Sådan fungerer Toyota Hybrid (HSD)

Alle er godt klar over, at Toyotas HSD-hybridisering har ry for at være et værksted. Enheden af ​​det japanske mærke (Aisin-samarbejde) er kendt ikke kun for sin effektivitet, men også for sin meget gode pålidelighed. Det er dog svært at forstå på grund af dets kompleksitet og de mange mulige driftsformer.

Derfor vil vi forsøge at forstå, hvordan Toyotas hybridenhed, den berømte Serial / Parallel HSD e-CVT, fungerer. Sidstnævnte giver dig mulighed for at køre 100% elektrisk eller en kombination af elektrisk og termisk. Her tager jeg fat på et lidt komplekst emne, og nogle gange har jeg brug for at forenkle det lidt (selvom det ikke forringer logikken og princippet).

Ved nu, at HSD transmissioner er fremstillet af Aisin (AWFHT15), hvoraf Toyota ejer 30%, og at de leverer hybride og ikke-hybride transmissioner til PSA-gruppen, når det kommer til EAT eller e-AT8. kasser. (hybrid2 og hybrid4). Vi er nu i fjerde generation, hvad angår teknisk udvikling. Mens det overordnede princip forbliver det samme, foretages der små forbedringer af det midterste planetgear eller layout for at opnå kompakthed og effektivitet (for eksempel reducerer kortere kabellængder elektriske tab).

Syntetisk forklaring

Hvis du vil have et holistisk syn på, hvordan HSD fungerer, er her en forklaring, der opsummerer det. Du skal gå længere i artiklen for at dykke dybere eller prøve at forstå, hvad der undslipper dig på dette stadium.

Her er hver komponents rolle samt de tekniske specifikationer for HSD:

• ICE (Internal Combustion Engine) er en varmemotor: al energi kommer fra den, og derfor er den grundlaget for alt. Den er forbundet til MG1 via et epicyklisk tog.
• MG1 fungerer som en elektrisk generator (drevet af en varmemotor) samt en gearkassevariator. Den forbinder ICE til MG2 via planetgear (planet). MG2 er forbundet direkte til hjulene, så hvis hjulene drejer, drejer den, og hvis den også drejer hjulene (kort sagt, ingen frigørelse er mulig mellem dem) ...
• MG2 fungerer som trækmotor (maksimal afstand 2 km eller 50 km på plug-in / genopladelig) og også som en elektrisk generator (deceleration: regenerering)
• Planetgear: Det forbinder MG1, MG2, ICE og hjulene sammen (dette forstyrrer ikke, at nogle af elementerne er sikret, mens andre snurrer, du skal lære og forstå, hvordan planetgearet kommer til live). Også takket være ham har vi en kontinuerlig ændring / reduktion, og derfor er det ham, der repræsenterer gearkassen (gearforholdet ændres, hvilket får det til at bremse eller "vende tilbage": forbindelsen mellem ICE og MG1)

Reduktionen består i mere eller mindre tilføjelse af bevægelserne af forbrændingsmotoren (termisk) og MG2 (som er stift forbundet med hjulene, lad os ikke glemme).

Hybrid Planetary Gear Trainer

Denne video er perfekt til at få en fornemmelse af, hvordan Toyota hybridisering fungerer.

Nyt: Manuel sekventiel tilstand på Toyota HSD Hybrid?

Ingeniørerne var i stand til at simulere (delvist ..) rapporterne ved at spille på, hvordan MG1 ville bremse eller bakke på en ikke-progressiv måde for at få klarere rapporter. Gearforholdet er genereret af MG1, som mere eller mindre fast og mere eller mindre "glider" forbinder ICE og MG2 (MG2 = elektrisk trækmotor, men også frem for alt hjul). Derfor kan dette fald være gradvist eller "forskudt" afhængigt af hvordan strømfordeleren MG1 styrer.

