相比上一代主要應(yīng)用于緊湊型車的IMA混動(dòng)系統(tǒng)，為讓更大尺寸的車型也同樣滿足日益嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)，擁有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，本田開發(fā)了SPORT HYBRID i-MMD系統(tǒng)。這套系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛工況在純電、混動(dòng)、引擎3種駕駛模式中無縫切換。

這套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比IMA更大更復(fù)雜，通過PCU來完成引擎和電機(jī)之間協(xié)同工作，滿足駕駛性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)。

總體結(jié)構(gòu)

圖1顯示該系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)。eCVT變速器由一個(gè)發(fā)電機(jī)，一個(gè)電動(dòng)機(jī)，以及一個(gè)離合器組成，該變速器如此之小，可與全新阿特金森引擎一同整合到引擎室中。

PCU包含了電壓控制單元，可將電池電壓升高，還有控制發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的電機(jī)控制單元，逆變器安裝在eCVT正上方。

IPU智能動(dòng)力單元由鋰電池組、直流變換器、電池控制單元組成。IPU總成安裝在后排座椅下方。

將在不久后上市的雅閣插電版可以在市區(qū)巡航時(shí)純電行駛16公里以上。

動(dòng)力總成

如圖2所示，動(dòng)力系統(tǒng)包含一臺(tái)2.0升直列四缸引擎和一套電控CVT。阿特金森引擎配備了i-VTEC智能可變氣門正時(shí)和升程電子控制系統(tǒng)，EGR冷卻廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。

相比上一代2.0升引擎，不僅減小了機(jī)械摩擦，實(shí)現(xiàn)105kW動(dòng)力輸出（2014款），燃油消耗率還降低了10%。電機(jī)可輸出124kW，通過提升輸出電壓，并利用磁阻轉(zhuǎn)矩，使得電機(jī)最高效率達(dá)到96%。

插電混動(dòng)工況

如圖3所示，插電混動(dòng)模式分為兩種：

一種是電量消耗模式（CD）。該模式主要表現(xiàn)為純電行駛，通過提高引擎介入門檻，能實(shí)現(xiàn)20公里純電續(xù)航；

一種是電量保持模式（CS）。當(dāng)電池組的荷電狀態(tài)降到一定數(shù)值，引擎會(huì)介入輸出，以使電池組剩余電量保持在一個(gè)特定值，換句話說，此時(shí)呈混動(dòng)狀態(tài)。

駕駛模式

如圖4所示，該系統(tǒng)有3種駕駛模式，系統(tǒng)根據(jù)駕駛工況選擇恰當(dāng)?shù)鸟{駛模式，以增強(qiáng)燃油經(jīng)濟(jì)性。

1. 純電模式，該模式下車輛由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

2.  混動(dòng)模式。該模式下發(fā)電機(jī)將引擎動(dòng)力轉(zhuǎn)換為電力，車輛依然由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，但此時(shí)電動(dòng)機(jī)能量來源除了電池組，還有發(fā)電機(jī)，此時(shí)系統(tǒng)模式是串聯(lián)式混動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出的電力小于電動(dòng)機(jī)所需動(dòng)力，不足部分由電池組補(bǔ)充；當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電力超出電動(dòng)機(jī)所需動(dòng)力，超出部分存入電池組。

3.  引擎模式。該模式下引擎通過離合器與驅(qū)動(dòng)軸以固定齒比嚙合，車輛由引擎直接驅(qū)動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)模式是并聯(lián)式混動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的功能是輔助引擎驅(qū)動(dòng)，并回收動(dòng)能，于電池組獲取或者儲(chǔ)存電能。（注意：此時(shí)所謂電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)，主要目的是讓引擎轉(zhuǎn)速處于經(jīng)濟(jì)區(qū)間，并非性能考量，電動(dòng)機(jī)輸出扭矩很低）

控制系統(tǒng)

如圖5所示，動(dòng)力總成的控制單元包括引擎、電控CVT、PCU和IPU，通過帶冗余設(shè)計(jì)的控制器局域網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起。

整套動(dòng)力控制邏輯的核心，在于讓系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也就是說，節(jié)能是這套系統(tǒng)的首要目標(biāo)，在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下，盡可能保障動(dòng)力表現(xiàn)。當(dāng)電池電量降到最低限度，發(fā)電機(jī)會(huì)介入輸出，并將多余電能存入電池組。

