宝马推出纯电M5，性能车逐渐电气化也成为一种趋势？

作者 | 郑昌舜

来源 | 传动技术

目前全球范围内乘用车最主流的混动系统主要有：单电机并联、双电机串并联（混联）、以及动力分流三种混动结构。

欧洲厂商相对更倾向使用单电机并联的混动结构。按照电机在整个传动系中不同的布置位置，又可以分为P0/P1/P2/P3/P4等结构。

例如德国大众GOLF GTE(参数|图片)(DQ400E)将电机和电机离合器布置于发动机与变速器之间，为 P2的结构；国内市场热销的比亚迪秦(参数|图片)将电机布置在差速器前，为P3结构；比亚迪唐(参数|图片)在秦的基础上，在后桥上又增加了一个电机，形成了P3+P4的双电机并联结构，同时实现了电四驱。

此外，目前热门的48V弱混系统大都是将单电机布置在原来发电机的位置，即为P0结构。

上海汽车的荣威E550(参数|图片)（图 2），三菱欧蓝德(参数|图片)PHEV以及本田的I-MMD混动系统采用的都是双电机混联结构，可以实现串联、并联、发动机直驱等混动模式，本文不作过多的介绍。

在美日混动乘用车市场占据绝对主力的混动结构则是以丰田 THS（TOYOTA Hybrid System）以及通用Voltech为代表的E-CVT动力分流（Power-Split）混动系统。

下面将对这两种系统做下介绍。

1.丰田THS 1/2代系统

丰田普锐斯、卡罗拉双擎、雷凌双擎，雷克萨斯CT200H等混动车型使用的均为 THS（TOYOTA Hybrid System）混动系统。

1.1 结构原理

THS 1/2代混动系统的结构组成如图3所示，由一台阿特金森发动机 （ICE），两个电机 （EM1，EM2）以及一个简单行星轮组成。

ICE与行星架（C）连接，EM1与太阳轮（S）连接，EM2与齿圈（R）连接并与差速器连接以输出动力。该系统可以实现纯电（EV Mode）及 动力分流（Power-Split Mode）两种行驶模式。

1.2 不同驾驶模式的动力流分析

1）纯电模式（EV Mode）

纯电模式下，如图 4所示，ICE处于停机状态（锁止），EM2 通过齿圈直接驱动车辆行驶，此时EM1由于简单行星轮的运动关系处于反向空转的状态。

假设车辆前进时齿圈顺时针旋转（下同），则EM1和 EM2运动关系如图５所示。

2）动力分流模式（Power-Split Mode）：

动力分流模式下，如图7所示，ICE处于运行状态将功率通过行星架输入到行星轮系中，EM1处于负功率的发电状态，EM2处于输出功率的状态。行星轮系各元件运动关系如图8所示。

为了弥补纯电模式下的最高车速较低这一系统限值，丰田在新一代的 THS系统中增加了一组简单行星轮作为减速机构，如图12所示。

第2组简单行星轮的加入一方面可以解决 EM1在纯电模式下空转转速高的问题，对于PHEV的意义更大，另一方面可以降低系统对于 EM2的功率扭矩要求。

2.通用沃兰达Voltech 2代混动系统

2.1结构原理

通用汽车在全新一代沃兰达Volt上使用了Voltech 2代混动变速器。其结构如图13所示，由一台75KW发动机，两个电机（EM1，EM2），一个单向离合器，两组多片式离合器组成。可以实现以下５种行驶模式，其中模式３为单分流模式，模式５为复合分流模式：

1）单电机纯电模式(Single-EM EV Mode）；

2）双电机纯电模式（Twin-EM EVMode）；

3）低增程模式（Low Extended Range Mode）；

4）定速比增程模式 (Fixed Ratio Extended Mode）；

5）高增程模式(High Extended Range Mode）。

2.2　不同行驶模式的动力流分析

1）单电机纯电模式（Single-EM EV Mode）：

如图14所示，单电机纯电模式下，ICE处于熄火状态，离合器2接合使得简单行星轮2的齿圈固定，EM2输出动力到行星轮2的太阳轮，最终由行星轮2的行星架将动力输出至差速器驱动车辆。

2）双电机纯电模式（Twin-EM EV Mode）：

如图15所示，在单电机纯电模式的基础上，双电机模式下EM1也同时参与驱动，其与行星轮1的太阳轮连接，行星轮1的齿圈由于单向离合器的作用而被固定，EM1的动力由行星轮1的行星架输出到差速器共同参与驱动车辆。

3）低增程模式（Low Extended Range Mode）：

如图16所示，低增程模式与丰田 THS的动力分流模式类似，为一种单分流模式。

此时ICE运行输出功率到简单行星轮1的齿圈，一部分功率驱动EM1进行发电，其余功率通过行星轮1的行星架输出到差速器参与驱动车辆；EM2输出正功率，通过行星轮2的行星架输出共同驱动车辆。

4）定速比增程模式 （Fixed Ratio Extended Mode）：

如图19所示，此模式下两个离合器都接合，电机1、行星轮 1 的太阳轮、行星轮 2 的齿圈都被固定，ICE动力输入到行星轮1的齿圈，通过行星架2输出动力到车轮，此时 EM2可以输出功率，也可以发电。但是从发动机到车轮的速比是固定不变的。

5）高增程模式（High Extended Range Mode）：

此为第二种动力分流模式，是一种复合分流模式。此时离合器1接合，离合器2脱开，ICE输出的功率一部分输出到车轮，一部分可以通过 EM2 发电，同时 EM1输出正功率参与驱动。

3.丰田THS与通用Voltech 2 优缺点分析

丰田THS 1/2代混动系统由一个简单行星轮组成，无需离合器，机械结构极其简单，因此材料和制造成本方面优势明显。但其硬件结构决定了只能实现单分流混动模式。

通用 Voltech 2 代由两个简单行星轮组成，同时还需要1个单向离合器和2组多片式离合器进行控制，机械结构上相对复杂了不少，对于变速器布置设计和制造都提出了更高的要求，因此制造成本上无疑更高，同时控制和标定也会更加复杂。但其复杂的机械结构带来了单分流和复合分流两种混动模式，使得其速比范围可以做得更大，同时在复合分流模式下具有更高的混动效率。