Bemærk dog, at gearskift ikke mærkes ved delvis belastning... Og ved fuld belastning (maksimal acceleration) går vi tilbage til trinløs variabel, fordi det er den eneste måde at få den bedste accelerationsydelse med dette system (computeren nægter derfor at skifte gear for maksimal acceleration).

Derfor bruges denne tilstand mere til nedadgående motorbremsning end til sporty kørsel.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 og Top Speed

Sådan ser det faktisk ud. Desværre, ved fuld belastning, mister vi sekventiel tilstand, og vi mærker ikke længere gearene.

Flere versioner?

Ud over de forskellige generationer har THS / HSD / MSHS-systemet, som det er anvendt på Toyota og Lexus, to hovedvarianter. Den første og mest almindelige er den tværgående version, som i dag er inkorporeret i Aisin AWFHT15 (i begyndelsen af ​​90'erne hed den THS for Toyota Hybrid System. Nu er det HSD for Hybrid Synergy Drive). Den kommer i to mere eller mindre kompakte modeller: Prius / NX / C-HR (større), corolla og Yaris (lille).

Her er en mere moderne (Prius 4) HSD transmission fra tværgående versioner (nu er der to forskellige størrelser, her er den større). Den er meget mere kompakt end den variant, du kan se nedenfor (ikke den lige under den langsgående, selv under...)

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

Prius 4 ved fuld gas, her er den berømte kontinuerlige ændringseffekt frembragt af kombinationen af ​​elektriske motorer/generatorer, en varmemotor og et centralt planettog.

Så kommer MSHS til flertrinshybridsystemet (som jeg egentlig ikke skal tale om her... Men da det fungerer identisk, kommer det også fra Aisin og er designet til Toyota-gruppen...) det er meget vigtig. en større enhed, der skal placeres på langs, og som denne gang kan generere rigtige gear, hvoraf der er 10 (4 rigtige gear i en kasse og en kombination af elmotorer på en smart måde for at opnå 10. I alt derfor ikke et multiplum af 4, men det er ligegyldigt).

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

Den meget mere prestigefyldte langsgående version (her AWRHM50) er primært beregnet til Lexus (de færreste Toyota har en motor i den forstand). Der er to versioner, hvoraf den ene kan generere op til 10 rigtige rapporter.

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

Gå tilbage til 1:00 minut for at se, hvordan AWFHT15 kan generere rapporter. Mærkeligt nok mærkes de berømte "spring i fart" ikke længere, når motoren er fuldt lastet ... Dette skyldes, at enheden er mest effektiv (kronograf) i variatortilstand, så fuld belastning inducerer en normal kontinuerlig variationstilstand.

Hvordan fungerer en Toyota hybrid?

Så hvad er det grundlæggende princip for HSD hybridenheden? Hvis vi skulle opsummere dette groft, kunne vi tale om en varmemotor, der kører med to motorer / generatorer (elektromotoren er altid reversibel), og hvis forskellige drejningsmomenter (for hver motor) styres og styres af det centrale planettog, men også den elektriske intensitet (og retning af elektricitet) styret af en strømfordeler ("inverter" på engelsk). Reduktionsgearet (CVT-gearkassen) er elektronisk styret, hvilket får MG1-motoren til at fungere på en bestemt måde, samt gennem et centralt planetgear, som gør det muligt at kombinere flere kræfter for at udsende én.

Motoren kan afbrydes fuldstændigt fra hjulene såvel som gennem planetdrevet ...

Kort sagt, selvom vi ønsker at forenkle, forstår vi, at det ikke bliver så nemt at assimilere, så vi vil fokusere på de grundlæggende principper. Jeg har dog lagt en video til dig på engelsk, der detaljerer detaljerne, så hvis du vil presse den igennem, burde du kunne gøre det (selvfølgelig med motivation og sunde neuroner).

