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        真人棋牌游戏 | 曾经被丰田封锁20年的专利,卡罗拉双擎的关键技术,ECVT!


        2018年06月25日 11:00 来源:车快拍

        本篇是变速箱系列的第五篇,上篇介绍了CVT自动变速箱(不是日系才使用CVT,曾经奥迪也很痴迷!),本篇将介绍丰田混动系统中的关键技术——ECVT。

        在大力推广新能源技术的今天,混动是汽车行业的一个重要发展方向,根据插电与不插电可以分为强混和弱混。在混动汽车领域,丰田堪称是龙头老大,无论是销量还是技术。

        早在90年代,丰田就开发了混动系统THS,并在全球范围申请了一大批的专利,此后一直雄据混动汽车的首位。受制于丰田大量的专利,其他企业在混动领域(特别是弱混)的发展举步维艰。

        卡罗拉双擎

        在丰田混动系统THS中,作为变速系统的ECVT是一项关键技术。丰田自1997年申请专利以来,对ECVT进行了长达20年的技术封锁,形成了在混动领域的霸主地位。

        就字面理解,很多人可能会将其与使用钢带传动的CVT联系到一起。其实它们在技术的实现方式上差异极大,唯一的联系就是都能实现无级变速。

        ECVT通常被使用于弱混车型,需要强调的是,弱混汽车除了发动机外并没有其他动力输入。它与传统燃油汽车的差别仅在于发动机的部分动力通过发电机与电动机再输出到车轮上。正是因为如此,它并不能被称为严格的新能源技术,因为动力的最终来源还是发动机,而无其他。

        ECVT的核心部件是一个行星齿轮系统,结构非常简单,如下图,行星轮支架接发动机、太阳轮接发电机、齿圈通过差速器将动力传递至车轮。可以说ECVT充分利用了行星齿轮系的优势,对整个系统进行巧妙的设计,当你理解了ECVT的原理之后,最大的感受应该是,怎么会有如此简单而又巧妙的设计。

        在下图中,发电机和电动机都是既可发电又可电驱动,在不同的工况下充当不同的角色。

        ECVT的原理

        先明确三个基本要点:

        1 动力分配

        对ECVT最为直接的理解应该是从动力入手,它最为关键的作用就是动力分配。发动机的动力传递至行星齿轮架之后被分成两路,一路流向齿圈,通过差速器传递至车轮,另一路流向太阳轮带动发电机发电,其中:一部分电能被储存在电池,另一部分电能直接驱动电动机,再输出到差速器并传递至车轮。

        ECVT动力分配

        2 固定扭矩比

        在丰田的ECVT中,通过对行星齿轮系的特殊设计,将齿圈和和太阳轮的扭矩比设定为0.78:0.22,即发动机的扭矩78%传递给齿圈(接输出),22%传递给太阳轮(接发电机),这个比值是固定不变。

        但需要注意的是,这个数值是扭矩比,而不是动力比,动力还与转速有关,功率=扭矩 X 转速。

        3 转速关系

        在行星齿轮系中,齿圈与太阳轮的转速合与行星轮支架的转速成正比,即发电机与齿圈输出的转速合于发动机转速成正比。当发动机转速固定时,发电机转速与齿圈输出转速呈此消彼长之势。如果齿圈处于静止状态,发动机转速全部传递给发电机,即发动机所有的动力都用于发电机发电。

        接下来,看ECVT是怎么工作的。

        对于实现车辆的某一速度,实现过程如下:

        - 控制器计算要使车辆达到这一速度,外齿圈需要达到多少转速。

        - 车辆的速度既定、扭矩的分配比固定(上面第2点),计算机只需根据车连负载、重量等信息,就可计算发动机需要提供多大的功力,从而确定发动机的转速。

        - 发动机转速、齿圈的转速确定,通过简单的加减就可确定太阳轮(即发电机)的转速。

        - 通过调节励磁电流,实现发电机所需转速,进而使车辆达到所需速度,完成变速。

        - ECVT中的电机通过来自发电机和电池的电能,将动力传输到差速器,与齿圈一起驱动车轮。

        各个工况下ECVT的状态

        1 车辆静止、发动机工作,如热车、等红灯

        车辆静止,也就是齿圈静止,发动机的转动将强制太阳轮(发电机)反向转动,动力将全部传递给发电机发电,并将电能储存到电池。

        即:发动机全部动力给电池充电。

        2 起步

        车辆静止时,发动机一直在转动,只是动力全部传递给发电机发电。

        在刚起步时,由电池给电动机供电,电动机开始转动,驱动车轮转动,同时也驱动齿圈转动。在齿圈转速达到行星轮支架转速前,发动机动力虽然部分传递给了驱动轮,但是这个过程还是以电机驱动为主。

        即:电机起步,直至达到发动机介入速度。

        3 加速

        当齿圈的转速到行星轮支架的转速后,行星轮停止自转,只剩公转,发动机驱动齿圈和太阳轮同向转动。

        油门加大时,发动机转速提升,齿圈转速随之提高,太阳轮的转速也提高,发电机输出电流增大,电机转速也随之提升,最终叠加在一起并提高了车轮转速,实现加速目的。

        即:发动机介入,与电动机同时工作,实现加速。

        4 匀速行驶

        对于传统变速箱,加速完成进入匀速行驶时,所需动力减少,发动机转速下降,转速通过将档位切入更高档位保持车速不变。

        而对于ECVT,当车辆进入匀速行驶时,车辆所需的动力下降,发动机转速下降。此时,车速不变,因此齿圈转速高于行星轮支架转速,在这种情况下,要实现发动机驱动齿圈,必须让太阳也处于主动的正转,即发电机应切换成电机工作,而原来的电机则需要切换成发电机给电机供电。

        即:发电机和电动机角色互换,与发动机一起匀速行驶。

        5 倒车

        电机反转,带动齿圈反转,发动机转动带动发电机发电给电机供电。

        即,电机反转,发动机给电机充电。

        最后

        在了解完ECVT后发现,ECVT设计原理很简单,但是很巧妙。充分发挥了行星齿轮系的特性,实现了弱混车型的动力分配与变速。

        而这种简单而又巧妙的技术应用,正是机械设计的最高层次。



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