一、RX450hTHSII系统rx400h的基本构成
RX450h四轮驱动系统主要由3.5LV6发动机、高输出电机/制动发电、先进的镍氢电池组、功率控制单元、混合动力传动装置、E-FOUR系统及电控制动系统等组成。雷克萨斯RX450h混合动力系统与丰田普锐斯的混合动力系统同属THSII系统rx400h，主要由前驱动桥、动力分配机构、行星齿轮减速单元、后驱动桥rx400h，电子功率控制单元(PCU)、变频器及高输出HV镍氢蓄电池组等构成rx400h，如图2所示。
动力传动系统方面，RX450h前驱动轮由汽油和蓄电池提供能量，驱动力输出装置由汽油发动机和内置在前驱动桥内的驱动电机MG1、MG2，变速器为电子无级变速器(ECVT)，MG1通过行星齿轮机构控制前桥输出轴速度，不需要离合器或粘性联轴器rx400h；后驱动轮由后桥内的后电机MGR驱动，是一套纯电子四驱系统，前后桥之间用电气连接取代了传统的机械传动轴连接，实现分时四轮驱动(parttimeall-wheel-drive)。
二、RX450h油电混合动力系统新技术
与上一代RX400h相比，RX450在动力性、经济性和驾驶性方面进行了诸多改进。
1.阿特金森燃烧循环控制
3.5LV6发动机该发动机在燃油经济性改善方面得益于采用了阿特金森循环及水冷EGR系统。RX450h以阿特金森循环工作，与有效压缩比相比，具有相对较高的膨胀比。简单说，就是以较少的泵气损失进行油气混合，而产生较高的做功能量。
阿特金森循环发动机减少了泵气损失，比常规四冲程“奥托循环”发动机提升10%的效率。与常规奥托循环发动机相比，其排量也有所减小，负面效果就是降低了的转矩输出，但是这一转矩损失被RX450h电机得到迅速补偿。RX450h发动机以阿特金森循环工作不仅可改善小负荷(节气门部分开启)时的燃油经济性，即使在大负荷时也结合排气VVT-i和精确控制EGR率，在保证动力性的前提下，把空燃比调制到最佳比率，改善燃油经济性。
RX450h发动机采用了全新的水冷EGR系统，降低了废气再循环过程中进入汽缸的再循环废气温度，同时该系统可精确计量进入进气歧管的再循环废气量。该EGR系统能把再循环的废气输送到进气歧管内平均分配到每一个汽缸。全新的水冷EGR系统能使废气温度从880℃降低到150℃，提高了汽缸的容积效率，因此发动机的功率和转矩也获得改善，特别是高负荷驱动工况。
2.废气加热恢复系统
另一个改善燃油经济性的因素来自RX450h的废气加热恢复系统EHRS，如图3所示。
混合动力的一个重要控制策略是关闭发动机，但是在冬天驾驶时，发动机停机后温度降低需要预热，此时要求启动发动机的电机MG1在较高功率状况运转，特别是在预热过程中。当温度低于0℃，HV电池输出电流大、储量降低，同时电机性能受损。为应对这一挑战，雷克萨斯开发了一种全新的高效系统，以废气快速加热发动机冷却液，使发动机关闭后迅速被预热。采用EHRS后允许发动机迅速停止，帮助车辆运行过程改善燃油经济性。废气加热的热能来自直接固定在排气系统中的催化转化器下游废气管。一个恒温控制阀(节温器)强制使一部分废气再循环到一个加热腔内，很快加热周围的发动机冷却液。阀内的一个弹簧允许打开到全速加热状态。当发动机冷却液被有效加热后，阀的开度允许废气对EHRS系统进行旁路。
3.混合动力驱动桥
RX450h混合动力驱动桥的结构如图4所示，主要由动力分配机构、MG1、MG2、缓冲器、行星齿轮减速单元、主减速器齿轮、次级减速齿轮、速度传感器、油泵、差速器等组成。该驱动桥在机械方面对各零部件采用先进的润滑方式、低摩擦轴承以及油冷系统，提高了输出转矩和整个驱动桥的效率。
在传动系统方面，RX450h采用了一种能有效改善飞轮减震效果的两级转矩缓冲(减震)机构，当发动机启动过程也能起到较好的减震效果。在混合动力汽车的城市驾驶过程中，发动机频繁关闭和启动，这种缓冲机构起到显著的减震和降低噪声。
4.动力分配机构
动力分配机构是雷克萨斯混联式混合动力技术的关键部件，它不仅联接了汽油发动机与电动机，控制了各能量的流向，并且取代了传统的变速器，如图5所示。
RX450h的动力分配机构其实就是一套行星轮系，包括太阳轮、行星齿轮、行星架、齿环四个部件。太阳轮与发电机(MG1)相连，行星架与汽油发动机相连，齿环与前桥输出轴(前驱动轮)相连，行星轮同时与太阳轮和齿环啮合。这套机构与普锐斯的相比，普锐斯的前电动机MG2是直接与齿环相连的，而RX450h则多了一套行星齿轮减速单元，只不过这套轮系的行星架已被固定，少了一个自由度，只作为前电动机MG2的减速增扭机构，减速比为2.48，相同负荷条件下减小了前电动机的尺寸。
