汽车之家|林肯航海家动力系统漫谈——E-CVT混动变速箱到底是怎么工作的|航海家|论坛

序言

好久不写这个系列了，本想就让它这么烂尾吧。大家买了车，尽管用就好了，没有必要了解那么多底层的东西。

似乎林肯近期又做了一波宣传，各种媒体给我推送了自媒体产出的新款林肯Z和林肯冒险家一些文章和视频，其中提到HF45和HF55这两款E-CVT时，从网上东拼西凑的文案中存在不少误谬。

随着信息的传递路径的延长，信息会逐渐失真。目前，这种快餐式媒体宣传方式面前，信息的失真更加严重。只有从底层理解它，才不能被网上各种失真的信息带偏。

这也让我想起了，之前多位“大拿”认为自己在网站、在自媒体视频学的多，搬过其中现成的“结论”来跟我辩论。他们只是Copy结论，而不知道得出任何结论都是有相对应的前提和假设，他们对这些结论的前提和假设一无所知，将那些结论用在不对应的前提和假设下就是不成立的。前提、假设等这些内容是难以用简单的语言讲明白的，这让我感到十分无语。

所以，我还是继续把这一篇写完。这一篇从E-CVT的物理结构入手，扒一扒它是怎么工作的。

由于是一些物理和数学知识，所以极其枯燥。

不过，最起码这一篇还是有能看得见、摸得着的机械构造，不至于全部是数学公式。如果有空间想象能力，就可以打开一片新的世界了。

福特系和丰田系横置布局的混动车型可参考：蒙迪欧、锐界L、卡罗拉、雷凌、凯美瑞、亚洲龙、Rav4、汉兰达、埃尔法、威尔法，以及雷克萨斯ES、NX、RX、LM等等。

感兴趣的，也可以参看这个系列以前的几篇：

漫谈林肯航海家动力系统——HF55混动系统的前生与今世

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它是电动机还是发电机

我们都知道E-CVT内有两个电动机，丰田系叫做MG1、MG2，其中MG=Motor/Generator，即“电动机/发电机”。福特系的叫法与丰田系不同，分别为Generator/Starter、Traction Motor，即发电机/启动器和驱动电机，下文如果涉及将分简写为GS和TM。

从丰田系和福特系的叫法来看，它既是电动机，也是发电机。是的，电动机和发电机是一模一样的。

那么它什么时候是发电机？什么时候电动机呢？

如果它对外作用的扭矩与转动方向是一致的，那么它就是对外做工，也就是电动机；如果它对外作用的力矩与转动方向相反，那么就是外界对它做工，它就是发电机。

通俗一点儿讲，就是电动机跟外界作用力掰手腕，掰赢了，它就是电动机；如果掰手腕输了，它就变发电机。

这是理解E-CVT工作原理必须理解的基础知识。

它既可以是电动机，也可以是发电机。

随便配个图——BlueCruise

行星齿轮组如何起分流作用

关于这个，我如何解释，我想了很久。有一天，我突然想到一个东西，那就是汽车上的差速器。

汽车差速器的转速方程和扭矩方程，我写到下面的图片里。

汽车后桥差速器示意图

汽车差速器有三个输出/输入端，分别为传动轴、左侧车轮和右侧车轮，他们互相牵制、互相作用。下面举几个典型的例子来说明。

1. 传动轴被锁死，转速为零：转速方面，对一个车轮施加力矩使它旋转，另外一侧的车轮会反向旋转；扭矩方面，对一个一个车轮施加向前的扭矩，另外一个车轮施加相同的向后的扭矩，两个车轮的扭矩就不会传递到传动轴上。

2. 左侧车轮和右侧车轮在平直的道路上行驶，两者转速一致，接受到的和对外施加的扭矩也相同，传动轴转速是单个车轮转速的K倍。其中K就是末级减速比，是差速器冠状齿轮齿数与传动轴锥齿齿数之比。

3. 如果一个端为自由端，那么另外两个端不能产生扭矩和转速传递：比如说一侧车轮打滑（为自由端），那么传动轴的转速不能传递到另外一个车轮；将三个端抽象为理想状态，对传动轴施加扭矩，扭矩也不会传递到另外一个车轮。

