7 混合動力變速器
    7.1行星齒輪
    在任何汽車變速器中，齒輪都被視為重要零部件之一，無論是自動變速器還是手動變速器，齒輪均可用來傳輸扭矩和動力，并改變車輛的速度和方向，行星齒輪組可視為傳輸或增加扭矩的基本方法，行星齒輪組由三個齒輪（一般構(gòu)成一個行星齒輪組）組成，如圖73所示。

    1．太陽輪
    行星齒輪傳動中，與行星架同一軸線的外齒輪和內(nèi)齒輪稱為太陽輪。它就像太陽位于太陽系中心一樣，太陽輪一般位于齒輪系的中心，其他齒輪圍繞其旋轉(zhuǎn)。
    2．行星齒輪架上的小齒輪
    行星小齒輪安裝在行星齒輪架上，并圍繞太陽輪旋轉(zhuǎn)，并一般均勻布置在太陽輪周圍類似于太陽系中行星圍繞太陽運轉(zhuǎn)。因裝配在行星齒輪架上而得名，行星小齒輪與太陽輪和內(nèi)齒輪常嚙合。
    3．內(nèi)齒輪（或環(huán)形齒輪）
    內(nèi)部環(huán)形齒輪環(huán)繞整個齒輪系，其輪齒在內(nèi)部直徑上切割而出，內(nèi)齒輪與行星小齒輪常嚙合。
    4．行星齒輪組裝配
    該裝配由太陽輪、帶有行星小齒輪的行星齒輪架和內(nèi)齒輪組成。因為這些齒輪彼此常嚙合，所以某個齒輪被驅(qū)動或制動時，其他齒輪會受到影響。
    行星齒輪組裝配有三個特征：
    一是，它有助于能量加強和提高效率，齒輪架上有三個或四個小齒輪，內(nèi)齒輪及太陽輪與所有小齒輪嚙合，由此能量強度在整個齒輪系中得以平均分配。二是，齒輪始終處于嚙合狀態(tài)，可減少齒輪沖撞的可能性。三是，因為所有齒輪位于同一軸上，所以行星齒輪組裝配結(jié)構(gòu)緊湊。

    7.2行星齒輪的傳動方式
    每個行星齒輪組可以有多種力矩傳遞方式，如圖74所示。

    1．減速驅(qū)動
    減速驅(qū)動是指太陽輪轉(zhuǎn)動，而內(nèi)齒輪被制動，太陽輪驅(qū)動圍繞固定內(nèi)齒輪內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的小齒輪，此種運行方式致使行星齒輪架也開始旋轉(zhuǎn)，但其速度低于太陽輪，在齒輪架驅(qū)動輸出軸的情況下，該配置大大降低了齒輪速度。
    通過運行齒輪系統(tǒng)減速，可增加扭矩并降低相對于輸入速度的輸出速度，即輸入速度（rpm）大于輸出速度。
    2．直接驅(qū)動
    輸出軸與輸入軸的轉(zhuǎn)速（rpm）相對相同時，直接驅(qū)動開始，以同樣的速度驅(qū)動行星齒輪組中任何兩種齒輪時，直接驅(qū)動啟動。這種運作方式使齒輪系中的第三種齒輪以相同速度旋轉(zhuǎn)，在直接驅(qū)動中，輸入軸和輸出軸每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù)相等。
    3．超速傳動
    驅(qū)動行星齒輪架，制動太陽輪，可實現(xiàn)超速傳動，當小齒輪圍繞固定太陽輪的外部旋轉(zhuǎn)時，將驅(qū)動內(nèi)齒輪以同樣方向旋轉(zhuǎn)，但是速度要快于行星齒輪架，隨著內(nèi)齒輪驅(qū)動輸出軸，該種配置實現(xiàn)超速傳動。
    在超速傳動時，輸入扭矩減少，相對于輸入速度的輸出速度增加，這意味著，輸出軸的速度（rpm）要大于輸入軸的速度。
    4．反向驅(qū)動
    反向操作，是通過制動行星齒輪架和驅(qū)動太陽輪來實現(xiàn)，該操作導(dǎo)致小齒輪反向驅(qū)動內(nèi)齒輪將速度減慢，而雙模式混合動力設(shè)備（如電動汽車）及內(nèi)燃機（ICE）中的行星齒輪組不需進行反向操作。

    7.3電動無級變速器的結(jié)構(gòu)
    1．單模式EVT
    混合動力電動車的電動無級變速器（EVT）有幾種配置方式，最簡單的方法是進行INPUT SPLIT設(shè)計，可以利用行星齒輪組對內(nèi)燃機（ICE）和電動機／發(fā)電機（M/C）之間的能量輸入進行融合，在EVT能量輸出處增設(shè)電動機／發(fā)電機。
    由于電動機／發(fā)電機A連接至行星齒輪組太陽輪，因此電動機／發(fā)電機A的轉(zhuǎn)速有所變化以保持內(nèi)燃機（ICE）最高效率的速度（約2000r/min）。電動機／發(fā)電機B以最終驅(qū)動速度運行。
    電動機／發(fā)電機A主要發(fā)揮發(fā)電機性能，以給混合動力蓄電池（ESB）充電，并向電動機／發(fā)電機B提供電能。INPUT-SPLIT式EVT設(shè)計取決于有效功率約為75％的電動一機械動力傳遞路徑。通過比較，全機械動力傳遞路徑的有效功率約為95%.
    INPUT-SPLIT式EVT具有單一的行星齒輪組，所以只能用單一速度“寬度”對其進行設(shè)計。電動機／發(fā)電機A在不必旋轉(zhuǎn)也可保持發(fā)動機的最高效率速度時，可達到“最高效率”點。這種設(shè)計只適用于低速行駛，高速行駛時，需要更大的電動一機械功率，并且燃油經(jīng)濟性效率要低于可比較的非混合動力車輛。因為INPUT-SPLIT式EVT只有單一速度“寬度”，所以其設(shè)計被稱為單模式EVT，其結(jié)構(gòu)如圖75所示。

