變速器中的異類！豐田E-CVT變速器解析

● 工況詳解

　　下面從普銳斯的各個運行工況來逐一分析E-CVT的變速過程：

一、怠速運轉（熱車）

　　發出啟動指令后，MG1瞬間啟動（正轉）并帶動發動機啟動，整個過程及其快速而平順。

　　發動機啟動后，怠速運轉，汽油機帶動行星座正向旋轉。由于車輪（外齒圈）未轉動，行星組盤（發動機）的正向旋轉會通過行星齒輪而帶動太陽齒輪（MG1）正向旋轉。MG1不再接收電池組輸電，反而變成發電機，發出交流電，經PCU里的逆變器和電壓變換器變成低壓直流電并給電池組充電。 總之，怠速時，發動機的功率全部用來為電池組充電。

二、起步

　　發出起步信號后，少量電力就會通到二號電機，MG2開始旋轉。帶動車輪（外齒圈）開始正向轉動，車子緩慢前進。當你稍微用力踩下油門踏板時，二號電機會獲得更多的電力，普銳斯就會加速前進。由于二號電機功率很大（50KW），低速扭矩也很大。在PCU的控制下，車子加速十分的柔和，即便只靠MG2即可把普銳斯加速到一個相當的速度！此起步過程充分發揮了MG2低速高扭的特性，以彌補發動機低速扭力不足的尷尬局面。

　　值得注意的是若這時發動機不工作（純電動模式起步），隨著MG2的轉速增加，MG1的轉速也會急速增加。因為MG1的轉速有個上限，快達到上限的時候，發動機被迫啟動來進行干預。這時便存在一個臨界速度。這個速度雖然是固定的，但是可以肯定的是起步時踩油門的力度越大，汽油機介入的時間就越早（主動介入）。如果你一下子把油門踩到底，汽油機會立即點火。

　　大部分情況下，MG2就能順利的推動普銳斯加速到一個不錯的速度，但是有些情況下也會出現動力不足的現象。這是發動機介入后便會通過帶動MG1發電供給MG2和直接帶動外齒輪轉動來推動車輪兩種方式來輸出動力，值得一提的是，這兩種方式可以同時存在。至于其互相占比多少取決于多種因素。

三、小負荷加速

　　小負荷時加速時，主要靠MG2的推動車輪。MG2轉速提升，四個行星齒輪反向自轉的速度逐漸下降，當齒圈轉速與行星座（發動機）相同時，行星齒輪的自轉停止，只剩下公轉，這時行星座（發動機）通過四個已經不再自轉的行星齒輪，同時推動齒圈（車輪）和太陽輪（一號電機），三者速度達到一致。MG1繼續向MG2供電并通過PCU向動力電池充電。此后，MG2速度繼續提升，直到車輛達到目的速度。此時，太陽輪轉速小于行星座轉速。

四、大負荷加速

　　面對重負荷加速（如載重起動）等MG2的動力跟不上的情況。發動機轉速提升，進入其經濟運轉區間，發動機的功率大大提升。因為發動機的扭矩提升進而帶動MG1發電同時外齒圈獲得的動力提升，同時時電池組也會向MG2供電，得益于此，MG2進入“火力全開”模式。

四、勻速行駛

　　勻速行駛的情況發生在加速完成后，此時普銳斯只需要克服各種阻力，對動力和扭矩的需求大大降低，油門放松后，汽油機轉速下降，齒圈（車輪）的轉速便高于行星架（汽油機）的轉速。這時，四個行星齒輪開始正向自轉。這種正向自轉會驅動太陽輪（MG1）反轉。

