So funktioniert Toyota Hybrid (HSD)

Jeder weiß, dass Toyotas HSD-Hybridisierung den Ruf hat, eine Werkstatt zu sein. Das Gerät der japanischen Marke (Aisin-Kollaboration) ist nicht nur für seine Effizienz, sondern auch für seine sehr gute Zuverlässigkeit bekannt. Sie ist jedoch aufgrund ihrer Komplexität und der vielen möglichen Betriebsarten schwer zu verstehen.

Daher werden wir versuchen zu verstehen, wie das Hybridgerät von Toyota, das berühmte serielle / parallele HSD e-CVT, funktioniert. Letzteres ermöglicht es Ihnen, 100% elektrisch oder eine Kombination aus elektrisch und thermisch zu fahren. Hier greife ich ein etwas komplexes Thema auf und muss es manchmal etwas vereinfachen (wobei dies der Logik und dem Prinzip keinen Abbruch tut).

Jetzt wissen Sie, dass HSD-Getriebe von Aisin (AWFHT15) hergestellt werden, an dem Toyota 30% besitzt, und dass sie Hybrid- und Nicht-Hybrid-Getriebe an die PSA-Gruppe liefern, wenn es um EAT oder e-AT8 geht. Kästen. (Hybrid2 und Hybrid4). In der technischen Entwicklung befinden wir uns mittlerweile in der vierten Generation. Während das Gesamtprinzip gleich bleibt, werden kleine Verbesserungen am mittleren Planetengetriebe oder am Layout vorgenommen, um Kompaktheit und Effizienz zu erreichen (z. B. kürzere Kabellängen reduzieren elektrische Verluste).

Synthetische Erklärung

Wenn Sie eine ganzheitliche Sicht auf die Funktionsweise von HSD wünschen, finden Sie hier eine Erklärung, die es zusammenfasst. Sie müssen in dem Artikel weiter gehen, um tiefer einzutauchen oder zu verstehen, was Ihnen in dieser Phase entgeht.

Hier ist die Rolle jeder Komponente sowie die technischen Spezifikationen des HSD:

• Der ICE (Internal Combustion Engine) ist eine Wärmekraftmaschine: Alle Energie kommt von ihr und ist daher die Grundlage von allem. Es ist über einen epizyklischen Zug mit MG1 verbunden.
• MG1 dient als elektrischer Generator (von einer Wärmekraftmaschine angetrieben) sowie als Getriebevariator. Es verbindet ICE mit MG2 über Planetengetriebe (Planetary). MG2 ist direkt mit den Rädern verbunden, also wenn sich die Räder drehen, dreht es sich, und wenn es die Räder auch dreht (kurz gesagt, es ist kein Auskuppeln zwischen ihnen möglich) ...
• MG2 dient als Fahrmotor (maximale Distanz 2 km oder 50 km am Stecker / aufladbar) und auch als elektrischer Generator (Verzögerung: Regeneration)
• Planetengetriebe: Es verbindet MG1, MG2, ICE und Räder miteinander (dies beeinträchtigt nicht die Sicherung einiger Elemente, während andere sich drehen. Sie müssen lernen und verstehen, wie das Planetengetriebe zum Leben erweckt wird). Auch dank ihm haben wir eine kontinuierliche Änderung / Abnahme, und daher ist er es, der das Getriebe darstellt (das Übersetzungsverhältnis ändert sich, wodurch es bremst oder "rückwärts" geht: die Verbindung zwischen ICE und MG1)

Die Reduzierung besteht darin, dass die Bewegungen des Verbrennungsmotors (thermisch) und des MG2 (der fest mit den Rädern verbunden ist, nicht zu vergessen) mehr oder weniger addiert werden.

Hybrid-Planetengetriebe-Trainer

Dieses Video ist perfekt, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie die Toyota-Hybridisierung funktioniert.

Neu: Manueller Sequential-Modus beim Toyota HSD Hybrid?

