电动汽车与LPG双燃料教程第三第四章正版00.doc

混合动力系统THS-C 在2001年，丰田将THS与无级自动变速器相结合的系统（称之为THS-C）设置在大霸王牌混合动力车上。与小客车相比，轻型车的车身大而重，油耗也多，这种系列的车辆采用混合动力系统之后，减少CO2排放的效果会更加显著。但是，如果只是将THS加大后就用在轻型车上，驱动转矩主要依靠的是电动机，需要加大电动机、逆变器等部件的尺寸，在成本、质量、装车性等方面存在很多难题。因此，丰田公司决定变速器还是利用现在的皮带式无级变速器（CVT），选择发动机高效工作点，以便可用较小的电动机就能确保所需要的驱动转矩。同时减小逆变器与驱动用蓄电池的体积，由此降低成本、提高装车性，同时显示出采用混合动力系统的节油效果。对轻型车来说，与2轮驱动（2WD）相比，4轮驱动（4WD）车的油耗更严重些，造成所必需的传动轴质量增加。采用电动式4WD的话，就可以将这些缺点抑制在最小程度。而且，仅在必要时才采用4WD，并通过前、后两方的电动机回收制动能量，由此将4WD化引起的油耗恶化降低到最小程度。 一、系统的构成： 大霸王牌轻型车前轮驱动采用的是并联式混合动力系统，它包括发动机、电动机、CVT及动力转换系统;后轮为电动式4WD，它是由与前电动机不相关的后电动机来驱动的。混合动力系统的构成如图1所示。采用THS-C的大霸王混合动力车与采用THS的普瑞斯对比如表1所示。大霸王混合动力车采用的电动机与动力用蓄电池的规格如表2所示。 前驱动组件的结构简图如图2所示。发动机与恒星齿轮相连，电动机与行星齿轮相连。CVT的输入有时为齿环，有时为行星齿轮。 二、系统的工作原理 1、电动机行驶与发动机行驶 图1 混合动力系统的构成 表1　大霸王混合动力车THS-C与普瑞斯THS对比表 项 目 大霸王THS-C 普瑞斯THS 空车质量/kg 1850 1220 蓄电池 216V/6.5Ah 274V/6.5Vh 前电机输出功率/kW 13 33 发动机输出功率/Kw 96(5600r/min) 53(4500r/min) 发动机转矩/Nm 190(4000r/min) 115(4200r/min) 后电动机输出功率/kW 18 — 表2　混合动力用电动机与动力用蓄电池规格 项 目 前电动机 后电动机 型 号 1EM 1FM 种 类 交流同步电动机 交流同步电动机 最大输出功率/Kw 13（1130-3000r/min） 18(1910-2500r/min) 最大转矩/Ｎｍ 110(0-1130r/min) 108(0-400r/min) 动力用蓄电池 种类 216V镍氢电池 3h率电荷量/Ah 6.5 发电机的充电状态处于通常范围时，在车辆停止及低速轻负荷等发动机的效率很低的工作区域里，则发动机自动停机、断开离合器II、仅使离合器I接合，这时为电动机行驶，从而降低了油耗。 在采用电动机行驶方式起步之后，当驾驶员需要较大的驱动力时（油门开度较大时），则起动发动机与离合器II缓缓地接合，按发动机行驶方式行车，如图3所示的r区域。 当进一步要求较大的驱动力时，除了发动机之外，电动机也加以辅助，如图3中所示的发动机＋电动机行驶方式区域。发动机与电动机等控制量的决定方法可用图4的控制方框图来说明。根据油门开度与车速可以求出驾驶员所要求的动力，利用蓄电池控制器可以求出充电所要求的动力，利用4WD控制器可以求出后轮所要求的动力，由此可以求出所要求的总动力并决定行车方式，在发动机方式下，就可以决定发动机的工作点（转速与转矩）。这些都是由CVT的变速与电子节气门来控制的。 电动机除了要完成发电与回收制动机械能的任务之外，在仅靠发动机的输出功率不能满足驾驶员要求时，则受控的电动机输出功率予以辅助。 2、发动机与电动机的协调控制： 在蓄电池的充电状态低下时，因为无法靠电动机行驶，所以需要转换到发动机与电动机协调控制方式。采用这种方式时，即使在车辆停止或者减速、轻载行驶时，也不停止发动机，电动机则以反转方式起着发电机的作用，在对蓄电池充电的同时还可以作行车用。 电动机承受着发动机的反力，所以可将电动机称作是电动式变矩器。在传统的采用自动变速器（AT）的车辆上，油压式变矩器发热造成了以损耗，而在电动工变矩器上，这些能量都可以回收。此外，在以4WD方式行车时，由于相应于的发电量可以驱动后轮，可以减少蓄电池的输出。也就是说，在蓄电池充电状态较差的条件下，通过维持前轮电动机的反向旋转也可以维持4WD的性能，所以可不装用大功发电机，这就是此系统的最大优点。再来看一下发动机与电动机协调控制时的蓄电池的电力收支与前、后轮的驱动转矩的分配比的关系。设蓄