Hvordan Toyota Hybrid (HSD) fungerer

Alle vet at Toyotas HSD -hybridisering har rykte på seg for å være et verksted. Enheten til det japanske merket (Aisin-samarbeid) er kjent ikke bare for sin effektivitet, men også for sin veldig gode pålitelighet. Det er imidlertid ikke lett å forstå på grunn av dets kompleksitet og mange mulige driftsformer.

Derfor vil vi prøve å forstå hvordan Toyotas hybridenhet, den berømte Serial / Parallel HSD e-CVT, fungerer. Sistnevnte lar deg sykle 100 % elektrisk eller en kombinasjon av elektrisk og termisk. Her tar jeg opp et litt komplekst tema, og noen ganger må jeg forenkle det litt (selv om dette ikke trekker ned logikken og prinsippet).

Vet nå at HSD-transmisjoner er produsert av Aisin (AWFHT15), hvorav Toyota eier 30 %, og at de leverer hybrid- og ikke-hybrid-transmisjoner til PSA-gruppen når det gjelder EAT eller e-AT8. esker. (hybrid2 og hybrid4). Vi er nå i fjerde generasjon når det gjelder teknisk utvikling. Selv om det overordnede prinsippet forblir det samme, er det gjort små forbedringer av det midtre planetgiret eller utformingen for å oppnå kompakthet og effektivitet (for eksempel reduserer kortere kabellengder elektriske tap).

Syntetisk forklaring

Hvis du vil ha et helhetlig syn på hvordan HSD fungerer, her er en forklaring som oppsummerer det. Du må gå videre i artikkelen for å dykke dypere eller prøve å forstå hva som unnviker deg på dette stadiet.

Her er rollen til hver komponent så vel som de tekniske spesifikasjonene til HSD:

• ICE (Internal Combustion Engine) er en varmemotor: all energi kommer fra den, og derfor er den grunnlaget for alt. Den er koblet til MG1 via et episyklisk tog.
• MG1 fungerer som en elektrisk generator (drevet av en varmemotor) samt en girkassevariator. Den kobler ICE til MG2 via planetgir (planet). MG2 er koblet direkte til hjulene, så hvis hjulene snur, snur den, og hvis den snur hjulene også (kort sagt, ingen utkobling er mulig mellom dem) ...
• MG2 fungerer som en trekkmotor (maksimal avstand 2 km eller 50 km på plug-in / oppladbar) og også som en elektrisk generator (retardasjon: regenerering)
• Planetgir: Det kobler MG1, MG2, ICE og hjulene sammen (dette forstyrrer ikke noen av elementene som er sikret mens andre spinner, du må lære og forstå hvordan planetgiret kommer til live). Også takket være ham har vi en kontinuerlig endring / reduksjon, og derfor er det han som representerer girkassen (girforholdet endres, noe som får den til å bremse eller "reversere": forbindelsen mellom ICE og MG1)

Reduksjonen består i mer eller mindre tillegg av bevegelsene til forbrenningsmotoren (termisk) og MG2 (som er stivt koblet til hjulene, la oss ikke glemme).

Hybrid Planetary Gear Trainer

Denne videoen er perfekt for å få en følelse av hvordan Toyota hybridisering fungerer.

Nyhet: Manuell sekvensiell modus på Toyota HSD Hybrid?

Ingeniørene var i stand til å simulere (delvis ..) rapportene ved å spille på hvordan MG1 ville bremse eller reversere på en ikke-progressiv måte for å få klarere rapporter. Utvekslingsforholdet genereres av MG1, som mer eller mindre fast og mer eller mindre "glir" sammen ICE og MG2 (MG2 = elektrisk trekkmotor, men også, fremfor alt, hjul). Derfor kan denne nedgangen være gradvis eller "forskjøvet" avhengig av hvordan kraftfordeleren MG1 styres.