Die Ingenieure konnten (teilweise ..) die Berichte simulieren, indem sie darauf spielten, wie das MG1 bremsen oder rückwärtsfahren würde, um klarere Berichte zu erhalten. Die Übersetzung wird von MG1 erzeugt, das mehr oder weniger fest und mehr oder weniger „schlupfartig“ ICE und MG2 verbindet (MG2 = elektrischer Fahrmotor, aber vor allem auch Räder). Daher kann diese Abnahme stufenweise oder „gestaffelt“ sein, je nachdem, wie der Stromverteiler MG1 steuert.

Beachten Sie jedoch, dass Gangwechsel bei Teillast nicht spürbar sind ... Und bei Volllast (maximale Beschleunigung) gehen wir zurück auf stufenlos, denn nur so erhalten Sie mit diesem System die beste Beschleunigungsleistung (der Computer lehnt daher ab .) zum Schalten der Gänge für maximale Beschleunigung).

Daher wird dieser Modus eher für die Bergab-Motorbremsung als für sportliches Fahren verwendet.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 und Höchstgeschwindigkeit

So sieht es tatsächlich aus. Leider verlieren wir unter Volllast den sequentiellen Modus und wir spüren die Gänge nicht mehr.

Mehrere Versionen?

Abgesehen von den verschiedenen Generationen hat das THS / HSD / MSHS-System, wie es bei Toyota und Lexus angewendet wird, zwei Hauptvarianten. Die erste und gebräuchlichste ist die Querversion, die heute im Aisin AWFHT15 verkörpert wird (Anfang der 90er hieß sie THS für das Toyota Hybrid System. Jetzt heißt es HSD für den Hybrid Synergy Drive). Es gibt ihn in zwei mehr oder weniger kompakten Modellen: Prius / NX / C-HR (größer), Corolla und Yaris (klein).

Hier ist eine modernere (Prius 4) HSD-Übertragung von Querversionen (jetzt gibt es zwei verschiedene Größen, hier die größere). Es ist viel kompakter als die Variante, die Sie unten sehen können (nicht die direkt unter der Längsvariante, sogar darunter ...)

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

Prius 4 bei Vollgas, hier ist der berühmte kontinuierliche Wechseleffekt, der durch die Kombination von Elektromotoren / Generatoren, einer Wärmekraftmaschine und einem zentralen Planetenzug erzeugt wird.

Dann kommt das MSHS für das mehrstufige Hybridsystem (über das ich hier nicht wirklich sprechen muss... Da es aber identisch funktioniert, kommt es auch von Aisin und ist für den Toyota-Konzern ausgelegt...) das ist schon sehr wichtig. устройство большего размера, которое должно быть расположено в продольном положении, и которое может на этот раз генерировать настоящие шестерни, которых насчитывается 10 (4 настоящие шестерни в коробке и комбинация электродвигателей умным способом, позволяющим достичь 10. Итого следовательно, не кратно 4, но это spielt keine Rolle).

Es gibt eigentlich zwei Versionen: AWRHT25 und AWRHM50 (MSHS mit 10 Berichten).

Die viel prestigeträchtigere Längsversion (hier AWRHM50) ist in erster Linie für Lexus gedacht (nur wenige Toyota haben einen Motor in diesem Sinne). Es gibt zwei Versionen, von denen eine bis zu 10 echte Berichte generieren kann.

2016 Lexus IS300h 0-100km/h und Fahrmodi (Eco, Normal, Sport)

Gehen Sie zurück zu 1:00 Minute, um zu sehen, wie AWFHT15 Berichte erstellen kann. Seltsamerweise sind die berühmten "Geschwindigkeitssprünge" nicht mehr zu spüren, wenn der Motor voll beladen ist ... Dies liegt daran, dass das Gerät im Variatormodus am effizientesten (Chronograph) ist, sodass Volllast einen normalen stufenlosen Variationsmodus induziert.

Wie funktioniert ein Toyota-Hybrid?

