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        混合動力是大方向 解析本田多項新技術

        作者: 時間:2012-11-14 來源:網絡 收藏

        在今年本田舉辦的全球媒體大會上,本田展示了多項新技術,其中混合占據了主導地位,而混合的推廣應用也催生了其周邊附屬新技術的誕生。另外,我還感受到了正處于復活階段的全新NSX的氣息,無論是研發團隊還是車迷,我們都十分期待它的再現,而在會場上,全新NSX所采用的核心技術也被展示出來。

        本田IMA混合特點:以發動機為主、結構簡單、重量輕、布局緊湊

        本田IMA混合動力系統中IMA的英文全稱為Integrated Motor Assist,在1997年首次面世,并廣泛運用在Insight、思域、雅閣(第七代)、飛度以及CR-Z等車型上,截止到目前本田IMA混合動力系統已經發展至第5代產品,但基本設計思路與理念還是一脈相承的,就是以發動機提供動力為主,電機作為輔助動力的混動機構,特點就是結構設計簡單、重量輕、布局緊湊。


        『左:CR-Z 右:混合動力版飛度』


        『左:Insight 右:混合動力版雅閣(第七代)』

        本田IMA混合動力系統主要由發動機、電動機、CVT變速箱以及IPU智能動力單元這四個部分組成。其中,發動機方面目前主銷混動系統的發動機基本以1.3L和1.5L這兩款自然吸氣四缸發動機為主,曾經也有過3.0L V6發動機+144V電機的組合用于混合動力版雅閣車型。電動機則是以三相超薄型直流無刷電機作為動力輔助裝置,安裝在發動機與CVT變速箱的中間。

        無論是1.3L還是1.5L直列四缸自然吸氣汽油發動機都擁有了眾多本田看家發動機技術,諸如i-VTEC智能可變氣門正時系統、I-DSI智能雙火花塞順序點火系統以及VCM可變氣缸管理系統。只是針對裝備車型與市場定位不同,發動機動力調校以及VCM可變氣缸管理系統的工作方式會有所變化。

        發動機具有智能可變氣門正時、升程控制系統,可根據車輛行駛狀況對氣門開啟時間、升程進行控制,甚至完全關閉某一氣缸的進排氣氣門,從而實現閉缸。其中裝備在CR-Z車型上的1.5L發動機,當車輛低速巡航行駛時能關閉一個氣缸的供油與進排氣,其余三個氣缸正常工作,相對降低能耗和排放。而在混合動力版飛度與Insight車型上的1.3L發動機,當車輛低速巡航行駛時,可以自動停止所有氣缸的供油與進氣,實現真正意義上的閉缸與零排放。

        視頻中描述了本田IMA混合動力系統的結構以及不同工況下的控制邏輯。

        不過本田IMA系統實現純電動行駛的前提是閉缸技術,而且發動機曲軸與電機是連在一起的,當車輛以純電動狀態行駛時,發動機雖然停止供油但氣缸與曲軸仍保持運轉,或多或少會消耗電能。而豐田、日產等品牌的混合動力系統以純電動行駛時,會通過行星齒輪或離合器將發動機與電動機的連接“中斷”,對電能的消耗更少,技術比本田通過VCM可變氣缸管理系統所實現的閉缸更為先進。

        至于變速箱,則沒有什么值得太多介紹的,目前市面上能見到的大部分混合動力車型都采用了CVT變速箱,優點除了可以讓“換擋”更為平順之外,更關鍵的是相比于傳統自動變速箱,CVT更容易與發動機、電動機相匹配,從而提高傳動效率。

        此外,還有一個英文全稱為Intelligent Power Unit的IPU智能動力單元,它被布置在車體后部的備胎下方。

        混合動力系統按“混合比例“來分共有四類,本田IMA系統屬于中度混合動力

        目前市面上的混合動力中“混合比例”來看可分為四類,分別為:微混合動力(簡稱微混,后以此類推)、輕度混合動力(簡稱:輕混)、中度混合動力(簡稱中混)與重度混合動力(重混)這四大類,其中微混主要是擁有發動機啟停技術、而輕混在微混的基礎上增加了制動能量回收功能,一般來說,這種模式下電機所提供的功率占車輛總功率的比重較低,目前國內能見到的諸如混合動力版榮威750、奔馳S400L Hybrid等車型都是屬于輕混的類型。

        至于中混,基本技術與輕混類似,但電能可以與發動機協作驅動車輛,并在一定條件下可實現純電力行駛,目前本田IMA混合動力系統就屬于這一類。至于重混,代表車型為豐田普銳斯、雷克薩斯CT200h、RX450h等,這類車型最大的特點是可實現較長距離的純電動行駛(大約3-5公里),電機占據整車功率輸出的比重較高。

