凤凰网汽车

凤凰网汽车>全媒体>正文

都知道CVT，那 E-CVT和它有血缘关系吗？

2018年07月04日 18:08:01

分享到：

来源：踢车帮

为了在科学严谨地阐述两款变速箱工作原理的同时保证文章的可读性，我将从专业和非专业两个角度去详细讲述E-CVT和CVT两款变速箱的异同。专业版讲解在前，需要读者具备一定的机械常识。非专业版讲解在后，只求通俗易懂，但可能会丢失一定严谨性。

最近有不少踢车帮粉丝留言问，E-CVT和CVT到底是不是同一种变速箱？我想这确实值得在《讲堂》栏目中为大家带来详细的科普。因为“CVT”这个字眼确实太具备迷惑性了，以至于让大家都以为E-CVT和CVT是同一种结构的变速箱。所以在文章的开头，我很负责任地告诉大家，不要以为名字里都具备“CVT”，就认为两者有什么血脉相连的关系。

其实，E-CVT并不是一种官方的名称，它源自于丰田Hybrid Synergy Drive(HSD)油电混合动力系统，也就是基于Toyota Hybrid System(THS)改进而来的行星齿轮组式动力分流结构(Power Spliting Device)。因为在驾驶体验上与传统的CVT变速箱相似，同时为了能够在生产监管目录上进行明确的分类[1]，丰田才为HSD动力分流结构起了个别名，叫做“E-CVT”。

真•ECVT，这是电控磁粉离合器+机械式无级变速器，并不是我们今天讨论的E-CVT

如果认真去扣ECVT（没有横杠）的字眼，却发现这是一款由日本富士重工（Fuji）和荷兰VDT公司（Van Doorne’s Transmission,发明CVT变速箱的鼻祖）联手研发的电控机械式无级变速器[2]，全称为Electronically Controlled Continuously Variable Transmission。注意，这台ECVT本质上就是一台普通的机械式无级变速器，只不过发动机飞轮与CVT输入轴之间用一个电控磁粉式离合器相连。该变速箱显然不属于我们今天讨论的话题范围之内，因此仅供知识拓展。

福特自主研发的代号为HF35的E-CVT

另外，福特在2004年就曾独立研究出来与丰田HSD类似的动力分流结构，不过受限于专利保护，福特用部分尾气排放方面的科学专利作为交换条件，从丰田那里获得了21项HSD专利授权[3]。所以强调一下，只要是行星齿轮结构的动力分流装置，我们才可称其为E-CVT，而且准确的说，E-CVT只是一个混合动力分流装置，并非我们传统认知上的变速箱。

•首先，传动比是什么意思？

传动比是指传动机构中两个转动构件角速度的比值，常见的转动构件包括齿轮和齿轮、链条和齿轮、涡轮蜗杆等等。在齿轮啮合传动中，传动比由主被动齿轮的齿数决定，或者由主被动啮合齿轮的节圆半径决定。所以说，一旦两个啮合齿轮确定，那么由这对齿轮构成的传动结构中的传动比就会保持不变。

主动A齿轮有25个齿，从动B齿轮有75个齿，因此传动比为3

传动比不仅决定着两个转动构件角速度的比值，如果两个构件之间存在力矩传递，那么力矩的关系也由传动比决定。以一对齿轮副传动为例，当主动齿轮转速和扭矩一定时，传动比越大，说明从动轮的转速越小，减速效果越明显，此时从动齿轮获得的扭矩越高，扭矩放大效果越明显。如果传动比越小，则相反。

传动比计算公式，1表示主动齿轮，2表示从动齿轮

MT/AT/AMT/DCT这几类变速箱内部都有好几对传动比固定的齿轮副以构成多级挡位，目前市面上常见的非串联单体变速箱的挡位数量介于4~10之间不等。为什么需要不同的挡位？因为发动机的经济转速区间大体上是固定的，为了保证汽车在不同车速时发动机均能保持在经济转速区间内，所以需要变速箱来提供不同的传动比。

换挡过程会使变速箱输入轴和输出轴之间的传动比发生阶跃式变化，所以产生冲击是必然的，唯一的方式是通过控制离合器接合的快慢速度来进行削弱。所以CVT无级变速器巧妙就巧妙在，它内部没有齿轮副传动结构，也就不存在固定传动比，但是可以通过金属带和工作轮之间的配合实现传动比的连续平滑变化。

•E-CVT和CVT的共性

先说两者的相同之处，因为用一段话形容就足够了。首先，两者都可以保证发动机转速和车轮转速之间的总传动比始终处于连续平滑的变化之中，并且无论车速怎样变化，发动机转速基本都会稳定在经济运行区间。其次，两者反馈给驾驶员的驾驶感受相似，“越踩越有”就是对该驾驶感受的最佳形容。既然没有换挡过程，那也就不存在换挡冲击，即所谓的顿挫感。

