Slide 1

NAPĘDY HYBRYDOWE W
MOTORYZACJI

Opracował na podstawie
materiałów TMC
Mgr inż. Stanisław Kucharski

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 2

Historia
1899 – pierwszy samochód z napędem hybrydowym - F. Porsche.

Silnik spalinowy napędzał generator, który zasilał silniki elektryczne
umieszczone w bębnach przednich kół.

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 3

Historia
1997 - wprowadzenie do sprzedaży pierwszych seryjnie
produkowanych samochodów z napędem hybrydowym
Toyota Prius.

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 4

Historia
2004 - pierwszy Lexus z napędem hybrydowym

•

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 5

Rodzaje napędów hybrydowych
Równoległy hybrydowy układ napędowy
Akumu.

Przet.
Silnik

Skrzynia biegów Silnik elektryczny
/ prądnica

Silnik
spalinowy
Toyota Motor Marketing Europe

Sprzęgło/
skrzynia
biegów

Silnik
elektryczny

Koła samochodu


Slide 6

Rodzaje napędów hybrydowych
Szeregowy hybrydowy układ napędowy
Akum.

Przet.

Silnik

Prądnica

Silnik
spalinowy

Prądnica

Toyota Motor Marketing Europe

Silnik
elektryczny

Silnik
elektryczny

Koła
samochodu


Slide 7

Rodzaje napędów hybrydowych
Hybrydowy układ napędowy Toyoty
(szeregowy/równoległy/szeregowo-równoległy)

Prądnica
Silnik
spalinowy

Silnik
spalinowy

Silnik
elektryczny

Prądnica

Koła samochodu
Toyota Motor Marketing Europe

Silnik
elektryczny


Slide 8

Prius

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 9

Napędy hybrydowe

Hybrydowy układ Toyoty - Prius
Zespół akumulatorów HV
Prądnica

Przetwornik napięcia

Silnik spalinowy

Przekładnia planetarna

Silnik elektryczny

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 10

THS II

Basic components
•MG 2
(Wheel Drive Motor / Generator)
– Drives vehicle
– Performs regenerative braking

Motor

Toyota Motor Marketing Europe

– Max. Output: 50 kW
– Max. Torque: 400 Nm !
(wide maximum torque
distribution range)


Slide 11

RX400h

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 12

Układ napędowy – RX400h
Podstawowe elementy THS-II

Planetarny zespół
rozdzielający

MG1

MGR

Silnik
HV Zespół
akumulatorów
Przetwornik
Planetarny zespół
redukujący prędkość

Toyota Motor Marketing Europe

MG2


Slide 13

Dane

MG2
MG2
Synchroniczny, wzbudzenie
od magnesów trwałych

Typ

Napęd przednich kół,
Generator

Funkcja
Napięcie

V
Mak. Moc
kW / rpm
Mak. Moment
N·m / rpm

Toyota Motor Marketing Europe

Mak. AC 650

123 / 4,500

335 / 0 ~ 1,500

Mak. obroty

12,400

Układ chłodzenia

Wodny


Slide 14

GS450h

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 15

Układ napędowy – GS450h

Przetwornik

MG1

MG2

HV Zespół
akumulatorów
Silnik
Planetarny
zespół
rozdzielający
Toyota Motor Marketing Europe

2 biegowa
skrzynia
redukująca


Slide 16

LS600h

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 17

Układ napędowy – GS600h

Przetwornik

MG1

MG2

HV Zespół
akumulatorów
Silnik
Planetarny
zespół
rozdzielający
Toyota Motor Marketing Europe

2 biegowa
skrzynia
redukująca


Slide 18

MG (Silnik/Prądnica)
*: Moment jest podnoszony 3.90 razy
przy niskim przełożeniu i 1.90 razy
przy wysokim przełożeniu.

Dane MG1 i MG2
MG
(Silnik prądnica)

LS600hL / LS600h
MG1

MG2

Typ
Napięcie znamionowe
Type
Max. Output [kW (HP]
Max. Torque
Napięcie znamionowe
Układ chłodzenia

MG1

Toyota Motor Marketing Europe

GS450h

Wirnik z magnesami trwałymi
AC 650 V
Wirnik z magnesami trwałymi
165 kW (221 HP)
300 Nm (221 ftlbf)




147 kW (197 HP)
275 Nm

AC 650 V
Chłodzenie cieczą




MG2


Slide 19

L110F HYBRID TRANSMISSION
2-stage Motor Speed Reduction Device
– Realize high speed and high torque by compact MG2
Torque

NOTE: These are fundamental charts.

