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Il sistema Hybrid Synergy Drive di Toyota

Il sistema Hybrid Synergy Drive di Toyota – La Toyota è il brand che prima di tutti ha creduto nella tecnologia ibrida. L’esperienza pluri-decennale in questo campo ha consentito di creare un sistema particolarmente evoluto, l’Hybrid Synergy Drive (HSD), che 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. 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 separatamente in parallelo principalmente come motore di propulsione.

Toyota Hybrid Synergy Drive

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 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. Il collegamento dei due sistemi, che di fatto porta anche il moto alle ruote, avviene tramite un rotismo epicicloidale e un riduttore planetario denominato “Power Split Device” e appositamente studiati da Toyota.  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.

Toyota Hybrid Synergy Drive

Il primo grado di libertà è occupato dal motore termico e dal motore-generatore elettrico, il secondo grado dal secondo motore elettrico deputato alla trazione e il terzo dalla trasmissione finale alle ruote. 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 sistema HSD di Toyota quindi 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),  gestito da un unica unità di controllo. A completare il tutto c’è un inverter e una batteria che fornisce energia per la marcia.

Toyota Hybrid Synergy Drive

Toyota Hybrid Synergy Drive

Per quanto il sistema HSD di Toyota consente in certe condizioni di poter viaggiare anche in full elettrico con un azionamento manuale, il massimo dell’efficienza si ha quando il driver affida completamente la gestione automatica al  computer che provvede a decidere da solo quanta potenza deve usare ognuno dei tre motori, tenendo sempre carica la batteria e decidendo in tutta autonomia  quando conviene andare in modalità completamente elettrico. La modalità di funzionamento prevede l’intervento del G2 in solitaria nelle condizioni di funzionamento da zero fino a richieste di media potenza e prevede l’intervento del motore endotermico accoppiato a G1 da media potenza fino al massimo. Gli eccessi di coppia generati, vanno a ricaricare le batteria, cosa che avviene anche quando il veicolo è in fase di frenata mediante l’azione frenante di G1.

Toyota Hybrid Synergy Drive

Toyota Hybrid Synergy Drive

Bisogna dire che, per quanto complesso,  il sistema HSD di Toyota ha il pregio di essere quello che in assoluto sfrutta al massimo l’efficienza del motore endotermico facendoci ottenere consumi ridotti al minimo. Il computer gestisce, infatti, i tre motori in modo che si possa avere sempre la massima coppia utilizzando al minimo la richiesta di energia sia che si tratti di benzina che di carica elettrica.

Archivio foto: Toyota Italia.

Author

Matteo Di Lallo

http://www.matteodilallo.tech
Laureato in Ingegneria Meccanica e forte appassionato di motori. Collabora attualmente per alcune realtà del mondo dell'editoria automotive: Autotecnica, Trasporto Commerciale, Giornale del Meccanico, La Mia Auto, Omniauto, Quattroruote, Motori Agricoli, Evo Italia, Automobilismo ed EngBook.

34 Replies to “Il sistema Hybrid Synergy Drive di Toyota”

  1. Complimenti per le belle descrizioni, dettagliate senza diventare noiose e rimanendo alla portata di tutti. Vorrei saper se questo power train è uguale a quello della Yaris ibrida o, se è diverso in cosa lo sia. Grazie

    1. Grazie Enzo, i tuoi complimenti non possono che farmi piacere.
      Il powertrain adottato dalla nuova Toyota Yaris Hybrid è il medesimo con alcune piccole differenze:
      il motore termico è un 1.5 litri e non un 1.8 litri e tutta la meccanica ma sopratutto l’elettronica
      è dimensionata per movimentare una vettura di minori dimensioni quale è la Toyota Yaris quindi pacco
      batterie di minori dimensioni, motore elettrico di minori dimensioni e intero sistema sotto dimensionato.

  2. Ho acquistato a luglio 2017 una Auris HSD di cui sono contentissimo e dopo aver letto il suo articolo lo sono ancora di più. Abito a Roma e nel traffico da “Arena del Colosseo” la mia Toyota fa 21 km con un litro. Il suo articolo è veramente esplicativo e le illustrazioni in 3D sono veramente fatte bene. Complimenti

    1. Buonasera Maurizio, la ringrazio per i complimenti perché non possono che farmi piacere. Nel limite del possibile cerco sempre di fare il massimo nel poco tempo libero che ho per portare avanti questo mio spazietto personale 😉

  3. Buonasera Matteo,
    complimenti per nozioni tecniche che rendono un può più edotti anche noi che non siamo del settore.
    Volevo approfittarne per chiederle se anche Lexus NX 300h Hybrid monti la stessa tecnologia per il suo 2.5 litri. Grazie.

