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科技创新

丰田THS II混动系统工作逻辑分析 油电式混动怎么“混”?

来源:斯诺克直播网站    发布时间:2024-04-08 07:22:51

  作为汽车混合动力技术批量化应用的鼻祖,丰田混动靠专利垄断统治了混合动力技术近25年,时至今日,丰田THS II已发展到第五代,全球共卖出了1800万台该系统的车型。在汽车圈流传有一句话—“世上只有两种混动,一种是丰田混动一种是其他混动”,这样无疑是对THS系统的高度肯定。

  随着近年来专利技术保护的到期,国内车企推出的混合动力技术中能还能看到THS的影子。在混动核心部件领域,丰田选择退居幕后成为混动系统核心部件的供应商。在前几年国家政策扶持下插电式混动车型崛起,不断瓜分混动车型市场。今天我们回过头来看看THS II混动系统的技术原理,了解这条技术路线的别样魅力!

  我们首先看看THS II的系统的主要组成部件,包括了阿特金森循环发动机、PCU动力控制单元(俗称“电控”)、MG1电机(发电)、MG2电机(电动)、动力分配器(行星齿轮)及动力电池,在后驱车型中还会搭配有后桥电机。

  MG1电机:用于开启发动机,大多数情况作为发电机使用,连接行星齿轮太阳轮;

  动力分配器:核心结构为行星齿轮,用于连接发动机、MG1电机及MG2电机。

  和插电式混合动力系统相比,THS II并没有很多的串并联离合控制逻辑,而是采用核心行星齿轮进行功率分流控制。以下笔者将使用场景化介绍的方式,让大家更加容易了解THS II这套系统的工作逻辑。

  启动:下班后你坐入最新款的丰田普锐斯摁下了启动按钮,此时系统介绍到启动指令,自动检验测试动力电池SOC情况。如果此时电池SOC值处于正常范围,发动机将不会启动,采取电池直接驱动。

  如果此时车辆检测到电池SOC偏低,为了能够更好的保证电池的寿命,系统会开启发动机为其充电,

  这里需要强调的一点是,即使发动机启动前电池SOC已经很低了,系统依然会使用其来开启发动机,此时MG1作为电动机带动发动机启动。

  针对不同的电池SOC情况,当你踩下油门将车开出停车场时系统对应着不同的控制逻辑。在SOC较低时,发动机启动使用MG1电机发电,通过电控为MG2电机驱动提供能量的同时为电池补充能量,此时发动机工作在经济区间,车辆即使低速行走油耗也不高。

  缓加速或低负荷巡航:车辆开出停车场后,进入主干道,你逐渐深踩油门。SOC正常时电池继续放电为MG2电机供电,提高车速直到车速大于60km/h,动力电池功率无法继续支持逐渐增加的功率需求,或长时间低负荷巡航。发动机启动通过行星齿轮组驱动车轮,MG1发电通过电控为MG2提供电力共同驱动车辆行驶。此时,发动机作为驱动车辆的主要动力,MG2靠行星齿轮组的动力分配获得必要的动力支持。而此过程中动力电池不进行充放电,将SOC维持在固定水平。

  如果车辆是低SOC状态,则发动机启动通过行星齿轮组驱动车轮,MG1发电通过电控为MG2提供电力共同驱动车辆行驶,同时停止给动力电池充电。即状态由图5转入图6。

  急加速:此时,你的前面出现了一台龟速行驶的车辆,于是毫不犹豫的深踩油门,车辆判断到有大转矩输出的需求,系统根据目前电量情况计算行星齿轮太阳轮、行星架和外齿圈目前能输出的最大转矩和转速匹配,协调输出最大转矩。

  能量回馈模式:超过前方的龟速车后,你缓抬油门踏板。车辆根据目前档位启动能量回馈模式,将能量回收到电池。注意,这里笔者为啥说是“根据目前挡位启动能量回馈模式”。因为THS II油电混动的车辆设置了D档和B档。当挡位为D档时,与常规的能量回馈逻辑一样,由车辆带动MG2电机,通过电控将能量回充到电池中。如果此时车辆速度很高,发动机突然从高速减速时,发动机并不会立刻停止工作,而是以一定的速度行驶,目的是为保护行星齿轮组不受损伤。

  而如果此时挡位为B档时,除了上述的回馈路径,为了达到更好的制动效果,MG2需要为MG1提供电力支持,让MG1保证发动机由一定的转速,依靠发动机缸内阻力为车辆制动。此时发动机气缸内不会有燃油喷射,依靠MG1的保证发动机的转速,除了提供制动力还能保持发动机有一定的转速,为下一次转矩输出提供储备速度。

  倒车:一段快速行驶后回到了小区停车场,挂入倒挡,此时车辆由动力电池供电,电机反转将车辆停入车位。

  通过以上介绍和分析,与往期插电式混动车型模式相比不难发现,由于行星齿轮的加入,让整个架构简化了很多,不需要在串联、并联、直驱当中绕来绕去。行星齿轮的控制也是THS II系统的难点和亮点,因为不像串并联系统那样能够最终靠离合彻底切断发动机。

  如何协调发动机、MG1电机、MG2电机时刻保持高效配合要一直的迭代升级达到最优。而第五代THS II也对发动机、电控做出了优化,提升效率的同时还减轻了重量,同时淘汰了镍氢电池转而使用锂电池,提高了纯电续航的速度。关于丰田油电混动你怎么看?如果也能上绿牌你会不会选择,欢迎评论区留言告诉我们。