【原创】通用丰田东风长城四家主流功率分流混动技术的深度对比分析

在全球汽车产业加速向电动化转型的大背景下，混合动力技术作为连接传统燃油车与纯电动车的重要桥梁，正迎来前所未有的发展机遇。根据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图 3.0》，到 2035 年，传统能源乘用车将实现全面混动化。在这一趋势推动下，功率分流技术作为混合动力领域的核心技术路线之一，正成为各大车企竞相布局的重点方向。

功率分流技术的核心优势在于其独特的能量管理机制，该技术通过行星齿轮组实现发动机动力的智能分配，一部分直接驱动车轮，另一部分通过电机发电后再供给驱动电机，从而实现无级变速和高效能量利用。这种 "扭矩与转速解耦" 的技术特性，使得发动机能够始终工作在高效区间，显著提升燃油经济性；针对单纯依靠功率分流可能在需要大动力需求的时候动力不足的情况，各家主机厂的功率分流大都是有多个档位配合功率分流，因此可以有效解决，功率分流因为动力进行了分流而导致的动力相对较弱的弊端。

从笔者的技术角度来看，功率分流在混动架构里不管是控制还是结构都是非常经典和有难度的，但是不失为非常灵魂的一种架构，以下将针对不同的技术方案从不同的角度和维度展开分享。

本报告重点分析的四种功率分流技术方案分别代表了不同的技术路线和市场定位：

通用功率分流技术采用双排行星齿轮组结构，代表了美系混动技术的典型特征。该技术通过复杂的多模式控制策略，实现了从纯电驱动、增程模式等具体五种模式的全场景覆盖。

丰田 Multistage THS 系统在传统 THS 基础上创新性地增加了 4 挡变速机构，实现了 "E-CVT+4AT" 的融合设计，但这个4AT有别于传统的4AT，属于全新设计的DHT即混动变速箱4AT。这种技术路线在保持 THS 平顺性优势的同时，显著提升了高速工况下的动力性能和燃油经济性。

东风马赫 DH-i 系统采用 "功率分流 + 多档串并联" 的融合架构，是国内首个将功率分流与多档技术相结合的创新方案。该系统通过两档行星排和两档减速箱的组合，实现了 4 个并联档位和 2 个功率分流档位的丰富配置。

长城 Hi4-Z 系统采用纵置发动机布局，创新性地将 P2 电机与发动机通过行星齿轮排集成，形成 "发动机 + 行星齿轮排 + P2 电机 + 3 挡 DHT" 的独特架构。同时配备 P4 电机实现电四驱功能，是全球首创的纵置双电机混联架构。

这四种技术方案在结构设计、控制策略、性能特点等方面各有千秋，代表了当前功率分流技术的最高水平。通过深入对比分析，我们可以更好地理解不同技术路线的优势与局限，为产业发展和技术选择提供参考。

通用第二代 Voltec 系统采用了复杂而精妙的双排行星齿轮组结构，这一设计相比第一代有了根本性的改进。整个系统包含两个行星齿轮组（PG1 和 PG2）和两个离合器（C1、C2），通过不同的组合方式实现多种动力传递路径。

在具体的结构布局上，发动机连接到第一个行星齿轮组（PG1）的行星架，小电机 MGA 连接到 PG1 的太阳轮，大电机 MGB 连接到第二个行星齿轮组（PG2）的太阳轮。两个行星齿轮组通过各自的行星架相互连接并共同连接到车轮输出端。这种设计使得系统能够实现扭矩与转速的解耦，同时具备调速和调扭的双重功能。

通用系统的创新之处在于其灵活的模式切换机制。该系统可以实现五种主要工作模式：

单电机纯电模式（CD1）：

双电机纯电模式（CD2）：

低速增程模式（CS1）：低速增程模式采用 "输入式功率分流" 方式，大电机通过 PG2 驱动车轮，PG2 行星轮锁定，发动机将机械能传递给 PG1，PG1 上的 MGA 发电；

固定齿比增程模式（CS2）:

高速增程模式（CS3）：高速增程模式则采用 "复合式功率分流" 方式，两个电机都不直接与发动机速度或车速关联，形成更为复杂的动力流路径。

笔者点评：

通用这套功率分流，个人非常喜欢,也研究了很久，结构和控制之复杂令人久久回味无穷，先澄清一下通用公司可能因为过去要申请补贴之类的因此把功率分流模式很多时候都叫成增程，大家不要误解，这里就是功率分流。

