Το RX 400h υιοθετεί μία σημαντικά βελτιωμένη έκδοση της αναγνωρισμένης εμπρός ανάρτησης με γόνατα MacPherson και πίσω ανάρτησης δύο συνδέσμων της Lexus επιτυγχάνοντας εντυπωσιακά χαρακτηριστικά συμπεριφοράς, άριστη απόκριση τιμονιού και ευστάθεια με υψηλές ταχύτητες σε ευθεία πορεία. Το αναβαθμισμένο σύστημα έχει ρυθμιστεί με στόχο τη βελτιστοποίηση της δυναμικής οδηγικής συμπεριφοράς, συνδυάζοντας το σπορ στοιχείο με την άνεση και ελάχιστους θορύβους, κραδασμούς και τριγμούς (NVH) για μία εγγυημένα “πολιτισμένη” λειτουργία Lexus κάτω από όλες τις οδηγικές συνθήκες.

Εμπρόσθια ανάρτηση

Η βελτιωμένη εμπρός ανάρτηση με γόνατα MacPherson περιλαμβάνει έναν ελαφρύ, κάτω βραχίονα σχήματος L από πρεσσαριστό ατσάλι, ενσωματώνοντας σάιλεντμπλοκ υψηλής απόσβεσης, αναβαθμισμένα αμορτισέρ με ανασχεδιασμένη βαλβίδα και ειδικές τσιμούχες λαδιού για πιο γραμμική απόσβεση. Η χρήση ειδικής σχεδίασης σπειροειδών ελατηρίων  για τη μείωση των κλίσεων του αμαξώματος, επιτυγχάνει πιο επίπεδη συμπεριφορά στις στροφές και δημιουργεί πρόσθετη ευστάθεια στο όχημα όταν στρίβει.

Η βελτιστοποίηση της γωνίας κάστερ και η υιοθέτηση της γεωμετρίας ‘Nachlauf’, που τοποθετεί έκκεντρα τον άξονα του βασιλικού πείρου μπροστά από το κέντρο του άξονα, έχουν σαν αποτέλεσμα αυξημένο ίχνος (λόγω γωνίας κάστερ) πράγμα που βελτιώνει και την ευστάθεια σε ευθεία πορεία και την αίσθηση του τιμονιού. Η θέση του άξονα του βασιλικού πείρου εκτός του τροχού, σε συνδυασμό με την προσθήκη ενός μικρού, άριστα σχεδιασμένου υποπλαισίου, έχει σαν αποτέλεσμα την έξοχη συμπεριφορά στις κλειστές στροφές και ένα μικρό κύκλο στροφής, μόλις 5.7 μέτρων.

Η γεωμετρία κάτω βραχίονα και ακρόμπαρου έχει βελτιστοποιηθεί περαιτέρω για να μειώσουν τις αλλαγές γεωμετρίας κατά τη συμπίεση/επαναφορά της ανάρτησης, διασφαλίζοντας, κατά συνέπεια, άριστη συμπεριφορά σε ευθεία πορεία.

Η υπό γωνία τοποθέτηση του κάτω βραχίονα, με το πίσω μέρος πιο ψηλά από το εμπρός, προσδίδει χαρακτηριστικά αντιβύθισης της ανάρτησης κατά στο φρενάρισμα.

Επιπλέον, η εμπρόσθια ανάρτηση υιοθετεί επίσης ένα μικρό επίπεδο αρνητικού κάμπερ, ώστε το επάνω μέρος του κάθε εμπρός τροχού να κλίνει ελαφρώς προς τα μέσα, όταν το όχημα κινείται σε ευθεία γραμμή.

Σε μια στροφή, η κλίση του αμαξώματος μειώνει τη γωνία κάμπερ του εξωτερικού εμπρός τροχού, βελτιστοποιώντας την επαφή μεταξύ πέλματος ελαστικού και οδοστρώματος, για άριστη συμπεριφορά στο στρίψιμο.

Εμπρόσθια ανάρτηση

Οπίσθια ανάρτηση

Η πίσω ανάρτηση δύο συνδέσμων με γόνατο υιοθετεί μία πιο άκαμπτη σχεδίαση, ενσωματώνοντας ρουλεμάν τρίτης γενιάς για υψηλή στρεπτική ακαμψία. Η προσεκτικά μελετημένη ρύθμιση σκληρότητας σπειροειδών ελατηρίων, αμορτισέρ, αντιστρεπτικών δοκών και σάιλεντμπλοκ στη βελτιστοποιημένη γεωμετρία της ανάρτησης, υπόσχεται βελτιωμένη ευστάθεια και μεγαλύτερη οδηγική άνεση.

