各大汽车厂研发强混车型是如何从技术上规避丰田混动专利的？目前有哪些主要类型呢？

各自的效率如何？

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有关回应 · 2021-5-14 20:28:09

我想补充下楼主问到的现阶段混动主要类型，在这里介绍下。如果有错误，请各位纠正，欢迎一起讨论。
A．基本类型介绍
B．各大车企混动结构

A．
说到类型，我想先介绍下主流的混动结构，主流结构主要是说世界量产化车型，其实现阶段所有混动系统基本都是由几种基础构造单一应用或者混合在一起构成的，就我知道的世界著名的AVL和国际知名OEM目前用P0-P4命名这5种主流的基本构造（因为混动中,驱动电机和发电机会取决于工况，两者都可能在某工况实行另外一者功能，所以下文所有统称电机）：

画图工具画的,各位将就看下  ..... Orz

1.    P0 电机安装在发动机旁边，驱动发动机轮系，达到助动效果（一般被称作BSG）

特点：电机功率扭矩都被发动机限制，不能进行纯电驱动，电机小，对发动机布置影响不大
评价：这种结构只是一种发动机电机，对传统汽车结构改变不大，一般很少独立考虑在混动基本结构中，一般混搭

BSG 实物图，红框处为电机(图源Nissan Serena：New Nissan Serena minivan unveiled in Japan不好意思,之前图源过期了,补了一个新的)2.    P1 电机布置在发动机和变速器之间，与发动机输出轴连接，无离合

特点：电机尺寸可以加大，以提供更大的输出扭矩，电机一般用单齿以平衡使用效率并且提供峰值扭矩，电机输出点通过变速器，可支持更宽比例输出扭矩
评价：电机和发动机中间无离合，在制动能量回收时无法断开发动机，对混动功能有一定影响。安装位置非常有挑战性，想应用这种结构，必须保证发动机和变速器之间有足够距离安装电机，要不然需重新开发变速器。

(图源 BMW google：google.co.uk 的页面)
P1示意图，位置2就是电机，如果想在现有传统车上开发这套混动系统（国际大部分厂商都是优先考虑现有动力系统来一进步开发混动，可以节省开发支出和时间），必须保证足够的空间容纳按设计需求的电机，电机越小空间要求更小但是辅助输出功率越弱，反之亦然，大电机更难集成到这套系统中，而小电机输出功率小可能又会比较鸡肋，这需要由产品设计时平衡取舍。

（图源TECHNOLABSA：TECHNOLAB SA）
传统发动机+变速器图中间电机不是你说加就简单加的进去的！、

一般电机结构，都是这么大一坨（图源DAIMLER：TecDay Road to the Future）
一般来说传统意义上的发动机+变速器设计是没有考虑电机空间的，在这种复杂严谨的机械部件中，想加入一个就算只有1mm厚度的电机，还要做各种仿真和3D建模与实物铸造测试，所以开发时间也不短，但是多方考虑之后，如果电机基本没法集成到这套系统中，唯一办法只能考虑重新开发变速器，布置额外空间给电机集成，当然这样的话开发时间就很长了。

3.    P2 -1共轴  电机布置在发动机和变速器之间，与发动机输出轴连接，有离合

特点：与P1相似
评价：与P1相似，加入的额外离合可以断开发动机和电机，达到制动能量回收和提供额外运行模式提升效率的目的。
图参照P1，请脑补一个离合器在电机和发动机中间就行。。。

P2-2 平行电机与变速器平行安装，用齿轮系连接，有离合

特点：与P1相似
评价：由于电机与变速器平行，发动机变速器安装空间限制被放宽，这意味可以进一步增大电机提供更大的额外扭矩，允许额外变速器速比来带动电机，提供更多混动收益，但由于是平行设计，涉及能量传导，会有小量损耗，但可以增大电机尺寸功率弥补

这图不好找，各位将就看吧，这个ZF给克莱斯勒设计的9速变速器平行电机

4.    P3 电机安装在变速器和差速器之间

特点：可以运行强混系统，传统发动机+变速器组合可以配置，允许更宽的变速器速比来带动电机，但电机驱动模式下扭矩输出区间比较单一
评价：支持强混，由电机主提供输出扭矩。对传统的发电机和变速器组合结构改变不大，这点很重要可以节约很多匹配和重新开发时间，因为电机不能用作发动机启动驱动，一般和P0BSG共用
P3 不得不提的典型代表BYD

（图源GREENCAR CONGRESS：Tech6）

5.    P4 后轴电机

特点：通过电动轴驱动后轮达到四驱目的
评价：在后轴加入电机取代传统四驱的扭力分流器，达到四驱，一般和P0BSG共用

这个以最新公布的ZF后轴电机为示意图（图源ZF: Cars | Electric Axle Drive
以上为最基本的五种混动结构，简单介绍一下，如果有错误或者理解不对的地方请指出

B
世界现在主流车企的混动系统
1.1  - P13 动力分流 (PSD) -丰田（THS power-splitdevice hybrid只此一家）

（图源Carparts：Hybrid Power Systems for the New Millennium）

（图源MONOist：3代目「プリウス」、ハイブリッドシステムのコストを2/3に削減）
请看上面丰田混动的图例，THS系统带2个电机，一个在变速器/行星轮系和发动机中间，另外一个在变速器后面，简要来说就是P13混搭结合，THS也叫P13动力分流结构。接下来看看工作原理。

串联模式：发动机电机串联，发动机给电机发电，电机用发动机充电电能给车轮提供动力（红色箭头为机械能，绿色为电能，下同），车辆中低速一般用此模式

并联模式：发动机电机同时驱动车轮，发动机机械能通过变速器行星轮系驱动车轮，在加速时电机提供功率，行车/高速模式，电机助动由具体行车车况决定

串并联模式: 在并联模式下，同时串联给电机发电，此模式下，车辆低速时，可以通过高效电机驱动；车辆中高速时，发动机输出并电机驱动，达到混动运行。发动机和电机介入需要参考不同路况。（以上三图源Toyota官网：Toyota Global Site）

THS这套系统在发动机和电机分流驱动上，中低速根据不同工况，可以提供很好的整体效率。特别是在市区行驶路段，可以达到很高的传动效率以减低油耗。但是这种结构没有离合器，所以1号电机会一直运转，造成能量损失，而且P1电机大小有限制，这就限制了这套系统的运用，注定带不动太重的车身，所以一般应用在小型车上。再有就是高速时，电机效率会下降，助力电机在高速效率降低，较大倚重效率不高的电机输出，反而减低了整体效率，具体体现以我主观看法THS高速时的燃油效率按道理要低于低速时燃油效率（这与传统观念相反，传统是低速耗油高速节油，待验证，这点希望有知道的可以给我说下我是否正确）。

1.2  – P13 (代表：本田，三菱，GKN)
由于丰田的THS P13 PSD专利封锁，各大厂商也是绞尽脑汁来规避这个专利，首先比较基础的P13就是本田AccordP13混动系统。

本田Accord混动结构示意图（图源CARAND DRIVER : Explaining the Honda Accord's Shrewdly Designed New Hybrid System）
咋一看会感觉这不是P3，把电机放在变速器行星轮系后面结构吗？但是仔细看的话，

（图源GREEN CAR REPORTS: 2014 Honda Accord Hybrid Has No Transmission: How It Works）
就是这套轮系，把P3的系统变成了P13，丰田THS的P1是把电机和发动机输出轴共轴，本田这个呢就是把电机换成齿轮并用一个额外的齿轮系与电机连接。评价和工作模式和THSPSD差不多，但是由于额外的轮系带动发电机，能量损耗无法避免，相比THSPSD效率会变低，

1.3  – P13多重PSD （代表GM，SAIC，吉利，CATARC）
这套系统也是主流系统，目前能和THS匹敌的一套系统，从结果来看这套更优秀，但是实际效率有待商议，请让我用GM的Volt来介绍下这套结构。以下说明图源主要参考于（Gen 2 Volt Transmission Operating Modes Explained），由本人翻译和加入若干自己见解。

第二代Voltec整体图（图源GREEN CAR REPORTS: 2016 Chevrolet Volt Priced From $33,995, Or $1,175 Lower Than 2015 Volt）

Voltec这套系统现在已经更新到第二代了，首先简单介绍下第一代的结构。

第一代的Voltec是一个P2的结构设计，把P2的串联和平行电机同时应用在系统中实现混动，具体效能请参照P2，这里不多提了。
然后就到了2016年的第二代Voltec升级。

第二代相比于第一代Voltec系统，结构发生了巨大变化，从P2直接变成了P13结构。这个结构相较于本田的P13，取代THS 1号电机的齿轮被行星轮系所取代。然后来看下工作图

纯电模式1，在此模式下，主要对应车辆低速和中低速扭矩需求不大的情况，由电机MGB直接驱动驱动车轮带动车辆。MGA和发动机处于停机并且其他离合器处于开启状态，避免额外的能量损失。MGB也担当制动能回收发电机。

