Гибридный синергический привод

Раздел лида статьи , возможно, необходимо переписать . Пожалуйста, помогите улучшить лид и прочитайте руководство по макету лида . ( Февраль 2018 ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

Hybrid Synergy Drive ( HSD ), также известная как Toyota Hybrid System II , — торговая марка Toyota Motor Corporation для технологии гибридной автомобильной трансмиссии, используемой в автомобилях марок Toyota и Lexus . Впервые представленная на Prius , эта технология является опцией на нескольких других автомобилях Toyota и Lexus и была адаптирована для системы электропривода работающего на водороде Mirai и для подключаемой гибридной версии Prius . Ранее Toyota также лицензировала свою технологию HSD компании Nissan для использования в ее Nissan Altima Hybrid. Ее поставщик деталей Aisin предлагает аналогичные гибридные трансмиссии другим автомобильным компаниям.

Технология HSD производит полностью гибридный автомобиль, который позволяет автомобилю работать только на электродвигателе, в отличие от большинства других гибридов бренда, которые не могут этого делать и считаются умеренными гибридами . HSD также сочетает в себе электропривод и планетарную передачу , которая работает аналогично бесступенчатой ​​трансмиссии . Synergy Drive — это система привода по проводам без прямой механической связи между двигателем и органами управления двигателем: и педаль газа/акселератор , и рычаг переключения передач в автомобиле HSD просто посылают электрические сигналы на управляющий компьютер .

HSD — это усовершенствованная версия оригинальной гибридной системы Toyota ( THS ), использовавшейся в Toyota Prius с 1997 по 2003 год. Система второго поколения впервые появилась на модернизированном Prius в 2004 году. Название было изменено в ожидании ее использования в транспортных средствах за пределами бренда Toyota ( Lexus ; производные от HSD системы, используемые в автомобилях Lexus, получили название Lexus Hybrid Drive ), была внедрена в Camry и Highlander 2006 года и в конечном итоге будет внедрена в Prius «третьего поколения» 2010 года и Prius c 2012 года . Гибридная система Toyota разработана для повышения мощности и эффективности, а также для улучшения «масштабируемости» (адаптируемости как к большим, так и к меньшим транспортным средствам), в которой ICE/MG1 и MG2 имеют отдельные пути понижения и объединены в «составную» передачу, которая соединена с конечной понижающей передачей и дифференциалом; ^[1] он был представлен на полноприводных и заднеприводных моделях Lexus. ^{[2] [3]} К маю 2007 года Toyota продала один миллион гибридов по всему миру; два миллиона к концу августа 2009 года; и преодолела отметку в 5 миллионов в марте 2013 года. ^{[4] [5]} По состоянию на сентябрь 2014 года ^{[обновлять]}по всему миру было продано более 7 миллионов гибридов Lexus и Toyota. ^[6] На Соединенные Штаты приходилось 38% мировых продаж гибридов TMC по состоянию на март 2013 года ^{[обновлять]}. ^[5]

Система HSD от Toyota заменяет обычную коробку передач с зубчатой ​​передачей на электромеханическую систему. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) обеспечивает мощность наиболее эффективно в небольшом диапазоне скоростей , но колеса должны приводиться в движение во всем диапазоне скоростей автомобиля. В обычном автомобиле коробка передач обеспечивает различные дискретные требования к мощности скорости вращения двигателя и крутящего момента для колес. Коробки передач могут быть ручными, со сцеплением , или автоматическими, с гидротрансформатором , но обе позволяют двигателю и колесам вращаться с разной скоростью. Водитель может регулировать скорость и крутящий момент, передаваемые двигателем, с помощью акселератора, а трансмиссия механически передает почти всю доступную мощность колесам, которые вращаются с другой скоростью, чем двигатель, на коэффициент, равный передаточному отношению для текущей выбранной передачи. Однако существует ограниченное количество «передач» или передаточных чисел , из которых водитель может выбирать, обычно от четырех до шести. Этот ограниченный набор передаточных чисел заставляет коленчатый вал двигателя вращаться со скоростями, на которых ДВС менее эффективен, т. е. где литр топлива производит меньше джоулей. Оптимальные требования к скорости вращения двигателя и крутящему моменту для различных условий вождения и ускорения транспортного средства можно оценить, ограничив либо скорость вращения тахометра , либо шум двигателя по сравнению с фактической скоростью. Когда двигатель должен эффективно работать в широком диапазоне оборотов, из-за его соединения с зубчатой ​​трансмиссией производители ограничены в своих возможностях по повышению эффективности двигателя , надежности или срока службы, а также по уменьшению размера или веса двигателя. Вот почему двигатель для генератора двигателя часто намного меньше, эффективнее, надежнее и долговечнее, чем тот, который предназначен для автомобиля или другого применения с переменной скоростью.

Однако бесступенчатая трансмиссия позволяет водителю (или автомобильному компьютеру) эффективно выбирать оптимальное передаточное отношение, необходимое для любой желаемой скорости или мощности. Трансмиссия не ограничена фиксированным набором передач. Это отсутствие ограничений позволяет двигателю работать с оптимальным расходом топлива, удельным тормозам . Транспортное средство HSD обычно будет запускать двигатель с оптимальной эффективностью всякий раз, когда требуется мощность для зарядки аккумуляторов или ускорения автомобиля, полностью выключая двигатель, когда требуется меньшая мощность.

Как и CVT , трансмиссия HSD непрерывно регулирует эффективное передаточное отношение между двигателем и колесами для поддержания частоты вращения двигателя, в то время как колеса увеличивают свою скорость вращения во время ускорения. Вот почему Toyota описывает автомобили, оборудованные HSD, как имеющие e-CVT ( электронную бесступенчатую трансмиссию ), когда требуется классифицировать тип трансмиссии для списков спецификаций стандартов или нормативных целей.

