TOYOTA普锐斯混合动力驱动器（eCVT）解释

fix2010

　　最近在关心汽车变速箱，看到丰田的混动车具有的一种动力传递机构感到新奇，它不同于普通的变速系统，没有摩擦式离合器，而是采用两台电机、行星齿轮组、大型电池组形成的机械、电子的完美结合体。
　　为了了解它的具体原理，在Ｙｏｕｔｕｂｅ上看到“ Niels Blaauw”发布的用Blender进行模拟的视频，很形象生动，分享一下：

tsai5371

我看了好幾遍~~~{:12_1207:}

ysc

TOYOTA油電混合系統傳動結構很巧妙，利用很簡單的機械元件透過機電整合達到兩種動力耦合、變速等功能，eCVT機構甚至比手排變速箱還簡單。

當然這只是看到研發最後的成果，聽說在研發階段試過100多種方案。

曾經開過第三代PRIUS快三年的時間，購車前後花了很多時間爬文，大致了解豐田油電運作原理，之後換開純油車，時間很快又過了5年！

這段影片有中文字幕：


ICE=汽油引擎
MG1=主發電機 兼 啟動馬達 兼 變速控制馬達
MG2=主驅動馬達 兼 電力回生煞車發電機

fix2010

        “YSC”大能详细谈谈3代Prius的使用感受吗？我想知道Totota的Hybrid车在动力、驾驶、维护方面的表现，感谢！
        我只知道他们的蓄电池容量是蛮小的，在续航上讲，很不堪！说到底，我认为其主要作用还是作为Transmission的过渡附件。因为我看到俺这里一汽Toyota新款COROLLA HYBRID也只配备6Ah左右的电池组，而且依然是Ni-MH，也说明了这一点。

ysc

fix2010 發表於 2018-6-23 10:05 AM
“YSC”大能详细谈谈3代Prius的使用感受吗？我想知道Totota的Hybrid车在动力、驾驶、维护方面的表 ...

相當好的體驗，在台北市區走走停停路況，1公升92無鉛汽油可以行駛約18公里，高速公路不塞車時，1公升大約可以開23~25公里，刻意講究踩油門技巧還可以開超過30公里，比當時汽油車省油很多，雖然後來純油車油耗有大幅精進，但還是油電系統比較省油。
有個很有趣的狀況，高速公路行駛大都會保持高電位狀態，若遇到間歇性塞車，有機會將電量用掉，全程油耗反而更漂亮。

3年持有期間只有例行性保養，沒有發生過故障。

豐田油電系統是很多思考方向折衷的結果，如您所說電池容量太小，但那並不是問題所在，豐田油電混合車跟純電車不同，重點並不是在續航力，而是在於如何跟汽油引擎協同作業，爭取最大能源效率，電池容量夠用就好，容量加大當然可以儲存更多電量，但體積、重量、成本又會是另一個問題。
不要小看這6AH電池，電壓是高達200多V，是用36個電池模組串聯起來，每個電池模組是6顆1.2V鎳氫電池，重量已是40幾公斤，若是容量加倍電池體積、重量肯定也是倍增。

只有在下長陡坡才會感覺到電池容量不夠，因為下陡坡時透過MG2將車子慣性產生電力回充電池，大約只要1公里的向下陡坡就可以將電池充滿，此時若持續下坡則會啟動MG1來帶動引擎，將多餘的電力消耗掉。
平常路況需要大量電力輔助的就只有加速階段，加速完在巡航階段需要的馬力並不高，減速煞車時又將車子慣性動能轉換為電能儲存起來，以備下次加速使用。

豐田油電另一個重點是煞車系統，煞車並不是純油壓機械式，而是電磁煞車跟油壓煞車混合，踩下煞車時是用電力回生煞車還是油壓煞車完全由電腦決定，所以煞車踏板跟油門踏板類似，只是一個發出命令的單元，實際上煞車是由電腦執行，還要模擬傳統油壓煞車回饋到煞車踏板上的感覺，可以說是一個模擬系統。這個煞車系統油壓部分非常複雜，全部做在煞車總泵上。

在台灣從第二代PRIUS開始引進，現在已經是第四代了，依網友使用經驗來說，第二代出奇耐用，有些第三代大電池已更換過或是變頻器、煞車總泵故障過，但年份更高的第二代出問題的卻很少。

蒙古首都烏蘭巴托到處都可以看到PRIUS，尤其以第二代最多，也算是很奇特的現象。

ysc

tsai5371 發表於 2018-6-22 10:37 PM
我看了好幾遍~~~

其實因為原理太過於簡單更是會讓人看不懂.................

這個eCVT原理跟汽車差速器很類似，用後輪傳動車的差速器來解釋比較好理解。

後輪傳動車從引擎來的那根傳動軸也相當於油電混合的引擎輸出，左輪假設為eCVT的輸出，也就是MG2，右輪假設為變速控制端，也就是MG1，最極端狀況將右輪保持自由鬆開狀態，則從傳動軸來的動能都從右輪流失掉(類似右輪泥地打滑)，左輪無輸出能量，反之若將右輪鎖住，則傳動軸的動能全部從左輪輸出，若是利用MG1控制右輪的旋轉速度與方向，則從傳動軸傳輸至左輪輸出的速度將會有各種不同的變化.......

