CAMRY混合动力轿车技术介绍

凯美瑞(CAMRY)混合动力轿车介绍一、凯美瑞混合动力轿车概述二、凯美瑞混合动力轿车开发技术方案三、凯美瑞混合动力轿车动力系统构成四、车载能源系统五、驱动系统六、控制系统七、典型的车辆运行条件HybridCAMRY一、凯美瑞混合动力轿车概述•凯美瑞（CAMRY）混合动力轿车搭载丰田汽车公司新开发的“THSⅡ”(ToyotaHybridSystemⅡ)丰田二代油电混合动力系统。•系统的开发引入“混合协同增效驱动（HybridSynergyDrive）”概念，可达到更佳的环保效果，使驾驶者充分感受“驾驶的乐趣”。•在此概念下，THSII的控制系统有重大发展，使电动机和发动机产生的双动力能够协同增效，通过大幅提升供电电压，使整车在环保性能和动力性能之间实现了很好的平衡。HybridCAMRYHybridCAMRY二、凯美瑞混合动力轿车开发技术方案+-能量蓄电池强力加速电力+汽油电力+汽油一般行驶发动机停止行驶所需要的能量１２３４（以最高功率运转）发动机输出5４提供不足部分的能量储存剩余能量静止发动机停止起动电力制动充电回收制动能量2.1.系统运行原理•在起步时只使用电动机动力；•正常行驶则运用燃油效率高的发动机和电动机的最佳配合；•急加速时，高输出功率的电动机和发动机将达到最大能量值，满足更为流畅稳健的行驶；•减速和制动时将车辆的制动再生能量转换为电能给蓄电池充电。HybridCAMRY2.2.驾驶者与环境双受益汽油车（L4）HV约15%功率（kw）汽油车（L4)HV约30%CO2排放量汽油车（L4）HV油耗(L/100km)约30%1.结合内燃机和电动机两种动力源，两者相互取长补短以达到高效的驱动性能，凯美瑞（CAMRY）混合动力轿车高水平地满足了现代汽车对低油耗、低尾气排放量的要求，加速良好，运行安静。2.与同排量的汽油车相比，油耗和CO2排放量均减少了约30％，最大功率却提高了15％。HybridCAMRY三、混合动力系统构成混合动力汽车三大系统构成：车载能源系统：HV蓄电池组驱动系统：混合动力变速器+变换器总成控制系统：THS控制器HybridCAMRY发动机和MG2（2号电机发电机）通过混联式混合动力结构进行动力配合；HV蓄电池，通过变换器总成的变压系统向MG1（1号电机发电机）和MG2供电。或由MG1、MG2向HV蓄电池充电3.1.主要部件分布（1）HybridCAMRY3.2.主要部件分布（2）HybridCAMRY3.3.动力电缆分布HybridCAMRY•动力电缆从位于后排座位后面的HV蓄电池的接线盒的接头处开始，穿过地板下方，沿着地板加强筋的边缘，在发动机室内连接到变换器总成。•连接HV蓄电池与变换器、MG1和MG2，以及连接变换器与电子变频压缩机。•动力电缆被屏蔽起来以减少电磁骚扰。并且为了区别于低压线，线束和接头都用橙色予以标记3.4.混合动力系统图HybridCAMRY四、车载能源系统HybridCAMRYTHSII车载能源系统使用一个额定电压为DC244.8V的高输出HV蓄电池，通过变换器总成供电给MG1和MG2。封闭式镍氢（Ni-MH）HV蓄电池具有功率密度高、重量轻，并提供长使用寿命来匹配THSII的特性。由于THSII在车辆正常工作时实现了充/放电控制以确保HV蓄电池维持在一个恒定的SOC（充电状态）范围，所以它不需外部充电。4.1.HV蓄电池组类型密封式镍氢蓄电池蓄电池单元数量204单元（6单元×34模块）蓄电池单元类型镀镍板金属容器型额定电压244.8V冷却方式空冷在HV蓄电池模块的中间设计了一个能切断回路的维护插头。在对高压回路的任何一部分进行维护前，必须拔掉该维护插头。