•E-CVT和CVT的异性

先从传动结构上说起。传统的CVT变速箱由金属带、工作轮、液压泵、起步离合器和控制系统等组成。变速系统中的主、从动工作轮分别由固定部分和可动部分组成，固定部分和可动部分间形成V型槽，剖面同样呈V型的金属传动带在槽内与工作轮啮合。当主、从动工作轮的可动部分作轴向移动时，V型槽便会挤压传动带向外径向扩张，即可改变传动带与工作轮的啮合半径，从而改变了传动比。

工作轮可动部分轴向移动以挤压传动带径向扩张

E-CVT其实就是一个行星齿轮结构加两个驱动电机。其中，太阳轮与1号电机相连，行星架与发动机飞轮相连，齿圈同时与2号电机和E-CVT输出轴相连。利用行星齿轮结构中各部件的转速关系实现发动机飞轮端输入轴和齿圈输出轴之间传动比的连续变化。

最右面方框里的行星齿轮机构是2号驱动电机的减速装置

然后分析工作原理。CVT可以视为皮带传动，如果不考虑传动带的打滑现象，那么可以认为CVT变速箱的瞬时传动比就是从动工作轮与主动工作轮工作半径之比，即传动系统有且仅有一个自由度。所以，每一时刻的减速效果和扭矩放大效果都是由传动比确定的。

但是E-CVT却无法用“传动比”去描述输入轴和输出轴之间的关系。因为在行星齿轮结构中，存在两对可以相对独立运动且互不影响的齿轮副，即该传动系统具有两个自由度，有点类似差速器的工作原理。所以，发动机转速和E-CVT输出转速之间的比值并不等于二者扭矩的比值：因为前者是随时可以变化的，而后者几乎是一个定值。

1代表太阳轮（1号电机），2代表齿圈（输出），3代表行星架（发动机）

上图所示的公式是行星齿轮结构中各构件运行角速度的关系，可以看出，如果想要将发动机转速保持在一定范围之内，只需要根据齿圈的旋转速度调节与太阳轮相连的1号电机的转速即可。但是各部件之间的转矩之比却是固定的，想要得到大扭矩输出，电机和发动机则必须按照固定比例同时放大。

最后是应用场景不同，CVT的输入输出只能是同一种动力源。而E-CVT是混合动力车辆专属的结构，利用行星齿轮传动结构中两自由度的特性，巧妙地将电动机和发动机的动力整合在一起对外输出。对了，E-CVT并不属常规混合动力系统P0/P1/P2/P3/P4分类中的任意一种构型，因为它的本质就是一个动力分流结构，油电两种动力在其内部即可实现耦合。

E-CVT的内部结构其实要比CVT、AT等传统变速箱简单的多，那么，丰田的核心技术到底在哪里？答案是在软件层面的控制逻辑上。常见的运行工况包括怠速、起步、小负荷加速、大负荷加速、匀速巡航以及减速，每种运行工况下又可细分出多种更具体的工况。那么，如何控制两个电机在每时每刻都能输出精准的转速和扭矩，这是需要通过大量软件仿真、台架试验、整车实验才能标定出来的。而且，面对如此复杂的控制系统，怎样保证其运行时的鲁棒性和稳定性，同样需要技术成熟并且可靠的高精度算法。

•非专业版解释：骑过自行车下台阶吗？

危险动作！不建议大家去尝试，但这是我能想到比较合理而又通俗易懂的比喻。骑着自行车下降同样的高度（传动比由高到底），MT/AT/AMT/DCT就像是一层层台阶，而E-CVT和CVT则像是一个坡道。前者内部存在着齿轮结构使传动比像台阶一样断层分布，而不是连续变化的，所以会在换挡过程中产生顿挫感。后者内部并非采用传统变速箱的齿轮传动形式，但是传动比可以连续平滑的变化，因此不存在换挡过程。

CVT工作示意图

E-CVT行星齿轮结构工作原理示意图

不过，CVT和E-CVT的内部结构和用途却截然不同，前者是靠金属带搭配可变直径的工作轮实现无级变速，只可传递同一种动力源；后者是靠行星齿轮组天生的传动特性实现无级变速，能够汇合两种动力源（油+电）并对外输出。就像同样的坡道，一个是沥青路面，另一个是大理石路面，一个每次只允许单车同行，另一个则允许多车通过。虽然道路铺设的材料、准许通行条件不同，但路面反馈给自行车骑手的主观感受是相似的。