混合动力汽车拆装与检测 课件4.2 混合动力车辆控制器ECU更换

学习单元4.2混合动力车辆控制器ECU更换学习情境四：整车控制系统检修课程内容12345任务导入学习目标理论知识拓展阅读实践技能6单元小结任务导入一辆混动卡罗拉轿车经检查确定混合动力车辆控制器ECU出现故障，请按照正确操作规范进行更换。学习目标1. 能正确识别车辆混合动力系统的类型2. 能在实车上识别丰田THS-II系统的关键零部件并叙述其功能3. 能正确叙述THS-II系统的主要控制功能4. 能按照正确操作规范进行混合动力车辆控制ECU更换5. 能按照正确操作规范进行竣工质量检验理论知识4.2.1混合动力汽车分类4.2.2丰田混合动力系统THS-II组成4.2.3丰田混合动力系统THS-II工作原理4.2.4丰田混合动力系统THS-II控制功能理论知识通常有3种混合动力系统:串联式混合动力系统、并联式混合动力系统和混联式混合动力系统。在串联式混合动力系统中，电动机使车轮转动，发动机使用发电机为电动机供电。4.2.1混合动力汽车分类*1-发动机*2-发电机

*3-逆变器 *4-HV蓄电池*5-电动机理论知识在并联式混合动力系统中，发动机和电动机均直接驱动车轮。在车辆行驶过程中，除了补充发动机的动力外，电动机还可作为发电机为HV蓄电池充电。也可仅使用电动机驱动车辆。理论知识*1-发动机*2-变速器*3-HV蓄电池*4-逆变器*5-电动机4.2.1混合动力汽车分类理论知识混联式混合动力系统结合了串联式混合动力系统和并联式混合动力系统的特征。该系统有2个电动机。1号电动机作为电动机使用，可利用发动机动力发电，产生的电能为HV蓄电池充电，同时为2号电动机提供动力。2号电动机用于驱动车辆行驶。理论知识*1-发动机*2-动力分配行星齿轮机构*3-HV蓄电池*4-逆变器*5-1号电动机*6-2号电动机4.2.1混合动力汽车分类理论知识1.概述该混合动力车辆的混合动力系统采用丰田混合动力系统-II(THS-II)，该系统为混联式，体现了“混合动力协同驱动”的理念。混合动力车辆使用2种动力源(如发动机和HV蓄电池)的组合，以利用各动力源提供的优势并弥补各自的劣势，从而实现高效运行。与现有的纯电动车辆不同，混合动力车辆无需使用外部设备对其蓄电池充电。因此，使用混合动力车辆无需专门的基础设施。理论知识4.2.2丰田混合动力系统THS-II组成理论知识2.THS-II控制系统特征怠速停止：自动停止发动机的怠速运转(怠速停止)以减少能量损失。EV行驶（高效行驶控制）：发动机效率低时，可以仅由电动机驱动车辆；发动机效率高时可发电，这样可以使车辆的总效率达到最高。EV行驶模式：如果驾驶员操作EV模式开关且满足工作条件，车辆即可仅依靠电动机行驶。电动机辅助：加速时电动机补充发动机动力。再生制动（能量再生）：减速期间和踩下制动踏板时，收集以热量形式损失的部分能量并作为电能重新使用，如用作电动机动力。理论知识4.2.2丰田混合动力系统THS-II组成理论知识3.THS-II系统组成THS-II主要由相关传感器、混合动力车辆控制ECU、发动机、HV蓄电池、带转换器的逆变器总成、混合动力车辆传动桥总成组成。理论知识4.2.2丰田混合动力系统THS-II组成*1-发动机*2-混合动力车辆传动桥总成*3-1号电动机(MG1)*4-2号电动机(MG2)*5-动力分配行星齿轮机构(复合齿轮装置)*6-电动机减速行星齿轮机构(复合齿轮装置)*7-带转换器的逆变器总成*8-HV蓄电池理论知识理论知识4.2.2丰田混合动力系统THS-II组成*1-8ZR-FXE发动机*2-P410混合动力车辆传动桥总成*3-带转换器的逆变器总成*4-HV蓄电池总成*5-辅助蓄电池理论知识系统有2个蓄电池，分别用于不同用途。一个是存储电能以驱动车辆的HV蓄电池（动力电池：公称电压为直流201.6V），另一个是为电气部件供电的辅助蓄电池（低压电池：公称电压为直流12V）。此外，采用了可变电压系统，包括将MG1和MG2的工作电压增至最高电压直流650V的增压转换器和将直流转换为交流的逆变器。理论知识4.2.2丰田混合动力系统THS-II组成理论知识由于混合动力车辆未配备常规交流发电机，因此，使用DC-DC转换器将来自HV蓄电池的高电压降至约直流14V以对辅助蓄电池充电。此外，车辆行驶期间，HV蓄电池定期地在恒定的充电状态（SOC）范围内充电和放电，因此，不需要使用外部电源对车辆进行再次充电。