Гибридный синергетический привод

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Toyota Prius, капот открыт
Гибридный двигатель
Гибридный двигатель
Слева — генератор, справа — электродвигатель, между ними цепь с корзины планетарной передачи на главную передачу
Инвертор THS (с NHW11)

Гибри́дный синергети́ческий при́вод (англ. Hybrid Synergy Drive, HSD; произносится [ха́йбрид си́неджи драйв]) — технология силовой установки автомобиля, основанная на синергетическом эффекте,[источник не указан 2953 дня] разработанная японской корпорацией «Toyota». Впервые применена в 1997 году в серийном автомобиле «Prius».

Объединяет семь основных компонентов:

Комплекс управляется компьютером по концепции Drive-by-Wire (без прямого механического контакта)

Фазы работы[править | править код]

Планетарная передача представляет собой, по сути, дифференциал. На одном его плече — электродвигатель и колёса, на другом — генератор.

Основной режим гибридного автомобиля — работа от двигателя внутреннего сгорания. Если замкнуть генератор постоянным сопротивлением, при любой смене дорожных условий система «пойдёт вразнос», одно плечо дифференциала почти остановится, а другое — будет крутиться с излишней скоростью. Потому компьютер рассчитывает, какое нужно передаточное число и какое оно сейчас, и в зависимости от этого сильнее или слабее нагружает генератор. Чем больше нагрузка на генератор, тем медленнее он вращается, и, соответственно, быстрее вращаются колёса — так электронный «вариатор» ставит высокую «передачу». Полученная с генератора энергия не пропадает даром — она идёт частично на подзарядку аккумулятора, частично на электродвигатель. При активном разгоне энергия идёт только на электродвигатель, ещё и аккумулятор помогает.

На небольшое время и на скоростях до 50 км/ч автомобиль может превратиться в полный электромобиль, ДВС при этом останавливается. Запас хода в таком режиме невелик (у Toyota Prius 4 не превышает 20 км[1], у более ранних — до 2 км) — но этого хватит, чтобы не дымить в гараже или бесшумно отъехать. Задний ход у Toyota Prius также чисто электрический (в гибридных кроссоверах это решается вторым планетарным рядом).

При торможении компьютер выключает бензиновый двигатель, а электродвигатель переключается в режим генерации тока и возвращает энергию в батарею (рекуперация). Для резкого торможения есть и полноценные барабанные тормоза сзади и дисковые спереди (в первых Prius), дисковые на всех колёсах (для последующих).

Фактически, силовая установка автомобиля разбита на два модуля — электрическая подсистема отвечает за работу на переходных и установившихся режимах, подсистема внутреннего сгорания — только за работу на установившихся режимах. Такой подход кардинально меняет требования к двигателю внутреннего сгорания и целевые функции конструкторов при разработке всей силовой установки автомобиля, а не только одной трансмиссии, как, например, в опытной разработке General Motors, DaimlerChrysler AG и BMW «Two-Mode» (англ.), которая предназначена для гибридизации стандартных бензиновых или дизельных двигателей старых конструкций, разработанных без учета работы в составе гибридного агрегата.

«Хайбрид Синерджи Драйв» является заметной вехой в автомобилестроении.

Проектирование гибридной силовой установки[править | править код]

Для создания гибридного привода необходимо следовать следующим пунктам:

1. Выбрав для расчетов эталонную тяговую систему и эталонный участок эксплуатации, необходимо произвести тяговые расчеты, чтобы получить характеристики при эксплуатации системы на данном участке. В результате расчетов мы получим информацию о расходе/избытке энергоресурсов, времени следования в том или ином режиме, характеристики мощности и другие необходимые для дальнейших расчетов показатели.

2. Далее исходя из полученной схемы движения на участке, мы сможем определить количество энергии которую тяговая система вырабатывает в излишек, к примеру как в случае движения на спуск, и энергию необходимую транспортному средству для того чтобы держать двигатели в номинальном режиме работы в случаях когда необходима максимальная мощность, как например при движении на подъем. Получив две эти величины, мы определим среднее значение энергии, которое будет отвечать требованиям минимальной достаточности для подачи на двигатели и полноты накопления в процессе эксплуатации, так как не целесообразно ставить накопитель большого объема, если за весь участок пути он так и не будет заряжен полностью.

3. На следующем этапе по полученным характеристикам мы определяем необходимую нам аккумуляторную батарею (либо объем любой иной аккумулирующей системы), ее количество и компоновку. Для этого исходя из необходимой выдаваемой мощности, времени работы и напряжения батареи рассчитывается необходимый ток зарядки АКБ и её емкость. Имея две эти величины можно начать подбор аккумуляторных батарей, ориентируясь уже только на стоимость, массогабаритные показатели, долговечность и устойчивость к перепадам нагрузок. Не мало важным моментом является компоновка системы аккумуляторных батарей, поскольку помимо того что эту систему необходимо правильно разместить, от способа подключения батарей между собой зависит выходная мощность и емкость всей системы.

Преимущества и недостатки[править | править код]

Плюсы:

  • Минимальный расход топлива в городе, иногда в пределах 2 л/100 км.
  • Из-за этого — с лёгкостью вписывается во всё повышающиеся стандарты экологичности.
  • Простое управление на минимальных скоростях: электродвигатель (при правильном охлаждении) позволяет двигаться сколь угодно медленно.
  • Простая механическая часть.
  • Позволяет недолго и небыстро проехать на полной электротяге.
  • Динамичный разгон (Toyota Prius 4 — разгон 0→100 за 10 с, при том, что 122 л. с. двигателя типичны для недорогих машин среднего класса).

Минусы:

  • Дороговизна.
  • Сложная электрическая часть.
  • При отказе любого из компонентов авто поедет только на электротяге, с соответствующей скоростью и запасом хода. Нельзя оставлять Prius без движения на полгода и больше — откажет тяговый аккумулятор, и авто больше никуда не поедет.
  • В простейшем варианте задний ход только на электротяге (в гибридных кроссоверах решается вторым планетарным рядом).
  • Требует старый добрый 12-вольтовый аккумулятор и стартёр именно на случай разряда тягового аккумулятора. Как ни странно, Prius тоже можно «прикурить»[2].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]