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本ブログのアクセス統計: 60万アクセスを達成しました。ご訪問ありがとうございました。

60万アクセスまでの経過

2009年12月に始めた本blog。2011年7月ごろに10万アクセスを達成し、2011年12月13日には15万アクセスを達成。
その後、私も更新しておらず、アクセスは少し減りましたが、3月1日には18万アクセス。2012/4/18に20万アクセス、2012/8/21に25万アクセス、2013/1/18に30万アクセス、2013/12/17に40万アクセスを達成しました。しばらく見ていなかったら、2015/5/1に50万2584アクセスになっていました。またまた、しばらく更新しないうちに、2017/6/11に60万7197アクセスになっていました。久しぶりに更新します。

2011年5月25日水曜日

トヨタのプリウスは本当に凄い車です (各種プリウス考察を総括)

トヨタのプリウス(Prius)はとんでもなく凄い車です。

関連投稿)

2012年3月01日

ハロゲンヘッドライト(low beam 55W)をHID(6000K 35W)に換装しました。簡単にできて、とても明るいです。




2011年8月27日
2011年11月26日

2011年11月26日
現行プリウス ZVW30のリアサスペンションのブッシュも、ブッシュの軸に平行方向には柔らかく、直角方向には堅く作ってあるらしい。 
その他関連リンクなど)
- 「トヨタプリウスのテクノロジー(モーターファンイラストレーテッド特別編集)」
 http://www.amazon.co.jp/トヨタプリウスのテクノロジー-モーターファンイラストレーテッド特別編集-モーターファン別冊/dp/4779606721/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1316578786&sr=8-1

に、開発者のコメント、詳細な図解による技術解説が載っています。
最近購入し、内容を確認しています。ほぼ間違いは無いようです。内容的には上記雑誌のほうが多岐にわたるので、興味のある方は読まれることをお勧めします。


  -  2011/07/26に、トヨタTISという以下のサイト
トヨタTISサイト) http://techinfo.toyota.com/

 から、現行 ZVW30型Priusの電気系回路図、修理方法、技術情報を入手しました。Prius以外にも、車種、年式を指定して技術情報を入手することが可能です。

TISは、トヨタが運営するメンテナンス屋の英文情報サイトであり、Standardの場合には、2日のみで15ドルの登録料が必要です。ここで得た情報はトヨタの純正情報であり正確なので、いずれ、以下の誤りを訂正していきます。セクション毎に、pdfファイルに印刷して、400ファイル以上を取得しました。本来は、webでアクセスすれば、ハイパーリンクになっていたり、最新のメンテ情報を閲覧できるのですが、とりあえずは一番安いものを購入してみました。結果的には、十分15ドルの元がとれたと思います。詳細は以下のリンクを参照願います。


このサイトで、車体番号を入力すると、車体色、グレード、製造工場などが検索されます。
また、詳細なパラメータや、Priusのカスタマイズ設定等もでていました。ただし、カスタマイズには、トヨタのツールが必要であり、ディーラに頼む必要がありました。ここの資料には、「ユーザの要請でやるように」と書かれていたので、依頼すればカスタマイズを引き受けてくれるものと思います。→ 点検のときに頼んだら書き換えてくれました。とても使いやすくなりました。ただし、作業ができるメカニックは限られているようで、あらかじめ予約が必要でした。自動でパーキングポジションに入る」の章にも少し書きましたが、詳しくは後日記載したいと思います。
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ハイブリッド車の分類)
ハイブリッド車には、1) シリーズ方式、2) パラレル方式の2つがありますが、プリウスは遊星ギヤ(プラネタリギア)に発電機とモータの2つを組みあわせることで、1)と2)の良いところ取りをしています。さらに、機構を極力簡単にして、インバータという電子制御によって、従来のパラレル式ハイブリッド車や通常のオートマカーに必要であった、トルコンと変速機(トランスミッション: 切り替え式のギヤや、いわゆるベルト式のCVTを含む)やクラッチ(多板クラッチ、電磁クラッチ..) などを全く使わずに、至ってシンプルな機構で、3) シリーズパラレル方式を実現しています。

 トヨタは、これのことを「E-CVTまたはECVT」とか「エレクトロマチック」ないし電気式無段変速機と呼んでいるようですが、いわゆるCVTとは全然違うものです。

ハイブリッドの3方式 1)から3)の比較は以下にあります。
http://www.honda.co.jp/tech/auto/engine/honda-ima/ima02/index.html

ホンダのサイトには、3)のシリーズパラレルは重くなるように書かれていますが、乾燥車両重量は、プリウスが1,310kg インサイトが、1,190kg と約100kgの違いです。ま、ボディはインサイトの方が小さいらしいので、実質はもう少し小さいかもしれませんが。

お得なプリウス)
プリウスの情報パネル(エネルギーモニター) ではモータが1個にみえているので、理解している人は少ないかもしれませんが、普通に作れば、とても複雑な方式。本来コストもかさみ重量もかさむ方式なのに、ホンダのインサイトと殆ど価格が変わりません。

日米でのグレード構成は大きく違う)
「モータファン別冊 H.21 7/2号 (480円) プリウスのすべて」と、米国California州のSunnyvale toyotaのディーラのカタログで比較しました。
日本では、グレードは、ローコストなほうから、L ,S, Gとなっていますが、アメリカでは、II, III、IV, Vとなっています。

日米でのグレードの切り方は違う)
日本のLは、センターコンソール、リアワイパー、オーディオ、トノカバーがついていません。さらには、私のお気に入りのタッチトレーサディスプレィもLにはオプションですらつけられません。一方Lは、タイヤが185/65R15と10mm細いこと、車両重量が1,310kgとS以上にくらべ40kg軽いことから、メーカの提示する10モード燃費が38.0kg/Lと上位グレードの35.5km/Lよりも良くなっています。また、L, Sともに、オートクルーズはついていません。アメリカの最低グレードのIIは、Sの装備に加えてオートクルーズもついています。が、逆にフォグランプはありません。また日本では全グレードでオプションになっているスペアタイヤも標準でついています。
ナビを搭載するには、8スピーカのJBLオーディオ+CDチェンジャー, Bluetooth ハンドフリー携帯通話 を搭載した、Prius III以降になります。日本ではPrius Sでナビが搭載できるので、やはりグレードの切り方が若干違うようです。iPod, iPhoneの時代に、CDチェンジャーは全く不要ですが、ハンドフリー通話はあったほうが便利だと思います。

