本田ima系统工作原理图解（i-MMD混动系统的特点）

1. 本田i-MMD的前世--IMA混动系统

90年代后期，本田便开始探索新的动力形式。1997年东京车展本田展出了一款名为J-VX的混合动力概念车，1999年推车了本田首款混合动力车型INSIGHT。第一代INSIGHT采用三门掀背造型，使用1.0L三缸发动机配合电机的动力布置，以2.8L/100KM的超低油耗成为当时全球油耗最低的量产汽车。

伴随这台车一起亮相的就是Integrated Motor Assist（IMA）系统，这是一种集成式的汽车动力系统，以发动机提供动力为主，小巧而轻薄的盘式永磁电动机既可以当做辅助动力使用，也可以当做启动电机还可以充当三缸发动机的平衡器。

与丰田的THS采用行星齿轮分流，把发动机和发电机的动力整合到一起的方式不同，本田采用的是P2电机模式，所谓P2电机，指的是在变速箱前端布置了一台电机，数字2代表电机位置。这种电机的布置方式既适合前置前驱的小型车平台，又适合前置后驱、前置四驱的中大型车平台。由于电机布置在发动机之后、变速箱前端，所以电机与发动机变速箱同轴，并且采用了同轴转矩耦合的方式。加速时，电机可以与发动机的扭矩叠加使用，而且只需断开发动机的连接，就能实现纯电行驶，并且电机的动力可以通过变速箱的换挡实现多级调速，更大程度的发挥电机效能。

IMA这套系统设计十分巧妙，因为电机功率小，体积也很小，所以可以较好的集成在发动机舱中。同时，电机在系统中的地位很低，有点类似48V BSG电机的功能，不同的是，这套系统切换的是工况模式，而不是动力分配模式。简单来说，本田IMA混合动力系统一共有5种工况模式，其中车辆在起步加速阶段、急加速以及高速行驶阶段发动机与电动机共同出力，可以提升车辆的动力性能。当车辆低速行驶时，发动机气缸关闭，车辆能进行全电力驱动，但速度不能高于约40公里/小时。当车辆在普通加速阶段，完全由发动机驱动，电动机退出工作，并用发动机的动能进行充电。

这套系统有个较大的问题是上面提到的发动机关闭，全电力驱动工况。这里的发动机关闭其实是关闭供油系和进排气，而此时电机和曲轴是相连的，电机实际是带动曲轴转动，输出动力，此时消耗的能量会更多，纯电行驶里程很低。

IMA的出现，标志着本田正式在混动领域开始发力，同时对于本田来说也是起点，另外这套系统很多研发理念包括集成化、小型化等对后面的iMMD系统产生了深远影响。

图1.0 IMA混动系统

1.1.i-MMD混动系统（SPORT HYBRID Intelligent Multi Mode Drive）

随着技术的革新和市场的改变，本田显然意识到了IMA的局限性，同时和丰田的THS相比，本田的IMA也确实占不到便宜，一个更高效、而动力性更好的混动系统呼之欲出，这就是本田i-MMD（Intelligent Multi Mode Drive）系统。

第一代i-MMD系统在2010年亮相，采用2.0L自然吸气发动机+双电机驱动，按照布局结构，可以分为两部分：一个是位于发动机舱的动力系统和传动系统，另一个是位于车后部（后备箱到后轴之间）的动力电池装置。

2014年正式推出第二代混合动力系统，这套系统在三电系统的输出与储能等指标有了大幅提升，并且在更多工况下实现纯电驱动。

2017年，第十代雅阁在北美市场上市，第三代i-MMD混动系统也同步搭载到新车上，并于2018年引入国内。

图1.1 i-MMD混动系统

1.2.本田第三代i-MMD混合动力系统结构

目前i-MMD混动系统已经发展到第三代，该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（Power Control Unit）等组成。相比第二代最大的变化在于发动机、无稀土电机和更紧凑的智能动力单元IPU（Intelligent Power Unit）。

最新第三代i-MMD混合动力系统，可针对不同的行车路况条件，PCU自动判断驱动电机与发动机的擅长领域，通过一系列的电控逻辑来让两台电机和发动机进行动力分流。它不再极端强调车速对节能的影响，也设法让驾驶变得轻松有趣。

