Cum funcționează Toyota Hybrid (HSD)

Toată lumea știe că hibridizarea HSD de la Toyota are reputația de a fi atelier. Dispozitivul brandului japonez (colaborare Aisin) este cunoscut nu numai pentru eficiența sa, ci și pentru fiabilitatea sa foarte bună. Cu toate acestea, este greu de înțeles din cauza complexității sale și a numeroaselor moduri de funcționare posibile.

Prin urmare, vom încerca să înțelegem cum funcționează dispozitivul hibrid Toyota, faimosul HSD e-CVT serial / paralel. Acesta din urmă vă permite să călăriți 100% electric sau o combinație de electric și termic. Aici abordez un subiect oarecum complex și, uneori, trebuie să îl simplific puțin (deși acest lucru nu scade din logică și principiu).

Acum știți că transmisiile HSD sunt produse de Aisin (AWFHT15), din care Toyota deține 30%, și că furnizează transmisii hibride și nehibride grupului PSA atunci când vine vorba de EAT sau e-AT8. cutii. (hibrid2 și hibrid4). Suntem acum la a patra generație în ceea ce privește dezvoltarea tehnică. În timp ce principiul general rămâne același, se fac mici îmbunătățiri la angrenajul planetar central sau la structura pentru a obține compactitate și eficiență (de exemplu, lungimi mai scurte ale cablurilor reduc pierderile electrice).

Explicație sintetică

Dacă doriți o viziune holistică a modului în care funcționează HSD, iată o explicație care o rezumă. Trebuie să mergi mai departe în articol pentru a aprofunda sau a încerca să înțelegi ce te scăpa în această etapă.

Iată rolul fiecărei componente, precum și specificațiile tehnice ale HSD:

• ICE (motor cu ardere internă) este un motor termic: toată energia provine din el și, prin urmare, este baza tuturor. Este conectat la MG1 printr-un tren epiciclic.
• MG1 servește ca generator electric (acționat de un motor termic), precum și ca variator al cutiei de viteze. Se conectează ICE la MG2 prin unelte planetare (planetare). MG2 este conectat direct la roți, deci dacă roțile se rotesc, se întoarce și dacă întoarce și roțile (pe scurt, nu este posibilă decuplarea între ele) ...
• MG2 servește ca motor de tracțiune (distanță maximă 2 km sau 50 km la priză/reîncărcabil) și, de asemenea, ca generator electric (decelerație: regenerare)
• Angrenaj planetar: Leagă MG1, MG2, ICE și roți împreună (acest lucru nu interferează cu unele dintre elementele care sunt asigurate în timp ce altele se rotesc, trebuie să învățați și să înțelegeți cum prinde viață angrenajul planetar). Tot datorită lui, avem o schimbare/scădere continuă și, prin urmare, el este cel care reprezintă cutia de viteze (raportul de transmisie se modifică, determinând frânarea sau „marșarierul”: legătura dintre ICE și MG1)

Reducerea constă în adăugarea mai mult sau mai puțină a mișcărilor motorului cu ardere internă (termic) și MG2 (care este legat rigid de roți, să nu uităm).

Antrenor hibrid de angrenaje planetare

Acest videoclip este perfect pentru a avea o idee despre cum funcționează hibridizarea Toyota.

Nou: modul secvenţial manual pe Toyota HSD Hybrid?

Inginerii au reușit să simuleze (parțial ..) rapoartele jucându-se la modul în care MG1 ar frâna sau inversa într-un mod neprogresiv pentru a obține rapoarte mai clare. Raportul de transmisie este generat de MG1, care mai mult sau mai puțin ferm și mai mult sau mai puțin „alunecă” leagă ICE și MG2 (MG2 = motor electric de tracțiune, dar și, mai ales, roți). Prin urmare, această scădere poate fi treptată sau „eșalonată” în funcție de modul în care controlează distribuitorul de putere MG1.

Rețineți, totuși, că schimbările de viteză nu se resimt la sarcină parțială... Și la sarcină maximă (accelerație maximă) ne întoarcem la variabilă continuă, deoarece aceasta este singura modalitate de a obține cele mai bune performanțe de accelerație cu acest sistem (calculatorul refuză așadar pentru a schimba treptele pentru accelerare maximă).

