此前我們以『增程』這個概念為引，淺談了「串聯(lián)式」混動結(jié)構(gòu)的特點以及應(yīng)用，本期我們延續(xù)上期的車型，解讀一下「功率（動力）分流」（后統(tǒng)稱「功率分流」）。

「功率分流」：機(jī)械功率與電功率的『圈圈圓圓圈圈』

在上一期分析「增程式電動汽車」的來源及技術(shù)原理的過程中，介紹了「通用VOLTEC混動系統(tǒng)」（第二代）的基本工作原理，其中有一種叫「高增程模式」，在該模式下，「發(fā)動機(jī)」發(fā)出「功率」的流向十分的復(fù)雜：

通用VOLTEC混動系統(tǒng)（第二代）中變速器高增程模式功率流分析

機(jī)械功率流：「發(fā)動機(jī)」的功率通過「行星齒輪組1」的「行星齒輪盤」，傳動到達(dá)「輸出軸」（上圖 ①流向）；「發(fā)動機(jī)」的功率通過「行星齒輪組1」的「太陽齒輪」到達(dá)「行        星齒輪組2」的「外齒圈」再通過「行星齒輪組2」的「行星齒輪盤」匯總到「輸出軸」（上圖  ②流向）；

電功率流：「發(fā)動機(jī)」的功率通過「電機(jī)A」發(fā)出的電能輸送給「電池」或「電機(jī)B」，得到電能的「電機(jī)B」產(chǎn)生的驅(qū)動力矩，通過「行星齒輪組2」的「行星齒輪盤」傳送給「輸出軸」（上圖 ③流向）；當(dāng)然，「發(fā)動機(jī)」的功率還可以通過「行星齒輪組1」的「太陽齒輪」到達(dá)「行星齒輪組2」的「外齒圈」對「電機(jī)B」進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。

這種將「發(fā)動機(jī)」產(chǎn)生的「功率」進(jìn)行分流的混動結(jié)構(gòu)又被稱為「功率分流」（Power Split，簡稱PS），同時也是最常見的一種「混聯(lián)式」。而我們包括我們此前提到的「豐田THS混動系統(tǒng)」中的「E-CVT」以及「通用VOLTEC混動系統(tǒng)（第二代）」中的「混動變速器」屬于「功率分流」，只是它們之間又存在一定的區(qū)別，接下來我們就由淺入深地來聊聊各種「功率分流」。

「輸入式功率分流」：豐田THS混動系統(tǒng)

豐田E-CVT變速器（第一代）結(jié)構(gòu)示意圖 

「豐田THS混動系統(tǒng)」作為最早的一批量產(chǎn)「功率分流」的混動系統(tǒng)，通過其獨有專利的「E-CVT變速器」將「功率分流」這一混動派系徹底帶火了。而其「功率分流」的邏輯也相對比較簡單。比如在搭載「E-CVT變速器」的車輛行駛時，「發(fā)動機(jī)」所發(fā)出的「功率」在「行星齒輪盤」上會被一分為二：

一股「功率流」通過「行星齒輪盤」到「行星齒輪」到「外齒圈」，向著「輸出軸」流去；

一股「功率流」則通過「行星齒輪盤」到「太陽齒輪」帶動「P1電機(jī)」進(jìn)行發(fā)電，電能傳輸?shù)健窹3電機(jī)」上進(jìn)行「機(jī)械能」的轉(zhuǎn)換，最終也匯合到「輸出軸」。

所以其分流原理是：「發(fā)動機(jī)」的「功率」在輸入端的「行星齒輪」上就被分為兩個部分，這種「功率」在「輸入軸」（或輸入端）被分流系統(tǒng)被稱為「輸入式功率分流」。而其特點是：

1. 「發(fā)動機(jī)」及「發(fā)電機(jī)」連接到「行星齒輪組」的兩根不同的軸上；

2. 「行星齒輪組」的「外齒圈」與「輸出軸」相連；

3. 「P3電機(jī)」與「變速器」的輸出端直接相連。

「輸出式功率分流」：通用VOLTEC混動系統(tǒng)（第一代）

通過一排「行星齒輪組」所實現(xiàn)的混動效果確實做到了『花小錢辦大事』，所以豐田便為以上提到的這種「功率分流」的技術(shù)申請了專利。通用汽車的工程師一看，這還得了！

