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i-MMD混动技术与评测报告解读:为何混动是新能源时代的“曙光”

 cheyunwang 2020-09-11

燃油汽车、纯电动汽车、混合动力汽车这三种类型,占据了当前消费者可购买汽车的绝大部分,不依赖基础充电设施、没有续航焦虑且便利性更高,混合动力汽车受关注度急速提升,截至2019年,全球混合动力汽车的累计销量已经超过了1200万辆。甚至可以说,在电动车技术尚未完全成熟之时,混合动力是化石燃料汽车向未来电气化时代迈进的,更加现实的“步进式方案”,而能源去碳也已成为不可逆转的趋势。

油电混合动力技术一方面缓解了纯电社会对整个电网分布式、智能化的改造压力,更为节能减排与降低化石能源消耗做出了卓越贡献,大大缓解了当下汽车社会对环保和节能等多方面的要求。


当然,油电混动系统也并非单纯“省油”那么简单,动力、操控以及关乎驾乘感受的全方位提升,也是混动系统的亮点所在。聚焦国内汽车市场,本田i-MMD系统及东风本田旗下的“锐·混动”车型可谓是同级中的佼佼者。

在证明油电混动技术对节能环保做出的贡献之外,北京理工大学发布的《东风Honda i-MMD混动技术与评测报告》中,更阐述了该混动系统对提升驾乘与操控感的一举多得。从“理论分析”到“实地测试”,东风本田旗下产品搭载的第三代i-MMD双电机混合动力系统(下文简称“i-MMD混动系统”),不仅是技术层面的同级标杆,对于消费者而言,更是迎合时代发展的不二之选。

1、混动系统的分类

混合动力汽车的定义是:一种综合传统内燃机和电驱动系统,并使两者协同工作的混合驱动系统及车辆。按照当前量产车型较为成熟的技术形式,本田i-MMD混动技术属于强混系统,而非今年年来盛行的弱混或轻混。


“强混”一般配有1至2个电机和1组容量较大的高压电池组,可以满足发动机单一驱动、电机单一驱动和两者混合驱动的多种工作模式。以东风本田旗下产品搭载的“i-MMD混动系统”为例,车辆只依靠系统中的电机驱动便能达到120km/h的车速。


这意味着这套系统中的燃油发动机,可以始终专注于在最高效率的工况下工作,从而提升整个混动系统的燃油经济性。保守地说,搭载了强混系统的车型能比同排量内燃机车型提高至少30%的节油能力。

2、说“简单”又不“简单”

在这套本田i-MMD混动系统中,一台2.0L阿特金森循环发动机,两台电动机和一个直连模式离合器构成了主体,在下面的简易说明图中,我们能看到这款屡获殊荣的动力系统的工作机理:

左下角的图标表示燃油发动机、其上依次是电池、发电机和电机。而序号1-4则分别代表了能量的流动路线(也可以看做动力的传输轴),右上角为车轮,在最下方燃油发动机和能量流动路线1之间,是一个离合器。

当这套i-MMD混动系统工作的时候,通过简单的离合器开闭,以及不同部件的工作状态调整,就可以实现非常多样的工作模式:

a、纯电动驱动,燃油发动机和发电机不工作;

b、燃油发动机驱动,离合器闭合,电动机发电;

c、混合驱动,燃油发动机与电机一起驱动整车;

d、混合驱动,燃油发动机驱动发电机发电,电动机驱动整车;

e、制动能量回收,电动机通过反向扭矩实现制动,并回收电能。 


虽然实现的功能很复杂,但本田这套i-MMD混动系统的结构却挺简单(相对于同类技术来说),而且整个系统的工作机制也很容易理解,就是在车辆低速行驶时,尽可能用电机驱动,当车辆的速度达到要求之后,才启动发动机。这就意味着该系统的工作更加稳定,可以降低用户日常的保养成本。

但最重要的是,由于发动机可以通过离合器和减速齿轮直接驱动车辆,所以其传动系统可以承载更大的扭矩负荷,传动效率也更高,让车辆的中高速段加速能力也更强,这一定程度上改善了眼下混动车型缺乏运动型的问题。

不过,和结构设计相对简单相对应的是,这套系统中一些关键部件采用的技术,却相当不简单。比如那台2.0L燃油发动机,就具备奥托循环和阿特金森循环双模式无缝切换的能力,再辅以一系列机械材料和设计结构优化,其热效率高达40.6%,直逼业内燃油发动机的燃效天花板。

