Como funciona Toyota Hybrid (HSD)

Todo o mundo sabe que a hibridación HSD de Toyota ten a reputación de ser un taller. O dispositivo da marca xaponesa (colaboración Aisin) é coñecido non só pola súa eficiencia, senón tamén pola súa moi boa fiabilidade. Non obstante, é difícil de entender pola súa complexidade e os moitos modos de operación posibles.

Polo tanto, intentaremos comprender como funciona o dispositivo híbrido de Toyota, o famoso e-CVT HSD serie / paralelo. Este último permítelle montar 100% eléctrico ou unha combinación de eléctrico e térmico. Aquí asumo un tema un tanto complexo e ás veces necesito simplificalo un pouco (aínda que isto non desvirtue a lóxica e o principio).

Agora saiba que as transmisións HSD son fabricadas por Aisin (AWFHT15), da que Toyota posúe o 30%, e que fornecen transmisións híbridas e non híbridas ao grupo PSA cando se trata de EAT ou e-AT8. caixas. (híbrido2 e híbrido4). Agora estamos na cuarta xeración en termos de desenvolvemento técnico. Aínda que o principio xeral segue a ser o mesmo, fanse pequenas melloras no engranaje planetario central ou na disposición para lograr compacidade e eficiencia (por exemplo, lonxitudes de cables máis curtas reducen as perdas eléctricas).

Explicación sintética

Se queres unha visión integral do funcionamento do HSD, aquí tes unha explicación que o resume. Necesitas ir máis alá no artigo para profundizar ou tratar de comprender o que te está esquivando nesta etapa.

Aquí están as funcións de cada compoñente, así como as especificacións técnicas do HSD:

• O ICE (motor de combustión interna) é un motor térmico: toda a enerxía procede del e, polo tanto, é a base de todo. Está conectado a MG1 mediante un tren epicíclico.
• MG1 serve como xerador eléctrico (accionado por un motor térmico), así como como variador de caixa de cambios. Conecta ICE a MG2 mediante engrenaxe planetaria (planetaria). MG2 está conectado directamente ás rodas, polo que se as rodas xiran, xira e se xira as rodas tamén (en suma, non é posible desenganchar entre elas) ...
• MG2 serve como motor de tracción (distancia máxima 2 km ou 50 km enchufable / recargable) e tamén como xerador eléctrico (desaceleración: rexeneración)
• Engrenaxe planetaria: enlaza MG1, MG2, ICE e as rodas entre si (isto non interfire con que algúns dos elementos estean asegurados mentres outros xiran, cómpre aprender e comprender como cobra vida a engrenaxe planetaria). Tamén grazas a el, temos un cambio / descenso continuo e, polo tanto, é el quen representa a caixa de cambios (a relación de cambio cambia, facendo que frea ou se "inverta": a conexión entre ICE e MG1)

A redución consiste en engadir máis ou menos os movementos do motor de combustión interna (térmico) e MG2 (que está rixidamente conectado ás rodas, non o esquezamos).

Adestrador de engrenaxes planetarias híbrido

Este vídeo é perfecto para coñecer como funciona a hibridación de Toyota.

Novidade: modo secuencial manual en Toyota HSD Hybrid?

Os enxeñeiros foron capaces de simular (parcialmente ..) os informes xogando a como o MG1 frearía ou revertería de xeito non progresivo para obter informes máis claros. A relación de transmisión é xerada por MG1, que máis ou menos firme e máis ou menos "desliza" conecta ICE e MG2 (MG2 = motor de tracción eléctrica, pero tamén, sobre todo, rodas). Polo tanto, esta diminución pode ser gradual ou "escalonada" dependendo de como controle o distribuidor de enerxía MG1.

Ten en conta, non obstante, que os cambios de marcha non se perciben a carga parcial ... E a plena carga (aceleración máxima) volvemos a variable continuamente porque este é o único xeito de obter o mellor rendemento de aceleración con este sistema (o ordenador, polo tanto, rexeita para cambiar de marcha para unha aceleración máxima).