Range of Hi Gear Drive
(for high speed)

Gear Position

Range of Lo Gear Drive
(for high torque)

NORMAL DRIVING EXAMPLE
Hi
Lo

For -A

42.3 (26.3)

73.0 (45.3)

For -W

49.3 (30.6)

85.2 (52.9)

Vehicle Speed [km (mph)]
Toyota Motor Marketing Europe

Vehicle Speed


Slide 20

Przetwornik napięcia
Schemat układu
HV ECU

Moduł akumulatorów HV
Battery
Modules

SMR

Przetwornik
MG ECU
Boost Converter
(DC 288 V  DC 650 V [max.])

Przetwornik (DC  AC)
dla MG1
dlaMG2

DC/DC Przetwornik

[Akumulator pomocniczy]

(DC288V  DC 12 V)

Akumulator
pomocniczy

Toyota Motor Marketing Europe

MG1

MG2

Sprężarka klimatryzacji
Zespół hybrydowy


Slide 21

Przetwornik
Schemat układu
Przetwornik
Wzmacniacz (DC)
IGBT

IPM

Przetwornik (AC)

IGBT
IPM

Reactor
Zespół
akumulatorów
(DC)

MG1

MG2

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 22

LS600h

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 23

Chassis

Steering
Motor (brushless type)
– concentric with rack shaft,
– consists of rotation angle sensor, stator and rotor
Rotation Angle
Sensor

Coil
Stator
Motor

Magnet

Rack Shaft
Toyota Motor Marketing Europe

Rotor


Slide 24

STEERING
System Diagram

Steering Gear
Unit
Torque Sensor
Lock Solenoid

Steering Control ECU

Motor
Rotation Angle
Sensor
VGRS Actuator

DLC3

Rotation Angle
Sensor

AC
33 – 46 V
Parking Assist
ECU

Power Steering ECU

DC 33 – 46 V
DC/DC Converter
[EPS /Active Stabilizer Suspension]

Combination
Meter

DC 12 V
Auxiliary Battery

Skid Control
ECU

Speed Sensors
Steering Angle Sensor
Toyota Motor Marketing Europe

EPS Motor

HV
ECU

DC 288 V
HV
Battery

Yaw Rate Sensor
Deceleration Sensor

Suspension Control ECU

Driving Support ECU


Slide 25

System aktywnej stabilizacji zawieszenia

To decrease rolling angle during cornering

: Stabilizer bar effect
: Active stabilizer suspension
system effect
Toyota Motor Marketing Europe


Slide 26

ACTIVE STABILIZER
SUSPENSION SYSTEM
Active Stabilizer Actuator
– DC brushless motor and reduction gear twist stabilizer bar on both
sides
Stator Coil

Rotor Gear

Reduction Mechanism
(Strain Wave
Gearing Mechanism)

NOTE:
Active stabilizer actuator is
non-disassemble parts
Front Stabilizer
Bar (LH)

Front
Stabilizer Bar
(RH)

Brushless Motor
Motor Rotation Sensor
(3 Hall ICs)

Toyota Motor Marketing Europe

Front


Slide 27

ACTIVE STABILIZER
SUSPENSION SYSTEM
Active Stabilizer Actuator
– Reduction mechanism
• Both stabilizer bar shifts 2 teeth per wave generation 1 rotation
Front Stabilizer
Bar (RH)

400 teeth

Rotor Gear

Toyota Motor Marketing Europe

Wave Generator

Flexible Gear

402 teeth

Front Stabilizer Bar
(LH)

Circular Gear

Gear Ratio : 1/200


Slide 28

REFERENCE (ACTIVE
STABILIZER SUSPENSION SYSTEM)
Reduction Mechanism
– Construction

Stator Gear

Flexible Gear
Wave Generator
Ball Bearing is between
flexible gear and wave
generator