纯电模式2，双电机介入，发动机依旧停机，此模式双电机驱动车轮提供更大输出，对应车辆全速工况，相当于纯电动车，但混动电池没纯电动这么大，所以支持的纯电动距离和速度有限，此模式只有MGB回收制动能量。

混动模式1，由纯电动1模式和加入发动机运转组成，在纯电动1情况下，发动机启动介入，通过行星轮系直接驱动车轮并且通过MGA给电池发电，然后MGB通过电能驱动车轮。此模式运用于0-60km/h高扭力需求和20-40km/h低扭矩需求范围。

混动模式2，此模式对应70-120kph的高扭矩和40-60kph的低扭矩工况，由于扭矩输出要求大，所以离合器直接断开与电机MGA的连接，不再给电机发电，直接把扭矩全部提供给车轮驱动。这模式下发动机输出为主力，MGB提供额外的扭矩助力，并参与制动能量回收。

混动模式3，超高扭力模式，在混动模式2条件，MGA电机介入，进一步提升电机助力，此时MGA介入不再充当发电机，直接担任助力输出电机，提供额外扭矩，双电机支撑超高速运转。此模式一般用于110kph高扭矩和60kph以上低扭矩范围。

个人认为GM这套系统和THS大相径庭，所以专利壁垒就算丰田告这我觉得也没有希望能赢。相较于丰田的THSPSD，这套系统更为强劲，多出的行星轮系，为变扭输出提供了条件，THS只有一副行星轮系，所以动力输出变化有限制。再者这直接体现就是在动力输出上扭力更多样化，更贴切于行驶工况，并且发动机在2000rpm介入，能达到最高效率和燃油经济性，使动力总成效率更高。而且由于行星轮系的关系，能够更灵活的控制电机的运行与关闭，在能量损失上，比无离合的THS系统更为优化。说了这么多优点，说说缺点，这套系统能实现比THS更多的模式，相应的就增加了机械附件和控制系统的复杂化，直接导致的就是制造成本更多，系统稳定性不如THS。但是在燃油效率和整体动力效率，这套系统都优于THS系统。

@卡日曲的狼谢谢提到的上汽系列-荣威。之前没提是不是很了解。查了下资料补充下，有些模式还是不是特别懂。上汽的混动也是属于P13多重分流，结构请见下图。

爱卡的图源连接找不到了，找到个外网的(图源 Power up test drive Roewe e950 plug-in hybrid vehicles）

具体机械结构图找不到，主要结构是由双电机双离合组成的。直接来看一下行车模式：上汽EDU分成了7种模式，模式1，纯电模式，电机直接驱动车轮，从现有图中并不能确定是否双电机介入，所以不知道是不是不像GM的双电机驱动对应全速车况，或者只对应单电机低速行驶；模式2，串联模式，发动机利用电机1发电，电机2直接用电能驱动车轮，对应中低速工况；模式3，并联模式，发动机和双电机同时驱动汽车，达到最大扭矩输出，对应高速高负荷工况；模式4，发动机直接驱动，双电机不参与工作（这个模式对应工况不是很懂，混动系统完全舍去电机介入，是因为超高车速电机辅助太弱，直接去除负担电机，增加效率吗？知道的请解答下）；模式5，怠速充电模式，在车辆停车，未熄火时，利用发动机怠速给电池充电，与模式2类似，只是没了电机2的输出；模式6，发动机驱动并充电模式，也对应低负载工况；模式7，制动能量回收；模式8，外接PHEV充电模式。上汽荣威这套系统，综合来说与GM相似，具体评价可以参照GM的。

然后谈谈吉利科力远的，吉利科力远较GM来说，少了一个行星轮系，吉利是在电机MGA和发动机之间有个行星轮系（PSD），但和GM这个有相似处我就放在一起了，这里如果有错请指出。

（图源采用行星齿轮机构吉利帝豪混动8月上市）
科力远混动系统详情见科力远研发的 CHS 混合动力系统真的有丰田混动系统那么厉害吗？ - 汽车
@Kevin Chow看了这位仁兄的帖子吐槽吉利，差点笑出声，我就把这个点也提一下，就我知道的是吉利1.8这个老发动机，从工程角度来看，扭矩和油耗糟糕的一塌糊涂，有兴趣的可以了解下这个发动机有多糟糕。。。。。新款车好像是去年就把这发动机淘汰了，然后吉利给自己的混动配个这个发动机，我只能想的是可能为了增加产品生命周期，节约成本，这个发动机新的动力技术升级和节油技术基本没有。如果吉利能给这套系统配个新的1.3T感觉就非常好了（估计过两年1.8确实带不动，这套系统就配1.5T或者1.3T了）。老实说作为国产的吉利，能弄出这套系统先点个赞，根据吉利官方提供的油耗数据显示，帝豪HEV相比传统1.8L动力版帝豪，燃油经济性大幅提升35% （吉利首款混动车型9月上市油耗大幅降低），如果是这套系统我是有信心吉利能做成35%的，虽然发动机挺破。。。。。然后就是提到的这套系统可能稳定性和耐久性由于过于复杂的机械和控制结构，可能不太好，实际效率可能并没想象中比THS好。但是我也没有什么证据，毕竟混动帝豪好像还没出，也不是很清楚有什么问题，如果有知道的朋友可以告知一下，稳定性如何。

说了世界著名混动的P13，再来谈谈单一的混动结构。

2. P2 （代表：VW，现代，日产）
直接拿 VW来说吧，毕竟中国VW还是最多的

VW混动示意图和电机集成示意图（以上两图图源CleanMPG：Volkswagen Continues Its Product Offensive For Model Year 2013）
这个就很明显就能看出是一个典型的P2结构，和P13这种比较复杂的混搭配行星轮系结构更一目了然。大概特性请参考之前提及的P2介绍。VW这个系统呢，可以通过断开离合实现纯电动模式，电机输出通过变速器也能达到更宽的扭矩输出区间，在制动时也可以断开离合器做到制动能量回收。整体混动效率还不错，毛病就是P2通病，与P13双电机不同，单电机要求会更大空间，也就是发动机变速器电机离合器集成，而且多了一个离合器，就要考虑离合器的温度变化，相比P1光考虑集成空间更复杂化，离合也是要考虑空间利用的。
现代和尼桑结构差不多就不一一介绍了有兴趣的可以了解下：
现代（后发制人北京现代第九代索纳塔混动解析【图】）
尼桑（【图】与传统方式不同解读全新楼兰混动系统）

3. P3（代表BYD）P4 （代表BYD, ZF）
本来P3 P4我想分开介绍的，但是有BYD唐这个结构，我就混在一起介绍了。

BYD唐混动结构（图源：混动四驱5秒破百比亚迪唐混动系统解析
唐的结构我就把P3和P4 放一起了，秦的结构可以把后轴P4移除做参考。这里我想把P3和单一的P2做一下比较，相比于P2，P3只是把电机换了个位置，移到了变速器后方，那么这么做的优点和缺点有哪些呢？首先说优点，集成空间（重要的多说几遍。。）P3不用考虑发动机和变速器中间那么有限的集成空间，而且P2的输出扭矩也跟变速器挂钩，输出值局限于变速器最大扭矩，最大扭矩越大，必定意味成本越高，但不提升变速器扭矩空间，从发动机和电机的输出扭矩就会被限制，可能发动机和电机总输出500Nm但是变速器扭矩上限只有400Nm，这样实际动力就会被变速器限制，而P3就没有这个限制。总的来说P3在集成空间和动力利用率（驾驶性能）优于P2。之后说说缺点，电机在变速器后面，意味着扭矩输出区间比较单一，无法通过变速器变化扭矩，而电机在车辆高速时，效率会降低不少，这就导致了这套混动在高速时，动力效率会变低，直接影响就是油耗和最高时速之类的参数。而P4来说呢，就是用后轴电机取代四驱扭矩分动器，这样做的好处就是减少了传动轴的连接，减少了能量传递的步骤，直接体现就是节油。然后就是后轴电机在加速性能上会比扭矩分动器反应更为快速扭矩更为强劲有力，所以唐一个2200kg的车敢说有4.9s的0-100kph加速。
差不多目前主流的混动系统就这样了，可能有些混动结构没有提及，欢迎各位补充。当然这只是基本结构，混动真正难得不是理解结构，而是作为控制系统的开发，车行驶这么多情况，你要想出一套自动化的逻辑控制一辆成千上万零件的汽车，并在各种工况下都争取最高效率，可不是易事。

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有关回应 · 2021-5-14 20:28:10

别人家不清楚，GM是因为专利比丰田申请得早，所以不存在规避丰田专利这回事儿。
在Brandon Lu：新能源汽车的种类越来越多，哪种才是最能满足消费者需求的技术路线？这个答案中，曾经写过动力分流构型混合动力的发展历史。我把相关的部分搬运到这里。
混合动力的历史可以追溯到1900年。当时Prof. Ferdinand Porsche开发出了世界上第一款混合动力汽车 - 1900 Lohner-Porsche，这辆车是由一台3.7kW的两缸内燃机和两个2kW轮毂电机组成的串联式混合动力系统。下图就是2007年由保时捷博物馆制作的复刻版Lohner-Porsche Semper Vivus。从这辆车身上可以很明显的看出918 Spyder plug-in hybrid的历史传承，比如...（此处省略XX字，实在编不出来，保时捷的工友和粉丝们，这段要靠你们扯淡了）