Polo tanto, este modo úsase máis para a freada do motor descendente que para a condución deportiva.

Corolla Hybrid 2.0 0-100 e velocidade máxima

Isto é o que realmente parece. Desafortunadamente, a plena carga, perdemos o modo secuencial e xa non sentimos as marchas.

Varias versións?

Ademais das distintas xeracións, o sistema THS / HSD / MSHS aplicado a Toyota e Lexus ten dúas variantes principais. A primeira e máis común é a versión transversal, que hoxe está plasmada no Aisin AWFHT15 (a principios dos anos 90 chamábase THS para o Toyota Hybrid System. Agora é HSD para o Hybrid Synergy Drive). Vén en dous modelos máis ou menos compactos: Prius / NX / C-HR (máis grande), corola e Yaris (pequeno).

Aquí tes unha transmisión HSD máis moderna (Prius 4) desde versións transversais (agora hai dous tamaños diferentes, aquí está o máis grande). É moito máis compacto que a variante que podes ver a continuación (non a que está xusto debaixo da lonxitudinal, incluso debaixo...)

Toyota Prius IV 2016 1.8 Aceleración híbrida 0-180 km / h

Prius 4 ao máximo, aquí está o famoso efecto de cambio continuo producido pola combinación de motores / xeradores eléctricos, un motor térmico e un tren planetario central.

Despois vén o MSHS para o sistema híbrido de varias etapas (do que realmente non teño que falar aquí ... Pero como funciona de xeito idéntico, tamén vén de Aisin e está deseñado para o grupo Toyota ...) importante. un dispositivo máis grande que precisa colocarse lonxitudinalmente e que nesta ocasión pode xerar engrenaxes reais, dos cales hai 10 (4 engrenaxes reais nunha caixa e unha combinación de motores eléctricos dun xeito intelixente para acadar 10. En total, non un múltiplo de 4, pero isto non importa).

En realidade hai dúas versións: AWRHT25 e AWRHM50 (MSHS, que ten 10 informes).

A versión lonxitudinal moito máis prestixiosa (aquí AWRHM50) está pensada principalmente para Lexus (poucos Toyota teñen un motor nese sentido). Hai dúas versións, unha delas pode xerar ata 10 informes reais.

2016 Lexus IS300h 0-100km / hy modos de condución (eco, normal, deportivo)

Volve ao minuto 1:00 para ver como AWFHT15 pode xerar informes. Curiosamente, os famosos "saltos de velocidade" xa non se senten cando o motor está completamente cargado ... Isto débese a que o dispositivo é máis eficiente (cronógrafo) no modo de variador, polo que a carga completa induce un modo de variación continua normal.

Como funciona un híbrido Toyota?

Entón, cal é o principio básico do dispositivo híbrido HSD? Se tiveramos que resumir isto aproximadamente, poderiamos falar dun motor térmico que funciona con dous motores / xeradores (o motor eléctrico sempre é reversible) e cuxos diferentes torques (de cada motor) están controlados e controlados polo tren planetario central, pero tamén a intensidade eléctrica (e dirección da electricidade) controlada por un distribuidor de enerxía ("inversor" en inglés). A engrenaxe de redución (caixa de cambios CVT) está controlada electrónicamente, facendo que o motor MG1 funcione dun xeito específico, así como a través dunha engrenaxe planetaria central, que permite combinar múltiples potencias para producir unha.

O motor pódese desacoplar completamente das rodas, así como a través do accionamento planetario ...

En resumo, aínda que queiramos simplificar, entendemos que non será tan doado asimilarse, polo que nos centraremos nos principios básicos. Non obstante, púxenlle un vídeo en inglés que detalla os detalles, polo que se queres avanzalo, deberías poder facelo (con motivación e neuronas saudables, por suposto).