Was ist also das Grundprinzip des HSD-Hybridgeräts? Wenn wir dies grob zusammenfassen müssten, könnten wir von einer Wärmekraftmaschine sprechen, die mit zwei Motoren / Generatoren arbeitet (der Elektromotor ist immer reversibel) und deren unterschiedliche Drehmomente (jeder Maschine) vom zentralen Planetentrieb gesteuert und gesteuert werden, aber auch die elektrische Intensität (und Stromrichtung), die von einem Stromverteiler ("Inverter" auf Englisch) gesteuert wird. Das Untersetzungsgetriebe (CVT-Getriebe) wird elektronisch gesteuert, wodurch der MG1-Motor auf eine bestimmte Weise arbeitet, sowie über ein zentrales Planetengetriebe, das die Kombination mehrerer Kräfte zu einer Leistung ermöglicht.

Der Motor lässt sich komplett von den Rädern entkoppeln, sowie durch den Planetenantrieb...

Kurz gesagt, auch wenn wir vereinfachen wollen, verstehen wir, dass es nicht so leicht zu assimilieren sein wird, also konzentrieren wir uns auf die Grundprinzipien. Ich habe Ihnen jedoch ein Video auf Englisch bereitgestellt, in dem die Details detailliert beschrieben werden. Wenn Sie es also durchsetzen möchten, sollten Sie es schaffen (natürlich mit Motivation und gesunden Neuronen).

Hier ist der Prius 2, der weniger kompakt ist als der, den ich Ihnen oben gezeigt habe. Sehen Sie, wie sie den A / C-Kompressor (blau links vom Motor) hervorgehoben haben. Im Gegensatz zu jeder "normalen" Maschine wird sie von einem Elektromotor angetrieben. Die Räder sind mit einer Kette verbunden, die rechts im mittleren Bereich (rechts in der Mitte des elektronischen Variators) zu sehen ist.

elektronischer Variator in der Nähe

Im Profil sehen wir eine der Radaufhängungen, die über ein Differential mit der Kette verbunden sind.

Verschiedene Betriebsarten

Werfen wir einen Blick auf die verschiedenen Betriebsmodi eines Geräts und nebenbei, warum es als seriell/parallel betrachtet wird, während ein Hybridsystem normalerweise entweder das eine oder das andere ist. Das ausgeklügelte Design von HSD ermöglicht beides, und das macht es auch ein wenig schwierig ...

Toyota HSD-Gerät: Details und Architektur

Hier ist eine vereinfachte mehrfarbige HSD-Gerätearchitektur, die Ihnen beim Herstellen von Verbindungen zwischen Komponenten hilft.

Das Diagramm steht im Vergleich zum oberen Foto auf dem Kopf, weil es aus einem anderen Blickwinkel aufgenommen wurde ... Ich habe das Prius 2-Diagramm genommen und deshalb gibt es hier eine Kette, modernere Versionen haben sie nicht, aber das Prinzip ändert sich nicht in jedem Fall (sei es Kette, Welle oder Zahnrad ist gleich.

Hier ist der Mechanismus im Detail, denn es versteht sich, dass die Kupplung hier aufgrund der elektromagnetischen Kraft zwischen Rotor MG1 und Stator erhalten wird.

MG1 ist über einen Planetenradsatz (grün) eines Planetenradsatzes mit dem Motor verbunden. Das heißt, um den MG1-Rotor (Mittelabschnitt) zu drehen, wird die Wärmekraftmaschine durch ein Planetengetriebe geleitet. Ich habe diesen Zug und diese Lokomotive in einer Farbe hervorgehoben, damit wir ihre physische Verbindung deutlich sehen können. Darüber hinaus sind der grüne Satellit und das blaue mittlere Sonnenrad MG1 physikalisch gut verbunden (es gibt eine Lücke zwischen ihnen), ebenso wie die Krone (die Kante des Zuges), und dies ist in der Abbildung nicht hervorgehoben. und der grüne Satellit der Wärmekraftmaschine.

