工程师解析雅阁SPORTHYBRIDiMMD控制系统

本文编译自本田工程师论文：Development of SPORT HYBRID i-MMD Control System for Accord

比较上一代首要应用于紧凑型车的IMA混动体系，为让更大尺度的车型也相同满意日益苛刻的排放规范，具有更好的燃油经济性，本田开发了SPORT HYBRID i-MMD体系。这套体系可以根据驾驭工况在纯电、混动、引擎3种驾驭形式中无缝切换。

比较IMA体系，SPORT HYBRID i-MMD体系有如下优势：

1.纯电续航路程更远，行进更经济

2.引擎经济区间更广

3.制动收回更高效

这套体系结构比IMA更大更杂乱，经过PCU来完结引擎和电机之间协同作业，满意驾驭功用的一起，完成燃油经济。

整体结构

图1显现该体系的主体结构。eCVT变速器由一个发电机，一个电动机，以及一个离合器组成，该变速器如此之小，可与全新阿特金森引擎一起整合到引擎室中。

PCU包含了电压操控单元，可将电池电压升高，还有操控发电机和电动机的电机操控单元，逆变器装置在eCVT正上方。

IPU智能动力单元由锂电池组、直流变换器、电池操控单元组成。IPU总成装置在后排座椅下方。

将在不久后上市的雅阁插电版可以在市区巡航时纯电行进16公里以上。

动力总成

如图2所示，动力体系包含一台2.0升直列四缸引擎和一套电控CVT。阿特金森引擎装备了i-VTEC智能可变气门正时和升程电子操控体系，EGR冷却废气再循环体系。

比较上一代2.0升引擎，不只减小了机械冲突，完成105kW动力输出（2014款），燃油耗费率还下降了10%。电机可输出124kW，经过进步输出电压，并使用磁阻转矩，使得电机最高功率到达96%。

插电混动工况

如图3所示，插电混动形式分为两种：

一种是电量耗费形式（CD）。该形式首要体现为纯电行进，经过进步引擎介入门槛，能完成20公里纯电续航；

一种是电量坚持形式（CS）。当电池组的荷电状况降到必定数值，引擎会介入输出，以使电池组剩下电量坚持在一个特定值，换句话说，此刻呈混动状况。

驾驭形式

如图4所示，该体系有3种驾驭形式，体系根据驾驭工况挑选恰当的驾驭形式，以增强燃油经济性。

1. 纯电形式，该形式下车辆由电动机驱动。

2. 混动形式。该形式下发电机将引擎动力转化为电力，车辆仍然由电动机驱动，但此刻电动机能量来历除了电池组，还有发电机，此刻体系形式是串联式混动。当发电机输出的电力小于电动机所需动力，缺乏部分由电池组弥补；当发电机输出电力超出电动机所需动力，超出部分存入电池组。

3. 引擎形式。该形式下引擎经过离合器与驱动轴以固定齿比啮合，车辆由引擎直接驱动，此刻体系形式是并联式混动。电动机的功用是辅佐引擎驱动，并收回动能，于电池组获取或许贮存电能。（留意：此刻所谓电机辅佐驱动，首要目的是让引擎转速处于经济区间，并非功用考量，电动机输出扭矩很低）

操控体系

如图5所示，动力总成的操控单元包含引擎、电控CVT、PCU和IPU，经过带冗余规划的操控器局域网络联络在一起。

整套动力操控逻辑的中心，在于让体系经济运转，也便是说，节能是这套体系的首要方针，在经济运转的前提下，尽可能确保动力体现。当电池电量降到最低极限，发电时机介入输出，并将剩余电能存入电池组。

引擎介入的形式有混动形式和引擎形式。引擎热功率决议该形式下的燃油经济性。也便是说，节能的关键在于怎么让引擎处于经济运转区间。

混动形式下，引擎和车轮之间没有机械传动途径，也即引擎和发电机转速不受车速约束，但此刻电动机与车轮是以固定齿比进行机械传动的。引擎作业点可以保持在高热功率的一条“线”上。不止如此，在电池组的辅佐下，引擎作业点会会集于热功率最高的区域。

引擎形式下，引擎以固定齿比驱动车轮，在平整路面上巡航时，引擎转速与扭矩的联系如图6所示。高速巡航工况下，引擎作业点会处于“经济线”的下方，进行低扭输出，所以为了让引擎运转在经济区间，PCU会增大引擎扭矩输出，而增大的这部分动力会经过电动机收回到电池组。

当引擎进入高负荷工况，其作业点处于经济线上方的高扭输出区间时，PCU会下降引擎扭矩，以使得引擎在经济线上作业，缺乏部分由电动机弥补。

经过电动机的输出和收回，将引擎作业点会集在经济区间。

为了进步车辆的燃油经济性，有必要进步引擎热功率，一起经过进步引擎到车轮的能量转化功率，来进步体系整体运转功率。i-MMD便是经过切换不同驾驭形式来完成此方针。

图7展现了车辆在电量坚持形式下根据车速切换驾驭形式的方法:

