛。甚至可以說,在電動車技術(shù)尚未完全成熟之時,混合動力是化石燃料汽車向未來電氣化時代邁進的,更加現(xiàn)實的“步進式方案”,而能源去碳也已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。
油電混合動力技術(shù)一方面緩解了純電社會對整個電網(wǎng)分布式、智能化的改造壓力,更為節(jié)能減排與降低化石能源消耗做出了卓越貢獻,大大緩解了當下汽車社會對環(huán)保和節(jié)能等多方面的要求。
當然,油電混動系統(tǒng)也并非單純“省油”那么簡單,動力、操控以及關(guān)乎駕乘感受的全方位提升,也是混動系統(tǒng)的亮點所在。聚焦國內(nèi)汽車市場,本田i-MMD系統(tǒng)及東風本田旗下的“銳·混動”車型可謂是同級中的佼佼者。
在證明油電混動技術(shù)對節(jié)能環(huán)保做出的貢獻之外,北京理工大學發(fā)布的《東風Honda i-MMD混動技術(shù)與評測報告》中,更闡述了該混動系統(tǒng)對提升駕乘與操控感的一舉多得。從“理論分析”到“實地測試”,東風本田旗下產(chǎn)品搭載的第三代i-MMD雙電機混合動力系統(tǒng)(下文簡稱“i-MMD混動系統(tǒng)”),不僅是技術(shù)層面的同級標桿,對于消費者而言,更是迎合時代發(fā)展的不二之選。
混合動力汽車的定義是:一種綜合傳統(tǒng)內(nèi)燃機和電驅(qū)動系統(tǒng),并使兩者協(xié)同工作的混合驅(qū)動系統(tǒng)及車輛。按照當前量產(chǎn)車型較為成熟的技術(shù)形式,本田i-MMD混動技術(shù)屬于強混系統(tǒng),而非今年年來盛行的弱混或輕混。
“強混”一般配有1至2個電機和1組容量較大的高壓電池組,可以滿足發(fā)動機單一驅(qū)動、電機單一驅(qū)動和兩者混合驅(qū)動的多種工作模式。以東風本田旗下產(chǎn)品搭載的“i-MMD混動系統(tǒng)”為例,車輛只依靠系統(tǒng)中的電機驅(qū)動便能達到120km/h的車速。
這意味著這套系統(tǒng)中的燃油發(fā)動機,可以始終專注于在最高效率的工況下工作,從而提升整個混動系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟性。保守地說,搭載了強混系統(tǒng)的車型能比同排量內(nèi)燃機車型提高至少30%的節(jié)油能力。
在這套本田i-MMD混動系統(tǒng)中,一臺2.0L阿特金森循環(huán)發(fā)動機,兩臺電動機和一個直連模式離合器構(gòu)成了主體,在下面的簡易說明圖中,我們能看到這款屢獲殊榮的動力系統(tǒng)的工作機理:
左下角的圖標表示燃油發(fā)動機、其上依次是電池、發(fā)電機和電機。而序號1-4則分別代表了能量的流動路線(也可以看做動力的傳輸軸),右上角為車輪,在最下方燃油發(fā)動機和能量流動路線1之間,是一個離合器。
當這套i-MMD混動系統(tǒng)工作的時候,通過簡單的離合器開閉,以及不同部件的工作狀態(tài)調(diào)整,就可以實現(xiàn)非常多樣的工作模式:
a、純電動驅(qū)動,燃油發(fā)動機和發(fā)電機不工作;
b、燃油發(fā)動機驅(qū)動,離合器閉合,電動機發(fā)電;
c、混合驅(qū)動,燃油發(fā)動機與電機一起驅(qū)動整車;
d、混合驅(qū)動,燃油發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電,電動機驅(qū)動整車;
e、制動能量回收,電動機通過反向扭矩實現(xiàn)制動,并回收電能。
雖然實現(xiàn)的功能很復雜,但本田這套i-MMD混動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)卻挺簡單(相對于同類技術(shù)來說),而且整個系統(tǒng)的工作機制也很容易理解,就是在車輛低速行駛時,盡可能用電機驅(qū)動,當車輛的速度達到要求之后,才啟動發(fā)動機。這就意味著該系統(tǒng)的工作更加穩(wěn)定,可以降低用戶日常的保養(yǎng)成本。
