2016款雅阁混动车i MMD系统详解

852016年9月，国产2016款雅阁混动（SportHybrid，非插电式）轿车上市，本田公司将该车应用的混合动力系统命名为智能多模式驱动i-MMD（intelligentMulti-ModeDrive）系统。i-MMD系统与丰田公司的第二代混合动力THS-II（ToyotaHybridSystemGen.II）系统（混联式，利用行星齿轮结构作为发动机与双电机的动力耦合装置）不同，i-MMD系统采用了超越离合器来实现发动机驱动发电机或者驱动车轮的自动切换，该混合动力系统为串联式基础上同时具备发动机直接驱动车轮（高速巡行时）的全新混动模式。1　i-MMD系统的组成及结构原理2016款锐·混动雅阁轿车i-MMD系统主要由阿特金森（Atkinson）循环发动机、电动无级变速器E-CVT（内置发电机、驱动电动机、超越离合器及平行轴系及齿轮、主减速器及差速器总成等）、动力电池总成、动力控制单元PCU、线控换挡及仪表等组成（图1）。1.1阿特金森循环发动机2016款雅阁混动车安装了型号为LFA11的阿特金森循环发动机（属于本田最新的地球梦系列，热效率高达38.9%，图2），该发动机为直列四缸自然吸气缸内直喷发动机，采用了双顶置凸轮轴（DOHC）、进气门可变气门升程及正时VTEC系统及电动式进气门可变气门正时i-VTC系统，安装了电控EGR系统，采用电动冷却液泵。出于规避专利的原因，阿特金森先生设计了一套复杂的连杆系统，实现了压缩行程比膨胀行程更短，即压缩比小于膨胀比。LFA11阿特金森循环发动机严格意义上应该为米勒循环发动机，但现在一般都习惯称之为阿特金森循环。米勒循环通过延迟关闭进气门，实现压缩时气流的“回流”功能，从而减少泵气损失，降低了压缩比，使压缩比膨胀比，热能更有效地转换为动能，提高了发动机的热效率及整车的燃油经济性。混合动力型轿车一般都配套阿特金森循环发动机，其目的是追求经济性而非动力性，而通过采用驱动电动机来达到提高动力性的目的。LFA11阿特金森循环发动机也可以采用奥托循环（提供更大的功率输出），通过动力控制单元对VTEC及i-VTC系统进行控制，进行自动切换。LFA11发动机安装了电控EGR系统，EGR系统由电动EGR阀、EGR冷却器及连接管路等组成，EGR阀的开度由动力控制单元控制。EGR系统的主要作用是降低NOx的排放。LFA11发动机采用了电动冷却液泵代替传统车型通过皮带传动的机械式冷却液泵，从而减少了机械损失、降低发动机的负荷。此外，电动冷却液泵的流量可自动调节，以确保充足的冷却液供给，从而减少热损失和爆震倾向。1.2　电动无级变速器（E-CVT）2016款雅阁混动车采用了电动无级变速器E-CVT，E-CVT内部并无传统的液力变矩器、齿轮或带轮等变速结构，但保留了主减速器及差速器总成。E-CVT内部集成了发电机、驱动电动机、扭转减振器、超越离合器、超越离合器齿轮、四根平行轴及齿轮等部件（图3、图4）。1.2.1　飞轮与扭转减振器2016款雅阁混动车在车辆行驶中，当发动机起动2016款雅阁混动车i-MMD系统详解（一）1i-MMD2DOI:10.16613/j.cnki.1006-6489.2017.04.03286或运转中停止的瞬间，会产生很大的扭转振动，而在E-CVT内部又取消了传统的液力变矩器，无液力减震作用，因此，为减少传动系统的扭转振动，提高其可靠性以及驾乘的舒适性，在发动机飞轮与E-CVT的输入轴之间安装了扭转减振器。飞轮通过1个定位销以及8个螺钉与曲轴凸缘连接，扭转减振器通过6个螺钉固定在飞轮后端面上（图5），E-CVT的输入轴通过外花键插入扭转减振器的内花键孔中，将发动机的动力输入到E-CVT。1.2.2　四根平行轴及齿轮E-CVT内集成了四根平行轴及齿轮：输入轴及齿轮、发电机轴及齿轮、驱动电动机轴及齿轮、副轴及齿轮（图6）。输入轴的外花键与扭转减振器的内花键连接，将发动机的动力输入到E-CVT内部。