グローバルハイブリッド協力

グローバルハイブリッドコーポレーション（旧称：アドバンストハイブリッドシステム2、AHS2 ）は、ゼネラルモーターズ、ダイムラー、クライスラーLLCが共同開発したハイブリッド車両技術のセットで、2005年にBMWが参加しました。このシステムでは、自動変速機に2つまたは3つの遊星歯車機構を使用します。1つは内燃機関（ICE）側（入力分割）にあり、もう1つは出力分割で複合分割を形成し、さらに3つ目の遊星歯車機構を追加して固定ギア比の数を増やす（最大4つ）。ゼネラルモーターズは2006年以降、「AHS2」という名称の使用を中止し、単に2モードハイブリッドシステムと呼ぶことを好んでいます。

この技術は、 Automobile誌によって2007年の「テクノロジー・オブ・ザ・イヤー」に選ばれました。[ 1 ]

歴史

1994年に発表されたデュアルモードハイブリッドのコンセプトは、並列ハイブリッドと直列ハイブリッドの切り替えによって車両効率を最適化するために開発された。渋滞時には直列運転によってエンジン回転数の変動を最小限に抑え、高速道路では並列運転によって効率的な機械式トランスミッションを使用する。[ 2 ] : 4 1993年9月30日、米国エネルギー省はゼネラルモーターズと契約を結び、小型車両用のハイブリッド電動パワートレインの開発と実証を行った。[ 3 ] : 22 AHS-2は、GMの一部門だったアリソントランスミッションが路線バス向けに開発したデュアルモードハイブリッドシステムから派生したものである。アリソンシステムは2003年にバス向けに初めて発表された。[ 4 ]

パートナーシップを結成

GMとダイムラークライスラーの提携は2004年12月13日に発表され、ダイムラークライスラーのディーター・ツェッチェがGMのリック・ワゴナーと共にプロトタイプを携えて壇上に上がった。[ 5 ]両社のエンジニアリングマネージャーが同じ会議パネルに参加しながら、独自に同様のデュアルモードハイブリッドコンセプトに取り組んでいることを発見し、10月初旬に交渉が開始された。[ 6 ]しかし、契約は翌年の8月まで締結されなかった。[ 7 ] GMは後輪駆動と四輪駆動のトラックと前輪駆動車システムの開発を担当し、ダイムラークライスラーは後輪駆動の高級車アプリケーションに注力していたと伝えられている。[ 7 ] 2005年9月7日には、 BMWも当時の最大のライバルであるダイムラークライスラーの後輪駆動システムを使用して提携に参加することが発表された。 [ 7 ]

3社は、ミシガン州トロイにあるGM、ダイムラークライスラー、BMWハイブリッド開発センターを拠点とするグローバルハイブリッドコーポレーションと呼ばれる組織を設立した。[ 7 ] 2006年にAutoweek誌に掲載された記事によると、3社の自動車メーカーは前輪駆動と後輪駆動のハイブリッドトランスミッションの開発に合計10億ドルを費やす計画だった。[ 8 ]

導入された車両

2モードハイブリッドシステムは、2008年モデルのシボレー タホとGMC ユーコンのドライブトレインオプションとして軽量車両市場に導入され、[ 9 ]従来型の動力付き同等のシステムと比較して燃費が27～58%向上したことが観測されています。[ 10 ] GMは、2009年モデルのシボレー シルバラード、[ 11 ] GMC シエラ、キャデラック エスカレードにハイブリッドオプションを導入しました。最も大きな向上はEPA市街地燃費値でした。[ 12 ]デュアルモードハイブリッド装置により約350ポンド（160 kg）増加しましたが、この増加は、より軽量なシート、ホイール、12ボルトバッテリー、アルミニウム製のエンジンと車体部品、およびスターターモーターの廃止により完全に相殺されました。[ 10 ]アクティブ燃料管理機能を備えた6.0L LFAおよびLZ1 V-8エンジンを搭載しており、標準の5.3L LY5ベースエンジンよりも大きかった。[ 10 ]

GM製品の後継として、2008年後半にハイブリッドのダッジ・デュランゴと関連するクライスラー・アスペンが2009年モデルとして登場した。これらの5.7L HEMI V-8エンジンには、燃費向上のためストップ・スタート・システムが搭載されていた。 [ 13 ] [ 14 ] BMWとメルセデスはそれぞれ2009年にX6 ActiveHybridとML450 Hybridを導入したが、[ 15 ] [ 16 ]これらは2011年に生産中止となった。 [ 17 ]

