七個(gè)月以前，發(fā)了一個(gè)關(guān)于普銳斯如何實(shí)現(xiàn)電子控制無級(jí)變速的帖子?，F(xiàn)在回過頭來看，好多東西并沒有說透，所以想再探討一下。

　　我們知道，普銳斯是通過電?機(jī)來?現(xiàn)無級(jí)變速。而普銳斯電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很少有科普文章介紹，如果電機(jī)一轉(zhuǎn)就實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，那不是和電瓶車一樣了嗎？經(jīng)過查找網(wǎng)上的資料才知道，通過行星齒輪組實(shí)現(xiàn)油電混合雖然巧妙，但普銳斯的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)才是真正高科技的部分。

　　下面是我根據(jù)網(wǎng)找到的資料綜合的內(nèi)容，加上自己對(duì)電子控制無級(jí)變速部分的進(jìn)一步解讀。有錯(cuò)誤也沒關(guān)系，反正這只是一篇供大家討論的東西。里面的插圖是網(wǎng)上搜集來的，原來英文的部分我盡量翻譯成了中文。

　　首先，普銳斯的動(dòng)力電池是直流電，但卻使用了永磁交流同步電機(jī)。我們常見的電瓶車、電動(dòng)自行車，以及上世紀(jì)60－90年代常見的無軌電車都用直流電機(jī)。那么普銳斯為什么用交流電機(jī)呢？這方面的資料找不到，但我個(gè)人的推測是：原因是動(dòng)力電?的電壓不夠高。普銳斯的動(dòng)力電池電壓只有201.6伏，適用這個(gè)電壓的電機(jī)必然體積很大很重，這在普銳斯這種寸土寸金的小車上是不可行的；提高電壓可以使電機(jī)做得小，傳輸損耗也小。而要提高直流電壓，只有兩個(gè)途徑，一是串聯(lián)更多的電池，要達(dá)到650伏的電壓，就要用三倍于現(xiàn)在的電池?cái)?shù)量（168塊鎳氫電池的3倍是504塊電池），這樣會(huì)使電池的體積和重量無法接受。另一條途徑是升壓。在高壓下工作的交流電機(jī)體積小、效率高、功率大、免維護(hù)，自然成了必然的選擇。

　　既然用了交流電機(jī)，電池電壓也不夠高，動(dòng)力電池就不能直接聯(lián)到電機(jī)，而是必須通過一個(gè)“動(dòng)力控制單元”向電?供。

　　　所謂“動(dòng)力控制單元”（以下稱“PCU”）就是那個(gè)我們打開發(fā)動(dòng)機(jī)倉蓋就能看到的銀色的盒子，里面主要由電壓變換器、交直流逆變器等組成。

　　下面這張圖就是PCU的外觀（打開發(fā)動(dòng)機(jī)倉蓋就能看到）：

　　現(xiàn)在讓我們來看一下PCU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

　　從圖上可以看到，這個(gè)PCU除了通過動(dòng)力接線端子向兩臺(tái)電機(jī)供電以外，還同時(shí)通過逆變器把201.6伏的直流電潯成交流電向空調(diào)供電，并通過降壓變換器把201.6伏的直流電降壓到12V向輔助電器（包括行車電腦、儀表、傳感器和輔助電瓶）充電。不過這是題外話了。

　　PCU?開后是樣的（見下圖）：

　　PCU結(jié)構(gòu)是這樣的（見下圖）：

　　電力總線、電壓變換器、交直流逆變器等就裝在上面這張圖上的動(dòng)力控制模塊里面。

　　下面這張圖是動(dòng)力電池、電力總線、電壓變換器、交直流婺變器與1號(hào)電機(jī)和2號(hào)電機(jī)聯(lián)接的示意圖：

　　首先是由電壓變換器把201.6伏的動(dòng)力電池電壓升高到650伏，再由兩個(gè)逆變器把高壓直流電變成高壓交流電，分別供給1號(hào)電機(jī)和2號(hào)電機(jī)。當(dāng)1號(hào)電機(jī)或2號(hào)電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)模式時(shí)，發(fā)出的是交流電，又要由這兩個(gè)逆變器分別把交流電變成直流電，再由電壓變換器降壓到201.6伏，補(bǔ)充到動(dòng)力電池里去。

