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、類似航空設備的儀表板顯示和無噪聲平穩(wěn)啟動，那么一點也不奇怪，該車是同類車型中銷售得最快的車輛。(圖1) 可是，除此之外，該車有一個可識別的重要特征：省油。美國環(huán)境保護局(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。實際的，司機可期待的街道/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)動機發(fā)動，然后轉換成電池動力以加速?？墒?，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，轉換到汽油發(fā)動機。雖然Prius有大的突破，但司機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，在另外汽油消費能力不強的市場，Prius的耗油數(shù)是個受歡迎的信號。

混合動力系統(tǒng)技術 Prius設計是基于Toyota稱之為混合動力協(xié)同驅動概念。此概念目標是協(xié)同電動馬達動力和汽油發(fā)動機動力，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。THS-II系統(tǒng)的每個連續(xù)世代的產品改進了汽油燃效和減少散熱，包括一個同軸的4缸1.5升發(fā)動機，一個高壓鎳氫電池(NiMH)，一個帶行星齒輪系統(tǒng)的智能混合動力驅動橋和一個復雜的發(fā)動機控制部件(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)。每個都有各自整套正面和反面的特點。不象其他混合動力汽油-電動車輛，Prius使兩者結合了，并最大化每個的強項和補足他們的弱項。在串聯(lián)混合動力系統(tǒng)中，汽油發(fā)動機啟動發(fā)生器，而產生的電流使電動馬達驅動車輪(圖3)。汽車運行中，此處使用的低輸出功率發(fā)動機在最經濟的范圍內保持汽車以穩(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)動機和電動馬達都直接驅動車輪。除補充發(fā)動機的原動力之外，電動馬達還可作發(fā)生器，在汽車運行中給電池再充電。 Prius用兩塊永久磁鐵500-V交流馬達發(fā)生器：MG1和MG2。兩個馬達都是由變壓器組驅動，該變壓器組將電池的直流電壓轉換成交流電高壓。一個混合動力驅動橋和行星齒輪系統(tǒng)連接兩個發(fā)動機和兩個發(fā)生器。(圖4)

由于MG1和MG2從1040rpm到5600rpm產生67hp的輸出，MG1和MG2不需要汽油發(fā)動機的幫助就有足夠的扭矩發(fā)動汽車。Prius發(fā)動機運轉的最大速度僅5000rpm，供給75hp輸出。首先，高壓電池供應電力給MG2，以驅動車輪。當發(fā)動機輪通過行星齒輪被發(fā)動機驅動，MG1被發(fā)動機帶動旋轉供應發(fā)生電流給MG2。接著，發(fā)動機通過行星齒輪使MG1旋轉給高壓電池充電。汽車減速時，輪子的動能被恢復轉化成電能，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”。