Гибридная трансмиссия с дополнительной электрической машиной и способ управления. Гибридная трансмиссия


Эволюция трансмиссий гибридного и полностью электрического транспорта

Типы электрических трансмиссий

Все имеющиеся транспортные средства, использующие для перемещения электричество можно разделить на две группы: полностью электрические и гибридные. В гибридных транспортных средствах предусмотрен некоторый источник питания необратимого принципа. Например, это может быть топливный элемент или двигатель внутреннего сгорания.

В свою очередь полностью электрические транспортные средства подразделяют на автономные и неавтономные. К автономным транспортным средствам относится электромобиль, имеющий на борту батарею, обеспечивающую некоторый запас хода. Неавтономные средства должны постоянно питаться от контактного рельса (поезда в метро) или от контактной сети (трамвай, автобус, электропоезд). В некоторых случаях может использоваться смешанное и/или даже беспроводное питание. Так, известны случаи оборудования троллейбусов суперконденсаторами и/или аккумуляторами для преодоления неэлектрифицированных участков. Системы беспроводного питания пока не реализованы на практике, однако имеются проекты по созданию дорог со встроенными в полосы движения индукторами для бесконтактной передачи энергии на автомобиль посредством магнитного поля.

Гибридные транспортные средства могут иметь не только необратимый источник энергии, но и один или несколько накопителей типа суперконденсаторов или аккумуляторных батарей. Эти элементы служат для нескольких целей. Во-первых, это прием энергии торможения транспортного средства. Ведь торможение предпочтительнее делать электрической частью, так как сгенерированную энергию, запасенную в супер-конденсатор или аккумулятор можно будет повторно использовать при разгоне. Во-вторых, наличие буферных элементов в системе позволяет загружать основную силовую установку в режиме максимального КПД. Так, двигатель внутреннего сгорания может работать в номинальной точке, а аккумулятор покрывает недостаток мощности, либо принимает ее избыток. При полном заряде аккумулятора, двигатель может быть просто выключен, чтобы не тратить топливо, пока необходимость его подзарядить не появится снова.

Размер буферного накопителя определяет возможность использования гибридного транспортного средства в режиме подключаемого к сети. Если аккумулятора или супер-конденсатора нет или они малы, то заряжать такой гибрид от сети не имеет смысла. Однако если запас хода от буферного накопителя составляет хотя бы несколько километров, то связка «аккумулятор – зарядное устройство – сеть» дает широкий спектр дополнительных полезных функций. Это заряд батареи для экономии топлива в на начальном этапе пути. Для некоторых гибридов пробег без включения ДВС составляет несколько километров, что в ряде случаев достаточно для поездки из дома на работу и обратно. Во-вторых, это функции работы электромобиля в энергосистеме. Таких функций очень много, часть из них критикуется и считается вредными, однако сейчас становятся понятны условия и режимы, которые можно реализовывать не в ущерб сроку службы батареи транспортного средства.

Заполнение долин (valley filling), когда заряд производится только при недогрузке сетей ниже установленного уровня. Срез пиков (peak shaving), когда при перегрузки сети транспортное средство участвует в генерировании энергии, разряжая батарею, но поддерживая сеть. Тарифный насос (carbitrage), когда заряд производится по минимальным тарифам, а после энергия продается на аукционе по более высокой цене. Такие функции, безусловно, создают лишнюю нагрузку на батарею, снижая ее ресурс. Но последние исследования показывают, что при ограничении токов заряда и разряда можно сохранить ресурс батареи на прежнем уровне при незначительном уменьшении эффективности тарифного насоса. Выравнивание перекосов фаз в населенных пунктах с малой мощностью питающей сети и перекосах в потреблении также может решаться средствами подключаемых гибридов. Компенсация реактивной мощности и гармонических искажений доступна практически бесплатно без использования ресурса аккумулятора.

Кроме того, применение подключаемых гибридов в странах с холодным климатом позволяет создать более комфортные условия для водителя и пассажиров за счет подготовки автомобиля перед поездкой, прогрева салона и подогрев ДВС перед запуском на сильном морозе.

С точки зрения организации механической части реализаций достаточно много, можно выделить:

  • привод через автоматическую коробку передач,
  • привод с механическим сложением скоростей из разных источников,
  • привод типа «мотор – ось»,
  • привод типа «мотор – полуось»,
  • привод типа мотор-колесо.

Если первые два типа имеют еще ДВС, то их условно относят к классу параллельных гибридов. Оставшиеся три типа не позволяют использовать ДВС непосредственно для приведения в движение колес, поэтому выработка энергии производится в одном месте, а затем в электрическом виде она передается на электродвигатель, каким-либо образом связанный с колесами.

Привод через автоматическую коробку передач уже присутствует на рынке, например, Mercedes-Benz E 300 BlueTec Hybrid (см. рис. 5). Привод с механическим сложением скоростей на базе планетарной передачи применяется в Toyota Prius (см. рис. 6), а в гибридных Lexus к такому приводу добавляется схема «мотор – ось» для второй оси машины (см. рис. 7).

Рис. 5. Компоновка электромотора в Mercedes-Benz E 300 BlueTec Hybrid.

 

Рис. 6. Трансмиссия Toyota Prius (рисунок с сайта 24auto.ru).

 

Рис. 7. Схема трансмиссии Lexus GS 450h и Lexus LS 600h (рисунок с сайта http://vodorod-tex.ru/statia/hybrid-synergy-drive.html).

Схема «мотор – ось» состоит из мотора, редуктора с фиксированным передаточным отношением, механического дифференциала и колес. Такая компоновка удобна, так как позволяет выпускать машины с электроприводом путем относительно простой модификации серийных бензиновых машин. По сути, сохраняется вся стандартная трансмиссия, где вместо коробки передач к входному валу дифференциала стыкуется электромотор-редуктор. Подвеска, тормоза, колеса при этом остаются штатными.

Схема «мотор – полуось» имеет по мотору на каждое ведущее колесо. Как правило, это два мотора на заднюю или переднюю ось. Схема содержит электромотор-редуктор, вал постоянной скорости вращения, колесо. Данное решение более дорогое за счет большего числа приводов, однако имеет значительно лучшую управляемость по сравнению с «мотор – ось», что не всегда может быть востребовано в городских условиях. Здесь в полной мере электрически решаются вопросы противо-буксовочной системы и антиблокировочной системы тормозов за счет управления моментом по каждому колесу. Кроме того, из схемы уходит механических дифференциал, а также один датчик положения. Если в схеме с дифференциалом требуется три датчика положения (один на электродвигатель, два для работы антиблокировочной системы на каждое колесо), то при индивидуальном приводе нужны только датчики колес.

Система мотор-колесо считается наиболее перспективной, однако до успешной коммерческой реализации она дошла только в самосвалах БЕЛАЗ. Сказать однозначно, что именно привлекает ученых и конструкторов к такому решению сложно, хотя в некоторых случаях это может быть единственно возможное решение, как, например, в НИР и ОКР «Платформа», где заданный ход подвески практически исключает возможность применения иных решений.

Недостатков мотор-колеса много:

  • необходимость гибко подводить провода питания, которые находятся в грязи, воде и снегу, что вызывает проблемы с изоляцией за счет ее естественного перетирания;
  • электродвигатель также постоянно находится в грязи и воде;
  • надо организовывать охлаждение электродвигателя и подключать помимо электрики и тормозной системы еще и тосол;
  • масса колеса существенно увеличивается, что создает дополнительную нагрузку на подвеску машины;
  • объем колеса весьма мал для электрической машины, редуктора и штатной тормозной системы, сосредоточенных в одном месте;
  • безредукторные мотор-колеса сильно ограничены по углу подъема и спуска по сравнению с обычными транспортными средствами.

Вместе с тем, развитие технологий и новых материалов может позволить в недалеком будущем начать применять мотор-колеса в транспорте повсеместно. Но на настоящее время система «мотор – полуось» является предпочтительной. Нет проблем с нагрузкой на подвеску, двигатель можно разместить в относительно чистом окружении с надежным подводом электрического питания и охлаждающей жидкости.

Эволюция трансмиссий

Рассматривая всё многообразие современных решений хочется определить, на каком уровне развития эти решения находятся, на сколько они оптимальны и в каком направлении будут развиваться гибридные и полностью электрические трансмиссии?

Чтобы ответить на этот вопрос необходимо вспомнить ступени развития обычного общепромышленного привода и наложить текущие решения на временную ось эволюции.

Первым делом рассмотрим Mercedes-Benz E 300 BlueTec Hybrid. Это гибридная трансмиссия с коробкой передач. Моменты на колесах распределяются какими-то интеллектуальными механизмами. Такое решение ни что иное, как групповой привод начала 20-го века. Один приводной двигатель, а от него ременной передачей механическая мощность распределяется по станкам. Вся гибридная инновация заключается в размещении ДВС на одном валу с электрической машиной.

Тойота (см. рис. 6) предлагает более сложное и интересное решение. Два электродвигателя/генератора, основной двигатель, который можно выключать. Избытки энергии можно перенаправлять в батарею для ее заряда. Решение очень похоже на электромеханический каскад (см. рис. 8), который был популярен в середине 20-го века.

Рис. 8. Электромеханический каскад.

