Гибридизация по-тойотовски

Toyota лидирует по количеству гибридов и активно выпускает эти автомобили с 1997 года, причём в модификациях как обычных автомобилей серии Prius, паркетных внедорожников серии Lexus RX400h, так и автомобилей люкс-класса – Lexus LS 600h.

В августе 2009 года суммарное производство автомобилей Prius превысило 2 миллиона экземпляров. За четыре года было произведено около 150 тысяч гибридных кроссоверов. Доля версии 400h в общем объеме продаж машины достигла 69 процентов, а по Западной Европе этот показатель еще выше: 95%! Технологию гибридного привода Toyota Hybrid Synergy Drive лицензировали Ford (Escape Hybrid), Nissan (Altima Hybrid).

Рассмотрим принцип работы гибридного автомобиля на примере последовательно – параллельной гибридной силовой установки Hybrid Synergy Drive, которую устанавливает на свои автомобили компания Toyota. Термин «синергия» означает совместное действие нескольких компонентов. В силовой установке Hybrid Synergy Drive сочетаются бензиновый двигатель – и два электромотора. Вернее, их три, но о третьем, который обеспечивает задний привод, пока забудем. Бензиновый двигатель – это V-образная шестёрка, объемом 3,3 л, мощностью 150 кВт. Два электромотора, которые располагаются в передней и задней частях и приводят в движение, соответственно колёса переднего и заднего мостов, имеют суммарную мощность 200 кВт и рабочее напряжение 650В. Высоковольтная аккумуляторная батарея, которая питает оба электромотора и запасает энергию при рекуперативном торможении, также является неотъемлемой частью системы.

Устройство распределения энергии – это связующее звено между ДВС, электромоторами и генератором. В данном случае его роль играет компактная планетарная передача, обладающая малой массой и меньшим количеством движущихся частей, в сравнении с 5-ти или 6-ти ступенчатыми АКПП автомобилей премиум – класса, что в свою очередь, ведёт к повышению надёжности и увеличению срока службы этого узла.

Энергетический центр, управляющий созданием и распределением запасов энергии, состоит из высоковольтной никельметаллгидридной аккумуляторной батареи, блока управления энергией, полупроводникового коммутационного устройства и рекуперативной тормозной системы. Блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения управляют потоком энергии между генератором, батареей и электромоторами. Данные устройства осуществляют преобразование электроэнергии в соответствии с потребностями системы. Потребность в преобразовании продиктована следующими причинами: генератор и электромоторы – машины переменного тока, в то время как аккумуляторная батарея оперирует постоянным током, кроме того, выходное напряжение батареи не соответствует выходному напряжению генератора, а также входному напряжению электромоторов. Инвертор – блок, преобразующий постоянный ток, поступающий от аккумуляторной батареи, в переменный, используемый для питания электромоторов. В данной гибридной силовой установке предусмотрена высоковольтная схема преобразования постоянного тока одного напряжения в постоянный ток более высокого напряжения. При этом происходит равномерный рост электрической мощности при той же величине силы тока.

При рекуперативном торможении система переводит моторы в генераторный режим. Вырабатываемая при этом энергия поступает на хранение в аккумуляторную батарею. Особо эффективно сохраняет энергию при езде в городских условиях режим «старт – стоп», который позволяет автоматически глушить двигатель при остановках или даже во время замедления.

Для начала движения и на малых скоростях используется только электромотор. При плавном наборе скорости энергия, запасенная в батарее, поступает на блок управления электропитанием, который, в свою очередь, направляет энергию на электромоторы, что позволяет автомобилю плавно трогаться с места.

При движении в нормальном режиме момент на ведущие колёса поступает с ДВС и электромоторов. При необходимости генератор осуществляет заряд батареи, отдавая ей излишки энергии.

В целях обеспечения максимальной эффективности распределение энергии контролируется электронным блоком управления.

При разгоне бензиновый двигатель работает в нормальном режиме, а при необходимости, дополнительная энергия для улучшения динамики поступает от электромоторов.

Для оптимизации количества сохраняемой энергии, электроника принимает решение о том, когда следует использовать гидравлическую систему торможения, а когда – рекуперативное торможение.

Хотелось бы отдельно сказать несколько слов о высоковольтной аккумуляторной батарее. Компания Toyota уже долгое время использует никельметаллгидридные батареи, которые переносят низкие температуры без заметного снижения рабочих характеристик. Японцы проводили испытания при температуре около минус 30, и автомобиль заводился и нормально работал. Срок службы батареи – такой же, как и у всего автомобиля, 300–350 тысяч километров.