有段時間沒更混動相關(guān)的話題了，之前樓主的幾篇主要介紹了混動的分類、構(gòu)型和48v相關(guān)的。但混動這么多，從技術(shù)的可靠性、成熟度及最重要的成本和節(jié)油效果來說，混動只有兩種：一種是豐田混動，另一種是其他混動。這句話足以體現(xiàn)日本車企在混動方面的造詣，除了豐田，本田在這塊也玩的蠻溜的，例如本田的i-mmd和i-dcd混動方案。在樓主《淺談混合動力構(gòu)型》那篇中，主要介紹了p0~p4構(gòu)型的混動系統(tǒng)，基本沒涉及ps（功率分流式）的，因為ps跟我們常說的p0~p4構(gòu)型還是有很大差異的，而在ps這塊，日本車企有著絕對的技術(shù)優(yōu)勢，如豐田的ths和本田的i-mmd都可歸類于ps式，因此，這篇樓主想對ths和i-mmd這兩種功率分流式的混動方案做些簡單介紹。
01
豐田ths
豐田混動系統(tǒng)從1997年第一代普銳斯推出到現(xiàn)在已有四代（這里插播一段普銳斯的發(fā)展史，在第31屆東京車展，普銳斯概念車首次推出；1997~2003年，第一代普銳斯；2003~2009年，第二代普銳斯；2009~2015年，第三代普銳斯；2015年至今，是第四代普銳斯）。搭載在第一代普銳斯的混動系統(tǒng)即為大名鼎鼎的ths(toyota hybrid system)，后續(xù)由于這套混動系統(tǒng)不斷得到改良并被采用在其他車型上，如豐田、漢蘭達、雷克薩斯上，因此后續(xù)版本都被稱為hybrid synergy drive（hsd），因此它有時也被稱為ths ii。
但不管這套系統(tǒng)如何改進，傳動系統(tǒng)依然具有相同的基本特征：系統(tǒng)由兩個motor generator（分別是mg1和mg2）及行星齒輪系構(gòu)成，行星齒輪系即為所謂的動力分配單元（psd-power split device）；因此hsd作為豐田開發(fā)的一套混動技術(shù)，結(jié)合了電驅(qū)動和無極變速器，豐田也將配置hsd的車型號稱為e-cvt配置，所謂的e-cvt即為上面所述的psd。
ths最核心的部件就是這個psd，與傳統(tǒng)變速箱相比，這套psd可能非常簡單，但實際的效果卻非常強大，可能正應驗了那句越完美的東西就應越簡單，蘋果教主喬布斯的極簡主義這正是如此。
如上圖所示：這套psd包括外齒圈（ring gear）、行星齒輪架（planet carrier）和太陽齒輪（sun gear），外齒圈與mg2相連，太陽齒輪與mg1相連，行星架與內(nèi)燃機相連，其中兩個motor generator的屬性如下：
psd有四個可自由自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)的行星齒輪，當齒圈固定不動（停車狀態(tài)）時，若mg1帶動太陽齒輪自轉(zhuǎn)，可帶動行星齒輪公轉(zhuǎn)從而帶動行星架轉(zhuǎn)動（即啟動發(fā)動機過程）。
當行星齒輪自轉(zhuǎn)，mg2帶動齒圈正轉(zhuǎn)，太陽齒輪可反轉(zhuǎn)；反之，mg2帶動齒圈反轉(zhuǎn)時，太陽齒輪可正轉(zhuǎn)。此外，當外齒圈與太陽齒輪同向轉(zhuǎn)動時，行星齒輪又可進行公轉(zhuǎn)。仔細研究后，你會發(fā)現(xiàn)這套psd的運作之美，而正因此巧妙的設計，才實現(xiàn)了發(fā)動機、電機和車輪之間互不干擾的運作，從而省去了離合器。最終的結(jié)果就是：這套psd可如cvt一樣實現(xiàn)無極變速，外齒圈、行星齒輪架及太陽齒輪三者之間的轉(zhuǎn)速、扭矩及功率會具有如下特性關(guān)系：
psd的傳動比是如何計算的？各齒輪之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系又是如何推導出來的？對于這些問題，起初樓主也挺懵逼，但看了下面這個視頻后就豁然開朗了。