        本田IMA系統屬于中度混合系統的行列,雖然從技術層面來看可能不及采用重度混合動力系統的豐田系列車型那么先進,也無法實現相對較長距離的純電動行駛,但好處在于本田IMA系統的結構簡單、緊湊,制造成本相對較低,對車內空間占用較少而且對整車重量影響不大。

        五種動力模式:低速時可實現全電力驅動

        本田IMA混合動力系統一共有5種工況模式,其中車輛在起步加速階段、急加速以及高速行駛階段發動機與電動機共同出力,可以提升車輛的動力性能。當車輛低速行駛時,發動機氣缸關閉,車輛能進行全電力驅動,但速度不能高于約40公里/小時。當車輛在普通加速階段,完全由發動機驅動,電動機退出工作,并用發動機的動能進行充電。

        當車輛減速制動時,發動機停止工作,車輛進行能量回收,為電池組充電。當車輛怠速時,發動機也會自動停止工作,從而降低油耗,當然,此時車輛的空調系統也將不會提供冷氣,而只是送風。

        i-DCD智能雙離合驅動系統以及i-MMD智能多模式驅動系統

        其它混合動力系統在工況的控制邏輯上與IMA系統基本相同,而下面要提到的i-DCD智能雙離合驅動系統以及i-MMD智能多模式驅動系統,它們之間在結構上有著本質的不同。

        i-DCD智能雙離合驅動系統

        i-DCD智能雙離合驅動系統包括了一臺1.5升阿特金森循環發動機以及一臺集成了電動機的7擋雙離合變速箱。眾所周知,相比之下,阿特金森循環發動機在燃油經濟性方面的表現具有一定優勢,不過,阿特金森循環在低轉速以及高轉速區域內的表現并不好,工程師利用i-VTEC可變氣門升程技術來彌補這一缺陷。

        i-MMD智能多模式驅動系統

        以本田的未來發展來看,它們十分親睞混合動力以及電力驅動技術,但它們并沒有因此而放棄對操控性能的追求,反而,它們一直在強調的是駕駛樂趣。

        超級四輪驅動控制系統SPORT Hybrid SH-AWD

        裝配在謳歌MDX車型上的SH-AWD系統所帶來的駕駛感受在此前的試駕過程中給人留下了深刻的印象,不僅僅是在非鋪裝路面上,這套四輪系統在車輛高速行駛穩定性方面也有著積極作用。但對于一輛注重燃油經濟性的混合動力車而言,傳統驅動結構已經不再適用,本田將使用新的技術方案。

        SPORT Hybrid SH-AWD控制系統是由一臺3.5升自然進氣V6發動機與3臺大功率電機組成,從廠家宣稱來看,這套系統在動力方面可以媲美一臺采用傳統動力技術的V8發動機,而在油耗方面則幾乎與一臺自然進氣四缸發動機相同。與發動機相匹配的是一臺7擋雙離合變速箱,其內部集成了一個電動機,這部分的具體工況與上面介紹到的IMA系統相同,而裝配在后軸上的兩個電機分別用于驅動兩側車輪,從而實現了四輪驅動。

        這套動力系統將搭載于未來全新NSX車型之上,由于尚處研發之中,我們沒能接觸到它,不過,本田的工程師拿出了裝配有同樣技術的雅閣試驗車供大家體驗。由于該體驗項目的側重點在于彎道中的行駛穩定性,因此在這里,我們僅對車輛在轉彎過程中車輛的工作情況進行討論。

        車輛在轉彎時,為了讓車輛的轉向更為順暢,內側后輪的動力輸出會被限制,而由此節省下來的能量就會被驅動外側后輪的電機所使用,以提高外側后輪的扭矩輸出,這樣,便實現了MDX車型上所裝配的四驅系統具備的扭矩轉向功能。

        以相對激進的方式在本田試車場的小型賽道里進行技術體驗,這輛裝配了SPORT Hybrid SH-AWD系統的雅閣轎車在場地試駕環節表現出了很強的穩定性,在運動模式下, 發動機和電機共同為前輪提供動力,而后論則由兩個電機分別進行驅動,從而營造出了四驅車的行駛特性,在多彎的賽道上,即使車輛相對快速的進入彎道,車輛的行駛軌跡依舊可以很穩健的保持在預設的車道內,這個過程十分平順,作為駕駛員,我會為此而提高對這款車的信心,但也正是這份自信才暴露出了一些小問題,一旦車輛因入彎速度過快導致行駛達到極限,它所呈現出的趨于失控的狀態會讓我覺得很突然,在車身穩定系統的強力干預下,車身的姿態才會平息下來,這與之后要體驗的PAWS全輪轉向技術有所不同。

