為了在科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)仃U述兩款變速箱工作原理的同時(shí)保證文章的可讀性,，我將從專(zhuān)業(yè)和非專(zhuān)業(yè)兩個(gè)角度去詳細(xì)講述E-CVT和CVT兩款變速箱的異同,。專(zhuān)業(yè)版講解在前，需要讀者具備一定的機(jī)械常識(shí),。非專(zhuān)業(yè)版講解在后,，只求通俗易懂，但可能會(huì)丟失一定嚴(yán)謹(jǐn)性,。

最近有不少踢車(chē)幫粉絲留言問(wèn),，E-CVT和CVT到底是不是同一種變速箱？我想這確實(shí)值得在《講堂》欄目中為大家?guī)?lái)詳細(xì)的科普,。因?yàn)椤癈VT”這個(gè)字眼確實(shí)太具備迷惑性了,，以至于讓大家都以為E-CVT和CVT是同一種結(jié)構(gòu)的變速箱。所以在文章的開(kāi)頭,，我很負(fù)責(zé)任地告訴大家,，不要以為名字里都具備“CVT”，就認(rèn)為兩者有什么血脈相連的關(guān)系,。

其實(shí),，E-CVT并不是一種官方的名稱(chēng)，它源自于豐田Hybrid Synergy Drive(HSD)油電混合動(dòng)力系統(tǒng),，也就是基于Toyota Hybrid System(THS)改進(jìn)而來(lái)的行星齒輪組式動(dòng)力分流結(jié)構(gòu)(Power Spliting Device),。因?yàn)樵隈{駛體驗(yàn)上與傳統(tǒng)的CVT變速箱相似，同時(shí)為了能夠在生產(chǎn)監(jiān)管目錄上進(jìn)行明確的分類(lèi)[1],，豐田才為HSD動(dòng)力分流結(jié)構(gòu)起了個(gè)別名,，叫做“E-CVT”。

如果認(rèn)真去扣ECVT（沒(méi)有橫杠）的字眼,，卻發(fā)現(xiàn)這是一款由日本富士重工（Fuji）和荷蘭VDT公司（Van Doorne’s Transmission,發(fā)明CVT變速箱的鼻祖）聯(lián)手研發(fā)的電控機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器[2]，全稱(chēng)為Electronically Controlled Continuously Variable Transmission,。注意,，這臺(tái)ECVT本質(zhì)上就是一臺(tái)普通的機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器，只不過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪與CVT輸入軸之間用一個(gè)電控磁粉式離合器相連,。該變速箱顯然不屬于我們今天討論的話(huà)題范圍之內(nèi),，因此僅供知識(shí)拓展。

另外,，福特在2004年就曾獨(dú)立研究出來(lái)與豐田HSD類(lèi)似的動(dòng)力分流結(jié)構(gòu),，不過(guò)受限于專(zhuān)利保護(hù)，福特用部分尾氣排放方面的科學(xué)專(zhuān)利作為交換條件,，從豐田那里獲得了21項(xiàng)HSD專(zhuān)利授權(quán)[3],。所以強(qiáng)調(diào)一下,，只要是行星齒輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分流裝置，我們才可稱(chēng)其為E-CVT,，而且準(zhǔn)確的說(shuō),，E-CVT只是一個(gè)混合動(dòng)力分流裝置，并非我們傳統(tǒng)認(rèn)知上的變速箱,。

·首先,，傳動(dòng)比是什么意思？

傳動(dòng)比是指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)中兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件角速度的比值,，常見(jiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件包括齒輪和齒輪,、鏈條和齒輪、渦輪蝸桿等等,。在齒輪嚙合傳動(dòng)中,，傳動(dòng)比由主被動(dòng)齒輪的齒數(shù)決定，或者由主被動(dòng)嚙合齒輪的節(jié)圓半徑?jīng)Q定,。所以說(shuō)，一旦兩個(gè)嚙合齒輪確定,，那么由這對(duì)齒輪構(gòu)成的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的傳動(dòng)比就會(huì)保持不變,。

傳動(dòng)比不僅決定著兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件角速度的比值,，如果兩個(gè)構(gòu)件之間存在力矩傳遞,，那么力矩的關(guān)系也由傳動(dòng)比決定。以一對(duì)齒輪副傳動(dòng)為例,，當(dāng)主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速和扭矩一定時(shí),，傳動(dòng)比越大，說(shuō)明從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速越小,，減速效果越明顯,，此時(shí)從動(dòng)齒輪獲得的扭矩越高，扭矩放大效果越明顯,。如果傳動(dòng)比越小,，則相反。

