THS功率回流问题分析及其解决方案

刘学武; 徐向阳; 黄河; 赵江灵; 李凯峰; 董鹏

doi:10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0110

THS功率回流问题分析及其解决方案

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0110

刘学武^{1, 2},
徐向阳¹,
黄河²,
赵江灵²,
李凯峰¹,
董鹏^1, ,

1.
北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京 100191
2.
广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州 511434

基金项目: 国家自然科学基金(52172352,52322216)

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通讯作者:
E-mail：dongpengbeihang@163.com

中图分类号: U469.72
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出版历程
- 收稿日期: 2023-03-08
- 录用日期: 2023-04-01
- 网络出版日期: 2023-05-23
- 整期出版日期: 2025-03-27

Analysis of power reflux problem and its solution of THS

1.
School of Transportation Science and Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China
2.
GAC Automotive Research & Development Center，Guangzhou 511434，China

Funds: National Natural Science Foundation of China (52172352,52322216)

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Corresponding author: E-mail：dongpengbeihang@163.com

摘要

摘要:
分析丰田混合动力系统（THS）在高速工况存在的功率回流现象及其原因，提出一种解决其功率回流问题的混合动力机电耦合系统方案，即在THS的基础上增加一个制动器，不仅消除了功率分流现象，而且增加了一个发动机直驱模式，降低了燃油消耗。仿真对比2种系统在定速工况的油耗，发现增加制动器后，系统的90 km/h等速油耗改善了7.7%，120 km/h等速油耗改善了3.9%。此外，对2种系统分别在2个等速工况下的控制策略进行分析。结果表明：改进后的系统在采用发动机直驱模式时，避免了THS的功率回流问题，提高了系统效率，改善了整车油耗。
- 混合动力 /
- 机电耦合系统 /
- 功率分流 /
- 等速油耗 /
- 发动机直驱模式 /
- 功率回流
Abstract:
After analyzing the occurrence and the reason behind the power reflux in toyota hybrid system (THS) at high speeds, a novel hybrid electromechanical coupling system scheme that can address the power reflux issue is put forth. The system not only solves the power reflux problem, but also adds an engine direct drive mode and reduces fuel consumption by adding a brake based on THS. By comparing the fuel consumption of the two systems under constant speed conditions, it is found through simulation that the fuel consumption at 90 km/h and 120 km/h can improve by 7.7% and 3.9% after adding brakes. Furthermore, an analysis is conducted on the control strategies employed by the two systems under the two constant speed conditions. The findings indicate that the enhanced system circumvents THS’s power return issue, enhances system efficiency, and optimizes the vehicle's fuel consumption when it employs the engine direct drive mode.
- hybrid /
- electromechanical coupling system /
- power split /
- constant-speed fuel consumption /
- engine direct drive mode /
- power reflux

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图 1 THS构型

Figure 1. THS configuration

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图 2 电机工作状态说明

Figure 2. Description of the working state of the motor

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图 3 正常行驶原理

Figure 3. Normal driving principle

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图 4 功率回流时的原理

Figure 4. Principle of power return

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图 5 混合动力机电耦合系统构型

Figure 5. Hybrid electromechanical coupling system configuration

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图 6 油耗仿真结果

Figure 6. Fuel consumption simulation results

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图 7 不同工况节油率

Figure 7. Fuel saving rate under different working conditions

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图 8 不同系统发动机的工作的对比

Figure 8. Comparison of the work of engines of different systems

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图 9 制动器方案

Figure 9. Brake scheme

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图 10 锁止和分离状态示意图

Figure 10. Schematic diagram of lock and detach states

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图 11 液压系统原理

Figure 11. Hydraulic system principle

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图 12 液压系统仿真

Figure 12. Hydraulic system simulation

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表 1 混动系统模式控制逻辑

Table 1. Hybrid system mode control logic

驱动模式	ICE	EM1	EM2	B
纯电动	停机	空转	驱动
功率分流	驱动	发电	驱动
发动机直驱	驱动	停机	空转	制动
制动回收	停机	空转	发电
驻车发电	驱动	发电	停机

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表 2 整车参数

Table 2. Vehicle parameters

整车整备质量/kg	半载质量/kg	轴距/ mm	车胎滚动半径/m	迎风面积/m²	风阻系数	阻力曲线/N	发动机
2081.5	2900	+300	0.37	2.88	0.355	166.5+1.063v+ 0.047v²	2.0TM

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表 3 功率分流控制策略分析

Table 3. Power shunt control strategy analysis

工况	动力源	工况点	备注
90 km/h等速	ICE	136 N·m 1400 r/min 效率37.4%
	EM1	−37 N·m −1100 r/min	“电驱动路径”能量占比约20%
	EM2	−6 N·m 7700 r/min	“电驱动路径”能量占比约20%
120 km/h等速	ICE	176 N·m 2 050 r/min 效率39.2%
	EM1	−49 N·m −700 r/min	“电驱动路径”能量占比约10%
	EM2	−6 N·m −10300 r/min	“电驱动路径”能量占比约10%

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表 4 发动机直驱模式控制策略分析

Table 4. Analysis of engine direct drive mode control strategy

工况	动力源	工况点	备注
90 km/h等速	ICE	98 N·m 1700 r/min 效率36.5%	热效率差2.4%
	EM1	停机	“电驱动路径”能量占比由20%变为0
	EM2	停机	“电驱动路径”能量占比由20%变为0
120 km/h等速	ICE	147 N·m 2300 r/min 效率37.9%	热效率差3.3%
	EM1	停机	“电驱动路径”能量占比由10%变为0
	EM2	停机	“电驱动路径”能量占比由10%变为0

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