2011-01-0887

Gruppo cambio/differenziale elettrico multimodale GM "Voltec" 4ET50

Ambito
La Chevrolet Volt è una vettura elettrica (EV) che opera esclusivamente a batteria finché l'energia utilizzabile è disponibile nel pacco batterie in condizioni normali. Una volta esaurita tale energia, la modalità di guida ad autonomia estesa (ER, Extended-Range) utilizza l'energia del carburante prodotta da un motore a combustione interna (ICE), un generatore a bordo e un motore elettrico grande. Il veicolo elettrico ad autonomia estesa (EREV, Extended-Range Electric Vehicle) utilizza l'energia elettrica in maniera più efficiente di un veicolo elettrico ibrido plug-in (PHEV), che notoriamente mischia energia elettrica ed energia del motore durante la guida. Un sistema di propulsione specifico per veicoli elettrici ad autonomia estesa, chiamato "Voltec", consente di guidare la Volt nell'intera gamma di velocità e accelerazioni con il solo uso dell'energia della batteria, entro i limiti energetici imposti dalla batteria stessa, impiegando quindi più elettricità che carburante, emettendo meno anidride carbonica (CO2) e producendo minori emissioni nelle partenze a freddo rispetto a un veicolo elettrico ibrido plug-in nelle condizioni di utilizzo reali.

L'architettura del sistema di propulsione Voltec offre quattro modalità di funzionamento, di cui almeno due sono esclusive e assicurano massimo rendimento e massime prestazioni. Il gruppo cambio/differenziale elettrico specializzato, noto con la sigla 4ET50, consente modalità operative brevettate sia per migliorare la gamma di guida quando il veicolo funziona a batteria (BEV, Battery Electric Vehicle) sia per ridurre i consumi di carburante quando si passa all'uso del motore a combustione interna.

Storicamente, la maggior parte di veicoli elettrici ha utilizzato un gruppo cambio/differenziale elettrico a una sola velocità con un motore e un riduttore fisso. Il riduttore a una velocità è una configurazione semplice che trae vantaggio dall'ampia gamma di velocità dei motori elettrici. Anche se questa configurazione può funzionare bene, l'ampia gamma di velocità della maggior parte di veicoli elettrici viene conseguita al costo di una ben nota perdita di efficienza a velocità del motore superiori. Di conseguenza, per i veicoli BEV sono stati proposti cambi a due velocità che si pensa possano migliorare lo sforzo di trazione e l'efficienza sebbene con l'ausilio di comandi e sistemi di cambio marcia aggiuntivi.

Il gruppo cambio/differenziale elettrico multimodale Voltec 4ET50 introduce un'esclusiva modalità di guida per i veicoli elettrici a due motori che consente di usufruire dello sforzo di trazione fornito contemporaneamente da motore e generatore, riducendo al contempo le velocità del motore elettrico e le perdite totali associate. Questa nuova modalità operativa, tuttavia, non introduce le discontinuità di coppia associate alla guida di un veicolo elettrico a due velocità. Per il funzionamento ad autonomia estesa, il gruppo cambio/differenziale Voltec utilizza lo stesso hardware e gli stessi comandi dei veicoli elettrici a un motore e a due motori per fornire la doppia modalità di funzionamento dei veicoli ibridi e un flusso di energia più efficiente con carichi leggeri e a velocità elevate.

La costruzione del gruppo cambio/differenziale GM Voltec 4ET50 implica il riutilizzo massiccio del gruppo cambio/differenziale 2MT70 ibrido a due modalità e trazione anteriore GM con opportune modifiche che consentono il funzionamento del veicolo elettrico a tutte le velocità e con potenza massima. Un nuovo motore ad alta potenza, un generatore ottimizzato ed elementi di comando modificati consentono di implementare sulla Chevrolet Volt le due modalità di guida dei veicoli elettrici e le due modalità di guida dei veicoli ad autonomia estesa.

Data di pubblicazione: 12/04/2011
Autore: Michael A. Miller - General Motors Company
Alan G. Holmes - General Motors Company
Brendan M. Conlon - General Motors Company
Peter J. Savagian - General Motors Company

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