普锐斯车混合动力传动桥（P410）的结构原理分析

南京交通职业技术学院 蒋浩丰

本文以第3代普锐斯车为例，简单分析普锐斯车混合动力系统的组成与工作原理，重点阐述普锐斯车的混合动力传动桥（P410）的结构原理。

1 普锐斯车混合动力系统的组成与工作原理

普锐斯车混合动力系统由发动机、混合动力传动桥（P410）、带转换器的逆变器总成、HV蓄电池、辅助蓄电池、动力管理控制ECU、空调压缩机和电源电缆等组成（图1）。其中混合动力传动桥的作用是将发动机产生的动力与电动机产生的动力传输至差速器和车轮；逆变器的作用是将HV蓄电池的直流电转换成三相交流电以驱动MG1和MG2；增压转换器的作用是将201.6 V直流电压最高升至650 V，从而提高电动机的工作功率；DC/DC转换器的作用是将201.6 V直流电压降为14 V，对辅助蓄电池充电；HV蓄电池（直流电压 201.6 V）存储MG1和MG2产生的电能。同时，当使用电动机驱动车辆时，HV 蓄电池向MG1和MG2供电。辅助蓄电池（直流电压12 V）向电气部件（如前照灯、音响设备等）供电。

普锐斯车混合动力系统的部件示意如图2所示，其工作原理如图3所示。当车辆原地怠速时，发动机带动MG1给HV蓄电池充电；车辆起步或倒车时，HV蓄电池（先经过逆变器）给MG2供电以产生足够大的转矩；定速巡行时，发动机的动力分为两部分，一部分驱动MG1发电，另一部分输出至车轮；节气门全开加速时，在定速巡行的基础上，HV蓄电池再给MG2供电，从而增加MG2的功率输出；当车辆减速时，利用车辆的惯性通过MG2给HV蓄电池充电，以回收部分能量。

图1 普锐斯车混合动力系统的组成

图2 普锐斯车混动系统部件示意

2 混合动力传动桥（P410）的结构原理分析

2.1 结构组成

混合动力传动桥（P410）在车上的位置如图4所示，混合动力传动桥（P410）中使用了两个行星齿轮机构：动力分配行星齿轮机构和减速行星齿轮机构（图5）。而整车的发动机、MG1和MG2又通过复合齿轮装置机械连接。通过采用与两个行星齿轮机构的齿圈集成为一体的复合齿轮，并在复合齿轮上加工出中间轴主动齿轮和驻车锁止齿轮，使整个复合齿轮装置更加紧凑和轻量化。

2.3 工作原理

图6中蓝色框表示的是动力分配行星齿轮机构，红色框表示的是减速行星齿轮机构。动力分配行星齿轮机构的太阳轮连接至MG1、行星齿轮架连接至发动机、齿圈连接至复合齿轮（至车轮）。减速行星齿轮机构的太阳轮连接至MG2、齿圈连接至复合齿轮（至车轮），行星齿轮架固定于传动桥外壳上。两个行星齿轮机构的齿圈组合在一起的现象。

图3 普锐斯混合动力系统工作原理示意

图4 混合动力传动桥（P410）在车上的位置

图5 混合动力传动桥结构示意

图6 混合动力传动桥工作原理

图7 混合动力传动桥动力分配路线

当车辆定速巡行时，发动机输出的动力经过行星齿轮机构后分为两部分（图7a），一部分提供给MG1，用于发电，还有一部分输出至前轮。图7b表示起动发动机时，HV蓄电池给MG1供电，MG1产生的动力全部传至发动机，使发动机起动，此时MG1相当于起动机。

当车辆需要大功率时，如节气门全开加速时，通过减速行星齿轮机构降低 MG2的转速，从而使MG2产生较大的转矩。MG2连接至减速行星齿轮机构的太阳轮，此刻行星齿轮架固定于传动桥壳体，齿圈连至复合齿轮是动力的输出部件。

MG2的转速较高时较小，行星齿轮架不固定，混合动力传动桥输出的转矩较小；当车辆加速时，或因外界阻力变大使转速降到一定值时，行星齿轮架被固定，减速行星齿轮机构开始工作，转矩迅速上升，在低速区内转矩曲线变成红色曲线。