1.混合动力汽车改进和升级

与传统汽车相比较，混合动力汽车在有些系统或部件上根据混合动力汽车运行需要，做了改进或升级，主要表现在：与纯电动汽车相同的是，混合动力汽车采用DC/DC转换器来替代原有12V发电机；采用电动驱动压缩机来替代皮带驱动压缩机，以及有的车辆采用PTC电加热来实现空调的暖风功能。

与传统内燃机汽车相比，混合动力汽车在以下三个方面做出了升级提高：

（1）内燃机的升级变化。

混合动力汽车的内燃机排量较小，同时由于大多数混合动力汽车取消了12V发电机、曲轴皮带驱动压缩机等部件，因此会简化辅助装置的皮带传动机构，主要的表现是不再需要通过曲轴皮带来驱动压缩机和12V发电机了。混合动力汽车通常采用电动空调压缩机或电子水泵，在曲轴上的皮带轮仍会保留，仅作为减震器用，如图4-22所示的丰田普锐斯内燃机曲轴皮带驱动部件明显减少了，仅保留一个发动机水泵和惰轮。

此外，对于插电式混合动力汽车，由于内燃机可能很少运行，因此还设计有独立的封闭式燃油炭罐系统，利用很大的炭罐来吸收燃油箱内的蒸发燃油气体。当需要继续添加燃油时，混合动力控制系统会首先释放系统封闭的燃油蒸汽压力，然后才执行燃油箱盖的打开和允许添加燃油指令。如图4-23所示的通用沃蓝达混合动力汽车上的一个大炭罐。

图4-22　丰田普锐斯内燃机曲轴皮带

图4-23　沃蓝达插电混合动力燃油炭罐

（2）转向系统的升级变化。

由于混合动力汽车的内燃机可能偶尔会停止运转，因此内燃机将不能正确驱动一个液压转向助力系统的液压泵。目前，几乎所有的混合动力汽车上都使用了电动机械式转向系统，如图4-24所示。该系统的电机直接从车辆电源系统获取电能，无论内燃机是否运转，电机均能提供转向助力。

图4-24　混合动力电动助力转向系统

（3）制动系统的升级变化。

混合动力汽车通常会设计有电动真空泵（图4-25），无论内燃机是否关闭，改电动真空泵均能为带有真空制动助力器的制动系统提供足够的真空，保证了混合动力汽车的制动安全。

图4-25　混合动力汽车电动真空泵

有些混合动力汽车不再设计有真空助力系统的制动系统，改用电控液压制动系统。该系统的特点是驾驶员踩下制动踏板不再是直接将机械力传递到制动主缸，而制动踏板是一个传感器，传感器将信号先传递给制动系统模块，该模块根据制动需求，驱动液压制动系统的制动压力实现制动，普锐斯液压制动主缸结构示意图如图4-26所示。

该系统的最大优点是可以无缝配合混合动力的制动能量回收控制。

图4-26　电控液压制动主缸与制动模块

2.混合动力汽车的基本结构

混合动力汽车的结构较为复杂，它具有传统汽车与纯电动汽车的双重部件。如图4-27所示，混合动力汽车配置有内燃机、动力电池、动力驱动单元、DC/DC转换器，如果是插电式混合动力汽车还配置有车载充电器等。

图4-27　混合动力汽车基本结构

由于动力电池、DC/DC转换器等部件与纯电动汽车在结构原理上并无区别，但是动力驱动单元的设计却是混合动力汽车的中心，既是车辆混合动力驱动形式的反映，也是一辆混合动力汽车技术性能的重要体现。

在混合动力的车型中，中度、重度混合动力其内部在传统内燃汽车基础上主要增加有高压动力电池组和改进的变速驱动单元，并为特定车辆需求增加一些其他附属部件。

3.变速驱动单元的结构

混合动力汽车的变速驱动单元如图4-28所示，不同于现有的自动变速器或手动变速器，其内部主要包含：

·用于驱动和发电的三相电机

·用于实现动力切换的离合器

·用于实现输出动力变速的齿轮机构

图4-28　混合动力变速驱动单元

混合动力汽车变速驱动单元目前有两种应用比较广泛的类型，分别以丰田普锐斯为代表的混联形式变速驱动单元和以比亚迪秦为代表的并联式变速驱动单元。

混联式变速驱动单元的机构可以实现更多的混合驱动模式，例如纯电动驱动模式、内燃机与电机复合工作模式以及各种工况下的不同组合模式，通常这种变速驱动单元内部设计有两个电机。