  4. Sono un neo proprietario di una Toyota Yaris Hybrid. Ho apprezzato la tua spiegazione del sistema HSD di Toyota, ma avrei bisogno di un ulteriore chiarimento o conferma:
    – il generatore elettrico MG1 è in presa con il pignone solare del rotismo epicicloidale?
    – il motore termico è in presa con il porta satelliti del rotismo epicicloidale?
    – la corona dentata del rotismo epicicloidale è in presa con il motore elettrico MG2 e con le ruote del veicolo?
    Grazie

  5. Buongiorno Matteo, ho letto con molto interesse la descrizione del funzionamento della tecnologia ibrida di Toyota. sono da 11 anni possessore di Prius serie II e vorrei capire per quale ragione la potenza del motore termico non si somma algebricamente con quella del motore elettrico. Infatti nella nuova serie, come da Lei descritto, 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. L’intero powertrain sviluppa in definitiva ben 122 CV. Dove vanno a finire i 28 CV mancanti? Grazie e ancora complimenti

    1. Il discorso è lungo e complesso ma per farla breve si ha l’unione di due motori molto diversi (termico ed elettrico) che hanno curve di coppia e potenza, quindi caratteristiche, molto diverse tra loro. Hanno range di funzionamento molto diversi, regimi massimi diversi e regimi ai quali vengono erogate la coppia e la potenza massima molto diversi. Quindi, semplificando di molto la spiegazione, è per questo motivo che non si può fare una semplice addizione tra le due potenze e le due coppie.

      1. mi scusi ancora se approfitto, molte case automobilistiche europee, nel caso di ibrido, hanno preferito montare il motore elettrico sull’asse posteriore invece che accoppiarlo col sistema epicicloidale come ha fatto Toyota. questa soluzione ha caratteristiche di natura economica oppure in qualche modo produce vantaggi sul rendimento totale? grazie

        1. Anche qui il discorso è lungo e complesso ma per semplificare le posso dire che il motore viene montato al posteriore per dare motricità alle ruote posteriori così da ricreare una sorta di trazione integrale con i due propulsori e di conseguenza i due assali completamente indipendenti ma gestiti dall’elettronica.

  6. Ciao Matteo, Dove posso trovare più ampie spiegazioni del sistema (ho un nuova Yaris ibrida) come mai si è scelto la via dei motori a corrente alternata e quindi gli inverter?

  7. Buongiorno ingegnere e grazie per la sua disponibilità. Ho un dubbio sul sistema ibrido Toyota. Ho fatto il test drive della C HR e il concessionario mi ha fatto vedere su carta che statisticamente ha un efficenza che va dai 21 ai 27 km al litro.
    Considerando che ha un motore endotermico di 1.8 l che è proposto sia alla trazione e sia alla ricarica delle batterie, come può arrivare a 27 km se devo consumare carburante sia per muovermi e sia per ricaricare le batterie che poco dopo andrò a scaricare per muvermi? Solo con i recuperi sulle frenate?
    Grazie

  8. Scusi, aggiungo.
    È per L efficienza del motore elettrico ( circa 85% in più del motore endotermico ) che si arriva a questa resa?

  9. Salve Matteo, complimenti per la descrizione; essendo un appassionato di elettronica volevo sapere qualcosa in più sui motori elettrici, ad esempio se funzionano in continua o tri-fase ecc. e quindi cosa danno in uscita gli inverter?
    Grazie

  10. Buongiorno

    Vorrei sapere chi avvia il motore endotermico…. è il motore Mg1? Ma per far ciò si deve bloccare il rotismo epicicloidale verso le ruote, magari attraverso la contemporanea trazione del motore MG2? Nessun blog finora lo spiega. Grazie Saluti.

  11. Buonasera Matteo,
    ho notato che nelle figure è presente un clutch, che non dovrebbe essere indispensabile per il funzionamento dell’HSD. O sbaglio?

  12. Finalmente un’esposizione chiara della “misteriosa ” trasmissione E-CVT di Toyota, tuttavia le chiedo cortesemente un chiarimento su alcuni punti:
    1. tutte le Toyota ibride hanno due motori elettrici? (solo uno generatore)
    2. La catena cinematica comprende sempre la catena silenziosa?
    3. Quando interviene la frizione?
    4. Mi sembra di capire che la variazione del rapporto di trasmissione si
    ottiene variando la velocità della corona epicicloidale tramite il motore elettrico, si arriva fino al bloccaggio ? Se si come si ottiene?
    Grazie per la sua disponibilità

  13. Ciao avrei bisogno di un tuo consiglio da esperto:
    Piccola premessa, ho acquistato un Toyota Auris s.w circa 4 anni fa, ho la garanzia sulle batterie avendo fatto l’estensione consigliata da Toyota e ho fatto tutti i tagliandi e le varie operazioni in concessionario, purtroppo qualche giorno fa mentre viaggiavo mi si è fermata l’auro E mi si sono accese tutte le spie comprese quelle del sistema ibrido, portandola in concessionari mi hanno detto che l’operazione non può essere passata in garanzia perché il “ danno “non è avvenuto alle batterie ma all’inverter… ( che a mio modesto parere fa parte del sistema ibrido)
    DOMANDONE ; secondo il tuo parere , il danno può essere attribuito al sistema ibrido e quindi facendo parte del pacco batterie ecc .. considerandolo in garanzia ?
    Ssecondo il concessionario Toyota NO.
    Gradirei un tuo parere professionale per capire meglio. Grazie mille

  14. Complimenti Matteo per le tue spiegazioni, sono molto chiare ed appassionanti…., approfittavo per chiederti alcune spiegazioni sulla guida di una vettura ibrida, quali sono le accortezze che bisogna avere ad esempio in partenza ed in inverno e se c’è qualche documentazione da poter leggere o se tu hai in mente di scrivere qualcosa in merito, ancora un grazie per tutto.

  15. Tecnico, e al contempo un linguaggio semplice e abbordabile! Complimenti! Una ultima curiosità, il nuovo power train TNGA, ha un rendimento di ben 41%! L’unico endotermico a benzina che riesce a superare questo rendimento, è il motore della F1 di Mercedes-Benz, che arriva a 50% di rendimento! Anche se si parla di un motore con in costo esorbitanti, a livello di un prototipo, che diversamente del TNGA, non vedrà mai la produzione in serie…

  16. Buongiorno Maurizio, approfitto della sua chiarezza espositiva per cercare di capire un altro aspetto del sistema ibrido.
    Mi sembrava che il sistema fosse privo di frizione, di fatto inutile per la tipologia di trasmissione, mentre negli schemi presenti nella spiegazione la frizione è rappresentata.
    Qual’è la sua funzione?

    Grazie

  17. Buon giorno. Sono un possessore di una Lexus CT da pochi mesi e la mia domanda riguarda il sistema frenante di un’auto ibrida Toyota in generale.
    Secondo il cruscotto maggiore è la pressione sul freno maggiore risulta essere la ricarica della batteria. Ma come avviene la modulazione della forza frenante generata dal frenomotore? Quando freno anche se di poco in ogni caso ci sono le pinze dei freni che si attivano o spesso c’e’ solo il frenomotore elettrico?

    Grazie.

  18. Buonasera Matteo, non posso che unirmi ai complimenti per la tua preparazione e chiarezza. Mi sto affacciando al mondo ibrido e mi interesserebbe acquistare una Toyota Prius del 2010 con circa 55.000 km, quindi un pò datata ma con poca percorrenza. Mi stavo chiedendo quanto possa durare ancora il pacco batterie considerando che la casa madre consente un estensione della garanzia fino ad un max di 10 anni di età del veicolo. Alcuni parlano di un max di 150k/200k ma non vi è chiarezza se c’è anche un limite temporale di vita delle batterie Ni-Mh. Grazie mille per un tuo parere.

  19. Ho Appena acquistato un hibrid chr. Ottima tecnologia. Ma i consumi non mi sembrano così diversi da una normale autovettura a benzina. Probabilmente sono io a non ottimizzare al meglio lo stile di guida che mi consentirebbe di risparmiare.
    Qualche consiglio?

  20. Mi voglio complimentare con lei con le edotte spiegazioni. Le volevo chiedere se la mia toyota chr il pacco batteria si trova nel posteriore, e quindi come ho letto poc’anzi posso dedurre che sia una sorta di trazione posteriore, o forse mi sbaglio? Poi le volevo chiedere se le ibride toyota il motore benzina in qualche modo viene preservato, quindi percorrere più km considerando che ha un doppio motore. Su internet un po di giorni fa si parlava delle ibride come vetture pericolose in caso di incidente, i vigili del fuoco non sarebbero preparati per evitare la dispersione di alta tensione. Scusi ma trovate una persona specializzata come lei è una garanzia. La ringrazio anticipatamente.

  21. Ciao Matteo, ho letto con piacere la descrizione da te realizzata con cura e passione. Sono possessore di Auris, e mi scuso in anticipo per la probabile stupidità della domanda….: ho riscontrato che dopo diversi mesi di utilizzo (comprata nuova) il motore termico, all’avvio, si accende subito mentre “prima non era così”… ma sarebbe pensabile “caricare” per conto mio la batteria di trazione …. visto che mi pare di capire che questa batteria, già da adesso, ha perso la capacità di tenere la carica? Grazie infinite.

  22. Buongiorno,
    complimenti per le spiegazioni. Per correttezza delle informazioni, concedimi solo un paio di precisazioni sull’argomento “trasmissione e PSD”.
    Come giustamente hai scritto, l’MG2 calettato sulla corona esterna del PSD va al differenziale e quindi alle ruote (anteriori), perciò, dato che il veicolo in questione è privo di cambio e di frizione (e/o qualsiasi organo di separazione della trasmissione), non esiste alcuna possibilità di trazione solo con motore endotermico.
    Va da sé, che l’unico modo che possiede la HV ECU per non far muovere la macchina, è quello di non alimentare l’MG2.

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