ＥＣＶＴ能承受大扭矩？－丰田混动系统原理详尽版，图、文、视频
       作为丰田混合动力车的车主，怎能不了解THS（Toyota Hybrid System）的核心部件--混合动力变速器--ECVT的工作原理。很可惜的是各大汽车网站对ECVT原理的介绍都非常简单，常常以“行星齿轮和电动机相结合”一句话带过，咱们普通人很难理解，直到看到了这篇文章。这篇文章很长，坚持看完要有耐心，而且，说话很绕，很是符合洋人文章的特点，说实话，看完第一遍，我没看懂，再看一遍，还是没懂。很幸运的是我实在xitek汽车论坛看到的这篇文章，并把我的疑惑向几位懂机械的泡菜请教，在泡菜们耐心热情的讨论和指导下，现在终于对ECVT的原理“略懂”。回头再看这篇文章，会觉得虽然又啰唆又绕，看着很累，但的确非常详细并且精准！希望对原理有兴趣的童鞋都仔细看看这篇文章。
我把这篇介绍ECVT原理的文章精简了一下，去掉一些对理解影响不大的部分。括弧里面加黑的部分是我的注解，另外我还找了视频和图片，这样会比单纯文字更直观。
      Let's go！
       1、普瑞斯上的“电子控制无级变速器”与其它量产的无级变速器工作原理完全不同。其差别之大，可以说称之为无级变速器都是一种误导。（先定调，ECVT不是CVT，同时也不要把THS理解为电动机+CVT，那是本田IMA，不是THS）
       2、在低速时，普瑞斯的传动系统并不会提高内燃机的扭矩，这是因为它只有一个齿比。其实，内燃机是与车轮联接的，就好像始终挂在最高速档位上一样。（一开始我也被这个“好像始终挂在最高速档位上一样”迷惑住了，认为如果发动机和驱动轮和发动机是没有经过离合器且只有一个档，那么车轮的转速和发动机的转速关系应该是固定的，怎么会出现发动机嗡嗡的转，而车子走得很慢，甚至停止的状况呢？没关系，后面会有解答，耐心看文章就好）如果没有一台强有力的电动机向内燃机提供额外动力的的话，这会是一种严重的缺陷。由于有一台电动机提供了相当大的扭矩，人们才会说普瑞斯好像始终挂在一档上那样动力十足。
       3、普瑞斯传动系统的核心部件是一套丰田公司称为“动力分配器”的行星齿轮组。行星齿轮安装在行星齿轮座圈上的行星齿轮轴上，行星齿轮座圈与恒星齿轮围绕着同一个轴心旋转。与真实的行星不同的是，行星齿轮大小相同，与旋转轴心的距离也相同。这些行星齿轮被一个齿向内的圆环包围和驱动，这个圆环叫做“外齿圈”。外齿圈也和其它齿轮一样围绕同一个轴心旋转。（这段介绍行星齿轮机构的构成，我找了一个视频，可以直观的看到行星齿轮这个机构是如何运作的）
视频地址
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4、普瑞斯的内燃机与行星齿轮座圈相联。当内燃机转动时，行星齿轮与中心齿轮和外齿圈咬合并推动二者向同一方向旋转。通过对中心齿轮和外齿圈大小的精心设置（当然还包括齿数的设定），丰田公司把72%的扭矩（实际上是2.6除以3.6的值）分配给了外齿圈，把28%的扭矩传给了恒星齿轮。获得了大部分扭矩的外齿圈，通过普通的减速齿轮联接到差速器，然后再联接到车轮。内燃机就是这样推动普瑞斯的。获得小部分扭矩的恒星齿轮则与一台既是电动机又是发电机的电机相联，我们称这台电机为1号电机。  内燃机带动行星齿轮座圈，行星齿轮座圈又带动恒星齿轮，使1号电机旋转起来。内燃机就是这样以其72%的扭矩驱动普瑞斯，并以其28%的扭矩推动1号电机发电的。（介绍THS系统中，发动机、1号电机、驱动轮与ECVT的连接关系，有图有真相，没图说杰宝）

