(1)组成混合动力汽车控制系统的组成如图3-61所示。
①混合动力系统ECU的控制 根据请求转矩、再生制动控制和HV蓄电池的SOC(荷电状态)控制发电机(MG1)、电动机(MG2)和发动机。具体工作状态由挡位、加速踏板踩下角度和车速来确定。
混合动力系统ECU监控HV蓄电池的SOC和HV蓄电池的温度及发电机(MG1)和电动机(MG2),以对这些项目实施最优控制。
车辆处于N挡(空挡)时, HV ECU实施关闭控制,自动关闭发电机(MG1)和电动机(MG2)。
车辆在陡坡上松开制动而启动时,上坡辅助控制可以防止车辆下滑。
如果驱动轮在没有附着力时空转, HV ECU提供电动机牵引力控制,抑制电动机(MG2)旋转,进而保护行星齿轮组,同时防止发电机(MG1)产生过大的电流。
为防止电路电压过高并保证电路切断的可靠性, HV ECU通过3个继电器的作用实施(系统主继电器)SMR控制来连接和关闭高压电路。
②发动机ECU的控制 发动机ECU接收 HV ECU发送的目标发动机转速和所需的发动机动力,来控制ETCS-i系统、燃油喷射量、点火正时和VVT-i系统。
③变频器的控制根据 HV ECU提供的信号,变频器将HV蓄电池的直流电转换为交流电来驱动发电机(MG1)、电动机(MG2),同样也可进行逆向过程。此外,变频器将发电机(MG1)的交流电提供给电动机(MG2)。
HV ECU向变频器内的功率晶体管发送信号,来转换发电机(MG1)、电动机(MG2)的U、V和W相来驱动发电机(MG1)和电动机(MG2)。 HV ECU从变频器接收到过热、过流或故障电压信号后即关闭。
④增压转换器的控制 根据 HV ECU提供的信号,增压转换器将额定电压DC 201.6升高到最高电压DC 500V。
发电机(MG1)或电动机(MG2)产生的最高电压AC 500V
由变频器转换为直流电,根据 HV ECU的信号,增压转换器将直流电降低到DC 201.6V(用于HV蓄电池)。
⑤转换器的控制 将额定电压DC 201.6V转化为DC 12V为车身电气组件供电,并为备用蓄电池充电(DC 12V),转换器将备用蓄电池控制在恒定电压状态。
⑥空调变频器的控制 将HV蓄电池的额定电压DC 201.6V转换为AC 201.6V,为空调系统的电动变频压缩机供电。
⑦发电机(MG1)和电动机(MG2)的控制a.发电机(MG1)由发动机带动旋转,产生高压(最高电压AC 500V),操作电动机(MG2)并为HV蓄电池充电。另外,它作为起动机启动发动机。
b.电动机(MG2)由发电机(MG1)或HV蓄电池供电驱动,产生车辆动力。
c.制动时或加速踏板未被踩下时,电动机(MG2)产生电能为HV蓄电池再次充电(再生制动控制)。
d.速度传感器(转角传感器)检测到发电机(MG1)、电动机(MG2)的转速和位置并将信号输出到 HV ECU。
e.电动机(MG2)上的温度传感器检测温度,并将温度信号发送到 HV ECU。
⑧制动防滑控制ECU的控制 制动时,制动防滑控制ECU计算所需的再生制动力并将信号发送到 HV ECU。一接收到信号HV ECU立刻将实际的再生制动控制数据发送到制动防滑控制ECU。根据此数据,制动防滑控制ECU计算并执行所需的液压制动力。
⑨蓄电池ECU的控制 蓄电池ECU实施监视控制,监视HV蓄电池和冷却风扇控制的状态,使HV蓄电池保持在预定的温度。这样,对这些组件实施最优控制。
⑩换挡的控制 HV ECU根据挡位传感器提供的信号检测挡位(R、N、D或B),控制发电机(MG1)、电动机(MG2)和发动机调整车辆行驶状态以适应所选挡位。
