本田第四代混合动力系统IMA_张华

6 再生制动系统
IM A 电 动机 能够 在制 动、稳 定行 驶 、缓 慢 减 速 或滑行时作为一个发电机, 通过再生制动回收 动 能和以电能的形式将这些能量存入电池中。当制 动时, 制动踏板传感器给汽车 IMA 计算机 IPU 一 个信号。计算机激活了刹车系统的制动主缸中的 伺服单元, 使机械制动和电动机能量回馈之间 制 动力均 衡, 得 到最 大 的能 量回 馈。本田 原 来 的 IMA系统是事先固定制动能量分配比率, 低于 最 大能量回馈, 而且没有可变的比例。新系统更 少 依赖传统制动系统且减少了发动机的能量损失, 能量回收能力比 2005C iv ic增加了 70% , 而且燃料 供给更加节约。
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图 3 IPU 外观部件图
M odu le) 和电机驱动模块 ( MDM, M otor D rive M odu le)。第四代使用最新的 电脑芯片技术, PCU 的 反映时间比以往的任何一代都要快。而采用最新 开发的逆变器和 DC-DC 转换器帮助 IMA 系统全 面提高了其最大功率。完整的制冷系统降低了由 电流进出电池包产生的热量, 制冷系统模块安装 在电池箱外部, 内部箱体中的空气不断从后座下 的通风管溢出。
关闭, 燃烧停止, 车辆以纯电动状态驱动车辆。 # 一般加速或高速 发动机关闭, 电动机此时作为一
个发电机。在电动控制传输系统的帮助下将机械 能最大限度地转化为电能, 存储到电池组中。
# 停车状态: 发动机自动关闭, 减少燃料损失 和排放。
3 电动机
IMA电机是一个 3相超薄永磁同步电机, 安
装在发动机和 CVT 之间, 最大能够提供 15kW 的 功率和 139Nm 的辅助力 矩。电动机提供辅助推 动力给发动机或在低速行驶状态下提供动力, 也 作为发电机 在减速和 制动时回 收动能给 电池充 电。电机的辅助使整车的动力性得到了很大的提 高, 动力性曲线如图 2所示。
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技术导向
明, 防止眩目就显得尤为重要。车辆在进入城 镇 时, AFS对周围的照明情况做出相应判断, 实时降 低光束的照射位置, 避免给对方造成眩目, 相对提 高驾驶安全性。
3 A FS在 H ID 灯上的应用
早在 20 世纪 90年代早期的欧洲, 一些灯 具 制造商已经将氙气灯应用在汽车照明方面, 它 比 卤素灯的亮度高 2. 5倍, 并由一个电子的镇流 器 (点火和控制单元 ) 来控制。这种前照灯又叫气体 放电灯, 即 H ID。H ID 灯泡依赖 高电压击穿灯 内 的气体介质 ( 大部份为氙气与碘化物等惰性气体 ) 以电弧形式发光。由于 H ID里面有近光和远光系 统, 所以也可以叫做双功能前照灯。H ID 基本 系 统包括控 制远、近光 装置和 清洗器。现在, 在 欧 洲, 超过 300万车辆装 备了 H ID, 但 因价格影响,
# BCM BCM 监控的电池信息主要有 SOC、电池保护 需求信息、电池温度等。通过温度传感器、电压传 感器和电流传感器监控主体电池, 测定充放电比 率, 且将信 息提供给 M CM。 BCM 控制 IMA 电池 包荷电状态在理想的状态 ( 20% ~ 80% ) 下工作, 同时防止额外的电量消耗和电池过充。电池监控 模块同时控制着电池制冷风扇的运行。 # MCM M CM 控制着电机的各种行为, 是一个低压的 计算机, 主要功能有: ( 1) 与发动机控制模块通信, 决定车辆的运行状态, 同时将 IMA 系统中检测到 的问题, 传输给 ECM。 ( 2) 与电池监控模块 BCM 通信, 获得电池模块的荷电状态。这个信息用于 保护电池模块和保持适当的充电平衡。 ( 3) 与仪 表盘连接, 始终显示 IMA 系统条件和运行状态的 信息。 ( 4)与 M DM 连接来接收电机的整流信息, 通过电压转 换模 块控 制电 机功率 变换 器 ( MP I, M otor Power Inverter) 。 # MDM MDM 控制电机辅助发动机和给电池充电, 可
IMA 系统工作过程如下: # 启动加速: 发动机以低速配气正时状 态运 转, 同时电机提供辅助能量。 # 急加速状态: 发动机以高速配气正时状态运 转, 此时电池会提供额外的功率给电机与发动机共
图 1 主要部件布置图
同驱动车辆, 改善整车的加速性能。 # 低速巡航状态: 发动机的 4个气缸阀门全部
1 IMA 系统和工作过程
第四代 IMA 系统的主要部件包括一个 1. 3 L -i VTEC 4缸汽油机、一个高功率的超薄永磁同步电 动机、一个无级变速器 ( CVT ) 和一个智能动力单元 ( IPU, Intelligent Pow er Unit) 。 IPU 由一个动力控制 单元 ( PCU, Pow er Contro lUn it)、一组高性能镍氢电 池和一个制冷单元组成。汽油机和电动机布置在 车的前部, 智能动力单元布置在车的后部, 具体结 构如图 1所示。
以前主要应用到高级车辆上。随着技术的成熟, H ID 的费用已经降低, 并逐渐被大多数人所接受。