        PAWS全輪轉向技術

        用于體驗PAWS全輪轉向技術的依舊是一輛搭載了混合動力系統的雅閣試驗車型,與前面的雅閣試驗車不同的是,這是一輛純粹的前驅車。

        后懸架裝配了可對兩后輪前束進行調整的作動器,它的工作被分為兩種工況,其一為制動工況,其二為轉彎工況。

        先來說制動,喜歡滑雪的朋友對此一定有著很好的體會,我們拿雙板滑雪舉例,最簡單的減速動作就是雙腳讓兩塊滑雪板形成內八字,增加滑雪板與雪道在橫向上的接觸面積來獲取更大的摩擦力,速度在慢下來的同時,身體的平衡也很容易控制,PAWS全輪轉向技術正是利用了這一特性。當車輛在直道上進行制動時,用于調整前束的作動器會對兩個后輪進行“內八字”的調整,后輪對整個制動力提供一定的輔助,更為主要的是提高了車輛在制動時的穩定性。

        另一工況與寶馬的整體轉向理念相同,即在車輛轉彎時,對后輪的前束做出與前輪反方向的調整,換言之,當車輛向左轉彎時,后輪則會做出向右轉的動作,從而提高了車尾在彎道時的相應,改善了前驅車慣有的轉向不足的情況。

        而在試駕時(由于活動安排緊張,所以未能拍攝試駕圖片),這輛裝配了PAWS全輪轉向技術的雅閣試驗車則表現出了與裝配SPORT Hybrid SH-AWD系統的車有所不同的特性,它在彎中的表現會更為活躍,不過,在輪胎出現滑動之前,它可以讓我感受到這一運動趨勢(有可能與前驅車的特性有關,這種感覺似乎是來自前輪,對此,我并不十分確定),沒有了之前那種突兀的感覺,因此心里便可有所準備。

        同樣是緊貼內側車道行駛,以較快的車速進入U型彎,我希望可以逼迫它出現轉向不足的現象,但通過幾次嘗試,轉向不足的作用僅僅是提示我車身姿態接下來要發生變化了,讓我做好準備,利用通過車尾向外的甩動獲取所希望的車頭指向,這是我喜歡的感覺,當然,這也是一件很有意思的事----我居然可以把一輛前驅車開出來后驅車的特性,而且在控制上也很容易上手。

        對于日常駕駛而言,這兩套系統還是以提供穩定且靈敏的操控為主旨,PAWS全輪轉向技術會被率先應用到謳歌RLX前驅版車型上,而剛才說到,SPORT Hybrid SH-AWD則率先裝配到未來的NSX車型,值得一提的是,這兩項技術很有可能會在未來全新NSX車型共同使用,但這一消息并不十分確定。

        電子制動助力系統

        基于設計結構的革新,原先適用于采用傳統動力的車型所使用的部件則無法滿足混合動力車或者純電動車實現基礎功能的訴求,制動助力系統便是最為典型之一。

        本田的混合動力車以及純電動車的制動助力與之前我所見到的結構不盡相同,我們都知道,搭載傳統動力發動機的車型在制動助力這部分可以借助發動機在運轉過程中產生的負壓(為制動助力系統制造真空環境)來讓駕駛員在操作制動踏板時更為從容,但對于一款新能源車而言,它幾乎顛覆了這一設計理念,之所以說“幾乎”那是因為大多數這類的車型在制動助力部分還在依賴所謂的真空環境,而本田的解決方案是徹底打破傳統。

        正如你所見,在制動總泵與ABS泵之間安裝了一個助力電機,助力電機則承接了駕駛員踩制動踏板的工作,但駕駛員并不會完全失去對制動的控制權,但在正常的情況下,制動踏板所傳遞的僅僅是以制動踏板位置而定的電信號,系統以此來計算出所需要的制動壓力,助力電機則承接了駕駛員腳部的工作,也就是推動制動液向制動分泵施壓,實現車輛制動。

        而為了在制動過程中保證制動踏板還能給駕駛員提供一個“真實”的反饋,與制動踏板機構相連的是一個踏板回饋模擬裝置,它負責在制動過程中向駕駛員提供反饋力,這樣,這套制動系統在駕駛員看來就與所熟悉的傳統車型相同了。