Το Lexus RX 400h οριοθετεί μία νέα εποχή στην κατηγορία του και επειδή υιοθέτησε πολλές και ενδιαφέρουσες τεχνολογίες. Ο αντικαταστάτης του το RX 450h ήρθε περισσότερο βελτιωμένο τεχνικά με έναν νέο μεγαλύτερο βενζινοκινητήρα V6 3.5 lt με δύο ισχυρούς ηλεκτροκινητήρες. To αποτέλεσμα είναι εντυπωσιακά υψηλές επιδόσεις, χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου, εκπομπές ρύπων και σημαντικά βελτιωμένη αναγεννητική πέδηση (ανάκτηση κινητικής ενέργειας).

Οπίσθια ανάρτηση

Η χρήση του Συστήματος Διεύθυνσης με Ηλεκτρική Υποβοήθηση (EPS) στο RX 400h ενέχει αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα αντίστοιχα υδραυλικά συστήματα.

Με την υποβοήθηση να προέρχεται από έναν ηλεκτροκινητήρα 42 volt DC χωρίς ψήκτρες (καρβουνάκια), και έναν μειωτήρα να εδράζεται ομοαξονικά στον άξονα της κρεμαγιέρας, το σύστημα EPS καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια μόνον όταν απαιτείται υποβοήθηση, έχοντας μηδενικές απαιτήσεις, π.χ. κατά την οδήγηση σε ευθεία πορεία, και επομένως συμβάλλει στη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου κατά περίπου 1.5%. Η δομή του συστήματος, που αποτελείται από έναν ηλεκτροκινητήρα, αισθητήρα ροπής και μειωτήρα, είναι πολύ πιο συμπαγής και αθόρυβη στη λειτουργία. Χρησιμοποιώντας κρεμαγιέρα με κοχλία και σφαιρίδια επιτυγχάνεται ομαλή περιστροφή, υψηλή απόδοση και χαμηλό επίπεδο τριβών και θορύβων.

Η Ηλεκτρονική Μονάδα Ελέγχου (ECU) του EPS έχει έναν επεξεργαστή 32-bit για αυξημένη ταχύτητα επεξεργασίας σήματος, και ενεργοποιεί τον ηλεκτροκινητήρα DC με βάση τα σήματα που λαμβάνει από διάφορους αισθητήρες, μεταξύ των οποίων και οι αισθητήρες ροπής τιμονιού και ταχύτητας οχήματος. Τα χαρακτηριστικά της ηλεκτρικής υποβοήθησης μεταβάλλονται πολύ ομαλά, προσφέροντας μία απολαυστική αίσθηση συνοχής στο τιμόνι, το οποίο είναι ελαφρύ στις χαμηλές ταχύτητες και όλο και πιο άμεσο όσο η ταχύτητα του αυτοκινήτου αυξάνεται.

Η απουσία των υδραυλικών υγρών στο σύστημα διεύθυνσης το καθιστά περιβαλλοντικά συμβατό γιατί δεν απαιτείται απόρριψη στο Τέλος Ζωής του Οχήματος. Οι εργασίες service και η αφαίρεση εξαρτημάτων είναι ευκολότερη, ενώ το σύστημα δεν απαιτεί πλέον εξαέρωση.

Ηλεκτρική υποβοήθηση συστήματος διεύθυνσης

Το Σύστημα Διαχωρισμού Κατανομής Ισχύος βρίσκεται στην καρδιά του συστήματος Hybrid Synergy Drive® του RX 400h. Περιλαμβάνει ένα σετ πλανητικών γραναζιών σε σειρά με τη γεννήτρια, τον εμπρόσθιο ηλεκτροκινητήρα και πλανητικό σύστημα γραναζιών για μείωση στροφών, όλα ως επέκταση του στροφάλου και εντός του κιβωτίου μετάδοσης.

Μέσω δύο αξόνων εξόδου, το Σύστημα Διαχωρισμού Ισχύος συνδέεται από τη μία πλευρά με τη γεννήτρια, και από την άλλη με τον ηλεκτροκινητήρα και τους τροχούς. Επομένως η απόδοση ισχύος του κινητήρα μπορεί να μεταδίδεται μέσω δύο ανεξάρτητων διαδρομών: μία μηχανική διαδρομή – που περιλαμβάνει τη ροπή από τον ηλεκτροκινητήρα-στους κινητήριους τροχούς, και μία ηλεκτρική διαδρομή προς τη γεννήτρια.

