变速器中的异类！丰田E-CVT变速器剖析
何谓变速器？能完成汽车变速、变矩、变向、通断动力的安装就是变速器。天下上第一台汽车于1886年诞生，不久后便显现了第一台变速器。可以说变速器的提高和汽车是同步的。乍一看E-CVT，约莫各位都市很天然的想到CVT，也就是无极变速器。从功效上去讲，E-CVT的确有无极变速的作用，但是从布局上去讲的话，它们之间的差别太大了。乃至可以如此说：变速器分两类，一类是E-CVT，一类是其他变速器。
● E-CVT简介
开篇我们就提到过E-CVT并不是简便的“电控无级变速器”，以是固然也不是网崇高传的它是CVT的电子版。丰田官方给出的界说是“动力分派器”，由于它并不具有传统变速箱体系内里的离合器、液力变矩器或是齿轮轴组等这些繁复机构，是专门为混动车型而准备的动力分派机构。故不休存在一种争论：E-CVT毕竟是不是变速器？
是不是变速器我们稍后再论，可以看到的是从普锐斯到雷克萨斯CT200h再到厥后的凯美瑞混动版，都证实白丰田的THS（Toyota Hybrid System）日益成熟。而作为整套体系内里的紧张部件，E-CVT无须置疑发扬着至关紧张的作用。
● E-CVT布局
假如用传统变速器的目光来看的话，E-CVT的布局真的真实是太简便了。很多时分但是越是完善的东西越简便，我想这一定是真理。作为混动汽车的代表作，普锐斯不休承载着丰田的中心混动武艺，那么接下去的剖析就以丰田普锐斯为例。
E-CVT的布局十分的简便，仅仅由外齿圈（这里的外齿圈同时毗连2号电机和输入轴）和行星齿轮架（毗连倡导机）和太阳齿轮（毗连1号电机）构成，即动力转达流为：2号电机—外齿圈—输入轴，同时由于行星齿轮组的存在，故亦有：倡导机—行星组—外齿圈—输入轴。底下的实物图是某外洋解说视频截取下去的。
假如您仔细的察看，不由会烦闷：这不就是差速器的布局嘛。是的，E-CVT就是由一套行星齿轮组缓速机构（上图中的赤色方框局部）。并没有CVT内里的链条或是钢带，更别谈AT内里的液力变矩器或是DCT内里的双离合了。于是，成绩来了。。。咳咳。布局这么简便的E-CVT真能做到无极变速？答案是固然！
●E-CVT原理
概述：
但是单从机器活动原理的角度来讲，E-CVT并不好坏常繁复。一个行星齿轮组的活动能有多繁复呢？繁复的是它的电子控制单位，即机电共同的逻辑原理外表。在先容事情原理之前，先简便的列出一些底下即将使用到的名词正文：
PCU：动力控制单位（Power Control Unit）这是作为混动汽车必不成少的一个部件，内里包含了电压变动器和逆变器，可以调治电池组输入的电压。好比向电机供电必需使用高电压（600V支配），而电池组的电压由于尺寸的限定最多到达200V支配，故变压器必不成少。而逆变器的作用则是使直流变交换大概反之，由于高压交换电机具有体积小、听从高、功率大的优点，而电池组发射的是直流电，故在电机和电池组之间一定必要一个逆变器。
MG1：即一号电机（motor generator 1），与太阳齿轮相连。
MG2：即二号电机（motor generator 2），与外齿圈相连。
两个电机的属性图：
普锐斯的倡导机为阿特金森倡导机，其特点是正中转速功能好，上下速功能不敷，动力使用率高：
为了便利了解，放一张简化的E-CVT布局图：
接下去是动力分派图
起首我们必要清晰一个看法：动力是扭矩和转速团结的产物（功率=扭矩×转速），
然后由于存在四个可以自在公转行星齿轮，可以想象下当齿圈安稳不动（即车轮不动）时，仅有行星齿轮的自转，太阳齿轮（MG1）才可以动员行星齿轮座（即倡导机）转动（即启动倡导机历程）；
有了行星齿轮的自转，当齿圈（MG2）正转时，太阳齿轮（MG1）也可以反转。反之，而当齿圈（MG2）反转时，恒星齿轮（MG1）又可以正转。