引擎介入的模式有混動(dòng)模式和引擎模式。引擎熱效率決定該模式下的燃油經(jīng)濟(jì)性。也就是說，節(jié)能的關(guān)鍵在于如何讓引擎處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間。

混動(dòng)模式下，引擎和車輪之間沒有機(jī)械傳動(dòng)路徑，也即引擎和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不受車速限制，但此時(shí)電動(dòng)機(jī)與車輪是以固定齒比進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)的。引擎工作點(diǎn)可以維持在高熱效率的一條“線”上。不止如此，在電池組的輔助下，引擎工作點(diǎn)會(huì)集中于熱效率最高的區(qū)域。

引擎模式下，引擎以固定齒比驅(qū)動(dòng)車輪，在平坦路面上巡航時(shí)，引擎轉(zhuǎn)速與扭矩的關(guān)系如圖6所示。高速巡航工況下，引擎工作點(diǎn)會(huì)處于“經(jīng)濟(jì)線”的下方，進(jìn)行低扭輸出，于是為了讓引擎運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)區(qū)間，PCU會(huì)增大引擎扭矩輸出，而增大的這部分動(dòng)力會(huì)通過電動(dòng)機(jī)回收到電池組。

當(dāng)引擎進(jìn)入高負(fù)荷工況，其工作點(diǎn)處于經(jīng)濟(jì)線上方的高扭輸出區(qū)間時(shí)，PCU會(huì)降低引擎扭矩，以使得引擎在經(jīng)濟(jì)線上工作，不足部分由電動(dòng)機(jī)補(bǔ)充。

通過電動(dòng)機(jī)的輸出和回收，將引擎工作點(diǎn)集中在經(jīng)濟(jì)區(qū)間。

為了提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，有必要提高引擎熱效率，同時(shí)通過提升引擎到車輪的能量轉(zhuǎn)換效率，來提升系統(tǒng)總體運(yùn)行效率。i-MMD就是通過切換不同駕駛模式來實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。

圖7展示了車輛在電量保持模式下依據(jù)車速切換駕駛模式的方式:

圖8是驅(qū)動(dòng)力圖表，展示了駕駛模式的工作區(qū)間:

純電模式主要應(yīng)用于車輛起步和市區(qū)低速行駛工況，以免因引擎低負(fù)荷運(yùn)行而造成燃油經(jīng)濟(jì)性下降。

中速行駛時(shí)，為了平衡引擎熱效率和電池充放電損耗，車輛在純電模式和混動(dòng)模式/引擎模式之間頻繁切換，以提升燃油經(jīng)濟(jì)性。

高速工況下，在混動(dòng)模式和引擎模式之間適時(shí)切換，以實(shí)現(xiàn)最高的能量轉(zhuǎn)換效率。

純電與混動(dòng)/引擎模式之間的頻繁切換，也稱作間歇運(yùn)行。此時(shí)電池組在混動(dòng)/引擎模式下進(jìn)行充電，然后切回純電模式，輸出儲(chǔ)存的電量。純電和混動(dòng)模式切換產(chǎn)生的燃油經(jīng)濟(jì)增強(qiáng)效應(yīng)如圖9所示。在低驅(qū)動(dòng)力工況下，相比電動(dòng)機(jī)零回收的情況，間歇運(yùn)行模式能夠獲得50%左右的燃油經(jīng)濟(jì)增強(qiáng)效應(yīng)，在引擎熱效率和電池充放電損耗之間達(dá)到充分平衡。而間歇運(yùn)行模式的燃油經(jīng)濟(jì)增強(qiáng)效應(yīng)在高驅(qū)動(dòng)力工況下會(huì)降低，系統(tǒng)燃油經(jīng)濟(jì)性趨于下降。

混動(dòng)和引擎模式的切換，其燃油經(jīng)濟(jì)性如圖10所示:著色區(qū)域代表引擎驅(qū)動(dòng)更經(jīng)濟(jì)，白色區(qū)域代表混動(dòng)模式更經(jīng)濟(jì)，黑線代表車輛在平路上所受的行駛阻力。

此圖說明，巡航時(shí)緩慢提速，引擎模式比混動(dòng)模式經(jīng)濟(jì)12%，但在高負(fù)荷工況下，混動(dòng)模式更經(jīng)濟(jì)。