    僅電力驅(qū)動：
    ·車輛啟動后，車速約為30 m/h；
    ·始終反向驅(qū)動車輛；
    ·在電動機／發(fā)電機A和最終傳動之間融合發(fā)動機輸出功率；
    ·在ESB和電動機／發(fā)電機B（最終傳動）之間融合電動機／發(fā)電機A輸出功率；
    ·高速行駛期間，將ESB能量傳遞給電動機／發(fā)電機B；
    ·在減速／制動期間，最終傳動旋轉(zhuǎn)電動機／發(fā)電機B,．使其產(chǎn)生電能并為ESB充電（再   生制動）。
    僅機械力驅(qū)動：
    在沒有離合器的情況下，輸入功率一融合式EVT設(shè)計依賴于電動機或發(fā)電機上的電能，以在車輛推進期間將動力傳輸給行星齒輪組，由于行星齒輪組“自由輪離合器”的作用，在沒有電能的情況下，操作輸入功率一融合式EVT的任何嘗試將導(dǎo)致非常的發(fā)動機輸入速度和沒有（或極低的）輸出速度。
    2．雙模式混合動力變速器
    MG的雙式混合動力電動車輛的電動無級變速器（EVT）是一種POWERSPLIT式設(shè)計，POWERSPLIT設(shè)計，即行星齒輪組使變速器的能量輸入在發(fā)動機和電動機／發(fā)電機之間得以融合。附加行星齒輪組置于電動機／發(fā)電機和EVT能量輸出之間，也置于兩個電動機／發(fā)電機之間。INPUT-SPLIT與OUTPUT-SPLIT設(shè)計被稱為COMPOUND-SPLIT EVT，即雙模式混合動力變速器，其結(jié)構(gòu)如圖76所示。

    在附加行星齒輪組的作用下，電動機／發(fā)電機A和電動機／發(fā)電機B的速度有所變化以保持發(fā)動機最有效率的速度。
    在低速／輕載荷的情況下，GM的雙模式混合動力變速器采用INPUT-SPLIT設(shè)計結(jié)構(gòu)（單模式）。車輛以特定的速率行駛時，變速器內(nèi)的所有零部件以同樣的速度旋轉(zhuǎn)。實現(xiàn)“同步”）速度時，啟用離合器并運行附加的行星齒輪組，附加行星齒輪組可使EVT切換到更高的齒輪傳動狀置并運行COMPOUND-SPLIT模式（雙模式）。
    帶有兩個齒輪傳動裝置的配置下，GM的雙模式混合動力變速器比單模式（輸入功率一分離式）混合動力設(shè)計擁有更多的功效優(yōu)點：
    ·較小的混合動力蓄電池儲存；
    ·較小的電動機／發(fā)電機（M/G）；
    ·在城市區(qū)間或高速行駛時，比非混合動力車輛效率高；
    ·有效率更高、更加穩(wěn)健的全機械功率路徑可用；
    ·保持車輛最高效率速度或牽引時，本身性能沒有損耗。
    電力驅(qū)動：
    ．車輛啟動后，車速約30 m/h；
    ·始終反向驅(qū)動車輛。
    電力-機械力驅(qū)動：
    ·在電動機／發(fā)動機（M/G）A和最終傳動之間融合ICE輸出功率；
    ·高速行駛期間，將ESB能量傳遞給電動機／發(fā)電機（M/G）B ；
·在減速／制動期間，最終傳動旋轉(zhuǎn)電動機／發(fā)電機（M/G）B產(chǎn)生電能并為電池組充電（再生制動）。
    僅機械力驅(qū)動：
    在特定速度和載荷期間，多片離合器制動行星齒輪組，可使內(nèi)燃機在無任何電能使用的情況下推進車輛行駛。
    由于單一模式（INPUT-SPLIT）設(shè)計只依賴于電動一機械功率路徑，因此在大量能量需求期間，車輛混合動力蓄電池將會放電。在混合動力蓄電池電量較低的情況下，車輛的最高時速會有所降低，因為內(nèi)燃機（ICE）必須推進車輛而不能夠支持混合動力蓄電池電能。GM的雙模式混合動力變速器可利用全機械功率路徑，因此不需要電能來保持所需的車輛運行。
    例如，生活中的變速自行車，帶有單齒輪傳動裝置的自行車如要登上陡峭的階梯，需要身材高大、體質(zhì)健壯的騎手，同時在登上階梯時，該騎手很難快速地蹬自行踏板并且將消耗很多能量，如圖77所示。

    然而將多齒輪傳動裝置安裝在自行車上，身材較小的騎手也能登上同樣陡峭的階梯，并且與帶有單齒輪傳動裝置的自行車相比，他將消耗較少的能量。
具有單一模式（INPUT SPLIT）設(shè)計的單模式混合動力車輛只配置一個行星齒輪組，所以它有與單速自行車很像的單齒輪傳動裝置。而在構(gòu)造一輛混合動力一電動的運動型車輛時，能量需求必須包括如牽引重載荷等情況。沒有多齒輪傳動裝置的情況下，混合動力電動零部件的型號不容易或不可能與車輛相結(jié)合或滿足駕駛員的期望。

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