Prin urmare, acest mod este utilizat mai mult pentru frânarea motorului în coborâre decât pentru conducerea sportivă.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 și Viteza maximă

Asa arata de fapt. Din păcate, la încărcare maximă, pierdem modul secvențial și nu mai simțim vitezele.

Mai multe versiuni?

În afară de diferitele generații, sistemul THS / HSD / MSHS aplicat Toyota și Lexus are două variante principale. Prima și cea mai comună este versiunea transversală, care astăzi este întruchipată în Aisin AWFHT15 (la începutul anilor 90 se numea THS pentru Toyota Hybrid System. Acum este HSD pentru Hybrid Synergy Drive). Vine în două modele mai mult sau mai puțin compacte: Prius / NX / C-HR (mai mare), corolla și Yaris (mică).

Iată o transmisie HSD mai modernă (Prius 4) din versiuni transversale (acum sunt două dimensiuni diferite, aici este cea mai mare). Este mult mai compactă decât varianta pe care o vezi mai jos (nu cea de sub cea longitudinală, chiar dedesubt...)

Toyota Prius IV 2016 1.8 Hybrid Accelerație 0-180 km/h

Prius 4 la maxim, iată celebrul efect de schimbare continuă produs de combinația motoare/generatoare electrice, un motor termic și un tren planetar central.

Apoi vine MSHS pentru sistemul hibrid cu mai multe trepte (despre care nu trebuie să vorbesc aici... Dar din moment ce funcționează identic, vine și de la Aisin și este conceput pentru grupul Toyota...) asta e foarte important. un dispozitiv mai mare care trebuie poziționat longitudinal și care poate genera de data aceasta viteze reale, dintre care există 10 (4 trepte reale într-o cutie și o combinație de motoare electrice într-un mod inteligent pentru a atinge 10. Total, deci, nu un multiplu de 4, dar asta nu contează).

De fapt, există două versiuni: AWRHT25 și AWRHM50 (MSHS, care are 10 rapoarte).

Versiunea longitudinală mult mai prestigioasă (aici AWRHM50) este destinată în primul rând Lexus (puține Toyota au motor în acest sens). Există două versiuni, dintre care una poate genera până la 10 rapoarte reale.

2016 Lexus IS300h 0-100 km/h și moduri de condus (eco, normal, sport)

Reveniți la 1:00 minut pentru a vedea cum AWFHT15 poate genera rapoarte. Destul de ciudat, celebrele „sărituri de viteză” nu se mai simt atunci când motorul este încărcat complet... Asta pentru că dispozitivul este cel mai eficient (cronograf) în modul variator, astfel încât sarcina maximă induce un mod normal de variație continuă.

Cum funcționează un hibrid Toyota?

Deci, care este principiul de bază al dispozitivului hibrid HSD? Dacă ar fi să rezumam acest lucru aproximativ, am putea vorbi despre un motor termic care funcționează cu două motoare/generatoare (motorul electric este întotdeauna reversibil) și ale cărui cupluri diferite (ale fiecărui motor) sunt controlate și controlate de trenul planetar central, dar de asemenea, intensitatea electrică (și direcția electricității) controlată de un distribuitor de energie („invertor” în engleză). Reductorul (cutia de viteze CVT) este controlat electronic, determinând ca motorul MG1 să funcționeze într-un mod specific, precum și printr-un angrenaj planetar central, care permite combinarea mai multor puteri pentru a ieși unul singur.

Motorul poate fi deconectat complet de la roți, precum și prin intermediul acționării planetare ...

Pe scurt, chiar dacă vrem să simplificăm, înțelegem că nu va fi atât de ușor de asimilat, așa că ne vom concentra pe principiile de bază. Totuși, ți-am pus un videoclip în engleză care detaliază detaliile, așa că dacă vrei să-l împingi, ar trebui să poți să o faci (cu motivație și neuroni sănătoși, desigur).