但最重要的是,由于發(fā)動機可以通過離合器和減速齒輪直接驅(qū)動車輛,所以其傳動系統(tǒng)可以承載更大的扭矩負荷,傳動效率也更高,讓車輛的中高速段加速能力也更強,這一定程度上改善了眼下混動車型缺乏運動型的問題。
不過,和結(jié)構(gòu)設(shè)計相對簡單相對應的是,這套系統(tǒng)中一些關(guān)鍵部件采用的技術(shù),卻相當不簡單。比如那臺2.0L燃油發(fā)動機,就具備奧托循環(huán)和阿特金森循環(huán)雙模式無縫切換的能力,再輔以一系列機械材料和設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化,其熱效率高達40.6%,直逼業(yè)內(nèi)燃油發(fā)動機的燃效天花板。
此外,這套i-MMD混動系統(tǒng)中的高性能電機,也必須提一下:它創(chuàng)新性地采用了方形繞組銅線(截面積相當于掛面)。相比過去的圓形繞組銅線(截面積類似普通面條),方形設(shè)計能夠更致密地在有限的電機空間里塞入更多的線圈,提高線圈的總截面積,提高電機的功率密度。
紙面分析完技術(shù)的先進性,那為了客觀評價本田i-MMD混動系統(tǒng)的性能優(yōu)劣,我們就不妨針對一些東風本田的混動車型和燃油車型,進行一系列的對比測試,從而客觀還原出不同技術(shù)產(chǎn)品的差異來。
為此,《報告》選擇了四款車進行全面地實地測試,這四款車分別是混合動力/汽油版的東風本田INSPIRE,混合動力/汽油版的東風本田CR-V。其中,兩款混動版車型均搭載i-MMD混動系統(tǒng);另兩款燃油版車型配備的則是1.5L渦輪增壓缸內(nèi)直噴發(fā)動機。
混動版INSPIRE
燃油版INSPIRE
混動版CR-V
燃油版CR-V
在一部混動系統(tǒng)內(nèi),驅(qū)動電機對車輛的加速性能至關(guān)重要,在i-MMD混動系統(tǒng)中,單電機的輸出扭矩高達315Nm,完全可以獨立驅(qū)動車輛,所以在加速能力測試環(huán)節(jié)中,電機輔以175Nm最大扭矩輸出的燃油發(fā)動機一起工作,讓混動版INSPIRE和CR-V如虎添翼。
《報告》的測試流程分為開/關(guān)空調(diào)兩種狀態(tài)(針對不同季節(jié)背景下的用戶場景差異),并且加速測試的種類也分為起步加速(0-60 km/h,0-100 km/h,0-120 km/h等)和超車加速(60-100 km/h,60-120 km/h等)等多種科目,以全面體現(xiàn)車輛的整體加速性能。
以關(guān)空調(diào)時東風本田INSPIRE混動版和燃油版車型在0-120 km/h項目下的測試過程為例,選取部分測試數(shù)據(jù)繪制速度-縱向加速度聯(lián)合曲線,得出數(shù)據(jù)圖(摘自《報告》)如下:
測試指標 | 測試項目 | 空調(diào) | INS混動 | INS燃油 | CRV混動 | CRV燃油 |
加速時間(s) | 0-60 km/h | 關(guān) | 4.12 | 4.44 | 4.37 | 4.51 |
開 | 4.22 | 4.49 | 4.33 | 4.43 | ||
0-100 km/h | 關(guān) | 8.18 | 9.15 | 9.49 | 9.39 | |
開 | 8.81 | 9.29 | 9.23 | 9.42 | ||
0-120 km/h | 關(guān) | 11.41 | 12.36 | 13.61 | 13.02 | |
開 | 12.41 | 12.61 | 13.20 | 13.15 | ||
60-100 km/h | 關(guān) | 5.64 | 5.32 | 6.47 | 5.20 | |
開 | 5.63 | 4.80 | 5.49 | 5.23 | ||
60-120 km/h | 關(guān) | 9.41 | 8.49 | 11.04 | 8.89 | |
開 | 9.43 | 8.05 | 9.63 | 8.92 |
其中加速測試的核心指標是加速時間。表中加速時間均為3次往返測試中,往返平均值的最小值,這樣可以更好地反映車輛的極限加速能力。