В обычной конструкции автомобиля генератор переменного тока с отдельным возбуждением и встроенным выпрямителем (генератор постоянного тока) и стартер (двигатель постоянного тока) считаются вспомогательными устройствами, которые крепятся к двигателю внутреннего сгорания (ДВС), который обычно приводит в действие трансмиссию для питания колес, приводящих в движение транспортное средство. Аккумуляторная батарея используется только для запуска двигателя внутреннего сгорания автомобиля и работы вспомогательных устройств, когда двигатель не работает. Генератор переменного тока используется для подзарядки аккумуляторной батареи и работы вспомогательных устройств, когда двигатель работает.

Система HSD заменяет зубчатую передачу, генератор и стартер на:

• MG1 — двигатель-генератор переменного тока с ротором на постоянных магнитах ^[7], используемый в качестве двигателя при запуске ДВС и в качестве генератора (альтернатора) при зарядке высоковольтной батареи
• MG2 , двигатель-генератор переменного тока, также имеющий ротор с постоянными магнитами, используемый в качестве основного приводного двигателя и генератора (альтернатора), чья рекуперационная мощность направляется на высоковольтную батарею. MG2, как правило, более мощный из двух двигателей-генераторов
• Силовая электроника , включая три инвертора постоянного тока в переменный и два преобразователя постоянного тока в постоянный
• Компьютеризированная система управления и датчики
• HVB , высоковольтная батарея, вырабатывает электрическую энергию во время ускорения и потребляет электрическую энергию во время рекуперативного торможения.

Благодаря разделителю мощности система HSD последовательно-параллельного полного гибрида обеспечивает следующие интеллектуальные потоки мощности: ^[8]

• Вспомогательная мощность
  • HVB -> DC-DC преобразователь -> 12 В постоянного тока аккумулятор
  • Аккумулятор 12 В постоянного тока -> 12 В электроника транспортного средства
• Зарядка двигателя (подзарядка и/или подогрев каталитического нейтрализатора и/или системы кондиционирования воздуха в салоне)
  • ДВС -> MG1 -> HVB
• Аккумулятор или электропривод
  • HVB -> MG2 -> колеса
• Двигатель и привод двигателя (умеренное ускорение)
  • ДВС -> колеса
  • ДВС -> MG1 -> MG2 -> колеса
• Привод двигателя с зарядкой (Движение по шоссе)
  • ДВС -> колеса
  • ДВС -> MG1 -> HVB
• Двигатель и электропривод с зарядкой (ситуации с большой мощностью, например, на крутых склонах)
  • ДВС -> колеса
  • ДВС -> MG1 -> HVB
  • ДВС -> MG1 -> MG2 -> колеса
• Полная мощность или постепенное замедление (ситуации максимальной мощности)
  • ДВС -> колеса
  • ДВС -> MG1 -> MG2 -> колеса
  • HVB -> MG2 -> колеса
• Торможение в режиме B
  • Колеса -> MG2 ->HVB
  • Колеса -> MG1 -> ДВС (ЭБУ — электронный блок управления — использует MG1 для вращения ДВС, который разряжает аккумулятор, позволяя больше заряжать MG2, а также связывает ДВС с колесами, вызывая «торможение двигателем»; обороты ДВС увеличиваются, когда уровень заряда HVB слишком высок для приема рекуперативного электричества от MG2 или когда водитель прилагает больше усилий, нажимая на педаль тормоза)
• Рекуперативное торможение
  • колеса -> MG2 -> HVB
• Резкое торможение
  • Передний диск/задний барабан (задний диск в Великобритании) -> колеса
  • Все дисковые -> колеса (2010 и новее, за исключением Prius C 2012 года выпуска, в котором используются передние дисковые, задние барабанные).

• MG1 (основной мотор-генератор): мотор для запуска ДВС и генератор для выработки электроэнергии для MG2 и подзарядки высоковольтной тяговой батареи , а также через преобразователь постоянного тока в постоянный ток для подзарядки вспомогательной батареи 12 В. Регулируя количество вырабатываемой электроэнергии (изменяя механический крутящий момент и скорость MG1), MG1 эффективно управляет бесступенчатой ​​трансмиссией трансмиссии .
• MG2 (вторичный мотор-генератор): приводит в движение колеса и регенерирует мощность для хранения энергии аккумуляторной батареи HV при торможении транспортного средства. MG2 приводит в движение колеса с помощью электроэнергии, вырабатываемой MG1 с приводом от двигателя и/или HVB. Во время рекуперативного торможения MG2 действует как генератор, преобразуя кинетическую энергию в электрическую, сохраняя эту электрическую энергию в аккумуляторной батарее.

Конструкция механической передачи системы позволяет разделять механическую мощность от ДВС тремя способами: дополнительный крутящий момент на колесах (при постоянной скорости вращения), дополнительная скорость вращения на колесах (при постоянном крутящем моменте) и мощность для электрогенератора. Компьютер, работающий под управлением соответствующих программ, управляет системами и направляет поток мощности от различных источников двигатель + мотор. Такое разделение мощности обеспечивает преимущества бесступенчатой ​​трансмиссии ( CVT), за исключением того, что преобразование крутящего момента/скорости использует электродвигатель, а не прямое механическое соединение зубчатой ​​передачи. Автомобиль HSD не может работать без компьютера, силовой электроники, аккумуляторной батареи и мотор-генераторов, хотя в принципе он может работать без двигателя внутреннего сгорания. (См.: Подключаемый гибрид ) На практике автомобили, оснащенные HSD, могут проехать милю или две без бензина в качестве экстренной меры, чтобы добраться до заправочной станции .

