本田IMMD最新第四代混动系统解析

一、总成参数介绍

本田混动系统IMMD到目前为止已经经历过四代技术迭代，第四代技术做了很大的改进提升。总体构型从同轴布置变为平行轴布置，发动机系统由PFI气道喷射优化为缸内直喷，电动机扭矩和转速进一步提升，发电机转速功率进一步提升，第四代IMMD混动系统技术升级总结如下几个方面。

最新第四代开发目的：提升动力性、提升效率。

动力单元组成：2.0L直喷发动机，发动机由PFI升级为GDI；

FDU(混动机构)：发电机、电动机和减速器集成，FDU转速提升12%，FDU扭矩提升6%（发电机直径变小，同轴变平行轴，轴向更短）；

PCU(Power Control Unit):高压控制器模块；

IPU( Intelligent Power Unit)：电池控制单元；

发动机实现高低两档驱动（增加了发动机低速高负载，代替以前驱动电机运行）-满足较重车辆使用；

允许车重增加10%，最高车速增加12%（该工况系统效率提升3%）；

本田最新整车车辆布局HEV和PHEV，扩大全球应用，全面覆盖车重、实现高车速、满足市场大驱动力要求。

前期开发的车辆总成与最新一代车辆及总成进行对比，详细的车辆及动力总成参数如下表1所示。

本田IMMD最新一代为第四代混动升级，前面三代混动系统驱动电机和发电机都是同轴布置，主要布置形式为发电机、电动机、减速传动依次同轴布置，主要的缺点就是轴向尺寸较大，轴系较长，不利于加工制造和空间优化。具体同轴结构如图2-1所示。

第四代IMMD混动构型相比于前几代有了很大的变化和优化，主要优化包括以下几个方面:

1.两档平行轴布置的FDU;

2.发动机输出分为高低两档;

3.发电机和驱动电机平行布置。

第四代本田混动机构如图2-2所示。

新型第四代本田混动系统中发动机也做了较大提升，由气道喷射更改为缸内直喷，功率扭矩全面提升，发动机油耗经济区域更宽广，更有利于经济性提升。新型的高效发动机燃烧系统进行了重新设计优化，排气冷却进一步加强，缸内高压喷射，采用多次喷油策略，更有利于经济性和排放提升，发动机技术主要优化提升总结如下几个方面。

1. 上止点压缩湍动能提升14.8%（活塞顶形状和气道重新优化）；

2. 水套优化，排气侧冷却面积加大，降低排温，提升当量空燃比区域；

3. 气道喷射升级为缸内直喷（多次喷射）；

发动机功率从107kW提升到108.2kW，发动机扭矩从175Nm提升到187Nm，油耗map中最低油耗率207g/kWh，具体如图3-1所示。第四代IMMD匹配发动机油耗最低点与第三代接近，最主要的油耗优化提升是较低油耗区域增大，尤其在发动机负荷方向，低油耗区域更宽。

本田第四代混动系统驱动电机最大扭矩进一步提升，由原来的315Nm提升到335Nm，最大功率持续的最高转速提升，由原来的13000rpm提升到145000rpm。

最大扭矩的提升，起步实现了0.4g加速度目标，最高转速提升，实现了最高功率持续面积提高。驱动电机性能曲线见图4-1所示。

本田最新一代混动机构的发电机做了较大变化，发电机与驱动电机同轴优化为发电机与驱动电机平行轴布置。为了实现结构更优紧凑性，发电机体积空间进一步优化。

发电机的最大扭矩由85mm降低到68mm，实现满足平行轴更小空间匹配更小的直径要求；最高转速由13000rpm增加到19000rpm，优化发电机与发动机传动比，传动比由0.51变为0.33；

