Soluções para eletrificar o powertrain
A ZF projeta que até 2030 perto de 30% dos carros vendidos no mundo serão elétricos e parte significativa dos outros 70% serão híbridos, vão combinar motor a combustão com a propulsão elétrica. Com esse cenário em vista, a empresa tem direcionado boa parte de seus investimentos no desenvolvimento de soluções para eletrificar o powertrain, tendência tecnológica que vem ganhando volume como forma de atender legislações cada vez mais restritivas para redução de emissões veiculares. Dois dos mais recentes projetos da ZF vão de encontro à eletrificação de suas transmissões, com oferta de motorização elétrica acoplada a caixas de câmbio que aumentam a eficiência de carros 100% elétricos ou híbridos.
Para os novos carros elétricos, mais potentes e com maior autonomia, a empresa desenvolveu uma inédito câmbio de duas velocidades. Para modelos maiores e mais pesados com motores longitudinais e tração traseira ou 4×4, a solução oferecida pela ZF é a nova 8HP, sua transmissão automática de oito marchas que em sua quarta geração, a ser produzida a partir de 2022, poderá ser usada tanto em veículos equipados só com motor a combustão como também nos híbridos, com a incorporação de um propulsor elétrico à caixa.
8HP, transmissão para híbridos
BMW e FCA (Fiat Chrysler Automobiles) já fizeram encomendas de milhões de unidades da nova 8HP que vão equipar novos modelos a partir de 2022, e a ZF calcula que algo perto de 85% das caixas sejam aplicadas em powetrains híbridos, que podem ser plug-in (modelos que podem ser recarregados na tomada e têm autonomia de 80 a 100 km no modo elétrico) ou mild hybrids (os “meio-híbridos”, que usam um pequeno impulsor elétrico nas partidas para economizar combustível nas acelerações).
“Como ainda não sabemos qual tecnologia será mais utilizada, precisamos ser flexíveis para atender os clientes. Por isso projetamos a nova 8HP para ser aplicada com diversas formas de eletrificação”, explica Patrick Guttmann, engenheiro-chefe de arquitetura de sistemas de powertrain para veículos de passageiros da ZF.
Para aplicação em híbridos plug-in, a nova 8HP incorpora um motor elétrico desenvolvido pela própria ZF bem mais potente e compacto que o da terceira geração da transmissão, lançada em 2018 com 90 kW (120 cavalos) e torque de 240 Nm, ocupando espaço de 3,1 litros. O propulsor elétrico da quarta geração da 8HP ocupa só 1,8 litro, opera com 300 V, gera potência média de 80 kW (107 cv) e chega ao pico de 160 kW (214 cv) com torque máximo de 450 Nm, o que é suficiente para dirigir confortavelmente picapes e sedãs grandes em ambientes urbanos por mais de 80 km antes de ter de ligar o motor a combustão, que serve tanto para recarregar as baterias como para impulsionar o veículos. Nesse tipo de veículo as emissões de CO2 podem cair de 60% a 70%.
No trabalho feito para reduzir peso e dimensões da nova transmissão, a ZF integrou sistemas e incorporou o controle eletrônico na própria caixa, que antes tinha o tamanho de uma caixa de sapatos e ficava separada. A solução deixa mais espaço livre no compartimento do motor.
Na configuração mild hybrid, a nova transmissão 8HP pode trabalhar com um pequeno impulsor elétrico de 48 V e 25 kW (33,5 cv), montado no virabrequim na saída do motor ou no eixo de entrada da transmissão, para ajudar nas acelerações de partida e assim reduzir o consumo. Pelos cálculos da ZF, essa solução reduz em 15 gramas as emissões de CO2 por quilômetro rodado.
A quarta geração da 8HP será fabricada a partir de 2022 inicialmente em Saarbrücken, na Alemanha, mas já está programada a produção na China e nos Estados Unidos.
| DUAS VELOCIDADES ELÉTRICAS |
Com transmissão de duas velocidades, carro elétrico aumenta 5% a autonomia e mais de 10% a velocidade final
Até agora a maioria dos carros elétricos não usava transmissão, já que o funcionamento variável do motor elétrico faz as vezes de um câmbio. Contudo, o aumento de potência e autonomia dos modelos a bateria tornou necessária a adoção de mais escalas de rotação para aumentar a eficiência do powertrain. No caso, a ZF desenvolveu uma inédita caixa de duas velocidades para aplicação em veículos puramente elétricos.
A configuração de duas marchas, a primeira até 70 km/h e a segunda entra acima disso, aplicada em um veículo de testes elevou em quase 5% a autonomia com um mesmo banco de baterias, além de elevar a velocidade máxima de 160 km/h para 215 km/h. “Quando o assunto era acionamento elétrico, as montadoras tinham de escolher entre um torque de partida alto ou uma velocidade de pico elevada. Solucionamos esse impasse com a transmissão de duas velocidades”, explica Bert Hellwig, diretor da divisão de eletromobilidade da ZF.
A solução parece simples e é difícil entender por quê não foi aplicada antes. “Os primeiro carros elétricos tinham pouca autonomia, no máximo 100 km, e só rodavam em baixas velocidades nas cidades. Não valia a pena instalar uma transmissão para obter ganho muito pequeno de eficiência. A situação muda de figura com veículos atuais que podem rodar até 400 km com uma carga de baterias e passam dos 200 km/h. Hoje uma marcha a mais nesses automóveis faz muita diferença no desempenho e na eficiência”, explica Stephan Demmerer, chefe de engenharia avançada de eletromobilidade da ZF.
