В компании Porsche гибридный привод имеет давнюю традицию: основатель фирмы Фердинанд Порше считается изобретателем этой системы привода. Уже в 1900 году он разработал Lohner-Porsche, который по сегодняшней терминологии работал как последовательный гибрид. Четырехцилиндровый двигатель мощностью 15 л.с. был соединен непосредственно с 80-вольтовой динамо-машиной. Генерированный электрический ток поступал либо к электродвигателям, встроенным в ступицы передних колес, либо к буферной батарее. Этот автомобиль считается первым в мире серийным гибридным автомобилем.

Слово "гибрид", которое изначально происходит из греческого языка и означает "смешанный" или "двойного происхождения", указывает на то, что у гибрида тягу создают два привода. В зависимости от объема реализуемых функций различают микрогибриды, мягкие и полные гибриды. Объем функций, преимущества для клиента, а также сложность и связанная с ней стоимость разработки от микрогибрида к полному гибриду возрастают. Полный гибридный привод обеспечивает возможность движения на одной электрической тяге, а также движения на короткие расстояния без вредных выбросов в зависимости от емкости батареи и тем самым дает клиенту максимальные преимущества.

По категориям полные гибриды в зависимости от конструкции трансмиссии распределяются на последовательные, параллельные полные
гибриды, а также смешанные формы этих приводов, как например, полные гибриды с разветвлением потоков мощности.

При последовательном гибридном приводе двигатель внутреннего сгорания соединен с генератором, который служит в качестве преобразователя энергии. Выработанная электроэнергия передается к электродвигателю или накапливается в тяговой батарее. Приводы включены последовательно, и энергия в несколько ступеней преобразуется из кинетической в электрическую, прежде чем она сможет использоваться для создания тягового усилия. Вытекающие отсюда потери КПД так же являются недостатком, как и техническое требование, в соответствии с которым все преобразователи энергии должны быть рассчитаны на одинаковую максимальную мощность.
Дополнительный генератор также повышает стоимость и массу и еще сильнее ограничивает монтажное пространство. В отличие от такого привода простая конструкция и устойчивая работа двигателя внутреннего сгорания в оптимальном режиме обеспечивают максимальные преимущества.

При параллельном гибридном приводе двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель механически соединены с ведущей осью. Здесь могут использоваться два отдельных или один общий первичный вал (одновальный параллельный полный гибрид). Таким образом оба привода могут работать отдельно или совместно. Суммирование мощностей позволяет уменьшить размеры агрегатов привода и реализовать дополнительные потенциалы снижения расхода топлива. Кроме того, преимуществом является сравнительно простая интеграция в существующие системы привода. Простая конструкция дополнена редуктором и муфтой, система управления которой позволяет подключить двигатель внутреннего сгорания и поэтому должна соответствовать высоким требованиям к комфорту, динамике и износостойкости.
Гибридный привод с разветвлением потоков мощности как смешанная форма имеет и параллельный, и последовательный путь передачи энергии и обеспечивает комбинацию передачи механической и электрической мощности. При этом гибридный привод с разветвлением потоков мощности переключается между параллельным и последовательным режимами с помощью планетарного механизма.

Мощность двигателя внутреннего сгорания разделяется с помощью набора планетарных шестерен: одна часть мощности механическим путем передается прямо на ось, а другая часть через генератор в виде электроэнергии накапливается в батарее для привода электродвигателя. Оптимальное управление режимами работы обеспечивает очень хорошие предпосылки для снижения расхода топлива и вредных выбросов. Отрицательным моментом является прежде всего высокая сложность управления, которое требует использования двух электроагрегатов, каждый из которых работает с помощью отдельной силовой электроники и соответствующих высоковольтных кабелей. Связанная с этим стоимость компонентов и масса системы повышаются, что отрицательно сказывается на экономичности и эффективности.

Одновальный параллельный полный гибрид Cayenne S Hybrid
У Cayenne S Hybrid речь идет о концепции одновального параллельного полного гибрида, который с помощью первичного вала одновременно (параллельно) передает тяговые усилия двигателя внутреннего сгорания и электроагрегата. Первичным двигателем при этом является 3,0-литровый компрессорный двигатель V6 с непосредственным впрыском бензина. Он соединен на одном валу с электроагрегатом мощностью 34 кВт (47 л.с.), который либо обеспечивает дополнительную мощность для двигателя внутреннего сгорания, либо в качестве самостоятельного привода позволяет двигаться на одной электрической тяге. Кроме того, электроагрегат объединяет обе функции стартер-генератора и поэтому может запускать двигатель внутреннего сгорания, а в режиме генератора – вырабатывать электроэнергию (преимущество: отсутствие традиционного генератора). Электроагрегат компактно интегрирован в гибридный модуль и находится между двигателем внутреннего сгорания и коробкой передач. Электроэнергией агрегат обеспечивает мощная высоковольтная батарея, которая, во первых, снабжает привод энергией, а во вторых, может накапливать энергию, полученную в результате рекуперации при торможении.