而现代意义上的动力分流型混合动力驱动系统是由TRW在1960年代发明的。他们在1971年和1973年申请的两篇专利中所描述的混合动力驱动装置从原理上已经与现在的动力分流技术一般无二，下图就是专利文件中所描述的机械原理和控制电路，这手绘的图纸真心漂亮，我用CAD都画不出这么漂亮的图纸。

上图中包括了发动机2和两个电机22和28，以及一套行星齿轮10，是一种单模输入动力分流系统，发动机2通过传动轴4穿过行星架6连在太阳轮5上面，电机22通过齿轮26与行星架6相连，齿圈12被太阳轮5和行星架10共同驱动并通过传动轴18将动力输出，在传动轴上还通过齿轮16与电机28并联。简化一下就是下面这个结构。

而第一代普锐斯的结构如下，结构几乎一模一样，只是调换一下电机和发动机的位置。

所以说单纯应用行星齿轮构型的动力分流，还真不需要规避丰田的专利。但是，那时候不止没有计算机辅助制图，计算机电控技术也不够成熟，没办法将这样的设计量产。

在同一时期，通用汽车也设计出了使用行星齿轮进行动力分流的混合动力驱动系统，只不过动力源是来自GE的燃气涡轮和两个电动机。

这套系统应用在LIRR（长岛铁路）的M1 EMU火车上并制作了8辆样车，可惜，到1976年这个项目就被取消了。

后来在这套系统的基础上做了小型化的改进，换装了ACT-5燃气涡轮，装在了雪弗兰Express概念车上。

这辆车也出现在回到未来系列电影中，看过电影的一定会对它印象深刻。

到了1992年，近代美国最聪明的一对CP-克林顿和戈尔-入主白宫。他们上任的第二年就发起了PNGV项目，联合三大汽车厂商研发新技术降低油耗和排放来改善日益严峻的环境问题并与以低油耗席卷美国市场的日本车竞争。这俩人绝壁聪明绝顶，目光长远，戈尔直到现在还为环保四处奔走。现任的Trump总统一上台就要顺着三大汽车厂商的路子提高CAFE限值，既无益于环境，也无益于企业长远的竞争力，简直是开历史的倒车，目光何其短浅。
这个时候通用汽车常年搞混动的底蕴就显现出来了，以一套前轴电机后轴柴油机的并联混动系统跑出了80mpg的油耗值，相当于百公里3升，还有镍氢电池和锂电池俩版本，这在当时是妥妥的黑科技啊。后面通用再接再厉，继续鼓捣行星齿轮，相关的专利申请了一大堆，各种构型都有，什么双模输入动力分流、双模复合动力分流、单模输入动力分流、三模复合动力分流，通通都申请了专利。一组两组三组甚至四组行星齿轮的都有，样车也没少做。
与此同时，丰田也在积极开发混合动力技术，并启动了一个叫做G21的项目，这就是后来的Prius。在1995年1月份，丰田的工程师从80余种构型中确定了一种做为后来Prius所采用的动力分流技术方案，然而他们并不知道，通用汽车此时已经提交了了一个“单模输入动力分流”的专利，丰田的技术方案实际上是被包括在在通用汽车专利所覆盖的变种之中。后来，丰田抢在GM专利生效的那一天，1996年9月24日才提交了自己的混合动力变速器专利。所以那些通用汽车要规避丰田的专利才采用双排行星齿轮啥的说法其实根本就是无稽之谈。
说到专利，其实高手在民间，90年代初美国有个前苏联来的大学教授Alex Severinsky申请了一组混合动力的专利，并成立了一家公司。在丰田Prius被引入美国之后，这位老兄就起诉丰田侵犯了他的专利并要求法院禁止丰田在美国销售所有的混合动力车辆，在法院上反复撕逼之后，丰田和他达成了庭外和解，付了一大笔钱获得了他的23项专利授权。后来他还把起亚和福特等其他进入混合动力市场的公司也告上了法庭并成功迫使这些公司掏腰包购买的他的专利授权。从那之后这位老兄就在他的个人主页上胜利的宣称自己是Prius等车辆上应用的混动技术的发明人，拥有30多项美国专利及全球各地的大量专利等等。不过他没起诉过通用，大概觉得胜算不大吧。

在1997年丰田发布了Prius之后，通用汽车加速了混合动力系统开发的步伐。在详细的评估了不同构型在油耗和性能上的优劣后，通用发现单模式输入动力分流这种构型，也就是丰田选用的这种构型虽然可以满足全部使用工况的需求，但是需要更高的发动机功率、更大的电机扭矩和转速，在高速工况下效率较低；单模式输出动力分流构型由于速比的限制，无法单独构成混动系统，但是可以作为多模系统中的一部分；复合动力分流构型在很多工况下都有很好的效率，尤其是在高速巡航工况下，电池和电机的损耗最小，但是在起步工况下的效率很低还存在功率循环的问题。因此，结合输入动力分流和复合动力分流构型的优点的双模系统能够选取功率和扭矩适中的电机，符合所有工况的要求，并且具有最高的系统效率和最佳的性能表现，这也是双模系统的设计理念。在1999年，通用汽车申请了双模混合动力系统的专利，并首先应用在大型公交车上，通过旗下的Allison变速箱公司，通用汽车对外提供了大辆的混合动力系统。这套系统至今还是混合动力公交车最主要的解决方案之一，国内路上跑的公交车也有不少采用了这个混动系统。

这个双模混动系统后来还应用在凯迪拉克Escalade、GMC Yukon和Chevy Tahoe等全尺寸SUV和皮卡上，表现也相当不错，既改善了燃油经济性，又提升了动力性。

这套双模系统的系统设计、电气架构和控制逻辑已经相当成熟，可以说，这是通用汽车真正投入量产的第一款混合动力系统。这套系统也奠定了通用汽车后续混合动力系统的基础，之后的混动系统从原理和架构上都没有太大的变化，更多的工作是对系统效率的优化。

在这个系统中，TPIM（Traction Power Inverter Module）集成了逆变器和控制器的功能，负责将ESD（Energy Storage Device）也就动力电池输出的直流电转换为三相交流电。TPIM内的混合动力控制器HCP通过高速总线与发动机控制器ECM，变速箱控制器TCM，电机控制器MCP，以及动力电池控制器BPCM相连接以控制发动机、电机A和电机B的转速和扭矩以及相关的离合器协同工作。

这套混动系统的工作模式也很有特点，并不是像传统的变速器一样通过标定好的曲线来触发模式切换。而是通过试验测量和标定，获得如下图所示的电机、电池、发动机在不同工作状态下的损耗。根据客户的油门踏板深度和这些损耗数据，TPIM内的车载计算机在每秒钟进行100多次优化计算，使整套混合动力系统始终工作在效率最高的工作状态。尤其是在PHEV或者EREV上，这套算法不但能使系统工作的油耗最优，还能保证电能的消耗也尽量低，是一套非常有前瞻性的控制算法。

之后，通用汽车将这套双模系统命名为AHS(Active Hybrid System)，并在2005年与克莱斯勒、宝马和奔驰一起成立了“Global Hybrid Cooperation”，全球混合动力联盟，共同开发基于AHS技术的混合动力车辆并计划从2008年开始销售。可惜这几家盟友最后纷纷取消了自己的混动项目，这个联盟也无疾而终了。

在2010年，通用发布了Voltec驱动技术并应用在Chevy Volt上。并由此第一次提出来增程型混合动力（EREV）的概念，与PHEV相比，EREV的驾乘体验更接近电动车，在电池电量充足的时候全部的能量都由电池输出，仅当电池电量不足时，才通过发动机提供能量输出。而PHEV即便在电池电量充足时，如果需要较大的功率输出，也还是需要发动机提供相应的动力。

随着技术的不断成熟，通用在2015年发布了第二代的Voltec技术。第二代的Voltec技术不但可以应用在EREV上，还可以应用于HEV、PHEV等混动车辆上。现在已经投入市场的别克全新君越混动、雪弗兰迈瑞宝混动和最新上市的别克Velite 5增程型混合动力都应用了第二代Voltec技术。

虽然沿用了第一代Voltec技术的整体架构与控制策略，但是与第一代Voltec技术相比，第二代Voltec的集成度更高，TPIM被集成进变速箱之中，不但减轻了系统的重量，还提升了系统效率，简化整车布置和发动机舱设计，具有更高的可靠性和更低的维护成本。第二代Voltec的驱动单元将平行轴齿轮主减速器改为链条传动主减速器，并通过优化油泵和电机，将第一代驱动单元中的一个机械油泵一个电子油泵合并成一个电子油泵。驱动单元的重量从第一代的164公斤降低到119公斤，降低了接近30%。

