Komponenty dvoustupňové hybridní technologie GM-Allison

Systém GM-Allison Hybrid EP nabízí výhody paralelního systému spolu s vylepšenými provozními vlastnostmi vozidla. Systém GM-Allison Hybrid EP patří do skupiny hybridních technologií EVT (Electrically Variable Transmission – elektricky variabilní převodovka) a zahrnuje všechny výhody typické paralelní konstrukce, ale prostřednictvím průběžně měnitelného převodového poměru nabízí vyšší nezávislost mezi spalovacím motorem a pohonným výstupním řetězcem vozidla. To znamená, že spalovací motor může stále běžet v pásmu nejúčinnějšího krouticího momentu a teplot bez ohledu na rychlost vozidla či stoupání na kterém se vozidlo pohybuje.

Řidící systémy

Dvoustupňovou hybridní technologii řídí počítačový systém distribuce energie, který funguje jako „mozek“ systému. Celkem dvanáct dílčích řídicích systémů přijímá vstupní informace, zpracovává je a vysílá výstupní pokyny. Vedle řízení vlastního hybridního systému umožňují komunikaci se systémy vozidla, zajišťují vestavěné diagnostické testy a z toho vyplývající diagnostické signály pro chybová hlášení. Řídicí systém hybridní technologie zajišťuje víceúrovňové řízení a komunikaci mezi prvky: řídicí systém elektrického motoru, řídicí systém spalovacího motoru a jednotlivé řídicí systémy baterií, brzd a převodovky. Řídicí systém integrálně provádí řadu činností, které obvykle bývají zajišťovány výhradně jednotlivými prvky systému samostatně. Dobrým příkladem této komplexní spolupráce může být rekuperační brzdění. Na brzdění se podílí standardní brzdový systém (brzdové třecí destičky, bubny) a rekuperační brzdový systém, který produkuje elektrickou energii k dobíjení baterií. Každý z prvků systému má informace o činnosti prvků okolních a upravuje svou činnost s ohledem na ostatní. Výsledkem rekuperačního brzdění je schopnost vozidla zastavit normálním běžným způsobem při současném dobíjení baterií.

Jednotka Ev Drive

Jednotka Ev drive vypadá obdobně jako běžná automatická převodovka Allison a je srovnatelně velká. Obsahuje planetová soukolí a spojky, elektronické solenoidy a ventily a dva motorgenerátory, které jsou schopny krouticí moment poskytovat nebo přijímat. Během provozu se oba elektrické stroje mohou nezávisle chovat jako motory i generátory v závislosti na rychlosti vozidla, jízdních požadavcích a stavu nabití baterií. Oba elektrické motorgenerátory současně fungují jako spojky s proměnlivým účinkem, které mohou daný prvek planetového systému urychlovat, zpomalovat či držet, a tímto jednotka Ev drive dostává charakter elektricky proměnné převodovky s nekonečným rozsahem převodových poměrů. Toto patentované a unikátní konstrukční uspořádání umožňuje kombinaci výhod paralelní a sériové konfigurace. Šest otáčkových snímačů dává řídicí jednotce převodovky a výkonovému měniči (DPIM) informace o velikosti a smyslu otáčení jednotlivých prvků. Informace z otáčkových senzorů jsou také používány pro adaptivní systém řízení spojek a diagnostiku.

Dvojitý výkonový měnič (DPIM)

Hlavní úlohou DPIM je převádět elektrickou energii ze stejnosměrného zdroje na střídavý proud, který pohání motory jednotky Ev drive, čímž vzniká požadovaný hnací krouticí moment. Při stavech, jako je rekuperační brzdění, je smysl působení krouticího momentu vzhledem ke smyslu otáčení rotoru opačný. Motor pracuje v generátorovém režimu a směr toku proudu je ven z motoru. Prostřednictvím regulace frekvence a amplitudy střídavého proudu moduluje DPIM úroveň krouticího momentu motoru a energetického toku.

Systém uchovávání energie

Pokročilý systém uchovávání energie, který využívá technologii Ni Metal Hydride, dodává jednotce Ev drive elektrickou energii pro motorgenerátory. Provedení a velikost se liší dle konkrétního vozidla a použití, ale typicky obsahuje okolo 240 bateriových článků. Životnost systému akumulace energie je 6 let. Ukládaná energie je získávána jak v průběhu rekuperačního brzdění, tak i v průběhu normálního motorgenerátorového provozu.

