PSD
Aus Prius Wiki
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[[Bild:p2_schnitt_powertrain.jpg|thumb|Schnittmodell Prius 2 – Ansicht Powertrain (Antriebsstrang)]] | [[Bild:p2_schnitt_powertrain.jpg|thumb|Schnittmodell Prius 2 – Ansicht Powertrain (Antriebsstrang)]] | ||
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'''PSD''' = engl. Abkürzung für '''Power Split Device''' - Kraftverteiler (= Planetenrad-Getriebeeinheit des Prius). Die deutsche Übersetzung von PSD im Prius-I-[[NCF]] lautet: Antriebskraftverteilungs-Vorrichtung (!). | '''PSD''' = engl. Abkürzung für '''Power Split Device''' - Kraftverteiler (= Planetenrad-Getriebeeinheit des Prius). Die deutsche Übersetzung von PSD im Prius-I-[[NCF]] lautet: Antriebskraftverteilungs-Vorrichtung (!). | ||
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== Funktion == | == Funktion == | ||
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* Sonnenrad, verbunden mit MG1 (oft "Generator" genannt) | * Sonnenrad, verbunden mit MG1 (oft "Generator" genannt) | ||
* Planetenträger, verbunden mit ICE | * Planetenträger, verbunden mit ICE | ||
- | * Hohlrad, verbunden mit MG2 (oft "E-Motor" genannt) | + | * Hohlrad, verbunden mit MG2 (oft "E-Motor" genannt) |
Durch unterschiedliche Drehzahlen und Drehrichtungen dieser drei Komponenten mitsamt ihrer angeflanschten Motoren wird ein stufenlos variables Getriebe realisiert ([[CVT]]). In einem Planetengetriebe hängen die Drehzahlen der drei ''Teilnehmer'' immer proportional, linear voneinander ab. Deshalb lassen sich diese Verhältnisse grafisch durch einen sogenannten Nomographen darstellen. Ein solcher '''Nomograph''' (auch: "Nomogramm" oder english: "Colinear Graph") ist auf dem ersten Bild unten zu sehen. Die linke '''senkrechte Linie''' repräsentiert '''alle möglichen Drehzahlen''' des MG1, die mittlere die vom ICE, die rechte von MG2. Bei richtiger Skaleneinteilung und Positionierung der Linien lassen sich alle gültigen Drehzahlkombinationen durch eine '''gerade Verbindungslinie''' darstellen. Die im Bild eingezeichnete Linie zeigt als Beispiel den Zustand ICE steht still, MG2 bewegt sich vorwärts (und somit auch das Auto) und folglich muss sich MG1 rückwärts bewegen. Die weiter unten besprochenen Zustände entsprechen anderen geraden Linien. | Durch unterschiedliche Drehzahlen und Drehrichtungen dieser drei Komponenten mitsamt ihrer angeflanschten Motoren wird ein stufenlos variables Getriebe realisiert ([[CVT]]). In einem Planetengetriebe hängen die Drehzahlen der drei ''Teilnehmer'' immer proportional, linear voneinander ab. Deshalb lassen sich diese Verhältnisse grafisch durch einen sogenannten Nomographen darstellen. Ein solcher '''Nomograph''' (auch: "Nomogramm" oder english: "Colinear Graph") ist auf dem ersten Bild unten zu sehen. Die linke '''senkrechte Linie''' repräsentiert '''alle möglichen Drehzahlen''' des MG1, die mittlere die vom ICE, die rechte von MG2. Bei richtiger Skaleneinteilung und Positionierung der Linien lassen sich alle gültigen Drehzahlkombinationen durch eine '''gerade Verbindungslinie''' darstellen. Die im Bild eingezeichnete Linie zeigt als Beispiel den Zustand ICE steht still, MG2 bewegt sich vorwärts (und somit auch das Auto) und folglich muss sich MG1 rückwärts bewegen. Die weiter unten besprochenen Zustände entsprechen anderen geraden Linien. | ||
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==== (1) Wagen setzt sich elektrisch in Bewegung.==== | ==== (1) Wagen setzt sich elektrisch in Bewegung.==== | ||
- | MG2 ist mit dem Hohlrad verbunden und auch mit den Rädern. Deshalb reicht es, wenn der Computer dem MG2 Strom zuführt ''(MG2 als Motor)''. Hohlrad und damit der Wagen setzen sich in Bewegung. Da der ICE stillsteht, steht der Planetenträger still, die Planeten selbst aber werden vom Hohlrad ins Rotieren gebracht und treiben das Sonnenrad samt MG1 an, | + | MG2 ist mit dem Hohlrad verbunden und auch mit den Rädern. Deshalb reicht es, wenn der Computer dem MG2 Strom zuführt ''(MG2 als Motor)''. Hohlrad und damit der Wagen setzen sich in Bewegung. Da der ICE stillsteht, steht der Planetenträger still, die Planeten selbst aber werden aber vom Hohlrad ins Rotieren gebracht und treiben das Sonnenrad samt MG1 an, rückwärts. MG1 läuft frei mit. |