上图就是应用第二代Voltec技术的别克Velite5驱动单元的剖面图。它的驱动原理可以简化成如下图所示的示意图。

发动机连接在第一排行星齿轮的齿圈(Ring)上并连接了一个单向离合器OWC；电机A与第一排行星齿轮的太阳轮(Sun)相连并通过旋转离合器C1与第二排行星齿轮的齿圈相连；电机B与第二排行星齿轮的太阳轮相连；第二排行星齿轮的齿圈可以通过离合器B1与变速器壳体锁止；两排行星齿轮的行星架(Carrier)连接在一起，共同驱动输出轴。将其简化成杠杆图就可以分析其不同的工作模式。

根据电池电量的不同，车辆会自动在纯电驱动，也就是CD模式和混合动力驱动，也就是CS模式之间进行切换。

在CD模式下，发动机不介入驱动，此时具有单电机驱动和双电机驱动两个模式，可以根据车速和加速的需求来进行切换。在一般的驾驶工况下，驱动轴扭矩需求较小，单电机驱动就可以满足要求，电机B负责进行驱动。此时电机A空转，单向离合器OWC没有负载；在加速或者爬坡等扭矩需求大的时候，电机A也介入驱动，这时由于单向离合器起的限制，发动机并不会被倒拖。由于能通过两个电机同时驱动，因此别克Velite5可以选用两个稍小的电机来实现纯电驱动。

当车辆处于CS模式时，如果车速和扭矩的需求较低，如城市内塞车时的走走停停，发动机仍然不必参与驱动，单电机驱动模式就足够了；随着车速增加，电机A带动发动机启动，进入Low Extended Range模式，此时离合器B1接合，离合器C1打开，驱动系统能够提供较大的扭矩；根据车速和扭矩需求，驱动系统会进入到Fixed Ratio Extended Range模式，此时离合器B1和C1都接合，驱动系统以一个固定速比输出，具有很高的效率；在高速上，由于扭矩需求不大，因此可以进入High Extended Range模式，此时离合器B1打开，离合器C1接合，电机B的转速不必跟随输出轴转速变得很高，此时电机的效率和电池的效率仍能够保持较高的水平，与丰田的THS相比，这也是第二代Voltec技术最大的优势。

有关回应 · 2021-5-14 20:28:11

这又是一个很“大”的问题，也是一个很有“意思”的问题，我也关注了很久。试着答一下，目的是抛砖引玉。回答分为五部分，为方便阅读，将每部分的标题先列出来。希望直接看结论的朋友，可直接从第3部分开始阅读。
1. “强混”与“混联”？
2. 串联、并联、混联的定义与区别？谁是模仿Prius的真混联？
3. 同为混联，通用Volt是如何“规避”丰田Prius的THS专利的？
4. 中国没有基于PSD的车型，是为了尊重知识产权吗？
5. @jinseng的答案中的几个疑点。

1. “强混”与“混联”？
早期，混合动力车根据电功率比例进行分类，可分为轻混、弱混、中混、强混、全混……这些“混”们之间的界限并不是很清晰。目前，至少在学术界，这种分类方法已经很少见，因为主流的混合动力技术，无论是串联、并联还是混联，电机、电池都相当大，都属于“强混”范畴了。
丰田的专利主要是以行星齿轮的Power Split Devide(PSD)为基础的Toyota Hybrid System(THS)，在技术分类上属于“混联”。题主问，“强混”怎么规避丰田的“混联”专利？那么很简单，国内外任意一种并联与串联混合动力都是没有PSD的，都不需要去“规避”。我想，题主想问的应该没有那么简单。如果我没猜错，题主的问题这样表述是不是更好：“各大车厂的混合动力系统中，有哪些是与丰田THS相似的？这些车厂如何规避丰田THS专利呢？”

2. 串联、并联、混联的定义与区别？谁是模仿Prius的真混联？
众所周知，混合动力车可以省油(不讨论插电式)。如何做到省油这一点？基本上有五点：
a) 发动机工作在高效转速区；
b) 发动机工作在高效转矩区；
c) 通过调速功能，发动机动态工况尽可能少、尽可能缓和；
d) 尽可能地缩短能量传输路径。
e) 制动回馈。
串联混合动力，发动机与驱动轴完全解耦，也就是说，发动机的转速与转矩是与车辆行驶状态完全无关的，因此可以实现abce；并联混合动力中，发动机与驱动轴相连，也就是说，发动机的转速是与车轮耦合的，只能实现ade。串联与并联，在结构特点上、在功能特性上的区别泾渭分明：a) “发动机只驱动发电机”为串联最大特点；b) “发动机可直驱驱动轴”为并联最大特点。
谈到混联的时候，有两种流派。第一种流派，认为混联应该结合串联与并联的优点，在“功能特性”上同时实现abcde的才是混联；第二种流派，认为混联是结合了串联与并联的“结构特点”，“发动机既可以驱动发电机，又可以直驱驱动轴”即为混联。在第二种流派看来，Prius是混联，比亚迪秦也是混联。而在第一种流派看来，具备PSD的Prius是真混联，而比亚迪秦是“假”混联。
从英文翻译上来讲，series hybrid是串联，parallel hybrid是并联，为啥power-split hybrid就翻译成“混联”了呢？个人猜测，英文更多是从“功能特性”命名的，而中文更多从“结构特点”命名的。哪个更为合理，显而易见。是不是最初的翻译者理解不够深入呢？这已经不得而知。
从“功能特性”的角度来看，实现power-split hybrid的真混联最好还是要有一个PSD。有PSD的混合动力车没有多少，最典型的就是丰田Prius与通用Volt。那么问题就简化了：通用volt是如何规避丰田Prius的专利的？
题外话再讲一点，是否Power-split hybrid的真混联就必须要有以行星齿轮为基础的PSD呢？个人认为，不一定。中日德美四大汽车国家，对于行星齿轮这个玩艺的态度不一样，日本、美国很喜欢，德国则更喜欢变速箱——据我所知，德国似乎在开发一种非常有特点的、前所未有的变速箱来做为PSD。刚才似乎忘了说中国？中国的态度很简单，行星齿轮与特种变速箱，哥都造不出来！

3. 同为混联，通用Volt是如何“规避”丰田Prius的THS专利的？
a) 技术层面
如下图，Prius与Volt的混合动力系统都以一个行星齿轮为核心，三个端口连接的都是1个发动机、1个发电机和1个驱动电机，二者是相似的。这个程度的相似是否造成了专利侵权？这个问题恐怕需要知识产权方面的专业人士才能回答。
而Volt又有一些不同之处，如果非要打知识产权的官司，那么这些不同之处也许可以作为通用辩护自己的论据：
不同之处1： Ring Gear上，Volt连的是发动机与发电机(分别有一个离合器，可以接合或断开)，而Prius连的是驱动电机与驱动轴；Sun Gear上，Volt上连的是驱动电机，Prius连的是发电机；Planet Carrier上，volt连接的是驱动轴，而Prius连接的是发动机。
不同之处2：Volt有4组离合器(不确定，可能是3组)，可以接合/断开，模式相当多，可以变身为串联，也可以变身为并联，也可以变身为混联（学术上有教授论证过，其中2组离合器是没有意义的，去掉也不会影响能量效率）。那么，Volt就是串or并or混联系统，是不是可以规避Prius的混联系统专利了呢？——法官说了算，知识产权法我不懂。
不同之处3：能量效率不同。Prius非常省油是众所周知了，而Volt则似乎继承了通用的一惯传统，费油，在刚出来的时候被新闻吐槽很多，现在不知道有没有改善。至于原因，我猜测是因为Volt在控制策略上的积累还不够。
以上技术层面的不同之处，可作为“规避”专利的证据。作为一名工程师，个人认为不应该判定为Volt侵权。

b) 法律层面
   美国与日本都是重视知识产权的国家，这种事儿得依法断案。我不清楚熟知知识产权法的法官会怎么想，侵权不侵权，都有可能吧。
c) 宣传层面
   Volt刚出来时，一直标榜自己是“增程式纯电动汽车”(Range-extended EV)，而后，大家觉得这明明就是“插电式混合动力”(PHEV)啊！有观点认为，Volt之所以称自己为“纯电动车”，而不是“混合动力车”是因为它不想和Prius比较——因为这油耗差得有点多啊，岂不是显得自己很弱。
现在想起来，也可能有知识产权方面的考虑。
d) 政治层面
   就在不久几年前，不可一世的丰田被美国敲打成全球第二，而奄奄一息的通用却奇迹般地起死回生，这不得不提醒一下日本：你们领土上驻扎着美国大兵呢！
   即使Volt真的侵权，我想通用只需要发一个新闻就可以规避了，丰田估计也懒得或不敢在这种鸡毛蒜皮上的小事上跟通用较劲。新闻如下：【图】力挺新能源奥巴马亲身体验雪佛兰Volt_汽车之家

