丰田皇冠经济型混合动力系统THS

1、丰田皇冠经济型混合动力系统THS-M中图分类号：U463.23 文献编号：1003-8639（2005）03-0056-04继普瑞斯、大霸王混合动力车之后，2001年8月丰田公司开发出第3种混合动力车，即装用经济型混合动力系统（THS-M）的皇冠混合动力车的最大特点是结构简单、价格低。其次引人注意的是每升燃油可行驶13km，与装用3缸机的罗伊尔车每升燃油可行驶11.4km相比，油耗低了14。虽说比不上普瑞斯、大霸王混合动力车，但是对于城市内的缓慢行车来说，油耗最多可降低30。开发经济型混合动力系统的目的，是通过采用根据工作状况与发动机连接的发电机兼小型电动机来节省燃油。首先应注意到THS-M采

2、用的是3kW的电动机，其输出只有普瑞斯的1/10。这就是所以称之为经济混合动力系统的原因。当然，对功率仅为3kW的电动机来说，在采用电动机方式行驶（简称为EV行驶，即停止发动机、仅靠电动机行车）时，就不能指望电动机的加速辅助效果。实际上，经济型混合动力系统账簿没有驱动辅助功能，电动机的大部分转矩仅用于发动机的起动及顺利起步的瞬间辅助。反过来说，因为减少了电动机，所以也可减小蓄电池，混合动力车的这种特点才抑制了成本的提高。那么，节省燃油是如何实现的呢？这很简单，75的节省燃油来自于怠速停机。与普通车辆相比，堵车堵得越厉害，这种车节省燃油就越多。也许有人担心，停机时空调不也停了吗？对此，经济型混合

3、动力系统在电动机与发动机之间设置了电磁离合器，使发动机与零部件类完全分离。在发动机与电动机直联的普瑞斯、大霸王混合动力车上，在炎热的夏天，几乎不用怠速停机;但是，对发动机与零部件类完全分离的经济型混合动力系统来说，不用考虑停机的问题。此外，利用在THS-M上增加的36V蓄电池来驱动空调的压缩机，在10-20min时间里，也可以保持车内凉爽。1 简介1.1经济型混合动力系统经济型混合动力系统（THS-M）装于采用2JZFSE发动机的车辆上，它具有怠速停机功能、利用电动机的起步功能、减速时的能量回收功能以及减少尾气、节省燃油、降低怠速噪声的功能。THS-M上采用的是小型电动机、小型逆变器及36V蓄

4、电池，这是一种轻巧、紧凑型的混合动力系统。THS-M上采用的起动/发电机通过混合动力车的发动机驱动皮带与曲轴相联，实现起步、发动机的起动、怠速停机时的电动机驱动、减速时的能量回收以及发动机行车时的充电。THS-M的构成参见图1所示。1.2THS-M与THS的比较THS-M与THS的比较如表1所示。表1 THS-M与THS的比较项目THS-MTHS（普瑞斯）蓄电池质量轻重输出功率小大电动机质量轻重输出功率小大电动机行车的比例仅在起步初期起步与轻负荷行车发动机停机时的空调状态可以工作无法工作（仅送风）THS-M的电源系统采用了目前正在研究的42V系统，这是世界上最先开始采用42V系统的车辆。1.3

5、THS-M的特点发动机的开始起动与中间起动用点火钥匙开始起动发动机时，利用的是起动机;在怠速停机时起动（即中间起动）发动机，利用的是电动机/发电机（以下简称为M/G）。怠速停机在P、N、D（O/D ON）档停车时，利用怠速停机功能可以减少尾气、降低耗油量及怠速噪声。起步时松开制动器后，利用M/G以近于怠速的转速，可以产生驱动力矩;此后，踩下加速踏板，可以起动发动机。此外，在松开制动器延迟一段时间后，也可以起动发动机。在怠速停机时，当使驱动电动机的自动变速器（AT）的油泵处于工作状态（仅指D档），确保油压正常的话，利用M/G可以顺利地起步。另外，在怠速停机时，要保证制动油缸内的压力，直到驱动转矩

