泛亚对普锐斯prius的拆解、测试分析报告

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1、 Toyota Hybrid EV 技术分析报告技术分析报告 泛亚汽车技术中心有限公司泛亚汽车技术中心有限公司 动力总成部动力总成部 2003.12 目 录 目目 录录 第1 章 课题背景.1 第2 章 PRIUS 整车概述4 2.1 Prius 整车概述4 2.2 Prius 技术参数6 2.3 Prius 油耗水平8 2.4 Prius 排放水平10 2.5 Prius 噪声水平11 第3 章 PRIUS 整车各系统分析12 3.1 动力系统概述12 3.2 发动机概述15 3.2.1 Prius 发动机规格16 3.2.2 Prius 汽油机与常规汽油机的比较.16 3.2.3 发动机结

2、构特点17 3.2.4 发动机效率曲线和扭矩曲线.17 3.2.5 提高效率的手段19 3.2.6 经济性和排放性20 3.3 PSD(Power Split Device).22 3.4 NiMH 高压电池系统.25 3.4.1 NiMH 高压电池系统概述.25 3.4.2 NiMH 电池系统26 3.4.3 MAIN RELAY SYSTEM.30 3.5 逆变器总结30 3.6 DC/DC Convertor.34 3.7 电机35 3.7.1 电机概述.35 3.7.2 结构形式.36 3.7.3 控制方式.37 I 目 录 3.8 12V 蓄电池.39 3.9 ABS 系统40 3.

3、9.1 ABS 系统综述.40 3.9.2 ABS 系统各组成部分介绍42 3.10 冷却系统45 3.10.1 电机冷却系统45 3.10.2 发动机冷却系统47 3.11 空调和水暖系统47 3.11.1 取暖系统.47 3.11.2 空调系统.49 3.12 显示系统52 3.13 动力转向系统53 第4 章 PRIUS 动力总成控制系统与策略分析.55 4.1 Prius 控制系统和 ECU 接口.55 4.1.1 ECU 的名称和作用55 4.1.2 ECU 的位置56 4.1.3 主要控制器接口57 4.1.4 其它控制器61 4.2 动力总成控制策略.62 4.3 发动机最优运行

4、点控制.65 4.3.1 启动怠速工况67 4.3.2 全加速工况68 4.3.3 滑行后加速过程69 4.3.4 REG 过程.70 4.4 发动机ON/OFF 策略.70 4.5 电机控制策略71 4.6 蓄电池SOC 平衡策略.72 4.7 蓄电池充放电策略.73 II 目 录 第5 章 PRIUS 的工况模式描述5.74 5.1 起动工况74 5.2 起步工况75 5.3 加速和上坡工况76 5.4 巡航工况77 5.5 滑行工况78 5.6 刹车及起步防后溜工况.79 5.7 低速EV 工况80 5.8 倒车工况81 5.9 运行工况小结81 第6 章 PRIUS 试验测试与结果分析

5、.85 6.1 试验测试内容和方法.85 6.1.1 试验测试内容.85 6.1.2 试验测试方法.86 6.2 试验结果分析87 6.2.1 发动机起动过程分析87 6.2.2 EV 工况分析89 6.2.3 起步工况分析.90 6.2.4 加速工况分析.92 6.2.5 巡航工况分析.95 6.2.6 滑行工况分析100 6.2.7 制动工况分析105 6.2.8 排放分析.110 参考文献122 III 第 1 章 课题背景 第第1章 课题背景章 课题背景 2003 年 1 月，上汽集团汽车工程研究院陈潼部长提交“上海汽车工业(集团)总公司项目 建议书混合动力电动车折解消化与技术分析，立

6、项对日本 Toyota PRIUS 混合动力轿 车进行折解研究。参与单位为上汽集团汽车工程研究院、泛亚汽车 技术中心有限公司、上海交通大学、同济大学、上海大众汽车公司、上海通用汽车公 司。 经过多次多方协商，2003 年 7 月 7 日，上汽集团汽车工程研究院最后确定了各方的工 作内容和进度计划。与泛亚有关的内容如下： (1) 泛亚承担的工作内容见表1-1； (2) 进度计划见图1-1。 任务下达后，泛亚列了一个内部项目（项目号 8748） ，由卓斌担任项目经理。上海交通 大学汽车电子研究所派出人员参与了整个项目执行。 在泛亚，该项目的进度如下： 2003.07.25 Prius 轿车运至泛亚