ボディカラーの違い)
米国版では、ボディーカラーが少なく。スーパーホワイトIIやアクアブルーメタリックがありません。逆に、メタリック・ゴールドがあります。日本では、かたぎのひとは金色の車には乗りたがらないと思いますね。

値段の違い)
日本のPrius Sの値段が220万円。アメリカのPrius IIの値段が、$23,050です。アメリカのPrius IIは、1ドル80円換算でも、184万円になるので、だいぶ割安感があります。(円が高すぎるのですが。。)。
お国柄に応じて、グレードの設定が異なるのは興味深いです。加えて、自動車取得税も自動車税も安く、車検もない(カリフォルニアには、排ガスチェックのみ) なので、車を持つのはだいぶ安上がりです。
さらには、昨今のガソリンの値上がりで、プリウスは米国でも人気があり、リセール価格が高いようです。ガソリンは1ガロン(3.8L)で3.7ドルくらいします。リビア空爆のころは4.3ドルを超えていました。1ドル80円換算で、リッター77円となり、日本よりは、まだまだ割安ですが、1998年頃は1ガロン1.2ドルくらいでしたから、米国人にとっては、かなり高くなったように感じており、小型車とか燃費の良い車に人気が集まっているのだと思います。その結果、上位グレードは5年落ちでも中古車屋では2万3千ドル以上で売られています。

ハイブリッドの値段)
「モータファン別冊 H.21 7/2号 (480円) プリウスのすべて」。p.66では、トヨタの1.8Lセダンである、プレミオ1.8X (FF)の190万5千円比較して、プリウスのハイブリッドによる、車両代加算分は、わずか15万円まで、コストダウンが進んでいると結論づけています。

レンタカーのCIVIC 1.8Lでは平坦なフロリダの高速走行で、12km/Lぐらいでした。
プリウスは、上り下りの激しいi280でも24km/L走ります。


からガソリン代をリッター150円とすると、ハイブリッド代はガソリン1,000L分。
24km走るとプリウスが1リッター得になると考えるから、24,000kmの走行で
元がとれる計算になります。ハイブリッドは偉大です。燃費については以下に書きました。
2011年10月19日水曜日
トヨタ プリウスはBポジションにバグ?? アイドリングストップしない.... Dモードに戻したら燃費が大幅に改善
お得なプリウス)
プリウスは米国最低グレードのII で、4輪ディスクブレーキ(フロントはベンチレーティッド)、195/65R15の静音ラジアルタイヤ、電動パワステ、アルミホイール(プリウスは代々、アルミホイールが標準なのですが、プラのカバーがついています。これについては「タイヤ考」で、別記する予定でしたが、まだできていません。)、ABS、VSC、エアバッグ(カーテンエアバッグまで含む.)、CDラジカセ、無線式のタイヤ空気圧監視、電動オートエアコン、スマートキー+イモビライザからフロアマット、工具に至るまで、必要なものが全部標準でついてきます。ディーラで乗り比べた、カムリハイブリッド(2.4L直4アトキンソンサイクルエンジン搭載) に比べると、プリウスは、センターメータやセンターコンソールをはじめ、内外装が未来的です。

VSC)
VSCは、最近の車にはどれもついていますが、ABSに、さらに、ステアリングの舵角センサーと、ジャイロをつけて運転者の意図どおりに車を操れるようにしたシステムで、アンダーステア、オーバステアを防止するばかりか、スピンを防ぐ効果があります。以下のYouTubeを見ると、効果のほどがわかります。

VSCの効果ビデオ) http://www.youtube.com/watch?v=hkXU8jtVw58&feature=related

サスが平凡)
ただし、プリウスは、フロントこそアンチロールバーつきの、マクファーソン・ストラットですがリアサスが、カップルドビームアクスルです。ホンダインサイトも同じ形式ですし、最近のFF車には共通の形式ですが、リアはいわゆるリジッドサスです。トヨタは、左右を連結するアクスルがアンチロールバーの機能も持っていると主張しているようです。たしかに、トレーリングアームのブッシュが内向きに傾斜しているので、アクスルビームの変形なしでは、左右の後輪が同時に動くことは無いように思えます。サスも、ちょっとふわふわ気味でローコストな感じです。とても4輪マルチリンクのベンツとかにはかないませんね。BMWもフロントはストラットですが、ローアーアームは長く、リアもストラットとは呼んでいますが、ダブルウィッシュボーンの形態で、アームも非常に長いです。

が、サスペンションはジオメトリだけでは語れないぐらい奥が深いようです。とかくスペック重視のマニアは、「ダブルウィッシュボーンだ」「マルチリンクだ」といいますが。ボディ剛性も関係し、奧が深そうです。以下に考察しました。

2011年11月27日日曜日: トーションビームサスペンションの利点



改善の余地)
回生のやり方や暖機による燃費悪化など、まだ改善の余地があります。ホンダインサイトのようなパドルシフトに似た機構が欲しいです。
これについては以下に書きました。

2011年10月19日水曜日トヨタ プリウスはBポジションにバグ?? アイドリングストップしない.... Dモードに戻したら燃費が大幅に改善
ホンダの主張) 上記webより。ホンダ インサイトのパラレル方式は、重量が軽いし、エンジンが従来同様にドライブトレインに直結し、エンジンとモータの動力が効率よく車輪に伝わるので、
1) きびきびした走りが期待できる。モータが薄いので従来のトランスミッションにそのまま組み付けられ、2) 様々な車種に適用できる。3) コストも安い。このため現行方式を選んだ。とあります。

1)で走りを重視したのはホンダらしいですが、2), 3)の要因も大きいと思います。

インサイトの技術はココ) http://www.honda.co.jp/factbook/auto/INSIGHT/200902/08.html
 しかし、リアがトーションビームであるところやら、後方視界のためのハッチドアの窓、トランクの下のサブトランクと、まさにプリウスと双子ですね。どちらかがまねしたのか、必然な技術的帰着なのか?
ここには、トーションビームは、荷物スペースと室内空間を最大限確保するのに有利と説明があります。上記のサイトはトヨタよりも技術を詳しく説明しています。ホームページでの技術の売り込み方を、トヨタも参考にしてほしいです。

