透视雷克萨斯RX450h混合动力技术文
05款爱丽舍
45论坛朱余清;王海林;赵新
【期刊名称】《汽车维修与保养》
【年(卷),期】2010(000)012
【总页数】4页(P102-105)
宝马740li
【作 者】朱余清;王海林;赵新
【作者单位】华南农业大学;华南农业大学;华南农业大学
【正文语种】中 文
图1 雷克萨斯RX450h混合动力SUV
2005年雷克萨斯首次发布了全球首创的油电混合动力豪华SUV RX400h，时隔四年，该公司于2009年4月推出了最新一代的RX450(如图1)，显示了雷克萨斯在油电混合动力技术方面的
强劲实力和领先地位。作为AWD(all-wheel-drive)四轮驱动的SUV车型，RX450h搭载了“THS II with motor speed reduction device+E-Four”，即带行星齿轮减速单元THS II+电子四轮驱动混合动力系统。
一、RX450h THS II系统的基本构成
RX450h四轮驱动系统主要由3.5L V6发动机、高输出电机/制动发电、先进的镍氢电池组、功率控制单元、混合动力传动装置、E-FOUR系统及电控制动系统等组成。雷克萨斯RX450h混合动力系统与丰田普锐斯的混合动力系统同属THS II系统，主要由前驱动桥、动力分配机构、行星齿轮减速单元、后驱动桥，电子功率控制单元(PCU)、变频器及高输出HV镍氢蓄电池组等构成，如图2所示。
动力传动系统方面，RX450h前驱动轮由汽油和蓄电池提供能量，驱动力输出装置由汽油发动机和内置在前驱动桥内的驱动电机MG1、MG2，变速器为电子无级变速器(ECVT)，MG1通过行星齿轮机构控制前桥输出轴速度，不需要离合器或粘性联轴器；后驱动轮由后桥内的后电机MGR驱动，是一套纯电子四驱系统，前后桥之间用电气连接取代了传统的机械传动轴连接，实现分时四轮驱动(parttime all-wheel-drive)。
mclaren f1>宝马minicountryman二、RX450h油电混合动力系统新技术
与上一代RX400h相比，RX450在动力性、经济性和驾驶性方面进行了诸多改进。
1.阿特金森燃烧循环控制3.5L V6发动机
该发动机在燃油经济性改善方面得益于采用了阿特金森循环及水冷EGR系统。RX450h以阿特金森循环工作，与有效压缩比相比，具有相对较高的膨胀比。简单说，就是以较少的泵气损失进行油气混合，而产生较高的做功能量。
阿特金森循环发动机减少了泵气损失，比常规四冲程“奥托循环”发动机提升10%的效率。与常规奥托循环发动机相比，其排量也有所减小，负面效果就是降低了的转矩输出，但是这一转矩损失被RX450h电机得到迅速补偿。RX450h发动机以阿特金森循环工作不仅可改善小负荷(节气门部分开启)时的燃油经济性，即使在大负荷时也结合排气VVT-i和精确控制EGR率，在保证动力性的前提下，把空燃比调制到最佳比率，改善燃油经济性。
图2 RX450h构成
RX450h发动机采用了全新的水冷EGR系统，降低了废气再循环过程中进入汽缸的再循环废气温度，同时该系统可精确计量进入进气歧管的再循环废气量。该EGR系统能把再循环的废气输送到进气歧管内平均分配到每一个汽缸。全新的水冷EGR系统能使废气温度从880℃降低到150℃，提高了汽缸的容积效率，因此发动机的功率和转矩也获得改善，特别是高负荷驱动工况。
2.废气加热恢复系统