业内能够把这么负责的架构控制的这么丝滑，应该也没有几家可以做到了，然而由于性价比不是很高，因此销量据反馈一直都不好，而且开发中NVH问题也是一个难点。

丰田 Multistage THS 系统代表了对传统 THS 技术的重大突破，其核心创新在于将 E-CVT 与 4AT 变速机构进行了有机融合。该系统的前排行星齿轮机构作为动力分割机构，太阳轮连接 MG1 电机，行星架连接发动机，齿圈连接 MG2 电机和后端的 4AT 变速装置。中行星齿轮机构和后行星齿轮机构则构成 4AT 变速装置的主体，再结合 C1/C2 离合器、B1/B2 制动器、F1 单向离合器，形成了具备 4 个档位的变速换挡装置。

这种设计的精妙之处在于其独特的变速逻辑。在 3-4 挡、6-7 挡和 9-10 挡切换时，MG2 转速会发生变化，类似于传统燃油车换挡时的发动机转速升降；而其余挡位间的变速需求则由动力分流装置实现，MG2 电机转速保持恒定，通过 MG1 转速的动态调整来适应不同工况。这种设计既保持了 THS 系统的平顺性优势，又显著提升了高速工况下的动力性能和燃油经济性。

丰田 L310 多级混动变速器即Multistage THS 系统的开发理念是在传统 THS 混合动力系统基础上增加一个 4AT 变速箱串联，通过两者状态的变化可以模拟 10 个不同的挡位。这种设计使得发动机能够在更宽广的转速范围内工作，同时通过 Multi-Stage Shift Device 的加持，发动机扭矩和 MG 扭矩都得到了增强。

在最新的技术迭代中，丰田还开发了适用于 2.5 升 Dynamic Force 发动机的 THS II 系统，通过尺寸减小、重量减轻和损失减少技术的协同作用，结合高 thermal efficiency 和输出的新 TNGA 发动机，在功率和燃油经济性方面都表现出色。

笔者点评：

最初研究功率分流就是从丰田开始的，因为业内一直流传一种说法，世界上有两种混动，一种是丰田一种是其他，确实丰田在功率分流混动架构乃至混动方面占有了举足轻重的左右，从1997年左右就开始卖THS第一代产品，其实这么多年也迭代了三四次，但最核心的功率分流没有什么大的差异。

然后从控制的角度，相对太熟悉了，因此这次找丰田的高端混动系统 Multistage THS和大家进行探讨，从结构看，这套功率分流系统实现的功能和东风的有点像，有功率分流也有不同的档位，不过这个4AT和传统意义的4AT完全不一样，丰田的4AT从结构看是两个行星齿轮系通过离合器的开闭实现的不同档位的功能，等于后面这两个行星齿轮系不是为了功率分流，而是为了实现不同的档位，等于就是一个自动多档变速箱，不过结构比较紧凑。

东风马赫 DH-i 系统采用了行业首创的 "功率分流 + 多档串并联" 融合架构，这一创新设计打破了传统功率分流技术的单一模式限制。该系统由电机、行星排、同步器、传动齿轮等主要部件组成，采用两档行星排加两档减速箱的设计，形成了独特的四档混动机构。

在具体的结构参数上，行星排具有两个速比，分别为 1 档 = 1 和二档 = 0.72；两档混动箱的速比分别为 1 档 = 7.19 和二档 = 3.52。通过巧妙的组合，发动机可以实现四个档位输出，档位传动比分别为：G1=7.19、G2=5.19、G3=3.52、G4=2.54。其中，功率分流模式有两档输出，分别为 G2 档位（传动比 5.19）和 G4 档位（传动比 2.54）。

东风系统的工作模式设计极为丰富，具备七种常规工作模式：驻车充电、纯电驱动、能量回收、串联驱动、发动机直驱（四档）、并联驱动（四档）、功率分流（两档）。这些模式进一步细分为 26 种细分工作模式，可覆盖从城市到高速再到极地的全场景使用需求。

在动力流设计方面，东风系统展现了独特的创新思路。在功率分流模式下，发动机动力经过行星轮系统分为发动机输出和 P1 电机充电两种能量流，P1 电机起到发动机调速作用，P3 驱动电机起到补充调扭作用。P1 电机执行功率分流的同时发电输出给 P3 电机，实现了能量的高效利用。

东风还在系统集成度方面取得了重要突破，实现九合一高集成度设计，包括驱动电机 + 驱动电机控制器、发电机 + 发电机控制器、行星轮和多档形成多模变速箱、TCU、可选配 DCDC/OBC/PDU 等。该电驱系统起步轮边扭矩大于 3500Nm，电驱动总成传动效率大于 98%。

