在發此文之前，首先感謝北汽研究院混動開發部朱明總師，正是有他的拋磚引玉，小編才撰寫此文，再次致謝。

為什麼說世界上只有兩種混合動力系統？

在「混動界」，有一句很霸氣的話：這世界上只有兩種混合動力系統：豐田混動和非豐田混動。

這是對豐田混合動力技術的最高褒獎，雖然我作為一名民族主義者並不喜歡日本；

但同時作為一個工程師，技術層面還是能學到很多東西。

先說EV（Electric Vehicle），電動汽車，最近幾年它比較火。

EV和智能汽車捆綁在一起，似乎就代言了未來。

我們身邊越來越多EV的出現，但眼下它和我們最真實的需求，還隔著一層紙的距離。

但HEV(Hybrid Electrical Vehicle非插電式混合動力)，仍然是我們可以選擇的解決方式。

因為，只有HEV才能符合人類「懶」的本性，全上海的插電式混合動力汽車，幾乎統統都不充電!

按道理來說，PHEV(Plug in Hybrid Electric Vehicle插電式混合動力汽車)是一個最完美的結合體，僅憑電池就能完成日常的上下班，還有一套混合動力系統提供更遠的續航里程或更強勁的動力輸出，但現實然並卵——一切以改變使用習慣為原則的新科技，都無法替代現有車型。

五分鐘就能完成加油，誰願意帶著一捆充電線呢?此時我們不得不回望HEV，這似乎纔是眼下最合理的使用方式了。

先不談技術，看看市場對豐田混合動力車的反應情況。

2011年1月加拿大電視臺對溫哥華的計程車(溫哥華90%的計程車為豐田普銳斯)做了一次調查，調查結果顯示豐田普瑞斯計程車(很多總行駛里程都已超過了100萬公里)平均在行駛70萬公里左右才第一次更換電池。

在2016年9月，豐田旗下混合動力車的全球累計銷量已經突破900萬輛，這是其他任何一個品牌都可望而不可及的。而且值得關注的是，豐田混合動力車型達成第一個累計銷量100萬輛用了10年(1997-2007),而從2015年7月底達成800萬輛到如今突破900萬輛，僅用了9個月的時間。

無需外部充電，無需依賴基礎設施，電動系統續航更長的HEV顯然是現今新能源汽車最高效、現實的方向。

廣州、天津、杭州等越來越多的城市都為不插電混合動力「開綠燈」，在我們廣州買一臺豐田雷凌雙擎就不再需要搖號，還能獲得廣州市政府的萬元補貼，看似有點保護本地企業，但卻代表了廣州的態度。

為什麼豐田HEV有更好的動力表現?

豐田這套被稱為THS(Toyota Hybrid System)的系統主要是由兩個電機，一個發動機以及一套動力分配裝置組成，由PCU(功率控制單元)控制整套系統的運轉。

簡單說來，發動機和電池電機各有所長，我們想辦法把發動機儘可能固定在最低燃耗的轉速，在額外需要動力的時候用電池電機的高扭矩輸出特性，二者有效結合。

可以這麼說，THS-II是真正的"混合動力"。為什麼呢？因為它依靠極為精密複雜的結構和超級複雜的計算，讓發動機和電動機可以在大多數時間同時驅動車輛，在享有常規動力車型的直接感和平順性的基礎上，帶來常規動力車型不可企及的燃油經濟性。

豐田的THS-II追求的是電動機和發動機間的互補，低速和加速過程，由扭力更直接、更大的電動機來提供主要動力來源，而在巡航和高速行駛中，發動機則扮演主角來提供平穩的動力輸出平臺，此時電動機多為輔助輸出。

同時藉助一塊電池，就像是電腦的「內存」，把來不及處理的動力保存在其中。

豐田THS幾種工作模式原理分解圖：

豐田由於結構設計因為行星齒輪始終無法解耦，使得無論何時動力都需要分配給兩臺電機，所以導致能量在多次轉換過程中被消耗浪費，但豐田THS Ⅱ省油的關鍵是在行星齒輪。豐田THS系統中，通過對行星齒輪組特性和對齒輪齒數的巧妙設計，以及通過油門踏板位置信號、車輛駕駛條件和蓄電池的充電狀態，計算出發動機目標轉速等信息，從而確定發動機在該時速下最佳轉速是多少，再對MG1進行控制，通過對MG1的控制來對發動機進行調速，使得發動機在任何情況下都盡量地保持在一個較為經濟的工作區間，這時豐田THS系統省油的關鍵。

動力分配裝置的神奇之處在於，可以同時將發動機的動力分配給傳動系統和發電機。

這一裝置通過行星齒輪無縫且有效地進行動力分配，齒圈連接著電動機驅動輪胎，太陽輪連接著發電機，利用發動機的動力進行發電，發動機連接於行星齒輪架，驅動齒圈和太陽輪旋轉。

（這一段內容涉及NGW型行星減速機構，目前我的理解是發動機驅動行星架、電動機驅動太陽輪，齒圈作為動力輸出驅動車輪，待我以後詳細研究，單獨寫一篇文章詳細分析其工作原理。）

