丰田双擎混动经常跑高速一样省油吗？

看高速的速度是多少，是否超过时速100。

• 传统燃油车，高速工况是油耗优势工况，高速80—140都比城市油耗低。
• THS高速油耗没啥优势，而是先天劣势。超过90油耗就开始升高，而且时速越高油耗上升越剧烈。

因为THS高速有一个“功率回流”（有的叫“功率循环”^[1]）的问题，这个类似于电动车高速反电动势增大。不完全是车辆本身风阻和速度的关系。是THS自己的架构固有问题。“行星齿轮功率回流”参考下面的技术分析。

THS的功率循环问题在于，随着车速上升，循环功率占比急剧增大。而“循环功率”就是增程式的二次转换功率，也就是占比越高的循环功率的15%，变成发电机和电机的热能耗散白白浪费掉了。而燃油车的高速行驶的直驱部分没有这种损耗。解决方法是锁止太阳轮，才能阻止功率回流。但丰田THS没有这类措施。因此高速公路场景，油耗高于同级燃油车。

而在实际应用来说，其实早就有人说了这个问题^[2]。

总结：

1. 相较于同级燃油车，丰田双擎城市工况优秀得多；
2. 相较于同级燃油车，丰田双擎高速工况略差，油耗稍高。

两厢相抵，总体来说还是省油的。如果要克服问题2，可以参考广汽丰田的论文，加一个太阳轮锁止器^[3]。

上面随口一谈“功率循环”，这里稍微拓展一下。

THS和同级燃油车的劣势 ——“功率循环”简要科普

这个劣势体现在和同级燃油车相比的高速场景。这是THS没有加太阳轮锁止器（离合器）的结果。先提一下，有种混动叫分轴式混动。

借鉴分轴式Axle-Hybrid。这里把THS的EM2（较大的驱动电机）移到车辆后轴。这个其实也是驱动/发电一体电机，后轴也可以行车随动发电。前后通过电气电缆连接。

发动机和调速电机EM1/MG1在前轴，THS功率分流部分也在车辆前舱前轴。后轴P4电机可以四种状态：

1. P4后轴电机EM2驱动，低速状态。
2. P4后轴电机EM2发电，高速行驶状态。
3. P4后轴电机EM2随动，跟着车轮空转。不耗电和不发电。理论状态，实际不太可能。
4. P4后轴电机EM2堵转，车辆静止，对抗车轮旋转。比如前轴发动机消耗汽油要往前使劲，后轴电机消耗电池往后使劲，车辆静止。这个也是理论状态，实际不可能。但是注意，堵转是最耗能的，因为此时电机转速为零，但是车辆光耗能，而不动。一般来说，类似上述分轴式Axle-hybrid混动来说，前轴被离合器半联动摩擦生热，后轴被电机堵转生热，能量白白白耗散了。

以上是后轴EM2状态，前两种实际状态，后两种理论状态。但工程师会避免。那么同样，前轴的EM1调速电机也一样，同样有四种状态。前两种实际状态，后两种理论状态。同样工程师会避免后两者，但不是这两者不存在。

燃油车的发动机需要变速器才能拖动，大部分AT变速器其实包含3或4个行星齿轮排。丰田双擎THS其实也有变速器，只不过丰田THS把变速器叫eCVT，硬件只有一组行星齿轮，但是多了两个电机，其中有一个电机必须和这组行星齿轮的太阳轮硬连接，这个电机叫调速电机EM1。

丰田THS的精髓就是这个行星齿轮。最右侧行星齿轮最里面的太阳轮连接的就是EM1调速电机；中间内嵌小齿轮叫“行星齿轮架”，这个连接发动机；最外侧的叫齿圈，连接减速器直连前轮。

因此，单从变速器的角度来说，输入是中间行星架，输出就是外侧齿圈。这两个的转速比就是变速器的所谓“变速比”。我们知道：当车速较低的时候，变速器档位较低，变速比就变大大；而当车速较高的时候，变速器档位较高，对应的变速比就变小。具体多少小，可以负载需求和发动机的工况，一般工程师会折衷挑选一个较好的最高档位齿比，覆盖发动机的较高效率区间。这就是传统燃油车高速省油的秘密。

这个对应于THS的原理也是类似。只不过普通AT变速器是切换档位，改变综合速比。只不过传统AT变速器只有几档固定的组合，而THS可以通过EM1的太阳轮调速电机动态修改输入输出的转速比，同样达到换挡的效果。而且是类似CVT无极调速的效果。

不过，这个也有需求代价，代价是EM1/MG1调速电机必须搭配一个电池，因为有时候调速EM1是发电状态，需要电池充电；有的时候调速EM1是驱动状态，电池需要放电。我们把EM1的调速功率（连接太阳轮）与变速箱速比（行星架转速和齿圈转速比）的规律做成曲线。

示意图3是THS所谓eCVT和传统变速器完全不一样的地方。传统燃油变速器只有横轴变速比的变化，没有纵轴部分。这个揭示了eCVT的核心本质：

当追求机械变速比（横轴）的同时，要满足纵轴功率分配比的约束。

也就是说，中间行星架（直连发动机曲轴）的转速要满足eCVT变速比的时候，中间的太阳轮（直连调速电机EM1/MG1）要符合行星齿轮排的功率分配要求。否则，达不到变速比的要求。这里面的关系如下：

