La Toyota ha fondato il suo impero automobilistico sull’affidabilità e sull’efficienza del sistema ibrido.
Da diversi anni si classifica al primo posto come maggiore costruttore automobilistico al mondo (nel 2024 ha chiuso con oltre 9 milioni di unità), grazie a un portafoglio prodotti capace di soddisfare le esigenze di tutti. Certamente, alla base c’è il sistema di qualità Toyota Kaizen (è la crasi tra KAI -cambiamento, miglioramento- e ZEN -buono, migliore-), che affonda le sue radici nella cultura millenaria giapponese. Un miglioramento continuo ottenuto grazie a processi efficienti.
Ed è esattamente la logica che ha adottato la Toyota per il suo sistema ibrido (QUI l’approfondimento su quello della Renault). Ma come funziona?
La Casa nipponica ha investito molto nel sistema ibrido che ha debuttato sulla Prius, vettura che per diversi anni è stata tra le più vendute al mondo.
Il cuore dell’Hybrid Synergy Drive (HSD), che alimenta tutti i sistemi ibridi della Toyota, è un piccolo e semplice dispositivo chiamato Power Split Device -PSD- (vedi foto sotto).
Il PSD è costituito da un gruppo di ingranaggi planetari che elimina la necessità di avere un cambio tradizionale e dei componenti della trasmissione. Funziona come una trasmissione a variazione continua (CVT), ma con un rapporto di trasmissione fisso.
Il PSD permette all’auto di utilizzare l’energia di un motore a combustione interna (ICE) e dei due motori/generatori elettrici (MG1 e MG2), che girano tutti a velocità diverse e variabili. Il PSD consente anche al più piccolo dei due motori/generatori, l’MG1, di fungere da motorino di avviamento per l’ICE, eliminando così un altro componente presente in un tradizionale motore a benzina.
Osservando l’immagine sopra (QUI per vedere il simulatore completo) è possibile vedere come si comporta il sistema alla variazione della velocità sia dell’ICE che dell’MG2. Quest’ultimo, è il più grande dei due motori elettrici e viene anche chiamato motore di trazione perché la sua velocità ha una relazione fissa con la velocità delle ruote. Facendo variare i giri dell’MG2, il tachimetro cambia, aumentando, mentre la modifica della velocità del motore elettrico non influisce direttamente sulla velocità di crociera.
Il motore elettrico può girare più velocemente o più lentamente, a seconda della potenza necessaria. Con la resistenza o l’assistenza dei motori elettrici l’auto può raggiungere la velocità desiderata, mantenendo sempre il motore elettrico alla velocità che gli consente di essere il più efficiente possibile.
Le velocità di rotazione di MG1, MG2 e ICE sono interdipendenti. La velocità di MG1 cambia sempre quando si varia la velocità di uno degli altri due. L’MG1 ha una velocità massima di 10.000 giri/min in entrambe le direzioni (positiva o negativa) con un limite software di 6500 giri/min se ICE è spento.
Nel sistema ibrido della Toyota, limitato a livello software, l’ICE girerà sempre se si sta viaggiando sopra i 70 km/h. La MG1 spesso cambia direzione di rotazione in condizioni di guida normali.
La rotazione del motore è limitata a velocità comprese tra 1000 e 4500 giri/min. Può anche fermarsi completamente, ma qualsiasi valore compreso tra 0 e 1000 RPM (giri al minuto) costringe il cursore a salire o scendere (vedi foto sotto). Il motore a combustione interna non può funzionare efficacemente al di sotto di questa velocità. Il sistema ibrido ne è a conoscenza e arresta il motore a combustione interna quando decide che non è necessario usare l’ICE, facendolo ripartire quando serve più potenza o una velocità maggiore dalla MG1 (foto sotto).
Il cuore della tecnologia è un meccanismo di pochi ingranaggi sfruttato con intelligenza attraverso motori elettrici e inverter. Questo sistema può essere azionato da ciascun motore singolarmente oppure in collaborazione fra loro. Quando si rallenta o si frena, permette di recuperare quell’energia che andrebbe dispersa in calore, per ricaricare la batteria che alimenta i propulsori elettrici.
Di seguito riepiloghiamo come funziona il sistema ibrido della Toyota.
Il Power-Split Device, cuore del sistema Hybrid Synergy Drive (HSD) della Toyota, è un meccanismo epicicloidale (o planetario) che consente di:
Il dispositivo è costituito da un singolo set epicicloidale composto da:
1. Avvio e marcia a basse velocità (solo elettrico)
2. Accelerazione o alta richiesta di coppia (ibrido combinato)
3. Andatura costante o alte velocità (termico + assistenza elettrica)
Il PSD è comandato elettronicamente, non meccanicamente. Il sistema decide:
Anche se il lato meccanico è relativamente semplice, il sistema richiede una gestione elettronica molto sofisticata, che regola in tempo reale:
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