トヨタハイブリッド（HSD）のしくみ
ページ内容
トヨタのHSDハイブリッド化は名人としての評判があることは誰もが知っています。 日本のブランド（アイシンとのコラボレーション）のデバイスは、効率だけでなく、非常に優れた信頼性でも知られています。 ただし、その複雑さと実行可能なモードが多数あるため、理解するのは簡単ではありません。
したがって、トヨタのハイブリッドデバイス、有名なシリーズ/パラレルHSD e-CVTがどのように機能するかを理解しようとします。 後者では、100% 電気で駆動するか、電気と熱を組み合わせて駆動することができます。 ここでは、やや複雑なトピックを扱っているため、場合によってはそれを少し単純化する必要があります (ただし、これはロジックと原則を損なうものではありません)。
HSD トランスミッションはトヨタが 15% 出資するアイシン (AWFHT30) によって製造されており、EAT または e-AT8 に関しては PSA グループにハイブリッドおよび非ハイブリッド トランスミッションを供給していることを知ってください。 箱。 (ハイブリッド 2 およびハイブリッド 4)。 現在、技術開発の面では第XNUMX世代にあたります。 一般的な原理が同じであれば、コンパクトさと効率を達成するために、中央の遊星歯車やレイアウトに小さな改良が加えられます (たとえば、ケーブルの長さを短くすることで電気損失が減少します)。
総合的な説明
HSD がどのように機能するかを総合的に知りたい場合は、HSD を要約した説明を参照してください。 記事をさらに深く掘り下げたり、この段階では理解できないことを理解しようとしたりする必要があります。
各コンポーネントの役割と HSD の仕様は次のとおりです。
- ICE (Internal Combustion Engine) は熱機関です。すべてのエネルギーは ICE から発生するため、すべての基礎となっています。 遊星列車を介してMG1に接続されています。
- MG1 は、ギア付きバリエータとしてだけでなく、発電機 (熱エンジンによって駆動) としても機能します。 ICEとMG2を遊星歯車（プラネタリー）を介して連結します。 MG2 は車輪に直接接続されているため、車輪が回転すれば車輪も回転し、車輪が回転すれば車輪も回転します (つまり、両者の間には切り離しがありません)...
- MG2は主電動機（プラグイン/充電式で最長2kmまたは50km）として機能するとともに、発電機（減速：回生）としても機能します。
- 遊星歯車: MG1、MG2、ICE とホイールを結び付けます (これによって、一部の要素が回転している間に一部の要素が固定されるのを防ぐことはできません。遊星歯車がどのように機能するかを学び、理解する必要があります)。 また、私たちが継続的に変化/減少しているのも彼のおかげであり、したがってギアボックスを代表するのは彼です（ギア比が変化し、ブレーキまたは「リバース」が発生します：ICEとMG1の間の接続）
低減は多かれ少なかれ、ICE (熱) と MG2 (ホイールにしっかりと接続されています、忘れないでください) の動きの追加です。
ハイブリッドプラネタリートレーナー
このビデオは、トヨタのハイブリッド化がどのように機能するかを理解するのに最適です。
新機能: トヨタ HSD ハイブリッドのマニュアル シーケンシャル モード?
エンジニアは、より鮮明なレポートを取得するために、MG1 が非プログレッシブな方法でどのようにブレーキをかけたり後進したりするかを試して、レポートを (部分的に) シミュレートすることができました。 ギア比は MG1 によって生成され、MG2 が ICE と MG2 を多かれ少なかれしっかりと多かれ少なかれ「スリップ」して接続します (MG1 = 電気トラクション モーター、そして何よりも車輪も同様です)。 したがって、この減少は、配電器MGXNUMXがどのように制御されるかに応じて、徐々にまたは「段階的」になる可能性がある。
ただし、ギアシフトは部分負荷では感じられないことに注意してください...そして全負荷 (最大加速) の場合は、無段階操作に戻ります。これが、このシステム (コンピューター) で最高の加速パフォーマンスを得る唯一の方法であるためです。したがって、最大加速のためにギアをシフトすることを拒否します）。
したがって、このモードはスポーツ走行よりも下り坂のエンジンブレーキによく使用されます。
カローラハイブリッド 2.0 0-100とトップスピード
実際の外観は次のとおりです。 残念ながら、フルロードではシーケンシャルモードが失われ、ギアを感じなくなります。
複数のバージョン?
