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脑洞的黑科技 丰田THS混合动力系统详解

来源:无敌汽车网 文:劳华昕 图:网络 鸣谢: 审:R.P

2017-03-27

[导读] 混合动力无疑是现阶段汽车节能的主趋势,而丰田的THS系统在诞生以来就一直处于业界的标杆地位,现在已经发展至第四代。究竟这套系统是怎样构成?当中又有怎样的工作原理?本文就为你一一揭晓。

毫无疑问,未来的一个不会短的时期里面,节能减排无疑是汽车设计的主流趋势。在1997年丰田首次推出Prius,成为世界首台大规模量产的油电混合汽车。即使当时由于高昂售价而未获得普及,但油电混合在当时已经成为不少汽车生产厂迅速上马的项目。时至今天,各种油电混合、插电混动、纯电汽车已经成为各种抢占眼球和科技高地的杀手锏。不过无论对纯汽油时代多么眷恋,无可否认,新能源时代已经来到了我们身边。

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油电混合主要分为混联式、增程式和插电式三种。第一种是不需要独立充电,而使用过程中油电是无缝介入,自主进行充电和放电(注:混联式一般分强混弱混,区别为发动机功率和电动机功率的差别。现在主流的混联式都属于强混)。第二种则是一种使用汽油机单独作发电机,而驱动汽车只使用电机。第三种则是最简单粗暴的将电动系统和传统的内燃机系统整合在一起,两个系统都需要单独加油和充电才能完整使用整套混合动力系统,一般可以使用纯电或者油电混合两种模式,两套系统都使用各自的动力储备而互不相干。以技术上来说,第一种混联式最适合一般使用习惯,通用性最强,但在技术标定和整套混合动力控制方面也是最复杂。当中,属丰田的THS(Toyota Hybrid Systerm)混合动力系统算是业界最强之一。

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图:混能式在本田上最初的作品就是CR-Z,不过由于电动机功率过小,只能属于弱混,无法单独驱动汽车,电动机只能做动力辅助补充的角色。

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图:混能式最普及的例子就是丰田的THS系统。

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图:增程型混合动力最著名的例子就是图中的Fisker Karma。

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图:BYD的混合动力系统一度引起了国内的话题,原因是其极强的动力表现。其混合动力系统类似于在传统汽油动力的车辆上,变速箱输出末端增加一组电动机和电池,由此来获得混合动力的效果。由于是插电式使用,不充电的话是不能使用电动驱动部分,引擎无法产生电能。

 

丰田的THS混合动力系统从初代Prius开始,到现在已经发展至第四代THS-IV。THS系统基本上用于丰田所有的混合动力汽车,包括丰田和雷克萨斯的所有混合动力车型都会使用这套系统,譬如Prius、CT200h、各种双擎,乃至LC500H。而其中,基于PSD的E-CVT则是整套系统中的技术核心所在。由于丰田在设计出这套系统时申请了专利,因此现在其他车厂的混合动力系统都不能使用这套设计。不过这套专利在2017年到期,丰田宣称将会开发出全新的系统,而各车厂又会如何跟进,这就是另外一个问题了。不过到目前为止,这套基于PSD的E-CVT将会是丰田THS系统中最重要的组成部分,也是现在混合动力系统中最可靠和高效的设计。

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图:丰田的ECVT是整个混合动力系统的核心设计。

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图:本田的混合动力方式是在使用离合器的方式切换电动和汽油机。低速时使用电动机驱动汽车,汽油机负责发电,类似增程式混合动力。而高速则利用离合器接合让引擎使用固定减速比直接驱动车轮。当车速降低至一定程度时,引擎由于转速过低将会切断离合器连接而回归电动机模式。

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题外话:现在不少厂家的宣传让人们习惯性思维认为用电就比用油环保。由于插电式电池容量较大,纯电模式也可以实现较长的续航距离,只需要充电就能实现0排放。相比混联式由于电能来源于发动机燃烧燃油,且由于电池容量小续航距离较短,汽车行驶过程中必须要使用燃油。在这种结论下,都会认为插电式比混联式更环保。不过现在我国的电能超过75%(2014年为75.2%)都来源于火力发电。而那些所谓的0排放插电式车型,在纯电模式下你可以类比成烧煤……相比于燃效更高的发动机而言,貌似前者的能耗更不可接受吧。笔者觉得,要插电的就买纯插电的电动车!如果混合动力还要插电才能运行的,那倒不如买混联式甚至是纯汽油车?至于说插电式动力比混联强的,电耗+油耗的总功率要是还不高那不如提头来见!还有那些说“我每个月插电的成本比用汽油的低”的时候,这是不是忘记了国内电价之低是建立在国内能源结构严重失衡,煤炭(甚至煤焦油)发电的过低成本上?

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图:插电式混合动力(或纯电)的排放源头其实是在这里。

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