丰田第四代混合动力系统详解

谈起丰田的混合动力汽车技术，相信大家都不会陌生。其最新一代技术采用了最新的双电机平行轴排布方式，搭载TNGA平台的混动车型。 笔者从2006年开始关注丰田混动行星排技术，至今已经14年时间，从第一代总成衍生到今天的第四代，可谓每一代都是脱胎换骨。今天在这里详细介绍一下其工作原理， 献给一直坚持在混动技术路线的工程师战友们，献给一直为学术理想奋斗的朋友们。

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构型特点

丰田混合动力汽车采用P610的混合动力系统，话不多说，直接上干货，结构如下：

系统具有四轴结构，由扭矩限制器，单向离合器，输入轴，行星齿轮机构，电动机，减速装置和差速装置组成。其中，行星齿轮机构作为功率分流装置，其确定发动机动力是供应给电机MG1还是用作车辆驱动力。电机MG2及其减速装置采用平行轴布局。发动机的输出轴通过一个单向离合器和一个扭转减振器与行星齿轮机构的行星架相结合；电机MG1与行星齿轮机构的太阳轮相连；电机MG2通过减速齿轮及丛动齿轮与齿圈相连。丰田最为点睛之笔的设计：增加了一个单向离合器。该构型具有如下特点：

• 与前几代构型不同，该构型中电机MG1和电机MG2不再处于同一轴上，而是采用了平行轴的布置，这种平行轴布置减小了轴向尺寸和重量，与双行星排的构型相比，电机MG2的减速装置为一组直齿轮，减少了齿轮啮合点，进而降低了接合损失，提升了综合效率；

• 平行轴布置中，电机MG2的减速装置具有更大的减速比，可以使用转速更高最大扭矩较小的电机。电机MG2的体积可以更小，使得平行轴结构的驱动桥相比上一代宽度并没有增加；

• 发动机和行星架之间通过单向离合器进行连接，单向离合器反向旋转时可以锁止行星架，实现整车的双电机驱动（最牛的设计），提高了整车在纯电动模式的动力性；

• 采用了电动油泵，改进了冷却、润滑结构，提升了冷却和润滑效果。

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工作模式

配置丰田第四代混合动力系统的车辆拥有四种实际工作模式，分别为电动模式、混动模式、停车充电模式和再生制动模式。（注：倒车模式不做分析）

• 电动模式

单电机纯电动工况下，MG2作为整车动力源，转矩为正带动车辆前进，转速为正；发动机不工作，由于本身阻力较大，转速几乎为0；MG1不输出转矩，转速满足行星排传动关系，以负方向随转。

双电机驱动工况下，MG2输出正向转矩，驱动车辆前进，转速为正；MG1转速方向为负，同时转矩方向也为负，根据行星齿轮传动关系，传递至齿圈端的转矩方向为正，与MG2共同驱动车辆；发动机不工作，受MG1负转矩影响有负向转动趋势，触发单向离合器锁止，发动机转速保持为0。相比单电机电动，双电机电动的总转矩更大，动力性更强，多出现在急加速和爬坡工况。如果控制策略做不好，模式切换时刻会产生很大的冲击度，但丰田做到了切换平稳！

• 混动模式

高速低负荷混动行驶，在设定模式为EV、EVAuto或HV时，车速较高，车辆实际工作模式可能为混动模式，发动机、MG1和MG2均参与驱动。发动机启动并输出正向转矩，并传递至太阳轮和齿圈；MG1输出负转矩平衡发动机传递到太阳轮处的转矩，同时由于车速较高，行星排运行超过机械点，MG1转速变为负向，功率为正，处于电动状态；为维持电池电量，MG2输出负转矩，为发电状态，与发动机传递至齿圈端的转矩耦合。

• 驻车发电模式

在设定工作模式为CHG，保持挡位为P挡，车辆进入停车发电模式。

• 再生制动模式

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总结

丰田汽车公司将混合动力技术定位为构筑新型汽车社会的核心技术，经过数十年的潜心研究和发展，几乎是美妙绝伦，第四代混合动力系统最为核心的装置就是单向离合器，为第四代系统的高性价比奠定了基础！ 同时也为电动车以及燃料电池车等新能源车的发展积累了大量顾客的反馈和实际应用的经验。谋事者必先苦心志，对所认定的事情锲而不舍，后劲十足，是许多行业人士对丰田的一个深刻印象，其在混合动力领域内的坚持不懈正印证了这一点。丰田一直坚持走混合动力路线，这其中的执着与坚持，是不是我们科研工作者应该学习的地方呢？是放弃还是继续坚持呢，也许只有市场会给我们答案。