世代の違いとは別に、トヨタとレクサスに販売されている THS/HSD/MSHS システムには 15 つの主要なバリエーションがあります。 最初で最も一般的なのは横型バージョンで、現在はアイシン AWFHT90 に組み込まれています (XNUMX 年代初頭はトヨタ ハイブリッド システムの THS と呼ばれていました。現在はハイブリッド シナジー ドライブの HSD です)。 コンパクトモデルはプリウス/NX/C-HR（大型）、カローラ、ヤリス（小型）のXNUMX種類。
これは、横方向バージョンからのより現代的な (プリウス 4) HSD トランスミッションです (現在、XNUMX つの異なるサイズがあり、ここでは大きい方です)。 以下に示すバリアントよりもはるかにコンパクトです（縦方向のバリアントのすぐ下ではなく、さらに下にあります...）
トヨタ プリウス IV 2016 1.8 ハイブリッド加速 0-180 km/h
フルスロットルのプリウス 4 は、電気モーター/発電機、熱エンジン、中央遊星列車の組み合わせによって生み出される有名な連続変化効果です。
次に、マルチステージハイブリッドシステム用のMSHSが登場します（これについてはここではあまり話すべきではありません...しかし、機能は同じなので、これもアイシン製であり、トヨタグループ用です...）これは非常に重要です。 この装置は縦方向に配置する必要があり、今回は実際の歯車を生成できます。そのうち 10 個あります (箱の中に 4 個の実際の歯車と、賢い方法で 10 個に到達する電気モーターの組み合わせ)。したがって、4 の倍数ではありませんが、それは問題ではありません)。
実際には、AWRHT25 と AWRHM50 (10 個のレポートを持つ MSHS) の XNUMX つのバージョンがあります。
より高級な縦型バージョン (ここでは AWRHM50) は主にレクサス向けです (その意味でエンジンを搭載しているトヨタはほとんどありません)。 10 つのバージョンがあり、そのうちの XNUMX つは最大 XNUMX 個の実際のレポートを生成できます。
2016 Lexus IS300h 0-100km/h と走行モード (エコ、ノーマル、スポーツ)
1:00 に戻って、AWFHT15 がどのようにレポートを生成できるかを確認してください。 奇妙なことに、有名な「速度バンプ」はエンジン全負荷時に感じられなくなりました。これは、ユニットが CVT モードで最も効率的 (クロノグラフ) になるためで、全負荷では連続的に変化する通常モードが発生します。
トヨタのハイブリッド車はどのように動作するのでしょうか？
では、ハイブリッド HSD デバイスの背後にある基本原理は何でしょうか? それを大まかに要約する必要がある場合、1 つのモーター/発電機 (電気モーターは常に可逆的) で動作し、(各モーターの) さまざまなトルクが中央の遊星列によって制御および制御される熱機関について話すことができますが、また、配電器（英語では「インバーター」）によって制御される電力の強さ（および電気の方向）も同様です。 減速ギア (CVT ギアボックス) は電子制御されており、MGXNUMX エンジンを特定の方法で動作させるだけでなく、中央の遊星ギアを介して複数の動力を組み合わせて XNUMX つの出力を得ることができます。
遊星駆動と同様に、エンジンを車輪から完全に切り離すことができます。
つまり、簡素化したくても、そう簡単に同化できないことは理解しているので、基本原則に重点を置きます。 ただし、詳しく説明した英語のビデオを用意しましたので、やりたい場合は実行できるはずです (もちろん、やる気と健康なニューロンがあれば)。
こちらは Prius 2 デバイスですが、上で紹介したデバイスよりもコンパクトではありません。 A/C コンプレッサー (エンジンの左側の青色) がどのように強調表示されているかを見てください。 実際、「普通の」自動車とは異なり、電気モーターによって駆動されます。 右側中央部（電子CVTの真ん中）に見えるチェーンに車輪が接続されています。
電子バリエーターをクローズアップ
横から見ると、ホイール サスペンションの XNUMX つがディファレンシャルを介してチェーンに接続されているのがわかります。
さまざまな動作モード
デバイスのさまざまな動作モードと、それがシリアル/パラレルと見なされる理由を見てみましょう。通常、ハイブリッド システムはどちらか一方です。 HSD が設計された独創的な方法は、両方を可能にします。
トヨタ HSD デバイス: 詳細とアーキテクチャ
ここでは、コンポーネント間の接続を容易にするためにいくつかの色を使用した簡略化された HSD デバイス アーキテクチャを示します。
違う角度から撮ったのでトップの写真と比べて図が上下逆になっています… プリウス2の図を撮ったのでここにチェーンがありますが、最近のバージョンにはありませんが、原理は変わりませんどちらの場合でも（チェーン、シャフト、ギアは同じです。
ここでメカニズムをさらに詳しく説明します。なぜなら、ここでのクラッチはロータとステータ MG1 の間の電磁力によって得られることを理解する必要があるからです。
MG1は遊星歯車の遊星歯車（緑）を介してモーターに接続されています。 つまり、ロータＭＧ１（中央部）を回転させるために、熱機関は遊星歯車を通過する。 この列車とエンジンを同じ色で強調表示したので、それらの物理的な接続が明確にわかります。 また、図では強調されていませんが、緑のピニオンと青の MG1 サンギアは、クラウン (列車の端) と同様に、物理的に適切に接続されています (両者の間には隙間があります)。 そしてグリーンサテライト熱エンジン。
MG2 はチェーンを介してホイールに直接接続されていますが、中央の遊星歯車の外側の遊星歯車も駆動します (リューズはダークブルーです。遊星延長部分にも同じ色を選択しました。そうすることで、チェーンに接続されていることがはっきりとわかります) MG2) 。
これは遊星歯車を正面から見た図です。上の図では横向きではありませんが、MG1、MG2、ICE に関連するさまざまな歯車間の接続がよくわかります。
難しいのは、内部の動きが運動モードだけでなく速度によっても一致しないことを知って、遊星列車の原理を理解することです...