В трансмиссии используется новая 8-ступенчатая коробка передач Tiptronic S. Различные электрифицированные вспомогательные агрегаты дополняют гибридную трансмиссию, они представлены на следующем рисунке наряду со всеми остальными компонентами Cayenne S Hybrid. Концепция параллельного полного гибрида в Cayenne S Hybrid дает следующие существенные преимущества:
Высокая степень совместимости гибридных компонентов с базовой
платформой Cayenne. Параллельный полный гибрид практически не сокращает объем багажника и не ведет к компоновочным ограничениям
системы полного привода.
Параллельный полный гибрид подкупает простой и понятной конструкцией.
Возможности значительной экономии топлива на шоссе и автомагистралях. Разработанная компанией Porsche система обеспечивает возможность движения накатом со скоростью до 156 км/ч без участия двигателя внутреннего сгорания.
Возможно использование одной электрической тяги при движении с постоянной скоростью и умеренном ускорении в зависимости от дорожной ситуации со скоростью до 60 км/ч.
Сохранение известной характеристики коробки передач с точки зрения комфорта и динамики благодаря отказу от вариатора и использованию 8-ступенчатой Tiptronic S Использование параллельного полного гибрида позволяет оптимизировать разгон и эластичность. Концепция соответствует философии Porsche, основу которой составляют исключительные динамические характеристики при высочайшей эффективности.

В частности, преимущества по расходу топлива Cayenne S Hybrid вытекают из совокупности концептуальных свойств параллельного полного гибрида. Свой вклад здесь вносят режимы движения, характерные для гибрида, как чисто электрический режим, движение накатом без использования привода и рекуперация энергии при торможении, а также электропривод важных вспомогательных агрегатов. Снижение сопротивления движению, например, благодаря шинам со сниженным сопротивлением качению и последовательному облегчению конструкции повышает эффективность. Преимущества по массе объясняются компактной конструкцией. В результате избыточную массу по сравнению с Cayenne S, обусловленную электродвигателем, разделительной муфтой, батареей, системой вентиляции, силовой электроникой и высоковольтными кабелями, удалось ограничить на уровне 175 кг. При этом около 80 кг приходится на тяговую батарею и примерно 55 кг – на гибридный модуль.

В качестве привода Cayenne S Hybrid используется трехлитровый компрессорный двигатель V6 с непосредственным впрыском бензина.
Основной агрегат был адаптирован к установке в гибридную трансмиссию.

Адаптация базового двигателя
Характерная для гибридной трансмиссии крышка двигателя
Электропривод вспомогательных агрегатов

Некоторые компоненты базового двигателя были оптимизированы для использования в Cayenne S Hybrid. Так, была снижена сила натяжения цепного привода для уменьшения трения в приводе. Далее была создана абсолютно новая система управления двигателем, которая подчиняется системе управления гибридным приводом (алгоритм работы гибридного привода). Изменения в системе смазки привели к сниженному давлению масла, которое обеспечивается двухступенчатым насосом. Для снижения внутреннего трения используются поршневые кольца со сниженным предварительным натягом и более мягкие пружины клапанов. Эти изменения дополнительно снижают расход топлива.

На крышке двигателя установлена этикетка "Hybrid", указывающая на гибридный привод, а красная вставка символизирует поток энергии и взаимодействие двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя.

У классического автомобиля с двигателем внутреннего сгорания не только тяга, но и ряд сервоприводов и систем комфорта зависит от работающего силового агрегата: гидроусилитель рулевого управления и кондиционер, например, имеют ременный привод. Эти системы для Cayenne S Hybrid были оснащены электроприводом, поскольку при движении в электрическом режиме (ДВС выключен) они по прежнему должны без ограничений выполнять свои функции:
Электрический компрессор для системы кондиционирования воздуха в салоне
Электрический вакуумный насос усилителя тормозного привода
Электрический насос усилителя рулевого управления
Электрический нагнетательный маслонасос для смазки коробки передач
Два электрических водяных насоса для охлаждения электроагрегата и силовой электроники

Как потребитель самой высокой мощности компрессор кондиционера подключен непосредственно к 288-вольтовой сети NiMH-батареи. Высоковольтный кабель сначала соединяет компрессор кондиционера с силовой электроникой, которая передает электроэнергию из батареи.

Впервые в данном классе автомобилей компания Porsche использует электрогидравлическое рулевое управление, обеспечивающее типичную для Porsche точность. Благодаря специальным функциям, таким как режим ожидания при прямолинейном движении, система вносит существенный вклад в экономию топлива. Так, по сравнению с классическим гидроусилителем она снижает расход энергии, связанный с работой рулевого управления, в цикле NEFZ на 93 процента. 12 вольтовая бортовая сеть питается от 12-вольтовой батареи, а на фазах выключения двигателя внутреннего сгорания питание всех потребителей бортовой сети осуществляется от тяговой батареи. При этом трансформатор (постоянного тока) с помощью силовой электроники преобразует 288 В в 12 В, пригодные для всех потребителей.

Дополнительный нагнетательный маслонасос для смазки коробки передач обеспечивает возможность переключения даже при выключенном двигателе. Усилители тормозного привода и рулевого управления благодаря электрифицированным насосным агрегатам выполняют свою функцию, например, при движении на одной электрической тяге. Электроагрегат и силовая электроника являются мощными компонентами гибридной трансмиссии, их охлаждение обеспечивают электрические водяные насосы.