通過上面這個視頻，再根據(jù)這套ths固定的齒數(shù)（zr=78 zs=30），我們可得到相互之間的傳動比及轉(zhuǎn)速關(guān)系，如下：
舉個例子，當汽車以hybrid模式工作行駛時，若車速為75，此時外齒圈、行星齒輪架（即發(fā)動機轉(zhuǎn)速）和太陽齒輪三者的轉(zhuǎn)速將會分別如下：
其次，當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時根據(jù)上面的公式，分配給太陽齒輪和外齒圈的扭矩也是一定的，分別是28%（1/3.6）和72%（2.6/3.6），只要發(fā)動機做功就不會改變此基本事實。因此在實際運作過程中，主要就是控制這三者之間的轉(zhuǎn)速，最終可實現(xiàn)汽車的無極變速，但汽車在行駛時工況很多，雖然psd在機械結(jié)構(gòu)上會很簡單，但控制策略卻非常復雜。下面選幾個工況代表性的說下這套ths的工作模式。
1、怠速充電模式
在停車狀態(tài)，若電池soc過低需要進行充電時，此時mg1作為起動機將發(fā)動機啟動；等發(fā)動機啟動成功后mg1會轉(zhuǎn)為發(fā)電模式，由發(fā)動機帶動mg1進行發(fā)電為電池充電。
2、起步
在起步階段，由于發(fā)動機工作在低效率區(qū)，因此不會參與車輛的起步，此時主要是mg2作為車輛前進的動力源。
3、發(fā)動機參與的工況
當在高速巡航或加速工況，發(fā)動機此時效率很高。其產(chǎn)生的能量一部分可用于驅(qū)動車輛，另一部分則可帶動mg1，此時mg1可直接向mg2提供電能也可用于電池充電。
在發(fā)動機參與工作時，mg1和mg2的工作狀態(tài)可分為如下三種情況：
3.1 cruising: ice power
此時，ice產(chǎn)生的功率一部分直接用于驅(qū)動車輛，另一部分將分配給mg1用于發(fā)電，mg1所發(fā)的電能直接供給mg2工作，mg2發(fā)出的力將加載到驅(qū)動軸上來輔助發(fā)動機驅(qū)動車輛。
3.2、fullacceleration: ice power + battery power
當有大的加速需求，如爬陡坡等工況時，此時在3.1的基礎上，額外需要電池供電給mg2使用來進一步提高此時的動力需求。
3.3 cruising: ice power + battery charging
此工況也是在3.1的基礎上，若此時電池soc過低，同時又不需要更多額外動力，那么發(fā)動機發(fā)出的功率一部分將會直接用于驅(qū)動車輛，而另一部分則用于mg1發(fā)電，但mg1所發(fā)的一部分給mg2使用，另一部分則用于電池充電。
4、減速和制動工況
此時ths系統(tǒng)將會進行制動能量回收，當制動時，汽車的慣性能量將被轉(zhuǎn)化為電能，此時mg2作為發(fā)電機為hv電池充電。
相比第一代ths，后續(xù)的版本都是對之前的改進和加強，例如采用集成度更高、功率更高的電機，其次第一代和第二代外齒圈與車輪之間是通過鏈條傳動，后續(xù)都改為減速齒輪等。總之系統(tǒng)改進上更加緊湊和高效,樓主在此就不詳細對比了，因為基本工作原理都是一樣的，下面是目前的ths ii的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成：
02
本田i-mmd
本田地球夢愿景下，主要有三套混動系統(tǒng)：單電機的i-dcd、雙電機的i-mmd和三電機的sh-awd，并分別在低端、中端和高端車中使用。
本田i-mmd主要由一個驅(qū)動電機（即可作為驅(qū)動電機也可作為發(fā)電機）、一個發(fā)電機（主要作為發(fā)電機）和一個電動cvt構(gòu)成。