Очевидно, что индивидуальный привод на колесо занимает более высокую ступень эволюции, чуть отстает «мотор – ось», а в далекой перспективе их место займет мотор-колесо, как показано на рис. 9.

Рис. 9. Эволюция трансмиссий (не принимать всерьёз).

Выводы

Очевидно, что развитие трансмиссий придёт в итоге к индивидуальному приводу. Возможно, это будут мотор-колеса, когда новые материалы и конструктивные решения позволят сделать этот узел надежным и компактным независимо от мощности и диаметра колеса. Много внимания будет уделяться самосенсорному управлению, которое существенно увеличивает надежность электропривода за счет исключения датчика положения из системы. Однако окончательную победу гибридного и полностью электрического транспорта следует ожидать, когда появятся совершенные накопители электрической энергии, не боящиеся морозов, высоких токов заряда/разряда.

spmrussia.ru

ГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГИБРИДНОЙ ТРАНСМИССИЕЙ

Изобретение относится к гибридной трансмиссии для автомобилей, содержащей двигатель внутреннего сгорания, электрический двигатель, источник высокого напряжения, разделительное сцепление, автоматическую ступенчатую коробку передач и, по меньшей мере, одно устройство управления, причем двигатель внутреннего сгорания содержит вал двигателя, который соединен с первым элементом разделительного сцепления, при этом второй элемент разделительного сцепления соединен с входным валом коробки передач автоматической ступенчатой коробки передач так, что двигатель внутреннего сгорания и электрический двигатель вместе либо по отдельности непосредственно и/или опосредованно воздействуют на входной вал коробки передач, при этом ротор электрического двигателя жестко соединен с входным валом коробки передач.

Гибридные трансмиссии и способы управления гибридными трансмиссиями известны в достаточной мере. В принципе, существует различие между последовательным и параллельным гибридным приводом. Более того, существуют также смешанные формы этих двух форм привода. Характерным признаком последовательной гибридной трансмиссии является последовательное расположение преобразователей энергии, причем двигатель внутреннего сгорания не имеет механического соединения с ведущими колесами. И, напротив, в параллельной гибридной трансмиссии двигатель внутреннего сгорания и электрический двигатель механически соединены с ведущими колесами. В результате этого в параллельной гибридной трансмиссии создается преимущество, заключающееся в том, что в ней можно использовать различные функциональные возможности, например стартстопный режим работы, рекуперацию энергии торможения, исключительно электрический режим эксплуатации вождения, поддержку двигателя внутреннего сгорания электрическим двигателем во время приведения в действие (усиления), а также смещение точки нагрузки двигателя внутреннего сгорания. Возможность исключительно электрического режима эксплуатации обеспечивается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания через разделительное сцепление отсоединяется от входного вала коробки передач. Что касается коробок передач, то в настоящее время обычной практикой является использование автоматических ступенчатых коробок передач. Такие автоматические ступенчатые коробки передач предоставляют для водителя возможность с помощью команд, подаваемых с клавиатуры, лично подавать команды для переключения. Для обеспечения водителя быстрым ответом коробки передач часто применяют способ переключений, в котором трансмиссия между двигателем внутреннего сгорания и входным валом коробки передач прерывается на короткое время, чтобы отрегулировать двигатель внутреннего сгорания на необходимую частоту вращения. Недостаток этого способа переключения заключается в прерывании силового потока, при этом крутящий момент на колесе на короткое время достигает нулевого показателя, что, в частности в режиме рекуперации, приводит к тому, что энергия рекуперации теряется и возможны серьезные сбои при вождении, например, к возникновению рывков. В частности, в DE 10 2005 015 485 раскрыта гибридная трансмиссия, предназначенная для устранения этих недостатков. При этом предусмотрено, что в случае операции переключения автоматической ступенчатой коробки передач во время операции торможения тормозной момент, по меньшей мере, на одном приводном колесе должен удерживаться примерно постоянным. Перед автоматической ступенчатой коробкой передач расположена одна муфта или, в случае применения коробки передач с двойным сцеплением, две муфты. Однако было выявлено, что в результате использования такого принципа возникает отрицательное влияние на обычную спонтанность и ответ на команды переключения.

В связи с этим задачей изобретения является предоставление гибридной трансмиссии для автомобилей, в которой устраняются описанные выше недостатки.

Поставленная задача решается согласно настоящему изобретению тем, что автоматическая ступенчатая коробка передач выполнена в виде коробки передач с двойным сцеплением, которая содержит первую муфту коробки передач и вторую муфту коробки передач. Таким образом, трансмиссия содержит в общем три муфты, причем разделительное сцепление можно вставить между двигателем внутреннего сгорания и электрическим двигателем на месте муфт коробки передач, чтобы можно было обеспечить обычную спонтанность в ответ на команды переключения. При этом достигается особое преимущество, в частности, если в устройстве управления двигателя внутреннего сгорания, работающего в режиме принудительного холостого хода и в режиме рекуперации, предусмотрено средство для включения с помощью разделительного сцепления операции переключения. С помощью расположения согласно изобретению разделительное сцепление включено в последовательность переключения коробки передач во время с рекуперацией, в то время как двигатель внутреннего сгорания подключен. В результате этого создается возможность использования дополнительного элемента переключения, а именно разделительного сцепления, для обеспечения быстрых толчковых обратных переключений во время рекуперации энергии.

Кроме того, задача решается с помощью способа управления гибридной трансмиссией, при котором двигатель внутреннего сгорания в исходном состоянии работает в режиме принудительного холостого хода, разделительное сцепление замкнуто, а электрический двигатель используют в качестве генератора, так что он находится в режиме рекуперации, на первом этапе в устройстве управления обеспечивают возможность ручной или автоматической подачи команды переключения, на втором этапе разделительное сцепление размыкают, на третьем этапе производят регулирование частоты вращения двигателя внутреннего сгорания в зависимости от команды переключения, на четвертом этапе, который осуществляют одновременно с третьим этапом, производят перекрывающееся переключение коробки передач с двойным сцеплением, при котором происходит повышение момента рекуперации электрического двигателя для компенсации отсутствующего теперь момента потерь двигателя внутреннего сгорания, на пятом этапе заканчивают управление частотой вращения двигателя внутреннего сгорания, на шестом этапе разделительное сцепление замыкают. Более того, после первого этапа можно производить проверку команды переключения в устройстве управления и при необходимости подавать новую команду включения.

Иллюстративный вариант осуществления изобретения показан на чертеже и описывается ниже.

На чертеже:

Фиг. 1 - схематическое изображение гибридной трансмиссии согласно изобретению для автомобиля, и

Фиг. 2 - схематическое изображение последовательности переключения коробки передач с двойным сцеплением в режиме рекуперации.

На фиг. 1 показана в качестве примера гибридная трансмиссия 2 автомобиля. Гибридная трансмиссия 2 выполнена в виде параллельной гибридной трансмиссии. Она содержит двигатель 4 внутреннего сгорания, электрический двигатель 6, который в данном случае может использоваться также в качестве генератора, источник 8 высокого напряжения, разделительное сцепление 10 и коробку передач 12 с двойным сцеплением, которое через дифференциал 14 передает крутящий момент на задние колеса 16. Далее предусмотрено устройство 18 управления, которое в зависимости от параметров движения выбирает соответствующий режим вождения и осуществляет, в частности, команды переключения водителя.

Двигатель 4 внутреннего сгорания содержит вал 20 двигателя, который жестко соединен с первым элементом 22 разделительного сцепления 10. Второй элемент 24 разделительного сцепления 10 жестко соединен с входом 26 коробки передач коробки передач 12 с двойным сцеплением. Более того, ротор (специально не показан) электрического двигателя 6 жестко соединен с входом 26 коробки передач. Вход 26 коробки передач воздействует на коробку передач 12 с двойным сцеплением, которая известным образом содержит первую муфту 28 коробки передач и вторую муфту 30 коробки передач, которые соответственно соединены с первой составной коробкой передач 32 и второй составной коробкой передач 34. Через выход 36 коробки передач крутящий момент соответствующей составной коробки передач передается через дифференциал 14 на ведущие колеса 16.

Для предоставления водителю возможности, в том числе при работающем в режиме принудительного холостого хода двигателе 4 внутреннего сгорания с одновременной рекуперацией, немедленного выполнения ручных команд переключения, кроме того, предусмотрено, что устройство 18 управления содержит средства, которые используют разделительное сцепление 10 в операции переключения коробки передач 12 с двойным сцеплением. Таким образом, двигатель 4 внутреннего сгорания можно быстро отрегулировать на новую необходимую частоту вращения без прерывания необходимого для непрерывной рекуперации силового замыкания электрического двигателя 6 с ведущими колесами 16.

