本田混动技术成熟吗?

本田混动技术成熟吗?

黑科技!

我很早之前出于兴趣也研究过本田的混动,研究了很多关于本田混动技术的SAE PAPER,看完之后心里是很服气佩服的。

一句话总结我的感受就是,本田混动是黑科技,节油效果不输丰田混动的效果下,仍能保持动力数据。

本田的混动是一个特立独行的存在。日本的混动技术是做得最好的,但两田走的是两种不同的路线,丰田的THS-toyota hybrid system以巧妙的设计闻名,而本田的混动SPORT HYBRID则是沿着黑科技天赋树点技能,堪称大力出奇迹。这一点从命名就能看出点味道。

谈混动的话绕不开丰田的,丰田的混动的巧妙设计点在与功率分流机构(power split ,这个是一个行星齿轮机构,发动机(engine)与power split的行星座(planetary carrier)连接,power split的齿圈接电机(motor)输出轴,太阳轮连另一个发电电机(generator)。使用Power Split的设计的特点更容易实现平顺和舒适性的。

本田的混动是避开了丰田的设计,延续了发动机喜欢琢磨黑科技的特质,开辟出强调性能和动力的混动系统路径。

强调动力和性能的本田节油效果怎样呢,有人总结了一些数据做了统计[1]。

柱状图部分黄色部分就是混动系统降低的油耗,Honda的车型上了混动系统之后,油耗下降了40%的,最终油耗和丰田混动的旗鼓相当。真的不可谓是大力出奇迹。

至于动力表现如何,大家可以自行查一下混动雅阁和混动凯美瑞两个车的动力表现。你会感叹本田混动这么一个黑科技,怎么这么低调呢?

本田的混动技术都带有SPORT HYBRID的名号,分为i-DCD,i-MMD和SH-AWD。其中I-DCD的系统包含DCT变速器和一个电机;i-MMD是双电机混动系统;SH-AWD则是三电机系统,强调操控和四驱。

i-MMD系统大家听说过最多的,也是本田引以为傲的系统。本田陆续将它用在Accord、Inspire、CR-V这些标杆车型上之后。这个系统在开发之处就考虑了支持PHEV的,如下图虚线部分是预留了PHEV车型的设计。

i-MMD系统是有一整套动力总成系统、电池系统及相关控制器等外围系统组成的。核心部分包括阿特金森循环的发动机(Atkinson cycle engine)、E-CVT,命名为IPU(Intelligent Power Unit)的电池系统,以及核心的控制单元PCU(power control unit)。PHEV车型的话还有相应的电池和线缆部分。

与丰田混动系统的核心在于功率分流装置不同,本田i-MMD混动系统的核心在于双电机系统。从下图的示意图可以看出,本田的混动系统理解起来没有那么烧脑。发动机的输出轴分了两路出来,一路直接和发电机连接、另一侧通过一个离合器(clutch)与电机的输出轴连接并接到轮端。

这样的混动系统是工作的呢?如下图所示,其中虚线表示电力的传输,实线表示扭矩的传递)

在EV模式下,只有电机输出动力。PCU控制电机使用电池输出动力。(动力沿着左图绿色线部分)

在Hybrid混动模式下,发动机带动发动机发电产生电力,根据工况,发电机产生的电力可以用于驱动电机输出动力,或充入电池内。(中图红色部分)

而在发动机驱动模式下,离合器闭合,发动机产生的动力可以根据需要分配用于驱动车轮和充电。(右图蓝色部分)

实现这些功能的关键在于PCU单元,PCU单元可以根据实际的驾驶工况实时命令控制电机(motor)、发电机(generator)、发动机(engine)、电池系统(battery)的工作状态来实现最优的性能和效率。如下图中的在不同车速下的Hybrid drive模式下的两个不同模式:充电(charge)和助力(assist)模式,这两种模式的电机、发电机、发动机都在运作,而区别在于电池系统是充电还是放电,这是由PCU根据工况自己判断并自动控制实现的。

要实现这样的功能,PCU和IPU是协同控制的。控制策略非常复杂,这里不详细展开阐述了。

那么问题来了

很多人想不到的是,混动系统节油的关键点之一——首先有一款合适的发动机,

另外一个关键点是控制策略。

下面这个万有特性图很多人见过,它出自于一篇SAE paper。它表达的是本田混动实现的Honda发动机运转更省油的效果。

红色越深的部分是发动机越经济的区域,纵坐标是扭矩输出、横坐标是发动机转速。Honda的i-MMD混动系统通过PCU根据实际工况控制电机和电池系统的运作状态,实现了发动机工况点往更节油的粉色点偏转。比如右侧浅蓝的工况点,转速高,扭矩需求大,这时通过电机输出一部分动力,从而使发动机少输出一点动力,这样发动机就可以运作在更节油的转速低一点、扭矩低一点的粉色区域。同理反之,如左下的浅蓝色点,当需求动力偏小时,可以让发电机工作增加负荷,从而使工况点偏移到燃油经济性更好的区域。

对于电机的效率也是使用类似的原理的。根据实际动力输出需求通过调整电机的工作电压实现效率的优化。

i-MMD的另一项提升效率的策略是叫“间歇式运行”,这个词是我照他们的技术文档直译的,英文叫“intermittent operation”。这个是什么意思呢?就是在车辆巡航时,系统会在EV模式与Hybrid模式或发动机驱动模式之间间歇转换。

当需求输出功率小于15kW时,采取间歇运转的模式比单纯使用Hybrid模式的节油效果提升50%。这时混动模式发的电会被储存在电池中,在间歇到EV模式时会消耗掉这部分电量。

前面说过,本田的混动系统在开发当初就保留了PHEV的设计的。但由于一直没有引入国内,所以大家了解也不多。本田的PHEV使用“SPORT HYBRID e+”命名,估计首先会引入在Clarity车型上。

PHEV比HEV多了高功率大容量电池和充电器,以及优化系统电压的VCU(voltage control unit)。增加了这些配置之后,可以使EV模式的续航里程增加,同时能让配套的发动机可以downsize,比如由2.0L的发动机降到1.5L。

从本田发表的SAE 论文展示的技术细节来看,引入国内的CLARITY优化了电机的体积和功率密度,续航里程也比较可怕,在日本的测试循环JC08下(这个要比NEDC复杂)综合续航里程到800km。

同时这个车的布置来来,考虑了乘坐空间以及降到中心的设计。

低油耗的混动+本田黑科技动力表现+长续航+大空间,这样的设计,我也很心动和期待。