Hoe Toyota Hybrid (HSD) werkt

Iedereen weet dat Toyota's HSD-hybridisatie de reputatie heeft een werkplaats te zijn. Het apparaat van het Japanse merk (samenwerking met Aisin) staat niet alleen bekend om zijn efficiëntie, maar ook om zijn zeer goede betrouwbaarheid. Het is echter niet gemakkelijk te begrijpen vanwege de complexiteit en de vele mogelijke werkingsmodi.

Daarom zullen we proberen te begrijpen hoe Toyota's hybride apparaat, de beroemde seriële / parallelle HSD e-CVT, werkt. Met deze laatste kun je 100% elektrisch rijden of een combinatie van elektrisch en thermisch. Hier pak ik een enigszins complex onderwerp aan, en soms moet ik het een beetje vereenvoudigen (hoewel dit geen afbreuk doet aan de logica en het principe).

Weet nu dat HSD-transmissies worden vervaardigd door Aisin (AWFHT15), waarvan Toyota 30% bezit, en dat ze hybride en niet-hybride transmissies leveren aan de PSA-groep als het gaat om EAT of e-AT8. dozen. (hybride2 en hybride4). Qua technische ontwikkeling zitten we inmiddels in de vierde generatie. Hoewel het algemene principe hetzelfde blijft, zijn er kleine verbeteringen aangebracht aan het centrale planetaire tandwiel of de lay-out om compactheid en efficiëntie te bereiken (kortere kabellengtes verminderen bijvoorbeeld elektrische verliezen).

Synthetische uitleg

Als u een holistisch beeld wilt van hoe HSD werkt, volgt hier een uitleg die het samenvat. Je moet verder gaan in het artikel om dieper te graven of proberen te begrijpen wat je in dit stadium ontgaat.

Dit zijn de rollen van elk onderdeel en de technische specificaties van de HSD:

• De ICE (Internal Combustion Engine) is een warmtemotor: alle energie komt eruit en is dus de basis van alles. Het is verbonden met MG1 via een epicyclische trein.
• MG1 dient als elektrische generator (aangedreven door een warmtemotor) en als versnellingsbakvariator. Het verbindt ICE met MG2 via planetaire versnelling (planetair). MG2 is direct verbonden met de wielen, dus als de wielen draaien, draait het, en als het de wielen ook draait (kortom, er is geen ontkoppeling mogelijk tussen hen) ...
• MG2 dient als tractiemotor (maximale afstand 2 km of 50 km op plug-in / oplaadbaar) en ook als elektrische generator (vertraging: regeneratie)
• Planetaire versnelling: het verbindt MG1, MG2, ICE en wielen met elkaar (dit belet niet dat sommige elementen worden vastgezet terwijl andere draaien, je moet leren en begrijpen hoe de planetaire versnelling tot leven komt). Mede dankzij hem hebben we een continue verandering / afname, en daarom is hij het die de versnellingsbak vertegenwoordigt (de overbrengingsverhouding verandert, waardoor deze remt of "achteruit": de verbinding tussen ICE en MG1)

De reductie bestaat min of meer uit het optellen van de bewegingen van de verbrandingsmotor (thermisch) en MG2 (die vast met de wielen is verbonden, laten we dat niet vergeten).

Hybride Planetaire Gear Trainer

Deze video is perfect om een ​​idee te krijgen van hoe Toyota-hybridisatie werkt.

Nieuw: handmatige sequentiële modus op Toyota HSD Hybrid?

De ingenieurs konden de rapporten (gedeeltelijk ..) simuleren door te spelen hoe de MG1 op een niet-progressieve manier zou remmen of achteruitrijden om duidelijkere rapporten te krijgen. De overbrengingsverhouding wordt gegenereerd door MG1, die min of meer stevig en min of meer "slipt" verbindt ICE en MG2 (MG2 = elektrische tractiemotor, maar vooral ook wielen). Daarom kan deze afname geleidelijk of "gespreid" zijn, afhankelijk van hoe de stroomverdeler MG1 regelt.

Merk echter op dat het schakelen bij gedeeltelijke belasting niet voelbaar is ... En bij vollast (maximale acceleratie) gaan we terug naar continu variabele werking omdat dit de enige manier is om met dit systeem de beste acceleratieprestaties te krijgen (de computer weigert daarom schakelen voor maximale acceleratie).

