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【讲堂】转矩转速,双管齐下,THS究竟是怎么做到的

上一节讲了混合动力汽车节油的根本在于通过电动机的辅助,使发动机工作在高效区间,让每一滴燃油的能量得到充分利用。那么这次就结合具体车型,来讲讲丰田系的混动系统究竟是怎么工作的。为此,特地借了一辆雷克萨斯,实际体验其节油效果。

主角就是它了,雷克萨斯RX450h

雷克萨斯家的混动系统叫做LHD(Lexus Hybrid Drive),上图是RX450h采用的E-CVT结构,比起初代的THS,结构上做了一定的修改,在原来齿圈的基础上又串了一个行星排,电动机MG2与第二个行星排的太阳轮连接,改良了混动系统的效率和高速表现。不过我们的解析要从简单的开始,从核心开始,行星齿轮组究竟如何实现既管转速又管扭矩的。

第五节:两台电动机一个行星排,是怎么让发动机听话的

还是要祭出这张图,丰田THS的关键在于其PSD(Power Split Device,动力分配单元)技术,为一组行星齿轮,如图所示,一号电机(MG1,主要起发电、启动发动机和调速作用)连接行星齿轮组最中间绿色的太阳轮,二号电机(MG2,主要用作驱动电机和动能回收时的发电机)连接最外边红色的齿圈、而发动机则连接中间蓝色的行星架,注意是行星架(图中标识为行星齿轮座),而不是行星轮。

和传统的圆柱齿轮啮合时,主从齿轮转速关系直接与齿数相关不同(比如主动齿轮转速为10rpm,齿数为15,从动齿轮齿数30,那么从动齿轮的转速就是10/(30/15)=5rpm),行星齿轮组由于是三组齿轮互相啮合,其转速关系较为复杂。可以用以下公式表示:

整个公式的含义为,行星齿轮组的变速比等于齿圈齿数与太阳轮齿数之比,也等于太阳轮、齿轮架转速差与齿轮架、齿圈转速差之比。

这个公式看不懂?换个形式,左右挪一挪,变成了这样:

对于普锐斯而言(RX450h的结构稍微复杂一些,但原理相同),齿圈齿数为78,太阳轮齿数为30;还有发动机电动机与各齿轮之间的连接关系,把这些信息带入,就得到了下边赏心悦目的式子:

其中下表e、m、g分别代表发动机(engine),电动机MG2(motor)和发电机MG1(generator)。

整个式子的含义为,发动机转速等于0.7222倍的MG2转速加上0.2778倍的MG1转速。在三个转速变量中,需要知道两个,就能求得第三个。比如知道发动机转速为2000rpm,MG2为2250rpm,那么此时发电机转速就需要1350rpm。

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