Далее на фиг. 2 схематически показана последовательность переключения коробки передач 12 с двойным сцеплением во взаимосвязи с разделительным сцеплением 10 в режиме рекуперации. Ось x описывает время t, а ось y описывает отдельные крутящие моменты и частоты вращения. В исходном состоянии двигатель 4 внутреннего сгорания с частотой вращения Vn находится в режиме принудительного холостого хода. Электрический двигатель 6 работает с такой же частотой вращения En. Как разделительное сцепление 10, так и муфта 28 коробки передач находятся в силовом замыкании или в закрытом положении, так что крутящий момент в виде суммарного крутящего момента из момента потерь и момента рекуперации из двигателя 4 внутреннего сгорания через первую составную коробку передач 32 с частотой вращения N1 передается на ведущие колеса 16. Как разделительное сцепление 10, так и первая муфта 28 коробки передач находятся в рабочем режиме под действием избыточного прижима контактного давления 38 и 40. Более того, в последовательности переключения позицией RN обозначен крутящий момент рекуперации. Второй элемент 50 муфты коробки передач показан разомкнутым в проиллюстрированном здесь исходном состоянии и, таким образом, не передает какого-либо крутящего момента. В момент времени tsch водителем подается команда переключения на новую низшую передачу с частотой вращения N2. Устройство 18 управления выполняет эту команду переключения, и, таким образом, в момент времени ttro разделительное сцепление 10 размыкается. В промежуточное время, в случае наличия, избыточное контактное давление разделительного сцепления исчезает. Сразу же после открытия разделительного сцепления 10 устройство 18 управления производит регулирование двигателя 4 внутреннего сгорания на необходимую целевую частоту вращения N2. При этом двигатель внутреннего сгорания отсоединяется от трансмиссии. В случае наличия, избыточное контактное давление первой 28 муфты коробки передач исчезает, вследствие чего к моменту времени tub1 можно начинать c перекрывающегося переключения коробки передач 12 с двойным сцеплением. При этом происходит повышение крутящего момента рекуперации электрического двигателя 6, чтобы компенсировать уже отсутствующий в результате открытия разделительного сцепления крутящий момент потерь двигателя 4 внутреннего сгорания. Во время перекрывающегося переключения происходит согласование частоты вращения электрического двигателя 6 с целевой частотой вращения N2 новой зацепленной передачи. Перекрывающееся переключение коробки передач с двойным сцеплением 12 к моменту времени tub2 завершается. Теперь крутящий момент первой муфты 28 коробки передач равен нулю, а второй элемент муфты 50 коробки передач находится в зацеплении. На шестом этапе в момент времени ttrs разделительное сцепление 10 снова замыкается и завершается регулирование частоты вращения двигателя 4 внутреннего сгорания.

В еще одном варианте осуществления можно предусмотреть, чтобы после первого этапа в устройстве 18 управления производилась проверка команды переключения и, при необходимости, подавалась отличная команда переключения.

ГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГИБРИДНОЙ ТРАНСМИССИЕЙГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГИБРИДНОЙ ТРАНСМИССИЕЙ

edrid.ru

Гибридная трансмиссия с дополнительной электрической машиной и способ управления

Изобретение относится к гибридным трансмиссиям. Гибридная трансмиссия для автотранспортного средства, оборудованного двигателем внутреннего сгорания и тяговой электромашиной, содержит два концентричных первичных вала, первое средство соединения между двумя первичными валами, вторичный вал, связанный с колесами транспортного средства и на котором установлено второе средство соединения. Также имеется вал, связанный с дополнительной электрической машиной, создающей крутящий момент или момент, противодействующий трансмиссии. На дополнительном валу установлены два зубчатых колеса перехода на первичные валы и третье средство соединения, позволяющее связать во вращении одно или другое из этих переходных зубчатых колес с дополнительным валом. Увеличивается автономность транспортного средства. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области гибридных трансмиссий.

Оно относится к гибридной трансмиссии для автотранспортного средства, оборудованного двигателем внутреннего сгорания и тяговой электрической машиной.

В частности, объектом изобретения является гибридная трансмиссия, содержащая:

- два концентричных первичных вала, первое средство соединения между двумя валами, которое может занимать по меньшей мере три положения, в которых либо двигатель внутреннего сгорания отсоединен от кинематической цепи, соединяющей тяговую электрическую машину с колесами, либо двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение колеса с участием или без участия тяговой электрической машины, либо двигатель внутреннего сгорания и тяговая электрическая машина соединены таким образом, чтобы суммировать свои крутящие моменты в направлении колес, и

- вторичный вал, который связан с колесами транспортного средства и на котором установлено второе средство соединения, выполненное с возможностью соединения одного или другого из вторичных зубчатых колес с этим валом.

Из документа WO 2012131259 известна гибридная трансмиссия вышеупомянутого типа, позволяющая иметь по меньшей мере две разные передачи в электрическом и гибридном режиме и высшую передачу, предназначенную для быстрой езды в режиме двигателя внутреннего сгорания. Автономия движения гибридного транспортного средства, оборудованного такой трансмиссией, зависит от характеристик, ожидаемых от транспортного средства, и от выбора размеров его комплектующих, в том числе электрической машины.

Выбор размера электрических машин или батарей гибридного транспортного средства непрямую влияет на общую массу транспортного средства. Он диктуется условиями применения и стоимости, в частности, если электрическая машина должна работать в режиме генератора для обеспечения подзарядки тяговой батареи во время стоянки.

Задачей изобретения является увеличение автономии гибридного транспортного средства, трансмиссия которого содержит два концентричных первичных вала, соединенных с двигателем внутреннего сгорания и с тяговой электрической машиной, на каждом из которых установлено по меньшей мере по меньшей мере одно зубчатое колесо перехода на вторичный вал, соединенный с колесами транспортного средства.

Для этого трансмиссия содержит дополнительный вал, связанный с дополнительной электрической машиной, выполненной с возможностью создания крутящего момента или момента, противодействующего трансмиссии.

Предпочтительно на дополнительном валу установлены два зубчатых колеса перехода на первичные валы и третье средство соединения, позволяющее связать во вращении одно или другое из этих переходных зубчатых колес с дополнительным валом.

Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания неограничивающего варианта его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых гибридная трансмиссия показана:

- в мертвой точке на фиг. 1,

- в гибридном режиме с «усилением» на длинной передаче на фиг. 2,

- в электрическом режиме с «усилением» на промежуточной передаче на фиг. 3,

- в электрическом режиме на короткой передаче с одновременной подзарядкой батареи на фиг. 4,

- в ситуации запуска двигателя внутреннего сгорания на длинной передаче на фиг.5,

- при переходе от короткой передачи к промежуточной передаче в электрическом режиме на фиг. 6А-6Е, и

- на фиг. 7 показано изменение момента, передаваемого на колеса, во время изменения передачи.

Показанная на фигурах трансмиссия содержит сплошной первичный вал 1, соединенный напрямую через систему фильтрации (амортизационное средство, «демпфер», двойной диск и т.д.) с маховиком двигателя 2 внутреннего сгорания. На сплошном валу 1 установлено зубчатое колесо 3 свободного хода, которое может соединяться с ним при помощи первой системы 5 соединения (кулачковая муфта, синхронизатор или другой тип плавного или не плавного средства соединения). С ротором первой электрической машины или тяговой электрической машины 7 соединен полый первичный вал 6. Полый вал 6 может быть соединен со сплошным первичным валом 1 через систему 5 соединения. На вторичном валу 10 установлены два зубчатых колеса 11 и 12 свободного хода. Вторая система 13 соединения (кулачковая муфта, синхронизатор или другой тип плавного или не плавного средства соединения) позволяет соединять зубчатые колеса 11, 12 свободного хода с полым первичным валом 6. На вторичном валу 10 установлено также неподвижное зубчатое колесо 14 и зубчатое колесо 15 перехода на дифференциал (не показан), соединенный с колесами транспортного средства. Наконец, на первичному валу 1 установлено неподвижное зубчатое колесо 16, связанное с дополнительным валом 17.

Оба первичных вала 1, 6 являются концентричными. Первое средство 5 соединения может занимать по меньшей мере три положения, в которых:

- двигатель внутреннего сгорания отсоединен от кинематической цепи, соединяющей электрическую машину 7 с колесами (положение 1),

- двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение колеса с участием или без участия электрической машины (положение 2), и

- двигатель внутреннего сгорания и электрическая машина соединены таким образом, чтобы суммировать свои соответствующие крутящие моменты в направлении колес (положение 3).

На вторичном валу 10, связанном с колесами транспортного средства, установлено второе средство 13 соединения, которое может занимать три положения, в которых одно из вторичных зубчатых колес 11, 12 соединено или ни одно из них не соединено с вторичным валом 10. Без учета этого последнего положения три положения первого средства 5 соединения и комбинированное участие второго средства 13 соединения обеспечивают три передачи для трансмиссии: короткую передачу и промежуточную передачу в электрическом режиме, три передачи в гибридном режиме и длинную передачу в режиме двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительный вал 17 механически связан со второй электрической машиной или дополнительной машиной 18, которая может выдавать крутящий момент или момент, противодействующий трансмиссии. На нем установлены два переходных зубчатых колеса 19, 21 свободного хода, соответственно зацепляющихся с неподвижным зубчатым колесом 16 первичного вала 1 и с его зубчатым колесом 3 свободного хода. Первое переходное зубчатое колесо 21 приводит во вращение вторичное зубчатое колесо 14 через зубчатое колесо 3 свободного хода сплошного первичного вала 1. Оно обеспечивает передачу крутящего момента от дополнительной машины 18 в направлении вторичного вала 10. Второе переходное зубчатое колесо 19 обеспечивает передачу крутящего момента между дополнительной машиной 18 и сплошным первичным валом 1. На дополнительном валу 17 установлено третье средство 22 соединения, позволяющее связывать во вращении одно или другое из переходных зубчатых колес 19, 21 с дополнительным валом. Оно может занимать три положения, в том числе нейтральное положение и два рабочих положения, в которых одно из двух зубчатых колес 19, 21 свободного хода соединено с дополнительным валом или ни одно из них не соединено с этим валом. В нейтральном положении (см. фиг. 1) электрическая машина 18 отсоединена от трансмиссии. В правом положении третьего средства 22 соединения на схемах (см. фиг. 2 и 3) она выдает крутящий момент, который поступает напрямую на вторичный вал 10, соединенный с колесом. В левом положении средства 22 соединения (см. фиг. 4 и 5) оно выдает дополнительный крутящий момент на двигатель внутреннего сгорания и может способствовать его более быстрому запуску.

