丰田普锐斯混合动力汽车介绍

2023年11月23日发(作者：索纳塔10的优点缺点)

1 概述

1.1丰田混合动力汽车简介

PRILS（普锐斯）是日本丰田汽车于1997年所推出世界上第一个大规模生产的混合动力

车辆车款，随后在2001年销往全世界40多个国家和地区，其最大的市场是日本和北美。美国

是普锐斯最大的市场，至2009年年初为止，美国丰田总共卖了超过60万量，普锐斯是．目前

为止世界上最成熟的油电混合动力轿车之一。

据美国环境保护署2007年的资料，普锐斯是在美国销售的汽车中最省油的。美国环境

保护署和加州空气资源委员会根据二氧化碳排放量评价普锐斯是美国目前为止最干净的车辆。

英国运输部公布普锐斯是在英国销售的车辆中最少二氧化碳排放的第二名。

第一代普锐斯如图1所示，于1997年12月出厂，型号为NHW 10。厂方只在日本内销，

但是很多二手的普锐斯被出口到英国、澳大利亚和新西兰，市场上见到的不多。

此款车型为世界上第一辆大规模量产的汽油电动混合动力车。第一代普锐斯的生产成本

高达32000美元，但是售价只为 16929美元，也就是每辆NHW10都是亏本出售。但这辆车意义

重大：作为丰田推行减少空气污染和提高燃油效率的绿色汽车的探路者。此款车型定位于紧凑

型。尺寸方面，长宽高分别为4275 mm、 1694 mm、 1491 mm，轴距为2550 mm。

动力方面，搭载一台1.5 L汽油发动机、永磁交流电动机和288伏镍金属氢化物（镍氢）

电池组。汽油发动机提供的最大功率为58马力，最大扭矩为102 N·m。电动马达的峰值功率

和扭矩分别为40马力和305 N·m。

2005年12月丰田汽车公司生产的普锐斯在长春下线，普锐斯混合动力先后经历了THS

1 / 149

（Toyota Hybeid System，含义为丰田混合动力系统）和THS-11两代系统，普锐斯的混合动力

标识如图2所示。

丰田混合动力系统车辆可由汽油发动机来驱动，而无需对车辆进行充电。如果车辆的电

池消耗了电量，发动机会驱动发电机，对电池充电。为了进一步提高车辆整体性能，普锐斯对

发动机、MG1（1号发电机）、MG2（号发电机）以及蓄电池的控制系统都做了优化调整。

在普锐斯车型中，HV蓄电池可输入额定电压DC 201.6 V，减少了内部单电池，此外，

变频器内部实现了增压到最大值DC 500 V，继而将此增压直流电在变频器内转变为交流电驱动

MG1和MG2，普锐斯THS和THS-11的主要差别见表1。

2 / 149

1.2丰田普锐斯的技术特点

在丰田普锐斯混合动力汽车中应用了大量先进技术，如采用线控（by-wire）技术、全

电动空调等。下面介绍普锐斯混合动力汽车的一些先进的技术。

1．艾金森（Atkinson）循环发动机

由于传统的OTTO循环发动机存在部分负荷燃油消耗率高、泵气损失、小膨胀比以及过

浓的混合气等不利于节能的因素，因此，己经不能满足混合动力汽车的要求，需要研发与混合

动力汽车相匹配的发动机。

丰田普锐斯汽车采用1.5 L汽油机，最大输出功率为57 kW。工作循环为具有高膨胀比

的Atkinson循环，从而提高了发动机效率。Atkinson循环发动机是在传统OTTO循环发动机的

基础上多了一个回流过程，包括进气、回流、压缩、膨胀和排气5个过程。在Atkinson循环中，

将进气门开启的时间延长到压缩行程开始之后，使气缸中一部分混合气在活塞开始上升时被压

回到进气管中，也就是延迟了实际压缩行程开始的时间，其结果是在没有提高实际的压缩比的

情况下，却提高了膨胀比，提高了发动机的能量转换效率，这就使得THS（ToyotaHybrid Syst

em）的燃料消耗率达到3.6 L/100 km的高水平。另外，进气门晚关使实际压缩比降低，所以缸

3 / 149

内燃烧温度降低，有利于改善NOx排放。Atkinson循环发动机剖视图如图3所示，高膨胀比原

理图如图4所示。

4 / 149

2．线控（by-wire）技术

线控（by-wire）技术起源于航空工业，意思是某些操纵机构采用电子控制、电动执行，

用来取代机械或液力控制。具有响应快、重量轻、占地小的特点。在普锐斯混合动力汽车上，

节气门、制动、换挡杆、牵引力控制和车辆稳定性控制（VSC＋）都采用了线控技术，提高了操

纵性。

3．电控无级变速器

普锐斯混合动力汽车实际上没有真正意义上的无级变速器（CVT），但普锐斯的变速理

论与无级变速器的变速理论相同。普锐斯混合动力汽车的动力分配装置如图5所示，将发动机

和电动机的力矩分配组驱动轮或发电机，通过选择性控制动力源（驱动电动机、发动机和发电

机）的转速，模拟变速器传挡比的连续变化，工作起来像普通的无级变速器一样。

4．电动牵引力控制

如果防滑控制单元（ECU）检测到车轮打滑时，会立即切断电动机传到车轮的驱动力矩，

而传统牵引力控制系统是切断来自发动机的动力。此外电控制动系统可采取制动。普锐斯混合

动力汽车是世界上第一辆采用电动机施力的牵引力控制系统，各组成部件之间信息传递快，有

效地提高了整车的主动安全性。

5．电子换挡杆

电子换挡杆安装在仪表盘上，比传统的换挡杆使用起来更加方便、灵活，甚至可以用指

尖点动。换挡杆每次动作后，总是回到原来位置，换挡杆有照明灯，方便夜间使用，换挡杆有

四个位置：N（空挡）、D（驱动）、R（倒挡）、B（发动机制动）。驻车开关安装在换挡杆的

上方，与传统自动变速器手柄处于“P”位置的作用相同，如图6（a）所示，图6（b）为电子

5 / 149

换档杆内部原理图。

6．电子控制制动系统（ECB）

普锐斯混合动力汽车采用独特的电子控制制动系统如图7所示。踩动制动踏板会触动停

车的控制电路，电控制动系统（ECB）迅速做出响应，可与其他主动安全系统（如VSC+）互相

配合。ECB也用于提高再生制动系统的效率，将车辆制动时的动能回收。ECB具有备用电源，以

防备车辆电源系统发生故障。

7．用户定制车身电器系统

普锐斯混合动力汽车支持用户根据自己的喜好定制42种不同的参数，定制工作可由经

6 / 149

销商按客户要求完成，定制的项目有：门锁遥控器、门锁、防盗系统、智能门控灯系统、空调

和智能钥匙等。

8．智能驻车辅助系统

普锐斯混合动力汽车拥有功能强大的智能驻车辅助系统，能够按照预定的路线驻车在指

定的地方，既可并排驻车又可前后排驻车，如图8所示。

9．全电动空调系统

传统空调系统的压缩机由发动机通过传动带驱动，而普锐斯混合动力汽车的空调压缩机

由空调变频器驱动，普锐斯混合动力汽车空调系统不依靠发动机的运转，有下列优点：

（1）即使在发动机熄火时，汽车空调也能发挥最大效率。

（2）空调系统与发动机的运转各自独立，空调的运转不降低汽车的行驶性能。

（3）电动水泵可以在发电机熄火时向加热器供热。

普锐斯混合动力汽车的电动压缩机采用紧凑型、高性能涡管式压缩机如图9所示，比传

统的压缩机小40%，轻50%，可将压缩机直接安装到发动机上。

7 / 149

10．蓝牙免提电话系统

用户可以用复式显示器（如图10所示）的触摸屏或方向盘上的开关接通手机，也可把

手机上的所有电话号码传输到多功能信息显示器上。蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般

10m内）的无线电技术，工作频率为2.4GHz，其数据速率为1 Mbps（每秒兆字节）。使用本系

统需要具备蓝牙功能的手机，蓝牙电话与有线电话传输过程比较如图11所示，通常允许注册四

种手机，但每次只能使用一种手机。

11. LED停车灯

普锐斯混合动力汽车采用LED停车灯如图12所示，主要优点有：

8 / 149

（1）安全，LED元件比灯泡点亮的速度快10倍，LED为2.25 ms，灯泡为150～200 ms.

