Firma technologiczna ZF od samego początku inteligentnie projektuje nową generację 8-biegowej automatycznej skrzyni biegów do rozwiązań hybrydowych. Modułowy system konstrukcyjny umożliwia zastosowanie napędów hybrydowych typu „mild” i „plug-in” o maksymalnej mocy od 24 do 160 kW. Elektronika mocy nie jest już zaprojektowana jako oddzielna jednostka, lecz jest w pełni zintegrowana z obudową przekładni bez zwiększania jej zewnętrznych wymiarów. Dzięki nowemu, znacznie mniejszemu sterownikowi hydraulicznemu w ZF utworzono wymaganą przestrzeń montażową dla komponentów elektrycznych i elektronicznych.

Hybryda plug-in: Nowy silnik elektryczny zapewnia większą gęstość mocy

ZF szacuje, że co najmniej 70% wszystkich nowych pojazdów w 2030 r. będzie nadal wyposażonych w silnik spalinowy. Niemniej jednak hybrydowy napęd typu plug-in mógłby znacznie obniżyć emisję CO2 z silnika. Jest to uzależnione od zasięgu i mocy elektrycznej, które muszą umożliwiać jazdę w codziennym ruchu wyłącznie przy zasilaniu akumulatorowym. Oprócz hybryd typu „plug-in” o wysokim napięciu około 300 V w nadchodzącej dekadzie dużą rolę odegrają również łagodne hybrydy. Mają one poziom napięcia 48 V i zapewniają znaczne obniżenie poziomu emisji CO2 przez generowanie energii z hamowania odzyskowego, która może być później wykorzystana jako moc napędowa. Ponadto hybrydy typu „mild” obniżają emisję zanieczyszczeń dzięki zapewnieniu dodatkowej mocy w procesie startu i przyspieszania — warunki jazdy, w których konwencjonalne silniki spalinowe emitują stosunkowo dużą ilość zanieczyszczeń w krótkim czasie. Napędy o napięciu 48 V mogą być zainstalowane w kilku miejscach układu napędowego. Montaż na wale korbowym na mocy silnika („pozycja 1”) i na wale wejściowym („pozycja 2”) jest szczególnie wydajny. Nowa generacja rozwiązań z firmy ZF jest odpowiednia dla obu typów instalacji. Silnik elektryczny może osiągnąć maksymalną moc do 25 kW i tym samym optymalnie wspomaga silnik spalinowy w zakresie praktycznie wszystkich parametrów pracy.

Elektronika mocy

Silniki elektryczne muszą być sterowane za pomocą elektroniki mocy, która zarówno przetwarza prąd stały z akumulatora na wymagany prąd przemienny, jak i steruje mocą i prędkością silnika elektrycznego. Do tej pory we wszystkich seriach hybrydowych układów napędowych elektronika mocy była umieszczana w osobnej obudowie wielkości pudełka na buty. Jednak wraz z czwartą generacją skrzyń biegów po raz pierwszy w historii zintegrowano kompletną elektronikę mocy w obudowie przekładni. Jest to wielka zaleta dla producentów samochodów, ponieważ montaż napędu hybrydowego nie jest już bardziej skomplikowany niż w przypadku konwencjonalnej przekładni. Ponadto w pojeździe potrzeba wtedy mniej kabli wysokiego napięcia, co zwiększa bezpieczeństwo. Ciepło w takim sterowaniu elektronicznym jest rozpraszane przez podłączenie elektroniki mocy do obiegu czynnika chłodniczego systemu klimatyzacji pojazdu. Najważniejszym osiągnięciem było jednak znaczne zmniejszenie wielkości układu sterowania hydraulicznego, który wyzwala mechaniczne zmiany biegów w przekładni. Sterownik hydrauliczny w obecnej generacji 8-biegowej automatycznej skrzyni biegów wymaga pojemności 3,1 litra, ale w następnej generacji zmniejszy się do 1,8 litra. Jest to możliwe przede wszystkim dzięki zastosowaniu zaworów z bezpośrednim przełączaniem przekładni. W przeciwieństwie do wcześniej stosowanych elektrycznych siłowników ciśnieniowych siłowniki elektromagnetyczne nie wymagają już dodatkowych tłoków i tulei.