Daarom wordt deze modus meer gebruikt voor het afremmen op de motor dan voor sportief rijden.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 en topsnelheid

Dit is hoe het er in het echt uitziet. Helaas verliezen we bij volledige belasting de sequentiële modus en voelen we de versnellingen niet meer.

Meerdere versies?

Naast de verschillende generaties kent het THS/HSD/MSHS-systeem zoals toegepast bij Toyota en Lexus twee hoofdvarianten. De eerste en meest voorkomende is de transversale versie, die tegenwoordig wordt belichaamd in de Aisin AWFHT15 (begin jaren 90 heette hij THS voor het Toyota Hybrid System. Nu is het HSD voor de Hybrid Synergy Drive). Het komt in twee min of meer compacte modellen: Prius / NX / C-HR (groter), corolla en Yaris (klein).

Hier is een modernere (Prius 4) HSD-transmissie van dwarse versies (nu zijn er twee verschillende maten, hier is de grotere). Het is veel compacter dan de variant die je hieronder kunt zien (niet die net onder de longitudinale, zelfs eronder...)

Toyota Prius IV 2016 1.8 Hybrid Acceleratie 0-180 km/h

Prius 4 op volle toeren, hier is het beroemde continue veranderingseffect geproduceerd door de combinatie van elektromotoren / generatoren, een warmtemotor en een centrale planetaire trein.

Dan komt de MSHS voor het meertraps hybridesysteem (waar ik het hier eigenlijk niet over moet hebben... Maar aangezien het identiek werkt, komt het ook van Aisin en is voor de Toyota-groep...) dat is heel belangrijk. een groter apparaat dat in lengterichting moet worden gepositioneerd en dat dit keer echte tandwielen kan genereren, waarvan er 10 zijn (4 echte tandwielen in een doos en een combinatie van elektromotoren om op een slimme manier 10 te bereiken. Totaal dus geen veelvoud van 4, maar dat maakt niet uit).

Er zijn eigenlijk twee versies: AWRHT25 en AWRHM50 (MSHS, die 10 rapporten heeft).

De veel prestigieuzere longitudinale versie (hier AWRHM50) is vooral bedoeld voor Lexus (weinig Toyota heeft een motor in die zin). Er zijn twee versies, waarvan er één tot 10 echte rapporten kan genereren.

2016 Lexus IS300h 0-100km/h en rijmodi (eco, normaal, sport)

Ga terug naar 1:00 minuut om te zien hoe AWFHT15 rapporten kan genereren. Vreemd genoeg worden de beroemde "sprongen in snelheid" niet meer gevoeld wanneer de motor volledig is geladen ... Dit komt omdat het apparaat het meest efficiënt is (chronograaf) in de variatormodus, dus volledige belasting veroorzaakt een normale continue variatiemodus.

Hoe werkt een Toyota hybride?

Dus wat is het basisprincipe van het HSD hybride apparaat? Als we dit grof zouden moeten samenvatten, zouden we kunnen spreken van een warmtemotor die werkt met twee motoren / generatoren (de elektromotor is altijd omkeerbaar) en waarvan de verschillende koppels (van elke motor) worden geregeld en geregeld door de centrale planetaire trein, maar ook de elektrische intensiteit (en richting van elektriciteit) geregeld door een stroomverdeler ("inverter" in het Engels). De reductiekast (CVT-versnellingsbak) wordt elektronisch geregeld, waardoor de MG1-motor op een specifieke manier werkt, evenals via een centrale planetaire versnelling, waardoor meerdere vermogens kunnen worden gecombineerd om er één te produceren.

De motor kan volledig worden losgekoppeld van de wielen, evenals door de planetaire aandrijving ...

Kortom, zelfs als we willen vereenvoudigen, begrijpen we dat het niet zo gemakkelijk zal zijn om te assimileren, dus zullen we ons concentreren op de basisprincipes. Ik heb je echter een video in het Engels gegeven met details, dus als je het door wilt drukken, moet je het kunnen doen (uiteraard met motivatie en gezonde neuronen).

Hier is de Prius 2, die minder compact is dan degene die ik je hierboven liet zien. Zie hoe ze de A / C-compressor hebben gemarkeerd (blauw links van de motor). Inderdaad, in tegenstelling tot elke "normale" machine, wordt hij aangedreven door een elektromotor. De wielen zijn verbonden met een ketting die te zien is in het middengedeelte aan de rechterkant (juist in het midden van de elektronische variator).

elektronische variator in de buurt

In profiel zien we een van de wielophangingen via een differentieel met de ketting verbonden.

