基于汽车电动化、排放要求日趋严格后的混动车发展技术分析

张谢源 田正洪 戴茂轩

摘要：在双积分和排放要求越发严格的政策背景下，基于双积分政策的落地。丰田本田等日本厂家开始大规模在华应用混动技术，从最初的普锐斯混动的高价，到现在的平价A级卡罗拉雷凌、本田的凌派。B级车的丰田凯美瑞亚洲龙本田雅阁等。本文将从政策入手开始分析，引出混动技术的技术原理和优势分析。

关键词：双积分  混动  i-MMD

在2020年的技术进步和政策环保要求的作用下。政策以乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》（以下简称《双积分管理办法》，办法自2018年4月1日起施行。被认为是中国汽车发展史上的里程碑事件。“双积分”政策到底是什么？

1 什么是双积分？

所谓“双积分”就是：平均燃油消耗量积分+新能源汽车积分。政府将从两个方面对乘用车企业进行积分核算管理，“平均油耗”负积分可以与新能源汽车积分之间进行交易，抵偿，转让等。简单来说，如果企业没有生产新能源汽车或产量不够，要想不遭到停产高油耗车型的处罚，就需要向其他制造商购买新能源积分，来补偿自己的负分。

2 双积分对于车企的意义

新的“双积分”政策，平均油耗积分再加上新能源汽车积分，相当于一边给传统燃油车带上紧箍咒，一边又给新能源汽车指出西天取经的大道，双管齐下把我国汽车产业向电动化方向推进。

在2020年的今天，第一排放要求越加环保国六B标准已在部分城市实行，而国六B因为疫情虽然有所推迟，但也即将在全国全面实行。第二油耗限制的领跑值每年都再下降，所以对于车企来说汽车的技术更新是以电动化为趋势。当然电动化并不是老百姓所理解的将燃油车变成了纯电汽车，而是指将汽车的工作部件逐渐电动化和智能化。举例来说在老式车辆上的节气门是踩踏油门踏板拉线控制、方向机助力是液压模式、刹车踏板是直接通过真空助力泵后与刹车总泵进行连接。而目前的技术是将这些都电动化后节气门是由电磁阀控制、方向机变为电子助力、刹车踏板也只是采集信号将它转变后通过ECU进行计算后进行推动刹车泵进行刹车。电动化的趋势已经不可避免的因为政策、技术的发展和消费者的需要走上了历史的舞台。而混动也就作为一项电动化中的产物，可以极大降低油耗和减少排放，在产销量上升、摊薄成本后两田系列混动只比纯燃油车型贵大约2万块。而电动化中有一项就是在传统燃油車中加入了电机和电池。

为什么要加入电池？

因为内燃机相比电动机，对能量的利用效率很低，普通汽油引擎的热效率在33%左右 。及时是当前最先进采用阿特金森循环的发动机的也只能达到40%左右

什么是热效率？就是引擎把燃料热能，转化为引擎转动机械能的输出效率。

它不是一成不变的，随着引擎工况变化，热效率也会产生波动。所以，内燃机工作都有一个经济区间，在此区间内，热效率高，工作相对更节能。

这是最基本也最主要的两项发动机参数，决定了引擎输出功率。

功率=转速×扭矩

图中呈梯田分布的曲线，体现的是引擎热效率分布，同一条曲线上的任意位置，热效率是相同的，越接近中心区域，热效率越高。这些热效率相对较高的工作区间，就是引擎的经济区间。所以图中红色区域为发动机高效运转区间，也是最经济区间，向四周依次效率降低，经济性变差。

从而根据内燃机特性，我们就可以知道发动机是否经济运行，取决于转速与扭矩交汇的工作点是否在经济区间。

所以根据内燃机特点。根据上诉分析就能知道如同样行驶100公里，为什么高速匀速行驶100公里，和在市区拥堵状况下行驶100公里，为什么油耗差距会这么大。因为拥堵低速频繁低档位处在非经济区间。此时内燃机热效率偏低不在经济区间。