RX450h油电混合动力系统运行过程中，实际上由汽油发动机、发电机、输出轴(前驱动轮)三个装置协同工作。通过THSIIECU监控驾驶员的操作、车辆运行状况、各电机工作状况及HV电池状况等因素，一方面保证汽油发动机在高效率经济工况区工作，同时计算并控制发电机的转速和负载，由发电机回收汽油发动机发出的多余能量及制动能量。通过动力装置的输入输出进行反馈式控制，实现了足够的动力输出、良好的燃油经济性及对HV蓄电池充电三者之间的优化协同工作。
这个过程的进行也取代了传统变速器的换挡功能，消除机械式变速器不可避免的换挡冲击。雷克萨斯将这一依靠行星轮系的运转来改变传动比，实现无级变速换挡的机构称为(ECVT，ElectronicallyControlledContinuouslyVariableTransmission)电子无级变速器。况且RX450h首次在这一ECVT系统应用了所谓人工智能(AI)控制功能，即ECVT-i变速，AI智能控制变速器是一种设计好的换挡运算程式，依据路况及驾驶行为去进行换挡管理，它依据加速踏板角度及改变率，节气门开度及发动机转速，比较车辆行驶车速，准确理解驾驶员意图，判断车辆究竟是上坡或还是下坡，依靠智能预测，变速器选择恰当的变速范围以控制发动机在最适合的转速进行上坡加速或者控制发动机进行下坡制动，这一功能不但使驾驶员轻松操作，而且使E-FOUR系统具有更佳的驾驶性能，实现最佳燃油经济性和低排放。
5.高输出的驱动电机
MG1/MG2/MGR在混合动力系统中，电机总是具备输出动力和再生发电的双重作用，即一方面电机提供强大的驱动力，另一方面作为再生发电机向HV电池充电。RX450h的MG2/MGR驱动电机增加了最大扭矩及范围，改善了加速性能和驾驶性能。
这一改善部分归功于全新的动力控制单元PCU。前电机MG2表面看最大转矩虽然仅增加了2N·m，但其最大扭矩范围增加了15km/h；后桥电机MGR最大扭矩增加了9N·m，但最大扭矩范围增加到35km/h。
6.高能混合动力HV镍氢蓄电池
高输出HV镍氢蓄电池组位于后排座位底下，分为三部分安装在后排的椅子下面，减少了占用的空间，不影响驾乘舱以及行李厢空间。蓄电池部件都被封闭在密闭的金属外壳中，该金属壳体使用高标准的材料制造，可以屏蔽电气元件所产生的电磁辐射，有效保护乘客免受电磁场影响，同时安装了碰撞传感器，一旦发生事故马上发出信号给ECU，中断蓄电池电源，保护乘坐者的安全。
RX450h上有装备电池监控系统(电池智能单元)，将电流、电压及温度保持在最佳水平，有效延长电池的使用寿命，同时还控制电池散热风扇以及发现问题将启动故障处理系统。此外，依靠汽车发动机的充电以及汽车在减速和制动时的再生能量，在汽车的使用寿命以内，电池组不需要外接电源充电。
7.AWD后驱动桥
提高SUV汽车越野性的一个重要途径是实现四轮驱动，但四驱系统不可避免地存在底盘传动系统结构复杂、传动效率较低等问题。RX450h实现四轮驱动依靠的是电子四驱系统。
该系统以安装在后驱动桥内的后电动机MGR为动力(如图6)用电气联接取代了发动机与前后桥之间的机械连接，省略了分动器和万向轴部件，减少了能量传递过程中的损耗，也降低了整车重量和优化了底盘布置。RX450h四驱系统在正常工况下作为一个常规的前轮驱动，当车轮被检测到滑转，电子四驱系统主动切换使后驱动电机输出驱动，前后驱动力分配最高达到50:50。
8.PCU动力控制
单元电子动力控制单元PCU是整个混合动力系统的电器核心，负责分配各电力能量的流向和使用，同时密切监控汽车的行驶状况，发挥汽车最优的性能，提高能量的使用效率。RX450h最大亮点之一就是采用了全新的动力控制单元PCU，极大地改善了该车的效率。其关键功能主要包括：
(1)把混合动力电池电压从288V升至650V；
(2)转换混合动力电池电压从DC到AC驱动电机；
(3)控制电机输出动力/再生发电操作；
(4)转换混合动力电池电压到12V，应辅助电源和备用电池充电。
由于PCU控制单元集成电路封装高密度化，为解决散热问题使用了更有效率的叠堆式冷却结构，并采用机油冷却，使PCU的功率密度增加了40%，系统单元体积从30L降到18.2L，而PCU重量从30kg降低到22kg。整个控制单元的效率提高10%。PCU优化了操作回路的开关频率，降低开关能量损失，不仅有助于改善经济性，而且降低了变频器工作噪声。
三、RX450hTHS-II电控系统工作原理
RX450h的THS-II电子控制系统基本组成如图7所示，以THSECU为系统管理核心，并由MGECU、各种传感器、执行器及动力控制单元(PCU)元件等组成复杂系统。为了解驾驶员的意图，加速踏板和换挡杆的位置信号输送给THSECU，由该ECU再向MGECU发出电控指令使高压系统能以最理想的方式满足驾驶员的需求。THSECU同时也控制汽油发动机工作，并向防滑控制ECU发出控制指令，由防滑控制ECU向制动执行器发出控制指令。
MGECU发出的指令用于变频器、升压转换器及DC-DC转换器控制，以实现控制电动机和发电机的功能。当通过电机进行功率输出时，HV电池电流从HV电池经过系统主继电器SMR到升压转换器，再经变频器后以AC驱动MG1、MG2和MGR，同时通过DC-DC转换器将HV电池的DC电压转换为空调压缩电机(自带变频器)及辅助电池需要的12V直流电。
四、油电混合动力系统工作原理
结合动力分配机构的工作原理，RX450h完成各种运行工况，实现高效、舒适、节能和环保的目标。
1.启动发动机
车辆静止(发动机关闭)，MG2停止，由MG1输出功率，利用动力分配机构启动汽油发动机。
2.车辆起步
车辆起步时前混合动力驱动桥内行星齿轮驱动桥行星架静止(发动机关闭)，前桥(前驱动轮)有MG2驱动；AWD的后桥MGR同时由HV电池供电驱动，实现四轮驱动。可见，蓄电池组为前、后电动机提供电力，电动机运转为车辆提供驱动力，电动机在低转速状态下提供最大扭矩，带来出色而宁静的加速表现。此时车辆无排放污染，不产生任何油耗。
3.正常行驶
车辆正常行驶，依据行星齿轮机构工作原理说明，发动机正常工作，MG1发电，MG2电流由MG1提供，向前驱动桥输出动力。可见，发动机在正常行驶中发挥主导作用，其中大部分的发动机能量直接驱动车轮，另一部分能量则用来驱动发电机产生电力，为前电动机MG2提供动力。
4.全力加速
全力加速时，发动机、MG2同时输出动力，MG1发电并向MG2供电，HV电池也向MG2供电，使前桥获得全力加速。同时，后桥MGR也由HV电池供电输出驱动力，车辆全力加速。可见，车辆全力加速时，发动机的全部动力输出与蓄电池组同时提供动力，以双重动力驱动车辆，动力更加强劲。无间隙的平顺加速，与传统汽车截然不同。
5.低速行驶
车辆处于下坡等低速行驶状态时，发动机停止工作，由蓄电池向前电动机MG2提供电力，驱动车辆前进，车辆行驶更平稳宁静。在低温或电池电力不足的情况下，仍由发动机提供动力。
6.减速与制动
当车辆减速或制动时，汽车损失的能量能够由系统回收、再生。这种再生使前、后电动机转而成为发电机，将回收的动能转化为电能存储在电池组中，为之后驾驶提供动力。
7.电池组充电
当监测到HV电量不足时，发动机输出动力向MG1，由MG1发电向HV充电，部分MG1电力向MG2供电输出驱动力，同时发动机也向前桥输出驱动力。可见，电池监控系统将保证电池组储备稳定的电量。
8.前轮打滑时
当前轮打滑时，发电机MG2产生的部分电能被分配到后电动机MGR驱动后轮，以此削弱前轮驱动力，有效缓解打滑状况。
9.车辆运行过程中发动机的启动混合动力
车辆需要在行驶过程中把发动机切换到关闭模式，此时车辆不能停止，但发动机需要启动，这时HV电池需要同时向MG1和MG2放电，使发动机产生启动扭矩。如前所述，关闭发动机可以起到省油的作用，废气加热恢复系统EHRS有助于延长发动机关闭时间，达到更佳节油效果，同时又使发动机迅速预热启动。
五、总结
提起混合动力，人们首先想起的总是丰田普锐斯。
然而，这辆搭载新一代雷克萨斯油电混合动力系统的豪华型SUV，无论是经济性、排放性还是动力性都要明显优于它的前辈。RX450h在RX400h基础上进行了改进，采用了大量的机械与电子新技术，最大限度地发挥汽油机和电动机的优势，其先进的THSII控制系统使传统内燃机、电机驱动、再生发电系统及先进的电控底盘之间的协同工作达到完美境界，从而实现该车动力性、经济性、环保型及驾驶性能的进一步提升。从技术角度而言，RX450hSUV是对传统的四轮驱动汽车技术的一次革命，从驾驶者角度而言，人们不仅可以体验该车四驱系统强大的动力性、操纵性和越野性，而且可享受其优越的燃油经济性所带来的无穷驾驶乐趣。