==== (2) Wagen steht. Der ICE soll gestartet werden.==== | ==== (2) Wagen steht. Der ICE soll gestartet werden.==== | ||
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==== (4b) Wagen fährt elektrisch rückwärts, ICE wird gestartet.==== | ==== (4b) Wagen fährt elektrisch rückwärts, ICE wird gestartet.==== | ||
- | In Prinzip passiert genau dasselbe wie unter Punkt | + | In Prinzip passiert genau dasselbe wie unter Punkt 4, nur dass MG1 während der elektrischen Rückwärtsfahrt lose vorwärts dreht. Der Computer veranlasst also nicht, dass MG1 weniger rückwärts, sondern dass er schneller vorwärts dreht. Der Effekt auf den Planetenträger ist identisch: er setzt sich vorwärts in Bewegung. Wie unter Punkt 4 erklärt, kommt es nicht auf die absolute Drehrichtung an, sondern auf die Relation zur Bewegung des Hohlrades. |
==== (5.1) Fahren mit ICE. Der naheliegende Zustand.==== | ==== (5.1) Fahren mit ICE. Der naheliegende Zustand.==== | ||
Wir stellen uns vor: Wir fahren, der ICE läuft. Jetzt soll der Benzinmotor den Wagen antreiben. Der Computer ''gibt Gas'', der ICE erhöht seine Drehzahl. Aber der MG1 dreht lose mit und wir stellen bedauernd fest, dass die Anstrengungen des ICE nichts bringen: sie führen nur dazu, dass MG1 sich immer schneller dreht, aber am Hohlrad kommt von den Pferdestärken des ICE nichts an. Es ist so wie wenn man versucht, auf perfektem Glatteis vom Fleck zu kommen. Wir brauchen eine '''Gegenkraft'''. Die Planeten müssen am Sonnenrad einen Widerstand erfahren, proportional zur Kraft, die auf das Hohlrad übertragen werden soll. | Wir stellen uns vor: Wir fahren, der ICE läuft. Jetzt soll der Benzinmotor den Wagen antreiben. Der Computer ''gibt Gas'', der ICE erhöht seine Drehzahl. Aber der MG1 dreht lose mit und wir stellen bedauernd fest, dass die Anstrengungen des ICE nichts bringen: sie führen nur dazu, dass MG1 sich immer schneller dreht, aber am Hohlrad kommt von den Pferdestärken des ICE nichts an. Es ist so wie wenn man versucht, auf perfektem Glatteis vom Fleck zu kommen. Wir brauchen eine '''Gegenkraft'''. Die Planeten müssen am Sonnenrad einen Widerstand erfahren, proportional zur Kraft, die auf das Hohlrad übertragen werden soll. | ||
- | Fazit: '''Der Computer muss MG1 dazu veranlassen, sich gegen Rotation zu sträuben.''' Dann können die Planeten eine Kraft auf das Hohlrad übertragen. Wie bringt man einen elektrischen Motor-Generator dazu, sich gegen Rotation zu sträuben? Zum Beispiel | + | Fazit: '''Der Computer muss MG1 dazu veranlassen, sich gegen Rotation zu sträuben.''' Dann können die Planeten eine Kraft auf das Hohlrad übertragen. Wie bringt man einen elektrischen Motor-Generator dazu, sich gegen Rotation zu sträuben? Zum Beispiel indem man ihn als Generator schaltet. Und so entsteht tatsächlich der '''Power Split''': damit der ICE überhaupt seine PS loswerden kann, generiert MG1 ''notgedrungen'' Strom. Dieser Strom lässt sich aber glücklicherweise nutzbringend anwenden: um MG2 zu speisen und/oder um die Fahrbatterie zu laden. Kurz: ''MG1 ist Generator, MG2 kann gleichzeitig Motor sein''. |
Es wird deutlich, dass der Prius durchaus nur elektrisch fahren kann, aber grundsätzlich nie ausschließlich mit dem Benzinmotor. '''Ohne Beteiligung der MGs kann der ICE nichts ausrichten'''. | Es wird deutlich, dass der Prius durchaus nur elektrisch fahren kann, aber grundsätzlich nie ausschließlich mit dem Benzinmotor. '''Ohne Beteiligung der MGs kann der ICE nichts ausrichten'''. | ||
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==== (6) Schnell fahren ohne ICE.==== | ==== (6) Schnell fahren ohne ICE.==== | ||