解散

2007年3月1日、BMWとダイムラークライスラーは、後輪駆動の高級車向けマイルドハイブリッドモジュールの開発で別途提携すると発表しました。 [ 18 ] [ 19 ]両社は、この新システムを今後3年以内にBMWとメルセデス・ベンツの車に搭載する計画です。GMはこの新しい提携には参加しておらず、乗用車向けに同様のハイブリッドRWDシステムを開発する計画も発表していません。[ 20 ]

2009年、メルセデスはリチウムイオン電池を使用したS400マイルドハイブリッドを発売した。[ 21 ] 2009年7月、 BMW X6（世界的に販売）とメルセデス・ベンツMクラス（米国のみ）の2モードハイブリッドモデルの導入後、2モードハイブリッドの合弁事業は解消されると報じられた。ダイムラーは、少量生産の車両のアフターセールスとサービスへの投資を避け、代わりにBMWおよび自動車部品メーカーのコンチネンタルAGとの合弁事業でSクラスと7シリーズセダン用に開発されたハイブリッドドライブをベースにした、スケーラブルなリチウムイオン電池を搭載したモジュラーハイブリッドビルディングブロックに集中したい意向を示した。[ 22 ]

2014年までに、2モードハイブリッドドライブトレインはどの軽自動車にも搭載されなくなった。[ 9 ]

テクノロジー

コンポーネント

デュアルモードハイブリッド駆動ユニットの概略図（US Patent 6,953,409 B2に基づく） [ 23 ]

デュアルモードハイブリッド駆動ユニットには、2つのACモータージェネレーター（MG-AとMG-B、それぞれ82kW（110馬力）のピーク出力を持つ3相永久磁石マシン）、[ 24 ] 3つの相互接続された遊星ギアセット（P1、P2、P3）、4つの選択的に噛み合う摩擦クラッチ（C1、C2、C3、C4）、および2つのオイルポンプが含まれています。[ 1 ]

このハイブリッド駆動ユニットはエンジンに連結され、従来のトランスミッションに代わるものです。エンジンのクランクシャフトは、クラッチとトルクダンパー（TD）を介して駆動ユニットに連結され、ほとんどのオートマチックトランスミッションで使用されているトルクコンバーターに代わるものです。駆動ユニット全体の大きさと形状は、アリソン1000トランスミッションと同等です。2つのモータージェネレーターの電力を蓄えるために、300ボルトのバッテリーパックが使用されています。

概要

ゼネラルモーターズはこの駆動ユニットを2ML70と命名している。[ 25 ] BMWとダイムラークライスラーの車の場合はGM-アリソンAHS-2である。[ 26 ]この技術は、トランスミッション/駆動ユニットが電力、機械動力、またはその両方の混合物を車輪に伝達できるため、「2モード」ハイブリッドシステムと呼ばれている。直列ハイブリッドとして動作する場合は、内燃機関のみを使用して電力を生成するか、並列ハイブリッドとして動作する場合は、電気モーターを使用してエンジンからの機械動力を増強する。[ 27 ] 2つの動作モードは以下のとおりである。

  1. モード1の概略図
    入力分割モード— C1作動; [ 23 ] : col.8 ll.57–59 第2モーター（MG-B）の回転速度は常に出力軸に比例しますが、第1モーター（MG-A）は入力軸に比例しません。第2電動モーターは出力を直接駆動し、内燃エンジンなしで車両を駆動することができます。電力の流れは入力でのみ分割されるため、入力分割と呼ばれます。低速では、車両は電動モーター/ジェネレーター、内燃エンジン、またはその両方で走行することができ、いわゆるフルハイブリッドになります。すべての補機は引き続き電力で機能し、エンジンは必要に応じて即座に再始動できます。このモードでは、モーター/ジェネレーター（MG-A）の1つがジェネレーターとして機能し、もう1つがモーター（MG-B）として動作します。このモードは、トランスミッションの2つの連続可変範囲（入力分割と複合分割）で動作します。 [ 28 ]
  2. モード2の概略図
    複合分割モード— C1 が解放され、C2 が接続されます。[ 23 ]：第 8 列 ll.59–63 第 2 モーター (MG-B) の回転速度は出力軸に比例しません。これは、第 1 モーター (MG-A) が入力軸に比例しないのと同じです。電力の流れは入力と出力で分割されるため、複合分割と呼ばれます。内燃機関なしで車両を駆動することは不可能です。このモードは、モーター/ジェネレーターの 1 つが速度がゼロに達した時点で開始します。この時点で、システム内の一部のクラッチが係合し、他のクラッチが解放されてトランスミッションの物理的構成が変更され、速度は Vシフトです。シフト直後、両方の電気機械がモーターとして動作し、第 1 ギア比が使用されます。Vシフト を超える特定の速度では、第 2 ギア比が使用され、MG-B は角速度を低下させながらジェネレーターとして動作を開始します。[ 28 ]

