- 混合动力汽车结构·原理·检测·维修
- 宁德发
- 6654字
- 2020-08-26 16:17:01
3.2 丰田普锐斯混合动力控制系统
3.2.1 丰田混合动力汽车控制系统的组成
混合动力汽车（HV）控制系统的组成如图3-49所示。
图3-49 HV控制系统的组成（仅带VSC+系统的车型）
（1）混合动力系统ECU的控制 根据请求转矩、再生制动控制及HV蓄电池的SOC（荷电状态）来控制发电机（MG1）、电动机（MG2）和发动机。具体工作状态由挡位、加速踏板踩下角度以及车速来确定。
混合动力系统ECU监控HV蓄电池的SOC和HV蓄电池的温度以及发电机（MG1）和电动机（MG2），并且对这些项目实施最优控制。
车辆处于“N”挡（空挡）时，HV ECU采取关闭控制，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，上坡辅助控制能够防止车辆下滑。
若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，同时避免发电机（MG1）产生过大的电流。
为防止电路电压过高并确保电路切断的可靠性，HV ECU通过三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及所需的发动机动力，来控制ETCS-i系统、燃油喷射量、点火正时以及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成交流电来驱动发电机（MG1）、电动机（MG2），同样也可进行逆向过程。另外，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传递信号，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立即关闭。
（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 201.6V增大到最高电压DC 500V。
发电机（MG1）或电动机（MG2）产生的最高电压AC 500V由变频器转换成直流电，根据HV ECU的信号，增压转换器将直流电转换为DC 201.6V（用于HV蓄电池）。
（5）转换器的控制 将额定电压DC 201.6V转化成DC 12V，为车身电气组件供电，同时为备用蓄电池充电（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转换成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
①发电机（MG1）由发动机带动旋转，形成高压（最高电压AC 500V），操作电动机（MG2）并为HV蓄电池充电。此外，它作为起动机启动发动机。
②由发电机（MG1）或HV蓄电池供电驱动，生成车辆动力。
③制动期间或松开加速踏板时，它生成电能为HV蓄电池再次充电（再生制动控制）。
④速度传感器（转角传感器）检测到发电机（MG1）、电动机（MG2）的转速及位置并将信号输出到HV ECU。
⑤电动机（MG2）上的温度传感器检测温度，并将温度信号输送到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立即将实际的再生制动控制数据传输到制动防滑控制ECU。根据这个结果，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蓄电池与冷却风扇控制的状态，使HV蓄电池保持在预定的温度，对这些组件采取最优控制。
（10）换挡的控制 HV ECU按照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来适应所选挡位。
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，通过机械结构锁止变速驱动桥。
（11）碰撞时的控制 发生碰撞时，若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）来切断整个电源。
（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，若所需条件满足，则HV ECU使车辆仅由电动机（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，根据驾驶员的要求，将发动机、发电机（MG1）和电动机（MG2）的动力调节到最理想的组合，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，根据存储在存储器中的数据停止或控制执行器与ECU。
