在 DHT（Dedicated Hybrid Transmission，專用混動變速箱）的世界里，雖然產品繁多，但是仔細看去，無非功率分流、串并聯、串聯三種之一。這三種 DHT 雖然都能實現汽車的混動化，但行業內，有的車廠選擇了功率分流，而有的則選擇了串并聯。這背后的原因是什么？

圖1：本田 Clarity 插電式混合動力車型，配備 i-MMD 混動系統 | 圖片@ Honda

說到串并聯混動系統，業內必談的肯定是本田的 i-MMD 混動系統（其全稱為 intelligent Multi-Mode Drive）。2013 年，以豐田為代表的功率分流系統在 DHT 領域如日中天。本田偏偏在此時將 i-MMD 串并聯混動系統引入市場，選擇了一條完全不同的路線。幾年之后的今天，它已經成為了中國、歐美等眾多車企研發混動產品時的標桿，不少之前專心于功率分流系統的廠商，也轉型串并聯系統。

我們這篇文章就來聊聊本田的 i-MMD 串并聯系統。

i-MMD 的結構

本田 i-MMD 混動系統的結構非常簡單。下圖左側是它的結構圖，我們稍稍整理一下，就可以把它變成右側的原理圖。這個原理圖適用于所有的串并聯系統，所以，我們就拿它來說串并聯系統：發動機連接著一臺發電機（generator），而電動機（motor）與車輪相連。兩臺電機間有一個離合器，當它關閉時，發動機與車輪相連。

圖2：i-MMD 系統結構（左側）及原理圖（右側），發動機與發電機、電動機與輸出端間分別有一個傳動比 | 圖片@ obasic.net

在原理圖中，從發動機出發，我們可以看到兩條功率流。第一條（圖中紅線）對應著系統的并聯模式，此時，離合器關閉，發動機輸出的功率以機械功率形式傳遞至變速器輸出端。與此相對，第二條功率流（圖中藍線）對應著串并聯式系統的串聯模式。此時，離合器打開。發動機的輸出功率依次經過發電機、電動機，才抵達變速器的輸出端。不難看出，發動機輸出的機械功率先被轉換為了電功率，之后又被轉換回機械功率。

如果你讀了之前我聊 功率分流系統的文章的話，你應該記得功率分流系統可以在串聯和并聯兩個“極端”模式之間做無縫轉換。也就是說，它能夠將發動機的功率一部分通過機械（對應于并聯）、另一部分通過電功率（對應于串聯）同時傳輸，兩種功率的比例可以無級調節。

而串并聯系統與功率分流系統相比，一個很大的不同是，它無法在串、并兩個“極端”模式之間做無縫轉換。取決于離合器是打開還是關閉，i-MMD 內的功率要么完全以機械形式，要么完全以電的形式傳遞，兩條功率流只能是非你即我的關系。也就是說，汽車要么開并聯模式（純機械功率流），要么開串聯模式（純電動功率流），沒有中間檔。

以上就是串并聯系統的一般結構特點。在本田的 i-MMD 內，還有另外一個特點，即所有配備 i-MMD 的車型都安裝有 VTEC 發動機，可以在阿特金森和奧托循環之間轉換。為了降低油耗，發動機大部分情況下都使用阿特金森循環。我們之后會談到，發動機的這個特性也影響了 i-MMD 的混動控制策略。

i-MMD 的模式

除了串聯和并聯兩個模式之外，串并聯式系統還包括了第三種模式——純電動駕駛，三種模式的功率流如下圖。

圖3：i-MMD 三種模式的功率流，即串聯、并聯、純電動駕駛模式 | 圖片@ obasic.net

與所有的混動汽車一樣，本田在 i-MMD 混動系統中對各個模式的選擇遵循著一套控制策略。i-MMD 的控制策略所實現的效果，用最簡單的話來說，就是讓混動車開出純電動車一樣的感覺。本田雅閣（Accord）插電混動車型是最早配備 i-MMD 系統的車型。下圖是它在電量維持模式（charge sustaining mode）時的混動控制策略。可以看到：