变速器控制ECU通过 HV ECU提供的信号检测驾驶员是否
按下驻车开关。然后,它操作换挡控制执行器,通过机械机构锁止变速驱动桥。
11. 碰撞时的控制 发生碰撞时,如果 HV ECU收到空气囊传感器总成发出的空气囊张开信号,或变频器中断路器传感器发出的执行信号,则关闭SMR(系统主继电器)以切断整个电源。
12. 电动机驱动模式 的控制仪表板上的EV模式开关被驾驶员手动打开时,如果所需条件满足,则 HV ECU使车辆只由电动机(MG2)驱动运行。
13. 巡航控制系统操作的控制 HV ECU中的巡航控制ECU收到巡航控制开关信号时,按照驾驶员的要求,将发动机、发电机(MG1)和电动机(MG2)的动力调节到最佳的组合,获得目标车速。
14. 指示灯和警告灯点亮的控制 使灯点亮或闪烁,通知驾驶员车辆状态或系统故障。
15. 诊断 HV ECU检测到故障时,进行诊断并存储故障的相应数据。
16. 安全保护 HV ECU检测到故障时, HV ECU根据存储在存储器中的数据停止或控制相关执行器和ECU。
THS控制系统组成框图如图3-62所示。
(2)主要功能① HV ECU控制 HV ECU根据加速踏板位置传感器发出的信号检测加速踏板上所施加力的大小。 HV ECU收到发电机(MG1)和电动机(MG2)中速度传感器(转角传感器)发出的车速信号,并根据挡位传感器的信号检测挡位。 HV ECU根据这些信息确定车辆的行驶状态,对发电机(MG1)、电动机(MG2)和发动机的动力进行最优控制,以实现低耗油和更清洁的排放等目标。
HV ECU控制原理如图3-63所示,其结构框图如图3-64所示。
a.系统监视控制功能 蓄电池ECU始终监视HV蓄电池的
SOC(荷电状态),并将SOC发送到 HV ECU。SOC过低时,HVECU提高发动机的功率输出以驱动发电机(MG1)为HV蓄电池充电。发动机停止时,发电机(MG1)工作来启动发动机;然后,发动机驱动发电机(MG1)为HV蓄电池充电。
如果SOC较低或HV蓄电池、发电机(MG1)或电动机
(MG2)的温度高于规定值,则 HV ECU限制对驱动轮的动力的大小,直到它恢复到额定值。内置于电动机(MG2)中的温度传感器直接检测电动机(MG2)的温度。 HV ECU计算发电机(MG1)的温度。
b.关闭控制功能一般来说,车辆处于N挡时,发电机(MG1)和电动机(MG2)被关闭。这是由于电动机(MG2)通过机械机构与前轮相连,所以必须停止发电机(MG1)和电动机(MG2)来切断动力。
行驶时,如果制动踏板被踩下并且某个车轮锁止,则带EBD的ABS启动工作。然后,系统请求电动机(MG2)输出低转矩为重新驱动车轮提供辅助动力,这时,即使车辆处于N挡,系统也会取消关闭功能使车轮转动。车轮重新旋转后,系统恢复关闭功能。
车辆以D挡或B挡行驶,制动踏板被踩下时,再生制动开始工作。这时,驾驶员换挡到N挡时,在再生制动请求转矩减少的同时制动液压增大以避免制动黏滞。在这以后,系统实施关闭功能。
发电机(MG1)、电动机(MG2)以比规定值更高的转速工作时,关闭功能取消。
c.上坡辅助控制功能 如果施加了上坡辅助控制,则制动会施加到车辆后轮,防止车辆向坡下滑。这时, HV ECU向制动防滑控制ECU发送后制动启动信号。车辆在陡坡上松开制动而启动时,上坡辅助控制可以防止车辆下滑。由于电动机具有高敏感度的转速传感器,它可以感应坡度和车辆下降角度,以增大电动机的转矩确保安全。
