Hibrit Sinerji Sürücüsü - Hybrid Synergy Drive

HSD logosu

Toyota Hybrid System II olarak da bilinen Hybrid Synergy Drive ( HSD ), Toyota ve Lexus markalı araçlarda kullanılan hibrit araba aktarma organları teknolojisi için Toyota Motor Corporation'ın markasıdır . İlk tanıtılan Prius , teknoloji diğer bazı Toyota ve Lexus araçlarda bir seçenektir ve elektrikli tahrik sistemi için adapte edilmiş hidrojen Destekli Mirai ve için plug-in hibrid versiyonu Prius . Daha önce Toyota , Nissan Altima Hybrid'inde kullanılmak üzere HSD teknolojisini Nissan'a da lisanslamıştı . Parça tedarikçisi Aisin Seiki Co. , diğer otomobil şirketlerine benzer hibrit şanzımanlar sunuyor.

HSD teknolojisi, hafif hibrit olmayan ve kabul edilen diğer marka hibritlerin çoğunun aksine, otomobilin yalnızca elektrik motoruyla çalışmasına izin veren tam bir hibrit araç üretir . HSD ayrıca bir elektrikli tahrik ile sürekli değişken bir şanzımana benzer şekilde çalışan bir planet dişli setini birleştirir . Synergy Drive, motor ve motor kontrolleri arasında doğrudan mekanik bağlantı olmayan, kablolu bir sistemdir: bir HSD otomobilindeki hem gaz pedalı/gaz pedalı hem de vites kolu yalnızca bir kontrol bilgisayarına elektrik sinyalleri gönderir .

LHD logosu

HSD, 1997 ila 2003 Toyota Prius'ta kullanılan orijinal Toyota Hibrit Sisteminin ( THS ) geliştirilmiş halidir. İkinci nesil sistem ilk olarak 2004 yılında yeniden tasarlanan Prius'ta ortaya çıktı. Toyota markası dışındaki araçlarda kullanılması beklentisiyle adı değiştirildi ( Lexus ; Lexus araçlarında kullanılan HSD türevli sistemler Lexus Hybrid Drive olarak adlandırıldı ), uygulandı. 2006 Camry ve Highlander'da ve sonunda 2010 "üçüncü nesil" Prius'ta ve 2012 Prius c'de uygulanacaktı . Toyota Hibrit Sistemi, artırılmış güç ve verimlilik ve ayrıca geliştirilmiş "ölçeklenebilirlik" (daha büyük ve daha küçük araçlara uyarlanabilirlik) için tasarlanmıştır; burada ICE/MG1 ve MG2, ayrı azaltma yollarına sahiptir ve bir "bileşik" içinde birleştirilir. nihai redüksiyon dişli takımına ve diferansiyele bağlı dişli; dört tekerlekten çekişli ve arkadan çekişli Lexus modellerinde tanıtıldı . Mayıs 2007'ye kadar Toyota dünya çapında bir milyon hibrit satmıştı; Ağustos 2009 sonuna kadar iki milyon; ve Mart 2013'te 5 milyon sınırını geçti. Eylül 2014 itibariyle, dünya çapında 7 milyondan fazla Lexus ve Toyota hibrit satıldı. Amerika Birleşik Devletleri, Mart 2013 itibariyle TMC küresel hibrit satışlarının %38'ini oluşturuyordu.

Prensip

Erken HSD'li Toyota 1NZ-FXE motoru (solda), bölümlere ayrılmış ve vurgulanmış (sağda). Nesil 1/Nesil 2, zincirleme, ICE-MG1-MG2 Güç Bölmeli Aygıt HSD'si gösterilmektedir.

Toyota 'HSD sistemi normal dişli değiştirir iletim bir ile elektromekanik sistemde. Bir içten yanmalı motor (ICE), gücü en verimli şekilde küçük bir hız aralığında sağlar, ancak tekerleklerin aracın tam hız aralığında sürülmesi gerekir. Geleneksel bir otomobilde dişli şanzıman , tekerleklere farklı ayrı motor hızı-tork gücü gereksinimleri sağlar. Dişli şanzımanlar manuel, debriyajlı veya tork konvertörlü otomatik olabilir , ancak her ikisi de motorun ve tekerleklerin farklı hızlarda dönmesine izin verir. Sürücü, gaz pedalı ile motor tarafından sağlanan hızı ve torku ayarlayabilir ve şanzıman, mevcut gücün neredeyse tamamını, motordan farklı bir hızda dönen tekerleklere, mevcut dişli oranına eşit bir faktörle mekanik olarak iletir. seçilen vites Bununla birlikte, sürücünün seçebileceği sınırlı sayıda "vites" veya vites oranı vardır, tipik olarak dört ila altı. Bu sınırlı dişli oranı seti, motor krank milini , ICE'nin daha az verimli olduğu, yani bir litre yakıtın daha az joule ürettiği hızlarda dönmeye zorlar . Farklı araç sürüş ve hızlanma koşulları için optimum motor hızı-tork gereksinimleri , gerçek hıza kıyasla takometre RPM oranı veya motor gürültüsü sınırlandırılarak ölçülebilir . Bir motorun geniş bir RPM aralığında verimli bir şekilde çalışması gerektiğinde, dişli bir şanzımana bağlanması nedeniyle, üreticilerin motor verimliliğini , güvenilirliğini veya ömrünü artırmanın yanı sıra motorun boyutunu veya ağırlığını azaltma seçenekleri sınırlıdır. . Bu nedenle, bir motor jeneratörünün motoru , bir otomobil veya diğer değişken hızlı uygulamalar için tasarlanandan genellikle çok daha küçük, daha verimli, daha güvenilir ve daha uzun ömürlüdür.