從這個表格的數(shù)據(jù)中我們可知:在相同的空調(diào)狀態(tài)下,INSPIRE和CR-V混動車型的起步加速性能均優(yōu)于燃油車,而超車加速能力則略遜于燃油車,且在轎車上,混動系統(tǒng)獲得的加速優(yōu)勢比SUV車型更加明顯。
這個結(jié)果,其實與當初的預料相符合,借助報告的分析:
當發(fā)動機從怠速轉(zhuǎn)速開始,輸出的扭矩持續(xù)增長,直到達到最大輸出扭矩之后才逐漸減少,對于一般自吸發(fā)動機而言,這部分區(qū)間可持續(xù)2000-3000轉(zhuǎn)速的范圍。而電機的扭矩輸出特性則大不相同,在最大扭矩輸出拐點來臨之前,電機的輸出扭矩便可一直維持最大扭矩值,這意味著,電機的扭矩特性可以為車輛的中低速加速過程持續(xù)效力——摘自《報告》
這就解釋了為什么在上面的測試數(shù)據(jù)中,純電動汽車、混合動力汽車等匹配了驅(qū)動電機的車型,加速性能往往比純?nèi)加桶鎯?yōu)秀。但對絕大多數(shù)消費者來說,日常的駕駛場景中,一般只需要這套i-MMD混動系統(tǒng)中的電動機驅(qū)動車輛就能滿足基本的性能要求了。
此外,考慮到電動車出色的加速能力和平順性的特點,讓混動版的東風本田INSPIRE和CR-V,即保證了優(yōu)于燃油車的加速性能,又提高了加速過程的舒適性。
而在與加速測試相反,但形式相近的制動測試中,我們也得到了一個結(jié)論:無論是INSPIRE還是CR-V的混動車型,其與燃油車型的制動能力都處于優(yōu)良水平且不分仲伯:
考慮到東風本田混動車型額外負載了一個“備份”的動力系統(tǒng)、且具有常規(guī)燃油車型不具備的電池組,使其自身重量比傳統(tǒng)燃油車重的事實后,其制動能力與同級的燃油車型能做到不相上下,足以說明東風本田的混動INSPIRE和CR-V,不但省油,而且依然沒有舍棄本田產(chǎn)品所擅長的運動性能——不但加速夠“快”,制動速度也一樣“快”。
之前說到,本田i-MMD混動系統(tǒng)使用了多平行軸傳動機構(gòu),考慮到這套系統(tǒng)不存在齒輪切換的工作機制,只要把和發(fā)動機直連的離合器給調(diào)教好了,便可以把電機驅(qū)動的平順性和發(fā)動機的線性結(jié)合起來,以達到非常平順的加速效果。
事實上,平順性非常強,也是以電動車和混動車為代表的新能源技術(shù)路線的先天優(yōu)勢。
為了充分驗證東風本田混合動力版Inspire和CR-V的駕駛平順性,我們還是針對剛才的四輛測試車,選取場地針對車輛縱向平順性、機動性、轉(zhuǎn)向平順性和高速穩(wěn)定性(18米繞樁&麋鹿)進行測試,試圖揭開東風本田混動車型在不同工況下的穩(wěn)定性,舒適性和操控性這三大核心技能。
4.1、在縱向平順性測試中,車輛(以INSPIRE混動版和燃油版為例)在同一個駕駛員的控制下,以20%的油門/制動踏板開度為例,我們能從精密機器上得到下面的數(shù)據(jù)表格。
縱向平順性測試(20%油門踏板)結(jié)果
其中,變異系數(shù)指的是車輛在整個加速(也包含減速)過程中表現(xiàn)出來的平順性指標,數(shù)值越大,代表平順性越差,你可以理解為在一定的時間段內(nèi)“抖動”的越厲害;而加加速度(沖擊度)的最大值和平均值,能夠表征車輛在“抖動”的過程中,沖擊的最大值以及“抖動”的平均值,這個值越大,說明抖動的力度越大,體感越差。
從這個表格中,我們可以看出:在常規(guī)駕駛習慣下,混動型轎車和SUV在平順性和體感沖擊兩個層面,相比燃油車都要略占一點優(yōu)勢,在全油門的狀態(tài)下,燃油車型的平順性相比混動車型要略好,但是體感則是“平分秋色。
4.2、在機動性測試中,《報告》選取最小轉(zhuǎn)向直徑作為衡量指標,這里的最小轉(zhuǎn)向直徑指的是外前輪的轉(zhuǎn)向直徑,通過測試,我們發(fā)現(xiàn):
混動車的最小轉(zhuǎn)向直徑與燃油車接近,并略大于燃油車。從混動車和燃油車的角度看,對于INSPIRE和CR-V,左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的最小轉(zhuǎn)向直徑有著相同的特征,即混動車的最小轉(zhuǎn)向直徑和燃油車相近,并且略高于燃油車。