d.电动机牵引力控制功能 车辆在光滑路面上行驶时如果驱动轮打滑,电动机(MG2)(与车轮直接相连)会旋转过快,引起相关的行星齿轮转速增大。这种状况可对咬合部件等造成损害。某些时候,还可使发电机(MG1)产生过量电能。如果转速传感器信号表明转速发生突然变化, HV ECU确定电动机(MG2)转速过大并施加制动力以抑制转速,保护行星齿轮组。
如果只有一个驱动轮旋转过快, HV ECU通过左右车轮的转速传感器监视它们的速度差, HV ECU将指令发送到制动防滑控
制ECU,以对转速过快的车轮施加制动。这些控制方法可以起到与制动控制系统TRC同样的作用。
e.雪地起步时驱动轮转速控制功能 图3-65所示为雪地起步时驱动轮转速状态。图3-6(a)描述了产生过快转速的机理。如果驱动轮抓地力正常,那么电动机(MG2)(驱动轮)转速的变化很小,它们和发动机之间的速度差很小,从而达到平衡,这样行星齿轮组[图3-66(c)]的相对转速差最小。
如果驱动轮打滑,如图3-66(b)所示,电动机(MG2)(驱动轮)的转速会有很大的变化。在这种情况下,由于转速变化量较小的发动机无法随电动机(MG2)转动,行星齿轮组的转速将增大。
HV ECU根据电动机(MG2)提供的转速传感器信号监视转速突变,来计算驱动轮的打滑量HV ECU根据计算的打滑量通过抑制电动机(MG2)的旋转来控制动力(图3-67)。
f.系统主继电器(SMR)控制功能SMR是在接收到HVECU发出的指令后可连接或断开高压电路电源的继电器(图3-68),共有3个继电器,负极侧有1正极侧有2个,一起来确保系统工作正常。
ⅰ. 电源打开 电路连接时SMR1和SMR3工作;之后,SMR2工作而SMR1关闭。这种方式可以控制流过电阻器的电流电路中的触点受到保护,避免受到强电流造成的损害(图3-69)。
ⅱ. 电源关闭 电路断开时SMR2和SMR3相继关闭。然后,HV ECU确认各个继电器是否已经关闭。这样, HV ECU可确定SMR2是否卡住(图3-70)。
②发动机ECU控制 发动机ECU接收到 HV ECU发送的目标发动机转速和所需的发动机动力信号,控制 ETCS-i系统、燃油喷射量、点火正时和VVT-i系统(图3-71)。
a.发动机ECU将发动机工作状态信号发送到混合动力系统ECU。
b.按照基本THS-Ⅱ控制,在接收到混合动力系统ECU发送的发动机停止信号后,发动机ECU将使发动机停机。
C.系统出现故障时,发动机ECU通过混合动力系统ECU的指令打开检查发动机警告灯。
③变频器控制 如图3-72所示,根据 HV ECU提供的信号,变频器将HV蓄电池的直流电转换为交流电给发电机(MG1)、电动机(MG2)供电,或执行相反的过程。此外,变频器将发电机(MG1)的交流电提供给电动机(MG2),电流从发电机(MG1)提供给电动机(MG2)时,电流在变频器内转换为直流电。
根据发电机(MG1)、电动机(MG2)发送的转子信息和从蓄电池ECU发送的HV蓄电池SOC等信息, HV ECU将信号发送到变频器内部的功率晶体管来转换发电机(MG1)、电动机(MG2)定子线圈的U、V和W相。关断发电机(MG1)、电动机(MG2)的电流时, HV ECU发送信号到变频器。
④制动防滑控制ECU控制 制动防滑控制ECU根据驾驶员踩下制动踏板时制动执行器和制动踏板行程传感器的制动总压力计算所需的总制动力(图3-73)。
制动防滑控制ECU根据总制动力计算所需的再生制动力,将结果发送到 HV ECU。
HV ECU启动电动机(MG2)进行反方向转矩控制并执行再生制动功能。
制动防滑控制ECU控制制动执行器电磁阀产生轮缸压力,这个轮缸压力是总制动力减去实际再生制动控制的数值。