Трансмиссия HSD содержит планетарный набор передач , который регулирует и смешивает величину крутящего момента от двигателя и мотора(ов), как это необходимо передним колесам. Это сложная и сложная комбинация передач, электрических мотор-генераторов и управляемых компьютером электронных элементов управления. Один из мотор-генераторов, MG2, соединен с выходным валом и, таким образом, соединяет крутящий момент с приводными валами или из них; подача электроэнергии в MG2 добавляет крутящий момент на колеса. Конец двигателя приводного вала имеет второй дифференциал ; одна нога этого дифференциала прикреплена к двигателю внутреннего сгорания, а другая нога прикреплена ко второму мотор-генератору, MG1. Дифференциал связывает скорость вращения колес со скоростями вращения двигателя и MG1, причем MG1 используется для поглощения разницы между скоростью вращения колеса и двигателя. Дифференциал представляет собой планетарный набор передач (также называемый «устройством разделения мощности»); он и два мотор-генератора находятся в одном корпусе трансмиссии, который прикреплен болтами к двигателю . Специальные муфты и датчики контролируют скорость вращения каждого вала и общий крутящий момент на приводных валах для обратной связи с управляющим компьютером. ^[9]

В HSD 1-го и 2-го поколений MG2 напрямую соединен с коронной шестерней, то есть с передаточным отношением 1:1, что не обеспечивает увеличения крутящего момента, тогда как в HSD 3-го поколения MG2 соединен с коронной шестерней через планетарный ряд передач 2,5:1 ^[10] и, следовательно, обеспечивает увеличение крутящего момента 2,5:1, что является основным преимуществом HSD 3-го поколения, поскольку оно обеспечивает меньший, но более мощный MG2. Однако вторичным преимуществом является то, что MG1 не будет так часто разгоняться, что в противном случае потребовало бы использования ICE для смягчения этого превышения скорости; эта стратегия улучшает производительность HSD, а также экономит топливо и износ ICE.

Система HSD имеет два основных аккумуляторных блока: аккумулятор высокого напряжения (HV), также известный как тяговый аккумулятор, и 12-вольтовый свинцово-кислотный аккумулятор , известный как аккумулятор низкого напряжения (LV), который функционирует как вспомогательный аккумулятор. Аккумулятор низкого напряжения подает питание на электронику и аксессуары, когда гибридная система выключена, а главное реле аккумулятора высокого напряжения выключено. ^{[11] [12]}

Тяговая батарея представляет собой герметичный никель-металлгидридный (NiMH) аккумулятор . Аккумуляторная батарея первого поколения Toyota Prius состояла из 228 ячеек, упакованных в 38 модулей, в то время как второе поколение Prius состояло из 28 призматических никель-металлгидридных модулей Panasonic, каждый из которых содержал шесть ячеек по 1,2 В, соединенных последовательно для получения номинального напряжения 201,6 В. Мощность разряда батареи Prius второго поколения составляет около 20 кВт при 50% состоянии заряда (SoC). Мощность увеличивается с более высокими температурами и уменьшается при более низких температурах. Prius имеет компьютер, который предназначен исключительно для поддержания оптимальной температуры и оптимального уровня заряда батареи. ^[13]

Как и второе поколение Prius, аккумуляторная батарея Prius третьего поколения состоит из того же типа ячеек на 1,2 вольта. Она имеет 28 модулей по 6 ячеек для общего номинального напряжения всего 201,6 вольт. Повышающий преобразователь используется для выработки напряжения питания постоянного тока 500 вольт для инверторов для MG1 и MG2. ^[11] Электроника автомобиля позволяет использовать только 40% от общей номинальной емкости аккумуляторной батареи (6,5 ампер-часов) для продления срока службы батареи. В результате SoC разрешено изменяться только между 40% и 80% от номинального полного заряда. ^[11] Аккумулятор, используемый в Highlander Hybrid и Lexus RX 400h, был упакован в другой металлический корпус батареи с 240 ячейками, которые обеспечивают высокое напряжение 288 вольт. ^[13]

Кнопка с надписью «EV» поддерживает режим электромобиля после включения и в большинстве условий низкой нагрузки на скорости менее 25 миль в час (40 км/ч), если тяговая батарея достаточно заряжена. Это позволяет полностью электрическую езду без расхода топлива на расстояние до 1 мили (1,6 км). Однако программное обеспечение HSD автоматически переключается в режим EV, когда это возможно. ^{[14] [15]} Только Toyota Prius Plug-in Hybrid имеет более длительный запас хода на полностью электрической тяге в смешанном режиме электро-бензин — 11 миль (18 км) ( рейтинг EPA ) до тех пор, пока батарея не разрядится. ^[16] Prius PHEV оснащен литий-ионными батареями емкостью 4,4 кВт·ч, разработанными совместно с Panasonic , которые весят 80 кг (180 фунтов) по сравнению с никель-металл-гидридной батареей третьего поколения Prius , емкость которой составляет всего 1,3 кВт·ч, а вес — 42 кг (93 фунта). Увеличенный аккумуляторный блок позволяет использовать автомобиль исключительно в электрическом режиме на более высоких скоростях и на большие расстояния, чем обычный гибрид Prius. ^{[17] [18]}

В следующей таблице приведены данные о емкости аккумуляторных батарей HV для нескольких автомобилей Lexus и Toyota. ^[19]

Привод HSD работает путем шунтирования электроэнергии между двумя мотор-генераторами, работающими от аккумуляторной батареи, для выравнивания нагрузки на двигатель внутреннего сгорания. Поскольку повышение мощности от электродвигателей доступно в периоды быстрого ускорения, ICE может быть уменьшен в размерах, чтобы соответствовать только средней нагрузке на автомобиль, а не в размерах, соответствующих пиковым потребностям в мощности для быстрого ускорения. Меньший двигатель внутреннего сгорания может быть спроектирован для более эффективной работы. Кроме того, во время нормальной работы двигатель может работать на идеальной скорости и уровне крутящего момента или около них для мощности, экономичности или выбросов, при этом аккумуляторная батарея поглощает или поставляет мощность в зависимости от потребностей водителя. Во время остановок в транспорте двигатель внутреннего сгорания может даже быть выключен для еще большей экономии.

Сочетание эффективной конструкции автомобиля, рекуперативного торможения, отключения двигателя при остановке транспорта, значительного накопления электроэнергии и эффективной конструкции двигателя внутреннего сгорания дает автомобилю с двигателем HSD значительные преимущества в плане эффективности, особенно при езде по городу.

