i-MMD混動技術與評測報告解讀:為何混動是新能源時代的“曙光”

燃油汽車、純電動汽車、混合動力汽車這三種類型,佔據了當前消費者可購買汽車的絕大部分,不依賴基礎充電設施、沒有續航焦慮且便利性更高,混合動力汽車受關注度急速提升,截至2019年,全球混合動力汽車的累計銷量已經超過了1200萬輛。甚至可以說,在電動車技術尚未完全成熟之時,混合動力是化石燃料汽車向未來電氣化時代邁進的,更加現實的“步進式方案”,而能源去碳也已成為不可逆轉的趨勢。

油電混合動力技術一方面緩解了純電社會對整個電網分佈式、智能化的改造壓力,更為節能減排與降低化石能源消耗做出了卓越貢獻,大大緩解了當下汽車社會對環保和節能等多方面的要求。

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”

當然,油電混動系統也並非單純“省油”那麼簡單,動力、操控以及關乎駕乘感受的全方位提升,也是混動系統的亮點所在。聚焦國內汽車市場,本田i-MMD系統及東風本田旗下的“銳·混動”車型可謂是同級中的佼佼者。

在證明油電混動技術對節能環保做出的貢獻之外,北京理工大學發佈的《東風Honda i-MMD混動技術與評測報告》中,更闡述了該混動系統對提升駕乘與操控感的一舉多得。從“理論分析”到“實地測試”,東風本田旗下產品搭載的第三代i-MMD雙電機混合動力系統(下文簡稱“i-MMD混動系統”),不僅是技術層面的同級標杆,對於消費者而言,更是迎合時代發展的不二之選。

1、混動系統的分類

混合動力汽車的定義是:一種綜合傳統內燃機和電驅動系統,並使兩者協同工作的混合驅動系統及車輛。按照當前量產車型較為成熟的技術形式,本田i-MMD混動技術屬於強混系統,而非今年年來盛行的弱混或輕混。

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“強混”一般配有1至2個電機和1組容量較大的高壓電池組,可以滿足發動機單一驅動、電機單一驅動和兩者混合驅動的多種工作模式。以東風本田旗下產品搭載的“i-MMD混動系統”為例,車輛只依靠系統中的電機驅動便能達到120km/h的車速。

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這意味著這套系統中的燃油發動機,可以始終專注於在最高效率的工況下工作,從而提升整個混動系統的燃油經濟性。保守地說,搭載了強混系統的車型能比同排量內燃機車型提高至少30%的節油能力。

2、說“簡單”又不“簡單”

在這套本田i-MMD混動系統中,一臺2.0L阿特金森循環發動機,兩臺電動機和一個直連模式離合器構成了主體,在下面的簡易說明圖中,我們能看到這款屢獲殊榮的動力系統的工作機理:

左下角的圖標表示燃油發動機、其上依次是電池、發電機和電機。而序號1-4則分別代表了能量的流動路線(也可以看做動力的傳輸軸),右上角為車輪,在最下方燃油發動機和能量流動路線1之間,是一個離合器。

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當這套i-MMD混動系統工作的時候,通過簡單的離合器開閉,以及不同部件的工作狀態調整,就可以實現非常多樣的工作模式:

a、純電動驅動,燃油發動機和發電機不工作;

b、燃油發動機驅動,離合器閉合,電動機發電;

c、混合驅動,燃油發動機與電機一起驅動整車;

d、混合驅動,燃油發動機驅動發電機發電,電動機驅動整車;

e、制動能量回收,電動機通過反向扭矩實現制動,並回收電能。

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雖然實現的功能很複雜,但本田這套i-MMD混動系統的結構卻挺簡單(相對於同類技術來說),而且整個系統的工作機制也很容易理解,就是在車輛低速行駛時,儘可能用電機驅動,當車輛的速度達到要求之後,才啟動發動機。這就意味著該系統的工作更加穩定,可以降低用戶日常的保養成本。

但最重要的是,由於發動機可以通過離合器和減速齒輪直接驅動車輛,所以其傳動系統可以承載更大的扭矩負荷,傳動效率也更高,讓車輛的中高速段加速能力也更強,這一定程度上改善了眼下混動車型缺乏運動型的問題。

不過,和結構設計相對簡單相對應的是,這套系統中一些關鍵部件採用的技術,卻相當不簡單。比如那臺2.0L燃油發動機,就具備奧托循環和阿特金森循環雙模式無縫切換的能力,再輔以一系列機械材料和設計結構優化,其熱效率高達40.6%,直逼業內燃油發動機的燃效天花板。