1.3.本田2.0L阿特金森循环DOHC i-VTEC发动机

第三代的i-MMD系统上，本田优化了2.0L阿特金森循环发动机，其压缩比提升至13.5:1，为了防止高压缩比产生爆震，本田在这台发动机上使用了充钠气门。通过对诸多细节进行优化，发动机热效率从38.9%提升至40.6%。

该发动机为直列四缸自然吸气发动机结构如图1.3.1所示，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。虽然本田称其为阿特金森循环发动机，但严格意义上应该为米勒循环发动机，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。通过动力控制单元对VTEC及i-VTC系统进行控制。可以切换为奥托循环提供更大的功率输出。

图1.3 丰田2.5L阿特金森循环发动机结构

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。

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。

图1.3.1 本田2.0L阿特金森循环发动机结构

1.4.电动无级变速器E-CVT

i-MMD系统采用的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。

1.4.1飞轮与扭转减振器

当发动机起动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1.4.1），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。

图图1.4.1 飞轮与扭转减振器

1.4.2 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1.4.2）。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）。

图1.4.2 E-CVT内部四根平行轴

1.4.3.超越离合器及超越驱动齿轮

i-MMD系统采用了超越离合器（图1.4.3），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）。

图1.4.3 超越离合器

1.4.4发电机及牵引电机

发电机、牵引电机为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135 kW、最大转矩为315 N·m，最高工作转速13 000 r/min，额定功率为67.5 kW、额定转矩为100 N·m，额定电压700 V，绝缘等级为200，防护等级为IP55。

牵引电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。牵引电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。

1.5.动力电池总成

本田混动采用了高压锂电池作为动力电池（IMA系统与THS系统采用的是镍氢电池）。动力电池总成（图1.5）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。

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。

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。

图1.5 动力电池总成

2. 混动系统工作模式

在非插电的混动系统里，i-MMD系统的逻辑非常独特。丰田的THS是利用行星齿轮分配发动机和电机动力进行不同比例的混动，偏向于发动机驱动车辆，电动机更多的是辅助，加速时辅助、起步时辅助等等，这些辅助更多是让发动机处于一个经济的转速区间，从而提升燃油经济性。而i-MMD系统中，电机的工作始终是绝对的主力，发动机更多是用作发电和动能回收，并利用离合器进行不同行驶模式的切换，以确保整个系统永远处于最佳的工作效率中。从原理的角度来讲，本田第三代i-MMD与其说是混动系统，倒不如说是一台带有发动机直驱功能的增程式电驱动系统。

本田的i-MMD系统结构如图2.0所示，发电机与牵引电机同轴安装，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。牵引电机与输出轴刚性耦合无法分离，但是牵引电机与发动机之间通过一个多片离合器控制通断。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。这与丰田的转速耦合截然不同。转矩耦合要求两组动力或多组动力必须同步运转，也就是说转速必须成一定比例关系。

图2.0 i-MMD系统结构图

主要有三种工作模式：

EV Drive Mode（纯电动驱动模式）

Hybrid Drive Mode（混合驱动模式）

Engine Drive Mode（发动机驱动模式）

各模式的应用范围如图2.0.1所示。

图2.0.1 工作模式范围

2.1 纯电驱动模式

EV Drive Mode就是由电池供电的纯电动驾驶模式，它适用于从静止起步及低速低负荷状态的情况。此模式下发动机不运转，发电机也不工作，离合器断开，仅由动力电池向牵引电机提供电力。

纯电驱动模式动力流（图2.1）为：牵引电机旋转，动力传输至电机轴。电机轴将电机动力传送到中间轴和主减速器主动齿轮上，并驱动主减速器从动齿轮，从而驱动车辆运动。倒档操作通过使牵引电机反向转动实现，变速箱动力流不变。

图2.1 纯电驱动模式动力流

2.2 混合驱动模式

Hybrid Driving mode即混合驱动模式，是由发动机带动发电机发电，直接为牵引电机供电驱动车轮，适合高负载急加速的工况。根据电池充放电状态可细分为两种模式，即ECVT充电模式和ECVT辅助模式。