（2）高效，LED比普通的灯泡省电。

（3）设计，LED小巧紧凑，便于布置。

12．智能钥匙与启动系统

本系统能携带钥匙开门／锁门或启动混合动力系统的启动操作。

普锐斯混合动力汽车采用具有双向通信功能的智能钥匙，在汽车周围一定范围内，智能

钥匙系统的ECU能够判别是否存在智能钥匙，只要车主随身携带智能钥匙，即可不用钥匙也能

开或锁车门；同样，只要随身携带钥匙，驾驶员可推动按钮启动车辆。

汽车的前门和后舱门装有振荡器、触摸传感器和天线。振荡器若接收到智能钥匙电脑的

命令，会发射信号，检测汽车周围是否有智能钥匙，若有人接动触摸传感器（智能钥匙在探测

范围内），则对应的车门锁会打开，若随身携带钥匙离开车，车主可以按下门手柄上锁开关将

所有车门锁上。若在车内携带钥匙（如钥匙放在手提包内），只需按动仪表盘上的启动按钮就

能启动汽车，如图13所示。

9 / 149

13．坡道起步辅助控制

坡道起步时，控制系统能够通过驱动电动机上的转速传感器，该传感器具有较高的灵敏

度，可自动判断道路的坡度，防止汽车向下溜滑，若坡道很陡，系统会增大汽车启动力矩。

14．增强型车辆稳定控制系统（VSC+）

增强型车辆稳定控制系统（VSC+）将车辆稳定控制系统与电动助力转向（EPS）组合在

一起，可在发生意外情况时提供一定量的辅助转向力矩（转向助力），帮助驾驶员更快地转动

方向盘，而在前轮打滑时转向，EPS提供较小的转向助力，防止过度转向。

2 丰田混合动力系统

2．1系统组成

1．系统概述

丰田混合动力汽车的动力中枢是丰田混合动力系统（Toyotahybrid System，THS），它使用汽

油机和电动机两种动力，通过串联与并联相结合的方式进行工作，达到了低排放的效果，如图

14所示。新一代普锐斯装备了丰田公司开发的THS-11型油电混合动力系统，该系统将汽油发

动机与电动机组合，在保证燃油经济性和环保性能的前提下，也实现了动力性，并具有舒畅的

驾驶乐趣和良好的静谧性。

丰田混合动力系统的主要部件在车上的位置如图15、图16所示。

10 / 149

1）HV变速驱动桥

丰田普锐斯混合动力车辆（HV）变速驱动桥由发电机（MG1）、电动机（MG2 ）和行星齿

11 / 149

轮组组成。

（1）发电机（MG1）通过发动机带动其旋转产生高压电，以驱动电动机（MG2 ）或为HV

蓄电池充电。同时，它还可以作为启动机启动发动机。

（2）电动机（MG2 ）由发电机（MGl ）或HV蓄电池的电能驱动，产生动力，驱动车辆行

驶。制动期间或制动踏板未被踩下时，它产生电能为HB蓄电池再次充电（再生制动控制）。

（3）行星齿轮组通过组合，以最佳的比例分配发动机驱动力来直接驱动车辆和发电机。

2） HV蓄电池

在起步、加速和上坡时，将电能提供给电动／发电机。

3）变频器总成

此设备用于将高压直流电（DC）（HV蓄电池）转换为交流电（AC）[发电机（MG1）和电

动机（MG2） ]，反之亦然（AC转为DC）。包括增压转换器、DC/DC转换器和空调变频器。

（1）增压转换器将HV蓄电池的最高电压从DC 201.6 V升压到DC 500 V，反之亦然（从

DC 500 V降压DC 201.6 V）。

（2） DC/DC转换器将最高电压从DC 201.6 V降压转换为DC 12 V，为车身电气组件供电以

及为备用蓄电池再次充电（DC 12 V）。

（3）空调变频器将HV蓄电池的额定电压DC 201.6 V转换为AC 201.6 V，为空调系统中的

电动变频压缩机供电。

4）HV ECU

接收每个传感器及ECU（发动机ECU、蓄电池ECU、制动防滑控制ECU和 EPS ECU）的

信息进行处理，根据这些信息计算所需的转矩和输出功率，并将计算结果发送给发动机ECU、

变频器总成、蓄电池ECU和制动防滑控制ECU。

5）发动机ECU

根据接收的来自HV ECU的发动机目标转速和所需的发动机动力信息，启动ETCS-i智能电

子节气门控制系统）。

6）蓄电池ECU

监控HV蓄电池的充放电状态。

7）制动防滑控制ECU

控制电动／发电机产生的再生制动并控制液压制动，使总制动力等于仅配备液压制动的传统

车辆。同样，制动防滑控制$CU照常进行制动系统控制（带EBD的ABS，制动辅助和VSC+）。

8）加速踏板位置传感器

将加速踏板角度转换为电信号并输出到HV ECU。

9）档位传感器

将挡位转换为电信号并输出到HV ECU。

10） SMR（系统主继电器）

用来自HV ECU的信号连接或断开蓄电池和变频器总成间的高压电路。

11）互锁开关（用于变频器盖和检修塞）

确认变频器盖和检修塞均已安装到位。

12）断路器传感器

如果检测到车辆发生碰撞，立即切断高压电路。

13）检修塞

在检查或维修车辆时，要拆下此塞，以关闭HV蓄电池高压电路。

2．各组件位置

混合动力系统主要部件在车身上的布置如图15所示，在发动机舱中的元件布置如图16所示，

在驾驶室内的部件位置如图17所示，HV电池上的部件布置如图18所示。

12 / 149

3．控制电路

控制电路如图19所示。

13 / 149

14 / 149

4．主要部件介绍

1）MG1和MG2

（1）功用。

MG1（1号发动机／发电机）和MG2（2号发动机／发电机）均为高效的交流永磁铁同步型

电动机。在必要时，这些发电机作为辅助动力源为发动机提供辅助动力，使车辆达到优秀的动

态性能，其中包括平稳地起步和加速，启动再生制动后，MG2将车辆动力转换为电能并储存在

HV蓄电池中，MG1为HV蓄电池重新充电并为MG2供电，此外，通过改变发电机的转速调

15 / 149

节发电量，MG1有效地控制变速驱动桥的连续可变变速器的功能。MG1同样作为启动机启动

发动机。系统新增添了配备有水泵的MG1和MG2冷却系统，如图20所示，丰田新旧车型中

MG 1、MG2的规格变化见表2、表3。

系统图如图21所示。

16 / 149

（2）永磁铁电动机。

如图22所示，三相交流电经过定子线圈的三相绕组时，电动机内产生旋转磁场。通过以转

子的旋转位置和转速控制旋转磁场，使转子中的永磁铁受到旋转磁场的吸引产生扭矩，产生的

扭矩可用于电流相匹配的所有用途，通过改变交流电的频率可以控制电动机的转速。此外，通

过对旋转磁场和转子磁铁的角度做适当地调整可以产生较大的扭矩和较高的转速。

在THS-II系统中，MG1更加强劲的转子使可输出的最大转速范围从6500 r/min提升到10000

r/min，使充电能力得到了提高。通过优化结构，MG2转子内的永磁铁变为V型结构，使扭矩

17 / 149

和输出功率增大，功率输出比旧款普锐斯提高了50%，在现有的低速和高速控制方法基础上，

在MG2的中速范围内采用了新研制的调控系统。通过改进脉冲宽率调谐方法，中速范围内的

输出功率提高了约30%。

（3）转速传感器／解角传感器。

该传感器结构紧凑、并具有很高的稳定性，可精确地检测到磁极位置，对有效控制MG1和

MG2起到了非常重要的作用。

如图23所示，传感器的定子包含3个线圈，输出线圈B和线圈C相位差90°。由于转子是

椭圆的，定子和转子间的距离随转子的旋转发生变化。这样，交流电通过线圈A后，与传感器

转子位置相对应的信号由线圈B和C产生。然后，从这些信号的差异中可检测到其绝对位置，

此外，在单位时间内的位置变化量由HV ECU计算，使这个传感器起到转速传感器的作用。

2）变频器总成

（1）功用。

变频器总成安装在发动机舱内，如图24所示，其实物如图25所示。

18 / 149

HV蓄电池的高压直流电由变频器转换为三相交流电来驱动MG I和MG2，功率晶体管的启动

由HV ECU控制。此外变频器将用于电流控制（如输出电流或电压）的信息传输到HV ECU。

变频器总成作用示意图如图26所示。变频器和MG 1、MG2一起，由与发动机冷却系统分离的

19 / 149

专用散热器冷却。变频器总成中采用了增压转换器，可将HB蓄电池DC 201.6 V的额定电压升

压到DC 500 V。电压提升后，变频器将直流电转换为交流电。MG 1、MG2桥电路（每个包含

6个功率晶体管）和信号处理／保护功能处理器己集成在IPM（智能动力模块）中以提高车辆

性能。变频器总成中的空调变频器为空调系统中的电动变频压缩机供电，变频器散热器和发动

机散热器集成为一体，更加合理地利用了发动机舱内的空间。变频器总成结构如图27、图28。

20 / 149

图29所示，变频器的电源供应如图30所示，系统图如图31所示。

21 / 149

22 / 149

（2）增压转换器。

增压转换器将HV蓄电池输出的额定电压DC 201.6 V升压到DC 500 V的最高电压，转换器

包括增压IPM（集成功率模块），其中内置的IGBT（绝缘栅二极晶体管）进行转换控制，而反

应器储存能量，通过使用这些组件，转换器将电压升高。

当MG1或MG2作为发电机工作时，变频器将交流电（201.6.500 V）转换为直流电，然后增

压转换器将其降低到DC 201.6 V为HV蓄电池充电，增压转换器系统图如图32所示。

（3） DC/DC转换器。

23 / 149

