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來源︰本站日期︰2021-5-3 瀏覽︰0

一、混聯式混合動力系統(Series-Parallel Combined HEV)


1)系統構成(system composition)

豐田THS系統是典型的混聯式混合動力系統。THS是“Toyota Hybrid System”的縮寫,最早被用于97年10月發布的第一代普銳斯(Puris)上。下面我們就以THS-II系統對混聯式混合動力系統進行解釋。


THS-II系統主要部件有汽油發動機、永磁交流同步電機、發電機、高性能金屬氫化物電池盒以及功率控制單元。汽車仿真教學軟件


2)部件解析(Component description)


采用THS-II系統的第三代普銳斯使用的發動機是1.8L的5ZR-FXE發動機,而2012款凱美瑞尊瑞采用的是2.5L的4AR-FXE發動機。上面提到的這兩款發動機均采用了能效相對較高的阿特金森循環。新能源汽車教學設備。



THS-II系統的關鍵也是最為復雜的部件就是由兩台永磁同步電機及行星齒輪組成的動力分配系統。


THS-II系統中帶有兩台電動機——MG1和MG2。MG1主要用于發電,必要時可推動汽車。MG2主要用于推動汽車。而MG1、MG2以及發動機輸出軸被連接到一套行星齒輪機構的太陽輪、齒圈和行星架上。


3)工作邏輯(Work logic)

下面我們來看看THS-II的核心部件——動力分配系統的工作原理。在下面解析中,發電機MG1我們簡稱為MG1,電動機MG2我們簡稱為MG2。 




發動機啟動時,電流流進MG2通過電磁力固定行星齒輪的齒圈,MG1作為啟動機轉動太陽輪,太陽輪帶動行星架轉動,與行星架連接的發動機曲軸轉動,發動機啟動。汽車運用維修設備



怠速時,電流流進MG2固定行星齒輪的齒圈,發動機帶動行星架轉動,行星架帶動太陽輪轉動,與太陽輪連接的MG1發電給電池充電。 



車輛起步時,發動機停轉,行星架被固定。MG2驅動行星齒輪齒圈,推動車輛前進。此時,MG1處于空轉狀態。



車輛起步時,如需要更多動力(駕駛員深踩油門或檢測到負載過大),MG1轉動啟動發動機。



車輛起步時,發動機驅動MG1發電並供給推動MG2運轉的電能。



在輕負荷下加速時,發動機驅動MG1發電並供給推動MG2運轉的電能,MG2提供附加的驅動力用以補充發動機動力。


在重負載下加速時,發動機驅動MG1發電並供給推動MG2運轉的電能。MG2提供附加的驅動力用以補充發動機動力。電池會根據加速程度給MG2提供電流。




降擋(D擋)時,發動機停轉,MG1空轉,MG2被車輪驅動發電給電池充電。




減速(B擋)時,MG2產生的電能供給MG1,MG1驅動發動機。此時發動機斷油空轉。MG1輸出的動力成為發動機制動力。



倒車時,只使用MG2作為倒車動力。


二、並聯式混合動力系統(Parallel hybrid power system)


1)系統構成(system composition)

本田IMA(Integrated Motor Assist)系統是非常典型的並聯式混合動力系統。下面,我們就以IMA系統為例來說明一下並聯式混合動力系統的結構。



IMA系統由4個主要部件構成,其中包括︰發動機、電機、CVT變速箱以及IPU智能動力單元組成。電動機取代了傳統的飛輪用于保持曲軸的運轉慣性。整套系統的結構非常緊湊,和傳統汽車相比僅是IPU模塊佔用了額外的空間。


2)部件解析(Component description)



IMA系統中的發動機和傳統車型中的發動機並沒有太大區別,只是在調校上更偏向于節省燃料。


IMA系統的電機安裝在發動機與變速箱之間,由于電機較薄且結構緊湊,俗稱“薄片電機”。國內銷售的CR-Z上采用的薄片電機最大功率10kW,最大扭矩78Nm。顯然,這樣的電機只能起到輔助的作用。而由于IMA系統能夠在特定情況下(如低速巡航)單獨驅動汽車,而被劃分到中型混合動力汽車行列。


IMA系統的變速箱采用的是普通CVT變速箱。在國內銷售的CR-Z上采用的變速箱是模擬7速CVT變速箱,以獲得平順的換擋體驗及較高的換擋效率。 




IMA系統的IPU智能動力單元是由PCU動力控制單元和電池組成。其中PCU又包括BCM電池監控模塊、MCM電機控制模塊以及MDM電機驅動模塊組成。


3)工作邏輯(Work logic)

