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が共同で開発し、2005年にBMWが参加したハイブリッド車両技術のセットです。オートマチックトランスミッションに2つまたは3つの遊星歯車セットを使用します。1つは内燃機関（ICE）側（入力分割）にあり、もう1つ（出力分割）とペアになって複合分割を形成し、さらに3つ目の遊星歯車セットを追加して固定ギア比の数を増やします（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やめ、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]

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、並列ハイブリッド操作と直列ハイブリッド操作を切り替えることで車両効率を最適化するために開発されたもので、渋滞時には直列操作を利用してエンジン回転数の変動を最小限に抑え、高速道路では並列操作を利用し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、当時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用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年に初めてバス向けに発表された。^[4]

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・ワゴナーと共に試作品を持ってステージに立った。^[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、同様のデュアルモードハイブリッドコンセプトに独自に取り組んでいることを発見した後、交渉は10月初旬に開始されていた。 ^[6]しかし、契約は翌年の8月まで締結されなかった。 [7]伝えられるところによると、GMは後輪駆動と四輪駆動のトラックと前輪駆動の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。^{[7] 2005年9月7日、} BMWも同盟に参加すると発表され、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する可能性が高い。^[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に掲載された記事によると、3つ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という。^[8]

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]従来型の同等の動力源と比較して27～58%の燃費向上が見られました。^[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。最も大きな改善は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備により約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、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]標準の}5.3L LY5ベースエンジンよりも大きい、アクティブ燃料管理を備えた6.0L LFAおよびLZ1 V-8エンジンを搭載していました。^[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。これらに搭載された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]

これに先立ち、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のマイルドハイブリッドモジュールを開発するために別の提携を結ぶと発表した。 ^{[18] [19]}両社は、今後3年以内にBMWとメルセデスベンツの車両に新システムを導入する予定である。GMはこの新しい提携には参加せず、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なかった。^[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、少量生産される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と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、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と表明した。^[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量車両にも提供されなくなりました。^[9]

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歯車セット（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ており、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) を使用して駆動ユニットに連結されており、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に匹敵します。2 つのモータージェネレーターのエネルギーを蓄えるために、300 ボルトのバッテリーパックが使用されます。

ゼネラルモーターズは、この駆動ユニットを2ML70と命名した。^[25] BMWとダイムラークライスラーの車両では、GM-アリソンAHS-2である。^[26]この技術は、「2モード」ハイブリッドシステムと呼ばれている。なぜなら、トランスミッション/駆動ユニットは、電力、機械力、またはその両方の組み合わせを車輪に伝達することができ、直列ハイブリッドとして動作して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して電気モーターを使用してエンジンからの機械力を増強するからである。^[27] 2つの動作モードは次の通りである。

1. 

   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 電気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。電力フロー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、車両は電気モーター/ジェネレーター、内燃エンジン、またはその両方で移動することができ、いわゆるフルハイブリッドになります。すべてのアクセサリ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 つはモーター (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. 

   複合分割モード— C1 が解除され、C2 が接続されます。^{[23] : col.8 ll.59–63} 2 番目のモーター (MG-B) の回転速度は出力軸に比例しません。1 番目のモーター (MG-A) が入力軸に比例しないのと同じです。パワー フローは入力と出力で分割されるため、複合分割と呼ばれます。燃焼エンジン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 つがゼロ速度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、最初の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、2 番目のギア比が使用され、MG-B はジェネレーターとして動作し、角速度も遅くなります。^[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、エンジンのトルクの多くを車輪に伝達できるため、電気モーターを使用しなくてもトランスミッションの効率が向上します。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、電気モーターにより、無段変速機として機能することができます。この可変比は、遊星歯車のトルク増幅に加えて機能します。

モードI（「入力分割」）は市街地走行中に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」）は高速道路走行中に遭遇するより高い速度範囲を対象としています。^{[23] ：col.10 ll.50–54}これらのモードには、各モードに2つずつ、合計4つの固定ギア比があり、その際に1つの追加クラッチが作動します。