5、尽管内燃机的扭矩是按固定的比例分配给外齿圈和恒星齿轮的，但外齿圈和恒星齿轮却是可以以任何速度随意转动的。虽然外齿圈和恒星齿轮的转速和内燃机的转速之间有一个固定的比例，但在不改变内燃机转速的情况下，他们（外齿圈和恒星齿轮）之中的一个转速上升时，另一个的转速就会下降。如果外齿圈保持不转，恒星齿轮就会吸收来自行星齿轮座圈的全部转数，自己加快旋转。 齿轮组就是这样，像无级变速器一样调节内燃机转速的。（看完视频后，再看到这里就解释了为什么既没有档位也没有离合器，但是车子的速度快慢自如了--与其说ECVT是个变速器，还不如说它其实是个差速器，只是它又“不像普通的差速器，空转一方白白浪费掉动力，而是给空转一方接上电动机这个很理想的无级变扭器，再把动力输入回阻力大的一方,形成动力的闭环控制”（无忌I6泡菜语）。关于这一点文章后面部分还会讲到）

[ 本帖最后由 happysx57 于 2013-7-2 11:18 编辑 ]

6、齿轮组就是这样，像无级变速器一样调节内燃机转速的。对某一车速，车载计算机会求出外齿圈的转速有多快。根据普瑞斯的动力需求，车载计算机就确定需要内燃机达到什么转速。接着，它再解算一个简单的公式，求出1号电机应旋转多快。然后，它就调节取自1号电机的电力（应该是通过调节1号电机的励磁电流），使内燃机加速或减速。上面这些动作都不会改变这样一个事实，即内燃机72%的扭矩是用来推动车轮的。哪怕车轮没有转动，扭矩仍然施加在车轮上。由于内燃机能以这种方式将普瑞斯从静止状态开动起来，我们就用不着离合器或者扭矩转换器（指自动变速器的液力变扭器）了，实际上也就淘汰了既容易磨损、又十分笨重的传动装置。
（还是以差速器的概念来看ECVT，就不难理解为什么没有ECVT没有离合器了）
       7、另一个电动、发电两用电机，2号电机是与动力分配器的外齿圈相联的。 2号电机对来自内燃机－动力分配器的扭矩补充更多的扭矩。所以，本来似乎要被浪费掉的动力，绕过了动力分配器，通过电气回路，最终还是用来推动车轮。外齿圈和2号电机一起通过减速齿轮和差速器（这里是指车轮上的真正的差速器）来推动普瑞斯。
（请回头看第5段注释）
       因为动力是扭矩和转速结合的产物（请记住
功率=扭矩×转速），所以通过机械和电气回路的动力各自有多少，取决于1号电机和外齿圈的相应转速。你也许会听到有人说，内燃机的72%的动力直接传给了车轮，28%的动力变成了电力，但这是不正确的。扭矩是按上面的比例分配的，但动力的分配是可变的（相同功率下，扭矩小的转得快，扭矩大的转得慢）。由于内燃机和车轮之间的齿比不能改变，在低车速时，我们就无法提高内燃机的扭矩来实现急加速。如果内燃机转速为2000转分，普瑞斯缓慢前行，这时来自内燃机的大部分动力都会传给1号电机。其实，如果普瑞斯停着不动的话，所有的动力都会传到1号电机去。尽管1号电机只获得了28%的扭矩，但它却获得了所有的动力！（太阳轮带动1号电机转得飞快！）在起步加速过程中，只有大约五分之一的内燃机扭矩直接来自机械回路（估计意思是说
驱动轮上获得的扭矩大约只有1/5来自机械回路，另外4/5是由电机补充的）。随着车速的进一步提高，1号电机需要越来越多的动力来维持其扭矩，很快就会达到它的动力操控极限（又是这种看似直白实则难以理解的表述！估计意思是随着车速（齿圈转速）的增加，连接太阳轮的1号电机的转速下降，因而1号（发）电机直接输出给2号电（动）机功率下降了）。而普瑞斯还有强大的2号电机，它可以使普瑞斯保持合理的加速度。
       但额外的电力是从哪里来的呢？答案当然是电池组。1号电机并不像我们想象的那样直接向2号电机供电。电子控制装置里有个逆变器，它与电池组的端子相连，会把1号电机发出的交流电变成数百伏的直流电。2号电机的一个逆变器则从电池组取得所需的电力驱动2号电机来给普瑞斯加速。如果1号电机发的电力不能满足2号电机的需要，电力的缺口则由电池组来弥补。如果普瑞斯已经达到了所需的速度，1号电机的发出的多余电力则流进电池组补充电力。普瑞斯车重1300公斤，本来需要100多马力的内燃机和步进式传动装置，而有了这种“电池助力”，只用70多马力的内燃机，不用步进式变速箱，还是获得了满意的加速度。（这里描述了THS另外一个重要部件--电池的作用）

