从表面上看,本田i-MMD混动系统与丰田混合动力属于同一类型。但在具体的技术结构上,本田提供了完全不同的架构,在结构简单的同时,还能保持高效动力输出和极低的油耗,因此被不少人称为“本田黑科技”。
与我们更熟悉的插电式混合动力系统相比,本田i-MMD有哪些不同?
今天的文章里,上汽荣威新能源工程师lestone xu就会和大家聊聊:
“本田i-MMD混动系统与上汽荣威550 plug in的差异?”
文 | lestone xu
上汽EDU系统和本田i-MMD系统同属于串并联构型。
这两个结构都实现了不同工况下的纯电、串联、并联驱动模式,并在降低系统能耗的前提下,在系统平顺性、制造工艺和成本上实现了平衡。
· 下面主要叙述一下这两个系统的差异:
我手头有一些简单的示意动图,应该可以直观而精确解释一下两个系统差异。
背景
首先,不管什么流派的混合动力路线,殊途同归的意义在于——可以根据需求智能调配各个动力源,使之最大可能地工作在高效区间。
在实现不亚于传统车的动力性(包括动力和响应)、NVH水平的同时,提升车辆的经济性,同时将成本增加和空间占用控制在合理范围内,就是一辆优秀的混合动力汽车。
目前常见的混合动力有很多:
主流是串联(沃蓝达VOLT、宝马i3增程版、广汽GA5 PHEV);
并联(高尔夫GTE、宝马530Le)、串并联(EDU与i-MMD系统);
功率分流(丰田Prius)、P2.5(或者叫双模,BYD 秦等PHEV车型)等。
串联式系统:
说白了就是发动机驱动一个电机发电,然后在另一个电机用掉,从动力构造上来说属于电动汽车。
优点是结构简单,控制原理简单,内燃机始终高效;
缺点是能量转换次数多,发动机不能直接参与驱动,需较大电机和大功率电池,否则动力性差。
并联式系统:
说白了有电的时候可以只用电机驱动,动力需求大的时候发动机参与驱动,没电了主要靠发动机驱动。
优点是结构简单,可以很大程度上利用传统变速箱;
缺点是控制复杂,平顺性难度较高,前几年横置动力总成的布置比较困难。
动力分流系统:
说白了就是把行星齿轮机构的三个自由度——太阳轮、行星架和齿圈分别连接发动机和两个电机,来将这三个动力源耦合起来。
优点是效率高,平顺性好;
缺点是动力源之间解耦比较困难,且动力源之间传动齿比固定。
EDU的主要结构包括与发动机直连的ISG电机,与C2离合器侧的驱动电机(TM电机)。
C1为常开离合器,C2为常闭离合器,C1和C2离合器之间是一个2档的类AMT结构变速箱。
光看结构图片很难理解它的工作原理,让我们看一下拓扑结构的动图。
通过两个离合器的开闭,EDU系统可以在各个档位上实现:
纯电驱动:
C1离合器保持打开,左侧的发动机和ISG电机彻底打酱油。
没有任何不必要的零件参与工作,全部通过高效的齿轮副传动,将该工况下的功率损失降到最低。
不存在任何限制纯电动模式下车速的因素,纯电动模式车速覆盖了0-130km/h左右的范围,完全满足日常使用。
在电量足够的情况下,搭载该系统的PHEV车型基本等于一个带有换挡功能的纯电动汽车。
串联驱动:
C1离合器保持打开,左侧发动机与ISG电机的组合,和右侧驱动电机和车轮的组合,两个组合之间在转速上没有任何关系。
发动机驱动ISG电机工作在最高效范围,尽情发电;TM电机使用其发出的电能驱动车辆前进。
串联模式一般在低电量、中低速区间使用。
通过避免发动机工作在效率非常低的低负荷、中低转速区间,提升系统的整体效率。
两个电机完美实现了削峰填谷的工作。
并联驱动:
当驾驶员有最高的动力需求时,三个动力源可以同时向车轮提供动力。没有任何多余的能量转换过程,动力直接输出到车轮。
怠速充电:
在车速为0时,发动机驱动ISG电机为电池充电。由于C1打开,即使车速为0车轮不转,ISG也可以尽情发挥,不受限制。
发动机驱动:
C1闭合,发动机在高速高负荷情况下处于高效区间,直接驱动车轮,ISG空转;C2离合器打开,TM电机打酱油,没有任何功率损失。
行车智能充电:
类似于发动机驱动模式,发动机驱动车辆尚有余力,ISG电机小功率发电,将发动机负荷智能调整到最高效的区间。
制动能量回收:
和纯电模式一样,就是能量方向反过来流。
与i-MMD的区别在于,EDU这套系统在基本所有模式下都能实现档位的切换,将动力总成的效率进一步优化:
i-MMD系统与EDU系统的最大区别在于:
EDU系统更类似于传统变速箱,在一根轴上完成输入,一个发动机两个电机在另一根轴上完成输出;
而i-MMD系统则是驱动电机一根输入轴、发动机和ISG电机在另一根输入轴。
整个变速箱没有传统意义上的换挡机构,但是通过给发动机和ISG电机分别配上变速齿轮,使这两个动力源得以以合理的转速比进行配合。
毕竟,没有换挡机构使得i-MMD无法进一步优化动力总成效率。
