年度欧洲最佳车型：丰田Prius技术细节

　　欧洲22国的58名资深记者最近投票选出了本年度最佳车型。丰田先驱者Prius混合动力车当之无愧获得最多选票，第二、三名分别是雪铁龙C4和福特Focus。

　　一项大力推崇柴油动力、摒弃混合动力的欧洲，终于对丰田工程师们的业绩作出了肯定。而在美国，该车早已是最热销的车型之一，由于严重供不应求，预定后的等待时间长达6个月。在Ebay上该车被拍卖的价格远远高于定价。第二代的先驱者，已经成为丰田产量第四大的车型，仅次于RAV4。丰田主管研发的Kazuo Okamoto最近宣称，丰田的长远目标是为所有的丰田车型配备混合动力。紧接着会使用该技术的车型有：Lexus GS和RX400h（2005）、佳美Camry（2006）、Lexus LS（2007）和花冠Corolla（2008）。这些主要是面向美国市场。丰田坚信，所有的生产商都会有混合动力。

　　先驱者好在哪里？主要是省油。先看一下测试结果。按照欧洲排放标准的测试方法，该车100公里耗油约4.4升，远远低于同级别（紧凑型中档轿车）其他非混合动力车。也就是说100公里二氧化碳排放约102克，低于2012年生效的欧洲5标准的要求。按照美国FTP测试方法，该车100公里耗油约3.7升，低于未来的SULEV（Super Ultra Low Emission Vehicle）标准。

　　它的工作原理是怎样的呢？

　　大家都知道，混合动力的基本原理是：内燃机和电动机结合。启动时电动机提供额外的扭矩，协助加速；刹车或下坡时，电动机能把部分动能反过来转换成电能，存储到电池中。在启动停止频繁的市内交通里，这样就能节省能源。而且，在电动机的支持下，内燃机可以尽可能多的以省油的模式以最优化的转速运行。

　　丰田混合动力技术基于这一原理，但是实现方式与众不同。最大的特点：它有独立的发电机和电动机各一台；它的变速仅仅靠一套行星齿轮组，没有传统的机械变速箱和离合器（或是油压传动机构）。其他的混合动力车，比如本田的Insight，只有一台电动-发电机，配上CVT或6速自动变速器。

图1：丰田Prius混合动力系统。

　　

图2：示意图。

　　

　　这里要提及的是：丰田的电池是与松下电器联合研制和生产的，在Prius里的重量仅仅是39千克。丰田和松下下大功夫，大大减少了电池的记忆效应。在美国市场，丰田为电池提供10年质保，在欧洲8年。另外，发电机和电动机的工作电压均为500伏特，因而丰田专门开发了直流变压器，以便实现500V和14V的转换。

　　仅仅一套行星齿轮组，简直是不可思议。怎么样就靠一组齿轮实现所有的档位包括倒车档？

图3：行星齿轮机构。

　　

　　原理其实也很简单：发电机带动太阳轮（sun gear），内燃机带动行星轮（planet gear carrier），电动机与外环（ring gear）相连。同时，电动机的输出轴直接与传动轴连接。3台机器以不同的转速的和转向搭配就能实现任意输出速度和驱动模式。可以说这个concept是非常巧妙的，它的机械结构非常简单。

　　1。起步和倒车

图4：纯电动模式。

　　

　　0到20km/h以内Prius一般只使用电动机，只要电池有充足的能源。这时，内燃机不动，这样就避免了内燃机在低转速时的低功效。而发电机则无扭矩的反向旋转。（行星轮不动，太阳轮和外环动）

　　倒车时原理相同，只不过电动机的转向相反。

　　2。加速

图5：加速和上坡

　　

　　这时内燃机启动，同时发电机和电动机同向旋转，（三轮同时同向旋转）这样就能获得极大的扭矩。Prius的内燃机功率非常弱，而且始终是以优化功效的工作模式运行。然而加上两台电机的辅助，最大输出功率可以超过120kw，最大输出扭矩可以超过500Nm。

　　3。高速行驶

图6：高速匀速行驶

　　　　这时只有内燃机提供动力。发电机不动。（太阳轮不动，其他两轮同向旋转）在电池电力不足时，发电机也可以进入发电模式。而在高速下坡时，内燃机可以被关闭。这个运行模式是Prius的弱项，因为这时两台电机几乎没有作用，而内燃机有不够强大。因而该车在德国销路很差。

　　4。刹车

图7：刹车时动能转换为电能。

　　

　　刹车时内燃机的燃油喷射会自动停止。这是的转速搭配与纯电动时相同，只是这时发电机的磁场启动，进入发电模式。

　　总之，通过行星齿轮组，3台机器的转速互相配合，就能实现不同的运行模式。Prius通过复杂的电子控制，用简单的机械，能够实现类似CVT无级变速的效果。

　　最后，丰田Prius的成功，归根于一个原则：顾客至上。丰田在开发过程中，坚持把钱放到刀刃上，坚持先进技术要为顾客服务，并且要能让顾客感觉到新技术的优越性的原则。而在一般顾客不很在意的地方，丰田则尽可能的降低成本，比如Prius的后轴悬挂系统就非常廉价---这让笔者联想到大众高尔夫5，在推出第五代高尔夫时，大众极力宣称由于采用的新的昂贵的后轮独立悬挂系统，新的高尔夫将更加灵活、运动；而后来欧宝推出Astra，仍沿用了旧的悬挂系统。在后来很多的测试里，即便是很专业的人士，也并没有感觉到高尔夫悬挂系统明显的优势，那就更别说是普通的车主了。(作者 花菜)

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