この主張にそって、オートマの変速機はCVT(ホンダマルチマチックS - 多分多板クラッチなのでトルコン無し )を用いているようです。また、マニュアルトランスミッション(MT)も作れるのは利点です。初代にはMTがありましたが、現行の2代目はオートマだけですね。
参考) http://ja.wikipedia.org/wiki/ホンダ・インサイト
ホンダマルチマチックというCVT - http://oshiete.goo.ne.jp/qa/1928080.html

プリウスでも、トルコンは無いし、遊星ギヤを用いて少ない段数で変速系を実現しているので、エンジンとモータの動力はインサイトにも増して効率よく車輪に伝わると思います。これは次で述べます。スポーティでないのは、サスとか電子制御の味付け等、トヨタらしさ、もあると思います。

http://www.honda.co.jp/factbook/auto/INSIGHT/200902/13.html

のホンダサイトの一番上にある充放電パターンをみると、回生の時ぐらいしかバッテリーの充電チャンスはなく、過放電になりそうです。プリウスのシリーズパラレルは、停車時も発電できるし、走行時も自由に発電量をコントロールできます。インサイトでもこれはやろうと思えば次に挙げるようにできる(一部やっている) かもしれません。
  1. 走行時に、CVTでの減速比を大きくし、エンジンを多少高速に回転させる。余計にエンジンが生み出したパワーをモータでの発電に回す。これで、バッテリーを充電する。(これは多分やっていると思います)
  2. 先のwebの充放電パターンにあるように、低速時はインサイトでもエンジンのバルブを閉じてパワーロスを減らしてエンジンを空転させ、実質モータのエネルギーだけで走行させている模様。ただし、モータの能力は小さいので、モータのみで走れる状況は限られている。このあたりは、拙稿:  http://iphonedays-satoshi.blogspot.com/2011/05/blog-post_26.html にも記載。
    ただし、高根秀幸「クルマのハイテク」 ( http:/http://sciencei.sbcr.jp/archives/2009/12/si4.html ) p.49のグラフには、4気筒エンジンでエンジンブレーキに比べエンジン抵抗が66%も減るとある。逆に考えると、まだ結構エンジンブレーキが残っていて、かなりのエネルギーが捨てられる。
  3. もしも、CVTの電磁クラッチよりもエンジン側にモータがあるのなら、電磁クラッチを切って、エンジンでモータを使って発電すれば、プリウスのように停車中の充電もできる。http://ja.wikipedia.org/wiki/Honda_IMAシステム には、それが可能と書かれているが、いろいろな記事では、インサイトは、モータだけでの発進はできないとある。
  4. ただし、パワーを効率よく生み出せる回転域が限られているエンジンと、全回転域でトルクもパワーも効率良く生み出せるモータを同一の回転軸に固定してしまうのは、技術的には最適解ではないように思える。遊星ギヤを使ったプリウスの解が優れている。高速および市街走行、すなわちすべての状況の燃費でプリウスに負けている結果(上記拙稿(ここをクリック)参照)に現れているように思う。
プリウスとインサイトの燃費比較)

簡単な機構によるシリーズパラレル方式の実現)

遊星ギヤ(プラネタリーギヤ)とは、下の図のようなギヤです。(トヨタサイトの図を引用)


外側から、1) リングギヤ 2) プラネタリギヤ(ここに3つのピニオンギヤの軸が固定されています), 3) サンギヤの3つの回転軸から構成されます。車軸はリングギヤにつながっています。











遊星ギヤを使って、シリーズパラレルを実現するトヨタ方式は、以下にわかりやすいjava scriptがあります。

http://www.wind.sannet.ne.jp/m_matsu/prius/ThsSimu/

このjava scriptは、運転するというクリックをすると、アクセルブレーキで制御できますが、それをはずすと、各動力ユニットの回転数が直接制御できます。
遊星ギヤのすごいところは、時速3kmで走行していても、たったひとつのギヤ機構で、エンジンを4,,000回転にもっていけるところ。もっともこのときは、発電機が1万回転を越えるので、現実には、あり得ませんが、トヨタのサイトによると、発電機は相当な高回転まで使えるらしいです。

上記webの後ろにある通り、遊星ギヤは従来の変速機とちがって、回転数をトルクには変えておらず、単に回転を目減りさせているだけです。その目減りした分の回転が、遊星ギヤの歯数比で固定的に増速され、発電機に行きます。なので低速走行時には、エンジンのエネルギーはほとんど発電機にまわして、トルクはモータで生み出すという、シリーズハイブリッドのような動作になります。
詳細解説) http://www.priuslife.com/kentou/gijyutu2.htm によると、プリウスのギヤ比は、
   サンギア :30歯 ピニオンギア:23歯  リングギア :78歯で、プラネタリーギア比:pは、p=30/78=0.3846となるそうです。

それで、各回転数の関係は上記、上記プラネタリーギア比:pを用いて示すと、 
p×発電機回転数 + モータ回転数 = (1+p)×エンジン回転数 
となります。この式が成り立つように各回転数が決まります。(たとえば、エンジン停止中は、発電機はモータ回転の1/p = 2.6倍の回転数で逆回転します。また停車中は、発電機はエンジンの(1+p)/p = 3.6倍の速度で正回転します。 )
さらに、減速比4.113(これは多分第2世代の20型のものか..だとすると現行30型はもっと大きいはず。)、タイヤ直径を600mmとすると・・・Vkm/hで走行時には、 
タイヤ回転数(r/min)=分速(mm/min)/タイヤ直径 =(V×1000×1000/60)/(600×π)モーター回転数=タイヤ回転数×減速比(4.113)から、
モータ回転数(rpm)=V(km/h)×36.37 (例: 60km/hでは、 2,182rpmとなる) モータとタイヤは固定的につながってているので、タイヤが回ればモータは必ずこの比率で回ることになります。(r/min = 回転/分 = rpm の3つは同一です。)
そのおかげで、トルコンも変速機(ギヤ比を変えるもの:CVTを含む)もいりません。プリウスは、遊星ギヤ以外は固定ギア比で直結なのです。そのかわりに発電機が広い回転範囲で効率よく発電し、インバータが最適な電圧に制御して蓄電、モータへのエネルギー移動をしないとなりません。このへんのメカと電気の連携のアイディアには脱帽です。他のハイブリッドやパラレル式のホンダのインサイトではできない芸当に思います。