4. 中国没有基于PSD的车型，是为了尊重知识产权吗？
尽管中国的知识产权状况是越来越好，但在汽车行业的“模仿”例子还真的不少。要说模仿外观的格调还比较低，那么如果能“模仿”一下PSD并且做得像模像样，我想应该会得到国人的尊重而不是鄙视的。这么好的事情，为啥没有汽车厂商模仿PSD呢？原因挺简单，造不出来。行星齿轮也算是变速箱的一种，这种高端货目前还造不出来。

5. @jinseng的答案中的几个疑点。
@jinseng的答案中所陈述的一些内容，个人有不同的看法，这也是促使我回答此问题的动力之一。兼听则明，在此把这几个疑点列出来，如下：
a) "那么Volt就是串联，特点就是发动机不参与驱动，只驱动发电机发电。" ——如下图是Volt的动力系统结构图，在clutch 2与clutch 3接合后，发动机是可以参与直接驱动的。

b) "只不过F3DM不是插电而已" ——F3DM是插电式混合动力，是可插电的。比亚迪F3DM_百度百科
c) "但实际上Volt和F3DM与丰田THS的实现方法大相径庭，与丰田THS毫无共通之处"——应该说，除了丰田自己及其授权的厂商之外，Volt是最像THS的了。“大相径庭”与“毫无”二字有待商榷。

成文较为仓促，限于时间与精力，也不可能以学术论文的标准来完善每一处逻辑与引用资料。
全文若有不妥之处，请各位指出，在此提前感谢！

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有关回应 · 2021-5-14 20:28:12

关于这个话题本人之前写过一些相关的文章因此在此略微汇总一下。抛砖引玉，大家可以一起探讨。
首先新能源技术是未来汽车的重要发展方向之一，汇聚相当多的核心驱动技术。因此混合动力技术之争背后实际上就是核心技术的专利大战。而其中特斯拉总是一个特立独行者。为了新能源技术的推广，其主动公开了全部电池技术及动力驱动相关专利让更多的车厂使用，从而平摊相关材料特别电池材料的成本。

回到问题提到的主题，各整车厂是如何规避丰田相关专利的。
其实混合动力技术可以分为两大阵营：
一是丰田所在的双电机动力分流阵营PS（Power Split），另一个是大众所在的单电机加变速箱P2。
由于架构上的不同，因此这两个阵营之间专利的冲突相对较少。

那么丰田所处的动力分流阵营PS则包含丰田，福特+日本爱信，通用，上汽，吉利等多家整车厂
下面一点点来扒一扒这些整车厂专利间的不同以及关系
说到专利大战可谓锱铢必较，每个字每个字都要仔细地扣仔细地推敲。你还别不相信，我们这边就说一个小故事。实际上福特和日本爱信（Aisin）变速箱公司联合开发的混合动力系统要稍早于丰田混合动力系统申请专利。爱信的专利于1995年生效，专利号为US5419406。而丰田的专利于1999年生效，专利号为US5904631。并且实际上丰田和爱信使用的技术理念几乎是相同的，就是之前提到的eCVT系统。如果按照正常的专利程序，丰田必须向爱信支付高额的专利费。但是在爱信专利的权利声明中偏偏提到了“电机和减速齿轮同轴布置用来驱动左右车轮”。就是这个同轴“coaxially”这个词局限了权利范围。而丰田将电机2设计成和发动机以及电机1同轴，而与减速齿轮即到车轮的输出轴错开不在一个轴上，绕开了爱信专利中提到同轴“coaxially”概念。而通用雪佛兰的沃蓝达Volt使用的混合动力技术更是为了绕开专利，同时也为了更加灵活的输出动力，使用了多达2组行星齿轮和3个离合器。同时成本也相应的大大增加。【详见文后引用全文部分】

凯迪拉克CT6和雪佛兰Volt的混动系统都源自于通用集团约15年前申请的专利US 6478705，并在最近从新更新了相关专利US 8602938做了更详细的发明申明。一言以蔽之，Volt更注重经济性，CT6更强调“Fun to Drive”驾驶乐趣。我们将在后文系统设计及操作模式中进行详解。如下图所示为通用相关混合动力技术GRE专利2002年与2013年发布版本的比较。可见原理基本相同，只在细节部分进行了调整细化。都是用了两套行星齿轮组（由太阳轮S，行星齿轮架C，内齿齿圈R组成）。发动机ICE、两组电机MGA和MGB及输出至车轮的连接位置基本相同。只是变动了发动机ICE部分的离合器配置。

而通用混合动力系统GRE/GFE相比丰田的混合动力系统THS同属动力分流类型。但是细节的操作模式上是有不同的。通用GRE/GFE混动系统同时包含两种动力分流模式：输入动力分流Input Split和混合动力分流Compound Split。而丰田THS混动系统则只使用输入动力分流Input Split一种模式（具体的技术细节可以参见后文）。并且两者可谓具有不同的侧重点。通用混合动力系统侧重集团内不同类型新能源车型动力系统的兼容。GRE/GFE系统已经具有多个变种应用于插电式混动PHEV车型（如雪佛兰Volt，凯迪拉克CT6），混合动力HEV车型（如雪佛兰迈锐宝Malibu，别克君越Lacrosse），纯电动EV车型（如雪佛兰Bolt）。而丰田混合动力系统THS则更专注于混合动力车型，将其成本和效率比做到最高。因此甚至THS系统中没有使用离合器来控制发动机和两个电机间的连接。结构经过极致的简化，其传统动力车型和混合动力车型具有类似的成本。但同时其性能也在一定程度上受到了限制。比如第四代丰田普锐斯Pruis的一大优化重点就是提升驾驶性能，增强驾驶乐趣。而当你详细研读了后文凯迪拉克CT6的技术特点，你就会发现驾驶乐趣正是通用这套后驱混动系统的优势所在。如下图即为行星齿轮示意图和丰田THS系统连接图。可以看到发动机连在行星齿轮架上，电机1连在太阳轮上，电机2连在内齿齿圈上并作为输出轴。

也许丰田也意识到了现有THS混动系统在一些应用场合的局限性，因此在最新申请的专利中，加入了双模式以及多组行星齿轮加离合器的结构。但是否会应用在普锐斯Pruis或者其他混动车型上则不得而知。下图为丰田新的专利声明中提到的混动系统与第二代雪佛兰Volt混动系统间的比较。可见理念类似，但在发动机和两个电机间的连接上做了不同的设计。

关于上汽推出的新能源车型比如荣威550 plugin，e550，e950，使用了类似于双电机动力分流系统。不过在系统架构和相关专利上做了一定的调整。
对应的基于上汽的专利CN101920652A，可以看到虽然比上汽荣威550 Plug-in属于双电机配置，但是其却不是严格意义上的动力分流系统。从如下的专利说明图中可以看到两个电机之间原来动力分流装置（行星齿轮组）的位置被替换成了离合器装置。可能由于需要避开国外专利或者更灵活地控制混合动力模式的考虑，上汽的双电机混合动力系统被设计成了通过两个离合器进行耦合。业界也有称如下系统为同轴耦合式混合动力系统的说法。

关于吉利推出的CHS与丰田THS系统之间的关系，可以参考如下张星宇相关的回答内容
作者：张星宇
链接：吉利科力远CHS混动可否比肩丰田THS？ - 汽车讲谈社 - 社区专栏
来源：社区
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

本文整理自回答：科力远研发的chs混合动力系统真的有丰田混动系统那么厉害吗？ - 张星宇的回答
科力远CHS系统实际是来自于吉利的技术，其首席技术官张彤也是来自吉利。仔细研究公布的这套用于混动系统的动力分流装置，核心是一个拉威娜式的双排行星齿轮组，这样的结构在自动变速箱中运用十分广泛，丰田经典的4AT上就在使用，说起来并不是什么新鲜事物，关键是吉利通过运用双排行星齿轮组，巧妙地规避了丰田的专利限制，同时也让该系统向自身的技术水平倾斜，取长补短，实现非常接近丰田THS系统的性能。
先放个丰田THS-II系统示意图：

大家应该都比较熟悉了，利用行星齿轮组的差速特性，把发动机、主电机和发电机三个转速进行耦合，由齿圈进行输出。上图是二代普锐斯的系统，三代系统为了进一步改善电机的输出特性，给主电机和齿圈之间加了一个行星齿轮组，如下图：

就是左边的那个齿轮组，注意，由于这个行星齿轮组的行星架是固定在壳体上的，这只能算是一套减速齿轮，所以并不是说THS变成了双排行星轮结构，同时，将齿圈与主减之间的带传动改成了齿轮传动。
由于有丰田THS专利限制，单排行星轮的方案行不通，大家只能想双排行星轮的办法，在检索吉利专利的时候顺手看了一下其他如长安、长城这样厂商的专利，感觉大多是把传统自动变速箱内核挖出来然后把几个轴做组合，把原来的锁止离合器之类的全都保留下来了，系统比较复杂。
当然，吉利也有这样的，下图是吉利的另一个专利：