输入轴也与超越离合器连接。驱动电动机轴与驱动电动机的转子连接，驱动电动机轴齿轮与副轴常啮合齿轮啮合，然后通过主减速器、差速器、半轴将动力传给两个前轮（驱动轮），驱动车辆行驶。驻车齿轮通过花键与驱动电动机轴连接，并随驱动电动机轴同步转动。发电机轴与发电机的转子连接，发电机轴齿轮与输入轴的常啮合齿轮啮合。发动机转动时，通过常啮合齿轮传动带动发电机运转。副轴上集成了副轴常啮合齿轮及主减速器驱动齿轮，副轴常啮合齿轮与驱动电动机齿轮及超越离合器齿轮啮合。主减速器驱动齿轮将来自驱动电动机或发动机的动力传递至主减速器从动齿轮，然后经过差速器、半轴传递至前轮（驱动轮）。1.2.3　超越离合器及超越驱动齿轮2016款雅阁混动车的i-MMD系统采用了超越离合器（图7），超越离合器为液压驱动的离合器（湿式多片式），位于输入轴的末端。通过超越离合器改变动力传递路径，从而实现在驱动发电机和驱动车轮之间切换发动机的动力。当超越离合器不工作（分离），若发动机运行时，发动机动力将通过扭转减振器→输入轴→输入轴齿轮→发电机轴3E-CVT4E-CVT56E-CVT87齿轮→发电机轴→发电机，实现发动机驱动发电机发电。当超越离合器工作（接合），发动机运行时，发动机动力将通过扭转减振器→输入轴→超越离合器→超越齿轮→副轴齿轮→副轴→主减速器驱动齿轮→主减速器从动齿轮→差速器→半轴→前轮，实现将发动机动力传递给前轮（驱动轮）。另外，当超越离合器工作（接合）且发动机运行时，发动机还将同时驱动发电机转动（空转）。1.2.4　发电机及驱动电动机发电机、驱动电动机为i-MMD系统的核心部件，两者均采用了质量轻、体积小、效率高的三相永磁同步电动机。驱动电动机的最大功率为135kW、最大转矩为315N·m，最高工作转速13000r/min，额定功率为67.5kW、额定转矩为100N·m，额定电压700V，绝缘等级为200，防护等级为IP55。驱动电动机的作用是产生驱动力以驱动车辆或滑行、制动时回收能量。发电机的作用是发电并向高压锂电池充电及行驶中倒拖起动发动机。驱动电动机与发电机的结构相同，均由安装在壳体内的三相线圈定子、永磁转子及电动机转子位置传感器等组成。定子线圈采用分布式绕组，以降低振动，并确保高速运行期间转矩平稳。为了实现对电动机进行矢量控制，需精确测量电动机转子的转速及磁极的位置（相位），为此安装了电动机转子位置传感器。电动机转子位置传感器采用旋转变压器的结构形式，由三个定子线圈和转子（随电动机转子同步旋转）组成。发电机、驱动电动机的转子具有很强磁性，因此在拆卸E-CVT过程中不可佩戴手表及心脏起搏器。由于E-CVT内部仍然有机械传动机构和离合器等部件，另外，驱动电动机、发电机也要通过变速器油进行散热，所以仍需要使用并定期更换变速器油（型号为：ATF-DW1）。1.3　动力电池总成2016款雅阁混动车采用了高压锂电池作为动力电池（图8，本田第一代混合动力系统为IMA，采用的是镍氢电池）。动力电池总成安装在车内后排座椅与后备箱之间的空腔内，动力电池总成的周围均被高强度钢构件包围，防止车辆意外事故时，造成对锂电池组的损坏而电解液泄漏，避免火灾的发生。高压锂电池的质保期为10年或20万km。动力电池总成由高压锂电池、智能动力单元IPU及高压锂电池单元散热风扇等组成。智能动力单元IPU内集成了DC/DC转换器、连接板、接触器板、维修连接器、高压锂电池状态监视器单元和漏电传感器等。1.3.1　高压锂电池高压锂电池的生产厂家为日本“蓝色能源有限公司”，高压锂电池的由9个电芯串联组成一个电池单元，8个电池单元串联组成高压锂电池组（图9）。高压锂电池组的总电压为259.2V，储存的总电能为1.3kW·h。高压锂电池组采用空气冷却，通过风扇散热，通风入口设在乘员舱内后排座椅最左侧处，乘员舱的空气通过通风口被抽入后锂电池进行冷却，然后由位于后备箱内的通风口排出车外。