一、豐田混合動力系統(tǒng)-II （THS-II）概述

    豐田混合動力汽車的核心技術(shù)是豐田混合動力系統(tǒng)（THS-I）技術(shù)，它結(jié)合了汽油發(fā)動機和電動機兩種動力，通過并聯(lián)或串聯(lián)相結(jié)合的方式進行工作，以達到良好的動力性、經(jīng)濟性和低排放效果。2003年豐田公司推出了第二代豐田混合動力系統(tǒng)（THS-II），該系統(tǒng)運用在凱美瑞和普銳斯等混合動力車型上。

    2010款混合動力版凱美瑞使用豐田混合動力系統(tǒng)-11 （THS-II）。該系統(tǒng)對3 AZ-FXE發(fā)動機和P311混合動力傳動橋（混合動力車輛傳動橋總成）內(nèi)的高轉(zhuǎn)速、大功率電動機-發(fā)電機組（MG1和MG2）執(zhí)行最佳協(xié)同控制。P311混合動力傳動橋（混合動力車輛傳動橋總成）提供了良好的傳動性能。
 
   另外，它采用了由大功率混合動力汽車蓄電池（額定電壓為直流244. 8 V，以后簡稱為HV蓄電池）和可將系統(tǒng)工作電壓升至最高電壓（直流650V）的增壓轉(zhuǎn)換器組成的變壓系統(tǒng)。

    1. THS- II的優(yōu)點
    （1）優(yōu)良的行駛性能
    豐田混合動力系統(tǒng)-11 （THS- II）采用了由可將工作電壓升至最高電壓（直流650V）的增壓轉(zhuǎn)換器組成的變壓系統(tǒng)。可在高壓下驅(qū)動電動機-發(fā)電機1 （MG1）和電動機-發(fā)電機2（MG2 ），并以較小電流將與供電相關(guān)的電氣損耗降到最低。因此，可以使MG1和MG2高轉(zhuǎn)速、大功率工作。通過高轉(zhuǎn)速、大功率MG2和高效3 AZ-FXE發(fā)動機的協(xié)同作用，達到較高水平的驅(qū)動力，使車輛獲得優(yōu)良的行駛性能。

    （2）良好的燃油經(jīng)濟性
    THS- II通過優(yōu)化MG2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)獲得高水平的再生能力，從而實現(xiàn)良好的燃油經(jīng)濟性。
    THS- II車輛怠速運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機停止工作，并在發(fā)動機工作效率不良的情況下盡量停止發(fā)動機工作，車輛此時僅使用MG2來工作。在發(fā)動機工作效率良好的情況下，發(fā)動機在發(fā)電的同時，使用MG1驅(qū)動車輛。因此，該系統(tǒng)以高效的方式影響驅(qū)動能量的輸入-輸出控制，以實現(xiàn)良好的燃油經(jīng)濟性。
THS-11車輛減速時，前輪的動能被回收并轉(zhuǎn)換為電能，通過MG2對HV蓄電池再充電。

    （3）低排放
    THS-II車輛怠速運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機停止工作，并在發(fā)動機工作效率不良的情況下盡量停止發(fā)動機工作，車輛此時僅使用MG2來工作，實現(xiàn)發(fā)動機尾氣的零排放。在發(fā)動機工作效率良好的情況下，發(fā)動機在發(fā)電的同時，使用MG1驅(qū)動車輛。這樣，發(fā)動機始終工作在燃燒效率最好的狀態(tài)，有效降低了排放。

    2. THS- II的特征
    THS- II具有以下兩個典型特征：
    ①THS- II采用了由可將系統(tǒng)工作電壓升至最高電壓（直流650V）的增壓轉(zhuǎn)換器和可將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆變器組成的變壓系統(tǒng)，為MG1和MG2提供系統(tǒng)電壓。
    ②電機減速行星齒輪機構(gòu)的目的是降低電機轉(zhuǎn)速，用來使高轉(zhuǎn)速、大功率的MG2最適合混合動力傳動橋內(nèi)的動力分配行星齒輪機構(gòu)。

    3. THS- II的組成
THS- II的基本組成如圖1所示。

    THS- II主要由以下系統(tǒng)和零部件組成：
    （1）變壓系統(tǒng)
    在THS- II中，帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成內(nèi)使用增壓轉(zhuǎn)換器。增壓轉(zhuǎn)換器將系統(tǒng)工作電壓升至最高電壓（直流650V）且逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以在高壓下驅(qū)動MG1和MG2，并以較小電流將與供電相關(guān)的電氣損耗降至最低，如圖2所示。因此，可以使MG1和MG2高轉(zhuǎn)速、大功率工作。

    （2）無離合器系統(tǒng)
    無離合器系統(tǒng)通過齒輪將前輪和MG2機械相連。變速桿位置傳感器輸出N位置信號，將逆變器（控制MG1和MG2）內(nèi)所有功率晶體管關(guān)閉，以在空檔位置切斷原動力，。從而切斷MG1和MG2操作，車輪處的原動力變?yōu)榱恪?/p>

