Як працює Toyota Hybrid (HSD)

Всім добре відомо, що гібридизація HSD від Toyota має репутацію майстерні. Пристрій японського бренду (колаборація Aisin) відоме не тільки своєю ефективністю, але і дуже хорошою надійністю. Однак зрозуміти його непросто через його складності і безлічі можливих режимів роботи.

Тому ми спробуємо зрозуміти, як працює гібридний пристрій Toyota, знаменитий послідовний / паралельний HSD e-CVT. Останній дозволяє їздити на 100% електричному або поєднуючи електричний і тепловий. Тут я беруся за кілька складну тему, і іноді мені необхідно трохи спростити її (хоча це не применшує логіки і принципу).

Тепер знайте, що трансмісії HSD виробляються компанією Aisin (AWFHT15), 30% якої належить Toyota, і що саме вони постачають гібридні і негібридних трансмісії групі PSA, коли мова йде про EAT або e-AT8. коробки. (Гібрід2 і гібрід4). Зараз ми знаходимося в четвертому поколінні з точки зору технічного розвитку. Якщо в цілому принцип залишається тим же, невеликі поліпшення вносяться в центральну планетарну передачу або в компоновку, щоб домогтися компактності і ефективності (наприклад, зменшення довжини кабелів знижує електричні втрати).

синтетичне пояснення

Якщо ви хочете отримати цілісне уявлення про те, як працює HSD, ось пояснення, яке підводить підсумок. Вам потрібно йти далі в статті, щоб заглибитися або спробувати зрозуміти те, що вислизне від вас на даному етапі.

Ось роль кожного компонента, а також технічні характеристики HSD:

• ДВЗ (Двигун внутрішнього згоряння) – це тепловий двигун: вся енергія походить від нього, і тому він є основою всього. Він пов'язаний з MG1 через епіциклічний поїзд.
• MG1 служить електричним генератором (приводиться в дію тепловим двигуном), а також варіатором з редуктором. Він пов'язує ICE з MG2 через планетарну передачу (планетарну). MG2 підключений безпосередньо до коліс, тому, якщо колеса повертаються, він повертається, і якщо він повертає колеса теж (коротше кажучи, між ними неможливо розчіплювання) ...
• MG2 служить тяговим електродвигуном (максимальна відстань 2 км або 50 км на підключається / перезаряджати), а також в якості електрогенератора (уповільнення: регенерація)
• Планетарна передача: вона пов'язує MG1, MG2, ICE і колеса разом (це не заважає закріпленню деяких елементів, в той час як інші обертаються, вам потрібно вивчити і зрозуміти, як оживає планетарна передача). Також завдяки йому у нас є безперервна зміна / зниження, і тому саме він представляє коробку передач (передавальне число змінюється, змушуючи його гальмувати або «реверсувати»: зв'язок між ICE і MG1)

Зниження складається в більш-менш додаванні рухів ДВС (теплового) і MG2 (який жорстко пов'язаний з колесами, не забуватимемо).

Тренажер гібридної планетарної передачі

Це відео ідеально підходить для того, щоб «відчути», як працює гібридизація Toyota.

Новинка: ручний послідовний режим на гібриді Toyota HSD?

Інженерам вдалося змоделювати (частково ..) звіти, граючи на тому, як MG1 буде гальмувати або реверсировать, непрогресивної чином, щоб отримати більш чіткі звіти. Передавальне число генерується MG1, який більш-менш міцно і більш-менш «прослизає» з'єднує ICE і MG2 (MG2 = електричний тяговий двигун, але також і, перш за все, колеса). Отже, це зменшення може бути поступовим або «ступінчастим» в залежності від того, як управляє розподільник потужності MG1.

Однак зверніть увагу, що перемикання передач не відчуваються при частковому навантаженні ... А в разі повного навантаження (максимального прискорення) ми повертаємося до безступінчатим роботі, тому що це єдиний спосіб отримати найкращі характеристики прискорення з цією системою (комп'ютер тому відмовляється від перемикання передач для максимального прискорення).

