1997-2020 | 丰田THS的23年进化史


提到混动,一直有这么一句话:世界上只有两种混动,一种是丰田,一种是其他

丰田的混动系统Toyoda Hybrid System,简称为THS,在网上到处可以看到吹捧它的文章。就连小白都知道,THS搭载着一种神奇的装置——行星齿轮

但很多人不知道的是,丰田这套系统从1997年就已经量产了,这是怎样一个概念?这期间,人类顶级商用芯片的加工工艺从Window97的0.2μm,进化到了iphone A13芯片的7nm,从微米进化到了纳米级别。而THS系统在这期间又经历了多少代?每一代进化分别有哪些改善?

今天,就让小编带你们回顾一下,丰田THS的完整进化史

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第一代THS

1997年,第一代THS系统诞生,在第一代普锐斯上首次应用。THS-I系统非常简洁——主体就是自媒体老师口中的行星齿轮

行星齿轮由太阳轮、行星架、齿圈三个旋转装置构成。三者之间以一定的转速比例,相互转动。行星齿轮有三个旋转装置,THS系统又正好有三个动力源,他们用这样的方式一一对应

  • 发动机,对应行星架
  • 负责管理发动机的MG1电机,对应太阳轮
  • 主要负责驱动的MG2电机,对应齿圈,同时齿圈通过传动链外接到车轮

这套系统简洁而可靠。在精密复杂的控制下,它实现了混动系统最终极的目的:就是让发动机在不同工况下,始终都能工作在高效率的区间,从而达到节油的目的

这套动画软件,可以简单而直观地体现三个动力源之间的转速关系。纯电行驶时,ICE转速为零MG2驱动电机的转速随着车速提升,MG1需要按照一定的比例反转,以确保连接发动机的齿圈不转动。到了一定的车速后,发动机必须启动,以配合车速进一步上升。

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混动驱动时,MG2转速对应车速通过调节MG1的转速和负荷,可以将发动机控制在高效的转速和负荷区间,同时确保NVH水平。

同时,MG2允许一定程度的负转速,实现倒车

但是这套系统无法将全部三个动力源的功率全部输出到车轮端,所以被称为动力分流型系统。

相比同时代的汽车产品,THS-I达到了节油的目的,但消费者发现其加速能力却明显不足。第一代普锐斯上,能直接驱动车轮的MG2电机,峰值功率只有29kW。要知道相同整备质量的五菱荣光1.2L版本,发动机功率也有60.3kW。

第二代THS

为了解决这一问题,2003年伴随第二代Prius车型上市,第二代的THS系统出现了。它在原有一个行星排的基础上,新增了一个行星排

THS-I (左) THS-II (右)

第二个行星排齿圈与第一个行星排的齿圈连接,太阳轮与MG2连接,行星架则固定不动。这样第二个行星排只有一个作用,就是成为了MG2的减速机构。通过降低MG2的转速,放大MG2的扭矩,提高了车辆的动力性

2009年,第三代普锐斯上市,THS-II系统没变发动机排量提升到1.8L,同时采用全新逆变器,实测油耗是4.3L/100km。10年前就达到这个油耗水准,可以说领先了整个时代。

但这样的二代THS系统,由于结构的原因,MG1的最高转速,限制了纯电模式下的最高车速不能很高。插电混动车型的黄金时代即将到来,在这方面的劣势,使得丰田必然会在今后进一步改进。

第二代THS系统改进

为了适应全新的TNGA平台,丰田在2015年推出的第四代普锐斯车型上,对THS-II进行了持续改进。

这次改进,最显著的特征变化就是,将驱动电机(MG2)的减速机构,由之前的“第二个行星齿轮排”,改为更普通的平行轴齿轮。同时原来三个动力源平行并列布置的形式,变成了将MG2侧置

这样的优势在于:轴向尺寸被显著缩短了47mm。要知道横置平台要在不到1000mm的空间内,布置发动机、离合器和变速箱,轴向空间非常宝贵。这样就能在横置平台上适配更大的发动机,同时MG2的功率也能变得更大。

同时,第四代普锐斯将动力源改进为型号是2ZR-FXE的发动机,热效率提升到40%

基于第四代普锐斯车型,丰田于2016年又推出插电式混动版本的普锐斯Prime。与非插电混动版本相比,其在发动机和MG1之间增加了一个单向离合器

单向离合器的引入,实现了MG1和发动机的脱开,实现动力的单向传输。有了它,发电机(MG1)也可以参与纯电驱动。MG1反转的时候,也不会带动发动机,而经过一个齿轮的变向,和MG2在同一个方向,形成了双电机驱动的模式。

单向离合器原理


新系统的纯电驱动功率达到了原来的1.8倍,也没有了互相之间转速牵制的关系。纯电驱动时的最大车速达到135km/h,可以满足各个国家针对插电混动车型的入门法规要求。

MG2电机侧置、双接触结构齿轮、单向离合器、全新的电机……这么多的技术改进,以至于大家往往都将这一代系统称为THS-III。而丰田官方仍将这套系统称为THS-II,只是驱动桥代号变为了P610,对应第二代和第三代普锐斯的驱动桥代号为P410。

截止到今天,THS系统已经销售了约1500万台。如果你在日本或美国西海岸街头走一下,一定能经常看到搭载这套系统的普锐斯。《LalaLand》开头那个经典的歌舞长镜头,就是从女主角的第二代普锐斯开始的。

THS系统的应用

THS系统最开始只搭载在普锐斯车型。从THS-II开始,由于普锐斯混动被广泛接受,这套动力总成被更广泛地应用在其他车型上。

2017年,第八代凯美瑞双擎版搭载的THS-II系统,配合发动机排量提升到2.5L,最高热效率达到惊人的41%,相比前一代JS08工况油耗降低了20%。

2006年雷克萨斯LS600h上首次搭载的Multi-stage THS-II ,纵置平台从容放下V6发动机,串联2AT变速箱兼顾低速扭矩与最高车速。

但丰田似乎已经用混动用上了瘾。在跑车上,他们有LC500h。在硬核SUV上,他们有LAND CRUISER 500h,纵置THS,3.5L V6发动机串联4AT。

我们再看一遍这完整的族谱。从1997年开始,普锐斯一共发展了四代,THS系统发展了两代。但是2015年第四代普锐斯开始,第二代THS系统迎来了一次巨大升级,网上也经常称之为THS三代。

2005年开始,THS系统开始应用在横置和纵置平台,丰田实现了从基础车型普锐斯,到顶级车型LS,从跑车LC,到SUV陆地巡洋舰的全型谱分布。这在全球汽车领域,迄今为止,还是独一家。

普锐斯引入国内后,还会化身为雷凌和卡罗拉插电混动版本,相信我们身边也会有更多的THS出现。

混动系统是发动机、电机和电池的配合作战。在这三个关键零部件上,THS系统是如何进化的?我们下期带来。


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