另一个改善燃油经济性的因素来自RX450h 的废气加热恢复系统EHRS(Exhaust Heat Recovery System)，如图3所示。混合动力的一个重要控制策略是关闭发动机，但是在冬天驾驶时，发动机停机后温度降低需要预热，此时要求启动发动机的电机MG1在较高功率状况运转，特别是在预热过程中。当温度低于0℃，HV电池输出电流大、储量降低，同时电机性能受损。为应对这一挑战，雷克萨斯开发了一种全新的高效系统，以废气快速加热发动机冷却液，使发动机关闭后迅速被预热。采用EHRS后允许发动机迅速停止，帮助车辆运行过程改善燃油经济性。废气加热的热能来自直接固定在排气系统中的催化转化器下游废气管。一个恒温控制阀(节温器)强制使一部分废气再循环到一个加热腔内，很快加热
周围的发动机冷却液。阀内的一个弹簧允许打开到全速加热状态。当发动机冷却液被有效加热后，阀的开度允许废气对EHRS系统进行旁路。
3.混合动力驱动桥
RX450h混合动力驱动桥的结构如图4所示，主要由动力分配机构、MG1、MG2、缓冲器、行星齿轮减速单元、主减速器齿轮、次级减速齿轮、速度传感器、油泵、差速器等组成。该驱动桥在机械方面对各零部件采用先进的润滑方式、低摩擦轴承以及油冷系统，提高了输出转矩和整个驱动桥的效率。在传动系统方面，RX450h采用了一种能有效改善飞轮减震效果的两级转矩缓冲(减震)机构，当发动机启动过程也能起到较好的减震效果。在混合动力汽车的城市驾驶过程中，发动机频繁关闭和启动，这种缓冲机构起到显著的减震和降低噪声。
4.动力分配机构
动力分配机构是雷克萨斯混联式混合动力技术的关键部件，它不仅联接了汽油发动机与电动机，控制了各能量的流向，并且取代了传统的变速器，如图5所示。RX450h的动力分配
机构其实就是一套行星轮系，包括太阳轮、行星齿轮、行星架、齿环四个部件。太阳轮与发电机(MG1)相连，行星架与汽油发动机相连，齿环与前桥输出轴(前驱动轮)相连，行星轮同时与太阳轮和齿环啮合。这套机构与普锐斯的相比，普锐斯的前电动机MG2是直接与齿环相连的，而RX450h则多了一套行星齿轮减速单元，只不过这套轮系的行星架已被固定，少了一个自由度，只作为前电动机MG2的减速增扭机构，减速比为2.48，相同负荷条件下减小了前电动机的尺寸。
图4 RX450h混合动力驱动桥结构
图5 RX450h动力分配机构结构
07款帕萨特领驭
RX450h油电混合动力系统运行过程中，实际上由汽油发动机、发电机、输出轴(前驱动轮)三个装置协同工作。通过THS II ECU监控驾驶员的操作、车辆运行状况、各电机工作状况及HV电池状况等因素，一方面保证汽油发动机在高效率经济工况区工作，同时计算并控制发电机的转速和负载，由发电机回收汽油发动机发出的多余能量及制动能量。通过动力装置的输入输出进行反馈式控制，实现了足够的动力输出、良好的燃油经济性及对HV蓄电池充电三者之间的优化协同工作。这个过程的进行也取代了传统变速器的换挡功能，消除机
械式变速器不可避免的换挡冲击。雷克萨斯将这一依靠行星轮系的运转来改变传动比，实现无级变速换挡的机构称为电子无级变速器(ECVT，Electronically Controlled Continuously Variable Transmission)。况且RX450h首次在这一ECVT系统应用了所谓人工智能(AI)控制功能，即ECVT-i变速，AI智能控制变速器是一种设计好的换挡运算程式，依据路况及驾驶行为去进行换挡管理，它依据加速踏板角度及改变率，节气门开度及发动机转速，比较车辆行驶车速，准确理解驾驶员意图，判断车辆究竟是上坡或还是下坡，依靠智能预测，变速器选择恰当的变速范围以控制发动机在最适合的转速进行上坡加速或者控制发动机进行下坡制动，这一功能不但使驾驶员轻松操作，而且使E-FOUR系统具有更佳的驾驶性能，实现最佳燃油经济性和低排放。