Тому цей режим більше використовується для гальмування двигуном на спуску, ніж для спортивного водіння.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 і максимальна швидкість

Ось як це виглядає насправді. На жаль, при повному навантаженні ми втрачаємо секвентальний режим, і ми більше не відчуваємо шестерінки.

Кілька версій?

Крім різних поколінь, система THS / HSD / MSHS, поширювана на Toyota і Lexus, має два основні варіанти. Першою і найбільш поширеною є поперечна версія, яка сьогодні втілена в Aisin AWFHT15 (на початку 90-х її називали THS для Toyota Hybrid System. Тепер це HSD для Hybrid Synergy Drive). Він випускається в двох більш-менш компактних моделях: Prius / NX / C-HR (більший), corolla і Yaris (маленький).

Ось сучасна (Prius 4) трансмісія HSD з поперечних версій (тепер є два різних розміри, тут - більший). Він набагато компактніший, ніж варіант, який ви зможете побачити нижче (не той, який трохи нижчий від поздовжнього, навіть нижче…)

Toyota Prius IV 2016 1.8 гібридний прискорення 0-180 км / год

Prius 4 на повному розгоні, ось знаменитий ефект безперервного зміни, отриманий комбінацією електродвигунів / генераторів, теплового двигуна і центрального планетарного поїзда.

Потім йде MSHS для багатоступінчастої гібридної системи (про яку я не повинен говорити тут насправді ... Але оскільки вона працює ідентично, вона також виходить від Aisin і призначена для групи Toyota ...), це дуже важливо. пристрій більшого розміру, яке повинно бути розташоване в поздовжньому положенні, і яке може на цей раз генерувати справжні шестерні, яких налічується 10 (4 справжні шестерні в коробці і комбінація електродвигунів розумним способом, що дозволяє досягти 10. Разом отже, не кратне 4, але це не має значення).

Фактично існує дві версії: AWRHT25 і AWRHM50 (MSHS, у якого 10 звітів).

Набагато більш престижна поздовжня версія (тут AWRHM50) призначена, перш за все, для Lexus (у небагатьох Toyota є двигун в цьому сенсі). Існують дві версії, одна з яких може генерувати до 10 реальних звітів.

2016 Lexus IS300h 0-100км / ч і режими руху (еко, нормальний, спорт)

Поверніться до 1:00 хвилині, щоб побачити, як AWFHT15 може створювати звіти. Як не дивно, знамениті «скачки швидкості» більше не відчуваються при повному навантаженні двигуна ... Це тому, що пристрій є найбільш ефективним (хронограф) в режимі варіатора, тому повне навантаження викликає звичайний режим з безперервним зміною.

Як працює гібрид Тойоти?

Так в чому ж основний принцип гібридного пристрою HSD? Якби нам довелося резюмувати це грубо, ми могли б говорити про тепловому двигуні, який працює з двома двигунами / генераторами (електродвигун завжди реверсивний) і чиї різні крутний момент (кожного двигуна) контролюються і управляються центральним планетарним поїздом, але також електрична інтенсивність (і напрямок електрики), кероване розподільником потужності ( «інвертор» англійською мовою). Редукторна передача (коробка передач CVT) управляється електронікою, змушуючи двигун MG1 працювати певним чином, а також через центральну планетарну передачу, яка дозволяє комбінувати кілька потужностей для виведення однієї.

Двигун можна повністю від'єднати від коліс, так само як і через планетарний привід ...

Коротше кажучи, навіть якщо ми хочемо спростити, ми розуміємо, що асимілювати буде не так просто, тому зупинимося на основних принципах. Проте, я помістив вам відео англійською мовою, в якому детально описані деталі, тому, якщо ви хочете проштовхнути його, ви повинні зуміти це зробити (звичайно, з мотивацією і здоровими нейронами).

