在混动圈子里，有一句话叫做：世界上只有两种混动，一种是丰田混动，一种是其他。这已经足以证明业内对于丰田THS混动系统的认可，今天我们就来聊聊这套享誉全球的混动系统的核心部件——行星齿轮机构。
丰田THS混动系统主要由阿特金森循环发动机、永磁铁电机、行星齿轮机构、发电机、高性能镍氢蓄电池组、动力控制单元、功率控制单元组成。
整套系统的核心就是这套行星齿轮机构，也就是媒体人口中的E-CVT变速器，不过虽然它被称作变速器，但它并不具备传统变速箱系统里面的离合器、液力变矩器或是齿轮轴组等这些复杂机构，是专门为混动车型而准备的动力分配机构（丰田的官方叫法）。
那么丰田的这套系统优势在哪里，又有何不足，相比市面上其他混动系统，它们之间的差别又在哪里，本文将一一得到体现。
丰田为什么用镍氢电池 其实丰田用镍氢电池无非就是为了可靠性和安全性，丰田镍氢电池和锂电池的区别主要是电解液不同，镍氢电池使用氢氧化钾作为电解液，这种化合物不会燃烧；锂电池的电解液成分比较复杂，其中含有的碳酸二乙。
一、为什么丰田要研发E-CVT变速器？
E-CVT变速器是整套混动系统的关键，而所有混动系统推出的初衷，其实都可以归结为节能减排，丰田当年推出THS也是如此。
90年代初，“可持续发展”，“全球变暖”、“温室效应”等字眼开始被全球熟悉，在这个背景下，丰田汽车开始研究“21世纪的汽车发展模式”，并启动了名为“G21”（G代表Globe 21代表着21世纪）的项目。丰田混合动力系统（THS）也是在这个阶段开始萌芽。
到了1995年，丰田在东京车展上发布了Prius的混合动力概念车，两年后，也就是1997年，丰田第一代Prius混合动力车型在日本本土上市销售，这是丰田第一款基于THS混动系统的量产车型，也是丰田MC平台下诞生的首款车型。
在此，丰田汽车的混动世界大门也就正式打开。
二、目前THS混动系统发展到了第几代，分别搭载在哪些车型上？
前文提到，THS系统的核心其实就是E-CVT变速器，也就是行星齿轮组，丰田THS系统的迭代升级也几乎是围绕着行星齿轮组展开。
因为不要求容量，理论上丰田的镍氢电池纯靠电力满电的情况下也只能支撑车辆行驶1-2公里，而实际上丰田的非插电油电混动的系统是不容许像插电混动那样脱离燃油机完全靠电池行驶的，所以即便用能量密度低的镍氢电池也不需要太。
第一代THS混动系统诞生于1997年，首次搭载在普锐斯车型上，它的行星齿轮组由太阳轮、行星架、外齿圈三个部分组成，三个部分依次对应三个动力源：发动机与行星架相连；太阳轮与MG1电机相连；齿圈与MG2电机相连。
通过精密复杂的控制，这套行星齿轮组能够对发动机进行分流，利用电机调速，使得发动机一直处于高效的工作区间，以此达到省油的目的。
2003年，丰田推出了第二代THS混动系统，但第二代THS混动系统的升级主要是电控方面，E-CVT变速器结构没有太大的改动。
到了2009年，丰田推出了第三代THS（官方还是将其称为第二代，但行业更喜欢将其称为第三代），相比第二代的THS，它在原有的行星排基础上，再增加了一个行星排，第二个行星排与第一个行星排齿圈连接，MG2电机与太阳轮相连，行星架则固定不动，如下图：
这样第二个行星排就成为MG2驱动电机的减速机构，通过降低转速，增加了输出力矩，所以丰田第三代THS相比前两代拥有更好的动力性能。不仅如此，因为多了一级减速器的原因，此前笨重的链条传动也被更轻更小的齿轮传动所替代，很好地提升了传动的效率。
不过由于行星齿轮结构的限制，MG2驱动电机的转速被MG1的极限转速所限制了，所以这套系统纯电模式下速度不能很高（大约在70km/h）。
为了更好的适应行业发展，丰田在2015年推出了第四代的THS，在结构上，这次升级最显著的变化就是将THS-III增加的那个行星排改成了平行轴齿轮，同时将MG2驱动电机放在了侧位。
这样显而易见的好处就是这套系统轴向尺寸减少47mm，这在寸土寸金的横置平台里无疑是一个技术创新。不仅可以适配更大排量的发动机，同时也可以将MG2驱动电机功率做得更高。
另外，丰田在2016年还推出了基于第四代THS的插电混动系统，它的主要变动就是在发动机与MG1电机之间增加了一个单项离合器。
单向离合器的作用就是MG1电机在参与驱动作用的时候（更多的时候用来启动和发电），并不会带动发动机一起转动，同时与MG2驱动电机形成了双电机驱动。
这个单向离合器的结构图如下，结构决定了它只能往一个方向转动。
从年份梳理，丰田E-CVT经过了多个版本的迭代，具体如下图所示：