        相信你們和我一樣都會擔心這樣的問題,車輛在行駛時,如果發生電器電路故障導致了制動助力電機無法正常工作,那豈不是要大禍臨頭?其實不然,從設計結構上來看,工程師是考慮到了這方面的問題,踏板回饋模擬裝置與制動總泵間有油管相連,但在正常情況下,油路是被“切斷”的,所有制動壓力由助力電機提供,而當助力電機出現故障時,制動壓力還是可以在駕駛員踩下制動踏板后,踏板回饋模擬裝置將制動液推向管路形成制動壓力,只不過,相比之下,踩下制動踏板的力量會稍大些,為了使之更完善,工程師通過加長制動踏板的方式來減輕制動所需力量。

        在解決新能源車制動助力問題上,不同的廠家有不同的方式,前面說到利用電子真空泵制造真空環境算是較為普遍的;還有一些廠家則利用ABS系統來對四輪進行制動,在某種程度上,這與本田所采用的理念相似,制動踏板同樣是向系統發送電信號,回饋給駕駛員的制動感受也是由獨立的裝置完成的;當然,專門負責研發制動技術的廠家也公布了一些帶有電機的制動分泵,如果是這樣,那助力系統將不在成為工程師的難題。

        AEB自動緊急制動系統

        這套名為“AEB自動緊急制動系統”所實現的功能我們并不陌生,它與沃爾沃城市安全系統相仿,在此前的《后視鏡背后的秘密》技術文章中就曾介紹過它,在未來,本田也將裝配一套這樣的系統。

        位于中央后視鏡背后的傳感器可對車前行人進行識別,事實上,它是一個可以成像的攝像頭,其所記錄的畫面由集成在攝像頭處的控制單元進行分析,當有行人出現在車輛前方時,通過對車速以及車頭與行人的距離可計算出將車輛制動至停止所需的制動力,保守的說,如果車速在50km/h下,這套系統的制動表現是可以信賴的。當然,如果車速在50km/h以上,當車前出現行人時,系統還是可以進行主動的全力制動,但由于車速過快,車輛無法像之前那樣制動至停止。

        在我進行體驗的過程中(車速控制在60km/h以下),一直對此心有余悸,與之前測試沃爾沃車型的經歷相同,車輛即將撞上假人的一刻,在應激反應促使下右腳還是會挪向制動踏板,但內心很清楚這只是一次試驗,即便失敗頂多是賠個假人模型而已。所以,右腳只是保持著準備制動的狀態。系統在需要執行制動時表現得很堅決,由此帶來的減速度基本與通過制動踏板進行全力制動時相同,但在時間上,它卻要比普通駕駛員的動作快一些,或許就是因為贏得了這短暫的瞬間,就避免了一場交通事故,甚至挽救了一條生命。

        GreenWave駕駛輔助系統

        除此之外,本田還公布了另一項名為GreenWave的駕駛輔助系統,即根據交通信號來輔助車輛通過路口。

        通過在路口旁的信號燈上加裝光學信號發射裝置,它會將交通燈的時間狀態信息已光學信號的方式發射給安裝有接收器的車輛,在收到信號后GreenWave駕駛輔助系統會將這些信息顯示在儀表盤內的顯示屏上,駕駛員可依據交通信號燈的時間對駕駛方式作出調整。另外,在抵達下一個路口前,車輛會收到來自路口的信號燈的信息,例如,如果你在駛向下一個路口時,該路口信號燈為紅燈,GreenWave系統則可根據紅燈剩余的時間以及車輛據該路口的距離計算出適合車速,在車速表上可看到被標記出的時速區間,駕駛員只要將車速控制在這個范圍內即可在抵路口時順利通過。相比之下,沒有裝配這套系統的車輛或許就要多經歷一次停車到起步的過程。

        編輯總結:

        毫無疑問,最讓人期待的一款車非全新NSX莫屬,在得知它裝配這樣一套并不純粹的動力系統后,有人為它的妥協而感到失望,有人甚至因此而想要把它從超跑陣營中踢出去,在面對這樣的聲音時,負責NSX項目研發的伊東孝紳認為,全新NSX依舊會是一款新能出眾的超級跑車,電動技術的加入一部分是考慮到燃油經濟性,另外,更為重要的是,它還可以提供強大的扭矩輸出,并且可實現四輪驅動,這會讓車輛在高速行駛時更加穩定。

        “自由移動的喜悅”及“實現富裕且可持續發展的社會”是本田在未來的發展方針,而在本次媒體大會上,本田也充分展示了它們在這方面的研究成果,這些技術在未來也會逐漸被引入到中國,并通過兩家合資公司合作生產并投放,本田希望給這兩家公司更多的自主決定權,以充分滿足中國市場的需求。



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