王斌，張曉明

（1.無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214153；2.蕪湖凱翼汽車(chē)有限公司，安徽蕪湖 241009）

豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)的結(jié)構(gòu)原理與檢修

王斌1，張曉明2

（1.無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214153；2.蕪湖凱翼汽車(chē)有限公司，安徽蕪湖 241009）

豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)有著良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和綠色環(huán)保性能，被越來(lái)越多的人所接受。文章闡述了普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)的結(jié)構(gòu)組成，著重分析了混合動(dòng)力系統(tǒng)不同工況下的工作原理，介紹了普銳斯的維修注意事項(xiàng)和一般檢修步驟。

普銳斯；混合動(dòng)力；THSⅡ；結(jié)構(gòu)原理；故障檢修

豐田普銳斯是日本豐田汽車(chē)公司研發(fā)上市的第一款大規(guī)模生產(chǎn)銷(xiāo)售的混合動(dòng)力汽車(chē)，至今已銷(xiāo)往全球40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，普銳斯因革命性地大幅度降低了燃油消耗和尾氣排放，受到多國(guó)的青睞[1]。

一、普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)的結(jié)構(gòu)組成

普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)是一套混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，它把并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)和串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)組合，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上也更加復(fù)雜。圖1所示為該汽車(chē)系統(tǒng)組成，主要由HV蓄電池、變頻器、發(fā)動(dòng)機(jī)、MG1、MG2、以及動(dòng)力分配系統(tǒng)等組成。

（一）HV蓄電池

HV蓄電池屬于高輸出鎳氫蓄電池，重量輕、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)較為明顯。HV蓄電池是由28塊7.2V的電池組合而成，電池電壓為201.6V，并由專(zhuān)門(mén)的電池ECU對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控管理，對(duì)電池充放電的過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，從而避免因過(guò)充或過(guò)放而導(dǎo)致電池?fù)p壞。普銳斯除了HV蓄電池外還有一塊輔助蓄電池，電壓為12V，主要是用來(lái)給燈光、多媒體系統(tǒng)以及其他附件及所有的ECU供電。

圖1 普銳斯汽車(chē)結(jié)構(gòu)組成

（二）變頻器總成

變頻器在車(chē)輛啟動(dòng)的時(shí)候?qū)?01.6V的直流電轉(zhuǎn)換為500V的交流電，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)抑或是獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛；在能量回收的時(shí)候再將500V的交流電轉(zhuǎn)換為直流電對(duì)蓄電池進(jìn)行回充電。變頻器內(nèi)部集成DC-DC直流轉(zhuǎn)換器，可以用來(lái)為其他用電設(shè)備提供電源，還可以為12V輔助蓄電池進(jìn)行充電。

（三）發(fā)動(dòng)機(jī)總成

目前在售的第三代普銳斯裝配阿特金森（Atkinson）循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，該款發(fā)動(dòng)機(jī)將老款1.5升的排量更換為1.8升，采用阿特金森循環(huán)技術(shù)、VVT-i和ETCS-i技術(shù)來(lái)推遲進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉。發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮沖程從進(jìn)氣門(mén)排放出部分燃?xì)?，減少進(jìn)入的氣量，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)油的效果，最大功率為98馬力，扭矩142Nm。

（四）MG1和MG2

MG1和MG2皆為永磁式交流同步電動(dòng)機(jī)。MG1用于發(fā)電同時(shí)也作為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)使用，MG1額定電壓是500V交流,其最大功率為37.8KW，最大扭矩為45N.M。MG2是汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)也起到發(fā)電機(jī)的作用，比如在汽車(chē)減速的時(shí)候它被車(chē)輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電給蓄電池充電。MG2額定電壓也是500V交流，其最大功率為50KW，最大扭矩為400N.M，最大轉(zhuǎn)速為6700rpm。

（五）動(dòng)力分配系統(tǒng)

