Hibrit şanzımanlar; geleneksel olarak, verimli bir otomatik şanzımanı alıp, tork konvertörünü daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahip bir elektrik motoru ile değiştirerek üretiliyor. Teknoloji şirketi ZF, yeni nesil 8 vitesli otomatik şanzımanı özellikle hibrit araçlara yönelik olarak tasarladı ve geliştirdi. Modüler yapı sistemi sayesinde standard, mild ve plug-in hibrit tahrik sistemleri kullanarak 24 ile 160 kilowatt arasında en iyi performansı elde etmek mümkün. Güç elektroniği, ayrı bir ünite olarak tasarlanmayıp, şanzımanın dış boyutunu büyütmeden tamamen kasa üzerine entegre edildi. ZF, yeni ve eskisine göre önemli oranda küçültülen hidrolik kontrol ünitesi ile elektrikli ve elektronik bileşenler için ihtiyaç duyulan kurulum alanını oluşturdu.
Plug-in hibrit: Yeni elektrikli motor, yüksek güç yoğunluğu demek
ZF, içten yanmalı motorların 2030 yılına gelindiğinde tüm yeni araçların en az yüzde 70’ini oluşturmaya devam edeceğini öngörüyor. Oysaki plug-in hibrit tahrik sistemi, motorda karbondioksit salım oranını önemli ölçüde azaltabilir. Bu durum, yalnızca şarj ile günlük trafikte araç kullanmayı mümkün kılacak bir elektrik menziline ve elektrik gücüne bağlı. ZF, yeni nesil 8 vitesli otomatik şanzımanın şarjlı modeliyle bunun temelini attı. Elektrikli motor, azami 160 kilowatt gücünde olup, 80 kilowatt‘lık aralıksız çalışma özelliğine sahip. İçten yanmalı motor devreye girmeden elde edilecek azami tork 450 Nm. Bu sayede elektronik mod ile içten yanmalı mod arasında hızlı geçiş mümkün. ZF, yeni nesil elektrikli motorları kendi bünyesinde geliştirdiği ve bunlarda sargılı bakır tel yerine kaynaklı bakır çubuk kullandığı için montaj hacminde ciddi bir artış olmuyor. “Saç tokası tekniği” olarak bilinen bu teknoloji, bakır yoğunluk seviyesinin önemli ölçüde artmasını sağlıyor ve böylece güç yoğunluğu üzerinde de belirleyici bir etkiye sahip oluyor.
Mild hibritler
Yaklaşık 300 voltluk yüksek gerilimli plug-in hibritlerin dışında, önümüzdeki on yılda mild hibritler de pazarda büyük bir role sahip olacak. 48 voltluk gerilim seviyesine sahip bu sistemler, rejeneratif frenlemeden kazanılan enerjinin ileride tahrik gücü olarak kullanılmasını mümkün kılacak ve bu sayede karbondioksit salımında önemli oranda düşüş sağlayacak. Üstelik mild hibritler, geleneksel içten yanmalı motorların kısa süre içinde nispeten yüksek oranda zararlı madde salımı yaptığı sürüş koşullarında, çalıştırma ve hızlandırma işlemleri sırasında ilave güç sunarak çevreyi kirleten salımları azaltıyor. 48 voltluk tahrik sistemleri, aktarma organlarının farklı noktalarına monte edilebiliyor. Motor çıkışında krank miline (“Konum 1”) ve giriş miline (“Konum 2”) kurulum yapılması özellikle faydalı. ZF’nin yeni nesil sistemleri, her iki kuruluma da uygun. Elektrikli motor, azami 25 kilowatt’lık enerji elde edebiliyor ve bu sayede içten yanmalı motorları, hemen hemen tüm çalışma parametrelerinde en verimli şekilde destekleyebiliyor.