传统燃油车通过变速箱来调节引擎转速。变速箱每一个档位，都代表不同的传动路径，引擎动力通过它传至车轮。每一条传动路径都有一个固定的传动比，它代表了引擎转速与车轮转速之比，因此可以理解为，发动机与车轮传递力后，它们之间的转速扭矩有一个固定比例。

而电动化加入电池和电机后混动系统需要做的，使得我引擎工况和车轮转动不直接相关。同时加入电机后，通过电机提供新的传递路径，机械能（内燃机）-电机-机械能（车轮）虽然通过这样的方法使得传动效率下降，但是值得注意的是内燃机可以保证它在经济区间内运行。

所以混动车的逻辑为：保证内燃机工作时都在经济区间工作。并将内燃机工作的力转变为电能或部分电能，通过电机或者传动机构传递给车轮。

目前主流的混动汽车基本采用阿特金森循环，阿特金森循环的特点是热效率高、经济区间广，但是在低速下低扭不足，低扭不足会引起起步乏力。而且通过混动的模式通过电机就弥补了此循环下低扭不足。

可以说，目前在纯电动汽车因为技术上如电池密度的不成熟和配套设施的不完善。市场上除了限牌城市对于纯电动汽车并不很认可。目前混动汽车已经得到良好的市场认可。混动技术在保证动力输出的基础上，减少了发动机对于车辆驱动的直接介入，而更多的依靠电动机输出，并没有里程焦虑，而且能达到良好的节能减排效果。

以目前B级车销量冠军雅阁，本田第三代i-MMD混动技术为例的混动布置技术形式。

雅阁：截止目前2020年5月。在售的雅阁为2018款雅阁。混动技术为本田“第三代i-MMD”。

“第三代i-MMD”共有三种工况：

1.电动工况：该模式下电机从电池组中获得电能，电机驱动车轮进行行驶。这时候发动机并不工作。

2.混合动力模式：该模式下发动机驱动发电机工作产生电量，并用于电动机。电动机驱动车轮进行行驶。

3.直连模式：该模式下电机与传动系统解除耦合。发动机直接通过单级变速箱驱动车轮转动。据本田公开技术描述，该单级变速箱高速工况下和6速手动变速箱效率接近。

i-MMD由一个发电机、一个电动机以及一个多片离合器组成。发电机与电动机同轴安装，通过空心轴将动力分别与发动机或输出轴耦合。发电机与发动机刚性耦合，无法分离。电动机与输出轴刚性耦合无法分离，但是电动机与发动机之间通过一个多片离合器控制通断。本田的i-MMD系统无论是发动机与发电机之间，还是电动机与发动机，输出轴之间都为转矩耦合方式。只需断开离合器，发动机的动力就无法传递给车轮。但此时发动机既可以熄火，让电动机完全使用电池储存的电能，也可以继续运转，带动发动机为电动机提供电力或者为电池充电。所以，既能实现仅依靠电池供电的纯电驱动，也可以实现增程（串联）模式驱动。

3 总结

最后，也许现有混合动力车并不能够完全一次性解决所有能源问题，但是它的出现至少是在技术完全解决电池密度和电池规模化成本之前也给完美的过渡，从耐用性上，日本的丰田与本田已经做到了寿命与传统燃油车没有差距。当然，尽管混动动力节能优势明显，但是当前还缺少政策支持，专利集中在少数大型厂家中，可靠性可选车型也仅限于丰田与本田，专利技术壁垒较高，如何解决这些问题，更多需要政府在制定政策上的思考。来决定以后的技术发展。

参考文献

[1]休不眠.混动基督—丰田TSH冷知识[N].微博文章，2019-11-1.

[2]余志生.汽车理论（第6版）[M]. 机械工业出版社，2019.49-50 78-79.

[3]董敬.《汽车拖拉机发动机》（第3版）[M]，机械工业出版社，2011.95-96.

[4]Honda 混动技术讲堂本田中国[EB/OL].www.honda.com/funtec/special/Chalk_drawing，2020-4-20.

作者简介

张谢源，男，汉族，1991-08，上海市人，贵州装备制造职业学院，助理讲师，专业教师，本科学历，研究方向：主要汽车制造与装配和新能汽车技术研究。