Bununla birlikte, sürekli değişken bir şanzıman, sürücünün (veya otomobil bilgisayarının), istenen herhangi bir hız veya güç için gereken optimum vites oranını etkin bir şekilde seçmesine izin verir. Şanzıman, sabit bir vites seti ile sınırlı değildir. Bu kısıtlama eksikliği, motoru optimum frene özgü yakıt tüketiminde çalışması için serbest bırakır . Bir HSD aracı, aküleri şarj etmek veya arabayı hızlandırmak için güce ihtiyaç duyulduğunda, tipik olarak motoru optimum verimliliğinde çalıştıracak ve daha az güç gerektiğinde motoru tamamen kapatacaktır.

Bir CVT gibi , bir HSD şanzıman , motor devrini korumak için motor ve tekerlekler arasındaki etkin dişli oranını sürekli olarak ayarlarken tekerlekler hızlanma sırasında dönme hızlarını arttırır. Bu nedenle Toyota, standart özellik listeleri veya düzenleyici amaçlar için şanzıman tipini sınıflandırmak gerektiğinde HSD donanımlı araçları bir e-CVT'ye ( elektronik sürekli değişken şanzıman ) sahip olarak tanımlar .

Güç akışları

Geleneksel bir otomobil tasarımında, entegre doğrultuculu (DC jeneratör) ve marşlı (DC motor) ayrı olarak uyarılan alternatör, normalde aracı hareket ettiren tekerleklere güç sağlamak için bir şanzımanı çalıştıran içten yanmalı motora (ICE) bağlı aksesuarlar olarak kabul edilir. Akü yalnızca otomobilin içten yanmalı motorunu çalıştırmak ve motor çalışmıyorken aksesuarları çalıştırmak için kullanılır. Alternatör, motor çalışırken aküyü şarj etmek ve aksesuarları çalıştırmak için kullanılır.

HSD sistemi, dişli şanzıman, alternatör ve marş motorunu aşağıdakilerle değiştirir:

  • MG1 , ICE'yi çalıştırırken motor olarak ve yüksek voltajlı pili şarj ederken bir jeneratör (alternatör) olarak kullanılan, sabit mıknatıslı rotora sahip bir AC motor-jeneratör
  • Bir AC motor-jeneratör olan MG2 , aynı zamanda sabit mıknatıslı rotora sahip olup, birincil tahrik motoru olarak ve bir jeneratör (alternatör) olarak kullanılır, bu rejenerasyon gücü yüksek voltajlı aküye yönlendirilir. MG2 genellikle iki motor jeneratöründen daha güçlü olanıdır.
  • Üç DC-AC invertör ve iki DC-DC dönüştürücü dahil güç elektroniği
  • Bilgisayarlı kontrol sistemi ve sensörler
  • HVB , yüksek voltajlı bir akü , hızlanma sırasında elektrik enerjisi sağlar ve rejenerasyon frenlemesi sırasında elektrik enerjisini batırır

Seri-paralel tam hibritin HSD sistemi, güç ayırıcı aracılığıyla aşağıdaki akıllı güç akışlarına izin verir:

  • Yardımcı güç
    • HVB -> DC-DC dönüştürücü -> 12VDC pil
    • 12VDC akü -> Çeşitli standart ve otomatik enerji tasarruflu yardımcı fonksiyonlar
  • Motor şarjı (Şarj etme ve/veya ısıtma katalitik konvertörü ve/veya iç konfor HVAC)
    • BUZ -> MG1 -> HVB
  • Pil veya EV sürücüsü
    • HVB -> MG2 -> tekerlekler
  • Motor ve motor tahriki (Orta hızlanma)
    • BUZ -> tekerlekler
    • BUZ -> MG1 -> MG2 -> tekerlekler
  • Şarjlı motor tahriki (Otoyol sürüşü)
    • BUZ -> tekerlekler
    • BUZ -> MG1 -> HVB
  • Şarjlı motor ve motor tahriki (Dik yokuşlar gibi ağır güç durumu)
    • BUZ -> tekerlekler
    • BUZ -> MG1 -> HVB
    • BUZ -> MG1 -> MG2 -> tekerlekler
  • Tam güç veya kademeli yavaşlama (Maksimum güç durumları)
    • BUZ -> tekerlekler
    • BUZ -> MG1 -> MG2 -> tekerlekler
    • HVB -> MG2 -> tekerlekler
  • B modu frenleme
    • Tekerlekler -> MG2 ->HVB
    • Tekerlekler -> MG1 -> ICE (ECU - Elektronik Kontrol Ünitesi - aküyü boşaltan ICE'yi döndürmek için MG1'i kullanır - MG2'den daha fazla şarj sağlar ve ayrıca ICE'yi tekerleklere bağlayarak "motor frenine" neden olur; HVB'nin şarj seviyesi düştüğünde ICE RPM artar MG2'den gelen regen elektriği kabul etmek için çok fazla veya sürücünün fren pedalına basması nedeniyle artan çaba)
  • rejeneratif frenleme
    • tekerlekler -> MG2 -> HVB
  • Sert frenleme
    • Ön disk/arka tambur (İngiltere'de arka disk) -> tekerlekler
    • Tüm diskler -> tekerlekler (2010 ve daha yenisi, ön diski, arka tamburu kullanan 2012 güncel Prius c hariç).
Prius NHW11 "Klasik" güç elektroniği

MG1 ve MG2

  • MG1 (Birincil motor-jeneratör): ICE'yi başlatmak için bir motor ve MG2 için elektrik gücü üretmek ve yüksek voltajlı çekiş aküsünü yeniden şarj etmek için bir jeneratör ve bir DC-DC dönüştürücü aracılığıyla 12 voltluk yardımcı pili yeniden şarj etmek için bir jeneratör . (MG1 mekanik tork ve hız değiştirilmesiyle) üretilen elektrik enerjisinin, MG1 etkili bir şekilde kontrol eden miktarını düzenleyerek vitesi 's sürekli değişken transmisyon .
  • MG2 (İkincil motor jeneratörü): Aracı frenlerken tekerlekleri hareket ettirir ve HV akü enerji depolaması için güç üretir. MG2, tekerlekleri motor tahrikli MG1 ve/veya HVB tarafından üretilen elektrik gücüyle çalıştırır. Rejeneratif frenleme sırasında, MG2 bir jeneratör görevi görerek kinetik enerjiyi elektrik enerjisine çevirerek bu elektrik enerjisini aküde depolar.