На фиг. 2 трансмиссия показана в гибридном режиме: первое средство 5 соединения находится в положении (2), в котором двигатель 2 внутреннего сгорания соединен с колесами. Третье средство 22 соединения связывает шестерню 21 с дополнительным валом 17. Второе средство 13 соединения связывает зубчатое колесо 12 с валом 10. Вторая машина 18 выдает дополнительный крутящий момент. Трансмиссия находится в гибридном режиме на длинной передаче, называемой «скоростной автодорожной» передачей, со сложением крутящих моментов двигателя 2 внутреннего сгорания и двух электрических машин 7, 18. Вторая электрическая машина 18 позволяет получить дополнительную энергию или «усиление» на этой передаче или оптимизировать использование электрической энергии за счет оптимального распределения крутящего момента между двумя электрическими машинами.

На фиг. 3 трансмиссия находится в электрическом режиме. Первое средство 5 соединения находится в нейтральном положении (положение 0). Второе средство 13 соединения связывает зубчатое колесо 12 с валом 10. Третье средство 22 соединения связывает зубчатое колесо 21 с дополнительным валом 17. Трансмиссия находится в электрическом режиме на промежуточной передаче, называемой «дорожной» передачей, с электрическим «усилением». Электрическая короткая передача или гибридные короткая и промежуточная передачи могут тоже получать «усиление» от дополнительной машины 18. Таким образом, крутящий момент дополнительной электрической машины 18 можно суммировать с крутящим моментом тяговой машины 7 на всех передачах гибридных или электрических режимов трансмиссии.

На фиг. 4 показан другой вариант использования второй машины 18 для подзарядки батареи 23 в режиме подзарядки. Первое средство 5 соединения находится в нейтральном положении (положение 0). Второе средство 13 соединения связывает зубчатое колесо 11 с вторичным валом. Третье средство соединения находится на схеме слева и связывает сплошной первичный вал 1 с дополнительным валом 17 через зубчатые колеса 16 и 19. Вторая электрическая машина 18 позволяет трансформировать режим подзарядки в последовательный гибридный режим, увеличивая автономию движения в случае разряженной тяговой батареи. Двигатель 2 внутреннего сгорания соединен с дополнительной машиной 18. Эта машина, работающая в режиме генератора, подзаряжает батарею 23. Таким образом, одно из преимуществ предложенной архитектуры состоит в возможности использования первой электрической машины 7 для обеспечения движения транспортного средства, тогда как дополнительная машина 18, вращаемая двигателем 2 внутреннего сгорания, работает как генератор. При этом трансмиссию можно установить на точках производительности, представляющих интерес для двигателя внутреннего сгорания (например, 2000 оборотов в минуту), и вращать колеса с очень низкой скоростью, поскольку колеса вращаются от тяговой электрической машины 7.

На фиг. 5 представлен другой вариант работы. В данном случае трансмиссия находится в чистом режиме двигателя внутреннего сгорания на длинной передаче ( первое средство 5 соединения находится в положении 1, и второе средство 13 соединения - в нейтральном положении). Третье средство 22 соединения находится в левом положении, в котором оно связывает дополнительный вал 17 со сплошным первичным валом 1 через зубчатые колеса 19 и 16. Крутящий момент от дополнительной машины 18 поступает на двигатель внутреннего сгорания для его запуска. Крутящий момент дополнительной электрической машины 18 позволяет осуществлять сверхбыстрый запуск двигателя внутреннего сгорания, в частности, во время движения.

Предложенные меры обеспечивают также другие возможности работы на рассматриваемых гибридных трансмиссиях. В частности, они позволяют реализовать переходы без крутящего момента во время переходов между передачами в электрическом или гибридном режиме. Таким образом, получают выигрыш в согласовании. Это преимущество более наглядно показано на фиг. 6А-6Е, иллюстрирующих случай перехода между так называемым «городским электрическим режимом» и так называемым «дорожным электрическим режимом».

На фиг. 6А в зацеплении находится только второе средство 13 соединения, связывая полый первичный вал 10 с вторичным зубчатым колесом 11 первой передачи. Трансмиссия находится на короткой передаче в электрическом режиме. На фиг. 6В в действие вступает дополнительная электрическая машина 18, благодаря соединению дополнительного вала 17 с вторичным валом через третье средство 22 соединения в правом положении. При этом используют переход через зубчатые колеса 21, 3 и 14. Второе средство 13 соединения можно установить в нейтральное положение (фиг. 6С), затем переместить влево, чтобы связать вторичное зубчатое колесо 12 промежуточной передачи с валом 10 (фиг. 6D), продолжая использовать крутящий момент дополнительной машины 18 перед ее отсоединением (фиг. 6Е). Потерю крутящего момента, связанную с временным отсоединением тяговой электрической машины 7 во время перехода, компенсирует дополнительная машина 18. Участие дополнительной машины 18 может в аналогичных условиях способствовать обратному переходу (переход от промежуточной передачи к короткой передаче в электрическом режиме) или переходам между коротким и промежуточным гибридными режимами.

На фиг. 7 показано изменение общего крутящего момента во время этого перехода. Здесь видно, как крутящий момент СМЕ2 дополнительной машины 18 компенсирует временное прерывание крутящего момента СМЕ1, выдаваемого тяговой машиной 7, во время соответствующего переходного периода (t1, t2), необходимого для второго средства 13 соединения.

1. Гибридная трансмиссия для автотранспортного средства, оборудованного двигателем (2) внутреннего сгорания и тяговой электрической машиной (7), содержащая:

- два концентричных первичных вала (1, 6), первое средство (5) соединения между двумя первичными валами (1, 6), выполненное с возможностью занимать по меньшей мере три положения, в которых двигатель (2) внутреннего сгорания отсоединен от кинематической цепи, соединяющей тяговую электрическую машину (7) с колесами, двигатель (2) внутреннего сгорания приводит во вращение колеса с участием или без участия тяговой электрической машины (7), и двигатель (2) внутреннего сгорания и тяговая электрическая машина (7) соединены так, чтобы суммировать свои крутящие моменты в направлении колес, и

- вторичный вал (10), который связан с колесами транспортного средства и на котором установлено второе средство (13) соединения, выполненное с возможностью соединения одного или другого из вторичных зубчатых колес (11, 12) с этим валом,

отличающаяся тем, что содержит дополнительный вал (17), связанный с дополнительной электрической машиной (18), выполненной с возможностью создания крутящего момента или момента, противодействующего трансмиссии, при этом

на дополнительном валу (17) установлены два зубчатых колеса (19, 21) перехода на первичные валы (1, 6) и третье средство (22) соединения, позволяющее связать во вращении одно или другое из этих переходных зубчатых колес (19, 21) с дополнительным валом (17).

2. Гибридная трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что первое переходное зубчатое колесо (21) выполнено с возможностью обеспечения передачи крутящего момента от дополнительной электрической машины (18) в направлении вторичного вала (10).

3. Гибридная трансмиссия по п. 2, отличающаяся тем, что первое переходное зубчатое колесо (21) приводит во вращение вторичное зубчатое колесо (14) через зубчатое колесо (3), свободно вращающееся на сплошном первичном валу (1).

4. Гибридная трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что второе переходное зубчатое колесо (19) выполнено с возможностью передачи крутящего момента между дополнительной электрической машиной (18) и сплошным первичным валом (1), связанным с двигателем (2) внутреннего сгорания.

5. Гибридная трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что крутящий момент дополнительной электрической машины (18) добавляется к крутящему моменту тяговой машины (7) на всех передачах гибридных или электрических режимов трансмиссии.

6. Гибридная трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительная электрическая машина (18) выполнена с возможностью работы в режиме генератора для преобразования движущей энергии двигателя (2) внутреннего сгорания в электрическую энергию для подзарядки батареи (23) транспортного средства.

7. Гибридная трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что крутящий момент дополнительной электрической машины (18) применяется для запуска двигателя (2) внутреннего сгорания, в частности, во время движения.

8. Гибридная трансмиссия по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительная электрическая машина (18) выполнена с возможностью применения для компенсации прерывания крутящего момента тяговой электрической машины (7) во время переходов передач в электрическом и гибридном режимах.

www.findpatent.ru

Гибридная трансмиссия

Главная » Новости

Опубликовано: 03.06.2018

видео Гибридная трансмиссияЧто Такое Lexus Hybrid Drive? УКР | HD

Непрерывное ужесточение экологических норм заставляет производителя заниматься модернизацией не только двигателя, но и трансмиссии. Скоро будут введены такие нормы, вписаться в которые сможет только гибридный автомобиль. Это значит, что все автомобили, продаваемые в Европе, а потом и в во всем мире, будут гибридными .