Her er Prius 2, som er mindre kompakt end den, jeg viste dig ovenfor. Se, hvordan de fremhævede A/C-kompressoren (blå til venstre for motoren). Faktisk, i modsætning til enhver "normal" maskine, drives den af ​​en elektrisk motor. Hjulene er forbundet med en kæde, der kan ses i midtersektionen til højre (lige i midten af ​​den elektroniske variator).

elektronisk variator i nærheden

I profil ser vi et af hjulophængene forbundet til kæden via et differentiale.

Forskellige driftsformer

Lad os tage et kig på de forskellige funktionsmåder for en enhed og undervejs, hvorfor den betragtes som seriel/parallel, mens et hybridsystem normalt er enten det ene eller det andet. Den geniale måde HSD er designet på giver mulighed for begge dele, og det gør det også lidt tricky...

Toyota HSD-enhed: detaljer og arkitektur

Her er en forenklet flerfarvet HSD-enhedsarkitektur, der hjælper dig med at oprette forbindelser mellem komponenter.

Diagrammet er på hovedet i forhold til det øverste billede, fordi det er taget fra en anden vinkel... Jeg tog Prius 2 diagrammet og derfor er der en kæde her, mere moderne versioner har det ikke, men princippet ændrer sig ikke i begge tilfælde (det være sig kæde, aksel eller gear er det samme.

Her er mekanismen mere detaljeret, fordi det skal forstås, at koblingen er opnået her på grund af den elektromagnetiske kraft mellem rotoren og statoren MG1.

MG1 er forbundet til motoren via et planetgearsæt (grønt) af et planetgearsæt. Det vil sige, at for at rotere MG1-rotoren (midtersektionen) går varmemotoren gennem et planetgear. Jeg har fremhævet dette tog og motor i én farve, så vi tydeligt kan se deres fysiske forbindelse. Derudover, og det er ikke fremhævet i diagrammet, er den grønne satellit og det blå midtersol gear MG1 fysisk godt forbundet (der er et hul mellem dem), ligesom kronen (kanten af ​​toget). og varmemotorens grønne satellit.

MG2 er direkte forbundet til hjulene gennem en kæde, men den driver også det ydre planetgear i det centrale planetgear (kronen er mørkeblå, jeg valgte samme farve for at forlænge planetgearet, så vi tydeligt kan se det er forbundet med MG2 ) ...

Her er planetgearkassen foran, ikke i profil i diagrammet ovenfor, vi kan bedre se sammenhængene mellem de forskellige gear forbundet med MG1, MG2 og ICE.

Vanskeligheden ligger i at forstå princippet om planettoget, vel vidende at de indre bevægelser ikke falder sammen afhængigt af bevægelsesmåderne, men også af hastigheden ...

Ingen kobling?

I modsætning til alle andre transmissioner behøver HSD ikke en kobling eller momentomformer (for eksempel skal en CVT have en momentomformer). Det er her den elektromagnetiske kraft binder hjulene til motoren gennem planettoget takket være MG1. Så er det sidstnævntes rotor og stator (MG1), der så skaber friktionseffekten: Når man drejer elmotoren i hånden, opstår der modstand, og det er sidstnævnte, vi her bruger som kobling.

Det er endnu bedre, når der under friktion (hastighedsforskellen mellem statoren og rotoren, dermed mellem motoren og hjulene) genereres elektricitet. Og den elektricitet vil blive lagret i batteriet!

Det er derfor, at HSD-systemet anses for at være meget intelligent, fordi det sikrer et minimum af energitab ved at genvinde energi i friktionsøjeblikket. På den klassiske kobling mister vi denne energi i varme, her omdannes den til elektricitet, som vi genskaber i batteriet.

Der er således heller ikke noget mekanisk slid, da der ikke er fysisk kontakt mellem rotoren og statoren.

