Toyota Hybrid Synergy Drive: eccellenza giapponese

Toyota HSD

Toyota Hybrid Synergy Drive: eccellenza giapponese – Un sistema particolarmente sofisticato ed efficiente che da anni è alla base della tecnologia ibrida del costruttore giapponese.

L’Hybrid Synergy Drive (HSD) di Toyota associa l’azione di un motore endotermico di 1.8 litri, alimentato a benzina e con funzionamento secondo il ciclo Atkinson, a due motori elettrici sincroni a corrente alternata trifase. Si tratta di un sistema che lavora in due modalità, una in serie con la connessione diretta tra il motore a benzina (MED) ed il primo motore elettrico (G1) che normalmente funge da generatore, una in parallelo con un secondo motore elettrico (G2) che funziona principalmente come motore di propulsione.

Toyota HSD

Il motore termico sviluppa 98 CV di potenza massima e 142 Nm di coppia massima. Il motore elettrico di tipo sincrono a magneti permanenti sviluppa, invece, 72 CV e 163 Nm grazie a una tensione di alimentazione di 650 Volt. Tensione generata da un pacco batterie, costituito da 28 moduli da sei celle ciascuno, di tipo Nichel-Metallo idruro della capacità di 6.5 Ah e dalla tensione nominale di 206,1 Volt. L’intero powertrain sviluppa in definitiva ben 122 CV. Per trasformare la corrente da alternata (quella prodotta dai motori elettrici) in continua (quella immagazzinata nelle batteria) e viceversa il sistema si affida poi a un inverter/converter che è anche in grado di variare la tensione della corrente.

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Il collegamento tra i due sistemi e la trasmissione finale, che di fatto porta anche il moto alle ruote, avviene tramite un rotismo epicicloidale e un riduttore planetario denominato “Power Split Device”. Un tipico gruppo epicicloidale è costituito da un ingranaggio centrale (pignone solare) in presa con alcuni satelliti, ingranaggi montati sui perni di una gabbia portasatelliti che sono in presa anche con la corona a dentatura interna che racchiude il tutto. Si vengono così ad avere tre alberi coassiali, collegati rispettivamente con il pignone solare, la gabbia portasatelliti e la corona. Il moto può essere trasmesso dunque sempre sullo stesso asse di rotazione, anche se con velocità (e coppie) differenti. Questo tipo di trasmissione consente tre diversi gradi di libertà che vengono selettivamente bloccati da una centralina elettronica in base allo stato di carica della batteria e alle fasi di guida.

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Il primo grado di libertà è occupato dal motore termico e dal motore-generatore elettrico secondario (G1), il secondo grado dal secondo motore elettrico primario (G2), di maggiore potenza e deputato alla trazione e il terzo dalla trasmissione finale alle ruote con gruppo riduzione e differenziale. Variando continuamente il bloccaggio dei tre gradi di libertà il rotismo epicicloidale va a mimare o il funzionamento seriale oppure quello parallelo consentendo alla Toyota Prius HSD di poter avanzare in solo elettrico, in solo termico o con la combinazione di entrambi i propulsori. Il motore termico, inoltre, viene impiegato sia per la trazione che per azionare il motore elettrico secondario che può così produrre energia elettrica.

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Nel nostro caso il gruppo epicicloidale dal lato del motore termico riceve il moto da quest’ultimo tramite la gabbia portasatelliti, dalla quale la coppia viene ripartita: la maggior parte va alla corona, che la invia alla trasmissione finale, mentre una quota inferiore va al pignone solare e quindi al motore elettrico secondario. La corona è dentata esternamente e ciò le consente di trasmettere il moto al gruppo di riduzione finale e al differenziale ma ha anche una seconda dentatura interna, collegata al motore elettrico primario per mezzo dei satelliti. Il sistema HSD di Toyota sostituisce quindi il classico cambio automatico con una trasmissione definita elettromeccanica che si comporta come un CVT controllato elettronicamente che per similitudine la Toyota chiama e-CVT (electronic continuously variable transmission).

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Ad avviare il motore termico, quando necessario, provvede il motore elettrico secondario, che funge quindi anche da motorino d’avviamento. La modalità di funzionamento prevede l’intervento del G2 (motore elettrico) in solitaria nelle condizioni di funzionamento da zero fino a richieste di media potenza e prevede l’intervento del motore endotermico accoppiato a G2 (motore elettrico) da media potenza fino al massimo. Se la batteria è parzialmente scarica l’auto avanza con il solo motore termico che si preoccupa anche di ricaricare la batteria con il motore elettrico G1. Se viene richiesta la massima potenza come in salita e se la batteria è carica allora l’auto avanza grazie sia al motore termico che al motore elettrico G2. Gli eccessi di coppia generati, vanno a ricaricare le batteria, cosa che avviene anche quando il veicolo è in fase di decelerazione o frenata mediante l’azione frenante di G1. Il motore elettrico primario G1 può quindi utilizzare l’energia elettrica per ricaricare la batteria o per azionare il motore elettrico secondario G2, deputato alla propulsione. Quanto più il motore elettrico G1 è in grado di generare energia tanto più il motore elettrico G2 sarà in grado di generare potenza motrice.

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