Torque vectoring: Taking on the arctic with GKN / Coppia vettoriale: affrontare l'Artico con GKN

Segnalato dal Dott.  Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

eTwinsterX cut model with sideshafts 

The frozen lakes of northern Sweden provide the ultimate test-bed for the latest torque vectoring technology

You can almost sense the impending accident in the stillness of the Arctic air. Two-and-a-half tonnes of Volvo XC90 is bearing down on a perilous 90-degree corner, covered in sheet ice. The surface has a light dusting of snow and glassy blue patches where it has been scraped bare.

And yet, somehow, the inevitable crunch never comes. Instead, the nose of the car tucks obediently into the bend and the driver floors the throttle to ride out a long, lurid slide.

It soon becomes apparent that he’s doing it on purpose. Not very relevant to everyday driving you might argue, but the car in question is one of GKN Driveline’s fleet of technology demonstrators. And the important thing here is that it’s bending physics in a way that a vehicle of this size simply shouldn’t be able to do.

As with the production Volvo XC90 T8, on which this prototype is based, the combustion engine powers the front wheels alone, with drive to the rear coming from an electric motor. The key difference here is that the standard rear drive unit has been replaced by a GKN eTwinster system, which uses a pair of active clutch packs to distribute the torque in place of a differential.

Next, it’s our turn. Having previously been out in the standard car the difference is night and day. The big Volvo reacts crisply to even the smallest of control inputs, with noticeably less steering lock required. Absurd as this sounds, there’s a hint of Lotus Elise to the leviathan’s responses.

As our guide so willingly displayed, the car’s angle of attack is now far more sensitive to the throttle. The same principle applies when you lift off, with the regenerative braking effect split through the clutches to control the car’s attitude; too much understeer or oversteer and the system will adjust to compensate. What’s more, because it reacts in around 100 milliseconds, the Twinster unit can apply an aggressive initial response to bring the car back into line, followed by a gentle yaw-damping effect to prevent things from going too far. It’s the ultimate form of automotive flattery.

The calibration settings on this demonstrator vehicle have been tweaked to allow a degree of showboating, but the fundamental effects would be just as relevant in normal conditions. The same freakish levels of agility would be beneficial every time you went to thread the car down a winding country lane, while the greatly improved stability could be a potential life-saver in emergencies.

GKN has been developing the Twinster technology for some time now, with the electrified eTwinster first previewed in 2016. The core technology has been evolving ever since, though. In particular, the company recently introduced the eTwinsterX. This uses a two-speed seamless shift transmission to extend the electric axle’s speed range up to a theoretical 155mph (250 kph). Above that, the electric motor disconnects and the vehicle can continue in two-wheel drive mode.

We won’t be going that fast today, but it’s back onto Sweden’s frozen lakes of Arjeplog to sample GKN’s 2018 Technology Demonstrator (or GTD18 for short). Based on a Mercedes GLA 45 AMG, it does away with the production car’s mechanical all-wheel system. Instead, like the Volvo, it becomes a ‘through the road’ hybrid, with an eTwinsterX unit on the rear. What makes the GTD18 particularly intriguing, however, is the fact it also has a Twinster unit fitted to the gearbox at the front, splitting the torque from the combustion engine across the axle. That means, at the touch of a button, it can be driven in front-wheel drive, rear-wheel drive or four-wheel drive configurations with an infinite torque split across all four wheels. And that gives it some rather unique abilities.

Its first trick is familiar. By adjusting the degree of torque vectoring, the GKN engineer next to me can make the car feel noticeably more agile from one slalom run to the next. Again, there’s a serious point here. You reach a stage where the Twinster-equipped configuration will swerve around the obstacles and the regular setup will not.

Next, we switch to electric-only mode. Because the front Twinster system allows the combustion engine to be decoupled completely, GKN says it could add up to 15 per cent to a hybrid vehicle’s zero emissions range.

Under our low-speed conditions of our test, it makes for quite a potent driving experience – not to mention an entertaining one with the electric motor’s 120kW (161HP) and 210Nm (155lbft) of torque sent to the rear wheels alone.

The biggest surprise, however, comes when we switch to front-wheel drive mode. For all the packaging efficiency benefits of front-wheel drive cars, they have a tendency to understeer at the limit. But not this one. By carefully manipulating the torque split and selectively overspeeding the outside wheel, GKN has created a front-wheel drive car that will power-oversteer. It feels surprisingly natural, too – much like the same car operating in rear-wheel drive mode.

