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　　焊接设备行星轮齿顶面原始机构退化失效理论啮合线面锥顶点距如果你不小心错过了驾仕派前两天推送的“混动五讲”的内容，没关系，小编带你一起回顾一下。点击阅读：

　　行星齿轮结构其实在汽车领域的应用已经很久了，市面上大部分自动变速箱都是使用若干组行星齿轮，再配合液力变矩器来达到变速的功能。而世界上第一款在商业上获得成功的混合动力汽车——1999年推出的丰田普锐斯一代，也是采用的这种结构。

　　行星齿轮差不多就如下图所示，其中Sun gear是太阳轮、Ring gear是齿圈，Planet carrier是行星架。这三个机构分别可以连接三个动力输出或输入端。如果固定其中任何一个，则另外两个相当于普通的齿轮咬合;如果固定其中两个，则整个行星齿轮被锁死。值得注意的是，Planet gear行星轮并不连接任何输入输出机构，它也一直是自由转动的，否则整个行星齿轮组都不能转动。而连接动力的是行星架，行星架固定以后，行星轮只自转，但不围绕太阳轮公转。

　　上一期已介绍，一般并联使用的机械耦合，即两个输入端的齿轮同时啮合在输出端的齿轮上，最显著的特点是三个齿轮需要有相同的速度（齿速）。而在齿轮大小不同的情况下，两个输入端的扭矩可以自由组合，但二者的转速需要达到一定的固定比例。

　　下面右侧的杠杆图，可以很清楚的解释三个转速的关系，S和R分别是太阳轮和齿圈的半径（也可以认为是太阳轮和齿圈的齿数）

　　在很大程度上，动力流的扭矩和速度都被解耦了。这也是基于行星齿轮的混合动力被称为“动力分流”的原因，也就是说，基于行星齿轮组的混合动力可以相对自由地将一个输出/输入轴的动力分流到两个输入/输出轴。

　　它可以提供最多10种工作模式，下面一一用杠杆图说明（图中粗实线与三纵轴的交点高低表示正负转速的大小，箭头长度表示扭矩大小）

　　1.车辆静止时，如果电池电量过低，电机正转、正扭矩，带动发动机启动——这替代了原本汽车上12V启动电机的功能。

　　2. 一旦发动机启动，则发动机为正扭矩，在热车的同时带动电机给电池充电。

　　3. 正常情况下，汽车静止时都不必启动发动机，在低速行驶时都可以用电机驱动，此时锁止器1锁止了发动机和行星架，电机反转并输出正扭矩（与转速同向的扭矩），带动汽车前进。在这个构型下必须有锁止器，否则一旦油门过深，电机电流过大、扭矩过大，就很容易带动发动机倒转。

　　4. 如果是在车速较低的情况下刹车制动，则车轮有负扭矩，带动电机输出负扭矩给电池充电。

　　5. 如果是在车速较低的情况下持续加速，车速提高，当电机驱动车轮已经没有发动机直接驱动车轮高效，则电机会加大扭矩，带动发动机启动。

　　6. 发动机启动后，锁止器2将电机和太阳轮固定，发动机运转在高效区间，直接驱动车轮。如果没有锁止器，一旦油门过深，就很容易将电机带出转速来，从而给电机充电。

　　7. 如果车速进一步上升，那么要将发动机继续保持在高效区间，受三者转速成线性关系的限制，就必须让电机参与工作。如果此时驱动汽车所需功率小于发动机高效区间输出功率，则多余功率带动电机输出负扭矩，给电池充电。

　　8. 如果此时驱动汽车所需功率大于发动机高效区间输出功率，则电机输出正扭矩作为补充。

　　9. 如果在低车速的情况下，需要急加速，则电机和发动机同时输出正扭矩。需要注意的是，因为电机转速的限制，发动机的转速并不可能过高，仍然需要保持在中低转速，这限制了发动机的动力输出。

　　10. 在高车速时急加速，则可以使发动机和电机都保持高转速和大扭矩，因此足以应付高速公路上坡超车的需要。

　　因此，在只需要一个行星排（行星齿轮组）且没有变速箱的情况下，就实现了比普通串并联更多的工作模式，使得内燃机基本上可以保持在最佳转速和最佳扭矩输出，这也是为什么一般这种混合动力不被称为并联的原因——尽管它实际上只是一种更为高级的并联。

　　此外，由于电机转速范围大，而且在各个区间效率都相对高，所以可以通过调整电机的转速来连续调整发动机的转速——因此它也叫做E-CVT，这种刚性连接不但比基于钢带的普通CVT传动效率更高，而且也更平顺。

　　首先，电机单独驱动车辆时，只有一条减速路径，而且这条减速路径最终传动比较高，使得在行车速度较低时，电机也需要运转在低效率的较高转速。

　　下图为第二代普锐斯使用的电机效率图，横轴为转速，纵轴为扭矩，等高线表示效率（以百分比为单位），可以看出，尽管电机高效区间更宽泛，但仍然有更为高效的扭矩和转速区间。考虑到在不插电的混动汽车中，电量完全来自于发动机带动电机发电，电驱的所有能量实际上经过了内燃机-发电机-电动机（可能是同一个电机）三步损耗——比内燃机驱动还多出两步，因此电机如果不能维持在最高效率，很可能也并不节能。

　　其次，在发动机的转速适合单独驱动车轮、但所需扭矩却过高或过低时，没办法通过电机调节发动机输出扭矩，此时发动机无法工作在最佳区间。如果要让电机工作，则只能同时改变发动机转速，而此时发动机效率也会下降。