Każdy dodatkowy element nowego 8-biegowego zestawu konstrukcyjnego został również zaprojektowany do pracy w trybie hybrydowym. Jest to wyraźnie widoczne przy obiegu oleju. Wcześniej stosowano dwie pompy olejowe: bardzo wydajna pompa łopatkowa napędzana bezpośrednio silnikiem spalinowym oraz druga pompa elektryczna i/lub pamięć impulsowa przy zasilaniu elektrycznym. W przyszłości będzie stosowana pojedyncza pompa z rozdziałem mocy. Gdy silnik spalinowy jest wyłączony, jest napędzany przez mały, bezpośrednio podłączony silnik elektryczny. Mechanika nowego układu napędowego przyczynia się również do wydajnej pracy hybrydowej. Mimo że korpus pozostaje taki sam i ma cztery przekładnie planetarne oraz pięć biegów, wydajność została jeszcze bardziej zwiększona dzięki precyzyjnemu dostrajaniu siły tarcia. Dzięki temu podczas pracy z silnikiem spalinowym emisja CO2 została obniżona o jeden gram na kilometr. Podczas działania z zasilaniem elektrycznym zasięg odpowiednio się zwiększył.

Osiem biegów umożliwia stopniowanie przekładni do 8,6 przy niskich przełożeniach, czyli niskich biegach w szerokim zakresie prędkości. Ponadto odśrodkowy wahadłowy tłumik drgań został zoptymalizowany w taki sposób, że kierowca niemal nie czuje przejścia z zasilania elektrycznego na silnik spalinowy. W przyszłości moduł sterowania przekładnią nie będzie już oparty na mapach charakterystyki, lecz raczej na modelach matematycznych wszystkich komponentów systemu. Jest to ważny warunek wstępny dla zaspokojenia rosnącej złożoności przyszłych układów napędowych.

ZF rozpocznie produkcję nowej generacji 8-biegowej automatycznej skrzyni biegów w 2022 roku w Saarbrücken w Niemczech. Wkrótce potem nastąpi wprowadzenie na rynku w Chinach i Stanach Zjednoczonych.

Nowa 8. Biegowa skrzynia biegów z modułem hybrydowym, czyli ze zintegrowanym silnikiem elektrycznym i sprzęgłem pozwalającym odłączyć silnik spalinowy od układu napędowego.

Dwubiegowa przekładnia do napędów elektrycznych

Dzięki temu nowemu rozwiązaniu w postaci 2-biegowej elektrycznej jednostki napędowej, ZF wprowadza nowy poziom elektromobilności do segmentu samochodów osobowych. Pojazdy z nową 2-stopniową skrzynią biegów zużywają mniej energii, co z kolei pozwala zwiększyć zasięg nawet o pięć procent w porównaniu z jednostkami jednostopniowymi. Zmiana przełożenia następuje przy prędkości 70 km/h. Dzięki połączeniu z siecią komunikacyjną CAN pojazdu, na życzenie klienta możliwe jest również wdrożenie innych strategii zmiany biegów, np. w połączeniu z mapą cyfrową i GPS. Pojazd na podstawie trasy zaprogramowanej w GPS może np. obliczyć odległość do najbliższej stacji ładowania i działać predyktywnie, przełączając się na tryb Eco. Bardziej efektywna strategia zmiany biegów może np. uwzględniać również topografię terenu na trasach szybkiego ruchu oraz w ruchu pozamiejskim.

Dwubiegowa przekładnia do napędu elektrycznego pozwala zwiększyć osiągi, czyli: zwiększyć przyspieszenie przy niskich prędkościach oraz zwiększyć prędkość maksymalną pojazdu elektrycznego. Dodatkowo możliwe jest przy tym zaoszczędzenie do 5% energii elektrycznej.

Dwubiegowa przekładnia do napędu elektrycznego pozwala zwiększyć osiągi, czyli: zwiększyć przyspieszenie przy niskich prędkościach oraz zwiększyć prędkość maksymalną pojazdu elektrycznego. Dodatkowo możliwe jest przy tym zaoszczędzenie do 5% energii elektrycznej.