HSD работает в различных фазах в зависимости от скорости и требуемого крутящего момента. Вот некоторые из них:

• Зарядка аккумулятора : HSD может заряжать аккумулятор без перемещения автомобиля, запустив двигатель и извлекая электроэнергию из MG1. Энергия шунтируется в аккумулятор, и крутящий момент на колеса не подается. Бортовой компьютер делает это при необходимости, например, при остановке в пробке или для прогрева двигателя и каталитического нейтрализатора после холодного запуска.
• Запуск двигателя : Для запуска двигателя питание подается на MG1, чтобы он действовал как стартер. Из-за размера мотор-генераторов запуск двигателя происходит относительно быстро и требует относительно небольшой мощности от MG1. Кроме того, не слышен обычный звук стартера . Запуск двигателя может происходить как на остановке, так и в движении.
• Задняя передача (эквивалент) : Задняя передача отсутствует, как в обычной коробке передач: компьютер меняет последовательность фаз на мотор-генератор переменного тока MG2, прикладывая отрицательный крутящий момент к колесам. Ранние модели не обеспечивали достаточного крутящего момента в некоторых ситуациях: были сообщения о том, что владельцы ранних Prius не могли ехать задним ходом на крутых холмах в Сан-Франциско . Проблема была устранена в последних моделях. Если аккумулятор разряжен, система может одновременно запускать двигатель и получать мощность от MG1, хотя это уменьшит доступный обратный крутящий момент на колесах.
• Нейтральная передача (эквивалент) : большинство юрисдикций требуют, чтобы автомобильные трансмиссии имели нейтральную передачу, которая разъединяет двигатель и трансмиссию. «Нейтральная передача» HSD достигается путем выключения электродвигателей. При этом условии планетарная передача неподвижна (если колеса транспортного средства не вращаются); если колеса транспортного средства вращаются, коронная шестерня будет вращаться, заставляя также вращаться солнечную шестерню (инерция двигателя будет удерживать водило неподвижным, если скорость не будет высокой), в то время как MG1 может свободно вращаться, пока батареи не заряжаются. Руководство пользователя ^[24] предупреждает, что нейтральная передача в конечном итоге разрядит батарею, что приведет к «ненужной» потреблению мощности двигателя для подзарядки батарей; разряженная батарея сделает транспортное средство неработоспособным.

• Работа электромобиля : на низких скоростях и умеренных крутящих моментах HSD может работать без запуска двигателя внутреннего сгорания: электричество подается только на MG2, позволяя MG1 свободно вращаться (и, таким образом, отсоединяя двигатель от колес). Это широко известно как «режим Stealth». При условии, что заряда аккумулятора достаточно, автомобиль может проехать в этом бесшумном режиме несколько миль даже без бензина.
• Низкая передача (эквивалент) : При ускорении на низких скоростях в нормальном режиме работы двигатель вращается быстрее, чем колеса, но не развивает достаточный крутящий момент. Дополнительная скорость двигателя подается на MG1, действующий как генератор. Выход MG1 подается на MG2, действующий как двигатель и добавляющий крутящий момент на приводном валу.
• Высокая передача (эквивалент) : при движении на высокой скорости двигатель вращается медленнее, чем колеса, но развивает больший крутящий момент, чем необходимо. Затем MG2 работает как генератор, чтобы удалить избыточный крутящий момент двигателя, вырабатывая мощность, которая подается на MG1, действующий как двигатель для увеличения скорости вращения колес. В устойчивом состоянии двигатель обеспечивает всю мощность для движения автомобиля, если только двигатель не в состоянии ее обеспечить (как при резком ускорении или движении вверх по крутому склону на высокой скорости). В этом случае аккумулятор покрывает разницу. Всякий раз, когда изменяется требуемая мощность тяги, аккумулятор быстро уравновешивает бюджет мощности, позволяя двигателю изменять мощность относительно медленно.
• Рекуперативное торможение : потребляя мощность от MG2 и передавая ее в аккумуляторную батарею, HSD может имитировать замедление обычного торможения двигателем , сохраняя при этом мощность для будущего ускорения. Рекуперативное торможение в системе HSD поглощает значительную часть обычной тормозной нагрузки, поэтому обычные тормоза на автомобилях HSD меньше по размеру, чем тормоза на обычном автомобиле аналогичной массы, и служат значительно дольше.
• Торможение двигателем : система HSD имеет специальную настройку трансмиссии, обозначенную как «B» (тормоз), которая заменяет настройку «L» обычной автоматической трансмиссии , обеспечивая торможение двигателем на холмах. Ее можно вручную выбрать вместо рекуперативного торможения. Во время торможения, когда уровень заряда аккумулятора приближается к потенциально опасным высоким значениям, электронная система управления автоматически переключается на обычное торможение двигателем , получая мощность от MG2 и перенаправляя ее на MG1, ускоряя двигатель при закрытой дроссельной заслонке для поглощения энергии и замедления транспортного средства.
• Электрический наддув : аккумуляторная батарея обеспечивает резервуар энергии, который позволяет компьютеру сопоставлять спрос на двигатель с заданной оптимальной кривой нагрузки, а не работать с крутящим моментом и скоростью, требуемыми водителем и дорогой. Компьютер управляет уровнем энергии, хранящейся в аккумуляторе, чтобы иметь возможность поглощать дополнительную энергию при необходимости или поставлять дополнительную энергию для увеличения мощности двигателя.

Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив ссылки на надежные источники в этом разделе. Материалы без источника могут быть оспорены и удалены. ( Июнь 2024 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение )

Toyota Prius имеет скромное ускорение, но имеет чрезвычайно высокую эффективность для четырехдверного седана среднего размера: обычно значительно лучше, чем 40 миль на галлон (США) (5,9 л/100 км), что типично для коротких городских поездок; 55 миль на галлон (4,3 л/100 км) не редкость, особенно для длительных поездок на умеренных скоростях (более длительная поездка позволяет двигателю полностью прогреться). Это примерно в два раза превышает топливную эффективность аналогично оборудованного четырехдверного седана с обычной силовой передачей. Не вся дополнительная эффективность Prius обусловлена ​​системой HSD: сам двигатель с циклом Аткинсона также был специально разработан для минимизации сопротивления двигателя с помощью смещения коленчатого вала для минимизации сопротивления поршня во время рабочего хода , и уникальной системы впуска для предотвращения сопротивления, вызванного вакуумом в коллекторе («насосные потери») по сравнению с обычным циклом Отто в большинстве двигателей. Кроме того, цикл Аткинсона восстанавливает больше энергии за цикл, чем Отто, из-за его более длинного рабочего хода. Недостатком цикла Аткинсона является значительное снижение крутящего момента, особенно на низких оборотах; однако HSD имеет огромный крутящий момент на низких оборотах, доступный благодаря MG2.

Highlander Hybrid (также продается как Kluger в некоторых странах) предлагает лучшие характеристики ускорения по сравнению с его негибридной версией. Гибридная версия разгоняется от 0 до 60 миль в час за 7,2 секунды, сокращая время обычной версии почти на секунду. Чистая мощность составляет 268 л. с. (200 кВт) по сравнению с обычными 215 л. с. (160 кВт). Максимальная скорость для всех Highlander ограничена 112 милями в час (180 км/ч). Типичная экономия топлива для Highlander Hybrid составляет от 27 до 31 миль на галлон (8,7–7,6 л/100 км). Обычный Highlander оценивается EPA в 19 городских и 25 шоссейных миль на галлон (12,4 и 9,4 л/100 км соответственно).

Увеличение пробега HSD зависит от максимально эффективного использования бензинового двигателя, для чего необходимо:

• Длительные поездки , особенно зимой: Отопление салона для пассажиров противоречит конструкции HSD. HSD разработан для генерации как можно меньшего количества отработанного тепла . В обычном автомобиле это отработанное тепло зимой обычно используется для обогрева салона. В Prius работа обогревателя требует, чтобы двигатель продолжал работать для генерации полезного для салона тепла. Этот эффект наиболее заметен при выключении климат-контроля (обогревателя), когда автомобиль остановлен с работающим двигателем. Обычно система управления HSD отключает двигатель, поскольку он не нужен, и не запускает его снова, пока генератор не достигнет максимальной скорости.
• умеренное ускорение : поскольку гибридные автомобили могут сбрасывать скорость или полностью выключать двигатель во время умеренного, но не быстрого ускорения, они более чувствительны к стилю вождения, чем обычные автомобили. Резкое ускорение переводит двигатель в состояние высокой мощности, в то время как умеренное ускорение поддерживает двигатель в состоянии низкой мощности и высокой эффективности (дополненном зарядом аккумулятора).
• постепенное торможение : рекуперативные тормоза повторно используют энергию торможения, но не могут поглощать энергию так же быстро, как обычные тормоза. Постепенное торможение восстанавливает энергию для повторного использования, увеличивая пробег; резкое торможение тратит энергию в виде тепла, как и в обычном автомобиле. Использование селектора «B» (торможение) на управлении трансмиссией полезно на длинных спусках для уменьшения нагрева и износа обычных тормозов, но он не восстанавливает дополнительную энергию. ^[25] Постоянное использование «B» не рекомендуется Toyota, поскольку это «может привести к снижению экономии топлива» по сравнению с вождением в «D». ^[26]

Большинство систем HSD имеют батареи, рассчитанные на максимальный наддув во время одного ускорения от нуля до максимальной скорости автомобиля; если есть больше спроса, батарея может быть полностью истощена, так что это дополнительное увеличение крутящего момента недоступно. Затем система возвращается только к мощности, доступной от двигателя. Это приводит к значительному снижению производительности при определенных условиях: ранняя модель Prius может развивать скорость более 90 миль в час (140 км/ч) на подъеме в 6 градусов, но после подъема на высоту около 2000 футов (610 м) батарея разряжается, и автомобиль может развить скорость только 55–60 миль в час на том же склоне. ^{[ необходима цитата ]} (пока батарея не будет перезаряжена путем вождения в менее сложных условиях)

Конструкция Toyota Hybrid System / Hybrid Synergy Drive уже прошла пять поколений с момента появления оригинальной Toyota Prius 1997 года для японского рынка. Силовая передача имеет те же основные характеристики, но был внесен ряд существенных усовершенствований.

Примечания

Система называлась Toyota Hybrid System (THS), когда она была представлена ​​с Prius в 1997 году. ^[28] Гибридная трансмиссия , обозначенная P110, ^[29] включает в себя два электродвигателя (MG1 и MG2) и планетарную передачу , которую Toyota называет «Power Split Device» (PSD); механическая мощность от двигателя внутреннего сгорания (E) может быть направлена ​​либо на колеса, либо на MG1, действующий как генератор. ^[28]

Электрическая мощность течет между MG1, MG2 и аккумуляторной батареей через инвертор. Хотя MG1 обычно работает как генератор (альтернатор), он также служит стартером для двигателя внутреннего сгорания. MG2 обычно действует как двигатель, либо сам по себе на низких скоростях, либо для помощи двигателю внутреннего сгорания, но MG2 также может действовать как генератор, например, во время замедления для рекуперативного торможения . ^{[28] [30]}

Схематически MG1 соединен с центральной солнечной шестерней (S), двигатель внутреннего сгорания соединен с водилом планетарной передачи (P), а не с какой-либо отдельной шестерней, а MG2 соединен с коронной шестерней (R). Колеса соединены с коронной шестерней через соответствующую понижающую передачу и дифференциал, не показанный на схеме. ^[28]

Гибридная система Toyota использует высоковольтный аккумуляторный блок, напряжение которого варьируется от 276 до 288 В. Удельная емкость тяговой батареи постоянно и постепенно улучшается. В оригинальном Prius использовались термоусадочные ячейки D на 1,2 В, а во всех последующих автомобилях THS/HSD использовались специальные аккумуляторные модули на 7,2 В, установленные в держателе.