此外,這套i-MMD混動系統中的高性能電機,也必須提一下:它創新性地採用了方形繞組銅線(截面積相當於掛麵)。相比過去的圓形繞組銅線(截面積類似普通麵條),方形設計能夠更緻密地在有限的電機空間裡塞入更多的線圈,提高線圈的總截面積,提高電機的功率密度。

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紙面分析完技術的先進性,那為了客觀評價本田i-MMD混動系統的性能優劣,我們就不妨針對一些東風本田的混動車型和燃油車型,進行一系列的對比測試,從而客觀還原出不同技術產品的差異來。

為此,《報告》選擇了四款車進行全面地實地測試,這四款車分別是混合動力/汽油版的東風本田INSPIRE,混合動力/汽油版的東風本田CR-V。其中,兩款混動版車型均搭載i-MMD混動系統;另兩款燃油版車型配備的則是1.5L渦輪增壓缸內直噴發動機。

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混動版INSPIRE

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燃油版INSPIRE

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混動版CR-V

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燃油版CR-V

3、更快丨混動也可以很運動

在一部混動系統內,驅動電機對車輛的加速性能至關重要,在i-MMD混動系統中,單電機的輸出扭矩高達315Nm,完全可以獨立驅動車輛,所以在加速能力測試環節中,電機輔以175Nm最大扭矩輸出的燃油發動機一起工作,讓混動版INSPIRE和CR-V如虎添翼。

《報告》的測試流程分為開/關空調兩種狀態(針對不同季節背景下的用戶場景差異),並且加速測試的種類也分為起步加速(0-60 km/h,0-100 km/h,0-120 km/h等)和超車加速(60-100 km/h,60-120 km/h等)等多種科目,以全面體現車輛的整體加速性能。

以關空調時東風本田INSPIRE混動版和燃油版車型在0-120 km/h項目下的測試過程為例,選取部分測試數據繪製速度-縱向加速度聯合曲線,得出數據圖(摘自《報告》)如下:

<table><tbody>

測試指標

測試項目

空調

INS混動

INS燃油

CRV混動

CRV燃油

加速時間(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

/<tbody>/<table>

其中加速測試的核心指標是加速時間。表中加速時間均為3次往返測試中,往返平均值的最小值,這樣可以更好地反映車輛的極限加速能力。

從這個表格的數據中我們可知:在相同的空調狀態下,INSPIRE和CR-V混動車型的起步加速性能均優於燃油車,而超車加速能力則略遜於燃油車,且在轎車上,混動系統獲得的加速優勢比SUV車型更加明顯。

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這個結果,其實與當初的預料相符合,藉助報告的分析:

當發動機從怠速轉速開始,輸出的扭矩持續增長,直到達到最大輸出扭矩之後才逐漸減少,對於一般自吸發動機而言,這部分區間可持續2000-3000轉速的範圍。而電機的扭矩輸出特性則大不相同,在最大扭矩輸出拐點來臨之前,電機的輸出扭矩便可一直維持最大扭矩值,這意味著,電機的扭矩特性可以為車輛的中低速加速過程持續效力——摘自《報告》

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這就解釋了為什麼在上面的測試數據中,純電動汽車、混合動力汽車等匹配了驅動電機的車型,加速性能往往比純燃油版優秀。但對絕大多數消費者來說,日常的駕駛場景中,一般只需要這套i-MMD混動系統中的電動機驅動車輛就能滿足基本的性能要求了。

此外,考慮到電動車出色的加速能力和平順性的特點,讓混動版的東風本田INSPIRE和CR-V,即保證了優於燃油車的加速性能,又提高了加速過程的舒適性。

而在與加速測試相反,但形式相近的制動測試中,我們也得到了一個結論:無論是INSPIRE還是CR-V的混動車型,其與燃油車型的制動能力都處於優良水平且不分仲伯:

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考慮到東風本田混動車型額外負載了一個“備份”的動力系統、且具有常規燃油車型不具備的電池組,使其自身重量比傳統燃油車重的事實後,其制動能力與同級的燃油車型能做到不相上下,足以說明東風本田的混動INSPIRE和CR-V,不但省油,而且依然沒有捨棄本田產品所擅長的運動性能——不但加速夠“快”,制動速度也一樣“快”。

4、更順丨本田i-MMD混動系統的天賦所在

之前說到,本田i-MMD混動系統使用了多平行軸傳動機構,考慮到這套系統不存在齒輪切換的工作機制,只要把和發動機直連的離合器給調教好了,便可以把電機驅動的平順性和發動機的線性結合起來,以達到非常平順的加速效果。