Aquí tes o Prius 2, que é menos compacto que o que che mostrei máis arriba. Vexa como resaltaron o compresor de aire acondicionado (azul á esquerda do motor). De feito, a diferenza de calquera máquina "normal", é accionada por un motor eléctrico. As rodas están conectadas a unha cadea que se pode ver na sección central á dereita (xusto no medio do variador electrónico).

variador electrónico preto

No perfil, vemos unha das suspensións das rodas conectadas á cadea a través dun diferencial.

Varios modos de funcionamento

Vexamos os diferentes modos de funcionamento dun dispositivo e, polo camiño, por que se considera serie/paralelo, mentres que normalmente un sistema híbrido é un ou outro. A enxeñosa forma en que está deseñado HSD permite ambos, e iso tamén o fai un pouco complicado...

Dispositivo Toyota HSD: detalles e arquitectura

Aquí tes unha arquitectura de dispositivos HSD multicolor simplificada para axudarche a establecer conexións entre compoñentes.

O diagrama está ao revés en comparación coa foto de arriba porque está tomado desde un ángulo diferente... Eu tomei o diagrama do Prius 2 e por iso aquí hai unha cadea, as versións máis modernas non a teñen, pero o principio non cambia. en calquera dos casos (sexa cadea, eixe ou engrenaxe é o mesmo.

Aquí está o mecanismo con máis detalle, porque hai que entender que o embrague se obtén aquí debido á forza electromagnética entre o rotor e o estator MG1.

MG1 está conectado ao motor a través dun conxunto de engrenaxes planetarias (verde) dun conxunto de engrenaxes planetarias. É dicir, para xirar o rotor MG1 (sección central), o motor térmico pasa por unha engrenaxe planetaria. Resaltei este tren e motor nunha cor para que poidamos ver claramente a súa conexión física. Ademais, e non está resaltado no diagrama, o satélite verde e a engrenaxe central azul MG1 están físicamente ben conectados (hai un oco entre eles), así como a coroa (o bordo do tren). e o satélite verde do motor térmico.

MG2 está conectado directamente ás rodas a través dunha cadea, pero tamén acciona a engrenaxe planetaria externa da engrenaxe planetaria central (a coroa é azul escuro, escollín a mesma cor para alargar a engrenaxe planetaria para que poidamos ver claramente que está conectada a MG2 ) ...

Aquí está a engrenaxe planetaria na parte dianteira, non de perfil no diagrama anterior, podemos ver mellor as conexións entre as distintas engrenaxes asociadas a MG1, MG2 e ICE.

A dificultade reside en comprender o principio do tren planetario, sabendo que os movementos internos non coinciden dependendo dos modos de movemento, senón tamén da velocidade ...

Non hai embrague?

A diferenza de todas as outras transmisións, o HSD non precisa un embrague nin un convertedor de par (por exemplo, un CVT precisa un convertedor de par). Aquí é onde a forza electromagnética une as rodas ao motor a través do tren planetario grazas a MG1. Entón son o rotor e o estator deste último (MG1) os que crean o efecto da fricción: cando xiras o motor eléctrico a man, xorde a resistencia, e é o último que usamos aquí como embrague.

É aínda mellor cando, durante a fricción (a diferenza de velocidade entre o estator e o rotor, polo tanto entre o motor e as rodas), se xera electricidade. E esa electricidade gardarase na batería.

É por iso que se considera que o sistema HSD é moi intelixente porque proporciona unha mínima perda de enerxía ao recuperar enerxía no momento do rozamento. No embrague clásico, perdemos esta enerxía por calor, aquí convértese en electricidade, que restauramos na batería.

Así, tampouco hai desgaste mecánico, xa que non hai contacto físico entre o rotor e o estator.

