В основата на световноизвестната хибридна технология на Toyota стои иновативната система, известна като Toyota Hybrid System (THS), която в по-новите си инкарнации е обозначена като Hybrid Synergy Drive (HSD). Тази патентована архитектура е много повече от просто комбинация от двигател с вътрешно горене и електромотор; тя представлява комплексна, интегрирана система за управление на мощността, която оптимизира ефективността и намалява емисиите. Централен елемент на THS е уникалното планетарно предавателно устройство (Power Split Device - PSD), което играе ролята на безстепенна трансмисия (eCVT) и е ключът към плавния преход между различните режими на задвижване.
Планетарното предавателно устройство позволява едновременното свързване на бензиновия двигател с цикъл на Аткинсън (Atkinson cycle engine), двата електрически мотора/генератора (Motor Generator 1 - MG1 и Motor Generator 2 - MG2) и задвижващите колела. Двигателят с цикъл на Аткинсън е оптимизиран за висока термична ефективност при определени обороти, което го прави идеален за хибридни приложения, тъй като неговите слабости при ниски обороти се компенсират от електромоторите. MG1 служи предимно като генератор за зареждане на високоволтовата батерия (HV battery) и за стартиране на бензиновия двигател, докато MG2 е основният тягов електромотор, осигуряващ мощност на колелата и функциониращ като генератор по време на рекуперативно спиране.
Управлението на потока на енергия в THS се осъществява чрез сложен хибриден контролен блок (Hybrid Control Unit - HCU). Този HCU непрекъснато анализира данни от множество сензори – скорост, натоварване на двигателя, заряд на батерията, позиция на педала на газта – и взема решения в реално време за оптимално разпределение на мощността. Например, при ниска скорост и леко натоварване, системата може да работи изцяло в електрически режим (EV mode), задвижвана само от MG2, черпейки енергия от HV батерията, която обикновено е от тип никел-метал хидрид (NiMH) или по-новите литиево-йонни (Li-ion) батерии.
При по-високи скорости или при нужда от по-голяма мощност, бензиновият двигател се включва безшумно, като HCU прецизно контролира съотношението на мощността между него и електромоторите. Едно от ключовите предимства е рекуперативното спиране, при което MG2 превръща кинетичната енергия, която обикновено се губи като топлина при конвенционалните спирачки, обратно в електрическа енергия за презареждане на HV батерията. Това не само повишава ефективността, но и удължава живота на спирачните накладки.
Еволюцията на THS е довела до различни поколения и модификации, включително Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEV) като Toyota RAV4 Prime и Prius Prime. Тези системи разполагат с по-големи HV батерии, които могат да бъдат зареждани от външен източник (електрическа мрежа), осигурявайки значително по-дълъг пробег само на електричество. Сложният софтуер и хардуер в THS непрекъснато се усъвършенстват, осигурявайки плавна интеграция, висока надеждност и забележителна горивна ефективност, което прави хибридните автомобили на Toyota еталон за екологична икономичност.