Aktarma

Geç Toyota HSD, kesitli ve vurgulanmış. 3. Nesil, zincirsiz, ICE-MG1 Power Split Device/MG2 Motor Speed ​​Reduction Device HSD gösterilmektedir. Bu, 2012– Prius c'den bir P510 transakstır; 2010–2015 Prius'tan bir P410 transaks benzerdir, ancak fiziksel olarak daha büyüktür; 2016 – Prius'tan 4. Nesil P610 transaks, uçtan uca motorlar yerine yan yana motorlar uygulayarak P410'dan 47 mm daha dardır.

Sistemin mekanik dişli tasarımı, ICE'den gelen mekanik gücün üç şekilde bölünmesine izin verir: tekerleklerde ekstra tork (sabit dönüş hızı altında), tekerleklerde ekstra dönüş hızı (sabit tork altında) ve bir elektrik jeneratörü için güç . Uygun programları çalıştıran bir bilgisayar sistemleri kontrol eder ve farklı motor + motor kaynaklarından gelen güç akışını yönlendirir. Bu güç dağılımı , tork/hız dönüşümünün doğrudan mekanik dişli takımı bağlantısı yerine bir elektrik motoru kullanması dışında, sürekli değişken şanzımanın (CVT) faydalarını sağlar . Bir HSD arabası bilgisayar, güç elektroniği, pil takımı ve motor jeneratörleri olmadan çalışamaz, ancak prensipte içten yanmalı motor eksikken çalışabilir. (Bakınız: Plug-in hybrid ) Pratikte, bir benzin istasyonuna ulaşmak için acil bir önlem olarak, HSD donanımlı arabalar benzinsiz bir veya iki mil sürülebilir .

Bir HSD transaks , ön tekerleklerin ihtiyaç duyduğu şekilde motordan ve motorlardan gelen tork miktarını ayarlayan ve harmanlayan bir planet dişli takımı içerir . Dişli, elektrikli motor jeneratörleri ve bilgisayar kontrollü elektronik kontrollerin sofistike ve karmaşık bir kombinasyonudur. Motor jeneratörlerinden biri olan MG2, çıkış miline bağlıdır ve böylece tahrik millerinin içine veya dışına torku birleştirir; MG2'ye elektrik beslemesi, tekerleklere tork ekler. Tahrik milinin motor ucunda ikinci bir diferansiyel bulunur ; bu diferansiyelin bir ayağı içten yanmalı motora, diğer ayağı ise ikinci bir motor-jeneratör olan MG1'e bağlıdır. Diferansiyel, tekerleklerin dönüş hızını motorun ve MG1'in dönüş hızlarıyla ilişkilendirir, MG1 tekerlek ve motor hızı arasındaki farkı emmek için kullanılır. Diferansiyel, episiklik bir dişli takımıdır ("güç bölme cihazı" olarak da adlandırılır); bu ve iki motor jeneratörünün tümü, motora cıvatalı tek bir transaks mahfazasında bulunur . Özel kaplinler ve sensörler, kontrol bilgisayarına geri bildirim için her bir milin dönüş hızını ve tahrik millerindeki toplam torku izler.

1. Nesil ve 2. Nesil HSD'lerde, MG2 doğrudan halka dişliye, yani 1:1 oranında bağlanır ve tork artışı sağlamayan, oysa 3. Nesil HSD'lerde MG2, halka dişliye 2.5 ile bağlanır: 1 planet dişli takımı ve sonuç olarak 2.5:1 tork artışı sunan bu, daha küçük ama daha güçlü bir MG2 sağladığı için 3. Nesil HSD'nin birincil avantajıdır. Bununla birlikte, ikincil bir fayda, MG1'in sık sık aşırı hıza sürülmeyeceği ve aksi takdirde bu aşırı hızı azaltmak için ICE'nin kullanılmasını zorunlu kılacak olmasıdır; bu strateji, HSD performansını iyileştirmenin yanı sıra yakıt tasarrufu sağlar ve ICE'de aşınma ve yıpranma sağlar.

Yüksek voltajlı pil

İkinci nesil Toyota Prius'un yüksek voltajlı nikel-metal hidrit (NiMH) pili .

HSD sisteminde iki ana akü grubu vardır, çekiş aküsü olarak da bilinen Yüksek Voltaj (HV) akü ve yardımcı akü olarak işlev gören Alçak Voltaj (LV) akü olarak bilinen 12 voltluk kurşun asit akü. AG akü, hibrit sistem kapatıldığında ve yüksek voltajlı akü ana rölesi kapatıldığında elektronik aksamlara ve aksesuarlara güç sağlar.

Çekiş aküsü, sızdırmaz bir nikel-metal hidrit (NiMH) pil takımıdır. Birinci nesil Toyota Prius'un pil takımı, 38 modülde paketlenmiş 228 hücreden oluşurken, ikinci nesil Prius, her biri 201,6 nominal voltaj üretmek için seri olarak bağlanmış altı 1,2 volt hücre içeren 28 Panasonic prizmatik nikel metal hidrit modülünden oluşuyordu. volt. İkinci nesil Prius paketin deşarj gücü özelliği yaklaşık 20 olan kW % 50 şarj durumuna (SoC). Güç kapasitesi daha yüksek sıcaklıklarda artar ve daha düşük sıcaklıklarda azalır. Prius, yalnızca pili optimum sıcaklıkta ve optimum şarj seviyesinde tutmaya adanmış bir bilgisayara sahiptir.