這說明,雖然動力系統(tǒng)的設(shè)計思路上有著本質(zhì)層面的差異,但是在一些基本的車輛動態(tài)特性方面,東風本田的混動版INSPIRE和CR-V,其實和正常的燃油車駕駛起來沒什么差別,甚至在一些方面還更加優(yōu)秀。
4.3、在高速穩(wěn)定性(18米繞樁&麋鹿測試)極限測試中,車輛以一定速度進入測試場地,期間不踩油門及剎車,多次嘗試并逐步提高車速,記錄不倒樁的最高車速(如下兩個表)。這個測試,對于一輛混動車型來說,可謂是最嚴苛的考驗。
因為在燃油車和混動車型之間,雖然表面上看是動力系統(tǒng)的不同,但是在看不見的地方,其實是對廠家整車調(diào)教的綜合考驗,因為不同的動力單元和重量分布,意味著兩個車的質(zhì)心位置可能相差很大,因此兩款車的調(diào)教,也必須有針對性的區(qū)別,這樣才能達到趨于一致的駕駛感受。
高速穩(wěn)定性測試(18米繞樁)結(jié)果(單位:km/h)
高速穩(wěn)定性測試(麋鹿測試)結(jié)果(單位:km/h)
根據(jù)上面表格中的數(shù)據(jù),我們能看出來:東風本田INSPIRE比SUV擁有更高的穩(wěn)定通過車速(幾乎沒什么懸念);混動版車型相比于燃油版車型的測試極限速度更高,具有更好的操縱穩(wěn)定性(這個比較反常識)。
事實上,在后一點上,測試團隊分析后認為:混動車型在動力輸出平穩(wěn)性方面的優(yōu)勢(主要是縱向方向上),在車輛繞樁過程中起到了重要的決定性因素,并且動力系統(tǒng)尤其是電機部分對駕駛員的油門控制響應迅速,也讓東風本田的混動版INSPIRE和CR-V在劇烈的操控測試中,顯得更加游刃有余。
這個測試雖然對一般消費者來說,日常幾乎接觸不到,但是在車輛高速行駛的時候,混動車型能提供更好的穩(wěn)定性和操控極限,無疑意味著面對突發(fā)情況,便擁有更多的反應時間和空間。
綜合以上測試結(jié)果:兩輛混動版測試車的實際表現(xiàn)也印證了紙面上的理論分析,本田通過對電機、發(fā)動機和離合器的的精準控制,實現(xiàn)了頓挫的最小化。在駕駛這輛車時,測試車手反饋得到的燃油發(fā)動機啟動和介入帶來的震動微乎其微,甚至比大部分發(fā)動機怠速啟/停裝置對整車帶來的沖擊都更小。
為了在實際用車場景中驗證東風本田混動車型的節(jié)油能力,《報告》以北京的交通環(huán)境為背景,設(shè)計了一系列的城市工況擁有測試4輛測試車之間的油耗差異。
選取的主要測試工況分別為北京市六環(huán)路、三環(huán)路和市區(qū)紅綠燈道路,這三類工況可以作為北京市的典型代表工況。比較來看,三類工況的擁堵程度依次增加,平均行駛車速逐次降低。從理論上分析,相應的油耗應該會逐漸提升。
測試方法則以北理工加油站為起點和終點,出發(fā)時加滿油,里程清零后按相應路線行駛,行程結(jié)束再加滿油,計算耗油量。
同為起點和終點的北理工加油站
需要指出的是,考慮到在網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)有人驗證過同類型混動產(chǎn)品,在加滿一箱油之后能達到的極限里程,這個極限值一般都在1500公里至1800公里之間。所以此次《報告》所提供的燃油消耗值也僅僅作為參考使用,因為測試工況不可重現(xiàn)、駕駛習慣不可復制,外部環(huán)境不可復制。
油耗測試
根據(jù)上面測試的數(shù)據(jù),我們能看出來:相比于燃油車,混動車的節(jié)油效果十分突出。在各種工況下,無論是開空調(diào)狀態(tài)還是關(guān)空調(diào)狀態(tài),混動車的油耗水平總是低于燃油車,綜合平均節(jié)油率33.44%,最高節(jié)油率達到了驚人的58.53%。
而且,隨著平均車速的降低,交通擁堵狀況的加劇,混動的節(jié)能潛力也逐漸凸顯。六環(huán)工況、三環(huán)工況和紅綠燈工況的混動平均節(jié)油率分別為17.94%、40.82%和49.71%,從而印證了工況越惡劣,混動車的表現(xiàn)更優(yōu)異。
