Hur Toyota Hybrid (HSD) fungerar

Alla vet att Toyotas HSD-hybridisering har rykte om sig att vara en verkstad. Enheten av det japanska varumärket (Aisin-samarbete) är känd inte bara för sin effektivitet utan också för sin mycket goda tillförlitlighet. Det är dock inte lätt att förstå på grund av dess komplexitet och många möjliga driftsätt.

Därför kommer vi att försöka förstå hur Toyotas hybridenhet, den berömda seriella / parallella HSD e-CVT, fungerar. Den senare låter dig åka 100% elektrisk eller en kombination av elektrisk och termisk. Här tar jag mig an ett lite komplext ämne, och ibland behöver jag förenkla det lite (även om det inte förringar logiken och principen).

Vet nu att HSD-transmissioner tillverkas av Aisin (AWFHT15), varav Toyota äger 30%, och att de levererar hybrid- och icke-hybridtransmissioner till PSA-gruppen när det kommer till EAT eller e-AT8. lådor. (hybrid2 och hybrid4). Vi är nu i fjärde generationen vad gäller teknisk utveckling. Medan den övergripande principen förblir densamma, görs små förbättringar av den centrala planetväxeln eller layouten för att uppnå kompakthet och effektivitet (till exempel minskar kortare kabellängder elektriska förluster).

Syntetisk förklaring

Om du vill ha en helhetssyn på hur HSD fungerar, här är en förklaring som sammanfattar det. Du måste gå längre i artikeln för att fördjupa dig eller försöka förstå vad som undviker dig i detta skede.

Här är rollerna för varje komponent samt de tekniska specifikationerna för HSD:

• ICE (Internal Combustion Engine) är en värmemotor: all energi kommer från den, och därför är den grunden för allt. Den är ansluten till MG1 via ett epicykliskt tåg.
• MG1 fungerar som en elektrisk generator (driven av en värmemotor) samt en växellåda variator. Den ansluter ICE till MG2 via planetväxel (planet). MG2 är ansluten direkt till hjulen, så om hjulen svänger så svänger den, och om den också vrider på hjulen (kort sagt, ingen frikoppling är möjlig mellan dem) ...
• MG2 fungerar som en dragmotor (maximalt avstånd 2 km eller 50 km på plug-in / uppladdningsbar) och även som en elektrisk generator (retardation: regenerering)
• Planetväxel: Den länkar samman MG1, MG2, ICE och hjulen (detta stör inte med att vissa av elementen säkras medan andra snurrar, du måste lära dig och förstå hur planetväxeln kommer till liv). Också tack vare honom har vi en kontinuerlig förändring / minskning, och därför är det han som representerar växellådan (växelförhållandet ändras, vilket får den att bromsa eller "backa": kopplingen mellan ICE och MG1)

Minskningen består mer eller mindre i tillägget av rörelserna hos förbränningsmotorn (termisk) och MG2 (som är stelt ansluten till hjulen, låt oss inte glömma).

Hybrid Planetary Gear Trainer

Den här videon är perfekt för att få en känsla för hur Toyotas hybridisering fungerar.

Nytt: Manuellt sekventiellt läge på Toyota HSD Hybrid?

Ingenjörerna kunde simulera (delvis ..) rapporterna genom att spela på hur MG1 skulle bromsa eller backa på ett icke-progressivt sätt för att få tydligare rapporter. Utväxlingen genereras av MG1, som mer eller mindre stadigt och mer eller mindre "slirar" förbinder ICE och MG2 (MG2 = elektrisk dragmotor, men även framför allt hjul). Därför kan denna minskning ske gradvis eller "förskjuten" beroende på hur kraftfördelaren MG1 styr.

Observera dock att växlingar inte känns vid dellast... Och vid full belastning (maximal acceleration) går vi tillbaka till kontinuerligt variabel drift eftersom detta är det enda sättet att få bästa accelerationsprestanda med detta system (datorn vägrar därför att växla för maximal acceleration).

Därför används det här läget mer för motorbromsning i utförsåkning än för sportig körning.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 och Top Speed

Så här ser det faktiskt ut. Tyvärr, vid full belastning, tappar vi sekventiellt läge och vi känner inte längre av växlarna.

Flera versioner?

Förutom de olika generationerna har THS / HSD / MSHS-systemet som tillämpats på Toyota och Lexus två huvudvarianter. Den första och vanligaste är den tvärgående versionen, som idag är förkroppsligad i Aisin AWFHT15 (i början av 90-talet kallades den THS för Toyota Hybrid System. Nu är det HSD för Hybrid Synergy Drive). Den kommer i två mer eller mindre kompakta modeller: Prius / NX / C-HR (större), corolla och Yaris (liten).

