无级变速还能玩出花来?详解混动变速箱E-CVT

2018-11-01 17:37 作者: 夢遙

CVT大家并不陌生,中文名字叫无级变速器,我们以前的文章中也提到过。其平顺舒适的优点也是人尽皆知。而同样是平顺舒适的E-CVT变速箱可就没有这么出名了。也难怪,因为这项技术被丰田封锁了20年。那么什么是E-CVT呢?它和我们熟悉的CVT有关系么?今天小编就跟大家聊一聊E-CVT这点事。

关于E-CVT

说到E-CVT就不得不提丰田的混合动力技术。早在90年代,丰田就开发了混动系统THS,并在全球范围申请了一大批的专利,此后一直雄据混动的首位。在丰田混动系统THS中,作为变速系统的E-CVT是一项关键技术。丰田自1997年申请专利以来,对E-CVT进行了长达20年的技术封锁,形成了在混动领域的霸主地位。

E-CVT从字面理解,很多人可能会将其与使用钢带传动的CVT联系到一起。其实它们在技术的实现方式上差异极大,唯一的联系就是都能实现无级变速。

E-CVT通常被使用于增程式混动车型,需要强调的是,增程式混动除了发动机外并没有其他动力输入。它与传统燃油的差别仅在于发动机的部分动力通过发电机与电动机再输出到车轮上。

E-CVT的核心部件是一个行星齿轮系统,结构非常简单,如下图,行星轮支架接发动机、太阳轮接发电机、齿圈通过差速器将动力传递至车轮。可以说E-CVT充分利用了行星齿轮系的优势,对整个系统进行巧妙的设计,当你理解了E-CVT的原理之后,最大的感受应该是,怎么会有如此简单而又巧妙的设计。

发电机和电动机都是既可发电又可电驱动,在不同的工况下充当不同的角色。

E-CVT的原理

先明确三个基本要点:

1 动力分配

对E-CVT最为直接的理解应该是从动力入手,它最为关键的作用就是动力分配。发动机的动力传递至行星齿轮架之后被分成两路,一路流向齿圈,通过差速器传递至车轮,另一路流向太阳轮带动发电机发电,其中:一部分电能被储存在电池,另一部分电能直接驱动电动机,再输出到差速器并传递至车轮。

2 固定扭矩比

在丰田的E-CVT中,通过对行星齿轮系的特殊设计,将齿圈和和太阳轮的扭矩比设定为0.78:0.22,即发动机的扭矩78%传递给齿圈(接输出),22%传递给太阳轮(接发电机),这个比值是固定不变。但需要注意的是,这个数值是扭矩比,而不是动力比,动力还与转速有关,功率=扭矩*转速。

3 转速关系

在行星齿轮系中,齿圈与太阳轮的转速合与行星轮支架的转速成正比,即发电机与齿圈输出的转速合于发动机转速成正比。当发动机转速固定时,发电机转速与齿圈输出转速呈此消彼长之势。如果齿圈处于静止状态,发动机转速全部传递给发电机,即发动机所有的动力都用于发电机发电。

各个工况下E-CVT的状态

1 车辆静止、发动机工作,如热车、等红灯

车辆静止,也就是齿圈静止,发动机的转动将强制太阳轮(发电机)反向转动,动力将全部传递给发电机发电,并将电能储存到电池。即:发动机全部动力给电池充电。2 起步

车辆静止时,发动机一直在转动,只是动力全部传递给发电机发电。在刚起步时,由电池给电动机供电,电动机开始转动,驱动车轮转动,同时也驱动齿圈转动。在齿圈转速达到行星轮支架转速前,发动机动力虽然部分传递给了驱动轮,但是这个过程还是以电机驱动为主。即:电机起步,直至达到发动机介入速度。

3 加速

当齿圈的转速到行星轮支架的转速后,行星轮停止自转,只剩公转,发动机驱动齿圈和太阳轮同向转动。油门加大时,发动机转速提升,齿圈转速随之提高,太阳轮的转速也提高,发电机输出电流增大,电机转速也随之提升,最终叠加在一起并提高了车轮转速,实现加速目的。即:发动机介入,与电动机同时工作,实现加速。4 匀速行驶

对于传统变速箱,加速完成进入匀速行驶时,所需动力减少,发动机转速下降,转速通过将档位切入更高档位保持车速不变。而对于ECVT,当车辆进入匀速行驶时,车辆所需的动力下降,发动机转速下降。此时,车速不变,因此齿圈转速高于行星轮支架转速,在这种情况下,要实现发动机驱动齿圈,必须让太阳也处于主动的正转,即发电机应切换成电机工作,而原来的电机则需要切换成发电机给电机供电。即:发电机和电动机角色互换,与发动机一起匀速行驶。

5 倒车

电机反转,带动齿圈反转,发动机转动带动发电机发电给电机供电。即,电机反转,发动机给电机充电。

写在最后

搭载E-CVT变速箱的混合动力车型,从原理来说确实更为靠谱,相比于燃油机和电动机各管各的工作逻辑会更高效。不过,混合动力车型是否节能,硬件配置只是其中一个因素,一个更高效的动力搭配,以及更合理的工作逻辑,才能够实现整体的高能效。

相关标签: E-CVT 混动
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