又好比，外齿圈和太阳齿轮同向转动时，行星齿轮可以不自转，只公转，从而动员汽油机转动。当行星齿轮座不转时，齿圈和太阳齿轮仍可以自在转动。正是由于行星齿轮组的这个奇妙的特性，倡导机、车轮、电动机才干不时毗连在一同运转而又能互不干扰，故此省去了离合的布局。
S=C×3.6－R×2.6
公式里的S＝SUN＝太阳轮，C＝CARRIER＝行星座，R＝RING＝外齿圈
别的，由于外齿轮和太阳齿轮和行星齿轮的直径和齿数都已安稳，依据图上的公式也可以得出：行星座在正中转动的时分分派给外齿圈和太阳轮的扭矩比是一定的。具体数值约莫是72%分派给外齿轮（实践上是2.6÷3.6），28%分派给太阳齿轮（1-72%）。只需倡导机转动干活，就不会改动这个基本内幕。
那我们都晓得汽车从启动到刹车中止的一系列不同工况下，对扭矩的要求是有极大厘革的，传统动力汽车就是由于如此必要变速器来调治倡导机的输入动力。但是在E-CVT这种特定布局内里由于存在两个电机，在不同的工况下，依据外表的公式。只需控制这两个电机的不同转速就能使外齿圈上取得的倡导机动力无极厘革，从而汽车到达无极变速。
至于普锐斯的PCU怎样依据车子的运转工况来及时控制倡导机的供油量和两个电机的电压、相位和正反通断。这内里触及到的控制逻辑和浩繁的传感器的数据搜集和处理步骤过于繁复，在此不做表述。了解E-CVT可以完成无极变速即可。
●工况详解
底下从普锐斯的各个运转工况来逐一分析E-CVT的变速历程：
一、怠速运转（热车）
发射启动指令后，MG1刹时启动（正转）并动员倡导机启动，整个历程及其快速而平顺。
倡导机启动后，怠速运转，汽油机动员行星座正向旋转。由于车轮（外齿圈）未转动，行星组盘（倡导机）的正向旋转会经过行星齿轮而动员太阳齿轮（MG1）正向旋转。MG1不再吸收电池组输电，反而变成发电机，发射交换电，经PCU里的逆变器和电压变动器变成低压直流电并给电池组充电。总之，怠速时，倡导机的功率全部用来为电池组充电。
二、起步
发射起步信号后，少数电力就会通到二号电机，MG2开头旋转。动员车轮（外齿圈）开头正向转动，车子缓慢行进。当你略微用力踩下油门踏板时，二号电时机取得更多的电力，普锐斯就会增速行进。由于二号电机功率很大（50KW），低速扭矩也很大。在PCU的控制下，车子增速十分的柔和，即使只靠MG2即可把普锐斯增速到一个相当的速率！此起步历程富裕发扬了MG2低速高扭的特性，以补偿倡导机低速扭力不敷的为难场面。
值得注意的是若这时倡导机不事情（纯电动形式起步），随着MG2的转速增长，MG1的转速也会急速增长。由于MG1的转速有个极限，快到达极限的时分，倡导机被动启动来举行干涉。这时便存在一个临界速率。这个速率固然是安稳的，但是可以一定的是起步时踩油门的力度越大，汽油机到场的时间就越早（主动到场）。假如你一下子把油门踩毕竟，汽油时机立刻点火。
大局部情况下，MG2就能顺遂的推进普锐斯增速到一个不错的速率，但是有些情况下也会显现动力不敷的征象。这是倡导机到场后便会经过动员MG1发电需求MG2和直接动员外齿轮转动来推进车轮两种办法来输入动力，值得一提的是，这两种办法可以同时存在。至于其互相占比几多取决于多种要素。
三、小负荷增速
小负荷时增速时，主要靠MG2的推进车轮。MG2转速提升，四个行星齿轮反向自转的速率渐渐下降，当齿圈转速与行星座（倡导机）相反时，行星齿轮的自转中止，只剩下公转，这时行星座（倡导机）经过四个以前不再自转的行星齿轮，同时推进齿圈（车轮）和太阳轮（一号电机），三者速率到达一律。MG1持续向MG2供电并经过PCU向动力电池充电。今后，MG2速率持续提升，直到车辆到达目标速率。此时，太阳轮转速小于行星座转速。
四、大负荷增速
面临重负荷增速（如载重起动）等MG2的动力跟不上的情况。倡导机转速提升，进入其经济运转区间，倡导机的功率大大提升。由于倡导机的扭矩提升进而动员MG1发电同时外齿圈取得的动力提升，同不时电池组也会向MG2供电，得益于此，MG2进入“火力全开”形式。