Här finns en modernare (Prius 4) HSD-transmission från tvärgående versioner (nu finns det två olika storlekar, här är den större). Den är mycket mer kompakt än varianten du kan se nedan (inte den precis under den längsgående, även nedan...)

Toyota Prius IV 2016 1.8 Hybridacceleration 0-180 km/h

Prius 4 på full gas, här är den berömda kontinuerliga förändringseffekten som produceras av kombinationen av elmotorer/generatorer, en värmemotor och ett centralt planettåg.

Sedan kommer MSHS för flerstegshybridsystemet (som jag egentligen inte ska prata om här... Men eftersom det fungerar identiskt så kommer det också från Aisin och är för Toyota-gruppen...) som är väldigt viktigt. en större enhet som behöver placeras längsgående, och som denna gång kan generera riktiga växlar, av vilka det finns 10 (4 riktiga växlar i en låda och en kombination av elmotorer på ett smart sätt för att uppnå 10. Totalt alltså inte en multipel av 4, men detta spelar ingen roll).

Det finns faktiskt två versioner: AWRHT25 och AWRHM50 (MSHS, som har 10 rapporter).

Den betydligt mer prestigefyllda längsgående versionen (här AWRHM50) är främst avsedd för Lexus (få Toyota har motor i den meningen). Det finns två versioner, varav en kan generera upp till 10 riktiga rapporter.

2016 Lexus IS300h 0-100 km/h och körlägen (eko, normal, sport)

Gå tillbaka till 1:00 minut för att se hur AWFHT15 kan generera rapporter. Märkligt nog känns de berömda "hastighetshoppen" inte längre när motorn är fullastad ... Detta beror på att enheten är mest effektiv (kronograf) i CVT-läge, så full belastning inducerar ett normalt kontinuerligt variationsläge.

Hur fungerar en Toyota hybrid?

Så vad är den grundläggande principen för HSD-hybridenheten? Om vi ​​måste sammanfatta detta grovt så skulle vi kunna tala om en värmemotor som arbetar med två motorer/generatorer (elmotorn är alltid reversibel) och vars olika vridmoment (för varje motor) styrs och styrs av det centrala planettåget, men även den elektriska intensiteten (och riktningen för elektriciteten) som styrs av en strömfördelare ("inverter" på engelska). Reduktionsväxeln (CVT-växellådan) är elektroniskt styrd, vilket gör att MG1-motorn fungerar på ett specifikt sätt, såväl som genom en central planetväxel, som gör att flera krafter kan kombineras för att producera en.

Motorn kan kopplas helt från hjulen, såväl som genom planetdrivningen ...

Kort sagt, även om vi vill förenkla förstår vi att det inte kommer att vara så lätt att tillgodogöra sig, så vi kommer att fokusera på de grundläggande principerna. Däremot har jag lagt en video till dig på engelska som beskriver detaljerna, så om du vill driva igenom den borde du kunna göra det (med motivation och friska nervceller, såklart).

Här är Prius 2, som är mindre kompakt än den jag visade dig ovan. Se hur de framhävde A/C-kompressorn (blå till vänster om motorn). Till skillnad från alla "normala" maskiner drivs den faktiskt av en elmotor. Hjulen är kopplade till en kedja som syns i mittsektionen till höger (mitt i mitten av den elektroniska variatorn).

elektronisk variator nära

I profil ser vi en av hjulupphängningarna kopplad till kedjan via en differential.

Olika driftlägen

Låt oss ta en titt på de olika driftsätten för en enhet och, längs vägen, varför den anses seriell/parallell, medan vanligtvis ett hybridsystem är antingen det ena eller det andra. Det geniala sättet HSD är designad på tillåter både och, och det gör det också lite knepigt...

Toyota HSD-enhet: detaljer och arkitektur

Här är en förenklad flerfärgs HSD-enhetsarkitektur som hjälper dig att göra anslutningar mellan komponenter.

Diagrammet är upp och ner jämfört med det översta fotot eftersom det är taget från en annan vinkel... Jag tog Prius 2 diagrammet och det är därför det finns en kedja här, modernare versioner har det inte, men principen ändras inte i båda fallen (vare sig det är kedja, axel eller kugghjul är det samma.

Här är mekanismen mer detaljerat, eftersom det bör förstås att kopplingen erhålls här på grund av den elektromagnetiska kraften mellan rotorn och statorn MG1.

MG1 är ansluten till motorn via en planetväxelsats (grön) av en planetväxelsats. Det vill säga, för att rotera rotorn MG1 (mittsektionen) passerar värmemotorn genom en planetväxel. Jag har markerat detta tåg och motor i en färg så att vi tydligt kan se deras fysiska koppling. Dessutom, och det är inte markerat i diagrammet, är den gröna satelliten och det blå mittsolhjulet MG1 fysiskt väl sammankopplade (det finns ett mellanrum mellan dem), liksom kronan (kanten på tåget). och värmemotorns gröna satellit.