Merk imidlertid at girskift ikke merkes ved dellast ... Og ved full belastning (maksimal akselerasjon) går vi tilbake til kontinuerlig variabel fordi dette er den eneste måten å få best akselerasjonsytelse med dette systemet (datamaskinen nekter derfor å skifte gir for maksimal akselerasjon).

Derfor brukes denne modusen mer til nedbremsing av motorer enn til sporty kjøring.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 og topphastighet

Slik ser det faktisk ut. Dessverre, ved full belastning, mister vi sekvensiell modus og vi føler ikke lenger girene.

Flere versjoner?

Bortsett fra de forskjellige generasjonene, har THS / HSD / MSHS-systemet som brukes på Toyota og Lexus to hovedvarianter. Den første og vanligste er den tverrgående versjonen, som i dag er nedfelt i Aisin AWFHT15 (på begynnelsen av 90-tallet ble det kalt THS for Toyota Hybrid System. Nå er det HSD for Hybrid Synergy Drive). Den kommer i to mer eller mindre kompakte modeller: Prius / NX / C-HR (større), corolla og Yaris (liten).

Her er en mer moderne (Prius 4) HSD-transmisjon fra tverrgående versjoner (nå er det to forskjellige størrelser, her er den større). Den er mye mer kompakt enn varianten du kan se nedenfor (ikke den rett under den langsgående, selv under...)

Toyota Prius IV 2016 1.8 Hybrid Akselerasjon 0-180 km/t

Prius 4 på full gass, her er den berømte kontinuerlige endringseffekten produsert av kombinasjonen av elektriske motorer / generatorer, en varmemotor og et sentralt planettog.

Så kommer MSHS for flertrinns hybridsystemet (som jeg egentlig ikke trenger å snakke om her... Men siden det fungerer likt, kommer det også fra Aisin og er designet for Toyota-gruppen...) det er veldig viktig. en større enhet som må plasseres i lengderetningen og som denne gangen kan generere ekte gir, hvorav det er 10 (4 ekte gir i en boks og en kombinasjon av elektriske motorer på en smart måte for å oppnå 10.Totalt derfor ikke et multiplum av 4, men dette spiller ingen rolle).

Det er faktisk to versjoner: AWRHT25 og AWRHM50 (MSHS, som har 10 rapporter).

Den mye mer prestisjetunge langsgående versjonen (her AWRHM50) er først og fremst ment for Lexus (få Toyota har motor i så måte). Det er to versjoner, hvorav den ene kan generere opptil 10 reelle rapporter.

2016 Lexus IS300h 0-100km / t og kjøremoduser (øko, normal, sport)

Gå tilbake til 1:00 minutt for å se hvordan AWFHT15 kan generere rapporter. Merkelig nok, de berømte "hoppene i hastighet" merkes ikke lenger når motoren er fullastet ... Dette er fordi enheten er mest effektiv (kronograf) i variatormodus, så full belastning induserer en normal kontinuerlig variasjonsmodus.

Hvordan fungerer en Toyota hybrid?

Så hva er det grunnleggende prinsippet for HSD hybrid -enheten? Hvis vi måtte oppsummere dette grovt, kunne vi snakke om en varmemotor som opererer med to motorer / generatorer (elmotoren er alltid reversibel) og hvis forskjellige dreiemomenter (for hver motor) styres og kontrolleres av det sentrale planettoget, men også den elektriske intensiteten (og retningen til elektrisiteten) kontrollert av en strømfordeler ("inverter" på engelsk). Reduksjonsgiret (CVT-girkassen) er elektronisk styrt, noe som får MG1-motoren til å fungere på en bestemt måte, samt gjennom et sentralt planetgir, som gjør at flere krefter kan kombineres for å gi ut én.

Motoren kan kobles helt fra hjulene, så vel som gjennom planetdrevet ...

Kort sagt, selv om vi ønsker å forenkle, forstår vi at det ikke vil være så lett å assimilere, så vi vil fokusere på de grunnleggende prinsippene. Jeg har imidlertid lagt ut en video på engelsk som beskriver detaljene, så hvis du vil presse den gjennom, bør du kunne gjøre det (selvfølgelig med motivasjon og friske nevroner).