Meshing

Not meshing
Toyota Motor Marketing Europe

View from stator gear side
(Steering wheel side)

NOTE:
Indicate this is the reduction
mechanism as VGRS system for
GS430 example


Slide 29

REFERENCE (ACTIVE
STABILIZER SUSPENSION SYSTEM)
Reduction Mechanism
– Operation of strain
wave gearing
Flexible Gear
(100 teeth)

Motor Shaft
Wave Generator

Stator Gear
(102 teeth)

Toyota Motor Marketing Europe

Ball Bearing
(Between flexible gear
and wave generator)


Slide 30

REFERENCE (ACTIVE
STABILIZER SUSPENSION SYSTEM)
Reduction Mechanism
– Operation of strain
wave gearing

Stator gear fixed
View from stator gear side
(Steering wheel side)
Toyota Motor Marketing Europe


Slide 31

Wyposażenie
Equipment Items for Exterior

Object Recognition Camera
•for Pre-crash Safety System
•for Dynamic Radar Cruise Control System
(Full-speed Following Function)

Enhanced Safety and Comfort Systems
•Pre-crash Safety System
•Dynamic Radar Cruise Control System

World First
•LED Headlight (Lobeam)

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 32

Wyposażenie
Equipment Items for Exterior
Power Trunk
Lid

Parking Assist / Monitoring
• Intelligent Parking Assist
• Rear View Monitor
• LEXUS Parking
Assist-sensor
Rear Pre-crash Safety
System

Toyota Motor Marketing Europe

LED Type Tail
and Stoplight


Slide 33

Wyposażenie
[Rear Pre-crash Safety System]

Equipment Items for Safety
– Enhanced Pre-collision Safety System
[Pre-crash Safety System (Front)]
Obstacle Detection

Cooperative Control

[VGRS / Air
Suspension Control]

Pre-crash
Intelligent Headrest

[Object Recognition Camera / Millimeter
Wave Radar Sensor]
Brake Operation

[Operation / Assist Standby]

Toyota Motor Marketing Europe

Driver Monitor Camera


Slide 34

Napęd hybrydowy - Toyota
Highlander Hybrid
50 231 samochodów (od 2005 roku)

Camry Hybrid
25 959 samochodów (w 2006 roku)

Prius
605 600 samochodów (od 1997 roku,
w 2005 roku 175 157 samochodów)

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 35

Napęd hybrydowy - Lexus

RX400h
63 710 samochodów (od 2005 roku)

GS450h
5 330 samochodów (w 2006 roku)

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 36

Napęd hybrydowy – pozostali
producenci

Honda INSIGHT

Honda ACCORD

Honda CIVIC
Toyota Motor Marketing Europe


Slide 37

Napęd hybrydowy – pozostali
producenci
Saab - BioPower Hybrid (model studyjny)

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 38

Napęd hybrydowy – pozostali
producenci
BMW X3 Efficient Dynamic (od 2010 roku)

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 39

Napęd hybrydowy – pozostali
producenci
Audi Q7 hybrid (od 2008 roku na rynek US)

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 40

Napęd hybrydowy – pozostali
producenci
Mercedes F500 MIND S-Class (pojazd studyjny)

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 41

Napęd hybrydowy – pozostali
producenci
Hybrydowy Ford Escape (tylko na rynek US)
Sprzedaż - 12 927 samochodów w 2006 roku

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 42

Napęd hybrydowy – pozostali
producenci
Volvo Truck FM z napędem hybrydowym (w fazie badań)

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 43

Napęd hybrydowy – pozostali
producenci
Solaris Urbino z napędem hybrydowym (premiera 2006)

Toyota Motor Marketing Europe


Slide 44

Zużycie paliwa
RX300

RX400h GS460 GS450h LS460

LS600h

Wielkość emisji CO2 (w
ruchu miejskim) [g/km]

383

215

388

265

Wielkość emisji w CO2
(w ruchu poza miejskim)

186

168

187

188

Zużycie paliwa (w ruchu
miejskim) [l/100km]

9,1

16,3

9,1

16,5

11,3

Zużycie paliwa (w ruchu
poza miejskim) [l/100km]

7,6

7,9

7,1

7,9

8,0

Toyota Motor Marketing Europe