混合动力汽车结构原理与故障诊断PPT课件(共5章)项目四典型混合动力汽车技术解析.pptx

项项目目4典型混合动力汽车技术解析6 课时4 实训丰田混合动力汽车技术1本田混合动力汽车技术2通用混合动力汽车技术3上汽混合动力汽车技术4目 录比亚迪混合动力汽车技术11.丰田混合动力汽车技术以丰田为首的日系油电混合动力汽车在全球占据绝对的垄断地位，特点是不用充电，油耗低，动力平顺特别是丰田的THS混合动力系统，经过十几年的迭代优化愈发成熟，创造了上百项垄断的专利技术，已经成了整个混合动力汽车市场的典范1.1 丰田混合动力汽车的发展历程从1997年到现在，丰田普锐斯（Prius）混合动力汽车走过了20多年历程，是目前最典型也是成功的混合动力汽车丰田普锐斯混合动力汽车已经经历了4代，如图4-2所示图4-2 丰田普锐斯混合动力汽车的发展历程1.1 丰田混合动力汽车的发展历程1第一代普锐斯混合动力汽车第一代普锐斯混合动力汽车经历的时间是从1997年到2003年1997年，第一代普锐斯正式上市，这是全世界第一款量产的混合动力汽车，其透视图如图4-3所示图4-3 第一代普锐斯混合动力汽车透视图1.1 丰田混合动力汽车的发展历程第一代普锐斯混合动力汽车车身长为4275mm，宽为1695mm，高为1490mm，轴距为2550mm，整车质量为1254kg，是一款三箱车型。

第一代普锐斯混合动力汽车使用1NZ-FXE型1.5L四缸汽油发动机和一台288V永磁同步电机，如图4-4所示汽油发动机峰值功率为43kW，峰值转矩为102Nm；电机峰值功率为29kW，峰值转矩为305Nm，电压为288V配备电控无级变速器（Electronic Continuously Variable Transmission，E-CVT），以金属氢化物镍蓄电池组作为电源，丰田将这套油电混合动力系统称之为“Toyota Hybrid System”，简称THS第一代普锐斯混合动力汽车实测油耗为31km/L，约合3.22L/100km为了满足欧美消费者对高速和长途驾驶的需求，普锐斯出口车型性能有所提升，1NZ-FXE型1.5L四缸汽油发动机加入了可变正时气门技术，峰值功率提升至59kW，峰值转矩提升至110Nm；电机的峰值功率增加到32kW，峰值转矩提升到350Nm图4-4 第一代普锐斯混合动力汽车搭载的发动机和电机1.1 丰田混合动力汽车的发展历程2第二代普锐斯混合动力汽车第二代普锐斯混合动力汽车经历的时间是从2003年到2009年2003年9月，第二代普锐斯混合动力汽车正式发布第二代普锐斯混合动力汽车摒弃了三厢车体，而采用了更为实用的两厢掀背形式，如图4-5所示。

图4-5 第二代普锐斯混合动力汽车透视图1.1 丰田混合动力汽车的发展历程第二代普锐斯混合动力汽车车身长为4445mm，宽为1725mm，高为1490mm，轴距为2700mm，整车质量为1317kg综合数据较第一代车型提升明显第二代普锐斯混合动力汽车沿用了1NZ-FXE型1.5L四缸汽油发动机，具有可变气门正时技术，综合性能有所提升，峰值功率为57kW，峰值转矩为115Nm配套的500V电机峰值功率为50kW，峰值转矩为400Nm，混合动力系统净功率为83.5kW，配备ECVT，如图4-6所示第二代普锐斯混合动力汽车配备的镍氢蓄电池组，尺寸更小且重量更轻图4-6 第二代普锐斯混合动力汽车搭载的发动机和电机当汽油发动机和电机同时运转时，混合动力汽车0100km/h加速时间为9.7s，纯电动模式下0100km/h加速时间为11s左右油耗降低至2.8L/100km另外，第二代普锐斯混合动力汽车还配备了半自动泊车入位系统、车辆动态稳定控制系统以及自动空调等2005年12月，一汽丰田长春工厂开始投产第二代普锐斯混合动力汽车，开启了中国的混合动力汽车市场图4-6 第二代普锐斯混合动力汽车搭载的发动机和电机1.1 丰田混合动力汽车的发展历程3第三代普锐斯混合动力汽车第三代普锐斯混合动力汽车经历的时间是从2009年到2015年。

