《混合动力汽车检修》项目3

混合动力系统根据不同的行驶状态对发动机、MG1和MG2的运 转进行优化组合，以驱动车辆。车辆的典型行驶状态如图所示。
二、丰田卡罗拉P410驱动桥的工作原理 2.驱动桥工作列线图
驱动桥工作列线图是对行星齿轮的旋转方向、转速和扭矩平衡的 直观表达，如图所示。相对水平基准位置，同侧表示运转方向相同， 异侧表示运转方向相反。纵轴表示转速与旋转方向，纵轴的间距表示 传动比。
一、丰田卡罗拉P410驱动桥 1.行星齿轮装置
（2）减速增扭行星齿轮机构
减速增扭行星齿轮机构如图所示。该减速机构虽然提升了电动机 在车辆较高车速行驶时的驱动效率，但是在一定程度上牺牲了车辆起 步、加速的性能。混合动力系统使用发动机和MG2提供原动力，同时， MG2还可以作为发电机实现制动能量的回收。
混合动力汽车（3）
濮阳技师学院
项目3 检修混合动力 驱动桥故障
项目描述
混合动力驱动桥总成主要包括行星齿轮机构、发电机（MG1）、 电动机（MG2）等。在车辆行驶或HV蓄电池充电时，行星齿轮机构 根据驾驶请求，将发动机输出功率分配到机械动力和电源。加速时， 电动机（MG2）通过增加车辆驱动力辅助发动机输出功率。同时，电 动机（MG2）将制动能量转换成电能，此能量被回收存储在HV蓄电 池中。
知识拓展 比亚迪秦动力系统检修
比亚迪秦动力系统检修 1.动力系统原理
比亚迪秦的动力系统原理如图所示。
比亚迪秦动力系统检修
2.整车能量传递路线
比亚迪秦整车能量传递路线如图所示。
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情景导入
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任务目标
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任务准备
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知识链接
5 任务实施
情景导入
某丰田4S店接到一张任务工作单：一辆2016款丰田卡罗拉混合动 力汽车，行驶里程25 000 km，因车辆浸水，现在出现加速无力，发 动机经常停机，仪表主警告灯灯点亮，仪表显示屏显示混合动力系统 故障。经过诊断，显示故障码“P0A9000 驱动电机性能故障”。
永磁式电动机 高 300 95～97 97～85 90～93 1︰2.25 4000～10000 优良 一般 小 轻 好 高
开关磁阻式电动机 较高 300～500 90 78～86 60～65 1︰3 ＞15000 好 优良 小 轻 好 一般
二、永磁电动机 1.永磁电动机的种类
永磁电动机分两类，分别为永磁无刷直流电动机（BDCM）和永 磁磁阻同步电动机（PMSM）。这两种电动机的区别主要体现在它们 的电流波形形状上。永磁无刷直流电动机具有矩形脉冲波电流，如图 （a）所示。永磁磁阻同步电动机具有正弦波电流，如图（b）所示。 这两种永磁电动机在结构与工作原理上大致相同，转子都是永久磁铁， 定子为三相绕组线圈，通过输入对称的交流电来产生转矩。
发电机（MG1）为HV蓄电池或驱动电动机（MG2）提供电源。此 外，发电机（MG1）还作为起动机。如果混合动力车辆控制ECU检测 到发动机或驱动桥挡位卡滞，则进行失效保护。
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情景导入
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任务目标
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任务准备
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知识链接
5 任务实施
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知识拓展
情景导入
某丰田4S店接到一张任务工作单：一辆2016款丰田卡罗拉混合 动力汽车，行驶里程25 000 km，因车辆浸水，现出现加速无力，发 动机停机，仪表主警告灯灯点亮，仪9 发动机无法动机械联动故障”。
二、永磁电动机 2.永磁电动机的结构
（3）永磁材料
现在主要采用稀土钐-钴（Sm-Co）的合金永磁材料来制造永磁 电动机的磁极。它的能量密度远高于其他永磁材料制成的磁极。而钕 -铁-硼（Nd-Fe-B）稀土合金是目前最理想的永磁材料。它磁能积最 高，有最高的剩磁和矫顽立，具有较好的力学性能，资源广泛，且价 格相对便宜。但是该材料在高温时磁性会发生不可逆转的急速衰退， 以致完全失去磁性，因此，用钕-铁-硼稀土合金永磁材料制成的永磁 电动机的工作温度必须控制在150℃以下，一般需要对电动机采取强 制冷却。
一、丰田卡罗拉P410驱动桥 2.MG1与MG2的性能参数
丰田不同车型MG1和MG2的性能参数见下表。
车型
卡罗拉
普锐斯
凯美瑞
MG1
类型
永久磁铁
永久磁铁
永久磁铁
最大系统电压
DC 650V
DC 650V
DC 650V
MG2
类型
永久磁铁
永久磁铁
永久磁铁
最大输出功率
53 kW
60 kW
105 kW
最大输出扭矩
