丰田普锐斯混合动力汽车的结构原理与检修

王斌，张晓明

（1.无锡商业职业技术学院，江苏无锡 214153；2.芜湖凯翼汽车有限公司，安徽芜湖 241009）

丰田普锐斯混合动力汽车的结构原理与检修

王斌1，张晓明2

（1.无锡商业职业技术学院，江苏无锡 214153；2.芜湖凯翼汽车有限公司，安徽芜湖 241009）

丰田普锐斯混合动力汽车有着良好的燃油经济性和绿色环保性能，被越来越多的人所接受。文章阐述了普锐斯混合动力汽车的结构组成，着重分析了混合动力系统不同工况下的工作原理，介绍了普锐斯的维修注意事项和一般检修步骤。

普锐斯；混合动力；THSⅡ；结构原理；故障检修

丰田普锐斯是日本丰田汽车公司研发上市的第一款大规模生产销售的混合动力汽车，至今已销往全球40多个国家和地区，普锐斯因革命性地大幅度降低了燃油消耗和尾气排放，受到多国的青睐[1]。

一、普锐斯混合动力汽车的结构组成

普锐斯混合动力汽车是一套混联式混合动力系统，它把并联式混合动力系统和串联式混合动力系统的优点进行有机组合，系统结构上也更加复杂。图1所示为该汽车系统组成，主要由HV蓄电池、变频器、发动机、MG1、MG2、以及动力分配系统等组成。

（一）HV蓄电池

HV蓄电池属于高输出镍氢蓄电池，重量轻、寿命长的优点较为明显。HV蓄电池是由28块7.2V的电池组合而成，电池电压为201.6V，并由专门的电池ECU对其进行监控管理，对电池充放电的过程进行全面监测，从而避免因过充或过放而导致电池损坏。普锐斯除了HV蓄电池外还有一块辅助蓄电池，电压为12V，主要是用来给灯光、多媒体系统以及其他附件及所有的ECU供电。

图1 普锐斯汽车结构组成

（二）变频器总成

变频器在车辆启动的时候将201.6V的直流电转换为500V的交流电，驱动电动机辅助发动机抑或是独立驱动车辆行驶；在能量回收的时候再将500V的交流电转换为直流电对蓄电池进行回充电。变频器内部集成DC-DC直流转换器，可以用来为其他用电设备提供电源，还可以为12V辅助蓄电池进行充电。

（三）发动机总成

目前在售的第三代普锐斯装配阿特金森（Atkinson）循环发动机，该款发动机将老款1.5升的排量更换为1.8升，采用阿特金森循环技术、VVT-i和ETCS-i技术来推迟进气门关闭。发动机在压缩冲程从进气门排放出部分燃气，减少进入的气量，从而实现进一步节油的效果，最大功率为98马力，扭矩142Nm。

（四）MG1和MG2

MG1和MG2皆为永磁式交流同步电动机。MG1用于发电同时也作为发动机的起动机使用，MG1额定电压是500V交流,其最大功率为37.8KW，最大扭矩为45N.M。MG2是汽车驱动电机，同时也起到发电机的作用，比如在汽车减速的时候它被车轮驱动发电给蓄电池充电。MG2额定电压也是500V交流，其最大功率为50KW，最大扭矩为400N.M，最大转速为6700rpm。

（五）动力分配系统

混合动力系统的动力分配系统主要依靠一套行星齿轮机构来完成，如图2所示。行星齿轮机构包括太阳轮、行星架以及齿圈，其中发动机和行星架相连，MG1和太阳轮相连，MG2和齿圈相连。太阳轮和MG1相连，MG1既可以正转又可以反转，太阳轮也随之正转或反转。行星架与发动机相连，行星架只能随发动机正转。齿圈一端和MG2相连，齿圈可以随着MG2正转或反转，齿圈的另一端通过减速齿轮与驱动车轮相连，MG2正转的时候车辆前行，MG2反转的时候车辆倒退[2]。

图2 行星齿轮机构

二、普锐斯混合动力系统的工作方式

（一）静止状态下发动机的启动

HV蓄电池提供电力给MG1，MG1工作带动行星齿轮机构中的太阳轮转动，因为车辆静止，此时与MG2相连的齿圈静止无法转动，所以太阳轮带动行星轮转动，行星架就带动与之相连的发动机转动，发动机启动完成。发动机启动的时候只给两个气缸点火，发动机启动非常平静。启动后HV蓄电池不再向MG1供电，如果蓄电池电量不足，车载电脑则将节气门开度稍微调大以提高发动机转速，带动MG1运转，发电给蓄电池充电。

（二）车辆起步

车辆在较小负荷、缓慢加速的时候，不需要发动机工作，只需要MG2驱动车辆起步，但负载增大或者坡道起步，发动机提供的扭矩则远远不够。根据行星齿轮动力分配机构的结构，可以简单认为发动机相当于一直处于最高挡位上，扭矩较小，所以起步加速时所需要更大的扭矩应该由MG2来补充。发动机运转后，一部分动力驱动车辆前行，另一部分动力驱动MG1发电，用来供给MG2和HV蓄电池充电，这时发动机会适当增加节气门开度，提高发动机转速，提高发动机功率。