而应用于埃尔法和雷克萨斯LM的四驱系统则是在后桥单独加入了一个电机，组成了E-Four电动四驱，结构上与丰田THS没有太大的区别。
目前已经引入过国内的丰田THS车型包括：凯美瑞、汉兰达、赛那、威兰达、雷凌、威飒、C-HR、卡罗拉、RAV4荣放、亚洲龙、皇冠陆放、凌放HARRIER、奕泽IZOA、埃尔法、威尔法；雷克萨斯品牌有雷克萨斯ES、雷克萨斯RX、雷克萨斯NX、雷克萨斯LS、雷克萨斯UX、雷克萨斯LM、雷克萨斯CT、雷克萨斯LC、雷克萨斯GS(2016、2014、2012款)。
(雷克萨斯系)
三、E-CVT详解（官方称之为THS-II的版本）
3.1、结构组成
E-CVT的核心是这套行星齿轮组，它由太阳轮、行星架（包含行星齿轮）、外齿圈组成，它们依次与MG1电机、发动机输出轴、主减速器连接，如下图所示：
我们可以发现，只要确定了一个机构的状态，那么其他两个机构的转动也能被确定，比如外齿圈不动，太阳轮转动，势必就会带动行星架转动，这就是车辆的启动过程。
而且值得注意的是，由于外齿轮和太阳齿轮和行星齿轮的直径和齿数都已固定，这也就表示发动机的扭矩永远会按照比例分配给太阳轮和外齿圈，具体数值大约72%分配给外齿轮，28%分配给太阳齿轮，一旦发动机运转，就不会改变这个基本事实。
另外，由于行星齿轮组的结构限制，外齿圈和太阳轮之间的齿比为2.6，也就是外齿圈转一圈，太阳轮就得转2.6圈，导致的结果就是，M2电机的转速被M1电机6500转的极限转速所限制住了，算下来只有2500转，对应车辆的时速是43英里，也就是70公里每小时左右。
3.2、工作模式
丰田的这套THS-II系统，本质上可以实现多种工作模式，一个是纯电，一个是混动（下图中B和C都可以看做是混动），还有一个是动能回收模式，我们由易到难依次讲解。
首先是纯电模式，在纯电低负荷状态下，蓄电池驱动MG2电机，动力由MG2传递给前桥差速器，最终驱动车轮，但由于行星齿轮的外齿圈和M2电机是硬连接，也会跟随转动。此时与行星架相连的发动机是有内部阻力的，动力就会通过行星齿轮传递给内部阻力更小的太阳轮也就是M1发电机，使其反向转动，此时发电机是不发电空转的状态。
而在纯电大负荷状态下，此时发动机输出轴的单向离合器介入，行星架保持不动，MG1发电机开始充当电动机，动力经过太阳轮传递到外齿圈，在经过平行轴此轮传递给前桥差速器，最后与MG2一起驱动车辆前进。
动能回收模式则更好理解，当车辆在减速的时候，车轮会反过来带动MG2和MG1，使其充当一个发电机的作用。
混动模式：
相较于前两种工作模式，混动模式才能体现出E-CVT整套系统的精髓。当电机功率已经无法满足需求，又或者电池电量不够的时候，此时发动机就需要启动介入了。
但这套系统发动机是没有传统的启动机构的，所以这时候MG1电机就需要由反转变为正转，以此带动行星架转动，并且这个转速会达到发动机运行的高效区间，这时候发动机就会喷油启动。
而我们前文提到过，发动机一旦转动，那么发动机的扭矩就会传递给外齿圈和太阳轮，此时外齿圈会将动力传递给与之耦合的前桥差速器，与MG2驱动电机一同驱动车轮行驶；而太阳轮则会带动MG1电机发电，这部分电能则会提供给MG2驱动电机。
而当我们深踩油门，或者在全负荷状态的时候，则一共有三条动力流，除了以上的发动机一部分扭矩驱动车轮，一部分扭矩驱动MG1发电机给MG2供电外，车辆本身的蓄电池还会给MG2电机供电，使车辆输出最大功率。
还有一种模式就是原地发电，发动机全部功率带动MG1发电机为电池充电，可能这里就有读者发现了，前文不是说过吗，只要发动机一起动，那么扭矩一定是按照比例分配给外齿圈和太阳轮的？
丰田之所以使用丰田镍氢电池，是因为镍氢电池使用的电解液是不可燃的水溶液，比热容和电解液蒸发比较高，但是能量密度比较低，也就是说即使出现短路等异常情况也不会引起燃烧。丰田使用镍氢电池只是为了可靠性和安全性。丰田镍氢。
这里其实不冲突，因为在原地发电模式下，电池会给MG2电机供电，提供一个反向的扭矩，锁死外齿圈。
3.3、控制策略
行星齿轮组的结构其实并不复杂，难的是整套系统的控制单元。在发动机启动，系统进入混动之后，如何进行动力分配呢？
首先我们知道，MG1电机是可以被调速的，而根据行星排之间的关系，是可以计算出发动机扭矩分配到外齿圈的扭矩。当驾驶员踩下油门踏板时，系统会根据油门开度和电池SOC值来判断发动机所需的功率，在车速较低时，发动机的大部分的动力会分配给NG1发电，部分动力用于驱动车轮，剩下的动力则由M2电机补充。