并联式变速驱动单元的机构最大的优点是，可以在电力驱动模式下失效时，单纯依靠内燃机，也可以由变速单元继续驱动车辆行驶。

（1）混联式变速驱动单元。

在丰田普锐斯车型中，变速驱动单元内部设计有两个驱动电机MG1和MG2，并设计有一个行星齿轮机构，如图4-29、图4-30所示，其连接关系如下：

图4-29　普锐斯变速驱动单元内部连接关系示意图(www.daowen.com)

图4-30　行星齿轮运作工作原理

①内燃机与内部行星齿轮机构的行星架相连接。

②MG1与行星齿轮机构的太阳轮相连接。

③MG2与行星齿轮机构的齿圈以及车辆输出轴相连接。

从其内部连接关系可以判断出来，该变速单元中既存在着内燃机提供动力给MG1发电，MG2用于驱动车辆的串联形式；也存在着在MG1固定的情况下，内燃机和MG2同时利用行星齿轮机构驱动车辆的并联形式。因此，可以从这样的结构中判断出普锐斯采用是混联形式。

混合动力汽车采用的电机通常是三相交流电机，它替代了传统汽车上的发电机和启动机。需要启动内燃机时，内部的电机作为启动机，带动内燃机运转；内燃机启动后，又会作为发电机，为车辆提供持续电能，如图4-31所示。

图4-31　混合动力汽车电机的作用

（2）并联式变速驱动单元。

在比亚迪秦的变速驱动单元中，组合设计有一个DCT双离合变速器和一台驱动电机，并通过一套减速机构进行并联起来，如图4-32所示，其内部的连接关系如下：

图4-32　比亚迪秦变速驱动单元总成示意图

①驱动电机通过单独的一套减速机构与齿轮变速器相连。

②内燃机通过DCT双离合变速器以及另外一套减速机构与齿轮变速器相连。

比亚迪秦的电机是由外圈的定子与内圈的转子组成，是汽车的动力源之一，向外输出转矩，用于驱动汽车前进、后退；同时也可以作为发电机发电（例如，在滑行、制动过程中以及发动机输出的额外转矩的势能或者动能通过电机转化为电能存储）。电机采用交流永磁同步电机，额定功率为40kW，如图4-33所示。

4.混合动力汽车的运行模式

混合动力汽车在运行过程中，通常可以细分成以下几种运行模式：

（1）起步加速。

混合程度较轻的车型，起步时由电机辅助发动机驱动，提供强有力的加速能力，混合程度较重的车型，起步时都是由纯电力驱动的，内燃机处于关闭状态，如图4-34所示。

图4-33　比亚迪秦变速驱动单元外观结构

图4-34　纯电力驱动或电机辅助内燃机驱动

（2）低速巡航行驶。

在低速巡航行驶时，内燃机处于关闭状态的，只靠电机驱动车辆行驶，如图4-34所示。

（3）加速。

在加速状态下时，如果此时内燃机已经启动，会由电机辅助内燃机提供强有力的加速动力。如果内燃机在未启动状态下遇到大负荷情况，系统会自动启动内燃机来为车辆提供更高的动力，如图4-35所示。

图4-35　混合驱动模式

（4）高速巡航。

在高速巡航状态情况下，电机通常被关闭，只由内燃机进行驱动，以稳定的低油耗行驶，并且通过发电机向电池组充电。因为在这种工况下，内燃机的运行也是在最经济的油耗下进行的，如图4-36所示。

图4-36　仅内燃机运行模式

（5）减速。

系统会优先执行制动能量回收，将制动能量转化为电能存储在蓄电池中，此时内燃机会被关闭，减少能耗，提高充电效率，如图4-37所示。

图4-37　制动能量回收模式

（6）自动停车。

怠速时，混合动力汽车的内燃机会被自动停止，此时能源消耗和排放为零。