在带VSC+系统的车型上,车辆在VSC+系统控制下工作时制动防滑控制ECU发送请求信号到 HV ECU实施电动机牵引力控制, HV ECU根据当前的车辆行驶状态控制发动机、发电机MG1)和电动机(MG2)以抑制动力。
⑤蓄电池ECU控制 蓄电池ECU检测HV蓄电池的SOC(荷电状态)、温度、电压以及是否泄漏,并将这些信息发送到HVECU(图3-74)。蓄电池ECU通过HV蓄电池内的温度传感器检测其温度,并操纵冷却风扇来控制温度。
a.HV电池状态监视控制 蓄电池ECU始终监视以下项目并将这些信息发送给 HV ECU。
ⅰ. 通过HV蓄电池内的温度传感器检测HV蓄电池温度。
ⅱ. 通过HV蓄电池内的泄漏检测电路检测其是否泄漏。
ⅲ. 通过HV蓄电池内的电压检测电路检测其电压。
ⅳ. 通过电流传感器检测电流。
HV蓄电池通过估计充电和放电电流来计算SOC。
b.SOC控制(图3-75)车辆行驶时,由于HV蓄电池在加速期间给电动机(MG2)充电,减速时由再生制动充电而反复经历充电和放电过程。蓄电池ECU根据电流传感器检测到的充电和
放电水平计算SOC,并将数据发送到 HV ECU, HV ECU根据接收的数据控制充电和放电,将SOC始终控制在稳定水平C.冷却风扇控制如图3-76所示,蓄电池ECU根据HV蓄电池内的3个温度传感器和1个进气温度传感器检测到蓄电池温度上升,蓄电池ECU在负载循环控制下连续启动冷却风扇,将HV蓄电池的温度维持在规定范围内。
空调系统降低车内温度时,如果检测到HV蓄电池温度出现偏差,则蓄电池ECU关闭冷却风扇或将其固定在低挡转速。该控制的目的是使车内温度首先降下来,这是由于冷却系统的进气口位于车内。
⑥汽车碰撞控制如图3-77所示,发生碰撞时,如果HVECU接收到空气囊传感器总成发出的空气囊张开信号或变频器中的断路器传感器发出的执行信号, HV ECU将关闭SMR(系统主继电器)从而切断总电源以确保安全。
⑦纯电动机驱动模式控制 为减小深夜行车、停车时的噪声和在车库中短时间减少排气,可以手动按下仪表板上的EV模式开关(图3-78)使车辆只受电动机(MG2)的驱动。打开EV模式开关后,组合仪表中的EV模式指示灯将点亮。
在正常行驶状态下,车辆只以电动机(MG2)起步,加速踏板受力时或SOC下降时发动机工作产生动力。但是,如果EV模式开关打开后,启动发动机的规定数值将受到修正以增加在只有电动机(MG2)工作状态下的车辆续驶里程。
选择EV模式时,发动机停止工作,车辆继续在只有电动机(MG2)工作的状态下行驶,除非车辆发生以下情形。
a.EV模式开关关闭。
b.SOC下降到规定水平以下。
C.车速超过规定数值。
d.加速踏板角度超过规定数值。
e.HV蓄电池温度高于正常工作范围。
f.如果HV蓄电池在标准SOC下,车辆在平坦路面上连续行驶0.6~1.2mile(1~2km)后,EV模式将关闭。
⑧指示灯和警告灯THS-Ⅱ系统指示灯和警告灯(图3-79)的作用见表3-5。
⑨自诊断 第二代丰田混合动力系统(THS-Ⅱ)中,如果HV ECU、发动机ECU或蓄电池ECU检测到故障,则ECU进行自诊断并存储故障信息。此外,为了通知驾驶员故障发生,ECU使检査发动机警告灯、主警告灯或HV蓄电池警告灯点亮或闪烁。
HV ECU、发动机ECU或蓄电池ECU将存储各自故障的DTC。在常规的DTC5位代码的基础上新添加了3位数字信息代码。这样,在故障排除时可进一步缩小范围以确定故障。可以使用智能测试仪Ⅱ读取DTC。一些DTC较以往更加细化了怀疑部位，同时为其制定了新的DTC,此外,还增添了与新增项目对应的DTC。
⑩安全保护 如果 HV ECU检测到THS-Ⅱ系统故障,那么它将根据存储器中的数据控制系统。