车辆的辅助设备，如车灯、音响系统、空调系统（除空调压缩机）和ECU等，这些都是

由DC 12V的供电系统供电的，由于THS-II发电机输出额定电压为DC 201.6 V，因此，需要使

用转换器将这个电压降低到DC 12 V来为备用蓄电池充电，如图33所示。这个转换器安装于

变频器的下部，系统图如图34所示。

（4）空调变频器。

变频器总成中的空调变频器为空调系统中电动变频压缩机提供电源。此变频器将HV蓄电

池的额定电压DC 201.6 V转换为AC 201.6 V来为空调系统中的压缩机供电，系统图如图35所

示。

24 / 149

3）冷却系统（用于变频器、MG1和MG2 ）

车辆采用了装备有水泵的MG1和MG2冷却系统，而且该冷却系统与发动机冷却系统分开，

电源状态转换为IG时此冷却系统工作，如图36所示，冷却系统的散热器集成在发动机的散热

器中，这样散热器的结构得到简化，空间也得到有效利用。其规格见表4。

25 / 149

维修提示：更换SLLC时，应该用混合动力变驱动桥下部的排放塞，将里面的旧冷却液排

尽，如在维修时使用的是非SLIC的冷却液，则上述维护时间间隔不再有效。

如果车辆最初使用LLC（红色），而后用SLLC（粉红）更换时，可调整维护时间间隔（每

80000 km或50000 m）。

4） HV蓄电池总成

普锐斯的HV蓄电池采用全密封镍混合动力（Ni-MH）蓄电池。这种HV蓄电池具有高能、

重量轻，配合THS-II系统特征使用时间较长等特点，车辆正常工作时，由于THS-II系统通过

充电／放电来保持HV蓄电池SOC（充电状态）为恒定数值，因此，车辆不依赖外部设备来充

电。

如图37所示，HV蓄电池、蓄电池ECU和SMR（系统主继电器）集中在一个信号箱内，

位于后座的行李箱中，这样可更有效地使用车内空间，在信号箱中还包含一个检修塞，用于在

必要时切断电源，维修高压电路的任何部分时，切记将此塞拔下，充电／放电时，HV蓄电池

会散发热量，为保护蓄电池的性能，蓄电池ECU控制冷却风扇工作，辅助散热。

THS-I系统的HV蓄电池有228个单电池，（1.2 V×6单电池）×38模块，额定电压为DC273.6

V。相比之下，THS-II系统的HV蓄电池有168个单电池，（1.2 V×6单电池）×28模块，额

定电压为DC 201.6 V。通过这些内部改进，蓄电池具有紧凑、重量轻的特点。THS-I系统中，

HV蓄电池电瓶间为单点连接，而新车型中的蓄电池电瓶间为双点连接，这样可以减小蓄电池的

26 / 149

内部电阻，HV蓄电池总成如图38、图39、图40、图41所示。

27 / 149

28 / 149

（1） HV蓄电池模块。

THS-I系统中，HV蓄电池单电池间为单点连接，接点在电瓶上部，而新车型中的蓄电池

单电池间为双点连接，新增的点在电池下部，这样可以有效地降低蓄电池的内部接触电阻，如

图42所示。如图43、图44所示为HV蓄电池控制电路。

29 / 149

30 / 149

（2）检修塞。

在检查或维修前应拆下检修塞，确保HV蓄电池中部的高压电路被切断，以保证维修期

间人员的安全，检修塞总成包括互锁的导线开关。如图45所示，将卡框翻起，关闭导线开关，

进而切断SMR。为保证安全，在拔下检修塞前一定要关闭点火开关。高压电路的主熔断器位于

检修塞总成的内部。

31 / 149

检修塞的安装过程如图46所示，第一步，将检修塞插入到正确位置与内部电路相接，第二

步如图46（b）所示，旋转拉杆90°，第三步如图46（c）所示，向下推检修拉杆到锁止位置，

安装完成。

维修提示：维修后应在检修塞连接后再启动车辆，否则，会造成蓄电池ECU损坏。

（3） HV蓄电池冷却系统。

HV蓄电池重复充电／放电时会产生热量，为确保其正常工作，车辆为HV蓄电池配备了

专用的冷却系统，如图47所示，行李箱右侧的冷却风扇可以通过后排座椅右侧的进气口吸入车

内空气，而后，从蓄电池顶部右侧进入的空气从上到下流经蓄电池模块并将其加以冷却。然后，

空气流经排气管和车内，最终排到车外，如图48所示，HV蓄电池冷却系统规格见表5。

32 / 149

33 / 149

34 / 149

冷却风扇的工作由蓄电池ECU控制来控制，蓄电池ECU根据HV蓄电池内部三个蓄电池

温度传感器和进气温度传感器给出的信号将HV蓄电池温度控制在合理的范围。

（4）辅助蓄电池。普锐斯混合动力汽车采用12V的免维护辅助蓄电池，如图49所示，12V

的电池与传统汽车蓄电池类似，电池接地到汽车的金属车架，通过一个管与外界空气通风。

需要注意的是，该电池对高压很敏感，给辅助蓄电池充电时，要用丰田专用充电器，普

通充电器没有专用的电压控制，有可能造成电池损坏，在充电时，应将电池从车上拆下。如果

有两周以上时间不使用汽车，应断开12V电池，防止它放电。

5）高压电缆

高压电缆将变频器与HV蓄电池、MC 1、MC2以及空调压缩机等部件相连，传输高电压、

高电流。电缆一端接在行李箱中HV蓄电池的左前连接器上，而另一端从后排座椅下经过，穿过

地板沿着地板下加强件一直连接到发动机舱中的变频器，如图50所示，这种屏蔽电线可减少电

磁干扰，备用蓄电池的DV 12 V（＋）配线排布与上述电线相同。

35 / 149

高压配线线束与其连接器，以橙色与普通低压配线相区别。

6）备用蓄电池

THS-II系统在后备箱中安装有一个备用蓄电池，备用蓄电池主要给大灯、音响和其他

附件及所有ECU供电，该电池使用免维护的直流12V屏蔽电池，如图51所示。

蓄电池中的分离器将蓄电池液过滤，以减少在充电时释放的氢气，因此只要使用规定的

蓄电池，蓄电池液就无需更换，与其他车辆一样，如果由于某种原因蓄电池无电，则需要跨接

启动，可以打开后备箱，将跨接线直接到蓄电池上，跨接启动方法如图52所示，按照图中数字

顺序所示，连接一个12V的充满电的电池，之后将普锐斯钥匙插入启动位置，当普锐斯的发动

机运行时，将跨接电池按照连接顺序相反的顺序断开。

36 / 149

7）加速踏板位置传感器

加速踏板受力时，根据受力的大小，安装在加速踏板臂基部的磁扼以不同的速度围绕霍

尔IC旋转。加速踏板位置传感器及其电路图如图53、图54所示。这时，磁通的变低级量由霍

尔IC转换为电信号并输出给HV ECU，显示加速踏板受力的大小。

37 / 149

2.2系统工作原理

1）系统工作状态

根据行驶条件的不同，汽车在稳定运行过程中，为最大限度地适应车辆的行驶状况，系

统可能处于以下工作状态。

（1） HV蓄电池的电能输出给电动机（MG2 ），以驱动车辆，如图55所示。

（2）发动机通过行星齿轮驱动车辆时，同时也带动发电机（MG1）旋转，为电动／发电机

提供电能。驱动过程如图56所示。

38 / 149

（3）发动机通过行星齿轮带动发电机（MG1）旋转，给HV蓄电池充电，充电过程如图57

所示。

（4）当车辆减速时，车轮的动能被回收并转化为电能，并通过电动／发电机为HV蓄池再

次充电，如图58所示。

39 / 149

HV ECU根据车辆行驶状态在（1）、（2）、（3）、（1）＋（2）＋（3）或（4）工作模

式间转换，但是，一旦HV蓄电池的SOC（电状态）较低时，发动机就会带动电动／发电机（MG

1）为HV蓄电池充电。

与传统汽油发动机车辆相比，系统具有更高的燃油经济性及低尾气排放量的特性，这种

改进后的动力传动系统还避开了电动车辆的一些局限性（如较短的巡航里程或对外部充电设备

的依赖性）。

2） THS-II系统工作原理

THS-11（第二代丰田混合动力系统）使用发动机和电动机（MG2 ）提供的两种动力，并使

用MG1作为发电机，系统根据各种车辆行驶状况自动优化组合这两种动力。

HV ECU始终监控SOC状况，蓄电池温度、水温和电载荷状况，在READY指示灯亮，车

辆处于“P”挡或车辆倒车时，如果监视项目符合条件，HV ECU就会发出指令，启动发动机，

驱动发电机（MG 1），并为HV蓄电池充电。

下面以图59所示的车辆行驶状况分析THS-II系统的工作原理，说明THS-II系统是如何控制

发动机、MG1和电动机（MG2 ）来驱动汽车的。

在图59中，A表示仪表板上“READY”灯点亮，B表示启动；C表示发动机微加速，D表

示小负荷巡航；E表示节气门全开加速；F表示减速行驶；G表示倒车。

为了便于理解，我们根据相对运动关系用模拟杠杆来表示行星齿轮组各部件的转速关系，

如图60、图61所示。杠杆的3个节点的相对位置由太阳齿轮（MG1）与齿圈（MG2）的齿数

确定，相对于水平基准位置，同侧表示运转方向相同，异侧表示运转方向相反，相对于基准位

置的高度（垂直位移）相似于转速。

40 / 149

表6中的列线图对行星齿轮的旋转方向、转速和电源平衡之间的关系做出了直观表示，在

列线图中，纵坐标表示太阳轮、行星架和齿圈的转速和旋转方向；纵向之间的距离表示传动比。

此列线图还对MG I或MG2的充电或发电状态、旋转方向和扭矩状态作了说明。

41 / 149

（1）准备启动状态，如图59中的A阶段。

当水温、SOC状态、蓄电池温度和电载荷状态不满足条件时，即使驾驶员按动“POWER”