Ось пристрій Prius 2, менш компактне, ніж те, що я вам показав вище. Подивіться, як вони виділили компресор кондиціонера (синій зліва від двигуна). Дійсно, на відміну від будь-якої «нормальної» машини, він приводиться в рух електродвигуном. Колеса з'єднані з ланцюгом, яку можна побачити в центральній частині праворуч (прямо посередині електронного варіатора).

електронний варіатор поблизу

У профіль ми бачимо один з підвісів коліс, з'єднаний з ланцюгом через диференціал.

Різні режими роботи

Давайте подивимося на різні режими роботи пристрою і, принагідно, чому воно вважається послідовним / паралельним, тоді як зазвичай гібридна система - це або одне або інше. Геніальний спосіб розробки HSD дозволяє і те, і інше, і це також робить його трохи складнішим.

Пристрій Toyota HSD: деталі і архітектура

Ось спрощена архітектура пристрою HSD з декількома квітами, які допоможуть вам налагодити зв'язки між компонентами.

Діаграма перегорнута в порівнянні з верхньою фотографією, тому що вона зроблена під іншим кутом … Я взяв схему Prius 2, і тому тут є ланцюжок, у більш сучасних версіях його немає, але принцип не змінюється в будь-якому випадку (будь то ланцюг, вал або шестерня - одне й те саме).

Ось механізм більш детально, тому що слід розуміти, що муфта тут виходить за рахунок електромагнітної сили між ротором і статором MG1.

MG1 підключений до двигуна через планетарну передачу (зелений колір) планетарної передачі. Тобто, щоб повернути ротор MG1 (центральна частина), тепловий двигун проходить через планетарну передачу. Я виділив цей поїзд і двигун одним кольором, щоб ми могли ясно побачити їх фізичний зв'язок. Крім того, і це не виділено на схемі, зелений сателіт і блакитна центральна сонячна шестерня MG1 добре з'єднані фізично (між ними є прогалина), як і корона (край поїзда). і зелений супутник теплової машини.

MG2 безпосередньо пов'язаний з колесами через ланцюг, але він також надає руху зовнішню планетарну передачу центральної планетарної передачі (заводна головка темно-синього кольору, я вибрав той же колір для подовження планетарної передачі, щоб ми могли ясно бачити, що вона підключений до MG2) .

Ось планетарний редуктор спереду, а не в профіль на діаграмі вище, ми можемо краще побачити з'єднання між різними шестернями, пов'язаними з MG1, MG2 і ICE.

Складність полягає в тому, щоб зрозуміти принцип роботи планетарного поїзда, знаючи, що внутрішні руху не збігаються в залежності від режимів руху, але також і від швидкості ...

Немає зчеплення?

На відміну від всіх інших трансмісій, HSD не потребує муфті або гідротрансформаторі (наприклад, для CVT потрібен гідротрансформатор). Саме тут електромагнітна сила пов'язує колеса з двигуном через планетарний поїзд завдяки MG1. Тоді саме ротор і статор останнього (MG1) потім створюють ефект тертя: коли ви обертаєте електродвигун вручну, виникає опір, і саме останнє ми використовуємо тут в якості зчеплення.

Ще краще, коли під час тертя (різниця швидкостей між статором і ротором, отже, між двигуном і колесами) виникає електрику. І це електрику буде зберігатися в батареї!

Ось чому система HSD вважається дуже інтелектуальної, тому що вона забезпечує мінімум втрат енергії за рахунок відновлення енергії в момент тертя. На класичному зчепленні ми втрачаємо цю енергію в теплі, тут вона перетворюється в електрику, яке ми відновлюємо в батареї.

Таким чином, також відсутній механічний знос, оскільки немає фізичного контакту між ротором і статором.

При зупинці двигун може працювати без зупинки, оскільки колеса не блокують двигун (що могло б статися, якби ми зупинилися на механічній коробці передач без виключення). Синя сонячна шестерня (також звана холостим ходом) вільна, тому вона розділяє моторні колеса (отже, зелені планетарні шестерні корони). З іншого боку, якщо сонячна шестерня починає отримувати крутний момент, вона зв'яже зелені шестерні з короною, і тоді колеса почнуть поступово обертатися (електромагнітне тертя).