笔者点评：

东风混动采用了功率分流和多挡传动结合技术，实现了电驱高效化、增程双模适应更好的工况需求，高速多挡可以使用更好的NVH区间，三擎并联实现超级boost、纯电、发动机直驱四挡、并联四挡、功率分流两档等各个模式下整车动力性、经济性、舒适性得到极好的兼顾效果。

东风在架构的方面做的基本仿真研究工作还是比较全的，基于仿真结果，得出设计的这个混动架构在业内也是属于非常不错的，不过到底这套复杂的系统成本和耐久到底能否经得住市场的冲击还有待商榷。

长城 Hi4-Z 系统采用了全球首创的纵置双电机混联架构，这一设计在混动技术领域具有里程碑意义。该系统的核心创新在于将 P2 电机与发动机通过行星齿轮排结构集成为一个整体，发动机连接行星齿轮架，P2 电机连接太阳轮，外齿圈连接 3 挡 DHT 变速器输入轴。

Hi4-Z 的整体架构可以描述为 "发动机 + 行星齿轮排 + P2 电机 + 3 挡 DHT+P4 电机" 的组合。其中，前桥部分集成了发动机、行星齿轮排、P2 电机和 3 挡 DHT 变速器，后桥配备 240kW 的 P4 电机实现电四驱功能。这种设计不仅保留了非承载式车身的经典设计，还融入了先进的插电混动技术。

在行星齿轮组的设计上，Hi4-Z 采用了独特的功率分流机制。发动机产生的动力首先进入行星齿轮功率分流器，在这里动力被一分为二：一部分通过外齿圈直接传递给 3 挡 DHT 用于驱动，另一部分传递给 P2 电机用于发电。通过调整 P2 电机的转速，可以让发动机在全域范围内参与直驱工作，这种设计解决了纵置车型 "电驱介入顿挫" 的技术难题。

长城系统的 3 挡 DHT 设计也颇具匠心，三个挡位分别对应不同的使用场景：1 挡具备 20 倍扭矩放大能力，专为越野场景设计；2 挡适合日常驾驶，发动机可以并联出力；3 挡用于高速行驶，提升燃油经济性。这种差异化的挡位设计使得 Hi4-Z 能够适应从城市通勤到越野穿越的全场景需求。

在电池系统方面，Hi4-Z 配备了高达 59.05kWh 的大容量电池，纯电续航可达 200km 以上。该系统还支持 163kW 的快充功率，在实际测试中，SOC 从 30% 充到 80% 仅需 15 分钟，大幅提升了补能便利性。

笔者点评：

长城比较巧妙的地方在于，因为考虑四驱越野功能，再结合功率分流通常必须配备两个电机，因此通常需要3个电机，但是长城通过设计只用了两个电机就实现了3个电机的功能，兼顾了经济性和动力性两端的需求。

通过对四种功率分流技术架构的深入分析，可以发现它们在设计理念、技术路线和应用场景等方面存在显著差异：

在结构复杂度方面，通用系统采用双排行星齿轮组加两个离合器的设计，结构最为复杂，但也提供了最多的工作模式；丰田系统通过 E-CVT 与 4AT 的融合，在保持传统 THS 优势的同时实现了多档位切换；东风系统创新性地将功率分流与多档串并联相结合，通过两档行星排和两档减速箱实现了丰富的档位配置；长城系统虽然采用了相对简单的单排行星齿轮组，但通过 P2+P4 的双电机布局实现了电四驱功能，技术路线独具特色。

在集成度方面，东风系统以 9 合 1 的高集成度设计领先，通用系统通过控制器集成展现了高度的智能化水平，丰田和长城则在机械结构集成方面各有千秋。

在创新特点方面，通用的贡献在于多模式智能切换和电控集成化；丰田的突破在于将传统 THS 与 AT 技术融合；东风的创新在于功率分流与多档串并联的结合；长城的亮点在于全球首创的纵置双电机混联架构和行星齿轮功率分流器的应用。

这些技术差异反映了不同企业基于自身技术积累和市场定位所做出的战略选择，也预示着功率分流技术未来将呈现多元化发展的趋势。

通用第二代 Voltec 系统的控制策略体现了高度的智能化和精细化，通过五种主要工作模式的灵活切换，实现了从纯电驱动到增程模式的全工况覆盖。每种模式都有其特定的工作逻辑和应用场景，通过精密的电控系统实现无缝切换。