エンジンだけで駆動したい場合には、エンジンの回転をリングギアにつながった車軸に伝えるには、サンギアにつながった発電機をブレーキとして利用しないとならなず、インバータによる、発電機とモータそれぞれの、きめ細かな制御が必要に思います。

http://car.watch.impress.co.jp/docs/news/20090521_169679.html に、人とクルマのテクノロジー展 (2011/5/20-22 パシフィコ横浜)で撮影されたプリウスの写真がたくさんあります。



現行の3代目プリウスの駆動系と思われる写真(上記webから転載)

http://www.carview.co.jp/road_impression/article/toyota_prius_prototype/16/photo/5/に、拡大写真があります。大きな発電機とエンジンの間に大きなフライホイールが見えます。やはり遊星ギヤが2枚重なっています。これは、以下のトヨタの特許にある機構に似ています。後日解析します。http://patent.astamuse.com/ja/published/JP/No/2007223487 2007年の公開なので、まだまだ有効期間のある特許ですね。
上記はどうも間違いで、文頭の拡大写真をみると、右側のギヤは、リングギヤの回転を減速してモータに伝える単なるギヤのようです。プラネタリギヤを3枚持つ遊星ギヤと異なり、ギヤが1枚なので、軸力を稼ぐために幅がかなり広くなっていると思われます。トTISの情報によると、このギヤは、ピニオンギヤキャリアを固定した遊星ギヤです。なのに、エンジン側よりもかなり幅が広いのは、モータにかなりのトルクをかけているのでしょうか。トヨタが説明する、ZVW30型でのリダクションギアの搭載(←このリンクの末尾)は以下のように簡単に実現されているように思います。そのうち図化します。機構屋にとっては簡単なことかもしれませんが、先の特許にしても、やっぱりトヨタはすごいですね。
  • リングギヤと車軸の減速比をあげる。
  • 2代目までのようにリングギヤとモータ直結の構造だと、減速比が上がった分、モータの回転が下がる(トルクが必要になる)
  • そこで今回追加されたリングギヤにつながるギヤでモータの回転を増速しモータの必要トルクをへらしている
  • モータだけで走行すると、発電機が猛烈に逆回転するのは今回は解決していない。これにはおそらく先の特許のような簡単な変速機が有効であろう。この特許の動作も解析済みなので、後日掲載します
遊星ギヤの仕組みは、シンプルな、以下のカットモデル(THS-IIの試作品?) がわかりやすいです。http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/Toyota_THS2.JPG

一方、インサイトには変速機として、ホンダマチックSが搭載されています。現行の2代目インサイトのエンジンとモータ。そして、すこし世代は違いますが、ホンダマチックの写真を以下に掲載します。インサイト用のものはトルコンではなく、多板クラッチのようです。効率とダイレクトな駆動感をだすためでしょうか。ともあれ、変速機だけで、そこそこの大きさがあるのがわかります。そもそも、CVTを含む変速機にはバックギヤが必要ですが、プリウスではバックギヤは必要ありません。発電機をフリーにして、モータを逆回転させるからです。インサイトでもモータは逆回転できるでしょうが、モータに直結(セルモータとして使うには直結せざるを得ない) した、エンジンも逆回転します。カムシャフトがフリーになるようなので、問題はおきないかもしれませんが。



2代目インサイトのエンジンとモータ(発電機兼用): ホンダのwebから。

















 インサイトに搭載されているのと類似と思われるホンダマチック
これは、フィット用で、多板クラッチからトルコンに戻っているようです。

http://minkara.carview.co.jp/userid/166682/blog/6090812/
から。ここに説明も有り。










プリウスの方式は、大きなモータ(これはモータの駆動力が大きいからです。拙稿-ここの末尾参照)と、すこし小柄な発電機は必要ですが、変速機がないのでとてもコンパクトです。ホンダの主張である、シリーズパラレルは構造が複雑で重くなるというのは、プリウスに対しては、あまりあたらないと思います。

また、http://www.google.co.jp/search?q=プリウスエンジンの写真 にて、
各世代のプリウスのエンジン等の写真が見れます。

http://www.bp-oil.co.jp/mechanic/mm009.html にも、図と、なぜプリウスエコかの説明もあります。

機械系を簡単軽量化にした分、電気系の制御が複雑化しているように思います。

シリーズパラレルの原理は昔からあるが、やっぱり新しい)

機関車)確かに、ディーゼル機関車やガスタービン機関車など、減速機の代わりに発電機とモーターを入れるものは、昔からあります。が、電車の場合は軌道なので、投入パワーはオンオフ制御ですみます。発電機はエンジンの最適回転で回していればよいです。電車の制御レバーの使い方が、オンオフ制御に近いことからも想像できます。

シリーズハイブリッド) 一方で、流れに乗らないとならない車はもう少しきめ細やかな駆動パワーの制御が必要になります。シリーズハイブリッドは、おそらくエンジンの最大効率のところの一定回転で回るオンオフ制御の発電機と、投入パワーの変動するモータの間に大容量のバッテリをいれて、変動分を吸収しています。まあ、直線的な発想に思えます。

プリウスのシリーズパラレル)
プリウスの特徴は、あくまでも、そういうシリーズ式とパラレル式を、見事に簡潔に良いとこどりして両立させたところにあります。低速域では変速機が必要ですが、そこをシリーズハイブリッドで置換し、高速域ではむしろ直結に近い状態とすることで効率を良くし、さらにそこからの加速はモータとすることで、エンジンの効率の良い運転が出来るわけです。

その両立を遊星ギヤで簡単に作った。が、一方で、発電機の回転変動が大きくなったわけです。車軸側の速度が低い場合には、エンジンのパワーがほとんど発電機側に移動します。そこで発電した大きな電力を使って、車軸に直結したモータでトルクを稼ぐトルク変換をしています。充電池は小さくて済むのですが、インバータで高回転の発電機の高電圧を低回転のモータに効率よく伝えてやらないとならなくなります。インバータを使って、交流発電機から同期式交流モータへトルク変換しているわけです。そこで、かなり大型の液礼式インバータの登場になるわけです。