最高功率由原来的106kW进一步提升，实现了发电机最大功率120kW。如图5-1所示。

1. PCU

新一代PCU机构如图6-1所示。

PCU包括电机控制器MCU、升压机构、DCDC等主要高压器件集成，新一代PCU主要进行了体

积小型化、功率提升两个方面的优化改进。

PCU体积由原来的11.5L改进为体积9.99L，原来PCU功率为34.8kVA,最新一代功率实现了47.3kVA/L。

2. IPU

IPU为锂离子电池控制模块，电池管理系统优化，实现了电池容量的扩展和电池单元容量的减少。性能进一步提升的同时，体积和重量进一步优化降低。

电池管理系统优化，实现19%容量扩展，电池单元容量可以减小19%（实现同样性能）。同时实现12%重量减轻，实现了24%体积减少。

本田HEV电池采用风冷结构，冷却风扇布置优化，布置在内部（一般布置在外部）。具体如图6-2、图6-3所示。

1. 驱动模式

新一代本田混动系统与上一代相比，驱动模式接近。主要的差异是新一代发动机驱动分为高低两个档位。主要的驱动模式还是EV、混动和发动机直驱三种，如下所述。

EV模式：低速低负载运行，一般为城市代步工况；

混动模式：串联和并联方式，调节发动机高效运行；

发动机直驱模式：发动机行驶分为两个档位，高速档和低速档。高速档调整满足高速行驶效率最高；低速档调整满足扩大高效区域范围。如图7-1所示。

2. 发动机模式提升效率

发动机使用模式下，尽量使用到发动机最高效率区域，发动机提升效率主要依据如下。

2.1 发动机的使用抑制了电损耗；

2.2 以跟踪发动机最佳效率点为控制依据；

2.3 电池与发动机使用控制最高系统效率。

发动机的输出与电池完美接合，如图7-2所示。

发动机高效运行的同时，还需要动力总成效率最大化，总成效率主要包括发动机热效率、电损耗，各个效率叠加得到最优化的系统效率，如图7-3所示。

3. 混动模式增强驾驶性能

3.1 提升驾驶性能-发动机经济运行

混动模式增强驾驶性能保证以下两个方面控制。

3.1.1 驱动力由驱动电机提供，发动机解耦以增程模式运行；

3.1.2 控制实现发动机处于最佳效率点运行。

具体发动机运行线如图7-4所示。

3.2 提升驾驶性能-车速转速合理关联

采用线性换挡控制，模拟变速器升档操作，减轻驾驶过程不适感。具体见图7-5所示。

需要高驱动力，优先使用扭矩边缘，避免不必要的增加发动机转速，如a-①；

功率继续增加，超过当前发动机功率+电池功率，发动机升速Ne1，如a-②，此时形成Ne1/V1的比例1,控制发动机转速跟随，保持车速增长率，此时发动机转速与车速比例定为比例1，比例1的大小选择根据发动机转速使用要求，NVH要求而定；

车速持续增加，如果保持比例1，发动机转速会持续上升，发动机转速需要换挡来降低，何时执行换挡，要根据车速、发动机转速来确定，此时的发动机转速为比例1状态使用最上限转速，换挡后形成了发动机转速与车速比例2，比例2小于比例1，实现同样车速下，发动机转速降低，换挡执行（④）主动控制发动机转速，避免高车速下发动机高转速转速产生驾驶性能的不舒适性。