В 2001 году модифицированная версия трансмиссии Generation 1 THS была выпущена на внутреннем рынке Японии как трансмиссия P210, устанавливаемая на минивэн Estima . ^[29] P210 соединяет двигатель внутреннего сгорания (E) с солнечной шестерней (S) и соединяет стартер/генератор (MG1) с водилом планетарной передачи (P), что является противоположностью схемы G1 THS. Кроме того, одномоторная G1 THS не имеет тягового двигателя (MG2) и использует бесступенчатую трансмиссию с ременным приводом, которая может быть избирательно соединена через вращающиеся муфты либо с водилом планетарной передачи (P), либо с коронной шестерней (R).

В то же время был выпущен полноприводный вариант для Estima; задний привод Q410 использует электродвигатель тяги без механического соединения с передней трансмиссией. ^[29]

За THS последовала система THS-II в Prius 2004 года. Начиная с THS-II, Toyota также начала называть систему Hybrid Synergy Drive (HSD). По сравнению с THS, THS-II предлагала сниженное потребление и лучшую производительность с увеличенной мощностью и крутящим моментом. ^{[31] : 21} THS-II использует ту же конструкцию, что и THS, объединяя тяговую мощность от двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя через планетарную передачу (устройство разделения мощности), которое может отводить часть мощности на электрогенератор. ^{[32] : 4}

С точки зрения электротехники HSD/THS-II добавляет преобразователь постоянного тока в постоянный, повышающий потенциал батареи до 500 В и более. Это позволяет использовать меньшие аккумуляторные блоки и более мощные двигатели. ^[31] По сравнению с THS, физический размер тягового двигателя (MG2) в THS-II остается примерно таким же, но максимальная выходная мощность увеличилась с 33 до 50 кВт (с 44 до 67 л.с.), а максимальный крутящий момент увеличился с 350 до 400 Н·м (с 260 до 300 фунт-сила·фут). Обмотки статора соединены последовательно, что требует более высокого потенциала. ^[33]

Хотя это и не является частью THS/HSD как таковой, начиная с Prius 2004 года, все автомобили THS/HSD были оснащены электрическим компрессором кондиционера вместо обычного типа с приводом от двигателя. Это устраняет необходимость в непрерывной работе двигателя, когда требуется охлаждение салона. Два нагревателя с положительным температурным коэффициентом установлены в сердечнике нагревателя для дополнения тепла, вырабатываемого двигателем. ^[34]

Обновленная версия HSD, впервые представленная в модельном году 2006 RX 400h, похожа на THS/THS-II, с добавлением второго планетарного ряда, который Toyota называет Motor Speed ​​Reduction Device (MSRD); он объединен с первым планетарным рядом (PSD) путем соединения двух зубчатых колес (R1 и R2) вместе. ^[35] Связанные зубчатые колеса по-прежнему используются для привода передних колес автомобиля. Тяговый двигатель (MG2) использует MSRD в качестве редуктора, что позволяет увеличить плотность мощности двигателя. ^[1] Ford также разработал похожую гибридную систему, представленную в Ford Escape Hybrid .

Генеральный директор Toyota Кацуаки Ватанабе заявил в интервью 16 февраля 2007 года, что Toyota «стремится сократить вдвое как размер, так и стоимость системы HSD третьего поколения». ^[36] В последующие годы в новой системе будут использоваться литий-ионные батареи. Литий-ионные батареи имеют более высокое отношение энергоемкости к весу по сравнению с NiMH , но работают при более высоких температурах и подвержены тепловой нестабильности, если не производятся и не контролируются должным образом, что вызывает опасения по поводу безопасности. ^{[37] [38]}

В 2005 году такие автомобили, как Lexus RX 400h и Toyota Highlander Hybrid, добавили полный привод, добавив третий электродвигатель («MGR») на заднюю ось. В этой системе задняя ось приводится в действие исключительно электроприводом, и нет никакой механической связи между двигателем и задними колесами. Это также позволяет использовать рекуперативное торможение на задних колесах.

В 2006 и 2007 годах дальнейшее развитие трансмиссии HSD под названием Lexus Hybrid Drive было установлено на седаны Lexus GS 450h / LS 600h в качестве трансмиссии L110. Предыдущие версии HSD/THS устанавливались на трансмиссии, используемые с переднеприводными платформами; Lexus Hybrid Drive применил концепцию HSD с двумя двигателями к продольной трансмиссии для автомобилей с задним приводом. Эта система использует два сцепления (или тормоза, на R2 и S3) для переключения передаточного числа второго двигателя на колеса между передаточными отношениями 3,9 и 1,9 для режимов движения на низкой и высокой скорости соответственно. Это уменьшает мощность, передаваемую от MG1 к MG2 (или наоборот) на более высоких скоростях. Электрический путь эффективен только примерно на 70%, что снижает его поток мощности и увеличивает общую производительность трансмиссии. Вторая планетарная передача дополнена вторым водилом и солнечной шестерней, образуя зубчатую передачу типа «равиньо» с четырьмя валами, два из которых могут попеременно удерживаться в неподвижном состоянии с помощью тормоза/сцепления.

Системы GS 450h и LS 600h использовали заднеприводную и полноприводную трансмиссии соответственно и были разработаны так, чтобы быть более мощными, чем негибридные версии тех же модельных рядов, ^{[2] [3]} при обеспечении сопоставимой эффективности класса двигателя. ^[39]

Упрощенная версия была выпущена в 2012 году с четырнадцатым поколением Crown (S210) ; трансмиссия L210 не имеет двух сцеплений, но сохраняет вторую планетарную передачу (MSRD), применяемую к выходу MG2, как и другие трансмиссии поколения 3. Однако, по сравнению с трансмиссиями G3, вместо соединения двух коронных шестерен, L210 соединяет коронную шестерню PSD (R1) с водилом планетарной передачи MSRD (P2) и заземляет коронную шестерню MSRD (R2) вместо водила планетарной передачи.

