威海職業(yè)學(xué)院 劉 華

2016款雅閣混動(dòng)車i-MMD系統(tǒng)詳解（一）

威海職業(yè)學(xué)院 劉 華

2016年9月，國產(chǎn)2016款雅閣混動(dòng)（Sport Hybrid，非插電式）轎車上市，本田公司將該車應(yīng)用的混合動(dòng)力系統(tǒng)命名為智能多模式驅(qū)動(dòng)i-MMD（intelligent Multi-Mode Drive）系統(tǒng)。i-MMD系統(tǒng)與豐田公司的第二代混合動(dòng)力THS-II（Toyota Hybrid System Gen.II）系統(tǒng)（混聯(lián)式，利用行星齒輪結(jié)構(gòu)作為發(fā)動(dòng)機(jī)與雙電機(jī)的動(dòng)力耦合裝置）不同，i-MMD系統(tǒng)采用了超越離合器來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或者驅(qū)動(dòng)車輪的自動(dòng)切換，該混合動(dòng)力系統(tǒng)為串聯(lián)式基礎(chǔ)上同時(shí)具備發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪（高速巡行時(shí)）的全新混動(dòng)模式。

1 i-MMD系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)原理

2016款銳·混動(dòng)雅閣轎車i-MMD系統(tǒng)主要由阿特金森（Atkinson）循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)無級(jí)變速器E-CVT（內(nèi)置發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、超越離合器及平行軸系及齒輪、主減速器及差速器總成等）、動(dòng)力電池總成、動(dòng)力控制單元PCU、線控?fù)Q擋及儀表等組成（圖1）。

1.1 阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)

2016款雅閣混動(dòng)車安裝了型號(hào)為LFA11的阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（屬于本田最新的地球夢(mèng)系列，熱效率高達(dá)38.9%，圖2），該發(fā)動(dòng)機(jī)為直列四缸自然吸氣缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，采用了雙頂置凸輪軸（DOHC）、進(jìn)氣門可變氣門升程及正時(shí)VTEC系統(tǒng)及電動(dòng)式進(jìn)氣門可變氣門正時(shí)i-VTC系統(tǒng)，安裝了電控EGR系統(tǒng)，采用電動(dòng)冷卻液泵。

出于規(guī)避專利的原因，阿特金森先生設(shè)計(jì)了一套復(fù)雜的連桿系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了壓縮行程比膨脹行程更短，即壓縮比小于膨脹比。

圖2 阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)

LFA11阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)格意義上應(yīng)該為米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，但現(xiàn)在一般都習(xí)慣稱之為阿特金森循環(huán)。米勒循環(huán)通過延遲關(guān)閉進(jìn)氣門，實(shí)現(xiàn)壓縮時(shí)氣流的“回流”功能，從而減少泵氣損失，降低了壓縮比，使壓縮比＜膨脹比，熱能更有效地轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率及整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。混合動(dòng)力型轎車一般都配套阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其目的是追求經(jīng)濟(jì)性而非動(dòng)力性，而通過采用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來達(dá)到提高動(dòng)力性的目的。

LFA11阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)也可以采用奧托循環(huán)（提供更大的功率輸出），通過動(dòng)力控制單元對(duì)VTEC及i-VTC系統(tǒng)進(jìn)行控制，進(jìn)行自動(dòng)切換。

LFA11發(fā)動(dòng)機(jī)安裝了電控EGR系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)由電動(dòng)EGR閥、EGR冷卻器及連接管路等組成，EGR閥的開度由動(dòng)力控制單元控制。EGR系統(tǒng)的主要作用是降低NOx的排放。

LFA11發(fā)動(dòng)機(jī)采用了電動(dòng)冷卻液泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)車型通過皮帶傳動(dòng)的機(jī)械式冷卻液泵，從而減少了機(jī)械損失、降低發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。此外，電動(dòng)冷卻液泵的流量可自動(dòng)調(diào)節(jié)，以確保充足的冷卻液供給，從而減少熱損失和爆震傾向。

1.2 電動(dòng)無級(jí)變速器（E-CVT）

2016款雅閣混動(dòng)車采用了電動(dòng)無級(jí)變速器E-CVT，ECVT內(nèi)部并無傳統(tǒng)的液力變矩器、齒輪或帶輪等變速結(jié)構(gòu)，但保留了主減速器及差速器總成。E-CVT內(nèi)部集成了發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、扭轉(zhuǎn)減振器、超越離合器、超越離合器齒輪、四根平行軸及齒輪等部件（圖3、圖4）。