İkinci nesil Prius gibi, üçüncü nesil Prius pil takımı da aynı tip 1.2 volt hücrelerden oluşur. Sadece 201,6 volt toplam nominal voltaj için 6 hücreli 28 modüle sahiptir. MG1 ve MG2 invertörleri için 500 volt DC besleme gerilimi üretmek için bir boost dönüştürücü kullanılır. Aracın elektroniği, pil ömrünü uzatmak için pil takımının toplam nominal kapasitesinin (6,5 amper-saat) yalnızca %40'ının kullanılmasına izin verir. Sonuç olarak, SoC'nin, nominal tam şarjın yalnızca %40 ila %80'i arasında değişmesine izin verilir. Kullanılan pil dağlı Hibrid ve 400h 288 volt yüksek gerilim vermek 240 hücreleri ile farklı metal pil kabı içinde ambalajlandı.

2012 Toyota Camry hybrid'deki EV modu düğmesi .

"EV" etiketli bir düğme , güç verildikten sonra ve çekiş aküsünün yeterli şarjı varsa, çoğu düşük yük koşulunda 40 km/s'den daha düşük bir hızda elektrikli araç modunu korur . Bu, 1,6 km'ye kadar yakıt tüketimi olmadan tamamen elektrikli sürüşe izin verir . Ancak HSD yazılımı, mümkün olduğunda otomatik olarak EV moduna geçer. Yalnızca Toyota Prius Plug-in Hybrid , karma kullanımda elektrikli benzinle 11 mil (18 km) ( EPA derecesi) olan ve pil bitene kadar daha uzun bir tamamen elektrikli sürüş menziline sahiptir . Prius PHEV 4.4 ile donatılmış olan kWh lityum iyon pil ile gelişmiş eş Panasonic ile karşılaştırıldığında 80 kg (180 lb) ağırlığında nikel-metal hidrit pil bir üçüncü nesil Prius'la sadece 1,3 kWh kapasiteye sahiptir, ve ağırlığında 42 kg (93 lb). Daha büyük pil takımı, geleneksel Prius hibritten daha yüksek hızlarda ve daha uzun mesafelerde tamamen elektrikli çalışmayı sağlar.

Aşağıdaki tablo, birkaç Lexus ve Toyota aracı için HV akü kapasitesini detaylandırmaktadır.

Araç Model
Yılı		 Pil
Kapasitesi
( kWh )		 Pil Türü Pil Şarj Sınırı
( kW )		 Akü Deşarj Limiti
( kW )
Lexus CT 200 saat 2011 1.3 NiMH
Lexus ES 300 saat 2013 1.6 NiMH
Lexus GS 450h 2013 1.9 NiMH
Lexus IS 300 saat 2013 1.6 NiMH -28,5 24
Lexus LC 500h 2018 1.1 li-iyon
Lexus LS 600h L 2008 1.9 NiMH
Lexus RX 450 saat 2014 1.9 NiMH
Toyota Avalon Hibrit 2013 1.6 NiMH
Toyota Auris Hibrit 2014 1.3 NiMH -25 21
Toyota Camry Hibrit 2014 1.6 NiMH -27 25,5
Toyota Camry Hibrit 2018 1.6 / 1.0 NiMH / Li-iyon
Toyota C-HR Hibrit 2016 1.3 NiMH -31,9 21
Toyota Corolla Hibrit 2019 1.4 / 0.75 NiMH / Li-iyon
Toyota Highlander Hibrit 2014 1.9 NiMH
Toyota Mirai ( FCV ) 2015 1.6 NiMH
Toyota Prius 2010 1.3 NiMH -25 21
Toyota Prius 2016 1.2 / 0.75 NiMH / Li-iyon -31,9 21
Toyota Prius c 2014 0.9 NiMH
Toyota Prius v 2014 1.3 / 1.0 NiMH / Li-iyon
Toyota Prius PHV 2014 4.4 li-iyon
Toyota Prius Prime 2016 8.8 li-iyon
Toyota RAV4 2015 1.6 NiMH -27 25,5
Toyota RAV4 2019 1.6 NiMH
Toyota RAV4 Prime 2020 18.1 li-iyon
Toyota Yaris Hibrit 2014 0.9 NiMH
Toyota Yaris Hibrit 2020 0.76 li-iyon -35 20

Operasyon

HSD sürücüsü, içten yanmalı motordaki yükü eşitlemek için iki motor jeneratörü arasındaki elektrik gücünü aktararak, pil paketini çalıştırarak çalışır. Hızlı hızlanma periyotları için elektrik motorlarından bir güç artışı mevcut olduğundan, ICE, hızlı hızlanma için en yüksek güç taleplerine göre boyutlandırılmak yerine, yalnızca arabadaki ortalama yüke uyacak şekilde küçültülebilir. Daha küçük içten yanmalı motor daha verimli çalışacak şekilde tasarlanabilir. Ayrıca, normal çalışma sırasında motor, sürücü tarafından talep edilen talebi dengelemek için uygun şekilde güç emen veya sağlayan pil paketi ile güç, ekonomi veya emisyonlar için ideal hız ve tork seviyesinde veya yakınında çalıştırılabilir . Trafik duruşları sırasında içten yanmalı motor daha da fazla ekonomi için kapatılabilir.

Verimli araba tasarımı, rejeneratif frenleme, trafik duraklarında motoru durdurma, önemli miktarda elektrik enerjisi depolama ve verimli içten yanmalı motor tasarımının birleşimi, HSD ile çalışan araca özellikle şehir içi sürüşte önemli verimlilik avantajları sağlar.

operasyon aşamaları

Tipik bir Hybrid Synergy Drive konfigürasyonu

HSD, hıza ve talep edilen torka bağlı olarak farklı aşamalarda çalışır. İşte bunlardan birkaçı:

