專家揭密：豐田Prius汽油/電力混合動力車(一)

由于豐田Prius汽油/電力混合動力車輛有著跑車的外觀、類似航空設(shè)備的儀表板顯示和無噪聲平穩(wěn)啟動，那么一點(diǎn)也不奇怪，該車是同類車型中銷售得最快的車輛。(圖1) 可是，除此之外，該車有一個(gè)可識別的重要特征：省油。美國環(huán)境保護(hù)局(EPS)給出燃油級別：街道上是61英里/加侖(mpg)，高速公路(理想測試條件)上是50mpg。實(shí)際的，司機(jī)可期待的街道/高速路組合路面的燃油數(shù)是45到50mpg. 混合動力汽車的特色是，由汽油發(fā)動機(jī)發(fā)動，然后轉(zhuǎn)換成電池動力以加速。可是，Prius采取了不同的處理方法，用電池動力發(fā)動，然后在速度超過20mph時(shí)，轉(zhuǎn)換到汽油發(fā)動機(jī)。雖然Prius有大的突破，但司機(jī)不必為了最大限度的節(jié)油而從完全制動開始踩油門。由于美國和世界其他國家曾面臨過的最高油價(jià)，在另外汽油消費(fèi)能力不強(qiáng)的市場，Prius的耗油數(shù)是個(gè)受歡迎的信號。

混合動力系統(tǒng)技術(shù) Prius設(shè)計(jì)是基于Toyota稱之為混合動力協(xié)同驅(qū)動概念。此概念目標(biāo)是協(xié)同電動馬達(dá)動力和汽油發(fā)動機(jī)動力，并使汽車功率和環(huán)境性能最大化成為可能。 Prius最近的型號是基于Toyota混合動力總系統(tǒng)II (THS-II)技術(shù)。THS-II系統(tǒng)的每個(gè)連續(xù)世代的產(chǎn)品改進(jìn)了汽油燃效和減少散熱，包括一個(gè)同軸的4缸1.5升發(fā)動機(jī)，一個(gè)高壓鎳氫電池(NiMH)，一個(gè)帶行星齒輪系統(tǒng)的智能混合動力驅(qū)動橋和一個(gè)復(fù)雜的發(fā)動機(jī)控制部件(圖2)。

兩種方法的混合物基本上，兩種形式的汽車動力系統(tǒng)都存在：串聯(lián)和并聯(lián)。每個(gè)都有各自整套正面和反面的特點(diǎn)。不象其他混合動力汽油-電動車輛，Prius使兩者結(jié)合了，并最大化每個(gè)的強(qiáng)項(xiàng)和補(bǔ)足他們的弱項(xiàng)。在串聯(lián)混合動力系統(tǒng)中，汽油發(fā)動機(jī)啟動發(fā)生器，而產(chǎn)生的電流使電動馬達(dá)驅(qū)動車輪(圖3)。汽車運(yùn)行中，此處使用的低輸出功率發(fā)動機(jī)在最經(jīng)濟(jì)的范圍內(nèi)保持汽車以穩(wěn)定速度行駛，并使之有效的給電池再充電。

在并聯(lián)混合動力系統(tǒng)中，汽油發(fā)動機(jī)和電動馬達(dá)都直接驅(qū)動車輪。除補(bǔ)充發(fā)動機(jī)的原動力之外，電動馬達(dá)還可作發(fā)生器，在汽車運(yùn)行中給電池再充電。 Prius用兩塊永久磁鐵500-V交流馬達(dá)發(fā)生器：MG1和MG2。兩個(gè)馬達(dá)都是由變壓器組驅(qū)動，該變壓器組將電池的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電高壓。一個(gè)混合動力驅(qū)動橋和行星齒輪系統(tǒng)連接兩個(gè)發(fā)動機(jī)和兩個(gè)發(fā)生器。(圖4)

由于MG1和MG2從1040rpm到5600rpm產(chǎn)生67hp的輸出，MG1和MG2不需要汽油發(fā)動機(jī)的幫助就有足夠的扭矩發(fā)動汽車。Prius發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大速度僅5000rpm，供給75hp輸出。首先，高壓電池供應(yīng)電力給MG2，以驅(qū)動車輪。當(dāng)發(fā)動機(jī)輪通過行星齒輪被發(fā)動機(jī)驅(qū)動，MG1被發(fā)動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)供應(yīng)發(fā)生電流給MG2。接著，發(fā)動機(jī)通過行星齒輪使MG1旋轉(zhuǎn)給高壓電池充電。汽車減速時(shí)，輪子的動能被恢復(fù)轉(zhuǎn)化成電能，以通過MG2用之于高壓電池充電(圖5)。這就是著名的“再生制動”。