开关，\"READY”指示灯打开，发动机也不会运转。

启动发动机，仪表盘上的ERADY指示灯点亮、车辆处于“P”或者倒挡时，如果HV EC

U监视的任何项目均正常，HV ECU启动发电机（MG1），从而启动发动机，运行期间，为防

止发电机（MG1）的太阳齿轮的反作用力转动电动机（MG2）的环齿轮并驱动车轮，电动机（M

G2 ）接收电流，施加制动如图62、图63所示，这个功能叫做“反作用控制”。

42 / 149

在随后状态中，运转中的发动机驱动发电机（MG1），为HV蓄电池充电如图64、65所示。

43 / 149

（2）起步工况，如图59中的B阶段。

电动机（MG2 ）驱动车辆起步后，车辆仅由电动机（MG2 ）驱动，这时，发动机保持停

机状态，发电机（MG 1）以反方向旋转而并不发电，如图66、图67所示。

启动发动机：只有电动机（MG2 ）工作时，如果增加所需驱动转矩，发电机（MGI）将被

启动，进而启动发动机，同样，如果HV ECU监控的任何项目如SOC状态、蓄电池温度、水

温和电载荷状态等不符合规定值时，发电机（MGI）将被启动，进而启动发动机如图68、图6

9所示。

44 / 149

在随后的状态中，已经启动的发动机带动发电机（MG 1）为HV蓄电池充电，如果需要增

加所需驱动转矩，发动机将启动发电机（MGI）并转变为“发动机微加速时”模式如图70、图

71所示。

45 / 149

（3）发动机微加速工况，如图59中的C阶段。

发动机微加速时，发动机的动力由行星齿轮进行分配，其中一部分动力直接输出，剩余动

力用于发电机（MG1 ）发电，通过变频器的电动输出，电力输出至电动机（MG2 ），用于输

出动力，如图72、图73所示。

46 / 149

（4）低载荷巡航工况，如图59中的D阶段。

车辆以低载荷巡航时，发动机的动力由行星齿轮进行分配，其中一部分动力直接输出，剩

余动力用于发电机（MG 1）发电，通过变频器的电动传输，电力输出至电动机（MG2 ）用于

输出动力，如图74、图75所示。

47 / 149

（5）节气门全开加速工况，如图59中的E阶段。

当车辆从低载荷巡航转换为节气门全开加速模式时，系统将在保持电动机（MG2 ）动力的

基础上，增加HV蓄电池的电动力如图76、图77所示。

48 / 149

（6）减速工况，如图59中的F阶段。

①“D”挡减速：车辆以“D”挡减速行驶时，发动机停止工作，这时，电动机（MG2 ）

作为发电机运行，通过车轮的驱动为HV蓄电池充电如图78、图79所示。

49 / 149

车辆从较高速度开始减速时，发动机以预定速度继续工作，保护行星齿轮组。

②“B”挡减速行驶：车辆以“B”挡减速行驶时，电动机（MG2 ）在车轮驱动下作为发电

机工作，为HV蓄电池充电，并为发电机（MG 1）供电，这样，MG1保持发动机转速并施加

发动机制动如图80、图81所示。这时，发动机燃油供给被切断。

50 / 149

（7）倒车工况，如图59中的G阶段。

①车辆倒车，仅由电动机（MG2 ）为车辆提供动力，这时，电动机（MG2 ）反向旋转，发

动机不工作，发电机（MG1）正向旋转但不发电如图82、图83所示。

51 / 149

②启动发动机，如果HV ECU监控的任何项目如SOC状态、蓄电池温度、水温和电载荷状

态不符合规定值，发电机（MGI ）就会将发动机启动如图84、图85所示。

52 / 149

在随后的状态中，已经启动的发动机驱动发电机（MG 1），为HV蓄电池充电如图86、图87

所示。

53 / 149

2.3控制系统

1．THS-II控制系统组成见表7。

54 / 149

55 / 149

2．新款普锐斯中THS-II控制系统的结构如图88所示

56 / 149

3. HV ECU控制

当驾驶员踩下加速踏板时，HV ECU根据加速踏板位置传感器发出的信号检测加速踏板上所

施加力的大小。另一方面，HV ECU收到MGI和MG2中转速传感器（解角传感器）发出的车

速信号，并根据挡位传感器的信号检测挡位。HV ECU根据这些信息来确定车辆的行驶状态，

以便对MG 1、MG2和发动机的动力进行最优控制。此外，HV ECU对动力的扭矩和输出进行

最优控制，以实现低油耗和更清洁的排放目标，动力计算流程图如图89所示。

HV ECU控制系统图如图90所示。

57 / 149

1）系统监视控制

蓄电池ECU始终监控HV蓄电池的SOC（充电状态），并将SOC发送到HV ECU。SOC过

低时，HV ECU提高发动机的输出功率以驱动MG1给HV蓄电池充电；当发动机停机时，MG1

工作启动发动机，然后，发动机驱动MG1为HV蓄电池充电。

当SOC较低或HV蓄电池、MG 1、MG2的温度高于规定值时，HV ECU会限制对驱动轮的

动力的大小，直到这些指标恢复到额定值，内置于MG2中的温度传感器直接检测MG2的温度，

HV ECU计算MG1的温度。

58 / 149

2）关闭控制

通常，当车辆处于N挡时，MG1和MG2就会被关闭，这是由于MG2通过机械机构与前轮

相连，所以必须电动停止MG1和MG2来切断动力。

正常行驶时，如果制动踏板被踩下并且某个车轮锁止，这时，带EBD的ABS启动工作，

而后，系统请求MG2输出低扭矩为重新驱动车轮提供辅助动力。这时，即使车辆处于N挡，

系统也会取消关闭功能使车轮转动，车轮重新旋转后，系统恢复关闭功能。

车辆以D或B挡行驶，驾驶员踩下制动踏板时，再生制动开始工作，这时，驾驶员换挡到

N挡时，在再生制动请求扭矩减少的同时，制动液压增大以避免制动勃滞，在这以后，系统实

施关闭功能。

MG 1、MG2以高于规定值的转速工作时，关闭功能取消。

3）上坡辅助控制

车辆在陡坡上松开制动而启动时，经常出现下滑现象，上坡辅助控制可以有效地防止这种

车辆的下滑。由于电动机具有高灵敏度的转速传感器，它可以感应出坡度和车辆下降角度，增

大电动机的扭矩以确保安全，如果施加了上坡辅助控制，则制动会施加到车辆后轮，防止车辆

向坡下滑，这时，HV ECU向制动防滑控制ECU发送后制动启动信号。

4）电动牵引力控制

当车辆在光滑路面上行驶时，如果驱动轮打滑，MG2（与车轮直接相连）会旋转过快，引

起相关的行星齿轮组转速增大，这种状态会对行星齿轮组中的咬合部件等部位造成损害。某些

情况下，还可能会使MG I产生过量电能，因此如果转速传感器信号表明转速发生突然变化，

HV ECU确定MG2转速过大并实施增加制动力以抑制转速，保护行星齿轮组。此外，如果只有

一个驱动轮旋转过快，HV ECU通过左右车轮的转速传感器监测它们的速度差，HVECU将指

令发送到制动防滑控制ECU以对转速过快的车轮施加制动。

这些控制方法可以起到与制动控制系统的TRC同样的作用。

5）雪地起步时驱动轮转速状态控制

首先介绍一下产生过快转速的机理，如图91（a）所示，如果驱动轮抓地力正常，那么MG2

（驱动轮）转速的变化很小，在它们和发动机之间的速度差很小，从而达到平衡，这样行星齿

分界线组的相对转速差很小。

59 / 149

如果驱动轮失去牵引力，如图91（b）所示，MG2（驱动轮）的转速会有很大的变化，在

这种情况下，由于转速变化量较小的发动机无法随MG2转动，会导致相关的整个行星齿轮组

的转速增加。

HV ECU通过MG2提供的转速传感器信号监测转速突变来计算驱动的打滑量，HV ECU根

据计算的打滑量通过抑制MG2的旋转来控制制动力。

6） SMR（系统主继电器）控制

SMR是连接或断开高压电路电源的继电器，该继电器受HV ECU发出的指令控制。这种继

电器一共有3个，其中，负极侧有1个，正极侧有2个，一起来确保系统工作正常，如图92

所示。

60 / 149

（1）电源打开。电路连接时SMR1和SMR3闭合：而后，SMR2闭合，然后SMR 1断开，

如图93所示，由于这种方式可以控制流过电阻器的电流，保护电路中的触点，避免其受到强电

流造成的损害。

61 / 149

（2）电源关闭。电路断开时，先断开SMR2，然后再断开SMR3，然后，HV ECU确认各

个继电器是否己经断开，这样，HV ECU可确定SMR2是否卡住，如图94所示。

4．发动机ECU控制

HV ECU发送的发动机转速和所需的发动机动力信号输出给发动机ECU，发动机ECU控制

ETCS-i系统、燃油喷射量、点火正时和VVTi系统。此外，发动机ECU还将发动机工作状态

62 / 149

信号发送到HV ECU。按照THS-II控制，在接收到HV ECU发送的发动机停止信号后，发动机

ECU将使发动机停机，系统出现故障时，发动机ECU通过HV ECU的指令打开检查发动机警

告灯，发动机ECU控制系统图如图95所示。

5．变频器控制

根据HV ECU输出的信号，变频器将HV蓄电池的直流电压转换为交流电给MG 1、MG2

供电，或执行相反的过程。此外，变频器将MG1的交流电提供给MG2；需要说明的是，电源

从MG1提供给MG2时，电流在变频器内转换为DC。

根据MG 1、MG2发出的转子信息和从蓄电池ECU发出的HV蓄电池SOC等信息，HV ECU

将信号传输到变频器内部的功率晶体管来转换MG 1、MG2定子线圈的U、V和W相。关闭

MG 1、MG2的电流时，HV ECU发送信号到变频器。

变频器控制系统图如图96所示。

63 / 149

6．制动防滑控制ECU控制

当驾驶员踩下制动踏板时，制动防滑控制ECU根据制动执行器和制动踏板行程传感器的制

动总泵压力计算所需的总制动力，根据总制动力，制动防滑控制ECU计算所需的再生制动力，

并将结果发送到HV ECU. HV ECU启动MG2进行反方向扭矩控制并执行再生制动功能，制动

防滑控制ECU控制制动执行器电磁阀产生轮缸压力，这个轮缸压力是总制动力减去实际再生制

动控制的数值。

在安装了VSC＋系统的车型上，车辆在VSC＋系统控制下工作时，HV ECU根据制动防滑

控制ECU发送的请求信号实施电动机牵引力控制，即根据当前的车辆行驶状态控制发动机、

MG1和MG2。

制动防滑控制ECU控制系统图如图97所示。

64 / 149

7．蓄电池ECU控制

蓄电池ECU对以下项目实时监控并将这些信息发送给HV ECU:

通过HV蓄电池内部的电压检测电路，检测蓄电池电压；

通过HV蓄电池内部的温度传感器检测HV蓄电池温度；

通过HV蓄电池内部的泄漏检测电路，检测其是否泄漏；

通过电流传感器，检测电流，HV蓄电池通过估计充电放电电流来计算SOC。

蓄电池ECU通过HV蓄电池内部的温度传感器检测出蓄电池温度，并操作冷却风扇来控制

温度。蓄电池ECU控制系统图如图98所示。

1）SOC控制

车辆行驶时，由于在加速期间HV蓄电池给MG2供电，而减速时由再生制动给蓄电池充电，

如此蓄电池反复经历充电／放电过程。蓄电池ECU根据电流传感器检测到的充电／放电水平计

算SOC并将数值发送到HV ECU， HV ECU根据接收的数据控制充电／放电，将SOC始终控

制在稳定水平。

2）冷却风扇控制

当蓄电池温度上升时，蓄电池ECU根据安装在HV蓄电池内部的3个温度传感器和1个进

气温度传感器检测到蓄电池的温度，然后蓄电池ECU在负载循环控制下连续启动冷却风扇，将

HV蓄电池的温度维持在规定范围内。

空调系统降低车内温度时，由于冷却系统的进气口位于车内，因此，如果此时温度传感器

检测到HV蓄电池温度出现偏差，则蓄电池ECU关闭冷却风扇或将其定在LO挡转速，使车内

温度首先降下来。

冷却风扇控制系统图如图99所示。

8．碰撞时控制

当车辆发生碰撞时，如果HV ECU接收到安全气囊传感器总成发出的安全气囊张开信号或

变频器中的断路器发出的执行信号，HV ECU将关闭SMR（系统主继电器）从而切断总电源以

确保安全，其系统图如图100所示。

65 / 149

9．电动机驱动模式控制

为减少深夜行车以及停车时的噪声和在车库中短时间减少排气，可以手动按下仪表板上的

EV模式开关使车辆只有受MG2的驱动，打开EV模式开关后，组合仪表中的EV模式指示灯

将点亮，如图101所示。

66 / 149

选择EV模式时，发动机停止工作，车辆在只有MG2工作的状态下继续行驶，除非车辆

发生以下情况：

（1） EV模式开关关闭。

（2）SOC下降到规定水平以下。

（3）车速超过规定值。

（4）加速踏板角度超过规定值。

（5） HV蓄电池温度偏离正常工作范围。

如果HV蓄电池在标准SOC下，车辆在平坦路面上连续行驶0.6～1.2mile（1～2km）后，

EV模式将关闭。

10．指示灯和警告灯如图102所示

67 / 149

THS-II系统的警告灯较以往有了更大的改进，表8对THS-II系统的主要指示灯和警告灯

做出了说明。

存在下述任何状态时，多功能显示屏将显示如图103所示的信息，同时主警告灯点亮并且

68 / 149

蜂鸣器持续鸣叫：

·READY灯点亮，挡位为N、HV蓄电池已经放电；

·EADY灯点亮，挡位为N、B或D，驾驶员车门打开。

11．诊断

THS-II系统中，如果HV ECU、发动机ECU或蓄电池ECU检测到故障，则ECU对故障部

分名称进行诊断并储存。此外，为了通知驾驶员故障发生，ECU使检查发动机警告灯、主警

告灯或对应ECU或HV蓄电池警告灯点亮或闪烁。HV ECU、发动机ECU和蓄电池ECU将

储存各自故障的DTC。

THS-II系统中，在常规的DTC主5位代码的基础上新添加了3位数字信息代码。这样，在

故障排除时可进一步缩小怀疑部位以确定故障。

诊断故障时，可以使用智能测试仪II读取DTC。所有DTC都与SAE控制代码一一对应。

一些DTC较以往更加细化了怀疑部位，同时为它们指定了新的DTC。此外，还增添了和新增

项目对应的DTC。

如果HV ECU检测到THS-II系统故障，那么它将根据储存器中的数据控制系统。

3 混合动力发动机

3．1概述

普锐斯采用为应用混合动力系统而研发的INZ-FXE发动机，其型号“INZ-FXE”中的“X”

