混合协同驱动器

混合协同驱动器(HSD)，也称为丰田混合动力系统II，是丰田汽车公司的品牌名称，用于丰田和雷克萨斯品牌车辆中使用的混合动力汽车传动系统技术。该技术首次在普锐斯上推出，是其他几款丰田和雷克萨斯汽车的选装件，并已适用于氢动力Mirai的电力驱动系统和普锐斯的插电式混合动力版本。此前，丰田还将其HSD技术授权给日产，用于日产AltimaHybrid。其零部件供应商爱信精机公司向其他汽车公司提供类似的混合动力变速器。HSD技术生产的全混合动力汽车只允许汽车在电动机上运行，​​这与大多数其他品牌的混合动力车相反，后者不能而且被认为是轻度混合动力车。HSD还结合了电力驱动和行星齿轮组，其性能类似于无级变速器。SynergyDrive是一种线控驱动系统，发动机和发动机控制装置之间没有直接的机械连接：HSD汽车中的油门踏板/加速器和换档杆仅将电信号发送到控制计算机。HSD是对1997年至2003年丰田普锐斯使用的原始丰田混合动力系统(THS)的改进。第二代系统于2004年首次出现在重新设计的Prius上。该名称已更改，因为预期其将用于丰田品牌以外的车辆（雷克萨斯；雷克萨斯车辆中使用的HSD衍生系统被称为雷克萨斯混合动力驱动），已实施在2006年凯美瑞和汉兰达中，最终将在2010年第三代普锐斯和2012年普锐斯c.丰田混合动力系统旨在提高动力和效率，并提高可扩展性（对大型和小型车辆的适应性），其中ICE/MG1和MG2具有独立的减速路径，并组合在一个连接的复合齿轮中到最终的减速齿轮系和差速器；它是在全轮驱动和后轮驱动雷克萨斯车型上推出的。到2007年5月，丰田已在全球售出100万辆混合动力车；到2009年8月末达到200万；并于2013年3月突破500万辆大关。截至2014年9月，全球已售出超过700万辆雷克萨斯和丰田混合动力车。截至2013年3月，美国占TMC全球混合动力汽车销量的38%。

丰田的混合协同驱动器系统用机电系统代替了普通的齿轮传动装置。内燃机(ICE)在小速度范围内最有效地提供动力，但车轮需要在车辆的全速范围内驱动。在传统汽车中，齿轮传动装置向车轮提供不同的离散发动机转速-扭矩功率要求。齿轮传动可以是手动的，带有离合器，也可以是自动的，带有变矩器，但两者都允许发动机和车轮以不同的速度旋转。驾驶员可以通过油门调节发动机提供的速度和扭矩，而变速箱则以机械方式将几乎所有可用动力传递给车轮，这些车轮以与发动机不同的速度旋转，其系数等于当前的传动比。选定的齿轮。但是，驾驶员可以选择的齿轮或齿轮比数量有限，通常为4到6个。这种有限的齿轮比设置迫使发动机曲轴以内燃机效率较低的速度旋转，即一升燃料产生较少焦耳的速度。与实际速度相比，可以通过限制转速计RPM速率或发动机噪声来衡量不同车辆驾驶和加速条件下的最佳发动机速度-扭矩要求。当发动机需要在较宽的RPM范围内高效运行时，由于其与齿轮传动装置的耦合，制造商在提高发动机效率、可靠性或使用寿命以及减小发动机尺寸或重量方面的选择受到限制.这就是为什么发动机发电机的发动机通常更小，更高效，更可靠，然而，无级变速器允许驾驶员（或汽车计算机）有效地选择任何所需速度或功率所需的最佳传动比。变速器不限于一组固定的齿轮。这种约束的缺乏使发动机能够以最佳的制动特定燃料消耗运行。每当需要电力为电池充电或加速汽车时，HSD车辆通常会以最佳效率运行发动机，而在需要较少电力时完全关闭发动机。与CVT一样，HSD变速器不断调整发动机和车轮之间的有效传动比，以保持发动机转速，同时车轮在加速过程中增加其转速。这就是为什么丰田将配备HSD的车辆描述为具有e-CVT（电子无级变速器）时，需要为标准规范列表或监管目的对变速器类型进行分类。

HSD驱动器的工作原理是在两个电动发电机之间分流电力，耗尽电池组，以平衡内燃机的负载。由于电动机的功率提升可用于快速加速期间，因此可以缩小ICE的尺寸以仅匹配汽车的平均负载，而不是根据快速加速的峰值功率需求来调整尺寸。较小的内燃机可以设计为更有效地运行。此外，在正常运行期间，发动机可以在其理想的速度和扭矩水平或接近其功率、经济性或排放的理想水平下运行，而电池组可适当地吸收或提供功率以平衡驾驶员的需求。在交通停止期间，甚至可以关闭内燃机以更加经济。高效的汽车设计、再生制动、交通停车时关闭发动机、大量电能存储和高效的内燃机设计相结合，使HSD动力汽车具有显着的效率优势——尤其是在城市驾驶中。

