變速器中的異類！豐田E-CVT變速器解析

　　【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】何謂變速器？能實(shí)現(xiàn)汽車變速、變矩、變向、通斷動(dòng)力的裝置就是變速器。世界上第一臺(tái)汽車于1886年誕生，不久后便出現(xiàn)了第一臺(tái)變速器?？梢哉f(shuō)變速器的發(fā)展和汽車是同步的。乍一看E-CVT，可能大家都會(huì)很自然的想到CVT，也就是無(wú)極變速器。從功能上來(lái)講，E-CVT確實(shí)有無(wú)極變速的作用，但是從結(jié)構(gòu)上來(lái)講的話，它們之間的差異太大了。甚至可以這樣說(shuō)：變速器分兩類，一類是E-CVT，一類是其他變速器。

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● E-CVT簡(jiǎn)介

　　開(kāi)篇我們就提到過(guò)E-CVT并不是簡(jiǎn)單的“電控?zé)o級(jí)變速器”，所以當(dāng)然也不是網(wǎng)上流傳的它是CVT的電子版。豐田官方給出的定義是“動(dòng)力分配器”，因?yàn)樗⒉痪邆鋫鹘y(tǒng)變速箱系統(tǒng)里面的離合器、液力變矩器或是齒輪軸組等這些復(fù)雜機(jī)構(gòu)，是專門(mén)為混動(dòng)車型而準(zhǔn)備的動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)。故一直存在一種爭(zhēng)論：E-CVT到底是不是變速器？

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　　是不是變速器我們稍后再論，可以看到的是從普銳斯到雷克薩斯CT200h再到后來(lái)的凱美瑞混動(dòng)版，都證明了豐田的THS（Toyota Hybrid System）日益成熟。而作為整套系統(tǒng)里面的關(guān)鍵部件，E-CVT毋庸置疑發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 

● E-CVT結(jié)構(gòu)

　　如果用傳統(tǒng)變速器的眼光來(lái)看的話，E-CVT的結(jié)構(gòu)真的實(shí)在是太簡(jiǎn)單了。很多時(shí)候其實(shí)越是完美的東西越簡(jiǎn)單，我想這一定是真理。作為混動(dòng)汽車的代表作，普銳斯一直承載著豐田的核心混動(dòng)技術(shù)，那么接下來(lái)的解析就以豐田普銳斯為例。

　　E-CVT的結(jié)構(gòu)非常的簡(jiǎn)單，僅僅由外齒圈（這里的外齒圈同時(shí)連接2號(hào)電機(jī)和輸出軸）和行星齒輪架（連接發(fā)動(dòng)機(jī)）和太陽(yáng)齒輪（連接1號(hào)電機(jī)）組成，即動(dòng)力傳遞流為：2號(hào)電機(jī)—外齒圈—輸出軸，同時(shí)由于行星齒輪組的存在，故亦有：發(fā)動(dòng)機(jī)—行星組—外齒圈—輸出軸。下面的實(shí)物圖是某國(guó)外講解視頻截取下來(lái)的。

　　如果您仔細(xì)的觀察，不禁會(huì)納悶：這不就是差速器的結(jié)構(gòu)嘛。是的，E-CVT就是由一套行星齒輪組減速機(jī)構(gòu)（上圖中的紅色方框部分）。并沒(méi)有CVT里面的鏈條或是鋼帶，更別談AT里面的液力變矩器或是DCT里面的雙離合了。于是，問(wèn)題來(lái)了。。?？瓤?。結(jié)構(gòu)這么簡(jiǎn)單的E-CVT真能做到無(wú)極變速？答案是當(dāng)然！

● E-CVT原理

概述：

　　其實(shí)單從機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理的角度來(lái)講，E-CVT并不是非常復(fù)雜。一個(gè)行星齒輪組的運(yùn)動(dòng)能有多復(fù)雜呢？復(fù)雜的是它的電子控制單元，即機(jī)電配合的邏輯原理上面。在介紹工作原理之前，先簡(jiǎn)單的列出一些下面即將使用到的名詞注釋：