IMA系統的工作邏輯包括起步加速、急加速、低速巡航、輕加速和高速巡航、減速以及停車。




起步加速時,發動機以低速配氣正時狀態運轉,同時電機提供輔助動力,以實現快速加速性能,同時達到節油的目的。



急加速時,發動機以高速配氣正時狀態運轉,此時電池給電機供電,電機與發動機共同驅動車輛,提高整車的加速性能。

 

低速巡航時,發動機的四個氣缸的進排氣閥全部關閉,發動機停止工作,車輛以純電動方式驅動車輛。



輕加速和高速巡航時,發動機以低速配氣正時狀態運轉,此時發動機工作效率較高,單獨驅動車輛,電動機不工作。


減速或制動時,發動機關閉,電機此時以發電機方式工作,將機械能最大限度地轉化為電能,儲存到電池包中。車輛制動時,制動踏板傳感器給IPU一個信號,計算機控制制動系統,使機械制動和電機能量回饋之間制動力協調,以得到最大程度的能量。


車輛停止時,發動機自動關閉,減少燃料損失和排放。當制動踏板松開時,發動機自動啟動。


三、二者比較(Comparison between the two)


1、混合程度(Mixing degree)

如果在豐田THS混合動力系統里面,油和電的動力分成是6:4的話,那麼在本田IMA系統里面這一比例就是8:2,這也是為什麼前者被稱為“強混”而後者則被稱為“輕混”或者“弱混”的原因。




豐田期望達到的效果是,汽油動力和電力各自都能夠獨當一面,可以單獨依靠電動機起步或者低速巡航。而本田的理念是,電力僅僅作為輔助汽油發動機的角色出現,必要的時候出來幫一把,達至整體動力水平不變的前提下可以使用排量更小的汽油發動機,同時借助能量回收和自動啟停等手段來提高燃油的利用率。


一個很強烈的對比,豐田第三代普銳斯Hybrid的電動機能夠輸出60kW最大功率和207Nm最大扭矩,足夠讓車輛起步和低速運行了。而本田旗下多款Hybrid車型都使用的MF6電動機,只能給出10kW和78Nm,明顯不足夠支持車輛起步。


雖然相比起來本田IMA“混”得不夠徹底,但它的顯著優勢在于結構簡單、佔用空間小、重量輕、成本低,而且更容易普及到現有汽油車型上面。在美國市。 杖袼ybrid的價格區間是24,000-29,805美元,而本田Insight則是18,500-23,690美元。





2、結構區別(Structural distinction)

IMA混合動力系統的結構有多簡單?恐怕就算是普通汽油飛度的車主都未必能夠一眼看出FIT Hybrid的發動機艙有何異樣。超薄設計的電動機安放在汽油發動機和變速箱之間,既輸出動力又同時擔當發電機的角色,厚度大概就跟一個電視遙控器參不多,然後通過橙色的高壓線路跟車尾箱的電池與動力控制單元(IPU)連接起來。IPU的體積很緊湊,只佔據了原本尾箱放置備胎的位置而已。




沒錯,就僅此而已,但如果要實現豐田的“強混”效果,則需要一個專門的發電機、一個動力輸出很不錯的電動機、一個動力分割機構(這個很關鍵),以及蓄電池和控制單元。這里說的動力分割機構不是變速箱,而是類似于四驅車分動箱的東西,可以把一部分引擎的動力分配給發電機發電去了。




于是本田IMA系統的工作方式也相對“簡單”一些,首先需要你像普通汽油車那樣扭動鑰匙點著引擎,然後掛到D擋,變速箱的界面和操作方式跟普通汽油車一模一樣,值得一提的是,本田IMA混合動力系統還可以搭配手動變速箱。



怠速狀態汽油發動機一直運轉著,踩下油門起步,電動機也一並運轉,與汽油發動機一起出力驅動車輛。到了大約40km/h左右,如果車子處于巡航狀態的話,FIT Hybrid會由電動機單獨驅動,發動機不再燃燒汽油而是關閉氣門保持空轉。不過CR-Z這時候仍然會單獨由汽油發動機供給動力。




正常情況下本田IMA系統只有在減速的時候通過回收能量給電池充電,但豐田THS系統既可以在減速時回收能量充電,也能在車輛加速時利用汽油發動機富余的動力帶動獨立發電機給電池充電。


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