自1997年日本市场上的丰田普锐斯以来，丰田混合动力系统/混合动力协同驱动的设计已经经历了四代。动力传动系具有相同的基本特征，但进行了许多重大改进。示意图说明了两台电动发电机MG1和MG2、内燃机(ICE)和前轮之间通过行星动力分流装置元件的动力流路径。内燃机连接到行星齿轮架，而不是连接到任何单独的齿轮。轮子连接到齿圈。牵引电池的比容量一直在持续、逐步提高。最初的Prius使用收缩包装的1.2伏D电池，所有后续的THS/HSD车辆都使用安装在载体中的定制7.2V电池模块。最初的Prius代被称为ToyotaHybridSystem，THS紧随其后的是2004Prius中的THSII，随后的版本称为HybridSynergyDrive。丰田混合动力系统依赖于电池组的电压：介于276和288V之间。HybridSynergyDrive增加了一个DC到DC转换器，将电池的潜力提高到500V或更高。这允许使用更小的电池组和更强大的电机。

以下是采用HybridSynergyDrive及相关技术（ToyotaHybridSystem）的车辆列表；

• 丰田普锐斯
  • 第1代：1997年12月至2003年10月
  • 第2代：2003年10月至2009年末
  • 第3代：2009年末至2015年末
  • 第4代：2015年末至今
• 丰田Estima混合动力车
  • 2001年6月-2005年12月
  • 2006年6月至今
• 丰田埃尔法混合动力车
  • 2003年7月–2008年3月
  • 2011年9月至今
• 雷克萨斯RX400h/ToyotaHarrierHybrid（2005年3月至今）
• 丰田汉兰达/克鲁格混合动力车
  • 与THSI：2005年7月至2008年9月
  • 与THSII：2008年10月至今
• 雷克萨斯GS450h（2006年3月至今）
• 丰田凯美瑞混合动力车（2006年5月至今）
• 雷克萨斯LS600h/LS600hL（2007年4月至今）
• 丰田皇冠Majesta（2012年4月至今）
• 丰田皇冠（2008年4月至今）
• 丰田A-BAT（概念车）
• 日产AltimaHybrid(2007–2011)
• 雷克萨斯RX450h（2009年至今）
• 丰田赛（2009年至今）
• 雷克萨斯HS250h（2009年至今）
• 雷克萨斯CT200h（2010年末至今）
• 丰田Auris（2010年7月至今）
• 丰田普锐斯c（2012年3月至今）
• 丰田雅力士混合动力车（2012年3月至今）
• 丰田普锐斯V（2012年至今）
• 雷克萨斯ES300h（2012年至今）
• 丰田AvalonHybrid（2012年末至今）
• 丰田卡罗拉Axio（2013年8月至今）
• ToyotaCorollaFielder（2013年8月至今）
• 雷克萨斯IS300h（2013年至今）
• 雷克萨斯GS300h（2013年至今）
• 丰田RAV4Hybrid（2013年至今）
• 雷克萨斯NX300h（2015年至今）
• 雷克萨斯RC300h（2015年至今）
• 丰田C-HR（2016年至今）
• 雷克萨斯LC500h(2018)
• 斯巴鲁CrosstrekHybrid(2019-)
• 丰田SiennaHybrid（2020年至今）
• 丰田SientaHybrid（2019年至今）
• 丰田UrbanCruiserHyryder/铃木GrandVitaraHybrid（2022年至今）

丰田少数股权的爱信精机公司向福特提供其HSD传动系统版本，用作福特Escape混合动力和福特FusionHybrid中的Powersplite-CVT。日产授权丰田的HSD用于日产Altima混合动力车，使用与丰田凯美瑞混合动力车相同的爱信精机T110驱动桥。2011款英菲尼迪M35h使用不同的系统，由一个电动机和两个离合器组成。2010年，丰田和马自达宣布了一项用于丰田普锐斯车型的混合动力技术的供应协议。通用汽车、戴姆勒克莱斯勒和宝马的全球混合动力合作的相似之处在于它结合了来自单个发动机和两个电机的动力。2009年，总统汽车工业特别工作组表示，通用汽车在先进的“绿色”动力总成开发方面至少落后丰田一代。相比之下，本田的IntegratedMotorAssist使用更传统的ICE和变速器，其中飞轮被电动机取代，从而保留了传统变速器的复杂性。

一些早期的非生产型插电式混合动力电动汽车转换是基于2004年和2005年普锐斯车型年的HSD版本。CalCars早期的铅酸电池转换已经展示了10英里（16公里）的纯电动汽车和20英里（32公里）的双里程混合模式范围。一家计划向消费者提供名为EDrive系统的转换的公司将使用Valence锂离子电池，并拥有35英里（56公里）的续航里程。这两种系统都使现有的HSD系统基本保持不变，并且可以类似地应用于其他混合动力系统风格，只需用更高容量的电池组和充电器更换库存的镍氢电池，从标准家用插座以每英里约0.03美元的价格重新填充它们。