此外,这套i-MMD混动系统中的高性能电机,也必须提一下:它创新性地采用了方形绕组铜线(截面积相当于挂面)。相比过去的圆形绕组铜线(截面积类似普通面条),方形设计能够更致密地在有限的电机空间里塞入更多的线圈,提高线圈的总截面积,提高电机的功率密度。


纸面分析完技术的先进性,那为了客观评价本田i-MMD混动系统的性能优劣,我们就不妨针对一些东风本田的混动车型和燃油车型,进行一系列的对比测试,从而客观还原出不同技术产品的差异来。

为此,《报告》选择了四款车进行全面地实地测试,这四款车分别是混合动力/汽油版的东风本田INSPIRE,混合动力/汽油版的东风本田CR-V。其中,两款混动版车型均搭载i-MMD混动系统;另两款燃油版车型配备的则是1.5L涡轮增压缸内直喷发动机。

混动版INSPIRE

燃油版INSPIRE

混动版CR-V

燃油版CR-V

3、更快丨混动也可以很运动


在一部混动系统内,驱动电机对车辆的加速性能至关重要,在i-MMD混动系统中,单电机的输出扭矩高达315Nm,完全可以独立驱动车辆,所以在加速能力测试环节中,电机辅以175Nm最大扭矩输出的燃油发动机一起工作,让混动版INSPIRE和CR-V如虎添翼。

《报告》的测试流程分为开/关空调两种状态(针对不同季节背景下的用户场景差异),并且加速测试的种类也分为起步加速(0-60 km/h,0-100 km/h,0-120 km/h等)和超车加速(60-100 km/h,60-120 km/h等)等多种科目,以全面体现车辆的整体加速性能。

以关空调时东风本田INSPIRE混动版和燃油版车型在0-120 km/h项目下的测试过程为例,选取部分测试数据绘制速度-纵向加速度联合曲线,得出数据图(摘自《报告》)如下:

测试指标
测试项目
空调
INS混动
INS燃油
CRV混动
CRV燃油
加速时间(s)
0-60 km/h
4.12
4.44
4.37
4.51
4.22
4.49
4.33
4.43
0-100   km/h
8.18
9.15
9.49
9.39
8.81
9.29
9.23
9.42
0-120   km/h
11.41
12.36
13.61
13.02
12.41
12.61
13.20
13.15
60-100   km/h
5.64
5.32
6.47
5.20
5.63
4.80
5.49
5.23
60-120   km/h
9.41
8.49
11.04
8.89
9.43
8.05
9.63
8.92

其中加速测试的核心指标是加速时间。表中加速时间均为3次往返测试中,往返平均值的最小值,这样可以更好地反映车辆的极限加速能力。

从这个表格的数据中我们可知:在相同的空调状态下,INSPIRE和CR-V混动车型的起步加速性能均优于燃油车,而超车加速能力则略逊于燃油车,且在轿车上,混动系统获得的加速优势比SUV车型更加明显。


这个结果,其实与当初的预料相符合,借助报告的分析:

当发动机从怠速转速开始,输出的扭矩持续增长,直到达到最大输出扭矩之后才逐渐减少,对于一般自吸发动机而言,这部分区间可持续2000-3000转速的范围。而电机的扭矩输出特性则大不相同,在最大扭矩输出拐点来临之前,电机的输出扭矩便可一直维持最大扭矩值,这意味着,电机的扭矩特性可以为车辆的中低速加速过程持续效力——摘自《报告》


这就解释了为什么在上面的测试数据中,纯电动汽车、混合动力汽车等匹配了驱动电机的车型,加速性能往往比纯燃油版优秀。但对绝大多数消费者来说,日常的驾驶场景中,一般只需要这套i-MMD混动系统中的电动机驱动车辆就能满足基本的性能要求了。

此外,考虑到电动车出色的加速能力和平顺性的特点,让混动版的东风本田INSPIRE和CR-V,即保证了优于燃油车的加速性能,又提高了加速过程的舒适性。

而在与加速测试相反,但形式相近的制动测试中,我们也得到了一个结论:无论是INSPIRE还是CR-V的混动车型,其与燃油车型的制动能力都处于优良水平且不分仲伯:
 