在 70 km/h 以下行駛且功率需求較低時，i-MMD 只使用純電動模式（藍色區域）；

在高速巡航，即車速高于 70 km/h 且牽引力很低時（灰色區域），i-MMD 使用并聯模式行駛；

除以上的情況外，i-MMD 選用了串聯模式行駛（綠色區域）。值得指出的是，在串聯模式下，發動機不直接連接車輪，因此，雖然發動機打開，但是驅動完全由驅動電機提供，駕駛感受與純電動模式一致。

圖4：本田 Accord i-MMD 在電量維持時模式分布圖 | 圖片@ obasic.net

 

總的來說，在日常駕駛中，我們大多在開純電動和串聯模式，極少會開并聯模式，發動機極少直接驅動車輛，基本都交給電動機來負責。正是因為這樣，配備了 i-MMD 混動系統的本田雅閣的駕駛感受相當于一臺純電動車。

 

當然，如果只是為了達到電動車的駕駛感受，本田大可以把并聯模式進一步壓縮（甚至舍去），而更多地使用串聯模式。本田不這么做，還有更深一層的原因，這就聊到了 i-MMD 系統的痛處，我們一條條來看。

i-MMD 的痛處

串并聯系統最為明顯的劣勢在于它的串聯模式，這里有兩點。

首先，由于發動機輸出的功率必須 100% 通過兩臺電機傳輸，所以兩臺電機的功率水平必須達到與發動機差不多才行，也就是說電機沒法做小。與此相比，在功率分流系統中，電機的功率一般來說都低于發動機功率。

其次，串聯模式下的傳輸效率較低。如上面所說，在串聯模式下，發動機的輸出功率在傳輸過程中在兩臺電機上，要經過機械能 > 電能 > 機械能兩次能量形式的轉換，無法避免的有能量損失。本田 i-MMD 的電機，在業內來說屬于性能不錯的，在大部分情況下都能達到 95% 的效率 。整體傳輸效率即 90%（= 95% x 95%），這個效率只能說是中規中矩，與 CVT（無級變速器）處于同一水平。考慮到不少車廠的電機還達不到本田的水平，其傳輸效率會更低，傳輸損失更為嚴重。這也是串聯模式一直推廣不開的原因。 

好的是，在串聯模式下，發動機與車輪之間沒有了機械連接，所以發動機可以一直在最佳油耗曲線上運行 ，因此如果我們單看發動機的話，它的效率很高。這樣綜合下來，雖然傳輸效率不高，但是 i-MMD 的整體驅動效率（= 發動機效率 x 傳輸效率）稍微平衡了一些。 

即便如此，串聯模式的整體效率仍然比不上并聯模式。在高速巡航（車速大于 70 km/h，牽引力低）時，本田選擇使用并聯模式，就是這個原因。

既然如此，我們必然會問，那為什么不把并聯模式使用的區域再擴大一點呢？

簡單來說，就是沒法擴大。這就是 i-MMD 并聯模式僅有一個檔位的限制。

本田在 i-MMD 中只給并聯模式配備了一個檔位。它的傳動比是 0.803，相當于傳統汽車里的第 5 檔，這也是為什么并聯模式只能車速在 70 km/h 以上時才能使用的原因。

 

除此之外，在并聯模式下，本田還給發動機套了另一把鎖：只允許發動機使用阿特金森循環 。這個發動機特性直接影響了汽車的控制策略。 

由于必須使用阿特金森循環，并聯模式下，發動機的運行范圍被大大限制。我們先看它的轉速，考慮到發動機熱效率及燃燒穩定性，發動機只能在 1200 至 3000 轉/分的轉速區間內運行 。另一方面，在扭矩上，考慮到阿特金森循環在高扭矩的效率不如奧托循環，所以只允許發動機在中、低扭矩區域運行。考慮到這臺 2.0 升的發動機最高扭矩只有 165 Nm，還被限制了無法輸出最高扭矩，其動力性可想而知。 

