Solaris - hybridní autobus vyjíždí Stefan Gőbel Firma Solaris Bus&Coach plně důvěřuje hybridní technologii a v listopadu se rozhodla předvést, několik týdnů po prvním uvedení - prozatím bez pohybu - na výstavě IAA - Užitková vozidla, nový hybridní autobus Urbino odborným novinářům a provozovatelům v akci. Přítomni byli i zástupci firmy Allison a dopravních podniků z Drážďan, které první hybridní Urbino kupují. Současně byl představen prototyp nového midibusu Alpino a EEV - Urbino 12 pro Magneburg. Typem Solaris Urbino 18 Hybrid se zabývala čísla 9/06 a 11-12/06 časopisu "stadtverkehr" v průběhu podávání zpráv z IAA. Šlo pouze o to doplnit, na základě nových materiálů, jednotlivosti bez nároku na představení komplexního obrazu hybridního pohonu ve všech podrobnostech. Jak již bylo uvedeno, jedná se o speciálně upravený kloubový autobus, který je vybaven hnacím systémem E p firmy Allison, který, jak známo, se skládá z pěti hlavních součástí a to E v převodového ústrojí, nikl-hydridní baterie jako akumulátoru energie, jednoho ze dvou jednotek se skládajícího modulu střídače, jednoho rovněž dvoudílného modulu řídícího (regulačního) systému a jednoho (tlačítkového) spínače volby chodu na přístrojové desce. Převodové ústrojí E v zahrnuje dva elektromotory/generátory, dvě synchronní spojky a tři planetové převody. Elektromotory jsou uspořádány prstencovitě (stator vnější, rotor vnitřní prstenec). V kompaktních převodových ústrojích jsou uvnitř obou rotorových prstenů ještě uspořádány jedna nebo dvě sady planet. Cílem konstrukce hybridního autobusu je úspora pohonných hmot, snížení emisí a hlučnosti, dobré zrychlení a dobré jízdní vlastnosti. Chce se toho dosáhnout tím, že vždy optimálně spojíme dnes nejlepší ze světa mechanických a elektrických pohonů s jízdní situací. Mechanický pohon má vyšší stupeň účinnosti než pohon elektrický. Elektromotory vykazují, především při vyšších otáčkách, ztráty výkonnosti. Při rozjezdu dieselmotoru se musí řadit. Elektrické pohony jsou klíčem k akumulaci a zpětnému získávání (rekuperaci) energie při brzdění. Urbino 18 Hybrid: až na střešní nástavbu a velká víka pro přístup k příslušenství motoru mezi dvěma prvními osami neexistují zvenku téměř rozdíly proti verzi s dieselmotorem. Druhý vůz bude, podle sdělení firmy Solaris z 28. prosince, dodán do konce dubna společnosti Regionalbus v Lenzburgu (skupina Eurobus) Hnací hřídel Elektromotor A Elektromotor B 1
Podélný průřez převodovým ústrojím Allison E v Drive (tm) K tomu, aby bylo možno kombinovat mechanické a elektrické pohony, je třeba, aby působily na jeden hřídel. To se děje v převodech E v. Spalovací motor běží nepřetržitě. Dva elektromotory mohou být libovolně zapojovány a odpojovány, plynule regulovány a podle volby využívány jako motory nebo generátory. Strategie otáček provozu motoru je nezávislá na strategii jízdy. H. Hondius vysvětlil ve dvojčíslí 11-12/06 na str.12 shora uvedeného časopisu rozdíly mezi sériovým a paralelním hybridním uspořádáním. Allison vidí v systému E p jednotu vlastností obou v jediném výkonově zdvojeném pohonu. Spalovací motor je pevně spojen s převodovým ústrojím E v, mezi nimi existuje pouze tlumení torzních kmitů. Planetový převod se skládá ze sady ozubených kol, která zahrnuje, od vnitřku směrem ven, centrální planetové kolo, planetový unášeč (též můstek nebo unášeč čtyř satelitů) a planetový věnec (prstenec) s vnitřním ozubením. V daném případě