  • Akü şarjı : HSD, motoru çalıştırarak ve MG1'den elektrik gücü çekerek, aracı hareket ettirmeden aküsünü şarj edebilir. Güç aküye aktarılır ve tekerleklere tork verilmez. Yerleşik bilgisayar bunu gerektiğinde, örneğin trafikte durduğunda veya soğuk çalıştırmadan sonra motoru ve katalitik konvertörü ısıtmak için yapar.
  • Motor çalıştırma : Motoru çalıştırmak için, marş motoru görevi görmesi için MG1'e güç uygulanır. Motor jeneratörlerinin boyutu nedeniyle, motorun çalıştırılması nispeten hızlıdır ve MG1'den nispeten daha az güç gerektirir. Ek olarak, geleneksel marş motoru sesi duyulmaz. Dururken veya hareket ederken motor çalıştırılabilir.
  • Geri vites (eşdeğeri) : Geleneksel bir vites kutusunda olduğu gibi geri vites yoktur: bilgisayar, faz sırasını AC motor-jeneratör MG2'ye ters çevirir ve tekerleklere negatif tork uygular. İlk modeller bazı durumlar için yeterli tork sağlamadı: İlk Prius sahiplerinin arabayı San Francisco'daki dik yokuşlarda geri alamadığına dair raporlar var . Sorun son modellerde düzeltildi. Akü zayıfsa, sistem aynı anda motoru çalıştırabilir ve MG1'den güç çekebilir, ancak bu, tekerleklerdeki mevcut ters torku azaltacaktır.
  • Nötr vites (eşdeğeri) : Çoğu yargı bölgesi, otomotiv şanzımanlarının motoru ve şanzımanı birbirinden ayıran nötr bir vitese sahip olmasını gerektirir. HSD "nötr dişli", elektrik motorlarının kapatılmasıyla elde edilir. Bu durumda, planet dişli sabittir (araç tekerlekleri dönmüyorsa); araç tekerlekleri dönüyorsa, halka dişli döner ve güneş dişlisinin de dönmesine neden olur (hız yüksek olmadığı sürece motor ataleti taşıyıcı dişliyi sabit tutar), piller şarj olmazken MG1 serbestçe döner . Kullanıcı el kitabı, Nötr vitesin sonunda aküyü boşaltacağı ve aküleri yeniden şarj etmek için "gereksiz" motor gücüyle sonuçlanacağı konusunda uyarıyor; boşalmış bir akü, aracı çalışmaz hale getirir.
Lexus Hibrit Sürücü
  • EV çalışması : Düşük hızlarda ve orta torklarda HSD, içten yanmalı motoru hiç çalıştırmadan çalışabilir: elektrik yalnızca MG2'ye sağlanır, bu da MG1'in serbestçe dönmesine izin verir (ve böylece motoru tekerleklerden ayırır). Bu, halk arasında "Gizli Mod" olarak bilinir. Yeterli pil gücü olması koşuluyla, araç bu sessiz modda benzinsiz bile birkaç kilometre sürülebilir.
  • Düşük vites (eşdeğeri) : Normal çalışmada düşük hızlarda hızlanırken, motor tekerleklerden daha hızlı döner ancak yeterli tork geliştirmez. Ekstra motor devri, jeneratör görevi gören MG1'e beslenir. MG1'in çıkışı, bir motor görevi görerek ve tahrik miline tork ekleyerek MG2'ye beslenir.
  • Yüksek vites (eşdeğeri) : Yüksek hızda seyrederken motor tekerleklerden daha yavaş döner ancak gerekenden daha fazla tork geliştirir. MG2 daha sonra fazla motor torkunu gidermek için bir jeneratör olarak çalışır ve tekerlek hızını artırmak için bir motor görevi gören MG1'e beslenen güç üretir. Sabit durumda, motor bunu sağlayamadığı sürece (ağır hızlanma sırasında veya yüksek hızda dik bir yokuş çıkarken olduğu gibi) arabayı itmek için gereken tüm gücü sağlar. Bu durumda, pil farkı sağlar. Gerekli tahrik gücü her değiştiğinde, akü güç bütçesini hızla dengeler ve motorun gücü nispeten yavaş değiştirmesine izin verir.
  • Rejeneratif frenleme : MG2'den güç çekerek ve bunu pil takımına aktararak, HSD normal motor frenlemesinin yavaşlamasını simüle edebilirve gelecekteki takviye için gücüsaklayabilir. Bir HSD sistemindeki rejeneratif frenler, normal fren yükünün önemli bir miktarını emer, bu nedenleHSD araçlarındakigeleneksel frenler , benzer kütleye sahip geleneksel bir otomobildeki frenlere kıyasla daha küçüktür ve önemli ölçüde daha uzun süre dayanır.
  • Motor freni : HSD sistemi,yokuşlarda motor freni sağlayangeleneksel otomatik şanzımanın 'L' ayarınınyerini alan 'B' (Fren için) etiketli özel bir şanzıman ayarına sahiptir. Bu, rejeneratif frenleme yerine manuel olarak seçilebilir. Frenleme sırasında, akü potansiyel olarak zarar verici yüksek şarj seviyelerine yaklaştığında, elektronik kontrol sistemi otomatik olarak geleneksel motor frenine geçer, gücü MG2'den çeker ve MG1'e yönlendirir, enerjiyi emmek ve aracı yavaşlatmak için gaz kelebeği kapalıyken motoru hızlandırır.
  • Elektrik takviyesi : Pil takımı, sürücünün ve yolun talep ettiği tork ve hızda çalışmak yerine, bilgisayarın motordaki talebi önceden belirlenmiş bir optimal yük eğrisine uydurmasını sağlayan bir enerji deposu sağlar. Bilgisayar, gerektiğinde ekstra enerjiyi emme veya motor gücünü artırmak için fazladan enerji sağlama kapasitesine sahip olacak şekilde aküde depolanan enerji seviyesini yönetir.