表示此发动机采用了高膨胀率Atkinsion（阿特金森）循环。该发动机还采用了VVTi（智能可

变气门正时系统）和ETCS-i（智能电子节气门控制系统）以实现其高性能、静谧性、燃油经济

性和排放清洁性。在此发动机中，通过减少活塞各部分的摩擦来提高燃油效率，以实现对燃油

经济性和低排放性的进一步提高。发动机规格见表9。

69 / 149

普税斯混合动力汽车采用1.5L汽油发动机，这种1.5L汽油发动机具有以下特点。

1．采用WT-i和高膨胀比的Atkinson循环如图104所示

70 / 149

传统的汽油发动机的压缩行程和膨胀行程完全相同，所以它的压缩比和膨胀比也基本相

同。如果想要使膨胀比增加，也必须要增加压缩比，但随着压缩比的增高，热效率增长幅度越

来越小；压缩比增高使压缩压力、最高燃烧压力均升高，故使内燃机机械效率下降。汽油机压

缩比过高容易产生爆震，严重时甚至会导致汽油发动机产生爆炸。因此，发动机的压缩比限制

了发动机的膨胀比的增长。如果采用增加膨胀比的方式就可以提高汽油发动机的功率和降低排

气污染。

普锐斯混合动力汽车的发动机，采用具有高膨胀比的Atkinson循环，可以有效地解决

上述问题。在高效率、高膨胀比的Atkinson循环中，进气门开启的时间被延长到压缩行程开始

之后，这样使气缸中一部分混合气在活塞开始上升时被压回到进气管中去，也就是延迟了实际

压缩行程开始的时间，其结果是在没有提高实际压缩比的情况下，却提高了膨胀比，提高了发

动机的能量转换效率。由于采用了这种先进的Atkinson循环技术，使得THS的百公里油耗可以

达到3.6 L/ 100 km的高水平。

2．采用先进的控制技术

发动机由中央控制器按“开一关”的控制模式进行控制，在汽车停车和低速行驶时，发

动机可以自动关闭，当汽车速度超过一挡规定速度时，发动机能够自动启动。这样，在THS的

71 / 149

控制系统的控制下，预先设置发动机最佳工作运转范围，发动机只能是在这个运转范围内工作，

其效率比传统发动机的效率高80%，其燃料消耗率约为28 km/L；该发动机与同样排量为1.5L

带自动变速器的丰田“花冠”牌内燃机汽车的燃料消耗率14 km/L相比，效率几乎提高了1倍。

CO2的排放量为传统轿车的1/2，而CO、HC和NOx的排放量仅为传统轿车的1/10，达到“超低

污染”的排放要求。

3．采用先进的发动机结构

Atkinson循环发动机采用紧凑型倾斜式挤气燃烧室，进一步提高了这种发动机的热效

率，还采用了可变正时系统，能够根据发动机工况的变化，自动调整进气门的开闭时间，使得

进气门的开启时间与发动机运行工况相协调，以保持发动机在不同的工况下运转时，总是处于

高效率状态。另一方面，发机节气门的开度也可以调节，能够减少发动机在部分负荷时进气管

中的真空度，降低泵气的能量损失，提高发动机的经济性。发动机采用铝合金制造的缸体，在

结构上做了进一步的改进，使得发动机的尺寸和质量都比传统的发动机有所减小。

4．降低发动机转速、减小质量和体积、降低摩擦损耗

控制发动机基本保持在4000 r/min左右的转速下稳定地运转，发动机转速没有像普通

轿车发动机那样高，由于工作转速较低，发动机的曲轴直径可以做得较小，活塞的往复次数减

少，活塞的运动速度降低，活塞环的弹性张力减小，气门开闭次数减少，气门弹簧的负荷等都

相应降低，这些改变都能有效地降低运动副之间的摩擦损耗，同时可以减小零部件的摩擦损失

和延长各种零件的寿命。另外，发动机各个部分所受到的作用力相应小一些，强度也相应地降

低一些。连杆、曲轴等零部件的尺寸做得更小一些，在发动机上采用铝合金气缸体、结构紧凑

的气体管道和采用各种轻量化的结构件等技术措施，减小了发动机的总质量，减小了发动机的

外形尺寸。通过减小活塞各部分的摩擦来提高发动机燃烧效率，以进一步提高燃油经济性和低

排放性。

5．采用特殊的冷却液热存储系统

在2004年以后的丰田普锐斯混合动力汽车上采用特殊的冷却液热存储系统，在冷却系

统增加了冷却液储热箱，将热冷却液存储在冷却液储热箱内，可将1760F的热冷却液保温达3

天之久。当发动机冷启动时冷却系统用辅助水泵将热冷却液送到发动机，发动机“预热”可降

低HC排放。

6．普锐斯混合动力汽车发动机进气歧管

由于在Atkinson循环的压缩冲程期间，有些空气会被迫返回进气歧管，1NZ-FXE发动

机进气歧管有一段大的涌气管，以便用来存储额外的进气量。此外，进气歧管长度缩短，以提

高进气效率，如图105所示为进气歧管。

72 / 149

3.2冷却系统

1 NZ-FXE发动机采用压力式强迫循环冷却系统，系统原理如图106所示。节温器及旁

通阀位于进水口处，控制冷却液流，保持发动机有适当的温度。

发动机和空调冷却凝器的散热器集成一体，以减小空间，在2004年后出厂的普锐斯混

合动力汽车上，逆变器冷却系统的散热器也集成在一起，如图107所示。

73 / 149

从2004年出厂的普锐斯混合动力汽车开始，冷却系统增加了冷却液储热箱，储热箱是

一个大的真空绝缘罐，位于左前保险杠，如图108所示。

74 / 149

2004年后出厂的普锐斯混合动力汽车的发动机冷却系统工作原理如图109所示，维修

时需要注意以下两点：

（1）断开冷却液储热泵接头，防止冷却液循环以免被烫伤。

（2）添加冷却液时，运转冷却液储热泵，使冷却液流入罐内。

普锐斯发动机采用纯正的丰田高级长效冷却液（SLLC），这使得维护的时间间隔得以延

长。由于SLLC是己经混合好的（50％冷却液和50%蒸馏水），因此在为车辆添加或更换SLLC

时，无需稀释。如果将LLC和SLLC混合，则采用LLC更换时间间隔（每隔4000 km或25000 m

ile或24个月）。如果用SLLC（粉色）更换发动机冷却液，则同样可以在初次添加LLC（红色）

时，对车辆采用新的维护时间间隔（每80000 km或50000 mile）。表10所示为丰田车型发动

机用冷却液规格情况。

3.3燃油系统

发动机燃油系统采用了无回油系统，有效地减少了蒸发排放，如图110所示；喷油嘴采

75 / 149

用小型12孔喷嘴以提高燃油的雾化程度；油箱为多层塑制燃结构，炭罐的容量由1.0L改变为

0.8 L，净化阀的最大流率由40 L/min改变为60 L/min，降低了蒸发排放，并采用了铝制主燃

油管和净化管以减轻质量。

如图111所示为多层塑制燃油箱结构，此燃油箱由6层4种材质组成，燃油箱的最底部

有一个排放标记。该标记的作用是拆卸（报废）车辆时，在此处钻孔以排空燃油。

1．燃油表传感器

燃油表传感器位于密封的油箱内，其结构是一个外面缠绕线圈的管，在管内浮子上相连

有一块磁铁，可同浮子一起随油面变化上下移动如图112所示，使线圈的磁场产生变化，在线

圈的两端产生电位差，从而由燃油表电控单元读出油量的多少，燃油泵与油箱固定在一起，不

能分开修理。

76 / 149

2．倾斜度传感器

仪表ECU内有两个倾斜度传感器，用于检测汽车纵向和横向倾斜度，以修正燃油的计算，

修正度取决于倾斜度传感器信号和油箱内环境温度传感器信号。

如果驾驶员只向油箱加注了少量汽油，或燃油表只显示～4个格，那么，此时必须将倾

斜度开关复位。若在过大斜坡上加油或燃油表变得不准确，则必须复位倾斜度开关。与传统汽

车不同的是，混合动力汽车在一个驾驶周期内有可能启动多次，这会增加产生“气阻”的危险。

3．燃油容量

燃油容量可能由于温度发生变化，在低温环境下，软油箱用的树脂材料在加油期间会失

去膨胀的能力，若外界温度下降到－10℃，燃油箱约减少5 L。

3.4进气排气系统

进气排气系统由共振器、节气门体、进气歧管、排气歧管、1号Twc、2号Twc、副消音

器、主消音器组成，其结构如图113所示。

77 / 149

3.5控制系统

新款普锐斯上的1 NZ-FXE发动机控制系统组成如图114所示，各系统功用见表11。1

NZ-FXE发动机控制系统控制过程如图115所示，MPX通信见表12。

78 / 149

79 / 149

80 / 149

81 / 149

82 / 149

发动机控制系统的主组件位置如图116所示。

83 / 149

表13列出了普锐斯发动机控制系统主组件的类型。

1．空燃比传感器

普锐斯发动机上采用的是扁平型空燃比传感器，和一般型（杯型）的传感器相比，此扁

84 / 149

平型的传感器和加热器部分都变得更窄，加热器的加热量可以直接作用于传感器的氧化铝和氧

化错，因此它可以加热激活传感器，空燃比传感器结构如图117所示。

2.爆震传感器（扁平型）

一般型的爆震传感器（共振器）中，安装有共振点和发动机的爆震频率相同的振片，只

需要检测到这一频段的振动即可；而扁平型爆震传感器（无共振型）可以检测更宽的频段（从

6 k～15 kHz）振动，根据发动机转速，发动机爆震频率会稍有变化，因而即使发动机爆震频率

发生了变化，扁平型爆震传感器也可以检测到振动。扁平型爆震传感器和一般的爆震传感器相

比，提高了振动检测能力，并且可以更准确地进行点火正时控制。

扁平型爆震传感器的中心有一个用于双头螺栓穿过的孔，传感器通过双头螺栓安装在发

动机和气缸体上。在传感器内，钢块位于传感器的上部，压电元件穿过绝缘垫位于钢块下，内

置开路／短路检测电阻器，如图118所示。

85 / 149

钢块感应到爆震振动，振动惯性将压力施加给压电元件，此过程会产生电动势。

当打开点火开关时，爆震传感器内的开路／短路检测电阻器和发动机ECU内的电阻器保

持发动机端子KNK1的电压保持恒定，发动机ECU内的检测IC（集成电路）一直监控端子KNK1

的电压，如图119所示；如果爆震传感器和发动机ECU间发生开路／短路（产生爆震时），则

端子KNK1的电压会发生变化，发动机ECU会检测到开路／短路并存储DTC（诊断故障代码。

维修提示：由于应用了开路／短路检测电阻器，传感器的检查方法已改变。

3．诊断

当发动机ECU检测到故障后，会自动做出诊断并记录故障部位。此外，组合仪表内的检

查发动机警告灯会点亮或闪烁来通知驾驶员，发动机ECU同样会记录故障DTC。诊断通信由上

一代的串行通行（IS09141）改变为CAN通信，因此，需用最新采用的智能测试仪II来读取发

动机ECU的DTC。所有DTC（诊断故障代码）都与SAE控制代码一致，和过去相比，某些DTC

被分配到更小的检测区域，这些新的DTC会为它们赋值。

维修提示：如果需要清除存储在发动机ECU中的DTC，可以使用智能测试仪II或断开

蓄电池端子或拆下EFI熔丝1分钟以上。

发动机ECU检测到故障后，会根据己存储在存储器中的数据，停止或控制发动机，安全

保护表见表14。

86 / 149

4 电动机

丰田普锐斯混合动力汽车动力传动系统有两个电动／发电机：MG1和MG2。

其中，电动／发电机MG I有3个作用：

（1）作为动力分离装置的控制元件。MGI与太阳轮相连，动力控制单元按照一定的控制策略

改变其转速和转矩，从而实现无级变速的功能；

（2）作为发动机的启动电动机；

（3）作为发电机将发动机冗余能量转化为电能，给MG2供电或蓄电池充电。

电动／发电机MG2的作用有2个：

（1）提供辅助动力，以保证在任何工况下发动机始终保持在高效区域内工作；

（2）当汽车制动、下坡或驾驶员放松油门踏板时，发动机关闭，MG2作用发电机，在汽车的

惯性下，车轮带动MG2发电，将制动能转换为电能储存在蓄电池中。

第一代电动／发电机用串联绕组方式。第二代电动／发电机如图120所示用并联绕组方式，

通过升压回路可以获得约2倍于第一代电动／发电机的工作电压，并优化了气隙磁场，从而在电动

／发电机体积略有减小的情况下，提高转矩和效率。第三代电动／发电机如图121所示将工作电压

提高到650 V，这使得最高输出功率增加了20%，最高转速提高了约1倍，大大缩减了电动／发电

机的体积和重量。另外，由于体积的减小而造成电动／发电机转矩下降，因此第三代普锐斯混合动

力汽车的动力系统采用了一个行星齿轮作为MG2的减速机构。三代电动／发电机MG2的输出功率特

性如图122中虚线所示，输出转矩特性如图122中实线所示。

87 / 149

88 / 149

电动／发电机的功耗可以由下式表示。

式中，TmG和nMG分别表示电动／发电机的转矩和转速，两者符号相同时，电动／发电机消

耗能量，作为电动机使用，此时PMG为正值；两者符号相反时，电动／发电机产生能量，作为发电

机使用，此时PMG为负值。77MG表示电动／发电机的效率，其数值可以通过ADVISOR软件的电动／

发电机模型自动生成，也可以参考其他文献中的实测结果。上标k反映了功率流的方向，当电动／

发电机消耗能量时其值为－1，当电动／发电机产生能量时其值为＋1。

5 底盘

5.1混合动力变速驱动桥

1．概述

THS-11驱动桥系统包括交流500 V的电动机、发电机、行星齿轮及主减速齿轮等，如

图123所示。驱动桥使用连续变速传动装置，从而达到操作的平滑性和静谧性。新款普锐斯采

用了新开发的P112型混合动力变速驱动桥，它包括驱动车辆用的MG2（2号电动机／发电机）

和发电用的MG1（1号电动机／发电机），该驱动桥通过带行星齿轮组的无级变速结构来达到运

行平稳、安静的目的，如图124所示。P112型混合动力变速驱动桥是旧款普锐斯和P111型混

89 / 149

合动力变速驱动桥的基础上改进而成的，以下所列是为了实现高效和高性能而对变速驱动桥进

行的主要改进项目：

·改变了变速驱动桥阻尼器螺旋弹簧的特征；

·MG 1盖上的链轮支架采用了铝材料；

·采用低勃度的变速驱动桥液（ATF WS）；

90 / 149

·取消了机油盘；

·采用了滚珠轴承承载中间轴从动齿轮轴。

新旧变速驱动桥的规格见表15。

2．变速桥装置的组成

普锐斯混合动力汽车采用新开发的P112型混合动力变速驱动桥，其在汽车中的位置如

图125所示。

P112型驱动桥采用带行星齿轮组的无级变速机构来达到平衡运行的目的。

91 / 149

变速驱动桥主要由变速驱动桥阻尼器、MG1、MG2和减速装置（包括链条、中间轴主动

齿轮、中间轴从动齿轮、主减速器小齿轮和主减速器环齿轮）组成，如图126所示。行星齿轮

组、MG 1、MG2、变速驱动桥阻尼器和主动链轮都安装在同心轴上，动力从主动链轮传输到减速

装置，如图127所示。

92 / 149

3．变速驱动桥主要部件

（1）行星齿轮组如图128所示。发动机输出功率通过行星齿轮组的传输分为两部分：一部分驱

动汽车；另一部分驱动MG1用来发电。作为行星齿轮的一部分，太阳齿轮连接到MG1上，环齿

轮连接到MG2上，行星齿轮架连接到发动机输出轴上，动力通过链传送到中间轴主动齿轮，连

接关系见表16，其工作原理如图129所示。

93 / 149

（2）变速驱动桥的减震器，如图130所示。普锐斯变速驱动桥的减震器采用具有低扭转

特性的螺旋弹簧，螺旋弹簧的刚度较小，弹性较大，提高了弹簧的减振性能。飞轮的形状得到

优化，减轻重量，变速驱动桥减震器传递发动机的驱动力，它包括用干式、单片摩擦材料制成

的转矩波动吸收机构。

（3） MG1和MG2。MG1连接在行星齿轮组的太阳齿轮上，MG2连接在环齿轮上。MG1和M

G2为精密组件，不得对其进行分解。如果这些组件出现故障，则整体更换混合动力变速驱动桥

总成。

（4）减速装置。MG1盖上的链轮支架采用铝材料，采用滚珠轴承承载中间轴从动齿轮轴。

减速装置包括无声链、中间轴齿轮和主减速器齿轮如图131所示。采用小链距的无声链可保证

其运行时的静谧性，并且和齿轮传动机构相比，机构的总长度缩短，中间轴齿轮和主减速器齿

94 / 149

轮的齿都经过高精密研磨，其齿腹得到了优化，以保证运行的高度安静，主减速器齿轮经过最

佳配置，减小了发动机中心轴和差速器轴间的距离，使差速器的结构更加紧凑。

（5）差速器齿轮装置。采用和传统变速驱动桥差速器相类似的小齿轮型差速器齿轮装置。

（6）润滑装置如图132所示。行星齿轮组和主轴轴承使用装有余摆曲线式油泵的强制润

滑系统，减速装置和差速器使用同类型的润滑油。

95 / 149

4．换乡当控制系统

紧凑型选挡（变速器换挡总成）的设计融入了新理念：换挡杆为瞬间换挡装置，其安装

在仪表盘上，当驾驶员的手离开选挡杆手柄时，它会回到原位，甚至可以用指尖操作，其操作

模式给操作者提供了极大的便利。

普锐斯采用了电子通行变速系统。变速器换挡总成内的挡位传感器能检测挡位（R、N、

D、B）并发送相应信号到HV ECU。HV ECU控制发动机、MG 1和M碗的转速来产生最佳齿轮速

比。

THS-I系统的驻车锁止机构是通过连杆来操作的。而THS-II系统采用了和换挡控制类

似的电控装置。当驾驶员按下变速器换挡总成顶部的驻车开关时，P挡控制系统就会激活混合

动力变速驱动桥上的换挡控制执行器来机械地锁止中间从动齿轮，该齿轮与驱车锁连接，从而

锁止驱车锁。

1）换挡控制系统原理

换挡控制系统原理如图133、图134所示。

96 / 149

2）换档控制系统组成

换挡控制系统组成如图135所示，其主组件的功能见表17。

97 / 149

3）换档系统主要部件

（1）变速器换挡总成。紧凑型选挡杆的设计运用全新的理念。当换挡操作后驾驶员的手

离开选挡杆手柄时，手柄会在回位弹簧的作用下回到原位。变速器换挡总成内的挡位传感器（选

择传感器和换挡传感器）检测挡拉（“R”、“N”、“D”和“B”）如图136、图137所示。

打开尾灯时，变速器壳体中的灯泡就会间接地照亮挡杆手柄指示灯表面，以增强夜间的照明。

98 / 149

（2）换挡手柄指示灯如图138所示。换挡手柄指示灯的工作原理如下：当壳体内的灯泡点亮时，

光束通过导光壳，反射到选挡杆柱面和光传输区域，从而在换挡手柄的下部照亮指示灯表面。

（3）挡位传感器如图139所示。挡位传感器包括一个用于检测换挡杆横向运动的选择传

感器和一个用于检测换挡杆纵向运动的换挡传感器，这两个传感器信号的组合可以实现对具体

挡位的检测，检测位置对应表见表18。

99 / 149

选择传感器和挡拉传感器的传感器部分都包括一个霍尔IC（传感器）。

（4）换挡控制执行器如图140所示。安装在混合动力变速驱动桥的侧面，它的作用是在

收到变速器控制ECU的执行信号后，其内部的电动机就转动，从而移动驻车锁止杆，再滑动驻

车锁爪，使它和安装在中间轴从动齿轮上的驻车齿轮啮合，从而使混合动力变速驱动桥被机械

地锁止或开锁。

100 / 149

换挡控制执行器主要由无刷电动机和摆线减速装置组成；电动机主要包括转角传感器、

线圈、定子和转子。

转角传感器包括3个霍尔元件（传感器），其中的两个称为相位A和相位B传感器，用

于检测电动机的转动角度；第三个称为相位Z传感器，用于校正转角检测控制。

（5）驻车锁止机构。

①机械驻车锁止机构安装在中间轴从动齿轮中，如图141所示。

②驻车锁爪和中间轴从动齿轮一体的驻车齿轮的啮合可以锁止车辆的运动。

③当收到变速器控制ECU的开锁／锁止信号后，换挡控制执行器就会转动1号杆来滑动

驻车锁止杆，从而推动驻车锁爪，使驻车锁爪和驻车齿轮啮合，进而锁止驻车锁。

（6）摆线减速机构。在需要大转矩的斜坡上停车时，摆线减速装置能把电动机输出轴的

转矩增大，可以确保驻车锁完全松开。

摆线减速装置由安装在电动机输出轴上的偏心盘、壳体上的内齿轮（61齿）、外齿轮

（60齿）以及和外齿轮同步转动的输出轴组成，如图142所示。

101 / 149

除了与电动机输出轴同步转动的偏心盘的旋转运动以外，内齿轮与外齿轮啮合时，内齿

轮也会推动外齿轮转动。外齿轮比内齿轮少1个齿，偏心盘每转动一圈，外齿轮就少转动1个

齿。这样，和外齿轮同步旋转的输出轴就会以1:61的减速比输出电动机的转速。

（7）挡位指示灯如图143所示。换挡杆的设计使其在换挡操作后可以随时复位，因此当

前选择的挡位能通过组合仪表上的挡位指示灯检查。

本系统中，“B”挡在发动机制动范围内起作用，因此，禁止从“D”挡以外的挡换入“B”

挡，因而，如果选挡杆不在“D”或“B”挡，则“B”挡指示灯就会熄灭，以防止驾驶员意外地

换入“B”挡。

4）换挡控制原理

（1）电动机功能。换挡控制电动机的转动可以锁止或打开驻车锁。其过程为：转角传感

器检测电动机的转动角度，变速器控制ECU根据转角传感器的反馈信号检测当前的挡位，执行

驻车锁止或开锁。

变速器控制 ECU通过两个带有的交错相位（相位A和相位B）的霍尔IC（装于转角传

感器内）产生的脉冲数来组合检测电动机的转动方向、角度和运动范围。检测到运动范围后，

信息就被存储到ECU存储器中。但是，如果断开蓄电池端子，信息就会被清除。换挡控制原理

如图144所示，霍尔IC脉冲变化规律见表19。

102 / 149

控制标准的数值是通过驻车锁止或开锁位置而建立的，当启动变速器控制ECU或重新连

接蓄电池端子时，驻车锁止或开锁位置就会被检测到并被存储在存储器中，首先，变速器控制

ECU使电动机转到锁止位置，以便把驻车锁止位置存储在存储器中。然后，ECU使电动机反向转

动，以便把开锁位置存储在存储器中，但是，如果ECU己经在存储器中存储了以前操作的运动

范围，那么它就检测到当前位置，并根据存储器中的运动范围计算其他位置。由于上述过程，

所以在更换执行器或ECU或者重新连接蓄电池后就不需要进行初始化工作了。

（2）换挡控制。在本系统中HV ECU可以检测车辆的一般状态，并能换挡和锁止或打开驻

车锁。本系统还包括拒绝功能，当车辆在正常条件下行驶时，挡位可以移到拒绝功能没有断开

的所有挡位。

选挡杆和驻车开关在每一挡位的操作情况见表20。

103 / 149

在本系统中，变速器控制ECU电源重新接通时，ECU根据存储器中存储的以前的挡位并

测定当前挡位（驻车锁止或开锁）启动控制情况见表21。

如果以前的挡位无法利用，则ECU根据HV ECU通过车速测定的挡位来启动控制。

（3）拒绝功能。为了确保安全，即使驾驶员操作换挡杆或驻车开关，本系统也会防止换

挡，在这种情况下，蜂鸣器会发出声响以提示驾驶员。表示拒绝功能的情况见表22。

104 / 149

5）换挡控制系统故障诊断

当变速器控制ECU检测到换挡控制系统的故障时，ECU就进行诊断并存储故障信息。另

外，ECU会使换挡指示灯点亮并闪烁、点亮主警告灯和在复式显示器上显示警告信息来通知驾

驶员。变速器控制ECU也会存储此故障DTC（诊断故障代码）。检修时，可以用智能测试仪II

来读取DTC。

6）换档控制系统的安全保护

当变速器控制ECU检测到系统的故障时，则变速器控制ECU会根据存储器中存储的数据

来控制系统。

5.2 制动控制系统

1．系统概述

THS-II系统的制动控制系统采用了ECB（电子控制制动）系统。ECB系统可以根据驾驶

员踩制动踏板的程度和所施加的力计算所需的制动力。然后，此系统施加需要的制动力（包括

MG2产生的再生制动力和液压制动系统产生的制动力）并有效地吸收能量。

ECB ECU和制动防滑控制ECU集成在一起，并和液压制动控制系统（包括带EBD的ABS、

制动助力和VSC）一起对制动进行综合控制。

VSC＋系统除了有正常制动控制的VSC功能外，还能根据车辆行驶情况和EPS配合，提

供转向助力来帮助驾驶员转向。

THS-II系统采用电动机牵引控制系统。该系统不但具有旧车型上的THS系统拥有的保

护行星齿轮和电动机的控制功能，而且还能对滑动的车轮施加液压制动控制，把驱动轮的滑动

减小到最低程度，并产生适合路面状况的驱动力。THS-II系统制动系统的功能见表23。

2．制动系统工作原理

普锐斯混合动力汽车包括制动输入、电源和液压控制部分，取消了传统的制动助力器，

正常制动时，总泵产生的液压换为液压信号，而不是不直接作用在轮缸上，通过调整作用于轮

缸的制动执行器上液压源的液压获得实际控制压力。普锐斯混合动力汽车的制动系统是从打开

电源开关等动作开始工作的。制动防滑控制ECU通过CAN（控制器局域网）和EPS ECU和HV E

105 / 149

CU保持通信。普锐斯混合动力汽车制动系统工作原理如图145所示。

3．制动控制系统

（1） THS-II系统如图146所示。

106 / 149

107 / 149

（2） THS-II系统制动控制系统的结构如图147、图148所示。

108 / 149

（3）主组件位置图如图149所示。

109 / 149

110 / 149

4．制动控制系统主要部件的作用

主组件功能见表24。

111 / 149

5．制动系统的功能

普锐斯混合动力汽车制动系统的功能见表25。

6．再生制动联合控制

在车辆制动时，电动机MG2起到发电作用，和电动机（MG2 ）转动方向相反的转动轴产

生的阻力是再生制动力的来源。发电量（蓄电池充电量）越多，阻力也越大。再生制动过程如

图150所示。

驱动桥和MG2通过机械方式连接一起，驱动轮带动MG2转动而发电，MG2产生的生制动

力就会传到驱动轮，这个力由控制发电的THS-II系统控制。

再生制动联合控制和传统制动方式最大的区别是，其并不单靠液压系统产生驾驶员所需

的制动力，而是和THS-II系统一起联合控制提供再生制动和液压制动的合制动力。这样的控制

能够最大限度地减少正常液压制动的动能损失，并把这些动能转化为电能。

112 / 149

THS-II系统上，由于采用了THS-II系统使MG2的输出功率得到了增加，THS-II增大了

再生制动力。另外，由于采用ECB系统，制动力的分配也得到了改善，从而有效地增加了再生

制动的使用范围。这些提高了系统恢复电能的能力，从而提高了燃油经济性，如图151所示。

7．制动力分配（EBD）

1）制动力的分配（EBD）的功能

液压制动和再生制动间制动力的分配是随着车速及制动时间的变化而改变的。液压制动

和再生制动间制动力的分配通过控制液压制动来实现，液压制动和再生制动的总制动力要与驾

驶员所需的制动力一致，制动力分配的变化如图152所示。如果由于THS-II系统故障导致再生

制动失效，则制动系统会影响控制，最终驾驶员所需的全部制动力就会全部由液压制动系统来

提供。

2）制动力分配的控制

传统的制动力分配是通过机械方法实现的，现在是通过制动防滑控制ECU的电子控制方

法实现，制动防滑控制ECU能根据车辆行驶条件精确地控制制动力。

（1）前／后轮制动力分配。如果车辆在直线前行时制动，那么道路的变化就会减小后轮

的负荷。通过速度传感器的信号可以检测到这种情况，然后反馈给制动防滑控制ECU，使其控

113 / 149

制制动执行器调节后轮的制动力分配达到最优控制。例如，制动时后轮制动力的大小根据车辆

载荷程度而不同。后轮制动力的大小还跟减速的程度有关，如图153所示。因此，在这些情况

下后轮制动力的分配可以得到最优控制，从而可以有效地利用后轮制动力。

（2）左／右轮制动力分配（转向制动时）。车辆在转向过程中制动时，内侧车轮的载荷

减小，外侧车轮的载荷增大。制动防滑控制ECU根据速度传感器的信号检测到这种状况后，制

动执行器就会调节制动力以便最优地控制内侧车轮和外侧车轮的制动力分配，如图154所示。

8．制动助力系统

制动助力系统将急踩制动踏板判断为紧急制动，此时，如果驾驶员不用力踩制动踏板，

则系统也会产生制动力。紧急情况下，驾驶员尤其是没有经验的驾驶员通常会惊慌失措而不能

用力踩制动踏板。制动防滑控制ECU可以根据总泵压力传感器和制动踏板行程传感器的信号，

来计算制动踏板作用的速度和程度，然后判定驾驶员紧急制动的意图。如果制动防滑控制ECU

判定驾驶员确定想紧急制动，则系统就会启动制动执行器来增大制动液压，与ABS结合在一起

的制动助力系统有助于保证制动性能。

制动助力系统的主要特性就是设计了制动助力的定时和速度，而驾驶员不需要了解制动

时的任何异常状况，当驾驶员故意松开制动踏板时，系统就会减小制动助力。制动助力原理如

图155所示。

114 / 149

车辆满载时，即使不提供快速制动，也需要很强的制动力，因此，也要使用制动助力系

统增大制动力，带制动助力系统和不带制动助力系统的车辆在最大制动力上是没有区别的。

9．增强型车辆稳定控制系统（VSC+）

1） VSC＋系统概述

下面两个例子可以看成是车轮侧向力大于车分界线横向抓地力的情况。车辆在下列之一

情况下，VSC＋系统通过控制发动机的动力和各车轮的制动力来辅助控制车辆行驶状况。

（1）和后轮相比，前轮相对减小抓地力时，前轮有滑动趋势，如图156（a）所示。

（2）和前轮相比，后轮相对减小抓地力时，后轮有滑动趋势，如图156（b）所示。

2）判定车辆状态的方法

为了判定车辆状态，传感器检测转向角、车速、车辆偏移率和车辆的横向加速度，然后

将这些值输入到制动防滑控制ECU进行计算。

（1）判定前轮滑动。车辆前轮是否滑动是通过目标偏移率和实际偏移率的差判定的。当

车辆的实际偏移率小于驾驶员操作方向盘时产生的偏移率（目标偏移率是通过车速和转向角来

判定的）时，就说明车辆的转向角度大于行驶轨迹。这样，制动防滑控制ECU就判定前轮有很

大的滑动趋势如图157所示。

115 / 149

（2）判定后轮滑动。通过车辆偏离角和偏离角速度（单位时间内偏离角的变化）的值可

以判定车辆后轮是否滑动。车辆偏离角大时，偏离角速度也大，制动防滑控制ECU就判定车辆

的后轮有很大的滑动趋势如图158所示。

3）增强型车辆稳定控制系统（VSC+）工作原理

当制动防滑控制ECU判定前轮或后轮出现滑动趋势时，系统就降低发动机的输出功率并

116 / 149

在前后轮施加制动来控制车辆的偏移力矩。

VSC＋的基本工作原理说明如下，控制方法根据车辆特性和行驶条件的不同而不同。

（1）阻止前轮滑动。制动防滑控制ECU判定前轮有很大的滑动趋势时，其会根据滑动趋

势的大小来控制抵消滑动趋势如图1-159所示。转向时，制动防滑控制ECU控制发动机的功率

输出并在外侧的轮和两个后轮上施加制动来抑制前轮的滑动趋势。

（2）阻止后轮滑动。制动防滑控制ECU判定后轮有很大的滑动趋势时，其会根据滑动趋

势的大小来抵消滑动趋势。为了抑制后轮滑动趋势，它会给外侧前轮施加制动并产生向外侧的

外向力矩如图160所示。除了由制动力降低了车速外，还可以提高车辆的稳定性。在有些情况

下，制动防滑控制ECU在必要时也给后轮施加制动力。

117 / 149

4）和EPS的联合控制

增强型车辆稳定控制系统（VSC+）除了一般的VSC控制功能外，还可以为驾驶员根据车

辆状况进行的转向操作提供转向助力，这一功能是和EPS联合来完成的，如图161所示。

（1）车轮有滑动趋势时的操作。一旦后轮失去抓地力时，本系统会控制制动力和动力。

同时，系统还控制转向转矩来帮助驾驶员转向；当出现前轮滑动的趋势时，如果驾驶员转动方

向盘的力过大，就会使情况恶化，为了防止这种情况，VSC＋提供转向转矩助力。

（2）两侧车轮所受路面阻力不同时的制动操作。车辆左右车轮所在的路面阻力不同而进行制动

时，根据制动强度，左右车轮的制动力也不同，这会产生导致转向的偏移力矩。这种情况下，V

SC＋和EPS ECU一起进行联合控制，产生一个转向转矩助力来抵消已产生的力矩。这样操作EP

S和VSC＋增强了驾驶员转向效果，提高了车辆的稳定性，如图162所示。

118 / 149

10．制动系统自诊断

当制动防滑控制ECU检测到ECB、再生制动、带EBD的ABS、制动助力和VSC＋系统中的故

障时，则制动控制系统、ABS、制动系统和VSC系统与这些故障相关的功能警告灯会指示或点亮，

以便提示驾驶员。指示灯的情况见表26。

同时，DTC（诊断故障代码）存储到存储器中，可使用专用工具连接到DLC3的端子TC和C

G之间读取DTC，或可以通过连接智能测试仪II来观察制动控制系统警告灯、ABS警告灯和VSC警

告灯的闪烁状况。

此系统具有传感器信号检查（测试模式）功能，此功能通过将专用工具连接到DLC3的端子

间或连接智能测试仪II激活。

检查传感器信号时，如果制动防滑控制ECU检测到故障，则将DTC存储到存储器中，检查

信号时，通过连接DLC3的端子TC和CG；或者通过智能测试仪II来观察制动控制系统灯、ABS警

告灯和VSC警告灯的闪烁情况来读取DTC。

如果CAN总线对ECU或传感器通信有故障，则多个DTC（诊断故障代码）就会同时输出以指

示故障部位。

所有DTC都和SAE控制代码相符合，和过去相比，有些DTC细分成更小的检测部位，新DT

C分配给了这些细小部位，另外，还增加了与新采用项目一致的DTC。

传统的DTC采用3位信息代码作为基本5位代码的子集，从而进一步简化故障排除步骤，

缩小了故障部位的判断范围。

11．制动系统的安全保护

THS-II和／或VSC＋系统出现故障时，制动防滑控制ECU会禁止VSC＋系统工作。

ABS和／或制动系统有故障时，制动防滑控制ECU会禁止带EBD的ABS、制动助力和VSC＋

系统工作。

EBD控制系统有故障时，制动防滑控制ECU会禁止EBD工作，因此，在没有带EBD的 ABS

系统、制动助力和VSC＋系统的情况下，制动和燃油喷射切断控制会自动打开。

5.3电子动力转向系统

1．电子动力转向系统的特点

普锐斯混合动力汽车的电子动力转向系统（EPS）是通过安装在转向柱上的直流电动机

119 / 149

和减速机构产生转矩来给转向助力的。EPS ECU（电子动力转向系统电控单元）采用一块32位

CPU，有效地提高了处理信号的速度。EPS ECU可根据传感器和ECU的信号来计算转向助力的大

小，并通过CAN总线和制动防滑控制ECU. HV ECU和网关ECU保持通信；另外，EPS ECU还经

由BEAN，通过网关ECU和仪表ECU保持通信。

前面章节讲过的VSC＋系统是和EPS系统配合工作的。EPS系统可在VSC系统工作时控

制转向助力转矩，基本工作过程为：VSC系统工作时，EPS ECU收到制动防滑ECU的助力转矩请

求信号后，立刻控制直流电动机的助力转矩。

由于转向助力由安装在转向柱上的直流电动机提供，且电动机只在需要动力转向时才消

耗能量，因此EPS能够在很大地程度上提高燃油经济性。与传统的液压助力转向系统不同，EP

S在可维修性方面有很大优势，它不需要管路、叶片泵、滑阀和动力转向液。

2．电子动力转向系统的组成

电子动力转向系统的组成如图163所示，组件位置如图164所示。

120 / 149

（1）转矩传感器：用于检测扭力杆的扭曲程度，并把它转换为电信号来计算出施加到扭

力杆上的实际转矩，并将此信号输出到EPS ECU。