je centrální planetové kolo poháněno elektricky, planetový věnec mechanicky, to znamená, že je spojen s dieselmotorem. Můžeme říci, že pokud se centrální planetové kolo neotáčí, jedná se o čistě mechanický převod, jestliže se otáčí i centrální planetové kolo, potom jde o elektro-mechanický převod. Rotace planetového unášeče se satelity rozhoduje o počtu otáček na výstupní straně. Nyní si lze představit situaci, kdy rotuje mechanický a elektrický pohon proti sobě shodnými otáčkami, takže výstupní hřídel a tím i vozidlo stojí. Vyrábět nečinnost nasazením dvojité energie se zdá na první pohled nepochopitelné, ale umožňuje to, jak uvidíme, spojitou regulaci mechanického výkonu (continnously variable transmission CVT). Podobně jako u stacionárního stroje je 2
dieselmotor nejprve uveden do žádoucích otáček, pracuje v nejlepším pásmu. A protože lze elektrické stroje velmi dobře regulovat, snižuje se postupně, při dále běžícím mechanickém pohonu, počet otáček centrálního planetového kola, takže se skutečně mechanický výkon zvolna seřídí a vozidlo se dá do pohybu. V okamžiku, když se centrální planetové kolo zastaví (bez uvažování nepatrného podporového momentu), vozidlo jede se 100 % mechanickým výkonem. V dalším postupu můžeme nyní nechat otáčet centrální planetové kolo vhodným způsobem stejným směrem jako planetový věnec, takže vozidlo, nyní poháněno opět elektro-mechanicky, se zrychlí. Třetí planetová skupina slouží jako spojová skupina k převodu v rozdílných oblastech rychlostí (0-40 km/hod., 30-80 km/hod.). Při brzdění se využívá kinetické energie vozidla nejdříve k nabíjení baterie a potom jako motorové brzdy. Průřez planetovou sadou: oranžově - centrální planetové kolo, tyrkysově - satelity. Je třeba si ujasnit, že tyto 4 satelity jsou uloženy na společném unášeči, který se otáčí v ose, která leží rovnoběžně k ose centrálního planetového kola. Růžově - planetový věnec (prstenec). Žlutou šipkou je znázorněn z různých kombinací otáček centrálního planetového kola a planetového věnce vyplývající počet otáček (ot.) na výstupní straně. (1) Elektro-mechanický převod, ot. výstupu = 0 (2) Mechanický převod, ot. výstupu = centrální kolo/planetový věnec (3) Elektro-mechanický převod, ot. výstupu = otáčky motoru (4) Elektromechanický převod, ot. výstupu = otáčky motoru a elektromotoru Zjednodušeně řečeno: jako kdybychom dieselmotoricky-mechanický svazek nechali trvale vzájemně vrčet v oblasti, ve které se cítí dobře. Všechny změny, které jsou potřeba pro jízdní a brzdící činnost vozidla v místní dopravě, se obsluhují elektricky, jednak jakoby odvozením z mechanicky vyráběné rotace hřídele, jednak přičtením k ní. Přitom nemusím vícekrát přerušovat tok sil při procesu řazení. Mechanické a elektrické výkony pohonu lze tedy pomocí sad planet sčítat a větvit. Celkem rozeznává převodová ústrojí E v 57 (účelných) provozních situací, tzn., že dva elektromotory a spalovací motor mohou, při zohlednění možnosti využití jednoho nebo obou elektromotorů jako generátoru, být provozovány nejrůznějším možným způsobem. Ovládací elektronika "žongluje" s 57 provozními situace a pokouší se, při zohlednění činnosti řidiče, dosáhnout naprogramovaného cíle, např. maximální úspory pohonných hmot nebo poklesu produkce škodlivých látek. Bylo by možno nastavit bezpečně pohon na maximální točivý moment všech součástí, ale to by nebylo účelné, protože by točivý moment byl značně větší než je třeba. 3
