说明：

前两天上传的帖子，从昨天起不知为什么帖子里的贴图都不见了，不知是网络的问题，还是帖子没做好，只好重发一遍，并借此机会对帖子进行了进一步编辑。

七个月以前，发了一个关于普锐斯如何实现电子控制无级变速的帖子。现在?过头来看，好多东西并没有说透，所以想再探讨一下。

我们知道，普锐斯通过行星齿轮组实现了油（内燃机）和电（电动机）的有机组合，并且通过电动机来实现了无级变速。而普锐斯电力驱动系统很少有科普文章介绍，如果电机一转就实现无级变速，那不是和电瓶车一样了吗？经过查找网上的资料才知道，通过行星齿轮组实现油电混合虽然巧妙，但普锐斯的电力驱动系统才是真正高科技的部分。

下面是我根据找到的资料综合的内容对电?控制无级变速部分的进一步解读，有错误也没关系，反正这只是一篇供大家讨论的东西。

首先，普锐斯的动力电池虽然是直流电，但却使用了永磁交流同步电机。我们常见的电瓶车、电动自行车，以及上世纪60－90年代常见的无轨电车都用直流电机。那么普锐斯为什么用交流电机呢？这方面的资料找不到，但我个人的推测是：原因是动力电池的电压不够高。普锐斯的动力电池电压只有201.6伏，适用这个电压的电机必然体积很大很重，这在普锐斯这种寸土寸金的小车上是不可行的；提高电压可以使电机做得小，传输损耗也小。而要提高直流电压，只有两个途径，一是串联更多的电池，要达到650伏的电压，就要用三倍于现在的电池数量（168块 x 3），这样会使电池的体积和重量无法接受。另一条途径是升压。在高压下工作的交流电机体积小、效率高、功率大、免维护，自然成了必然的选择。

既然用了交流电机，电池电压也不够高，动力电池就不能直接联到电机，而是必须通过一个“动力控制单元”（Power Control Unit PCU）联到电机。

所谓“动力控制单元”以下称“PCU”就是我们打开发动机仓盖就能看到的银色的盒子，里面主要由直流电压变换器、交直流逆变器等组成。

下面这张图就是PCU的外观：

PCU打开后是这六的（见下图）：

PCU的外部结构是这样的：

PCU的内部部结构是这样的：

可以看到，这个PCU除了向两台电机供电以外，还同时通过逆变器把201.6伏的直流电变成交流电还向空调供电，通过降压变换器把201.6伏的直流电降压到12V向其它辅助电器（包括行车电脑、仪表、传感器和辅助电瓶）供电。不过这是题外话了。

下面这张图是动力电池、电力总线、电压变换器、交直流逆变器与1号电机和2号电机联接的示意图：

PCU里的电压变换器把201.6伏的动力电池电压升高到650伏，再由两个逆变器把高压直流电变成高压交流电，分别供给1号电机和2号电机。当1号电机和2号电机工作在发电机模式时，发出的是交流电，又要由这两个逆变器分别把交流电变成直流电，再由电压变换器降压到201.6伏，补充到动力电池里去。这就是PCU的主要工作。在电流不变的情况下，升高电压就提高了电机的输出功率，减少了传输损耗。

这里需要特别说明一点，所谓动力电池电压201.6伏是空载电压，也就是普锐斯启动之前的电池电压，启动以后有了负载，电压还会进一步下降到140－150伏。这是我从通过OBD接口用Torque Pro软件测出来的。而PCU的电压变换器输出的电压则是从202伏到650伏无级变化的，最高电压才是650伏，逆变器输出的电流和相位也是无级变化的，有了无级变换的电压和电流，普锐斯的电机才能实现无级变速。

有的人可能质疑：直流电怎么能升压降压？如果用传统的变压器当然做不到。但是普锐斯上用的是由电抗器和二极管等组成的开关电路，先把直流电变成高压脉冲，再经过滤波和补偿电容器，形成高压直流电。高压直流电再经过由六个二极管组成的桥式开关电路，被强行转换成三相交流电。普锐斯上的电压变换器不但实现了直流电的升压和降压，还实现了电压的无级调整，这应该是一个技术上的亮点。

根据我们已知的电机知识，交流电机的转速还与交流电的频率有关。譬如，我国常用的交流电频率是每秒50赫兹，每分钟60秒，会给交流电机提供每分钟3000次磁场变化，因此国内使用普通交流电的同步电机的转速最多是每分钟3000转。而普锐斯的交流电是用逆变器的开关电路“做”出来的，由于开关电路的开关频率是可调的，因此普锐斯的交流电频率也是可调的。普锐斯的1号电机和2号电机都可以达到每分钟13500转的转速，这应该是调整普锐斯的交流电频率实现的。 但是，目前找不到有关调整普锐斯的逆变器交流电频率的资料。

