混合动力车辆结构与原理汇编

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1、混合动力车辆混合动力车辆 结构结构与与控制原理控制原理 赵玉赵玉亮亮 1821071767718210717677 QQ:331945160QQ:331945160 概述概述概述概述 混合动力汽车（混合动力汽车（混合动力汽车（混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle,Hybrid Electrical Vehicle,Hybrid Electrical Vehicle,Hybrid Electrical Vehicle, 简称简称简称简称 HEV) HEV) HEV) HEV) 是指同时装备两种动力来源是指同时装备两种动力来源是指同时装备两种动力来源是指同时装备两种动力

2、来源 热动力源（由传统的汽油机或者柴油机热动力源（由传统的汽油机或者柴油机热动力源（由传统的汽油机或者柴油机热动力源（由传统的汽油机或者柴油机 产生）与电动力源（电池与电动机）的汽产生）与电动力源（电池与电动机）的汽产生）与电动力源（电池与电动机）的汽产生）与电动力源（电池与电动机）的汽 车。通过在混合动力汽车上使用电机，使车。通过在混合动力汽车上使用电机，使车。通过在混合动力汽车上使用电机，使车。通过在混合动力汽车上使用电机，使 得动力系统可以按照整车的实际运行工况得动力系统可以按照整车的实际运行工况得动力系统可以按照整车的实际运行工况得动力系统可以按照整车的实际运行工况 要求灵活调控，而发

3、动机保持在综合性能要求灵活调控，而发动机保持在综合性能要求灵活调控，而发动机保持在综合性能要求灵活调控，而发动机保持在综合性能 最佳的区域内工作，从而降低油耗与排最佳的区域内工作，从而降低油耗与排最佳的区域内工作，从而降低油耗与排最佳的区域内工作，从而降低油耗与排 放。放。放。放。 本混合动力本混合动力本混合动力本混合动力车辆车辆车辆车辆示例示例示例示例演示教学演示教学演示教学演示教学课程课程课程课程，以丰以丰以丰以丰 田混合动力系统田混合动力系统田混合动力系统田混合动力系统-II (THS-II)-II (THS-II)-II (THS-II)-II (THS-II)的动力驱动系统的动力驱动

4、系统的动力驱动系统的动力驱动系统 的基本结构与控制原理的基本结构与控制原理的基本结构与控制原理的基本结构与控制原理为为为为讲解讲解讲解讲解内容内容内容内容；重点；重点；重点；重点 突出突出突出突出“混合动力协同驱动混合动力协同驱动混合动力协同驱动混合动力协同驱动”的教学理念；的教学理念；的教学理念；的教学理念； 了解混合动力的了解混合动力的了解混合动力的了解混合动力的电电电电气气气气化化化化技术与电机及其驱技术与电机及其驱技术与电机及其驱技术与电机及其驱 动控制技术、动力蓄电池技术以及燃料动动控制技术、动力蓄电池技术以及燃料动动控制技术、动力蓄电池技术以及燃料动动控制技术、动力蓄电池技术以及燃

5、料动 力能源的合理利用等控制原理力能源的合理利用等控制原理力能源的合理利用等控制原理力能源的合理利用等控制原理 。 THS II 组件 THS II 主要组件 HV电池 带转换器的逆变器总成 增压转换器 逆变器 DC/DC 转换器 辅助电池 发动机 动力管理控制ECU (HV CPU) 混合动力传动桥 发电机(MG1) 马达(MG2) 高电压线束 带马达的压缩 机总成(带逆变 器) THS II 主要组件由：HV电池、辅助电池、高 电压线束、动力管理控制ECU、混合动力传动 桥、带转换器的逆变器总成、带马达的压缩机 总成、发动机等组成。 丰田混合动力系统-II (THS-II) 对大功率的 3

6、AZ-FXE 发动机以及 P311 混合动力传动桥 中的高转速、大功率马达发电机（MG1 和 MG2）执行最佳的协同控制。为前轮驱动系统 提供了良好的传动性能。 此外，其采用了由公称电压为直流 244.8 V 的大功率 HV 蓄电池总成和可将系统工作电 压升至最高电压（直流 650 V）的增压转换器 组成的变压系统。 组件 THS II 主要组件 系统图 HV电池 带转换器的逆变器总成 辅助电池 发动机 动力管理控制 ECU(HV CPU) 带马达的压缩机总成(带逆变器) 混合动力传动桥 发电机(MG1) 马达 (MG2) ECM 逆变器 DC/DC 转换 器 增压转换器 : 高电压线束 TH

