NO. 150
本田早在上世纪90年代后期就已开始探索研发汽车混合动力系统。
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年推出了本田首款混合动力车型INSIGHT。
第一代INSIGHT使用三缸发动机加电机的动力总成，并以
台车一起亮相的是IMA系统（Integrated Motor Assist），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
永磁电机既是提供辅助动力的驱动电机，也是启动电机。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。
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驱动电机共同提供驱动力，
提升车辆的动力性能，当车辆低速行驶时，发动机气缸关闭，驱动
电机提供驱动力，单独提供驱动力时车速最高可达到40公里/小时，
当车辆在发动机驱动力富裕时，驱动电机退出驱动工作，驱动电机
转变成发电机，利用发动机的机械能发电对电池充电。
本田混合动力系统发展历史
IMA的出现，标志着本田在混合动力领域开始发力，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。
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，更高效、
动力性更好的本田IMMD混合动力系统就呼之欲出了。
第一代IMMD混合动力系统在2010年亮相，采用自然吸气发动
机+双电机驱动。
第二代IMMD混合动力系统于2014年正式推出，这套系统在三电系
统的输出与储能等指标有了大幅提升。
第三代IMMD混合动力系统搭载在北美市场上市的第十代雅阁新车
上于2017年推出，并于2018年引入国内。
本田开发了SPORT HYBRID i-MMD，SPORT HYBRID i-DCD和
SPORT HYBRID SH-AWD三种混合动力系统，这三种混合动力系
统除了提高燃油效率外，还提高了汽车的操控性。
SPORT HYBRID SH-AWD系统的开发目标：
①实现与其他混合动力汽车相当的强大的起步加速性能和燃料水平；
①实现起步加速性能水平与基础款SUV相媲美，具有超过普通车辆
的燃油效率；
①实现与此相当的处理性能水平配备SH-AWD系统的基础SUV。
为混合动力车型开发的电动动力总成包括一个双电机单元（TMU），
一个高输出前电机配对7速DCT，用于高效发电，动力控制单元
（PCU）和智能电源单元（IPU）。
系统概述
SPORT HYBRID SH-AWD是一种结合电机和7速DCT的系统，其后
部带有两个内置电机的TMU。该系统能够在EV中运行驱动模式，
电机和V6的组合发动机可以从轮胎向轮胎提供驱动力发动机，而 前
电机充当发电机，从超出的扭矩发电；使用这种动力来驱动后置马
达有助于汽车在4WD模式下连续运行。动力总成的控制技术为
SPORT HYBRID开发的i-DCD用于实现前电机和7速DCT的组合。此
外，通过独立驱动两者来实现扭矩矢量化后置电机使这款4WD 系统
实现在传统的四轮驱动车辆中感觉不到的操控性。
SPORT HYBRID SH-AWD系统概述
配置和规格
本田开发的混合动力SUV中采用的SPORT HYBRID SH-AWD电动
动力系统的布局如图所示。
电动动力总成由TMU组成，这是一种高功率前置电机，通过与7速
DCT为每个电机供电的PCU以及存储的IPU相结合，实现了较高水
平的发电驱动效率和回收多余能源。
本田开发的SUV中的这款电动动力总成包括V6 i-VTEC发动机、
7速DCT、位于发动机舱内的前置电机和替代后差速器的TMU（使 用
传动轴连接到后部SH-AWD的差速系统）。PCU和IPU安装在在 这些
元器件之间，以便最大限度地减少高压电缆的长度。
混合动力SUV中使用的电动动力系统
来自高压电池的电源也是在高压下驱动空调系统的电动压缩机所必需
的，这是混合动力车辆的基本特征。通过将这种高压直流电缆和用于
前电机的高压三相电缆放在一根铝管中，减少了布线占用的空间。
系统规格
燃油效率和动态性能
SUV的电机控制技术对燃油效率性能的影响