逆に高速走行時にはエンジンと車軸が直結に近いから、発電機(サンギヤ)は殆ど回らず、発電機は、プラネタリギヤにつながったエンジンの動力を効率よく車軸(リングギヤ)につたえるために、サンギヤのブレーキとして働いています。というか、車軸とエンジンの回転差の分だけが、発電量になるわけです。
また、高速域になって、エンジンと車軸を直結にしたい場合には、発電機の起電力を利用して、発電機をブレーキとして利用してあげるわけです。

この状態でブレーキを踏んで回生すると、エンジンの回転数が下がり、発電機は遊星ギヤの回転数の差を増速した速度(詳細は次項参照)で逆回転します。スロットルを絞った、ないしは静止した、エンジンの反力には期待できないので、車軸に直結したモータで回生するのでしょう。エンジンは回っていますが、スロットルは絞ってあるのでエンジンブレーキ状態であり、燃料は消費していないと思います。
この状態で、エンジンのフリクションロス(いわゆるエンジンブレーキ)として運動エネルギーを捨てたくないので、発電機はフリー状態にして逆回転させ、リングギアの車軸のエネルギーがエンジンブレーキで失われないよう、エンジンに動力が伝わらないようにするのだと思います。(バルブを全閉にすれば、ポンピング・ロスが減るようなので、これをインサイトのようなパラレル方式では回生時に使うようです。)

オーバドライブも実現可能) もしも空力負荷が軽ければ、その差のエネルギーを車軸につながったモータで吸収させ回生するとします。つまりモータを発電機として利用します。そして、この電気で発電機を逆回転させます。すると、エンジン直結のときよりも車軸が速く回ります。つまり、マニュアルミッションでいう、オーバドライブも電子制御だけで実現できるわけです。もともとモータは回生時に発電し、発電機は静止時にエンジン起動のためのセルモータとして動かすので、そういう能力は持っているはずです。が、発電機を逆回転するモータとして使えるかどうかは不明です。でも、この可能性があるのは面白いです。
ま、どうせドライブトレインは全部再設計なので、そもそも、最終変速率を下げておけばオーバドライブにする必要は、ないのでしょうが。

機構を簡単にして、電子機器の進化を上手に活用する。これはとても良いアイディアであって、一見古い技術に思えるけれど、とても新しい技術だと思います。トヨタの技術者には、本当に脱帽です。

高速でのモータ単独走行時に課題?)
プリウス方式の問題は、エンジンを止めて、モータだけで高速走行すると、サンギヤにつながった発電機は猛烈に逆回転することです。エンジン(遊星ギヤ)と車軸につながったモータ(リングギヤ)の回転数の差が、外周のリングギヤ(当然歯数が多い)と中央のサンギヤ(当然歯数は少ない)の歯数の比によって、増速されるのです。もっとも、モータ走行なので、発電機では、発電する必要はなく、単にフリーにしておけばよいし、高々1万回転/分(rpm)なので、クランク運動を持たない発電機としては許容レベルにも思います。(あまり参考にはならないかも知れませんが、ハードディスクドライブで高速なものは、スピンドル(お皿)の回転が、15,000回転/分です。またターボチャージャーは最高22万回転/分らしいですから。See: http://ja.wikipedia.org/wiki/ターボチャージャー )

ただし、http://www.fujitsu-ten.co.jp/gihou/jp_pdf/32/32in.pdf
の論文によると、エンジンは空回しもできるようなので、PHV(プラグインハイブリッド)でモータだけでの高速走行時に発電機が猛烈に逆回りするというのも防げるように思います。もっともこの論文にあるプリウスのボディは初期型なので、かなり古い情報かもしれません。

高速走行でのハイブリッドの動作)
エネルギーモニターコンソールの説明と、高速道路で観察した結果です。
http://iphonedays-satoshi.blogspot.com/2011/05/web.html

BMWとのパワーの比較、非常用発電機とした場合の、電気代の計算など)

プリウスの駆動能力、燃費をBMWと比較、発電機としての性能など-実はかなりの大トルク に書きました。

ブレーキ)
ブレーキについて課題があるのではと憶測が飛び交っていますが、全く普通の油圧ブレーキとフィーリングが変わりません。ブレーキについては、以下で考察しました。
http://iphonedays-satoshi.blogspot.com/2011/05/blog-post_28.html

電動パワステ)
パワステもECU(コンピュータ)制御です。詳細は以下。
http://www.autoshop101.com/forms/Hybrid17.pdf

自動でパーキングポジションに入る)
プリウスのシフトレバーは単なるスイッチなので、エンジンを切ると自動的にP(パーキング)に入ります。これもうれしいところです。Pのときは、車軸につながったリングギヤを強制的にロックするようです。

米国仕様では、Pモードに入れると全ドアのドアロックが解除されます。渋滞時にPにいれるたび解除されるのは、不便だと思っていたら、実は、ディーラーで設定変更ができるのです。TISに出ていました。いろいろカスタマイズができるようで、実際5,000マイル点検の時に変更してもらいました。イグニッションを切って10秒以内に運転席ドアを開けると、全ドアのロックも同時解除されるようにもしてもらいました。これで快適になりました。他にもいろいろ設定できます。別途書きます。

注意すべきこと、ニューオーナミーティングで教わった便利知識など)
ディーラで、Toyotaニューオーナミーティングというのがありいろいろ教わってきました。
  • NiMHバッテリーがあがると、はるか離れた工場にもっていかないと再充電できない。この工場は、カリフォルニア州には、1つしかない。(ロスとサンフランシスコの中間らしい。)ので大事である。NiMH電池が、あがる原因は以下のとおり。
    1. EVモードのまま長距離走行する。アクセルをゆるやかに踏む限りEVモードで走りつづけられるようである。
    2. ガソリンがないのに無理に走り続ける
    3. N(ニュートラル)モードにして走行する。Nモードでは、発電機が空回りするらしい。これは、Nが牽引用の設定のため?