Güç elektroniği
Elektrikli motorlar, hem doğru akımı bataryadan ihtiyaç duyulan alternatif akıma dönüştüren hem de elektrikli motorun gücünü ve hızını kontrol eden bir güç elektroniği ile kontrol edilmeli. Güç elektroniği şimdiye kadar tüm hibrit şanzıman serilerinde ayakkabı kutusu boyutundaki ayrı bir kutuya yerleştirilmekteydi. Bununla birlikte, ZF dördüncü nesil sistemler ile tüm güç elektroniğini ilk kez şanzıman gövdesine entegre etti. Bu otomotiv üreticilerine büyük bir avantaj sağlıyor. Çünkü hibrit tahrik montajı, geleneksel şanzımanlarınkinden daha karmaşık değil. Ayrıca, araçta güvenliğin artırılması için daha az sayıda yüksek voltaj kablosu gerektiriyor. ZF mühendislerinin güç elektroniğini dış boyutları artırmadan şanzımana tamamen entegre etmeleri gerekti. Ustaca düşünülmüş bir soğutma kavramı ve ayrıca diğer bazı gelişmelerle bu sorunun üstesinden gelindi. Güç yarı iletkenleri, özellikle yüksek voltajlı model için geliştirilen IGBT’ler (Insulated-gate bipolar transistor) nispeten yüksek miktarda atık ısı üretiyor. Bu da güç elektroniğini, araç klima sisteminin soğutucu devresine bağlayarak dağıtılıyor. En önemli gelişme ise şanzımandaki mekanik kaymaları tetikleyen hidrolik kontrol ünitesinin boyutundaki önemli düşüş. Mevcut 8 vitesli otomatik şanzıman serisindeki hidrolik kontrol ünitesi 3,1 litre hacme ihtiyaç duyuyor. Fakat bir sonraki nesilde bu 1.8 litreye düşecek. Bu da öncelikle doğrudan vites değiştirme vanaları ile mümkün. Eskiden kullanılan elektrikli basınç işleticilerinin aksine, bu elektromanyetik işleticiler artık ek piston ve burç gerektirmiyor.
Tüm hibrit sürümleriyle akıllı uyum
Yeni 8 vitesli yapı kitinin ilave bileşenlerinden her biri, hibrit işletim için akıllı yöntemlerle tasarlandı. Özellikle yağ devresinde bunu açıkça görmek mümkün. Önceleri, iki yağ pompası kullanılmaktaydı: Doğrudan içten yanmalı motorla harekete geçen oldukça verimli kanatlı hücre pompası ve elektrikli işletim için ikinci bir elektrikli pompa ve/veya sinyal hafızası. Gelecekte ise tek bir güç ayırma pompası kullanılacak. İçten yanmalı motor kapatıldığında, küçük ve doğrudan bağlanan elektrikli motorla harekete geçiriliyor. Yeni şanzıman sisteminin mekaniği de hibrit işletimin verimli olmasına katkıda bulunuyor. Dört planet dişli takımı ve beş vites elemanı olan gövdesi aynı olsa da, sürtünme gücünün ince ayarlanması sayesinde verimlilik daha da artırıldı. Bu sayede, karbondioksit salımı, içten yanmalı motorla çalıştırma sırasında kilometre başına 1 gram düşürüldü .Elektrikli işlemlerde, işletim menzili de buna göre artırıldı.
Yüksek konfor
Yeni nesil 8 vitesli otomatik şanzıman, motorun ve şanzımanın uzunlamasına konumlanmasına imkan sağlayacak şekilde tasarlandı. Konforlu çalışma ve azaltılmış gürültüye yönelik yüksek talebi karşılamak için, özellikle üst segmentte başarılı olacak bir sürüş konfigürasyonu yapıldı. Kısmen katı mekanik temeli sayesinde hibrit işlem sırasında bunu başarmak mümkün. Sekiz vites sayesinde, düşük hız kademesinde 8,6’lık şanzıman geçişi ve geniş hız aralığında düşük vites geçişleri mümkün oluyor. Ayrıca, sürücünün elektrik kullanmadan içten yanmalı motorla çalışırken geçişleri mümkün olduğunca az hissetmesi için, ZF tarafından geliştirilen santrifüj sarkaçlı titreşim emici de optimize edildi. Şanzıman kontrol modülü gelecekte karakteristik haritalara değil, tüm sistem bileşenlerindeki matematiksel modellere dayanacak. Bu geleceğin aktarma organlarında artan karmaşıklığa cevap verebilmek için önemli bir önkoşul.
Önümüzdeki 10 yılın sürüş sistemlerine hazır
ZF, yeni nesil 8 vitesli otomatik şanzımanların üretimine 2022’de Almanya’nın Saarbrücken şehrinde başlayacak. Ardından Çin ve ABD’de pazar tanıtımları yapılacak. ZF böylece, elektriklendirmenin derhal ve tamamen uygulanamadığı pazar segmentlerinde karbondioksit salımını azaltırken, hibrit tahrik sistemlerinin pazarda kısa süre içinde kabul görmesine yönelik önemli adımlar atıyor.