本田IMMD混動系統淺談

之前談過THS混動系統,今天介紹下它的最大競爭對手本田IMMD混動系統。


從混動構型上來看,本田IMMD是一個典型的串並聯構型,看起來是一個很普通的結構,並沒有特別之處。但就是它,在混動市場上能自成一派,大有取代THS成為混動市場老大的勢頭。我們將從IMMD的工作原理、系統優勢、軟件控制三方面簡要介紹。


工作原理

廣義上IMMD系統包括阿特金森循環發動機、e-CVT變速箱和動力電池三部分,狹義上的IMMD就是指e-CVT變速箱,包括電機、發電機、離合器、齒輪等零部件,其機械結構剖視圖如下,為4軸結構。

本田IMMD混動系統淺談


為方便分析,IMMD的系統原理示意圖可簡化為下圖所示。可以看出,整體結構比較簡單,只有一個離合器來控制發動機至輪端的扭矩輸出線路。

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其主要有以下三種工作模式:

純電模式


此模式下電池給電機供電,電機單獨驅動車輛行駛,發動機、發電機不工作,離合器也處於斷開狀態。其純電模式工作原理圖如下。

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串聯模式


此模式下電池、發電機一起給電機供電(當然也有可能發電機同時給電機和電池供電),電機單獨驅動車輛行駛,發動機僅帶動發電機工作發電,離合器處於斷開狀態。其串聯模式工作原理圖如下,相比於純電模式,僅增加了增程器的發電功能。

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並聯模式


此模式下離合器處於接合狀態,發動機扭矩在發電的同時扭矩也可以通過離合器傳遞至輪端,與電機一起驅動車輛行駛。其工作模式示意圖如下圖,相比於串聯模式,僅增加了發動機扭矩傳遞至輪端的功能。

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系統優勢

個人覺得,本田的IMMD系統能實現對豐田THS系統的壓制,並不是該混動變速箱構型有多厲害,而是其對各子系統零部件的深入研究,實現了各子系統的最優化。


發動機


本田地球夢繫列發動機,為直列四缸自然吸氣缸內直噴發動機,採用了雙頂置凸輪軸DOHC,熱效率高達39%。

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優化進氣系統,採用了兩段式 VVL進氣系統,使用兩種不同的凸輪來保證動力性和經濟性最佳。其中經濟性凸輪的進氣門開啟時間延長,通過進氣門晚關,將進氣衝程吸入的氣體在壓縮衝程又排出去一部分,造成膨脹比大於壓縮比的阿特金森循環的效果。


EGR熱能回收裝置,可減少動力損耗,從而提升總體熱效率。通過回收廢氣,使得引擎冷卻液升溫更快,更快達到正常工作溫度。允許引擎在寒冬更快地進入電動模式,從而節約燃油。


還有優化缸內流動,提升缸內滾流強度,進而提高燃燒速度;水泵和油泵電動化,減小系統機械損失。


發動機上能想的辦法,它基本都嘗試過。


高壓


採用了高壓方案,實現驅動電機的小型化。高壓方案有利於提高電機轉速,同樣的電機功率提高轉速就可以降低系統的扭矩需求,而電機體積大小與轉矩大小成正比,更小的轉矩意味著更小的電機體積,這對系統佈置和成本降低都是有好處的。


電機


定子線圈由圓形細線改為方形粗線, 電機尺寸得到減小。

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驅動電機線圈由單層繞組更換成雙層繞組,更加緻密,端部高度減小10%,端部損耗同樣減小。

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軟件控制

由於IMMD僅存在一個離合器,所以其整體控制難度較低。


控制思路


基本控制思路如下:


1)高SOC時,使用純電模式,控制SOC在合理區間;


2)低SOC中低車速,使用增程模式,為電池充電,同時為電機提供能量;該模式發動機與輪端解耦,所以可以完全按照最佳經濟曲線控制發動機工作點;


3)低SOC高車速下,使用發動機直接驅動,電機可以輔助驅動或者不參與驅動。


控制難點


需要注意的控制問題有以下兩點:


1)串聯與並聯模式穩態切換點。這個主要關係到整車的經濟性,一般通過發動機萬有特性、電機發電機效率map等,可以通過離線仿真來確定基本的經濟切換時機(基本模式劃分形態如下圖)。當然,在大油門下,可以提前切至並聯模式,以提高動力性。

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2)串聯與並聯模式瞬態切換過程。只要是涉及離合器控制的,都需要考慮離合器接合或脫開這一過程的扭矩過渡平順性。


從串聯模式切換至並聯模式,需要先進行發動機調速,讓離合器輸入端與輸出端轉速一致,待離合器輸入端扭矩值較小後,可快速接合離合器,實現模式平滑切換。


從並聯模式切換至串聯模式,需要先進行發動機調扭,讓離合器輸入端扭矩值下降至降低值,而後可直接脫開離合器,實現扭矩平穩過渡。


以上,從IMMD的工作原理、系統優勢、軟件控制三方面介紹了個人的理解,不妥之處,歡迎交流。


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