兩田和通用引領了當代混動汽車，他們最早採用了先進的混聯式混動系統。很多人想搞明白，這三大系統各有什麼不同，今天就來講一講。
豐田和通用混動系統的核心機構，都是行星齒輪組，它的主體由齒圈，行星架，太陽輪構成。
有了行星齒輪組，系統可以實現功率分流。這是混動系統節能的重要理論之一。
當引擎輸入的機械功率經過行星齒輪組，會分流成兩部分：一部分功率走機械路徑直接傳至車輪，一部分功率走機電路徑，通過與齒輪連接的發電機轉化為電功率，再傳遞給電動機進行輸出。這就是功率分流。
“分流”本身並不高效。因為此時，引擎輸出的功率，有一部分進入了機電路徑，能量經歷了二次轉換，就不如“機械路徑”直接。電功率分流越多，傳動效率就越低。也因此，由於增加了能量存儲和釋放的過程，“引擎為電池充電，需要時再放電”的策略更加低效。被迫使用機電路徑時，最好是引擎通過發電機直接為電動機供電。
但傳動效率只是決定燃油經濟性的因素之一，還有一個重要因素，是引擎熱效率。低熱效率的機械傳動，有時不如“高熱效率超量輸出，再回收利用”的機電傳動來得高效，這是兩害相權取其輕的策略。也正是功率分流存在的意義。
當引擎輸入功率＞輸出端輸出功率，引擎通過電機分流，將這部分功率存儲在電池中
當引擎輸入功率＜輸出端輸出功率，電池放電，補足功率
這樣一來，可以保證引擎工作總是經濟的，但以上工況涉及電池充放電，並不是最佳模式。更經濟的工況是電池不參與工作，系統只有引擎一個輸入端。
分流有什麼弊端？
同樣一組或幾組行星齒輪組，電機所處位置不同，其分流特性存在差異。目前以行星齒輪組作為中心耦合機構的混動系統，依據電機所處位置，有三種基礎的分流方式。
如果把引擎和系統輸出端的位置，設為A和B，引擎位於A，輸出端位於B。兩個電機中的一個，位於A點，就是輸出分流型；位於B點，就是輸入分流型；如果兩個電機既不在A也不在B，就是複合分流型。
由於系統分流特性，兩個電機之間會出現一種特別的功率循環現象：
正常情況下，引擎功率走兩條路線，一部分走機械路徑，一部分走機電路徑，最終都以機械功率匯流到輸出端，再傳至車輪，此時機電路徑的流向，與機械路徑輸出方向相同。
但要注意，雖然兩個電機分工不同，但同為電機，它們都既可以放電，也可以發電，隨著齒輪組傳動比的變化，在特定工況下，它們的“身份”會發生互換，主司驅動的電動機開始發電，機電路徑流向逆轉了。
當分流方向與輸出方向相反，引擎部分功率就被轉化為電功率，在兩個電機之間無限循環。如果車輪是食客，行星齒輪組是送菜的轉盤，功率就是轉盤上的菜，食客眼看飯菜在面前轉了一圈又一圈，有些菜卻被蓋住了吃不上，這就是功率循環。
功率循環一旦發生，引擎輸入功率會遠遠大於輸出端輸出功率，增加額外損耗，傳動效率就會驟降。
如何避免功率循環？因為電池的輔助不會改變齒輪組的分流特性，接下來就以“電池功率為零”作前提，來看特定工況下三種分流方式如何取長補短。
首先記住一個特徵，當發電機轉速為零，此時沒有功率分流，引擎功率全走機械路徑，傳動效率最高，我們把這種工況稱之為系統的機械點。
輸出分流型：看下圖，2號電機→太陽輪；引擎+1號電機→齒圈；行星架為輸出端。
有一個電機與引擎位置相同，因此是輸出分流型。
系統傳動比=引擎轉速/輸出端轉速，則
當系統達到機械點時，2號電機（太陽輪 ）轉速為零，此時沒有電功率分流，1號電機（齒圈）空轉，引擎輸入功率+輸出端輸出功率=0。
現在引擎轉速不變，我們把輸出端轉速相對引擎轉速“降低”，於是系統傳動比>機械點傳動比，根據“槓桿法則”，2號電機轉速也會“降低”
根據力學平衡原理，齒輪之間作用力方向相反，扭矩方向也就相反，於是太陽輪扭矩與行星架相反，與齒圈相同。
太陽輪2號電機自身轉速與扭矩方向相反，功率為負，這就是發電。此刻它的“身份”是發電機。
現在引擎部分機械功率→行星架（輸出端分流）→2號電機→電功率
電功率只能在電機和電池之間傳遞，此時電池不參與工作，於是
引擎部分機械功率→行星架（分流）→2號電機→電功率→1號電機→機械功率→行星架（再次分流）→2號電機，形成功率循環。
可以看到，系統傳動比>機械點傳動比時，傳動比越高，電功率分流比例越高，功率循環也越嚴重。
也就是說，只要
在輸出端分流，分流方向一定與輸出方向相反，功率循環就出現了。輸出分流型耦合機構的系統傳動比與傳動效率的關係，是類似這樣的：
總的說來，當系統傳動比
當系統傳動比>機械點傳動比時，傳動比越高，電功率分流比例越高，功率循環也越嚴重，傳動效率開始驟降。
這就是個問題。
系統處於高傳動比時，大都在起步和中低速行駛，這是車輛市區通勤的主要工況。如何處理這種低效傳動？
通用初代Volt就採用輸出分流式佈局，除了設置恰當的傳動比範圍和電機類型等基礎操作，它還在發電機與齒圈之間引入離合器C2，當它斷開時，引擎與車輪之間只剩下機電路徑，系統變為串聯佈局，這樣就能避開高傳動比工況下的功率循環。