HybridCAMRY4.2.HV蓄电池组冷却系统•采用一个专用的冷却风扇(直流无刷电机、复叶扇)利用座舱内的空气对HV蓄电池进行冷却。•座舱内的空气通过位于后搁板上的进气管引入，向下流过蓄电池模块，给蓄电池模块降温，然后通过排气管从车辆中排出。•控制系统图如下：HybridCAMRY4.3.DC/DC变换器•DC/DC变换器将HV蓄电池提供的额定电压DC244.8V降到DC12V后给辅助蓄电池供电。•灯具、音响系统、空调系统（压缩机除外）和ECU都由辅助蓄电池供电。HybridCAMRY•DC/DC变换器冷却系统使用一个专用的冷却风扇(直流无刷电机、复叶扇)来进行冷却。•座舱内的空气通过位于后搁板上的进气管导入。另外，变换器本身也装备了散热片。五、驱动系统•混合动力驱动系统由一台3AZ-FXE(2.4L)发动机和一个混合动力变速器（HybridTransaxle）组合而成。•混合动力变速器主要由MG1及MG2，复合齿轮单元、反向齿轮单元以及差速齿轮单元构成。通过动力分割行星齿轮组，使混合动力变速器达到了无级变速的效果。HybridCAMRY5.1.混合动力变速器HybridCAMRY由MG1及MG2，复合齿轮单元，反向齿轮单元以及差速齿轮单元构成。控制系统根据行车条件以最佳的方式将发动机和MG2的动力进行结合来驱动车辆。复合齿轮单元由一个电动机降速行星齿轮组和一个动力分割行星齿轮组构成5.2.MG1和MG2•MGl和MG2均为紧凑、轻量、高效率永久磁铁型交流同步电机。•用于使车辆获得最佳动态特性，包括平缓起动和加速。•MG1也用作起动机来启动发动机。•当再生制动被激活时，MG2将车辆的动能转换为电能，并储存在HV蓄电池中。HybridCAMRY►MG1特性◄类型永磁电机功能发电，发动机启动器最大系统电压*DC650V冷却系统水冷►MG2特性◄类型永磁电机功能发电，驱动前轮最大系统电压*DC650V最大输出105kW（141HP）最大扭矩270N-m（199ft-lbf）冷却系统水冷*：上述电压转换为交流电并供给MGl和MG2。5.3.MG1和MG2的速度传感器•传感器的定子包含三种类型的线圈：励磁线圈A、检测线圈S和检测线圈C。检测线圈S和线圈C电气交错90度。•转子呈椭圆形，定子和转子之间的间隙距离随转子的旋转而变化。•交流电流入励磁线圈A从而输出一个恒定频率的信号。线圈S和线圈C的输出值对应于转子的位置。因此，MGECU根据线圈S和线圈C输出值之间的差异检测出绝对位置。•此外，MGECU根据给定时间内转子位置的变化量计算出转速。5.4.复合齿轮单元•复合齿轮单元由电动机降速行星齿轮组和动力分割行星齿轮组构成。每个行星齿圈集成在复合齿轮内。•此外，复合齿轮集成了反向驱动齿轮和泊车齿轮。项目连接动力分割行星齿轮组太阳轮MG1齿圈输出（车轮）行星架发动机输出轴电动机降速行星齿轮组太阳轮MG2齿圈输出（车轮）行星架固定HybridCAMRY六、控制系统•THS控制系统总配置图HybridCAMRY6.1.THSECU控制•根据加速踏板位置传感器的信号；•来自MG1和MG2中的速度传感器信号；•来自档位传感器的档位信号。目标驱动力–发动机驱动力=MG2驱动力决定车辆的驾驶状况，并优化控制MG1、MG2以及发动机的驱动力。HybridCAMRY6.2.SMR控制•SMR（系统主继电器）接收THSECU的命令后接通和断开高压电路的电源。•总共使用3个继电器：正极一个（SMRB），负极两个（SMRP和SMRG）。SMRP为半导体继电器，集成在DC/DC变换器中。另外两个为触点型继电器，安装在HV电池模块的接线箱上。