　　有人可能認(rèn)為直流電是不能變壓的。但這是老皇歷了。普銳斯采用的是電抗器加開關(guān)二極管實(shí)現(xiàn)直流電雙向變壓，并且能根據(jù)電腦指令實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)壓。同時(shí)，在逆變器里也是采用六個(gè)開關(guān)二極管組成開關(guān)電路再強(qiáng)行變成三相交流電，并且能根據(jù)電腦指令改變交流電的相位，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)。我認(rèn)為這是普銳斯技術(shù)上的一個(gè)亮點(diǎn)。

　　　這里需要特別說明一點(diǎn)，動(dòng)力電池電壓201.6伏是指空載電壓，也就是普銳斯啟動(dòng)之前的電池電壓，啟動(dòng)以后有了負(fù)載，電壓還會(huì)進(jìn)一步下降到140－150伏。這是我從通過OBD接口用Torque Pro軟件測出來的。而PCU的電壓變換器輸出的電壓則是從202伏到650伏無級(jí)變化的，最高電壓才是650伏，逆變器輸出的電流和相位也是無級(jí)變化的，有了無級(jí)變換的電壓和電流，普銳斯?電機(jī)才能實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。

　　問題到這里還沒有解決。PCU根據(jù)什么來調(diào)整輸出電壓、電流和相位的呢？管理PCU的是行車電腦，即“車輛電子控制單元”（Vehicle ElectronicControl Unit, 簡稱Vehicle ECU），這可以說是普銳斯的大腦了。

　　普銳斯有許多ECU，各ECU與電氣的聯(lián)系示意圖如下：

　　圖上的高壓電子控制單元就是控制PCU的行車電腦。它根據(jù)各個(gè)分電腦（ECU）傳來的信息，經(jīng)過比較和處理，不斷地向PCU里的電壓變換器和逆變器發(fā)出調(diào)整電壓、電?、相位、通斷等指令。在第一張圖上，PCU的照片上右邊有一個(gè)黑色的接口，行車電腦的指令就是從這里輸入PCU的。

　　那么，各個(gè)分電腦ECU又是根據(jù)什么來發(fā)出信息的呢？答案是傳感器。普銳斯上的傳感器有可能有上百個(gè)，與無級(jí)變速有關(guān)的主要是下面這些：

　　我不想用許多專業(yè)術(shù)語來描述這個(gè)過程了，因?yàn)槲乙膊皇菍I(yè)人員。簡而言之，我們踩油門的力度、道路?情況、坡度、阻力等都有傳感器監(jiān)測。從這些傳感器獲得的信號(hào)經(jīng)ECU里儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)?較和計(jì)算后，由行車電腦分別向PCU里的電壓變換器和電流逆變器發(fā)出調(diào)節(jié)電壓、電流、相位、通斷的?令，使PCU不停地向1號(hào)電機(jī)和2號(hào)電機(jī)輸出經(jīng)過調(diào)節(jié)的電壓、電流等，從而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的目的。

　　按下EV模式鍵，普銳斯就會(huì)在純電動(dòng)狀態(tài)下以無級(jí)變速方式行駛。只是無級(jí)變速的整個(gè)過程都是看不見、摸不著的。而且這些電氣部件，包括各個(gè)電機(jī)，都不在日常維護(hù)保養(yǎng)清單上。

　　我在上一個(gè)關(guān)于電子控制無級(jí)變速的帖子里列了兩個(gè)公式，其實(shí)反映的是普銳斯的一號(hào)電機(jī)、二號(hào)電機(jī)和汽油機(jī)相互關(guān)系的關(guān)系式。從OBD接口測出來的數(shù)據(jù)和用這兩個(gè)關(guān)系式計(jì)算出來的數(shù)據(jù)基本吻合。但普銳斯的行車電腦是不是真的依照這兩個(gè)關(guān)系式的原則在計(jì)算各種數(shù)據(jù)并發(fā)出指令，我就不得而知了。

　　如果?銳斯是純電動(dòng)汽車，那么對(duì)電子控制無級(jí)變速的解讀到這里差不多就可以結(jié)束了。但普銳斯是混合動(dòng)力車，還有汽油機(jī)，問題就沒有那么簡單了。打個(gè)比方，如果說普銳斯的二號(hào)電機(jī)和汽油機(jī)分別是人的兩條腿，那一號(hào)電機(jī)就是人的胳膊。沒有腿不能走路，沒有胳膊則走不穩(wěn)。電子控制無級(jí)變速與汽油機(jī)又是怎么合作的呢？下面結(jié)合行星齒輪組再分析幾種運(yùn)行情況：

