此前我們以『增程』這個概念為引，淺談了「串聯式」混動結構的特點以及應用，本期我們延續上期的車型，解讀一下「功率（動力）分流」（後統稱「功率分流」）。

「功率分流」：機械功率與電功率的『圈圈圓圓圈圈』

在上一期分析「增程式電動汽車」的來源及技術原理的過程中，介紹了「通用VOLTEC混動系統」（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，「發動機」發出「功率」的流向十分的複雜：

通用VOLTEC混動系統（第二代）中變速器高增程模式功率流分析

機械功率流：「發動機」的功率通過「行星齒輪組1」的「行星齒輪盤」，傳動到達「輸出軸」（上圖 ①流向）；「發動機」的功率通過「行星齒輪組1」的「太陽齒輪」到達「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」彙總到「輸出軸」（上圖 ②流向）；

電功率流：「發動機」的功率通過「電機A」發出的電能輸送給「電池」或「電機B」，得到電能的「電機B」産生的驅動力矩，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）；當然，「發動機」的功率還可以通過「行星齒輪組1」的「太陽齒輪」到達「行星齒輪組2」的「外齒圈」對「電機B」進行功率調節。

這種将「發動機」産生的「功率」進行分流的混動結構又被稱為「功率分流」（Power Split，簡稱PS），同時也是最常見的一種「混聯式」。而我們包括我們此前提到的「豐田THS混動系統」中的「E-CVT」以及「通用VOLTEC混動系統（第二代）」中的「混動變速器」屬于「功率分流」，隻是它們之間又存在一定的區别，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

豐田E-CVT變速器（第一代）結構示意圖

「豐田THS混動系統」作為最早的一批量産「功率分流」的混動系統，通過其獨有專利的「E-CVT變速器」将「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，「發動機」所發出的「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」，向着「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」進行發電，電能傳輸到「P3電機」上進行「機械能」的轉換，最終也彙合到「輸出軸」。

所以其分流原理是：「發動機」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）被分流系統被稱為「輸入式功率分流」。而其特點是：

1. 「發動機」及「發電機」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」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（第一代）

通過一排「行星齒輪組」所實現的混動效果确實做到了『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，同樣研發出了一套基于一排「行星齒輪組」的「混動變速器」，該「變速器」内部代号為4ET50，也就是第一代「通用VOLTEC混動系統」（powertrain混動系統）。

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」，不過在連接上有了一些不同，首先「發動機」與「P1電機」直接相連，「輸出軸」接在了「行星齒輪盤」，「P3電機」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「發動機」産生的「功率」通過「P1電機」調整從「外齒圈」進入「行星齒輪」，通過「行星齒輪盤」（「輸出軸」）流出「變速器」；

第二股「發動機」産生的「功率」帶動「P1電機」産生「電功率」傳遞至「P3電機」，然後通過「太陽齒輪」傳遞給「行星齒輪盤」（「輸出軸」）流出「變速器」。

彙總其分流原理則是，「發動機」和「電機」的兩部分「功率」在到輸出端的「行星齒輪盤」（「輸出軸」）彙合，這種将「功率」在「輸出軸」合流系統被稱為「輸出式功率分流」。其特點是：

1. 「發動機」與「P1電機」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」的第二根軸連接着「P3電機」；

3. 「行星齒輪組」的第三根軸作為「輸出軸」。

4. 「輸入式」與「輸出式」功率分流的區别

輸入式與輸出式功率分流的區别

通過對比圖大家就會發現，兩種「功率分流」雖然在基本結構和基本組件非常相似，但最大的區别就是「發動機」以及「電機」連接「行星齒輪組」的邏輯，「輸入式」的邏輯是将「發動機」的「功率」在進入「變速器」後就進行分流，而「輸出式」的邏輯則是将分散在「變速器」内部的「功率」最後進行合流。

輸出式功率分流會遇到的尴尬

不過相比「輸入式」，「輸出式」分流邏輯上有着一種比較尴尬的情況，那便是在汽車低速行駛時，由于「發動機」與「P1電機」剛性連接，所以此時「P1電機」在某種意義上正在驅動汽車，而「P3電機」被帶着轉動産生「電功率」方向回到了「P1電機」所在的「輸入軸」，于是問題就發生了，這股「電功率」所要轉換的「機械功率」與原本「P1電機」産生的「機械功率」并不同向，也就是說由「P3電機」産生的「電功率」是一股「無功功率」。簡單來說就是「P1電機」與「P3電機」叫上勁兒了。

内部代号5ET50的混動變速器

當然啦，這種尴尬的情況是可以通過加入「離合器」來解決的，不過我們這裡不展開，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」，内部代号5ET50的「混動變速器」。

「複合式功率分流」：「通用VOLTEC混動系統」（第二代）

内部代号5ET50的混動變速器簡化示意圖

了當我們省去「單向離合器」和「C1離合器」後，來分析一下通用這款「混動變速器」的分流原理，我們把關注點放在兩組「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」：

「發動機」的「功率」可以通過「輸入軸」進入「變速器」，走「外齒圈」至「行星齒輪盤」分流後直接流向「輸出軸」；

「發動機」的「功率」可以通過「輸入軸」進入「變速器」，走「行星齒輪組1」的「外齒圈」，至經「行星齒輪盤」分流至「太陽齒輪」，再經過「離合器」将「功率」繼續傳導到「行星齒輪組2」的「外齒圈」，「機械功率流」仍在「變速器」内部；

「發動機」的「功率」可以通過「輸入軸」進入「變速器」，走「外齒圈」分流後走「太陽齒輪」至「P1電機」發電，電能帶動「P3電機」，「電功率流」仍在「變速器」内部；

若是将分流的原理進行再次簡化，我們就會發現，「發動機」的「功率」在連接着「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」内，最終的去向就要在「行星齒輪組2」上繼續追尋：

我們先從「P3電機」入手，從「P1電機」來的「電功率」帶動「P3電機」轉動，「功率」從「行星齒輪組2」的「太陽齒輪」進入，走「行星齒輪盤」最終流向「輸出軸」；

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

将将分流的原理進行再次簡化後，可以看出兩股「功率流」在連接着「輸入軸」的「行星齒輪盤」（「行星齒輪組2」）上彙合，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」。

而當我們将整個「混動變速器」内的「功率流」整合梳理後，我們便會發現，在「行星齒輪組1」的「行星齒輪盤」上進行分流，而在「行星齒輪組2」的「行星齒輪盤」上進行了合流，前段「輸入式」後段「輸出式」，着實是複雜之極，而這種複雜的「功率分流」又被稱為「複合式功率分流」。

經典的複合式功率分流示意圖（動圖）

至于為什麼要用那麼複雜的「混動變速器」，那展開就是一本書了，這裡先給到一個結論：「複合式功率分流」可使得「電機」有很長的一段低功率流區域，在這個區域行駛時，車輛的效率（即燃油經濟性）很高，而這段區域是單一的「功率分流」無法達到的。有機會，我們會展開叙述。

越過山丘，才發現還有高山在等候

有時你不得不承認，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」确實達到了省油的效果。不過『山外有山，人外人』，通用汽車則是在「PSD」的研究上達到了巅峰造極的程度，其複雜程度并非幾千字可以概述的。

三類功率分流的節本說明示意圖

最後，我想感歎一下，為了繪制上一期的内容，足足花費了我一周的時間，原以為最難繪制的一期結束了。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，所以歌詞裡都是騙人的，現實永遠是『越過山丘，才發現還有高山在等候』。好了，調侃結束，我們下期再見~~

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