      どれもECU(制御コンピュータ)で防御できそうなものである。2にしても、ガス欠になってJAFのようなところに給油を頼んだほうが、傷が軽い。なぜ、NiMHがあがるような設計になっているのだろうか。
  • NiMHの自己放電は非常に小さい。2年間運転しなくてもあがらない模様。
    1. 12Vバッテリが上がっても、NiMHには影響しない。ヘッドライトは、消し忘れても自動的に消え12Vバッテリが上がることはない。室内灯はつけっぱなしになるが。。
    2. 12Vバッテリが上がって、ジャンプスタート(他の車の12Vをつないでスタート)には以下の注意が必要。これは、プリウスに限った話ではなく、電子キーやイモビライザをもったトヨタ車全部に共通する注意点である。
      • キーを室内において、ドアをしめて、ジャンプケーブルをつなぐと、車のメインコンピュータが起動する。
      • このとき、電源断から起動したコンピュータは、不正開錠と判断する。
      • この結果、警戒クラクションがなって、ドアが全部ロックされる。
      • つまり、キーを室内において、上記操作をするとキーが室内に残され、締め出される。かならず窓かドアをあけておくか、キーを手元に持っておくこと。
    3. ライトをつけると、ダッシュパネルの照明が暗くなる。これは、明るさ調整のダイヤルをクリックするまで一番上に押し上げれば、ライトをつけないときと同じ最高の明るさになる。
    4. ドアロックを解除したり、ブレーキを踏んだあとに聞こえる「ヴィーン」という音は、ABSのアーミング(モータによる油圧補充)の音らしい。不気味な音なので、非常に気になっていた。
    クリープ機能は上手い味付け)
    エンジンをかけた際には、ほぼ毎回おそらく暖機(同時に充電)のためか、結構な勢いで1分程度エンジンが回ります。このとき普通はシフトレバーがP(パーキングレンジ)に入っているからよいのですが、もしドライブモードになっていると、パーキングブレーキ(プリウスはハンドブレーキではなくて足踏み式)を引きずるほどにクリープ(そろそろと動く)します。 車庫入れしたあとに、Pに入れずに、パーキングブレーキだけいれて安心すると、クリープして動いていきます。上記は、先代20型プリウスのレンタカーでの話だったようです。
    今の30型プリウスは、暖気ないしは発電でエンジンがまわっていようが、クリープする(そろそろと動く) 強さは一定のようです。速度はゆっくりですが、DポジションでもRでも、クリープする力は強いです。軽くパーキングブレーキ(普通のクルマでのハンドブレーキ)を踏んだ程度ではクリープしていきます。これは気をつけないと危ないです。ここでは、エンジンも止まっているときでも、停車中に、ブレーキを離すとわざわざモータでクリープさせています。これは次の2点からわざと味付けでやっているように思います。ちなみに、朝、イグニッションをいれると必ずエンジンが回ります。同時に充電もしていますが、毎日乗っているのでさほど充電はいらないはずで、暖気が主目的に思います。この証拠に、イグニッションをいれたまま、オーディオを聞いているとバッテリーレベル表示がかなり下がるまで、エンジンは回りません。充電は、そうそう必要ではないようです。
    • 停止時にブレーキを離すだけで車間が調整できる。渋滞時などは、アクセルを踏むよりもブレーキの踏む力を弱めるだけで車間が調整できた方が安全である。
    • バック時にもブレーキを緩めるだけで、移動させられる。これも、踏み替えをしない分安全である。
    • オートマといえども、マニアルミッションとの互換性(つまり左足はクラッチなので、どかんと踏むクセが着いている)から右足のみでブレーキ・アクセルを踏み換えているひとが多いと思います。なので、上記の機能は実は有益に思います。
    電源系)
    電源系についても以下で考察しました。30型では、HIDじゃなくて、ハロゲンに戻っていますこれについてもコメントしています。非常用発電機としてもプリウスは優秀です。

    http://iphonedays-satoshi.blogspot.com/2011/05/12v.html


    オーディオはとてもよい音がする)
    最低クラス(米国仕様ではPrius II)のオーディオも、6スピーカ(前席に4つ、後席に2つ)であり、iPhone等をオーディオケーブルでつないで、AUXにして再生すると大変良い音がします。上位クラス(+$1000)のJDLの8スピーカはいらないくらい。そもそも、mp3やAACでiPhone等に音楽を保存しているので、CDや、上級クラスについてくる4枚版のCDチェンジャーは全く無用の長物に思えます。携帯や携帯音楽プレーヤとBluetoothでつながるようにしたほうが良いと思います。Boseからも、そういう製品(以下) がでています。空港で実演していました。bluetoothは双方向でspeaker側からも、再生順序やskip、巻き戻し等ができるようです。

    http://bluetoothmaniax.net/?p=1366

    ただ、上位には、オーディオだけではなく、Bluetoothによる、ハンドフリー携帯通話機能も付属するようなので、これは便利。ただ、以前借りたFord のレンタカーにも同様な機能がついていましたが、携帯が1台しか登録できませんでした。これは不便です。同時に2つの携帯とつながる必要はないのですが、切り替えぐらいはできないと。。運転手が変わるたびに、毎度再登録は面倒です。あと、英語なので、携帯の機能選択がボイスコントロールだけというのも使いにくいです。せめて、再ダイヤルぐらいは、ステアリングにあるボタンでできないと。。

    私は、$60でハンドルにつけるハンドフリーを買いましたが、充電が不便。音の大きさやマイク感度はこれでも十分なので、ステアリングから電源をとってminiUSBの電源を供給する改造をしたいと思います。タッチスイッチ用のmicroProcessorがあるので、12Vが来ています。HIDの取り付け、ナビの取り付け、など、このへんの改造については別途レポートします。

    現行、ZVW30型 - 2009以降、でのさらなる進化)
    http://www.toyota.co.jp/jpn/tech/environment/technology_file/hybrid.html

    をみると現行の3代目、ZVW30 (いわゆる30型)プリウスになって、またまた進化したみたいです。
    特に、世界で初めて搭載したタッチトレーサーディスプレイ」は、かっこよい。ステアリングスイッチの触れた場所をセンターメーターに表示する、この表示がセンターメータの上に浮き出して見えるのがいかにも未来的である。そればかりか、とても使いやすい。ラジオの音量・選曲やら、エネルギーメータやらの操作でどこを触ろうとしているのか、手元を全く確認しなくても、スピードメータにちょっと目を向けるだけで良くわかる。安全のために非常によい機構である。
    あのメータ。実は、スピードメータの表示は、下側にあって、ハーフミラーで投影されていて。上に半透明に重なるように見える、タッチトレーサの表示が、実はハーフミラーの後ろにあるのですね。表示部に指を重ねてみればわかります。焦点距離の関係で、タッチトレーサの表示のほうが前に重なっているように見えるのが面白いです。