每一個不同車速，ECU計算出發動機需要一個怎樣的轉速，然後再計算出1號電機應旋轉多快，通過改變1號電機的轉速，使發動機加速或減速，從而實現像無級變速箱那樣平滑的變速。也因為變速的過程都沒有切斷動力的輸出，因此不會有動力白白流失，而且整個變速的過程都表現的絲絲順滑如德芙巧克力一般。

而2號電機與內齒齒圈相聯的，一起通過減速齒輪和差速器來給車輪補充更多的扭矩(驅動車輛)。得益於此，豐田的「HEV」車型要比同排量內燃機車型要有更好的動力表現。

發動機運轉為電池組充電的過程也是通過這套行星齒輪組協同兩個電機各自何時作為電動機，何時作為發電機來實現;根本無需外接電源充電，媽媽再也不用擔心我出外找不到地方充電了。

單獨開發一套發動機，比T更黑科技

如前所述，要讓發動機兼顧800-8000rpm的轉速，工程師費了多少腦細胞。簡單點兒：如果讓發動機維持在一個定轉速工況，我們就可以挑選出最省油的那個轉速點了。當然這過於立項，那就讓發動機在一個儘可能穩定的工況下工作吧，有了電機的幫助，我們大可以讓發動機變得更惰性一點——不夠力的那一部分讓電動機來幫你。

而純電動狀態，只是在低速且平穩小油門開度時出現，並不追求電動機在整個行駛過程中最大化的出力。整套系統根據電動機和發動機各自最佳的出力階段進行不斷的輸出優化，始終讓二者保持在最理想的狀態。當然，保持這種工況需要一套極其複雜的演算法，並且由豐田THS-II最核心的部件ECVT進行機械層面的協調。THS-II系統會在行駛中的不同階段不停地調整兩個動力源的輸出比例或者切換，想保證平順性就要靠ECVT了。

豐田依靠精密且複雜的THS-II系統獨霸混合動力領域多年，"普銳斯"更是成為了混合動力汽車的代名詞。面對諸多對手，為何沒有一家可以真正挑戰豐田的混合動力技術？成本、效率、平順性，僅這三樣，就很難可以做到出豐田之右。

人家豐田的HEV厲害就厲害在，有巨大的銷量來支撐，豐田肯為HEV單獨開發新的發動機，阿特金森循環發動機和廢氣再循環技術(EGR)用來作為豐田HEV重要組成部分，這一點搞得別家很尷尬——不是每一家都捨得為混合動力單獨開發一套發動機。

對於提升發動機效率，渦輪增壓是歐洲人愛用的方法，提升空氣密度，但小排量渦輪增壓發動機也有個大家都知道的問題，渦輪的遲滯，這是先天的結構問題，工程師只能減小，很難根除。

與小排量渦輪增壓發動機相比，正如我們之前所說，混合動力在低轉速區間可以由電機來支撐扭矩的輸出，所以混合動力並不會被渦輪增壓的遲滯所困擾，從低轉到高轉的輸出特性，更像一臺排量更大的自吸機器。

電池就像電腦內存，高效管理纔是難題

和PHEV插電式混合動力不同，電池在HEV這裡承擔的角色是在發動機和電池電機之間的儲能，當發動機過剩的時候，動力變成電能存下來;當發動機需要電池幫忙的時候，電池開始放電。和電腦內存一個意思。

豐田雙擎(HEV)系統結構上的複雜是為了做出更好的成績單，這個世界上不缺混合動力系統，例如本田IMA、歐洲各品牌廣泛採用的舍弗勒串聯繫統等，僅僅是在傳統發動機和傳統變速箱之間埋一個電機的做法肯定是不夠的。這些流派我們在後續的篇章裡面再講。

總結：

豐田THS是採用了一套被稱之為PSD（Power Split Device）的行星齒輪結構作為整個混動系統的核心，結構非常精妙，並且可以實現變速功能，因此這套系統又被稱為eCVT，但其實豐田THS是沒有傳統的變速箱的。這套系統中，發動機只要在運轉，就幾乎無時無刻的不在發電。中低速的時候，發動機帶動1號電機（副電機）正轉發電，2號電機（主電機）在驅動；超過臨界速度（82km/h）之後，1號電機反轉，與發動機共同驅動車輛前進，2號電機則轉化為發電機。這一切都是在行星齒輪結構下進行的能量分配，發動機的能量幾乎沒有浪費。這種混動模式一般稱之為混聯結構，屬於強混。

豐田THS的優點：一是對電機功率和電池容量沒有太高的要求，可以有效降低整車成本。比如Pruis的電機功率是60kw，而比亞迪秦是110kw，本田的雅閣混動是124kw，通用Volt是111kw。電池容量方面的差別就更大了，Pruis好像是2.3kwh，比亞迪秦是13kwh，雅閣混動是6.7kwh，通用Volt是16kwh。尤其是豐田THS目前還多採用鎳氫電池，而其他技術路線由於對電池性能要求較高而普遍採用鋰電池，因此豐田THS的成本優勢更明顯。二是豐田THS的能量利用效率很高，幾乎沒有浪費的情況。

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