搭載4ET50混動變速器的雪佛蘭Volt（2011）

故此，通用汽車為了繞過豐田的專利，同樣研發(fā)出了一套基于一排「行星齒輪組」的「混動變速器」，該「變速器」內(nèi)部代號為4ET50，也就是第一代「通用VOLTEC混動系統(tǒng)」（powertrain混動系統(tǒng)）。

通用4ET50混動變速器（2010）示意圖

與豐田的「E-CVT變速器」相似，同樣一排「行星齒輪組」、兩個「電機(jī)」，不過在連接上有了一些不同，首先「發(fā)動機(jī)」與「P1電機(jī)」直接相連，「輸出軸」接在了「行星齒輪盤」，「P3電機(jī)」與「太陽齒輪」連接，接下來讓我們看看它的分流與豐田的「E-CVT變速器」有何不同。

第一股「發(fā)動機(jī)」產(chǎn)生的「功率」通過「P1電機(jī)」調(diào)整從「外齒圈」進(jìn)入「行星齒輪」，通過「行星齒輪盤」（「輸出軸」）流出「變速器」；

第二股「發(fā)動機(jī)」產(chǎn)生的「功率」帶動「P1電機(jī)」產(chǎn)生「電功率」傳遞至「P3電機(jī)」，然后通過「太陽齒輪」傳遞給「行星齒輪盤」（「輸出軸」）流出「變速器」。

匯總其分流原理則是，「發(fā)動機(jī)」和「電機(jī)」的兩部分「功率」在到輸出端的「行星齒輪盤」（「輸出軸」）匯合，這種將「功率」在「輸出軸」合流系統(tǒng)被稱為「輸出式功率分流」。其特點是：

1. 「發(fā)動機(jī)」與「P1電機(jī)」剛性連接，且作為「增程器」與「行星齒輪組」的一根軸剛性連接；

2. 「行星齒輪組」的第二根軸連接著「P3電機(jī)」；

3. 「行星齒輪組」的第三根軸作為「輸出軸」。

4. 「輸入式」與「輸出式」功率分流的區(qū)別

輸入式與輸出式功率分流的區(qū)別

通過對比圖大家就會發(fā)現(xiàn)，兩種「功率分流」雖然在基本結(jié)構(gòu)和基本組件非常相似，但最大的區(qū)別就是「發(fā)動機(jī)」以及「電機(jī)」連接「行星齒輪組」的邏輯，「輸入式」的邏輯是將「發(fā)動機(jī)」的「功率」在進(jìn)入「變速器」后就進(jìn)行分流，而「輸出式」的邏輯則是將分散在「變速器」內(nèi)部的「功率」最后進(jìn)行合流。

輸出式功率分流會遇到的尷尬

不過相比「輸入式」，「輸出式」分流邏輯上有著一種比較尷尬的情況，那便是在汽車低速行駛時，由于「發(fā)動機(jī)」與「P1電機(jī)」剛性連接，所以此時「P1電機(jī)」在某種意義上正在驅(qū)動汽車，而「P3電機(jī)」被帶著轉(zhuǎn)動產(chǎn)生「電功率」方向回到了「P1電機(jī)」所在的「輸入軸」，于是問題就發(fā)生了，這股「電功率」所要轉(zhuǎn)換的「機(jī)械功率」與原本「P1電機(jī)」產(chǎn)生的「機(jī)械功率」并不同向，也就是說由「P3電機(jī)」產(chǎn)生的「電功率」是一股「無功功率」。簡單來說就是「P1電機(jī)」與「P3電機(jī)」叫上勁兒了。

內(nèi)部代號5ET50的混動變速器

當(dāng)然啦，這種尷尬的情況是可以通過加入「離合器」來解決的，不過我們這里不展開，因為通用的混動工程師決定用兩排「行星齒輪組」徹底地完善他們對「功率分流」的偉大理想，這也就是之前我們提到的第二代「通用VOLTEC混動系統(tǒng)」，內(nèi)部代號5ET50的「混動變速器」。