Verschillende bedrijfsmodi

Laten we eens kijken naar de verschillende werkingsmodi van een apparaat en gaandeweg waarom het als serieel/parallel wordt beschouwd, terwijl een hybride systeem meestal het een of het ander is. De ingenieuze manier waarop HSD is ontworpen, maakt beide mogelijk, en dat maakt het ook een beetje lastig...

Toyota HSD-apparaat: details en architectuur

Hier is een vereenvoudigde meerkleurige HSD-apparaatarchitectuur om u te helpen verbindingen tussen componenten te maken.

Het diagram staat ondersteboven vergeleken met de bovenste foto omdat het vanuit een andere hoek is genomen... Ik heb het Prius 2-diagram genomen en daarom is hier een ketting, modernere versies hebben het niet, maar het principe verandert niet in beide gevallen (of het nu gaat om ketting, as of tandwiel is hetzelfde.

Hier is het mechanisme in meer detail, omdat het duidelijk moet zijn dat de koppeling hier wordt verkregen vanwege de elektromagnetische kracht tussen de rotor en stator MG1.

MG1 is verbonden met de motor via een planeetwielstel (groen) van een planeetwielstel. Dat wil zeggen, om de rotor MG1 (middengedeelte) te laten draaien, gaat de warmtemotor door een planetair tandwielstelsel. Ik heb deze trein en locomotief in één kleur uitgelicht, zodat we hun fysieke verbinding duidelijk kunnen zien. Bovendien, en het is niet gemarkeerd in het diagram, zijn de groene satelliet en het blauwe middelste zonnewiel MG1 fysiek goed verbonden (er is een opening tussen hen), net als de kroon (de rand van de trein). en de groene satelliet van de warmtemotor.

MG2 is rechtstreeks verbonden met de wielen via een ketting, maar drijft ook het externe planeetwiel van het centrale planeetwiel aan (kroon is donkerblauw, ik heb dezelfde kleur gekozen om het planeetwiel langer te maken, zodat we duidelijk kunnen zien dat het verbonden is met MG2 ) ...

Hier is de planetaire versnellingsbak vooraan, niet in profiel in het bovenstaande diagram, we kunnen de verbindingen tussen de verschillende versnellingen die horen bij MG1, MG2 en ICE beter zien.

De moeilijkheid ligt in het begrijpen van het principe van de planetaire trein, wetende dat de interne bewegingen niet samenvallen, afhankelijk van de bewegingsmodi, maar ook van de snelheid ...

Geen koppeling?

In tegenstelling tot alle andere transmissies heeft de HSD geen koppeling of koppelomvormer nodig (een CVT heeft bijvoorbeeld een koppelomvormer nodig). Dit is waar de elektromagnetische kracht dankzij MG1 de wielen aan de motor bindt via de planetaire trein. Dan zijn het de rotor en stator van die laatste (MG1) die dan het effect van wrijving creëren: als je de elektromotor met de hand ronddraait, ontstaat er weerstand, en die laatste gebruiken we hier als koppeling.

Nog beter is het wanneer tijdens wrijving (het snelheidsverschil tussen de stator en de rotor, dus tussen de motor en de wielen) elektriciteit wordt opgewekt. En die elektriciteit wordt opgeslagen in de batterij!

Daarom wordt het HSD-systeem als zeer intelligent beschouwd, omdat het zorgt voor een minimum aan energieverlies door energie terug te winnen op het moment van wrijving. Op de klassieke koppeling verliezen we deze energie in warmte, hier wordt het omgezet in elektriciteit, die we herstellen in de batterij.

Er is dus ook geen mechanische slijtage, aangezien er geen fysiek contact is tussen de rotor en de stator.

Wanneer gestopt, kan de motor draaien zonder te stoppen omdat de wielen de motor niet blokkeren (wat zou zijn gebeurd als we waren gestopt met een handmatige transmissie zonder te stoppen). Het blauwe zonnewiel (ook wel stationair genoemd) is vrij en scheidt dus de motorwielen (vandaar de groene kroonplaneetwielen). Aan de andere kant, als het zonnewiel koppel begint te ontvangen, zal het de groene tandwielen aan de kroon binden en dan zullen de wielen geleidelijk beginnen te draaien (elektromagnetische wrijving).