下面这张图是电压转换器和空调用电逆变器的实物图：

下面是电压转换器和逆变器的驱动电路板的实物图：

问题到这里还没有解决。PCU根据什么来调整输出电压、电流和相位的呢？管理PCU的是行车电脑，即“车辆电子控制单元”?Vehicle ElectronicControl Unit, 简称Vehicle ECU），这可以说是普锐斯的大脑了。

普锐斯有许多ECU，各ECU与电机的联系示意图如下：

图上的高压电子控制单元就是控制PCU的行车电脑。它根据各个分电脑（ECU）传来的信息，经过比较和处理，不停地向PCU里的电压变换器和逆变器发出调整电压、电流、相位、通断等指令。

那么各个ECU又是根据什么来发出信息的呢？答案是传感器。普锐斯上的传感器有可能有上百个，与无级变速有关的主要是下面这些：

我不想用许多专业术语来描述这个过程了，因为我也不是专业人员。简而言之，我们踩油门的力度、道路的情况、坡度、阻力等都有传?器监测。从这些传感器获得的信号经ECU里储存的数据比较和计算后，由行车电脑分别向PCU里的电压变换器和电流逆变器发出调节电压、频率、电流、相位、通断的指令，使PCU不停地向1号电机和2号电机输出经过调节的电压、频率、电流等，实现无级变速的目的。

按下EV模式键，普锐斯就是在纯电动状态下以无级变速方式行驶。只是无级变速的整个过程都是看不见、摸不着的。

我在上一个关于电子控制无级变速的帖子里列了两个公式，其实反映的是普锐斯的一号电机、二号电机和汽油机相互关系的关系式。从OBD接口测出来的数据与用这两个关系式计算出来的数据基本吻合。但普锐斯的行车电脑是不是真的依照这两个关系式的原则计算各种数据并发出指令，我们就不得而知了。

如果普锐斯是纯电动汽车，对电子控制无级变速的解读到这里差不多就可以结束了。但普锐斯是混合动力车，还有汽油机，问题就没有那么简单了。打个比方，如果说普锐斯的二号电机和汽油机分别是人的两条腿，那一号电机就是人的胳膊。没有腿不能走路，没有胳膊则走不稳。?面结合行星齿轮组再分析几种运行情况：

在普锐斯上，虽然行星齿轮组不起变速功能，但是起到了调节一号电机、二号电机和汽油机关系的功能。为了说明这种关系，还是把行星齿轮组的图片再用一次。

这里观察的重点是四个行星齿轮。当行星輪（汽油机）转动时，行星齿轮有两个负载：既可以推?齿圈，也可以推动太阳轮。但是，由于齿圈是联着车轮的，推动齿圈意味着推动汽车，而太阳轮只是联着一号电机，所以，推动齿圈要比推动太阳轮困难得多。

下面我们再来推测一下各种情况下一号电机、二号电机和汽油机在行星齿轮组的协调下同舟共济的情形。充分发挥一下你的想象力吧（我假定前面两篇帖子你已经看过）：

一、 热车

热车时，汽油机带动行星座正向旋转。请看以下示意图：

由于此时车轮（齿圈）未转动，行星座（汽油机）的正向旋转会逼得四个行星齿轮反向旋转，四个行星齿轮的反向旋转带动太阳轮（一号电机）正向旋转，发出交流电，经PCU里的逆变器变成直流电，再经电压变换器降到201.6伏给动力电池充电。

二、起步

松开刹车，二号电机（车轮）利用一号电机发出的电能开始旋转，带动车轮（齿圈）开始正向转动，起初，齿圈的旋转速度低于行星座（汽油机）的转速，四个行星齿轮仍旧反转，所以汽油机仍然只能带动一号电机发电，不能推动车轮。这时完全由二号电机以无级变速方式推动普锐斯。

三、加速行驶

随着齿圈的正向转动速度的加快，四个行星齿轮反向自转的速度逐渐下降，当齿圈转速与行星座相同时，行星齿轮的自转停止，只剩下公转，这时行星座（汽油机）通过四个已经不再自转的行星齿轮，同时推动齿圈（车轮）和太阳轮（一号电机），一号电机继续向二号电机供电并通过PCU向动力电池充电。以下是示意图。

