Toyota prius 4wd как работает полный привод

Обновлено: 09.01.2025

Чем больше на улице снега, тем охотнее покупают полноприводные машины. Но полный привод полному рознь: типов 4WD много, и они существенно отличаются друг от друга. Что нужно знать о своей полноприводной машине? И какой полный привод лучше? Особенности работы 4WD — в нашем обзоре.

Полный привод обычно разделяют на постоянный и подключаемый , но такая строгая классификация слегка устарела: сегодня работой 4WD зачастую заведует электроника, делая машину то моноприводной (то есть с одной ведущей осью), то полноприводной, в зависимости от ситуации. Зато у автомобилистов в ходу понятие честный полный привод (другой, менее распространённый термин — дифференциальный полный привод). К честным относят схемы, в которых на ведущие колёса стабильно приходит тяга, вне зависимости от работы различных муфт и электронных систем. С них и начнём.

Part-time 4WD: жёстко подключаемый полный привод

Схему part-time называют жёсткой, поскольку при включении 4WD передняя и задняя оси машины связаны напрямую, без дифференциала.

Плюсы и минусы part-time 4WD

✅ Простота и надёжность.

✅ Возможность отключать 4WD для экономии топлива.

⛔ Ограничения использования на твёрдых покрытиях.

⛔ Ухудшение управляемости в режиме 4WD.

Full-time 4WD: постоянный полный привод

Плюсы и минусы full-time 4WD

✅ Простота и надёжность.

✅ Возможность ездить на 4WD по любым покрытиям.

⛔ Необходимость блокировки межосевого дифференциала.

⛔ Повышенный расход топлива.

Селективный (отключаемый) полный привод

Идеальный полный привод? Возможно — до тех пор, пока всё работает исправно. Большое количество режимов усложнило конструкцию, и со временем неизбежны проблемы с датчиками, контроллерами, актуаторами и прочими деталями этой, безусловно, продвинутой системы 4WD.

Плюсы и минусы селективного 4WD

✅ Возможность отключать 4WD для экономии топлива.

✅ Возможность ездить на 4WD по любым покрытиям.

⛔ Переусложнение конструкции, возможность отказов.

Автоматически подключаемый полный привод (AWD)

Нужно признать, что системы AWD прогрессируют, активно изживая детские болезни прошлых лет, за которые многие автомобилисты их до сих пор не любят. В продвинутых системах запаздывания подключения 4WD свели на нет, постоянно подводя 5–10% тяги на задние колёса. Умная электроника сама выбирает подходящий режим, оптимально распределяя крутящий момент между осями. А отключение полного привода, когда он не нужен, ощутимо экономит топливо.

На канале я выпустил серию статей про устройство гибридной системы автомобилей Toyota Prius. У этого автомобиля есть пока еще "экзотичная" для всего мира комплектация с индексом ZVW55 , которая до 2019 года была доступна только для внутреннего японского рынка. Чем она примечательна ? Ответ из названии статьи очевиден - приводом на все колеса .

Предлагаю детально разобраться с самой свежей гибридной электрической полноприводной трансмиссией автомобиля Prius ZVW 55 и понять, как из 1-го ДВС и 3-х электродвигателей сделали привод всех 4-х колес.

Виновник статьи - Prius ZVW 55 2019 модельного года. Автомобиль чуть изменился внешне и, главное, получил полноприводную версию для всех стран, а не только для Японии.

История вопроса

На сегодняшний день выпускается уже рестайлинг IV поколения автомобиля, вся же его история начинается с создания Toyota Hybrid System (THS) в 1997 году: I поколение - 1997 год (NHW10), II - 2003 (NHW20), III - 2009 (ZVW30), IV - 2015 (ZVW50) .

Первых три поколения максимально близки по своей компоновке и по конструкции гибридной системы. IV поколение (ZVW 50) построили на абсолютно новой платформе Toyota New Global Architecture (TNGA) и это принесло модульность, новые компоновочные решения, лучшую энергоэффективность компонентов, обновленную гибридную систему и полный привод E-Four!