Podwozie adaptacyjne

Flying Carpet 2.0 (latający dywan 2.0) pozwala uwolnić się od nieprzyjemnych ruchów pojazdu i w sposób adaptacyjny redukuje odczucie dyskomfortu towarzyszące przejazdowi przez zakręty, wyboje i dziury w jezdni. Ten zintegrowany system wykorzystuje zaawansowane czujniki, przemyślany układ sterowania oraz inteligentne aktywatory aby wrażenia z jazdy nie były zaburzone przez nadmierne ruchy nadwozia. Podstawę techniczną tego systemu stanowi inteligentne połączenie różnych aktywnych i półaktywnych systemów, które w sposób predyktywny przeciwdziałają niepożądanym ruchom nadwozia pojazdu. W samym sercu układu znajduje się w pełni aktywny system amortyzacji sMOTION wykorzystujący cztery aktywatory adaptujące ruchy zawieszenia do ruchów każdego z czerech kół, zależnie od sytuacji na drodze oraz charakterystyki jezdni. W przeciwieństwie do typowych amortyzatorów, aktuatory sMOTION sterują nie tylko poziomem oporu hydraulicznego w reakcji na bodźce zewnętrzne. Są one również wyposażone w kompaktowy, zewnętrzny silnik elektryczny i pompę ze zintegrowaną elektroniką, dzięki którym amortyzator działa jak dwukierunkowy siłownik.

Aby zmaksymalizować komfort jazdy pasażerów, koncepcja Flying Carpet 2.0 obejmuje również aktywny układ kierowniczy tylnej osi (AKC, Active Kinematics Control) zwiększający bezpieczeństwo, dynamikę i łatwość manewrowania. Przy niskich prędkościach pojazdu system ten ułatwia kierowanie, ponieważ koła osi tylnej są skręcane w kierunku przeciwnym do kół osi przedniej. Jeżeli pojazd porusza się szybciej, system steruje kołami przednim i tylnymi w tym samym kierunku, zapewniając większą stabilność kierunkową. Na przykład w połączeniu z sMOTION system AKC zapobiega podsterowności na ciasnych zakrętach. W połączeniu z systemami ZF takimi jak elektroniczny system wspomagania układu kierowniczego (steer-by-wire) oraz aktywny układ hamulcowy (IBC - Integrated Brake Control), integracja tych czterech komponentów układu zawieszenia umożliwia adaptację do niemal każdej sytuacji podczas jazdy.

Spokój na drodze: dzięki koncepcji Flying Carpet 2.0, ZF stworzył podwozie, które jest w stanie kontrolować praktycznie wszystkie wzdłużne, poprzeczne i pionowe ruchy pojazdu. 

Amortyzator z zaworami oraz pompą hydrauliczną staje się siłownikiem dwustronnego działania, co pozwala na wymuszenie odpowiednich reakcji nadwozia na przeszkody na które samochód najeżdża.

Choroba lokomocyjna – kolejny wróg pasażerów

Podczas długich podróży samochodem tylko niektóre osoby są odporne na chorobę lokomocyjną - dotyczy to w szczególności pasażerów na przednich lub tylnych siedzeniach. Zawroty głowy i choroba lokomocyjna mogą sprawić, że pasażer nie będzie mógł cieszyć się podróżą.

Podstawa naukowa koncepcji powstała w wyniku badań przeprowadzonych przez Wydział Neuronauki i Neurotechnologii (SNNU) na Uniwersytecie Kraju Saary oraz na Wyższej Szkole Techniki i Ekonomii Kraju Saary (htw saar). Badania te polegały na sprawdzeniu reakcji fizjologicznych osób poddanych testom w różnych sytuacjach typowych dla jazdy samochodem. Badania obejmowały aspekty z dziedziny neurotechnologii, psychofizjologii, sztucznej inteligencji i dynamiki jazdy. 

Choroba lokomocyjna jest spowodowana dysonansem poznawczym: ośrodek równowagi w uchu wewnętrznym wyczuwa ruchy, które nie są potwierdzone przez inne zmysły, takie jak wzrok. Dzieje się tak często, gdy pasażer skupia wzrok na ekranie lub książce. Reakcja ludzkiego ciała na taką sytuację pod wieloma względami przypomina zatrucie. Może to być lekkie uczucie dyskomfortu, ale także ostra choroba lokomocyjna.

Zespół badaczy zebrał na dystansie ponad dziesięciu tysięcy kilometrów ponad pięćdziesiąt terabajtów danych związanych z charakterystycznymi objawami fizjologicznymi w centralnym i peryferyjnym układzienerwowym, jak również danych termograficznych, obrazowych i dotyczących dynamiki jazdy.

Każda osoba reaguje inaczej na ruchy pojazdu i posiada indywidualne wyobrażenie na temat komfortu jazdy. Koncern ZF bierze ten fakt pod uwagę, tworząc metody wykorzystujące sztuczną inteligencję, które pozwolą uczyć się reakcji fizjologicznych każdego z pasażerów, co pozwala na stworzenie jego spersonalizowanego profilu. Dla każdego pasażera w pojeździe zostaną pozyskane indywidualne dane, co oznacza, że samochód kierowany automatycznie będzie mógł zapamiętać styl jazdy preferowany przez każdą znajdującą się w nim osobę.