事實上,平順性非常強,也是以電動車和混動車為代表的新能源技術路線的先天優勢。

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為了充分驗證東風本田混合動力版Inspire和CR-V的駕駛平順性,我們還是針對剛才的四輛測試車,選取場地針對車輛縱向平順性、機動性、轉向平順性和高速穩定性(18米繞樁&麋鹿)進行測試,試圖揭開東風本田混動車型在不同工況下的穩定性,舒適性和操控性這三大核心技能。

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4.1、在縱向平順性測試中,車輛(以INSPIRE混動版和燃油版為例)在同一個駕駛員的控制下,以20%的油門/制動踏板開度為例,我們能從精密機器上得到下面的數據表格。

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縱向平順性測試(20%油門踏板)結果

其中,變異係數指的是車輛在整個加速(也包含減速)過程中表現出來的平順性指標,數值越大,代表平順性越差,你可以理解為在一定的時間段內“抖動”的越厲害;而加加速度(衝擊度)的最大值和平均值,能夠表徵車輛在“抖動”的過程中,衝擊的最大值以及“抖動”的平均值,這個值越大,說明抖動的力度越大,體感越差。

從這個表格中,我們可以看出:在常規駕駛習慣下,混動型轎車和SUV在平順性和體感衝擊兩個層面,相比燃油車都要略佔一點優勢,在全油門的狀態下,燃油車型的平順性相比混動車型要略好,但是體感則是“平分秋色。

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4.2、在機動性測試中,《報告》選取最小轉向直徑作為衡量指標,這裡的最小轉向直徑指的是外前輪的轉向直徑,通過測試,我們發現:

混動車的最小轉向直徑與燃油車接近,並略大於燃油車。從混動車和燃油車的角度看,對於INSPIRE和CR-V,左轉和右轉的最小轉向直徑有著相同的特徵,即混動車的最小轉向直徑和燃油車相近,並且略高於燃油車。

這說明,雖然動力系統的設計思路上有著本質層面的差異,但是在一些基本的車輛動態特性方面,東風本田的混動版INSPIRE和CR-V,其實和正常的燃油車駕駛起來沒什麼差別,甚至在一些方面還更加優秀。

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4.3、在高速穩定性(18米繞樁&麋鹿測試)極限測試中,車輛以一定速度進入測試場地,期間不踩油門及剎車,多次嘗試並逐步提高車速,記錄不倒樁的最高車速(如下兩個表)。這個測試,對於一輛混動車型來說,可謂是最嚴苛的考驗。

因為在燃油車和混動車型之間,雖然表面上看是動力系統的不同,但是在看不見的地方,其實是對廠家整車調教的綜合考驗,因為不同的動力單元和重量分佈,意味著兩個車的質心位置可能相差很大,因此兩款車的調教,也必須有針對性的區別,這樣才能達到趨於一致的駕駛感受。

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高速穩定性測試(18米繞樁)結果(單位:km/h)

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高速穩定性測試(麋鹿測試)結果(單位:km/h)

根據上面表格中的數據,我們能看出來:東風本田INSPIRE比SUV擁有更高的穩定通過車速(幾乎沒什麼懸念);混動版車型相比於燃油版車型的測試極限速度更高,具有更好的操縱穩定性(這個比較反常識)。

事實上,在後一點上,測試團隊分析後認為:混動車型在動力輸出平穩性方面的優勢(主要是縱向方向上),在車輛繞樁過程中起到了重要的決定性因素,並且動力系統尤其是電機部分對駕駛員的油門控制響應迅速,也讓東風本田的混動版INSPIRE和CR-V在劇烈的操控測試中,顯得更加遊刃有餘。

這個測試雖然對一般消費者來說,日常幾乎接觸不到,但是在車輛高速行駛的時候,混動車型能提供更好的穩定性和操控極限,無疑意味著面對突發情況,便擁有更多的反應時間和空間。

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綜合以上測試結果:兩輛混動版測試車的實際表現也印證了紙面上的理論分析,本田通過對電機、發動機和離合器的的精準控制,實現了頓挫的最小化。在駕駛這輛車時,測試車手反饋得到的燃油發動機啟動和介入帶來的震動微乎其微,甚至比大部分發動機怠速啟/停裝置對整車帶來的衝擊都更小。

5、更遠丨越是逆境越出色的技術

為了在實際用車場景中驗證東風本田混動車型的節油能力,《報告》以北京的交通環境為背景,設計了一系列的城市工況擁有測試4輛測試車之間的油耗差異。

選取的主要測試工況分別為北京市六環路、三環路和市區紅綠燈道路,這三類工況可以作為北京市的典型代表工況。比較來看,三類工況的擁堵程度依次增加,平均行駛車速逐次降低。從理論上分析,相應的油耗應該會逐漸提升。

