原标题:进阶文：为什么说行星齿轮组是混合动力系统中的“神器”？ | 混动五讲III

如果你不小心错过了驾仕派前两天推送的“混动五讲”的内容，没关系，小编带你一起回顾一下。点击阅读：

好了，下面正式进入第三讲——

始于第一代普锐斯的行星齿轮组有哪些“神奇”的地方？

行星齿轮结构其实在汽车领域的应用已经很久了，市面上大部分自动变速箱都是使用若干组行星齿轮，再配合液力变矩器来达到变速的功能。而世界上第一款在商业上获得成功的混合动力汽车——1999年推出的丰田普锐斯一代，也是采用的这种结构。

行星齿轮差不多就如下图所示，其中Sun gear是太阳轮、Ring gear是齿圈，Planet carrier是行星架。这三个机构分别可以连接三个动力输出或输入端。如果固定其中任何一个，则另外两个相当于普通的齿轮咬合;如果固定其中两个，则整个行星齿轮被锁死。值得注意的是，Planet gear行星轮并不连接任何输入输出机构，它也一直是自由转动的，否则整个行星齿轮组都不能转动。而连接动力的是行星架，行星架固定以后，行星轮只自转，但不围绕太阳轮公转。

它动起来是下面这样子——

上一期已介绍，一般并联使用的机械耦合，即两个输入端的齿轮同时啮合在输出端的齿轮上，最显著的特点是三个齿轮需要有相同的速度（齿速）。而在齿轮大小不同的情况下，两个输入端的扭矩可以自由组合，但二者的转速需要达到一定的固定比例。

而行星齿轮组的各部分转速只需要满足一个线性关系就可以了——

下面右侧的杠杆图，可以很清楚的解释三个转速的关系，S和R分别是太阳轮和齿圈的半径（也可以认为是太阳轮和齿圈的齿数）

在很大程度上，动力流的扭矩和速度都被解耦了。这也是基于行星齿轮的混合动力被称为“动力分流”的原因，也就是说，基于行星齿轮组的混合动力可以相对自由地将一个输出/输入轴的动力分流到两个输入/输出轴。

一个最简单的动力分流混合动力的构造如下图所示：

它可以提供最多10种工作模式，下面一一用杠杆图说明（图中粗实线与三纵轴的交点高低表示正负转速的大小，箭头长度表示扭矩大小）

1.车辆静止时，如果电池电量过低，电机正转、正扭矩，带动发动机启动——这替代了原本汽车上12V启动电机的功能。

2. 一旦发动机启动，则发动机为正扭矩，在热车的同时带动电机给电池充电。

3. 正常情况下，汽车静止时都不必启动发动机，在低速行驶时都可以用电机驱动，此时锁止器1锁止了发动机和行星架，电机反转并输出正扭矩（与转速同向的扭矩），带动汽车前进。在这个构型下必须有锁止器，否则一旦油门过深，电机电流过大、扭矩过大，就很容易带动发动机倒转。

4. 如果是在车速较低的情况下刹车制动，则车轮有负扭矩，带动电机输出负扭矩给电池充电。

5. 如果是在车速较低的情况下持续加速，车速提高，当电机驱动车轮已经没有发动机直接驱动车轮高效，则电机会加大扭矩，带动发动机启动。

6. 发动机启动后，锁止器2将电机和太阳轮固定，发动机运转在高效区间，直接驱动车轮。如果没有锁止器，一旦油门过深，就很容易将电机带出转速来，从而给电机充电。

7. 如果车速进一步上升，那么要将发动机继续保持在高效区间，受三者转速成线性关系的限制，就必须让电机参与工作。如果此时驱动汽车所需功率小于发动机高效区间输出功率，则多余功率带动电机输出负扭矩，给电池充电。

8. 如果此时驱动汽车所需功率大于发动机高效区间输出功率，则电机输出正扭矩作为补充。

9. 如果在低车速的情况下，需要急加速，则电机和发动机同时输出正扭矩。需要注意的是，因为电机转速的限制，发动机的转速并不可能过高，仍然需要保持在中低转速，这限制了发动机的动力输出。

10. 在高车速时急加速，则可以使发动机和电机都保持高转速和大扭矩，因此足以应付高速公路上坡超车的需要。