O pracach nad hybrydowym układem napędu Tatra informowała nieoficjalnie już latem 2023 r. Zgodnie z ówczesnymi planami prototyp takiego modelu w wydaniu wojskowym miał być eksponowany na targach Eurosatory w 2024 roku. Z tych zapowiedzi jednak ostatecznie nic nie wyszło, gdyż Czesi zdążyli jedynie przygotować pierwszy prototyp w pełni wojskowego wykonania Force w bazowej konfiguracji spalinowej, 3-osiowej – najpierw na premierę cywilnej gamy Phoenix kolejnej generacji, potem już na wspomnianą Eurosatory. Prace nad hybrydą zostały nieco spowolnione. Ich rezultat został oficjalnie ujawniony w Pradze. Jest to zatem druga typowo wojskowa, o wysokiej mobilności taktycznej, hybrydowa ciężarówka klasy tonażowej ciężkiej przygotowana przez europejskiego wytwórcę. Pierwszą była 2-osiowa Scania R450 HP B4x4HZ, przywieziona na Eurosatory w 2024 roku.
Tatrę Force e-DRIVE 8×8 Hybrid zbudowano w oparciu o najnowszą, trzecią generację serii modeli Force, która m.in. zdobyła w tym roku nagrodę Red Dot Design. Posłuży ona do sprawdzenia konstrukcji m.in. samego napędu hybrydowego. W Pradze ciężarówkę pokazano w wersji zdemilitaryzowanej, 4-osiowej. Jest to zatem pierwsza wersja 4-osiowa z nowej gamy Force, gdyż dotychczas zaprezentowane auta były to typy: dwa cywilne, 2-osiowe – oba, z załogową czterodrzwiową wydłużoną kabiną i z bliźniaczym ogumieniem z tyłu (pożarniczy i skrzyniowy badany w ramach projektu wdrożenia modeli przygotowanych do jazdy zautomatyzowanej), oraz wskazany 3-osiowy, militarny, z długą kabiną i wyłącznie pojedynczym ogumieniem. Model hybrydowy otrzymał zaś, analogicznie jak wszystkie wcześniejsze cywilne, kabinę załogową – wydłużoną, czterodrzwiową, jak i kabiny dla sześcioosobowej załogi.
Hybrydową Tatrę charakteryzują też nowa architektura elektroniczna i czterodrzwiowa kabina załogowa nowego rodzaju. Pojawiła się ona w gamie Force trzeciej generacji jako pierwsza już w 2023 r. i początkowo była wprowadzona w dwóch wspomnianych wyżej modelach 2-osiowych. Kabinę tę cechuje szereg ponadstandardowych zabezpieczeń, cyfrowa tablica rozdzielcza z nowoczesnym, ergonomicznym designem, szyberdach, klimatyzacja, ogrzewanie postojowe czy elektryczne sterowanie szybami. Do tego pierwszy Force e-DRIVE 8×8 Hybrid dostał wyłącznie pojedyncze ogumienie, co w pewien sposób determinuje zakres jego potencjalnego wykorzystania ze względu na bardzo wysoką dzielność terenową. I właśnie to wyłącznie pojedyncze ogumienie realnie oznacza, że poza siłami zbrojnymi grono jego rzeczywistych odbiorców zaliczać się będzie do wybitnie limitowanych – w pierwszym rzędzie będą to straż pożarna i ekipy ratownicze czy naprawcze, przykładowo z energetyki.
Niemniej w sytuacji założenia z tyłu bliźniaczego ogumienia, co dla Tatry – w odróżnieniu od innych marek – nie oznacza wyraźnego spadku dzielności terenowej, i wobec tego wzrostu dopuszczalnej masy całkowitej auta solo z około 38.000 do 44.000-52.000 kg (od zestawienia osi o naciskach 2×9000+2×13.000 do 2×10.000+2×16.000 kg – wzmocnione tylne zawieszenie King Frame), liczba faktycznie zainteresowanych może jeszcze wzrosnąć o sektory budowlany i wydobywczy. W tym drugim przypadku zagadnienie odnosi się głównie do kopalń odkrywkowych, do których analogiczne propozycje w postaci właśnie opcji hybrydowych od lat kieruje fińska Sisu Auto Oy.’
