Cụm bánh răng hành tinh trong bộ phân chia cơng suất có nhiệm vụ chia cơng suất từ động cơ chính của xe thành hai thành phần tạm gọi là phần dành cho cơ và phần dành cho điện. Các bánh răng hành tinh của nó có thể truyền cơng suất đến động cơ chính, động cơ điện – máy phát và các bánh xe chủ động trong hầu hết các điều kiện khác nhau. Các bánh răng hành tinh này hoạt động như một hộp số vô cấp (Continuously Variable Transmission- CVT).
43
Hình 3. 6 Vị trí bộ chia cơng suất
MG1 có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho ắc quy điện áp cao đồng thời cấp điện năng để dẫn động cho MG2. MG1 hoạt động như một mô tơ để khởi động động cơ chính của xe đồng thời điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh gần giồng như một CVT. MG2 có nhiệm vụ dẫn động cho các bánh xe chủ động tiến hoặc lùi xe. Trong suốt quá trình giảm tốc và phanh xe, MG2 hoạt động như một máy phát và hấp thu động năng (cịn gọi là q trình hãm tái sinh năng lượng) chuyển hóa thành điện năng để nạp lại cho ắc quy điện áp cao.
Để hiểu rõ hơn về nguyên lí làm việc của PSD, ta khảo sát các chế độ làm việc của nó:
44
Hình 3. 7 Chế độ khởi động
Hình 3. 8 Bộ PSD ở chế độ khởi động
Ngay lập tức sau khi nhấn nút khởi động hoặc hoặc nhấn bàn đạp ga để kích hoạt, hệ thống hybrid sẽ hoạt động trở lại.
45
Thành phần được mơ tả ở trung tâm là motor nhỏ, cịn được biết đến là MG1 sẽ bắt đầu quay theo chiều kim đồng hồ, 4 bánh răng hành tinh ăn khớp ngồi với nó sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ. Khi tốc độ tăng lên, momen sinh ra sẽ tác động lên cần giữ 4 bánh răng hành tinh, làm cần bắt đầu xoay. Do cần được nối với trục khuỷu động cơ nên nhờ vậy động cơ bắt đầu khởi động.
Ngoài ra cần lưu ý rằng 4 bánh răng hành tinh cũng ăn khớp với vành răng ngoài, tuy nhiên nhưng động năng khơng được truyền cho vành răng ngồi mà các bánh răng hành tinh tự quay quanh mình, do vậy bánh xe không dịch chuyển. Nhưng nếu các bánh xe đã trong quá trình chuyển động, quá trình khởi động cũng diễn ra tương tự, điểm khác biệt duy nhất đó là motor nhỏ cần ít năng lượng hơn để khởi động được động cơ. (6)
+ Chế độ chạy êm:
46
Hình 3. 10 Bộ PSD ở chế độ chạy êm
Mặc dù q trình này xảy ra có vẻ giống quá trình “Khởi động”, song chúng khác nhau hồn tồn. Thay vì cơng suất nhận được từ bánh răng mặt trời, chúng được truyền từ vành răng bao. Motor lớn, còn được gọi là MG2 nhận điện năng từ ac-quy HV để tạo ra momen làm quay vành răng bao, truyền công suất đến các bánh xe.
Động năng của vành răng bao làm quay 4 bánh răng hành tinh. Nếu MG1 ở trung tâm được giữ lại (nhờ năng lượng điện), cần giữ 4 bánh răng hành tinh sẽ quay làm quay động cơ. Nhưng trên thực tế MG1 quay tự do, như vậy các bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh quay tự do quanh trục của nó.
47
Hình 3. 11 Chế độ tăng tốc
Hình 3. 12 Bộ PSD ở chế độ tăng tốc
Khi xe tăng tốc, cả motor lớn và động cơ nhiệt đều tham gia cung cấp động năng cho các bánh xe. Motor nhỏ cũng tham gia chuyển động quay với vai trò là một máy phát. Nó tạo ra điện năng và ngay lập tức cho motor lớn MG2 tiêu thụ.
Sự chuyển đổi linh hoạt giữa máy phát - động cơ điện này là một lợi ích vơ cùng to lớn đối với tuổi thọ của ac quy, giảm được q trình phóng nạp điện của ăc quy.
48
Hình 3. 13 Chế độ thấp ổn định
Hình 3. 14 Bộ PSD ở chế độ chạy theo trớn
Chế độ này tương tự “Tăng tốc”, nhưng cần ít năng lượng hơn. Số vòng quay của động cơ nhiệt giảm xuống đến lúc các bánh răng hành tinh quay theo chiều ngược lại. Quá trình này tiếp tục cho đến khi tốc độ của xe giảm xuống
49
thấp hơn 42 MPH, lúc này động cơ nhiệt sẽ ngừng hoạt động và hệ thống chuyển sang chế độ “Thả trôi”.
+ Chế độ chạy lùi:
Hình 3. 15 Bộ PSD ở chế độ chạy lùi
Khi động cơ nhiệt ngừng hoạt động, motor nhỏ sẽ quay để dẫn động các bánh răng hành tinh. Kết quả là motor lớn quay theo, nhưng theo hướng ngược lại. Động cơ nhiệt có thể bị khởi động trong khi xe chạy lùi, tuy nhiên lúc này chế độ chạy lùi vẫn tiếp tục diễn ra. Động cơ điện nhỏ chỉ cần quay nhanh hơn để bù đắp sự thay đổi tốc độ bên trong, giữ xe chuyển động cùng tốc độ.
Đây là một thiết kế đơn giản nhưng rất tinh tế, cung cấp một loạt các chế độ linh hoạt chỉ với một vài bộ phận nhỏ tham gia liên tục và lâu dài.
50
Hình 3. 16 Bộ PSD ở chế độ chạy lùi khi động cơ hoạt động
Ở một vài thời điểm của chế độ “Chạy lùi”, động cơ nhiệt có thể bị khởi động. Khi điều này xảy ra, nó làm giảm động năng có ích truyền đến các bánh xe. Song việc động cơ khởi động cung cấp đồng thời nhiệt năng và điện năng nên điều này có thể chấp nhận được. Chế độ này rất tiện lợi vì đã loại bỏ hoàn toàn số lùi truyền thống như trên các xe khác.
+ Chế độ thả trôi xe:
Hình 3. 17 Bộ PSD ở chế độ thả trơi xe
Khi khơng cịn cần năng lượng từ các nguồn động lực, tốc độ của xe thấp hơn 42 MPH, động cơ nhiệt sẽ tắt hoàn toàn, song các bánh răng hành tinh vẫn
51
tiếp tục quay cịn cần giữ chúng thì đứng n nhờ đó các động cơ điện quay tự do, điều này cũng tương tự như xe đang về số 0 đối với các xe số sàn thông thường.