THS控制系统的组成框图如图3-50所示。
图3-50 THS控制系统的组成框图
3.2.2 丰田混合动力系统的检查
（1）检查变频器 检修前需戴好绝缘手套。检查转换器和变频器前先检查DTC，并进行相应的故障排除。
①关闭电源开关。
②拆下检修塞。
③拆下变频器盖。
④如图3-51所示，将连接端子A和连接端子B断开。
图3-51 变频器连接端子
⑤打开电源开关（IG位置）。
特别提示
拆下检修塞和变频器盖后，若再打开电源开关（IG位置），系统会生成互锁开关系统的DTC（故障诊断码）。
⑥用万用表测量电压，再用万用表欧姆挡测量电阻。
特别提示
此项检查不要在端子侧进行，而应在线束侧进行测量。
（2）检查转换器 检修前应戴好绝缘手套。若HV系统的警告灯、主警告灯（图3-52）和充电警告灯（图3-53）同时点亮，则需检查DTC并进行相应的故障排除。
图3-52 主警告灯
图3-53 充电警告灯
①检查运行情况。在READY灯（图3-54）点亮、熄灭时，使用电压表测量辅助蓄电池端子的电压。辅助蓄电池端子的电压标准值见表3-1。当READY灯亮时，转换器输出电压，熄灭时，辅助蓄电池输出电压。
图3-54 READY灯
表3-1 辅助蓄电池端子的电压标准值
②测量输出电流。
a.断开变频器上的MG1与MG2电缆。
b.在如图3-55所示位置，安装万用表和交/直流400A的探针。
图3-55 安装万用表和探针
c.将MG1与MG2电线连接到变频器。
d.在READY灯亮的条件下，依次操作12V的电气设备，然后测量输出电流。标准为不大于80A，若输出电流为零或大于80A，则检查输入/输出信号。
③检查输入/输出信号。
a.如图3-56所示断开连接器。
图3-56 断开连接器
b.用万用表测量车身接地和车辆侧线束连接器的端子间的电压，此电压应和辅助蓄电池端子电压相同。
c.打开电源开关（在IG位置），用万用表的电压挡和欧姆挡检测车辆线束侧连接器端子（图3-57）间的电压和电阻。连接器端子间的电压和电阻标准值见表3-2。若不符合标准值，则更换带变频器的转换器总成。
图3-57 连接器端子
表3-2 连接器端子间的电压和电阻标准值
（3）检查速度传感器 速度传感器位置如图3-58所示。用万用表测量端子间的电阻，如图3-59、图3-60所示。速度传感器标准值见表3-3。若不符合标准值，则更换混合动力车辆变速驱动桥总成。
图3-58 速度传感器位置
图3-59 连接器A
图3-60 连接器B
表3-3 速度传感器标准值
（4）检查温度传感器 温度传感器位置如图3-61所示。用万用表测量端子间的电阻，如图3-62、图3-63所示。端子间的标准电阻值见表3-4。标准值随着传感器温度改变而变化，若测量结果不符合标准值，则更换混合动力车辆变速驱动桥总成。
图3-61 温度传感器位置
图3-62 连接器C
图3-63 端子间的电阻随传感器温度的变化
表3-4 端子间的电阻标准值
（5）检查加速踏板位置 检修时，不需从加速踏板上拆下连接器。在连接器的混合动力车辆控制ECU侧进行测量。
①打开电源开关（在IG位置）。
②用万用表电压挡测量。加速踏板位置端子间电压传感器标准值见表3-5。若不符合标准值，则更换加速踏板连杆总成。
表3-5 加速踏板位置端子间电压传感器标准值
3.2.3 丰田混合动力控制系统故障判断
（1）故障诊断步骤
①车辆进入维修车间。
②分析客户所描述的故障。
③将智能测试仪Ⅱ连接至DLC3（数据链路连接器），若测试仪显示通信故障，则应检查DLC3。
④检查并记录DTC和历史数据，若显示与CAN通信系统有关的故障的DTC，则首先检查并修理CAN通信系统。
⑤清除DTC。
⑥确认故障现象，如果故障未出现，进行步骤⑦。如果故障出现，进行步骤⑧。
⑦现象模拟。
⑧检查DTC。
⑨查DTC表。
⑩电路检查。
故障识别。
调整和/或修理。
确认故障排除试验。
结束。
特别提示
步骤③～⑤、步骤⑧需使用智能测试仪Ⅱ。
图3-64所示智能测试仪Ⅱ，是丰田汽车公司最新推出的第二代汽车检测仪，可以用来检测丰田和雷克萨斯所有装备CAN BUS系统的车型。智能测试仪Ⅱ采用手持电脑，结构紧凑坚固，触摸屏操作，中文显示。诊断功能支持所有可诊断系统，包括防盗、ABS、安全气囊、发动机和变速器等，智能测试仪Ⅱ内置双通道示波器和万用表，在很大程度上扩展了仪器功能。
图3-64 智能测试仪Ⅱ
（2）故障自诊断系统 HV控制ECU具有完善的自诊断系统。若混合动力车辆控制系统或其他组件操作不当，ECU会检测出故障，使组合仪表上的主警告灯（图3-65）点亮，或者在复式显示器上其他灯点亮，如HV系统警告灯（图3-66）、蓄电池警告灯或放电警告灯。
主警告灯点亮表示THS-Ⅱ存在故障，在检查模式下主警告灯闪烁。