1.2.1 飛輪與扭轉(zhuǎn)減振器

圖3 E-CVT總成

圖4 E-CVT內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2016款雅閣混動(dòng)車在車輛行駛中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或運(yùn)轉(zhuǎn)中停止的瞬間，會(huì)產(chǎn)生很大的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，而在E-CVT內(nèi)部又取消了傳統(tǒng)的液力變矩器，無液力減震作用，因此，為減少傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，提高其可靠性以及駕乘的舒適性，在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪與E-CVT的輸入軸之間安裝了扭轉(zhuǎn)減振器。

飛輪通過1個(gè)定位銷以及8個(gè)螺釘與曲軸凸緣連接，扭轉(zhuǎn)減振器通過6個(gè)螺釘固定在飛輪后端面上（圖5），E-CVT的輸入軸通過外花鍵插入扭轉(zhuǎn)減振器的內(nèi)花鍵孔中，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸入到E-CVT。

1.2.2 四根平行軸及齒輪

E-CVT內(nèi)集成了四根平行軸及齒輪：輸入軸及齒輪、發(fā)電機(jī)軸及齒輪、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸及齒輪、副軸及齒輪（圖6）。

輸入軸的外花鍵與扭轉(zhuǎn)減振器的內(nèi)花鍵連接，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸入到E-CVT內(nèi)部。輸入軸也與超越離合器連接。

圖5 飛輪及扭轉(zhuǎn)減振器

圖6 E-CVT內(nèi)部四根平行軸

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸齒輪與副軸常嚙合齒輪嚙合，然后通過主減速器、差速器、半軸將動(dòng)力傳給兩個(gè)前輪（驅(qū)動(dòng)輪），驅(qū)動(dòng)車輛行駛。駐車齒輪通過花鍵與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸連接，并隨驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

發(fā)電機(jī)軸與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，發(fā)電機(jī)軸齒輪與輸入軸的常嚙合齒輪嚙合。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過常嚙合齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

副軸上集成了副軸常嚙合齒輪及主減速器驅(qū)動(dòng)齒輪，副軸常嚙合齒輪與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)齒輪及超越離合器齒輪嚙合。主減速器驅(qū)動(dòng)齒輪將來自驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞至主減速器從動(dòng)齒輪，然后經(jīng)過差速器、半軸傳遞至前輪（驅(qū)動(dòng)輪）。

1.2.3 超越離合器及超越驅(qū)動(dòng)齒輪

2016款雅閣混動(dòng)車的i-MMD系統(tǒng)采用了超越離合器（圖7），超越離合器為液壓驅(qū)動(dòng)的離合器（濕式多片式），位于輸入軸的末端。通過超越離合器改變動(dòng)力傳遞路徑，從而實(shí)現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)車輪之間切換發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。

當(dāng)超越離合器不工作（分離），若發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力將通過扭轉(zhuǎn)減振器→輸入軸→輸入軸齒輪→發(fā)電機(jī)軸齒輪→發(fā)電機(jī)軸→發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

圖7 超越離合器

當(dāng)超越離合器工作（接合），發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力將通過扭轉(zhuǎn)減振器→輸入軸→超越離合器→超越齒輪→副軸齒輪→副軸→主減速器驅(qū)動(dòng)齒輪→主減速器從動(dòng)齒輪→差速器→半軸→前輪，實(shí)現(xiàn)將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞給前輪（驅(qū)動(dòng)輪）。另外，當(dāng)超越離合器工作（接合）且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)還將同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)（空轉(zhuǎn)）。

1.2.4 發(fā)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)

發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為i-MMD系統(tǒng)的核心部件，兩者均采用了質(zhì)量輕、體積小、效率高的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的最大功率為135 kW、最大轉(zhuǎn)矩為315 N·m，最高工作轉(zhuǎn)速13 000 r/min，額定功率為67.5 kW、額定轉(zhuǎn)矩為100 N·m，額定電壓700 V，絕緣等級(jí)為200，防護(hù)等級(jí)為IP55。