Якщо сонячна шестерня вільна, зусилля не може передаватися на корону.

При обертанні ротора в статорі створюється тертя, яке викликає крутний момент, і цей крутний момент передається на сонячну шестерню, яка блокується і навіть в кінцевому підсумку обертається в іншому напрямку. В результаті між валом двигуна в центрі і зубчастим вінцем на периферії (зубчасте колесо = колеса) створюється зв'язок. Зверніть увагу, що пристрій також служить для зупинки і запуску: коли ви хочете запустити, досить ненадовго заблокувати сонячну шестерню, щоб теплової двигун ДВС отримав крутний момент від MG2, підключеного до веденого колеса (це потім запускає його як стартер. Робить. Класичний).

Отже, якщо підвести підсумок:

• У нерухомому стані двигун може обертатися, тому що зв'язок між віссю двигуна і коронної шестернею не встановлена: сонячна шестерня вільна (навіть якщо в цілому Prius відключається, коли нерухомий для економії палива)
• Збільшуючи частоту обертання двигуна, ротор обертається досить швидко, щоб генерувати електромагнітну силу, яка потім передає крутний момент на сонячну шестерню: створюючи зв'язок між віссю двигуна і коронної шестернею.
• Коли зв'язок зроблена, швидкості осі двигуна і коронного колеса рівні
• Коли швидкість коліс стає більшою, ніж у двигуна, сонячна шестерня починає обертатися в іншому напрямку, щоб змінити передатне число (після того, як все заблоковано, вона починає "котитися", щоб ще більше збільшити швидкість. Система). Швидше можна сказати, що, отримуючи момент, що крутить, сонячна шестерня не тільки з'єднує осі двигуна і провідне колесо, але і змушує їх згодом прискорюватися (вона не тільки гальмує «опирається», але і змушує їх обертатися наступним чином)

100% електричний режим

Тут двигуни ICE (теплові) і MG1 не грають особливої ​​ролі, саме MG2 обертає колеса за рахунок електроенергії, одержуваної від батареї (отже, енергії, що виникає в результаті хімії). І навіть якщо MG2 повертає ротор MG1, це не впливає на тепловий двигун ДВС, і, отже, немає опору, яке нас турбує.

Режим підзарядки при зупинці

Тут працює теплова машина, яка обертає MG1 через планетарний поїзд. Таким чином, виробляється електрика, яка відправляється розподільника енергії, який направляє електрику тільки до батареї.

Режим рекуперації енергії

Це знаменитий режим «B» (рекуперативного гальмування), який можна побачити на ручці коробки передач (коли ви натискаєте на неї, відбувається більше гальмування двигуном, пов'язане з рекуперацією кінетичної енергії MG2, опір тут електромагнітне). Сила інерції / кінетична енергія виходить від коліс і тому поширюється до MG2 через механічні шестерні і ланцюг. Оскільки електродвигун може бути реверсивним, він буде генерувати електричний струм: якщо я відправлю сік в електродвигун, він включиться, якщо я поверну зупинений електродвигун вручну, він буде виробляти електрику.

Цей електричний струм відновлюється дистриб'ютором, щоб відправити його в акумулятор, який потім буде заряджатися.

Електричний і тепловий двигун працюють разом

На стабілізованою швидкості і на хорошій швидкості, тобто більшу частину часу, колеса будуть приводитися в рух силою електричного (MG2) і теплового двигунів.

Тепловий двигун ДВС обертає планетарну передачу, яка виробляє електрику в MG1. Це також буде передавати механічне зусилля на колеса, оскільки з ними також з'єднана планетарна передача.

Саме тут труднощі можуть стати обмежуючими, тому що в залежності від швидкості обертання планетарної передачі не будуть однаковими (зокрема, направлення певних шестерень).