Iată Prius 2, care este mai puțin compact decât cel pe care ți l-am arătat mai sus. Vezi cum au scos în evidență compresorul A/C (albastru în stânga motorului). Într-adevăr, spre deosebire de orice mașină „normală”, aceasta este antrenată de un motor electric. Roțile sunt conectate la un lanț care poate fi văzut în secțiunea centrală din dreapta (chiar în mijlocul variatorului electronic).

variator electronic aproape

În profil, vedem una dintre suspensiile roților conectate la lanț printr-un diferențial.

Diverse moduri de operare

Să aruncăm o privire asupra diferitelor moduri de funcționare ale unui dispozitiv și, pe parcurs, de ce este considerat serial/paralel, în timp ce de obicei un sistem hibrid este fie unul, fie altul. Modul ingenios de proiectat HSD permite ambele, iar asta face, de asemenea, un pic cam complicat...

Dispozitiv Toyota HSD: detalii și arhitectură

Iată o arhitectură simplificată a dispozitivului HSD multicolor pentru a vă ajuta să faceți conexiuni între componente.

Diagrama este cu susul în jos față de fotografia de sus pentru că este făcută dintr-un unghi diferit... eu am luat diagrama Prius 2 și de aceea e un lanț aici, versiunile mai moderne nu au, dar principiul nu se schimbă în ambele cazuri (fie că este vorba de lanț, arbore sau angrenaj este același.

Iată mecanismul mai detaliat, pentru că trebuie să se înțeleagă că aici se obține ambreiajul datorită forței electromagnetice dintre rotor și statorul MG1.

MG1 este conectat la motor printr-un set de viteze planetare (verde) al unui set de viteze planetare. Adică, pentru a roti rotorul MG1 (secțiunea centrală), motorul termic este trecut printr-un angrenaj planetar. Am evidențiat acest tren și motor într-o singură culoare, astfel încât să putem vedea clar legătura lor fizică. În plus, și nu este evidențiat în diagramă, satelitul verde și angrenajul solar central albastru MG1 sunt bine conectate fizic (există un decalaj între ele), la fel ca și coroana (marginea trenului). și satelitul verde al motorului termic.

MG2 este conectat direct la roți printr-un lanț, dar antrenează și angrenajul planetar extern al angrenajului planetar central (coroana este albastru închis, am ales aceeași culoare pentru a prelungi angrenajul planetar, astfel încât să putem vedea clar că este conectat la MG2 ) ...

Aici este cutia de viteze planetară în față, nu în profil în diagrama de mai sus, putem vedea mai bine conexiunile dintre diferitele angrenaje asociate cu MG1, MG2 și ICE.

Dificultatea constă în înțelegerea principiului trenului planetar, știind că mișcările interne nu coincid în funcție de modurile de mișcare, ci și de viteza...

Fără ambreiaj?

Spre deosebire de toate celelalte transmisii, HSD nu are nevoie de un ambreiaj sau un convertor de cuplu (de exemplu, un CVT are nevoie de un convertor de cuplu). Aici forța electromagnetică leagă roțile de motor prin trenul planetar datorită MG1. Apoi, rotorul și statorul acestuia din urmă (MG1) sunt cele care creează apoi efectul de frecare: atunci când rotiți motorul electric cu mâna, apare rezistența, iar acesta din urmă îl folosim aici ca ambreiaj.

Este și mai bine atunci când, în timpul frecării (diferența de viteză dintre stator și rotor, deci între motor și roți), se generează energie electrică. Și acea energie electrică va fi stocată în baterie!

Acesta este motivul pentru care sistemul HSD este considerat foarte inteligent, deoarece asigură un minim de pierderi de energie prin recuperarea energiei în momentul frecării. Pe ambreiajul clasic, pierdem această energie în căldură, aici este transformată în electricitate, pe care o restabilim în baterie.

Astfel, nu există nici uzură mecanică, deoarece nu există contact fizic între rotor și stator.