「復(fù)合式功率分流」：「通用VOLTEC混動系統(tǒng)」（第二代）

內(nèi)部代號5ET50的混動變速器簡化示意圖

當(dāng)我們省去「單向離合器」和「C1離合器」后，來分析一下通用這款「混動變速器」的分流原理，我們把關(guān)注點放在兩組「行星齒輪組」上。

「行星齒輪組1」：輸入式功率分流

在第一組「行星齒輪組」上，我們可以看到3條「功率流」：

「發(fā)動機(jī)」的「功率」可以通過「輸入軸」進(jìn)入「變速器」，走「外齒圈」至「行星齒輪盤」分流后直接流向「輸出軸」；

「發(fā)動機(jī)」的「功率」可以通過「輸入軸」進(jìn)入「變速器」，走「行星齒輪組1」的「外齒圈」，至經(jīng)「行星齒輪盤」分流至「太陽齒輪」，再經(jīng)過「離合器」將「功率」繼續(xù)傳導(dǎo)到「行星齒輪組2」的「外齒圈」，「機(jī)械功率流」仍在「變速器」內(nèi)部；

「發(fā)動機(jī)」的「功率」可以通過「輸入軸」進(jìn)入「變速器」，走「外齒圈」分流后走「太陽齒輪」至「P1電機(jī)」發(fā)電，電能帶動「P3電機(jī)」，「電功率流」仍在「變速器」內(nèi)部；

若是將分流的原理進(jìn)行再次簡化，我們就會發(fā)現(xiàn)，「發(fā)動機(jī)」的「功率」在連接著「輸入軸」的「行星齒輪盤」（「行星齒輪組1」）上被分流，這與豐田的「E-CVT變速器」的邏輯相仿，屬于「輸入式功率分流」。

「行星齒輪組2」：輸出式功率分流

「行星齒輪組1」有兩股「功率流」仍在「變速器」內(nèi)，最終的去向就要在「行星齒輪組2」上繼續(xù)追尋：

我們先從「P3電機(jī)」入手，從「P1電機(jī)」來的「電功率」帶動「P3電機(jī)」轉(zhuǎn)動，「功率」從「行星齒輪組2」的「太陽齒輪」進(jìn)入，走「行星齒輪盤」最終流向「輸出軸」；

在看來自「離合器」的「機(jī)械功率流」，它經(jīng)「行星齒輪組2」的「外齒圈」到達(dá)「行星齒輪盤」，直接流向「輸出軸」。

將將分流的原理進(jìn)行再次簡化后，可以看出兩股「功率流」在連接著「輸入軸」的「行星齒輪盤」（「行星齒輪組2」）上匯合，最終通過「輸出軸」流出「變速器」，這恰恰又是一種「輸出式功率分流」。

而當(dāng)我們將整個「混動變速器」內(nèi)的「功率流」整合梳理后，我們便會發(fā)現(xiàn)，在「行星齒輪組1」的「行星齒輪盤」上進(jìn)行分流，而在「行星齒輪組2」的「行星齒輪盤」上進(jìn)行了合流，前段「輸入式」后段「輸出式」，著實是復(fù)雜之極，而這種復(fù)雜的「功率分流」又被稱為「復(fù)合式功率分流」。

經(jīng)典的復(fù)合式功率分流示意圖（動圖）

至于為什么要用那么復(fù)雜的「混動變速器」，那展開就是一本書了，這里先給到一個結(jié)論：「復(fù)合式功率分流」可使得「電機(jī)」有很長的一段低功率流區(qū)域，在這個區(qū)域行駛時，車輛的效率（即燃油經(jīng)濟(jì)性）很高，而這段區(qū)域是單一的「功率分流」無法達(dá)到的。有機(jī)會，我們會展開敘述。

越過山丘，才發(fā)現(xiàn)還有高山在等候

有時你不得不承認(rèn)，豐田真把「功率分流變速器」（Power Split Device，簡稱PSD）玩出了實際效果，「豐田THS混動系統(tǒng)」確實達(dá)到了省油的效果。不過『山外有山，人外人』，通用汽車則是在「PSD」的研究上達(dá)到了巔峰造極的程度，其復(fù)雜程度并非幾千字可以概述的。

三類功率分流的節(jié)本說明示意圖

最后，我想感嘆一下，為了繪制上一期的內(nèi)容，足足花費了我一周的時間，原以為最難繪制的一期結(jié)束了。沒想到，這期為了淺談一下「功率分流」原理，制圖直接用了兩周，所以歌詞里都是騙人的，現(xiàn)實永遠(yuǎn)是『越過山丘，才發(fā)現(xiàn)還有高山在等候』。好了，調(diào)侃結(jié)束，我們下期再見~~