普锐斯混合动力系统组成及运行模式

丰田普锐斯混合动力汽车构造与维修

学习目标

1. 了解丰田普锐斯混合动力汽车性能

2. 认识THS、变速驱动桥、发动机系统、制动系统和起动系统的结构

3. 掌握这些系统的运行模式和工作原理，熟悉诊断流程和方法。普锐斯混合动力系统组成及运行模式

一、概述

丰田混合动力汽车的核心技术是丰田混合动力系统（THS-I），它结合了汽油发动机和电机两种动力，通过并联或串联相结合的方式进行工作，以达到良好的动力性、经济性和低排放效果。2003 年，丰田公司推出了第二代丰田混合动力系统（THS-II），该系统运用在普锐斯和凯美瑞等混合动力车型上。

另外，它采用了由大功率混合动力汽车蓄电池（额定电压为直流201.6V，简称为“HV 蓄电池”）和可将系统工作电压升至最高电压（直流 500V）的增压转换器组成的变压系统。

（1）优良的行驶性能丰田混合动力系统 II（THS-II）采用了由可将工作电压升至最高电压（直流 500V）的增压转换器组成的变压系统，可在高压下驱动电动机一发电机 1（MG1）和电动机一发电机 2（MG2），并以较小电流将与供电相关的电气损耗降到最低。因此，可以使 MG1 和 MG2 高转速、大功率工作。通过高转速、大功率 MG2 和高效 1NZ-FXE 发动机的协同作用，达到较高水平的驱动力，使车辆获得优良的行驶性能。

（2）良好的燃油经济性THS-II 通过优化MG2 的内部结构获得高水平的再生能力，从而实现良好的燃油经济性。

THS-II 车辆怠速运转时，发动机停止工作，并在发动机工作效率不良的情况下尽量停止发动机工作，车辆此时仅使用 MG2 来工作。在发动机工作效率良好的情况下，发动机在发电的同时，使用 MG1 驱动车辆。因此，该系统以高效的方式影响驱动能量的输入一输出控制，以实现良好的燃油经济性。

THS- Ⅱ车辆减速时，前轮的动能被回收并转换为电能，通过 MG2 对 HV 蓄电池再充电。

（3）低排放 THS-II 车辆怠速运转时，发动机停止工作，并在发动机工作效率不良的情况下尽量停止发动机工作，车辆此时仅使用 MG2 来工作，实现发动机尾气的零排放。在发动机工作效率良好的情况下，发动机在发电的同时。使用 MG1 驱动车辆这样，发动机始终工作在燃烧效率最好的状态，有效降低了排放。

（1）两种动力组合的传动系统丰田混合动力系统是一种使用两种动力组合的传动系统，其中包括发动机动力和电机动力，发动机采用为应用混合动力系统而研发的 1NZ-FXE1.5L 汽油发动机；驱动桥内含500V 交流电机。

根据车辆行驶状况巧妙使用这两种动力是该系统的特点，在尽可能地发挥每种动力各自功效的同时，使它们互为补充，取长补短。

混合动力工作模式

油电混合动力能够高效地利用能源，并利用速、制动和下坡时的能量对电池进行充电，而且混合动力车辆产生的噪声较小。车辆只有在“READY”灯点亮时，才可行驶。为了改善燃油经济性，当车辆停止时，发动机停机；发动机的起动由系统自动控制。EV 模式是电机驱动行驶模式，通过按下 EV 开关按键，实现模式的切换。

EV模式开关

再次按下 EV 模式开关、HV 电池电量下降（少于 3 格）、HV 电池温度过高、发动机正在预热、车辆速度超过设定速度或加速踏板踏下角度超过设定值时，EV 模式取消。

该系统最大的优点是在同一个系统中，同时使用了并联和串联系统。串联混合动力系统：发动机驱动电机，由电机驱动车轮；并联混合动力系统：车轮由发动机和电机共同驱动。

（2）高压电源系统在新款普锐斯 THS-II 中，变频器总成中增加了增压转换器。增压转换器使 THS-II 能为 MG1 和 MG2 提供最高为500V 的电源电压（旧款普锐斯的THS 只能提供最大为273.6V 的电压）。

（3）混合动力变速驱动桥根据车辆的行驶状况，新系统高效率地综合使用两种动力，即发动机和 MG2，其中发动机提供主要动力。发动机的动力分为两部分，即由混合动力变速驱动桥中行星齿轮组供给车轮的动力和提供作为发电机的 MG1 的动力。

混合动力变速驱动桥包括 MG1、MG2 和行星轮，并且在这些组件

的配合下，通过无级变速使车辆平稳地行驶。发动机、MG1 和 MG2 通过行星齿轮组等机构有机相连。MG2 和差速器齿轮（用于驱动轮）通过传动链和齿轮等机构相连。

（4）无离合器系统：无离合器系统通过齿轮和链的机构有机连接前轮和 MG2。

车辆处于空档状态时，档位传感器输出 N 位信号关闭变频器（连接 MG1 和 MG2）中的所有功率晶体管，MG1 和 MG2 关闭，车轮的动力为零，最终达到切断动力的目的。在这种状态下，即使 MG1 由发动机带动旋转，车辆中也无电能产生，因为 MG1 和 MG2 处于消极工作状态。因此，变速器处于 N 位时，HV 蓄电池的 SOC 下降。（5）再生制动：再生制动功能在车辆减速或制动时将 MG2 作为发电机工作，并将电能储存到 HV 蓄电池中。同时又利用 MG2 在发电时产生的工作力作为制动力。

（6）电子变速杆技术与旧款普锐斯相同，THS-II 继续采用电子通信变速系统。这是一种无连杆型技术，不使用换档拉索，即电子变速杆。

变速器换档总成中的档位传感器将相应的信号发送到 HV ECU。接到信号后，HV ECU 通过对发动机、MG1、MG2 进行整体控制使车辆完成各自换档（R、N、D 和 B）。

驾驶人按下变速器换档总成顶部的驻车开关时，P 位控制功能激活，混合动力变速驱动桥中的换档控制执行器，机械地锁止中间轴从动齿轮进而实现驻车锁止。

与旧款普锐斯相同，新款普锐斯继续采用ETCS-i（智能电子节

气门控制系统）。这是个无连杆系统，不使用加速踏板拉索。系统使用加速踏板位置传感器和节气门位置传感器感知加速踏板位置和节气门位置。

HV ECU 根据加速踏板位置传感器信号、车辆行驶状况和蓄电池的 SOC 计算目标发动机转速和发动机所需动力，然后发送控制信号到发动机 ECU。根据这个控制信号，发动机 ECU 对节气门进行控制。

二、组成

1.行星齿轮组

行星齿轮组是一个动力分配单元，如图 5-1-3 所示。它以适当的比例分配发动机驱动力来直接驱动车辆和发电机。

MG1 连接太阳齿轮（齿数 30），MG2 连接齿圈（齿数 78），发动机输出轴连接行星支架，另外，由齿圈输出驱动力至车轮。这些组件用于结合来自发动机和 MG2 的动力，并可为 HV 蓄电池充电。

通过控制三个齿轮组的太阳轮、行星架、齿圈三个元件不同转速的结合，可实现发动机启动、蓄电池充电、汽车无极变速前行、倒车等功能。

齿圈行星架

太阳轮

发动机

MG1

太阳轮

大齿圈

MG2

传动链

行星架输出轴

行星齿轮组