Оригинальное название полноприводной системы нового Prius ZVW 55 E-Four. Также электрический полный привод еще называют AWD-e.

Как это устроено?

TNGA - платформа модульная, по-этому полноприводный автомобиль делали на основании переднеприводного , добавив в этот конструктор оригинальную заднюю часть.

Общий вид гибридного полного привода Prius ZVW 55. Передняя часть аналогична переднеприводному автомобилю. Модуль заднего привода максимально компактен и не потребовал поднятия уровня пола автомобиля.

Передняя часть

Передняя часть полноприводного гибрида Prius ZVW 55 E-Four ничем не отличается от переднеприводного донора ZVW 50.

В IV поколении электродвигатели разнесены на параллельные оси: на одной оси вращения остались ДВС, MG1 (мотор-генератор) и PSD (Power Split Device – распределитель мощности). Тяговый электромотор MG2 переместился в сторону. PSD распределяет потоки мощности между генератором MG1 и ДВС и передает часть на промежуточный вал . MG2 и PSD соединяются между собой через тот же промежуточный вал с зубчатыми колесами. Этот же промежуточный вал находится в зацеплении с главной передачей автомобиля .

Гибридный привод передней оси Toyota Prius ZVW 55. PSD (Power Split Device) - распределитель мощности/планетарная передача, MG1 - мотор-генератор, MG2 - основной тяговый электропривод.

Задняя часть

Задний модуль AWD-e полного привода очень компактен и не потребовал сильной переделки гибрида. У задней оси нет механической связи с передними колесами , что позволило сохранить панели пола и не делать большой тоннель.

AWD-e - электрический полный привод Toyota. В переднеприводный автомобиль была добавлена электрическая мотор-ось e-Four и свой инвертор, который берет энергию из батареи, аналогичной по расположению и конструкции ВВБ монопривода.

Пострадало только запасное колесо, на месте которого теперь располагается инвертор питания электрического двигателя задней оси. Такое решение спорное, но не требует прокладки дополнительных кабелей в подкапотное пространство (как это сделано, например, у RAV4 Hybrid).

Не забудьте поставить лайк 👍 и подписаться, если считаете, что автор не зря готовит такие материалы!

Электропривод задних колес

Остановимся подробнее на самом важном в полноприводном Prius - конструкции задней мотор-оси e-Four . И пусть Вас не смущает его маленькая мощность, ниже объясню зачем он такой нужен.

Конструкция мотор-оси e-Four автомобиля Prius ZVW 55: компактный высокооборотный электродвигатель с понижающим редуктором и межколесным дифференциалом в одном корпусе. Заметьте, что от дифференциала полуось привода левого колеса проходит через электродвигатель.

Индукторный электродвигатель очень компактен и имеет скромные характеристики 5,3кВт / 55Нм (для примера: MG2 в приводе передней оси - 53кВт / 163Нм). Но у него есть внушительный понижающий редуктор с передаточным числом 10,487 , который позволяет при старте автомобиля получить дополнительные 577Нм тяги на задней оси!

Такой полный привод позволяет помочь автомобилю при движении по скользким покрытиям и по грунту, добавляет стабильности и безопасности при маневрировании на дороге, уменьшает вероятность сноса автомобиля, при этом в приоритете остается и топливная экономичность (расход всего +0,2л/100км по сравнению с моноприводным автомобилем).

P.S.

На канале много материалов, посвященных автоматическим коробкам передач, гидротрансформатору, полному приводу, дифференциалам и их блокировкам - это достаточная база, чтобы сформировалось понимание, как происходит передача мощности от ДВС к колесам автомобиля.

Инженеры не остановились на наработанном конструктиве и, пытаясь уменьшить количество выбросов и расход топлива , стали предлагать рынку свои альтернативные классическим инновационные гибридные системы . У каждого автопроизводителя подход оказался разным, разный был и результат.