图3-65 主警告灯
图3-66 HV系统警告灯
将智能测试仪Ⅱ连接到车辆上，然后读取车辆ECU输出的各类数据，当车载计算机在检测到本身或驾驶系统组件发生故障时，会点亮仪表盘上的发动机检查警告灯（CHK ENG）灯，如图3-67所示。此外，可应用的诊断故障代码（DTC）被保存在HV控制ECU存储器中，若故障没有重现，则CHK ENG灯会在电源关闭后熄灭，而DTC也将继续存储在HV ECU存储器中。
图3-67 发动机检查警告灯（CHK ENG灯）
将智能测试仪Ⅱ与车辆的数据链路连接器3（DLC3）连接起来，如图3-68所示，然后检测DTC。智能测试仪Ⅱ还可以用来清除DTC或者检测历史数据和不同类型的THS-Ⅱ数据。
图3-68 智能测试仪Ⅱ与车辆的数据链路连接器3（DLC3）的连接
①检查DLC3。HV控制ECU采用ISO9141-2（Euro-OBD）/ISO14230（M-OBD）通信协议，DLC3的端子排列顺序符合ISO15031-03标准并和ISO9141-2/ISO14230格式相匹配。数据链路连接器3（DLC3）如图3-69所示，其定义见表3-6。
图3-69 数据链路连接器3（DLC3）
表3-6 数据链路连接器（DLC3）部分端子的含义
若将智能测试仪Ⅱ电缆连接到DLC3上，打开电源开关同时操作智能测试仪Ⅱ，而显示器没有显示任何有效信息，则表明车辆或者测试仪本身有故障。
为了进一步判断故障，可将测试仪连接至其他车辆上，若在同样模式下通信正常，则说明原车辆的DLC3和通信总线有故障。
若将测试仪连接到其他车辆上，在同样模式下通信仍然异常，则测试仪本身可能存在故障，可咨询操作手册上列出的相关维修部门。
②检查辅助蓄电池。
a.测量辅助蓄电池电压，电压标准值为11～14V。
b.检查辅助蓄电池、熔断器、线束、连接器和接地。
③检查CHK ENG灯。
a.电源开关打开和READY灯关闭时，CHK ENG灯点亮。若CHK ENG灯没有点亮，则说明CHK ENG灯电路出现故障。
b.READY灯点亮时，CHK ENG灯应熄灭。若CHK ENG灯一直亮，则诊断系统已在系统中检测到故障或异常。
④DTC检查/清除。
a.检查DTC（混合动力控制）。
ⅰ.将智能测试仪Ⅱ连接至主DLC3。
ⅱ.打开电源开关（在IG位置）。
ⅲ.在系统选择画面中，进入Powertrain/Hybrid Control/DTC菜单，如图3-70所示。读取控制系统的DTC。
图3-70 系统选择
b.检查历史数据和信息。
ⅰ.若出现DTC，选择该DTC以显示历史数据，如图3-71所示。
图3-71 历史数据
ⅱ.在检测DTC时读取已经存储的历史数据，如图3-72所示。
图3-72 信息代码（INF代码）显示
ⅲ.读取信息。
•在含有INF代码的详细代码中选择详细信息。如图3-73所示，详细代码2中含有INF代码349，在这种情况下，需选择详细信息2。
图3-73 详细信息
•按下“Details”键。
•显示信息如图3-74所示。
图3-74 显示的信息
c.检查DTC（总线检查）。
ⅰ.在系统选择界面中选择总线检查，如图3-75所示。
图3-75 总线检查
ⅱ.在总线检查界面中，选择通信故障DTC，如图3-76所示，然后读取通信故障DTC。
图3-76 通信故障DTC
若在其他DTC检测过程中发现CAN通信系统DTC，则首先在CAN通信系统中排除故障。
d.检查DTC（除混合和控制系统外）。因为HV控制ECU和计算机始终都保持相互通信，包括ECM、蓄电池ECU、制动防滑控制ECU、动力转向ECU和其他部分。所以，若HV控制ECU输出警告信号，就必须检查和记录上述所有系统DTC。
ⅰ.在系统选择界面中，进入Utility/All Codes菜单。
ⅱ.若出现DTC（图3-77），则检查相应系统。
图3-77 DTC显示
e.清除DTC。
ⅰ.将智能测试仪Ⅱ连接到DLC3。
ⅱ.打开电源开关（IG位置）。
ⅲ.打开智能测试仪Ⅱ。
ⅳ.检查挡位是否位于“P”挡。
ⅴ.打开混合动力控制/DTC界面，并按下界面右下清除键，如图3-78所示。清除DTC的同时会清除历史数据、信息。
图3-78 清除DTC
3.2.4 丰田混合动力系统的拆装
混合动力系统主要部件位置如图3-79所示，变频器总成位置如图3-80所示。
图3-79 混合动力系统主要部件位置
图3-80 变频器总成位置
对高压系统进行操作时，必须戴上绝缘手套，拆下检修塞后，不能操作电源开关，否则可能损坏混合动力车辆控制ECU。检修车辆时，拆下来的检修塞要妥善保管，避免其他维修人员重新连接检修塞。拆下检修塞后5min内，不得触摸高压连接器或端子。
混合动力系统的拆装步骤如下。
①拆卸发动机左下盖。
②拆卸发动机右下盖。