Når den er stoppet, kan motoren køre uden at stoppe, fordi hjulene ikke blokerer motoren (hvilket ville være sket, hvis vi havde stoppet på en manuel gearkasse uden at slukke). Det blå solgear (også kaldet tomgang) er gratis, så det adskiller motorhjulene (deraf de grønne krone planetgear). På den anden side, hvis solgearet begynder at modtage drejningsmoment, vil det forbinde de grønne tandhjul til kronen, og så vil hjulene begynde at rotere gradvist (elektromagnetisk friktion).

Hvis soludstyret er frit, kan kraft ikke overføres til kronen.

Når rotoren drejer, skabes der friktion i statoren, som forårsager drejningsmoment, og dette drejningsmoment overføres til solhjulet, som låser sig og endda til sidst roterer i den anden retning. Som følge heraf skabes en forbindelse mellem motorakslen i midten og ringgearet i periferien (gear = hjul). Bemærk, at enheden også tjener til at stoppe og starte: Når du vil starte, er det nok kort at blokere solgearet for at ICE-varmemotoren modtager drejningsmoment fra MG2 forbundet til det drevne hjul (dette starter den så som en starter. gør. Klassisk).

Så for at opsummere det:

• Når den er stillestående, kan motoren rotere, fordi forbindelsen mellem motorakslen og ringgearet ikke er etableret: solgearet er frit (selvom Prius generelt slukker, når den holder stille for at spare brændstof)
• Ved at øge motorhastigheden roterer rotoren hurtigt nok til at generere en elektromagnetisk kraft, som derefter overfører drejningsmoment til solgearet: skaber en forbindelse mellem motoraksen og ringgearet.
• Når forbindelsen er lavet, er hastighederne for motoraksen og ringhjulet ens
• Når hjulenes hastighed bliver hurtigere end motoren, begynder solgearet at dreje i den anden retning for at ændre gearforholdet (efter at alt er låst, begynder det at "rulle" for yderligere at øge systemets hastighed). Man kan snarere sige, at ved at modtage drejningsmoment forbinder solgearet ikke kun motorakslerne og drivhjulet, men får dem også til efterfølgende at accelerere (det bremser ikke kun "modstand", men får dem også til at rotere i følgende måde)

100% elektrisk tilstand

Her spiller ICE (termisk) og MG1 motorerne ikke en særlig rolle, det er MG2, der roterer hjulene på grund af den elektricitet, der opnås fra batteriet (deraf energien, der kommer fra kemien). Og selvom MG2 drejer MG1's rotor, så påvirker det ikke ICE-varmemotoren, og derfor er der ingen modstand, der bekymrer os.

Opladningstilstand, når den er stoppet

Her er en varmemotor på arbejde, som roterer MG1 gennem et planettog. På den måde genereres elektricitet og sendes til strømfordeleren, som kun leder elektriciteten til batteriet.

Energigenvindingstilstand

Dette er den berømte "B" (regenerativ bremsning), som kan ses på gearknappen (når du trykker på den, er der mere motorbremsning forbundet med MG2 kinetisk energigenvinding, modstanden er elektromagnetisk). Trægheden/kinetisk energi kommer fra hjulene og bevæger sig derfor til MG2 gennem de mekaniske gear og kæde. Da elmotoren kan være reversibel, vil den generere elektrisk strøm: hvis jeg sender juice til elmotoren, vil den tænde, hvis jeg drejer den stoppede elmotor i hånden, vil den producere elektricitet.

Denne elektriske strøm genvindes af distributøren for at sende den til batteriet, som derefter genoplades.

El- og varmemotor arbejder sammen

Ved en stabil hastighed og en god hastighed, det vil sige det meste af tiden, vil hjulene blive drevet af kraften fra el- (MG2) og varmemotorer.

ICE-varmemotoren driver planetgearet, som genererer elektricitet i MG1. Dette vil også overføre mekanisk kraft til hjulene, da planetgearet også er forbundet med dem.

Det er her, vanskelighederne kan blive begrænsende, fordi planetgearets rotationshastighed ikke vil være den samme (især retningen af ​​visse gear).