Verim

Toyota Prius mütevazı ivme var ama bir orta ölçekli dört kapılı sedan için son derece yüksek verimliliğe sahip: Genellikle önemli ölçüde daha iyi 40 mpg (ABD) (5.9 l / 100 km) daha kısa şehir jaunts normaldir; 55 mpg (4,3 l/100 km), özellikle mütevazı hızlarda uzun sürüşler için nadir değildir (daha uzun sürüş, motorun tamamen ısınmasını sağlar). Bu, geleneksel bir güç aktarma organına sahip benzer şekilde donatılmış dört kapılı bir sedanın yakıt verimliliğinin yaklaşık iki katıdır. Prius'un ekstra verimliliğinin tamamı HSD sisteminden kaynaklanmaz: Atkinson çevrimli motorun kendisi ayrıca , güç stroku sırasında piston sürtünmesini en aza indirmek için bir ofset krank mili aracılığıyla motor sürtünmesini en aza indirmek ve sürtünmeyi önlemek için benzersiz bir emme sistemi için özel olarak tasarlanmıştır. neden olduğu çeşitli vakum Normal karşı ( "kayıp pompalama") Otto devrinde en motorlarında. Ayrıca, Atkinson çevrimi, daha uzun güç darbesi nedeniyle, Otto'dan çevrim başına daha fazla enerji kurtarır. Atkinson çevriminin dezavantajı, özellikle düşük hızda çok daha düşük torktur; ancak HSD, MG2'den temin edilebilen muazzam düşük hızlı torka sahiptir.

Highlander Hybrid (ayrıca bazı ülkelerde Kluger olarak satılır) tekliflerde daha iyi hızlanma performansı olmayan hibrid sürüme göre. Hibrit versiyon, 0–60 mil hızdan 7,2 saniyede çıkıyor ve geleneksel versiyonun zamanından neredeyse bir saniye kısalıyor. Net güç, geleneksel 215 hp (160 kW) ile karşılaştırıldığında 268 hp (200 kW)'dir. Tüm Highlanders için maksimum hız 112 mph (180 km/s) ile sınırlıdır. 27 ve 31 mpg (8,7–7,6 l/100 km) arasında Highlander Hybrid oranları için tipik yakıt ekonomisi. Geleneksel bir Highlander, EPA tarafından 19 şehir, 25 otoyol mpg (sırasıyla 12.4 ve 9.4 l/100 km) ile derecelendirilmiştir.

HSD'nin kesit görüntüsü Not: 1. Nesil/2. Nesil, zincirleme, ICE-MG1-MG2 Güç Ayrıştırma Cihazı HSD gösterilir

HSD kilometre artışı, benzinli motorun mümkün olduğunca verimli kullanılmasına bağlıdır, bu da şunları gerektirir:

  • özellikle kış aylarında uzun sürüşler : Yolcular için iç kabinin ısıtılması HSD'nin tasarımına aykırıdır. HSD, mümkün olduğunca az atık ısı üretecek şekilde tasarlanmıştır . Geleneksel bir arabada, kışın bu atık ısı genellikle iç kabini ısıtmak için kullanılır. Prius'ta ısıtıcıyı çalıştırmak, kabinde kullanılabilir ısı üretmek için motorun çalışmaya devam etmesini gerektirir. Bu etki en çok, motor çalışırken araç durdurulduğunda klima kontrolü (ısıtıcı) kapatıldığında fark edilir. Normalde HSD kontrol sistemi gerekli olmadığı için motoru kapatacak ve jeneratör maksimum hıza ulaşana kadar tekrar çalıştırmayacaktır.
  • orta hızlanma : Hibrit otomobiller orta hızlanma sırasında ancak hızlı değilken gazı geri çekebildiğinden veya motoru tamamen kapatabildiğinden, sürüş tarzına geleneksel otomobillerden daha duyarlıdır. Ani hızlanma, motoru yüksek güç durumuna zorlarken orta düzeyde hızlanma, motoru daha düşük güçte, yüksek verimlilik durumunda tutar (akü takviyesiyle artırılır).
  • Kademeli frenleme : Rejeneratif frenler, frenleme enerjisini yeniden kullanır, ancak enerjiyi geleneksel frenler kadar hızlı ememez. Kademeli frenleme, yeniden kullanım için enerjiyi geri kazanarak kilometre performansını artırır; sert frenleme, tıpkı geleneksel bir otomobilde olduğu gibi enerjiyi ısı olarak boşa harcar. Şanzıman kontrolünde "B" (fren) seçicisinin kullanılması, geleneksel frenlerdeki ısıyı ve aşınmayı azaltmak için uzun yokuş aşağı sürüşlerde faydalıdır, ancak ek enerji geri kazanmaz. "B" harfinin sürekli kullanılması, "D"de sürüşe kıyasla "yakıt ekonomisinin azalmasına neden olabileceğinden" Toyota tarafından önerilmez.

Çoğu HSD sisteminde, sıfırdan aracın en yüksek hızına tek bir hızlanma sırasında maksimum destek için boyutlandırılmış piller bulunur; daha fazla talep varsa, pil tamamen tükenebilir, bu nedenle bu ekstra tork artışı kullanılamaz. Ardından sistem, yalnızca motordan sağlanan güce geri döner. Bu, belirli koşullar altında performansta büyük bir düşüşe neden olur: erken model bir Prius, 6 derecelik bir yokuşta 90 mil (140 km/s) üzerinde hıza ulaşabilir, ancak yaklaşık 2.000 fit (610 m) irtifa tırmanışından sonra pil, yorgun ve araba aynı yokuşta sadece 55-60 mil hıza ulaşabilir. (akü daha az zorlu koşullarda sürerek şarj olana kadar)

Prius Platform Nesilleri

Birinci Nesil Toyota Hibrit şanzıman sisteminin şematik görünümü ( S : merkezi Güneş" dişlisi, C : planet Taşıyıcı, R : dış Halka dişli, Motor-Jeneratörler MG1 & MG2 , İçten Yanmalı Motor ICE )

Toyota Hybrid System / Hybrid Synergy Drive'ın tasarımı, orijinal 1997 Japon pazarı Toyota Prius'tan bu yana dört nesildir. Güç aktarma sistemi aynı temel özelliklere sahiptir, ancak bir dizi önemli iyileştirme yapılmıştır.

Şematik diyagramlar, iki elektrikli motor jeneratörü MG1 ve MG2 , İçten Yanmalı Motor ( ICE ) ve ön tekerlekler arasındaki güç akışının gezegensel "Power Split Device" elemanları aracılığıyla yollarını gösterir . İçten Yanmalı Motor, herhangi bir dişliye değil, planet dişli taşıyıcısına bağlıdır. Tekerlekler halka dişliye bağlanmıştır.