　　如果你不愿意動(dòng)腦筋，后面的文字就不必看了，純屬浪費(fèi)時(shí)間。

　　　雖然行星齒輪組不起變速功能，但是起到了調(diào)節(jié)一號(hào)電機(jī)、二號(hào)電機(jī)和汽油機(jī)關(guān)系的功能。為了說明它們之間的復(fù)雜關(guān)系，還是把行星齒輪組的圖片再用一次吧。

　　這里觀察的重點(diǎn)是四個(gè)行星齒輪。當(dāng)行星座（汽油機(jī)）轉(zhuǎn)?時(shí)，行星齒輪有兩個(gè)負(fù)載：既可以推動(dòng)齒圈，也可以推動(dòng)太陽輪。但是，由于齒圈是聯(lián)著車輪的，推動(dòng)齒圈意味著推動(dòng)汽車，而太陽輪只是聯(lián)著一號(hào)電機(jī)，所以，推動(dòng)齒圈要比推動(dòng)太陽輪困難得多。

　　下面我們再來解讀一下各種情況下一號(hào)電機(jī)、二號(hào)電機(jī)和汽油機(jī)在行星齒輪組的協(xié)調(diào)下同?共濟(jì)的情形。充分發(fā)揮一下你的想象力吧（我假定前面兩篇帖子你已經(jīng)看過）：

　　一、 熱車

　　這個(gè)比較簡單。熱車時(shí)，汽油機(jī)帶動(dòng)行星座正向旋轉(zhuǎn)。請(qǐng)看示意圖：

　　由于此時(shí)車輪（齒圈）未動(dòng)，行星座的正向旋轉(zhuǎn)會(huì)逼得四個(gè)行星齒輪反向旋轉(zhuǎn)，四個(gè)行星齒輪的反向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)太陽輪（一號(hào)電機(jī)）正向旋轉(zhuǎn)，發(fā)交流電，經(jīng)PCU里的逆變器變成直流電，再經(jīng)電壓變換器降到201.6伏給動(dòng)力電池充電。

　　二、起步

　　松開剎車，二號(hào)電機(jī)（車輪）利?一號(hào)電機(jī)發(fā)出的電能開始旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)車輪（齒圈）開始正向轉(zhuǎn)動(dòng)，起初，齒圈的旋轉(zhuǎn)速度低于行星座（汽油機(jī)）的轉(zhuǎn)速，四個(gè)行星齒輪仍舊反轉(zhuǎn)，所以汽油機(jī)仍然只能帶動(dòng)一號(hào)電機(jī)發(fā)電，不能推動(dòng)車輪。這時(shí)完全由二號(hào)電機(jī)以無級(jí)變速方式推動(dòng)普銳斯。

三、加速行駛

　　隨著齒圈的正向轉(zhuǎn)動(dòng)速度的加快，四個(gè)行星齒輪反向自轉(zhuǎn)的速度逐漸下降，當(dāng)齒圈轉(zhuǎn)速與行星座相同時(shí)，行星齒輪的自轉(zhuǎn)停?，只剩下公轉(zhuǎn)，這時(shí)行星座（汽油機(jī)）啟動(dòng)，通過四個(gè)已經(jīng)不再自轉(zhuǎn)的行星齒輪，同時(shí)推動(dòng)齒圈（車輪）和太陽輪（一號(hào)電機(jī)），一號(hào)電機(jī)繼續(xù)向二號(hào)電機(jī)供電并通過PCU向動(dòng)力電池充電。以下是示意圖。

　　對(duì)此，我的解讀是：這個(gè)汽油機(jī)的介入點(diǎn)正是汽油機(jī)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間的起點(diǎn)。這時(shí)，車速，也就是齒圈（車輪）的轉(zhuǎn)速是由二號(hào)電機(jī)（齒圈）與汽油機(jī)?行星座）共同決定的，并不是只由二號(hào)電機(jī)一家決定的。你踩油門的力度不僅提高了PCU的輸出電壓，影響了二號(hào)電機(jī)（齒圈）的轉(zhuǎn)速，還增加了向汽油機(jī)的供油，提高了汽油機(jī)（行星座）的轉(zhuǎn)速。這里有一條重要的原則，普銳斯加速時(shí)，齒圈與行星座必須同步轉(zhuǎn)動(dòng)。二號(hào)電機(jī)（齒圈）轉(zhuǎn)速由PCU提供無級(jí)調(diào)控，而汽油機(jī)（行星座）轉(zhuǎn)速的調(diào)控是通過行車電腦指令增加（減少）供油實(shí)現(xiàn)的。加速過程中，齒圈的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)高于行星座的轉(zhuǎn)速傾向時(shí)，會(huì)使行星齒輪開始正向自轉(zhuǎn)，增加汽油機(jī)（行星座）旋轉(zhuǎn)的阻力，而汽油機(jī)的傳感器感知后，會(huì)通知行車電腦指令加大油門?提高汽油機(jī)轉(zhuǎn)速，使行星座再次與齒圈同步。這個(gè)過程是自動(dòng)的，與我們踩油門的深度無關(guān)。反之亦然。