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)車輛或滑行、制動(dòng)時(shí)回收能量。發(fā)電機(jī)的作用是發(fā)電并向高壓鋰電池充電及行駛中倒拖起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，均由安裝在殼體內(nèi)的三相線圈定子、永磁轉(zhuǎn)子及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器等組成。定子線圈采用分布式繞組，以降低振動(dòng)，并確保高速運(yùn)行期間轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量控制，需精確測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速及磁極的位置（相位），為此安裝了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)形式，由三個(gè)定子線圈和轉(zhuǎn)子（隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)）組成。

發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子具有很強(qiáng)磁性，因此在拆卸E-CVT過程中不可佩戴手表及心臟起搏器。

由于E-CVT內(nèi)部仍然有機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和離合器等部件，另外，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)也要通過變速器油進(jìn)行散熱，所以仍需要使用并定期更換變速器油（型號(hào)為：ATF-DW1）。

1.3 動(dòng)力電池總成

2016款雅閣混動(dòng)車采用了高壓鋰電池作為動(dòng)力電池（圖8，本田第一代混合動(dòng)力系統(tǒng)為IMA，采用的是鎳氫電池）。動(dòng)力電池總成安裝在車內(nèi)后排座椅與后備箱之間的空腔內(nèi)，動(dòng)力電池總成的周圍均被高強(qiáng)度鋼構(gòu)件包圍，防止車輛意外事故時(shí)，造成對(duì)鋰電池組的損壞而電解液泄漏，避免火災(zāi)的發(fā)生。高壓鋰電池的質(zhì)保期為10年或20萬km。

動(dòng)力電池總成由高壓鋰電池、智能動(dòng)力單元IPU及高壓鋰電池單元散熱風(fēng)扇等組成。智能動(dòng)力單元IPU內(nèi)集成了DC/DC轉(zhuǎn)換器、連接板、接觸器板、維修連接器、高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元和漏電傳感器等。

圖8 動(dòng)力電池組總成（整體從車上拆下）

1.3.1 高壓鋰電池

高壓鋰電池的生產(chǎn)廠家為日本“藍(lán)色能源有限公司”，高壓鋰電池的由9個(gè)電芯串聯(lián)組成一個(gè)電池單元，8個(gè)電池單元串聯(lián)組成高壓鋰電池組（圖9）。高壓鋰電池組的總電壓為 259.2 V，儲(chǔ)存的總電能為1.3 kW·h。

高壓鋰電池組采用空氣冷卻，通過風(fēng)扇散熱，通風(fēng)入口設(shè)在乘員艙內(nèi)后排座椅最左側(cè)處，乘員艙的空氣通過通風(fēng)口被抽入后鋰電池進(jìn)行冷卻，然后由位于后備箱內(nèi)的通風(fēng)口排出車外。通風(fēng)口務(wù)必不要被遮蓋，否則會(huì)造成高壓鋰電池組溫度過高，影響鋰電池的電能輸出甚至造成為了保護(hù)鋰電池而關(guān)閉整個(gè)高壓電系統(tǒng)的情況。

圖9 高壓鋰電池組

1.3.2 連接板及接觸器板

連接板和接觸器板隔離高壓鋰電池電能，并將電能分配到其他高壓系統(tǒng)。系統(tǒng)配備一個(gè)高壓維修連接器，該連接器位于連接板和接觸器板之間。連接板和接觸器板電路的兩側(cè)均有電極。此外還配備了高壓鋰電池電流傳感器及防止損壞零部件的預(yù)充接觸器。

1.3.3 維修連接器

維修連接器（圖10）安裝在高壓鋰電池組上。在保養(yǎng)或維修操作期間，需先拆下維修連接器，以切斷高壓鋰電池的能量輸出。

圖10 維修連接器

用于隔離高壓鋰電池的機(jī)械裝置已由傳統(tǒng)的開關(guān)型裝置更改為拉出型連接器。維修連接器具有互鎖功能，與接觸器的開閉功能配合工作。

1.3.4 高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元

高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元（也稱為電源管理系統(tǒng)BMS）監(jiān)控多個(gè)部件并控制高壓鋰電池系統(tǒng)的工作。