MT/AT/AMT/DCT這幾類(lèi)變速箱內(nèi)部都有好幾對(duì)傳動(dòng)比固定的齒輪副以構(gòu)成多級(jí)擋位,，目前市面上常見(jiàn)的非串聯(lián)單體變速箱的擋位數(shù)量介于4~10之間不等,。為什么需要不同的擋位？因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間大體上是固定的,，為了保證汽車(chē)在不同車(chē)速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)均能保持在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi),，所以需要變速箱來(lái)提供不同的傳動(dòng)比。

換擋過(guò)程會(huì)使變速箱輸入軸和輸出軸之間的傳動(dòng)比發(fā)生階躍式變化,，所以產(chǎn)生沖擊是必然的,，唯一的方式是通過(guò)控制離合器接合的快慢速度來(lái)進(jìn)行削弱。所以CVT無(wú)級(jí)變速器巧妙就巧妙在,，它內(nèi)部沒(méi)有齒輪副傳動(dòng)結(jié)構(gòu),，也就不存在固定傳動(dòng)比，但是可以通過(guò)金屬帶和工作輪之間的配合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)平滑變化,。

·E-CVT和CVT的共性

先說(shuō)兩者的相同之處,，因?yàn)橛靡欢卧?huà)形容就足夠了。首先,，兩者都可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車(chē)輪轉(zhuǎn)速之間的總傳動(dòng)比始終處于連續(xù)平滑的變化之中,，并且無(wú)論車(chē)速怎樣變化，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本都會(huì)穩(wěn)定在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間,。其次,，兩者反饋給駕駛員的駕駛感受相似，“越踩越有”就是對(duì)該駕駛感受的最佳形容,。既然沒(méi)有換擋過(guò)程,，那也就不存在換擋沖擊，即所謂的頓挫感,。

·E-CVT和CVT的異性

先從傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上說(shuō)起,。傳統(tǒng)的CVT變速箱由金屬帶、工作輪,、液壓泵,、起步離合器和控制系統(tǒng)等組成。變速系統(tǒng)中的主,、從動(dòng)工作輪分別由固定部分和可動(dòng)部分組成,，固定部分和可動(dòng)部分間形成V型槽，剖面同樣呈V型的金屬傳動(dòng)帶在槽內(nèi)與工作輪嚙合,。當(dāng)主,、從動(dòng)工作輪的可動(dòng)部分作軸向移動(dòng)時(shí)，V型槽便會(huì)擠壓傳動(dòng)帶向外徑向擴(kuò)張,，即可改變傳動(dòng)帶與工作輪的嚙合半徑,，從而改變了傳動(dòng)比。

E-CVT其實(shí)就是一個(gè)行星齒輪結(jié)構(gòu)加兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī),。其中,，太陽(yáng)輪與1號(hào)電機(jī)相連,，行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相連，齒圈同時(shí)與2號(hào)電機(jī)和E-CVT輸出軸相連,。利用行星齒輪結(jié)構(gòu)中各部件的轉(zhuǎn)速關(guān)系實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端輸入軸和齒圈輸出軸之間傳動(dòng)比的連續(xù)變化,。

然后分析工作原理。CVT可以視為皮帶傳動(dòng),，如果不考慮傳動(dòng)帶的打滑現(xiàn)象,，那么可以認(rèn)為CVT變速箱的瞬時(shí)傳動(dòng)比就是從動(dòng)工作輪與主動(dòng)工作輪工作半徑之比，即傳動(dòng)系統(tǒng)有且僅有一個(gè)自由度,。所以,，每一時(shí)刻的減速效果和扭矩放大效果都是由傳動(dòng)比確定的。

但是E-CVT卻無(wú)法用“傳動(dòng)比”去描述輸入軸和輸出軸之間的關(guān)系,。因?yàn)樵谛行驱X輪結(jié)構(gòu)中,，存在兩對(duì)可以相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)且互不影響的齒輪副，即該傳動(dòng)系統(tǒng)具有兩個(gè)自由度,，有點(diǎn)類(lèi)似差速器的工作原理,。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和E-CVT輸出轉(zhuǎn)速之間的比值并不等于二者扭矩的比值：因?yàn)榍罢呤请S時(shí)可以變化的,，而后者幾乎是一個(gè)定值,。

上圖所示的公式是行星齒輪結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件運(yùn)行角速度的關(guān)系,，可以看出，如果想要將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持在一定范圍之內(nèi),，只需要根據(jù)齒圈的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)與太陽(yáng)輪相連的1號(hào)電機(jī)的轉(zhuǎn)速即可,。但是各部件之間的轉(zhuǎn)矩之比卻是固定的，想要得到大扭矩輸出,，電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)則必須按照固定比例同時(shí)放大,。