6、恢复到可前行为止。与通常情况下相比，在爬陡坡时，需要保持更长时间的油压。能量的回收能量的回收是指利用M/G将减速时制动能量的一部分变换成三相交流电能。逆变器组件再将交流电能高效地变换成直流，并储存在36V的蓄电池中。变速杆不同位置时系统的相应状况如表2所示。表2 变速杆不同位置时系统的相应状况变速杆位置主要功能怠速停机利用M/G起步能量回收利用点火起动发动机P停车锁止器动作有可R倒车无无1）无不可N不传递动力状态有可O/D ON D在1-5速间自动变速有2）有有不可O/D OFF在1-4速间自动变速无3）无3）有不可3在1-3速间自动变速无3）无3）无不可2在1-2速间自动变速无3）无3）无不

7、可L固定在1速无3）无3）无不可注：1）从P档或N档起操纵变速杆时，利用M/G起步;2）仅制动器工作;3）在D档（O/D ON）怠速停机之后，操纵变速时，持续怠速停机，利用M/G起步。发电在发动机旋转、蓄电池充电状态低下时，则将M/G作为发电机使用，交将逆变器组件作整流器用，对36V蓄电池充电。电机类部件的驱动在曲轴减振器皮带上设有电磁离合器，因此在怠速时，M/G不是驱动发动机运转，而是可以驱动电机类部件（即空调的压缩机、动力转向装置、水泵），从而确保了怠速的舒适性。2JZ-FSE发动机（装用THS-M）的特点针对利用M/G起动发动机次数的增加，此发动机上采用了电动车专用的驱动皮带（齿形皮带）

8、，提高了曲轴辆衬的级别。在怠速、驱动电机类部件时，为了使发动机与曲轴减振器皮带轮可以分离，采用了附有电磁离合器的曲轴减振器皮带轮。1.3.8A650E型自动变速器（装用THS-M）的特点为了确保怠速时自动变速器的油压，在其上设置了电动式油泵。2THS-M的构成如图1所示，THS-M的方框图如图2所示，THS-M内主要部件的功能如表3所示。1.位置传感器 2.变速杆位置传感器 3.油门位置传感器 4.发动机控制用计算机 5、7.继电器 6.电动机/发电机 8.AT油泵控制器 9.逆变器组件 10.M-HV控制用计算机 11.斩波器 12.逆变器 13.车轮速度传感器 14.G传感器 15.动力转

9、向角度 16.侧滑控制用计算机 17.36V蓄电池 18.12V蓄电池 19.制动器开关图2 THS-M的方框图3M/G的结构与工作原理顾名思义，M/G综合了电动机与发电机这两种电机的功能，它以三相交流电发挥功能，完成发动机的起动与平顺地起步和停机。当回收制动器处于工作状态时，它将车辆的动能转换成电能并储存在36V蓄电池中。部件功能2JZ-FSE高效发动机M/G用于发动机的起动与车辆的起步，靠皮带驱动;在以发动机方式行驶时，作为发电机向36V蓄电池充电;在减速时，M/G将回收的动能储存起来36V蓄电池在起动发动机时以及驱动电机类部件时，向M/G供给电能;在减速时，M/G将回收的动能储存起来电流

10、传感器为了管理蓄电池的电荷量，检测蓄电池的充放电电流温度传感器为了管理蓄电池的电荷量，检测蓄电池的温度逆变器组件M-HV控制用计算机对M/G的驱动转矩与发电量及36V蓄电池的充电量实施最佳控制逆变器对36V蓄电池的直流与M/G的交流实施交换斩波器对36V电压的直流降到DC12V，对12V蓄电池进行充电逆变器用散热器与发动机散热器形成整体式（不包括水路）散热器电动水泵使逆变器冷却水循环使用;在点火开关闭合时一直工作带电磁离合器的曲轴减振器皮带轮在怠速停机时利用M/G驱动电机类部件的电磁离合器发动机控制用计算机根据M-HV控制用计算机的指令，输出发动机的起动、停止及电子控制节气门开度的指令侧滑控制用计算机根据M-HV控制用计算机的指令，控制制动器的维持压力在停止发动机时，利用M/G控制转速使发动机平稳地停机。由于利用了电动汽车专用的发动机驱动皮带（齿形皮带），形成了静肃发动机起动系统。电机类部件的皮带布置状况如图3所示。为了使M/G既具有发动机的起动功能