MG2 ist über eine Kette direkt mit den Rädern verbunden, treibt aber auch das äußere Planetengetriebe des zentralen Planetengetriebes an (Krone ist dunkelblau, ich habe die gleiche Farbe gewählt, um das Planetengetriebe zu verlängern, damit wir deutlich sehen können, dass es mit MG2 verbunden ist ) ...

Hier ist das Planetengetriebe vorne, nicht im Profil im obigen Diagramm, wir können die Verbindungen zwischen den verschiedenen Gängen, die mit MG1, MG2 und ICE verbunden sind, besser sehen.

Die Schwierigkeit liegt darin, das Prinzip des Planetenzugs zu verstehen, zu wissen, dass die inneren Bewegungen nicht je nach Bewegungsart, sondern auch je nach Geschwindigkeit zusammenfallen ...

Keine Kupplung?

Im Gegensatz zu allen anderen Getrieben benötigt das HSD keine Kupplung oder keinen Drehmomentwandler (zum Beispiel benötigt ein CVT einen Drehmomentwandler). Hier bindet die elektromagnetische Kraft dank MG1 die Räder über das Planetengetriebe an den Motor. Dann sind es Rotor und Stator des letzteren (MG1), die dann die Reibungswirkung erzeugen: Wenn man den Elektromotor von Hand dreht, entsteht ein Widerstand, und letzteren verwenden wir hier als Kupplung.

Noch besser ist es, wenn bei der Reibung (dem Drehzahlunterschied zwischen Stator und Rotor, also zwischen Motor und Rädern) Strom entsteht. Und dieser Strom wird in der Batterie gespeichert!

Aus diesem Grund gilt das HSD-System als sehr intelligent, da es durch die Rückgewinnung von Energie im Moment der Reibung einen minimalen Energieverlust bietet. Bei der klassischen Kupplung verlieren wir diese Energie in Wärme, hier wird sie in Strom umgewandelt, den wir in der Batterie wieder herstellen.

Somit entsteht auch kein mechanischer Verschleiß, da kein Körperkontakt zwischen Rotor und Stator besteht.

Wenn der Motor gestoppt ist, kann er ohne Stopp laufen, da die Räder den Motor nicht blockieren (was passiert wäre, wenn wir mit einem Schaltgetriebe angehalten hätten, ohne abzuschalten). Das blaue Sonnenrad (auch Leerlauf genannt) ist frei, trennt also die Motorräder (daher die grünen Kronenplanetenräder). Auf der anderen Seite, wenn das Sonnenrad beginnt, Drehmoment zu erhalten, bindet es die grünen Zahnräder an die Krone, und dann beginnen sich die Räder allmählich zu drehen (elektromagnetische Reibung).

Wenn das Sonnenrad frei ist, kann keine Kraft auf die Krone übertragen werden.

Wenn sich der Rotor dreht, wird im Stator Reibung erzeugt, die ein Drehmoment verursacht, und dieses Drehmoment wird auf das Sonnenrad übertragen, das blockiert und schließlich sogar in die andere Richtung dreht. Dadurch entsteht eine Verbindung zwischen der Motorwelle in der Mitte und dem Hohlrad am Umfang (Zahnräder = Räder). Beachten Sie, dass das Gerät auch zum Stoppen und Starten dient: Wenn Sie starten möchten, genügt es, das Sonnenrad kurz zu blockieren, damit der Verbrennungsmotor das Drehmoment von MG2 erhält, der mit dem angetriebenen Rad verbunden ist (dieses startet dann wie ein Starter. Tut. Klassisch).