W kwestii zestawienia hybrydowego układu napędowego Tatra pierwotnie wskazywała, że samochód ten dostanie standardowy, czeski silnik spalinowy w nastawie o mocy maksymalnej 408 KM (300 kW) i maksymalnym momencie obrotowym 2100 Nm, współpracujący z silnikiem elektrycznym o analogicznej mocy. Poza tym pojemność pokładowych baterii miała być skalowalna w zależności od potrzeb użytkownika. I rzeczywiście hybrydowy układ napędowy wykorzystuje kombinację chłodzonego powietrzem 8-cylindrowego silnika wysokoprężnego Tatra, silnika elektrycznego i wielostopniowej, w pełni automatycznej skrzyni przekładniowej z konwerterem hydrodynamicznym, do czego dochodzi pokładowy akumulator trakcyjny. Komponenty te wbudowano w standardowe podwozie z centralną rurą nośną i niezależnie zawieszonymi półosiami wahliwymi z zawieszeniem pneumatycznym. Nie musiano w tym celu w żaden specjalny sposób modyfikować podwozia. Połączenie spalinowego silnika Diesla i silnika elektrycznego z akumulatorem trakcyjnym oferuje kilka rodzajów trybów pracy i oczywiście dzięki niemu osiągniemy także redukcję szkodliwych emisji podczas eksploatacji.
Napęd dla układu hybrydowego zapewnia wspomniany silnik Tatra ze sterowaniem elektronicznym, 8-cylindrowy, widlasty, 12,667-litrowy (średnica cylindra x skok tłoka – 120×140 mm), chłodzony powietrzem, w wykonaniu Euro 3 i obecnie w nastawie o maksymalnych: mocy 408 KM przy 1800 obr./min i momencie obrotowym 2100 Nm przy 1000 obr./min. Połączono go z silnikiem elektrycznym synchronicznym Danfoss EM-PMI375-T1100 z magnesami trwałymi (SRPM), o mocy ciągłej 300 kW, mocy maksymalnej 500 kW i momencie obrotowym 2400 Nm. Współpracują one z w pełni automatyczną, siedmiobiegową skrzynią Allison 4900 i skrzynią rozdzielczą Tatra typu step-down, połączoną za pomocą wału łączącego (Kardana) ze standardowym montażem w centralnej rurze nośnej podwozia.
W ciężarówce zamontowano także akumulator trakcyjny typu LTO o pojemności 89 kWh. To akumulatory litowo-jonowe, które jednak zamiast grafitowej anody mają ten element pokryty tlenkiem tytanu (T1O2), co stanowi główną zaletę akumulatorów LTO. Wykorzystanie nanokrystalicznej struktury tlenku tytanu skutkuje powstaniem nawet trzydziestokrotnie większej użytecznej powierzchni anody w porównaniu z bateriami litowo-jonowymi. Duży obszar roboczy elektrody dodatniej przekłada się na zdecydowanie szybsze przenoszenie ładunku i tolerancję wyższych wartości prądów. Baterie LTO doskonale sprawdzają się w ekstremalnych warunkach i bardzo szybko się ładują. Są też bardzo trwałe. Zastosowanie baterii o takiej pojemności powoduje, że z jednej strony nie będą one ważyć zbyt wiele i tym samym negatywnie wpływać na ładowność, z drugiej natomiast koszt ich zakupu będzie się kształtować na akceptowalnym poziomie. Do tego wewnątrz układu napędowego dochodzą mechanizmy różnicowe osiowe i międzyosiowe. Przy czym osie wyróżnia nowy rodzaj redukcji, tzw. prawa planeta. Tak skompletowany samochód charakteryzują w wydaniu 4-osiowym z wyłącznie pojedynczym ogumieniem – ładowność 22.000 kg i dopuszczalna masa całkowita mogąca sięgać 38.000 kg.
Ta nowa, hybrydowa Tatra może poruszać się albo wykorzystując wyłącznie silnik elektryczny, co przy tej pojemności baterii w dobrych warunkach drogowych zabezpiecza zasięg aż do 70 km, albo umożliwia pracę wyłącznie na silniku spalinowym, albo jazdę z równoległym połączeniem silnika spalinowego i elektrycznego. W przypadku pierwszego trybu pracy wykorzystującego napęd silnikiem elektrycznym możliwa jest lokalnie czysta, bezemisyjna praca lub np. cichy ruch przy zmniejszonym śladzie cieplnym. Samochód porusza się wówczas wyłącznie w oparciu o silnik elektryczny, przy zredukowanej sygnaturze termalnej.