最も低い固定ギア比はモードIで、両方のモータージェネレーターを同期させ、車両がこれらをモーターとして使用して機械的動力を増強し、より強い加速を実現したり、発電機として使用して回生ブレーキを実現したりできるようにします。^{[23] : col.11 ll.10–17} 2番目の固定ギア比もモードIで、モータージェネレーターがフリーホイール状態になるため、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にして効率を向上させ、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}

一般的に、車両は停止状態からモードIで始動します。^{[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に 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のままで、モータージェネレーターの1つを牽引力として使います。^{[23] : col.13 ll.19–24}

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Mercedes-Benz ML450 BlueHybridに搭載されています。 ^[29]

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}

トヨタのハイブリッドシナジードライブは、 ICE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ている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、トヨタは直列/並列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。これは単純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年に営業運転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使用されました。 ^[31]国立再生可能エネルギー研究所でのテストでは、従来のディーゼルバスの燃費が1.46〜3.03 mpg _{‑US （161〜78 l/100 km）であったのに対し、同等のバスにハイブリッドドライブユニットを搭載し、同じ運転サイクルで走行した場合、燃費は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。

• ワシントン州キング郡 キング郡メトロ（ 2002年から現在までに発表されたニューフライヤーバス361台）最初のDE60LF、シリアル24129
• ニューメキシコ州アルバカーキ ABQ RIDE ( 2004 年 12 月 21 日から現在までに発表された112 台のニューフライヤーバス)
• インディアナ州インディアナポリス IndyGo (2005 年 1 月 24 日に 2 台のバスが発表)
• ヨセミテ国立公園 国立公園局（2005 年 4 月 25 日に発表された 18 台のギリッグバス）
• ブリティッシュコロンビア州ケロウナとビクトリア（ 2005年5月5日にニューフライヤーバス6台が発表）
• ルイジアナ州シュリーブポートの SporTran（2005年6月9日にバス1台が発表）
• ノースカロライナ州 シャーロット シャーロット地域交通システム(2005 年 6 月 9 日にバス 2 台が発表)
• マサチューセッツ州 スプリングフィールド パイオニアバレー交通局(2005 年 10 月 14 日にバス 1 台が発表)
• コロラド州アスペン、 ロアリングフォーク交通局（2005 年 12 月 9 日に発表された 7 台のバス）
• カリフォルニア州とネバダ州の 10 の交通機関のコンソーシアム (サンホアキン RTDが主導) ( 2006 年 3 月 20 日に発表された 157 台のギリグバス)。
  • 注: ニューメキシコ州アルバカーキの ABQ RIDE は以前はこのコンソーシアムの会員でしたが、代わりに独自にNew Flyerバスを注文することを選択しました。
• ウィスコンシン州マディソン マディソン メトロ(2007 年 9 月 11 日に 5 台のギリグバスが発表され、今後数年間でさらに 10 台の購入が予定されています)

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ディスコネクト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化学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]}

ゼネラルモーターズの小型トラック用縦置きシステムは、GMのパワートレイン部門のボルチモアトランスミッションで製造される。ニッケル水素電池は日本のパナソニックEVで製造される。

このシステムは、2008 年モデルとして、フルサイズのシボレー タホおよび GMC ユーコン SUV 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 システムを使用する後輪駆動および四輪駆動の軽量トラックには、次のものがあります。

• GMC グラファイト ハイブリッド SUV コンセプト (2005 NAIASで展示)
• GMT900ベースのトラックとSUV:
  • 2008-2013シボレー タホ ハイブリッド
  • 2008-2013 GMC ユーコン ハイブリッド
  • 2009-2013キャデラック エスカレード ハイブリッド
  • 2009-2013シボレー シルバラード ハイブリッド
  • 2009-2013 GMC シエラ ハイブリッド
• 2009ダッジ デュランゴ ハイブリッド
• 2009クライスラー アスペン ハイブリッド
• 2010-2011 BMW X6 アクティブハイブリッド^{[22] [36]}
• 2010-2011メルセデス ML 450 ハイブリッド^[22]

• 前輪駆動車システム
  • オペル アストラ ディーゼルハイブリッド コンセプト (2005 NAIASで展示)
  • サーブ9-3バイオパワーハイブリッドコンセプト（2006年英国国際モーターショーで展示）^[37]
  • 2010年型サターン・ヴュー2モード・プラグインハイブリッドSUV、 GMによるとマイルドハイブリッド版より45%向上^[38]（当初は2009年モデルに予定されていたが、GM部門としてのサターンの消滅により延期され、最終的にはキャンセルされ、生産には至らなかった）
  • 2011年のGM未発表製品（おそらくビュイックの新型「クロスオーバー」ユーティリティまたはキャデラックのAWDセダン）^{[39] [40]}

• BASハイブリッド（GMマイルドハイブリッド）
• GM ボルテック パワートレイン
• ハイブリッドカー
• ハイブリッド車一覧

• デビッド・タルボット、「ガソリンを大量に消費するハイブリッド車」。テクノロジーレビュー(2005 年 4 月)。
• 「2 モード フル ハイブリッド搭載のシボレー タホは、燃費、SUV の運転の楽しさ、パフォーマンスを最大限活用」。ゼネラル モーターズのプレス リリース。2007 年 8 月 14 日時点のオリジナルからアーカイブ。2006年1 月 9 日閲覧。
• 「ハイブリッド ドライブ開発のためのグローバル アライアンス: BMW、ダイムラークライスラー、GM の協力」。ゼネラル モーターズのプレス リリース。2007 年 8 月 14 日時点のオリジナルからアーカイブ。2005年9 月 9 日閲覧。
• Grewe, TM、BM Conlon、AG Holmes。「ゼネラルモーターズの 2 モードハイブリッドトランスミッションの定義」(PDF)。SAEテクニカルペーパーシリーズ(SAE 2007–01–0273)。{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
• Kim, N.、Carlson, R.、Jehlik, F. 、および A. Rousseau (2009)。「PSAT における Tahoe HEV モデルの開発」。SAE技術論文シリーズ。1 (SAE 2009–01–1307)。doi : 10.4271/2009-01-1307。{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)

• 米国特許 5558588A、マイケル R. シュミット、「2 モード、入力分割、並列ハイブリッド トランスミッション」、1996 年 9 月 24 日発行、ゼネラル モーターズ コーポレーションに譲渡 
• 米国特許 5571058A、マイケル R. シュミット、「4 モード、入力分割、並列[sic]、ハイブリッド トランスミッション」、1996 年 11 月 5 日発行、ゼネラル モーターズ コーポレーションに譲渡 
• 米国特許 5931757A、マイケル R. シュミット、「2 モード、複合分割、電気機械式車両トランスミッション」、1999 年 8 月 3 日発行、ゼネラルモーターズ コーポレーションに譲渡 
• 米国特許 6358173B1、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 モード複合分割電気機械式車両トランスミッション」、2002 年 3 月 19 日発行、ゼネラルモーターズ コーポレーションに譲渡 
• 米国特許 6478705B1、Alan G. Holmes および Michael R. Schmidt、「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気パワートレイン」、2002 年 11 月 12 日発行、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 モード複合分割電気機械式車両トランスミッション」、2003 年 3 月 4 日発行、ゼネラルモーターズ コーポレーションに譲渡 
• 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」、2005 年 9 月 20 日発行、ゼネラルモーターズ コーポレーションに譲渡 
• 米国特許 6953409B2、Michael R. Schmidt、Donald Klemen、Larry T. Nitz 他、「4 つの固定比率を持つ 2 モード、複合分割、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 日発行、GM Global Technology Operations LLC および FCA US LLC に譲渡 

• デュアルモード ハイブリッド シミュレーション | MATLAB 2016-05-01 にWayback Machineでアーカイブ
• ハイブリッド車の動力分割トランスミッションの比較評価
• 1 つの固定相互接続を備えた 2 つの遊星歯車セットを備えた電気可変トランスミッション、米国特許出願 2006/0111213 A1