Her er Prius 2, som er mindre kompakt enn den jeg viste deg ovenfor. Se hvordan de fremhevet A/C-kompressoren (blå til venstre for motoren). Faktisk, i motsetning til enhver "vanlig" maskin, drives den av en elektrisk motor. Hjulene er koblet til en kjede som kan sees i midtseksjonen til høyre (rett i midten av den elektroniske variatoren).

elektronisk variator i nærheten

I profil ser vi et av hjulopphengene koblet til kjedet via en differensial.

Ulike driftsmoduser

La oss ta en titt på de forskjellige driftsmodusene til en enhet og underveis hvorfor den anses som seriell/parallell, mens et hybridsystem vanligvis er enten det ene eller det andre. Den geniale måten HSD er utformet på tillater begge deler, og det gjør det også litt vanskelig...

Toyota HSD-enhet: detaljer og arkitektur

Her er en forenklet flerfarget HSD-enhetsarkitektur for å hjelpe deg med å lage forbindelser mellom komponenter.

Diagrammet er opp ned i forhold til det øverste bildet fordi det er tatt fra en annen vinkel... Jeg tok Prius 2 diagrammet og det er derfor det er en kjede her, mer moderne versjoner har det ikke, men prinsippet endres ikke i begge tilfeller (det være seg kjede, aksel eller gir er det samme.

Her er mekanismen mer detaljert, fordi det skal forstås at clutchen oppnås her på grunn av den elektromagnetiske kraften mellom rotoren og statoren MG1.

MG1 er koblet til motoren via et planetgirsett (grønt) av et planetgirsett. Det vil si at for å rotere MG1-rotoren (senterseksjonen), går varmemotoren gjennom et planetgir. Jeg har fremhevet dette toget og motoren i én farge slik at vi tydelig kan se deres fysiske sammenheng. I tillegg, og det er ikke uthevet i diagrammet, er den grønne satellitten og det blå sentersolutstyret MG1 fysisk godt forbundet (det er et gap mellom dem), det samme er kronen (kanten på toget). og den grønne satellitten til varmemotoren.

MG2 er direkte koblet til hjulene gjennom en kjede, men den driver også det eksterne planetgiret til det sentrale planetgiret (kronen er mørkeblå, jeg valgte samme farge for å forlenge planetgiret slik at vi tydelig kan se at det er koblet til MG2 ) ...

Her er planetgiret foran, ikke i profil i diagrammet over, vi kan bedre se sammenhengene mellom de ulike girene knyttet til MG1, MG2 og ICE.

Vanskeligheten ligger i å forstå prinsippet om planettoget, vel vitende om at de indre bevegelsene ikke sammenfaller avhengig av bevegelsesmåtene, men også av hastigheten ...

Ingen clutch?

I motsetning til alle andre girkasser, trenger ikke HSD en clutch eller momentomformer (for eksempel trenger en CVT en momentomformer). Det er her den elektromagnetiske kraften binder hjulene til motoren gjennom planettoget takket være MG1. Da er det rotoren og statoren til sistnevnte (MG1) som da skaper friksjonseffekten: når man roterer elmotoren for hånd, oppstår det motstand, og det er sistnevnte vi her bruker som clutch.

Det er enda bedre når det under friksjon (hastighetsforskjellen mellom statoren og rotoren, derav mellom motoren og hjulene), genereres elektrisitet. Og at strømmen blir lagret i batteriet!

Dette er grunnen til at HSD-systemet anses som svært intelligent, fordi det gir et minimum av energitap ved å gjenvinne energi i friksjonsøyeblikket. På den klassiske clutchen mister vi denne energien i varme, her omdannes den til elektrisitet, som vi gjenoppretter i batteriet.

Dermed er det heller ingen mekanisk slitasje, siden det ikke er fysisk kontakt mellom rotoren og statoren.