最后是應(yīng)用場(chǎng)景不同，CVT的輸入輸出只能是同一種動(dòng)力源,。而E-CVT是混合動(dòng)力車(chē)輛專(zhuān)屬的結(jié)構(gòu),，利用行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中兩自由度的特性，巧妙地將電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力整合在一起對(duì)外輸出,。對(duì)了,，E-CVT并不屬常規(guī)混合動(dòng)力系統(tǒng)P0/P1/P2/P3/P4分類(lèi)中的任意一種構(gòu)型，因?yàn)樗谋举|(zhì)就是一個(gè)動(dòng)力分流結(jié)構(gòu),，油電兩種動(dòng)力在其內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)耦合,。

E-CVT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)其實(shí)要比CVT,、AT等傳統(tǒng)變速箱簡(jiǎn)單的多，那么,，豐田的核心技術(shù)到底在哪里,？答案是在軟件層面的控制邏輯上。常見(jiàn)的運(yùn)行工況包括怠速,、起步,、小負(fù)荷加速、大負(fù)荷加速,、勻速巡航以及減速,，每種運(yùn)行工況下又可細(xì)分出多種更具體的工況。那么,，如何控制兩個(gè)電機(jī)在每時(shí)每刻都能輸出精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速和扭矩,，這是需要通過(guò)大量軟件仿真、臺(tái)架試驗(yàn),、整車(chē)實(shí)驗(yàn)才能標(biāo)定出來(lái)的,。而且，面對(duì)如此復(fù)雜的控制系統(tǒng),，怎樣保證其運(yùn)行時(shí)的魯棒性和穩(wěn)定性,，同樣需要技術(shù)成熟并且可靠的高精度算法。

·非專(zhuān)業(yè)版解釋?zhuān)候T過(guò)自行車(chē)下臺(tái)階嗎,？

危險(xiǎn)動(dòng)作,！不建議大家去嘗試，但這是我能想到比較合理而又通俗易懂的比喻,。騎著自行車(chē)下降同樣的高度（傳動(dòng)比由高到底）,，MT/AT/AMT/DCT就像是一層層臺(tái)階，而E-CVT和CVT則像是一個(gè)坡道,。前者內(nèi)部存在著齒輪結(jié)構(gòu)使傳動(dòng)比像臺(tái)階一樣斷層分布,，而不是連續(xù)變化的，所以會(huì)在換擋過(guò)程中產(chǎn)生頓挫感,。后者內(nèi)部并非采用傳統(tǒng)變速箱的齒輪傳動(dòng)形式,，但是傳動(dòng)比可以連續(xù)平滑的變化，因此不存在換擋過(guò)程,。

不過(guò),，CVT和E-CVT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和用途卻截然不同，前者是靠金屬帶搭配可變直徑的工作輪實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,，只可傳遞同一種動(dòng)力源,；后者是靠行星齒輪組天生的傳動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，能夠匯合兩種動(dòng)力源（油+電）并對(duì)外輸出。就像同樣的坡道,，一個(gè)是瀝青路面,，另一個(gè)是大理石路面，一個(gè)每次只允許單車(chē)同行,，另一個(gè)則允許多車(chē)通過(guò),。雖然道路鋪設(shè)的材料、準(zhǔn)許通行條件不同,，但路面反饋給自行車(chē)騎手的主觀感受是相似的,。

·總結(jié)

1、HSD才是學(xué)名,，E-CVT只是豐田為了方便歸類(lèi)而起的“外號(hào)”,。

2、E-CVT和CVT除了駕駛感受相似,，都能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)變速之外,，其它諸如機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作原理,、適配車(chē)型等等均不相同,。

3、CVT只能傳遞同一種動(dòng)力（純電或純油）,，而E-CVT可以匯流兩種不同的動(dòng)力（油+電）,。

4、E-CVT并不能歸入傳統(tǒng)變速箱行列,，準(zhǔn)確地說(shuō)它只是混合動(dòng)力分流結(jié)構(gòu),，并且扭矩放大比和減速比之間沒(méi)有固定關(guān)系（兩自由度系統(tǒng)），不能用傳動(dòng)比來(lái)描述運(yùn)動(dòng)關(guān)系,。

參考文獻(xiàn)：

[1]https://en./wiki/Hybrid_Synergy_Drive

[2]http:///automobile/electronically-controlled-continuously-variable-transmission-ecvt-automobile/

[3]Bruce Nussbaum (2005-11-01). "Is Ford Innovative? Part Two". Bloomberg Businessweek. Retrieved 2011-03-09.

本文作者為踢車(chē)幫Torres