基于汽車電動化、排放要求日趨嚴格后的混動車發(fā)展技術分析

張謝源 田正洪 戴茂軒

摘要：在雙積分和排放要求越發(fā)嚴格的政策背景下，基于雙積分政策的落地。豐田本田等日本廠家開始大規(guī)模在華應用混動技術，從最初的普銳斯混動的高價，到現(xiàn)在的平價A級卡羅拉雷凌、本田的凌派。B級車的豐田凱美瑞亞洲龍本田雅閣等。本文將從政策入手開始分析，引出混動技術的技術原理和優(yōu)勢分析。

關鍵詞：雙積分? 混動? i-MMD

在2020年的技術進步和政策環(huán)保要求的作用下。政策以乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》（以下簡稱《雙積分管理辦法》，辦法自2018年4月1日起施行。被認為是中國汽車發(fā)展史上的里程碑事件。“雙積分”政策到底是什么？

1 什么是雙積分？

所謂“雙積分”就是：平均燃油消耗量積分+新能源汽車積分。政府將從兩個方面對乘用車企業(yè)進行積分核算管理，“平均油耗”負積分可以與新能源汽車積分之間進行交易，抵償，轉讓等。簡單來說，如果企業(yè)沒有生產(chǎn)新能源汽車或產(chǎn)量不夠，要想不遭到停產(chǎn)高油耗車型的處罰，就需要向其他制造商購買新能源積分，來補償自己的負分。

2 雙積分對于車企的意義

新的“雙積分”政策，平均油耗積分再加上新能源汽車積分，相當于一邊給傳統(tǒng)燃油車帶上緊箍咒，一邊又給新能源汽車指出西天取經(jīng)的大道，雙管齊下把我國汽車產(chǎn)業(yè)向電動化方向推進。

在2020年的今天，第一排放要求越加環(huán)保國六B標準已在部分城市實行，而國六B因為疫情雖然有所推遲，但也即將在全國全面實行。第二油耗限制的領跑值每年都再下降，所以對于車企來說汽車的技術更新是以電動化為趨勢。當然電動化并不是老百姓所理解的將燃油車變成了純電汽車，而是指將汽車的工作部件逐漸電動化和智能化。舉例來說在老式車輛上的節(jié)氣門是踩踏油門踏板拉線控制、方向機助力是液壓模式、剎車踏板是直接通過真空助力泵后與剎車總泵進行連接。而目前的技術是將這些都電動化后節(jié)氣門是由電磁閥控制、方向機變?yōu)殡娮又Αx車踏板也只是采集信號將它轉變后通過ECU進行計算后進行推動剎車泵進行剎車。電動化的趨勢已經(jīng)不可避免的因為政策、技術的發(fā)展和消費者的需要走上了歷史的舞臺。而混動也就作為一項電動化中的產(chǎn)物，可以極大降低油耗和減少排放，在產(chǎn)銷量上升、攤薄成本后兩田系列混動只比純?nèi)加蛙囆唾F大約2萬塊。而電動化中有一項就是在傳統(tǒng)燃油車中加入了電機和電池。

為什么要加入電池？

因為內(nèi)燃機相比電動機，對能量的利用效率很低，普通汽油引擎的熱效率在33%左右 。及時是當前最先進采用阿特金森循環(huán)的發(fā)動機的也只能達到40%左右

什么是熱效率？就是引擎把燃料熱能，轉化為引擎轉動機械能的輸出效率。

它不是一成不變的，隨著引擎工況變化，熱效率也會產(chǎn)生波動。所以，內(nèi)燃機工作都有一個經(jīng)濟區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)，熱效率高，工作相對更節(jié)能。

這是最基本也最主要的兩項發(fā)動機參數(shù)，決定了引擎輸出功率。

功率=轉速×扭矩

圖中呈梯田分布的曲線，體現(xiàn)的是引擎熱效率分布，同一條曲線上的任意位置，熱效率是相同的，越接近中心區(qū)域，熱效率越高。這些熱效率相對較高的工作區(qū)間，就是引擎的經(jīng)濟區(qū)間。所以圖中紅色區(qū)域為發(fā)動機高效運轉區(qū)間，也是最經(jīng)濟區(qū)間，向四周依次效率降低，經(jīng)濟性變差。

從而根據(jù)內(nèi)燃機特性，我們就可以知道發(fā)動機是否經(jīng)濟運行，取決于轉速與扭矩交匯的工作點是否在經(jīng)濟區(qū)間。

所以根據(jù)內(nèi)燃機特點。根據(jù)上訴分析就能知道如同樣行駛100公里，為什么高速勻速行駛100公里，和在市區(qū)擁堵狀況下行駛100公里，為什么油耗差距會這么大。因為擁堵低速頻繁低檔位處在非經(jīng)濟區(qū)間。此時內(nèi)燃機熱效率偏低不在經(jīng)濟區(qū)間。