对此，我的解读是：这个汽油机的介入点正是汽油机进入经济运行区间的起点。这时，车速，也就是齿圈（车轮）的转速是由二号电机（齿圈）与汽油机（行星座）共同决定的，并不是只由二号电机一家决定的。你踩油门的力度不仅提高了PCU的输出电压，影响了二号电机（齿圈）的转速，还增加了向汽油机的供油，提高了汽油机（行星座）的转速。这里有一条重要的原则，普锐斯加速时，齿圈与行星座必须同步转动。二号电机（齿圈）转速由PCU提供无级调控，而汽油机（行星座）转速的调控是通过行车电脑指令增加（减少）供油实现的。加速过程中，齿圈的转速?现高于行星座的转速倾向时，会使行星齿轮开始正向自转，增加汽油机（行星座）旋转的阻力，而汽油机的传感器感知后，会通知行车电脑指令加大油门，提高汽油机转速，使行星座再次与齿圈同步。反之亦然。

四、匀速行驶

匀速行驶时，普锐斯只需要克服各种阻力，对动力和扭矩的需求大大降低，油门放松（注意，不是放开）后，汽油机转速下降，齿圈（车轮）的转速便高于行星座（汽油机）的转速。这时，四个行星齿轮开始正向自转。这种正向自转会驱动太阳轮（一号电机）反转。以下是示意图。

但是这里出现了问题：行星座（汽油机）是通过四个行星齿轮推动齿圈（车轮）的，其前提是必须对行星齿轮施加一个反向力矩（不让行星齿轮随意自转）。而能够提供这个反向力矩的只能是一号电机（太阳轮）。油?放松以后，一号电机已经在反转了。如果它是处在从动状态（空转或发电），反向力矩从何而来呢？如果行星齿轮没有了反向力矩，汽油机（行星座）的转动将不会推动齿圈（车轮），而是会把所有的动力施加给太阳轮，使一号电机狂转，而车轮（齿圈）反而失去推动力。为了提供反向力矩，这时必须给一号电机通电，使它工作在电动机模式，使?阳轮的反向从动旋转变成反向的主动旋转。

这样一来，一号电机和二号电机都工作在电动机模式，要不了几分钟，动力电池电量耗尽，普锐斯就会趴在?上动不了窝。有人可能会说，还有汽油机在工作呢。汽油机确实在工作，但是，前面已经说过，汽油机（行星座）要想推动齿圈（车轮），必须由一号电机给它的行星齿轮施加反向力矩。现在没电了，一号电机动不了，反向力矩也没有了。这时汽油机的工作?能是带动一号电机给动力电池充电，把电充上再接着开。但是，你能允许普锐斯开开停停吗？

不过，开开停停的情况从未发生过，丰田的技术人员解决这个问题的办法是，在匀速行驶状态，由行车电脑指令二号电机工作在发电机模式，给一号电机供电，由一号电机（太阳轮）作为电动机推动行星齿轮，由行星齿轮推动齿圈（车轮），形成汽油机与一号电机共同推动普锐斯的局面。这种情形与加速时的情形相好相反?这样普锐斯的动力电池就不会没电了。

实际上，加速和匀速行驶状态是在不断切换的，深踩油门和放松油门就会导致PCU里的电压变换器调整电压，逆变器调整电流相位，瞬间改变电机的输出功率、旋转方向，切换两台电机的功能。

五、倒车

倒车的时候，行星齿轮组是这样转的：

从这张示意图上可以看到，齿圈（2号电机）是反转的。PCU只要根据电脑指令，改变逆变器输出的三相交流电的相位就可以让2号电机反转了。

齿圈（2号电机）的反转带动4个行星齿轮反转，行星齿轮又带动太阳轮（1号电机）正转（空转）。而这时行星座（汽油机）是不转的。这是在动力电池电量充足的情况下运行的状态。如果倒车时动力电池电量不足，汽油机会启动，行星座开始正转（由于汽油机只能正转，所以行星座永远是正转的）。但行星座的正转?不影响齿圈（2号电机）的反转，也不影响太阳轮（1号电机的正转），这是4个行星齿轮的功劳。由于汽油机启动了，这时1号电机以发电机模式工作，向动力电池充电。

现在我们可以做一个总结了。普锐斯是电子控制无级变速实际上有两个层次：第一个层次是控制车速的无级变速，主要由行车电脑、PCU和两台电机来实现；第二个层次是内部工作方式的无级变速，即两台电机和汽油机之间不同转速和不同旋转方向之间的无级变速，除了电子系统的调节以外，还利用了行星齿轮组类似差速器的特点，让1号电机、2号电机、汽油机各自以任意速度和不同方向旋转，互不干扰，而且既不要变速箱，也不要离合器。

这一切都电子无级变速系统加上行星齿轮组的杰作。电子控制的无级变速ECVT的这些性能绝不是钢带式的无级变速CVT所能比拟的，也不会出现钢带式CVT那种“打滑”的感觉。

由于雷克萨斯CT200实质上是换了马甲的普锐斯3代，所以这里的解读大概也适用于CT200。