Hybrider Stromtausch

Bei Hybridfahrzeugen erhalten Elektronik und Batterien die meiste Aufmerksamkeit. Aber erst der elegante Maschinenbau hat sich etabliert Toyota als Marktführer bei Hybriden. Jetzt General Motors , Daimler Chrysler , und BMW wenden den Maschinenbau an, um aufzuholen. Die drei Hersteller haben sich zusammengetan, um eine Getriebetechnologie zu entwickeln, die Toyotas System schlagen könnte – zumindest auf der Autobahn.

GM, DaimlerChrysler und BMW zählen auf ihre Dual-Mode-Hybridgetriebe (hier abgebildet), um Toyota einzuholen. (Kredit: GM)

Die Patente von Toyota für ihr Hybridfahrzeug konzentrieren sich auf die Steuersysteme und das ausgeklügelte Getriebe, mit dem die Kraft zwischen Motor, Elektromotoren und Rädern geschaltet und aufgeteilt wird. Es gibt viele Mechaniker im System, sagt David Hermance, leitender Ingenieur für Umwelttechnik im Toyota Gardena, CA, Technical Center. Selbst wenn Sie auf der elektrischen Seite erhebliche Verbesserungen erzielen, erzielen Sie nicht so viel Effizienz, wenn Sie auf der mechanischen Seite keine gute Arbeit leisten, und Sie versuchen, die Effizienz an jeder Stelle zu verbessern.



Die ersten Hybride von GM und DaimlerChrysler waren sogenannte Light-Hybride, die einen relativ geringen Effizienzschub brachten. (BMW hat noch keinen Hybrid veröffentlicht.)

Das Hybridsystem von Toyota unterscheidet sich aufgrund seines leistungsverzweigenden Getriebes deutlich. Bisher haben Konkurrenten wie Honda die elektrische Energie integriert, indem sie konventionellere Getriebe mit Motoren versehen. Daher muss der Motor eines Hybrids laufen, damit sich das Fahrzeug bewegen kann. Im Gegensatz dazu ermöglicht das Getriebe von Toyota Hybriden wie der Prius-Limousine und dem Highlander-SUV, im vollelektrischen Modus zu starten, wobei der Motor bei niedrigen Geschwindigkeiten und hohem Drehmoment ausgeschaltet bleibt, wo die mechanische Leistung des Motors am wenigsten effizient ist. Der Motor springt nur an, wenn der Fahrer mehr Leistung anfordert, als die Elektromotoren bereitstellen können, oder um die Fahrzeugbatterie aufzuladen.

Das Getriebe von Toyota verwendet auch seinen Elektrofahrzeug-Modus (EV), um seine Hybride im Rückwärtsgang anzutreiben, sodass keine speziellen Rückwärtsgänge wie bei herkömmlichen Getrieben eingebaut werden müssen.

Etwa 500 Ingenieure bei GM, DaimlerChrysler und BMW entwickeln ein neues Getriebesystem, das wie Toyota den Betrieb im EV-Modus ermöglicht. Das Getriebe wird einen weiteren Trick hinzufügen: Das System kann auch die elektrische Seite des Antriebsstrangs aus dem Kreislauf nehmen und im reinen Motormodus laufen. Ihr 1999 von GM patentiertes Zwei-Modus-Hybridgetriebe, das derzeit in seinen Hybridbussen verwendet wird, tauscht die Motoren mit einem Satz Festräder aus und blockiert den Motor an der Antriebswelle. Die Elektromotoren helfen dabei, den Wechsel nahtlos zu gestalten, indem sie die Geschwindigkeit der beiden Getriebesätze synchronisieren, aber sobald der Schaltvorgang abgeschlossen ist, sind die Motoren aus dem Bild. Die Motoren übernehmen die Feinabstimmung und die Kupplungen rasten einfach durch. Das ist die große Revolution mit dem Two-Mode, sagt Tim Grewe, GM-Chefingenieur für den Two-Mode-Hybrid-Antriebsstrang.

Das Herausnehmen der Elektromotoren aus dem Antriebsstrang bietet zwei Vorteile. Beim Bewegen schwerer Lasten mit gleichmäßigem Clip sind die Elektromotoren ineffizient, da sie tatsächlich einen Widerstand für den Motor darstellen. Wenn die Elektromotoren in solchen Szenarien komplett vom Netz genommen werden, wird der Gesamtbetrieb des Autos effizienter. Der größere Vorteil liegt laut Grewe in der Verpackung des Getriebes. Durch den Austausch der Motoren im Hochleistungsbetrieb kommen die Allianzpartner mit kleineren Motoren aus. Das Ergebnis ist ein Hybridgetriebe, das nicht größer ist als ein konventionelles Getriebe. Wir haben Kupplungen herausgenommen und Elektromotoren eingebaut, und damit konnten wir es in ähnlicher Menge verpacken, sagt Grewe. Dies sollte die Konstruktions- und Montageänderungen vereinfachen, die erforderlich sind, um Hybrid als Option für bestehende Fahrzeuge anzubieten.

Rich Schaum, ehemaliger Chefingenieur bei Chrysler und künftiger Präsident der in Warrendale, PA ansässigen Gesellschaft der Automobilingenieure , sagt GM, dass es eine sehr solide Patentposition für das Two-Mode-Getriebe gibt, die es den Allianzpartnern ermöglicht, mit einer besseren Technologie eigene Wege zu gehen. Die Architektur der von GM, DaimlerChrysler und BMW verfolgten Dual-Mode-Technologie sei dem derzeit auf den Straßen befindlichen anderen Herstellern überlegen, sagt Schaum.

Natürlich, mahnt Schaum, dürfe man nicht davon ausgehen, dass Toyota stehen bleibt. Toyota-Hybridingenieurin Hermance wird sich nicht festlegen, ob Toyota ein Zwei-Modus-System in Betracht ziehen würde. Zum einen, sagt Hermance, sei nicht klar, ob die Fahrer tatsächlich genug fahren, um einen signifikanten Vorteil zu erzielen. Es stellt sich die Frage, welcher Anteil des gesamten Antriebs in diesem stationären Regime ist? Bis wir die tatsächlichen Zyklustestdaten für ihr System sehen, ist es schwer zu beurteilen, welche Art von Verbesserung sie möglicherweise gemacht haben oder nicht, sagt Hermance.

Dennoch hält Hermance das Zwei-Modus-Konzept grundsätzlich für eine gute Idee, insbesondere bei Full-Size-Trucks – einem Marktsegment, in dem Toyota seine Hybridtechnologie noch einsetzen muss.

GM wird den Two-Mode Ende nächsten Jahres im Full-Size Chevy Tahoe SUV debütieren, und DaimlerChrysler wird Anfang 2008 mit einer Hybridversion des ebenso bulligen Dodge Durango folgen. Beide Hersteller behaupten, dass das Zwei-Modus-System und effizientere Motoren ihre SUVs bis zu 25 Prozent weniger kraftstoffdurstig machen werden als ihre nicht hybriden Pendants – eine Leistung, die viel Geld wert sein könnte, wenn sie den jüngsten starken Rückgang der hohen Gewinne umkehren kann Margen-SUVs durch hohe Preise an den Zapfsäulen herbeigeführt.

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