Cando está parado, o motor pode funcionar sen parar porque as rodas non bloquean o motor (o que pasaría se parásemos nunha transmisión manual sen apagalo). A engrenaxe solar azul (tamén chamada ralentí) é libre, polo que separa as rodas do motor (de aí as engrenaxes planetarias da coroa verde). Por outra banda, se a engrenaxe solar empeza a recibir par, unirá as engrenaxes verdes á coroa e entón as rodas comezarán a xirar gradualmente (fricción electromagnética).

Se o equipo solar está libre, a forza non se pode transmitir á coroa.

Mentres o rotor xira, créase rozamento no estator, o que provoca o par, e este torco transmítese á engrenaxe solar, que se bloquea e ata xira eventualmente na outra dirección. Como resultado, créase unha conexión entre o eixe do motor no centro e a engrenaxe anular na periferia (engrenaxe = rodas). Ten en conta que o dispositivo tamén serve para parar e arrancar: cando queres arrancar, abonda con bloquear brevemente a engrenaxe solar para que o motor térmico do motor de combustión reciba un par de MG2 conectado á roda motriz (isto arrítao coma un arrancador) Clásico).

Entón, para resumilo:

• Cando está parado, o motor pode xirar porque non se establece o enlace entre o eixo do motor e o engranaje anular: o engrenaxe solar é libre (aínda que o Prius xeralmente apágase cando está parado para aforrar combustible)
• Ao aumentar a velocidade do motor, o rotor xira o suficientemente rápido como para xerar unha forza electromagnética, que despois transmite o par á engrenaxe solar: creando unha conexión entre o eixe do motor e a engrenaxe anular.
• Cando se realiza a conexión, as velocidades do eixe do motor e da roda anular son iguais
• Cando a velocidade das rodas é máis rápida que o do motor, a engrenaxe solar comeza a xirar na outra dirección para cambiar a relación de transmisión (despois de que todo estea bloqueado, comeza a "rolar" para aumentar aínda máis a velocidade do sistema). Pola contra, pódese dicir que, ao recibir un par, o engrenaxe solar non só conecta os eixes do motor e a roda motriz, senón que tamén fai que se aceleren posteriormente (non só os freos "resiste", senón que tamén fai que xiren no seguinte xeito)

Modo 100% eléctrico

Aquí non xogan un papel especial os motores ICE (térmicos) e MG1, é o MG2 o que fai xirar as rodas debido á electricidade obtida da batería (de aí a enerxía derivada da química). E aínda que MG2 xire o rotor de MG1, non afecta ao motor térmico ICE e, polo tanto, non hai ningunha resistencia que nos preocupe.

Modo de carga cando está parado

Aquí funciona un motor térmico que xira MG1 a través dun tren planetario. Deste xeito, a electricidade xérase e envíase ao distribuidor de enerxía, que dirixe a electricidade só á batería.

Modo de recuperación de enerxía

Este é o famoso modo "B" (freada rexenerativa), que se pode ver na perilla de engrenaxe (cando o empurra, hai máis freada do motor asociada á recuperación de enerxía cinética MG2, a resistencia é electromagnética). A inercia / enerxía cinética procede das rodas e, polo tanto, viaxa a MG2 a través das engrenaxes mecánicas e da cadea. Dado que o motor eléctrico pode ser reversible, xerará corrente eléctrica: se envio zume ao motor eléctrico, acenderase, se xiro o motor eléctrico parado a man, producirá electricidade.

Esta corrente eléctrica é recuperada polo distribuidor para enviala á batería, que logo se recargará.

Os motores eléctricos e térmicos funcionan xuntos

A unha velocidade estable e a unha boa velocidade, é dicir, a maioría das veces, as rodas serán accionadas pola potencia dos motores eléctricos (MG2) e térmicos.

O motor térmico ICE acciona a engrenaxe planetaria, que xera electricidade en MG1. Isto tamén transferirá a forza mecánica ás rodas xa que a engrenaxe planetaria tamén está conectada a elas.

Aquí é onde as dificultades poden chegar a ser limitantes, porque dependendo da velocidade de rotación do engranaje planetario non será o mesmo (en particular, a dirección de certas velocidades).