通风口务必不要被遮盖，否则会造成高压锂电池组温度过高，影响锂电池的电能输出甚至造成为了保护锂电池而关闭整个高压电系统的情况。789881.3.2　连接板及接触器板连接板和接触器板隔离高压锂电池电能，并将电能分配到其他高压系统。系统配备一个高压维修连接器，该连接器位于连接板和接触器板之间。连接板和接触器板电路的两侧均有电极。此外还配备了高压锂电池电流传感器及防止损坏零部件的预充接触器。1.3.3　维修连接器维修连接器（图10）安装在高压锂电池组上。在保养或维修操作期间，需先拆下维修连接器，以切断高压锂电池的能量输出。用于隔离高压锂电池的机械装置已由传统的开关型装置更改为拉出型连接器。维修连接器具有互锁功能，与接触器的开闭功能配合工作。1.3.4　高压锂电池状态监视器单元高压锂电池状态监视器单元（也称为电源管理系统BMS）监控多个部件并控制高压锂电池系统的工作。在正常行驶期间，高压锂电池状态监视器单元控制车辆各系统所需的供电，监控高压高压锂电池的充电状态，控制12V电气系统的电力供给，并控制高压锂电池系统的冷却。（1）高压电控制。高压锂电池状态监视器单元打开连接板和接触器板的高压接触器。这样，电力可以输送到车辆的高压系统、PCU、DC-DC转换器和空调压缩机。接触器板配备一个预充接触器，以防止损坏高压接触器。接线板打开负极侧的次接触器，接触器板打开预充接触器，这样便禁用了至正极侧接触器板中主接触器的电源供给，从而防止损坏高压零件。（2）锂电池剩余电量SOC控制。在正常行驶期间，高压锂电池状态监视器单元通过电流传感器不断监控高压锂电池的剩余电量SOC。此外，高压锂电池状态监视器单元接收来自电池单元电压传感器的信息，主动平衡各高压锂电池单元的电压。（3）系统控制。高压锂电池状态监视器单元与动力控制模块PCM通信，决定是否有必要对12V系统充电，并监控DC-DC转换器工作期间的温度。高压锂电池状态监视器单元根据这些数据，维持12V蓄电池的电储存量并控制DC-DC转换器。当DC-DC转换器出现问题时，高压锂电池状态监视器单元将信息发送给PCM，12V充电系统指示灯激活。（4）高压锂电池的冷却。高压锂电池组配备多个温度传感器。当高压锂电池温度上升时，高压锂电池状态监视器单元激活高压锂电池的单元风扇。（5）碰撞检测。当碰撞发生时，SRS控制单元向高压锂电池状态监视器单元发送碰撞信息。从SRS控制单元接收到信息之后，高压锂电池状态监视器单元立刻断开主接触器使高压系统自动关闭。1.3.5　漏电传感器漏电传感器位于高压锂电池组的上部。它监测高压电路并判断电路中是否有短路现象，如果传感器识别到存在短路现象，会将信息发送给高压锂电池状态监视器单元。1.3.6　DC-DC转换器DC-DC转换器将高压锂电池的259.2V电压转换为12V电压，为12V蓄电池和12V电气系统提供电能（备注：2016款雅阁混动车取消了传统车型的12V电气系统用的发电机）。DC-DC转换器有一个内置温度传感器，该传感器可向高压锂电池状态监视器单元发送温度数据。如果识别到温度异常升高，高压锂电池状态监视器单元将使DC-DC转换器停止工作，并点亮充电警示灯。当检测到输入电压和输出电压异常时，高压锂电池状态监视器单元也将使DC-DC转换器停止工作，并点亮充电警示灯。DC-DC转换器在工作期间会产生热量，当DC-DC转换器温度上升到规定值时，高压锂电池状态监视器单元将控制高压锂电池单元风扇转动，以降低温度。1.2.7　高压锂电池单元风扇高压锂电池系统配备一个高压锂电池单元风扇。风扇集成了一个控制单元，该控制单元与高压锂电池状态监视器单元通信，并可用于监测和控制高压锂电池系统的温度。说明：即使车辆未使用，高压锂电池也会逐渐放电。因此，若车辆长时间停放，锂电池的电量将变低。长时间处于电量低的状态将会缩短高压锂电池的寿命。为了维持高压锂电池的电量，厂家要求至少每3个月驾驶车辆30min以上。（收稿日期：2017-03-10）（未完待续）10