ECVT充电模式就是介于纯电和ECVT辅助模式之间的状态，牵引电机负载较大，但还不需要电池和发动机一起供电。这时候发动机启动，根据驾驶条件被主动控制，在最佳转速范围内工作，发动机带动发电机发电，发电机产生的电能直接向牵引电机供电，多余的电能用于对动力电池充电，而动力电池不向牵引电机供电。

ECVT辅助模式主要在加速期间使用，是本混动系统最强动力模式。此时发动机带动发电机发电，发电机发出来的电直接全数用来驱动牵引电机，，但是还不够，电池也参与进来，共同供给牵引电机，使牵引电机功率和扭矩达到顶峰。

混合驱动模式的动力流（图2.2.1）为：发动机运转，从飞轮传输动力。驱动电机旋转，动力传输至电机轴。从飞轮传输的发动机动力驱动输入轴和发电机轴，但未对超速档离合器施加液压。动力从发动机传输至发电机。电机轴将电机动力传送到中间轴和主减速器主动齿轮上，并驱动主减速器从动齿轮，从而驱动车辆运动。

图2.2.1 混合驱动模式动力流

图2.2.2 混合驱动模式转速与车速曲线

通过图2.2.2可以看到，在混合驱动模式下车速和牵引电机转速保持一致，牵引电机提供动力驱动车辆行驶，而发动机转速和发电机转速保持一致，且转速比固定，大约为2:1。

2.3 发动机驱动模式

Engine Drive Mode即发动机驱动模式，发动机直接驱动车轮。此模式的区间非常小，仅在高速低负荷这块区域，也就是高速巡航期间才会用到，一旦高速上加大油门，立即往上走入混合驱动模式。

在发动机驱动模式期间，发动机输出供给至驱动轮和牵引电机，这样车辆由发动机机械驱动，此时牵引电机产生的电能向蓄电池充电，发电机电机空转不工作。

发动机驱动模式的动力流（图2.3.1）为：发动机运转，从飞轮输出的发动机动力驱动输入轴。对超速档离合器施加液压，然后超速档离合器将超速档齿轮和输入轴接合在一起。输入轴通过超速档处理驱动中间轴。动力从副轴传送到主减速器主动齿轮上，并驱动主减速器从动齿轮，从而驱动车辆运动。

图2.3.1 发动机驱动模式动力流

图2.3.2 发动机驱动模式转速与车速曲线

高速巡航的时候，发动机转速、电机转速趋势如图2.3.2所示。此时，超越离合器啮合，发动机、发电机、牵引电机、输出轴都刚性连接，转速成固定比例。发动机输出动力驱动车辆，发电机空转不工作，牵引电机发电向高压蓄电池充电。可以比较容易看出来，当车速和牵引电机转速增幅较大时，发动机和电机的转速会上升的更快，这时工作模式变为混合驱动模式，动力系统发出最大扭矩来满足短时间的动力需求。

2.4 再生模式--动能回收

在车辆减速期间会进入再生模式，即动能回收模式。此时发动机和发电机处于停止状态，牵引电机发电，向动力电池充电。

再生模式的动力流（图2.4.1）为：车辆减速时，车辆驱动主减速器从动齿轮。主减速器从动齿轮驱动中间轴和电机轴。动力从前轮传输至牵引电机。

图2.4.1再生模式的动力流

图2.4.2 正常工况转速与车速曲线

图2.4.2是普通道路的行驶曲线图，可以看到在减速情况下，发动机和发电机转速会变成0，动能回收系统开始工作进入再生模式。而急加速的时候，发动机会带着发电机高速运作，用来补充电流，和电池一起给驱动电机达到最大扭矩提供最大电流。

本田的i-MMD系统，在设计理念上则是颠覆性的，是几乎接近于纯电驱动模式的混合动力系统，我们可以把它首先理解为一款电动车，既可以纯电行驶也可以增程混动的电动车，高速巡航状态时发动机直连，发挥燃油发动机高速效率更高的特性。PCU、阿特金森循环发动机、加上性能不俗的电机系统，i-MMD最终带给客户的是顺滑的加速感受、线性的动力匹配以及本田Sport Hybrid这个表里如一的Slogan。

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