采用独立于发动机冷却系统的冷却系统对带转换器的逆变器总成、MG1和MG2进行冷却。理论知识4.2.2丰田混合动力系统THS-II组成理论知识1.THS-II控制原理图理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识1.THS-II控制原理图理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识2.混合动力系统的主要零部件功能理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理*1-带电动机的压缩机总成 *2-电源电缆（线束组）*3-带转换器的逆变器总成*4-混合动力车辆传动桥总成*5-HV蓄电池总成理论知识2.混合动力系统的主要零部件功能理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理*1-带主缸的制动助力器总成（防滑控制ECU）*2-ECM*3-带转换器的逆变器总成（MGECU、增压转换器、DC-DC转换器、逆变器）*4-逆变器水泵总成*5-带电动机的压缩机总成理论知识2.混合动力系统的主要零部件功能理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理*1-维修塞把手*2-蓄电池智能单元（蓄电池电压传感器）*3-蓄电池冷却鼓风机总成*4-混合动力蓄电池接线盒总成*5-辅助蓄电池温度传感器（热敏电阻总成）*6-辅助蓄电池*7-电源电缆（线束组）*8-HV蓄电池总成*9-混合动力车辆传动桥总成*10-电动机解析器（MG2）*11-电动机温度传感器（MG2）*12-发电机解析器（MG1）、发电机温度传感器（MG1）理论知识2.混合动力系统的主要零部件功能理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理*A-带导航系统的车型*B-带宽屏显音响系统的车型*1-组合仪表总成*2-DLC3*3-加速踏板传感器总成*4-空气囊传感器总成*5-换挡杆总成（换挡杆位置传感器）*6-导航接收器总成*7-收音机和显示屏总成 *8-混合动力车辆控制ECU总成*9-组合开关总成*10-EV行驶模式开关*11-环保模式开关*12-动力模式开关*a-混合动力系统指示仪*b-故障指示灯（MIL）*c-READY指示灯*d-主警告灯*e-多信息显示屏（能量监视器）理论知识（1）混合动力车辆控制ECU混合动力车辆控制ECU对混合动力系统进行综合控制。主要功能有：接收来自各种传感器和ECU（如ECM、MGECU、蓄电池智能单元、防滑控制ECU等）的信息，并据此计算所需扭矩及输出功率。混合动力车辆控制ECU总成将计算结果传输至ECM、MGECU和防滑控制ECU。另外还监视HV蓄电池的SOC、控制DC-DC转换器、控制逆变器水泵总成及控制蓄电池冷却鼓风机总成。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（2）混合动力车辆传动桥总成1号电动机MG1：由发动机驱动的MG1产生高压电，以驱动MG2并为HV蓄电池充电。同时，它还可作为起动机以起动发动机。2号电动机MG2：MG2由MG1和HV蓄电池的电能驱动，产生驱动轮原动力；制动期间或未踩下加速踏板时，产生高压电为HV蓄电池再充电。发电机解析器（MG1）：检测MG1的转子位置、转速和旋转方向。电动机解析器（MG2）：检测MG2的转子位置、转速和旋转方向。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识发电机温度传感器（MG1）：检测MG1的温度。电动机温度传感器（MG2）：检测MG2的温度，复合齿轮装置包括动力分配行星齿轮机构和电动机减速行星齿轮机构。动力分配行星齿轮机构：合理分配发动机原动力以直接驱动车辆及MG1；电动机减速行星齿轮机构：根据行星齿轮的特点降低MG2的转速以增大扭矩。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（3）带转换器的逆变器总成逆变器总成中包含以下部件：增压转换器：将HV蓄电池公称电压直流201.6V增至最高电压直流650V，反之亦然（将直流650V逐步降至直流201.6V）。逆变器：将增压转换器的单项直流电转换为用于MG1和MG2的三项交流电，反之亦然（从交流至直流）。