但C2斷開時，齒圈沒了限制，整個齒輪組就會空轉，無法輸出動力，為此還需再引入一個制動離合器C1，在C2斷開時固定齒圈，方便電動機高扭矩輸出。
通用還把車輛做成插電版，讓它在中、低速工況儘可能使用初始和回收電量進行純電行駛，中、高速使用混動模式，這樣彌補了燃油經濟性的不足，又提升了動力性能。但虧電之後，弱點就浮現出來。
輸入分流型：看下圖，1號電機→太陽輪，引擎→行星架，2號電機→齒圈（輸出端），有一個電機位於輸出端，因此是輸入分流型。豐田普銳斯就是如此佈局。
當i=λ時，1號電機（太陽輪）轉速=0，2號電機空轉，引擎功率（行星架）+ 輸出端功率（齒圈）=0
維持引擎轉速不變，升高2號電機轉速，1號電機轉速隨之降低，後者轉速與扭矩方向相同，在放電，此時2號電機發電，因此引擎功率在輸出端分流，分流方向與輸出方向相反，形成功率循環。
看下圖可知傳動比與效率的關係，相比輸出分流式，該佈局在低速高傳動比時，傳動效率很高，但在高速低傳動比時，由於存在功率循環，相比低速時燃油經濟性下降。
豐田THS採用輸入分流式佈局，工程師通過將機械點設定在平均車速附近，來儘量避免高速工況下的功率循環。雖然超高速行駛的燃油經濟性仍受影響，但可以看到這樣的佈局無需引入離合器，就可以實現大部分工況的高效傳動，不僅結構簡單，成本也更低廉。
作為對比，通用初代Volt混動系統採用輸出分流型佈局。這樣不僅電池更大，還添加了兩組離合器，結構更復雜，成本也更高，燃油經濟性卻不及豐田。
通用第二代Voltec混動系統對此做了改進，採用複合分流型佈局，在理論上能夠實現更高傳動效率，動力性能也更強。但複雜的結構意味著控制策略的設計難度增大，想要面面俱到不是那麼容易，較高的製造成本也降低了它的競爭力。實際其油耗表現依然不如豐田THS，EPA測試的美版卡羅拉混動百公里油耗要比通用二代Volt低1升左右。
豐田THS與本田i-MMD有何不同？
混動系統有多個動力源，引擎和電機的輸出都存在延遲，如何做好它們之間的匹配和銜接，讓動力輸出平順又經濟，就是個問題。豐田利用行星齒輪組把三個動力源綁在一起，這個難題就簡化了許多，電機和引擎通過齒輪組即可實現實時精準聯動。
在這一點上，就看出本田工程師有多麼悍。
它的i-MMD混動系統，引擎和兩個電機之間是普通的串聯佈局，這是機電路徑。在引擎和車輪之間，還有一條機械路徑，引擎通過一套離合器，可以在高效區間繞開電機，直驅車輪。為了避開豐田專利，它連行星齒輪組都不用，結構簡單到沒法再簡，硬是通過算法，把引擎與電機之間的銜接配合做到平順，在行駛過程中幾乎察覺不到引擎的切入和切出。更重要的是，這樣的結構設計和控制邏輯也更簡潔高效。
豐田THS系統在純電行駛時引擎是關閉的（行星架固定），此時發電機反向空轉，根據齒比，發電機的轉速是電動機的2.6倍。所以發電機的轉速會更早到達極限（初代極限是6500轉/分鐘）。當發電機轉速接近極限時，引擎就必須介入，以平抑發電機轉速。
二代普銳斯，純電極速是67km/h。再提速，就需要引擎介入。而本田i-MMD系統，兩個電機之間沒有機械連接，轉速互不影響，純電時速可以超過130km/h。
豐田THS這樣的特性還產生連鎖反應，就是部分工況下的加速延遲。
比如當純電時速達到67km/h，此時發電機反向空轉達到轉速極限，而此時若急加速，需要引擎介入，啟動引擎需要發電機正向轉動，轉速落差接近10000轉，會帶來明顯加速延遲。
而且引擎與電動機之間裝配過於緊密，當引擎介入時會對電動機造成擾動，由此造成的頓挫感，有時會過於明顯。這都是i-MMD系統沒有的問題。
眼看對手追趕上來，豐田也不敢懈怠。
下一代THS II P610就將變速驅動橋改為平行軸佈局，電動機從原來的行星齒輪組中獨立出來，通過一套減速齒輪與原行星齒輪組的齒圈相連，兩個電機之間的轉速落差就不大了。搭載最新版THS系統的雅力士，純電時速超過130km/h，能夠最大限度利用回收的動能，也為以後推廣插電打好基礎。
但豐田的母胎缺陷仍然在，由於採用行星齒輪組，引擎和兩個電機始終是聯動的。純電模式下，電動機只要轉動，發電機必然反向空轉；而系統達到機械點時，引擎直驅車輪，必然帶動電動機正向空轉。這都會增加不必要的損耗。本田iMMD系統無論是高速還是低速，都沒有這些顧慮。
當然，全球熱效率最高的混動引擎還是豐田的Dynamic Force系列2.5L發動機，無論是燃油經濟性，質量可靠性，還是成本控制，豐田都是久經考驗了。但從兩套系統的實際性能表現來看，已經差異不大。
這場你追我趕的軍備競賽，看著挺辛苦。不過對我們消費者來說，坐看神仙鬥法，是名副其實的一場福利。
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