Unha caixa de cambios ao estilo CVT (cambio continuo e progresivo como nos scooters) créase pola interacción das tensións entre os motores (grazas ao efecto magnético causado polo zume que pasa polas bobinas: un campo electromagnético inducido), así como a engrenaxe planetaria . que recibe o poder de varias canles. Moita sorte para facelo ben ao alcance dos teus dedos, aínda que o vídeo que poño á túa disposición che permita facelo.

Potencia máxima

Este é un pouco como o parágrafo anterior, agás que aquí tamén estamos tomando a enerxía eléctrica que pode proporcionar a batería, polo que MG2 se beneficia diso.

Aquí está a versión actual do Prius 4:

Versión enchufable / recargable?

A opción de batería recargable, permitindo 50 km nun vehículo totalmente eléctrico, é só instalar unha batería máis grande e instalar un dispositivo que permita conectar a batería ao sector.

Primeiro tes que pasar polo distribuidor de enerxía e o inversor para xestionar a diferenza de potencia e os distintos tipos de zume: CA, CC, etc.

Versión HSD 4X4?

Como debes saber, existe unha versión 4X4 no Rav4 e NX 300H e está deseñada para ser engadida ao eixo traseiro, do mesmo xeito que E-Tense e HYbrid / HYbrid4 de PSA. Así, é un ordenador que garante a potencia constante das rodas dos eixes dianteiro e traseiro, que, polo tanto, non teñen conexión física.

Por que serie / paralelo?

O dispositivo chámase serie/paralelo porque se chama "serie" cando estás en modo 100% eléctrico. Polo tanto, traballamos do mesmo xeito que o BMW i3, o motor térmico é un xerador de corrente que alimenta a batería, que por si mesma move o coche. De feito, con este método de funcionamento, o motor está completamente desconectado das rodas.

Tamén se di paralelo cando o motor está conectado ás rodas a través dun dispositivo planetario. E isto chámase compilación por lotes (consulte aquí varias compilacións).

Fai Toyota demasiado co seu sistema?

Ao final deste artigo, gustaríame dicir unha pequena tirada. De feito, Toyota fala moito do seu híbrido enchufable, e iso é completamente comprensible e legal. Non obstante, paréceme que en dous aspectos a marca foi demasiado lonxe. O primeiro é idealizar a tecnoloxía, dando a entender que de algún xeito salvará o planeta e que, en esencia, a marca está a iniciar unha revolución que nos salvará a todos. Por suposto, reduce o consumo de combustible, pero tampouco debemos ser caricaturizados; un monovolume diésel non hibridado funciona case o mesmo, por non dicir mellor, ás veces.

Por iso, Toyota está a aproveitar o actual contexto anti-diésel para engadir unha capa que creo que está un pouco embelecida no límite da súa manipulación, aquí está unha:

Anuncio de televisión - Gama híbrida - Escollemos híbrido

Despois hai un problema de conexión. A marca xaponesa basea gran parte das súas comunicacións no feito de que o coche non necesita ser recargado da rede eléctrica, coma se fose unha vantaxe tecnolóxica sobre a competencia. En realidade, isto é un pouco enganoso xa que é máis unha desvantaxe que calquera outra cousa ... Os coches híbridos que se poden cobrar non o teñen que facer absolutamente, esta é unha opción que se ofrece ademais do seu propietario. Entón, a marca consegue deixar pasar un dos defectos como vantaxe, e iso segue sendo forte, non si? Irónicamente, Toyota vende versións complementarias do seu Prius, e deberían ser mellores ... Aquí tes un dos anuncios publicitarios:

Non necesitas recargalo? Pola contra, direi: "delgado, non hai forma de facelo ..."

Avanzar ?

Para ir máis alá, suxiro que estude detidamente este vídeo que, por desgraza, só está en inglés. A explicación faise por etapas para facela o máis sinxela e directa posible.