トヨタ・ハイブリッド・システム

TOYOTA Hybrid System（トヨタ・ハイブリッド・システム、THS）とは、トヨタ自動車が開発したハイブリッドカーの機構。2019年現在はTHS-IIの名称で知られる。

概要

世界初の量産ハイブリッドシステムであり、発電用と駆動用の2つのモーターを採用するスプリット式ハイブリッド（シリーズパラレル式ハイブリッド、ストロングハイブリッド）の代表格として、1997年の登場以来世界のハイブリッド戦線の第一線で活躍している。
一般的にこのシステムでのトランスミッションは「電気式無段変速（E-CVT）」などと表記されるが、厳密にはトランスミッションは存在せず、代わりに遊星ギアとよばれる動力分割機構の高度な制御により、エネルギーを駆動やバッテリーに振り分けている。これによりエンジンを駆動に使いつつ同時に発電にも用いることを可能としている。また高効率・低出力なアトキンソンサイクル（ミラーサイクル）エンジンとは非常に相性が良いため、現在トヨタの全てのTHS搭載車がこれを採用している。
一般的なハイブリッドのパラレル式と比較すると、システムの判断で自在にエンジンを回したり止めたり（EV走行）することができる上、エンジンが回っている間は同時にバッテリーへの充電もできるため、安定的かつ圧倒的な低燃費を可能としている。一方でパドルシフト含め有段変速にすることが容易ではなく、車マニアからは退屈と言われることが多い。また広いスペースを必要とするため四輪駆動とも相性は良くなく、小さめの車種に四輪駆動版の『E-Four』が搭載されることはまずない。
バッテリーにはニッケル水素電池を開発当初から第三世代まで採用していた。これは、リチウムイオン電池と比べると充放電効率やエネルギー密度では劣るが、比較的安価で気温の変化にも左右されづらい点で優れていた。ただし第四世代目以降はリチウムイオン電池の採用も増えてきている。
モーターは第二世代目まで高トルク・低回転傾向であったが、巡航時のEV走行で燃費を稼ぐために第三世代目以降は一転して低トルク・高回転型へとシフトしている。
THS搭載車は2017年に世界累計販売1000万台を突破した。

第一世代

トヨタのハイブリッド研究は1975年に発電用ガスタービンを採用したセンチュリーのコンセプトカーに遡る。同年代のオイルショックの影響もあってモーター駆動の研究は進められ、1992年にはEV開発部が誕生。タウンエース、クラウンマジェスタ、RAV4などの電気自動車（EV）や、シリーズ式ハイブリッドのバスコースターなどが公道モデルとして開発され、THSの礎を築いた。
1997年に世界初のスプリット式ハイブリッドである初代プリウスが登場。バッテリーはEVのRAV4開発で培ったニッケル水素タイプ。当時「売れば売るほど赤字が出る」とされていたハイブリッドだが、トヨタはこれをわずか215万円で販売し、エコ技術の普及に励んだ。
この頃はCVTを組み合わせたTHS-Cを採用したエスティマ・ハイブリッドや、マイルドハイブリッドシステムのTHS-Mを搭載したクラウン、燃料電池自動車のハイブリッド「FCHV」など、現在知られるTHSとは異なった機構も開発されており試行錯誤していた事が見られる。
第一世代は次世代登場までに、世界で13万台の売上を記録した。

第二世代

2003年発売の2代目プリウスとともに、「ハイブリッド・シナジー・ドライブ」を掲げるTHS-Ⅱが発表された。エンジン・モーター・バッテリー・制御技術などがブラッシュアップされた上、時速55km以下で走行中にエンジンを止めることが可能な『EVモード』が追加され、燃費を大きく向上させた。
また四輪駆動版のE-Fourも開発され、ハリアーハイブリッドなどの大型車に搭載されていった。
一方レクサスではFR車専用となる2段リダクション機構付き機構が開発された。6速ATと同等のサイズとなるこの機構は、電子制御により「Lo」と「Hi」２つのギヤを走行状態に応じて自動的に切り替えることで、従来の3倍のエネルギー効率とパワー向上を実現した。