Çekiş aküsünün spesifik kapasitesinde sürekli, kademeli bir gelişme olmuştur. Orijinal Prius, sarılmış 1,2 voltluk D hücreleri kullandı ve sonraki tüm THS/HSD araçları, bir taşıyıcıya monte edilmiş özel 7,2 V pil modülleri kullandı.

İlk Prius nesilleri için Toyota Hybrid System olarak adlandırılan THS'yi 2004 Prius'ta THS II takip etti ve sonraki versiyonları Hybrid Synergy Drive olarak adlandırıldı. Toyota Hibrit Sistemi, pil takımının voltajına dayanıyordu: 276 ile 288 V arasında. Hybrid Synergy Drive , akünün potansiyelini 500 V veya daha fazla yükselten bir DC'den DC'ye dönüştürücü ekler . Bu, daha küçük pil takımlarının ve daha güçlü motorların kullanılmasına izin verir.

Hibrit Sinerji Sürücüsü (HSD)

HSD'nin bir parçası olmamasına rağmen, 2004 Prius'tan itibaren tüm HSD araçları, geleneksel motor tahrikli tip yerine bir elektrikli klima kompresörü ile donatıldı. Bu, kabin soğutması gerektiğinde motoru sürekli çalıştırma ihtiyacını ortadan kaldırır. Motor tarafından sağlanan ısıyı desteklemek için ısıtıcı göbeğine iki pozitif sıcaklık katsayılı ısıtıcı takılmıştır.

İkinci Nesil (G2) Toyota hybrid: MG2 redüksiyon dişlisine sahip Hybrid Synergy Drive (HSD)

2005 yılında, Lexus RX 400h ve Toyota Highlander Hybrid gibi araçlar, arka aksa üçüncü bir elektrik motoru ("MGR") ekleyerek dört tekerlekten çekiş işlemini ekledi. Bu sistemde arka aks tamamen elektrikle çalışır ve motor ile arka tekerlekler arasında mekanik bir bağlantı yoktur. Bu aynı zamanda arka tekerleklerde rejeneratif frenlemeye izin verir. Ek olarak, motor (MG2) ikinci bir planet dişli takımı vasıtasıyla ön tekerlek transaksına bağlanır , böylece motorun güç yoğunluğunun arttırılması mümkün olur. Ford , Ford Escape Hybrid'de tanıtılan benzer bir hibrit sistemi de geliştirdi .

2006 ve 2007'de, Lexus GS 450h / LS 600h sedanlarda Lexus Hybrid Drive adı altında HSD aktarma organlarının daha da geliştirilmesi uygulandı. Bu sistem, ikinci motorun dişli oranını sırasıyla düşük ve yüksek hızlı sürüş rejimleri için 3,9 ve 1,9 arasında değiştirmek için iki debriyaj (veya fren) kullanır. Bu, daha yüksek hızlarda MG1'den MG2'ye (veya tam tersi) akan gücü azaltır. Elektrik yolu sadece yaklaşık %70 verimlidir, dolayısıyla güç akışını azaltırken iletimin genel performansını arttırır. İkinci planet dişli takımı, ikinci bir taşıyıcı ve güneş dişlisi ile, ikisi alternatif olarak bir fren/debriyaj ile sabit tutulabilen dört şaftlı ravigneaux tipi bir dişliye uzatılır . GS 450h ve LS 600h sistemleri sırasıyla arkadan çekişli ve dört tekerlekten çekişli aktarma organlarını kullandı ve karşılaştırılabilir motor sınıfı verimliliği sağlarken aynı model hatlarının hibrit olmayan versiyonlarından daha güçlü olacak şekilde tasarlandı.

Üçüncü nesil

Üçüncü Nesil (G3) Hybrid Synergy Drive (HSD) / Lexus Hybrid Drive sistemi

Toyota CEO'su Katsuaki Watanabe , 16 Şubat 2007 tarihli bir röportajda Toyota'nın "üçüncü nesil HSD sisteminin hem boyutunu hem de maliyetini yarı yarıya azaltmayı hedeflediğini" söyledi. Yeni sistem, sonraki yıllarda lityum iyon pillere sahip olacak . Lityum iyon piller, NiMH'ye kıyasla daha yüksek bir enerji kapasitesi-ağırlık oranına sahiptir , ancak daha yüksek sıcaklıklarda çalışır ve uygun şekilde üretilmediği ve kontrol edilmediği takdirde termal kararsızlığa maruz kalır ve güvenlik endişelerini artırır.

Dördüncü jenerasyon

13 Ekim 2015'te Toyota, 2016 model yılında tanıtılacak Dördüncü Nesil Hybrid Synergy Drive'ın ayrıntılarını kamuoyuna duyurdu. Transaks ve çekiş motoru yeniden tasarlandı ve toplam ağırlıklarında bir azalma sağlandı. Çekiş motorunun kendisi önemli ölçüde daha kompakttır ve daha iyi bir güç-ağırlık oranı kazanır. Özellikle önceki modele kıyasla sürtünmeden kaynaklanan mekanik kayıplarda yüzde 20'lik bir azalma var. Motor Hızı Azaltma Cihazı (yalnızca Üçüncü Nesil P410 ve P510 transakslarda bulunan ikinci bir planet dişli takımı) ve cer motorunu doğrudan Power Split Device'a ve ardından tekerleklere bağlayan paralel dişliler ile değiştirilmiştir. Dördüncü Nesil P610 şanzıman. 2012– Prius c, P510 transaksı korur. P610 transaks, daha önceki transakslarda kullanılan düz kesim düz dişliler yerine helisel dişliler kullanır ve bunlar daha düzgün ve sessiz çalışır, aynı zamanda daha yüksek mekanik yüklere de uyum sağlar.