En gearkasse i CVT-stil (kontinuerlig og progressiv ændring som på scootere) skabes af samspillet mellem spændinger mellem motorerne (takket være den magnetiske effekt forårsaget af saften, der passerer gennem spolerne: et induceret elektromagnetisk felt) såvel som planetgearet . som modtager kraften fra flere kanaler. Held og lykke med at få dette lige ved hånden, selvom videoen, jeg stiller til din rådighed, giver dig mulighed for det.

Maksimal effekt

Dette er lidt ligesom det foregående afsnit, bortset fra at vi her også tager den elektriske strøm batteriet kan levere, så MG2 nyder godt af dette.

Her er den aktuelle version af Prius 4:

Plug-in / genopladelig version?

Muligheden med et genopladeligt batteri, der tillader 50 km på et helt elektrisk køretøj, består kun i at installere et større batteri og installere en enhed, der gør det muligt at tilslutte batteriet til sektoren.

Du skal først igennem strømfordeleren og inverteren for at styre effektforskellen og de forskellige typer juice: AC, DC osv.

HSD 4X4 version?

Som du burde vide, findes en 4X4-version på Rav4 og NX 300H og er designet til at blive tilføjet bagakslen, ligesom PSA's E-Tense og HYbrid / HYbrid4. Det er således en computer, der sikrer den konstante kraft af hjulene på for- og bagakslen, som derfor ikke har en fysisk forbindelse.

Hvorfor seriel / parallel?

Enheden kaldes seriel/parallel, fordi den kaldes "serie", når man er i 100% elektrisk tilstand. Derfor arbejder vi på samme måde som BMW i3, varmemotoren er en strømgenerator, der føder batteriet, som selv flytter bilen. Faktisk er motoren med denne driftsmetode fuldstændig afbrudt fra hjulene.

Det kaldes også parallelt, når motoren er forbundet til hjulene gennem en planetarisk enhed. Og dette kaldes batch build (se Forskellige builds her).

Gør Toyota for meget med sit system?

Til sidst i denne artikel vil jeg gerne sige en lille tirade. Toyota taler faktisk meget om sin plug-in hybrid, og det er helt forståeligt og lovligt. Det forekommer mig dog, at mærket på to punkter er gået for vidt. Den første er at idealisere teknologi, hvilket i forbifarten antyder, at det på en eller anden måde vil redde planeten, og at mærket i bund og grund igangsætter en revolution, der vil redde os alle. Nok, det skærer ned på brændstofforbruget, men vi skal heller ikke blive karikeret, en ikke-hybridiseret diesel minivan fungerer stort set det samme, hvis ikke bedre, nogle gange.

Så Toyota udnytter den nuværende anti-diesel kontekst til at tilføje et lag, som jeg synes er lidt pyntet her på grænsen af ​​håndtering, her er et:

TV-reklame - Hybrid-sortiment - Vi vælger Hybrid

Så er der et forbindelsesproblem. Det japanske mærke baserer meget af sin kommunikation på, at bilen ikke skal lades op fra lysnettet, som var det en teknologisk fordel i forhold til konkurrenterne. Dette er faktisk lidt misvisende, da det er mere en ulempe end noget andet... Hybridbiler der kan lades behøver ikke absolut at gøre det, det er en mulighed der tilbydes udover sin ejer! Så mærket formår at afgive en af ​​fejlene som en fordel, og det er stadig stærkt, ikke? Ironisk nok sælger Toyota plug-in-versioner af sin Prius, og de burde være bedre ... Her er en af ​​reklamerne:

Behøver du ikke at genoplade den? I stedet vil jeg sige: "tynd, der er ingen måde at gøre ..."

Kom videre ?

For at gå videre, foreslår jeg, at du nøje studerer denne video, som desværre kun er på engelsk. Forklaringen sker i etaper for at gøre det så enkelt og ligetil som muligt.