本田i-MMD混動系統(tǒng)這個特性,對于消費者來說,尤其是日常用車環(huán)境在市區(qū)內(nèi)的消費者,無疑是一種巨大的技術(shù)優(yōu)勢。
基于上面的內(nèi)容,我們可以知道,搭載在東風本田INSPIRE和CR-V混動車型上的i-MMD混動系統(tǒng),是一個相對把燃油和電力完美結(jié)合在一起的復雜技術(shù)(相對于純?nèi)加蛠碚f)。那么按照常識,理應是越復雜的技術(shù),穩(wěn)定性應當越差才是。但這個常識在搭載本田i-MMD混動系統(tǒng)的產(chǎn)品上,被顛覆了。
原因很簡單,因為常規(guī)動力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性大多來自于傳統(tǒng)燃油發(fā)動機所導致,但依靠電來驅(qū)動的電氣化技術(shù),構(gòu)造相對簡單且技術(shù)成熟,所以對那些純電動車來說,一般購車后的前三年,幾乎不存在任何的保養(yǎng)問題。
因此,在本田的i-MMD混動系統(tǒng)上,由于動力系統(tǒng)中的電動機啟動工況更加積極,所以燃油發(fā)動機啟動的機會就少了很多,而且一旦燃油發(fā)動機啟動,其可以立即進入最佳工作區(qū)間運轉(zhuǎn),所以也不需要顧慮在低速高負荷工況下(比如堵車時)“折壽”的問題了。這就讓i-MMD混動系統(tǒng),成為了一個可以“逆天改命”的技術(shù)。
為了證明混動版INSPIRE和CR-V這兩款產(chǎn)品的可靠性符合剛才的理論分析,《報告》通過對比相同工況下新舊車的油耗,來從側(cè)面驗證系統(tǒng)可靠性的實地測試。
具體的測試辦法為找來一輛行駛了19000公里的混動版CR-V舊車,按照與前述油耗測試相同的辦法,將其與混動版CR-V新車一同測試,以加油站為起點和終點,出發(fā)時加滿油,里程清零后按相應路線行駛,行程結(jié)束再加滿油,計算耗油量,并得到下圖的數(shù)據(jù)結(jié)果。
油耗測試結(jié)果
根據(jù)數(shù)據(jù)得知:在綜合高速工況下,舊混動版CR-V和新混動版CR-V的油耗水平十分接近,其中舊車的平均油耗表顯值略高于新車,而平均油耗實測值略低于新車。二者并沒有決定性的差異(畢竟司機也不是一個人,駕駛環(huán)境也只能以兩輛車保持相同狀態(tài)行駛,而且舊車的里程數(shù)并不算高)。所以此次可靠性測試,結(jié)果更多是用于參考。
所以,對于所有的消費者來說,無需因為混動技術(shù)相對復雜,從而擔心其節(jié)油的可靠性和耐久性,以及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性,因為無論是從理論角度分析,還是實際驗證測試,本田i-MMD混動系統(tǒng)都是經(jīng)得住考驗的技術(shù)。
眼下,幾乎沒人會否認汽車的未來屬于電氣化,但在考慮到汽車自誕生一百多年以來,其基本的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計和能源形式都沒有改變的這個事實,我們不得不承認:
汽車產(chǎn)業(yè)的能源革命,勢必要消耗很多人的努力和很久的時間之后,才會出現(xiàn)一個顯著的變化。
眼下,雖然電動車正在重新鼓起汽車歷史上的第二次革命浪潮(電動車其實已經(jīng)不是一個新鮮事物),但電池技術(shù)的掣肘以及用電環(huán)境的“不友好”,其實讓越來越多的人在電動車聲勢越來越響的時候,開始反思我們對于汽車電氣化的進程是不是“揠苗助長”了?
因此,業(yè)內(nèi)比較中肯且主流的共識是:
類似于搭載在東風本田INSPIRE和CR-V這兩款混動車型上的本田i-MMD混動系統(tǒng),其本質(zhì)依然是以傳統(tǒng)化石燃料為基礎(chǔ)的動力技術(shù),但是在迎合消費者使用習慣,改善汽車節(jié)能環(huán)保性能,降低整個社會的能源消耗的目標上,其不啻為在傳統(tǒng)燃油時代和未來新能源時代之間,一個承上啟下之作。
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