图 7 所示的圆环曲面无极变速器是由两组机构串列而成。圆环曲面式无极变速器主要由输入盘、输出盘和滚轮构成。输入盘的动力一般通过一个离合器连接 KERS 飞轮。输出盘与行星齿轮式的输出齿轮组相连。输入盘与输出盘利用液压压紧,并且压紧力可以根据传递扭矩的大小而调整。输入输出盘之间是 2~3 组滚轮,当两个转盘对向夹紧时,就会夹住这些滚轮,输入盘转动时,会带着滚轮转,输出盘自然也跟着转起来。由此可以看出力是通过滚轮与转盘之间的滚动摩擦传递的。
滚轮的轴线是可以摆动的,以实现传动比的连续变化(见图 8)。当滚轮的一边顶着输入盘半径较大的位置,另一边顶在输出盘靠近轴的地方,就是低挡,传动比大于 1;当滚轮的轴线与整个变速机构的轴线平行的时候,传动比等于 1,为直接挡;随着滚轮的摆动,滚轮的一边顶住输入盘半径较小的位置,另一边顶在输出盘靠近边缘的地方时,传动比大于1,即为高挡。滚轮在最小最大传动比之间可以停留在任何位置,即滚轮的摆动变化是连续的。
无级变速模块(IVT)通过输出盘上的齿轮与输出齿轮组相连。
3.输出齿轮组
如图 9 所示,输出齿轮组由两根轴、四个齿轮和一个离合器构成。于IVT 相连接的传动轴上装有一个车桥侧离合器,当不需要回收能量时,车桥侧离合器断开,以减少发动机的能量损失。另一根轴上的两个减速齿轮一方面起到了增大传动比的作用,同时其中一个减速齿轮与车桥耦合齿轮相连接,以使得动力能够自由地在驱动桥和飞轮之间来回传递。车桥耦合齿轮相当于传统车辆的主减速器从动齿轮,但他的结构很特殊,拥有两个齿圈。一个是位于其外圆柱表面的斜齿圈,与 KERS 系统相连;另一个齿圈是于传统汽车一样的,位于其侧面的螺旋齿轮,与变速器输出轴的圆锥齿轮相连。
当汽车松开油门或制动时,电脑控制发动机停止工作,车轮的动能通过差速器、车桥耦合齿轮、输出齿轮组、IVT 模块进入飞轮,飞轮高速旋转储存动能,能量回收完毕后,断开车桥侧离合器。当需要时,电脑将车桥侧离合器接合,飞轮储存的动能即反向释放,其动能与变速器传来的动力在车桥耦合齿轮上汇合后传给车轮。
机械飞轮式 KERS 系统几乎完全由传统机械结构组成,仅用齿轮组、碳纤维飞轮、少量电控设备就实现了原本油电混合动力系统中所需的电池组、电动机、齿轮组、复杂电控设备这样庞杂机构的相同功能,并且可靠性、耐久性以及易维护性都更上一层楼。但这种技术储存能量有限,尽管可以储存数十甚至上百千瓦的能量,但扭矩过小,并且每次输出能量时间很短,一般在 10s 以内,因此该系统只能为加速提供辅助,不可能实现纯电动行驶。
目前,沃尔沃、捷豹、福特等公司正在不断完善这套系统,并且均表示在未来数年内将该系统商业化,我们有足够的理由相信,未来的“混合动力”,将不再是油电混合独霸的天下。