混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力分配系統(tǒng)主要依靠一套行星齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)完成，如圖2所示。行星齒輪機(jī)構(gòu)包括太陽(yáng)輪、行星架以及齒圈，其中發(fā)動(dòng)機(jī)和行星架相連，MG1和太陽(yáng)輪相連，MG2和齒圈相連。太陽(yáng)輪和MG1相連，MG1既可以正轉(zhuǎn)又可以反轉(zhuǎn)，太陽(yáng)輪也隨之正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，行星架只能隨發(fā)動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。齒圈一端和MG2相連，齒圈可以隨著MG2正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，齒圈的另一端通過(guò)減速齒輪與驅(qū)動(dòng)車(chē)輪相連，MG2正轉(zhuǎn)的時(shí)候車(chē)輛前行，MG2反轉(zhuǎn)的時(shí)候車(chē)輛倒退[2]。

圖2 行星齒輪機(jī)構(gòu)

二、普銳斯混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作方式

（一）靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

HV蓄電池提供電力給MG1，MG1工作帶動(dòng)行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)檐?chē)輛靜止，此時(shí)與MG2相連的齒圈靜止無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，所以太陽(yáng)輪帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行星架就帶動(dòng)與之相連的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候只給兩個(gè)氣缸點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)非常平靜。啟動(dòng)后HV蓄電池不再向MG1供電，如果蓄電池電量不足，車(chē)載電腦則將節(jié)氣門(mén)開(kāi)度稍微調(diào)大以提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)MG1運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)電給蓄電池充電。

（二）車(chē)輛起步

車(chē)輛在較小負(fù)荷、緩慢加速的時(shí)候，不需要發(fā)動(dòng)機(jī)工作，只需要MG2驅(qū)動(dòng)車(chē)輛起步，但負(fù)載增大或者坡道起步，發(fā)動(dòng)機(jī)提供的扭矩則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。根據(jù)行星齒輪動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)單認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一直處于最高擋位上，扭矩較小，所以起步加速時(shí)所需要更大的扭矩應(yīng)該由MG2來(lái)補(bǔ)充。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，一部分動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車(chē)輛前行，另一部分動(dòng)力驅(qū)動(dòng)MG1發(fā)電，用來(lái)供給MG2和HV蓄電池充電，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)適當(dāng)增加節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

（三）加速或爬坡

在加速或爬坡需要較大驅(qū)動(dòng)力的時(shí)候，MG2和發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，MG1產(chǎn)生的電能供給MG2，同時(shí)根據(jù)情況HV蓄電池也會(huì)適時(shí)適度地給MG2提供電能。如圖3所示，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行星架，把七成的扭矩通過(guò)行星架、外齒圈傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，把三成的扭矩通過(guò)行星架、太陽(yáng)輪傳遞給MG1，MG1發(fā)電供給MG2，MG2再驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)。ECU根據(jù)HV蓄電池的電量、節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度、坡道大小等因素，適度調(diào)用HV蓄電池的電能，控制MG2的輸出扭矩。

圖3 加速工況動(dòng)力示意圖

（四）減速工況

減速工況分為兩種情況，一種是在D擋減速，另一種是在B擋減速，工作原理如圖4、圖5所示。

圖4 D擋減速工況動(dòng)力示意圖

圖5 B擋減速工況動(dòng)力示意圖

D擋減速時(shí)，電能不再提供給MG2和MG1，此時(shí)MG2作為發(fā)電機(jī)使用，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪帶動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)、齒圈帶動(dòng)MG2運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，從而給HV蓄電池反充電。

B擋減速時(shí)，MG2仍作為發(fā)電機(jī)使用，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪帶動(dòng)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，齒圈帶動(dòng)MG2運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，從而給HV蓄電池反充電；同時(shí)還給MG1提供電能，MG1運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)然這個(gè)時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)自身被斷油無(wú)法自運(yùn)轉(zhuǎn)，MG1帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)用來(lái)制動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輪的制動(dòng)作用。

（五）倒車(chē)

普銳斯的倒車(chē)功能和傳統(tǒng)汽車(chē)不一樣，它沒(méi)有倒檔齒輪，因此只能通過(guò)改變MG2的旋轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)倒車(chē)。在HV蓄電池不虧電的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)是熄火的，MG2帶動(dòng)齒圈倒轉(zhuǎn)，行星架不轉(zhuǎn)，那么太陽(yáng)輪會(huì)正向空轉(zhuǎn)，既不發(fā)電也不消耗電。為了防止MG1超速空轉(zhuǎn)，高速倒車(chē)不被允許。如果HV蓄電池電力不足，倒車(chē)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)還會(huì)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)行星架、太陽(yáng)輪和MG1會(huì)加快旋轉(zhuǎn)，ECU必須將倒車(chē)的速度限制在一個(gè)比較低的轉(zhuǎn)速上[3]。