13 октября 2015 года Toyota объявила о деталях гибридного синергического привода четвертого поколения, который был представлен для модельного года 2016 года. Общая конструкция возвращается к одной планетарной передаче, аналогичной THS/THS-II; параллельные редукторы на коробках передач четвертого поколения заменяют устройство снижения скорости двигателя, которое является вторым планетарным набором, обнаруженным в коробках передач третьего поколения. Коробка передач и тяговый двигатель были переработаны, что обеспечило уменьшение размера и общего веса. ^[40] Сам тяговый двигатель значительно компактнее и получает лучшее соотношение мощности к весу . В частности, наблюдается 20-процентное снижение механических потерь из-за трения по сравнению с предыдущей моделью. Prius c 2012– сохраняет коробку передач P510. В коробке передач P610 используются косозубые шестерни вместо прямозубых цилиндрических шестерен, которые применялись в более ранних моделях коробок передач. Они работают более плавно и тихо, а также выдерживают более высокие механические нагрузки.

С четвертым поколением HSD Toyota также предлагает вариант полного привода, получивший название «E-Four», аналогичный моделям RX400h и Highlander Hybrid 2005 года, в котором сзади добавлен электротяговый двигатель, но он механически не соединен с двигателем внутреннего сгорания или передним инвертором. Фактически, система «E-Four» имеет свой собственный задний инвертор, хотя этот инвертор получает питание от той же гибридной батареи, что и передний инвертор. «E-Four» начал предлагаться в моделях Prius в Соединенных Штатах в модельном году 2019 года. «E-Four» является неотъемлемой частью моделей RAV4 Hybrid, предлагаемых в Соединенных Штатах, и все такие гибриды RAV4 являются только «E-Four».

Трансмиссия L310 для заднеприводных приложений пришла на смену предыдущей трансмиссии L110 в автомобилях премиум-класса. По сравнению с L110 и L210, L310 соединяет MG2 с коронной шестерней PSD (R1). Кроме того, L310 добавляет третью планетарную передачу, объединенную со второй (MSRD) путем соединения водила планетарной передачи второй планетарной передачи (P2) с коронной шестерней третьей планетарной передачи (R3) и путем соединения коронной шестерни второй (R2) с водилом планетарной передачи третьей (P3).

Кроме того, были добавлены несколько вращающихся муфт и тормозов, включая одностороннюю муфту на водиле планетарной передачи второй планетарной передачи (P2). Выборочно включая их, трансмиссия может имитировать десять различных передаточных чисел. ^[40]

Пятое поколение трансмиссии Hybrid Synergy Drive похоже на предыдущее поколение, но имеет ряд усовершенствований, благодаря которым электродвигатели стали легче, компактнее и мощнее. ^[41]

В этом разделе не указаны источники . Помогите улучшить этот раздел , добавив ссылки на надежные источники . Материалы без ссылок могут быть оспорены и удалены . ( Июнь 2014 ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

Ниже приведен список автомобилей с гибридным синергическим приводом и связанными с ним технологиями (гибридная система Toyota):

• Тойота Приус
  • Поколение 1: декабрь 1997 г. – октябрь 2003 г.
  • Поколение 2: октябрь 2003 г. – конец 2009 г.
  • Поколение 3: конец 2009 г. – конец 2015 г.
  • Поколение 4: конец 2015–2022 гг.
  • Поколение 5: начало 2023 г. — настоящее время
• Тойота Эстима Гибрид
  • Июнь 2001 г. – декабрь 2005 г.
  • Июнь 2006 г. – настоящее время
• Тойота Альфард HEV
  • Июль 2003 г. – март 2008 г.
  • Сентябрь 2011 г. – настоящее время
• Lexus RX 400h / Toyota Harrier Hybrid (март 2005 г. – настоящее время)
• Тойота Хайлендер/Клюгер Гибрид
  • с THS I: июль 2005 г. – сентябрь 2008 г.
  • с THS II: октябрь 2008 г. – настоящее время
• Lexus GS 450h (март 2006–настоящее время)
• Toyota Camry HEV (май 2006 г. – настоящее время)
• Lexus LS 600h/LS 600hL (апрель 2007 г. – настоящее время)
• Toyota A-BAT (концепт-грузовик)
• Nissan Altima Гибрид (2007–2011) ^[42]
• Toyota Crown (апрель 2008 г. – настоящее время)
• Lexus RX 450h (2009–настоящее время)
• Тойота Сай (2009–2017)
• Lexus HS 250h (2009–настоящее время)
• Lexus CT 200h (конец 2010 г. – настоящее время)
• Toyota Auris (июль 2010–2018)
• Toyota Aqua (декабрь 2011 г. – настоящее время)
• Toyota Prius c (март 2012–2021)
• Toyota Yaris HEV (март 2012 г. – настоящее время)
• Toyota Yaris Cross HEV (XP210; август 2020 — настоящее время)
• Toyota Yaris Cross HEV (AC200; июнь 2023 г. — настоящее время)
• Toyota Prius V (2012–2021)
• Lexus ES 300h (2012–настоящее время)
• Toyota Avalon Hybrid (конец 2012 г. — настоящее время)
• Toyota Corolla Axio (август 2013–настоящее время)
• Toyota Corolla Fielder (август 2013 г. – настоящее время)
• Тойота Краун Маджеста (2013–2018)
• Lexus IS 300h (2013–настоящее время)
• Lexus GS 300h (2013–настоящее время)
• Toyota RAV4 HEV (2015 – настоящее время)
• Lexus NX 300h (2015–настоящее время)
• Lexus RC 300h (2015–настоящее время)
• Toyota Sienta Гибрид (2015–настоящее время)
• Toyota C-HR Гибрид (2016–настоящее время)
• Лексус LC 500h (2018)
• Toyota Corolla HEV (2018–настоящее время)
• Subaru Crosstrek Hybrid (2019–настоящее время) ^{[43] [44] [45]}
• Toyota Sienna Гибрид (2020–настоящее время)
• Toyota Corolla Cross HEV (2020–настоящее время)
• Toyota Urban Cruiser Hyryder / Suzuki Grand Vitara Hybrid (2022–настоящее время)
• Toyota Innova HEV (2022–настоящее время)