①解析器根据检测转子磁极的位置信号和矢量变换电路发出的控 制信号，共同通过电流分配信号发生器来对转子位置信号进行调节， 产生电流分配信号，将信号分别输入A、B乘法器中。
②速度传感器、速度变换电路和速度调节器，对电动机的运行状 态进行判别和处理，将电动机的运行状态信号分别输入A、B乘法器中。
③控制驱动器采用不同的控制方法，由直流分配信号发生器和速 度调节器分别对系统提供的信号，经过乘法器逻辑控制单元计算后产 生控制信号，并与电流传感器输入的电流信号，共同保持转子磁链与 定子电流之间的确定关系，将电流频率和相位变换信号分别输入到各 自独立的电流调节器中，然后PWM发生器控制IGBT开关元件的导通 与关断，为永磁同步电动机提供正弦波形的三相交流电，同时控制定 子绕组的供电频率、电压和电流的大小，使永磁同步电动机产生恒定 的转矩和对永磁同步电动机进行调速控制。
207 N·m/546 N·m（行星齿轮 机构增加了2.64倍的扭矩）
207 N·m/546 N·m（行星齿轮 机构增加了2.64倍的扭矩）
270 N·m/669 N·m（行星齿 轮机构增加了2.48倍的扭 矩）
最大系统电压
DC 650V
DC 650V
DC 650V
二、丰田卡罗拉P410驱动桥的工作原理 1.车辆行驶状态
丰田卡罗拉P410驱动桥总成主要包括2号电动机发电机（MG2）、 1号电动机发电机（MG1）和采用带行星齿轮装置的无极变速器装置。 发动机、MG1、MG2通过行星齿轮装置机械连接，如图所示。
一、丰田卡罗拉P410驱动桥 1.行星齿轮装置
P410驱动桥的行星齿轮装置由动力分配行星齿轮机构和减速增 扭行星齿轮机构组成，如图所示。
二、永磁电动机
2.永磁电动机的结构
（1）磁性转子的结构
根据排列方式不同，磁性转子的结构分为径向式、切向式、U型 混合式、V型径向式，如图所示。丰田卡罗拉永磁电动机采用V型径向 式。
二、永磁电动机 2.永磁电动机的结构
（2）磁极的数量
一般感应电动机的磁极数量增多之后，电动机在同样的转速下， 工作频率随之增加，定子的铜耗和铁耗也相应增加，导致功率系数急 剧下降。而永磁电动机的磁极增至一定数量以后，不仅对电动机的性 能没有明显的影响，还可以有效地减少电动机的尺寸和重量。
二、丰田卡罗拉P410驱动桥的工作原理
3.混合动力汽车的动力传输
混合动力系统利用来自蓄电池 的电能为MG2补充原动力。发 动机扭矩正向（+）转动，作用 于行星齿轮架，使太阳齿轮 （MG1）在负扭矩的反作用力 下正向（+）转动。MG1利用作 用于太阳轮的负扭矩发电。
当发动机关闭原动力，此时车 轮驱动MG2，使MG2作为发电机 运行，为HV蓄电池充电。若车辆 从较高车速开始减速，发动机则 保持预订转速而非停止，以保护 行星齿轮。
项目 功率密度 过载能力/％ 峰值效率/％ 负荷效率/％ 功率因数/％ 恒功率比 转速范围/r·min 可靠性 结构的坚固性 电动机外形尺寸 电动机重量 控制操作性能 控制器成本
直流电动机 低 200 85～89 80～87 — — 4000～6000 一般 差 大 重 最好 低
感应式电动机 中 300～500 94～95 90～92 82～85 1︰5 12000～20000 好 好 中 中 好 高
（1）电动机系统特点
混合动力汽车利用电动机驱动作为辅助动力，来降低燃料的消耗 和实现“低污染”，或在纯电动驱动模式时实现“零污染”。与传统电动机 相比，混合动力汽车上的电动机需要具有：频繁切换性能好，比功率 大、体积小，抗震性、抗干扰性好，高效工作范围宽，容错能力强， 噪声小，以及对电压波动的适应能力和可以接受的成本等特点。
永磁体在气隙中产生的磁场空间上按照正弦分布，定子三相绕组 为正弦分布绕组，电动机的反电动势及电动机的定子电流均为正弦波。 当定子绕组输入三相正弦交流电时，会产生一个旋转磁场，该磁场与 转子的永磁体磁场相互作用，使转子产生电磁转矩。由于转子的转动 与旋转磁场同步，所以称为永磁同步电动机。
三、丰田卡罗拉混合动力汽车电动机 2.永磁同步电机的控制系统
由于发动机停止，行星齿轮架 的转速为0。此外，由于MG1未 产生任何扭矩，因此没有扭矩作 用于太阳轮（MG1），太阳轮沿 （-）方向自由旋转以平衡旋转的 齿圈，如图3-1-7所示
任务实施
1. 检查曲轴皮带轮旋转 2. 清除DTC 3.检查发动机高速空转 4.检查滑移 5.检查发动机转速 6.拆装混合动力驱动桥
任务目标
1.能说明P410驱动桥的结构，解释MG1/MG2的动力分配工 作过程。 2.能查阅维修手册，分析故障码含义，独立制定检修计划。 3.能小组合作，执行维修手册标准，实施拆装、检修驱动桥。
任务准备
1.丰田卡罗拉混合动力汽车维修手册 2.混合动力汽车检修学习工作页 3.汽车维修专用工具
一、丰田卡罗拉P410驱动桥
（1）永磁磁阻同步电动机的控制系统的组成
永磁同步电动机的控制系统由直流电源、电容器、绝缘栅双极晶 体管（IGBT）、永磁同步电动机（PMSM）、电动机解析器、速度传 感器、电流检测器、驱动电路等共同组成，如图所示。
三、丰田卡罗拉混合动力汽车电动机 2.永磁同步电机的控制系统
（2）永磁同步电动机的控制系统的工作原理
（2）电动机种类
混合动力汽车在早期开发时多采用直流电动机，但随着电子技 术、机械制造技术和自动控制技术的发展，交流电动机、永磁电动机 和开关磁阻电动机显示出更加优越的性能，逐步取代直流电动机。现 代混合动力汽车所采用的各种电动机的基本性能比较见下表。