The engineers have saved the car’s party piece until last. After another tweak to the calibration, I’m invited to turn the steering onto full lock and do a U-turn. The GTD18 promptly whirls round in little more than its own length – the torque vectoring function resulting in a turning circle that would shame a London taxi. As with all these demonstrations, it’s possible that the low-grip surface is flattering the system’s abilities, but it’s still a vivid illustration of the potential benefits.

The timing is also rather apt. Hybrid and electric vehicles are the industry’s hottest topics right now and GKN is a keen advocate of the so-called P4 or through-the-road architecture. The company points out that this would enable carmakers to pursue a modular approach; by selecting different modules they

would be able to scale the drivetrain up from two-wheel drive to four-wheel drive and from combustion-only to hybrid or fully electric. It also allows the electrical half of the system to operate without the driveline losses that come from mounting the electric motor on the engine (P0, P1, P2) or the transmission (P3).

The other major factor when it comes to electric and hybrid vehicles is weight. For all the talk of super-light composite materials and high energy density batteries, plug-in capability still comes with a weight penalty measured in hundreds of kilos. You can never entirely suppress physics, but GKN’s work proves that you can take a vehicle built like a moose and make it handle like a gazelle.

ITALIANO

I laghi ghiacciati della Svezia settentrionale rappresentano il banco di prova per l'ultima tecnologia di vettorizzazione di coppia

Puoi quasi percepire l'incidente imminente nella quiete dell'aria artica. Due tonnellate e mezzo di Volvo XC90 poggiano su un pericoloso angolo di 90 gradi, coperto di lastre di ghiaccio. La superficie ha una leggera spolverata di neve e chiazze di vetro blu dove è stata raschiata a nudo.

Eppure, in qualche modo, l'inevitabile crisi non arriva mai. Invece, il muso dell'auto si piega obbediente nella curva e l'autista paventa l'acceleratore per uscire da una lunga e lurida scivolata.

Diventa presto evidente che lo sta facendo apposta. Non molto pertinente alla guida di tutti i giorni, si potrebbe obiettare, ma l'auto in questione è una delle flotte di dimostratori tecnologici di GKN Driveline. E la cosa importante qui è che sta piegando la fisica in un modo che un veicolo di queste dimensioni semplicemente non dovrebbe essere in grado di fare.

Come con la produzione Volvo XC90 T8, su cui si basa questo prototipo, il motore a combustione alimenta le ruote anteriori da solo, con la trazione posteriore proveniente da un motore elettrico. La differenza fondamentale qui è che l'unità di trasmissione posteriore standard è stata sostituita da un sistema GKN eTwinster, che utilizza una coppia di pacchi frizione attivi per distribuire la coppia al posto di un differenziale.

Successivamente, è il nostro turno. Essendo stato precedentemente nell'auto standard la differenza è notte e giorno. La grande Volvo reagisce in modo preciso anche ai più piccoli ingressi di controllo, con il minimo necessario blocco dello sterzo. Assurdo come sembra, c'è un accenno di Lotus Elise alle risposte del leviatano.

Come la nostra guida ha mostrato così volentieri, l'angolo di attacco dell'auto è ora molto più sensibile all'acceleratore. Lo stesso principio si applica quando si decolla, con l'effetto frenante rigenerativo diviso tra le frizioni per controllare l'assetto della vettura; troppo sottosterzo o sovrasterzo e il sistema si regolerà per compensare. Inoltre, poiché reagisce in circa 100 millisecondi, l'unità Twinster può applicare una risposta iniziale aggressiva per riportare la vettura in linea, seguita da un lieve effetto di smorzamento dell'imbardata per evitare che le cose vadano troppo oltre. È l'ultima forma di adulazione automobilistica.

Le impostazioni di calibrazione su questo veicolo dimostrativo sono state ottimizzate per consentire un certo grado di showboating, ma gli effetti fondamentali sarebbero altrettanto rilevanti in condizioni normali. Gli stessi mostruosi livelli di agilità sarebbero vantaggiosi ogni volta che si andava a infilare l'auto lungo una tortuosa strada di campagna, mentre la stabilità notevolmente migliorata potrebbe essere un potenziale salvavita nelle emergenze.