На самом деле секрета никакого нет. Дело в том, что коробка передач строится под характеристики ВСХ конкретного двигателя. Современные моторы в погоне за экономией топлива имеют небольшой рабочий объем, и поэтому зона рабочих оборотов, при которых он выдает приемлемую мощность, невелика. Для поддержания двигателя в диапазоне рабочих оборотов и были созданы многоступенчатые КП . С увеличением числа передач конструкторы добиваются наиболее эффективной работы двигателя по экономичности и тяговым возможностям.

АКПП-LEXUS RX-400H Однако простым увеличением количества ступеней дело не заканчивается. Непрерывное ужесточение экологических норм заставляет производителя заниматься модернизацией не только двигателя, но и трансмиссии. Скоро будут введены такие нормы, вписаться в которые сможет только гибридный автомобиль.

Основные типы гибридных трансмиссий

Последовательный – самый очевидный из них. В нем двигатель крутит генератор, а ведущие колеса приводит электромотор. Преимущества схемы очевидны: в силу идеальной характеристики электромотора, он на любых оборотах в состоянии выдать максимальную мощность. Его крутящий момент почти по экспоненте возрастает с падением оборотов, стремясь к бесконечности при нулевых оборотах (на самом деле, бесконечности не будет, поскольку в моторе все же есть кроме реактивного сопротивления, которое и создает, собственно, крутящий момент, и активное – сопротивление проводов). С помощью электромотора гораздо легче сдвинуть с места тяжелые грузы, обладающие огромной инерцией. По такой схеме построены тепловозы и большегрузные самосвалы. Однако последовательный гибрид громоздок и дорог. Раздельный гибрид (он же сплит) – пожалуй, наиболее совершенный с технической точки зрения гибрид на сегодняшний день. Наилучшим образом реализует возможности и ДВС, и электропривода. Но, к сожалению, требует разработки и изготовления целого ряда оригинальных узлов, причем, весьма сложных, оттого дорог. Подобный гибрид используется в Toyota Prius

Параллельный гибрид хоть и не может похвастать наивысшими характеристиками, но он – самый технологичный, и, стало быть, самый дешевый в производстве. Изготовителю трансмиссий гораздо проще начать производство именно таких гибридов, поскольку в них используются уже имеющиеся коробки передач, производство которых хорошо отлажено. Электромотор в параллельном гибриде устанавливается между ДВС и коробкой передач. Можно смело предположить, что именно этот тип гибридов получит наибольшее распространение в ближайшее время в Европе, а, значит, и в России. А раз так, имеет смысл остановиться подробнее именно на них. Примером послужит серийная автоматическая 8-ступенчатая КП компании ZF с разными типами параллельного подключения электромотора. Корейские масла для двигателя: что лучше выбрать Начнем с того, что Южная Корея за последние два десятка лет попала в список признанных лидеров как в автомобилестроении, так и в сфере производства ГСМ. Сегодня оригинальные корейские моторные масла Масло для амортизаторов автомобиля Исправная работа амортизаторов – залог комфортной и более безопасной езды. При нехватке масла в этой детали подвески удлиняется тормозной путь, чаще требуется ремонт. Какое масло выбрать для амортизаторов? Японские машинные масла - обзор и советы по выбору Японские машинные масла хорошо зарекомендовали себя на отечественном рынке. Смазочные материалы, изготовленные в Японии, имеют достаточную вязкость для обеспечения нормальной работы моторов при низкотемпературном Подбор масла по марке автомобиля: индекс и состав масла Моторное масло – это неотъемлемый спутник любого двигателя автомобиля, вне зависимости от бренда производителя того или иного средства передвижения. Как известно, в процессе эксплуатации данный препарат утрачивает Правильный подбор качественного моторного масла Shell для вашего автомобиля Популярная смазка для мотора Современные технологии производства обеспечивают высокое качество масел Shell. Главное преимущество моторного смазочного материала компании – наличие действующих моющих Подбор масла Мотюль (Motul) по марке автомобиля онлайн или выберите категорию С помощью online-сервиса подбора моторных масел и других автомобильных жидкостей Motul вы с легкостью, и достаточно быстро сделаете правильный, а также качественный Масло Comma Компания Comma Oil & Chemicals Ltd была основана в ВЕЛИКОБРИТАНИИ в 1965 году. В настоящее время - это крупнейший производитель мирового класса в области автомобильных масел, автохимии и автокосметики. Подбор масла по марке автомобиля Правильно подобранные смазочные материалы продлевают срок службы важнейших узлов машины, улучшают их эксплуатационные характеристики, а также сокращают расходы на ремонт и обслуживание транспортного средства. Подбор масла Кастрол по марке автомобиля. Важные советы! Своим рождением, масло Кастрол обязано британской компании CC Wakefield Co, занимающей ныне лидирующие позиции на рынке. Когда-то, создание первой в мире присадки для моторного масла (1909 год), было чрезвычайным Подбор масла Шелл по марке автомобиля и ТС Что хочет получить каждый автолюбитель, который выбирает масло для своего автомобиля? Качество выбираемого продукта, который может обеспечить надежную защиту машины от поломок, экономию средств, как на

faqavto.ru

ГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области гибридных трансмиссий.

Оно относится к гибридной трансмиссии для автотранспортного средства, оборудованного двигателем внутреннего сгорания и тяговой электрической машиной.

В частности, объектом изобретения является гибридная трансмиссия, содержащая:

- два концентричных первичных вала, первое средство соединения между двумя валами, которое может занимать по меньшей мере три положения, в которых либо двигатель внутреннего сгорания отсоединен от кинематической цепи, соединяющей тяговую электрическую машину с колесами, либо двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение колеса с участием или без участия тяговой электрической машины, либо двигатель внутреннего сгорания и тяговая электрическая машина соединены таким образом, чтобы суммировать свои крутящие моменты в направлении колес, и

- вторичный вал, который связан с колесами транспортного средства и на котором установлено второе средство соединения, выполненное с возможностью соединения одного или другого из вторичных зубчатых колес с этим валом.

Из документа WO 2012131259 известна гибридная трансмиссия вышеупомянутого типа, позволяющая иметь по меньшей мере две разные передачи в электрическом и гибридном режиме и высшую передачу, предназначенную для быстрой езды в режиме двигателя внутреннего сгорания. Автономия движения гибридного транспортного средства, оборудованного такой трансмиссией, зависит от характеристик, ожидаемых от транспортного средства, и от выбора размеров его комплектующих, в том числе электрической машины.

Выбор размера электрических машин или батарей гибридного транспортного средства непрямую влияет на общую массу транспортного средства. Он диктуется условиями применения и стоимости, в частности, если электрическая машина должна работать в режиме генератора для обеспечения подзарядки тяговой батареи во время стоянки.

Задачей изобретения является увеличение автономии гибридного транспортного средства, трансмиссия которого содержит два концентричных первичных вала, соединенных с двигателем внутреннего сгорания и с тяговой электрической машиной, на каждом из которых установлено по меньшей мере по меньшей мере одно зубчатое колесо перехода на вторичный вал, соединенный с колесами транспортного средства.

Для этого трансмиссия содержит дополнительный вал, связанный с дополнительной электрической машиной, выполненной с возможностью создания крутящего момента или момента, противодействующего трансмиссии.

Предпочтительно на дополнительном валу установлены два зубчатых колеса перехода на первичные валы и третье средство соединения, позволяющее связать во вращении одно или другое из этих переходных зубчатых колес с дополнительным валом.

Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания неограничивающего варианта его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых гибридная трансмиссия показана:

- в мертвой точке на фиг. 1,

- в гибридном режиме с «усилением» на длинной передаче на фиг. 2,

- в электрическом режиме с «усилением» на промежуточной передаче на фиг. 3,

- в электрическом режиме на короткой передаче с одновременной подзарядкой батареи на фиг. 4,

- в ситуации запуска двигателя внутреннего сгорания на длинной передаче на фиг.5,

- при переходе от короткой передачи к промежуточной передаче в электрическом режиме на фиг. 6А-6Е, и

- на фиг. 7 показано изменение момента, передаваемого на колеса, во время изменения передачи.

Показанная на фигурах трансмиссия содержит сплошной первичный вал 1, соединенный напрямую через систему фильтрации (амортизационное средство, «демпфер», двойной диск и т.д.) с маховиком двигателя 2 внутреннего сгорания. На сплошном валу 1 установлено зубчатое колесо 3 свободного хода, которое может соединяться с ним при помощи первой системы 5 соединения (кулачковая муфта, синхронизатор или другой тип плавного или не плавного средства соединения). С ротором первой электрической машины или тяговой электрической машины 7 соединен полый первичный вал 6. Полый вал 6 может быть соединен со сплошным первичным валом 1 через систему 5 соединения. На вторичном валу 10 установлены два зубчатых колеса 11 и 12 свободного хода. Вторая система 13 соединения (кулачковая муфта, синхронизатор или другой тип плавного или не плавного средства соединения) позволяет соединять зубчатые колеса 11, 12 свободного хода с полым первичным валом 6. На вторичном валу 10 установлено также неподвижное зубчатое колесо 14 и зубчатое колесо 15 перехода на дифференциал (не показан), соединенный с колесами транспортного средства. Наконец, на первичному валу 1 установлено неподвижное зубчатое колесо 16, связанное с дополнительным валом 17.