7、S II 主要组件，通过高压线束连接构成 的控制电路系统图；电源电缆是高压、大 电流的电缆，连接 HV 蓄电池与带转换器 的逆变器、逆变器与 MG1 和 MG2、以及 逆变 器与电动逆变器压缩机。电源电缆 从位于后排座椅后面的 HV 蓄电池的 HV 接 线盒总成的连接器 开始。 该电源电缆穿过地板下方，沿着地板加 强件侧，延伸到发动机室内，与逆变器 连接。电源 电缆被屏蔽，以减少电磁干 扰。 高电压线束 概要 高电压线束承受高电压，高电流 高电压线束 网状屏蔽线 护套 高电压线束：主要承受高电压、高电流的导通 输出和安全保护功能。本图所指示的是高压电 束在发动机室内的安装位置；高电压线束结构

8、由：线束和护套、网状屏蔽线组成；保证高电 压、高电流的输出导通安全。 高电压线束 系统图 HV电池 增压 转换器 MG1 变频器 带转换器的变频器总成 MG2 变频器 辅助电池 带马达的压缩机总成(带 变频器) Max. DC 650 V DC 244.8 V DC 14 V 混合动力传动桥 AC AC DC-DC 转换器 For 辅助电池 DC 244.8 V 高电压线束与组件连接构成的系统图；见图示， HV电池通过高压线束连接的组件传输功能是：HV 电池由高压线束输送DC 244.8 V供给带转换器的变 频器总成；进行三路电压输送：1路由增压转换器 ，将DC 244.8 V增压为DC 65

9、0 V提供给变频器， 变频AC电压，再输送AC电压，给混合动力传动桥 中的MG1和MG2马达完成驱动功能。2路由DC-DC 转换器将高压电转变为DC14V低压电输送给辅助 电池进行充电。3路由HV电池将DC 244.8 V电压提 供给带马达的压缩机总成，完成驱动功能。 高电压线束 位置 带马达的压缩机总成 带转换器的变频器总成 HV电池混合动力传动桥 (MG1, MG2) 高电压线束 本图表示，高电压线 束 从HV电池至前置安装 的组件连接示例。 混合动力传动桥 概要 混合动力传动桥主要由下列组件构成 G2M 动力分配行星齿轮 油泵 (机械型) MG1 主减速 从动齿轮 中间轴齿轮 差速器小齿

10、轮 传动桥 减震器 主减速 驱动齿轮 马达减速行星齿轮 P410 混合动力 传动桥 组合齿轮单元 该混合动力传动桥包含用来驱动车辆的 马达发电机 MG2 和用来生成电源的马 达发电机 MG1，采用带复合齿轮机构 （由马达减速行星齿轮机构和动力分配 行星齿轮机构组成）的 无级变速器，以 获得平稳和安静的操作。 来自发动机 至车轮 减速器 差速器齿轮 至车轮 MG2 中间轴从动齿轮 混合动力传动桥 混合动力传动桥复合齿 轮机构驱动原理 该传动桥将发动机和 MG2 产生的原动 力经过减速齿轮传输到复合齿轮机构 的中间轴主动齿轮、中 间轴从动齿 轮、减速主动齿轮，然后传输到差速 器齿轮机构，以驱动前轮

11、。 混合动力传动桥 齿轮传动链 发动机 传动桥减震器 MG1 差速器小齿轮 主减速从动齿轮 中间轴齿轮 MG2 油泵 马达减速 行星齿轮 组合齿轮单元 动力分配 行星齿轮 本图所表示传动桥基本结构。混合动力 传动桥主要由 MG1 和 MG2、复合齿轮 机构（含有马达减速行星齿轮机构和动 力分 配行星齿轮机构）、中间轴齿轮机 构以及差速器齿轮机构组成。 该传动桥 具有三轴结构。复合齿轮机构（含有马 达减速行星齿轮机构和动力分配行星齿 轮机构）、 MG1 和 MG2 位于主轴 上。中间轴从动齿轮和减速主动齿轮位 于第二轴上。差速器齿圈和差速 器齿轮 机构位于第三轴上。复合齿轮机构中的 动力分配，由

