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本文以2010年上市的凯美瑞双擎轿车为例，详细解析丰田混合动力系统（THS-II）相关构造、原理及控制策略。
一、混合动力系统（THS- II）基本工作模式
丰田混合动力系统（THS- II）构成原理如图1所示。
根据驾驶条件，丰田混合动力系统（THS-II）结合发动机、MGI（驱动电机／发电机）和MG2驱动电机／发电机）产生原动力。
车辆启动时，从HV蓄电池至MG2的电力提供驱动前轮的动力。发动机加速时，发动机通过行星齿轮驱动前轮时，还通过行星齿轮驱动MG1，以产生电力并向MG2供电，协助发动机提供动力输出。如果HV蓄电池需要充电，发动机通过行星齿轮驱动MG1旋转，以对HV蓄电池充电。同时，车辆在减速或制动时，前轮的动能被回收并转换为电能，通过MG2对HV蓄电池再充电。
二、重要零件的主要构造原理与控制策略
（一）发动机总成
凯美瑞双擎搭载的是3AZ-FXE发动机，该发动机是1款直列式4缸2.4 L 16气门DOHC发动机。发动机匹配智能可变气门正时（V VT-i）系统、直接点火系统（DIS）和智能电子节气门控制系统（ETCS-i）。这些控制功能可以提高发动机性能、改善燃油经济性，并实现更清洁的排放。
（二）复合齿轮机构
复合齿轮机构是混合动力传动桥中非常重要的机构总成。它主要由电机减速行星齿轮和动力分配行星齿轮组成。每个行星齿圈与复合齿轮整合在一起。复合齿轮机构组成见图2，连接方式见表1。
复合齿轮机构中的动力分配行星齿轮以下述4种方式传输原动力。
1．由行星齿轮架输入的发动机原动力被输出到齿圈上。此外，通过电机减速行星齿轮将MG2原动力输出到齿圈上。2种原动力汇总在一起被传输出去，以驱动车轮。
2.MG2原动力通过电机减速行星齿轮被输出到齿圈上，传输该种原动力用来驱动车轮。
3．由行星齿轮架输入的发动机原动力被输出到太阳齿轮上。因此，传输原动力以使MGI作为发电机来工作。
4．位于复合齿轮机构内的电机减速行星齿轮架是固定的。由太阳齿轮输入的MG2原动力被输出到齿圈上以驱动车轮。因此，电机减速行星齿轮可以根据固定传动比降低MG2的转速，增大扭矩。
（三）HV蓄电池总成
HV蓄电池总成由HV蓄电池、HV接线盒总成、DC-DC转换器（混合动力车辆转换器）、HV蓄电池冷却系统、蓄电池电压传感器、蓄电池电流传感器及4个蓄电池温度传感器和维修塞把手组成。HV蓄电池总成基本结构组成如图3所示。
1.HV蓄电池 凯美瑞双擎采用镍氢（Ni-MH）
蓄电池作为HV蓄电池。具体的结构是每6个单格组成1个蓄电池模块，共由34个蓄电池模块组成1个完整的蓄电池。单格电压为1.2V 、所以HV蓄电池额定电压为244.8V（1.2Vx6个单格x34个模块）。
2.HV接线盒总成
HV接线盒总成集成了系统主继电器搭铁（SMRG）、系统主继电器蓄电池（SMRB）和蓄电池电流传感器。SMR根据来自混合动力车辆控制ECU的指令连接或断开高压动力系统。
3.DC-DC转换器（混合动力车辆转换器）
DC-DC转换器将最高电压从直流244.8V降低为直流12V，以向车身电气零部件供电，并对辅助蓄电池（直流12V）再充电。
4.HV蓄电池和混合动力车辆转换器的冷却系统
HV蓄电池在重复的充放电及混合动力车辆转换器在工作过程中，都会产生大量的热量。为了确保工作的正常，需要利用专用冷却风扇和来自车厢内部的空气冷却HV蓄电池和DC-DC转换器（混合动力转换器）。
5.HV蓄电池总成中其它元件
（1）蓄电池电压、电流、温度传感器
根据蓄电池电压、电流及温度传感器的信号计算出SOC值，并持续执行充电／放电控制，以使SOC保持在目标范围内。
（2）维修塞把手
对车辆进行检查或保养时，需要拆下该维修塞把手，切断HV蓄电池的高压电路，以确保维修期间的人员安全。
（四）MG1和MG2
1．永磁电机（MG1和MG2）
电fR （MG1）和电机（MG2）为紧凑、轻型和高效的交流永久磁铁电机。具体的结构如图4所示。
MG1既可以作为启动机启动发动机，也可以作为发电机对HV蓄电池再充电，并供电驱动MG2。而MG2不仅可以驱动车辆，在再生制动过程中，MG2也可以将车辆的动能转换为电能，并存储到HV蓄电池内。
为了实现对MG1和MG2更好的控制，在侧面的端盖上都安装有各自的解析器，它不仅可以精准的检测到转子磁极的位置，也可计算出转子的转速。
（五）带转换器的逆变器总成
带转换器的逆变器总成由逆变器、增压转换器、电机ECU（MG ECU）组成。逆变器总成的系统原理如图5所示。
 增压转换器将HV蓄电池输出的电压（直流244.8V）升至最高电压（直流650 V）。增压后，逆变器将HV蓄电池的高压直流电转换为三相交流电，以驱动MG1和MG2。当MG1和MG2作为发电机工作时，逆变器将其产生的交流电转换为最高电压650V的直流电，然后增压转换器将电压降至约直流244.8V，从而对HV蓄电池充电。
而电机ECU （MGECU）具体作用是接收动力管理系统ECU的信号，并将信号发送到逆变器和增压转换器，并通过其中的IPM对IGBT的控制，从而驱动MG1或MG2，或使其发电。同时MG ECU也会将车辆控制所需信息（如逆变器输出电流、逆变器温度和任何故障信息）传输至动力管理控制ECU。
（六）冷却系统
为了提高MG1和MG2的效能，系统安装了独立于发动机冷却系统进行工作的冷却系统，用来冷却逆变器、传动桥、MG1和MG2。具体的构造图如图6所示。
逆变器、MG1和 MG2的专用散热器安装于冷凝器（空调）上部。通过集成独立逆变器散热器、调冷凝器和发动机散热器，使布局更加紧凑。
三、混合动力车辆控制ECU控制模式分析
混合动力车辆控制ECU是整车的控制中心，凯美瑞双擎的混合动力车辆控制ECU系统组成如图7所示。
相关资料：2015年丰田凯美瑞原厂维修手册（含混合动力维修手册）
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