В дальнейшем предлагаю изучить устройство гибридных трансмиссий от разных производителей, оценить успешность технических решений, понять, а зачем оно, собственно, нужно? Уточню, мы не будем рассматривать автомобиль целиком и его потребительские качества, нас будет интересовать трансмиссия и взаимодействующие с ней узлы .

Начнем с самого массового гибрида - Toyota Prius , который уже дорос до полноценной 4-й версии своей уникальной гибридной системы.

Немного истории

Компания Toyota начала свои эксперименты с гибридной тематикой задолго до появления всем известной модели. В ноябре же 1994 года руководство Toyota сформулировали для компании новую амбициозную задачу: снизить расход топлива выпускаемых автомобилей в 2 раза. И, кажется, у них это неплохо получилось!

При разработке собственной гибридной системы Toyota Hybrid System (THS) специалисты компании изучили более 100 вариантов возможных компоновок . И в 1997 году на рынке появился серийный автомобиль с гибридной трансмиссией - Toyota Prius NHW10 .

Основные компоненты Toyota Hybrid System (THS)

Toyota создали уникальную в своем роде последовательно-параллельную гибридную систему : одновременно данная гибридная трансмиссия была и параллельной и последовательной. Что это значит? Такой тандем объединяет плюсы двух указанных систем : последовательной в городе и параллельной на скоростных дорогах, при этом переход из одного режима работы в другой остается незамеченным для водителя.

Принципы "гибридизации", которые были заложены в 1997 году, остались неизменными до последнего поколения автомобилей Prius, а также для всех гибридных автомобилей концерна Toyota и Lexus, даже когда речь идет о премиальных седанах с продольно расположенным двигателем.

Ключевой особенностью является принцип работы "электрического вариатора" , где изменение скорости вращения происходит не клиновой цепью, а путем суммирования потоков мощности от ДВС и двух электрических машин через планетарный редуктор . Фактически, в такой трансмиссии отсутствуют какие-либо органы управления в виде фрикционов, муфт, синхронизаторов, сложной гидравлики, нет изнашиваемых деталей, а управление происходит "электронно".

Устройство электрического вариатора автомобиля Toyota Prius. Оранжевым выделены принципиальные узлы, обеспечивающие "гибридизацию" трансмиссии.

Как видите, внутреннее устройство трансмиссии Prius выглядит намного проще, чем таковое у классических автоматических трансмиссий.

Для THS первого поколения можно выделись следующие основные компоненты:

Планетарный редуктор , связывающий 3 компонента между собой. Его еще называют "устройством распределения мощности" или Power Split Device (PSD);
ДВС (1NZ-FXE, цикл Миллера, степень сжатия 13:1, 43кВт), соединенный с водилом планетарного передачи;
Тяговый электродвигатель (мотор-генератор МГ2) (синхронный, на постоянных магнитах, 30кВт/305Нм), соединенный с коронной шестерней и имеющий постоянную связь с колесами;
Электродвигатель-генератор (МГ1) (18кВт), соединенный с солнечной шестерней планетарной передачи;
Инвертор, преобразующий постоянный ток высоковольтной батареи в переменный и наоборот;
Высоковольтная аккумуляторная батарея (ВВБ) (никель-металлогидрид, напряжение 320В).

Режимы работы

Как я указывал ранее: эта трансмиссия может обеспечить параллельный и последовательный режимы работы. На практике это позволяет реализовать, например, такие режимы:

Зарядка высоковольтной аккумуляторной батареи припаркованного автомобиля от ДВС через генератор;
Движение только при помощи электродвигателя с заглушенным ДВС от энергии ВВБ;
Движение с суммированием мощности от ДВС и электродвигателя (часть мощности ДВС идет на колеса, часть через генератор на тяговый электродвигатель);
Зарядка ВВБ во время движения от ДВС через генератор (часть мощности ДВС идет на колеса, часть через генератор в батарею)
Рекуперация энергии в ВВБ при торможении;
Движение задним ходом реализовано только за счет электродвигателя . Если заряд ВВБ низкий, ДВС через генератор дает энергию для движения.