雖然差速器結構跟eCVT不是100%相同，但運作方式很類似。

eCVT有個跟傳統變速或CVT不一樣的特點，就是沒有扭力放大或縮小的作用，不管高低速引擎的扭力都是1:1輸出，不像傳統變速箱或CVT低速檔時有放大扭力的作用，這個問題透過大扭力輸出的MG2來補足，豐田油電系統在最需要大扭力的起步階段都是由電動馬達MG2來提供動力。

fix2010

　　非常感谢“YSC”大详尽的叙述、解析，受益匪浅！
　　只是，这类混动车在这里已经不归为绿色节能补贴范畴。
　　看网路上的品评，如果按个人支出看，还是不大划算。因为，按目前的价位与同品牌同等排量、配置的车子来比，额外支出的部分换作燃油成本来看，回收期显得太长。这还排除维护方面的价格差异。有种说法，一般买这类车的朋友大多是对环保有责任感的。不知“YSC”大对此是否赞同？
　　除却经济适用方面的问题，此类型的车还当真是相当不错的选择。要知道，平时在刹车、下坡时浪费的能源还是挺可观的。目前本地TOYOTA好几个系列都有“双擎”新款，如Prius相同的架构。价格还是偏贵。
　　再次感谢“YSC”大！

changold2

不過高速油耗省得有點詭異，比手排油耗好上50%，除非引擎效率有等比率提升，很難了解增加的效率從那裡榨出來

ysc

fix2010 發表於 2018-6-24 04:32 PM
看网路上的品评，如果按个人支出看，还是不大划算

油電車雖然省油但車價較高，省油性是否能回本？端看日常行駛里程數而定，開越多越划算，以台灣的車價與汽油價格來說，大約每年開2萬公里是個平衡點，行駛里程數越多越早回本，如長途通勤者或是計程車絕對划得來。

不過所謂回本要看如何比較？台灣的PRIUS是從日本進口的，類似等級進口汽油車並不會比PRIUS便宜多少，甚至比PRIUS貴的進口車也多得是，所以若同樣以進口車來比較，PRIUS並沒有回收期太長的問題，從一開始就省錢了。與台灣本地生產的國產車比較當然比較貴，但車體結構、安全配備等屬於不同等級，很難放在一起比。

除了省油性之外還有些附加價值，如停紅綠燈時引擎自動熄火空調照常供應，因為PRIUS壓縮機是吃電的，巷道內慢速行駛是電力驅動安靜無聲，因此經常嚇到路人。豐田油電車沒有單獨的啟動馬達，是靠MG1啟動引擎，沒有啟動馬達保養的問題，煞車大都是靠電力回生，只有最後階段才是油壓機械煞車，因此煞車蹄片壽命特別長，由於MG1也兼具發電機功能，壓縮機也是電力驅動，所以引擎沒有輔機傳動皮帶，省掉了很多耗材保養費用，12V小電池只提供行車電腦啟動時使用，不必負擔啟動馬達大電力負荷，所以小電瓶壽命也特別長。

豐田油電車經常被拿出來討論的大電池更換費用，我並不認為是大問題，大電池台灣是5年保固，過了保固期更換費用大約5萬台幣，開個10幾萬公里花5萬換大電池我可以接受，有些進口車光是換一邊車外後視鏡就要價6萬多元以上，一顆大電池才5萬台幣算貴嗎？

ysc

changold2 發表於 2018-6-24 10:42 PM
不過高速油耗省得有點詭異，比手排油耗好上50%，除非引擎效率有等比率提升，很難了解增加的效率從那裡榨出 ...

就是油電協同作業提高的效率，很多人誤以為豐田油電車慢速靠電高速靠引擎，這是錯誤的觀念，高速行駛時油與電隨時一起搭配協同作業。

另外，豐田油電車引擎跟一般汽油車引擎不一樣，是艾金森循環引擎(Atkinson Cycle Engine)，跟一般引擎最大的差異是膨脹比大於壓縮比，而且是可變的，這也是引擎燃油效率提高的原因之一。

既然如此為何一般汽油車不選用Atkinson引擎？因為Atkinson引擎動態範圍很窄，只在特定轉速區間效率才會好，通常都是調教在正常行駛的轉速，那低速時起步需要較大扭力就會有問題了，豐田油電系統是透過搭配大扭力MG2來解決起步問題，由於有這種特性，在一般純油車無法搭載Atkinson引擎。