Осенью 2005 года компания Antonov Automotive Technology BV Plc подала в суд на Toyota , материнскую компанию бренда Lexus, по поводу предполагаемого нарушения патентных прав, касающихся ключевых компонентов трансмиссии RX 400h и гибридного компактного автомобиля Toyota Prius. Дело находилось на рассмотрении в тайне с апреля 2005 года, но переговоры по урегулированию не принесли взаимоприемлемого результата. В конечном итоге Antonov обратился в суд Германии, где решения обычно принимаются относительно быстро. Владелец патента пытается наложить пошлину на каждое проданное транспортное средство, что может сделать гибридный внедорожник менее конкурентоспособным. Toyota нанесла ответный удар, пытаясь официально признать недействительными соответствующие патенты Antonov. Ходатайство суда в формате документа Microsoft Word можно прочитать здесь. ^[46]

1 сентября 2006 года Антонов объявил, что Федеральный патентный суд в Мюнхене не подтвердил законность немецкой части патента Антонова (EP0414782) против Toyota. Несколько дней спустя суд в Дюссельдорфе постановил, что трансмиссия Toyota Prius и трансмиссия Lexus RX 400h не нарушают патент Антонова на гибридный вариатор. ^[47]

Компания Ford Motor Company в 2004 году самостоятельно разработала систему с ключевыми технологиями, аналогичными технологии HSD компании Toyota. В результате Ford лицензировала 21 патент от Toyota в обмен на патенты, связанные с технологией выбросов. ^[48]

Paice LLC получила патент на усовершенствованный гибридный автомобиль с управляемым блоком передачи крутящего момента ( патент США 5343970, Severinsky; Alex J., «Гибридный электромобиль», выданный 1994-09-06  ) и имеет дополнительные патенты, связанные с гибридными автомобилями. В 2010 году Toyota согласилась лицензировать патенты Paice; условия соглашения не были раскрыты. ^[49] В соглашении «стороны соглашаются, что, хотя некоторые автомобили Toyota были признаны эквивалентными патенту Paice, Toyota изобрела, спроектировала и разработала Prius и гибридную технологию Toyota независимо от каких-либо изобретений доктора Северинского и Paice как часть долгой истории инноваций Toyota». ^[50] Paice ранее заключила соглашение с Ford о лицензии патента Paice. ^[51]

Компания Aisin Seiki Co. , миноритарным акционером которой является Toyota, поставляет свои версии системы трансмиссии HSD компании Ford для использования в качестве e-CVT «Powersplit» в гибридных автомобилях Ford Escape ^[52] и Ford Fusion Hybrid ^[53] .

Nissan лицензировал HSD от Toyota для использования в гибридной модели Nissan Altima , используя ту же коробку передач Aisin Seiki T110, что и в гибридной модели Toyota Camry . ^{[ необходима цитата ] В} Infiniti M35h 2011 года используется другая система с одним электродвигателем и двумя сцеплениями.

В 2010 году Toyota и Mazda объявили о соглашении о поставках гибридной технологии, используемой в модели Prius компании Toyota. ^[54]

Глобальное гибридное сотрудничество General Motors , DaimlerChrysler и BMW схоже тем, что объединяет мощность одного двигателя и двух моторов. В 2009 году Президентская целевая группа по автомобильной промышленности заявила, что «GM отстает от Toyota как минимум на одно поколение в области разработки передовых, «зеленых» силовых агрегатов». ^[55]

Напротив, система Integrated Motor Assist от Honda использует более традиционный ДВС и трансмиссию, в которой маховик заменен электродвигателем, тем самым сохраняя сложность традиционной трансмиссии.

Некоторые ранние несерийные гибридные электромобили с подключаемым модулем были основаны на версии HSD, найденной в Prius 2004 и 2005 модельных годов. Ранние свинцово-кислотные аккумуляторные батареи CalCars продемонстрировали 10 миль (16 км) только в режиме EV и 20 миль (32 км) в режиме двойного пробега в смешанном режиме . Компания, планирующая предложить потребителям конверсии под названием EDrive Systems, будет использовать литий-ионные аккумуляторы Valence и иметь запас хода в электрическом режиме 35 миль (56 км). Обе эти системы оставляют существующую систему HSD в основном неизменной и могут быть аналогичным образом применены к другим разновидностям гибридных силовых агрегатов, просто заменив стандартные NiMH -аккумуляторы на аккумуляторные батареи большей емкости и зарядное устройство для их подзарядки примерно за 0,03 доллара за милю от стандартных бытовых розеток.

• Сравнение гибридов Toyota
• Мягкий гибрид
• Гибридный автомобиль
• Инвертор (электрический)
• Биполярный транзистор с изолированным затвором
• Частотно-регулируемый привод
• Глобальное гибридное сотрудничество
• Интегрированная система помощи двигателю
• Список гибридных автомобилей

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Гибридный синергический привод» .

• Объяснение HSD на HowStuffWorks
• Объяснение планетарной передачи на HowStuffWorks
• Фильм о гибридном синергическом приводе от Toyota. Архивировано 17 мая 2006 г. на Wayback Machine.
• Оценка гибридной синергической приводной системы Toyota Prius 2010 года
• Анимация, показывающая, как работает HSD. Архивировано 22 июля 2011 г. на Wayback Machine.
• Анимация, демонстрирующая устройство Power Split
• MG1 и MG2