在纯电模式下，系统提供了两种选择：单电机纯电模式（CD1）主要在大部分 EV 驾驶中使用大电机 MGB，该电机功率为 87kW，相比第一代的 111kW 有所减小，但稀土金属使用量减少了 40%；双电机纯电模式（CD2）则用于高扭矩输出需求，两个电机同时工作，通过不同的传动比产生更宽的扭矩范围。在这种模式下，行星齿轮组的齿圈被锁定，行星齿轮组仅用作齿轮减速。

增程模式的设计更为复杂和精妙。低速增程模式（CS1）采用 "输入分流" 方式，当车速低于 35-40 英里 / 小时且扭矩需求较高时使用。在该模式下，大电机 MGB 通过 PG2 驱动车轮，PG2 行星轮锁定，发动机将机械能传递给 PG1，PG1 上的 MGA 发电。通过调整两个电机产生和使用的功率，工程师可以将发动机置于最有效的工作点。

固定齿比增程模式（CS2）适用于中等速度和中等扭矩需求的工况，发动机以最小的电转换损失直接驱动车轮。这种模式在中等负荷下能够提供最佳的燃油经济性。高速增程模式（CS3）则采用 "混合分流" 方式，在这种模式下，两个电机都不会直接与发动机速度或车速相关联，形成了复杂的动力流路径，适用于高速巡航等特定工况。

通用系统的控制策略还体现在其先进的电控架构上。四只 32 位飞思卡尔微控制器集成在一个控制器上，同时控制两个电机、一个电子油泵、离合器以及整车控制。这种高度集成的 "超级计算机" 使得系统能够实现复杂的能量管理和精确的动力控制，让电驱控制系统越来越趋向于 IT 产品的智能化水平。

丰田 Multistage THS 系统的控制策略核心在于其独特的变速逻辑设计，通过 E-CVT 与 4AT 的有机融合，实现了传统 THS 技术的重大突破。该系统的控制策略体现了丰田对平顺性和动力性的双重追求。

在常规的 THS 工作模式下，系统保持了传统的功率分流机制：发动机的动力通过行星齿轮组被分为两部分，72% 的扭矩分配给外齿圈用于直接驱动，28% 的扭矩传给太阳轮驱动 MG1 发电。外齿圈通过减速齿轮连接到差速器，然后再连接到车轮驱动车辆前进。这种设计使得发动机能够始终工作在高效区间，同时通过 MG1 和 MG2 的协同工作实现无级变速。

Multistage THS 的创新在于其独特的变速控制逻辑。系统模拟出 10 个挡位，其中 3-4 挡、6-7 挡和 9-10 挡采用机械变速，在这些挡位间切换时 MG2 转速会发生变化，类似于传统燃油车换挡时的发动机转速升降；而其余挡位间的变速需求则由动力分流装置实现，MG2 电机转速保持恒定，通过 MG1 转速的动态调整来适应不同工况。

这种控制策略带来了多重优势。首先，它扩展了发动机的工作范围，使发动机能够在更宽广的转速范围内保持高效运转；其次，通过 Multi-Stage Shift Device 的加持，发动机扭矩和 MG 扭矩都得到了增强；第三，系统能够提供类似传统 AT 变速箱的换挡节奏感，满足了部分用户对驾驶乐趣的需求。

在实际应用中，雷克萨斯 LS 500h 搭载的 Multistage THS 系统展现了优异的性能表现。该系统能够实现 354 马力（264 千瓦）的最大综合功率输出，0-100km/h 加速时间仅为 5.4 秒，而 WLTC 综合油耗却低至 7.15L/100km。这种动力性能与燃油经济性的完美平衡，充分体现了丰田控制策略的先进性。

东风马赫 DH-i 系统的控制策略展现了中国品牌在混动技术领域的创新能力，通过七种常规工作模式和 26 种细分模式的设计，实现了从城市通勤到越野穿越的全场景覆盖。这种丰富的模式设计反映了东风对用户需求的深刻理解。

在纯电模式下，系统主要依靠电池放电，由 P3 电机驱动车轮行驶。纯电工况要求电池具备足够电量，主要应用于城市代步、中低速行驶等较为柔和的场景。东风 DH-i 目前上市的两款车型中，PHEV 版本电池电量较高，纯电最大续航可达 205 公里；HEV 车型电池电量较低，基本无纯电续航。

串联增程模式的设计体现了东风系统的灵活性。在该模式下，发动机不参与车轮驱动，直接通过行星轮系（1 档传动比 1）连接 P1 发电机发电，P3 电机驱动车轮行驶。增程发电分为两个途径：第一个途径为直接增程供电给 P3 驱动电机，此路径效率高为优选；另一种途径为增程为电池充电，电池供电给 P3 驱动电机实现驱动，此路径因为要经过电池进出充放所以总体效率较低。