Când este oprit, motorul poate merge fără oprire pentru că roțile nu blochează motorul (ceea ce s-ar fi întâmplat dacă ne-am fi oprit pe o transmisie manuală fără să o oprim). Angrenajul solar albastru (numit și inactiv) este liber, deci separă roțile motorului (de unde angrenajele planetare cu coroană verde). Pe de altă parte, dacă angrenajul solar începe să primească cuplu, acesta va conecta angrenajele verzi la coroană, iar apoi roțile vor începe să se rotească treptat (frecare electromagnetică).

Dacă angrenajul solar este liber, forța nu poate fi transmisă coroanei.

Pe măsură ce rotorul se învârte, în stator se creează frecare, care provoacă cuplu, iar acest cuplu este transmis angrenajului solar, care se blochează și chiar se rotește în celălalt sens. Ca urmare, se creează o conexiune între arborele motorului din centru și corona dințată de la periferie (dintaj = roți). Rețineți că dispozitivul servește și pentru oprire și pornire: atunci când doriți să porniți, este suficient să blocați scurt angrenajul solar pentru ca motorul termic ICE să primească cuplu de la MG2 conectat la roata antrenată (aceasta îl pornește apoi ca un demaror. Face. Clasic).

Deci, pentru a rezuma:

• Când este staționar, motorul se poate roti deoarece legătura dintre puntea motorului și angrenajul inelar nu este stabilită: angrenajul solar este liber (chiar dacă Prius se oprește în general când este staționar pentru a economisi combustibil)
• Prin creșterea turației motorului, rotorul se învârte suficient de repede pentru a genera o forță electromagnetică, care apoi transmite cuplul angrenajului solar: creând o conexiune între axa motorului și angrenajul inel.
• Când se realizează conexiunea, vitezele axei motorului și ale roții inelare sunt egale
• Când viteza roților devine mai mare decât motorul, angrenajul solar începe să se învârtească în cealaltă direcție pentru a schimba raportul de transmisie (după ce totul este blocat, începe să se „ruleze” pentru a crește și mai mult viteza sistemului). Mai degrabă, se poate spune că, prin primirea cuplului, angrenajul solar nu numai că conectează axele motorului și roata motoare, dar le determină și accelerarea ulterioară (nu numai că frânele „rezistă”, dar le determină și să se rotească în următorul mod)

Mod 100% electric

Aici motoarele ICE (termice) și MG1 nu joacă un rol deosebit, MG2 este cel care rotește roțile datorită energiei electrice obținute din baterie (de unde și energia rezultată din chimie). Și chiar dacă MG2 întoarce rotorul lui MG1, nu afectează motorul termic ICE și, prin urmare, nu există rezistență care să ne îngrijoreze.

Modul de încărcare când este oprit

Aici lucrează un motor termic, care rotește MG1 printr-un tren planetar. În acest fel, electricitatea este generată și trimisă către distribuitorul de energie, care direcționează energia electrică doar către baterie.

Modul de recuperare a energiei

Acesta este faimosul mod „B” (frânare regenerativă), care poate fi văzut pe butonul de viteză (când îl apăsați, există mai multă frânare de motor asociată cu recuperarea energiei cinetice MG2, rezistența este electromagnetică). Inerția / energia cinetică provine de la roți și, prin urmare, se deplasează către MG2 prin angrenajele mecanice și lanț. Deoarece motorul electric poate fi reversibil, va genera curent electric: dacă trimit suc la motorul electric, acesta se va porni, dacă pornesc manual motorul electric oprit, va produce electricitate.

Acest curent electric este recuperat de distribuitor pentru a-l trimite la baterie, care va fi apoi reincarcata.

Motorul electric și cel termic lucrează împreună

La o viteză stabilă și la o viteză bună, adică de cele mai multe ori, roțile vor fi antrenate de puterea motoarelor electrice (MG2) și termice.

Motorul termic ICE acționează angrenajul planetar, care generează electricitate în MG1. Acest lucru va transfera și forța mecanică roților, deoarece angrenajul planetar este, de asemenea, conectat la ele.

Aici dificultățile pot deveni limitative, deoarece în funcție de viteza de rotație a angrenajului planetar nu va fi aceeași (în special, direcția anumitor angrenaje).