Als het zonnewiel vrij is, kan er geen kracht op de kroon worden overgebracht.

Terwijl de rotor draait, ontstaat er wrijving in de stator, die koppel veroorzaakt, en dit koppel wordt overgebracht naar het zonnewiel, dat blokkeert en uiteindelijk zelfs in de andere richting draait. Hierdoor ontstaat er een verbinding tussen de motoras in het midden en het ringwiel aan de periferie (tandwiel = wielen). Merk op dat het apparaat ook dient om te stoppen en te starten: wanneer u wilt starten, is het voldoende om het zonnewiel kort te blokkeren voor de ICE-warmtemotor om koppel te ontvangen van MG2 die is aangesloten op het aangedreven wiel (dit start hem dan als een starter. wel. Klassiek).

Dus, om het samen te vatten:

• Bij stilstand kan de motor draaien omdat de verbinding tussen de motoras en het ringwiel niet tot stand is gebracht: het zonnewiel is vrij (hoewel de Prius over het algemeen wordt uitgeschakeld wanneer hij stilstaat om brandstof te besparen)
• Door het motortoerental te verhogen, draait de rotor snel genoeg om een ​​elektromagnetische kracht te genereren, die vervolgens koppel overbrengt naar het zonnewiel: een verbinding tussen de motoras en het ringwiel.
• Wanneer de verbinding is gemaakt, zijn de snelheden van de motoras en het ringwiel gelijk
• Wanneer de snelheid van de wielen sneller wordt dan de motor, begint het zonnewiel in de andere richting te draaien om de overbrengingsverhouding te veranderen (nadat alles is vergrendeld, begint het te "rollen" om de snelheid van het systeem verder te verhogen). Er kan eerder worden gezegd dat het zonnewiel, door koppel te ontvangen, niet alleen de motorassen en het aandrijfwiel verbindt, maar er ook voor zorgt dat ze vervolgens accelereren (het remt niet alleen "verzet", maar zorgt er ook voor dat ze draaien in de weg volgen)

100% elektrische modus

Hier spelen de ICE (thermische) en MG1-motoren geen speciale rol, het is MG2 die de wielen laat draaien vanwege de elektriciteit die wordt verkregen uit de batterij (vandaar de energie die voortkomt uit de chemie). En zelfs als MG2 de rotor van MG1 draait, heeft dit geen invloed op de ICE-warmtemotor en daarom is er geen weerstand die ons zorgen baart.

Oplaadmodus wanneer gestopt

Hier is een warmtemotor aan het werk, die MG1 door een planetaire trein laat draaien. Op deze manier wordt elektriciteit opgewekt en naar de stroomverdeler gestuurd, die alleen elektriciteit naar de batterij leidt.

Energieterugwinningsmodus

Dit is de beroemde "B"-modus (regeneratief remmen), die te zien is op de versnellingspook (wanneer je erop drukt, wordt er meer op de motor geremd in verband met MG2 kinetische energierecuperatie, de weerstand is elektromagnetisch). De traagheid / kinetische energie komt van de wielen en plant zich daarom voort naar MG2 via de mechanische tandwielen en ketting. Omdat de elektromotor omkeerbaar kan zijn, zal hij elektrische stroom opwekken: als ik sap naar de elektromotor stuur, gaat hij aan, als ik de gestopte elektromotor met de hand draai, zal hij elektriciteit produceren.

Deze elektrische stroom wordt door de verdeler teruggewonnen om deze naar de batterij te sturen, die vervolgens wordt opgeladen.

Elektrische en warmtemotor werken samen

Bij een stabiele snelheid en een goede snelheid, dat wil zeggen, de wielen worden meestal aangedreven door de kracht van de elektrische (MG2) en warmtemotoren.

De ICE-warmtemotor drijft het planetaire tandwielstelsel aan, dat elektriciteit opwekt in MG1. Dit zal ook de mechanische kracht op de wielen overbrengen, aangezien het planeetwiel ook hiermee is verbonden.

Dit is waar moeilijkheden beperkend kunnen worden, omdat afhankelijk van de rotatiesnelheid van het planeetwiel niet hetzelfde zal zijn (met name de richting van bepaalde tandwielen).