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识DC-DC转换器：将HV蓄电池公称电压直流201.6V逐步降至约直流14V，以为电气部件供电，并为辅助蓄电池再充电，MGECU：根据接收自混合动力车辆控制ECU总成的信号控制增压转换器和逆变器，从而将MG1和MG2作为发电机或电动机运行。大气压力传感器：检测大气压力。带转换器的逆变器总成温度传感器：检测带转换器的逆变器总成零件内的温度及HV冷却液温度。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（4）HV蓄电池总成HV蓄电池：根据车辆行驶状态，向MG1和MG2供电；根据SOC和车辆行驶状态，由MG1和MG2对其再充电。HV蓄电池温度传感器：检测HV蓄电池零件内的温度。HV蓄电池进气温度传感器：检测蓄电池冷却鼓风机总成的进气温度。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（5）混合动力蓄电池接线盒总成 系统主继电器：利用混合动力车辆控制ECU的信号，连接和断开HV蓄电池和带转换器的逆变器总成之间的高压电路。蓄电池电流传感器：检测HV蓄电池的输入和输出电流。（6）蓄电池智能单元（蓄电池电压传感器）监视HV蓄电池的状态（如电压、电流和温度）并将该信息传输至混合动力车辆控制ECU；监视高压系统的绝缘故障。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（7）维修塞把手 进行车辆检查或保养时拆下维修塞把手，切断HV蓄电池的高压电路。（8）互锁开关（维修塞把手/电源电缆连接器）确认已安装维修塞把手和逆变器电源电缆连接器。（9）电源电缆（线束组） 连接HV蓄电池、带转换器的逆变器总成、混合动力车辆传动桥总成和带电动机的压缩机总成。（10）逆变器水泵总成在混合动力车辆控制ECU的控制下运行，以冷却带转换器的逆变器总成、MG1和MG2。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（11）蓄电池冷却鼓风机总成在混合动力车辆控制ECU的控制下运行，以冷却HV蓄电池。（12）辅助蓄电池 为电气部件供电。（13）辅助蓄电池温度传感器（热敏电阻总成） 检测辅助蓄电池的温度。（14）电源开关启动和停止混合动力系统。（15）加速踏板传感器总成将加速踏板位置转化为电信号并将其发送至混合动力车辆控制ECU。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（16）换档锁止控制单元总成 换档杆位置传感器：将换档杆位器（横向移动和纵向移动）转换为电信号，并将其发送至混合动力车辆控制ECU。（17）P位置开关（变速器换档主开关）驾驶员操作P位置开关时，将P位置开关信号输出至混合动力车辆控制ECU。（18）刹车灯开关 检测踩下制动踏板。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（19）组合开关总成动力模式开关EV行驶模式开关：驾驶员操作EV行驶模式开关时，将EV行驶模式开关信号发送至混合动力车辆控制ECU。动力模式开关：驾驶员操作动力模式开关时，通过ECM将动力模式开关信号发送至混合动力车辆控制ECU。环保模式开关：驾驶员操作环保模式开关时，通过空调放大器总成将环保模式开关信号发送至混合动力车辆控制ECU。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（20）防滑控制ECU（带主缸的制动助力器总成）制动期间，其计算所需再生制动力并将其传输至混合动力车辆控制ECU；TRC或VSC运行期间，将请求传输至混合动力车辆控制ECU总成以限制原动力。（21）空调放大器总成 将各种空调状态信号传输至混合动力车辆控制ECU。（22）空气囊传感器总成碰撞过程中，将空气囊展开信号传输至混合动力车辆控制ECU总成。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（23）组合仪表总成 混合动力系统指示仪：显示混合动力系统的系统动力输出和再生充电。READY指示灯：告知驾驶员车辆可以行驶。主警告灯：根据多信息显示屏上提示的信息点亮或闪烁且蜂鸣器可能鸣响。