Ved stopp kan motoren gå uten å stoppe fordi hjulene ikke blokkerer motoren (noe som ville skjedd hvis vi hadde stoppet på en manuell girkasse uten å slå av). Det blå solhjulet (også kalt tomgang) er gratis, så det skiller motorhjulene (derav de grønne krone planetgirene). På den annen side, hvis solhjulet begynner å motta dreiemoment, vil det koble de grønne tannhjulene til kronen, og deretter vil hjulene begynne å rotere gradvis (elektromagnetisk friksjon).

Hvis solutstyret er ledig, kan ikke kraft overføres til kronen.

Når rotoren spinner, oppstår det friksjon i statoren, noe som forårsaker dreiemoment, og dette dreiemomentet overføres til solhjulet, som låser seg og til og med roterer i den andre retningen. Som et resultat dannes det en forbindelse mellom motorakselen i sentrum og ringgiret i periferien (tannhjul = hjul). Vær oppmerksom på at enheten også tjener til å stoppe og starte: når du vil starte, er det nok å blokkere solhjulet kort slik at forbrenningsmotorens varmemotor mottar dreiemoment fra MG2 koblet til det drevne hjulet (dette starter det deretter som en startmotor . Gjør det. Klassisk).

Så, for å oppsummere det:

• Når den står stille, kan motoren rotere fordi koblingen mellom motorakselen og ringgiret ikke er etablert: solgiret er fritt (selv om Prius vanligvis slår seg av når den står stille for å spare drivstoff)
• Ved å øke motorhastigheten, roterer rotoren raskt nok til å generere en elektromagnetisk kraft, som deretter overfører dreiemoment til solhjulet: skaper en forbindelse mellom motoraksen og ringgiret.
• Når tilkoblingen er opprettet, er hastighetene til motoraksen og ringhjulet like
• Når hastigheten på hjulene blir raskere enn motoren, begynner solgiret å snurre i den andre retningen for å endre girforholdet (etter at alt er låst, begynner det å "rulle" for å øke hastigheten på systemet ytterligere). Snarere kan det sies at ved å motta dreiemoment kobler solgiret ikke bare sammen motorakslene og drivhjulet, men får dem også til å akselerere etterpå (det bremser ikke bare "motstand", men får dem også til å rotere i følgende vei)

100 % elektrisk modus

Her spiller ikke ICE (termisk) og MG1-motorene noen spesiell rolle, det er MG2 som roterer hjulene på grunn av elektrisiteten hentet fra batteriet (derav energien som kommer fra kjemien). Og selv om MG2 snur MG1s rotor, påvirker det ikke ICE-varmemotoren, og derfor er det ingen motstand som bekymrer oss.

Lademodus når den er stoppet

Her er en varmemotor i drift, som roterer MG1 gjennom et planettog. På denne måten genereres elektrisitet og sendes til strømfordeleren, som kun leder strømmen til batteriet.

Energigjenvinningsmodus

Dette er den berømte "B"-modusen (regenerativ bremsing), som kan sees på girknappen (når du trykker på den, er det mer motorbremsing forbundet med MG2 kinetisk energigjenvinning, motstanden er elektromagnetisk). Tregheten / kinetisk energi kommer fra hjulene og forplanter seg derfor til MG2 gjennom de mekaniske girene og kjedet. Siden den elektriske motoren kan være reversibel, vil den generere elektrisk strøm: hvis jeg sender juice til den elektriske motoren, vil den slå seg på, hvis jeg slår den stoppet elektriske motoren for hånd, vil den produsere strøm.

Denne elektriske strømmen gjenvinnes av distributøren for å sende den til batteriet, som deretter vil bli ladet.

Elektrisk og varmemotor fungerer sammen

Ved stabil hastighet og god hastighet, det vil si mesteparten av tiden, vil hjulene drives av kraften fra de elektriske (MG2) og varmemotorene.

ICE-varmemotoren driver planetgiret, som genererer strøm i MG1. Dette vil også overføre mekanisk kraft til hjulene, siden planetgiret også er koblet til dem.

