“神奇”的行星系统

　　太阳系相信大家都不陌生，八大行星围绕着太阳公转而又自转，这就是我们每天身在其中的行星系统。而我们今天要谈的就是汽车或者工程上所应用的行星系统，它和我们的太阳系有着一样的“神奇”，让我们来看看这些行星系统在我们汽车领域的应用。

　　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。

　　行星系统如上图所示，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。它是一个典型的二自由度系统，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。

　　上图所示就是典型的单级行星系统的转速关系和杠杆图，大家有兴趣可以翻看电驱技术EDT公众号之前的文章《行星齿轮机构传动原理和结构--1.2.3》，深入了解行星系统行星架、太阳轮和齿圈之间的运动学和动力学的关系，我们这里就谈谈其典型的一些应用。

　　行星系统之所以能够获得这么广泛的应用，主要在于其“神奇”传动特点：

　　1) 体积小，重量轻，承载能力大;

　　2) 结构紧凑，同轴布置，有效利用齿圈空间;

　　3) 传动效率高，可达0.97~0.99;

　　4) 传动比较大，可以实现运动的合成和分解;

　　5) 运动平稳、抗冲击和振动能力强;

　　总之，这些神奇的特点，使其几乎可以适用一切功率和转速范围，广泛应用在生活中的各个方面。当然，其也有一些缺点，如结构复杂，散热要求高，成本相对较高等，但是随着设计及生产工艺水平的提升，这些缺点正在慢慢被平衡，被当前新能源电气化传动系统越来越多的采用。

　　行星系统的电气化传动应用

　　按照SAE J1715-2014，根据系统功能进行定义，将混合动力分为动力分流、串联、并联三种主要的形式，具体如下图所示。

　　随着混合动力的应用发展，又是根据动力传动系统的功能，延续传统动力传动系统的分类，在MT、AMT、AT、CVT、DCT的基础上增加了DHT和AHT的分类，同时DHT根据结构形式分为PS-DHT和MMT-DHT类型，具体如下所示。

　　仔细研究下上图，可以发现一些很有意思的事情，从世界范围来看，占主流的混动系统应用以功率分流和P2为主，而中国市场鉴于起步比较晚，又由于专利壁垒，中国车企的路线一直以来都按照“大众化”的德系思路在前进，到了最近几年，中国车企又一股脑的全部向“本田”的方向前进，是不是有点见异思迁的感觉。

　　上图中除却功率分流是采用行星系统外，MMT-DHT路线中，像广汽的GMC 2.0和吉利的 GHS2.0 3DHT也采用了行星系统来实现串联并联的应用，也算是走出了自己的特色。下面来着重说下功率分流的行星系统应用。

　　丰田的功率分流混动将行星系统的应用发扬光大，是汽车工业传动电气化应用的代表;紧随其后，因为THS，后续的各种行星构型，为避开丰田，采用了较复杂成本较高的方式来实现。

　　功率分流：一种通过与至少一个电动-发电机连接的差动齿轮传动装置提供连续变矩/速比的传动装置。功率分流又分为输入、输出和复合功率分流。

　　丰田前驱的功率分流混动THS I、THSII、THSIII、THSIV成为输入功率分流系统，具体的详细描述可以参考电驱技术EDT之前的文章《电驱技术 | 丰田THS-Ⅳ(P610)技术分析》。

　　丰田最擅长的就是平台化(主要是贼抠，节约资源)，将功率分流系统扩展后驱应用为L110F和L310，结构原理如下图所示。

　　L110纵置后驱功率分流系列

　　从L110到L310的演进，主要是提升系统效率和平顺性，带来的成本也相应的提升很多，主要应用在丰田的雷克萨斯系列的LC500h上。

　　通用雪佛兰沃蓝达车型是全球第一辆采用输出式功率分流系统(Output Powersplit)的车型，当年推出来的时候叫增程式电动车 EREV(Extended Range Electric Vehicle)，这就是通用欲盖弥彰，所以大众不买账，也就不了了之，才有了后来的升级款。