驱动模式
当车辆在起步加速时，EV运行；此时发动机未运转，TMU为后轮
提供驱动力。在低速缓慢加速期间，系统以发动机驱动模式运行；
驱动力提供给前轮，前电机用作发电机，过量发动机扭矩产生的动
力将存储在高压电池中。当在城市地区以低速和中速巡航时，车辆
作为EV运行。
当需要强大的加速度时，车辆进入四轮驱动模式，其中发动机驱动
前轮并且TMU驱动后轮。在减速期间，所有三个电动机都用作发
电机，并且所有车轮的制动能量作为电力存储在高压电池中。
在诸如雪路等斜坡和湿滑路面上，车辆进入四轮驱动模式，实现了
出色的操纵稳定性和动态性能。
不同车辆运行状态的SPORT HYBRID SH-AWD驾驶模式
图4. SPORT HYBRID SH-AWD系统的操作概念
扭矩矢量
当车辆在转弯减速时，TMU中的两个后电机被控制以产生负扭矩。
除了提供制动力矩之外还可以向内后轮施加比向外后轮更大量的负
扭矩，从而在车辆中产生向内的横摆力矩。即使车辆在转弯时减速，
这也有助于实现良好的响应特性。当车辆转弯时，向外后轮施加正
扭矩和向内后轮施加负扭矩导致产生连续向内的横摆力矩。结果，
车辆轮胎接地印记对应于方向盘的操作的线，并且即使在低半径转
角上也具有行驶稳定感。当车辆在拐弯的最后阶段转弯加速，正向
扭矩施加到两个后轮，实现4WD车辆的强大加速度和相对于拐角
半径的最佳扭矩矢量，提升转向稳定性。
在电动机转速较低的驱动模式，电动动力系统的控制将电动机速度
控制在低一级的频率 在LA4模式下，这降低了逆变器开关损耗并
提高了1％的燃油效率。
PCU和IPU的安装位置
IPU位于横向构件A和B之间的区域中，并且侧框架在每侧都被固定。
这些单元在高刚性横向构件之间的定位有助于保护它免受由于外部
动态性能和燃油效率的比较
因素引起的结构变形的影响。
PCU和IPU的安装位置
轿车和混合动力SUV中使用的PCU和IPU的配置
下图比较了在普通轿车和混合动力SUV中使用的PCU和IPU的配置。
位于中控台的逆变器采用水冷，而后行李箱内的IPU则采用风冷。
混合动力SUV需要重新设计冷却的部件，以提高PCU和IPU布局的
空间效率。12V DC-DC转换器采用水冷，并且该装置与逆变器集成
并安装在PCU中。在混合动力SUV中，用于电动机控制的ECU已经
转移到PCU，而用于电池控制的ECU仍然存在位于IPU中。这些 组
件的重新定位实现了PCU和IPU的高水平空间效率。
普通轿车中PCU和IPU的配置
混合动力SUV中的PCU和IPU的配置
PCU的结构：混合动力SUV中使用的PCU是多功能单元，具有用
于控制三个电动机、向12V辅助设备供电的功能、向电动压缩机供
电的功能和在高压下驱动空调系统。PCU安装在一个完全防水的
箱子里，位于车厢外的车辆下方。
PCU的结构 PCU的规格
PCU水冷系统：与普通轿车相比，混合动力SUV可能会遇到低速
需要高扭矩的情况，例如在粗糙的路面和泥路上。 因此，必须保
持PCU水冷的低温，并尽可能延长电机能够产生最大扭矩的时间。
混合动力SUV采用横流式散热器而非传统的下流式散热器，最大限
度地减少了发动机舱再循环的影响，提高了冷却性能。右图显示了
在以40km / h行驶时混合动力SUV和普通轿车的水温增加。
横流式散热器 水温比较
防水的PCU配置：考虑到车辆的实际使用工况时混合动力SUV使用
的PCU可以预期完全浸没在水中，因此需要完全防水的结构。当使用 完
全防水的PCU结构时，必须考虑由于环境温度变化引起的冷凝效应， 以
及与压力急剧波动相关的密封性能。PCU外壳的一部分是完全防水 的透
气区域。 这个透气区域与机舱内部的连接使PCU内部即使在完
全浸入水中时也能透气。此外，使用由透气性材料制成的壁来分隔透
气区域和PCU的内部，有助于确保即使水进入透气区域，PCU的内部
也不会受到水的侵害。 由于连接PCU和TMU的高压三相电缆也可能
暴露在水中，因为电缆已经连接到透气结构，使得可能在浸入水中电
缆也能正常工作。
PCU的透气结构 逆变器的比较
三合一变频器：普通轿车采用为SPORT HYBRID i-DCD系统开发的传
递功率模块（TPM）逆变器。三个逆变器为三个独立电机提供控制。混
合动力SUV中采用的变频器是以SPORT HYBRID i-MMD系统为基础开