MG2 är direkt ansluten till hjulen genom en kedja, men den driver också den yttre planetväxeln på det centrala planetväxeln (kronan är mörkblå, jag valde samma färg för att förlänga planetväxeln så att vi tydligt kan se att den är kopplad till MG2 ) ...

Här är planetväxeln i fronten, inte i profil i diagrammet ovan, vi kan bättre se kopplingarna mellan de olika växlarna förknippade med MG1, MG2 och ICE.

Svårigheten ligger i att förstå principen för planettåget, att veta att de inre rörelserna inte sammanfaller beroende på rörelsesätten, utan också på hastigheten ...

Ingen koppling?

Till skillnad från alla andra växellådor behöver HSD inte en koppling eller momentomvandlare (till exempel behöver en CVT en momentomvandlare). Det är här den elektromagnetiska kraften binder hjulen till motorn genom planettåget tack vare MG1. Sedan är det den senares rotor och stator (MG1) som då skapar friktionseffekten: när man vrider elmotorn för hand uppstår motstånd, och det är den senare som vi här använder som koppling.

Det är ännu bättre när elektricitet genereras under friktion (hastighetsskillnaden mellan statorn och rotorn, alltså mellan motorn och hjulen). Och den elen kommer att lagras i batteriet!

Det är därför som HSD-systemet anses vara mycket intelligent, eftersom det ger ett minimum av energiförlust genom att återvinna energi i friktionsögonblicket. På den klassiska kopplingen förlorar vi denna energi i värme, här omvandlas den till elektricitet som vi återställer i batteriet.

Det finns således inte heller något mekaniskt slitage, eftersom det inte finns någon fysisk kontakt mellan rotorn och statorn.

När den är stoppad kan motorn gå utan att stanna eftersom hjulen inte blockerar motorn (vilket hade hänt om vi hade stannat på en manuell växellåda utan att stänga av). Det blå solhjulet (även kallat tomgång) är gratis, så det separerar motorhjulen (därav de gröna planethjulen). Å andra sidan, om solhjulet börjar få vridmoment, kommer det att ansluta de gröna växlarna till kronan, och sedan kommer hjulen att börja rotera gradvis (elektromagnetisk friktion).

Om solhjulet är ledigt kan kraft inte överföras till kronan.

När rotorn snurrar skapas friktion i statorn, vilket orsakar vridmoment, och detta vridmoment överförs till solhjulet, som låser sig och till och med roterar åt andra hållet. Som ett resultat skapas en koppling mellan motoraxeln i mitten och ringdrevet i periferin (kugghjul = hjul). Observera att enheten också tjänar till att stanna och starta: när du vill starta räcker det att kortvarigt blockera solhjulet så att förbränningsmotorns värmemotor får vridmoment från MG2 kopplad till det drivna hjulet (detta startar sedan som en startmotor . Gör det. Klassiskt).

Så för att sammanfatta det:

• När den står stilla kan motorn rotera eftersom kopplingen mellan motoraxeln och ringväxeln inte är etablerad: solhjulet är fritt (även om Prius i allmänhet stängs av när den står stilla för att spara bränsle)
• Genom att öka motorvarvtalet snurrar rotorn tillräckligt snabbt för att generera en elektromagnetisk kraft, som sedan överför vridmoment till solhjulet: skapar en förbindelse mellan motoraxeln och ringhjulet.
• När anslutningen är gjord är hastigheterna för motoraxeln och ringhjulet lika
• När hastigheten på hjulen blir snabbare än motorn börjar solhjulet snurra åt andra hållet för att ändra utväxlingen (efter att allt är låst börjar det "rulla" för att ytterligare öka hastigheten på systemet). Snarare kan man säga att, genom att ta emot vridmoment, kopplar solhjulet inte bara ihop motoraxlarna och drivhjulet, utan får dem att därefter accelerera (det bromsar inte bara "motstår", utan får dem också att rotera i följande sätt)

100% elektriskt läge

Här spelar ICE (termisk) och MG1-motorerna ingen speciell roll, det är MG2 som roterar hjulen på grund av elektriciteten som erhålls från batteriet (därav energin som härrör från kemin). Och även om MG2 vänder på MG1:s rotor så påverkar det inte ICE-värmemotorn, och därför finns det inget motstånd som oroar oss.

Laddningsläge när det stoppas

Här arbetar en värmemotor som roterar MG1 genom ett planettåg. På så sätt genereras elektricitet och skickas till strömfördelaren, som leder elen endast till batteriet.