当车速较高时，发动机会将大部分的动力用于驱动车轮，只有少部分用于发电，MG2电机辅助驱动。
如果车辆正好处于发动机最高热效率区间，那么MG1电机会被卡住，MG2电机空转，此时动力完全由发动机提供。
通过以上我们也可以得出另外一个结论：发动机负责主要功率输出，用于维持SOC平衡以及响应总的功率请求；发电机就是用于调速，它的目的永远是把发动机的转速控制在目标工作点；电机主要负责扭矩上的补充，保证驾驶员的扭矩请求得到保证。
四、E-CVT的优点、缺点
E-CVT变速器有两大优点，首先是行驶的平顺性，行星齿轮组代替了变速器，不会有换挡的顿挫感，同时这套系统结构简单，理论上质量更加可靠。
其次这套系统通过行星齿轮组的动力分流，电动机的调速，使得发动机一直能维持在一个高效的运转区间，将燃油经济性做到更高，要知道2009年第三代普锐斯上市的时候实测油耗是4.3L/100km。10年前就达到这个油耗水准，可以说领先了整个时代。
五、目前E-CVT的口碑如何？
总的来讲，E-CVT由于变速箱的特殊类型，工作的时候并不会产生摩擦，没有摩擦就不会出现磨损，耐用性更好，故障率很低。
而从市场口碑上也能看出这套系统的可靠性，有关E-CVT变速器故障的投诉几乎没有，这也侧面反映出其质量的领先。
六、E-CVT技术对比
在结构上，通用Volt的MG2与太阳轮连接，输出轴与行星架连接，并将动力输出到车轮上，而齿圈则根据实际运行情况与壳体或电机MG1连接。 通过离合器C1、C2和制动器B1的结合与分离，GM Volt能够实现多种运行模式，如下表。
另外值得一提的是，虽然在结构上通用的Volt与丰田的YHS更相近，但消费者比较得更多的却是本田的i-MMD混动与丰田的THS混动，所以我们也对它们进行了对比分析。
首先在结构上，本田的这套i-MMD系统由发动机、发电机、驱动电机、动力分离装置（E-CVT）、PCU、锂电池组成。
其中的一个关键不同就在于E-CVT，相较于丰田复杂的行星齿轮，本田的i-MMD通过极少的齿轮组和离合器就完成了动力的分流，而我们得知道，动力多一层传递路径就多一层损失。
相较于丰田的THS，本田的i-MMD另一大特点就是结构灵活性高，可以实现纯电，串联、并联、高速直驱（丰田THS不能实现直驱）等多种模式，效率非常高。
此外，本田i-MMD混动的动力性是要高于丰田的THS的，以第三代本田i-MMD为例，它的电动机总功率达到了135KW，而丰田THS-IV的只有53KW。
至于本田i-MMD为什么要用一个如此大功率的电机，主要原因在于本田i-MMD混动系统不能像丰田THS那样随意切换速比，因此这套系统大部分工况下都处于串联模式，由电机驱动车辆行驶，为了保证车辆的动力性，只能选用功率更大的电机。
它的缺点也有，电池采用锂电池，电机功率更大，相对应的成本都会更高，同时由于它受制于内部减速齿轮组的速比限制，i-MMD系统里的那台阿特金森发动机直接参与驱动车轮的工况空间非常窄，此外，丰田的THS已经经过了市场的大规模验证，可靠性得到了证明。
七、丰田开放E-CVT专利
文章开头说到，世界上只有两种混动，一种是丰田，一种是其他，而之所以产生这个说法的原因是因为一方面丰田THS混动性能优秀可靠，另一方面就在于它申请了全面的专利保护，后来者再想入局难上加难。
企业回真力时,名士,尊达手表维修服务热线：400-185-6077，江苏省手表维修服务地址位于：南京市秦淮区汉中路1号新街口国际金融中心10楼H；苏州市工业园区苏州中心办公楼C座22层08室；无锡市梁溪区人民中路139号恒隆广场写字楼1座11层1104室。服务时间。
到了2018年，丰田把专利开放的事情表达得更清晰了，宣称将无偿提供使用权，包括电机、电控、系统控制等约23740项电动化技术专利。
目前自主品牌中首款搭载丰田混动的广汽传祺GS8双擎系列已经上市，动力上采用广汽自主研发的2.0T发动机+丰田THS混动系统，官方宣传百公里油耗5.3L/百公里。另外吉利的智擎Hi·X油电混动系统也与其有千丝万缕的联系。
总结：
总的来看，E-CVT变速器作为丰田THS混动系统的核心，通过行星齿轮组，完美实现了动力分流的作用，利用电机调速，使得发动机始终处于高效工作区间，这的确是有革命意义的创新，这也使得丰田的混动技术几乎是独霸全球，累积销量已经接近2000万辆。目前THS混动已经发展到了第四代，结构已经趋近于完美，而且在纯电动汽车成为大势的背景下，丰田会不会继续升级THS或者是改进E-CVT，可能都需要打上一个问号。