Το σύστημα χρησιμοποιεί ένα σετ πλανητικών γραναζιών (ονομάζονται έτσι επειδή τα πλανητικά γρανάζια περιστρέφονται γύρω από ένα ηλιακό γρανάζι, όπως στο ηλιακό σύστημα) για το διαχωρισμό της κινητήριας ισχύος μεταξύ των δύο διαδρομών. Αποτελείται από τα εξής γρανάζια: ένα κεντρικό γρανάζι (Ηλιος), ένα δακτύλιοειδές, ένα ενδιάμεσο, τα πλανητικά και τα «πηνία», τα γρανάζια που εμπλέκουν τα δύο προηγούμενα. Τα «πηνία» εδράζονται μεταξύ τους στο φορέα, ώστε να περιστρέφονται τόσο γύρω από τον άξονά τους, όσο και γύρω από τον κεντρικό ήλιο.

Η γεννήτρια συνδέεται με το κεντρικό γρανάζι (Ηλιο). Ο κινητήρας συνδέεται με το φορέα των «πηνίων». Ο ηλεκτροκινητήρας συνδέεται στον εξωτερικό δακτύλιο, ο οποίος συνδέεται άμεσα με το διαφορικό, που κινεί τους τροχούς. Επομένως, με την ισχύ να μεταδίδεται είτε από τον κινητήρα, ή τον ηλεκτροκινητήρα, ή ένα συνδυασμό και των δύο, η περιστροφική κίνηση του δακτυλίου καθορίζει την ταχύτητα του οχήματος.

Πλανητικό Σύστημα Γραναζιών Διαχωρισμού Κατανομής Ισχύος

Στη διάταξη αυτή, με τη ροπή κινητήρα να μοιράζεται κατά 72%:28% μεταξύ δακτυλίου και ήλιου, το πλανητικό σύστημα προσφέρει όλο το απαιτούμενο εύρος μετάδοσης ισχύος του συστήματος Hybrid Synergy Drive®:

• Κατά τη διάρκεια της αρχικής εκκίνησης και στις χαμηλές ταχύτητες, ο κινητήρας δεν λειτουργεί και ο φορέας των πλανητικών γραναζιών παραμένει ακίνητος. Με την ισχύ του ηλεκτροκινητήρα ο δακτύλιος περιστρέφει τους τροχούς και μέσω των «πηνίων» του φορέα περιστρέφεται ο ήλιος που συνδέεται με τη γεννήτρια.
• Για την εκκίνηση του κινητήρα καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του οχήματος αρκεί μια στιγμιαία παύση περιστροφής του ήλιου (μέσω περιστροφής του δακτυλίου των πλανητικών γραναζιών) ώστε να περιστραφεί ο φορέας και κατά συνέπεια ο στρόφαλος του κινητήρα. Μετά την εκκίνησή του, ο κινητήρας παρέχει ισχύ στα «πηνία» εμπλέκοντας τον φορέα με τον εξωτερικό δακτύλιο, τους τροχούς και των εσωτερικό ήλιο. Μέσω του ηλίου, η γεννήτρια παρέχει ισχύ μέσω της μονάδας ελέγχου ισχύος, είτε για επαναφόρτιση της μπαταρίας, είτε για τον ηλεκτροκινητήρα.
• Κατά τη διάρκεια πλήρους επιτάχυνσης, όταν όλοι οι κινητήρες λειτουργούν σε συνεργασία, για να κινήσουν τους τροχούς, παρέχεται περισσότερη ισχύς παρέχεται από τη μπαταρία στον ηλεκτροκινητήρα και η απόδοση του κινητήρα αυξάνεται. Σε τέτοιες περιπτώσεις, επιβράδυνση ή και παύση περιστροφής του ήλιου της γεννήτριας διοχετεύει περισσότερη ισχύ μέσω των «πηνίων» στον εξωτερικό δακτύλιο, μεταφέροντας έτσι πρόσθετη ισχύ στους τροχούς.

Άξονας μετάδοσης κίνησης

Το μυστικό των συμπαγών διαστάσεων του νέου ηλεκτροκινητήρα (123kW/167DIN hp) βρίσκεται στη σύνδεσή με ένα δεύτερο, αποκλειστικό πίσω πλανητικό σύστημα μείωσης στροφών, επίσης σε σειρά με τον διαχωριστή ισχύος, τη γεννήτρια και το στρόφαλο.

