功率分流式（Powersplit）混动系统（一）

在汽车界，提到功率分流式混动系统，第一想到的自然是丰田普锐斯。普锐斯系统对于汽车业界的意义可以与iPhone对手机业界的影响相媲美。普锐斯（1997年问世）和iPhone（2007年问世）的设计方案从发布以来不曾改变，可以说是从一开始就达到了完美。正是丰田，正是普锐斯，让功率分流系统在全球汽车业界达到今天的位置。

功率分流系统正如其名，就是将发动机功率分成几个支流，分别传输到车轮上。我们就要问了，怎么实现分流？这个，这就是变速器的任务了。变速器在功率分流系统中担当着核心的作用，按照变速器结构的不同，功率分流系统又可以分成输入式、输出式和复合式几种不同的形式。各个系统都有各自有意思的地方。

今天的第一篇中，暂不去讨论那些技术上的细节，我想聊聊功率分流式系统的故事。

来看看最早的功率分流系统

虽然说丰田普锐斯在今天最为出名，但是最早的功率分流系统应该归功于 Thompson Ramo Wooldridge Inc.（TRW）公司。1960年代，在阿波罗登月的时期，TRW的工程师研制出了第一款今天意义上的功率分流驱动系统。整个系统中包括一个发动机、两个电机和一个行星齿轮组。其中，一个电机用来调节发动机的转速，另一个电机用来对汽车的驱动扭矩进行调节。TRW系统在系统结构上与今天的丰田普锐斯系统稍稍有不同¹，但原理一摸一样。

今天，我们仍可以查到当时TRW公司申报的专利²。可惜的是，60年代的时候，连阿波罗登月飞船上的计算机都没法做大规模快速运算³，更别说真正意义上的车内用ECU了。那时候，驱动系统所有的控制都只能由机械或油压控制实现。发动机、电机的精密协同控制可以说是天方夜谭，因此，TRW的这个系统也只能束之高阁。

美国的PNGV组织

时间飞跃，1993年，美国政府建立 Partnership for a New Generation of Vehicles 组织，简称PNGV。美国政府在该组织内依托其三大整车厂：通用（General Motors）、福特（Ford）及克莱斯勒（Chrysler），希望研发一款油耗为80 mpg（换算为百公里2.9升）的汽车。

考虑到2017年的今天，最新丰田普锐斯的油耗为56 mpg（换算为百公里4.2升），1993年美国政府的这个目标绝对算是“伟大”。在这个时期，通用重新拾起TRW公司1960年代的点子，即功率分流系统，并于1995年时为自己的功率分流系统申请了专利⁴。然而，这个系统在通用公司仅昙花一现，并没有进入量产。在PNGV的组织下，通用公司确实研发出了一款油耗为80 mpg的汽车（见下图），然而，其驱动系统采取了完全另外一种混合动力模式⁵。

需要提一句的是，美国政府最初为PNGV组织设立的目标是，在2003年时将研发出的新型汽车投入量产、推向市场。然而，十年的时间过去，投入了大笔资金后，三大车厂都完成了自己的概念车型，但无一车型真正投入市场。

终于轮到丰田出场

说了这么多，居然还没有看到丰田的影子。也许你已经注意到，1993年美国政府组织的PNGV中，没有出现丰田的名字。90年代时，丰田在美国市场已经打下了半边天，然而，美国政府为促进本国汽车企业的发展，坚决把日本的丰田排除在了PNGV之外。

也许是出于对美国政府与三大车厂秘密项目的担心，丰田在公司内部也开始了在混动方面的研究。1994年，丰田内部正式启动了“G21项目”，其中最主要的目标就是将发动机的燃油经济性提高两倍⁶。1995年时，丰田在东京车展上第一次展出了普锐斯的概念车，见右图。不得不说，这辆概念车确实不漂亮。

1997年时，丰田G21项目的最终产品终于发布和投入量产，即第一代普锐斯和其驱动系统“Toyota Hybrid System”，即丰田混动系统，简称“THS”。这个系统的结构非常简单，仅包括一台发动机、两台电机和一个行星齿轮组。丰田THS系统使用的正是输入式功率分流，至于它是如何工作的，我们下一篇再仔细聊。

两年多的时间内，通过G21项目，普锐斯从诞生到量产、进入市场，丰田的速度和效率值得世界上任何一个公司敬畏。

丰田的单模 vs 通用的双模

推出THS系统后，丰田在绝大部分混动车型中都使用这套驱动系统。业界人把这套系统称为“单模式输入式功率分流系统（one-mode input-split system）”。称它为单模的原因很简单，就是因为THS系统只有一种工作模式：除了输入式功率分流模式就没有别的模式了。

与之对应，通用公司从90年代起便开始研发双模式的混动系统。双模式系统，正如其名，是说它有两种工作模式可以使用。

2001年时，通用公司的第一款产品终于问世，可惜并不是给乘用车用，而是装在了公交车里。通用公司称这个系统为双模式功率分流系统⁷。它包括一个发动机、两个电机、三个行星齿轮组及两个换挡装置，并可在输入式功率分流和复合式功率分流两种工作模式间进行转换（这也是双模式名字的由来）。

如果双模式系统仅停留在公交车里的话，今天的世界就没这么精彩了。2001年后，通用公司对这款双模式系统进行了调整，使其可以用在乘用车中，准确的说是SUV中。汽车在低速时使用输入式功率分流模式，在高速时使用复合式功率分流模式。

2005年时，通用公司连同克莱斯勒（Chrysler）、宝马（BMW）及奔驰（Mercedes Benz）组建了“Global Hybrid Cooperation”，并向其提供这套系统的使用权。于是，双模式系统真正走向了量产。如果你在Google里搜索“two-mode hybrid“的图片，下面这张图肯定直接跳出来⁸，它就是安装有双模式系统的宝马 ActiveHybrid X6的驱动系统。

这辆车中宝马使用了一台300千瓦的V8发动机、两台功率分别为67千瓦和63千瓦的电机。德国ADAC协会对其测试后对它的评价为“极佳的动力性，高油耗，极高的价格”⁹。应该说，这句评语拿来评价当年所有车厂的双模式车型都适用。正是因为高昂的价格、偏高的油耗，所有的车型都卖得不好，不久后便停止了销售。

这次失败后，通用公司似乎不愿再提起“双模式（two-mode）”这个词，感觉很扎心。

2016年时，通用公司又高调地推出了一款全新的双模式系统车型，雪弗兰沃蓝达（Chevrolet Volt）第二代。当然，在所有的广告和文献中，通用公司都避免使用“双模式”的说法。从技术上来看，沃蓝达的驱动系统确实是一款非常不错混动系统，它在业界众多的油耗、动力性测试都取得了很好的成绩。但是其原理正是双模式功率分流，其系统方案早在2001年就已成型¹⁰。这个方案在抽屉里静静地躺了15年后，终于高调地走向了市场。

今天，丰田仍在单模式的道路上执意前行，它的成功不用多说，普锐斯早已成为混动汽车的代名词。通用力求用双模式占领另外一片天地，沃蓝达车型是一个很不错的开端。

下一篇里，我想仔细聊一聊输入式功率分流的事。