GKN ha sviluppato la tecnologia Twinster da un po 'di tempo, con l'elettrostatico eTwinster previsto per la prima volta nel 2016. Tuttavia, la tecnologia di base si è evoluta da allora. In particolare, la società ha recentemente introdotto eTwinsterX. Questo utilizza una trasmissione a scorrimento senza interruzioni a due velocità per estendere la gamma di velocità dell'asse elettrico fino a un teorico di 155 miglia all'ora (250 km / h). Oltre a ciò, il motore elettrico si disconnette e il veicolo può continuare in modalità di guida a due ruote.

Oggi non andremo così veloci, ma torneremo sui laghi ghiacciati di Arjeplog in Svezia per provare il Technology Demonstrator di GKN 2018 (o GTD18 in breve). Basato su un Mercedes GLA 45 AMG, elimina il sistema meccanico a quattro ruote della macchina di produzione. Invece, come la Volvo, diventa un ibrido "through the road", con un'unità eTwinsterX sul retro. Ciò che rende la GTD18 particolarmente interessante, tuttavia, è che ha anche un'unità Twinster montata sul cambio anteriore, che divide la coppia dal motore a combustione attraverso l'asse. Ciò significa che, con il semplice tocco di un pulsante, può essere guidato nelle configurazioni di trazione anteriore, trazione posteriore o trazione integrale con una coppia di torsione infinita su tutte e quattro le ruote. E questo gli conferisce alcune abilità piuttosto uniche.

Il suo primo trucco è familiare. Regolando il grado di vettorizzazione della coppia, l'ingegnere GKN accanto a me può rendere la vettura sensibilmente più agile da una corsa di slalom alla successiva. Ancora una volta, c'è un punto serio qui. Raggiungi una fase in cui la configurazione equipaggiata da Twinster si muoverà attorno agli ostacoli e l'impostazione normale non lo farà.

Quindi, passiamo alla modalità solo elettrica. Poiché il sistema Twinster anteriore consente di disaccoppiare completamente il motore a combustione, GKN afferma che potrebbe aggiungere fino al 15 percento alla gamma di emissioni zero di un veicolo ibrido.

Nelle nostre condizioni di bassa velocità del nostro test, si ottiene un'esperienza di guida piuttosto potente - per non parlare di uno divertente con 120kW (161 HP) del motore elettrico e 210 Nm (155lbft) di coppia inviata alle sole ruote posteriori.

La sorpresa più grande, tuttavia, arriva quando passiamo alla modalità di trazione anteriore. Per tutti i vantaggi dell'efficienza di imballaggio delle auto a trazione anteriore, hanno una tendenza al sottosterzo al limite. Ma non questo. Maneggiando con cura la coppia di serraggio e selettivamente oltrepassando la ruota esterna, GKN ha creato una vettura a trazione anteriore che subirà un sovrasterzo di potenza. È anche sorprendentemente naturale, proprio come la stessa macchina che opera in modalità trazione posteriore.

Gli ingegneri hanno salvato il pezzo di festa della macchina fino all'ultimo. Dopo un altro ritocco alla calibrazione, sono invitato a girare lo sterzo sul blocco completo e fare un'inversione a U. Il GTD18 gira rapidamente in poco più della sua lunghezza - la funzione di viraggio vettoriale che genera un cerchio di svolta che vergognerebbe un taxi londinese. Come con tutte queste dimostrazioni, è possibile che la superficie a bassa aderenza assecondi le capacità del sistema, ma è comunque un vivido esempio dei potenziali benefici.

Anche il tempismo è piuttosto azzeccato. I veicoli ibridi ed elettrici sono gli argomenti più interessanti del settore in questo momento e GKN è un appassionato sostenitore della cosiddetta architettura P4 o attraverso la strada. La società sottolinea che ciò consentirebbe alle case automobilistiche di perseguire un approccio modulare; selezionando diversi moduli sarebbe in grado di scalare la trasmissione da due ruote motrici a trazione integrale e da sola combustione a ibrida o completamente elettrica. Consente inoltre alla metà elettrica del sistema di funzionare senza le perdite della trasmissione che derivano dal montaggio del motore elettrico sul motore (P0, P1, P2) o sulla trasmissione (P3).

L'altro fattore importante quando si tratta di veicoli elettrici e ibridi è il peso. Per tutti i discorsi sui materiali compositi super leggeri e sulle batterie ad alta densità di energia, la funzionalità plug-in prevede ancora una riduzione del peso misurata in centinaia di chili. Non puoi mai sopprimere completamente la fisica, ma il lavoro di GKN dimostra che puoi prendere un veicolo costruito come un alce e farlo gestire come una gazzella.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/gkn-torque-vectoring-technology/?cmpid=tenews_5008363&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79