　　雪佛兰沃蓝达在低速时跳出功率分流模式，转换到其他模式行驶。为此，通用公司在这款4ET50变速器内安装了三个湿式离合器(下图中C1、C2、C3)，分别安装在行星齿轮组齿圈上、发电机与行星齿轮组之间、发动机与发电机之间。

　　5ET50，从2015年开始配备雪弗兰沃蓝达第二代车型。它实现了两种功率分流模式，第一种模式是输入式功率分流;而另一个模式就是复合式功率分流。

　　另外通用也把这款产品做成了纵置后驱，应用在了凯迪拉克车型上面。

　　基于行星排的电桥类产品应用，可所谓出类拔萃，为啥这么说呢，因为整个高大上的乘用车应用基本上都是大众系的车型，看看下面这一大家子，真的是有钱真好。不过说起来，其最主要的关键传动行星轮系供应商就是非常出圈的舍弗勒，看来德国人还是要靠德国人啊。

　　Audi e-tron 前驱是单档行星齿轮平行输出减速器;后驱是两个版本，一个是双电机轮边驱动，一个是单电机集中驱动。

　　保时捷taycan，这个产品的传动设计，简直是精华(部分图转自汽车电子设计公众号)。

　　前桥变速箱由三个总成所组成，轴向排列分别为输入级行星齿轮组、负载级行星齿轮组和直齿轮差速器。

　　后桥的这个变速箱，是三轴变速箱，拥有一个行星齿轮组和两个离合器，一个离合器负责完成正常的换挡动作，第二个可以使后桥电动机和整个后轴分离。整个变速箱中只有一个换挡执行机构，通过控制两个离合器的开合负责一档(15.561：1)、二档(8.16：1)、倒档、空档、P档所有档位的执行。如下图所示，这个变速箱包含：等速齿轮组1、行星齿轮组、飞轮齿轮组2、爪形联轴器、膜片弹簧多片式离合器和换挡鼓执行器。

　　其实除了上述大众系的应用，在混动上最经典的应用莫过于比较短命的长安CS75 PHEV和长城WEY P8 PHEV两款产品，标志性的采用了舍弗勒家族的行星排两档设计，也是国内主机厂开创先河的产品尝试，非常具有里程碑的意义。下图是长城P8 PHEV的底盘结构图。

　　绝大多数电动车做同轴方案都是采用偏置同轴，通过斜面齿轮连接来驱动车轮，而I-Pace使用了行星齿轮组，这样既节省了空间，又在一定程度上提升了效率。

　　减速器为塔轮结构是NW行星排结构，该行星排结构中的行星架同样集成了差速器壳体的结构功能，结构相对应会比舍弗勒的轻量化差速器结构要大一些，重一些，但是成本会低一些。

　　传动界的一股清流就是GKN，一直深耕传动部件设计，单档，电磁断开装置等等都是做的精益求精，这不是又带来了神器，两档eTwinsterX。eTwinsterX 电轴含括了之前提到的所有功能：同轴的布置、矢量扭矩分配、两个档位。吉凯恩在两个档位的实现上也走了不寻常的道路。eTwinsterX 内安装了一个不常见的行星齿轮组，它由两个太阳轮(下图中S1及S2)和一个行星齿轮架组成，没有齿圈。

　　最后，我们来讲下，行星排最重要的应用就是把动力源和传动部分都丢到轮子里的家伙，轮毂电机应用，舍弗勒在这块已经在欧洲示范运营了，让我们拭目以待未来多场景的应用。

　　小小总结

　　本篇借着现在混动的大势，简要的总结了下乘用车行星系统的传动应用，这些只是目前或者未来多样化应用的冰山一角，随着中国整个零部件产业的成熟，未来我相信，要在有限的空间和重量内实现同样的功能和性能，会有越来越多电气化的行星排传动紧凑化产品推出市场，让我们用未来的眼光照亮现实吧。