Also, um es zusammenzufassen:

• Im Stand kann sich der Motor drehen, da die Verbindung zwischen Motorachse und Hohlrad nicht hergestellt ist: das Sonnenrad ist frei (auch wenn der Prius im Stand generell abschaltet, um Kraftstoff zu sparen)
• Durch die Erhöhung der Motordrehzahl dreht sich der Rotor schnell genug, um eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die dann das Drehmoment auf das Sonnenrad überträgt: eine Verbindung zwischen der Motorachse und dem Hohlrad entsteht.
• Wenn die Verbindung hergestellt ist, sind die Geschwindigkeiten der Motorachse und des Ringrades gleich
• Wenn die Geschwindigkeit der Räder schneller als der Motor wird, beginnt sich das Sonnenrad in die andere Richtung zu drehen, um das Übersetzungsverhältnis zu ändern (nachdem alles blockiert ist, beginnt es zu "rollen", um die Geschwindigkeit des Systems weiter zu erhöhen). Vielmehr kann man sagen, dass das Sonnenrad durch die Drehmomentaufnahme nicht nur die Motorachsen und das Antriebsrad verbindet, sondern diese auch nachträglich beschleunigt (es bremst nicht nur „widersteht“, sondern auch in Drehung versetzt folgender Weg)

100% elektrischer Modus

Hier spielen die ICE- (Thermo-) und MG1-Motoren keine besondere Rolle, es ist MG2, das aufgrund des aus der Batterie gewonnenen Stroms (daher die aus der Chemie entstehende Energie) die Räder dreht. Und selbst wenn MG2 den Rotor von MG1 dreht, hat dies keinen Einfluss auf die ICE-Wärmekraftmaschine, und daher gibt es keinen Widerstand, der uns Sorgen macht.

Lademodus beim Stoppen

Hier arbeitet eine Wärmekraftmaschine, die MG1 durch ein Planetengetriebe dreht. Auf diese Weise wird Strom erzeugt und an den Stromverteiler geschickt, der Strom nur an die Batterie leitet.

Energierückgewinnungsmodus

Dies ist der berühmte "B"-Modus (regeneratives Bremsen), der auf dem Schaltknauf zu sehen ist (wenn Sie ihn drücken, erfolgt eine stärkere Motorbremsung in Verbindung mit der MG2-Rekuperation der kinetischen Energie, der Widerstand ist elektromagnetisch). Die Trägheit / kinetische Energie kommt von den Rädern und fließt daher über die mechanischen Getriebe und die Kette zum MG2. Da der Elektromotor reversibel sein kann, erzeugt er elektrischen Strom: Wenn ich Saft zum Elektromotor schicke, schaltet er sich ein, wenn ich den gestoppten Elektromotor von Hand drehe, erzeugt er Strom.

Dieser elektrische Strom wird vom Verteiler zurückgewonnen, um ihn an die Batterie zu senden, die dann wieder aufgeladen wird.

Elektro- und Wärmekraftmaschine arbeiten zusammen

Bei stabiler Geschwindigkeit und guter Geschwindigkeit, also meistens, werden die Räder von der Kraft der Elektro- (MG2) und Wärmekraftmaschinen angetrieben.

Der Verbrennungsmotor treibt das Planetengetriebe an, das im MG1 Strom erzeugt. Dadurch wird auch die mechanische Kraft auf die Räder übertragen, da auch das Planetengetriebe mit ihnen verbunden ist.

Hier können die Schwierigkeiten limitierend werden, da abhängig von der Drehzahl des Planetengetriebes nicht die gleiche ist (insbesondere die Richtung bestimmter Gänge).

Ein CVT-Getriebe (kontinuierlicher und progressiver Wechsel wie bei Rollern) entsteht durch die Wechselwirkung der Spannungen zwischen den Motoren (dank der magnetischen Wirkung, die durch den durch die Spulen strömenden Saft verursacht wird: ein induziertes elektromagnetisches Feld) sowie dem Planetengetriebe . die die Leistung mehrerer Kanäle empfängt. Viel Glück, dass Sie dies direkt zur Hand haben, auch wenn das Video, das ich Ihnen zur Verfügung gestellt habe, Ihnen dies ermöglicht.

Maximale Leistung

Dies ist ein bisschen wie im vorherigen Absatz, außer dass wir hier auch die elektrische Leistung nehmen, die die Batterie liefern kann, sodass MG2 davon profitiert.

