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Cooperación híbrida global

La Cooperación Híbrida Global , anteriormente Sistema Híbrido Avanzado 2 ( AHS2 ), es un conjunto de tecnologías de vehículos híbridos desarrolladas conjuntamente por General Motors , Daimler y Chrysler LLC , a la que se unió BMW en 2005. Utiliza 2 o 3 juegos de engranajes planetarios en una transmisión automática : uno en el lado del motor de combustión interna (ICE) (división de entrada) emparejado con un segundo (división de salida), formando la división compuesta, y posiblemente un tercer juego de engranajes planetarios adicional para multiplicar el número de relaciones de transmisión fijas (hasta 4). General Motors dejó de utilizar el nombre "AHS2" a partir de 2006, prefiriendo llamarlo simplemente sistema híbrido de dos modos .

Esta tecnología fue nombrada "Tecnología del año" en 2007 por la revista Automobile . [1]

Historia

El concepto híbrido de modo dual, como se describió en 1994, fue desarrollado para optimizar la eficiencia del vehículo al cambiar entre la operación híbrida en paralelo y en serie , aprovechando la operación en serie en el tráfico con paradas y arranques para minimizar la variación de la velocidad del motor, y la operación en paralelo en la autopista. velocidades para utilizar una transmisión mecánica eficiente. [2] : 4  El 30 de septiembre de 1993, el Departamento de Energía de los Estados Unidos firmó un contrato con General Motors para desarrollar y demostrar sistemas de propulsión eléctricos híbridos para vehículos ligeros. [3] : 22  AHS-2 se derivó de un sistema híbrido de modo dual desarrollado anteriormente por Allison Transmission , entonces una división de GM, para autobuses de tránsito . El sistema Allison se anunció por primera vez para autobuses en 2003. [4]

Asociación formada

La asociación GM/DaimlerChrysler se anunció el 13 de diciembre de 2004, con Dieter Zetsche de DaimlerChrysler uniéndose a Rick Waggoner de GM en el escenario con un prototipo. [5] Las negociaciones habían comenzado a principios de octubre, después de que los gerentes de ingeniería de ambas compañías descubrieran que estaban trabajando de forma independiente en conceptos híbridos de modo dual similares mientras participaban en el mismo panel de conferencia. [6] Sin embargo, el acuerdo no se firmó hasta agosto siguiente. [7] Se informó que GM era responsable del desarrollo de sistemas de tracción delantera y trasera para camiones y automóviles, mientras que DaimlerChrysler se centraba en una aplicación para automóviles de lujo con tracción trasera. [7] Se anunció el 7 de septiembre de 2005 que BMW también se uniría a la alianza, probablemente utilizando el sistema de tracción trasera del entonces archirrival DaimlerChrysler. [7]

Las tres empresas formaron una organización llamada Cooperación Híbrida Global con ingeniería y gestión centradas en el Centro de Desarrollo Híbrido de GM, DaimlerChrysler y BMW en Troy, Michigan . [7] En 2006, un artículo publicado por Autoweek afirmaba que los tres fabricantes de automóviles planeaban gastar mil millones de dólares en conjunto para desarrollar las transmisiones híbridas de tracción delantera y trasera. [8]

Vehículos introducidos

El sistema híbrido de dos modos se introdujo en el mercado de vehículos livianos como una opción de tren motriz para los modelos Chevrolet Tahoe y GMC Yukon del año 2008 , [9] con una mejora observada en la economía de combustible del 27% al 58% en comparación con un sistema convencional. equivalente motorizado. [10] GM introdujo la opción híbrida para los modelos Chevrolet Silverado 2009 , [11] GMC Sierra y Cadillac Escalade . La mayor mejora se produjo en la calificación de la ciudad de la EPA. [12] El equipo híbrido de modo dual agregó aproximadamente 350 lb (160 kg), pero este aumento fue compensado completamente por asientos, ruedas y batería de 12 voltios más livianos; componentes de aluminio para motores y carrocerías; y eliminando el motor de arranque . [10] Estaba equipado con motores LFA y LZ1 V-8 de 6.0L con administración activa de combustible , que era más grande que el motor base estándar LY5 de 5.3L . [10]

A los productos de GM les siguió un Dodge Durango híbrido y un Chrysler Aspen relacionado para el año modelo 2009 a finales de 2008; El motor HEMI V-8 de 5,7 L de estos estaba equipado con un sistema de parada y arranque para mejorar la economía de combustible. [13] [14] BMW y Mercedes introdujeron el X6 ActiveHybrid y el ML450 Hybrid , respectivamente, en 2009, [15] [16] pero se suspendieron en 2011. [17]

Disolución

Anteriormente, el 1 de marzo de 2007, BMW y DaimlerChrysler anunciaron que se asociarían por separado para desarrollar un módulo híbrido suave para automóviles premium con tracción trasera. [18] [19] Planeaban implementar el nuevo sistema dentro de los próximos tres años en vehículos BMW y Mercedes-Benz. GM no participó en la nueva asociación y no anunció planes para desarrollar un sistema híbrido RWD similar para automóviles. [20]

En 2009, Mercedes lanzó el híbrido suave S400, que utiliza una batería de iones de litio . [21] En julio de 2009 se informó que después de la próxima introducción de los modelos híbridos de dos modos del BMW X6 (comercializado a nivel mundial) y la clase Mercedes-Benz M (sólo en los Estados Unidos), la empresa conjunta híbrida de dos modos se disolvería. Daimler indicó que quiere evitar invertir en posventa y servicio para un vehículo que sólo se producirá en pequeñas cantidades, y en su lugar se concentrará en bloques de construcción híbridos modulares con baterías de iones de litio escalables , basados ​​en el propulsor híbrido desarrollado para el S- Clase y Serie 7 por la empresa conjunta con BMW y el proveedor de automóviles Continental AG . [22]

En 2014, la transmisión híbrida de dos modos ya no se ofrecía en ningún vehículo ligero. [9]

Tecnología

Componentes

Esquema de la unidad de propulsión híbrida de modo dual, basado en la patente de EE.UU. 6.953.409 B2 [23]

La unidad de propulsión híbrida de modo dual incluye dos motorgeneradores de CA (MG-A y MG-B, cada uno de los cuales son máquinas trifásicas de imanes permanentes con una potencia máxima de 82 kW (110 hp)), [24] tres juegos de engranajes planetarios (P1 , P2 y P3), cuatro embragues de fricción de acoplamiento selectivo (C1, C2, C3 y C4) y dos bombas de aceite. [1]

Esta unidad de propulsión híbrida está acoplada al motor, sustituyendo a una transmisión convencional . Toda la unidad motriz es comparable en tamaño y forma a una transmisión automática Allison 1000 . En otra parte del vehículo se encuentra una batería de 300 voltios para almacenar energía para los dos motogeneradores.

Descripción general

General Motors ha designado la unidad motriz como 2ML70; [25] para los vehículos BMW y DaimlerChrysler, es el GM-Allison AHS-2. [26] La tecnología se conoce como sistema híbrido "de dos modos" porque la unidad de transmisión/impulsión puede transferir energía eléctrica, energía mecánica o una combinación de ambas a las ruedas, operando ambas como un híbrido en serie, utilizando el sistema interno. motor de combustión únicamente para generar energía eléctrica, o como un híbrido paralelo, utilizando el motor eléctrico para aumentar la potencia mecánica del motor. [27] Los dos modos de funcionamiento son:

  1. Modo de entrada dividida : C1 activado; [23] : col.8 ll.57–59  la velocidad de rotación del 2.º motor (MG-B) es siempre proporcional al eje de salida, mientras que el 1.er motor (MG-A) no es proporcional al eje de entrada. El segundo motor eléctrico impulsa directamente la salida y es posible conducir el vehículo sin motor de combustión. El flujo de energía se divide solo en la entrada, por eso se llama Input-split . A bajas velocidades, el vehículo puede moverse con el motor/generador eléctrico, el motor de combustión interna o ambos, lo que lo convierte en un híbrido total. Todos los accesorios seguirán funcionando con energía eléctrica y el motor podrá reiniciarse instantáneamente si es necesario. En este modo, uno de los motores/generadores (MG-A) actúa como generador, mientras que el otro funciona como motor (MG-B). Este modo es operativo para los dos rangos continuamente variables ( división de entrada y división compuesta ) de la transmisión. [28]
  2. Modo compuesto dividido : C1 desconectado, C2 activado; [23] : col.8 ll.59–63  la velocidad de rotación del 2.° motor (MG-B) no es proporcional al eje de salida, al igual que el 1.er motor (MG-A) no es proporcional al eje de entrada. El flujo de potencia se divide en la entrada y en la salida, por eso se llama división compuesta . Es imposible conducir el vehículo sin motor de combustión. Este modo comienza en el punto donde uno de los motores/generadores alcanza velocidad cero; En este punto, algunos embragues dentro del sistema se activan mientras que otros se desactivan para alterar la configuración física de la transmisión y la velocidad es V. Inmediatamente después del cambio, ambas máquinas eléctricas funcionan como motores y se emplea la primera relación de transmisión. A una velocidad dada por encima del cambio V , se emplea la segunda relación de transmisión y MG-B comienza a operar como generador, al mismo tiempo que reduce su velocidad angular. [28]

Este sistema amplifica la potencia de los motores eléctricos de forma similar a como una transmisión convencional amplifica el par de un motor de combustión interna. También, cuando es necesario, permite transferir una mayor parte del par del motor a las ruedas, lo que hace que la transmisión sea más eficiente incluso sin los motores eléctricos en uso. Aunque la transmisión mecánicamente tiene sólo cuatro relaciones de transmisión convencionales, los motores eléctricos le permiten funcionar como una transmisión continuamente variable . Esta relación variable funciona además de la multiplicación del par de los engranajes planetarios .

Cómo funciona

El Modo I ("división de entrada") está destinado al rango de velocidades que se encuentran comúnmente durante la conducción urbana, mientras que el Modo II ("división compuesta") está destinado al rango más alto de velocidades que se encuentran durante los viajes por carretera. [23] : col.10 ll.50–54  Dentro de estos modos, hay cuatro relaciones de transmisión fijas posibles, dos en cada modo. La relación de transmisión fija más baja, que está en el Modo I, sincroniza ambos motorgeneradores, lo que permite que el vehículo los utilice como motores para aumentar la potencia mecánica para una aceleración más fuerte, o como generadores para el frenado regenerativo. [23] : col.11 ll.10–17  La segunda relación de transmisión fija, también en Modo I, permite que los motogeneradores giren libremente, lo que reduce las pérdidas a velocidades más altas y mejora la eficiencia general. [23] : col.11 ll.45–49  De manera similar, la tercera relación de transmisión fija, que está en Modo II, sincroniza ambos motogeneradores para permitir el impulso del motor eléctrico o el frenado regenerativo, [23] : col.12 ll.52 –56  y la cuarta relación de transmisión fija, también en Modo II, permite que ambos motores-generadores giren libremente para mejorar la eficiencia, confiando únicamente en la transmisión de potencia mecánica para mover el vehículo. [23] : col.11 ll.57–62 

Generalmente, el vehículo arrancará desde el reposo en Modo I; [23] : col.9 ll.53–61  a medida que aumentan las velocidades, la transmisión pasará a la primera relación de transmisión fija, volverá al Modo I y luego pasará a la segunda relación de transmisión fija antes de ingresar al Modo II. [23] : col.11 ll.53–56  En el Modo II, no hay puntos de ajuste de velocidad definidos para entrar o salir de la tercera o cuarta relación de transmisión fija, pero la tercera relación de transmisión fija está destinada a cambiar de velocidad (acelerar para pasar o desaceleración), utilizando entradas de la posición del acelerador, mientras que la cuarta relación de transmisión fija tiene el mismo propósito que una relación de sobremarcha , para mejorar la eficiencia a altas velocidades.