功率分流模式是东风系统的核心创新之一。在该模式下，发动机动力经过行星轮系统分为发动机输出和 P1 电机充电两种能量流，P1 电机起到发动机调速作用，P3 驱动电机起到补充调扭作用。系统提供了两个功率分流档位：G2 档位（S1 右挂）和 G4 档位（S1 左挂），对应的传动比分别为 5.19 和 2.54。在这两个档位下，P1 电机执行功率分流的同时发电输出给 P3 电机，实现了能量的高效利用。

东风系统还具备独特的三擎并联驱动模式，在激烈驾驶、急加速和爬坡工况下，P1 电机、P3 电机和发动机三种动力可以同时并联驱动，展现了强大的动力储备。发动机直驱模式则提供了四个档位选择，其中 1 档和 2 档主要保证动力性输出，3 档和 4 档用于高速巡航，能够保证良好的经济性。

长城 Hi4-Z 系统的控制策略体现了其 "泛越野" 的产品定位，通过丰富的工作模式设计，实现了城市通勤与越野性能的完美结合。该系统被官方标定了 9 种主要工作模式（除倒挡和制动能量回收模式），展现了强大的适应性。

在纯电模式下，系统提供了两驱和四驱两种选择。纯电两驱模式下，发动机不工作，P2 电机通过行星齿轮驱动 3 挡 DHT 输出，适用于城市通勤等低能耗场景；纯电四驱模式则同时启动 P4 电机，实现四轮驱动，提供更强的动力和越野能力。

串联增程模式设计了两个档位（1st 和 2nd），主要在电池亏电状态下使用。在该模式下，发动机启动，输出功率经过离合器后进入行星齿轮功率分流器，电控系统根据当前车辆行驶所需功率实时调节 P2 电机的发电量，以保证发动机的扭矩输出在最高效率区间。这种设计使得即使在亏电状态下，车辆仍能保持良好的动力性能。

并联直驱模式是 Hi4-Z 的核心优势之一，系统提供了三个档位（1st、2nd、3rd）的选择。在该模式下，P2 电机可以直接驱动太阳轮，发动机通过行星架驱动齿圈，两者的动力同时驱动齿圈，再通过齿圈将动力传递给 3DHT 输入轴。这种设计实现了发动机和电机的协同驱动，提供了强大的动力输出。

行星排无级变速模式展现了 Hi4-Z 的技术先进性。在该模式下，离合器闭合，发动机动力通过行星架进入功率分流模块，功率在行星架上开始分流：一部分动力通过外齿圈进入 3DHT 模块，然后通过 3DHT 模块中的中间轴、输出轴最终到达轮端；另一部分动力则用于发电或其他用途。

长城系统还具备独特的后桥解耦功能。当车辆时速超过 63km/h 进入高速巡航状态且四驱系统并非必需时，后桥解耦系统会断开后轴与电机的连接，以优化能耗。这种智能化的控制策略体现了长城对能效优化的重视。

通过对四种功率分流技术控制策略的深入分析，可以发现它们在模式设计、控制逻辑和应用场景等方面存在显著差异：

在模式丰富度方面，东风系统以 7 种常规模式和 26 种细分模式领先，展现了极强的全场景适应能力；长城系统标定了 9 种主要工作模式，体现了 "泛越野" 的产品定位；通用系统提供 5 种主要工作模式，通过复杂的组合实现了全工况覆盖；丰田系统则通过模拟 10 个挡位的设计，在保持平顺性的同时提供了驾驶节奏感。

在控制逻辑复杂度方面，通用系统通过四只 32 位微控制器的协同工作，实现了最为复杂的能量管理策略；丰田系统的控制重点在于 E-CVT 与 4AT 的协调工作，通过独特的变速逻辑实现了技术突破；东风系统的控制策略相对直观，通过不同模式的组合满足多样化需求；长城系统则通过智能化的解耦控制，在保证性能的同时优化了能效。

在技术特色方面，通用的优势在于多模式智能切换和电控集成化；丰田的亮点在于传统 THS 技术的创新升级；东风的贡献在于功率分流与多档串并联的融合；长城的创新在于纵置双电机架构和行星齿轮功率分流器的应用。

这些差异反映了不同企业基于自身技术积累、市场定位和用户需求所做出的战略选择，也预示着功率分流技术未来将继续呈现多元化发展的态势。