Και πάλι, αυτό το πλανητικό σύστημα γραναζιών, αποτελείται από ένα κεντρικό ηλιακό γρανάζι, έναν εξωτερικό δακτύλιο, και ενδιάμεσα, πλανητικά «πηνία» που εμπλέκουν τα δυο προηγούμενα γρανάζια. Μέσα στο μηχανισμό αυτό, ωστόσο, το ηλιακό γρανάζι είναι συνδεδεμένο με τον ηλεκτροκινητήρα, και ο δακτύλιος με τον άξονα μετάδοσης. Επιπλέον, τα ενδιάμεσα «πηνία» είναι συνδεδεμένα με μία βάση, που στην περίπτωση αυτή, στερεώνεται στο κέλυφος του κιβωτίου και δεν περιστρέφεται.

Όταν ο ηλεκτροκινητήρας κινεί το ηλιακό γρανάζι, τα «πηνία» περιστρέφονται γύρω από τον άξονά τους αναγκάζοντας σε περιστροφή το δακτύλιο. Λόγω του υποπολλαπλασιασμού, ο δακτύλιος περιστρέφεται πιο αργά σε σχέση με τον ήλιο. Επομένως, καθώς η περιστροφική ταχύτητα του ηλεκτροκινητήρα μεταδίδεται μειωμένη, η ροπή αυξάνεται.

Μέσω των γραναζιών, η ροπή που μεταφέρεται σε σχέση με την παραγόμενη από τον ηλεκτροκινητήρα έχει μια αναλογία 1: 2.478. Επειδή το μέγεθος ενός ηλεκτροκινητήρα είναι ανάλογο της ροπής που παράγει, η χρήση του πλανητικού συστήματος μείωσης στροφών προσφέρει τη ροπή που απαιτούν οι προδιαγραφές επιδόσεων του RX 400h με έναν εξαιρετικά συμπαγή ηλεκτροκινητήρα.

Διάταξη πλανητικού συστήματος γραναζιών

Ηλεκτρικοί κινητήρες και σύστημα μετάδοσης

Ηλεκτρικός κινητήρας και σύστημα μετάδοσης

Σε συνδυασμό με αυτό το μοναδικό, υβριδικό σύστημα κιβωτίου τετρακίνησης, το νέο Lexus RX 400h έχει το πλεονέκτημα ενός ηλεκτρονικά ελεγχόμενου, Συνεχώς Μεταβαλλόμενου Κιβωτίου (E-CVT) που προσομοιώνει μία συνεχή μεταβολή της τρέχουσας σχέσης του κιβωτίου, ελέγχοντας επιλεκτικά τις στροφές του κινητήρα, της γεννήτριας και του ηλεκτροκινητήρα. Σαν αποτέλεσμα, ο κινητήρας και οι ηλεκτροκινητήρες λειτουργούν με μέγιστη αποτελεσματικότητα, ανεξάρτητα από την ταχύτητα του αυτοκινήτου. Το E-CVT του RX 400h προσφέρει συνεχόμενη επιτάχυνση χωρίς να είναι αισθητές οι αλλαγές ταχυτήτων, όπως συμβαίνει με τα συμβατικά κιβώτια. Οι απώλειες τριβής του κιβωτίου έχουν επίσης μειωθεί κατά 30% περίπου, με τη χρήση σφαιρικών ρουλεμάν και λαδιού χαμηλού ιξώδους.

Σύστημα μετάδοσης κίνησης τύπου CVT

Το σύστημα Hybrid Synergy Drive® του RX 400h διαθέτει μία νέα, υψηλής απόδοσης μπαταρία νικελίου – υδριδίου του μετάλλου 288 volt. Η μπαταρία είναι συνδεδεμένη σε μία μονάδα ελέγχου, την Ηλεκτρονική Μονάδα Ελέγχου Υβριδικού Οχήματος – Hybrid Vehicle- Electronic Control Unit (HV-ECU), που παρακολουθεί τις συνθήκες επαναφόρτισης της μπαταρίας, ανιχνεύει προβλήματα, εκτελεί διαχείριση ασφάλειας του συστήματος και ελέγχει το σύστημα του ανεμιστήρα ψύξης της μπαταρίας.

Η μονάδα βάρους 69 kg, με 30 εν σειρά μπαταρίες 8-στοιχείων (1.2V ανά στοιχείο), είναι χωρισμένη σε τρία τμήματα, ώστε να επιτρέπεται η τοποθέτησή τους κάτω από τα πίσω καθίσματα, χωρίς να υπονομεύεται καθόλου η ευρυχωρία πίσω. Η μπαταρία και τα σχετικά της εξαρτήματα τοποθετούνται σε μία σφραγισμένη, μεταλλική θήκη. Η θήκη αυτή πληρεί τα υψηλότερα πρότυπα ασφάλειας και θωράκισης, προστατεύοντας τους επιβάτες από ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Σε περίπτωση ατυχήματος, αισθητήρες σύγκρουσης απενεργοποιούν αμέσως τη μπαταρία μέσω της HV-ECU. Με τη χρήση μιας μεταλλικής θήκης, επιτυγχάνεται σημαντική μείωση μεγέθους της μπαταρίας σε σχέση με προηγούμενες δομές από ρητίνη. Το συνολικό ύψος της συστοιχίας μπαταριών έχει μειωθεί κατά 40mm (περίπου 22%) συγκριτικά με την προηγούμενη.

