功率分流式(Powersplit)混动系统(四):复合式功率分流

一大早,风和日丽,你刚进办公室,老板过来说“现在公司用的这个混动变速箱不太好,公司决定要弄个新一代的出来,方案的话,就由你来负责一下吧”。接下来的几个星期,你绞尽脑汁,演算各种可能的结构,终于设计出一款在所有性能方面都出类拔萃的混动变速箱。刚刚想去找老板汇报,你突然想起来最好查一查专利,看看会不会有问题,惊讶地发现这个方案早在10年前就已经被人报了专利了,而且,报专利的公司居然是自己公司,而且,专利发明人居然是斜对门的同事。

雪弗兰沃蓝达第二代

这几乎就是雪弗兰沃蓝达第二代中的混动变速器的诞生过程。早在 2001 年,这款方案就被研发出来,并申请报备了专利1。然而,接下来的 15 个年头里,这份专利静静地躺在了抽屉里,悄然无声。15 年间,通用公司(雪弗兰母公司)开发了制造了许多其他结构的混动变速器,直到 2015年,通用公司才突然回头,发现了这款变速器是多么的优秀2

雪弗兰沃蓝达第二代车型

图1:雪弗兰沃蓝达第二代车型 | 图片@General Motors

这一款变速器,通用公司内部代号 5ET50,从2015年开始配备雪弗兰沃蓝达第二代车型。它实现了两种功率分流模式,第一种模式是我们之前谈过的输入式功率分流;而另一个模式,就是我们今天要谈的复合式功率分流。如果你身边有做混动变速器的朋友,可以问问他,看他是如何看这款变速箱的。十有八九他会说,这款变速箱代表着业界最高水平。

我们今天就用这一款变速箱入手,来聊一聊复合式功率分流。


功率分流式(Powersplit)混动系统(一)

在汽车界,提到功率分流式混动系统,第一想到的自然是丰田普锐斯。普锐斯系统对于汽车业界的意义可以与iPhone对手机业界的影响相媲美。普锐斯(1997年问世)和iPhone(2007年问世)的设计方案从发布以来不曾改变,可以说是从一开始就达到了完美。正是丰田,正是普锐斯,让功率分流系统在全球汽车业界达到今天的位置。

功率分流系统正如其名,就是将发动机功率分成几个支流,分别传输到车轮上。我们就要问了,怎么实现分流?这个,这就是变速器的任务了。变速器在功率分流系统中担当着核心的作用,按照变速器结构的不同,功率分流系统又可以分成输入式、输出式和复合式几种不同的形式。各个系统都有各自有意思的地方。

今天的第一篇中,暂不去讨论那些技术上的细节,我想聊聊功率分流式系统的故事。

来看看最早的功率分流系统

虽然说丰田普锐斯在今天最为出名,但是最早的功率分流系统应该归功于 Thompson Ramo Wooldridge Inc.(TRW)公司。1960年代,在阿波罗登月的时期,TRW的工程师研制出了第一款今天意义上的功率分流驱动系统。整个系统中包括一个发动机、两个电机和一个行星齿轮组。其中,一个电机用来调节发动机的转速,另一个电机用来对汽车的驱动扭矩进行调节。TRW系统在系统结构上与今天的丰田普锐斯系统稍稍有不同1,但原理一摸一样。

TRW公司研发的功率分流系统专利图

图1:TRW公司研发的功率分流系统专利图

今天,我们仍可以查到当时TRW公司申报的专利2。可惜的是,60年代的时候,连阿波罗登月飞船上的计算机都没法做大规模快速运算3,更别说真正意义上的车内用ECU了。那时候,驱动系统所有的控制都只能由机械或油压控制实现。发动机、电机的精密协同控制可以说是天方夜谭,因此,TRW的这个系统也只能束之高阁。