總的來說，發動機在轉速和轉矩上被大大地限制。在此之上，本田只給車子安裝了一個傳動比很低的檔位，所以，并聯模式的可用范圍很小（如圖 4）。

看到這里你可能會問，如果給并聯模式安裝兩個檔位的話，不就能解決以上的問題嗎？  

沒錯，實際上，有不少車廠也采用了類似于 i-MMD 的串并聯系統，并采用了兩個或更多的檔位。例如，長城 和廣汽的 DHT 都使用了兩個檔位，而雷諾和 Vitesco都在各自的 DHT 里使用了更多的檔位。這一篇里我們的主角是本田 i-MMD，所以不深入探討這些車廠的 DHT。總的說來，安裝了多個檔位后，并聯模式的使用區域增加，可以提高傳動系統的效率。但是，也是因為使用并聯模式的情況更多，汽車開起來則更像傳統燃油車，而不是（像本田 i-MMD 那樣）電動車的駕駛感受。這一點源于幾家車廠對其車型定位的不同。 

i-MMD 的優勢

圖5：本田 Clarity 插電式混合動力車型，配備 i-MMD 混動系統 | 圖片

Honda

雖然有以上的這些限制，與其他混動系統相比，串并聯系統的優勢是非常明顯的。

i-MMD 串并聯系統最大的優點應該說是它極為簡單的結構。與功率分流系統相比，它沒有復雜的行星齒輪組，而且只有一個換檔裝置，即離合器。也因為其結構簡單，串并聯系統的控制也非常明了。通過打開、關閉離合器就可以在串聯和并聯模式之間轉換。這里需要補充的是，如之前所說，市場上也有不少結構更為復雜的串并聯系統，主要原因是其檔位數目的增加。

 

正是因為串并聯系統的簡單，它成為了打造混動系統的一個不錯選擇。對于行業內一些公司來說，功率分流系統的復雜度和制造要求太高。相比下來，串并聯系統似乎比功率分流更加簡便、高效。因此，許多業內公司紛紛做起了自己的串并聯系統，如長城、廣汽、雷諾、大眾等等。

串并聯系統另一個優勢，是發動機在串聯模式下可以高效率運行。在串聯模式下，發動機與車輪完全脫鉤，無論汽車的車速和牽引力如何，發動機都能隨意選擇其運行點，比如說我們可以讓發動機從汽車從起步到最高車速一直工作在一個固定的轉速和扭矩點上 。也就是說，使用串聯模式時，我們指定讓發動機在一個很小的區域——即很窄的轉速范圍和很窄的轉矩范圍內——工作，而禁止它在絕大多數轉速和轉矩情況運行。 

這樣做的目的，簡單來說，是為了提高發動機的效率，同時降低發動機開發的費用。發動機熱效率的提高，將是未來幾年發動機研發的核心。近期，國內外各大主機廠都高調提出了 50% 的發動機熱效率目標。結合串聯模式的特點，如果能保證汽車在行駛時，發動機只在非常小的一塊區域工作，那么意味著發動機的研發、優化工作只需要在一個很小的區域進行，減低費用；同時，由于用不著其他運行區域，我們可以專注于提升這一小塊區域的發動機效率。

要達到這樣的效果，也意味著我們要盡量多地使用串聯模式，或者說得更加技術一點（也無趣一點），要盡量讓發動機和車輪脫鉤，以保證發動機能不受駕駛情況的影響，一直在規定的那一小塊區域運行，達到最高效率。  

如果再看看市場上近期出現的多檔串并聯系統的話，可以看到，它們沒有真正發揮這套系統中串聯模式的優勢。隨著發動機往更高熱效率的方向發展，串并聯系統中將越來越多地強調串聯模式，并逐漸發展為完完全全的串聯系統，而舍去并聯模式。今天使用兩個檔位，主要原因還是因為發動機的效率不夠高。

串并聯系統的最后一個優勢，是它跟純電驅系統長得非常像。串并聯驅動系統中，拋去發動機和發電機不看的話，它的電動機與純電動汽車中的驅動系統幾乎完全一致。開發串并聯系統時，完全可以共用純電動車型中的驅動電機。這個特點是功率分流混動、P2 混動都沒有的。串并聯系統的這個優勢，也是完全符合于當今各大車廠的模塊化策略。