Η χρήση μεταλλικού περιβλήματος συμβάλλει επίσης σε μία αναβαθμισμένη απόδοση ψύξης. Το καθένα από τα τρία συγκροτήματα μπαταριών είναι εφοδιασμένο με το δικό του, ειδικό ανεμιστήρα ψύξης. Οι ανεμιστήρες κινούνται από ηλεκτροκινητήρες χωρίς ψήκτρες, επιτρέποντας συμπαγή σχεδίαση, υψηλή απόδοση και εξαιρετικά αθόρυβη λειτουργία. Ο αέρας εισέρχεται στο εσωτερικό της καμπίνας από τρεις αεραγωγούς που βρίσκονται κάτω από το εμπρός τμήμα των πίσω καθισμάτων, και ρέει από πάνω προς τα κάτω, ανάμεσα στα συγκροτήματα των μπαταριών δημιουργώντας ένα φαινόμενο ανταλλαγής θερμότητας. Ο αέρας διοχετεύεται προς τα πίσω μέσω αεραγωγού στο δάπεδο, από όπου επιστρέφει πάλι στην καμπίνα ή αποβάλλεται εκτός αυτοκινήτου.

Λόγω συνεχούς επαναφόρτισης μέσω της λειτουργίας του υβριδικού συστήματος κίνησης, η μπαταρία δεν απαιτεί φόρτιση καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής του αυτοκινήτου.

Διάταξη συστήματος υβριδικής μπαταρίας

Θέση μπαταρίας (κάτω από τα πίσω καθίσματα). A. Αεραγωγοί εισαγωγής αέρα – B. Ανεμιστήρες ψύξης

Η μονάδα ελέγχου ισχύος αποτελείται από ένα μετατροπέα τάσης, τον εναλλάκτη και ένα μετατροπέα DC/DC, που ελέγχεται από μία ECU του ηλεκτροκινητήρα, η οποία λαμβάνει εντολές από την Hybrid Vehicle Control ECU.

Τοποθετώντας ένα νέο κύκλωμα ισχύος υψηλής τάσης μέσα στη μονάδα ελέγχου ισχύος, η τάση ηλεκτροκινητήρα και γεννήτριας έχει αυξηθεί στα 650V. Σύμφωνα με τον τύπο “Ισχύς = Τάση x Ρεύμα”, μία αύξηση της τάσης προσφέρει τη δυνατότητα μείωσης ρεύματος και επιτρέπει μείωση στο μέγεθος του εναλλάκτη και επομένως, στη μονάδα ελέγχου ισχύος γενικά. Επιπλέον, η μείωση στο ρεύμα ελαχιστοποιεί την απώλεια ενέργειας, βελτιώνοντας επομένως την απόδοση του συστήματος. Ο μετατροπέας/αναστροφέας μέσα στη μονάδα ελέγχου ισχύος του Hybrid Synergy Drive® μετατρέπει το συνεχές ρεύμα (DC) της μπαταρίας σε εναλλασσόμενο (AC), αυξάνοντας ταυτόχρονα την τάση, η οποία στη συνέχεια κινεί τον ηλεκτροκινητήρα. Ένας μετατροπέας DC/DC βρίσκεται στην ίδια μονάδα, και παρέχει τάση συνεχούς ρεύματος DC 12V στα βοηθητικά συστήματα.

Η αύξηση της τάσης της μπαταρίας και μετατροπή σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) πραγματοποιείται εντός του εναλλάκτη μέσω ενός μοναδικού συστήματος διακοπτών από ημιαγωγούς, με την ονομασία Μονωμένες Πύλες από Διπολικά Τρανζίστορ – Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT). Επειδή το ρεύμα που περνά είναι σημαντικό, η ελαχιστοποίηση της παραγωγής θερμότητας αποτελεί σημαντικό παράγοντα και το IGBT έχει ρυθμιστεί με ακρίβεια και σε κρυσταλλικό επίπεδο για να επιτυγχάνει υψηλή απόδοση σε συνδυασμό με τα χαμηλότερα δυνατά επίπεδα παραγωγής θερμότητας.

Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου ισχύος

Μονάδα ελέγχου ισχύος