豐田雷凌雙擎混合動力汽車技術解析

涂超群

（廣州南洋理工職業學院，廣東 廣州 510925）

1 雷凌雙擎概述

混合動力汽車按聯結方式分為串聯式、并聯式和混聯式。豐田雷凌雙擎的混合動力系統屬于混聯式，混聯式是混合動力系統中原理最復雜、成本和技術含量最高的一種。其車輛參數如下表。

表1 防止脫軌穩定性的評定標準（GB5599-85）

2 雷凌雙擎混合動力系統的結構原理及特點

豐田雷凌雙擎的混合動力系統主要由阿特金森發動機、E-CVT變速器、發電機MG1、驅動電機MG2和動力蓄電池組成。

2.1 發動機

豐田雷凌雙擎采用高效率的阿特金森循環發動機。阿特金森發動機具有高壓縮比，做功行程要比進氣行程長的特點，因此，具有極佳的部分負荷經濟性，但全負荷動力性能較差，這一特性特別適合于混合動力汽車。豐田的阿特金森循環發動機通過控制進氣門延遲關閉來取代了復雜的阿特金森循環連桿機構，將吸入氣缸內的混合氣又吐出去一部分，實現發動機的膨脹比大于壓縮比，從而模擬出阿特金森循環工況。豐田雷凌雙擎的發動機其型號為1.8L 8ZRFXE汽油發動機，采用全工況阿特金森循環設定，其壓縮比達13：1，最大功率為73kW，最大扭矩為142Nm，大幅地提高了發動機的燃油經濟性、平順性，同時降低了發動機的噪音。

2.2 E-CVT變速器

豐田雷凌雙擎的E-CVT變速器也叫動力分配裝置（PSD），是豐田專門為混合動力汽車開發的動力分配機構，用來協調電動機和發動機之間的工作關系，是豐田混動技術的核心專利之一。E-CVT變速器結構如圖1所示，行星齒輪機構中，外齒圈與驅動電機（MG2）連接并與車輪聯動輸出動力，太陽輪與電機（MG1）連接、行星架與發動機連接。發動機的動力由動力分配裝置（PSD）分配到電機（MG1）和車輪上，E-CVT變速器的變速、變矩工作就由兩臺電機負責，在不同工況下，通過改變行星齒輪機構的組合方式，來改變的齒比，這時就能控制兩個電機的轉速以及功率和扭矩，這樣就能自動調整發動機機與電機的扭矩和功率的比例分配，調整發動機與電機的轉速關系。E-CVT變速器能實現動力靈活、高效的自動分配，使整體效率最優，同時實現無級變速，具有動力傳輸效率高、不打滑、結構簡單，體積小，重量輕等特點。

圖1 E-CVT變速器結構

2.3 電機功能

當發動機不工作且汽車處于靜止狀態時，車輛電氣系統由動力電池和低壓蓄電池供電。

當發動機處于怠速狀態且車輛靜止或者車輛處于減速狀態時，發動機輸出的動力或者車輛減速時的動能會被電機回收，通過能量控制單元（PCU）給動力電池充電。

當車輛處于巡航或小負荷加速狀態時，動力系統盈余的動力會被電機回收，再通過能量控制單元（PCU）將多余的動力傳輸到動力相對不足的一端，形成一個動力閉環回路。此時電機（MG1）不給動力電池充電，動力電池不給電機（MG2）供電，但如果發動機稍微加大負荷，則會給動力電池進行充電，此時的車輛處于經濟（ECO）模式或充電（CHG）模式。

當車輛處于起步或大負荷加速狀態時，混合動力系統通過能量控制單元（PCU）由動力電池向驅動電機增加動力輸出，或者增加發動機動力輸入。此時如果只有驅動電機進行動力輸出，這時車輛處于純電（EV）模式；如果發動機處于大負荷運轉，同時驅動電機也輸出動力，車輛便處于“POWER”（動力）模式。

2.4 動力蓄電池

豐田雷凌雙擎的動力電池采用高壓金屬鎳氫蓄電池，與鋰電池相比，鎳氫電池更適合快充快放和低頻脈沖-大電流的的充電方式，而且具有更好低溫放電特性和高溫安全性，因此更適合用于混合動力系統。雷凌雙擎動力電池電壓為201.6V，電容量為6.5Ah，電池重量為41kg，由168個單體電池，28個電池模組組成。因為雷凌雙擎沒有外接充電，動力蓄電池的電能全部來自汽車發動機，由發動機驅動電機（MG1）發電或再生制動時電機（MG2）回收能量發電給動力電池充電。豐田雷凌雙擎的電池系統采用“淺充電、多循環”的充放電方式，使電池衰減得到有效的降低，達到延長電池壽命的目的。

3 結語

豐田雷凌雙擎混合動力系統采用全工況阿特金森循環發動機和大功率電機組合，利用阿特金森循環發動機在中速運行時的高熱效率和大功率電機低速時的大扭矩特點相互彌補，同時采用全新一代的PCU動力控制單元和混合動力鎳氫蓄電池組，使車輛一直處于最經濟狀態下運行，從而在保證強勁動力同時使整車百公里油耗僅為4.2L，是同級別車型中最佳的油耗表現，實現了強勁動力與低油耗、低排放、低噪音的完善結合。