其實不對稱膨脹比壓縮比並不是只出現在Atkinson引擎，汽油車引擎也有，如ALTIS在台灣國產化時，規格表上標示引擎壓縮比為13，但建議使用汽油卻是92無鉛，當時大家很懷疑真的不會爆震嗎？事實上長期使用並沒有問題，因為標示的壓縮比13其實是膨脹比，實際壓縮比應該才9點多.......利用不對稱膨脹比壓縮比來提升省油性，只是不對稱比例比Atkinson引擎低。

PS：Atkinson引擎在很早期就出現了，只是原形Atkinson引擎區軸機構太過於複雜，真的是進氣與點火爆發行程不同，導致耐用度有問題，豐田是利用VVTI技術在一般引擎實現不對稱膨脹比壓縮比，其實是利用進汽門晚關，讓一部分進氣推回進氣岐管，達到類似Atkinson Cycle效果。

changold2

ysc 發表於 2018-6-24 11:19 PM
就是油電協同作業提高的效率，很多人誤以為豐田油電車慢速靠電高速靠引擎，這是錯誤的觀念，高速行駛時油 ...

多謝解說，其實油電協同作業低速省油很容易理解，大多數內燃機低轉數效率都滿差的，所以一堆需要低速高扭力運轉的車輛，像300T礦砂卡車，南非山貓式裝甲車，英國彎刀式裝甲車都在搞油電協同，否則油再多都不夠燒

不過小弟感到奇怪的是Atkinson引擎的效率有高成這樣嗎，一般1.6L手排車純跑高速公路不塞車大概16-18KM/L，利用VVTI技術在一般引擎實現不對稱膨脹比壓縮比也有一段歷史了，可是市面上除了柴油車幾乎看不到能源效率跟手排車差不多的自排車

ysc

changold2 發表於 2018-6-25 03:58 PM
多謝解說，其實油電協同作業低速省油很容易理解，大多數內燃機低轉數效率都滿差的，所以一堆需要低速高扭 ...

不要用傳統汽車動力結構來思考豐田油電系統，除了引擎不同之外，整個傳動系統都完全不一樣，傳動效率比傳統變速箱高很多，簡潔到連倒車擋都沒有，是靠MG2反轉來倒車。

我前面說的油耗數據是個人使用三年的經驗，是一般人真正可以開到的數據，不是實驗室測試值，有位酷友現在還在開第三代PRIUS，油耗數據更是比我好很多，所以被稱為老漢推車.............

PRIUS是豐田的油電示範車款，著重於省油性，連車體都經過流體力學設計，儘量減少風阻，導致外型有些怪異，CAMRY油電省油性就沒PRIUS好，甚至LEXUS油電車款則是以輔助性能為考量，省油差距更少些。同一套油電系統用在不同車款上，有其不同商業定位。

PMC

ysc 發表於 2018-6-25 04:14 PM
不要用傳統汽車動力結構來思考豐田油電系統，除了引擎不同之外，整個傳動系統都完全不一樣，傳動效率比傳 ...

  乾! 躺著也中槍！

我就是苦主推車老漢 , 平時在市區上下班開一公升約25km > 28km (有跟上車流沒當路隊長)

如果用省油開法一公升約29km > 31km (這還不算是厲害! 車友中還有更厲害的高手!)  

(我一桶油45公升有開過 : 1340公里過! )

changold2

ysc 發表於 2018-6-25 04:14 PM
不要用傳統汽車動力結構來思考豐田油電系統，除了引擎不同之外，整個傳動系統都完全不一樣，傳動效率比傳 ...

小弟有個疑問，以prius的效率作驗證，atkinson引擎用在發電機應該滿合適的，可是小弟拆過的發電機引擎都是傳統奧圖循環式，這是為什麼呢

ysc

changold2 發表於 2018-6-25 11:47 PM
小弟有個疑問，以prius的效率作驗證，atkinson引擎用在發電機應該滿合適的，可是小弟拆過的發電機引擎都 ...

這我就無法回答了.........

mine406

changold2 發表於 2018-6-25 11:47 PM
小弟有個疑問，以prius的效率作驗證，atkinson引擎用在發電機應該滿合適的，可是小弟拆過的發電機引擎都 ...

因為會增加成本 要暖機程序 奧圖循環 固定轉速 利用特定汽門疊角 在那轉速下效率也不差
阿特金森 沒熱 效率比傳統還慘(耗油無力 沒有熱就沒有漂亮的膨脹比) 發電機通常要馬上能發電應用上可能有天性的缺陷
在中大組的發電機直接用柴油壓燃機 效率不會輸小顆阿金森循環汽油機
可以問問看PRIUS的車主 冷機是不適引擎會定在某轉數 油門踩下去 轉速扔固定 只靠電機在加速


礦車 那是把引擎當發電機 因為引擎低轉沒力要靠很大的減速比來增加扭力改成馬達 直接走效率好過一大坨變速機構
減速因為重量問題 用傳統的做法來令噴水也不夠用 用電機來減速 可以省很多制動力(減出來的電用電阻來放電)

這車屌再用電池吹冷氣羨慕阿:sam21  還沒皮帶跟墮輪 油門全開 冷氣不會拖動力