クラッチがない？
他のすべてのトランスミッションとは異なり、HSD にはクラッチやトルク コンバーターが必要ありません (たとえば、CVT にはトルク コンバーターが必要です)。 ここは、MG1 のおかげで、電磁力が遊星列を介して車輪とエンジンを接続する場所です。 次に、後者 (MG1) のローターとステーターが摩擦効果を生み出します。電気モーターを手で回すと抵抗が生じます。ここでクラッチとして使用しているのは後者です。
摩擦（ステーターとローター間の速度差、つまりモーターとホイール間の速度差）時に電気が生成されると、さらに優れています。 そしてこの電気はバッテリーに蓄えられます！
HSD システムが非常にインテリジェントであると考えられるのは、摩擦の瞬間のエネルギー回復によるエネルギー損失を最小限に抑えるためです。 古典的なクラッチでは、このエネルギーは熱で失われますが、ここでは電気に変換され、バッテリーで回復されます。
したがって、ローターとステーターの間に物理的な接触がないため、機械的な磨耗もありません。
停止時には、車輪がエンジンを妨げないため、エンジンは停止せずに走行できます（マニュアルトランスミッションで停止せずに停止した場合に起こります）。 青い太陽歯車 (アイドラーとも呼ばれる) はフリーであるため、モーター ホイールを共有します (したがって、緑色のクラウン遊星歯車)。 逆に、サンギアにトルクがかかり始めると、緑のギアがクラウンに拘束され、徐々に車輪が回転していきます（電磁摩擦）。
サンギアがフリーの場合、リューズに動力を伝えることができません。
ローターが回転すると、ステーターに摩擦が発生してトルクが発生し、そのトルクがサンギアに伝達され、サンギアがロックして逆方向に回転してしまうこともあります。 その結果、中心のモーターシャフトと外周のリングギヤ（ギヤ＝車輪）との間に接続が形成されます。 この装置は停止と始動の機能も備えていることに注意してください。始動したいときは、ICE 熱エンジンが駆動輪に接続された MG2 からトルクを得るためにサンギアを一時的にブロックするだけで十分です (これにより、スターターと同様にエンジンが始動します)。クラシック）。
つまり、要約すると次のようになります。
- 停止しているとき、エンジンは回転できます。これは、エンジンの車軸とリングギアの間の接続が確立されていないためです。つまり、サンギアはフリーになっています（ただし、プリウスは通常、燃料を節約するために停止しているときは停止します）。
- エンジン速度を上げると、ローターが十分に速く回転して電磁力が発生し、トルクがサンギアに伝達され、モーターシャフトとリングギアの間にリンクが形成されます。
- 接続が行われると、モーター軸と冠歯車の速度は等しくなります。
- ホイールの速度がエンジンよりも速くなると、サン ギアが反対方向に回転してギア比を変更します (すべてがロックされた後、システムの速度をさらに上げるために「回転」し始めます)。 むしろ、トルクを受けることによって、太陽歯車はモーターの車軸と駆動輪を接続するだけでなく、それらを加速させます（ブレーキが「抵抗」するだけでなく、それらを回転させます）。次の方法）
100％電気モード
ここで、ICE (熱式) エンジンと MG1 エンジンは特別な役割を果たしているのではなく、バッテリーから受け取った電気 (つまり、化学によるエネルギー) によって車輪を回転させるのは MG2 です。 また、MG2がMG1のローターを回転させてもICE熱機関には影響を与えないため、抵抗の心配はありません。
充電モードを停止する
ここでは熱機関が働いており、遊星列車を介して MG1 を回転させます。 このようにして電気が生成され、配電器に送られ、配電器はバッテリーのみに電気を送ります。
エネルギー回収モード
これは、ギアノブに表示される有名な「B」（回生ブレーキ）モードです（これを押すと、MG2 の運動エネルギー回生に関連したエンジンブレーキがさらにかかります。ここでの抵抗は電磁気です）。 慣性力/運動エネルギーはホイールから発生するため、機械的なギアとチェーンを介して MG2 に分配されます。 電気モーターは可逆性があるため、電気モーターにジュースを送ると電気が発生し、停止している電気モーターを手動で回すと電気が発生します。
この電流はディストリビュータによって回収され、バッテリに送られ、その後再充電されます。
電気エンジンと熱エンジンが連携して動作する