Коробка передач в стилі CVT (безперервне і прогресивне зміна, як на скутерах) створюється завдяки взаємодії напруг між двигунами (завдяки магнітному ефекту, викликаного соком, що проходить через котушки: індуковане електромагнітне поле), а також планетарній передачі. який отримує потужність декількох каналів. Удачі, щоб зрозуміти це у вас під рукою, навіть якщо відео, яке я надав у ваше розпорядження, дозволить вам це зробити.

максимальна потужність

Це трохи схоже на попередній абзац, за винятком того, що тут ми також беремо електричну потужність, яку може видати акумулятор, тому MG2 витягує з цього користь.

Ось актуальна версія Prius 4:

Версія Plug-in / акумуляторна?

Варіант з батареєю, що перезаряджається, що дозволяє 50 км на повністю електричному транспорті, полягає тільки в установці батареї більшого розміру та встановлення пристрою, що дозволяє підключати батарею до сектору.

Спочатку ви повинні пройти через розподільник харчування і інвертор, щоб управляти різницею потужності і різними типами соку: змінного, постійного і т. Д.

Версія HSD 4X4?

Як ви повинні знати, версія 4X4 існує на Rav4 і NX 300H, вона призначена для додавання на задню вісь, як і в випадку з E-Tense і HYbrid / HYbrid4 від PSA. Таким чином, це комп'ютер, який забезпечує сталість потужності коліс переднього і заднього мостів, які, отже, не мають фізичного з'єднання.

Чому послідовно / паралельно?

Пристрій називається послідовним/паралельним, тому що він називається «послідовним», коли ви знаходитесь у 100% електричному режимі. Тому ми працюємо так само, як BMW i3, тепловий двигун – це генератор струму, який живить акумулятор, який переміщає автомобіль. По суті, за такого способу роботи двигун повністю від'єднаний від коліс.

Він також називається паралельним, коли двигун з'єднується з колесами через планетарну пристрій. І це називається серійної складанням (див. Різні збірки тут).

Toyota занадто багато робить зі своєю системою?

На закінчення цієї статті я хотів сказати невелику тираду. Дійсно, Toyota багато розповідає про своє гібридний пристрій, і це цілком зрозуміло і законно. Однак мені здається, що в двох відносинах бренд зайшов занадто далеко. По-перше, ідеалізувати технологію, мимохідь на увазі, що вона якимось чином врятує планету, і що, по суті, бренд ініціює революцію, яка врятує всіх нас. Звичайно, це знижує витрату, але ми також не повинні карикатурно зображати, дизельний мінівен без гібридизації працює майже так само, якщо не краще, іноді.

Тому Toyota використовує переваги поточного антідізельного контексту, щоб додати шар, який, як мені здається, тут трохи прикрашений на межі керованості, ось один:

Телевізійний ролик – Гібридна лінійка – Ми вибираємо Гібрид

Потім виникає проблема підключення. Японський бренд засновує більшу частину своїх комунікацій на тому факті, що автомобіль не потребує підзарядки від мережі, як якщо б це було технологічною перевагою перед конкурентами. Насправді це трохи вводить в оману, тому що це скоріше недолік, ніж що-небудь ще ... Гібридні автомобілі, які можуть заряджатися, не мають абсолютної необхідності в цьому, це опція, яка пропонується на додаток до свого власника! Таким чином, бренду вдається видати один з недоліків за перевагу, і це все ще сильно, чи не так? За іронією долі Toyota продає підключаються версії свого Prius, і вони повинні бути краще ... Ось один з рекламних роликів:

Не потрібно його перезаряджати? Швидше скажу: «тонкий, немає можливості зробити ...»

Йти далі ?

Щоб піти далі, я пропоную вам уважно вивчити це відео, яке, на жаль, тільки на англійській мові. Пояснення робиться поетапно, щоб зробити його максимально простим і зрозумілим.