このシステムは、従来のトランスミッションが内燃機関のトルクを増幅するのと同様に、電気モーターの出力を増幅します。また、必要に応じてエンジンのトルクをより多く車輪に伝達できるため、電気モーターが使用されていない場合でもトランスミッションの効率が向上します。このトランスミッションは機械的には従来の4つのギア比しかありませんが、電気モーターによって無段変速機として機能します。この可変比は、遊星歯車によるトルク増幅に加えて機能します。

仕組み

入力分割および複合分割EVTモードを備えた2モードハイブリッドの図。米国特許6,953,409 B2の図3から色分けされています[ 23 ]

モードI（「入力分割」）は市街地走行で一般的に遭遇する速度範囲を対象としており、モードII（「複合分割」）は高速道路走行で遭遇する高速度範囲を対象としています。[ 23 ]：col.10 ll.50–54 これらのモードでは、各モードに2つずつ、合計4つの固定ギア比があり、各モードで1つの追加クラッチが作動します。

モードIの最も低い固定ギア比では、両方のモータージェネレーターが同期され、車両はこれらをモーターとして使用して機械動力を増強し、より強い加速を実現したり、ジェネレーターを使用して回生ブレーキをかけたりすることができます。[ 23 ]：col.11 ll.10–17 モードIの2番目の固定ギア比では、モータージェネレーターがフリーホイール状態になり、高速走行時の損失が低減し、全体的な効率が向上します。[ 23 ]：col.11 ll.45–49

同様に、モードIIにある3番目の固定ギア比は、両方のモータージェネレーターを同期させて電動モーターブーストまたは回生ブレーキを可能にします。[ 23 ]：col.12 ll.52–56 また、モードIIにある4番目の固定ギア比は、両方のモータージェネレーターをフリーホイールさせて効率を向上させ、車両を動かすために機械的な動力伝達のみに依存します。[ 23 ]：col.11 ll.57–62

通常、車両は停止状態からモードIで発進します。[ 23 ]：col.9 ll.53–61 速度が上昇すると、トランスミッションは最初の固定ギア比に移行し、モードIに戻り、次にモードIIに入る前に2番目の固定ギア比に移行します。[ 23 ]：col.11 ll.53–56

モード II では、モード I とは異なり、3 番目または 4 番目の固定ギア比を開始または終了するための定義された速度設定ポイントはありませんが、3 番目の固定ギア比は、スロットル位置からの入力を使用して速度を変更 (追い越しまたは減速のために加速) するためのものであり、4 番目の固定ギア比は、高速での効率を向上させるための オーバードライブ比と同じ目的を果たします。

後進時には、車両はモードIのままとなり、モータージェネレーターの1つを牽引力として利用する。[ 23 ]：col.13 ll.19–24

デュアルモードハイブリッドトランスミッションのモードと比率
名前（別名） 概略図 クラッチの接続 MG作戦 説明
C1C2C3C4 MG-AMG-B
モードI：第1電力分割モード（入力分割） このデュアルモードトランスミッションの回路図では、モード1の動作中にクラッチC1が作動します。はいいいえいいえいいえ ゲンモット

モードIの間、クラッチC1は作動状態を維持します。これにより遊星歯車機構P3のリングギアがロックされ、第2モータ・ジェネレータ（MG-B、P3のサンギアに接続）の回転速度が出力駆動軸（P3の遊星歯車）の回転速度に比例するようになります。[ 23 ]：第10列、第5列～第14列

最初の遊星ギアセットペアは4つのドライブシャフトの動力分割トランスミッションとして機能し、最後の遊星ギアセットは回転速度を低下させます。[ 23 ]：col.9 ll.61–67 MG-Aは発電機として機能し、[ 23 ]：col.10 ll.29–30 MG-Bはモーターとして機能します。[ 23 ]：col.10 ll.5–6

