Toyota Prius動(dòng)力分配裝置(PSD)及e-CVT無段變速系統(tǒng)的作動(dòng)原理

http://cool3c.incar.tw/article/57640

最近看到Mobile01論壇在討論P(yáng)rius C的話題，里面有朋友提到動(dòng)力分配裝置的介紹； 由于原文圖片版權(quán)問題，僅就該篇內(nèi)文講解來編譯給大家一同參考一下。原文圖片請參考此處：http://eahart.com/prius/psd。

基本上，此文是拿Toyota Prius的車型來講解。Prius的動(dòng)力心臟(Hybrid Synergy Drive，HSD)，是來自于一個(gè)?動(dòng)力分配裝置?(Power Split Device，PSD)，PSD是一套?行星齒輪組?，它除了取代了傳統(tǒng)自動(dòng)變速箱、以及其傳動(dòng)元件之外，也可達(dá)到類似一般自動(dòng)變速箱?蠕行?的行進(jìn)功能(就是D/R檔時(shí)放油門，車子會(huì)緩行前進(jìn)。)。

它的功能是?類似?CVT的無段變速系統(tǒng)，但、它的齒比卻是單一固定的。

不過，雖說CVT變速是無段位差的齒比變化，但以電腦程式來說， 它的作動(dòng)原則、仍被程式設(shè)計(jì)師寫成數(shù)百個(gè)齒比來搭配引擎輸出。它的齒比多到約720個(gè)(各家不同)，意思就是說程式把它寫成像是有720個(gè)檔位，所以雖有差別、但駕駛?cè)允菬o法感覺得到其中的差異。

Prius是一部Hybrid油電車，所以它仍是搭配著一具傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)引擎(internal combustion engine，ICE)(詳情介紹請看此篇：Toyota Prius Hybrid的引擎跟Honda Insight有何不同？)，以及兩具電動(dòng)馬達(dá)(發(fā)電機(jī))：MG1、MG2。這兩具馬達(dá)可以同一時(shí)間狀況下，做出不同、而且隨時(shí)可變的轉(zhuǎn)速需求表現(xiàn)。

以下請務(wù)必對照原文圖表，不然會(huì)完全看不懂

而在這套PSD行星齒輪組里的太陽齒輪(正中心那個(gè)齒輪)，就是由MG1馬達(dá)所驅(qū)動(dòng)，MG1馬達(dá)同時(shí)也肩負(fù)著傳統(tǒng)汽油引擎?啟動(dòng)馬達(dá)?的功能；所以在Prius身上，是沒有裝上另一顆單獨(dú)的啟動(dòng)馬達(dá)，它已經(jīng)被MG1取代了。

在原文的下方圖片里，它可以讓我們拉動(dòng)MG2、ICE的輸出點(diǎn)，來看整體轉(zhuǎn)速、以及車輛時(shí)速的變化。該圖中央的是太陽齒輪，它連接到MG1馬達(dá)；再來四顆橘色的齒輪，是連接到引擎曲軸；最后外環(huán)的環(huán)狀齒輪，是連結(jié)到MG2馬達(dá)、在此也稱為Traction Motor(牽引馬達(dá)、主動(dòng)馬達(dá))。

我們拉動(dòng)該圖表的ICE(引擎)、以及MG2輸出點(diǎn)，可以清楚的看到當(dāng)我們改變引擎輸出(轉(zhuǎn)速)時(shí)，對時(shí)速表(車輛速度)是完全沒有影響的；反而我們?nèi)ダ瓌?dòng)MG2齒輪的轉(zhuǎn)速輸出，它才是真正影響車輛時(shí)速的關(guān)鍵。

