原来如此！丰田THS竟然是这样省油的

此前我们以『增程』这个概念为引，浅谈了「串联式」混动结构的特点以及应用，本期我们延续上期的车型，解读一下「功率（动力）分流」（后统称「功率分流」）。

「功率分流」：机械功率与电功率的『圈圈圆圆圈圈』

在上一期分析「增程式电动汽车」的来源及技术原理的过程中，介绍了「通用VOLTEC混动系统」（第二代）的基本工作原理，其中有一种叫「高增程模式」，在该模式下，「发动机」发出「功率」的流向十分的复杂：

通用VOLTEC混动系统（第二代）中变速器高增程模式功率流分析

机械功率流：「发动机」的功率通过「行星齿轮组1」的「行星齿轮盘」，传动到达「输出轴」（上图 ①流向）；「发动机」的功率通过「行星齿轮组1」的「太阳齿轮」到达「行    星齿轮组2」的「外齿圈」再通过「行星齿轮组2」的「行星齿轮盘」汇总到「输出轴」（上图 ②流向）；

电功率流：「发动机」的功率通过「电机A」发出的电能输送给「电池」或「电机B」，得到电能的「电机B」产生的驱动力矩，通过「行星齿轮组2」的「行星齿轮盘」传送给「输出轴」（上图 ③流向）；当然，「发动机」的功率还可以通过「行星齿轮组1」的「太阳齿轮」到达「行星齿轮组2」的「外齿圈」对「电机B」进行功率调节。

这种将「发动机」产生的「功率」进行分流的混动结构又被称为「功率分流」（Power Split，简称PS），同时也是最常见的一种「混联式」。而我们包括我们此前提到的「丰田THS混动系统」中的「E-CVT」以及「通用VOLTEC混动系统（第二代）」中的「混动变速器」属于「功率分流」，只是它们之间又存在一定的区别，接下来我们就由浅入深地来聊聊各种「功率分流」。

「输入式功率分流」：丰田THS混动系统

丰田E-CVT变速器（第一代）结构示意图

「丰田THS混动系统」作为最早的一批量产「功率分流」的混动系统，通过其独有专利的「E-CVT变速器」将「功率分流」这一混动派系彻底带火了。而其「功率分流」的逻辑也相对比较简单。比如在搭载「E-CVT变速器」的车辆行驶时，「发动机」所发出的「功率」在「行星齿轮盘」上会被一分为二：

一股「功率流」通过「行星齿轮盘」到「行星齿轮」到「外齿圈」，向着「输出轴」流去；

一股「功率流」则通过「行星齿轮盘」到「太阳齿轮」带动「P1电机」进行发电，电能传输到「P3电机」上进行「机械能」的转换，最终也汇合到「输出轴」。

所以其分流原理是：「发动机」的「功率」在输入端的「行星齿轮」上就被分为两个部分，这种「功率」在「输入轴」（或输入端）被分流系统被称为「输入式功率分流」。而其特点是：

1. 「发动机」及「发电机」连接到「行星齿轮组」的两根不同的轴上；

2. 「行星齿轮组」的「外齿圈」与「输出轴」相连；

3. 「P3电机」与「变速器」的输出端直接相连。

「输出式功率分流」：通用VOLTEC混动系统（第一代）

通过一排「行星齿轮组」所实现的混动效果确实做到了『花小钱办大事』，所以丰田便为以上提到的这种「功率分流」的技术申请了专利。通用汽车的工程师一看，这还得了！

搭载4ET50混动变速器的雪佛兰Volt（2011）

故此，通用汽车为了绕过丰田的专利，同样研发出了一套基于一排「行星齿轮组」的「混动变速器」，该「变速器」内部代号为4ET50，也就是第一代「通用VOLTEC混动系统」（powertrain混动系统）。

通用4ET50混动变速器（2010）示意图

与丰田的「E-CVT变速器」相似，同样一排「行星齿轮组」、两个「电机」，不过在连接上有了一些不同，首先「发动机」与「P1电机」直接相连，「输出轴」接在了「行星齿轮盘」，「P3电机」与「太阳齿轮」连接，接下来让我们看看它的分流与丰田的「E-CVT变速器」有何不同。

第一股「发动机」产生的「功率」通过「P1电机」调整从「外齿圈」进入「行星齿轮」，通过「行星齿轮盘」（「输出轴」）流出「变速器」；

第二股「发动机」产生的「功率」带动「P1电机」产生「电功率」传递至「P3电机」，然后通过「太阳齿轮」传递给「行星齿轮盘」（「输出轴」）流出「变速器」。

汇总其分流原理则是，「发动机」和「电机」的两部分「功率」在到输出端的「行星齿轮盘」（「输出轴」）汇合，这种将「功率」在「输出轴」合流系统被称为「输出式功率分流」。其特点是：