吉利的诉求比较明确：
1. 要把两个电机放到同侧，避免像丰田THS系统那样发电机（上图中MG1）靠近发动机而影响工作温度，因此采用双排共用行星架的设计；
2. 降低对主电机的转速和转矩要求，因此通过齿比设计实现较为宽范围的传动比；
3. 尽可能提高系统传动效率，因此加入了许多锁止离合器，比如可以将发动机转速和发电机转速直接相连。
可以看到，这样的系统，主要体现了吉利对自己电机制造、控制以及热管理方面的技术水平较弱的而做出针对性设计。
然而这样的系统离合器太多，控制较为复杂，同时发电机调速也比较局限。因此，吉利才选择了目前看到的CHS系统作为最终的解决方案。（实际上CHS系统的专利申请要早于上面的这套系统，可以看出吉利也是通过大量的选型比较之后才确定下来的，而且，貌似也只有这套系统的专利发明人中有李书福，可以说是吉利内部比较满意和认可的方案）

下面就来简单说说这套系统，图片是自己在专利图上做了一些简单标注而来的，手拙还望见谅。
CHS系统相比之前的系统做了大幅简化，核心变成了一个拉威娜双排行星齿轮系。下图可能比较直观，1，2是太阳轮，4，5是分别与2，1啮合的行星轮，4和5共用一套行星架，而4是一个长齿轮，又与5啮合，5再与外面的齿圈啮合，所以4是不直接与齿圈啮合的。

于是系统就变成了下图这样，发动机输出到行星架，蓝色的是主电机，与大太阳轮相连，红色的辅助电机（主要起发电和调速作用）与小太阳轮相连。主电机与长行星齿轮啮合，辅助电机与短行星齿轮啮合。这样，这个系统与丰田THS最大的区别就是主电机通过长行星齿轮-行星架直接与发动机转速耦合了，长行星齿轮就充当了上面说到3代普锐斯中加入的减速行星齿轮组，同时由于与发动机转速耦合获得额外的速比，希望获得比较宽范围传动比而降低主电机制造要求的目的就达到了。这样一来，撇开蓝色的长行星齿轮不看，剩下的另外一排行星齿轮组是不是就基本上可以当成THS的那个单排行星齿轮系统来看了？只不过主电机的转速是经过了耦合再传递到齿圈上去的。
除此之外，这套系统还是保留了两个锁止离合器，一个用来锁止发动机，避免在发动机曲轴的倒转，降低纯电驱动时的控制负责度，另一个用来锁止辅助电机，避免辅助电机工作在零转速附近的低效率状态。相比于丰田THS系统，两个锁止离合器的作用其实主要是为了降低调速控制中的复杂度，这也是吉利希望避开的技术弱项。

几个工作模式如下
1.起步：
起步时直接将发动机锁止，由主电机进行输出，完全就是一台纯电动车。这样，如果未来系统用于插电混动，增大电机，也比较容易适配。

2. 混动行驶
当超过一定车速后，由于辅助电机达到较高转速，发动机启动进行调速，同时将动力分流用于动力输出和充电（或辅助电机调速）。

3. 混动巡航
在高速巡航状态下，当辅助电机工作在零转速附近时，直接将辅助电机锁止，以提高传动效率。

4. 制动回收
当减速或下坡时，车轮的转动带动轮系，通过两个电机为电池充电。

由此可见，吉利经过长时间选型下来的这套CHS系统，实际上并没有特别的创新之处，只是用双排行星齿轮的方式，在绕开丰田专利的情况下，实现了与丰田THS系统十分接近的结构和工作模式，同时还有利于规避吉利自己的技术弱项。吉利与科力远合资却只拿49%的股份，又拉上其他自主品牌一起加入，发出要让所有中国品牌都用上CHS系统的豪言壮语，看起来是想要把科力远做成中国的爱信，通过培养核心零部件供应商来实现战略目标，真有点无论技术还是商业模式都全面学习丰田的意味。不过从这套系统的特点来看，尽管已经向吉利的技术特点倾斜，吉利在电机制造和系统控制方面的能力，想要追赶丰田也非一日之功，同时丰田的商业化量产和成本控制水平也是吉利和科力远需要好好领悟的。

关于双电机动力分流PS和单电机加变速箱P2系统的详细区别可以参考本人之前写的如下文章。
作者：辣笔小星
链接：两大混合动力技术阵营决战中国 - 辣笔小星 - 社区专栏
来源：社区
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

随着国家大力扶植新能源汽车行业，并且加大了插电式混合动力汽车的补贴力度，突然路上的混合动力汽车越来越多起来了。但是你知道实际上混合动力技术还分两大阵营吗？让我们一起来看看这两大阵营是分别如何基于各自的专利决战中国的吧。
首先我们就来说说这两大混合动力技术阵营分别是哪两个门派吧。一大门派为双电机动力分流（Power Split）派，其代表车企为丰田集团。另一大门派为单电机双离合派，又称P2（为啥叫P2我们后面详细分解），其代表车企为大众集团。一看两个领军车企分别位列全球销量第一第二，有没有？其中竞争激烈程度可想而知，而各车企决战中国的砝码就是各自的专利技术。话说要把这两大阵营技术完整介绍清楚那必定写成教科书那么厚了。为了帮助各位更快的理解，我们这边就挑最典型和容易理解的技术具体分析。大家感兴趣的话就跟着文章一点一点深入研究吧。
双电机动力分流派：顾名思义这个门派的最典型特征是有两个电机一起和发动机配合实现混合动力模式。那么我们首先说说双电机动力分流派的特点：
1.  由两套电机和行星轮系统组成eCVT，发动机一般工作在高效区，油耗低
2.  省略变速箱，不需要离合器，加速过程平稳
3.  两套电机，系统相对复杂，成本相对较高
4.  发动机部分动力由电传动，降低传动效率
这个门派的宗师毋庸置疑就是丰田集团，代表车型就是目前全球销量最好的混合动力车型丰田普锐斯。普锐斯最早在1997年开始销售，发展到今天已经开发到了第三代。并且目前该混合动力技术已经推广至丰田集团几乎所有级别的车型上，包括卡罗拉混动版，凯美瑞混动版，汉兰达混动版（海外），雷克萨斯CT200h，NX300h，RX450h，GS450h，LS600h，HS250h（海外）等等。根据丰田的官方数据，截止2014年9月丰田集团的混合动力车型累计销量已经突破了700万辆。而这些混合动力车型采用的都是丰田称为混合协同驱动系统的HSD（Hybrid Synergy Drive）系统。丰田HSD系统的核心则是双电机和动力分流装置组成的eCVT电子无极变速箱。大家知道传统的CVT无极变速箱是由连续可变的机械传感装置改变速比实现的。如下图传统CVT无极变速箱通过改变钢带所绕传动轴的半径连续改变速比。

但是丰田的eCVT系统并没有以上的钢带组成的机械连续可变传动系统，那它是通过什么方法实现无极变速的呢？答案就是通过两个电机的连续电控调速实现的。具体我们先来看一下这套eCVT系统的结构。如下分别是丰田普锐斯的eCVT系统刨面图和动力部件示意框图。

如上图可以看到电机1（MG1）和电机2（MG2）中间隔了一个机械装置，称为动力分流装置（Power Split Device）PSD。而发动机、电机1、电机2实际上是同轴的通过动力分流装置连接在一起的。动力通过动力分流装置再分配以后通过电机2传输到了车轮上。如果各位看官之前研究过自动变速箱的话，一定知道其中的一个核心机械装置叫做行星齿轮组Planetary Gear Set。其实动力分流装置就是一组行星齿轮组。行星齿轮由太阳轮Sun Gear(缩写S)，行星齿轮架Planetary Carrier（缩写C），内齿齿圈Ring Gear（缩写R）组成。3组齿轮依次由内而外像天文行星系统一样绕着同一个中心点（即太阳轮的中心点）同轴旋转。如下即为行星齿轮示意图和丰田HSD系统连接图。可以看到发动机连在行星齿轮架上，电机1连在太阳轮上，电机2连在内齿齿圈上并作为输出轴。

丰田的设计师们通过行星齿轮组将速比设定成发动机与电机1的转速差与发动机与电机2的转速差比例为2.6:1。速比设定图如下。电机2（右侧）连接在输出轴上可以在+6500转/分到-1500转/分之间连续调节。对应车辆的实际行驶速度分别为180公里/小时和-40公里/小时。而发动机（中间）的1000到4500转/分之间调节，而发动机被设定在最高效率转速区间2000转~3000转运行。电机1（左侧）被设定成可以在+6500转/分和-6500转/分连续可调来配合发动机和电机2（车速）的转速差。具体的转速关系甚至更具体的动态模拟大家有兴趣的话可以参考文章最后的扩展阅读网页链接。