モードI内 最初の固定ギア比 このデュアルモードトランスミッションの図では、モード1、ギア1の動作中にクラッチC1とC4が作動します。いいえいいえはい 同期済み 一般的に、低速で最大出力が必要な場合、C1に加えてC4が作動し、最初の固定ギア比に入ります。[ 23 ]：col.11 ll.26–34 シャントクラッチC4を作動させることにより、最初の2つの遊星歯車機構（P1、P2）は同期した1：1固定ギア比に維持され、最後の遊星歯車機構（P3）は回転速度を低下させます。[ 23 ]：col.11 ll.5–10

C4が作動すると、両方のモータ・ジェネレータは相互に同期し、両方を最大加速用のモータとして、または回生ブレーキ用のジェネレータとして動作させることができます。[ 23 ]：col.10 ll.10–17 これは、両方のモータ・ジェネレータの回転速度が結合する 最初の連続可変範囲の中間点です。

2番目の固定ギア比 このデュアルモードトランスミッションの図では、モード1、ギア2の動作中にクラッチC1とC2が作動します。はいいいえいいえ オフ/フリーホイール モードIの高速域では、C2がC1と連動して2番目の固定ギア比に入る。[ 23 ]：col.11 ll.41–43 3つの遊星ギアセット（P1、P2、P3）すべてがアクティブで、総合的に中間固定ギア比を形成し、両方のモータージェネレーターをオフにして、エンジンから伝達される機械的動力のみで車両を駆動することができる。[ 23 ]：col.11 ll.43–49

両方のモータ・ジェネレータの回転速度は、最初のモータ・ジェネレータ（MG-A）の有効利用を除いて、非常に非対称（1:9）です。これは、2つの連続可変範囲の境界です。2つのモードの切り替えは、この時点で発生します。つまり、遊星ギアセットの3番目のリングギアが回転速度ゼロに達し、すべての遊星ギアセットのキャリアギアが同時に同じ回転速度に達したときです。

 
モード II:第 2 のパワー スプリット モード(複合スプリット) このデュアルモードトランスミッションの回路図では、モード2の動作中にクラッチC2が作動します。いいえはいいいえいいえ モットゲン 車両は、モードIの2速固定ギアから、クラッチC1を解除し、C2を係合させたままにすることでモードIIに移行します。[ 23 ] : col.12 ll.12–15 ここでも、第1遊星ギアセットは4軸駆動の動力分割トランスミッションとして機能します。2つのモータ・ジェネレータはどちらも入力または出力に直接連結されていません。第2連続可変範囲の中間点では、両方のモータ・ジェネレータの回転速度が一致します。

MG-Aは、車両がモードIIの低速域で走行しているとき、モードIIで一時的に発電機として動作し、高速になるとモーターとしての動作に移行します。[ 23 ]：col.12 ll.17–34 同じ遷移点で、MG-Bはモーターから発電機に切り替わります。[ 23 ]：col.12 ll.35–40

モードII内 3速固定ギア比 このデュアルモードトランスミッションの図では、モード2、ギア3の動作中にクラッチC1、C2、C4が作動します。いいえいいえはい 同期済み 最初の遊星歯車セットペア（P1とP2）は、C4を噛み合わせることで1:1の固定ギア比で同期され、これにより両方のモータと発電機も同期されます。これらは、モータとして、または発電機として同時に動作させることができます。[ 23 ]：col.12 ll.52–56
4速固定ギア比 このデュアルモードトランスミッションの図では、モード2、ギア4の動作中にクラッチC2とC3が作動します。いいえはいいいえ オフ/フリーホイール クラッチC3が作動し、遊星歯車機構P2とP3の太陽歯車がブロックされ、第2モータジェネレータ（MG-B）がオフラインになります。[ 23 ]：col.12 ll.57–62

グローバルハイブリッドコーポレーションのアリソントランスミッション（AHS-2）、または2モードハイブリッドの操作。このトランスミッションは、BMW X6 ActiveHybridとメルセデス・ベンツ ML450 BlueHybridに搭載されています。 [ 29 ]

