本田i-MMD混動系統關鍵技術分析

目前，國內眾多汽車廠家在對標本田i-MMD混動系統開發自己的混合動力汽車。本文介紹了本田i-MMD混動系統的關鍵技術。

本田雅閣i-MMD混合動力系統的結構

iMMD系統構型如下圖：

該系統由阿特金森循環發動機、離合器、雙電機組成，三軸布置。發動機通過離合器連接到發動機輸出軸，在離合器前通過齒輪與發電機連接;電動機直接連接電機輸出軸;在發動機輸出軸和電機輸出軸之間有第三根軸，這根軸將動力傳遞到車輪。

驅動模式

純電動模式，即EV drive。該模式下發動機不工作，離合器斷開，電機通過齒輪機構直接輸出轉矩;

串聯混合動力模式，即Hybrid drive。該模式下發動機通過發電機發電，離合器斷開，電機通過齒輪機構輸出轉矩;

并聯混合動力模式，即Engine drive。該模式下發動機直接輸出轉矩，離合器結合，電機同時輸出轉矩。

以上三個模式就是雅閣iMMD（intelligent Multi-Modes Drive）系統的Multi-Modes，那么i所代表的intelligent在哪里呢？i體現在本田對控制策略的優化。

iMMD系統控制策略優化

iMMD系統在三個運行模式間通過兩種方式來進一步提升經濟性：

（1） 在每一個模式下盡可能提高燃油經濟性;

（2） 切換模式來提高燃油經濟性。

1. 在每一個模式下盡可能提高燃油經濟性

在Hybrid/Engine drive模式中，在原有工況的基礎上，控制器通過改變發動機/電機工作點，進一步提升發動機效率，如圖：

圖示是發動機的MAP圖，橫坐標為轉速、縱坐標為轉矩，顏色冷暖表示了發動機的輸出效率。藍色和黃色的點分別是電池不輸出能量進行調整時的發動機工作點。紅色的點是調整后的發動機工作點。

Hybrid Drive 模式下，發動機和車輪實際上是機械解耦的，為了讓發動機工作在最佳燃油經濟性的位置上。驅動電機的需求功率由電池彌補。

Engine Drive 模式下，發動機與電機同時驅動，此時讓發電機和驅動電機參與調節發動機的工作點，使發動機工作在最佳燃油經濟性的位置。

2.切換模式來提高燃油經濟性

（1） EV mode 和 Hybrid drive mode的切換

在EV與Hybrid兩種模式之間，iMMD采用了一種間斷式的混動策略intermittent hybrid mode），即電池部分參與供電，這樣的策略車輛在低速/低負荷工況，最多能提升50%;而在高速/高負荷工況下，經濟性則沒有明顯提升，部分工況能效反而下降。

（2） Hybrid drive mode 和 Engine drive mode 的切換

在Hybrid與Engine兩種混動模式中，發動機和電機的工作點也并不是完全由工況決定的。從巡航速度緩慢加速，engine drive mode 效率更高，比hybrid mode 最多提升12%;激烈駕駛時，hybrid drive mode 效率更高。

iMMD系統部件優化：發動機

本田iMMD系統采用了阿特金森循環發動機。阿特金森循環發動機的特點：經濟性好，動力性差。但以上特點尤其適用于混合動力，動力性的缺點可以由電動機來彌補。

iMMD阿特金森循環發動機實現方法：通過設計兩種凸輪（VTEC+EVTC），動力凸輪和經濟性凸輪（Output Cam/FE Cam），使之分別在啟動工況和大轉矩工況和正常駕駛工況運行，實際上凸輪的切換也實現了奧托循環和阿特金森循環（米勒循環）的切換。

凸輪型線與原理：經濟性凸輪的進氣門開啟時間延長（wide duration）。通過進氣門晚關，將進氣沖程吸入的氣體在壓縮沖程又排出去一部分，造成膨脹比大于壓縮比的阿特金森循環的效果。

動力凸輪和經濟性凸輪的效果：經濟性凸輪動力性明顯下降，但經濟性水平上升。

iMMD系統部件優化：電動機

1.初代iMMD永磁同步電機設計

手段1：提高磁阻轉矩（reluctance torque）

城市工況中低負荷的工作點比較多，需要降低電磁轉矩（magnet torque）增加磁阻轉矩（reluctance torque）。因為在低轉矩工況下，磁通量波動（magnetic flux fluctuation）產生的鐵損不可忽視。

改造磁鋼位置，提升的磁阻轉矩將整個電機的輸出轉矩最高增高了82%。

手段2：高電壓

為了實現驅動電機的小型化，同時保證驅動電機的功率，最大電壓達到700V（對比第三代普銳斯采用了同樣的手段，最大驅動電壓是650V）

手段3：提高電機轉速

增速降扭是普銳斯和雅閣的通用手段，更小的轉矩意味著更小的電機尺寸，進而使得電機的功率密度有所上升，所帶來的代價是必須要設計更高的轉子強度以及更有效的冷卻手段來保證電機在高速下穩定運行。

因此為了保證電機在高轉速下結構安全，在轉子上設計了一些槽，降低53%的應力。

同時設計了冷卻管路，避免高溫下永磁體退磁，該管路將變速器油引到電機與發電機處

2.新一代iMMD永磁同步電機改造手段

手段1：定子繞線的重新設計

由圓形細線改為方形粗線，槽型也改為方形，這樣可以填入更大面積的導線，槽滿率上升，電機尺寸可以相應減小

手段2：漆包線的改進

為增強絕緣性，在原有的漆包線外再增加一層樹脂

使用粉末噴涂技術，在線圈兩端覆蓋絕緣層，與浸漆工藝相比：在機械強度、附著力、耐腐蝕、耐老化等方面更優，成本也在同效果的浸漆工藝之下

手段3：單層繞線→雙層繞線——減小體積

線圈更加致密，高度降低，端部高度減小10%，端部損耗同樣減小

手段4：減小功率配件尺寸

由于繞線方式和線形的改變，相應接線工藝也得以改進，電機端部軸向尺寸減小17%

手段5：改變轉子磁鋼分布

增加兩條肋，進一步提升轉子強度

改造效果：

（1） 重量體積均減小23%，非常了不起;

（2） 最大轉矩307Nm→315Nm，最大功率124kW→135kW;

（3） 效率幾乎不變