 

串并聯系統的油耗

 

跳出以上所有的技術細節，我們來看看串并聯系統與其他混動系統相比，油耗到底怎么樣。

以 2014 年車型對比，本田雅閣插電混動（i-MMD 串并聯系統）的油耗為 5.1 L/100 km，略遜于同一年的豐田普銳斯插電混動（輸入式功率分流系統）的 4.7 L/100 km，但仍然優于同年的雪弗蘭沃爾特插電混動（輸出式功率分流系統）的 6.4 L/100 km 及兩年后的第二代沃爾特插電混動（復合式功率分流系統）的 5.6 L/100 km 。  

用一句話來結束這篇文章的話，可以說，開發 DHT 混動時，在功率分流和串并聯之間，沒有絕對的優與劣，對于絕大多數車廠來說，串并聯系統提供了一個簡單卻非常實用的混動方案。

注釋:

• i-MMD 混動系統已經發展到了第三代。參考 報道 ：”2018 Honda Accord Hybrid features third-generation MMD two-motor system”  ?
• 在功率分流系統中，發動機功率在極端情況下可以全部由電功率傳輸（ 輸入式功率分流文章 圖 6 中 A 點），或全部由機械功率傳輸（B 點，即機械點），但是在絕大多數情況下，汽車在 A 與 B 點之間的工況區域行駛。  ?
• 當然，沒有中間檔不能說是串并聯系統的劣勢。在 DHT 中，檔位或者說模式不一定是越多越好。  ?
• 實現發動機在阿特金森和奧托循環間轉換的技術為 VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control system)，即可變氣門正時技術，參考 鏈接 及 鏈接 。本田 CR-V、Accord 車型中配備的是  2.0 升 VTEC 發動機 ，Insight、Clarity 車型中配備的是  1.5 升 VTEC 發動機 。  ?
• 當電池內電量充足時，串聯混動汽車可以實現純電動駕駛，此時發動機和發電機都關閉，汽車由電動機單獨驅動。  ?
• 這里提到的 95% 的電機效率已包括了功率電子的效率。出處：Higuchi, N., et al. Development of a New Two-Motor Plug-In Hybrid System. SAE Int. J. Alternative Powertrains 2, 2013  ?
• 出處：Du, Jiaen, et al. Testing and analysis of the control strategy of Honda Accord plug-in HEV. IFAC-PapersOnLine 49.11, 2016  ?
• 出處：Yonekawa, Akiyuki, et al. Development of new gasoline engine for ACCORD plug-in hybrid. No. 2013-01-1738. SAE Technical Paper, 2013  ?
• 在使用阿特金森循環時，本田 i-MMD 發動機理論上的可用轉速在 1200 至 5300 1/min 之間。但是，在 3000 至 5300 1/min 的轉速范圍內、大油門工況下，奧拓循環的扭矩輸出與阿特金森循環幾乎一直，但熱效率更高，因此本田在這個轉速區域內選擇使用奧拓循環。而只有在 1200 至 3000 1/min 的轉速區間內才使用阿特金森循環。
  出處：Yonekawa, Akiyuki, et al. Development of new gasoline engine for ACCORD plug-in hybrid. No. 2013-01-1738. SAE Technical Paper, 2013  ?
• 出處：Ide, H., et al. Development of SPORT HYBRID i-MMD control system for 2014 model year accord. Introduction of new technologies, 2014  ?
• 長城檸檬 DHT，其兩個檔位用于并聯模式。  ?
• 廣汽 GMC 第二代也為發動機配備了兩個檔位。  ?
• 雷諾 e-Tech 使用了 11 個檔位用于并聯模式，2 個檔位用于串聯模式。  ?
• Vitesco DHT 使用了 4個檔位用于并聯模式。  ?
• 上面我們提到，在功率分流系統中我們（從理論上）也可以實現“串聯”，但是這個“串聯”狀態只出現在一個極端工況點上，這個“串聯”點即輸入式功率分流文章圖 6 中 A 點。 ?
• 出處：fueleconomy.gov 四種車型對比鏈接。  ?