发的逆变器。SPORT HYBRID i-MMD变频器控制三个部件：驱动电机
，发电机和增压器。 由于混合动力SUV系统不需要增压器，增压器控制
单元被电机控制单元取代，变频器控制前后电机。 此外，混合动力SUV
采用其中逆变器半导体芯片直接冷却的配置，从而提高了 冷却效率。
这使得可以保持与普通轿车相同的功率水平，同时将半导体芯片的面积
减少8％。
12V DC-DC转换器
下表比较了普通轿车和混合动力SUV中使用的DC-DC转换器的规格
轿车和混合动力SUV中使用的DC-DC转换器的规格
DC-DC转换器的比较
上图比较了普通轿车和混合动力SUV中的DC-DC转换器结构
下图比较了普通轿车和混合动力SUV中使用的DC-DC转换器的转换
效率。将整流方法从二极管整流改为同步整流，这样使得DC-DC转
换器的效率提高了％，同时将机组面积减少了21％，重量减少了
35％。
普通轿车和混合动力SUV中的 DC-DC转换器转换效率对比
本田2017款混合动力SUV开发了电动动力总成。新的电动动力总
成相对于传统电动动力系的性能如下：
新开发的三合一逆变器，水冷12V DC-DC转换器和用于电机控制
的ECU已安装在PCU中，高压锂离子电池和用于电池控制的ECU具
有已经在IPU中使用，将PCU和IPU的总体积减少了39％。
12V DC-DC转换器的水冷使转换效率提高了％，提高了燃油效
率。
在电机速度较低的驱动模式下，除传统控制外，电机速度控制在低
一级的频率，减少逆变器开关损耗，并将LA4模式下的燃油效率性
能提高1％。
PCU使用完全防水的结构使得可以将其放在驾驶室外的地板下。
电池模块中使用了薄型锂离子电池，采用了18芯电池组配置，电
池模块面积减少了20％，重量减少了20％。
关于IPU的冷却，对于与电池相关的进气管和排气管使用对称布局
使得可以向每个电池单元实现均匀的空气流，从而降低温度。此外，
影响电池寿命的电池温度之间的差异减少了80％
利用这些技术将车辆改造成的混合动力系统，实现了混合动力SUV
的城市驾驶燃油效率为26英里/加仑，高速公路行驶的燃油效率为
27英里/加仑。
Lithium
BaRery
0-60mph Accelerafion
Level 1Charge
Level 2 Charge 1B77mm
MSRP Before
Subsidy
@
147Bmm
Max Power of
Electric
Motor
Range
(EPA)
PHEV系统概要
1）EV驾驶（市中心/郊外）：驾驶时能够带来强大且令人振奋的直
接感受；
2）EV驾驶（高速）：通过提升电动动力总成的功率，在高速功
率上也可实现EV模式行驶；
3）混合动力驾驶（高速）：通过提升电动动力总成的功率，实现了
卓越的加速响应性能；
4）混动驾驶（市中心/郊外）：在加速期间，通过不会使发动机转
速上升的发电控制持续保持EV感受；
一般而言，PHEV的缺点如下：
1）在EV行驶条件下，发动机毫无用处；
2）在混合动力行驶条件下，电池的剩余电量得不到有效使用。
上述因素是造成PHEV重量大且价格高的原因，因此成为亟待解决的
课题。
与传统型（Accord PHEV）相比，EV行驶里程大幅增加
3种驱动模式：EV驱动与混合动力驱动为串联式混合动力系统，与
日产的e-Power系统相同。具有特色的发动机驱动模式。然而，即
使是直接连接，由于电机并未断开，需要使永磁电机特有的阻力损
失以及将扭矩变为0所需的控制电力，均需要消耗相应能量。
变速器驱动桥结构：基于下述结构，行驶用电机向前方旋转（正向
旋转），发电用电机（发电机）则反方向旋转。转速差最大将超过2
万转。发电用电机并未与发动机同轴设置主要由于可以借助齿轮变
速比增加电机的转速，以此降低电机所需的扭矩等于能够实现小型
化。并且通过在同轴设置发电用电机与行驶用电机，力求实现横向
宽度的紧凑化。另外，通过将电机轴与发动机轴分离，不仅可实现
前后方向的紧凑化，还可以扩发电机直径。但是不可避免的是使得
驱动桥结构变得复杂。
I-MMD 结构简图
润滑*电机冷却用油泵：据悉，油路*油泵机构与以往结构相同，
并未发生变化。但是随着EV里程的扩大，通过增加输出轴*轮胎侧
） 的油泵容量，从而提升在EV行驶过程中行驶用电机的冷却能力
。未利用轴内通路进行冷却。