在限制下保障駕駛性能

為了保證系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)各組件都有所限制，包括電動(dòng)機(jī)扭矩，發(fā)電機(jī)扭矩，和電池功率。為保證電池耐用性，尤其要對(duì)電池功率做精確控制，這對(duì)混動(dòng)模式下的駕駛性能表現(xiàn)影響極大。以電池功率極限為例，各組件全工況下協(xié)同運(yùn)行的控制邏輯如下：

動(dòng)力管理控制系統(tǒng)接收司機(jī)加速和減速意圖（油門和剎車踏板深度），以及各組件功率和扭矩極限的信息，在極限范圍內(nèi)執(zhí)行適當(dāng)?shù)暮献鞴β士刂?。在電池功率受限時(shí)，比如低溫環(huán)境中，加速和減速意圖無法單獨(dú)通過電池功率實(shí)現(xiàn)，PCU就會(huì)選擇混動(dòng)模式，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和引擎之間的輸出，既滿足電池功率限制，又能滿足駕駛性能。

PCU首先依據(jù)車主加減速意圖和電動(dòng)機(jī)扭矩極限來計(jì)算所需驅(qū)動(dòng)力，然后計(jì)算目標(biāo)引擎功率。目標(biāo)引擎功率要與依據(jù)驅(qū)動(dòng)力計(jì)算的目標(biāo)電機(jī)功率和IPU計(jì)算的目標(biāo)電池功率相匹配。目標(biāo)引擎功率根據(jù)需要，由電池功率調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正。在這之后，依據(jù)校正的目標(biāo)引擎功率算出目標(biāo)引擎轉(zhuǎn)速和目標(biāo)引擎扭矩，以使得引擎效率最大化。最后，綜合考慮電池功率極限等各種限制因素，校正引擎功率，發(fā)電機(jī)功率和電動(dòng)機(jī)功率。

這套控制系統(tǒng)平衡了司機(jī)加減速意圖，電池荷電狀態(tài)收斂性，電池功率極限性能，及其它組件的限制。

此外，目標(biāo)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)功率被迅速而精準(zhǔn)地校正，即便電池功率極大受限，依然能夠滿足動(dòng)力需求。比如在極低溫環(huán)境下，或者急加速和急減速導(dǎo)致的功率劇烈波動(dòng)。

在極低溫環(huán)境下，為了保證電池的耐用性，電池功率被嚴(yán)格限制在幾千瓦內(nèi)，此時(shí)需要發(fā)電機(jī)輸出額外的100kW，以維持充足駕駛性能。

此外，在雪地等低附著力路面急加速、急減速時(shí)，發(fā)生輪胎空轉(zhuǎn)或鎖止，由此產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)功率發(fā)生迅速變化。PCU會(huì)在此時(shí)迅速反應(yīng)，將動(dòng)力輸出限制在極限內(nèi)（也就是說，此“極限”遠(yuǎn)未達(dá)到電機(jī)和電池真正的功率極限，只是出于耐用性考慮，依據(jù)工況降低了輸出極限）。

預(yù)測電池功率

功率校正法，實(shí)現(xiàn)了精確而快速地電池功率控制。

快速響應(yīng)的電池功率控制需要低時(shí)滯的電池信息，才能及時(shí)估算電池功率。電池功率可被電壓傳感器和電流傳感器測量，不過，由于電池電容特性，PCU內(nèi)置電容、電抗器特性，各控制單元間通信延遲等因素，導(dǎo)致傳感器延遲。也就是說，在電機(jī)功率波動(dòng)和電池功率波動(dòng)之間存在時(shí)滯特性。因此電池功率由電機(jī)功率等信息損失來間接估算。

電機(jī)的輸入功率可通過相電流傳感器和升壓傳感器測量，逆變器損耗和升壓損耗可由規(guī)定參數(shù)確定的標(biāo)稱值來估算，直流變換器損耗和空調(diào)加熱器損耗可通過CAN連接的各控制單元獲取。

實(shí)車燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)

EPA實(shí)測，市區(qū)油耗降低104%，高速油耗降低35%，綜合油耗降低70%，混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制為燃油經(jīng)濟(jì)增強(qiáng)效應(yīng)貢獻(xiàn)了39%，此外，可實(shí)現(xiàn)20公里純電續(xù)航，電量消耗模式下可實(shí)現(xiàn)百公里2.04升等同油耗。

編譯｜休不眠

圖｜網(wǎng)絡(luò)