纯电模式:
串联模式:
并联模式:
行车智能充电:
但是驱动电机与车轮之间没有离合器,无法完全断开,在该模式下,驱动电机空转,有一定的功率损失。
制动能量回收。
EDU系统的优势很明显。
如上所述,可以实现基本所有的混动模式,并在各个模式上都能实现换挡。
在基本所有的工况和车速下都能实现对于动力总成效率的优化。
其二,即使在轴向空间并排布置了两个电机和两个离合器,EDU的轴向尺寸控制在比较合理的范围内。
现在从其应用到的车型来看,在A级车型上配合4缸机进行布置毫无问题。
从目测的间隙来看,在B级车上甚至可以匹配2.0T发动机(当然,并没有什么必要这么做)。
EDU系统决定了其对于电池放电功率依赖较大,进而催逼上汽开发了充、放电功率都更大的电池系统,并未其之后的电池系统研发作了技术积累。
EDU系统设计的初衷,应该就是奔着插电混动系统来的(当然,在中国现有政策环境下,自主品牌推出一款双电机混动产品没有什么意义)。
EDU系统的ISG电机功率很小(15kW),在大功率的情况下,主要依靠电池要有足够的放电能力;
且因为EDU可以换挡,发动机接入对应的车速范围更宽,所以EDU系统可以在很较低速的时候就把发动机接进去。
发动机直接参与驱动,没有中间转一手的功率损失,效率可以更高。
· EDU的劣势也比较明显
首先是类AMT结构的变速箱,面对两档之间达到1.9左右的速比差,换挡(尤其是升档需要动力总成降转速)时肯定需要较多时间来进行转速协调,必然导致动力中断的时间比较长,从而会被驾驶员感受到。
为了克服这个缺点,上汽在控制方面投入了很多,通过电机远超发动机的转速调节效率,在离合器接合前将动力总成的转速尽快调节到和轮速匹配的范围。
从最初的e550到现在的eRX5,换挡动力中断已经渐渐消失在媒体试驾和消费者用车抱怨的清单里。
其次,题主提到的荣威e550,其所搭载的那台1.5L自然吸气发动机,技术明显落后于雅阁搭载的那台,2.0L的地球梦阿特金森循环发动机。
改用1.0T涡轮增压缸内直喷发动机的e550下一代车型(荣威ei6)的综合油耗为4.5L/100km,明显比e550有了显著进步。
已经是很不错的成绩了,但和雅阁9 HEV相比还是有差距。
i-MMD的优势首先在于其结构更加简单,单离合器、双轴输入的设计让其横向空间更小,更加利于整车布置。
节省的横向空间,使得其布置本田的大排量阿特金森循环发动机成为可能,从而确保动力性的同时,使得内燃机效率得以大幅度的提升。
这也是雅阁9 HEV以B级车的体量,实现了油耗仅有4.4L/100km——远领先于e550 PHEV(B工况油耗,可以简单理解为不用电只用油)的5.44L/100km,与风阻系数仅0.25的荣威ei6 PHEV的4.5L/100km的数值接近。
其二,其空心套轴等细节设计对于加工精度、成本和可靠性提出了挑战。没有背靠成熟的供应链系统,是很难完成这点的。
i-MMD系统当然不是毫无缺点的:
首先,i-MMD要兼顾非插电的混动,即便是PHEV电池也都不大(6.7kWh)。由于驱动电机的功率很大(高达124kW),电池的功率不足以满足驱动电机的能力,所以发动机和ISG电机的功率都必须很大。
这样在速度较低发动机还无法接进去的时候,如果功率需求又很大,发动机和ISG发电功率很大才能维持TM的开销。
这样那么多的功率都要经过效率转换,对于总体效率肯定是有损失的。
即便是在较高车速巡航的时候,i-MMD会用并联驱动,但是如果此时驾驶员踩大油门,i-MMD反而是要退并联回到串联的。
因为并联时发动机与车轮直接连接,且i-MMD系统无法换挡,发动机转速范围受限,无法高功率地工作。
进入串联后,发动机转速跟车速解耦,转速反而可以抬高,发动机功率可以更大。
但是因为功率要转换一圈,效率不可避免有损失,且此时NVH表现会受一点影响。
另外,双电机的配置,使得EDU系统和i-MMD系统在成本方面比并联式系统(如单电机P2)等有一定的劣势。
i-MMD系统两个电机的功率更大,成本会更高一些。
综合而言,本田i-MMD系统和荣威e550系统都有结构简单、传动系统效率高的优点,是串并联混动方案的成功代表。
理论上荣威e550混合动力系统能实现的混动模式和传动效率优于本田i-MMD混动系统。
但本田依托其强大的制造技术、发动机技术和成本空间,使本田i-MMD这套系统的混动工况油耗优于荣威e550混合动力系统。
EDU系统在i-MMD之前大半年推向市场,且总体销量上占有很大优势,代表了国内自主品牌新能源技术快速发展的成就,在这方面我们并不比别人落后。
相信不远的未来,自主品牌的新能源产品能够在国际舞台上,和国际巨头过一过招。
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