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丰田卡罗拉双擎THS III混合动力变速箱介绍

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丰田THS III代混动变速箱,型号P410,主要应用于国内一汽丰田卡罗拉双擎、双擎E+、广汽丰田雷凌双擎、双擎E+车型,与8ZR发动机,排量1798ml配套使用,国内保有量大,可靠性高、故障率极低。由于今年接了高校新能源汽车方向中关于混合动力虚拟仿真软件的开发,开发的软件主要用于车辆工程专业学生的理论与实际操作的学习,因此采购了P410混动箱,对其进行拆解建模,满足交互软件的开发。

图1 丰田P410混动变速箱

打开后部端盖后,端盖侧展示是小巧的油泵及轴,属于机械泵。

图2 巧妙的油泵

中间壳体展现的是驱动电机,就是通常讲的大电机,主要用于车辆行驶当作驱动电机用、能量回收时当作发电机使用。

图3 驱动电机

拆下用于固定电机U、V、W三根高压线固定螺丝,取出驱动电机的线圈电子,由于是永磁同步电机,自带永磁体,比较费力气。

图4 驱动电机转子

拆下中段壳体的固定螺丝,与发动机侧端盖分开,展示的是丰田混动的核心系统。发动机侧端盖部件主要有丰田混动核心的行星齿轮组1中太阳轮、行星架,中间减速齿轮以及右下部的差速器(由于驱动电机处还有一组,此处命名为1)。其后部是发电机,就是通常说的小电机,与太阳轮刚性连接,用于启动发动机或者发动机运转时根据工况策略需要时,当发电机使用。

图5 发动机端盖侧主要部件

中间壳体主要有行星齿轮组1的外齿圈。取下外齿圈,展示驱动电机内的行星齿轮组2,这个可是有5个行星轮,用于增加驱动电机的扭矩输出,同时,行星架被固定在壳体上,用来降低外齿圈运转速度,从而降低发电机运转速度。解决THS II中纯电动速度70km/h过低。这样在电池容量加大变成E+时,纯电动车速可以更高。

图6 中间壳体上部件-外齿圈

图7 外齿圈与驱动电机间另外一组行星齿轮组2

拆下发动机侧螺丝,露出发电机。

图8 发电机

丰田卡罗拉混动箱主要部件都展示出来。相比丰田THS II代来说,用中间齿轮过渡及减速,通过齿轮传动代替THSII代中的链条传动,降低噪音及提高传动效率。两次齿轮的外啮合传动,决定外齿圈与差速器运转方向一致,其中外齿圈(及另外一组行星齿轮组2外齿圈)通过行星齿轮组2,固定行星架,与驱动电机形成固定运转关系。

至此,大家可以看出,丰田混动结构之简单和巧妙,机械传动部件并不多,也是丰田混动箱高可靠性的根本原因。其工作原理并不是有的自媒体作者(包括相当多专业人士)所说,低速时,发电机当驱动电机用。实际上,发电机和驱动电机既当电机用,也当发电机用,这句话本身没错,但发电机在启动发动机或者瞬间急加速,且电池电量允许时,当电机使用,和驱动电机、发动机一起发力加速车辆,只是瞬间,在发动机运转时,根据工况策略具体要求有时才当发电机用,比如原地怠速,行驶中电池电量不足需要其发电等。发动机不运行时,发电机与驱动电机是相对同向运转的;发动机运行前进时,驱动电机是反时针运转,发电机既可以顺时针旋转,也可以反时针旋转,临界点也可以不转。至于能量回收,主要依靠驱动电机发电,毕竟和差速器是通过齿轮刚性连接的,且功率也大。

这样一来,卡罗拉混动常见工作模式归纳如下:

工作模式一:原地启动发动机。驱动电机不运转,发电机顺时针运转驱动行星架1(与发动机曲轴连接)同向运转,达到发动机启动转速条件后,开始启动发动机运行。

工作模式二:原地怠速发电。当混动模块检测到电池电量不足时,会启动发动机运转,驱动发电机顺时针运转发电,给电池充电。这和工作模式一传动一样,只是主动发力点在发动机。

工作模式三:低中速速前行。发动机不运行,驱动电机反时针旋转,驱动外齿圈1和2顺时针运转,通过中间齿轮二次外啮合,驱动差速器顺时针运转前行,此时发电机反时针空转。倒车就是驱动电机正转驱动车辆。

工作模式四:混动模式。由于丰田电池容量小,一般纯电动只不过行驶数公里(双擎E+由于电池容量大,续航会达到55km),当系统判别其电量不足时,就会启动发动机,一部分动力带动发电机发电供驱动电机用,一部分参与车辆驱动。这是常见的,还会有其他工况,就不一一列出,都是时间很短。

工作模式五:高速行驶。发动机会一直运转,这也就是丰田混动高速费油的原因。系统会更根据油门及电池电量状态,决定发电机是发电给驱动电机使用,还是短时当作电机合力驱动车辆(比如急加速),当然前者居多,这就是高速行驶后,电池电量经常会满格。

工作模式六:能量回收。车辆滑行或制动时,发动机不工作,车辆惯性会带动驱动电机运转,系统根据能量回收策略来决定驱动电机何时发电,进行能量回收。

至于卡罗拉双擎E+,也是采用这套技术混动箱,电池容量由1.3kwh增加至10.5kwh,由镍氢电池改为锂电池,满足续航55km要求,电机最大功率没变,都是53kw,最大扭矩由163N.m增大到207N.m(归功于行星齿轮组2的功劳,THS II中只有一组行星齿轮),控制策略会有微调。以上就是:丰田卡罗拉双擎THS III混合动力变速箱介绍!

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