Połączenie cichobieżności i niskiej emisji ciepła okazuje się wyjątkowo wskazane w sytuacji operowania blisko linii frontu. Jak podkreślają sami Czesi, pojazd mógłby wykorzystywać napęd czysto elektryczny w obszarach bojowych i narażonych, w których konieczne są w istotny sposób zmniejszenie hałasu i śladu termalnego w podczerwieni lub mógłby mieć napęd, w którym wewnętrzny silnik spalinowy spełnia rolę przedłużacza zasięgu. Analiza wojny na Ukrainie wskazuje, że taki tryb jazdy bywa preferowany nie tylko w odniesieniu do lżejszych aut zwiadowczych, ale także w przypadku ciężarówek klasy tonażowej ciężkiej – tzw. ciężkich transporterów logistycznych i nośników różnorodnych systemów uzbrojenia, łączności i radarowych. Do tego dochodzą specjalnie zmodyfikowane podwozia kołowych transporterów takich jak Titus, powstały w ramach współpracy z francuskim koncernem zbrojeniowym Nexter. W kombinowanym trybie połączenia silnika spalinowego, elektrycznego i akumulatora trakcyjnego, cały układ napędowy też będzie oferował zwiększony zasięg. W rezultacie wyraźnie wzrastają możliwości eksploatacyjne tego produktu.
Niemniej należy zaznaczyć, że podany przez Tatrę zasięg w trybie w pełni elektrycznym, przy pojemności baterii określonej na 89 kWh mający dochodzić do 70 km, wydaje się być mocno zawyżony. Np. Scania w swoich cywilnych szosowych wariantach hybrydowych podaje, że zainstalowana pojemność baterii to 90 kWh, z kolei zasięg w trybie jazdy w pełni elektrycznej ma dochodzić do 60 km, w zależności oczywiście od szeregu czynników, takich jak prędkość, jakość nawierzchni, topografia pokonywanej trasy, masa pojazdu i ładunku, styl prowadzenia, liczba operacji start&stop i inne. Te do 60 km odnosi się zatem do aut typowo szosowych, 2- lub 3-osiowych, z napędzaną wyłącznie jedną osią, a nie wydania 4-osiowego, z dodatku z napędzanymi wszystkimi czterema osiami.
Należy tu wskazać, że uzyskiwany zasięg stanowi pochodną pojemności pokładowych baterii, które wciąż pozostają jedną z tzw. kluczowych krytycznych składowych zelektryfikowanych ciężarówek ze względu na swoją masę, wymiary i cenę. Oczywiście model hybrydowy pozwala na zredukowanie ich liczby i pojemności, lecz dalej one w nim występują. Jak mnie zapewnili rozmówcy w Tatrze, w oparciu o ten prototypowy egzemplarz mają być dobrane skalowalne pojemności baterii w zależności od przewidywanego zakresu zastosowania.
Zarówno w przypadku klientów cywilnych, jak i sił zbrojnych kluczowymi cechami i zaletami hybryd mają być:
Wstępnie obliczono, że dla omawianej Tatry mogą być one wyższe ok. 20-30% w zależności od szeregu czynników; będący pochodną spadku zużycia paliwa wzrost zasięgu na jednym tankowaniu przy zadanej pojemności zbiornika paliwa ewentualnie możliwość montażu zbiornika o mniejszej pojemności, rzędu ok. 100 litrów, co ma pozwolić na kompensację w określonym zakresie wyższej masy własnej, bądź alternatywa instalacji pokładowych baterii o pojemności około 30 kWh, w zależności od potrzeb; przy hybrydzie równoległej możliwość pokonywania w trybie w pełni elektrycznym, czyli cichym i bezemisyjnym, przeciętnie do 15-30 km (tyle wstępnie podawała Tatra, zasięg w trybie cichym zależy również bezpośrednio od innych funkcji pokładowych zasilanych z tych baterii).
