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極致平順如何實現?解析豐田THS混動變速箱

隨著汽車保有量的增長,交通擁堵正變得越來越普遍,這對動力系統的平順性提出了更大挑戰。無論燃油車將AT、CVT、DCT調校得多麼完善,面對走走停停的複雜工況,還是難免暴露出一些瑕疵。與之相比,混合動力系統在平順性方面具備天生優勢,城市駕駛更加愜意。而提到混動,就不得不從豐田THS說起。

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放眼全球,混合動力技術可分為兩大流派,一是以日系為代表的雙電機方案,二是以歐系為代表的並聯式混動。而在日系品牌中,豐田THS(雷克薩斯稱之為LHD)構造最為特殊,透過行星齒輪組實現了油電動力耦合,綜合性能具備一定優勢。儘管豐田將THS的傳動系統稱為E-CVT電子無級變速箱,但本質上它是一種動力分流裝置,結構設計與CVT完全不同。

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雷克薩斯 雷克薩斯LS

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在THS的價值體系中,電機的首要作用並非提供額外動力,而是調節發動機工況,使之儘可能鎖定在高效區間運轉。發動機燃燒產生的熱能用來驅動發電機,發電機與電池配合為電動機輸送能量,再由電動機驅動車輪。如果到此結束,那麼豐田THS似乎與本田i-MMD、日產e-POWER沒有太多區別,但事實並非如此。為了兼顧各速域效能,THS的動力分流裝置採用行星齒輪結構,既實現了混聯,還可改變傳動比。

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按照由內到外的順序,行星齒輪組由太陽輪、行星輪、行星架和齒圈組成。其中,太陽輪、行星架、齒圈與動力輸入或輸出端連線,行星輪不連線動力輸入/輸出機構,始終保持自由轉動。行星齒輪組的各部分轉速只需滿足一個線性關係,而不像P2/P3並聯架構那樣必須維持固定速比。動力透過行星齒輪組實現解耦,分流給不同的輸入或輸出端。

THS是一套雙電機混動系統,其中MG1為低速電機,兼顧發電機與電動機雙重職能,MG2為高速電機,只扮演電動機角色。THS動力分流裝置利用電機來調節發動機轉速,傳動比連續可變,E-CVT之名正是因此誕生。由於動力分流裝置採用剛性連線,動力傳遞更直接,所以傳動效率較CVT優勢明顯。此外,電動機擁有較強的扭矩控制能力,能夠精準而迅速地撫平發動機扭矩波動,帶來細膩、平滑的動力輸出質感。

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作為全球數一數二的巨型車企,豐田集團的產品線頗為寬泛,因此THS系統構型也有所區分。卡羅拉、凱美瑞這類普及型產品配備混動系統,主要是為了提升燃油經濟性和中低速響應性,基於行星齒輪的動力分流裝置完全能夠滿足需求。但對豪華車而言,駕駛樂趣同樣十分重要,因此豐田和愛信聯手打造了效能更全面的Multistage THS,裝配在雷克薩斯LS、豐田皇冠(海外版)等車型上。

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來自發動機、MG1電機、MG2電機的扭矩耦合後,再透過4擋變速機構輸出給傳動軸。具體來看,3-4擋、6-7擋和9-10擋採用機械變速,在上述擋位間切換時MG2轉速會發生變化,其原理類似於燃油車換擋所帶來的發動機轉速升降。其餘擋位間的變速需求由動力分流裝置實現,MG2電機轉速保持恆定,MG1轉速動態調整。

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編輯點評:

效能出色,工程集約,豐田THS為汽車工業樹立了典範。動力分流裝置不僅整合了油電動力,還能夠實現速比調節,令THS在燃油效率和駕駛感受雙方面都有著出色表現。隨著時代的發展,THS也在不斷自我完善,努力為使用者提供更好的體驗。THS II尺寸緊湊,動力表現也有所提升,Multistage THS則提供了混動領域罕見的駕駛節奏感,這讓豐田有著充足底氣去應對電氣化浪潮。