12、行星齿轮来完成四种方式 传输原动力。 混合动力传动桥 复合齿轮单元 结构 驻车锁止齿轮 齿圈 (马达减速行星齿轮) 齿圈 (动力分配行星齿轮) 中间轴齿轮 组合齿轮单元 动力分配行星齿轮 单元 中间轴齿轮 (组合齿轮 ) 马达减速行星齿轮 单元 动力传动桥 图中所表示的是复合齿轮结构的安装 位置。其中在马达减速行星齿轮机构 中，太阳齿轮与 MG2 的输出轴耦合 在一起，且行星齿轮架固定。 混合动力传动桥 复合齿轮单元 齿轮传动链 MG1 MG2 发动机 到前轮 动力分配装置 太阳轮: MG1 行星齿轮架: 发动机 齿圈: 组合齿轮 (到车轮) 马达减速装置 太阳轮: MG2 行星齿轮架: 固定

13、 后齿轮: 组合齿轮 (到车轮) 复合齿轮机构由马达减速行星齿轮机构和动 力分配行星齿轮机构组成。马达减速行星齿 轮机构 （其目的是减小马达的转速）用来使 高转速、大功率的 MG2 与动力分配行星齿 轮机构实现最佳 结合。动力分配行星齿轮机 构将发动机的原动力分成二路：一路用来驱 动车轮，另一路用来驱动 MG1，因此， MG1 可作为发电机使用。 混合动力传动桥 车辆行驶基本操作 混合动力车辆控制系统使用发 动机和 MG2 提供的原动力， 并主要将 MG1 作为发电机使 用。该系统根据 不同的驾驶 条件优化组合这些动力。见下 例图演示。 混合动力传动桥 着车起步 车辆在正常情况下起步时使 用

14、MG2 的原动力行驶。由 MG2 为车辆提供动力。仅以 MG2 行驶时，如果所需驱动 扭矩增加，则激活MG1 以起 动发动机。 混合动力传动桥 低负荷 车辆在低负荷行驶时 ，仅由 MG2 为车辆 提供动力，这时所需 驱动扭矩增加，则激 活MG1 以起动发动 机。 混合动力传动桥 加速 车辆在低负载和定速巡航状态下 行驶时，动力分配行星齿轮机构传 输发动机原动力。一部分原 动力将 直接输出，其余部分将用于通过 MG1 发电。通过使用逆变器的电力 路径，将该电力传输 至 MG2，并 作为 MG2 的原动力输出。 车辆行驶状态从低负载巡航变为节 气门全开加速时，系统用来自 HV 蓄电池的电力为 MG

15、2 补充原动 力。 混合动力传动桥 D档域减速 车辆在换档杆置于 D 位置的状态下 减速时，发动机停止且原动力变为 零。此时，车轮驱动 MG2，使 MG2 作为发电机运行并对 HV 蓄电 池充电。 如果车辆在较高车速时减速，则发 动机将 不停止且保持预定转速，以 保护行星齿轮。 混合动力传动桥 B档域减速 车辆在换档杆置于 B 位置的状态下 减速或制动时，发动机停止且原动力 变为零。此时，车轮驱动 MG2，再 生制动功能使 MG2 作为发电机运行 ，将电能存储到 HV 蓄电池内。 混合动力传动桥 倒车 车辆倒档行驶时，由 MG2 提供所需动力。此时 ，MG2 沿相反方向旋转， 发动机保持停止，

16、而MG1 则沿正常方向旋转但不发 电。 混合动力传动桥 马达减速行星齿轮单元 降低MG2转速并增加扭矩 减速比: 2.64 扭矩 车速 没有减速机构 有减速机构 本图表示位于复合齿轮机构内的马 达减速行星齿轮架是固定的。由太 阳齿轮输 入的 MG2 原动力被输出 到齿 圈上以驱动车轮 。因此，马达 减速行星齿轮可以根据固定传动比 降低 MG2 的转速，增大扭矩。曲线 图中表示没有减速机构和有减速机 构的两种车速与扭矩关系坐标曲 线。 混合动力传动桥 MG (马达发电机) 结构 MG1MG2 转子 定子 定子线圈 永久磁铁 转子 定子 定子线圈 永久磁铁 本图表示MG(马达发电机)基本结构与布置。两种类型的定 子线圈，为轻型和高效的交流永久磁铁同步马达。 MG1 发电机 ： 由发动机驱动并产生高压电，以运行 MG2 和 / 或对 HV 蓄 电池充电。而且，它还可作为起动