傳統(tǒng)燃油車通過變速箱來調(diào)節(jié)引擎轉速。變速箱每一個檔位，都代表不同的傳動路徑，引擎動力通過它傳至車輪。每一條傳動路徑都有一個固定的傳動比，它代表了引擎轉速與車輪轉速之比，因此可以理解為，發(fā)動機與車輪傳遞力后，它們之間的轉速扭矩有一個固定比例。

而電動化加入電池和電機后混動系統(tǒng)需要做的，使得我引擎工況和車輪轉動不直接相關。同時加入電機后，通過電機提供新的傳遞路徑，機械能（內(nèi)燃機）-電機-機械能（車輪）雖然通過這樣的方法使得傳動效率下降，但是值得注意的是內(nèi)燃機可以保證它在經(jīng)濟區(qū)間內(nèi)運行。

所以混動車的邏輯為：保證內(nèi)燃機工作時都在經(jīng)濟區(qū)間工作。并將內(nèi)燃機工作的力轉變?yōu)殡娔芑虿糠蛛娔埽ㄟ^電機或者傳動機構傳遞給車輪。

目前主流的混動汽車基本采用阿特金森循環(huán)，阿特金森循環(huán)的特點是熱效率高、經(jīng)濟區(qū)間廣，但是在低速下低扭不足，低扭不足會引起起步乏力。而且通過混動的模式通過電機就彌補了此循環(huán)下低扭不足。

可以說，目前在純電動汽車因為技術上如電池密度的不成熟和配套設施的不完善。市場上除了限牌城市對于純電動汽車并不很認可。目前混動汽車已經(jīng)得到良好的市場認可。混動技術在保證動力輸出的基礎上，減少了發(fā)動機對于車輛驅動的直接介入，而更多的依靠電動機輸出，并沒有里程焦慮，而且能達到良好的節(jié)能減排效果。

以目前B級車銷量冠軍雅閣，本田第三代i-MMD混動技術為例的混動布置技術形式。

雅閣：截止目前2020年5月。在售的雅閣為2018款雅閣。混動技術為本田“第三代i-MMD”。

“第三代i-MMD”共有三種工況：

1.電動工況：該模式下電機從電池組中獲得電能，電機驅動車輪進行行駛。這時候發(fā)動機并不工作。

2.混合動力模式：該模式下發(fā)動機驅動發(fā)電機工作產(chǎn)生電量，并用于電動機。電動機驅動車輪進行行駛。

3.直連模式：該模式下電機與傳動系統(tǒng)解除耦合。發(fā)動機直接通過單級變速箱驅動車輪轉動。據(jù)本田公開技術描述，該單級變速箱高速工況下和6速手動變速箱效率接近。

i-MMD由一個發(fā)電機、一個電動機以及一個多片離合器組成。發(fā)電機與電動機同軸安裝，通過空心軸將動力分別與發(fā)動機或輸出軸耦合。發(fā)電機與發(fā)動機剛性耦合，無法分離。電動機與輸出軸剛性耦合無法分離，但是電動機與發(fā)動機之間通過一個多片離合器控制通斷。本田的i-MMD系統(tǒng)無論是發(fā)動機與發(fā)電機之間，還是電動機與發(fā)動機，輸出軸之間都為轉矩耦合方式。只需斷開離合器，發(fā)動機的動力就無法傳遞給車輪。但此時發(fā)動機既可以熄火，讓電動機完全使用電池儲存的電能，也可以繼續(xù)運轉，帶動發(fā)動機為電動機提供電力或者為電池充電。所以，既能實現(xiàn)僅依靠電池供電的純電驅動，也可以實現(xiàn)增程（串聯(lián)）模式驅動。

3 總結

最后，也許現(xiàn)有混合動力車并不能夠完全一次性解決所有能源問題，但是它的出現(xiàn)至少是在技術完全解決電池密度和電池規(guī)模化成本之前也給完美的過渡，從耐用性上，日本的豐田與本田已經(jīng)做到了壽命與傳統(tǒng)燃油車沒有差距。當然，盡管混動動力節(jié)能優(yōu)勢明顯，但是當前還缺少政策支持，專利集中在少數(shù)大型廠家中，可靠性可選車型也僅限于豐田與本田，專利技術壁壘較高，如何解決這些問題，更多需要政府在制定政策上的思考。來決定以后的技術發(fā)展。

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作者簡介

張謝源，男，漢族，1991-08，上海市人，貴州裝備制造職業(yè)學院，助理講師，專業(yè)教師，本科學歷，研究方向：主要汽車制造與裝配和新能汽車技術研究。