3车种共享车身（底盘）样主要是基于车身生产方的要求。通过共
享底盘，旨在降低车身系统的投资与成本。
动力总成重量平衡：搭载于车辆前方的动力总成，悬垂与前轮上方。
若动力总成能增大，则前悬增大，此外，若动力总成增重，前轮的
分配负荷也将会增大。而且，在前方的分配负荷变大且后方无法确
保足够重量的情况下，作为平衡方式，通过将后轮前移增大后轮非
分配负荷。
动力驱动单元PDU构造
将其固定在变速驱动桥的刚性轴上。相对于丰田THS系统采用橡胶
垫进行固定，采用柔性电缆联结电机三相线方式，考虑方法存在很
大的差异。内部未设置12V DC/DC转换器。丰田与本田的最大区
别在于功率元件的冷却方法。本田采用传统的单面冷却，与此同时，
丰田则采用双面冷却。这样，较THS进一步提升了冷却能力，结果
实现了功率的小型化，作为功率卡还可以实现模块化
VCU（升压器）相关
在混合动力模式下，主要是两个电机之间的电力传输，电池的输入
及输出功率大约在20kW-30kW，VCU的容量可以相应的设定为最小
值。与此同时，若想提升该系统在EV模式下的驾驶性能，由于仅依
靠电池驱动来行驶，为了与输出功率想匹配，或将需要100kW以上
的功率。因此，PHEV较HEV需要进一步提升VCU的容量。
但是，在HEV系统中使用VCU的只有本田和丰田。上述两家公司以
外的制造商即使在PHEV系统中也略微提升电池电压，确保功率输出。
据悉，之所以这么做是为了避免VCU产生的损失增长及开发费用与
成本的增长，优先考虑通过升压方式来提升电机效率。
电机技术-构造
定子与绕组虽然提倡采用分段绕组，自Odyssey HEV以来，适用于i-
MMD系统。此外，转子规格方面，有消息称正在以此减少磁铁中
重稀土金属的用量。
在THS中，由于电机采用分段绕组，发电机采用凸极集中式绕组，
铁芯与绕组行驶各不相同，因此需要两种生产设备。但在i-MMD中，
行驶用电机与发电用电机通过共享电机的界面形状，力求共享生产
设备。然而，本田自推出IMA系统以来，存在使用i-DCD用凸极集
中式绕组的情况，因此两种生产设备并存的情况不会改变。
相对于Accord PHEV而言，在功率*扭矩方面均得到改善。 但是，
这里提到的Accord采用的电机形式（绕组行驶）是上述传统规格，
该功率输出*扭矩性能与Odyssey HEV之后推出的新款的Accord
HEV、STEP WGN HEV的树脂 135kW/均相同。
本田IMMD混合动力系统
从混合动力构型上来看，本田IMMD是典型的串并联构型，看起来
是一个很普通的结构，并没有特别之处。但就是它，在混合动力市
场上能自成一派，大有取代THS成为混合动力市场老大的势头。
目前IMMD混合动力系统已经发展到第三代，该系统主要由阿特金
森循环发动机、采用双电机的电动化无级变速器E-CVT（内置发电
机、驱动电机、超越离合器及平行齿轴系统、主减速器及差速器总
成等）、动力电池系统、动力控制单元PCU等组成。
第三代IMMD系统上本田优化了阿特金森循环发动机，其压缩
比提升至: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。
本田IMMD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2 本田IMMD混合动力系统
本田第三代i-MMD混合动力系统
本田双电机E-CVT系统
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，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。
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、驱动电机轴及齿轮、副轴及齿轮。
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。输入轴与超越离合器连接。
驱动电机轴与驱动电机的转子连接，驱动电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机轴连接，并随驱动电机轴同步转动。
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）。
