【中文独家】通用Volt混动架构深度解析笔记：THSVolti-MMD之二
[全网唯一中文] 通用Volt混动架构解读笔记（Toyota THS/GM Volt/Honda i-MMD系列之二）
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参考资料
某论坛2015年的一篇英文文章 https://www.gm-volt.com/threads/gen-2-volt-transmission-operating-modes/
SAE论文 The Lever Analogy: A new tool in transmission analysis [J]. BENFORD H, LEISING M. SAE Technical Paper, 1981:810102.
什么是Power Split功率分流
通用VoltecⅡ与丰田THS 3都属于典型的Power Split功率分流式技术架构，又被业内俗称为EVT或ECVT（electric coupled CVT）。
Power Split（功率分流）技术的本质内涵是实现了扭矩与转速的解耦，能够同时实现调速、调扭矩，而扭矩与转速的乘积便是功率，所以称之为功率分流。
Power Split技术特征是其一是采用行星齿轮组、其二是采用双电机、其三是系统控制，三者缺一不可。Power Split技术真正的内涵是通过行星齿轮组的三自由度、双电机及智能控制的互相配合，强劲、顺畅地输出动力。
通用VoltecⅡ中，VCU（整车控制器）与MCU集成在一个控制器上，把电机控制器与电驱动单元深度集成在一起，这样做的还有特斯拉的Model S，而丰田THS是分离开的。控制器内部控制通讯，传输速度和安全性更高，同时降低了成本（可以取消电机控制器到电机的三向线束和接插件）。
这个控制器上有四只32 bit飞思卡尔微控制器，同时控制两个电机、一个电子油泵、离合器以及整车控制。四个32位单片机集成在一个控制器上，这样一个超级计算机用在了混合动力的控制上，这种智能化，让电驱控制系统越来越趋向于IT产品。
可以看到，通用是从系统角度去优化电控来实现目的，发动机未来或被弱化甚至取代，电驱动系统以及电控更具未来。
通用Voltec
第二代 Volt 变速箱提高了车辆的加速度和效率，同时降低了成本、重量和尺寸。
新的Voltec系统保留了 EREV（增程电动汽车）的设计理念，只要电池组中仍有可用能量，它就可以作为电动汽车运行，而不会因速度或加速度而启动发动机。
这个变速器有一个集成的逆变器，省去了大电流线束和以前设计中使用的单独的逆变器组件。在不显着增加零件数量的情况下，变速箱具有更高的效率和更灵活的操作模式。新变速器的离合器数量与原来的相同。增程模式现在有3 种，EV 操作有2种，以前变速箱有2种增程模式和2种EV模式。
更小的电机（48 kW）不再使用稀土金属（通常北美从中国进口），而大电机 (87 kW）的稀土金属使用量则减少了40%。
在EV 模式，现在可以将2个电机同时使用，因此总功率实际上高于以前的Volt，这使得2016Volt的 0-30 mph (48.25kph) 加速达到2.6秒。特斯拉 Model S60为2.5秒。
每个电机组会使用不同的齿轮比来优化其独特的功率和扭矩特性。
传动系统的总重量减少了 100 磅（45 kg）（27%)。
下图列出了5种操作模式，
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行星齿轮组概念介绍
要看懂不同的运行模式，需要先了解行星齿轮组的基本概念。
一个基本的行星齿轮组由3个啮合在一起的齿部件组成，它们彼此之间速比固定。
太阳齿轮位于中间，行星齿轮连接到一个共同的承载板围绕它旋转，同时还与具有向内齿轮齿的外圈啮合。
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操作模式的详细说明
在最初的Voltec变速器中，大电机（111 kW）连接到太阳齿轮，发动机和小电机 (55kW）连接到行星轮，行星架连接到输出端，即车轮。
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新变速器如下所示，包含2个行星齿轮组，而最初设计仅使用了 1个。有2个离合器，用于在不同的车速和扭矩要求（加速踏板位置）下优化和重新配置通过变速器的动力流。
新的Voltec 变速器，其中发动机连接到第一个行星齿轮组（PG1）的行星轮，小电机连接到太阳轮。大电机连接到第二个行星齿轮组 (PG2) 的太阳轮。两个行星齿轮组通过每个齿轮组的行星架相互连接并连接到车轮的输出端。有2个离合器用于改变通过变速器的动力流。
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OWC（单向离合器）是一种特殊的离合器设计，仅允许单向旋转。
当离合器1闭合时，它以机械方式将 PG1 太阳齿轮及其较小的电机连接到 PG2 的行星轮。
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当离合器 2 闭合时，它会将PG2的行星轮机械连接到外部变速箱，它会制动或锁止行星轮使其无法移动。
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下图的剖面图中显示了新 Voltec 变速器这些组件的大致物理布局。
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CD1：单电机 EV模式
电动模式介绍
像原先设计一样，新变速器在其大部分EV驾驶中，使用称为MGB的更大电机。
这个电机略小于原先的Voltec MGB（87kW对111kW)，但使用的所谓稀土金属（用于增加扭矩密度，保护电机中的永磁体免受高温等可能导致它们退磁的条件的影响）下降40%。这是因为新的 MGB 使用更好的制造技术，仅在永磁体边缘（可能出现消磁问题）集中布置稀土金属。
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CD2：双电机EV 模式
用于高扭矩输出的新双电机模式如下所示。
这是一个非常简单易懂的操作模式。动力直接传递给车轮。然而，如前所述，每个电机都通过不同的传动比，从而可以产生一个更宽的扭矩范围。
注意，在这种模式下，行星齿轮组的齿圈被锁定，因此行星齿轮组仅用作齿轮减速。
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增程模式介绍
扩展范围，当燃气发动机启动时，现在有3种模式，而不是原始 Voltec 设计中的2种。
新的操作模式提高了效率，尤其是在城市驾驶中。在其中2种模式中，电机可以在 eCVT 或电动无级变速器模式下与发动机动态"混合"输出。使用"混合"的2种模式是low extended range mode 和high extended range mode。
CS1：low extended range mode
low extended range mode是"input split"模式。
在这种模式下，大电机 MGB 将车辆通过 PG 2驱动车轮，PG2行星轮锁定，此时发动机将机械能传递给 PG 1， PG 1上的 MGA 发电。通过调整这两个电机产生和使用的功率，工程师可以将发动机 置于最有效的工作点。
这种发动机、电池和两台电动机之间的动力分配方式最早由 TRW 于1970年左右开发，其现代实施方式分别于1995年和1997年分别由通用汽车和丰田公司获得专利。它是丰田和福特汽车混合动力变速器中唯一的模式，以及通用2模式混合动力车在城市较低速度和高扭矩条件下使用的模式。
它取代了原始 Voltec 变速器中效率较低的"pure"系列模式，该模式在35-40英里／小时以下的速度和高扭矩要求下使用。
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CS2: Fixed Ratio Extended Range
Fixed Ratio Extended Range如下所示。
它可以在中等速度和中等扭矩需求下使用，发动机以最小的电转换损失直接驱动车轮。
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CS3：high extended range mode
high extended range mode如下所示。
在这种模式下，两个电机都不会直接与发动机速度或车速相关联。为混合分流模式，与原始 Voltec 变速器的输出分流模式相似但不相同。
在该模式中，当速度高于35-40英里／小时，扭矩需求为轻加速或以下时，发动机和车轮之间的机械路径更高效。
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结论
新型变速器更轻、成本更低。通过使用具有较少稀土材料的较小牵引电机以及使用集成逆变器来降低成本。
与第一代 Voltec 设计相比，连接2个电机可提供更大的扭矩和更好的加速度。
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