Rozwój z człowiekiem w centrum uwagi: ZF i specjaliści z dziedziny neurotechnologii z niemieckiego Kraju Saary wykorzystują sztuczną inteligencję tworząc style jazdy, które pomogą zapobiec chorobie lokomocyjnej. 

Rozszerzona ochrona osób w ruchu

Zaawansowane systemy wsparcia kierowcy są tak zaprojektowane, aby wspierać kierowcę, aktywnie zapobiegać wypadkom i chronić życie. Zaczyna się to już od chwili wejścia do pojazdu, gdzie aktywny wysięgnik klamry pasów bezpieczeństwa pomaga zapiąć pasy i sprawia, że są one zapięte w sposób gwarantujący bezpieczeństwo i wygodę.

W wysoce dynamicznych sytuacjach jazdy takich jak manewry awaryjnego hamowania i omijania, kierowcy pomagają wysokowydajne systemy wsparcia. Przykładowo system „Automated Collision Avoidance Front” może automatycznie wykonać manewr omijania, jeżeli kierowca nie dokona odpowiednio wcześnie ręcznego hamowania lub ominięcia pojazdów nadjeżdżających z naprzeciwka. W tym przypadku system wsparcia kierowcy ocenia, czy możliwe jest hamowanie awaryjne oraz czy jest wolne miejsce do wykonania manewru omijania.

W Niemczech mniej więcej jeden na trzy wypadki śmiertelne w samochodach osobowych jest spowodowany brakiem strefy kontrolowanego zgniotu z boku pojazdu, w porównaniu na przykład do kolizji czołowych. Pierwszy na świecie system zewnętrznych poduszek powietrznych, które są uruchamiane tuż przed bocznym uderzeniem innego pojazdu (pre-crash) jest w stanie zmniejszyć skutki kolizji bocznej do 40 procent. Jest to możliwe przez zastosowanie zewnętrznej, bocznej poduszki powietrznej, która stwarza dodatkową strefę kontrolowanego zgniotu w obszarze drzwi między kolumnami A i C. System interweniuje tylko wtedy, gdy wysokowydajne czujniki wykryją nieuniknioną kolizję boczną i aktywują system ochrony.

Funkcja wsparcia kierowcy „Automated Collision Avoidance Front” może nakazać pojazdowi automatyczną zmianę pasa w krytycznej sytuacji, jeżeli kierowca nie zareaguje odpowiednio wcześnie. 

Firma ZF zaprezentowała pierwszy na świecie system ochrony osób w pojeździe tuż przed bocznym uderzeniem innego pojazdu (pre-crash) z zewnętrznymi bocznymi poduszkami powietrznymi. Może on zmniejszyć ciężkość obrażeń osób w pojeździe podczas kolizji bocznej do 40%.

eWallet, czyli tankowanie i usługi bez gotówki

Coraz więcej graczy w dziedzinie mobilności i carsharingu przechodzi proces cyfrowej transformacji, dzięki czemu ich usługi są dostępne przez aplikację na smart fonie, czy serwis internetowy. Car eWallet przenosi to na wyższy poziom. Z jednej strony integracja z pojazdem, a z drugiej łatwe połączenie istniejącej infrastruktury, pojazdów i dostawców usług są w stanie przetwarzać transakcje bezpośrednio, natychmiast i bezpiecznie z wykorzystaniem technologii Blockchain.

Na początku 2019 r. Car eWallet i BayWa połączyły siły, aby pilotować koncepcję inteligentnego tankowania. Dzięki udanemu testowi na żywo w terenie, stacje benzynowe BayWa są w stanie automatycznie ułatwiać transakcje za pośrednictwem platformy. Dzięki platformie zaprojektowanej w sposób agnostyczny w odniesieniu do sprzętu, systemów oprogramowania i interfejsów użytkownika, Car eWallet planuje rozszerzyć swoją ofertę usług i włączyć kolejne zakresy takie, jak obsługa parkowania.

eWallet pozwala na zdalne zezwolenie kierowcy samochodu na przykład na tankowanie i odblokowanie dystrybutora. Wszystkie potrzebne zabiegi, takie, jak przepływ pieniędzy za paliwo, czy wystawienie faktury realizowane są bez udziału kierowcy „w tle” bezpośrednio między operatorem i właścicielem/użytkownikiem samochodu.