第三世代

2009年の三代目プリウスからは、全体の9割以上を新開発した「リダクション機構付きTHS-Ⅱ」を採用。これにより軽量・小型化・低コスト化が進み、カローラアクシオやヴィッツのような5ナンバー大衆車にもハイブリッドが採用されるなど、爆発的にハイブリッドカーを普及させた。特にハイブリッド専用コンパクトカーのアクアはプリウスとともに日本の乗用車市場を支配し続けた。
また三代目プリウスでは排気量が拡大されている。当時は、燃費追求においてエンジンの小型化こそが正義とされていたため賛否両論を生んだが、大型化により中速域のトルクをアップさせたことで、苦手とされていた高速域の巡航でも安定した燃費を確保することが可能になった。またクールドEGRも採用され、実用燃費は大幅に向上した。
プリウスは大容量リチウムイオン電池を採用したプラグインハイブリッド（PHV）もリース販売され、2012年には一般の消費者にも販売されるようになった。
第三世代は息が長く、第四世代登場から4年が経った2019年現在もトヨタの多くの車種にラインナップされている上、アクアが月間販売台数で1位を獲得するなどその勢いは衰えていない。また上述の通り高速での弱点を克服したことから海外でもTHSが評価され始め、現在トヨタは欧州で最もハイブリッド販売率が高いメーカーとなっている。

第四世代

2015年発売の4代目プリウスでは最大出力を下げたものの、JC08モードで40.8km/Lという圧倒的な低燃費を達成。それと同時にTNGAの思想の元に「走る喜び」も追求された。またこのプリウスからはニッケル水素電池に加え、上級グレードにはリチウムイオン電池も採用されることになった。ただし不公平感があってはいけないという配慮から、コスト・性能面は同等のものが用意された。
第三世代とはほぼ全く異なる機構となっているものの、根本的な思想は変わっていないという点や、依然として多数ラインナップされる第三世代が古いものにならないようにという配慮から、引き続き名称は『THS-II』が用いられることとなった。
2016年以降に発売されたトヨタ車は、OEMとハイラックスを除く全車がTHS-IIをラインナップしている。2018年に20年ぶりにフルモデルチェンジされた国賓車センチュリーも、国産唯一であったV12エンジンをやめてV8+THS-IIを採用した。
エンジン側の改善も進んでおり、プリウスで燃焼効率40%、カムリから採用の「ダイナミックフォースエンジン」では41%に達している。またEV走行可能な速度も伸び続けており、2代目プリウスPHVでは135km/h、2019年ワールドプレミアの5代目ヤリスでも130km/hに達する。
さらに小型化も進み、5代目ヤリスでは後輪サスペンションを独立懸架にして省スペース化することで、小型車で初めてE-Fourの搭載を可能とした。
この他レクサス・LC500hには従来トランスミッションを搭載することが困難であったTHSに4段変速（疑似10速）を採用し、ドリフトも可能とする『マルチステージハイブリッド』が開発されている。

モータースポーツ

2005年末にトヨタはモータースポーツ向けハイブリッドの開発を決定。東富士研究所のモータースポーツ部において、村田久武をリーダーとするプロジェクトチームを立ち上げた。当時はまだハイブリッドカーの競技自体が成立していなかったが、耐久レースという厳しい環境下で得たノウハウを、市販車へフィードバックするという先行開発的な役割を期待された。レース仕様ではエネルギーの出し入れの応答性が良いキャパシタを蓄電装置に選んでいる。
2006年の十勝24時間レースでは、ニッケル水素バッテリーにキャパシタを追加したレクサス・GS450hを参戦させ、完走を果たした。2007年にはモーター・ジェネレーター・ユニット (MGU) とキャパシタを搭載した、GT500ベースのスープラ HV-Rで参戦し、総合優勝を果たした。これらの実験段階を経て、本格的なレース仕様のハイブリッドシステム「THS-R」 (Toyota Hybrid System-Racing) の研究開発に移った。
ル・マン24時間擁するFIA 世界耐久選手権 (WEC) 初年度の2012年に、ドイツのトヨタ・モータースポーツ有限会社 (TMG) を前線基地として、スーパーキャパシタを搭載するTS030 HYBRIDで同選手権に
参戦を開始した。2014年にはモーターの480馬力と合わせて最大1000馬力を発生するTS040 HYBRIDを投入し、同年のWEC年間チャンピオン（ドライバー・マニュファクチャラーズの2冠）に輝いた。2016年からは高容量のリチウムイオン電池を搭載したTS050 HYBRIDにスイッチし、2018年にはトヨタ史上初めてル・マン24時間レースを制覇した。
またスーパーGTのGT300クラスでも2012年から、THSとV8エンジンを採用したプリウスがaprのオペレーションで参戦し、年間総合2位の好成績を収めている。