（三）加速或爬坡

在加速或爬坡需要较大驱动力的时候，MG2和发动机同时工作，MG1产生的电能供给MG2，同时根据情况HV蓄电池也会适时适度地给MG2提供电能。如图3所示，发动机驱动行星架，把七成的扭矩通过行星架、外齿圈传递给驱动轮，把三成的扭矩通过行星架、太阳轮传递给MG1，MG1发电供给MG2，MG2再驱动车辆运动。ECU根据HV蓄电池的电量、节气门的开度、坡道大小等因素，适度调用HV蓄电池的电能，控制MG2的输出扭矩。

图3 加速工况动力示意图

（四）减速工况

减速工况分为两种情况，一种是在D挡减速，另一种是在B挡减速，工作原理如图4、图5所示。

图4 D挡减速工况动力示意图

图5 B挡减速工况动力示意图

D挡减速时，电能不再提供给MG2和MG1，此时MG2作为发电机使用，驱动车轮带动齿圈转动、齿圈带动MG2运转发电，从而给HV蓄电池反充电。

B挡减速时，MG2仍作为发电机使用，驱动车轮带动齿圈转动，齿圈带动MG2运转发电，从而给HV蓄电池反充电；同时还给MG1提供电能，MG1运转驱动发动机，当然这个时候发动机自身被断油无法自运转，MG1带动发动机用来制动，从而实现对车轮的制动作用。

（五）倒车

普锐斯的倒车功能和传统汽车不一样，它没有倒档齿轮，因此只能通过改变MG2的旋转方向实现倒车。在HV蓄电池不亏电的情况下，发动机是熄火的，MG2带动齿圈倒转，行星架不转，那么太阳轮会正向空转，既不发电也不消耗电。为了防止MG1超速空转，高速倒车不被允许。如果HV蓄电池电力不足，倒车时发动机还会继续运转，此时行星架、太阳轮和MG1会加快旋转，ECU必须将倒车的速度限制在一个比较低的转速上[3]。

三、普锐斯混合动力汽车的检修

（一）检修高压电路的注意事项

普锐斯配备了在500V电压下工作的混动系统，容易发生危险事故，所以必须严守操作规程。

（1）维修人员必须经过严格的专业训练，持证上岗；（2）高压线束和连接器的颜色都为橙色，高压零部件上均标注“高压”字样，不可随意碰触；（3）当系统中的高压线束和连接器存有故障时，应统一更换，切不可擅自维修使用；（4）整个检修过程中一定要戴专业的绝缘手套，最好穿上专用的绝缘胶鞋；（5）要将辅助蓄电池的负极电缆断开；（6）拆下检修塞后必须等待5分钟，等变频器内的高压电容器放完电，并用万用表监测变频器内每一个相位的电压，读数为零后才可以进行下一步检修操作；（7）不得擅自携带金属器件，防止这些物品意外掉落导致系统线路短路；（8）在触碰裸露高压线路的时候，切记要戴好绝缘手套，同时测量电压应为零伏；（9）断开高压线路必须使用绝缘胶带绝缘，在高压端子紧固的时候，必须按照规定扭矩紧固螺母。

（二）故障诊断与检修的一般步骤

（1）车辆进入车间、分析客户所述故障；（2）将专用解码仪插接到DLC3（数据链路连接器），如有故障码则检查DLC3；（3）检查并记录DTC数据，如果出现关联CAN系统的故障应先检修CAN通信；（4）运用普锐斯专用解码仪清除DTC故障代码；（5）故障症状再确认，若故障未再出现则进行症状模拟，若故障出现检查DTC；（6）根据DTC表查找数据信息，进而检查电路；（7）故障识别、调整或修理后进行试车检验，以确认故障已排除。

[1]胡登兴，饶建伟.新普锐斯混合动力汽车系统结构与故障诊断[J].中国高新技术企业，2015（6）：117.

[2]张年华.丰田普锐斯发动机不能启动故障的检修[J].科技资讯，2015（11）：84-85.

[3]彭仲连,许红军.丰田普锐斯混合动力汽车结构原理与检修[J].汽车维修，2015（9）：16.

（编辑：林钢）

Structure Principle and Overhaul of Toyota Prius Hybrid Cars

WANG Bin1,ZHANG Xiao-ming2
（1.Wuxi Vocational Institute of Commerce，Wuxi 214153，China；2.Wuhu Cowin Auto Co.,Ltd，Wuhu 241009，China）

Toyota Prius hybrid cars are widely accepted as it is economic and environment friendly.This article illustrates the structure principle of Prius hybrid cars with an emphasis laid on the operating principles under different working conditions.It also introduces the key points for attention in maintenance and the general steps of overhaul for Prius hybrid cars.

Prius;Hibrid Electric Vehicle;THS II;Structure principle;Trouble shooting

U 472.41

A

1671-4806（2016）06-0093-03

2016-09-10

王斌（1982—），男，江苏无锡人，实验师，研究方向为汽车维修；张晓明（1981—），男，安徽芜湖人，工程师，研究方向为汽车底盘测试。