由于丰田eCVT电子无极变速箱中并没有配置自动变速箱中的其他核心组件，比如液力变矩器，离合器（Clutch），锁止器（Brake）等等一概没有配备。因此发动机并不能从传动系统中脱开。为了在纯电行驶的时候保持发动机静止，因此需要通过电机1和电机2分别呈相反方向旋转来使得发动机静止（根据速比，此时电机1的转速为电机2转速的2.6倍）。由于电机1转速范围的限制，如果前进车速需要大于40公里则发动机就必须启动。除了以上提到的转速关系以外，动力分流装置还能够在不同的行驶模式下将动能通过机械方式和电子方式输送到需要车轮上或者存储到电池内。如下两种不同的驱动模式，上下两图左侧的发动机和两个电机的转速几乎是一样的。但是上图工作在发动机驱动模式中，动力从发动机通过机械方式从动力分流装置输送到车轮上，同时发动机的部分动力被用作电机1发电并驱动电机2给出动力输出到车轮上。而下图为减速工况，车轮上的动力被电机2产生的再生制动力（Regeneration Brake）回收发电充入电池中。同时车轮上的部分动力通过动力分流装置输送到发动机上，维持发动机怠速工作。

其实关于动力灵活的通过机械方式和电子方式进行传输还有一些高阶的用法，我们会在国内车企的方案对比中提到，各位可以耐心的再往后看。
目前双电机动力分流系统不仅仅是丰田集团在使用，比较有名的比如福特集团的蒙迪欧）（海外称Fusion）混动版和通用雪佛兰的沃蓝达Volt都是使用类似的技术。不过文章标题提到的决战中国，各个车企分别都在使用各自的专利进行激烈的市场竞争。说到专利大战可谓锱铢必较，每个字每个字都要仔细地扣仔细地推敲。你还别不相信，我们这边就说一个小故事。实际上福特和日本爱信（Aisin）变速箱公司联合开发的混合动力系统要稍早于丰田混合动力系统申请专利。爱信的专利于1995年生效，专利号为US5419406。而丰田的专利于1999年生效，专利号为US5904631。并且实际上丰田和爱信使用的技术理念几乎是相同的，就是之前提到的eCVT系统。如果按照正常的专利程序，丰田必须向爱信支付高额的专利费。但是在爱信专利的权利声明中偏偏提到了“电机和减速齿轮同轴布置用来驱动左右车轮”。就是这个同轴“coaxially”这个词局限了权利范围。而丰田将电机2设计成和发动机以及电机1同轴，而与减速齿轮即到车轮的输出轴错开不在一个轴上，绕开了爱信专利中提到同轴“coaxially”概念。而通用雪佛兰的沃蓝达Volt使用的混合动力技术更是为了绕开专利，同时也为了更加灵活的输出动力，使用了多达2组行星齿轮和3个离合器。同时成本也相应的大大增加。如下即为沃蓝达Volt的混合动力系统示意图。

各大车企决战的砝码除了前面提到的专利以外，作为传统车企他们还将积累了几十年的发动机技术加持到了相应的混合动力系统中。其中以丰田混动系统为代表的就是其使用的阿特金森循环（Atkinson Cycle）发动机。阿特金森循环发动机的特点就是膨胀比较压缩比大，这样虽然发动机动力没有普通的奥托循环（Otto Cycle）发动机大，但是在特定转速区域特别省油。这一点非常符合其eCVT系统的特点。eCVT系统能够通过电机连续调速将发动机的转速稳定在一个非常高效的转速区间。如下即为阿特金森循环和奥托循环发动机的比较，可以看到阿特金森循环发动机扭矩要低于奥托循环，但是在2000~4000的转速区间阿特金森循环燃油效率更高，油耗更低。

关于阿特金森发动机感兴趣的话可以参考小弟之前写得另一篇文章：
发动机适度尺寸理念,奥迪EA888三代半
单电机双离合派：顾名思义这个门派的最典型特征是只有一个电机加上两个离合器和发动机配合实现混合动力模式。那么我们也先说说单电机双离合派的特点：
1.  发动机和电机的动力全部机械传动，传动效率高
2.  电机动态范围小，有利于优化电机效率
3.  理论油耗降低空间更大（目前油耗仍稍高于双电机动力分流系统）
4.  变速箱技术成熟，单电机双离合器系统成本低，易于快速推广
5.  需求的电机扭矩功率小，速度范围小，成本低
6.  易于过度到插电式混合动力（支持更高车速的纯电行驶）
这个门派的宗师则是大众集团。其实大众集团原来对于混合动力这件事是拒绝的。他们声称我的直喷发动机加涡轮增加技术有望做到比混合动力更低的油耗，为什么还要开发混合动力系统呢？但是架不住市场的电气化潮流，大众发现还是得按照市场要求开发对应的混合动力车型。于是乎duang，duang，duang一下子就完成了十几款车型的开发，包括最早的Jetta混动版，和之后平台化的MQB以及MLB的混动车型。比如大众高尔夫GTE，帕萨特GTE，Cross Blue GTE，奥迪Q5，A3，A6，Q7的e-tron插电混动版等等。之所以大众在晚于丰田集团多年但是又能够迅速赶上市场主流，并且完成几乎所有车型的混动化部署的主要功臣就是这里提到的单电机双离合器混动系统。因为这套系统最大程度的与之前传统动力的发动机和变速箱兼容，只是在变速箱中集成了一个电机而已。并且由于有变速箱的帮助，电机的扭矩功率也不需要太大，成本相对能够接受，体积也比较小。如下分别为奥迪Q5（MLB平台）电机和A3（MQB平台）的DQ400E变速箱集成电机示意图。

目前不仅是大众集团，其他多家车企也采用了类似的单电机加双离合器系统，比如宝马的530Le，X5 xdrive 40e，奔驰的C350eL，S500eL,GLE 500e，英菲尼迪M35hL等等车型。那么我们此处就借用英菲尼迪M35hL的两张示意图来说明一下系统构成以及工作模式。首先如下图所示电机位于两个离合器之间。左侧依次为发动机（第一位置），离合器1，电机（第二位置），离合器2，变速箱，输出至车轮。由于电机处于发动机右侧，变速箱左侧的第二位置，因此也称为P2系统。而上图为电机纯电行驶模式，此时电机通过离合器2结合变速箱驱动车轮前进，离合器1断开发动机静止。而下图为发动机通过离合器1连接电机在通过离合器2结合变速箱驱动车辆前进的混合动力模式。

那么单电机双离合器系统也不是一个十全十美的系统，它存在的最大挑战就是当车辆纯电行驶的时候电机高速转动，而发动机静止，在如此高的转速差下如果要切换成混合动力模式，启动发动机的瞬间如何避免出现明显的车速波动。为了解决好这个问题，各家都使出了看家本领并且申请的专利相互之间竞争。那么我们就来看看大众是怎么去应对这个挑战的。简单来说大众通过换挡的间隙进行电机的减扭然后与发动机结合的方法，将转速波动限制在一个非常有限的范围内，并且借助自身强大的变速箱技术使得转速波动和动力中断几乎无法被察觉。感兴趣的朋友可以参考一下大众的专利US8020651。如下专利说明图即来自所提到的专利文档。

那么同样的大众集团也为自家的混合动力系统加持了非常优异的发动机技术。那就是MQB发动机横置化平台中使用的带主动闭缸ACT功能的EA211发动机。它大大降低了混合动力系统的油耗，同时也是和电机系统配合的绝佳选择。

说完了混合动力技术的两大门派和对应的宗师，让我们再来看看国内车企开发的混合动力汽车分别属于哪个阵营，又有一些什么样的中国特色吧。就目前的市场表现来说插电式混合动力车型卖的最好的还要数比亚迪秦和上汽荣威550Plug-in两款车型。但你研究过他们属于哪个混动技术阵营吗？其实从配置来看，简单地可以认为比亚迪秦只有一个电机并与双离合变速箱配合工作因此属于单电机双离合器派。而上汽荣威550Plug-in由于有两个电机应该属于双电机动力分流派。话说相对于国外车企有很多官方的宣称资料介绍他们各自的混合动力系统，国内的车企对于各自的混动技术却貌似并没有那么开放。唯一比较官方的渠道就是车企各自申请的专利。既然前面提到了专利大战，那么就让我们随着比亚迪和上汽的混合动力专利一起看看他们具体到底用了什么样的技术，又分别有些什么样的中国特色吧。
首先基于比亚迪的专利CN103029558A，可以看到虽然比亚迪秦属于单电机双离合器配置，但是其却不是严格意义上的P2系统。因为按照如下专利图电机被配置在了变速箱的末端。因此从最左侧的发动机开过来，分别是发动机（第一位置），离合器，变速箱（第二位置），离合器，电机（第三位置）。因此业界将比亚迪这样的系统定义为P3系统。

