THS—豐田的強力黑科技

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毫無疑問豐田（Toyota）是混動世界的開闢者與領導者，豐田用行動告訴全世界用我的黑科技，汽車可以有多省油，就問你怕不怕。直到2017為止，豐田的各種類型混動車型已經累計銷售超過1000萬台，毫無疑問這個現實代表了當下消費者的需求和認可。

首先介紹一下基礎知識——混動汽車的混動化等級。對於「Px混動」，其實這裡的X指的是電機的位置，用X來區分各種有變速箱的混動構型。

圖1 混動化等級區分

如上圖所示，分別表示的電機布置方式以此是：

P0：位於發動機前端的皮帶上

P1：位於發動機的曲軸上

P2：位於發動機與變速箱中間靠變速箱一側，與發動機間有離合器

PS：位於變速箱內部

P3：位於變速箱的輸出軸上，離變速箱有一定距離，靠近傳動軸

P4：位於另一軸上（如果發動機驅動前軸，則電機在後軸，反之亦然）

接下來步入正題，THS（Toyota Hybrid Systerm）即日本豐田公司混合動力系統的簡稱，現如今豐田的THS混合動力系統從初代Prius發展至第四代THS-IV，基本上用於豐田所有的混合動力車。筆者個人認為，THS值得稱讚的地方在於將這樣一套動力系統平民化，由於其燃油的經濟性、超低的油耗（工信部百公里油耗4.3）會讓更多車主從而收益。

圖2 豐田THS系統

看過筆者上一篇微文《行星齒輪混動架構》的讀者應該或多或少了解THS的核心技術層面，主要是通過一組行星齒輪實現內燃機與發電機（電動機）的動力耦合。而在此我想強調的是，豐田THS系統精髓的部分在於：通過對齒輪齒數和對行星齒輪組的巧妙設計，以及通過油門踏板位置信號、車輛駕駛條件和蓄電池的充電狀態等汽車行駛信息，確定發動機在時速下最佳轉速是多少，這也是豐田THS系統節能省油最關鍵部分。

下面步入正題，通過圖2—豐田THS混動系統的圖例可以看出，THS系統帶兩個電機，一個在行星排（動力分配器）的後面，另一個在行星排和發動機之間。接下來看一下工作原理，此處為Toyota官網扒的圖（Toyota Global Site）。

圖3 串聯模式

串聯模式：發動機電機串聯，發動機給電機發電，電機用發動機充電電能給車輪提供動力（紅色箭頭為機械能，綠色為電能），車輛中低速行駛採用此模式。

圖4 並聯模式

並聯模式：發動機和電機同時驅動車輪，發動機的機械能通過行星排（動力分配器）來驅動車輪，在加速時電機提供功率。電機助動由具體車況決定。

圖5 串並聯模式

串並聯模式：在並聯模式下，同時串聯給電機發電。在此模式下，車輛低速行駛可以通過電機驅動；車輛中高速行駛時，發動機輸出並電機驅動，達到混動並行。

THS這套系統在發動機和電機分流驅動上，中低速根據不同工況，可以提供很好的整體效率。特別是在市區行駛路段，可以達到很高的傳動效率以減低油耗。

圖6 THS II混動系統

下面主要介紹THS II混動系統，在THS II中帶有兩台電動機—MG1和MG2。動力分配就是通過功率控制單元控制MG1和MG2電機以及行星齒輪機構進行分配的。MG1大部分時間用於發電以及作為啟動電機使用。而MG2則完全用於驅動汽車和能量回收。發動機輸出軸以及MG1、MG2被連接到一套行星齒輪架構上。在這種結構下，發動機和電機輸出經過固定減速機構減速後可以直接驅動車輪。

圖7 THS II混動系統低速模式

低速模式：在低速行駛時由於電動機的工作效率比發動機高很多，所以THS採用純電動驅動車輛。當然這是在Baterry電量充足的情況下實現的。此時，電池組電能通過逆變器帶動電機2驅動車輪。

圖8 THS II混動系統混動模式

混動模式：在這種情況下，發動機也參與進來。發動機的機械能一部分用作驅動汽車，另一部分傳輸給電機1進行發電（此時電機1為發電機）。電機1帶動電機2輔助驅動車輛行駛。當Baterry電量充足時，也會驅動電機2運轉。

圖9 THS II混動系統能量回收模式

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