　　四、勻速行駛

　　勻速行駛時(shí)，普銳斯只需要克服各種阻力，對(duì)動(dòng)力和扭矩的需求大大降低，油門放松（注意，不是放開）后，汽油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，二號(hào)電機(jī)推動(dòng)齒圈（車輪）的轉(zhuǎn)速便高于行星座（汽油機(jī)）的轉(zhuǎn)速。這時(shí)，四個(gè)行星齒輪開始正向自轉(zhuǎn)。這種正向自轉(zhuǎn)會(huì)?動(dòng)太陽輪（一號(hào)電機(jī)）反轉(zhuǎn)。以下是示意圖。

　　但是這里出現(xiàn)了問題：行星座（汽油機(jī)?要通過四個(gè)行星齒輪推動(dòng)齒圈（車輪），其前提是必須對(duì)行星齒輪施加一個(gè)反向力矩（不讓行星齒輪隨意自轉(zhuǎn)）。而能夠提供這個(gè)反向力矩的只能是一號(hào)電機(jī)（太陽輪）。油門放松以后，一號(hào)電機(jī)已經(jīng)在反轉(zhuǎn)了。如果它是處在從動(dòng)狀態(tài)（被行星齒輪推著轉(zhuǎn)），反向力矩?何而來呢？如果行星齒輪沒有了反向力矩，汽油機(jī)（行星座）的?動(dòng)將不會(huì)推動(dòng)齒?（車輪），而是會(huì)把所有的動(dòng)力施加給太陽輪，使一號(hào)電機(jī)狂轉(zhuǎn)，而車輪（齒圈）反而失去推動(dòng)力。為了提供反向力矩，這時(shí)必須給一號(hào)電機(jī)通電，使它工作在電動(dòng)機(jī)模式，使太陽輪主動(dòng)反向旋轉(zhuǎn)，去推動(dòng)行星齒輪。

　　這樣一來，一號(hào)電機(jī)和二號(hào)電機(jī)都工作在電動(dòng)機(jī)模式，要不了幾分鐘，動(dòng)力電池電量耗盡，普銳斯就會(huì)趴在路上動(dòng)不了窩。有人可能會(huì)說，還有汽油機(jī)?工作呢。汽油機(jī)確實(shí)在工作，但是，前面已經(jīng)說過，汽油機(jī)（行星座）要想推動(dòng)?圈（車輪），必須由一號(hào)電機(jī)給它的行星齒輪施加反向力矩?，F(xiàn)在沒電了，一號(hào)電機(jī)動(dòng)不了，反向力矩也沒有了。這時(shí)汽油機(jī)的工作只能是帶動(dòng)一號(hào)電機(jī)給動(dòng)力電池充電，把電充上再接著開。但是，你能允許普銳斯開開停停嗎？

　　豐田的技術(shù)人員解決這個(gè)問題的辦法是，在勻速行駛狀態(tài)，由行車電腦指令二號(hào)電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)模式，給一號(hào)電機(jī)供電，由一號(hào)電機(jī)（太陽輪）作為電動(dòng)機(jī)推動(dòng)行星齒輪，由行?齒輪推動(dòng)齒圈（車輪），形成汽油機(jī)與一號(hào)電機(jī)共同推動(dòng)普銳斯的局面。這種情形與加速時(shí)的情形相好相反。這樣普銳斯的動(dòng)力電池就不會(huì)沒電了。

　　這一切都電子無級(jí)變速系統(tǒng)的杰作。實(shí)際上，加速和勻速行駛是在不斷切換的，深踩油門和放松油門就會(huì)導(dǎo)致PCU里的電壓變換器調(diào)整電壓，逆變器調(diào)整電流相位，瞬間改變電機(jī)的輸出功率、旋轉(zhuǎn)方向，切換兩臺(tái)電機(jī)的功能。電子控制的無級(jí)變速ECVT的這些性能絕不是鋼帶式的CVT所能比擬的。

雷克薩斯CT200可以說是換了馬甲的普銳斯3代，這里的解讀大概也適用于CT。