　　這里有一點需要特別，從前文我們就了解到。來自發動機的動力經過行星架傳遞到外齒圈和太陽輪的時候，外齒圈和太陽輪的轉速會滿足如下公式。

　　S=C×3.6－R×2.6

　　當外齒圈的轉速高于行星架的轉速時，即R>C時，明顯S＜0，即反轉。但是如果此時的太陽輪的反轉是空轉（沒有受任何阻力），那么其會轉的飛快而使來自發動機的動力全部被MG1吸收而無法驅動外齒圈（因為驅動太陽輪明顯比驅動外齒圈要容易得多）。故在這里會需要MG1工作在電動機模式，這樣一來行星架就無法帶動太陽齒輪高速飛轉而浪費發動機的動力了。

　　但是這樣的話豈不是太浪費電能了？所以一般在高速巡航的時候，MG2變成發電機狀態，以此來維持MG1的轉動。

　　實際上，在普銳斯的整個行駛過程中，加速和勻速行駛狀態是在不斷切換的。ECU會根據駕駛踩油門和放松油門等各種操作動作和汽車的各項行駛工況來通過PCU調整電壓和電流相位，瞬間改變電機的輸出功率、旋轉方向，切換兩臺電機的功能。

五、減速

　　減速的情況其實相對比較簡單，發動機關閉，MG1空轉。MG2由車輪帶動變成發電機吸收車輪的減速能量。并為電池組充電。

六、倒車

　　得益于MG2的大扭矩，普銳斯在倒車時所需的扭矩MG2便可輕松提供。電池組給MG2供電，帶動外齒圈反轉，車輛完成倒車。

　　在整個普銳斯的行駛過程中我們可以看到，其實是兩個電機和發動機互相配合，在嚴密的機電轉換邏輯控制下完美進行線性輸出的一個過程。而這種完美配合的基礎就是E-CVT的特殊結構。因為功率=扭矩×轉速，故這種扭矩按比例分配而轉速又可以無極分配的行星齒輪組結構，使得發動機的動力可以隨時隨地無極分配給外齒圈（即車輪），完成普通步進式變速箱的所有功能！

　　下表為整個過程中E-CVT各齒輪的運行狀態：

　　關于行星齒輪和太陽齒輪和外齒圈的運轉關系還可以參考下面的視頻以增進理解。

● E-CVT前景

　　變速箱的出現就是為了應對各種復雜的工況下的不同動力需求而誕生的，在自動變速箱出現之前，駕駛員需要自己判斷路況和車況來及時進行加減檔。這種方式的優點是駕駛操作感強，畢竟經驗豐富的車手比ECU更加懂得車子需要什么樣的動力。另外，結構簡單易維護體積小等優點也使得手動擋的汽車無論在合適都會擁有大批的粉絲。

　　自動變速箱的出現其實很早，但是真正大規模的應用是在80年代，也是搭乘了電子技術的飛速發展的便車。因為自動變速不難，難在如何更加精準的自動變速。在機械時代顯然技術難以達到，但是如今越來越聰明的ECU使得自動變速箱也變得越來越能領會你的駕駛意圖。但是即便是如此，自動變速箱仍有缺陷：存在換擋間隙，即便是DCT也不能實現真正的“無極變速”。

　　至于本文的主角E-CVT可以說達到了變速箱領域機電技術的融合巔峰，首先它的邏輯控制系統十分的復雜。另外它能夠有效的彌補傳統無極變速箱的短板（傳動功率小），它集合了大功率、反應快、無極變速、傳動效率極高等優點于一身。但是它也有缺點：支持系統太復雜了，我們知道任何系統一旦過于復雜，出問題的概率便成倍提升。 

● 總結

　　對于E-CVT來做個簡單總結吧：

1、很平順，極其平順

2、傳動效率很高

3、結構簡單、體積小

　　回到篇首那個關于E-CVT是不是變速器的問題，這樣說吧：如果不是需要其他動力源來配合使用，恐怕E-CVT技術早就一統變速箱領域了。也正是由于這個“致命”的缺陷，使得其簡直是為混動車型量身定做的。寫這篇解析也并不是完全為了科普，更多的是希望大家能夠多多了解這種有點異類且不為世人所知的變速器結構和它的思路。因為我堅信：在化石能源日漸枯竭的未來，E-CVT終將大放異彩！