EV行驶指示灯：EV行驶期间点亮EV模式指示灯：告知驾驶员已选择EV行驶模式。动力模式指示灯：告知驾驶员已选择动力模式。环保模式指示灯：告知驾驶员已选择环保模式。故障指示灯（MIL）：混合动力控制系统和发动机控制系统出现故障时点亮。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识（24）导航接收器总成*1接收导航数据。（25）收音机和显示屏接收器总成*2接收广播信号并播放。理论知识4.2.3混合动力系统THS-II工作原理理论知识1.混合动力车辆控制混合动力车辆控制ECU总成利用来自加速踏板传感器总成的信号检测加速踏板踩下角度，并检测换档杆位置传感器的换档杆位置信号。混合动力车辆控制ECU总成通过MGECU接收来自MG1和MG2解析器的转速信号。混合动力车辆控制ECU总成根据此信息确定车辆行驶状态，并对MG1、MG2和发动机的原动力进行优化控制。此外混合动力车辆控制ECU总成对MG1、MG2和发动机的输出功率和扭矩进行最佳控制，以实现更低的燃油消耗和更清洁的废气排放。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识混合动力车辆控制ECU总成根据计算的目标原动力并结合HV蓄电池的SOC和温度来计算发动机原动力。从目标原动力中减去发动机原动力所得的值即为MG2原动力。ECM根据接收自混合动力车辆控制ECU总成的目标发动机转速和所需发动机原动力对发动机进行控制。此外，混合动力车辆控制ECU总成合理运行MG1和MG2，以提供所需的MG1发电力和MG2原动力。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识2.SOC控制混合动力车辆控制ECU总成通过估算HV蓄电池的充电和放电安培数计算Soc。混合动力车辆控制ECU总成根计算出的Soc持续执行充电/放电控制,以将Soc控制在目标范围内。车辆行驶过程中，HV蓄电池经过反复的充电/放电循环，因为其在加速过程中由MG2放电，在减速过程中由再生制动充电。SOC过低时，混合动力车辆控制ECU总成提高发动机的输出功率来操作MG1以对HV蓄电池充电。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识蓄电池智能单元(蓄电池电压传感器)将HV蓄电池的相关信号(电压、电流和温度)转换为数字信号，并通过串行通信将其传输至混合动力车辆控制ECU总成。混合动力车辆控制ECU总成通过计算确定SOC时需要这些信号。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识3.发动机控制ECM接收混合动力车控制ECU总成发出的目标发动机转速和所需要的发动机原动力,控制ETCS-i、燃油喷射量、点火正时、VVT-i和EGR。ECM将发动机工作状态传输至混合动力车辆控制ECU总成。接收到混合动力车辆控制ECU总成根据基本混合动力车辆控制发出的发动机停止信号后，ECM停止发动机。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识4.MG1和MG2主控制由发动机驱动的MG1产生高压电,以驱动MG2并为HV蓄电池充电,同时,它还可作为起动机以起动发动机。MG2由MG1和HV蓄电池的电能驱动,产生驱动轮原动力。制动期间（再生制动协同控制）或未踩下加速踏板时（能量再生）,MG2产生高压电为HV蓄电池充电。选择空档（N）时,MG1和MG2基本关闭,为停止提供原动力,需要停止驱动MG1和MG2。因为MG1和MG2与驱动轮是机械连接的。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识5.逆变器控制MGECU根据来自混合动力车辆控制ECU的原动力信号,控制逆变器将HV蓄电池的直流转换为用于MG1和MG2的交流,反之亦然。此外,逆交器用于将电能从MG1传送至MG2。如果通过MGECU接收到来自逆交器的过热、过电流或电压异常信号,则混合动力车辆控制ECU总成会切断逆变器。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识6.增压转换器控制MGECU根据来自混合动力车辆控制ECU的控制信号,增压转换器将HV蓄电池的公称电压直流201.6V升至最高电压直流650V。