车速→变速比→EM1/MG1调速电机→电池充放电。

车速决定eCVT变速比，而eCVS变速比看MG1调速电机。MG1电机如果是驱动电机状态，需要供电；MG1电机如果是发电机状态，需要放电。而超过行驶功率所需的多余放电需要电池充电缓存。回过再看示意图3：

• 横轴是eCVT变速比，齿圈Ring直连减速器接半轴，齿圈转速和车速正相关；行星架直连发动机。齿圈转速/行星架转速，就是变速器比。
• 纵轴是太阳轮/行星架功率占比。太阳轮直连EM1/MG1调速电机，行星架直连发动机。齿比不可能像古戈尔齿轮组一样齿比无限小。

以上的曲线比例是固定的，这个是THS的硬件参数。当实物图2种中两个齿轮（最外侧的齿圈Ring，和最内侧的太阳轮Sun），当这两个齿轮的齿数已经确定了，那么这条曲线就确定了。这是一个硬性的约束条件。

在这个约束条件下，要动态改变THS eCVT的变速比，那么调速电机要满足同样的约束要求。而这个约束要求，在中低速城市场景，相对燃油车变速器是优势；但是在高速行驶场景，就是劣势。举个例子：起步和中低速。

和燃油车一样，起步中低速阶段的eCVT变速比也非常高。但和燃油车不同的是，发动机可以工作在较大的经济热效率状态。因为根据上面的约束条件，这时候的工况发动机的功率85%必须交给调速电机发电。如果剩余15%机械功率不足与驱动车辆（无加速），THS会分配85%发电功率的一部分给EM2驱动电机，两者共同满足车辆中低速加速请求。而多余的电量会保存在电池。倘若电池满了，那么EM2电机可以直接带动车辆中低速行驶，发动机无需工作，那么eCVT也无需工作。

随着车速增加，①.车辆所需行驶功率也增加；②.eCVT的变速比也要降低，而由于THS的硬性约束，eCVT变速比降低 EM1/MG1的发电功率占比也随之降低。因而，发动机更多比例的机械功率直接用于驱动，发电功率也无更多剩余充电，而直接给EM2电机驱动。而这部分功率就叫“功率循环”。可以预见，随着中低速车速增加，这个比例会减小。

不同车辆的接驳的主减速齿比不同，以及发动机的不同，一般这个发电功率占比到了时速65—75公里区间内，可以触及一个发电功率占比为零的平衡点（变速比0.72）。这个变速比以上（横轴右侧），调速电机EM1/MG1是发电机状态；这个变速比以下（横轴左侧），调速电机EM1/MG1是发电机状态。而这个齿比下，太阳轮转速为零，是电机堵转状态。也就是EM1/MG1调速输出扭矩，对抗硬件约束，电机转速为零。如果此时有一个锁止器，锁止太阳轮，那么电机就无需输出扭矩堵转。但THS没有。

事实上，THS不允许EM1电机进入转速极低的堵转状态。因此实际上，随着车速到了临界点，THS eCVT的变速比会越过在这个阶段，就像普通燃油车的换挡一样。只不过THS通过EM1/MG1调速电机的迅速切换电机工作状态，改变eCVT变速比。但这里的关键在于，曲线幅度不同。可以看到，和中低速的大变速比不同，高速的低变速比条件下，太阳轮的硬性约束功率需求急剧增大。且改功率是驱动功率，要么电池提供，要么EM2驱动电机当作发电机，发电提供。

实测表明，虽然发动机通过eCVT可以调控发动机的热效率工作点，但是90km/h匀速行驶时条件下，有太阳轮需要同样提供10%的发动机功率满足硬性条件。如果电池不提供，实际上是发动机的功率分为两部分（参考示意图1）:

1. 时速90km/h：P4后轴电机，以10%发动机功率的动能回收功率发电，这些功率反哺给太阳轮EM1电机驱动；
2. 时速120 km/h：P4后轴电机，以20%发动机功率的动能回收功率发电，这些功率反哺给太阳轮EM1电机驱动。

这部分硬性约束的电驱功率，就是“功率循环”。这部分循环功率其实和增程串联原理一样，经过了发电、驱动的二次能源转换，成了油冷发电机、油冷驱动电机的热量被耗散了。而且即便eCVT变速比保持不变，但车速上升，风阻急剧增大。发动机的输出功率也增大，即便齿比不变，电驱功率占比也不变，但是发动机功率增大，这部分耗损功率也增大。这就是THS高速相比燃油车更费油的地方。

解决方法是广汽本田的高速功耗解决方法，锁止太阳轮^[3]。但问题是，这个齿比是THS确定的齿比，并不是传统燃油车变速器的高速巡航最佳固定齿比。也就是说，广汽丰田的方式能改善原有THS的高速能耗（大约可以改善油耗3.9%～7.7%），但和传统油车相比，不如专用高速巡航齿比，但已经很接近了。

不过现在的问题是，这仅仅是广汽丰田的技术建议，实际上丰田本身没有采纳，那么自然目前的THS高速油耗高于同级燃油车。这是由THS本身工程实践的物理硬件约束决定的。