第三代普锐斯混合动力汽车车身长为4460mm，宽为1745mm，高为1490mm，轴距为2700mm，和第二代车型相似但造型更时尚，风阻系数降低至0.25第三代普锐斯混合动力汽车的动力系统有了较大改进，采用2ZR-FXE1.8L四缸汽油发动机，峰值功率为74kW，峰值转矩为142Nm；配套的650V电机峰值功率为60kW，峰值转矩为207Nm，混合动力最高输出功率为100kW，如图4-7所示传动系统与第二代相同图4-7 第三代普锐斯混合动力汽车搭载的发动机和电机1.1 丰田混合动力汽车的发展历程丰田在研发第三代普锐斯混合动力汽车的过程中，创造了100多项专利技术第三代普锐斯混合动力汽车采用电子水泵，这也让它成为第一款全车无需皮带传动的量产车型新设计的逆变器、电机和其他混动零部件的尺寸也更小巧，重量也更轻正因为这些变化，使第三代普锐斯混合动力汽车的燃油经济性大幅提升，为2.63L/100km2012年，第三代普锐斯混合动力汽车在中国上市第三代普锐斯混合动力汽车上市不久，丰田基于第三代普锐斯混合动力汽车打造了插电式混合动力（Plug-In Hybrid）概念车在法兰克福车展上展出，如图4-8所示。

2011年，丰田将插电式混合动力汽车推向市场，该车百公里油耗进一步降至2.2L，CO2的排放降至49g/km图4-8 普锐斯插电式混合动力汽车1.1 丰田混合动力汽车的发展历程4.第四代普锐斯混合动力汽车第四代普锐斯混合动力汽车经历的时间是从2015年到至今2015年9月，第四代普锐斯混合动力汽车在美国内华达州的拉斯维加斯世界车展公开亮相，2016年正式登陆北美市场和欧洲市场销售第四代普锐斯混合动力汽车车身长为4540mm，宽为1760mm，高为1470mm，轴距为2700mm，根据不同车型，其车重为1310kg至1460kg第四代普锐斯混合动力汽车结构如图4-9所示图4-9 第四代普锐斯混合动力汽车结构1.1 丰田混合动力汽车的发展历程第四代普锐斯混合动力汽车仍沿用2ZR-FXE1.8L四缸汽油发动机，发动机功率相比第三代普锐斯下降0.735kW，峰值转矩为142Nm，综合峰值功率为110kW，比第三代车型提升了10kW，如图4-10所示，仍配备ECVT电控无级变速器第四代普锐斯混合动力汽车配有电子百叶窗式进气格栅，热车效率明显提升，发动机热效率达到40%图4-10 第四代普锐斯混合动力汽车搭载的发动机和电机1.1 丰田混合动力汽车的发展历程图4-10 第四代普锐斯混合动力汽车搭载的发动机和电机第四代普锐斯混合动力汽车与前三代的主要区别在于混合动力系统，它采用了全新的平行双电机结构，如图4-11所示。

前三代THS均采用了发动机和MG1电机在动力分配行星齿轮组同一侧，MG2电机在另一侧，三者同轴的模式第四代THS的变速系统、MG1电机和发动机依然同轴，但分别布置在行星齿轮的两侧MG2电机通过一个从动齿轮减速后，再与行星齿轮组的齿圈啮合传动这既能减小传动系统的重量和机械损失，也提高了燃油效率及整车NVH性能丰田宣称第四代普锐斯混合动力汽车的汽油机热效率达到了40%，这对降低整车油耗有很大帮助此外，得益于容量更大的动力蓄电池组，第四代普锐斯混合动力汽车在纯电动模式下的续驶里程可达56km图4-11 平行双电机结构1.2 丰田混合动力系统简介丰田混合动力系统已经发展了四代，即THS-、THS-、THS-、THS-，分别用在不同时期的车型当中作为最早投入使用的普锐斯车系，一共四代都分别使用了四代混合动力系统第一代丰田混合动力系统THS-，左侧为1NZ-FXE型1.5L的汽油发动机，右侧为整套E-CVT的结构，MG1电机和MG2电机之间有一套行星齿轮组；最终输出是通过链条传动到最终输出端以后的三代混合动力系统也是运用这个基本设计原理第二代丰田混合动力系统THS-，发动机仍然采用1NZ-FXE型1.5L的汽油发动机；E-CVT部分除了提高效率以外都是小调节为主，并没有太大的改动，依然是使用链条传动。