     ZVW30型で1.8Lになったエンジン)
    そもそもエンジンは1.8Lですが、熱効率を高めるミラーサイクルエンジン(トヨタは(もっと理想的な)アトキンソンサイクル(以下にリンク有り)と呼んでいますが。。) を使っています。これは、圧縮工程の途中まで吸気バルブをあけて、混合気を押し戻してあげることで、実効的な圧縮率をあげるることなく膨張行程を長くし、同一量の燃焼ガスから、より大きなエネルギーを引き出すものです。混合機を圧縮するガソリンエンジンの場合、圧縮率を上げるとノッキングを起こしますが、ノッキングなく熱効率を上げる工夫です。ディーゼルエンジン同様シリンダー内への燃料直噴にすれば解決するように思うのですが、このやりかたには、ノッキングや燃焼室内へのすすの堆積等、解決しないとならない問題があるようです。
    参考) ディーゼルエンジンの特徴: http://www.kuruma777.com/info001.html
           ガソリン直噴エンジン: http://ja.wikipedia.org/wiki/ガソリン直噴エンジン
    プリウスのエンジンは、普通の1.8Lエンジンほどに混合気を吸いこんでいないのでパワーは落ちます。これを単に1.8Lとして評価して、自動車税をかけるのは、少しかわいそうな話です。

    純粋なアトキンソンサイクルは、クランクを使って圧縮と膨張比を変える複雑なもので、以下に図があります。http://www2.tbb.t-com.ne.jp/atc/Run/Engines/atkinson.html

    この辺の進化の解説は、以下のwikipediaにあります。

    http://ja.wikipedia.org/wiki/トヨタプリウス

    20型では、後輪はドラムブレーキでしたが、30型ではディスクブレーキ(ベンチレーティッドではありませんが。)になりました。逆に、HID (ディスチャージランプ)から、ハロゲンに戻りました。


    また、各所にロスを減らす工夫が追加投入されました。ベルトが全撤廃され、フリクションロスが減ったばかりか、よりメンテフリーに近づきました。以下参照。


    トップクラスの空力特性)
    あの独特のボディ形状も空力(CD) を大幅に改善しています。値と他の車種との比較が以下にあります。トヨタは、プリウスのCDはトップクラスの0.25だといっています。3代目の30型になって、2代目のCDが2.6から、インサイト(形がほとんど一緒ですから、プリウスと同じなのは、推察されますが。) と同じレベルの2.5に改善されました。

    http://www.priuslife.com/kentou/prius41.html

    「速度およそ70km/hで全走行抵抗の1/4~1/3ぐらいを空気抵抗が占めると言われています。( 山海堂「自動車の高性能化」参照)」 とのことで、空力設計は大事です。

    あのずんぐりむっくりの姿で、CD=0.25は立派です。アルミホイールなのにプラスチックのホイールカバーをはめているのは空力改善が目的だそうです。(ホイーカバーなどについては「タイヤ考」でそのうち触れます)タイヤの上側は、前向きに動くので対地速度が速くて、空力的に効くらしいです。タイヤハウスの内側をスムーズにする工夫もしているらしいです。かなり細かいですね。
    タイヤの面が、ボディ側面と同一面になっています。タイヤまで覆ってしまうと、ブレーキ熱やブレーキかす排出の問題があるのでしょうか。

    現行型では、フロントバンパーの角にこだわって空力を改善したともあり、わりと似ている前期モデルに比べて角張った形状に変わっています。よく見ると細部が、かなり変わっています。

    CD (Cdのどちらが正しいのか不明)は、単位面積あたりの空気抵抗を示す無次元数らしいので、正面からの投影面積が大きければ当然抵抗が増えます。なので、ずんぐりむっくりのプリウスといかにも投影面積の小さそうなポルシェなどをCDだけから比べるのは不正確とも言えますが。

    シリコンバレーには、プリウスが本当にたくさんいます)
    ここSilicon Valley(サンフランシスコエリア、ベイエリア) ではプリウスは本当によく見かけます。

    北米、Silicon ValleyのToyota Sunnyvaleは、全米第2位の売り上げで、月に5,000台新車を売るそうです。(全米トップはロスアンジェルスで、月に1万台だそうです。) ただし、ロスにはトヨタディーラが1店舗しかないのに、Silicon Valley近辺には8ディーラがあるのだと、Toyota Sunnyvaleの担当者は誇っていました。たしかに一般道で30分も離れていない、Stevens Creek Toyotaも相当の大規模店舗です。

    その月5,000台の30%がプリウスだとのことです。常に20台以上のプリウスが在庫にあり、どんなグレードのどんな色もほぼ即納されます。(アメリカでは、ナンバーをつけなくても登録処理中のステッカーをフロントガラスに貼るだけで走れて、ナンバープレートは1ヶ月ほどあとに「普通郵便」で郵送されてきます。(私の場合は、ディーラが、登録中の書類と保険証書のコピーをダッシュボードにいれれなさいと指示しただけなので、1ヶ月なにも見せず走っていました。)あとで自分でネジ止めします。(-- なぜ、これでうまくいくのか、考察したので別途書きます。)なので、本当に即納です。

    米国仕様のほうが日本仕様よりも加速がいいようです)
    エンジンサイズからすると多分20型の情報ですが、米国仕様の方が加速が良いようです。

    http://www.lrz.de/~u7224ac/www/prius_data.html

    ハイブリッド車の長所と欠点)
    ハイブリッド車は、エコを気取っていると嫌う人もいるようです。が、ガソリンが高騰しているので、燃費が安いのは、最大の長所です。1995年ごろ1ガロン(3.79L)で、1.2ドルだったガソリンが、2011年2月には3.9ドル。それがどんどんあがって、5月には4.3ドルです。(ほんの数kmいくと値段がかなり変わるので不思議ですが。。) サンフランシスコ近辺のガソリン価格は全米でもかなり高いらしいです。

    さらにプリウスは、いろいろな機構が電子化され、ベルトフリーになっているので、メンテフリーに近づいているのも大きな利点です。エンジンの負荷も一定しているので、オイル交換も少なくて済むように思います。