    （3） P311混合動力傳動橋（混合動力車輛傳動橋總成）
    根據(jù)車輛駕駛條件，THS- II通過優(yōu)化方式結(jié)合發(fā)動機和MG2的原動力來驅(qū)動車輛。在該系統(tǒng)中，發(fā)動機動力是基礎(chǔ)。P311混合動力傳動橋總成內(nèi)的動力分配行星齒輪機構(gòu)將發(fā)動機動力分成兩路：一路用來驅(qū)動車輪；另一路用來驅(qū)動MG1。因此，MG1可作為發(fā)電機使用，為電池充電。
    P311混合動力傳動橋總成主要由MG1, MG2、復(fù)合齒輪機構(gòu)（由電機減速行星齒輪機構(gòu)和動力分配行星齒輪機構(gòu)組成）、中間軸齒輪機構(gòu)以及差速器齒輪機構(gòu)組成，如圖3所示。

    發(fā)動機、MG1和MG2由復(fù)合齒輪機構(gòu)機械地連接在一起。復(fù)合齒輪機構(gòu)由電機減速行星齒輪機構(gòu)和動力分配行星齒輪機構(gòu)組成。電機減速行星齒輪機構(gòu)降低MG2的轉(zhuǎn)速，動力分配行星齒輪機構(gòu)將發(fā)動機的原動力分成兩路：一路用來驅(qū)動車輪，另一路用來驅(qū)動MG1在電機減速行星齒輪機構(gòu)中，太陽齒輪與MG2的輸出軸耦合在一起，且行星齒輪架固定。此外，復(fù)合齒輪機構(gòu)使用由2個行星齒圈、1個中間軸主動齒輪和1個駐車檔齒輪集成在一起的復(fù)合齒輪機構(gòu)。

    （4）無拉索節(jié)氣門控制
    裝備THS-II的車輛的發(fā)動機采用智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)（ETCS-i ）。無拉索節(jié)氣門系統(tǒng)不使用加速踏板拉索，而是使用加速踏板位置傳感器和節(jié)氣門位置傳感器來檢測加速踏板位置和節(jié)氣門位置，如圖4所示。

    混合動力車輛控制ECU根據(jù)加速踏板位置傳感器提供的信號、車輛駕駛條件和蓄電池的充電狀態(tài)（SOC）計算目標(biāo)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和所需發(fā)動機原動力。根據(jù)這些計算結(jié)果，混合動力汽車控制ECU優(yōu)化控制節(jié)氣門。

    4. THS- II基本工作原理
    根據(jù)駕駛條件，THS- II結(jié)合發(fā)動機、MG1和MG2產(chǎn)生原動力驅(qū)動車輛行駛，工作過程如圖5所示。

    下面介紹THS-II在車輛的不同工作狀態(tài)下的工作原理。
    （1）起動
    當(dāng)車輛起動時，THS- II僅使用由HV蓄電池提供能量的電動機（MG2）的動力起動，此時發(fā)動機并不運轉(zhuǎn)，如圖6所示。因為發(fā)動機不能在低轉(zhuǎn)速輸出大轉(zhuǎn)矩，而電動機可以靈敏、順暢、高效地進行起動。

    注意：點火起動時，發(fā)動機將進行運轉(zhuǎn)，直至充分預(yù)熱。

    （2）低、中速行駛
    發(fā)動機在低、中速帶的效率并不理想，而電動機在低、中速帶性能優(yōu)越。所以，在低、中速行駛時，THS- II使用HV蓄電池的電力驅(qū)動電動機（MG2）行駛，如圖7所示。

    （3）一般行駛
    THS- II利用發(fā)動機在能產(chǎn)生最高效功率的速度帶驅(qū)動。由發(fā)動機產(chǎn)生的動力直接驅(qū)動車輪，依照駕駛狀況部分動力被分配給發(fā)電機，如圖8所示。由發(fā)電機產(chǎn)生的動力用來驅(qū)動電動機和輔助發(fā)動機。利用發(fā)動機和電動機這一雙重傳動系統(tǒng)，發(fā)動機產(chǎn)生的動力以最小消耗被傳向地面。

    （4）給HV蓄電池充電
    車輛在高速運轉(zhuǎn)時是采用發(fā)動機來驅(qū)動，而發(fā)動機有時會產(chǎn)生多余的能量。這時發(fā)動機通過行星齒輪驅(qū)動 MG1旋轉(zhuǎn)，將多余的能量由發(fā)電機（MG1）轉(zhuǎn)換成電能儲存在HV蓄電池中，也就是對HV蓄電池充電，如圖9所示。

    （5）全速行駛
在車輛爬陡坡及超車時，THS- II利用HV蓄電池和發(fā)動機兩者提供雙動力TTHS- II得以實現(xiàn)與高一級發(fā)動機同等水平的強勁而流暢的加速性能，其工作原理如圖10所示。

    （6）減速和制動
    當(dāng)駕駛?cè)怂砷_加速踏板或踩制動踏板時，THS-II使車輪的旋轉(zhuǎn)力帶動電動機（MG2）運轉(zhuǎn)，將其作為發(fā)電機使用。減速時通常作為摩擦熱散失掉的能量，在此被轉(zhuǎn)換成電能，回收到HV蓄電池中進行再利用，如圖11所示。

    （7）停車
    在車輛停止時，發(fā)動機、電動機、發(fā)電機全部自動停止運轉(zhuǎn)，不會因怠速而浪費能量，如圖12所示。

注意：當(dāng)HV蓄電池的充電量較低時，發(fā)動機將繼續(xù)運轉(zhuǎn)，以給HV蓄電池充電。另外，有時因與空調(diào)開關(guān)連動，發(fā)動機會仍保持運轉(zhuǎn)。

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