За потоками мощности (за режимами работы THS) можно было наблюдать на экране в реальном времени. Особенность: на схеме Toyota показывает один электродвигатель из двух.

Подробнее про компоненты

Мы рассмотрели принципиальное устройство самой массовой гибридной трансмиссии.

Во второй части статьи мы рассмотрим особенности каждого из компонентов THS, и, главное, как электрический вариатор преобразует скорости вращения компонентов и движет автомобилем. Подписывайтесь, долго ждать не придется!

P.S.

Toyota Prius получила полный привод еще три года назад, но такая модификация продавалась только у себя на родине. Теперь впервые Prius AWD-e обзавелся леворульной версией и начал штурмовать мировой рынок. Американское издание Autoblog сравнило полноприводный и моноприводный варианты на снежном полигоне и дорогах общего пользования. Главный вывод — шильдик AWD-e дает плюс 15 очков к уверенности. Далее — перевод публикации Autoblog.

Есть регионы, где отсутствие полного привода на той или иной модели может стать ключевым фактором, который вынудит вас отказаться от ее покупки. Некоторые без полного привода вообще не могут, даже несмотря на то, что он им не особо-то и нужен, а сами они после перевода стрелок часов осенью не сильно спешат поменять резину на зимнюю. Наличие полного привода не поможет вам быстрее остановиться на льду, зато значок AWD на крышке багажника будет постоянно добавлять плюс 15 очков к вашей уверенности в себе. И если отсутствие полного привода было причиной, не дававшей насладиться впечатляющей экономичностью гибридов Prius, то для вас Toyota подготовила новинку.

Toyota Prius AWD-e 2019 модельного года была представлена в 2018 году на автосалоне в Лос-Анджелесе. Когда в январе 2019 года стартуют продажи, эта модель, потребляющая 4,7 литра бензина на 100 км в смешанном цикле, станет самым экономичным полноприводным автомобилем на рынке (если не брать в расчет подключаемые гибриды). Для тех, кто переживает из-за расхода горючего, но хочет получить полный привод (или наоборот), это замечательная новость. Имя Prius стало нарицательным для тех, кто хочет приобрести выгодный с экономической точки зрения автомобиль с низким потреблением топлива. А теперь подобной расчетливостью смогут насладиться и поборники полного привода, проживающие в Снежном поясе* (Снежный пояс — ряд регионов в США, расположенных возле Великих озер. Отличается обильными снегопадами в зимний период — прим. переводчика).

Мало того, Toyota прислушалась к голосам общественности и для модели 2019 модельного года создала чуть менее причудливый дизайн. Обновление оптики спереди и сзади сделало автомобиль куда более приветливым. В салоне исчезло море белого пластика, которое выглядело одновременно эффектно и дешево, а вместо него на центральной консоли, вокруг рычага КПП и руля появился более приятный черный глянцевый пластик. Также были проведены некоторые другие незначительные изменения, например, кнопки подогрева сидений теперь размещены возле подстаканников, где их лучше видно, а у солнцезащитных козырьков появились дополнительные секции. Наконец, новый Prius получил наименования комплектаций в соответствии с остальной линейкой Toyota — L, LE, XLE и Limited. Полноприводную версию AWD-e можно заказать в комплектациях LE ($27 300) и XLE ($29 740).

Система полного привода на данном Приусе была спроектирована таким образом, чтобы привлечь тех покупателей, которым важна экономичность, и одновременно обеспечивать дополнительную тягу при необходимости. Сам по себе задний мотор, обладающий мощностью всего в 7,1 л.с., зато более внушительным крутящим моментом в 55 Нм, работает независимо от остальной силовой установки. Какой-либо карданный вал, связывающий заднюю ось с ДВС или передними моторами, здесь отсутствует. Двигатель равномерно распределяет крутящий момент между задними колесами с помощью свободного дифференциала без механической системы управления вектором тяги (при необходимости электроника подтормаживает одно из колес).

