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。现在回过头来看，好多东西并没有说透，所以想再探讨一下。

　　我们知道，普锐斯是通过电?机来?现无级变速。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。

　　下面是我根据网找到的资料综合的内容，加上自己对电子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。里面的插图是网上搜集来的，原来英文的部分我尽量翻译成了中文。

　　首先，普锐斯的动力电池是直流电，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?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块镍氢电池的3倍是504块电池），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”向电?供。

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

　　下面这张图就是PCU的外观（打开发动机仓盖就能看到）：

　　现在让我们来看一下PCU的内部结构：

　　从图上可以看到，这个PCU除了通过动力接线端子向两台电机供电以外，还同时通过逆变器把201.6伏的直流电浔成交流电向空调供电，并通过降压变换器把201.6伏的直流电降压到12V向辅助电器（包括行车电脑、仪表、传感器和辅助电瓶）充电。不过这是题外话了。

　　PCU?开后是样的（见下图）：

　　PCU结构是这样的（见下图）：

　　电力总线、电压变换器、交直流逆变器等就装在上面这张图上的动力控制模块里面。

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

　　首先是由电压变换器把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号电机或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。

　　有人可能认为直流电是不能变压的。但这是老皇历了。普锐斯采用的是电抗器加开关二极管实现直流电双向变压，并且能根据电脑指令实现无级调压。同时，在逆变器里也是采用六个开关二极管组成开关电路再强行变成三相交流电，并且能根据电脑指令改变交流电的相位，实现电机的正反转向转动。我认为这是普锐斯技术上的一个亮点。

　　　这里需要特别说明一点，动力电池电压201.6伏是指空载电压，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?电机才能实现无级变速。

　　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与电气的联系示意图如下：

　　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，不断地向PCU里的电压变换器和逆变器发出调整电压、电?、相位、通断等指令。在第一张图上，PCU的照片上右边有一个黑色的接口，行车电脑的指令就是从这里输入PCU的。

　　那么，各个分电脑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?情况、坡度、阻力等都有传感器监测。从这些传感器获得的信号经ECU里储存的数据?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、电流、相位、通断的?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、电流等，从而实现无级变速的目的。

　　按下EV模式键，普锐斯就会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。而且这些电气部件，包括各个电机，都不在日常维护保养清单上。

　　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接口测出来的数据和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在计算各种数据并发出指令，我就不得而知了。

　　如果?锐斯是纯电动汽车，那么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。电子控制无级变速与汽油机又是怎么合作的呢？下面结合行星齿轮组再分析几种运行情况：

　　如果你不愿意动脑筋，后面的文字就不必看了，纯属浪费时间。

　　　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。为了说明它们之间的复杂关系，还是把行星齿轮组的图片再用一次吧。

　　这里观察的重点是四个行星齿轮。当行星座（汽油机）转?时，行星齿轮有两个负载：既可以推动齿圈，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。

　　下面我们再来解读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?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

　　这个比较简单。热车时，汽油机带动行星座正向旋转。请看示意图：

　　由于此时车轮（齿圈）未动，行星座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?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?，只剩下公转，这时行星座（汽油机）启动，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，齿圈的转速出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。这个过程是自动的，与我们踩油门的深度无关。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，二号电机推动齿圈（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?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?要通过四个行星齿轮推动齿圈（车轮），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）。油门放松以后，一号电机已经在反转了。如果它是处在从动状态（被行星齿轮推着转），反向力矩?何而来呢？如果行星齿轮没有了反向力矩，汽油机（行星座）的?动将不会推动齿?（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，使太阳轮主动反向旋转，去推动行星齿轮。

　　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，普锐斯就会趴在路上动不了窝。有人可能会说，还有汽油机?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?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。这时汽油机的工作只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？

　　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?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。

　　这一切都电子无级变速系统的杰作。实际上，加速和匀速行驶是在不断切换的，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。电子控制的无级变速ECVT的这些性能绝不是钢带式的CVT所能比拟的。

雷克萨斯CT200可以说是换了马甲的普锐斯3代，这里的解读大概也适用于CT。