2モードハイブリッドトランスミッションの概略図

特許によれば、遊星歯車セットP1とP2は複合型であり、MG-AはP1のサンギアを駆動（または駆動される）し、サンギアはP2のリングギアに連結され、P1とP2の遊星歯車のキャリアは連結されている。[ 23 ]：col.6 ll.24–33 同様に、MG-BはP2のサンギアを駆動（または駆動される）し、サンギアは中空シャフトを介してP3のサンギアに連結されている。[ 23 ]：col.6 ll.54–64

他のハイブリッドシステムとの比較

トヨタのハイブリッドシナジードライブは、内燃機関と一対の電動モータージェネレーターからの電力を組み合わせるという点で似ているように見えるかもしれませんが、現在の形態では、トヨタはシリーズ/パラレルアーキテクチャを使用して、単一モード機能（つまり、入力分割のみ）のみを提供する1つの遊星ギアセットのみを使用しています。[ 30 ]

ホンダのインテグレーテッドモーターアシストは、フライホイールを電動モーターに置き換えた従来のICEとトランスミッションを使用しています。これはシンプルな並列アーキテクチャであり、[ 30 ]機械式の無段変速機（CVT）の追加が必要であり、電気的に可変ではありません。

アプリケーション

バス

アリソントランスミッションEP50は、従来のトランスミッションに代わる、重荷重用途向けの2モードハイブリッドドライブユニットです。

アリソントランスミッションが製造した2モードハイブリッドドライブシステムは、2004年に営業運行を開始したニューフライヤートランジットバスで初めて採用されました。 [ 31 ]国立再生可能エネルギー研究所でのテストでは、同じ運転サイクルで同等のバスにハイブリッドドライブユニットを搭載した場合の燃費は、従来のディーゼルバスの1.46〜3.03 mpg ‑US（161〜78 l/100 km）から2.56〜3.98 mpg ‑US（91.9〜59.1 l/100 km）に向上し、30.3〜74.7％の向上を示しました。[ 32 ]：10

2008年までにアリソンは1,000台のハイブリッドパワートレインを納入しました。[ 33 ]それ以来、以下の多くの交通事業者がアリソンハイブリッドシステムを搭載したバスを導入しています。

2020年、アリソンは第2世代の2モードハイブリッドドライブユニット「eGen Flex」を発表し、既存のH 40 EPおよびH 50 EPドライブユニットを切断クラッチでアップグレードしてエンジンを完全に停止できるようにし、チタン酸リチウム電池の化学組成による完全電動推進を提供する第2ライン「eGen Flex Max」を追加しました。[ 34 ] [ 35 ]

RWD/4WDトラック/SUV

2010年のパリモーターショーで撮影されたキャデラックエスカレードハイブリッドのフロントフェンダーにあるハイブリッドバッジ

ゼネラルモーターズ（GM）の小型トラック向け縦置きシステムは、 GMのパワートレイン部門がボルチモア・トランスミッションで製造します。ニッケル水素電池は、日本の パナソニックEVが製造します。

このシステムは、2008年モデルで、フルサイズSUVのシボレー・タホとGMCユーコンに専用の2モードハイブリッドモデルとして導入されました。2モードハイブリッドシステムを採用した後輪駆動および四輪駆動の小型トラックには、以下のものがあります。

前輪駆動

参照

参考文献

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参考文献

特許

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  • 米国特許6358173B1、ドナルド・クレメンとマイケル・R・シュミット、「振動を大幅に低減した2モード複合分割型電気機械式車両トランスミッション」、2002年3月19日公開、ゼネラルモーターズ社に譲渡 
  • 米国特許6478705B1、アラン・G・ホームズとマイケル・R・シュミット、「2モード電気可変トランスミッションを含むハイブリッド電動パワートレイン」、2002年11月12日公開、ゼネラルモーターズコーポレーションに譲渡 
  • 米国特許6527658B2、アラン・G・ホームズ、ドナルド・クレメン、マイケル・R・シュミット、「振動を大幅に低減した2モード複合分割型電気機械式車両トランスミッション」、2003年3月4日公開、ゼネラルモーターズ社に譲渡 
  • 米国特許6945894B2、アラン・G・ホームズ、「2レンジ電気可変動力伝達装置」、2005年9月20日公開、ゼネラルモーターズ社に譲渡 
  • 米国特許6953409B2、マイケル・R・シュミット、ドナルド・クレメン、ラリー・T・ニッツ他、「4つの固定比を有する2モード複合分割型ハイブリッド電気機械式トランスミッション」、2005年6月23日公開、GM Global Technology Operations LLCおよびFCA US LLCに譲渡 
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