Задний мотор работает не постоянно. Он всегда задействован на скорости 0-10 км/ч, помогая тронуться с места, или в поворотах, обеспечивая максимум тяги (в том числе и при движении задним ходом). На скорости 11-69 км/ч двигатель подключается по потребности. Также он активизируется в ситуациях, когда может возникнуть скольжение. Для этого система отслеживает вращение вокруг вертикальной оси и скорость — скажем, при резком повороте — чтобы предотвратить снос передних колес и помочь удержать автомобиль на заданной траектории. В остальных случаях задний мотор остается в состоянии покоя, помогая экономить электроэнергию. Благодаря тому, что в его конструкции нет магнитов, двигатель не создает сопротивления. Как следствие, данный мотор не используется для рекуперации энергии торможения, за это отвечают передние моторы.

На скоростях свыше 69 км/ч задний мотор не работает вообще. В Toyota утверждают, что это — не минус данной системы, а наоборот — сознательно выбранное решение, отвечающее потребностям покупателей по части экономичности. Как рассказал заместитель главного инженера проекта Prius Соити Канеко, для клиентов, живущих на холодном заснеженном японском острове Хоккайдо, гораздо большую роль играет сцепление с дорогой на небольших скоростях, то есть — возможность опередить многих на старте. На шоссейных же скоростях автомобиль ведет себя так же стабильно, как переднеприводный Prius.

Наш тест-драйв мы начали с поездки по дорогам общего пользования в городке Колер и его пригородах в штате Висконсин. Было холодно — около −3 градусов — но снега в данной местности не было, поэтому дороги были чистыми и сухими. В подобных стандартных условиях автомобиль ведет себя совсем как обычный Prius. Если бы не несколько косметических новшеств в салоне AWD-e, было бы полное ощущение, что едем на переднеприводной версии. Лишь при резком старте с места можно заметить, что задние колеса тоже участвуют в разгоне. Хотя на небольшой толчок можно и не обратить внимания, если специально не следить. И это отсутствие задержки при старте — единственное явное отличие по сравнению со стандартным Приусом.

В остальном же в подобных условиях это привычный Prius — экономичное и доступное средство передвижения, чтобы добраться из точки А в точку В. Его не назовешь быстрым автомобилем при всем желании, хотя это в общем-то и не важно. Покупатели Приусов и не стремятся к скорости, им нужна экономичность, а AWD-e этим качеством все так же обладает. Расход в городе составляет 4,5 л/100 км, за городом — 4,9 л/100 км, а в смешанном цикле — 4,7 л/100 км. По сравнению с переднеприводной версией — всего на 0,2 л/100 км больше.

На полноприводном AWD-e мы первым делом отправились на заснеженную горку: остановились до полной остановки на ледяном уклоне и, спустя некоторое мгновение, нажали на газ. Prius задумался на полсекунды, а потом начал медленно карабкаться наверх. Автомобиль набирал скорость медленно, тихо и равномерно, не отклоняясь от прямолинейного курса. В итоге машина забралась на вершину небольшого, но крутого холма. В тот день мы проделали это упражнение несколько раз, и каждый раз все получалось одинаково: стабильно, тихо и скучно.

И вот тут мы раскусили суть Prius AWD-e. С одной стороны, несмотря на наличие полного привода, этот автомобиль в основном ведет себя так же, как и любой другой Prius. Но, с другой стороны, автомобиль демонстрирует отсутствие отрицательных моментов, которые заметны у моноприводной версии, а именно — пробуксовок, потери курсовой устойчивости, задержек и сносов. И это добавляет водителю уверенности в себе. Причем этой уверенностью можно наслаждаться, не особо жертвуя топливной экономичностью.

Большинство водителей никогда не меняют резину на зимнюю или из-за дополнительных расходов, или из-за сложностей с ее хранением, или из-за расхода топлива. Многие просто предпочтут взять полноприводный автомобиль. И для них теперь Prius — один из подходящих вариантов.

Читайте также: