Scambio di potenza ibrida

Quando si tratta di veicoli ibridi, l'elettronica e le batterie tendono a ricevere la massima attenzione. Ma è l'elegante ingegneria meccanica che ha stabilito Toyota come leader di mercato negli ibridi. Ora Motori generali , DaimlerChrysler , e BMW stanno applicando l'ingegneria meccanica per recuperare il ritardo. I tre produttori hanno unito le forze per sviluppare una tecnologia di trasmissione che potrebbe battere il sistema Toyota, almeno in autostrada.

GM, DaimlerChrysler e BMW contano sulle loro trasmissioni ibride a doppia modalità (mostrate qui) per raggiungere Toyota. (Credito: GM)

I brevetti di Toyota per il loro veicolo ibrido si concentrano sui sistemi di controllo e sulla trasmissione sofisticata utilizzati per spostare e condividere la potenza tra motore, motori elettrici e ruote. Ci sono molti meccanismi nel sistema, afferma David Hermance, ingegnere esecutivo per l'ingegneria ambientale presso il Centro tecnico Toyota di Gardena, California. Anche se apporti miglioramenti significativi dal lato elettrico, se non fai un buon lavoro dal lato meccanico non ottieni la stessa efficienza e stai cercando di migliorare l'efficienza ovunque puoi.

I primi ibridi di GM e DaimlerChrysler erano i cosiddetti ibridi leggeri che fornivano un incremento di efficienza relativamente piccolo. (BMW deve ancora rilasciare un ibrido.)

Il sistema ibrido di Toyota è notevolmente diverso a causa della sua trasmissione che divide la potenza. Ad oggi, concorrenti come Honda hanno integrato l'energia elettrica aggiungendo motori a trasmissioni più convenzionali. Di conseguenza, il motore di un ibrido deve essere in funzione affinché il veicolo si muova. Al contrario, la trasmissione di Toyota consente agli ibridi come la berlina Prius e il SUV Highlander di avviarsi in modalità completamente elettrica, lasciando il motore spento durante il regime di coppia elevata e bassa velocità in cui la potenza meccanica del motore è meno efficiente. Il motore si accende solo quando il guidatore richiede più potenza di quella che i motori elettrici possono fornire o per ricaricare la batteria del veicolo.

La trasmissione di Toyota utilizza anche la modalità del veicolo elettrico (EV) per guidare i suoi ibridi in retromarcia, quindi non è necessario costruire retromarce dedicate che si trovano nelle trasmissioni convenzionali.

Circa 500 ingegneri di GM, DaimlerChrysler e BMW stanno sviluppando un nuovo sistema di trasmissione che offre il funzionamento in modalità EV proprio come Toyota. La trasmissione aggiungerà un ulteriore accorgimento: il sistema può anche togliere dal circuito il lato elettrico della trasmissione e funzionare in modalità solo motore. La loro trasmissione ibrida a due modalità, brevettata nel 1999 da GM e attualmente utilizzata nei suoi autobus ibridi, sostituisce i motori con una serie di ingranaggi fissi, bloccando il motore sull'albero di trasmissione. I motori elettrici aiutano a rendere l'interruttore senza soluzione di continuità sincronizzando la velocità delle due serie di ingranaggi, ma una volta effettuato il cambio i motori sono fuori dai giochi. I motori fanno tutta la messa a punto e le frizioni si ingranano. Questa è la grande rivoluzione con il sistema a due modalità, afferma Tim Grewe, ingegnere capo di GM per il gruppo propulsore ibrido a due modalità.

L'eliminazione dei motori elettrici dalla trasmissione offre due vantaggi. Quando si spostano carichi pesanti a una velocità costante, i motori elettrici sono inefficienti perché in realtà rappresentano una resistenza al motore. Portare i motori elettrici completamente offline in tali scenari rende il funzionamento complessivo dell'auto più efficiente. Il vantaggio più significativo, afferma Grewe, deriva dal confezionamento della trasmissione. Sostituendo i motori durante il funzionamento ad alta potenza, i partner dell'alleanza se la cavano con motori più piccoli. Il risultato è una trasmissione ibrida che non è più grande di una trasmissione convenzionale. Abbiamo tolto le frizioni e inserito i motori elettrici, e con ciò siamo riusciti a confezionarlo in un volume simile, afferma Grewe. Ciò dovrebbe semplificare le modifiche al design e all'assemblaggio necessarie per offrire l'ibrido come opzione sui veicoli esistenti.

Rich Schaum, ex capo ingegnere di Chrysler e presidente entrante del Warrendale, con sede in Pennsylvania Società di ingegneri automobilistici , afferma che GM ha una posizione di brevetto molto solida per la trasmissione a due modalità e ciò consente ai partner dell'alleanza di seguire la propria strada con una tecnologia migliore. L'architettura della tecnologia dual-mode perseguita da GM, DaimlerChrysler e BMW è superiore a quella attualmente disponibile per le strade di altri produttori, afferma Schaum.

Naturalmente, avverte Schaum, non si dovrebbe presumere che la Toyota resterà ferma. L'ingegnere ibrido Toyota Hermance non si impegnerà sul fatto che Toyota considererà un sistema a due modalità. Per prima cosa, dice Hermance, non è chiaro se i conducenti effettivamente percorrono abbastanza per offrire un vantaggio significativo. La domanda diventa, quale frazione della spinta totale c'è in quel regime di stato stazionario? Fino a quando non vedremo i dati dei test di ciclo effettivi per il loro sistema, è difficile valutare quale tipo di miglioramento potrebbero o non potrebbero aver apportato, afferma Hermance.

Tuttavia, Hermance definisce il concetto a due modalità una buona idea in linea di principio, specialmente nei camion a grandezza naturale, un segmento di mercato in cui Toyota deve ancora applicare la sua tecnologia ibrida.

GM farà il suo debutto alla fine del prossimo anno con il SUV Chevy Tahoe a grandezza naturale, e DaimlerChrysler seguirà all'inizio del 2008 con una versione ibrida dell'altrettanto robusta Dodge Durango. Entrambi i produttori affermano che il sistema a due modalità e i motori più efficienti renderanno i loro SUV fino al 25% meno assetati di carburante rispetto alle loro controparti non ibride: prestazioni che potrebbero valere un sacco di soldi se possono invertire il recente forte calo degli alti profitti SUV di margine causati dai prezzi elevati alle pompe.

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