ZF: arriva la quarta generazione con modulo ibrido integrato

Una trasmissione automatica, lo ZF8HP, ritenuta da molti utenti ed appassionati assolutamente spettacolare: dalla piccola vettura di segmento C, passando per i grandi SUV ed ultimamente alle sportive blasonate. Non mancano le sue applicazioni nel motorsport, così come l’utilizzo crescente nella mobilità alternativa.

ZF lancerà la sua trasmissione di quarta generazione che sarà studiata appositamente per veicoli ibridi ed elettrici. Il Gruppo ZF presenterà le sue soluzioni di mobilità di nuova generazione al prossimo Salone Internazionale dell’Auto – IAA, di Francoforte (12 – 22 Settembre 2019).

ZF inizierà a produrre la nuova trasmissione automatica a 8 marce di nuova generazione a Saarbrücken, in Germania, nel 2022. Il lancio sul mercato in Cina e negli Stati Uniti avverrà poco tempo dopo.

Una nuova costruzione modulare ed integrata

Il sistema di costruzione modulare consente azionamenti Mild-Hybrid, Full-Hybrid e Plug-in-Hybrid per raggiungere potenze elettriche tra 24 e 160 kW. L’elettronica di potenza non è più progettata come unità separata, ma è completamente integrata nell’alloggiamento della trasmissione senza aumentare le dimensioni esterne della stessa. Con una nuova centralina idraulica notevolmente più piccola, ZF ha creato lo spazio di installazione richiesto per i componenti elettrici ed elettronici.

PHEV

ZF stima che il 70% dei veicoli, entro il 2030, sarà ibrido. Ecco che lo ZF8HP di quarta generazione arriverà ad equipaggiare le future vetture, è costituito da un motore elettrico che ha una potenza massima di 160 kW e una potenza continua di 80 kW. La coppia massima, che può essere raggiunta senza azionare il motore a combustione interna, è 450 Nm, consentendo così il passaggio rapido, anche in modalità elettrica. Ciò non richiede un aumento significativo delle dimensioni della carcassa del cambio, poiché ZF fa affidamento su una nuova generazione di motori elettrici sviluppati internamente e utilizza barre di rame saldate anziché fili di rame arrotolati. Questa tecnologia, nota come “tecnica a forcina“, consente di aumentare significativamente il livello di densità in rame, il che ha un impatto decisivo sulla densità di potenza.

Mild-Hybrid e 48 V

Oltre agli ibridi plug-in con alte tensioni (circa 300 volt), anche gli ibridi leggeri avranno un ruolo importante nel prossimo decennio. Questi hanno un livello di tensione di 48 volt e consentono notevoli risparmi di CO ₂ generando energia attraverso il recupero della frenata rigenerativa che può essere successivamente utilizzata come plus di potenza per il motore. Le unità a 48 V possono essere installate in diverse posizioni nella trasmissione. L’installazione sull’albero motore all’uscita del motore (“Posizione 1”) e sull’albero di ingresso cambio (“Posizione 2”) è particolarmente efficiente. La nuova generazione di ZF è adatta per entrambi i tipi di installazione. Il motore elettrico può raggiungere una potenza massima di 25 kW e quindi supportare in modo ottimale il motore a combustione interna praticamente in tutti i parametri operativi.

Elettronica di potenza

I motori elettrici devono essere controllati tramite elettronica di potenza, che converte la corrente continua dalla batteria nella corrente alternata necessaria e controlla la potenza e la velocità del motore elettrico. Nelle nuovi trasmissioni di ZF l’elettronica di potenza è inserita all’interno della trasmissione, senza necessità di box esterni. Questo rappresenta un plus per i costruttori, che potranno ibridizzare un modello già in commercio, senza stravolgerne l’architettura.

Per far ciò si è dovuto riprogettare il sistema di dissipazione del calore: nello specifico i semiconduttori di potenza, in particolare gli IGBT per il modello ad alta tensione, producono una quantità relativamente elevata di calore di scarto. Questo viene dissipato collegando l’elettronica di potenza al circuito del refrigerante dell’impianto di climatizzazione del veicolo. Tuttavia, lo sviluppo più importante è stata la notevole diminuzione delle dimensioni della centralina idraulica (meccatronica), che innesca spostamenti meccanici nella trasmissione.

L’attuale meccatronica dello ZF8HP ha un volume di fluido pari a 3.1 litri, mentre nella quarta generazione scenderà ad appena 1.8 litri. Ciò è reso possibile principalmente dall’uso di valvole a spostamento diretto. A differenza degli attuatori di pressione elettrici precedentemente utilizzati, questi attuatori elettromagnetici non richiedono più pistoni e boccole aggiuntivi.

Un’unica power-split tra motore elettrico e termico

In precedenza, sono state utilizzate due pompe dell’olio: una pompa a cella a palette molto efficiente azionata direttamente dal motore a combustione interna ed una seconda pompa elettrica e / o memoria a impulsi per il funzionamento elettrico. In futuro, verrà utilizzata una singola pompa split-power.

Quando il motore a combustione interna viene spento, viene azionato da un piccolo motore elettrico direttamente collegato ad esso. I meccanismi del nuovo sistema di trasmissione contribuiscono anche a un funzionamento ibrido efficiente.

Sebbene il corpo della trasmissione rimanga lo stesso, con quattro gruppi di ingranaggi planetari e cinque elementi del cambio, l’efficienza è stata ulteriormente aumentata regolando con precisione la potenza di attrito.