Dördüncü Nesil HSD ile Toyota, arka çekiş motorunun elektronik olarak kontrol edildiği, ancak ön invertöre mekanik olarak bağlanmadığı "E-Four" adlı dört tekerlekten çekiş seçeneği de sunuyor. Aslında, "E-Four" sisteminin kendi arka invertörü vardır, ancak bu invertör ön invertör ile aynı hibrit pilden güç alır. "E-Four", 2019 model yılında Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Prius modellerinde sunulmaya başlandı. "E-Four", Amerika Birleşik Devletleri'nde sunulan RAV4 Hybrid modellerinin ayrılmaz bir parçasıdır ve bu tür tüm RAV4 Hybrid modelleri yalnızca "E-Four"'dur.

HSD teknolojisine sahip araçların listesi

Hybrid Synergy Drive ve ilgili teknolojilere (Toyota Hybrid System) sahip araçların listesi aşağıdadır;

Patent sorunları

Antonov

2005 sonbaharı itibariyle, Antonov Automotive Technology BV Plc şirketi, Lexus'un ana şirketi Toyota'ya , RX 400h'nin aktarma organlarındaki ve Toyota Prius hibrit kompakt otomobilindeki önemli bileşenlerle ilgili patent ihlali iddiasıyla dava açtı . Dava, Nisan 2005'ten beri gizli olarak devam ediyor, ancak uzlaşma müzakereleri karşılıklı olarak kabul edilebilir bir sonuç getirmedi. Antonov sonunda kararların genellikle nispeten hızlı alındığı Alman mahkeme sisteminde yasal yollara başvurdu. Patent sahibi, satılan her araca, hibrit SUV'u daha az rekabetçi hale getirebilecek bir vergi koymayı hedefliyor. Toyota, Antonov'un ilgili patentlerini resmi olarak geçersiz kılmaya çalışarak karşılık verdi. Microsoft Word belge formatındaki mahkeme önergesi buradan okunabilir.

1 Eylül 2006'da Antonov, Münih'teki Federal Patent Mahkemesinin Antonov'un patentinin (EP0414782) Alman kısmının Toyota'ya karşı geçerliliğini onaylamadığını duyurdu. Birkaç gün sonra, Düsseldorf'taki bir mahkeme Toyota Prius aktarma organları ve Lexus RX 400h aktarma organları için Antonov hibrit CVT patentini ihlal etmediğine karar verdi.

Ford

Ford Motor Company , 2004 yılında Toyota'nın HSD teknolojisine benzer temel teknolojilere sahip bir sistemi bağımsız olarak geliştirdi. Sonuç olarak, Ford, emisyon teknolojisiyle ilgili patentler karşılığında Toyota'dan 21 patent lisansı aldı.

paket

Paice LLC , kontrol edilebilir bir tork aktarım ünitesine sahip geliştirilmiş bir hibrit araç için bir patent aldı ( ABD patenti 5343970 , Severinsky; Alex J., "Hibrit elektrikli araç", 1994-09-06'da yayınlandı  ) ve hibrit araçlarla ilgili ek patentlere sahip. 2010'da Toyota, Paice'in patentlerini lisanslamayı kabul etti; uzlaşma şartları açıklanmadı. Anlaşmada "Taraflar, bazı Toyota araçlarının bir Paice patentine eşdeğer olduğunun tespit edilmesine rağmen, Toyota'nın Prius ve Toyota'nın hibrit teknolojisini Toyota'nın bir parçası olarak Dr. Severinsky ve Paice'in icatlarından bağımsız olarak icat ettiğini, tasarladığını ve geliştirdiğini kabul ediyor. uzun yenilik tarihi". Paice daha önce Ford ile Paice'in patentinin lisansı için bir anlaşma imzaladı.

Diğer melezlerle karşılaştırma

Toyota'nın azınlık sahibi olduğu Aisin Seiki Co. , Ford Escape hibrit ve Ford Fusion Hybrid'de "Powersplit" e-CVT olarak kullanılmak üzere HSD şanzıman sisteminin versiyonlarını Ford'a sağlıyor .

Nissan , Toyota Camry Hybrid'deki ile aynı Aisin Seiki T110 şanzımanı kullanarak Nissan Altima hibridinde kullanım için Toyota'nın HSD'sini lisansladı . 2011 Infiniti M35h , bir elektrik motoru ve iki kavramadan oluşan farklı bir sistem kullanır.

2010 yılında Toyota ve Mazda, Toyota'nın Prius modelinde kullanılan hibrit teknolojisi için bir tedarik anlaşması yaptığını duyurdu .

General Motors , DaimlerChrysler 'ın ve BMW ' nin Küresel Hibrid İşbirliği tek motor ve iki motor gücü birleştirmesidir benzerdir. 2009'da, Otomobil Endüstrisinde Başkanlık Görev Gücü, "GM, gelişmiş, 'yeşil' güç aktarma organları geliştirme konusunda Toyota'nın en az bir nesil gerisindedir" dedi.

Buna karşılık, Honda bireyin Entegre Motor Assist kullanımları daha geleneksel ICE volan böylelikle geleneksel iletim karmaşıklığını koruyarak bir elektrik motoru ile değiştirilir ve iletim.

satış sonrası

Bazı erken üretim dışı plug-in hibrit elektrikli araç dönüşümleri , 2004 ve 2005 model yılı Prius'ta bulunan HSD versiyonuna dayanmaktadır. CalCars tarafından yapılan erken kurşun-asit akü dönüşümleri, yalnızca 10 mil (16 km) ev ve 20 mil (32 km) çift kilometrelik karma mod aralığı göstermiştir. EDrive sistemleri adında tüketicilere dönüşüm sunmayı planlayan bir şirket , Valence Li-ion pilleri kullanacak ve 35 mil (56 km) elektrik menziline sahip olacak. Bu sistemlerin her ikisi de mevcut HSD sistemini çoğunlukla değiştirmeden bırakır ve standart ev prizlerinden mil başına yaklaşık 0,03 ABD doları karşılığında yeniden doldurmak için stok NiMH pilleri daha yüksek kapasiteli bir pil takımı ve bir şarj cihazı ile değiştirerek diğer hibrit güç aktarma organları çeşitlerine benzer şekilde uygulanabilir .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar