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Hybrid Synergy Drive ist ein Markenname für das Hybridantriebssystem von Toyota. Es wird derzeit im Toyota Prius und diversen Lexus-Modellen angeboten.

Inhaltsverzeichnis 1 Vorbetrachtungen 2 Allgemeines 3 Aufbau 4 Grundlegende Funktion 5 Ausblick 6 Weblinks

Vorbetrachtungen

Das im ersten Fahrzeug mit Hybridantrieb (Toyota Prius 1997) eingesetzte Antriebssystem wurde unter dem Namen Toyota Hybrid System (THS) bekannt.

Im Jahre 2003 kam die dritte Generation des Prius mit dem wesentlich verbesserten THS-II auf den Markt. Dieses System erscheint unter dem Markennamen Hybrid Synergy Drive (kurz HSD). Das Hybrid Synergy Drive ist das Antriebsaggregat des Toyota Prius ab Modelljahr 2003 (Stand Mai 2006).

Eine noch leistungsfähigere Version des THS-C kommt in den Hybridfahrzeugen der Marke Lexus zum Einsatz. Auch dieses System vermarktet der Hersteller unter dem Namen Hybrid Synergy Drive.

Allgemeines

Das HSD ist eine Einheit aus einem Verbrennungsmotor und zwei Motorgeneratoren. Dazu gehört noch ein Akkumulator hoher Kapazität und eine elektronische Steuereinheit.

Aufbau

Kernstück des HSD ist ein Power Split Device genanntes Planetengetriebe. Der Außenzahnkranz des Planetengetriebes ist der Kraftabgabepunkt des HSD. Mit diesem ist der größere Motorgenerator MG2 verbunden. Das Sonnenrad ist mit dem kleineren Motorgenerator MG1 verbunden. Die Welle des Verbrennungsmotors ist mit den Planetenrädern verbunden.

Die Steuerung des Übersetzungsverhältnis des Getriebes zwischen dem Verbrennungsmotor zur Abgangswelle wird von einer elektronischen Steuerung übernommen. Dabei können die Motorgeneratoren je nach Bedarf als Motor oder als Generator arbeiten. Der Kraftfluss im Planetengetriebe ändert sich je nach Ansteuerung der Motorgeneratoren und des Verbrennungsmotors.

Eine Kupplung gibt es nicht, in jedem Betriebszustand sind alle Bauteile miteinander verbunden. Trotzdem ist es möglich, den Verbrennungsmotor vom Stillstand bis zur Höchstdrehzahl zu betreiben. Sogar ein Anlasser ist überflüssig. Um den Verbrennungsmotor zu starten, werden die Motorgeneratoren kurzzeitig so angesteuert, dass am Verbrennungsmotor ein Anwurfdrehmoment entsteht.

Einen mechanischen Rückwärtsgang benötigt das HSD ebenfalls nicht, da die Motorgeneratoren in beiden Drehrichtungen laufen können.

Der Verbrennungsmotor wurde speziell auf den Einsatz im HSD hin optimiert. So sorgen ein Betrieb im Atkinson-Zyklus und die intelligente Verstellung der Einlassnockenwelle (VVT-i) für sparsamen und umweltfreundlichen Motorlauf.

Grundlegende Funktion

Der Verbrennungsmotor und einer der beiden Motorgeneratoren dienen beide dem Vortrieb des Fahrzeuges und können diese Aufgabe jeweils alleine oder in Kombination ausüben. Der zweite Motorgenerator dient vornehmlich als überdimensionale Lichtmaschine und als Anlasser. Das Hybridfahrzeug kann sich mit dieser Antriebseinheit folgende Betriebszustände annehmen:

1. Anfahren mit reinem Elektroantrieb, Strom wird von der Batterie geliefert
2. Fahren mit dem Verbrennungsmotor
   1. Verbrennungsmotor treibt Fahrzeug an, Motorgenerator lädt Batterie
   2. Verbrennungsmotor & Motorgenerator treiben Fahrzeug an, anderer Motorgenerator liefert den benötigten Strom
   3. Verbrennungsmotor & Motorgenerator treiben Fahrzeug an, Batterie liefert den benötigten Strom
3. Rollen lassen. Verbrennungsmotor ist aus, Motorgenerator übt leichte Vorbremsung aus, Bremsenergie wird zur Ladung der Batterie benutzt
4. Bremsen mit dem Motorgenerator, Bremsenergie wird zur Ladung der Batterie benutzt
5. Bremsen mit dem Motorgenerator und der mechanischen Bremse, Bremsenergie wird zur Ladung der Batterie benutzt

Die Kombination der Antriebseinheiten bringt folgende Vorteile:

• kein unnötiger Leerlauf des Verbrennungsmotors
  • sobald keine starke Beschleunigung benötigt wird (Fahrzeug rollt oder steht), geht der Verbrennungsmotor aus
  • falls der Verbrennungsmotor warm laufen muss, lädt er die Batterie
• extrem starker Anzug durch den Elektromotor
• teilweise Rückgewinnung der Bremsenergie
• Betrieb des Verbrennungsmotors nur in günstigen Betriebszuständen

Ausblick

Das HSD ist derzeit einer der kraftstoffsparensten und umweltfreundlichsten Antriebe für Kraftfahrzeuge. Zahlreiche Auszeichnungen stehen hierfür.

Der Anteil am Gesamtaufkommen ist noch sehr gering. Es wird geschätzt, dass in Deutschland nur ca. 3.000 Fahrzeuge von einem HSD angetrieben werden.

An Leistungskraft und Fahrkomfort ist das HSD von Toyota in der Klasse der herkömmlichen 90-kW-Motoren angesiedelt. Doch ist es im Betrieb wesentlich leiser, bietet über den gesamten Geschwindigkeitsbereich hohes Beschleunigungsvermögen.

Auch in der Fertigung ist es nicht wesentlich teurer als herkömmliche Antriebe. Der Mehraufwand an den Motorgeneratoren und der Steuerelektronik wird durch das einfache Planetengetriebe und den Wegfall der Kupplung teilweise kompensiert.

Weblinks

• Beschreibung des Hybrid Synergy Drive bei Toyota
• Beschreibung des Hybrid Synergy Drive von Prius-Freunden

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