Volič stupňů

Volič stupňů hybridního systému Allison je identický s běžnými voliči elektronicky řízených automatických převodovek, kdy řidič volí D pro dopřednou jízdu a R pro zpátečku. To znamená, že není třeba žádného nadstavbového školení pro řízení vozidla vybaveného hybridním systémem GM-Allison EP

Systém pracuje jako dvoustupňový kombinovaný děličový hybridní systém s paralelním uspořádáním. Výraz dvoustupňový se týká dvou základních rozsahů pro nízké rychlosti a vysoké rychlosti. Termín kombinovaný děličový vyjadřuje prolínání toků momentu od spalovacího motoru a elektrického motoru přes vstupní dělič (motor A) a výstupní dělič (motor B). Výraz paralelní vyjadřuje dva souběžné toky, které jsou k dispozici pro přenos krouticího momentu od spalovacího motoru a motorgenerátoru přes převodovku coby výstupní krouticí moment. A konečně slovo hybridní znamená kombinaci dieselového spalovacího motoru s pohonným systémem z bateriového zdroje. Systém umožňuje regulaci a odpojování spalovacího motoru, aby se omezily změny otáček a motor byl provozován jen v jeho nejúčinnějším režimu s ohledem na spotřebu paliva, nízké emise, atd.

---

Paralelní hybridní systém: Rovnoměrný a tichý rozjezd vozidla z klidu zajišťuje elektrický motor zásobovaný energií z baterií. Se zvyšováním rychlosti vozidla se připojuje spalovací motor s přímým vstupem do pohonného systému vozidla, tak jak je potřebné, a případně dodává další výkon do baterií. Automatický systém sleduje, aby baterie byla optimálně dobitá. Při rovnoměrné rychlosti, typicky při jízdě vyšší rychlostí, se baterie mohou úplně odpojit a systém může pracovat jako standardní konvenční pohonný systém. To je důvodem, proč hlavní výhody nasazení této technologie se projevují při nižších rychlostech a typickém provozu rozjezd – zastávka, tak jak fungují městské autobusy.

Důvodem, proč se používá energie z baterií při rozjezdu je to, že spalovací motory mají nedostatek krouticího momentu při nízkých otáčkách. Aby se vozidlo nerozjíždělo pomalu a líně, používají se běžně větší motory, než by bylo nezbytně nutné pro udržování rovnoměrné rychlosti. Pokud je rozjezd pokrýván či podporován z alternativního zdroje energie, lze použít motor menší. Menší počet či menší spalovací prostor a menší pohybující se díly mají samy o sobě nižší nároky na energii a činí motor menším a vytváří tak prostor pro zlepšení celkové spotřeby paliva hybridního systému. Elektrický pohon, disponující maximálním krouticím momentem při rozjezdu, zajišťuje řidiči silnou akceleraci bez nutnosti zapojení spalovacího motoru a umožňuje tento motor vynechat z pohonného řetězce. Takovéto efektivní použití výkonu spalovacího motoru v hybridních systémech je taktéž s výhodou používáno u vozidel s vysokým výkonem, včetně úspěšných aplikací v závodních vozech. Elektrický pohon nabízí zvýšení dostupného výkonu na kolech bez negativního vlivu na ekonomii spotřeby paliva a vyúsťující v menší počet zastávek na doplnění paliva či menší množství paliva vezeného v nádrži. Další významný dopad na efektivnost hybridního systému má využití energie brzdění, to je využití energie, která je běžně ztracená. Když řidič brzdí a snižuje rychlost vozidla, kinetická energie je mařena v brzdách na teplo, místo toho, aby byla elektromotorem pracujícím v reverzním (generátorovém) režimu zpět měněna na použitelnou elektrickou energii k dobíjení baterií. Odhaduje se, že 40 procent energie použité k rozjezdu autobusu vybaveného systémem GM-Allison Hybrid EP pochází z energie zachráněné v průběhu rekuperačního brzdění.

---

TZ Allison Transmission, Inc.

Allison Transmission - tradice v hybridních technologiích