本田i-mmd工作模式主要有三種：純電動驅(qū)動模式（ev drive mode）、混動驅(qū)動模式（hybrid drive mode）和發(fā)動機驅(qū)動模式（engine drive mode），與ths相比，雖都有混動驅(qū)動模式，但在i-mmd上，當車輛工作在混動驅(qū)動模式時，發(fā)動機只是驅(qū)動發(fā)電機給電池充電或直接驅(qū)動發(fā)電機給驅(qū)動電機用，實際的驅(qū)動依然只是驅(qū)動電機，而ths在混動驅(qū)動模式下，發(fā)動機和mg2可共同出力驅(qū)動汽車；另外，ths沒有純發(fā)動機驅(qū)動模式。
ev drive mode：與發(fā)動機相連的離合器會脫開，電池給驅(qū)動電機供電，驅(qū)動電機負責驅(qū)動車輛行駛。
其中驅(qū)動電機的特性如下：
制動能量回收模式：在此模式下，，與發(fā)動機相連的離合器會脫開，驅(qū)動電機則工作在發(fā)電機模式進行制動能量的回收給電池充電。
hybrid drive mode：在此模式下，與發(fā)動機相連的離合器會脫開，發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機給電機供電，只由驅(qū)動電機驅(qū)動車輛行駛（系統(tǒng)類似于串聯(lián)式），若發(fā)電機提供的電能高于驅(qū)動電機所需，則發(fā)電機會把多余的電能用于給鋰電池充電。當發(fā)電機提供的電能低于驅(qū)動電機所需時，額外的電能將由鋰電池提供。
engine drive mode：在此模式下，與發(fā)動機相連的離合器會結(jié)合，此時系統(tǒng)工作在并聯(lián)混動模式下，車輛由發(fā)動機直接驅(qū)動，而電機則起到動力輔助或發(fā)電的作用，當車輛需要額外的扭矩輸入時，該電機將起到動力輔助的作用，而當在減速制動時，則會回收能量用于給鋰電池充電。
此外本田還有具有pulg in配置的i-mmd
下圖更加詳細的表示了在不同工況下，i-mmd不同驅(qū)動模式間的切換。
從上圖可看到ev drive mode主要在起步以及低速低負荷時會啟用，以避免發(fā)動機因工作在低負荷區(qū)造成燃油經(jīng)濟性的下降。在低速巡航階段也可能工作在hybrid drive mode ，比如當以ev 模式持續(xù)工作在低速巡航階段，電池電量會逐漸被耗盡，此時需要啟動發(fā)動機給電池充電。在從低速向高速急加速的階段，會工作在混動模式，但此時驅(qū)動電機的所需的電能來自電池和發(fā)動機帶動的發(fā)電機兩者來共同提供，以滿足急加速過程電機所需的能量。而在高速巡航階段，由于發(fā)動機此時效率會很高，因此主要工作在engine drive mode。
下圖是i-mmd e/e架構(gòu)圖，從該圖看的化還是挺復雜的，整套系統(tǒng)最核心就是其能量管理系統(tǒng)，該能量管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)如下兩個目標：
1、保證在車輛在所運行的每一個驅(qū)動模式下都能得到最高的燃油經(jīng)濟性。
2、為了最優(yōu)的燃油經(jīng)濟性，使車輛在不同的驅(qū)動模式間進行平順的切換并保證良好的駕駛性。
03
總結(jié)
從原理上來看，ths和i-mmd兩者都是把電驅(qū)系統(tǒng)作為中低負荷的主要驅(qū)動力，以規(guī)避發(fā)動機工作在燃油經(jīng)濟性很差的區(qū)間?？蓪崿F(xiàn)電機直驅(qū)、發(fā)動機帶動充電或制動能量回收等常見模式下。但ths主要采用不帶離合器的行星齒輪系進行發(fā)動機、電機和發(fā)電機三者之間的耦合，因此相比帶離合器的i-mmd，三者之間的協(xié)調(diào)和切換更加平順。
最后，童鞋們?nèi)绻幸蓡柣蛑刚恼洛e誤的還請留言給我。
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