然后将差速器转速和扭矩方程的系数做一下改变，如下图。他们就变成了行星齿轮组的数学方程。

由于只改变了一次方程的系数，方程的基本特点不会改变。

差速器方程与行星齿轮组方程是类似的。

行星齿轮组构造和物理学方程

随便配个图——雨中堵车

E-CVT的基本机械构造

E-CVT的机械机构是以上面说的行星齿轮组为核心的，但是如果论物理个头大小，行星齿轮组拍到几乎最末位。

关于行星齿轮组的三个输入/输出端各接在哪里，这个各种作文和视频中的基本没有问题，那就是外齿圈通过变速齿外接的是TM和车轮，太阳轮连接的GS、行星架连接的发动机飞轮。

目前的E-CVT内没有任何电动、液压执行机构，上面的“连接”全部为齿轮常啮合，没有任何离合器。

如果说有作动机构的话，那就就只有P档锁止机构为电动控制。

福特系HF55效果图

借用王元祺制作的示意图，水平非常高。

举几个例子说明E-CVT工作逻辑

有了以上三项基本知识的铺垫之后，我们就可以来看一下E-CVT的典型工作场景了。

1. 电动起步：TM通过减速齿带动外齿圈旋转，外齿圈带动差速器壳子旋转，进而带动车轮旋转。来看一下行星齿轮组在干什么？GS为自由端（不是电机，也不是发电机，无任何扭矩），所以外齿圈的旋转扭矩不会传递到行星架上，也就是发动机不会旋转；而有上面刻行星齿轮组转速平衡方程可以看出，此时GS被带动反向旋转，而因没有力矩作用，既不发电、也不消耗电能。也就是说行星齿轮组内部没有相互作用力。

2. 正常行驶，发动机启动：发动机带动GS进行发电，发动机带动行星架对太阳轮输出扭矩，根据上面的行星齿轮组扭矩方程可见，发动机同样回向外齿圈输出扭矩，这部分扭矩进而带动车轮旋转。这就是“分流”这个名字的来源，整个行星齿轮组全部转起来了，发动机的输出一部分分到GS发电、一部分分到外齿圈驱动车轮。电控系统可以控制GS发电的作用力矩，通过控制GS的作用力矩实现发动机输出扭矩的平衡。

3. 电动倒车：其实跟电动起步一样，只不过是电控系统控制TM实现反转。

福特HF45和HF55的结构示意图

上图中各部分说明：1. 驱动电机；2. 发电机/起动机；3. 高压端子；4. 行星齿轮组；5. 驻车杆执行器；6. 变速器油液温度传感器；7. 泵和滤清器总成；8. 差速器支架。

上图中各部分说明：1. 驱动电机驱动齿轮总成；2. 传动轴和齿轮总成；3. 差速器托架和齿轮总成；4. 行星齿轮组齿圈总成。

关于E-CVT的几个误区

1. GS（MG1）和TM（MG2）在大功率请求的时候，与发动机一起，共同驱动车轮。GS（MG1）真的不能作为电机来驱动车轮，它只能发电，唯一作为电动机的机会就是车轮静止状态下启动发动机。不信，可以把GS作为电动机的情形套一下行星齿轮组的两个平衡方程，车辆行驶过程中（外齿圈正向旋转）无法实现方程平衡。

2. 高速时发动机直接驱动车辆，实现发动机直驱。真的没有发动机直驱模式，咱假设它可以实现直驱，那么GS需要锁死（不发电），发动机才能向外齿圈输出扭矩，但是变速箱内没有任何锁止离合器等作动机构。如果实现了直驱，那么发动机的转速就与车轮转速（车速）成正比，不能通过电控来控制发动机转速和扭矩，也就不能保证发动机工作在最佳效率工况（所谓发动机直驱可以降低油耗的结论是有前提的，不一定成立，要不然那些理工科的为什么搞多档DHT呢？）。所以，E-CVT没有发动机直驱模式，这是它与其他混动变速箱的最大的区别之一。

3. 只有刚起步的时候才能纯电驱动。什么时候纯电驱动与动力需求和动力电池电量有关，与车速无关。若动力电池电量许可，即使130公里的时速也可以实现纯电驱动。不信高速上130公里的时速行驶时，收油门，看看是否功率条是不是可以由红色变为蓝色。

一时想不起还有哪些了……