③放掉HV冷却液。
④拆卸2#后地板。
⑤拆卸后地板盒。
⑥拆卸3#后地板。
⑦断开蓄电池负极端子。
⑧拆卸检修塞。
⑨拆卸前刮水器臂帽盖。
⑩拆卸前刮水器臂。
拆卸发动机罩到围板上封条。
拆卸左上前围板通风口。
拆卸右上前围板通风口。
拆卸挡风玻璃刮水器电动机和连杆总成。
拆卸外侧前围顶板分总成。
拆卸散热器支架开启盖。
拆卸变频器盖。
a.用T30梅花套筒扳手拆卸梅花螺钉。
b.拆卸12个螺栓和变频器盖，如图3-81所示。
图3-81 拆卸变频器盖
确认带转换器的变频器总成的电压是零，如图3-82所示。
图3-82 确认变频器总成的电压
特别提示
必须戴绝缘手套。
a.用万用表检测高压直流电线路的电压。标准值为零。使用量程为直流400V或更高的电压挡位。
b.用万用表检测三相连接器各端子间（U-V、V-W、U-W）的电压，如图3-83所示。标准值为零。使用量程为直流400V或更高的电压挡位。
图3-83 检测三相连接器的各端子间的电压
断开2#变频器冷却软管，如图3-84所示。
图3-84 断开2#变频器冷却软管
断开1#变频器冷却软管，如图3-85所示。
图3-85 断开1#变频器冷却软管
断开6#变频器冷却软管，如图3-86所示。
图3-86 断开6#变频器冷却软管
分离1#断路器传感器。如图3-87所示，将外侧部分移至线束侧，断开1#断路器传感器。
图3-87 断开1#断路器传感器
断开车架线。
特别提示
①必须戴绝缘手套。
②拆下检修塞后，保证在进行任何工作前等待至少5min。
③将电极和连接器零件用绝缘胶带包好，保证其相互绝缘。
从带转换器的变频器总成上拆下2个车架线连接器，如图3-88所示。
图3-88 拆下车架线连接器
拆卸带转换器的变频器总成。
a.如图3-89所示，用小螺钉旋具撬起锁销。
图3-89 锁销
b.断开空调变频器连接器。
c.断开3个连接器，如图3-90所示。
图3-90 断开空调变频器连接器
d.断开3个连接器与发动机主线束，如图3-91所示。
图3-91 断开连接器与发动机主线束
e.拆卸5个螺栓，然后断开MG2电线，如图3-92所示。
图3-92 断开MG2电线
f.拆卸5个螺栓，然后断开MG1电线，如图3-93所示。
图3-93 断开MG1电线
特别提示
①进行步骤e和f过程中必须戴绝缘手套。
②将连接器零件用绝缘胶带包好，保证其相互绝缘。
g.拆下3个螺栓及变频器总成（带有转换器），如图3-94所示。
图3-94 拆下变频器总成
h.从支架上断开空调变频器的连接器，如图3-95所示。
图3-95 断开空调变频器的连接器
i.拆下螺栓与空调变频器的连接器支架。
拆下2个螺栓及1#变频器支架，如图3-96所示。
图3-96 拆下1#变频器支架
拆下2个螺栓及2#变频器支架，如图3-97所示。
图3-97 拆下2#变频器支架
拆下2个螺栓及1#断路器传感器，如图3-98所示。
用2个螺栓固定1#断路器传感器，转矩为8N·m（图3-98）。
图3-98 拆下1#断路器传感器
用2个螺栓固定2#变频器支架，转矩为25N·m（图3-97）。
用2个螺栓固定1#变频器支架，转矩为25N·m（图3-96）。
安装带转换器的变频器总成。
a.用螺栓固定空调变频器的连接器支架，转矩为8N·m。
b.在支架上安装空调变频器的连接器（图3-95）。
c.用3个螺栓固定带转换器的变频器总成转矩为21N·m（图3-94）。
d.用5个螺栓将MG1电线固定到MG1电线端子上，转矩为8N·m（图3-93）。
e.用5个螺栓将MG2电线固定到MG2电线端子上，转矩为8N·m（图3-92）。
f.连接3个连接器，见图3-90。
g.将发动机主线束的垫圈插入变频器壳的U形槽中。
h.连接3个连接器，见图3-91。
i.将3个空调变频器的连接器连接好，再用锁销锁止连接器。
连接车架线。
连接1#断路器传感器。
特别提示
进行步骤～过程中，必须戴绝缘手套。
连接6#变频器冷却软管。
连接1#变频器冷却软管。
连接2#变频器冷却软管。
安装变频器盖。
a.用12个螺栓及梅花螺钉暂时固定变频器盖（图3-81）。
b.拧紧12个螺栓，转矩为11N·m。
c.用T30梅花套筒扳手紧固梅花螺钉，转矩为11N·m。
安装散热器支架开启盖。
安装外侧前围顶板分总成。
安装挡风玻璃刮水器电动机与连杆总成。
安装右上前围板通风口。
安装左上前围板通风口。
安装发动机罩到围板上封条。
安装前刮水器臂（驾驶员侧）。
安装前刮水器臂。
安装前刮水器臂帽盖。
安装检修塞。
特别提示
必须戴绝缘手套。
连接蓄电池负极端子，转矩为6N·m。
安装3#后地板。
安装后地板盒。
安装2#后地板。
补充HV冷却液。
检查发动机冷却液是否泄漏。
安装发动机右下盖。
安装发动机左下盖。
电动窗控制系统初始化。