MGECU根据来自混合动力车辆控制ECU的控制信号,逆变器将MG1或MG2产生的交流转换为直流，增压转换器将产生的电压从直流650V(最高电压)逐步降至约直流201.6V。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识7.DC-DC转换器控制DC-DC转换器将HV蓄电池的公称电压直流201.6V步降至约直流14V，以向电气部件供电,并为辅助蓄电池再充电。8.系统继电器控制为确保能够可靠地连接和断开高压电路，混合动力控制ECU控制3个系统主继电器连接和断开来自HV蓄电池的高压电路。混合动力车辆控制ECU总成还利用3个系统主继电器的工作监视继电器触点工作情况。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识9.带转换器的逆变器总成的冷却系统控制为了冷却带转换器的逆变器总成、MG1和MG2，混合动力车辆控制ECU总成根据来自带转换器的逆变器总成的温度传感器、MG1温度传感器和MG2温度传感器的信号控制逆变器水泵总成。10.HV蓄电池冷却系统控制防了使HV电池的温度保持在最佳水平，混合动力车辆控制ECU总成根据来HV蓄电池温度传感器和HV蓄电池进气温度传感器的信号控制蓄电池冷却鼓风机总成。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识11.再生制动协同控制驾驶员踩下制动踏板时，防滑控制ECU根据制动调节器压力和制动踏板行程计算所需总制动力。防滑控制ECU将再生制动力请求发送至混合动力车辆控制ECU。混合动力车辆控制ECU回复实际再生制动力（再生制动控制值）。混合动力车辆控制ECU总成使用MG2产生负扭矩（减速力），从而执行再生制动。防滑控制ECU控制制动执行器电磁阀并产生轮缸压力。产生的压力是从所需总制动力中减去实际再生制动控制值后剩余的值。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识12.TRC/VSC协同控制TRC或VSC工作时,防滑控制ECU将请求传输至混合动力车辆控制ECU以限制原动力。混合动力车辆控制ECU根据当前行驶状态控制发动机和MG2以限制原动力。13.碰撞时控制碰撞期间,如果混合动力车辆控制ECU总成接收到来自空气囊传感器总成的空气囊展开信号,将断开系统主继电器以切断HV电池的高压。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识14.巡航控制系统运行控制混合动力车辆控制ECU总成接收到巡航控制开信号时,将发动机和MG2的原动力控制为最佳组合以获得驾驶员所需的日标车速。15.换挡控制混合助力车辆控制ECU总成根据换档杆位置传感器和P位置开关提供的信号检测驾驶员所需档位（P、R、N、D或S），根据这些输入和车辆工作状态，混合动力车辆控制ECU控制MG1、MG2和发动机以符合所选档位。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识16.EV行驶模式控制驾驶员操作EV行驶模式开关（组合开关总成）时，如果满足操作条件,则混合动力车辆控制ECU总成将仅使用MG2来驱动车辆。17.动力模式控制驾驶员操作动力模式开关（组合开关总成）时，混合动力车辆控制ECU调节加速踏板操作的响应以优化加速。18.环保模式控制驶员操作环保模式开关（组合开关总成）时,混合动力车辆控制ECU总成调节加速踏板操作的响应以支持环保驾驶。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能理论知识19.制动优先系统同时踩下加速踏板和制动踏板时，驱动转矩受到限制。20.发动机停机系统 在试图使用无效钥匙启动混合动力控制系统时禁止燃油输送、点火和启动混合动力控制系统。理论知识4.2.4混合动力系统THS-II控制功能拓展阅读丰田混合动力系统故障症状表见表5-2-1所示。当系统出现故障时，可根据故障现象对应的可疑部位进行重点检查，以提高诊断效率。4.2.5丰田混合动力系统故障症状表实践技能安全提示在进行混合动力车辆控制器ECU更换时，应注意安全操作问题。由于混合动力车辆控制器ECU由低压供电系统进行供电，因此首先需要拆下低压蓄电池负极连接线束，并进行可靠搭铁；虽然混合动力车辆控制器ECU独立于整车高压系统，但为了避免误操作导致的高压触电，需要确保整车无绝缘故障。即应