Det er her vanskelighetene kan bli begrensende, fordi avhengig av rotasjonshastigheten til planetgiret vil ikke være det samme (spesielt retningen til visse gir).

En girkasse i CVT-stil (kontinuerlig og progressiv endring som på scootere) skapes av samspillet mellom spenninger mellom motorene (takket være den magnetiske effekten forårsaket av saften som passerer gjennom spolene: et indusert elektromagnetisk felt) samt planetgiret . som mottar kraften til flere kanaler. Lykke til med å få dette rett ved fingertuppene, selv om videoen jeg stiller til din disposisjon lar deg gjøre det.

Maksimal kraft

Dette ligner litt på forrige avsnitt, bortsett fra at her tar vi også den elektriske strømmen batteriet kan levere, så MG2 drar nytte av dette.

Her er den nåværende versjonen av Prius 4:

Plug-in / oppladbar versjon?

Alternativet for oppladbart batteri, som tillater 50 km på et helelektrisk kjøretøy, er kun for å installere et større batteri og installere en enhet som gjør at batteriet kan kobles til sektoren.

Du må gå gjennom strømfordeleren og omformeren først for å håndtere effektforskjellen og forskjellige typer juice: AC, DC, etc.

HSD 4X4 versjon?

Som du burde vite, finnes en 4X4-versjon på Rav4 og NX 300H og er designet for å legges til bakakselen, akkurat som PSAs E-Tense og HYbrid / HYbrid4. Dermed er det en datamaskin som sikrer konstant kraft til hjulene på for- og bakakselen, som derfor ikke har en fysisk forbindelse.

Hvorfor seriell/parallell?

Enheten kalles seriell/parallell fordi den kalles "serier" når du er i 100% elektrisk modus. Derfor jobber vi på samme måte som BMW i3, varmemotoren er en strømgenerator som mater batteriet, som selv beveger bilen. Faktisk, med denne operasjonsmetoden, er motoren fullstendig koblet fra hjulene.

Det kalles også parallell når motoren er koblet til hjulene gjennom en planetarisk enhet. Og dette kalles batch build (se Diverse bygg her).

Gjør Toyota for mye med systemet sitt?

For å avslutte denne artikkelen vil jeg si en liten tirade. Faktisk snakker Toyota mye om sin plug-in hybrid, og det er helt forståelig og lovlig. Imidlertid ser det ut til at merket på to måter har gått for langt. For det første å idealisere teknologi, og antyde i forbifarten at den på en eller annen måte vil redde planeten, og at merkevaren i hovedsak setter i gang en revolusjon som vil redde oss alle. Jada, det kutter drivstofforbruket, men vi skal heller ikke bli karikert, en ikke-hybridisert diesel minivan fungerer ganske likt, om ikke bedre, noen ganger.

Så Toyota utnytter den nåværende anti-diesel-konteksten for å legge til et lag som jeg synes er litt pyntet her ved grensen for håndtering, her er ett:

TV-reklame - Hybridsortiment - Vi velger Hybrid

Da er det et tilkoblingsproblem. Det japanske merket baserer mye av sin kommunikasjon på at bilen ikke trenger å lades fra strømnettet, som om den var en teknologisk fordel i forhold til konkurransen. Dette er faktisk litt misvisende da det er mer en ulempe enn noe annet... Hybridbiler som kan lades trenger ikke absolutt å gjøre det, dette er et alternativ som tilbys i tillegg til sin eier! Så merket klarer å gi bort en av feilene som en fordel, og det er fortsatt sterkt, ikke sant? Ironisk nok selger Toyota plug-in-versjoner av sin Prius, og de burde vært bedre ... Her er en av reklamene:

Trenger du ikke å lade den opp igjen? Snarere vil jeg si: "tynn, det er ingen måte å gjøre ..."

Gå videre ?

For å gå videre foreslår jeg at du nøye studerer denne videoen, som dessverre bare er på engelsk. Forklaringen gjøres i etapper for å gjøre den så enkel og grei som mulig.