Een versnellingsbak in CVT-stijl (continue en progressieve verandering zoals op scooters) wordt gecreëerd door de interactie van spanningen tussen de motoren (dankzij het magnetische effect dat wordt veroorzaakt door het sap dat door de spoelen gaat: een geïnduceerd elektromagnetisch veld) en de planetaire versnelling . die de kracht van meerdere kanalen ontvangt. Veel succes om dit binnen handbereik te krijgen, zelfs als de video die ik tot je beschikking heb je dit zal toestaan.

Maximaal vermogen

Dit lijkt een beetje op de vorige paragraaf, behalve dat we hier ook de elektrische stroom nemen die de batterij kan leveren, dus MG2 profiteert hiervan.

Hier is de huidige versie van de Prius 4:

Plug-in / oplaadbare versie?

De oplaadbare batterijoptie, waarmee 50 km op een volledig elektrisch voertuig mogelijk is, is alleen om een ​​grotere batterij te installeren en een apparaat te installeren waarmee de batterij op de sector kan worden aangesloten.

U moet eerst door de stroomverdeler en omvormer gaan om het vermogensverschil en verschillende soorten sap te beheren: AC, DC, enz.

HSD 4X4-versie?

Zoals je zou moeten weten, bestaat er een 4X4-versie op de Rav4 en NX 300H en deze is ontworpen om aan de achteras te worden toegevoegd, net als PSA's E-Tense en HYbrid / HYbrid4. Het is dus een computer die zorgt voor de constante kracht van de wielen van de voor- en achteras, die dus geen fysieke verbinding hebben.

Waarom serieel/parallel?

Het apparaat wordt serieel/parallel genoemd omdat het "serie" wordt genoemd wanneer u zich in 100% elektrische modus bevindt. Daarom werken we op dezelfde manier als de BMW i3, de warmtemotor is een stroomgenerator die de accu voedt, die zelf de auto in beweging zet. In feite is bij deze werkwijze de motor volledig losgekoppeld van de wielen.

Het wordt ook parallel genoemd wanneer de motor via een planetair apparaat met de wielen is verbonden. En dit wordt seriële build genoemd (zie Diverse builds hier).

Doet Toyota teveel met zijn systeem?

Om dit artikel af te sluiten, wil ik nog een kleine tirade zeggen. Toyota heeft inderdaad veel te zeggen over zijn plug-in hybride, en dat is volkomen begrijpelijk en legaal. Het lijkt mij echter dat het merk in twee opzichten te ver is gegaan. Ten eerste om technologie te idealiseren, wat terloops impliceert dat het op de een of andere manier de planeet zal redden, en dat het merk in wezen een revolutie in gang zet die ons allemaal zal redden. Natuurlijk, het vermindert het brandstofverbruik, maar we moeten ook niet karikaturaal worden gemaakt, een niet-gehybridiseerde minivan met diesel werkt vrijwel hetzelfde, zo niet beter, soms.

Dus Toyota maakt gebruik van de huidige anti-dieselcontext om een ​​laag toe te voegen die volgens mij een beetje verfraaid is hier op de grens van het rijgedrag, hier is er een:

TV-commercial - Hybride aanbod - Wij kiezen voor Hybrid

Dan is er een verbindingsprobleem. Het Japanse merk baseert veel van zijn communicatie op het feit dat de auto niet via het lichtnet hoeft te worden opgeladen, alsof het een technologisch voordeel is ten opzichte van de concurrentie. Dit is eigenlijk een beetje misleidend aangezien het meer een nadeel is dan wat dan ook... Hybride auto's die opgeladen kunnen worden hoeven dit absoluut niet te doen, dit is een optie die naast de eigenaar wordt aangeboden! Dus het merk slaagt erin om een ​​van de tekortkomingen als een voordeel door te geven, en dat is nog steeds sterk, nietwaar? Ironisch genoeg verkoopt Toyota plug-in-versies van zijn Prius, en die zouden beter moeten zijn ... Hier is een van de commercials:

Hoef je hem niet op te laden? Ik zal eerder zeggen: "dun, er is geen manier om te doen ..."

Ga verder ?

Om verder te gaan, raad ik u aan deze video, die helaas alleen in het Engels is, zorgvuldig te bestuderen. De uitleg gebeurt in fasen om het zo eenvoudig en duidelijk mogelijk te maken.