Оба первичных вала 1, 6 являются концентричными. Первое средство 5 соединения может занимать по меньшей мере три положения, в которых:

- двигатель внутреннего сгорания отсоединен от кинематической цепи, соединяющей электрическую машину 7 с колесами (положение 1),

- двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение колеса с участием или без участия электрической машины (положение 2), и

- двигатель внутреннего сгорания и электрическая машина соединены таким образом, чтобы суммировать свои соответствующие крутящие моменты в направлении колес (положение 3).

На вторичном валу 10, связанном с колесами транспортного средства, установлено второе средство 13 соединения, которое может занимать три положения, в которых одно из вторичных зубчатых колес 11, 12 соединено или ни одно из них не соединено с вторичным валом 10. Без учета этого последнего положения три положения первого средства 5 соединения и комбинированное участие второго средства 13 соединения обеспечивают три передачи для трансмиссии: короткую передачу и промежуточную передачу в электрическом режиме, три передачи в гибридном режиме и длинную передачу в режиме двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительный вал 17 механически связан со второй электрической машиной или дополнительной машиной 18, которая может выдавать крутящий момент или момент, противодействующий трансмиссии. На нем установлены два переходных зубчатых колеса 19, 21 свободного хода, соответственно зацепляющихся с неподвижным зубчатым колесом 16 первичного вала 1 и с его зубчатым колесом 3 свободного хода. Первое переходное зубчатое колесо 21 приводит во вращение вторичное зубчатое колесо 14 через зубчатое колесо 3 свободного хода сплошного первичного вала 1. Оно обеспечивает передачу крутящего момента от дополнительной машины 18 в направлении вторичного вала 10. Второе переходное зубчатое колесо 19 обеспечивает передачу крутящего момента между дополнительной машиной 18 и сплошным первичным валом 1. На дополнительном валу 17 установлено третье средство 22 соединения, позволяющее связывать во вращении одно или другое из переходных зубчатых колес 19, 21 с дополнительным валом. Оно может занимать три положения, в том числе нейтральное положение и два рабочих положения, в которых одно из двух зубчатых колес 19, 21 свободного хода соединено с дополнительным валом или ни одно из них не соединено с этим валом. В нейтральном положении (см. фиг. 1) электрическая машина 18 отсоединена от трансмиссии. В правом положении третьего средства 22 соединения на схемах (см. фиг. 2 и 3) она выдает крутящий момент, который поступает напрямую на вторичный вал 10, соединенный с колесом. В левом положении средства 22 соединения (см. фиг. 4 и 5) оно выдает дополнительный крутящий момент на двигатель внутреннего сгорания и может способствовать его более быстрому запуску.

На фиг. 2 трансмиссия показана в гибридном режиме: первое средство 5 соединения находится в положении (2), в котором двигатель 2 внутреннего сгорания соединен с колесами. Третье средство 22 соединения связывает шестерню 21 с дополнительным валом 17. Второе средство 13 соединения связывает зубчатое колесо 12 с валом 10. Вторая машина 18 выдает дополнительный крутящий момент. Трансмиссия находится в гибридном режиме на длинной передаче, называемой «скоростной автодорожной» передачей, со сложением крутящих моментов двигателя 2 внутреннего сгорания и двух электрических машин 7, 18. Вторая электрическая машина 18 позволяет получить дополнительную энергию или «усиление» на этой передаче или оптимизировать использование электрической энергии за счет оптимального распределения крутящего момента между двумя электрическими машинами.

На фиг. 3 трансмиссия находится в электрическом режиме. Первое средство 5 соединения находится в нейтральном положении (положение 0). Второе средство 13 соединения связывает зубчатое колесо 12 с валом 10. Третье средство 22 соединения связывает зубчатое колесо 21 с дополнительным валом 17. Трансмиссия находится в электрическом режиме на промежуточной передаче, называемой «дорожной» передачей, с электрическим «усилением». Электрическая короткая передача или гибридные короткая и промежуточная передачи могут тоже получать «усиление» от дополнительной машины 18. Таким образом, крутящий момент дополнительной электрической машины 18 можно суммировать с крутящим моментом тяговой машины 7 на всех передачах гибридных или электрических режимов трансмиссии.

На фиг. 4 показан другой вариант использования второй машины 18 для подзарядки батареи 23 в режиме подзарядки. Первое средство 5 соединения находится в нейтральном положении (положение 0). Второе средство 13 соединения связывает зубчатое колесо 11 с вторичным валом. Третье средство соединения находится на схеме слева и связывает сплошной первичный вал 1 с дополнительным валом 17 через зубчатые колеса 16 и 19. Вторая электрическая машина 18 позволяет трансформировать режим подзарядки в последовательный гибридный режим, увеличивая автономию движения в случае разряженной тяговой батареи. Двигатель 2 внутреннего сгорания соединен с дополнительной машиной 18. Эта машина, работающая в режиме генератора, подзаряжает батарею 23. Таким образом, одно из преимуществ предложенной архитектуры состоит в возможности использования первой электрической машины 7 для обеспечения движения транспортного средства, тогда как дополнительная машина 18, вращаемая двигателем 2 внутреннего сгорания, работает как генератор. При этом трансмиссию можно установить на точках производительности, представляющих интерес для двигателя внутреннего сгорания (например, 2000 оборотов в минуту), и вращать колеса с очень низкой скоростью, поскольку колеса вращаются от тяговой электрической машины 7.

На фиг. 5 представлен другой вариант работы. В данном случае трансмиссия находится в чистом режиме двигателя внутреннего сгорания на длинной передаче ( первое средство 5 соединения находится в положении 1, и второе средство 13 соединения - в нейтральном положении). Третье средство 22 соединения находится в левом положении, в котором оно связывает дополнительный вал 17 со сплошным первичным валом 1 через зубчатые колеса 19 и 16. Крутящий момент от дополнительной машины 18 поступает на двигатель внутреннего сгорания для его запуска. Крутящий момент дополнительной электрической машины 18 позволяет осуществлять сверхбыстрый запуск двигателя внутреннего сгорания, в частности, во время движения.

Предложенные меры обеспечивают также другие возможности работы на рассматриваемых гибридных трансмиссиях. В частности, они позволяют реализовать переходы без крутящего момента во время переходов между передачами в электрическом или гибридном режиме. Таким образом, получают выигрыш в согласовании. Это преимущество более наглядно показано на фиг. 6А-6Е, иллюстрирующих случай перехода между так называемым «городским электрическим режимом» и так называемым «дорожным электрическим режимом».

На фиг. 6А в зацеплении находится только второе средство 13 соединения, связывая полый первичный вал 10 с вторичным зубчатым колесом 11 первой передачи. Трансмиссия находится на короткой передаче в электрическом режиме. На фиг. 6В в действие вступает дополнительная электрическая машина 18, благодаря соединению дополнительного вала 17 с вторичным валом через третье средство 22 соединения в правом положении. При этом используют переход через зубчатые колеса 21, 3 и 14. Второе средство 13 соединения можно установить в нейтральное положение (фиг. 6С), затем переместить влево, чтобы связать вторичное зубчатое колесо 12 промежуточной передачи с валом 10 (фиг. 6D), продолжая использовать крутящий момент дополнительной машины 18 перед ее отсоединением (фиг. 6Е). Потерю крутящего момента, связанную с временным отсоединением тяговой электрической машины 7 во время перехода, компенсирует дополнительная машина 18. Участие дополнительной машины 18 может в аналогичных условиях способствовать обратному переходу (переход от промежуточной передачи к короткой передаче в электрическом режиме) или переходам между коротким и промежуточным гибридными режимами.

На фиг. 7 показано изменение общего крутящего момента во время этого перехода. Здесь видно, как крутящий момент СМЕ2 дополнительной машины 18 компенсирует временное прерывание крутящего момента СМЕ1, выдаваемого тяговой машиной 7, во время соответствующего переходного периода (t1, t2), необходимого для второго средства 13 соединения.

ГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ

edrid.ru

гибридная трансмиссия и способ управления гибридной трансмиссией - патент РФ 2527592

Изобретение относится к способу управления гибридной трансмиссией для автомобилей. Трансмиссия содержит двигатель (4) внутреннего сгорания, электрический двигатель (6), источник (8) высокого напряжения, разделительное сцепление (10), автоматическую ступенчатую коробку передач (12) и, по меньшей мере, одно устройство (18) управления. Двигатель (4) внутреннего сгорания и электрический двигатель (6) вместе либо по отдельности воздействуют непосредственно и/или опосредованно на вход (26) коробки передач. Способ управления гибридной трансмиссией включает шесть этапов. На первом этапе подают команду на переключение коробки передач. На втором этапе размыкают разделительное сцепление (10). На третьем этапе осуществляют управление частотой вращения двигателя (4) внутреннего сгорания. На четвертом этапе осуществляют перекрывающееся переключение коробки передач (12) с двойным сцеплением и повышают момент толкающей силы электрического двигателя (6). На пятом этапе завершают управление частотой вращения двигателя (4) внутреннего сгорания. На шестом этапе осуществляют замыкание разделительного сцепления (10). 2 з.п. ф-лы, 2 ил. гибридная трансмиссия и способ управления гибридной трансмиссией, патент № 2527592

Рисунки к патенту РФ 2527592

Изобретение относится к гибридной трансмиссии для автомобилей, содержащей двигатель внутреннего сгорания, электрический двигатель, источник высокого напряжения, разделительное сцепление, автоматическую ступенчатую коробку передач и, по меньшей мере, одно устройство управления, причем двигатель внутреннего сгорания содержит вал двигателя, который соединен с первым элементом разделительного сцепления, при этом второй элемент разделительного сцепления соединен с входным валом коробки передач автоматической ступенчатой коробки передач так, что двигатель внутреннего сгорания и электрический двигатель вместе либо по отдельности непосредственно и/или опосредованно воздействуют на входной вал коробки передач, при этом ротор электрического двигателя жестко соединен с входным валом коробки передач.

Гибридные трансмиссии и способы управления гибридными трансмиссиями известны в достаточной мере. В принципе, существует различие между последовательным и параллельным гибридным приводом. Более того, существуют также смешанные формы этих двух форм привода. Характерным признаком последовательной гибридной трансмиссии является последовательное расположение преобразователей энергии, причем двигатель внутреннего сгорания не имеет механического соединения с ведущими колесами. И, напротив, в параллельной гибридной трансмиссии двигатель внутреннего сгорания и электрический двигатель механически соединены с ведущими колесами. В результате этого в параллельной гибридной трансмиссии создается преимущество, заключающееся в том, что в ней можно использовать различные функциональные возможности, например стартстопный режим работы, рекуперацию энергии торможения, исключительно электрический режим эксплуатации вождения, поддержку двигателя внутреннего сгорания электрическим двигателем во время приведения в действие (усиления), а также смещение точки нагрузки двигателя внутреннего сгорания. Возможность исключительно электрического режима эксплуатации обеспечивается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания через разделительное сцепление отсоединяется от входного вала коробки передач. Что касается коробок передач, то в настоящее время обычной практикой является использование автоматических ступенчатых коробок передач. Такие автоматические ступенчатые коробки передач предоставляют для водителя возможность с помощью команд, подаваемых с клавиатуры, лично подавать команды для переключения. Для обеспечения водителя быстрым ответом коробки передач часто применяют способ переключений, в котором трансмиссия между двигателем внутреннего сгорания и входным валом коробки передач прерывается на короткое время, чтобы отрегулировать двигатель внутреннего сгорания на необходимую частоту вращения. Недостаток этого способа переключения заключается в прерывании силового потока, при этом крутящий момент на колесе на короткое время достигает нулевого показателя, что, в частности в режиме рекуперации, приводит к тому, что энергия рекуперации теряется и возможны серьезные сбои при вождении, например, к возникновению рывков. В частности, в DE 10 2005 015 485 раскрыта гибридная трансмиссия, предназначенная для устранения этих недостатков. При этом предусмотрено, что в случае операции переключения автоматической ступенчатой коробки передач во время операции торможения тормозной момент, по меньшей мере, на одном приводном колесе должен удерживаться примерно постоянным. Перед автоматической ступенчатой коробкой передач расположена одна муфта или, в случае применения коробки передач с двойным сцеплением, две муфты. Однако было выявлено, что в результате использования такого принципа возникает отрицательное влияние на обычную спонтанность и ответ на команды переключения.

В связи с этим задачей изобретения является предоставление гибридной трансмиссии для автомобилей, в которой устраняются описанные выше недостатки.

Поставленная задача решается согласно настоящему изобретению тем, что автоматическая ступенчатая коробка передач выполнена в виде коробки передач с двойным сцеплением, которая содержит первую муфту коробки передач и вторую муфту коробки передач. Таким образом, трансмиссия содержит в общем три муфты, причем разделительное сцепление можно вставить между двигателем внутреннего сгорания и электрическим двигателем на месте муфт коробки передач, чтобы можно было обеспечить обычную спонтанность в ответ на команды переключения. При этом достигается особое преимущество, в частности, если в устройстве управления двигателя внутреннего сгорания, работающего в режиме принудительного холостого хода и в режиме рекуперации, предусмотрено средство для включения с помощью разделительного сцепления операции переключения. С помощью расположения согласно изобретению разделительное сцепление включено в последовательность переключения коробки передач во время с рекуперацией, в то время как двигатель внутреннего сгорания подключен. В результате этого создается возможность использования дополнительного элемента переключения, а именно разделительного сцепления, для обеспечения быстрых толчковых обратных переключений во время рекуперации энергии.

Кроме того, задача решается с помощью способа управления гибридной трансмиссией, при котором двигатель внутреннего сгорания в исходном состоянии работает в режиме принудительного холостого хода, разделительное сцепление замкнуто, а электрический двигатель используют в качестве генератора, так что он находится в режиме рекуперации, на первом этапе в устройстве управления обеспечивают возможность ручной или автоматической подачи команды переключения, на втором этапе разделительное сцепление размыкают, на третьем этапе производят регулирование частоты вращения двигателя внутреннего сгорания в зависимости от команды переключения, на четвертом этапе, который осуществляют одновременно с третьим этапом, производят перекрывающееся переключение коробки передач с двойным сцеплением, при котором происходит повышение момента рекуперации электрического двигателя для компенсации отсутствующего теперь момента потерь двигателя внутреннего сгорания, на пятом этапе заканчивают управление частотой вращения двигателя внутреннего сгорания, на шестом этапе разделительное сцепление замыкают. Более того, после первого этапа можно производить проверку команды переключения в устройстве управления и при необходимости подавать новую команду включения.

Иллюстративный вариант осуществления изобретения показан на чертеже и описывается ниже.

На чертеже:

Фиг. 1 - схематическое изображение гибридной трансмиссии согласно изобретению для автомобиля, и

Фиг. 2 - схематическое изображение последовательности переключения коробки передач с двойным сцеплением в режиме рекуперации.

На фиг. 1 показана в качестве примера гибридная трансмиссия 2 автомобиля. Гибридная трансмиссия 2 выполнена в виде параллельной гибридной трансмиссии. Она содержит двигатель 4 внутреннего сгорания, электрический двигатель 6, который в данном случае может использоваться также в качестве генератора, источник 8 высокого напряжения, разделительное сцепление 10 и коробку передач 12 с двойным сцеплением, которое через дифференциал 14 передает крутящий момент на задние колеса 16. Далее предусмотрено устройство 18 управления, которое в зависимости от параметров движения выбирает соответствующий режим вождения и осуществляет, в частности, команды переключения водителя.

Двигатель 4 внутреннего сгорания содержит вал 20 двигателя, который жестко соединен с первым элементом 22 разделительного сцепления 10. Второй элемент 24 разделительного сцепления 10 жестко соединен с входом 26 коробки передач коробки передач 12 с двойным сцеплением. Более того, ротор (специально не показан) электрического двигателя 6 жестко соединен с входом 26 коробки передач. Вход 26 коробки передач воздействует на коробку передач 12 с двойным сцеплением, которая известным образом содержит первую муфту 28 коробки передач и вторую муфту 30 коробки передач, которые соответственно соединены с первой составной коробкой передач 32 и второй составной коробкой передач 34. Через выход 36 коробки передач крутящий момент соответствующей составной коробки передач передается через дифференциал 14 на ведущие колеса 16.

Для предоставления водителю возможности, в том числе при работающем в режиме принудительного холостого хода двигателе 4 внутреннего сгорания с одновременной рекуперацией, немедленного выполнения ручных команд переключения, кроме того, предусмотрено, что устройство 18 управления содержит средства, которые используют разделительное сцепление 10 в операции переключения коробки передач 12 с двойным сцеплением. Таким образом, двигатель 4 внутреннего сгорания можно быстро отрегулировать на новую необходимую частоту вращения без прерывания необходимого для непрерывной рекуперации силового замыкания электрического двигателя 6 с ведущими колесами 16.