3 důležité stavy systému: elektrický rozjezd, provozní rychlost a elektrická regenerace při brzdění. K tomu je třeba si všímat i schématu na str. 16 v čísle 11-12/06: Oblast jízdy vpřed l: spojka C 1 v záběru, C 2 mimo, Oblast 2: C 1 mimo, C 2 v záběru. Z toho vyplývá, že profil nasazení obou elektromotorů A a B je rozdílný. Spojky působí společně s třetí planetovou sadou (spojovou skupinou) Oblast l, elektrický rozjezd přeměňuje se energie ze spalování paliva na elektrický točivý moment, Pístový motor Elektrický točivý moment přeměnou energie z baterie Oblast 2, provozní rychlost (oblast částečného zatížení, vysoký mechanický stupeň výkonu) Elektromotory Podporový moment Pístový motor Oblast 3, elektrická "regenerace" Motorová brzda kinetická energie vozidla se převede na motorovou brzdu, jestliže baterie vykazují plné nabití nabíjení baterie energií vozidla kinetická energie vozidla Dopravní podniky v Drážďanech (DVB) nejsou dosud známy jako průkopníci nových pohonů autobusů. Nyní si ale uvědomují, vzhledem k vývoji na trhu surovin, cenám pohonných hmot a situaci v životním prostředí, že nastal čas jít novými cestami a koncepce Solaris/Allison Drážďanské přesvědčila. Počínaje nyní zahajovaným přezkoušením koncepce chtějí postupovat velmi pečlivě. Je v plánu zakoupit vůz a provozovat jej po normální dobu využívání autobusů. První vozidlo stojí, podle údajů DVB, 400 000 eur a je podle tohoto zdroje o 125 000 eur dražší než běžný autobus s dieselovým motorem - podle výbavy může cena ovšem kolísat. Jestliže se potvrdí měřené hodnoty z USA, neboť tam je v provozu již kolem 600 hnacích systémů E p ve větších i menších flotilách, umoří se zvýšená cena bez problému. Opatření vozidla je podporováno zemí Sasko. Od konce ledna přichází třídveřový Urbino 18-Hybrid do provozu s cestujícími na linkách 61, 82 a 94, které se vyznačují svými strmými úseky, průměrným charakterem s mnoha zastaveními a rozjezdy, případně předměstským charakterem. Na vozidle se zaškoluje 10 řidičů. Po dobu jednoho roku bude nezávislý drážďanský ústav provádět srovnávací test. Referenčními testovacími vozidly budou normální autobusy Urbino 18 s pohony Euro-5. V Drážďanech jsou plně optimističtí: "V hybridním autobusu jsme našli vozidlo, které je smysluplné jak z hlediska ochrany životního prostředí, tak i ekonomicky", řekl Reiner Zieschank, člen představenstva DVB pro techniku a finance. 4
Jaké byly dojmy z vozidla? Předem je třeba říci, že prvorozenec Urbino Hybrid, který je podle vyjádření svých otců spíše předsériovým vozidlem než prototypem, neodhalil žádná slabá místa. Vypadá jako zcela normální, běžně využívané vozidlo pro místní dopravu. Při jízdě se hybridní autobus ukázal bez komplikací. Řazení se omezuje na stisknutí tlačítka ("Vpřed") před rozjezdem. Zrychlení a zpomalení lze ve značném rozsahu uskutečnit plynovým pedálem. Jestliže dáme nohu z plynu, nastupuje brzdění rekuperací, které zabrzdí vozidlo přibližně až na rychlost chůze. V důsledku toho se vlastní brzdový pedál téměř nepoužívá. Od toho si výrobce slibuje dalekosáhlé šetření třecích brzd - a tím i dílenského rozpočtu. Uvolnění plynového pedálu aktivuje rekuperaci Maximální úspora pohonných hmot vzniká tehdy, když se plynový pedál používá co nejméně. Při nebezpečí smyku, pokud je v činnosti ABS, rekuperace nenastoupí. Při prezentaci dne 22. listopadu bylo vozidlo zatíženo 7 tunami písku, což je asi 75 % užitkové zátěže. Jinak