- | + | Bei Fahrgeschwindigkeiten über ca 80 kmh kann es eine ähnliche Rollenverteilung zwischen MG1 und MG2 wie bei Punkt 5.2 geben, nur aus einem anderen Grund. Wird der ICE nicht benötigt, so darf er bei hohen Fahrgeschwindigkeiten trotzdem nicht ganz stehenbleiben. Stünde der Planetenträger bei hoher Drehzahl des Hohlrades still, so würde das Sonnenrad - das viel weniger Zähne als das Hohlrad hat - zu sehr hohen (rückwärts) Drehzahlen gezwungen werden, '''höher als MG1 verkraften kann'''. Deshalb muss man den ausgeschalteten ICE noch soweit '''mitlaufen''' lassen, dass MG1 innerhalb seines Drehzahlbereichs bleibt. Das geht nur, indem MG1 den passiven ICE soweit erforderlich ''auf Trab'' hält. Der Strom dazu wird wieder an MG2 gewonnen. Also auch hier: ''MG1 als Motor'', rückwärts drehend aber hier mit vorwärts gerichtetem Drehmoment, ''MG2 als Generator''. Der Energieverlust beim ''mitschleppen'' des ICE hält sich in Grenzen, weil der Benzinmotor darauf optimiert ist, ohne Kompression möglichst leicht zu drehen. | |
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==== (7.1) Bremsen.==== | ==== (7.1) Bremsen.==== | ||
Dieses Thema ist im Vergleich zum Vorherigen recht harmlos und überdies fast allen bekannt: Wenn wir mit dem Bremspedal einen Antrag auf Verzögerung an den Computer stellen, bemüht er sich, möglichst viel Bremswirkung dadurch zu erzielen, dass ''MG2 als Generator'' geschaltet wird. Der Zustand des ICE und die daraus resultierende Situation des MG1 spielt dabei keine Rolle, solange man in ''D'' bleibt und nicht nach ''B'' schaltet. | Dieses Thema ist im Vergleich zum Vorherigen recht harmlos und überdies fast allen bekannt: Wenn wir mit dem Bremspedal einen Antrag auf Verzögerung an den Computer stellen, bemüht er sich, möglichst viel Bremswirkung dadurch zu erzielen, dass ''MG2 als Generator'' geschaltet wird. Der Zustand des ICE und die daraus resultierende Situation des MG1 spielt dabei keine Rolle, solange man in ''D'' bleibt und nicht nach ''B'' schaltet. | ||
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==== (7.2) Bremsen mit Motorbremse.==== | ==== (7.2) Bremsen mit Motorbremse.==== | ||
- | Die Motorbremse wird aktiviert, wenn man | + | Die Motorbremse wird aktiviert, wenn man auf ''B'' schaltet. Es passiert das gleiche wie beim normalen Bremsen, jedoch wird zusätzlich ''MG1 als Generator'' geschaltet. Der ICE läuft (im Gegensatz zu Punkt 6) mit hoher Kompression mit und erzeugt so eine zusätzliche Bremswirkung. |
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- | ==== (8) | + | ==== (8) Rollen.==== |
- | + | Eigentlich ganz einfach, der Computer tut nichts. MG1 und MG2 laufen leer mit, der ICE steht. Bei Fahrgeschwindigkeiten über ca 80 kmh muß ''MG1 als Generator'' geschaltet werden und den ICE ''mitschleppen''.(siehe Punkt 6) | |
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===Zusatzbemerkungen:=== | ===Zusatzbemerkungen:=== | ||
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== Weblinks == | == Weblinks == | ||
- | * [http:// | + | * [http://www.hybridsynergydrive.com Hybrid Synergy Drive auf Toyota Website] |
+ | * [http://homepage.mac.com/inachan/prius/planet_e.html PSD-Simulator (Flash)] | ||
+ | * [http://www.geocities.com/hanshege/Auto/Prius.html Funktionsweise des PSD bei Hans Hege] | ||
* [http://www.wind.sannet.ne.jp/m_matsu/prius/ThsSimu/index_i18n.html?Language=en?Country=DE Prius-Simulation aus Japan] | * [http://www.wind.sannet.ne.jp/m_matsu/prius/ThsSimu/index_i18n.html?Language=en?Country=DE Prius-Simulation aus Japan] | ||
* [http://prius.ecrostech.com/original/Understanding/PowerSplitDevice.htm PSD Erklärung von Graham Davies (englisch)] | * [http://prius.ecrostech.com/original/Understanding/PowerSplitDevice.htm PSD Erklärung von Graham Davies (englisch)] | ||
+ | * [http://prius.ecrostech.com Neue Seite vonGraham Davies (englisch)] | ||
+ | * [http://eahart.com/prius/psd/ PSD Grenzen ausprobieren] | ||
+ | * [http://www.priusfreunde.de/portal/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=62 Patentschrift Toyota Lastabgabeeinrichtung '''(aus rechtlichen Gründen nur für bei Priusfreunde registrierte Mitglieder!''')] | ||
* [http://www.flickr.com/photos/31809458@N00/sets/72157594564180400 Wunderschöne Fotos eines zerlegten Hybridgetriebes] | * [http://www.flickr.com/photos/31809458@N00/sets/72157594564180400 Wunderschöne Fotos eines zerlegten Hybridgetriebes] | ||
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