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。

（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。

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。

⑤打开电源开关（IG位置）。

⑥用万用表测量电压，再用万用表欧姆挡测量电阻。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

ⅱ.在检测DTC时读取已经存储的历史数据，如图3-72所示。

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。

•按下“Details”键。

•显示信息如图3-74所示。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

确认带转换器的变频器总成的电压是零，如图3-82所示。

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。

断开2#变频器冷却软管，如图3-84所示。

断开1#变频器冷却软管，如图3-85所示。

断开6#变频器冷却软管，如图3-86所示。

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。

断开车架线。

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。

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。

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。

d.断开3个连接器与发动机主线束，如图3-91所示。

e.拆卸5个螺栓，然后断开MG2电线，如图3-92所示。

f.拆卸5个螺栓，然后断开MG1电线，如图3-93所示。

g.拆下3个螺栓及变频器总成（带有转换器），如图3-94所示。

h.从支架上断开空调变频器的连接器，如图3-95所示。

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。

拆下2个螺栓及2#变频器支架，如图3-97所示。

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）。

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。

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。

 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。