    ハイブリッドは効率が悪いことがあるとの主張があります。以下の「欠点」の説。
    (良いところばかり述べずに欠点も隠さないこのwikiは私は好きです。)

    http://ja.wikipedia.org/wiki/トヨタプリウス

    長い上り坂では、バッテリが放電してしまい、以後ただのおもりと化し。長い下り坂では、バッテリが満充電になり回生失効となる。いまのNi-MH(ニッケル水素電池)でのEVモードでは2kmしか走行できないのでこれはもっともです。

    プラグインハイブリッド (PHV)への期待とPHVの課題)
    上記の回生失効は、バッテリで23.4km(現行型の場合)は走れるプラグインハイブリッド(PHV)になれば、解決するでしょう。

    http://trendy.nikkeibp.co.jp/article/news/20091214/1030555/

    この2page目をみると車両重量は1,490kgとまたまた重くなっておりますが、充電ステーションが完備されるまでは電気自動車(EV)は使えないし、非常用発電機として使えることを考えても、PHVは有望に思います。
    また、PHVでは、32円の充電代金で23.4km走れるのだから、これは相当に安いです。
    プリウスでもリッター23km(50マイル/ガロン)ですから、ガソリンだと120-140円はかかりますからね。普通の車だとこの倍はかかるでしょう。

    電池の寿命)
    今のプリウスは電池を10年保障にしています。これを実現するために、Ni-MHはさほど充放電させていません。


    によると、「通常、ニッケル水素電池?の充放電回数は500回と言われているが、これは電池容量を空近くまで使って満タンまで充電を繰り返した回数である。この使い方をすれば、ニッケル水素電池?を搭載した電気自動車(EV)のケースでは、確かに500回程度が寿命であろう。しかし、プリウスに搭載されている駆動用のニッケル水素電池?は、容量の40~65%付近で制御され、しかも45℃付近の電池にとって最も快適(?)な温度を目標にして管理されており、車両本体と同程度の寿命を獲得している。特に充電池は、万充電あたりで過充電したり、放置すると劣化するようであり、NotePCをつなぎっぱなしにするときに、電池寿命が縮まる危険があるので、ちゃんとした制御回路が内蔵されていることに期待したい。
    人間に例えれば、満腹まで詰め込んで飢餓寸前まで食べない生活と、快適な温度で腹八分の生活と、どっちが長生きするか?・・・答えは後者であろう。」、さらに、エネループのように、容量を抑えることで、充電回数を1,500回まで増やしたNi-MH電池もある。
    Sunnyvaleトヨタによると、月5,000台の30%がPriusなのに、いまだ電池交換した(20型?)のは、たったの3台だけだそうです。

    一方、シボレー(GM)のPHVであるVOLTSは、通常でもLiIon電池を50%深度まで放電させ、Mountainモードでは、さらに充放電深度をあげるようです。別途書きますが、プリウスの特許回避か、EVとしての補助金を得るためか、遊星ギヤを使った動力分割機構も、特殊な作りになっています。遊星ギヤがあるのに、クラッチを別途2つ持っています。

    ところが、プラグインハイブリッド(PHV)や電池自動車(EV)になると、電池容量を増やすためにもともとの充電寿命は減るだろうし、また、完全充放電に近い動作になれば、また寿命は減ることになります。電池の技術進化が必要でしょうね。ただし、GM Voltや、Tesla RoadSterもLi-Ion電池で、10年近い電池寿命を保証しています。やはり温度管理と浅い充放電をしているようです。

    あまり説明を見かけませんが、SOC (State Of Charge =残容量)ということばが良く使われます。
    SOC推定については、以下に説明があります: http://www.priuslife.com/kentou/prius19.htm
    ちょっと関係ないですが、電費向上のためかなりゆっくり走ったようですが、EVモードでどれだけ走れるか実験して、1.79kmだったという報告があります。http://parupuntenobu.blog17.fc2.com/blog-entry-222.html
    SuperMidをつけて測定したらしく、EVモードが解除されたときのSOCは45%だったようです。おそらくNHV20型プリウスだと思いますが。。SOCの上は最初60%だったようなので、たった15%分しか充電容量を使っていないのです。長距離がEVモードで走れないわけです。すぐに回生失効するわけです。Voltのように50%放電させれば、6.0kmに相当します。Li-Ionで同体積で電池容量が倍になるとして12km。電池をさらに3倍積んで、36kmのEV走行距離というわけです。電池単価も高いし3倍積むということでコストも上がるでしょう。Tesla Roadstarのように300km以上の航続距離にしようとすると、相当な電池コストになると思います。電池の進化と、ローコスト化に期待したいところです。

    ちなみに、Ni-H2っていうと、タンク貯蔵型ニッケル水素電池をさすようです。スペースシャトルや国際宇宙ステーション(ISS) で使われているのはこちらです。重量エネルギー密度が高いのと充放電回数が多いのでしょうか? (以下)
    http://ja.wikipedia.org/wiki/ニッケル・水素充電池

    プリウスに関する情報サイト - 随時補充します)
    http://wiki.livedoor.jp/prius_hybrid/c/6529/
    http://journal.mycom.co.jp/articles/2009/03/26/prius2/index.html (エンジンがベルトレスのこと、廃棄熱の利用、クールEGR、コストダウンのためのハーネスのシールドの露出などが書かれている。30型プリウスは、EVモードにしてもすぐにこれが解除されエンジン駆動になると思っていたら、これはアクセルをそっと踏まないからだとあった。そっと加速すれば60kmまでEV走行できるらしい。)
    http://www.priuslife.com/ プリウスライフ: プリウスをこよなく愛する人のための情報サイト
    http://www.eaa-phev.org/wiki/Main_Page : ハイブリッド、プラグインハイブリッドに関する充実した情報集(英語)
    プリウスに関してはここ) http://www.eaa-phev.org/wiki/Toyota_Prius
     特に、ここに後退時のビープ音を消すとか裏技が乗っている) http://www.eaa-phev.org/wiki/Prius_Modifications
    http://techno-fandom.org/~hobbit/cars/prius-linkfarm.html プリウスに関するリンク集(英語)。
    ステアリングの取り外し) http://www.fledermaus.jp/install/steering_set/30prius_2.html
    後付クルーズコントロールの取り付け) http://pradon2009.blog130.fc2.com/blog-entry-28.html
    トヨタ車の車名の由来-ディーラサイト) http://www.kyoto-toyopet.jp/good_p/yurai.html
    プリウスのDiagnosis tool) http://www.aa1car.com/library/toyota_prius_diagnostics.htm



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