Dla wojska ważne z tego są szczególnie – możliwość poruszania się cichym trybie skrytym przy wyraźnie obniżonej sygnaturze termalnej i akustycznej oraz zwiększony zasięg na jednym tankowaniu, wynikający z mniejszego zużycia paliwa, a przekładający się na spadek wymagań i kosztów w obszarze tzw. śladu logistycznego w zaopatrzeniu.
Poza tym technologia hybrydowa oznacza dla armii kolejne korzyści w postaci możliwości zasilania z pokładowych akumulatorów licznych urządzeń elektrycznych bez konieczności załączania chwilowego silnika spalinowego i możliwość tzw. eksportu energii na zewnątrz. Wówczas taka hybrydowa ciężarówka pracuje jako stacjonarny agregat prądotwórczy. Dlatego też Tatra nie decyduje się w tej sytuacji na downsizing silnika spalinowego, charakterystyczny dla sektora cywilnego.
Ponadto kwestią gry kompletacyjnej pozostaje dobór baterii o takiej pojemności – rzędu 100-200 kWh, pomijając problem ich ceny, by z jednej strony nie ważyły zbyt dużo, co negatywnie przekłada się na ładowność, z drugiej zabezpieczały wymagany zasięg w trybie cichym, w tym także w momencie jazdy w trudnym terenie i przy pracujących urządzeniach pokładowych i zasilaniu urządzeń i osprzętu zewnętrznego. Należy przyjąć, że minimalne pojemności pokładowych baterii powinny zasilić jedynie wsparcie mobilności (rekuperacja energii przy hamowaniu, pomoc podczas przyspieszania i podjazdów na wzniesienia – 1- 5 kWh, jazda w trybie cichym do 5-10 km (teren/droga) – 30 kWh, jazda w trybie cichym 15-30 km (teren/droga) – 70 kWh, jazda w trybie cichym 15-30 km (teren/droga) plus praca urządzeń zewnętrznych – minimum 100 kWh, jazda w trybie cichym 30-45 km (teren/droga) – 140-150 kWh, jazda w trybie cichym 30-45 km (teren/droga) plus praca urządzeń zewnętrznych – minimum 150 kWh. Osobne wyzwanie to zabezpieczenie w wariancie terenowym baterii przed zalaniem.
W ciężarówkach szosowych baterie montuje się zazwyczaj ze względów bezpieczeństwa między podłużnicami ramy podwozia, co dodatkowo obniża wysokość środka ciężkości i w efekcie poprawia stabilność w trakcie jazdy. Jednak w ciężarówkach terenowych, takich jak Tatra Force, ze zrozumiałych względów rozwiązanie takie nie może zostać wprowadzone. W związku z tym baterie wraz z ich układem kondycjonowania trzeba zamontować jak najwyżej, w specjalnym module za kabiną. Tak uczyniła Tatra, ten zakabinowy moduł z zewnątrz bo bokach chroniąc pionowymi prostokątnymi osłonami z tworzywa, z koniecznymi otworami. Przy czym przed tym modułem, tuż za kabiną, znajduje się moduł ze zbiornikami pokładowych instalacji oraz – po lewej stronie – z chłodnicą zakabinową służącą do optymalizacji temperatury akumulatorów, a po instalacji chłodzonego cieczą silnika Cumminsa i niezbędnym rozbudowaniu może chłodzić również to źródło napędu.
Hybryda Force e-Drive to kolejna z szeregu nowości, które w ciągu ostatnich dwóch lat zaprezentowała czeska Tatra Trucks. Force e-Drive Hybrid zamyka na razie listę nowości. Jednakże dział badawczo-rozwojowy z Kopřivnicy pracuje nad innymi projektami, zarówno w obszarze udoskonalania rozwiązań technicznych i układów elektronicznych samych aut, jak i nad standardowymi silnikami spalinowymi własnej konstrukcji i innymi, alternatywnymi układami napędowymi.
Jarosław Brach
Fot. Tatra Trucks
1 września br. inspektorzy z kędzierzyńsko-kozielskiego oddziału Wojewódzkiego Inspektoratu Transportu Drogowego w Opolu prowadzili działania kontrolne […]
Przez lata telematyka w transporcie kojarzyła się przede wszystkim z lokalizacją pojazdu, czasem pracy kierowcy i […]
Skuteczne zabezpieczenie ładunku to fundament bezpiecznego transportu. Normy PN EN 12195 jasno określają wymagania mocowania, a […]