v něm je místo až pro 161 cestujících, případně maximálně 53 + l sedadlo. Allison uvádí pro své autobusy (v USA?) emise hluku 79 db ve vzdálenosti 10 metrů. Hnací systém přirozeně upozorňuje přibližně uprostřed "salonu" vozidla na svoji přítomnost a to nejen v podobě skříně, kterou lze překrýt sedadly pouze částečně. Je také přítomen jako zdroj hluku, který mimochodem, i když je tu a tam propleten určitým bzukotem elektrických součástí, zní více jako dieselový pohon než elektrický drážní pohon. Dojem z hlukové kulisy ve vozidle nebyl vcelku špatný a to platí i při zvyšování rychlosti. Trasa zahrnovala delší stoupání a mnoho zatáček, projížděny byly rychlostí 60 km/hod. a více. Přímé srovnání hmotností není právě lehké. Sériové vozidlo Urbino 18 je tlačným kloubovým autobusem. Hybrid byl, pokud se týká hmotnosti, upraven tak, aby nebyl o mnoho těžší než verze s dieselem. Bylo třeba kompenzovat určitou nadváhu hnacího zařízení, vycházející především z hmotnosti baterie a měniče. Protože hybrid je tažným vozem, mohlo se na kloubu ubrat trochu hmoty. Nakonec vozidlo váží 17,4 tuny s řidičem a plně natankováno. Jako výhled uvedl Solaris ještě některé aspekty možného dalšího vývoje hybridní koncepce. Tak se uvažuje s použitím menšího motoru Cummins-ISB místo motoru ISL, dále se má postavit Urbino Hybrid o délce 18,75 metrů a v podstatě bylo rozhodnuto o vývoji 20metrové verze. Je zvažována vestavba řídícího přístroje OBD pro diagnózu a vedle dnes užívaného kloubu Hemscheidt je počítáno s kloubem Hübner HNG 17.0 (Puller). Zraky budou nyní v průběhu jednoho roku směřovat do Drážďan, kde se ukáže, zda bude možno v běžném provozu potvrdit, podle prvních testů výrobce udávaná, vysoká očekávání, spotřebu paliva mínus 20-43 %, oxidy dusíku mínus 10-39 %, emise částeček mínus 51-97 % - a to v porovnání k dieselovému autobusu Urbino. Nový midibus Alpino Desetimentrový Urbino již existuje, Drážďany např. dostanou čtyři exempláře. Prodejci, především ze Švýcarska a Itálie, stále upozorňují na potřebu ještě menšího midibusu. O rozhodnutí k jeho vývoji dala veřejná nabídková soutěž na asi 200 kusů těchto vozidel pro Atény, přičemž byl požadován předváděcí vůz. V krátké době tedy 5
vznikl prototyp vozu s rozměry 8,6 x 2,4 x 2,85 m, který byl pokřtěn jako Alpino. Kostra je provedena z nerezové oceli, opláštění z téhož materiálu a hliníkových panelů. Přední dveře mají šířku 860 mm, střední dveře 1 350 mm. Je k dispozici 13 + 1 sedadlo, z toho 4 bez podesty. Výška podesty má být ještě přepracována. Motorem je Cummins ISBe4 250B, 6,7 l, 184 kw, 1 200 Nm/1 500 ot/min. s převodovkou Voith Diwa 5. Emisní předpisy jsou splněny na AdBlue. Samostatné zavěšení kol vpředu pochází od Voitha nebo jako opce od ZF, hnací nápravou je ZT AV 132. Nový midibus Alpino. Je možno si ho představit při šplhání na úzké alpské průsmyky. Vlevo Urbino 12 EEV dopravní společnosti z Magdeburgu Na testovacím území v Pferdsfeldu byl rovněž předveden vůz Urbino 12 EEV č.3701 pro Magdeburg. Dopravní společnost MVB v Magdeburgu je s těmito 11 autobusy druhým německým zákazníkem typu EEV pro Solaris. Předtím obdržela dopravní společnost BSAG v Brémách 9 Urbino 18 EEV. Vozidla v Magdeburgu mají motory DAF, troje dveře Hübner, 31 sedadel a 60 míst k stání. Název originálu: Solaris-Hybridbus kommt in Fahrt Zdroj: stadtverkehr 1-2/07 (52), s. 35-37 Překlad: Jiří Mencl Jazyková korektura a grafická úprava: ODIS 6