7、 2003.08.31 整车分析完成，试验大纲交工程院 2003.09.30 整车测试与数据采集系统制作完成 2003.11.13 整车试验与测试完成 2003.11.14 泛亚向工程院汇报任务完成，可将车运回 2003.11.19 工程院将车运回 1 第 1 章 课题背景 表 1-1 泛亚承担的任务内容 2 分析车辆构造和主要控制线路（与工程院共同完成）（与工程院共同完成） 2.1 整车结构，总布置，前舱内发动机、变速机构与电机的一体化、各控制器的位 置、冷却系统的布置、发动机附件系统、ABS 和TCS 系统等 2.2 整车（除发电机和电机）的电器布置 2.3 总体电路，273V 电源系统，

8、12V 电源系统 2.4 主要控制线路，SBUS 总线通讯网络 撰写车辆构造分析报告撰写车辆构造分析报告 3 整车测试（与工程院共同完成）（与工程院共同完成） 3.1 制定整车试验方法与规范（与工程院共同完成）（与工程院共同完成） 包括底盘测功机试验和道路试验 编制底盘测功机试验规程和道路试验规程编制底盘测功机试验规程和道路试验规程 3.3 底盘测功机试验，包括： （工程院配合完成）（工程院配合完成） 最高车速、加速时间 不同行驶循环的油耗 不同行驶循环的排放 电机、电池的实时监测及不同试验工况下电池、电机的使用情况 不同试验工况下电池温度的监测，分析电池热管理系统的工作性能 记录在不同初始S

9、OC 下进行试验时 SOC 的变化规律 按美国SC03 循环研究空调对整车性能的影响，包括： a) 对燃油经济性与排放的影响 b) 对电能使用情况的影响 c) 对混合动力驱动方式的影响 制动与能量回收试验（发电机与ABS 的制动力矩分配） 整车控制策略（包括制动控制策略）初步分析 撰写底盘测功机试验报告撰写底盘测功机试验报告 3.4 道路试验，包括： （动力性试验和噪声试验等部分项目由工程院完成）（动力性试验和噪声试验等部分项目由工程院完成） 制动试验： 测定制动踏板行程 测定电机发电转矩、发电转速 测定充电电流、充电电压 测定液压制动力矩、车速和轮速 记录电池SOC 的变化量 在不同加速和行

10、驶工况下监测与记录电机、电池的工作状态 整车控制策略（包括制动控制策略）初步分析 撰写道路试验报告撰写道路试验报告 2 第 1 章 课题背景 （军工路）（军工路） 交出各分报告交出各分报告 最迟最迟04.05.05 工程院审查分报告、写总结报告、部件整理、评审会资料准备工程院审查分报告、写总结报告、部件整理、评审会资料准备等等 完成动力拆解完成动力拆解 04.02.10 节点节点4 完成课题评审完成课题评审 节点节点2 完成整车拆解完成整车拆解 节点节点3 完成稳态试验完成稳态试验 分报告及零 部件返回工 分报告及零 部件返回工 6.5冷却及润滑系统分析 （军工路） 冷却及润滑系统分析 （军工

11、路） 6.4发动机分析发动机分析6.3电机和发电机电机和发电机 分析（同济）分析（同济） 电机发电机电机发电机送送同济同济 6.2机械结构机械结构 分析（工程院）分析（工程院） 动力总成动力总成送送回工程院，回工程院，写分 报告 写分 报告 6.1动力总成拆解（工程院）动力总成拆解（工程院） 5稳态试验稳态试验 （军工路）（军工路） 其他留院其他留院动力总成动力总成送送军军工工路路 7蓄电池蓄电池 拆解分析拆解分析 8.4仪表分析 （工程院） 仪表分析 （工程院） 8.3动力转向 分析 动力转向 分析 8.1制动系统 分析 制动系统 分析 8.2空调系统 分析 空调系统 分析 4整车拆解（工程