Al dar marcha atrás, el vehículo permanece en Modo I, utilizando uno de los motogeneradores para la tracción. [23] : col.13 ll.19–24 

Funcionamiento de la Transmisión Allison (AHS-2), o Híbrido de Dos Modos, de la Cooperación Híbrida Global. Esta transmisión está montada en el BMW X6 ActiveHybrid y el Mercedes-Benz ML450 BlueHybrid.[29]

Diagrama de modos híbrido de dos modos con división de entrada y división compuesta, coloreado de la Figura 3 de la patente estadounidense 6,953,409 B2 [23]
Esquema de la transmisión híbrida de dos modos

Según la patente, los juegos de engranajes planetarios P1 y P2 están compuestos, con MG-A impulsando (o siendo impulsado por) el engranaje solar de P1, que está acoplado a la corona dentada de P2, y los portadores de los engranajes planetarios en P1 y P2 están acoplados. [23] : col.6 ll.24–33  De manera similar, MG-B impulsa (o es impulsado por) el engranaje solar de P2, que está acoplado al engranaje solar de P3 a través de un eje hueco. [23] : col.6 ll.54–64 

Comparación con otros sistemas híbridos

El Hybrid Synergy Drive de Toyota puede parecer similar en el sentido de que también combina la potencia de un motor de combustión interna y un par de motores-generadores eléctricos ; sin embargo, en su forma actual, Toyota utiliza sólo un juego de engranajes planetarios que proporciona únicamente funcionalidad de modo único (es decir, sólo entrada dividida) utilizando una arquitectura en serie/paralelo. [30]

El Integrated Motor Assist de Honda utiliza un ICE tradicional y una transmisión donde el volante se reemplaza por un motor eléctrico: es una arquitectura paralela simple, [30] que requiere la adición de una transmisión mecánica continuamente variable (CVT), es decir, no eléctricamente variable.

Aplicaciones

Autobuses

Unidad de propulsión híbrida de dos modos Allison Transmission EP50 para aplicaciones de servicio pesado, que reemplaza a una transmisión convencional

El sistema de propulsión híbrido de dos modos fabricado por Allison Transmission se utilizó por primera vez en los autobuses de tránsito New Flyer que entraron en servicio fiscal en 2004; [31] en pruebas realizadas en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable , la economía de combustible medida mejoró entre 0,69 y 1,09 mpg -EE. UU. (341-216 L/100 km; 0,83-1,31 mpg -imp ), lo que representa una mejora del 30,3 al 74,7% en comparación con un autobús convencional propulsado por diésel. [32] : 10 

En 2008, Allison había entregado 1.000 sistemas de propulsión híbridos. [33] Desde entonces, muchos operadores de transporte han recibido autobuses con el sistema híbrido Allison, ahora con la marca eGen Flex, [34] entre ellos:

Camioneta RWD/4WD/SUV

Insignia híbrida en el guardabarros delantero de un Cadillac Escalade Hybrid, fotografiada en el Salón del Automóvil de París 2010

El sistema longitudinal para camiones ligeros de General Motors será fabricado en Baltimore Transmission por la división PowerTrain de GM. Las baterías de hidruro metálico de níquel serán fabricadas por Panasonic EV de Japón.

El sistema se introdujo para el año modelo 2008 en los SUV Chevrolet Tahoe y GMC Yukon de tamaño completo como un modelo híbrido de 2 modos específico. Las camionetas ligeras con tracción trasera y tracción en las cuatro ruedas que utilizan el sistema híbrido de 2 modos incluyen:

FWD

Ver también

Referencias

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Bibliografía

Patentes

enlaces externos