考虑到东风本田混动车型额外负载了一个“备份”的动力系统、且具有常规燃油车型不具备的电池组,使其自身重量比传统燃油车重的事实后,其制动能力与同级的燃油车型能做到不相上下,足以说明东风本田的混动INSPIRE和CR-V,不但省油,而且依然没有舍弃本田产品所擅长的运动性能——不但加速够“快”,制动速度也一样“快”。

4、更顺丨本田i-MMD混动系统的天赋所在

之前说到,本田i-MMD混动系统使用了多平行轴传动机构,考虑到这套系统不存在齿轮切换的工作机制,只要把和发动机直连的离合器给调教好了,便可以把电机驱动的平顺性和发动机的线性结合起来,以达到非常平顺的加速效果。

事实上,平顺性非常强,也是以电动车和混动车为代表的新能源技术路线的先天优势。


为了充分验证东风本田混合动力版Inspire和CR-V的驾驶平顺性,我们还是针对刚才的四辆测试车,选取场地针对车辆纵向平顺性、机动性、转向平顺性和高速稳定性(18米绕桩&麋鹿)进行测试,试图揭开东风本田混动车型在不同工况下的稳定性,舒适性和操控性这三大核心技能。


4.1、在纵向平顺性测试中,车辆(以INSPIRE混动版和燃油版为例)在同一个驾驶员的控制下,以20%的油门/制动踏板开度为例,我们能从精密机器上得到下面的数据表格。


加速度(m/s2)
加加速度(m/s3)
车型
最大值
平均值
标准差
变异系数
最大值
平均值
INS混
2.17
0.76
0.47
0.62
14.03
3.92
INS油
2.72
0.96
0.55
0.59
17.36
4.62
CRV混
2.42
0.85
0.48
0.56
15.21
3.88
CRV油
2.80
0.92
0.57
0.62
17.01
4.25
备注
油门踏板:20%
车速范围:0-60km/h
计算方式:每辆车均往返2次,上述值是4组数据的平均
纵向平顺性测试(20%油门踏板)结果

其中,变异系数指的是车辆在整个加速(也包含减速)过程中表现出来的平顺性指标,数值越大,代表平顺性越差,你可以理解为在一定的时间段内“抖动”的越厉害;而加加速度(冲击度)的最大值和平均值,能够表征车辆在“抖动”的过程中,冲击的最大值以及“抖动”的平均值,这个值越大,说明抖动的力度越大,体感越差。

从这个表格中,我们可以看出:在常规驾驶习惯下,混动型轿车和SUV在平顺性和体感冲击两个层面,相比燃油车都要略占一点优势,在全油门的状态下,燃油车型的平顺性相比混动车型要略好,但是体感则是“平分秋色。


4.2、在机动性测试中,《报告》选取最小转向直径作为衡量指标,这里的最小转向直径指的是外前轮的转向直径,通过测试,我们发现:

混动车的最小转向直径与燃油车接近,并略大于燃油车。从混动车和燃油车的角度看,对于INSPIRE和CR-V,左转和右转的最小转向直径有着相同的特征,即混动车的最小转向直径和燃油车相近,并且略高于燃油车。

这说明,虽然动力系统的设计思路上有着本质层面的差异,但是在一些基本的车辆动态特性方面,东风本田的混动版INSPIRE和CR-V,其实和正常的燃油车驾驶起来没什么差别,甚至在一些方面还更加优秀。

 
4.3、在高速稳定性(18米绕桩&麋鹿测试)极限测试中,车辆以一定速度进入测试场地,期间不踩油门及刹车,多次尝试并逐步提高车速,记录不倒桩的最高车速(如下两个表)。这个测试,对于一辆混动车型来说,可谓是最严苛的考验。

因为在燃油车和混动车型之间,虽然表面上看是动力系统的不同,但是在看不见的地方,其实是对厂家整车调教的综合考验,因为不同的动力单元和重量分布,意味着两个车的质心位置可能相差很大,因此两款车的调教,也必须有针对性的区别,这样才能达到趋于一致的驾驶感受。

车型
车速1
车速2
车速3
车速4
车速5
车速6
最终结果
INS混
62.18
60.99
58.82
65.47
65.75
66.22
65.47
INS油
61.67
65.62
61.02
60.23
62.41
62.93
62.41
CRV混
56.25
62.08
63.24
62.15
63.24
--
63.24
CRV油
59.85
59.57
61.75
61.66
61.75
--
61.75
高速稳定性测试(18米绕桩)结果(单位:km/h)