測試方法則以北理工加油站為起點和終點,出發時加滿油,里程清零後按相應路線行駛,行程結束再加滿油,計算耗油量。

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同為起點和終點的北理工加油站

需要指出的是,考慮到在網絡上已經有人驗證過同類型混動產品,在加滿一箱油之後能達到的極限里程,這個極限值一般都在1500公里至1800公里之間。所以此次《報告》所提供的燃油消耗值也僅僅作為參考使用,因為測試工況不可重現、駕駛習慣不可複製,外部環境不可複製。

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油耗測試

根據上面測試的數據,我們能看出來:相比於燃油車,混動車的節油效果十分突出。在各種工況下,無論是開空調狀態還是關空調狀態,混動車的油耗水平總是低於燃油車,綜合平均節油率33.44%,最高節油率達到了驚人的58.53%。

而且,隨著平均車速的降低,交通擁堵狀況的加劇,混動的節能潛力也逐漸凸顯。六環工況、三環工況和紅綠燈工況的混動平均節油率分別為17.94%、40.82%和49.71%,從而印證了工況越惡劣,混動車的表現更優異。

本田i-MMD混動系統這個特性,對於消費者來說,尤其是日常用車環境在市區內的消費者,無疑是一種巨大的技術優勢。

6、更可靠丨顛覆常識的技術

基於上面的內容,我們可以知道,搭載在東風本田INSPIRE和CR-V混動車型上的i-MMD混動系統,是一個相對把燃油和電力完美結合在一起的複雜技術(相對於純燃油來說)。那麼按照常識,理應是越複雜的技術,穩定性應當越差才是。但這個常識在搭載本田i-MMD混動系統的產品上,被顛覆了。

原因很簡單,因為常規動力系統的不穩定性大多來自於傳統燃油發動機所導致,但依靠電來驅動的電氣化技術,構造相對簡單且技術成熟,所以對那些純電動車來說,一般購車後的前三年,幾乎不存在任何的保養問題。

因此,在本田的i-MMD混動系統上,由於動力系統中的電動機啟動工況更加積極,所以燃油發動機啟動的機會就少了很多,而且一旦燃油發動機啟動,其可以立即進入最佳工作區間運轉,所以也不需要顧慮在低速高負荷工況下(比如堵車時)“折壽”的問題了。這就讓i-MMD混動系統,成為了一個可以“逆天改命”的技術。

為了證明混動版INSPIRE和CR-V這兩款產品的可靠性符合剛才的理論分析,《報告》通過對比相同工況下新舊車的油耗,來從側面驗證系統可靠性的實地測試。

具體的測試辦法為找來一輛行駛了19000公里的混動版CR-V舊車,按照與前述油耗測試相同的辦法,將其與混動版CR-V新車一同測試,以加油站為起點和終點,出發時加滿油,里程清零後按相應路線行駛,行程結束再加滿油,計算耗油量,並得到下圖的數據結果。

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油耗測試結果

根據數據得知:在綜合高速工況下,舊混動版CR-V和新混動版CR-V的油耗水平十分接近,其中舊車的平均油耗表顯值略高於新車,而平均油耗實測值略低於新車。二者並沒有決定性的差異(畢竟司機也不是一個人,駕駛環境也只能以兩輛車保持相同狀態行駛,而且舊車的里程數並不算高)。所以此次可靠性測試,結果更多是用於參考。

所以,對於所有的消費者來說,無需因為混動技術相對複雜,從而擔心其節油的可靠性和耐久性,以及整個系統的穩定性,因為無論是從理論角度分析,還是實際驗證測試,本田i-MMD混動系統都是經得住考驗的技術。

車雲小結:

眼下,幾乎沒人會否認汽車的未來屬於電氣化,但在考慮到汽車自誕生一百多年以來,其基本的系統架構設計和能源形式都沒有改變的這個事實,我們不得不承認:

汽車產業的能源革命,勢必要消耗很多人的努力和很久的時間之後,才會出現一個顯著的變化。

眼下,雖然電動車正在重新鼓起汽車歷史上的第二次革命浪潮(電動車其實已經不是一個新鮮事物),但電池技術的掣肘以及用電環境的“不友好”,其實讓越來越多的人在電動車聲勢越來越響的時候,開始反思我們對於汽車電氣化的進程是不是“揠苗助長”了?

因此,業內比較中肯且主流的共識是:

類似於搭載在東風本田INSPIRE和CR-V這兩款混動車型上的本田i-MMD混動系統,其本質依然是以傳統化石燃料為基礎的動力技術,但是在迎合消費者使用習慣,改善汽車節能環保性能,降低整個社會的能源消耗的目標上,其不啻為在傳統燃油時代和未來新能源時代之間,一個承上啟下之作。


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