12、院）整车拆解（工程院） 仪表系统仪表系统 留留工工程院程院 空调系统空调系统 送送易易通通 动力转向动力转向 送送汇众汇众 制动系统制动系统 送送交大交大 蓄电池蓄电池 送同济送同济 泛亚和工程院分别撰写泛亚和工程院分别撰写 整车试验报告整车试验报告 节点节点1 完成整车测试完成整车测试 03.11.14 完成整车规范完成整车规范 03.07.11 整车交付泛亚整车交付泛亚 03.07.25 3.4 道路试验（制动） （泛亚）道路试验（制动） （泛亚） 3.3 测功机试验（泛亚）测功机试验（泛亚） 3.4 道路试验（除制动） （工程院）道路试验（除制动） （工程院） 3.2 工作模式分析（工程

13、院）工作模式分析（工程院） 3.1 整车试验规范（泛亚与工程院等）整车试验规范（泛亚与工程院等） 整车从工程院迁至泛亚整车从工程院迁至泛亚 2整车分析（泛亚）整车分析（泛亚） 完成整车准备完成整车准备 03.06.27 整车从泛亚返回工程院整车从泛亚返回工程院 1整车准备（工程院）整车准备（工程院） 图1-1 进度计划与节点 3 第 2 章 PRIUS 整车概述 第第 2 章章 PRIUS 整车概述整车概述 2.1 Prius 整车概述整车概述 2000 东京车展，TOYOTA 世界上最大的汽车企业之一，推出了第二代混合动力车 Prius。2001 美国 SAE 杂志把这个车评为Best En

14、gineering Car of 2001。1997 到2001 这 段时间里，第一代prius 在日本已经卖出了37,000 辆，现在这辆车的销售在全球已经 超过 10 万辆，是世界上第一辆产业化的混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle)。 Toyota Prius 到目前为止推出了第 3 个版本：第一代 Prius 于1997 年上市，主要在日 本销售；第二代 Prius 2000 年开始在美国和欧洲销售。虽然混合动力配置没有改变， 但动力性增强了，几乎是一辆重新设计的新车；Prius 于2003, 2004 年在美国发售第三 代，见图 2-1。本次测试用的Prius

15、 是第二代，见图 2-2，故本文主要介绍的是 MY 2001 Prius (Model Year 2001)。 图2-1 MY 2001 Prius 图2-2 用来分析的Prius 4 第 2 章 PRIUS 整车概述 混合动力的类型包括串连型，并联型，混连型。Prius 是第一辆混连型的 HEV，她的动 力系统叫做Toyota Hybrid System (THS)，结合了串连和并联两种方式的特点。 由发动机(ICE)，发电机(Generator)，电动机(Motor)，行星齿轮，逆变器(Inverter/Con-verter) 和动力蓄电池组组成。其中，发电机和电动机都可以做电动机，也可以

16、做发电机，叫做 MG1，MG2。行星齿轮将两个电机，发动机有机的联系起来，见图 2-3。 图 2-3 Prius 动力总成各部件的位置 图2-4 Prius THS 由图 2-4：白色的铝盒就是逆变器。如果沿着逆变器左边的冷却水壶划一条线， 5 第 2 章 PRIUS 整车概述 则左边是传统的发动机部分，右边则是电机，逆变器，行星齿轮等部件。其中，发动机是传 统的 4 缸汽油机，采用 Atkinson 循环，可变定时，曲轴偏置，SFI；电机是交流永磁同步无 刷电机，最大功率分别为 33KW 和 16KW；NiHM 蓄电池组，无需外接充电，免维护；制 动系采用前后轮均为盘式制动，制动为线控，最优化制动再生能量充电。 2.2 Prius 技术参数技术参数 Prius 被定义为Compact 型，车型类似 Camry，排放水平是 SULEV。 表 2-1 Prius 标准配置 AM/FM Stereo Cassette Front Wheel Drive Electronic CVT Front Disc/Rear Drum B