在正常行駛期間，高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元控制車輛各系統(tǒng)所需的供電，監(jiān)控高壓高壓鋰電池的充電狀態(tài)，控制12 V電氣系統(tǒng)的電力供給，并控制高壓鋰電池系統(tǒng)的冷卻。

（1）高壓電控制。高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元打開連接板和接觸器板的高壓接觸器。這樣，電力可以輸送到車輛的高壓系統(tǒng)、PCU、DC-DC 轉(zhuǎn)換器和空調(diào)壓縮機(jī)。接觸器板配備一個(gè)預(yù)充接觸器，以防止損壞高壓接觸器。接線板打開負(fù)極側(cè)的次接觸器，接觸器板打開預(yù)充接觸器，這樣便禁用了至正極側(cè)接觸器板中主接觸器的電源供給，從而防止損壞高壓零件。

（2）鋰電池剩余電量SOC控制。在正常行駛期間，高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元通過電流傳感器不斷監(jiān)控高壓鋰電池的剩余電量SOC。此外，高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元接收來自電池單元電壓傳感器的信息，主動(dòng)平衡各高壓鋰電池單元的電壓。

（3）系統(tǒng)控制。高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元與動(dòng)力控制模塊PCM通信，決定是否有必要對(duì)12 V系統(tǒng)充電，并監(jiān)控 DC-DC轉(zhuǎn)換器工作期間的溫度。高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元根據(jù)這些數(shù)據(jù)，維持12 V蓄電池的電儲(chǔ)存量并控制DC-DC轉(zhuǎn)換器。當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)問題時(shí)，高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元將信息發(fā)送給PCM，12 V充電系統(tǒng)指示燈激活。

（4）高壓鋰電池的冷卻。高壓鋰電池組配備多個(gè)溫度傳感器。當(dāng)高壓鋰電池溫度上升時(shí)，高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元激活高壓鋰電池的單元風(fēng)扇。

（5）碰撞檢測(cè)。當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，SRS控制單元向高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元發(fā)送碰撞信息。從SRS控制單元接收到信息之后，高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元立刻斷開主接觸器使高壓系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉。

1.3.5 漏電傳感器

漏電傳感器位于高壓鋰電池組的上部。它監(jiān)測(cè)高壓電路并判斷電路中是否有短路現(xiàn)象，如果傳感器識(shí)別到存在短路現(xiàn)象，會(huì)將信息發(fā)送給高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元。

1.3.6 DC-DC轉(zhuǎn)換器

DC-DC轉(zhuǎn)換器將高壓鋰電池的259.2 V電壓轉(zhuǎn)換為12 V電壓，為12 V蓄電池和12 V電氣系統(tǒng)提供電能（備注：2016款雅閣混動(dòng)車取消了傳統(tǒng)車型的12 V電氣系統(tǒng)用的發(fā)電機(jī)）。

DC-DC轉(zhuǎn)換器有一個(gè)內(nèi)置溫度傳感器，該傳感器可向高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。如果識(shí)別到溫度異常升高，高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元將使 DC-DC轉(zhuǎn)換器停止工作，并點(diǎn)亮充電警示燈。

當(dāng)檢測(cè)到輸入電壓和輸出電壓異常時(shí)，高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元也將使DC-DC轉(zhuǎn)換器停止工作，并點(diǎn)亮充電警示燈。

DC-DC轉(zhuǎn)換器在工作期間會(huì)產(chǎn)生熱量，當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器溫度上升到規(guī)定值時(shí)，高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元將控制高壓鋰電池單元風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，以降低溫度。

1.2.7 高壓鋰電池單元風(fēng)扇

高壓鋰電池系統(tǒng)配備一個(gè)高壓鋰電池單元風(fēng)扇。風(fēng)扇集成了一個(gè)控制單元，該控制單元與高壓鋰電池狀態(tài)監(jiān)視器單元通信，并可用于監(jiān)測(cè)和控制高壓鋰電池系統(tǒng)的溫度。

說明：即使車輛未使用，高壓鋰電池也會(huì)逐漸放電。因此，若車輛長時(shí)間停放，鋰電池的電量將變低。長時(shí)間處于電量低的狀態(tài)將會(huì)縮短高壓鋰電池的壽命。為了維持高壓鋰電池的電量，廠家要求至少每3個(gè)月駕駛車輛30 min以上。

（未完待續(xù)）

2017-03-10）