•控制电流起初以这种方式通过电阻，以保护电路中的触点避免电流冲击导致损坏。HybridCAMRY6.2.SMR控制-电源ON/OFF•THSECU接通SMRB后，将SMRP接通。•THSECU接通了SMRG后，关闭SMRP。•THSECU关闭SMRG。在确定SMRG的触点断开后，关闭SMRB。•确定SMRB的触点断开后，THSECU接通SMRP，然后关闭SMRP。HybridCAMRY使用SMRP以保护电路中的触点，避免高压电通/断时电流冲击导致损坏。6.3.MG1和MG2主控制器-驱动•根据THSECU的命令，MGECU通过IPM（智能电源模块）控制MG1和MG2来驱动汽车。•根据驱动或者发电，打开和关闭六个IGBT（绝缘栅双极晶体管）以控制单个电机。电机驱动时的基本控制HybridCAMRY6.3.MG1和MG2主控制器-发电•由车轮驱动的电动机的三个相顺序产生电流，被用来给HV电池充电或驱动另外一个MG。电机发电时的基本控制HybridCAMRY6.4.变换器总成控制HybridCAMRY•变压变换器将额定电压DC244.8V（来自HV蓄电池）升高到最大电压DC650V。或将最大电压DC650V降低到额定电压DC244.8V（用于HV电池）•逆变器将来自HV电池的直流电转换成MG1和MG2用的交流电，反之亦然。•另外，逆变器将MG1产生的交流电为MG2供应交流电动力。6.5.HV电池控制检测并传输HV电池状态信号（电压、电流及温度）给THSECU，用于确定充电或放电的值。同样检测并传输用于散热风扇控制所必须的散热风扇电压信号给THSECU。电池智能单元中的漏电检测电路检测任何来自HV电池的过载电流。HybridCAMRY七、典型的车辆运行条件（A）：READY指示灯亮（B）：用MG2启动（C）：MG2和发动机共同驱动（D）：低负载及定速巡航阶段（E）：节气门全开的加速阶段（F）：减速行驶阶段（G）：倒车阶段HybridCAMRY7.1.用MG2启动(A→B)HybridCAMRY按下POWER键，车辆自检车辆在正常条件下出发时，MG2驱动力通过电动机降速行星齿轮组被输出给齿圈，驱动力被传递来驱动车轮。因为发动机尚未启动。此时动力分割行星齿轮组的行星架的转速为零，齿圈以反方向空转。7.2.MG2和发动机共同驱动(B→C)•用MG2单独行驶时，如果驱动扭矩的需求增加，则MG1被开动，以启动发动机。HybridCAMRY•另外，由THSECU监测的如SOC状况、电池温度、发动机冷却液温度或电负载情况等任何条件的数据如果偏离正常值时，MG1也被开动以启动发动机7.3.低负载和定速巡航阶段(D)车辆在低负载和定速巡航阶段，发动机的动力通过行星齿轮传递。一部分动力直接输出，剩余动力通过MG1发电。通过逆变器的电气通道，电能输送给MG2，经MG2输出动力。HybridCAMRY如果HV蓄电池的SOC状态低，则由发动机带动MG1进行充电。7.4.节气门全开的加速阶段(E)当车辆的行驶条件从低负载巡航转换为节气门全开加速时，系统用HV蓄电池带动MG2进行动力补充。HybridCAMRY7.5.减速行驶、制动过程(F)•当变速杆处在D位置车辆减速时，发动机关闭且动力为零。此时车轮驱动MG2，使MG2作为发电动机工作，给HV蓄电池充电。HybridCAMRY7.6.倒车过程(G)•倒车时，所需动力由MG2提供。此时，MG2反向旋转，发动机保持停止状态，而MG1正常方向旋转，不产生任何电能。•在倒车过程中，当SOC状况、蓄电池温度、发动机冷却液温度和电气负载中任何一个达到规定值时，发动机将会启动。下图描述了发动机不运行时的情况。HybridCAMRY