四、匀速行驶
匀速行驶的情况产生在增速完成后，此时普锐斯只必要克制种种阻力，对动力和扭矩的需求大大低落，油门轻松后，汽油机转速下降，齿圈（车轮）的转速便高于行星架（汽油机）的转速。这时，四个行星齿轮开头正向自转。这种正向自转会驱动太阳轮（MG1）反转。
这里有一点必要特别，从前文我们就了解到。来自倡导机的动力颠末行星架转达到外齿圈和太阳轮的时分，外齿圈和太阳轮的转速会满意如下公式。
当外齿圈的转速高于行星架的转速时，即R>C时，分明S＜0，即反转。但是假云云时的太阳轮的反转是空转（没有受任何阻力），那么其会转的飞快而使来自倡导机的动力全部被MG1吸取而无法驱动外齿圈（由于驱动太阳轮分明比驱动外齿圈要容易得多）。故在这里会必要MG1事情在电动机形式，如此一来行星架就无法动员太阳齿轮高速飞转而糜费倡导机的动力了。
但是如此的话岂不是太糜费电能了？以是寻常在高速巡航的时分，MG2变成发电机形态，以此来维持MG1的转动。
实践上，在普锐斯的整个行驶历程中，增速和匀速行驶形态是在不休切换的。ECU会依据驾驶踩油门和轻松油门等种种利用举措和汽车的各项行驶工况来经过PCU调停电压和电流相位，刹时改动电机的输入功率、旋转朝向，切换两台电机的功效。
五、缓速
缓速的情况但是比拟力较简便，倡导布局闭，MG1空转。MG2由车轮动员变成发电机吸取车轮的缓速能量。并为电池组充电。
六、倒车
得益于MG2的大扭矩，普锐斯在倒车时所需的扭矩MG2便可轻松提供。电池组给MG2供电，动员外齿圈反转，车辆完成倒车。
在整个普锐斯的行驶历程中我们可以看到，但是是两个电机和倡导机互相共同，在精密的机电转换逻辑控制下完善举行线性输入的一个历程。而这种完善共同的基本就是E-CVT的特别布局。由于功率=扭矩×转速，故这种扭矩按比例分派而转速又可以无极分派的行星齿轮组布局，使得倡导机的动力可以随时随地无极分派给外齿圈（即车轮），完成平凡步进式变速箱的一切功效！
下表为整个历程中E-CVT各齿轮的运转形态：
关于行星齿轮和太阳齿轮和外齿圈的运转干系还可以参考底下的视频以增长了解。
● E-CVT出息
变速箱的显现就是为了应对种种繁复的工况下的不同动力需求而诞生的，在主动变速箱显现之前，驾驶员必要本人推断路况和车况来及时举行加减档。这种办法的优点是驾驶利用感强，毕竟履历丰厚的车手比ECU愈加明白车子必要什么样的动力。别的，布局简便易维护体积小等优点也使得手动挡的汽车无论在切合都市拥有大批的粉丝。
主动变速箱的显现但是很早，但是真正大范围的使用是在80年代，也是搭乘了电子武艺的飞速提高的便车。由于主动变速不难，难在怎样愈加精准的主动变速。在机器年代显然武艺难以到达，但是如今越来越智慧的ECU使得主动变速箱也变得越来越能了解你的驾驶意图。但是即使是云云，主动变速箱仍有缺陷：存在换挡间隙，即使是DCT也不克不及完成真正的“无极变速”。
至于本文的主演E-CVT可以说到达了变速箱范畴机电武艺的交融巅峰，起首它的逻辑控制体系十分的繁复。别的它可以好效的补偿传统无极变速箱的短板（传动功率小），它聚集了大功率、反响快、无极变速、传动听从极高等优点于一身。但是它也有缺陷：支持体系太繁复了，我们晓得任何体系一旦过于繁复，出成绩的概率便成倍提升。
● 总结
关于E-CVT来做个简便总结吧：
1、很平顺，极度平顺
2、传动听从很高
3、布局简便、体积小
回到篇首谁人关于E-CVT是不是变速器的成绩，如此说吧：假如不是必要其他动力源来共同使用，恐怕E-CVT武艺早就一统变速箱范畴了。也正是由于这个“致命”的缺陷，使得其几乎是为混动车型量身定做的。写这篇剖析也并不是完全为了科普，更多的是渴望各位可以多多了解这种有点异类且不为众人所知的变速器布局和它的思绪。由于我坚信：在化石动力日渐干涸的将来，E-CVT终将大放异彩！