安定した速度で良好な速度を保っている場合、つまりほとんどの場合、車輪は電気 (MG2) と熱エンジンの力によって駆動されます。
ICE 熱エンジンは、MG1 で発電する遊星歯車を駆動します。 遊星歯車も車輪に接続されているため、これにより機械力も車輪に伝達されます。
遊星歯車の回転速度によっては同じ値が得られないため (特に特定の歯車の方向)、この点で問題が制限される可能性があります。
CVT スタイルのギアボックス (スクーターのような連続的かつ漸進的な変化) は、モーターと遊星ギアの間の電圧の相互作用 (コイルを通過するジュースによって引き起こされる磁気効果、誘導電磁場による) によって生成されます。 複数のチャンネルの電力を受け取ります。 たとえ私が自由に使えるビデオでそれができるとしても、すぐにそれを手に入れることができれば幸いです。
最大電力
これは前の段落と少し似ていますが、ここではバッテリーが出力できる電力も考慮に入れているため、MG2 はその恩恵を受けます。
プリウス 4 の現行バージョンは次のとおりです。
プラグイン/バッテリーバージョン?
完全電気自動車で50kmの走行を可能にする充電式バッテリーのオプションは、より大きなバッテリーを搭載し、バッテリーをセクターに接続できるデバイスを設置するだけです。
まず、電力分配器とインバーターを介して、電力の差とさまざまな種類のジュース (AC、DC など) を管理する必要があります。
HSD 4X4 バージョン?
ご存知のとおり、Rav4 と NX 4H には 4X300 バージョンが存在します。これは、PSA の E-Tense や HYbrid/HYbrid4 の場合と同様、リアアクスルに追加されることを目的としています。 したがって、前車軸と後車軸の車輪の動力が一定であることを保証するのはコンピューターであり、したがって物理的な接続はありません。
なぜ直列/並列なのか?
このデバイスは、100% 電気モードのときに「シリーズ」と呼ばれるため、シリアル/パラレルと呼ばれます。 したがって、BMW i3と同じように機能します。熱機関は、バッテリーに電力を供給する電流発生器であり、バッテリー自体が車を動かします。 実際、この操作方法では、エンジンは車輪から完全に切り離されています。
モーターが遊星装置を介して車輪に接続されている場合は、並列とも呼ばれます。 これはシリアル アセンブリと呼ばれます (ここでさまざまなビルドを参照してください)。
トヨタは自社のシステムをやりすぎているのでしょうか？
この記事の最後に、少し暴言を言いたいと思います。 実際、トヨタは自社のハイブリッドデバイスについて多くのことを語っており、それは完全に理解でき、正当なものだ。 しかし、このブランドは XNUMX つの点で行き過ぎているように私には思えます。 まず、テクノロジーを理想化し、それが何らかの形で地球を救うこと、そして本質的にはブランドが私たち全員を救う革命を起こすことを暗示します。 確かに、燃料消費量は削減されますが、非ハイブリッドのディーゼル MPV は、場合によってはそれ以上ではないにしても、ほぼ同等のパフォーマンスを発揮することを風刺するべきではありません。
そこでトヨタは、現在の反ディーゼルの文脈を利用してレイヤーを追加していますが、これは取り扱いの限界で少し過剰だと思います。ここにそのXNUMXつがあります。
TVCM - ハイブリッドレンジ - 私たちはハイブリッドを選びます
次に、接続の問題が発生します。 日本のブランドは、あたかも競合他社に対する技術的優位性であるかのように、車が電源に接続する必要がないという事実に基づいてコミュニケーションを行っています。 これは実際には、他の何よりもデメリットであるため、少し誤解を招きます...充電できるハイブリッド車には充電が絶対に必要ではなく、所有者に加えて提供されるオプションです。 つまり、このブランドは欠点の XNUMX つを利点としてうまく誤魔化しており、依然として強いのですよね。 皮肉なことに、トヨタはプリウスのプラグインバージョンを販売しているので、もっと良くなるはずです...コマーシャルのXNUMXつを次に示します。
充電する必要はないのでしょうか？ 私はむしろ「薄い、作る方法はない...」と言いたいです。
進む ？
さらに詳しく説明するには、このビデオを注意深く検討することをお勧めします。残念ながら、このビデオは英語のみです。 できるだけわかりやすく、わかりやすくするために、ステップごとに説明を行っています。