PCU：動(dòng)力控制單元（Power Control Unit）這是作為混動(dòng)汽車必不可少的一個(gè)部件，里面包含了電壓變換器和逆變器，可以調(diào)節(jié)電池組輸出的電壓。比如向電機(jī)供電必須使用高電壓（600V左右），而電池組的電壓由于尺寸的限制最多達(dá)到200V左右，故變壓器必不可少。而逆變器的作用則是使直流變交流或者反之，因?yàn)楦邏航涣麟姍C(jī)具有體積小、效率高、功率大的優(yōu)點(diǎn)，而電池組發(fā)出的是直流電，故在電機(jī)和電池組之間必然需要一個(gè)逆變器。

MG1：即一號(hào)電機(jī)（motor generator 1），與太陽(yáng)齒輪相連。

MG2：即二號(hào)電機(jī)（motor generator 2），與外齒圈相連。

　　兩個(gè)電機(jī)的屬性圖：

　　普銳斯的發(fā)動(dòng)機(jī)為阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)是中間轉(zhuǎn)速性能好，高低速性能不足，能源利用率高：

　　為了方便理解，放一張簡(jiǎn)化的E-CVT結(jié)構(gòu)圖：

　　接下來(lái)是動(dòng)力分配圖

　　首先我們需要清楚一個(gè)概念：動(dòng)力是扭矩和轉(zhuǎn)速結(jié)合的產(chǎn)物（功率=扭矩×轉(zhuǎn)速），

　　然后由于存在四個(gè)可以自由公轉(zhuǎn)行星齒輪，可以想象下當(dāng)齒圈固定不動(dòng)（即車輪不動(dòng)）時(shí)，只有行星齒輪的自轉(zhuǎn)，太陽(yáng)齒輪（MG1）才可以帶動(dòng)行星齒輪座（即發(fā)動(dòng)機(jī)）轉(zhuǎn)動(dòng)（即啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程）；

　　有了行星齒輪的自轉(zhuǎn)，當(dāng)齒圈（MG2）正轉(zhuǎn)時(shí)，太陽(yáng)齒輪（MG1）也可以反轉(zhuǎn)。反之，而當(dāng)齒圈（MG2）反轉(zhuǎn)時(shí)，恒星齒輪（MG1）又可以正轉(zhuǎn)。

　　又比如，外齒圈和太陽(yáng)齒輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，行星齒輪可以不自轉(zhuǎn)，只公轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)汽油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)行星齒輪座不轉(zhuǎn)時(shí)，齒圈和太陽(yáng)齒輪仍可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。正是因?yàn)樾行驱X輪組的這個(gè)巧妙的特性，發(fā)動(dòng)機(jī)、車輪、電動(dòng)機(jī)才能時(shí)時(shí)連接在一起運(yùn)轉(zhuǎn)而又能互不干擾，故此省去了離合的結(jié)構(gòu)。

　　S=C×3.6－R×2.6

　　公式里的S＝SUN＝太陽(yáng)輪，C＝CARRIER＝行星座，R＝RING＝外齒圈

　　另外，由于外齒輪和太陽(yáng)齒輪和行星齒輪的直徑和齒數(shù)都已固定，根據(jù)圖上的公式也可以得出：行星座在中間轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候分配給外齒圈和太陽(yáng)輪的扭矩比是一定的。具體數(shù)值大約是72%分配給外齒輪（實(shí)際上是2.6÷3.6），28%分配給太陽(yáng)齒輪（1-72%）。只要發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)做工，就不會(huì)改變這個(gè)基本事實(shí)。

　　那我們都知道汽車從啟動(dòng)到剎車停止的一系列不同工況下，對(duì)扭矩的要求是有極大變化的，傳統(tǒng)動(dòng)力汽車就是因?yàn)檫@樣需要變速器來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力。但是在E-CVT這種特定結(jié)構(gòu)里面由于存在兩個(gè)電機(jī)，在不同的工況下，根據(jù)上面的公式。只要控制這兩個(gè)電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速就能使外齒圈上獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力無(wú)極變化，從而汽車達(dá)到無(wú)極變速。

　　至于普銳斯的PCU如何根據(jù)車子的運(yùn)行工況來(lái)實(shí)時(shí)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量和兩個(gè)電機(jī)的電壓、相位和正反通斷。這里面涉及到的控制邏輯和眾多的傳感器的數(shù)據(jù)收集和處理程序過(guò)于復(fù)雜，在此不做表述。理解E-CVT能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)極變速即可。

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