¿Qué es Hybrid Synergy Drive (HSD) y cómo funciona?

Si eres fanático de los vehículos híbridos o estás interesado en comprar uno, es seguro que has escuchado hablar del Hybrid Synergy Drive (HSD) en más de una ocasión. Pero, ¿sabes realmente qué es y cómo funciona? En este artículo, te llevaremos a un fascinante viaje al mundo de la ingeniería automotriz para descubrir cómo esta tecnología revolucionaria hace posible que estos vehículos logren una mayor eficiencia y reduzcan su impacto ambiental. Así que prepárate para sumergirte en los secretos de esta innovadora tecnología y descubrir por qué cada vez más personas se están convirtiendo en defensores entusiastas del Hybrid Synergy Drive.

¿Qué es Hybrid Synergy Drive (HSD) y cómo funciona?

Hybrid Synergy Drive (HSD) es la marca de Toyota Motor Corporation para la tecnología de propulsión híbrida utilizada en los vehículos de las marcas Toyota y Lexus.

La tecnología HSD crea un vehículo totalmente híbrido en el que el coche puede funcionar únicamente con el motor eléctrico, a diferencia de la mayoría de los vehículos híbridos de otras marcas que no pueden hacer esto y se consideran híbridos suaves.

Synergy Drive es un sistema drive-by-wire sin conexión mecánica directa entre el motor y el control del motor: tanto el acelerador/pedal del acelerador como la palanca de cambios en un automóvil HSD solo transmiten señales eléctricas a una computadora de control.

¿Qué es Hybrid Synergy Drive (HSD) y cómo funciona?¿Qué es Hybrid Synergy Drive (HSD) y cómo funciona?
Propulsión de sinergia híbrida de Toyota

Diferencia entre coche convencional y coche HSD:

  • El sistema HSD de Toyota sustituye una transmisión de engranajes normal por un sistema electromecánico.
  • Un motor de combustión interna (ICE) entrega potencia de manera más eficiente en un rango de velocidad pequeño, pero las ruedas deben accionarse en todo el rango de velocidad del vehículo. En un automóvil convencional, el tren de engranajes entrega a las ruedas diferentes requisitos discretos de potencia de par y velocidad del motor. Las transmisiones de engranajes pueden ser manuales con embrague o automáticas con convertidor de par, pero ambas permiten que el motor y las ruedas giren a diferentes velocidades. El conductor puede ajustar la velocidad y el par entregado por el motor utilizando el pedal del acelerador y la transmisión transfiere mecánicamente casi toda la potencia disponible a las ruedas, que giran a una velocidad diferente a la del motor, por un factor igual a la relación de transmisión actual que corresponde. marcha seleccionada. Sin embargo, hay un número limitado de «marchas» o relaciones de transmisión entre las que el conductor puede elegir, normalmente de cuatro a seis. Esta relación de transmisión limitada obliga al cigüeñal del motor a girar a velocidades en las que el motor de combustión interna es menos eficiente, es decir, en las que un litro de combustible produce menos julios. Los requisitos óptimos de velocidad y par del motor para diferentes condiciones de conducción y aceleración del vehículo se pueden determinar limitando la velocidad del tacómetro o el ruido del motor en comparación con la velocidad real. Cuando se requiere que un motor funcione eficientemente en un amplio rango de velocidades, las opciones de los fabricantes para mejorar la eficiencia, la confiabilidad o la vida útil del motor, así como para reducir el tamaño o el peso del motor debido al acoplamiento con una transmisión de engranajes, son limitadas. Por esta razón, el motor de un motogenerador suele ser mucho más pequeño, más eficiente, más confiable y más duradero que un motor diseñado para un automóvil u otra aplicación de velocidad variable.
  • Sin embargo, una transmisión continuamente variable permite efectivamente al conductor (o a la computadora del vehículo) seleccionar la relación de transmisión óptima requerida para cualquier velocidad o potencia deseada. La transmisión no se limita a un juego de engranajes fijos.
  • La velocidad más eficiente (rpm) para un motor de combustión interna suele estar entre 1500 y 2000 rpm para la potencia típica necesaria para impulsar un automóvil.
  • Un vehículo HSD normalmente hace funcionar el motor a la velocidad de eficiencia óptima siempre que se necesita energía para cargar las baterías o acelerar el vehículo, y apaga el motor por completo cuando se necesita menos energía.