车型
车速1
车速2
车速3
车速4
车速5
车速6
最终结果
INS混
67.56
68.68
58.37
70.20
62.10
66.76
68.68
INS油
66.94
67.14
67.98
69.52
66.22
70.57
66.22
CRV混
59.38
66.38
62.33
63.13
68.67
49.47
63.13
CRV油
71.75
67.18
60.89
57.39
56.49
60.59
60.89
高速稳定性测试(麋鹿测试)结果(单位:km/h)

根据上面表格中的数据,我们能看出来:东风本田INSPIRE比SUV拥有更高的稳定通过车速(几乎没什么悬念);混动版车型相比于燃油版车型的测试极限速度更高,具有更好的操纵稳定性(这个比较反常识)。

事实上,在后一点上,测试团队分析后认为:混动车型在动力输出平稳性方面的优势(主要是纵向方向上),在车辆绕桩过程中起到了重要的决定性因素,并且动力系统尤其是电机部分对驾驶员的油门控制响应迅速,也让东风本田的混动版INSPIRE和CR-V在剧烈的操控测试中,显得更加游刃有余。

这个测试虽然对一般消费者来说,日常几乎接触不到,但是在车辆高速行驶的时候,混动车型能提供更好的稳定性和操控极限,无疑意味着面对突发情况,便拥有更多的反应时间和空间。


综合以上测试结果:两辆混动版测试车的实际表现也印证了纸面上的理论分析,本田通过对电机、发动机和离合器的的精准控制,实现了顿挫的最小化。在驾驶这辆车时,测试车手反馈得到的燃油发动机启动和介入带来的震动微乎其微,甚至比大部分发动机怠速启/停装置对整车带来的冲击都更小。

5、更远丨越是逆境越出色的技术

为了在实际用车场景中验证东风本田混动车型的节油能力,《报告》以北京的交通环境为背景,设计了一系列的城市工况拥有测试4辆测试车之间的油耗差异。

选取的主要测试工况分别为北京市六环路、三环路和市区红绿灯道路,这三类工况可以作为北京市的典型代表工况。比较来看,三类工况的拥堵程度依次增加,平均行驶车速逐次降低。从理论上分析,相应的油耗应该会逐渐提升。

测试方法则以北理工加油站为起点和终点,出发时加满油,里程清零后按相应路线行驶,行程结束再加满油,计算耗油量。

同为起点和终点的北理工加油站

需要指出的是,考虑到在网络上已经有人验证过同类型混动产品,在加满一箱油之后能达到的极限里程,这个极限值一般都在1500公里至1800公里之间。所以此次《报告》所提供的燃油消耗值也仅仅作为参考使用,因为测试工况不可重现、驾驶习惯不可复制,外部环境不可复制。
 
工况
状态
车型
里程
(km)
实测油耗
(L)
表显平均油耗
(L/100km)
实测平均油耗
(L/100km)
混动节油率
(%)
六环
关空调
INS混
151.3
5.50
4.0
3.64
12.08
INS油
154.5
6.40
4.9
4.14
CRV混
156.5
7.44
4.1
4.75
13.16
CRV油
157.1
8.60
5.5
5.47
开空调
INS混
138.6
5.99
4.6
4.32
30.99
INS油
141.5
8.86
5.9
6.26
CRV混
156.4
8.27
4.4
5.28
15.52
CRV油
157.2
9.82
6.5
6.25
三环
关空调
INS混
80.6
2.89
3.8
3.59
39.26
INS油
82.1
4.85
6.0
5.91
CRV混
48.4
1.80
3.3
3.72
58.53
CRV油
48.6
4.36
7.1
8.97
开空调
INS混
80.2
3.66
4.9
4.56
36.13
INS油
81.7
5.83
7.5
7.14
CRV混
48.2
2.60
4.5
5.39
29.36
CRV油
48.5
3.70
8.4
7.63
红绿灯
开空调
INS混
41.7
2.10
6.5
5.04
57.18
INS油
43.0
5.06
11.7
11.77
CRV混
41.9
3.23
5.9
7.71
42.24
CRV油
42.1
5.62
13.7
13.35
油耗测试结果

根据上面测试的数据,我们能看出来:相比于燃油车,混动车的节油效果十分突出。在各种工况下,无论是开空调状态还是关空调状态,混动车的油耗水平总是低于燃油车,综合平均节油率33.44%,最高节油率达到了惊人的58.53%。