图8是驱动力图表，展现了驾驭形式的作业区间:

纯电形式首要应用于车辆起步和市区低速行进工况，避免因引擎低负荷运转而形成燃油经济性下降。

中速行进时，为了平衡引擎热功率和电池充放电损耗，车辆在纯电形式和混动形式/引擎形式之间频频切换，以进步燃油经济性。

高速工况下，在混动形式和引擎形式之间当令切换，以完成最高的能量转化功率。

纯电与混动/引擎形式之间的频频切换，也称作间歇运转。此刻电池组在混动/引擎形式下进行充电，然后切回纯电形式，输出贮存的电量。纯电和混动形式切换发作的燃油经济增强效应如图9所示。在低驱动力工况下，比较电动机零收回的状况，间歇运转形式可以取得50%左右的燃油经济增强效应，在引擎热功率和电池充放电损耗之间到达充沛平衡。而间歇运转形式的燃油经济增强效应在高驱动力工况下会下降，体系燃油经济性趋于下降。

混动和引擎形式的切换，其燃油经济性如图10所示:上色区域代表引擎驱动更经济，白色区域代表混动形式更经济，黑线代表车辆在平路上所受的行进阻力。

此图阐明，巡航时缓慢提速，引擎形式比混动形式经济12%，但在高负荷工况下，混动形式更经济。

在约束下确保驾驭功用

为了确保体系可靠性，体系各组件都有所约束，包含电动机扭矩，发电机扭矩，和电池功率。为确保电池耐用性，特别要对电池功率做准确操控，这对混动形式下的驾驭功用体现影响极大。以电池功率极限为例，各组件全工况下协同运转的操控逻辑如下：

动力办理操控体系接纳司机加快和减速目的（油门和刹车踏板深度），以及各组件功率和扭矩极限的信息，在极限范围内履行恰当的协作功率操控。在电池功率受限时，比方低温环境中，加快和减速目的无法独自经过电池功率完成，PCU就会挑选混动形式，准确调整电动机、发电机和引擎之间的输出，既满意电池功率约束，又能满意驾驭功用。

PCU首要根据车主加减速目的和电动机扭矩极限来核算所需驱动力，然后核算方针引擎功率。方针引擎功率要与根据驱动力核算的方针电机功率和IPU核算的方针电池功率相匹配。方针引擎功率根据需求，由电池功率调节器进行校对。在这之后，根据校对的方针引擎功率算出方针引擎转速和方针引擎扭矩，以使得引擎功率最大化。最终，归纳考虑电池功率极限等各种约束要素，校对引擎功率，发电机功率和电动机功率。

这套操控体系平衡了司机加减速目的，电池荷电状况收敛性，电池功率极限功用，及其它组件的约束。

此外，方针电动机和发电机功率被敏捷而精准地校对，即使电池功率极大受限，仍然可以满意动力需求。比方在极低温环境下，或许急加快和急减速导致的功率剧烈动摇。

在极低温环境下，为了确保电池的耐用性，电池功率被严厉约束在几千瓦内，此刻需求发电机输出额定的100kW，以保持足够驾驭功用。

此外，在雪地等低附着力路面急加快、急减速时，发作轮胎空转或锁止，由此发作的电动机转速动摇会导致电动机功率发作敏捷改变。PCU会在此刻敏捷反响，将动力输出约束在极限内（也便是说，此“极限”远未到达电机和电池真实的功率极限，仅仅出于耐用性考虑，根据工况下降了输出极限）。

猜测电池功率

功率校对法，完成了准确而快速地电池功率操控。

快速呼应的电池功率操控需求低时滞的电池信息，才干及时预算电池功率。电池功率可被电压传感器和电流传感器丈量，不过，因为电池电容特性，PCU内置电容、电抗器特性，各操控单元间通讯推迟等要素，导致传感器推迟。也便是说，在电机功率动摇和电池功率动摇之间存在时滞特性。因而电池功率由电机功率等信息丢失来直接预算。

核算公式：

电池功率=电动机输入功率+发电机输入功率+电机逆变器损耗+直流变换器损耗+空调和加热器损耗+升压后功率损耗

电机的输入功率可经过相电流传感器和升压传感器丈量，逆变器损耗和升压损耗可由规则参数确认的标称值来预算，直流变换器损耗和空调加热器损耗可经过CAN衔接的各操控单元获取。

实车燃油经济性体现

EPA实测，市区油耗下降104%，高速油耗下降35%，归纳油耗下降70%，混合动力体系的操控为燃油经济增强效应贡献了39%，此外，可完成20公里纯电续航，电量耗费形式下可完成百公里2.04升同等油耗。

编译｜休不眠

图｜网络