这样设计可能有部分原因是需要避开国外的专利，但一个更重要的原因就是要适应中国关于新能源推广的政策导向。如果大家注意目前的新能源政策的话，会发现目前重点扶植的方向是纯电动汽车或者是能够纯电动行驶50公里以上的插电式混动汽车。不难发现政策还是重电机纯电行驶而轻发动机混合动力行驶。这可能与最早业界提出的弯道超车发展方向有一定的关系。既然发动机技术与国外有差距，不如发展电机驱动技术。至少与国外处于同一起跑线上起步。因此不管是比亚迪秦还是上汽荣威550Plug-in，其电机的驱动能力都要比国外的混合动力电机大不少，成本当然也要贵一些。另外一个体现国内重电机纯电行驶而轻发动机混合动力行驶方面就是油耗的计算方法上。如果大家留意秦和550的广告的话就会发现宣称的油耗都只有2L甚至小于2L每百公里的油耗。此处的油耗其实不是真正混合动力行驶模式下的工信部工况油耗，而是加入了纯电行驶里程后折算油耗。国外的混合动力汽车在混合动力模式下综合油耗差不多都在4L~5L每百公里之间，而根据车友的实际体验秦和550的实际综合油耗应该要大于7L每百公里。因此油耗方面还是存在差距的，并且国家还是提倡尽量多的纯电行驶。具体折算方法可以参考如下的说客文章。
混合动力汽车到底有多省油？
另一个需要提的一点就是前面提到的单电机双离合器系统最大的挑战就是如何克服纯电行驶向混合动力行驶模式切换时发动机启动造成的转速波动。目前比亚迪秦的一些用户反馈当发动机启动以后就能够明显的感觉到顿挫，可能就是由于这个问题造成的。不过比亚迪也在不断地设计控制策略改进中。
对应的基于上汽的专利CN101920652A，可以看到虽然比上汽荣威550 Plug-in属于双电机配置，但是其却不是严格意义上的动力分流系统。从如下的专利说明图中可以看到两个电机之间原来动力分流装置（行星齿轮组）的位置被替换成了离合器装置。可能由于需要避开国外专利或者更灵活地控制混合动力模式的考虑，上汽的双电机混合动力系统被设计成了通过两个离合器进行耦合。业界也有称如下系统为同轴耦合式混合动力系统的说法。

这样的设计由于取消了动力分流装置的速比控制，当离合器结合以后两侧的电机就需要保持同样的转速，或者就需要通过离合器断开的情况下进行电子方式的动力传输（发动机带动电机1发电，然后用电能驱动电机2带动车辆前进）。这样设计方式最大的挑战就是如何让发动机工作在一个合适的转速区间内。根据车友的使用反馈，当550的发动机启动工作进入混合动力模式时有时发动机会升高到非常高的的转速（5000转/分），此时发动机噪音很大同时油耗也很惊人。特别感觉临界点好像被设计在了时速65公里左右，一旦过了65公里，发动机转速就能够下降到一个比较合理的范围。可能其中一部分的原因就是取消动力分流装置无法灵活控制速比导致的。那么此处就要讲一下丰田是如何通过前面提到的动力分流装置将发动机的转速控制在一个非常高效的范围内的。如下三张图分别是常规的混动控制模式，特殊能量再循环的混动控制模式，以及两种模式之间的比较。可以看到丰田通过灵活地控制两个电机的动力使得输出到车轮的动力相同的情况下，发动机的转速可以按需降低到一个合理的工作范围。比如第三张图左侧为常规工作模式发动机转速较高为2000转以上，但是使用右侧的特殊模式以后发动机转速一下子降到了1500转一下。

其实不管是上汽荣威550Plug-in还是比亚迪秦，两家车企都在积极按照市场的范围更新控制策略，使得用户体验不断提升。比如之前提到的550在混动模式下小于时速65公里是发动机转速过高的问题就听说已经通过控制策略升级明显改善。希望越来越完善，越来越多的混合动力车型可以在中国的市场上推出，给各位车友便利的同时，也能够改善环境何乐而不为呢？
扩展阅读：
丰田普锐斯动力分流模拟系统

有关回应 · 2021-5-14 20:28:13

这个在我以往的回答中多少都有些涉及，系统的论述似乎比较麻烦，我就简单说一说，想到哪儿就说到哪儿。

1、目前授权丰田THS的其他厂商只有一家，就是福特，比如福特的Fusion Hybrid，其燃效比混凯还要强一些。

2、通用的雪佛兰Volt是区别于丰田THS的另外一大技术流派。如果说丰田THS叫“混联”的话，那么Volt就是“串联”，特点就是发动机不参与驱动，只驱动发电机发电。如果用专业术语讲的话，这种混动模式叫燃油增程车。

这种结构已经有几十年的历史了，比第一部丰田Pruis（1997年）的上市还要早得多。许多大型工程车、机车用的都是这种电传装置，也就是串联结构。Volt与这种电传结构的不同之处在于它是插电式的，机车上则不存在这个问题，机车用电传动不是因为电传动省油，而是因为电传动可以提供内燃机在低转速下不可能提供的大扭矩，省油不是考量的一个要素。

其实说到串联结构，早在2008年12月上市的比亚迪第一代混动车型——F3DM就用上了，比Volt量产上市的时间还早。并且Volt和F3DM都不约而同地在传统串联结构的基础上做了一些改动，就是让发动机在适当的时候参与驱动。由于Volt也采用了行星齿轮结构，因此被指抄袭丰田THS的思路。但实际上Volt和F3DM与丰田THS的实现方法大相径庭，与丰田THS毫无共通之处，都是一些无良媒体和别有用心的业内人士在混淆视线。

燃油增程车是解决油耗问题、电动车续航里程问题的一个很好的思路，即以微型汽油机为增程器，驱动发电机发电，奥迪A1 etron、马自达2 Hybrid都是这个思路，而且使用了转子引擎。转子引擎的特点就是用很小的排量可以达到很高的功率，但是应用在常规动力车上却很不经济，因为转子引擎的低转扭矩差，油耗大，污染重，但是用于发电却可以很好的规避这些问题。因为发电的时候，发动机工作在最佳工况下，完全可以不用考虑实际路况。

3、本田原来使用的是丰田的THS-M，用于Civic Hybrid，其实这种模式不能叫混动，充其量也就是微混而已，跟雪铁龙的e-HDi差不多。本田新开发了两种混动模式，一种是i-MMD，双电机方案，混动模式下发动机不参与驱动，直接驱动发电机给电池组充电。但i-MMD的特别之处在于本田在高速巡航模式下加入了一个“发动机直连模式”，没有电动机参与，解决了燃油增程车在高速巡航模式下不经济的问题；而另一种是i-DCD，其核心混动模块来自德国舍弗勒，用的是双离合变速箱，用于飞度混动车型上。

本田的i-DCD和比亚迪秦是区别于丰田THS、燃油增程车的另外一种混动模式，特点是有传统的变速箱，单电机方案+插电。大众高尔夫GTE、奥迪A3 etron都是这种思路。虽然这种模式综合油耗未必能赶得上丰田的THS，但因为采用了插电设计，市区短途行驶的时候节油效果更好。

4、除了以上所说的丰田THS、燃油增程车、本田i-DCD/比亚迪DM2之外，还有一个很重要的技术路线就是前轮内燃机驱动，后轮电动机驱动，或者二者反过来也一样用，取决于发动机的布置方式是前驱还是后驱。这种方法的始作俑者是PSA的3008 Hybrid4，最早发布于2009年的日内瓦车展上，也是世界上第一部量产的柴电混合动力车。

这种模式最大的特点是不用改变现有常规动力车的结构，不用修改平台。对前驱车来说，只要不对前舱做大幅度的改动，则平台都不需要变动，只是加装了一个混动模块而已，用后轮内置电机或前轮内置电机就实现了混动模式，并且这种结构带来的一个非常有用的副产品——四轮驱动。因为前轮由内燃机驱动，后轮由电动机驱动，可以很自然地就可以实现四轮驱动，这种驱动模式的转换在电气领域里就不叫个事儿。丰田汉兰达混动的四驱也是这么实现的。四驱的原理也无非是利用中央差速器或安装在后桥的轴间差速器在轴间分配动力或扭矩而已。电子四驱的出现很可能将现有的四驱结构送入坟墓。

在勒芒大赛三度大出风头的奥迪R18 etron quattro混动赛车，还有最近火热上市的宝马i8采用的都是这种混动模式。节油效果虽然不见得有多出色，但是配合超强马力的柴油或汽油引擎，其性能就不是一般的混动跑车可以相提并论的。就连丰田最先进的TS040混动赛车在R18 etron Quattro面前也只能甘拜下风。

换句话说，即使丰田THS的专利没有过期，混合动力市场也不是丰田一家可以垄断的。增程车、插电车、前后轮分别驱动的混合动力车都各擅胜场，不让丰田专美于前。

至于谁能横刀立马，还看燃料电池。在FCV面前，神马Tesla、THS、增程、前后轮分别驱动，不过是浮云而已。

各大汽车厂研发强混车型是如何从技术上规避丰田混动专利的？目前有哪些主要类型呢？

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