（2） EPS电动机：为小型直流电动机，它可以根据EPS ECU的信号产生转向助力。

（3）减速机械：通过蜗杆和蜗轮降低EPS电动机的转速并将它传送到转向柱轴。

（4） EPS ECU：根据各传感器（包括车速传感器）发出的信号，启动转向柱上的EPS电

动机来提供转向助力。

（5） HV ECU：发送READY信号到EPS ECU，通过EPS系统准备发电。

（6）制动防滑控制ECU：将速度传感器的信号输出给EPS ECU。

（7） VSC ECU：车辆稳定性控制系统工作时，制动防滑控制ECU向EPS ECU发送助力转

矩信号（根据联合控制传感器的信号计算得出）。

121 / 149

（8）仪表ECU：一但收到EPS ECU发出的系统故障信号，仪表ECU就点亮主警告灯，同

时发送PS警告显示请求信号到复式显示器，如图165所示。

（9）复式显示器：系统发生故障时，PS（动力转向）灯显示警告。

3．电子动力转向系统结构和工作原理

（1）转向柱如图166所示。DC电动机、减速机构和转矩传感器都安装在转向柱上，转矩

传感器为感应式电阻传感器。

（2） DC电动机如图167所示。DC电动机包括转子、定子和电动机轴，电动机产生的转

矩通过联轴器传到蜗杆，转矩又通过蜗轮传送到转向柱轴。

122 / 149

（3）减速机构如图167所示。减速机构通过蜗杆和蜗轮降低DC电动机的转速并将之传送

到转向柱轴，蜗杆由滚珠轴承支承以减小噪声和摩擦。

（4）转矩传感器。转矩传感器检测扭力杆的扭曲程度，并把它转换为电信号来计算扭力

杆上的转矩，并将信号输出给EPS ECU。

在输入轴上安装有检测环1和检测环2，而检测环3安装在输出轴上，输入轴和输出轴通过扭

力杆连接在一起，检测线圈和校正线圈位于各检测环外侧，不经接触即可形成励磁电路，如图

168所示。

123 / 149

检测误差1和检测误差2的功能是校正温度误差，它们可以检测校正线圈中的温度变化

并校正温度变化引起的误差。

检测线圈通过对偶电路可以输出2个信号VT1（转矩传感器信号1）和VT2（转矩传感

器信号两）。ECU根据这两个信号控制助力的大小，同时检测传感器故障。

①直线行驶时，如果车辆直线行驶且驾驶员没有转动方向盘，则ECU会检测输出的规定

电压，指示转向的自由位置，因此，它不向EPS电动机供电。

②转向时。驾驶员向左或向右转动方向盘时，扭力杆的扭曲就会在检测环2和检测环3

之间产生相对位移，检测环可以把这个变化转换为两个电信号VT1和VT2，并发送到EPSECU。

方向盘左转时，输出一个比自由位置输出电压与助车转矩关系如图169所示。输出电压低的电

压，这样，就可以根据转向助力检测到转向方向，转向助力由输出值的量级决定。

4. EPS ECU

（1） EPS控制。EPS ECU接收各传感器的信号，判断车辆当前状况，并测定施加到EPS

电动机上相应的助力电流。

对于装有VSC+（车辆稳定性控制）系统的车型，EPS ECU根据制动防滑控制ECU的信息，

和制动防滑控制ECU一起联合控制转向助力转矩，使驾驶员的转向操作灵便，可有效地提高转

向稳定性。

（2） EPS ECU温度传感器。EPS ECU中的温度传感器用于检测ECU是否过热，如果温度

传感器检测到ECU过热，则通过减小EPS电动机上的助力电流以降低温度。

（3）诊断。当EPS ECU检测到EPS系统故障时，与出现故障的功能相关的主警告灯就会

点亮，提示驾驶员故障出现，同时，DTC（诊断故障代码）存储到存储器中，DTC可以用丰田专

用智能测试仪II来读取。

（4）安全保护。当EPS ECU检测到EPS系统的故障，组合仪表上的主警告灯就会点亮，

并且蜂鸣器发出声响，同时，EPS ECU使PS警告出现在复式显示器上以提示驾驶员，并进入安

124 / 149

全保护模式。因此，EPS系统和手动转向以相同方式工作。

出现故障时，安全保护功能会被激活，ECU会影响各种控制。

6 混合动力启动系统

混合动力启动系统图如图170所示。

按钮启动系统和传统点火钥匙型的主要差别见表27。混合动力启动系统主组件位置如

图171所示，其功能见表28。

125 / 149

126 / 149

6.1点火钥匙系统

钥匙孔由收发器钥匙线圈、收发器钥匙放大器、用于钥匙孔照明的LED灯、半程开关、

全程开关和钥匙互锁电磁阀等组成。

通过连接收发器钥匙ECU和车身ECU的半程开关来检测钥匙的插入状态，收发器钥匙E

CU和车身ECU利用半程开关的信号检查钥匙ID并控制车身电气系统。

与半程开关一样，全程开关也用于检测钥匙的插入状态，此开关用配线连接到电源控制

ECU。电源控制ECU根据全程开关的信号控制按钮启动系统。

1．简述

按钮启动系统的电子控制模式见表29。

127 / 149

2．诊断

如果IG电路出现故障，电源控制ECU将影响控制功能并记录DTC（故障诊断代码），

见表30。与此系统故障有关的DTC见表31。

6.2智能进入和启动系统

此系统中的智能钥匙除具有传统机械钥匙功能和无线门锁遥控功能外，还具有双向通信

功能。因此，在使用者持有智能钥匙的情况下，通过启动智能ECU以识别智能钥匙是否位于检

测区域内，系统在不使用智能钥匙的情况下开锁或锁止车门启动混合动力系统。

智能进入和启动系统为欧洲左侧驾驶型和澳大利亚车型的选装配置。

128 / 149

此系统主要由智能ECU、电源控制ECU、收发器钥匙ECU、车身ECU、智能钥匙、5个振

荡器、5根天线、2个触摸传感器、3个锁止开关和1个无线门锁接收器等部分组成。此系统受

智能ECU控制。

智能进入和启动系统与按钮启动系统、HV停机系统和无线门锁遥控系统配合工作，组

件位置如图172、图174所示，输入输出信号如图173所示，MPX通信协议见表32，主要部件

功能见表33，智能进入和启动系统电子控制功能见表34。

129 / 149

130 / 149

131 / 149

132 / 149

7 空调系统

7.1系统特点

（1）空调压缩机采用了ES18型电动变频压缩机，该压缩机由专门的空调变频器提供交流

电来驱动，该变频器安装于混合动力系统的变频器上，即使发动机不工作，空调系统也能工作，

133 / 149

因而能达到良好的空气状况，也降低了油耗。

（2）自动空调系统作为标准配置在普锐斯所有车型中都有采用，此系统能自动改变出风

口、出风口温度和出气量。

（3）为了减少由于传统鼓风机线性控制器发热所造成的功率损失，进而降低油耗，采用

了鼓风机脉冲控制器。该控制器根据空调ECU提供的占空信号控制输出电压来调节鼓风机电动

机的转速。

（4）由于车内温度传感器增加了湿度传感器功能，因此在空调系统工作时，优化了除湿

性能。

（5）采用了紧凑、轻型和高效的电动水泵，发动机停止时也能保证合适的暖风机性能。

采用模糊控制功能来计算需要的出风口温度（ATO）和自动空调控制系统的鼓风量，空调ECU

可以计算出出风口温度、鼓风量、出风口和与运行环境相适合的压缩机转速，从而提高了乘坐

舒适性。

7.2系统组成

普锐斯混合动力汽车空调系统的组成框图如图175所示，其位置如图176所示。

134 / 149

135 / 149

7.3空调系统结构和工作原理

1．空调工作原理

（1）通过操作多功能显示屏或者方向盘上的按钮控制空调。其控制与显示如图177所示。

136 / 149

（2）除了空调屏幕显示外，AUTO、再循环、前除霜器和后除霜器开关的操作条件也要由

组合仪表上的指示灯来表示。

2.蒸发器

在蒸发器装置采用微孔管结构，在其顶部和底部有储液罐，如图178所示，因而有以下

特点：

（1）增强了导热性；

（2）散热更集中；

（3）使蒸发器更薄。

在蒸发器体涂抹有一层含有灭菌剂的树脂，可有效地减少异味和细菌的滋生。

3.暖风机芯

暖风机芯如图179所示。SFA-II（铝制直流型加热器芯）暖风机芯与传统SFA暖风机芯

137 / 149

是同样的直吹（全程吹风）型暖风机芯。但是，SFA-II暖风机芯采用了密集暖风机芯结构，从

而结构紧凑、性能高效。

暖风机

PTC暖风机如图180所示。2个PTC（正温度系数热敏电阻）暖风机安装在暖风机芯上。

PTC暖风机包含在中间插有PTC元件的电极，电流通过PTC元件来加热流经散热片的空

气。

PTC暖风机是一个蜂房型的热敏电阻，直接加热风道中的空气。PTC暖风机位置如图18

1所示。

138 / 149

5．冷凝器

冷凝器如图182所示。冷凝器的冷却循环系统采用了分级制冷循环，这样的设计可以增

强导热性。

139 / 149

分级制冷循环分为冷凝和超冷两部分，并在两者之间有一个气液分离器（调节器）。经

过调节器的液体制冷剂在超冷部分被再次冷却，增加了制冷剂自身的冷却容量，从而可以得到

高效的制冷性能。

7.4变频压缩机

新款普锐斯上的ES18电动变频压缩机是由内置电动机驱动的。除了由电动机驱动的部

件外，压缩机的基本结构和工作原理与旧款普锐斯混合动力汽车上的涡流压缩机基本相同。

电动压缩机是由集成在混合动力系统的变频器上的空调变频器提供的交流电（201.6 V

）来驱动的。这样可以在发动机不工作的情况下使空调控制系统运转，从而能达到良好的空气

状况，也减少了油耗。

由于采用了电动变频压缩机，其外形如图183所示，因此，压缩机的转速可以被控制在

空调ECU计算的所需转速内，冷却性能和除湿性能都得到了改善，并降低了功率消耗。压缩机

的进气、排气软管采用低湿度渗入软管，这样，可以减少进入制冷循环中的湿气。

压缩机使用高压交流电，如果压缩机电路发生开路或短路，HV ECU会自动切断空调变

频器电路来停止向压缩机供电。

1．电动变频压缩机结构

电动变频压缩机是由一对螺旋线缠绕的固定蜗形管和可变蜗形管、无刷电动机、油挡板

和电动机轴等部分组成的，如图184所示。

140 / 149

固定蜗形管安装在压缩机壳体上，电动机轴的旋转使可变蜗形管在保持原位置不变时转

动，这时由两个蜗形管隔开的空间大小发生变化，就实现了制冷气的吸入、压缩和排出等功能，

将进气管直接放在蜗形管上可以直接吸气，从而可以提高进气效率。

压缩机中有一个内置油挡板，可以挡住制冷循环过程中与气态制冷剂混合的冷冻机油，

使气态制冷剂循环顺畅，从而降低机油的循环率。

2．电动变频压缩机工作原理

电动变频压缩机工作原理如图185所示。

141 / 149

（1）吸入。在固定蜗形管和可变蜗形管间产生的压缩室的容量随着可变蜗形管的旋转而增大，

这时气态制冷剂从进风口吸入。

（2）压缩。吸入过程完成后，随着可变蜗形管的继续转动，压缩室的容量逐渐减小。这

时吸入的气态制冷剂逐渐压缩并被挤压到固定蜗形管的中心，当可变蜗形管旋转约2周后，制

冷剂的压缩完成。

（3）排放。气态制冷剂压缩完成而压力较高时，通过按压排放阀，气态制冷剂通过固定

蜗形管中心排放口排出。

7.5电动水泵

（1）丰田普锐斯混合动力汽车空调系统采用的电动水泵如图186所示，即使发动机停止

工作，暖风机仍可正常工作。

（2）采用新型的电动水泵、减小水流的阻力。

车内温度传感器中加入了湿度传感器，通过检测车内的湿度，优化了空调系统操作期间的除湿

效率，因此，压缩机的功耗得以减少，使车内达到了舒适的湿度，如图187所示。

142 / 149

湿度传感器中内置的湿度传感阻力膜吸收并释放车内的湿气，在吸收和释放的过程中，

湿度传感阻力扩张（吸收湿气时）和收缩（释放湿气时），湿度传感阻力的炭粒间的间隙在吸

收和释放湿气时扩张和收缩，改变了电极间电阻，从而引起湿度传感器的输出电压变化，空调

ECU通过检测湿度传感器的输出电压的变化检测车内湿度。

7.6鼓风机脉冲控制器

鼓风机脉冲控制器根据空调ECU输入的可变占空比的脉冲信号控制输出到鼓风机电动

机的电压，其电路如图188所示。与传统的鼓风机线性控制器相比，它的热量损耗得以减少，

燃油消耗量得以降低。

7.7空气过滤器

鼓风机装置内的空气过滤器（标准型粒子过滤器）如图189所示。它由聚合物制成，能

够除去粉尘，用于净化车内的空气，因此可将它作为可燃物质处理，有利于环保。

143 / 149

7.8空调

空调ECU的控制功能见表35。

144 / 149

145 / 149

146 / 149

1．模糊控制

模糊控制如图190所示。在产酮自动空调控制系统中，空调ECU根据预定的计算公式以

传感器提供的温度信息为基础，依据设定温度计算所需的出风口温度（TAO）。通过自动控制伺

服电动机和鼓风机电动机以达到计算出的TAO数值。然而，由于这种系统是线性系统的结合，

因此要保持车内温度有的控制数值对于传统自动空调控制系统来说对控制的限制较大。新款普

锐斯混合动力汽车采用了模糊控制（非线性控制），可进行微调控制。模糊控制根据参数各自

的数学函数确定温度偏差、环境温度和太阳辐射符合等级程度。此外，系统采用模糊计算方法

计算所需的出风口温度（TAO）和鼓风机鼓风量，根据这些计算结果，空调ECU对出风口温度、

鼓风机鼓风量、压缩机和出风口进行控制。

温度偏差的一致性等级程度根据实际的车内温度和设定温度可定义为9个等级；太阳辐

射符合等级根据日照传感器数值定义为4个等级，分别为：低、中低、中和高；环境温度符合

等级根据环境温度传感器数值定义为5个等级，分别为：隆冬、冬天、春秋、春夏和盛夏。

2．电动变频压缩机控制

空调ECU根据目标蒸发器温度（由车内温度传感器、湿度传感器、环境温度传感器和日

照传感器计算而来）和蒸发器温度传感器检测的实际蒸发器温度计算压缩机目标转速。然后，

空调ECU发送目标转速到HV ECU， HV ECU根据目标转速控制空调变频器，控制电动压缩机以

符合空调系统操作的速度工作。电动变频压缩机控制框图如图191所示。

147 / 149

空调ECU计算包含根据车内温度（从湿度传感器获得）产生的校正数值的目标蒸发器温

度和风挡玻璃内表面湿度（从湿度传感器、日照传感器、车内温度传感器、模式风门位置和刮

水器工作状态计算而来），这样，空调ECU控制压缩机转速使冷却性能和除雾性能不受影响，

因此，车辆实现了乘坐舒适和低油耗等目标。

3．自诊断

空调ECU具有自诊断功能，见表36。它以故障码的形式将所有操作故障存储在空调系

统存储器中。通过操作空调控制开关，存储的故障码可显示于复式显示器上，由于诊断结果的

存储由蓄电池直接提供电能，所以在点火开关关闭后相关信息也不会消失。

空调ECU功能检查可按如图192所示的步骤进行。

148 / 149

149 / 149