三、普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)的檢修

（一）檢修高壓電路的注意事項(xiàng)

普銳斯配備了在500V電壓下工作的混動(dòng)系統(tǒng)，容易發(fā)生危險(xiǎn)事故，所以必須嚴(yán)守操作規(guī)程。

（1）維修人員必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練，持證上崗；（2）高壓線束和連接器的顏色都為橙色，高壓零部件上均標(biāo)注“高壓”字樣，不可隨意碰觸；（3）當(dāng)系統(tǒng)中的高壓線束和連接器存有故障時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一更換，切不可擅自維修使用；（4）整個(gè)檢修過(guò)程中一定要戴專(zhuān)業(yè)的絕緣手套，最好穿上專(zhuān)用的絕緣膠鞋；（5）要將輔助蓄電池的負(fù)極電纜斷開(kāi)；（6）拆下檢修塞后必須等待5分鐘，等變頻器內(nèi)的高壓電容器放完電，并用萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)變頻器內(nèi)每一個(gè)相位的電壓，讀數(shù)為零后才可以進(jìn)行下一步檢修操作；（7）不得擅自攜帶金屬器件，防止這些物品意外掉落導(dǎo)致系統(tǒng)線路短路；（8）在觸碰裸露高壓線路的時(shí)候，切記要戴好絕緣手套，同時(shí)測(cè)量電壓應(yīng)為零伏；（9）斷開(kāi)高壓線路必須使用絕緣膠帶絕緣，在高壓端子緊固的時(shí)候，必須按照規(guī)定扭矩緊固螺母。

（二）故障診斷與檢修的一般步驟

（1）車(chē)輛進(jìn)入車(chē)間、分析客戶所述故障；（2）將專(zhuān)用解碼儀插接到DLC3（數(shù)據(jù)鏈路連接器），如有故障碼則檢查DLC3；（3）檢查并記錄DTC數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)關(guān)聯(lián)CAN系統(tǒng)的故障應(yīng)先檢修CAN通信；（4）運(yùn)用普銳斯專(zhuān)用解碼儀清除DTC故障代碼；（5）故障癥狀再確認(rèn)，若故障未再出現(xiàn)則進(jìn)行癥狀模擬，若故障出現(xiàn)檢查DTC；（6）根據(jù)DTC表查找數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而檢查電路；（7）故障識(shí)別、調(diào)整或修理后進(jìn)行試車(chē)檢驗(yàn)，以確認(rèn)故障已排除。

[1]胡登興，饒建偉.新普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與故障診斷[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015（6）：117.

[2]張年華.豐田普銳斯發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)故障的檢修[J].科技資訊，2015（11）：84-85.

[3]彭仲連,許紅軍.豐田普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)結(jié)構(gòu)原理與檢修[J].汽車(chē)維修，2015（9）：16.

（編輯：林鋼）

Structure Principle and Overhaul of Toyota Prius Hybrid Cars

WANG Bin1,ZHANG Xiao-ming2
（1.Wuxi Vocational Institute of Commerce，Wuxi 214153，China；2.Wuhu Cowin Auto Co.,Ltd，Wuhu 241009，China）

Toyota Prius hybrid cars are widely accepted as it is economic and environment friendly.This article illustrates the structure principle of Prius hybrid cars with an emphasis laid on the operating principles under different working conditions.It also introduces the key points for attention in maintenance and the general steps of overhaul for Prius hybrid cars.

Prius;Hibrid Electric Vehicle;THS II;Structure principle;Trouble shooting

U 472.41

A

1671-4806（2016）06-0093-03

2016-09-10

王斌（1982—），男，江蘇無(wú)錫人，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)槠?chē)維修；張曉明（1981—），男，安徽蕪湖人，工程師，研究方向?yàn)槠?chē)底盤(pán)測(cè)試。