Hier ist die aktuelle Version des Prius 4:

Plug-in / wiederaufladbare Version?

Die wiederaufladbare Batterieoption, die 50 km mit einem vollelektrischen Fahrzeug ermöglicht, besteht nur darin, eine größere Batterie zu installieren und ein Gerät zu installieren, mit dem die Batterie an den Sektor angeschlossen werden kann.

Sie müssen zuerst den Stromverteiler und den Wechselrichter durchlaufen, um den Leistungsunterschied und die verschiedenen Saftsorten zu verwalten: Wechselstrom, Gleichstrom usw.

HSD 4X4-Version?

Wie Sie wissen sollten, gibt es beim Rav4 und NX 4H eine 4X300-Version, die wie bei PSA's E-Tense und HYbrid / HYbrid4 an der Hinterachse angebracht werden soll. Es handelt sich also um einen Computer, der für die konstante Leistung der Räder der Vorder- und Hinterachse sorgt, die also keine physikalische Verbindung haben.

Warum seriell/parallel?

Das Gerät wird als seriell/parallel bezeichnet, weil es als „seriell“ bezeichnet wird, wenn Sie sich im 100 % elektrischen Modus befinden. Deshalb arbeiten wir ähnlich wie der BMW i3, die Wärmekraftmaschine ist ein Stromgenerator, der die Batterie speist, die wiederum das Auto bewegt. Tatsächlich ist bei dieser Betriebsweise der Motor vollständig von den Rädern getrennt.

Es wird auch als parallel bezeichnet, wenn der Motor über ein Planetengetriebe mit den Rädern verbunden ist. Und dies wird als Batch-Build bezeichnet (siehe Verschiedene Builds hier).

Macht Toyota zu viel mit seinem System?

Am Ende dieses Artikels möchte ich eine kleine Tirade sagen. Tatsächlich hat Toyota viel zu seinem Plug-in-Hybrid zu sagen, und das ist völlig verständlich und legal. Allerdings scheint mir die Marke in zweierlei Hinsicht zu weit gegangen zu sein. Erstens, um die Technologie zu idealisieren, was nebenbei andeutet, dass sie den Planeten irgendwie retten wird, und dass die Marke im Wesentlichen eine Revolution einleitet, die uns alle retten wird. Sicher, es reduziert den Kraftstoffverbrauch, aber wir sollten uns auch nicht karikieren, ein nicht hybridisierter Diesel-Minivan funktioniert ziemlich gleich, wenn nicht manchmal sogar besser.

Toyota nutzt also den aktuellen Anti-Diesel-Kontext, um eine Schicht hinzuzufügen, die meiner Meinung nach hier an der Grenze der Handhabung etwas verschönert ist, hier ist eine:

TV-Spot - Hybrid-Sortiment - Wir entscheiden uns für Hybrid

Dann liegt ein Verbindungsproblem vor. Die japanische Marke begründet ihre Kommunikation weitgehend damit, dass das Auto nicht am Stromnetz aufgeladen werden muss, als wäre dies ein technologischer Vorteil gegenüber der Konkurrenz. Das ist eigentlich ein bisschen irreführend, denn es ist eher ein Nachteil als alles andere ... Aufladbare Hybridautos müssen dies nicht unbedingt tun, diese Option wird ihrem Besitzer zusätzlich angeboten! Die Marke schafft es also, einen der Mängel als Vorteil auszugeben, und das ist immer noch stark, oder? Ironischerweise verkauft Toyota Plug-in-Versionen seines Prius, und sie sollten besser sein ... Hier ist eine der Werbespots:

Sie müssen es nicht aufladen? Vielmehr werde ich sagen: "dünn, es gibt keine Möglichkeit ..."

Weitergehen ?

Um weiter zu gehen, schlage ich vor, dass Sie dieses Video, das leider nur auf Englisch ist, sorgfältig studieren. Die Erklärung erfolgt in Etappen, um es so einfach und unkompliziert wie möglich zu machen.