但整个运算系统和逻辑进行了重新计算，发动机效率获得提高图4-12 第二代丰田混合动力系统THS-1.2 丰田混合动力系统简介第三代丰田混合动力系统THS-如图4-13所示，与第二代丰田混合动力系统THS-相比，第三代丰田混合动力系统THS-发生了较大变化发动机从1NZ-FXE型1.5L改成了2ZR-FXE型1.8L，发动机功率和转矩的增加，提高了车辆的动力性能另外，增加了一个行星齿轮组；MG1电机和MG2电机体积也缩小，从而缩小整个E-CVT的体积；链传动改为齿轮传动，传动损耗更小，因此节能效果更明显THS-也是国内最容易接触到的丰田混合动力系统，除了第三代普锐斯和雷克萨斯CT200H以外，国内的雷凌双擎、卡罗拉双擎也是使用THS-混合动力系统图4-13 第三代丰田混合动力系统THS-1.2 丰田混合动力系统简介第四代丰田混合动力系统THS-如图4-14所示，与前三代相比，最大的区别就是原来的电机属于串联结构，现在则变成了平衡轴结构而转换成此结构的目的除了让整个E-CVT更短以外，也是用这种传统减速齿轮的方式代替THS-中MG2电机的行星齿轮减速结构这样E-CVT整体尺寸更短，部件更少，摩擦更低，整体能效上升，且依然能保证对MG1的减速效果。

一系列的改进，让第四代普锐斯的纯电行驶最高车速由70km/h提升到110km/h图4-14 第四代丰田混合动力系统THS-1.3 丰田第二代混合动力系统1.丰田第二代混合动力系统的组成丰田第二代混合动力系统THS-II主要部件有汽油发动机、MG1电机、MG2电机、行星齿轮、减速机构等，如图4-15所示第二代普锐斯混合动力汽车和凯美瑞混合动力汽车都采用了THS-II混合动力系统混合动力系统THS-II中带有两台电机MG1电机和MG2电机MG1电机主要作为发电机使用，用于发电，必要时可驱动汽车；MG2电机主要用于驱动汽车而MG1电机、MG2电机以及发动机输出轴被连接到一套行星齿轮机构的太阳轮、齿圈和行星架上动力分配就是通过功率控制单元控制MG1电机和MG2电机，通过行星齿轮机械机构进行分配的由于使用了这种创新的动力分配方式，THS-II系统甚至连变速器也不需要了，发动机输出经过固定减速机构减速后直接驱动车轮图4-15 丰田第二代混合动力系统THS-II的组成图4-14 第四代丰田混合动力系统THS-1.3 丰田第二代混合动力系统2.丰田第二代混合动力系统的工作原理发动机启动时，电流流进MG2通过电磁力固定行星齿轮的齿圈，MG1作为起动机转动太阳轮，太阳轮带动行星架转动，与行星架连接的发动机曲轴转动，发动机启动，如图4-16所示。

发动机怠速时，电流流进MG2固定行星齿轮的齿圈，发动机带动行星架转动，行星架带动太阳轮转动，与太阳轮连接的MG1发电给电池充电，如图4-17所示图4-16 发动机启动工况图4-14 第四代丰田混合动力系统THS-图4-17 发动机怠速工况1.3 丰田第二代混合动力系统车辆起步时，发动机停转，行星架被固定；MG2驱动行星齿轮齿圈，推动车辆前进；此时，MG1处于空转状态，如图4-18所示车辆起步需要更大动力时，如驾驶员深踩油门或检测到负载过大，MG1转动启动发动机，如图4-19所示图4-18 车辆起步工况图4-14 第四代丰田混合动力系统THS-图4-19 车辆起步需要更大动力工况1.3 丰田第二代混合动力系统车辆起步MG1发电给MG2时，发动机驱动MG1发电并供给推动MG2运转的电能，如图4-20所示在轻负荷下加速时，发动机驱动MG1发电并供给推动MG2运转的电能，MG2提供附加的驱动力用以补充发动机动力；在重负载下加速时，发动机驱动MG1发电并供给推动MG2运转的电能；MG2提供附加的驱动力用以补充发动机动力；电池会根据加速程度给MG2提供电流车辆加速工况如图4-21所示图4-20 车辆起步MG1发电给MG2工况图4-14 。