而且,随着平均车速的降低,交通拥堵状况的加剧,混动的节能潜力也逐渐凸显。六环工况、三环工况和红绿灯工况的混动平均节油率分别为17.94%、40.82%和49.71%,从而印证了工况越恶劣,混动车的表现更优异。

本田i-MMD混动系统这个特性,对于消费者来说,尤其是日常用车环境在市区内的消费者,无疑是一种巨大的技术优势。

6、更可靠丨颠覆常识的技术

基于上面的内容,我们可以知道,搭载在东风本田INSPIRE和CR-V混动车型上的i-MMD混动系统,是一个相对把燃油和电力完美结合在一起的复杂技术(相对于纯燃油来说)。那么按照常识,理应是越复杂的技术,稳定性应当越差才是。但这个常识在搭载本田i-MMD混动系统的产品上,被颠覆了。

原因很简单,因为常规动力系统的不稳定性大多来自于传统燃油发动机所导致,但依靠电来驱动的电气化技术,构造相对简单且技术成熟,所以对那些纯电动车来说,一般购车后的前三年,几乎不存在任何的保养问题。

因此,在本田的i-MMD混动系统上,由于动力系统中的电动机启动工况更加积极,所以燃油发动机启动的机会就少了很多,而且一旦燃油发动机启动,其可以立即进入最佳工作区间运转,所以也不需要顾虑在低速高负荷工况下(比如堵车时)“折寿”的问题了。这就让i-MMD混动系统,成为了一个可以“逆天改命”的技术。

为了证明混动版INSPIRE和CR-V这两款产品的可靠性符合刚才的理论分析,《报告》通过对比相同工况下新旧车的油耗,来从侧面验证系统可靠性的实地测试。

具体的测试办法为找来一辆行驶了19000公里的混动版CR-V旧车,按照与前述油耗测试相同的办法,将其与混动版CR-V新车一同测试,以加油站为起点和终点,出发时加满油,里程清零后按相应路线行驶,行程结束再加满油,计算耗油量,并得到下图的数据结果。

工况
状态
CRV混
表显里程
单位:km
实测油耗
单位:L
表显平均油耗
单位:L/100km
实测平均油耗
单位:L/100km
综合
开A/C
185.7
10.90
5.3
5.87
192.3
10.47
5.4
5.44
油耗测试结果

根据数据得知:在综合高速工况下,旧混动版CR-V和新混动版CR-V的油耗水平十分接近,其中旧车的平均油耗表显值略高于新车,而平均油耗实测值略低于新车。二者并没有决定性的差异(毕竟司机也不是一个人,驾驶环境也只能以两辆车保持相同状态行驶,而且旧车的里程数并不算高)。所以此次可靠性测试,结果更多是用于参考。

所以,对于所有的消费者来说,无需因为混动技术相对复杂,从而担心其节油的可靠性和耐久性,以及整个系统的稳定性,因为无论是从理论角度分析,还是实际验证测试,本田i-MMD混动系统都是经得住考验的技术。

车云小结:

眼下,几乎没人会否认汽车的未来属于电气化,但在考虑到汽车自诞生一百多年以来,其基本的系统架构设计和能源形式都没有改变的这个事实,我们不得不承认:

汽车产业的能源革命,势必要消耗很多人的努力和很久的时间之后,才会出现一个显著的变化。

眼下,虽然电动车正在重新鼓起汽车历史上的第二次革命浪潮(电动车其实已经不是一个新鲜事物),但电池技术的掣肘以及用电环境的“不友好”,其实让越来越多的人在电动车声势越来越响的时候,开始反思我们对于汽车电气化的进程是不是“揠苗助长”了?

因此,业内比较中肯且主流的共识是:

类似于搭载在东风本田INSPIRE和CR-V这两款混动车型上的本田i-MMD混动系统,其本质依然是以传统化石燃料为基础的动力技术,但是在迎合消费者使用习惯,改善汽车节能环保性能,降低整个社会的能源消耗的目标上,其不啻为在传统燃油时代和未来新能源时代之间,一个承上启下之作。
作者丨程李

9月12日-13日,由车云网和中国机械国际合作股份有限公司联合主办的“新生态  新势能——2019新能源汽车大会”将在广州举行。

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