有了對這套系統(tǒng)的主動(dòng)、被動(dòng)觀念后，我們就不難發(fā)現(xiàn)這樣的無段變速方式，引擎其實(shí)只是扮演著?出力?的角色，它的轉(zhuǎn)速高低、只是看當(dāng)時(shí)所需的負(fù)載而定，它是用來協(xié)助馬達(dá)的；而馬達(dá)才是決定車輛速度的主要系統(tǒng)。所以，引擎在大部分的時(shí)間里，都是被設(shè)定在最經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)速域里，才會(huì)來發(fā)揮它的協(xié)助。

MG1、MG2馬達(dá)，以及ICE引擎，三者的轉(zhuǎn)速都是隨時(shí)可變的，它們之間必須互相依賴，才能完成整套Prius的Hybrid系統(tǒng)。MG1的最高轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)(無論正轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn))，但如果在引擎系統(tǒng)被切斷時(shí)，MG1的轉(zhuǎn)速被系統(tǒng)程式限制在6500轉(zhuǎn)之內(nèi)。

我們再去拉動(dòng)那個(gè)圖表，可以看到：如果引擎(ICE)輸出維持在?零?的時(shí)候，讓MG2馬達(dá)做最大輸出，車輛時(shí)速僅能達(dá)到42英哩；而 當(dāng)時(shí)車輛速度超42哩時(shí)，引擎的曲軸就必須要開始一同旋轉(zhuǎn)，否則車輛速度會(huì)無法提升。

但、如果電腦判定此時(shí)引擎動(dòng)力不需要介入(例如高速時(shí)、松開油門滑行)，它的活塞還會(huì)在繼續(xù)運(yùn)行沒有間斷，只是燃燒室里面沒有噴油、點(diǎn)火而已，引擎目前扮演的角色是一個(gè)被動(dòng)元件。

這也就說明了，為什么Prius在時(shí)速42英哩以上行進(jìn)時(shí)，我們完全感受不到它的馬達(dá)、引擎之間的動(dòng)力切換或輸出搭配；原因就是：這兩者在行進(jìn)時(shí)，根本就是一直在運(yùn)轉(zhuǎn)。所以當(dāng)引擎介入/退出動(dòng)力系統(tǒng)，我們完全感受不到車輛的變化(頓挫)，因?yàn)閷σ鎭碚f只是恢復(fù)或取消?供油/點(diǎn)火?的變化罷了。

而我們也可以從原文圖表發(fā)現(xiàn)，MG2、ICE之間的搭配，可以造成MG1馬達(dá)隨時(shí)做出?正向、或逆向?的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以MG1的轉(zhuǎn)向變化也是非常大的。

至于引擎方面，當(dāng)發(fā)動(dòng)時(shí)、它的轉(zhuǎn)速被限制在1000~4500轉(zhuǎn)之間，這也就是阿特金森引擎(Atkinson)最經(jīng)濟(jì)油耗的轉(zhuǎn)速域；而事實(shí)上，它也可以真正的完全熄火停止運(yùn)轉(zhuǎn)，例如進(jìn)行純電動(dòng)車模式行駛時(shí)。當(dāng)引擎熄火時(shí)，MG2正轉(zhuǎn)(前進(jìn))、MG1就逆轉(zhuǎn)，MG2逆轉(zhuǎn)(倒車)、MG1就正轉(zhuǎn)。

而如先前所提，如果在引擎無輸出的狀態(tài)下，它的時(shí)速頂多就只能到達(dá)42英哩，如要再提升速度、引擎(曲軸)就會(huì)被發(fā)動(dòng)來介入輔助運(yùn)轉(zhuǎn)的過程。

從以上的解說可以得知，Prius或Prius C的其中任何一個(gè)馬達(dá)、或引擎壞了，車就會(huì)停擺了 。

如果以為只有馬達(dá)或電池模組壞了，但還可以靠引擎繼續(xù)行駛，其實(shí)那是無法辦到的；因?yàn)轳R達(dá)壞了，車子就沒有變速系統(tǒng)；引擎壞了，馬達(dá)會(huì)立刻耗盡電池電量。