3.3 提升驾驶性能-转速与车速比例跟随

基于以上车速与转速合理关联关系，下面对发动机运行转速与车速比例跟随进行详细说明。如图7-6所示。

发动机转速与车速跟随制定比例原则遵循以下几个条目：

3.3.1 保证车辆行驶需求，实现车辆需求功率，发动机功率线往大扭矩方向平移；

3.3.2 定义最敏感车速限制，限制此车速对应的最高发动机转速；

3.3.3 定义发动机转速与车速比例变化，定义出比例限值要求，比例1、比例2、比例3……，根据需要定义多种比例变化。

控制发动机转速与车速跟随变化比例，实现效果要满足发动机转速升高合理跟随车速升高的比例，满足高车速下发动机高转速使用要求。

首先执行发动机转速随车速比例1，随着车速增大，发动机转速逐渐升高，达到比例1下发动机转速限值转速Ne1；

继续车速增大，发动机转速继续提升，就会逐渐偏离Ne1（a-①所示）；

当偏离超过发动机转速最高限值，此时发动机转速Ne2；

必须执行发动机降低转速措施，采用换挡操作，发动机转速再次降到Ne1（a-②所示）；

比例变化为Ne1/V1→Ne2/V2→Ne1/V2……，根据设计要求和整车性能需求，定义合理的发动机转速车速增长跟随比例。

整个运行中，发动机转速车速比例变化按照车型、性能需求、NVH要求、发动机要求等各个条件来定义相关标准和规范。

3.4 提升驾驶性能-换挡中发动机转速

本田最新一代混动采用了两档设计，可以实现更重车辆匹配，同时提升了整车动力性表现。换挡过程中发动机转速可以跟随调整，主要的遵循以下几个原则要求。

3.4.1 实现更好的加速性，同时发动机转速控制调整满足预期要求；

3.4.2 倾向使用发动机高负荷大扭矩，即发动机大负荷优先使用避免发动机出现转速凸高现象；

3.4.3 跟随发动机最佳经济点，换挡保持线性变化，尽量做到加速增强、经济性兼顾。灰色点划线为前一代单档IMMD混动系统，随着车速变化发动机转速跟随车速提升，提升到一定车速后发动机转速保持平稳不变化；新一代IMMD混动系统，采用了两档设计形式，发动机传动可实现两个档位选择输出，起步过程为了满足更好地加速性，使用大传动比的1档，低车速发动机转速跟随车速提升，到达一定车速，发动机转速提升到限制，进行换挡，使用传动比较小的2档，保持发动机转速提升幅度，不出现高车速时超高转速使用情况，同时也不会出现低车速时发动机高转速运行的情况。具体如图7-7所示。

4. 混动模式增强驱动性能

4.1 车速提升兼顾动力性

4.1.1 提高电机转速，电机最高转速由原来的13000rpm提升到145000rpm，可以实现整车最高车速进一步提升；

4.1.2 混动箱采用两档技术，实现更好的整车加速性，同时可以实现更高的车速表现，车速和动力性兼顾；

4.1.3 新的驱动电机扭矩更大、转速更高，实现整车起步0.4g加速性。如图7-8所示。

4.2 提升电机运行效果

4.2.1 原始状态发动机和电机共用局部输出齿轮，要考虑发动机传动比，齿轮传动比配置需要兼顾，不利于电动机输出效果；

4.2.2 新一代混动系统电机单独配置传动比，电机输出传统比根据自身性能需求匹配，可实现更好地电机动力性能；

4.2.3 同时新一代混动系统电机运行工况更优，可根据不同需求选择最佳传动比。如图7-9所示。

4.3 拖拽力提升

4.3.1 原上坡、加速牵引时采用混合驾驶模式（高负荷驱动电机损失大、低速时冷却差，就会发热降低动力输出，对热管理要求很高）；

4.3.2 新系统采用两档，实现发动机低转速大驱动力，可以实现发电机无负载下牵引，发电机线圈温度最大可以降低35%；

4.3.3 可以在发动机模式和混合模式下进行牵引，根据驱动需求，依据效率最大化进行选择（混合模式时，线圈超温立刻切换到发动机模式）。

4.3.4 大驱动需求可以具备混合驱动（原来方式）和发动机两档驱动（新增方式）两种选择，提升了驱动拖曳力，也会合理使用电与机械输出，如图7-10所示。

5. 车辆适应性优化

5.1 FDU平行轴布置，增强了适应性

5.1.1 新一代混动系统电机布置进行了较大优化改进，由原来的同轴布置优化为平行轴布置，增强了轴向长度方向布置更好的适应性；

5.1.2 新一代混动系统电机平行轴布置高度方向略增加4.2mm，但轴向长度减少较多，更具布置优势。如图7-11所示。

5.2 PCU高度设计更低，增强了适应性

5.2.1 新混动系统为平行轴设计，驱动电机中心距相对于原同轴设计提高了22.9mm，为降低系统高度，PCU安装高度优化降低；

5.2.2 PCU安装后高度设计优化后降低了16.2mm。具体如图7-12所示。

基于以上新一代本田混动技术，对本田混动新一代总结如下。

1. 两档的使用增强了系统的动力输出，可以灵活适应更重的车辆要求；

2. 发动机采用两档输出，实现了发动机转速与车速合理跟随，不容易出现发动机转速突高问题，提升驾驶感受；

3. 发动机由PFI升级为GDI，功率、扭矩、油耗性能更优越，发动机性能全面提升；

4. 两档设计可以实现避免发动机很低转速行驶，同时避免高负荷电气损失过大，降低热损失，提升总效率；

5. 发电机使用转速提升，实现了体积小型化，同时实现了更大的发电功率需求；

6. 驱动电机转速、性能同步提升，实现更高的最大功率扭矩；

7. FDU性能进一步得到提升，驱动电机扭矩提升6%，驱动电机转速提升12%；

8. IMMD混动系统尺寸适应性优化，实现整车空间布置更完美。