O cutie de viteze tip CVT (schimbare continuă și progresivă ca la scutere) este creată prin interacțiunea tensiunilor dintre motoare (mulțumită efectului magnetic cauzat de trecerea sucului prin bobine: un câmp electromagnetic indus) precum și angrenajul planetar. . care primește puterea mai multor canale. Succes să ai la îndemână acest lucru, chiar dacă videoclipul pe care ți-am pus la dispoziție îți va permite să faci asta.

Putere maxima

Acesta seamănă puțin cu paragraful anterior, doar că aici luăm și puterea electrică pe care o poate furniza bateria, așa că MG2 beneficiază de asta.

Iată versiunea actuală a lui Prius 4:

Versiune plug-in/reîncărcabilă?

Opțiunea de baterie reîncărcabilă, care permite 50 km pe un vehicul integral electric, este doar să instalezi o baterie mai mare și să instalezi un dispozitiv care să permită conectarea bateriei la sector.

Mai întâi trebuie să treci prin distribuitorul de putere și invertorul pentru a gestiona diferența de putere și diferitele tipuri de suc: AC, DC etc.

Versiune HSD 4X4?

După cum ar trebui să știți, pe Rav4 și NX 4H există o versiune 4X300 și este proiectată pentru a fi adăugată la puntea spate, la fel ca E-Tense și HYbrid / HYbrid4 de la PSA. Astfel, este un computer care asigură puterea constantă a roților punților față și spate, care, prin urmare, nu au o conexiune fizică.

De ce serial/paralel?

Dispozitivul se numeste serial/paralel pentru ca se numeste "serie" cand esti in modul 100% electric. Prin urmare, lucrăm în același mod ca și BMW i3, motorul termic este un generator de curent care alimentează bateria, care mișcă ea însăși mașina. De fapt, cu această metodă de funcționare, motorul este complet deconectat de la roți.

Se mai numește paralel când motorul este conectat la roți printr-un dispozitiv planetar. Și aceasta se numește construcție în lot (consultați Diverse versiuni aici).

Toyota face prea mult cu sistemul său?

Pentru a încheia acest articol, aș vrea să spun o mică tiradă. Într-adevăr, Toyota are multe de spus despre hibridul său plug-in, iar acest lucru este complet de înțeles și legal. Cu toate acestea, mi se pare că marca a mers prea departe în două privințe. În primul rând, să idealizăm tehnologia, implicând în treacăt că va salva cumva planeta și că, în esență, marca inițiază o revoluție care ne va salva pe toți. Sigur, reduce consumul de combustibil, dar nici nu ar trebui să fim caricaturali, un monovolum diesel nehibridizat funcționează cam la fel, dacă nu mai bine, uneori.

Așa că Toyota profită de contextul actual anti-diesel pentru a adăuga un strat care cred că este puțin înfrumusețat aici la limita manevrării, iată unul:

Reclamă TV - Gama Hybrid - Alegem Hybrid

Apoi există o problemă de conexiune. Marca japoneza isi bazeaza o mare parte din comunicatii pe faptul ca masina nu trebuie reincarcata de la retea, de parca ar fi un avantaj tehnologic fata de concurenta. Acest lucru este de fapt puțin înșelător, deoarece este mai mult un dezavantaj decât orice altceva... Mașinile hibride care pot fi încărcate nu trebuie neapărat să facă acest lucru, aceasta este o opțiune care este oferită în plus față de proprietarul său! Așa că marca reușește să treacă unul dintre defecte drept un avantaj și asta este încă puternic, nu-i așa? În mod ironic, Toyota vinde versiuni plug-in ale lui Prius și ar trebui să fie mai bune... Iată una dintre reclame:

Nu trebuie să-l reîncărcați? Mai degrabă, voi spune: „subțire, nu ai cum să faci...”

Mergi mai departe ?

Pentru a merge mai departe, vă sugerez să studiați cu atenție acest videoclip, care, din păcate, este doar în engleză. Explicația se face în etape pentru a o face cât mai simplă și simplă posibil.