在过去的 10年中, 汽车灯具厂商一直在考虑 汽车灯光装置的改进。而早期的 AFS就是在 H ID 的基础上发展形成的, AFS 的应用为夜间和其它 恶劣天气安全驾驶做出了重要贡献。
根据 H ID 和 AFS各自的特点, 充分发挥各自 优势, 实现在汽车道路照明过程中的 / 资源整合 0。 由于 H ID 灯有着高亮度的特点, 那么将 AFS 应用 到 H ID 灯中是最能改善灯光照明的方式, 两者的 结合能够最大程度地消除夜间和其它恶劣天气对 安全驾驶的 影响, 更 好地满 足安全 驾驶的 需要。 从目前国外汽车安装情况来看, 凡是装载 H ID 灯 的, 几乎都有部分或全部的 AFS功能。
# 智能化双火花塞顺序点火 -i DS I系统 智能化双火花塞顺序点火 -i DSI系统, 把通常 1 个气缸 1个火花塞控制点火方式改为在 1个气缸 上安装 2个火花塞, 分别设在进气侧和排气侧, 缩 短了燃烧室内火焰传播的时间, 实现了全域范围内 的急速燃烧, 同时降低了燃爆倾向, 使得大幅度提 高压缩比成为可能, 同时实现了高输出功率、高输 出扭矩及低油耗。本田独有的双火花塞连续控制 系统是根据发动机转速和负荷状况来编制的。当 燃料化合物进入燃烧室, 第 1个靠近入口的火花塞 点火; 不久, 靠近排气口的第 2个火花塞点火, 促进 燃烧过程。与单一的火花塞系统相比, 该系统使燃 烧更加完全, 使发动机输出功率更大, 油耗更少, 排 放降低。 # 可变气缸管理技术 ( VCM, V ariable Cy linder M anagem ent) 新的 VCM 系统是对上代的 3缸间歇系统的改 进, 可实现气缸全部间歇。电动机 ( 同时作为发电 机 )附属在发动机的机轴上, 发动机需要在减速时 提供尽可能少的阻力, 使电动机能够更高效地给电 池充电。传统的发动机在减速时, 气缸活塞的运行 将提供一定阻力, 或者叫发动机制动。VCM 消除了 这种影响, 使再生制动系统能够尽可能多地回收能 量。
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本田第四代混合动力系统 IMA
张 华 张嘉君 (武汉理工大学 ) 周 容 (中国汽车技术研究中心 )
1997年, 本田公司开发出第一代混合动力系统 ( IMA, Integrated M otor Assist)。 1999年 12月, 搭载 IMA 系统的 Insight混合动力车在美国正式上市, 本 田成 为第 一个 在 北美 销 售混 合 动力 车 的公 司。 2003年, 装配第二代 IMA 系统的四门小型轿车 C ivic投放市场, 深受消费者欢迎。本田雅阁混合动力 车作为装备第三代 IMA 系统的中型轿车, 成为世界 上第一款混合动力中型轿车。
# -i VTEC ( Inte lligen-t Variable Va lve T im ing and L ift E lectronic Contro l ) 系统
VTEC 即可变气门配气相位和气门升程电子控
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制技术, 通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统, 使发 动机在不同转速工况下由不同的凸轮控制, 影响进 气门的开度和时间。在发动机低速运转时, 通过主 进气门和辅助进气门之间的升程差, 创造一个合理 的涡流比, 实现良好的性能。而在高速时维持了传 统 4气门发动机的高功率输出, 从而保持了低油耗 性能。
7 系统控制
IMA系统的功率是通过 IPU 来控制的, 其 位 置在后轮座下, IPU 由 PCU、一个可再充镍氢电池 模块和一个制 冷单元组成, 具体外观结 构如图 3 所示。
PCU 作为 IPU 的核心部分控制着电机辅助, 制动回馈和电池 ( 包括 IMA 电池包和 12V 电池 ) 充放电。 PCU 通过节气门开度、发动机参数和 电 池包的荷电状态, 来决定电能辅助的多少。其 主 要组成部分有电池监控模块 ( BCM, Battery Cond-i t ion M on itor) 、电机控制模块 ( MCM, M otor Control
2 发动机
2006款 C iv ic混合动力 1. 3L 发动机以 2005款 1. 3L -i DS I发动机为基础, 对部件进行了改进。主 要采用了 -i VTEC和智能化双火花塞顺序点火技术 ( -i DSI) 以及可变气缸管理技术 ( VCM ), 实现了超 低油耗, 提高燃油经济性。新系统提供了低速、高 速及间歇 3种模式的配气正时状态, 通过 4个气缸 全部间歇, 可以提高减速时的能量回收效率, 是目 前最为先进的气门控制技术。
-i VTEC系统是在 VTEC 系统上增加了可变正 时控制系统 ( VTC )机构, 即 -i VTEC = VTEC + VTC。 通过 ECU 控制程序调节进气门的开启和关闭, 使气 门的重叠时间更加精确, 达到最佳的进、排气时机, 进一步提高了发动机功率, 且帮助发动机在车减速 时减少能量损失。
4 电池