El sistema HSD reemplaza la transmisión, el alternador y el motor de arranque con:

  • MG1, un motor generador de CA con rotor de imán permanente, utilizado como motor al arrancar el motor de combustión interna y como generador (alternador) al cargar la batería de alto voltaje. (Motorgenerador secundario)
  • MG2, un motor generador de CA, que también tiene un rotor de imán permanente y sirve como motor de accionamiento primario y como generador (alternador), cuya energía de regeneración se envía a la batería de alto voltaje. (Motorgenerador primario)
  • Electrónica de potencia, incluidos tres inversores CC-CA y dos convertidores CC-CC
  • Sistema de control computarizado y sensores.
  • Una batería de alto voltaje HVB suministra energía eléctrica al acelerar y absorbe energía eléctrica durante el frenado de recuperación.

Así funciona HSD 😕

Una transmisión HSD contiene un conjunto de engranajes planetarios que ajusta y mezcla el par del motor y los motores según lo necesitan las ruedas delanteras. Es una combinación sofisticada y complicada de cajas de cambios, generadores de motores eléctricos y controles electrónicos computarizados. Uno de los motogeneradores, MG2, está conectado al eje de salida, acoplando el par dentro o fuera de los ejes de entrada; Al introducir electricidad en el MG2, se aumenta el par en las ruedas. Hay un segundo diferencial en el extremo del motor del eje de transmisión;

El accionamiento HSD funciona desviando energía eléctrica entre los dos generadores del motor y extrayéndola del paquete de baterías para equilibrar la carga del motor de combustión. Dado que los motores eléctricos proporcionan un aumento de potencia durante los períodos de aceleración rápida, el motor de combustión interna puede reducirse de tamaño para que solo se adapte a la carga promedio del vehículo, en lugar de dimensionarse de acuerdo con el requisito de potencia máxima para una aceleración rápida. . El motor de combustión más pequeño se puede diseñar de manera más eficiente. Además, en funcionamiento normal, el motor puede funcionar a o cerca de sus niveles ideales de velocidad y par para rendimiento, economía o emisiones, y la batería absorbe o suministra energía según sea necesario para equilibrar las demandas impuestas por el conductor. Durante las paradas de tráfico, el motor de combustión se puede incluso apagar para lograr una eficiencia aún mayor.

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¿Qué es Hybrid Synergy Drive (HSD) – Cómo funciona?

Hybrid Synergy Drive (HSD) es la marca registrada de Toyota Motor Corporation para la tecnología de tren motriz híbrido utilizada en vehículos de las marcas Toyota y Lexus.

La tecnología HSD produce un vehículo híbrido completo que permite que el automóvil funcione solo con el motor eléctrico, a diferencia de la mayoría de los otros híbridos de otras marcas que no pueden y se consideran híbridos suaves.

El Synergy Drive es un sistema de «drive-by-wire» sin conexión mecánica directa entre el motor y los controles del motor: tanto el pedal del acelerador como la palanca de cambios en un automóvil HSD simplemente envían señales eléctricas a una computadora de control.

Diferencia entre un automóvil convencional y un automóvil HSD:

El sistema HSD de Toyota reemplaza una transmisión de engranajes normales con un sistema electromecánico.