   大家对ECVT的工作原理都已经基本理解了。接着用自己的语言表述一下对ECVT工作原理的理解，欢迎批评指正。这里先忽略电池也能提供和储存能量这个事实。
   因为行星齿轮机构的作用，不管齿圈和行星架的转速差是多少，齿圈（驱动轮）从行星架（发动机）获得的扭矩就是发动机扭矩的72%（而不会像普通变速机构那样被放大），所以这个扭矩是比较小的，不足以满足车辆正常加速的需要；
   扭矩不足怎么办，没关系，行星架的旋转会通过行星齿轮传导给太阳轮（同样的，不管太阳轮和行星架的转速差是多少，太阳轮获得的扭矩就是发动机扭矩的28%），驱动MG1发电，发出来的电供给MG2，MG2的产生的扭矩推动齿圈（驱动轮）。随着齿圈转速的提高，太阳轮转速下降，MG1发出（MG2获得）的电能越来越小，MG2作用在齿圈的扭矩也减小。最终齿圈以1.38（1/0.72）倍行星架的转速转动，太阳轮停止转动，MG1不发电，齿圈（驱动轮）获得72%发动机扭矩和全部的发动机功率，没有MG2提供的额外扭矩。
通过学习我们还能发现几个事实：
1、ECVT的硬件其实很简单，甚至比电动机并/串联变速箱的混合动力更简单。难的是整个THS系统的控制逻辑。
2、ECVT效率高。ECVT的机械回路连接没有经过任何离合器或者液力变扭器，其效率几乎只取决于电气回路的效率。大家知道，电机系统的能量转换效率还是很高的。所以传动装置的效率高是丰田混合动力系统省油的一大原因。我的帖子和隔壁的帖子里面都有童鞋说混动省油只是省能量回收，是不准确的。
3、ECVT的动力流向最灵活，两台电机是ECVT不可分割的紧密结合，实现了动力流向灵活的，瞬时的转换。
PS1：电动机，发电机，甚至变压器，统称电机，电动机可以瞬间变成发电机，发电机也可以瞬间变成电动机
PS2：差速器：其内部是1种行星齿轮机构，而在设计上必须满足左轮转速加上右轮转速等于两倍行星齿轮架转速，在直线前进时，左轮、右轮和行星齿轮架转速相等，行星齿轮公转但不自转（见右1），而在转弯时，这个平衡遭到破坏，迫使行星齿轮产生自转，使外侧车轮转速加快，内侧车轮转速减低，车辆得以顺畅的转弯。


我想那是不是意味着：临时停车、长时间等红灯、拥堵排队的时候不用回空档，也不存在不回空档造成变速箱过热的问题。反而，在上述情况下更应该保持在D档上，这样可以给电池充电！？你看，我说得对吗？用户手册上也有类似的表述，只是没有具体说原因。

我想那是不是意味着：临时停车、长时间等红灯、拥堵排队的时候不用回空档，也不存在不回空档造成变速箱过热的问题。反而，在上述情况下更应该保持在D档上，这样可以给电池充电！？你看，我说得对吗？用户手册上也有类似的表述，只是没有具体说原因。