　　最后，在车速较低时，受电机转速限制，发动机只能维持在低转速，这样尽管效率较高，但极限动力却受到了限制。

　　第一种方案是如下图这样，在离合器1、2接合、离合器3断开时，电机通过行星齿轮与发动机并联；或者将离合器2断开，同时将离合器3接合，锁止器2锁止，这时电机则与发动机机械耦合。此外，也可以将离合器1断开，电机单独通过太阳轮驱动车轮。

　　如果说电机和发动机可以在电连接和机械连接之间切换是“串并联”，那么这种构型大概可以称为“并并联”——发动机和电动机的连接方式可以在两种并联方式中切换。（或者一定要把“动力分流混动”称为混联的话，也可以叫并混联）

　　1.在车轮转速对应的发动机转速正好处在高效区间、但扭矩不适合时，可以将电机与发动机机械耦合，从而在不改变发动机转速的情况下调节其工作扭矩。

　　2.通过切换连接方式，电机单独驱动车轮有两条不同的减速路径：一条是通过变速后经过太阳轮驱动输出轴的行星架；一条是经过齿圈驱动输出轴的行星架，这样就可以兼顾在高速和低速时实现最佳速比的不同需求。

　　不过，这个方案需要3个离合器，成本并不低，因此第一款商业上成功的混动汽车——一代丰田普锐斯并没有采用这种方案，而是把主电机直接套在齿圈连接的输出轴上，然后在太阳轮连接功率较小的发电/电动机。

　　1.有两个电机且有各自的传动路径，就意味着电机单独驱动车轮时，不仅减速比可以变化，而且高速电机和低速电机可以分别选择不同的型号——高速电机选用功率更大的，低速电机选用功率更小的。

　　2.虽然多了一个电机，但两个电机可以同时单独驱动车轮或给内燃机加力，因此每个电机都不用太大，而且性能更好。

　　3.一个电机并联、一个电机通过行星齿轮耦合，各司其职，省去了用离合器去切换。而且因为在纯电驱动模式下，以MG2作为主要动力，增大MG2输出并不会带动发动机反转，因此锁止器也可以省去，成本较低。

　　不仅前两代普锐斯都采用这一结构，到目前为止，福特的混合动力仍然在使用这一构型，只不过福特混动的主电机更大，而副电机更小，也能做到不错的效率。

　　第三、第四代普锐斯开始，丰田进一步改进了这一构型，采用了双行星排，不过第二组行星排的行星架为永久固定，因此第二组行星齿轮只相当于将MG2增加了一个减速齿轮（但结构更紧凑），更适合低速时驱动车轮。

　　吉利科力远的混合动力系统也可以看做是这一构型的变种，只是双行星排的构型变成了拉威娜式，主电机成为了动力分流系统的第四轴，而不是像丰田那样实际上仍然只有三个轴。同时在第一组行星排的电机和发动机处都增加了锁止器，进一步提升了效率。

　　而这些构型只要在后轴增加第三个电机，也就实现了混动四驱。绝大部分基于行星齿轮的四驱系统，比如雷克萨斯的RX400h和450h四驱、汉兰达混动四驱、福特翼虎混动四驱，都是如此。

　　在第一代雪佛兰Volt插电混动车型中，虽然也是单行星排，但输出轴从齿圈移到了行星架，主电机从输出轴的齿圈，移到了太阳轮的输入轴，副电机则与发动机机械耦合，都在齿圈输入，同时它还拥有多达三个离合器/锁止器。

　　1.增加了串联模式或者也可以叫增程模式。离合器2断开、离合器1和3接合时，发动机和车轮之前没有任何机械连接，发动机可以持续以最佳转速和扭矩带动副电机MGA发电，然后主电机MGA以固定速比驱动车轮，如果所需功率小于发动机功率，则电池表现为充电，反之表现为放电。严格的说，这种构型才是线.不仅两个电机可以分别以不同速比单独驱动电机，而且在大电机单独驱动电机时，小电机可以给大电机调速，这使得整套系统在使用纯电驱动时效率也很高。

　　实际上，单行星排根据各轴连接的动力源不同，理论上有多达12种的组合可能，一代普锐斯和一代Volt只是使用了其中两种，不过并不是所有的构型都是合理的。

　　而在第二代Volt中，通用也增加了一组行星排，并且与丰田、科力远实际上的1行星排和1.5行星排混动系统不同，这套系统是真正的双行星排，自由度要大得多。

　　而丰田在最新一代的丰田Prius插电混动（即Prius Prime）中，为了在纯电模式下也尽可能减少发动机的介入，增加了两个离合器。

　　就像一开始提到的，两个以上的行星齿轮组其实还可以用做自动变速箱。因此，很多豪华车的混合动力系统会使用三个行星排，这样一来配合一些锁止器，相当于在实现混合动力的同时，还提供了传统自动变速箱的功能，可以对单独驱动的发动机或电机进行换挡变速。在仍然保持了高效率的同时，也可以提升性能，在各个车速区间都能发挥三个动力源的最大动力，并且像传统有挡位的汽车一样，能瞬间降挡以提高动力输出。

　　关于行星齿轮组的内容，鱼非鱼就讲到了这里，你get到多少？50%有木有？接下来，混动五讲系列的第四期：电机可以“藏在”汽车中的哪些位置？将如期而至，对这部分内容感兴趣的小伙伴请关注。