Energiåtervinningsläge

Detta är det berömda "B"-läget (regenerativ bromsning), som kan ses på växelspaken (när du trycker på den, är det mer motorbromsning förknippad med MG2 kinetisk energiåtervinning, motståndet är elektromagnetiskt). Trögheten / kinetisk energi kommer från hjulen och fortplantar sig därför till MG2 genom de mekaniska kugghjulen och kedjan. Eftersom elmotorn kan vara reversibel kommer den att generera en elektrisk ström: om jag skickar juice till elmotorn kommer den att slås på, om jag vrider den stoppade elmotorn för hand kommer den att producera elektricitet.

Denna elektriska ström återvinns av distributören för att skicka den till batteriet, som sedan laddas om.

El- och värmemotor fungerar tillsammans

Vid stabil hastighet och bra hastighet, det vill säga för det mesta, kommer hjulen att drivas av kraften från elmotorerna (MG2) och värmemotorerna.

ICE-värmemotorn driver planetväxeln, som genererar elektricitet i MG1. Detta kommer också att överföra mekanisk kraft till hjulen, eftersom planetväxeln också är kopplad till dem.

Det är här svårigheterna kan bli begränsande, eftersom planetväxelns rotationshastighet inte kommer att vara densamma (i synnerhet riktningen för vissa växlar).

En CVT-liknande växellåda (kontinuerlig och progressiv förändring som på skotrar) skapas av samverkan mellan spänningar mellan motorerna (tack vare den magnetiska effekten som orsakas av saften som passerar genom spolarna: ett inducerat elektromagnetiskt fält) såväl som planetväxeln . som tar emot kraften från flera kanaler. Lycka till att få det här till hands, även om videon som jag ställer till ditt förfogande tillåter dig att göra det.

Maximal effekt

Detta är lite som föregående stycke, förutom att vi här också tar den elektriska kraften som batteriet kan leverera, så MG2 drar nytta av detta.

Här är den aktuella versionen av Prius 4:

Plug-in/uppladdningsbar version?

Det laddningsbara batterialternativet, som tillåter 50 km på ett helt elektriskt fordon, är bara för att installera ett större batteri och installera en enhet som gör att batteriet kan anslutas till sektorn.

Du måste gå igenom strömfördelaren och växelriktaren först för att hantera effektskillnaden och olika typer av juice: AC, DC, etc.

HSD 4X4 version?

Som du borde veta finns en 4X4-version på Rav4 och NX 300H och är designad för att läggas till bakaxeln, precis som PSA:s E-Tense och HYbrid / HYbrid4. Det är alltså en dator som säkerställer den konstanta kraften hos hjulen på fram- och bakaxeln, som därför inte har en fysisk koppling.

Varför seriell/parallell?

Enheten kallas seriell/parallell eftersom den kallas "serie" när du är i 100% elektriskt läge. Därför arbetar vi på samma sätt som BMW i3, värmemotorn är en strömgenerator som matar batteriet, som själv förflyttar bilen. Faktum är att med denna metod är motorn helt frånkopplad från hjulen.

Det kallas också parallell när motorn är ansluten till hjulen genom en planetanordning. Och detta kallas batchbuild (se Olika byggen här).

Gör Toyota för mycket med sitt system?

I slutet av denna artikel skulle jag vilja säga en liten tirad. Toyota pratar faktiskt mycket om sin laddhybrid, och det är helt förståeligt och lagligt. Det förefaller mig dock som om varumärket i två avseenden har gått för långt. Den första är att idealisera teknik, vilket i förbigående antyder att det på något sätt kommer att rädda planeten, och att varumärket i grund och botten inleder en revolution som kommer att rädda oss alla. Visst, det drar ner på bränsleförbrukningen, men vi ska inte heller bli karikerade, en icke-hybridiserad dieselminibuss fungerar ungefär likadant, om inte bättre, ibland.

Så Toyota utnyttjar den nuvarande antidieselkontexten för att lägga till ett lager som jag tycker är lite utsmyckat här vid gränsen för hantering, här är ett:

TV-reklam - Hybridsortiment - Vi väljer Hybrid

Sedan finns det ett anslutningsproblem. Det japanska märket baserar mycket av sin kommunikation på att bilen inte behöver laddas från elnätet, som om det vore en teknisk fördel gentemot konkurrenterna. Detta är faktiskt lite missvisande då det är mer av en nackdel än något annat... Hybridbilar som går att ladda behöver absolut inte göra det, detta är ett alternativ som erbjuds utöver sin ägare! Så märket lyckas förmedla en av bristerna som en fördel, och det är fortfarande starkt, eller hur? Ironiskt nog säljer Toyota plug-in-versioner av sin Prius, och de borde vara bättre ... Här är en av reklamfilmerna:

Behöver du inte ladda upp den? Snarare kommer jag att säga: "tunn, det finns inget sätt att göra ..."

Gå vidare ?

För att gå vidare föreslår jag att du noggrant studerar den här videon, som tyvärr bara är på engelska. Förklaringen görs i etapper för att göra det så enkelt och okomplicerat som möjligt.