超越离合器及超越驱动齿轮
本田IMMD采用了超越离合器，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）。
发电机及牵引电机
发电机、牵引电机为IMMD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驱动电机。
驱动电机的最大功率为135 kW、最大转矩为315 Nm，最高工作转速
13000 r/min，额定功率为 kW、额定转矩为100Nm，额定电压
700V，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、
永磁转子及驱动电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。
为了实现对驱动电机进行矢量控制，需精确测量驱动电机转子的转
速及磁极的位置（相位），为此安装了驱动电机转子位置传感器。
驱动电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（随驱动电机转子同步旋转）组成。
发电机、驱动电机的转子具有很强的磁性，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。
混合动力系统工作模式
本田的IMMD混合动力系统三种主要工作模式EV Drive Mode（纯
电驱动模式）、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6所示。
工作模式应用范围
本田IMMD混合动力系统优缺点分析
本田这套系统中，电机占据了更大的输出比例，搭载本田IMMD系
统的车辆不仅具有不俗动力表现还兼顾燃油经济性。
在设计理念上则是颠覆性的，如果说丰田THS系统是在用传统燃油
车的思路做混合动力系统，那么本田IMMD系统则是在用电动车的
思路做混合动力系统。发动机和电机的缺点在IMMD系统中均被规
避，但各自优势又得到充分发挥。
在IMMD系统中，电机不再是混合动力系统的配角而是主角，开起
来的感觉更像一辆电动汽车，提速迅猛、直接、响应快，并且十分
线性。由于发电机、驱动电机之间没有像丰田THS系统的行星齿轮
组的机械耦合机制，所以发动机、驱动电机、发电机之间的工作协
调，完全是通过控制系统来协调。
从原理上看，本田IMMD系统所需要做的控制层面的工作会更复杂
一些，但是发动机、发电机、驱动电机的牵制也减少了，理论上可
以实现比丰田THS系统的无效负载更少。更多地依赖离合器来控制
动力流，理论上带来的顿挫感也会更多、更明显一些。
受制于减速齿轮组的速比限制，本田IMMD系统里的那台阿特金森
发动机，直接参与驱动车轮的工况空间非常窄，大多数时候都只需
要充当增程发电的角色，所以它不但功率需求低很多，而且可以在
更多的时间以最理想的工况运行。
除了高效之外，本田IMMD还有着很好的扩展性。
除了加大电池容量变成插电式混合动力系统（PHEV）之外，它还可
以通过取消发动机的直驱模式，使发动机、发电机、驱动电机之间
只剩下串联状态，从而演变成单纯的增程式混合动力系统（REEV）
， 进一步降低发动机的功率需求。
由于整套系统更多地依赖于电机驱动，搭载IMMD系统的车辆动态
特性会更加接近于电动车，中低速驱动力充沛，而高速表现相对更
羸弱一些。
又因为IMMD系统的驱动电机功率需求更大，而且采用了更加激进
的锂离子电池，所以电驱动部分的成本也更高。锂电池在安全性、
稳定性上，和丰田THS系统采用的镍氢电池也有一定的差距。
概括一下本田IMMD系统的优点：
1）有更强劲的驱动力，提速迅猛、直接、响应快，并且十分线性；
2）具有串联、并联两种混合驱动模式，既能在城市工况具有较好的
油耗表现，又能在高速工况下获得较好的燃油经济性；
3）具有较强的扩展性，既能扩展成插电式混合动力系统（PHEV），
又能演变为增程式混合动力系统（REEV）。
本田IMMD系统的缺点：
1）结构相对复杂，需要离合器及驱动离合器的电磁阀等系统；
2）需要控制离合器的结合及断开，控制更复杂精细；
3）驱动电机的功率需求更大，驱动电机及电池系统的成本更高；
4）电池系统的稳定性、安全性还有待时间验证。