1. 「发动机」与「P1电机」刚性连接，且作为「增程器」与「行星齿轮组」的一根轴刚性连接；

2. 「行星齿轮组」的第二根轴连接着「P3电机」；

3. 「行星齿轮组」的第三根轴作为「输出轴」。

4. 「输入式」与「输出式」功率分流的区别。

输入式与输出式功率分流的区别

通过对比图大家就会发现，两种「功率分流」虽然在基本结构和基本组件非常相似，但最大的区别就是「发动机」以及「电机」连接「行星齿轮组」的逻辑，「输入式」的逻辑是将「发动机」的「功率」在进入「变速器」后就进行分流，而「输出式」的逻辑则是将分散在「变速器」内部的「功率」最后进行合流。

输出式功率分流会遇到的尴尬

不过相比「输入式」，「输出式」分流逻辑上有着一种比较尴尬的情况，那便是在汽车低速行驶时，由于「发动机」与「P1电机」刚性连接，所以此时「P1电机」在某种意义上正在驱动汽车，而「P3电机」被带着转动产生「电功率」方向回到了「P1电机」所在的「输入轴」，于是问题就发生了，这股「电功率」所要转换的「机械功率」与原本「P1电机」产生的「机械功率」并不同向，也就是说由「P3电机」产生的「电功率」是一股「无功功率」。简单来说就是「P1电机」与「P3电机」叫上劲儿了。

内部代号5ET50的混动变速器

当然啦，这种尴尬的情况是可以通过加入「离合器」来解决的，不过我们这里不展开，因为通用的混动工程师决定用两排「行星齿轮组」彻底地完善他们对「功率分流」的伟大理想，这也就是之前我们提到的第二代「通用VOLTEC混动系统」，内部代号5ET50的「混动变速器」。

「复合式功率分流」：「通用VOLTEC混动系统」（第二代）

内部代号5ET50的混动变速器简化示意图

当我们省去「单向离合器」和「C1离合器」后，来分析一下通用这款「混动变速器」的分流原理，我们把关注点放在两组「行星齿轮组」上。

「行星齿轮组1」：输入式功率分流

在第一组「行星齿轮组」上，我们可以看到3条「功率流」：

「发动机」的「功率」可以通过「输入轴」进入「变速器」，走「外齿圈」至「行星齿轮盘」分流后直接流向「输出轴」；

「发动机」的「功率」可以通过「输入轴」进入「变速器」，走「行星齿轮组1」的「外齿圈」，至经「行星齿轮盘」分流至「太阳齿轮」，再经过「离合器」将「功率」继续传导到「行星齿轮组2」的「外齿圈」，「机械功率流」仍在「变速器」内部；

「发动机」的「功率」可以通过「输入轴」进入「变速器」，走「外齿圈」分流后走「太阳齿轮」至「P1电机」发电，电能带动「P3电机」，「电功率流」仍在「变速器」内部；

若是将分流的原理进行再次简化，我们就会发现，「发动机」的「功率」在连接着「输入轴」的「行星齿轮盘」（「行星齿轮组1」）上被分流，这与丰田的「E-CVT变速器」的逻辑相仿，属于「输入式功率分流」。

「行星齿轮组2」：输出式功率分流

「行星齿轮组1」有两股「功率流」仍在「变速器」内，最终的去向就要在「行星齿轮组2」上继续追寻：

我们先从「P3电机」入手，从「P1电机」来的「电功率」带动「P3电机」转动，「功率」从「行星齿轮组2」的「太阳齿轮」进入，走「行星齿轮盘」最终流向「输出轴」；

在看来自「离合器」的「机械功率流」，它经「行星齿轮组2」的「外齿圈」到达「行星齿轮盘」，直接流向「输出轴」。

将将分流的原理进行再次简化后，可以看出两股「功率流」在连接着「输入轴」的「行星齿轮盘」（「行星齿轮组2」）上汇合，最终通过「输出轴」流出「变速器」，这恰恰又是一种「输出式功率分流」。

而当我们将整个「混动变速器」内的「功率流」整合梳理后，我们便会发现，在「行星齿轮组1」的「行星齿轮盘」上进行分流，而在「行星齿轮组2」的「行星齿轮盘」上进行了合流，前段「输入式」后段「输出式」，着实是复杂之极，而这种复杂的「功率分流」又被称为「复合式功率分流」。

经典的复合式功率分流示意图（动图）

至于为什么要用那么复杂的「混动变速器」，那展开就是一本书了，这里先给到一个结论：「复合式功率分流」可使得「电机」有很长的一段低功率流区域，在这个区域行驶时，车辆的效率（即燃油经济性）很高，而这段区域是单一的「功率分流」无法达到的。有机会，我们会展开叙述。

越过山丘，才发现还有高山在等候

有时你不得不承认，丰田真把「功率分流变速器」（Power Split Device，简称PSD）玩出了实际效果，「丰田THS混动系统」确实达到了省油的效果。不过『山外有山，人外人』，通用汽车则是在「PSD」的研究上达到了巅峰造极的程度，其复杂程度并非几千字可以概述的。

三类功率分流的节本说明示意图

最后，我想感叹一下，为了绘制上一期的内容，足足花费了我一周的时间，原以为最难绘制的一期结束了。没想到，这期为了浅谈一下「功率分流」原理，制图直接用了两周，所以歌词里都是骗人的，现实永远是『越过山丘，才发现还有高山在等候』。好了，调侃结束，我们下期再见~~