Hybrid Synergy Drive
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Hybrid Synergy Drive ist ein Markenname für das Hybridantriebssystem von Toyota. Es wird derzeit im Toyota Prius und diversen Lexus-Modellen angeboten.
In Amerika und Japan wird es in weiteren Toyota-Modellen angeboten. Toyota vergibt Lizenzen für die Verwendung der Technik, so basiert der Antrieb des in Amerika angebotenen Ford Escape Hybrid auf dem System.
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[Bearbeiten] Vorbetrachtungen
Das im ersten Fahrzeug mit Hybridantrieb (Toyota Prius 1997) eingesetzte Antriebssystem wurde unter dem Namen Toyota Hybrid System (THS) bekannt.
Im Jahre 2003 kam die dritte Generation des Prius mit dem wesentlich verbesserten THS-II auf den Markt. Dieses System erscheint unter dem Markennamen Hybrid Synergy Drive (kurz HSD). Das Hybrid Synergy Drive ist das Antriebsaggregat des Toyota Prius ab Modelljahr 2003 (Stand Mai 2006).
Eine noch leistungsfähigere Version des THS-C kommt in den Hybridfahrzeugen der Marke Lexus zum Einsatz. Auch dieses System vermarktet der Hersteller unter dem Namen Hybrid Synergy Drive.
[Bearbeiten] Allgemeines
Das HSD ist eine Einheit aus einem Verbrennungsmotor und zwei Motorgeneratoren. Dazu gehört noch ein Akkumulator hoher Kapazität und eine elektronische Steuereinheit. Es ist ein leistungsverzweigter Hybridantrieb.
[Bearbeiten] Aufbau
Kernstück des HSD ist ein Power Split Device genanntes Planetengetriebe. Der Außenzahnkranz des Planetengetriebes ist der Kraftabgabepunkt des HSD. Mit diesem ist der größere Motorgenerator MG2 verbunden. Das Sonnenrad ist mit dem kleineren Motorgenerator MG1 verbunden. Die Welle des Verbrennungsmotors ist mit den Planetenrädern verbunden.
Die Steuerung des Übersetzungsverhältnis des Getriebes zwischen dem Verbrennungsmotor zur Abgangswelle wird von einer elektronischen Steuerung übernommen. Dabei können die Motorgeneratoren je nach Bedarf als Motor oder als Generator arbeiten. Der Kraftfluss im Planetengetriebe ändert sich je nach Ansteuerung der Motorgeneratoren und des Verbrennungsmotors.
Eine Kupplung gibt es nicht, in jedem Betriebszustand sind alle Bauteile formschlüssig miteinander verbunden. Über die Drehzahl des Sonnenrades, also des Motorgenerators MG1, lässt sich die Übersetzung einstellen und somit auch die Drehzahl des Verbrennungsmotors. So ist es in einem weiten Geschwindigkeitsbereich möglich, den Verbrennungsmotor vom Stillstand bis zur Höchstdrehzahl zu betreiben. Die Maximaldrehzahl des Motorgenerators begrenzt aber den steuerbaren Bereich. So kann der Verbrennungmotor beim THS und THS-II bei niedrigen Geschwindigkeiten nur langsam drehen, deshalb ist zum Anfahren der große Motorgenerator MG2 erforderlich. Bei sehr hohen Geschwindigkeiten kann der Verbrennungsmotor nicht in den Stillstand versetzt werden. Beim THS-C können die Drehzahlbereiche durch zusätzliche Getriebe erweitert werden.
Ein Anlasser wird ebenfalls nicht benötigt. Um den Verbrennungsmotor zu starten, werden die Motorgeneratoren kurzzeitig so angesteuert, dass am Verbrennungsmotor ein Anwurfdrehmoment entsteht. Da die Motorgeneratoren in beiden Drehrichtungen laufen können, ist auch kein mechanischer Rückwärtsgang nötig, der Rückwärtsantrieb erfolgt über den Motorgenerator MG2.
Der Verbrennungsmotor wurde speziell auf den Einsatz im HSD hin optimiert. So sorgen ein Betrieb im Atkinson-Zyklus und die intelligente Verstellung der Einlassnockenwelle (VVT-i) für sparsamen und umweltfreundlichen Motorlauf.
[Bearbeiten] Grundlegende Funktion
Der Verbrennungsmotor und einer der beiden Motorgeneratoren dienen beide dem Vortrieb des Fahrzeuges und können diese Aufgabe jeweils alleine oder in Kombination ausüben. Der zweite Motorgenerator dient vornehmlich als überdimensionale Lichtmaschine und als Anlasser. Das Hybridfahrzeug kann sich mit dieser Antriebseinheit folgende Betriebszustände annehmen:
- Anfahren mit reinem Elektroantrieb, Strom wird von der Batterie geliefert
- Fahren mit dem Verbrennungsmotor
- Verbrennungsmotor treibt Fahrzeug an, Motorgenerator lädt Batterie
- Verbrennungsmotor & Motorgenerator treiben Fahrzeug an, anderer Motorgenerator liefert den benötigten Strom
- Verbrennungsmotor & Motorgenerator treiben Fahrzeug an, Batterie liefert den benötigten Strom
- Rollen lassen. Verbrennungsmotor ist aus, Motorgenerator übt leichte Vorbremsung aus, Bremsenergie wird zur Ladung der Batterie benutzt
- Bremsen mit dem Motorgenerator, Bremsenergie wird zur Ladung der Batterie benutzt
- Bremsen mit dem Motorgenerator und der mechanischen Bremse, Bremsenergie wird zur Ladung der Batterie benutzt
Während der Warmlaufphase, bei der der Verbrennungsmotor ununterbrochen läuft, kann dieser im Stand auch direkt die Batterie aufladen, ohne dass die Räder angetrieben werden (Getriebestellung P).
Die Kombination der Antriebseinheiten bringt folgende Vorteile:
- kein unnötiger Leerlauf des Verbrennungsmotors
- sobald nur geringe Antriebsleistung benötigt wird (Fahrzeug rollt oder steht), geht der Verbrennungsmotor aus
- falls der Verbrennungsmotor warm laufen muss, lädt er die Batterie
- starker Anzug durch den Elektromotor
- teilweise Rückgewinnung der Bremsenergie
- Betrieb des Verbrennungsmotors nur in günstigen Betriebszuständen
[Bearbeiten] Ausblick
Das HSD ist derzeit einer der kraftstoffsparendsten und umweltfreundlichsten Antriebe für Kraftfahrzeuge. Zahlreiche Auszeichnungen stehen hierfür. Eine energiesparende Fahrweise ist jedoch Voraussetzung für niedrigen Verbrauch. Der Anteil am Gesamtaufkommen ist noch sehr gering. Es wird geschätzt, dass in Deutschland nur ca. 3.000 Fahrzeuge von einem HSD angetrieben werden. Es ist im Betrieb wesentlich leiser, wenn nicht stark beschleunigt wird. Es ermöglicht über den gesamten Geschwindigkeitsbereich hohe unterbrechungsfreie Beschleunigung. Der Mehraufwand und die Mehrkosten für die Motorgeneratoren und die Steuerelektronik wird durch das einfache Planetengetriebe und den Wegfall der Kupplung teilweise kompensiert.
[Bearbeiten] Weblinks