Un motor de combustión interna (MCI) entrega energía de manera más eficiente en un rango de velocidad reducido, pero las ruedas deben ser impulsadas en todo el rango de velocidad del vehículo. En un automóvil convencional, la transmisión de engranajes entrega diferentes requisitos de fuerza y velocidad del motor a las ruedas. Las transmisiones de engranajes pueden ser manuales, con embrague, o automáticas, con un convertidor de par, pero ambas permiten que el motor y las ruedas giren a diferentes velocidades. El conductor puede ajustar la velocidad y la fuerza entregada por el motor con el acelerador y la transmisión transmite mecánicamente casi toda la potencia disponible a las ruedas, que giran a una velocidad diferente al motor, por un factor igual a la relación de engranajes seleccionada actualmente. Sin embargo, hay un número limitado de «engranajes» o relaciones de engranajes que el conductor puede elegir, normalmente de cuatro a seis. Este conjunto limitado de relaciones de engranajes obliga al cigüeñal del motor a girar a velocidades donde el MCI es menos eficiente, es decir, donde un litro de combustible produce menos joules. Los requisitos óptimos de velocidad de torsión del motor para diferentes condiciones de conducción y aceleración del vehículo se pueden medir limitando la velocidad de RPM del tacómetro o el ruido del motor en comparación con la velocidad real. Cuando se requiere que un motor funcione de manera eficiente en un amplio rango de RPM, debido a su acoplamiento a una transmisión de engranajes, los fabricantes tienen opciones limitadas para mejorar la eficiencia del motor, la confiabilidad o la vida útil, así como para reducir el tamaño o peso del motor. Es por eso que el motor para un motor-generador a menudo es mucho más pequeño, más eficiente, más confiable y con una vida útil más larga que uno diseñado para un automóvil u otra aplicación de velocidad variable.

Sin embargo, una transmisión de variación continua le permite al conductor (o a la computadora del automóvil) seleccionar eficazmente la relación de engranajes óptima requerida para cualquier velocidad o potencia deseada. La transmisión no está limitada a un conjunto fijo de engranajes.

La velocidad más eficiente (RPM) para un MCI suele ser de alrededor de 1500-2000 RPM para la potencia típica requerida para propulsar un automóvil.

Un vehículo HSD generalmente ejecutará el motor a su velocidad de eficiencia óptima siempre que se necesite energía para cargar las baterías o acelerar el automóvil, apagando completamente el motor cuando se requiera menos energía.

El sistema HSD reemplaza la transmisión de engranajes, el alternador y el motor de arranque con:

– MG1, un motor-generador de CA con un rotor de imán permanente, utilizado como motor al arrancar el MCI y como generador (alternador) al cargar la batería de alto voltaje (motor-generador secundario).
– MG2, un motor-generador de CA, también con un rotor de imán permanente, utilizado como motor de transmisión principal y como generador (alternador), cuya potencia de regeneración se dirige a la batería de alto voltaje (motor-generador principal).
– Electrónica de potencia, que incluye tres inversores de CC a CA y dos convertidores de CC a CC.
– Sistema de control informatizado y sensores.
– Una batería de alto voltaje que suministra energía eléctrica durante la aceleración y absorbe energía eléctrica durante la frenada de regeneración.

Funcionamiento del HSD:

Una transmisión HSD contiene un conjunto de engranajes planetarios que ajusta y combina la cantidad de torsión del motor y de los motores según sea necesario por las ruedas delanteras. Es una combinación sofisticada y complicada de engranajes, motor-generadores eléctricos y controles electrónicos controlados por computadora. Uno de los motor-generadores, MG2, está conectado al eje de salida y, por lo tanto, acopla la torsión en los ejes de transmisión; la alimentación de electricidad en MG2 agrega torsión en las ruedas. El extremo del motor del eje de transmisión tiene un segundo diferencial.

El sistema de transmisión HSD funciona desviando la energía eléctrica entre los dos motores generadores, utilizando la energía de la batería, para equilibrar la carga en el motor de combustión interna. Dado que se dispone de un impulso de potencia de los motores eléctricos durante períodos de aceleración rápida, el MCI puede reducirse de tamaño para que coincida solo con la carga promedio del automóvil, en lugar de dimensionarse con base en las demandas máximas de potencia para aceleración rápida. Un motor de combustión interna más pequeño puede diseñarse para funcionar de manera más eficiente. Además, durante la operación normal, el motor puede funcionar a o cerca de su nivel de velocidad y torsión óptimas para potencia, economía o emisiones, con la batería suministrando o absorbiendo energía según sea necesario para equilibrar la demanda del conductor. Durante las paradas de tráfico, incluso se puede apagar el motor de combustión interna para obtener una mayor economía.

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