南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蔣浩豐

本文以第3代普銳斯車為例，簡單分析普銳斯車混合動(dòng)力系統(tǒng)的組成與工作原理，重點(diǎn)闡述普銳斯車的混合動(dòng)力傳動(dòng)橋（P410）的結(jié)構(gòu)原理。

1 普銳斯車混合動(dòng)力系統(tǒng)的組成與工作原理

普銳斯車混合動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力傳動(dòng)橋（P410）、帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成、HV蓄電池、輔助蓄電池、動(dòng)力管理控制ECU、空調(diào)壓縮機(jī)和電源電纜等組成（圖1）。其中混合動(dòng)力傳動(dòng)橋的作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力與電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力傳輸至差速器和車輪；逆變器的作用是將HV蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電以驅(qū)動(dòng)MG1和MG2；增壓轉(zhuǎn)換器的作用是將201.6 V直流電壓最高升至650 V，從而提高電動(dòng)機(jī)的工作功率；DC/DC轉(zhuǎn)換器的作用是將201.6 V直流電壓降為14 V，對輔助蓄電池充電；HV蓄電池（直流電壓 201.6 V）存儲(chǔ)MG1和MG2產(chǎn)生的電能。同時(shí)，當(dāng)使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛時(shí)，HV 蓄電池向MG1和MG2供電。輔助蓄電池（直流電壓12 V）向電氣部件（如前照燈、音響設(shè)備等）供電。

普銳斯車混合動(dòng)力系統(tǒng)的部件示意如圖2所示，其工作原理如圖3所示。當(dāng)車輛原地怠速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)MG1給HV蓄電池充電；車輛起步或倒車時(shí)，HV蓄電池（先經(jīng)過逆變器）給MG2供電以產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩；定速巡行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力分為兩部分，一部分驅(qū)動(dòng)MG1發(fā)電，另一部分輸出至車輪；節(jié)氣門全開加速時(shí)，在定速巡行的基礎(chǔ)上，HV蓄電池再給MG2供電，從而增加MG2的功率輸出；當(dāng)車輛減速時(shí)，利用車輛的慣性通過MG2給HV蓄電池充電，以回收部分能量。

圖1 普銳斯車混合動(dòng)力系統(tǒng)的組成

圖2 普銳斯車混動(dòng)系統(tǒng)部件示意

2 混合動(dòng)力傳動(dòng)橋（P410）的結(jié)構(gòu)原理分析

2.1 結(jié)構(gòu)組成

混合動(dòng)力傳動(dòng)橋（P410）在車上的位置如圖4所示，混合動(dòng)力傳動(dòng)橋（P410）中使用了兩個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)：動(dòng)力分配行星齒輪機(jī)構(gòu)和減速行星齒輪機(jī)構(gòu)（圖5）。而整車的發(fā)動(dòng)機(jī)、MG1和MG2又通過復(fù)合齒輪裝置機(jī)械連接。通過采用與兩個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈集成為一體的復(fù)合齒輪，并在復(fù)合齒輪上加工出中間軸主動(dòng)齒輪和駐車鎖止齒輪，使整個(gè)復(fù)合齒輪裝置更加緊湊和輕量化。

2.3 工作原理

圖6中藍(lán)色框表示的是動(dòng)力分配行星齒輪機(jī)構(gòu)，紅色框表示的是減速行星齒輪機(jī)構(gòu)。動(dòng)力分配行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽輪連接至MG1、行星齒輪架連接至發(fā)動(dòng)機(jī)、齒圈連接至復(fù)合齒輪（至車輪）。減速行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽輪連接至MG2、齒圈連接至復(fù)合齒輪（至車輪），行星齒輪架固定于傳動(dòng)橋外殼上。兩個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈組合在一起的現(xiàn)象。

圖3 普銳斯混合動(dòng)力系統(tǒng)工作原理示意

圖4 混合動(dòng)力傳動(dòng)橋（P410）在車上的位置

圖5 混合動(dòng)力傳動(dòng)橋結(jié)構(gòu)示意

圖6 混合動(dòng)力傳動(dòng)橋工作原理

圖7 混合動(dòng)力傳動(dòng)橋動(dòng)力分配路線

當(dāng)車輛定速巡行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)過行星齒輪機(jī)構(gòu)后分為兩部分（圖7a），一部分提供給MG1，用于發(fā)電，還有一部分輸出至前輪。圖7b表示起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，HV蓄電池給MG1供電，MG1產(chǎn)生的動(dòng)力全部傳至發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，此時(shí)MG1相當(dāng)于起動(dòng)機(jī)。

當(dāng)車輛需要大功率時(shí)，如節(jié)氣門全開加速時(shí)，通過減速行星齒輪機(jī)構(gòu)降低 MG2的轉(zhuǎn)速，從而使MG2產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩。MG2連接至減速行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽輪，此刻行星齒輪架固定于傳動(dòng)橋殼體，齒圈連至復(fù)合齒輪是動(dòng)力的輸出部件。

MG2的轉(zhuǎn)速較高時(shí)較小，行星齒輪架不固定，混合動(dòng)力傳動(dòng)橋輸出的轉(zhuǎn)矩較小；當(dāng)車輛加速時(shí)，或因外界阻力變大使轉(zhuǎn)速降到一定值時(shí)，行星齒輪架被固定，減速行星齒輪機(jī)構(gòu)開始工作，轉(zhuǎn)矩迅速上升，在低速區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)矩曲線變成紅色曲線。