Далее на фиг. 2 схематически показана последовательность переключения коробки передач 12 с двойным сцеплением во взаимосвязи с разделительным сцеплением 10 в режиме рекуперации. Ось x описывает время t, а ось y описывает отдельные крутящие моменты и частоты вращения. В исходном состоянии двигатель 4 внутреннего сгорания с частотой вращения Vn находится в режиме принудительного холостого хода. Электрический двигатель 6 работает с такой же частотой вращения En. Как разделительное сцепление 10, так и муфта 28 коробки передач находятся в силовом замыкании или в закрытом положении, так что крутящий момент в виде суммарного крутящего момента из момента потерь и момента рекуперации из двигателя 4 внутреннего сгорания через первую составную коробку передач 32 с частотой вращения N1 передается на ведущие колеса 16. Как разделительное сцепление 10, так и первая муфта 28 коробки передач находятся в рабочем режиме под действием избыточного прижима контактного давления 38 и 40. Более того, в последовательности переключения позицией RN обозначен крутящий момент рекуперации. Второй элемент 50 муфты коробки передач показан разомкнутым в проиллюстрированном здесь исходном состоянии и, таким образом, не передает какого-либо крутящего момента. В момент времени tsch водителем подается команда переключения на новую низшую передачу с частотой вращения N2. Устройство 18 управления выполняет эту команду переключения, и, таким образом, в момент времени t tro разделительное сцепление 10 размыкается. В промежуточное время, в случае наличия, избыточное контактное давление разделительного сцепления исчезает. Сразу же после открытия разделительного сцепления 10 устройство 18 управления производит регулирование двигателя 4 внутреннего сгорания на необходимую целевую частоту вращения N2. При этом двигатель внутреннего сгорания отсоединяется от трансмиссии. В случае наличия, избыточное контактное давление первой 28 муфты коробки передач исчезает, вследствие чего к моменту времени tub1 можно начинать c перекрывающегося переключения коробки передач 12 с двойным сцеплением. При этом происходит повышение крутящего момента рекуперации электрического двигателя 6, чтобы компенсировать уже отсутствующий в результате открытия разделительного сцепления крутящий момент потерь двигателя 4 внутреннего сгорания. Во время перекрывающегося переключения происходит согласование частоты вращения электрического двигателя 6 с целевой частотой вращения N2 новой зацепленной передачи. Перекрывающееся переключение коробки передач с двойным сцеплением 12 к моменту времени tub2 завершается. Теперь крутящий момент первой муфты 28 коробки передач равен нулю, а второй элемент муфты 50 коробки передач находится в зацеплении. На шестом этапе в момент времени ttrs разделительное сцепление 10 снова замыкается и завершается регулирование частоты вращения двигателя 4 внутреннего сгорания.

В еще одном варианте осуществления можно предусмотреть, чтобы после первого этапа в устройстве 18 управления производилась проверка команды переключения и, при необходимости, подавалась отличная команда переключения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ управления гибридной трансмиссией, содержащей двигатель (4) внутреннего сгорания, электрический двигатель (6), источник (8) высокого напряжения, разделительное сцепление (10), автоматическую ступенчатую коробку передач (12) и, по меньшей мере, одно устройство (18) управления, причем двигатель (4) внутреннего сгорания содержит вал (20) двигателя, который соединен с первым элементом (22) разделительного сцепления (10), при этом второй элемент (24) разделительного сцепления (10) соединен с входом (26) автоматической ступенчатой коробки передач (12) так, что двигатель (4) внутреннего сгорания и электрический двигатель (6) вместе либо по отдельности воздействуют непосредственно и/или опосредованно на вход (26) коробки передач, причем ротор электрического двигателя жестко соединен со входом (26) коробки передач, причемавтоматическая ступенчатая коробка передач (12) выполнена в виде коробки передач с двойным сцеплением, содержащей первую муфту (28) коробки передач и вторую муфту (30) коробки передач,отличающийся тем, что- в исходном состоянии двигатель (4) внутреннего сгорания работает в режиме принудительного холостого хода, разделительное сцепление (10) замкнуто, а электрический двигатель (6) работает в качестве генератора, так что гибридная трансмиссия (2) находится в режиме рекуперации;- на первом этапе в устройстве (18) управления имеется ручная или автоматическая команда переключения;- на втором этапе разделительное сцепление (10) размыкают;- на третьем этапе осуществляют управление частотой вращения двигателя (4) внутреннего сгорания в зависимости от команды переключения;- на четвертом этапе, который осуществляют одновременно с третьим этапом, осуществляют перекрывающееся переключение коробки передач (12) с двойным сцеплением, при этом момент толкающей силы электрического двигателя (6) повышают для компенсации момента потерь двигателя (4) внутреннего сгорания;- на пятом этапе завершают управление частотой вращения двигателя (4) внутреннего сгорания после перекрывающегося переключения;- на шестом этапе осуществляют замыкание разделительного сцепления (10).

2. Способ управления гибридной трансмиссией по п. 1, отличающийся тем, что- перед вторым этапом избыточное контактное давление (38, 40) находящихся в режиме использования муфт (28, 10) ослабляют, и- после шестого этапа создают избыточное контактное давление (42, 44).

3. Способ управления гибридной трансмиссией по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что после первого этапа осуществляют проверку команды переключения в устройстве (18) управления и при необходимости подают другую команду переключения.

www.freepatent.ru

В поисках идеальной трансмиссии. Часть 2. Многопоточные бесступенчатые трансмиссии

В первой части авторы пришли к выводу, что все бесступенчатые трансмиссии, в которых через звено с изменяемым передаточным отношением проходит полная мощность, обладают рядом принципиальных недостатков. Любая полнопоточная бесступенчатая трансмиссия проигрывает ступенчатым коробкам передач в размерах, массе, КПД и стоимости. Можно ли объединить достоинства ступенчатых и бесступенчатых трансмиссии в одном устройстве?

Продвинуться еще на шаг в поиске идеальной трансмиссии инженерам помог с давних пор применяемый в автомобилях дифференциал (рисунок 1), который передает на ведущие колеса равный крутящий момент и при этом позволяет им вращаться с разными скоростями.

Рисунок 1. Устройство конического (сверху) и планетарного (снизу) дифференциалов.

Рисунок 1. Устройство конического (сверху) и планетарного (снизу) дифференциалов.

На этот раз дифференциал использовался в другом качестве, и на его основе был создан новый класс бесступенчатых трансмиссий, которые принято называть многопоточными или, в иностранной литературе, трансмиссиями с разделением потока мощности (power split transmissions). Первые конструкции таких трансмиссий появились в начале 20 века. Но настоящую революцию в автомобильной промышленности осуществила компания Toyota, начав выпуск автомобиля Prius в 1997 году. Помимо того, что силовая установка этого автомобиля была гибридной, он был оснащен двухпоточной электромеханической трансмиссией. Компания добилась оглушительного рыночного успеха, и в настоящий момент выпускается уже третье поколение модели Prius, а двухпоточная электромеханическая трансмиссия применяется на многих других моделях компании Toyota. Устройство трансмиссии Toyota Prius третьего поколения изображено на рисунке 2.

Рисунок 2. Устройство двухпоточной электромеханической трансмиссии автомобиля Toyota Prius.

Рисунок 2. Устройство двухпоточной электромеханической трансмиссии автомобиля Toyota Prius.

В основе трансмиссии лежит дифференциал 10 планетарного типа. К солнечному колесу дифференциала присоединен ротор генератора 3. Через полый вал ротора проходит вал от двигателя 1 и соединяется с водилом дифференциала. С коронного колеса дифференциала отбирается мощность на колеса. С ним же, через понижающую передачу 9, соединен ротор электродвигателя 7.

Когда автомобиль стоит неподвижно, а двигатель работает, коронное колесо остановлено, водило вращается с той же скоростью, что и коленчатый вал двигателя, а солнечное колесо вместе ротором генератора 3 вращается с большой скоростью в ту же сторону, что и двигатель. Если автомобиль начинает движение, генератор начинает вырабатывать электрическую мощность, а электродвигатель 7 эту мощность потребляет и отдает на ведущие колеса через редуктор 9, передачу 7 и главную передачу 5. На малой скорости почти вся мощность от двигателя передается через электрическую передачу "генератор-электродвигатель", так же, как и в полнопоточной электрической передаче. Но с ростом скорости автомобиля картина меняется. Часть мощности передается от водила дифференциала к коронному колесу, минуя электрическую передачу. И доля эта увеличивается вместе с ростом скорости. По мере разгона автомобиля ротор генератора 3 замедляется, а ротор электродвигателя 7 наоборот, ускоряется. В какой-то момент времени ротор генератора 3 останавливается совсем, и генератор прекращает вырабатывать электрическую мощность. Она становится попросту ненужной - вся мощность двигателя передается через планетарный дифференциал к колесам автомобиля. Этот режим принято называть "механической точкой", и КПД трансмиссии в нем достигает максимума. Передаточное отношение трансмиссии можно уменьшать и дальше, продолжая разгонять автомобиль за "механическую точку". В этом случае электродвигатель 7 и генератор 3 меняются функциями: энергия вырабатывается электродвигателем 7 и потребляется генератором 3, который начинает вращаться в противоположную сторону. Этот режим называют "циркуляцией мощности"; КПД трансмиссии в нем начинает снова падать.

Конечно, реальное описание процессов в двухпоточной электромеханической трансмиссии гибридного автомобиля намного сложнее. Генератор 3 и электродвигатель 7 выполняют еще ряд функций - запускают двигатель 1, питают бортовую электросеть автомобиля, заряжают батарею при торможении, отбирают от нее мощность и добавляют ее к мощности двигателя при разгоне. Но нас пока интересует только принцип работы трансмиссии, не так ли?

Если место под капотом современных автомобилей постепенно завоевывает электричество, то у тракторов и разнообразной специальной техники безраздельно господствует гидравлика. Совершенно логичным образом, двухпоточные бесступенчатые трансмиссии тракторов основаны на гидрообъемной передаче. Гидромеханическая трансмиссия Fendt Vario (рисунок 3) работает по тому же принципу, что и электромеханическая трансмиссия Toyota, о которой было рассказано выше. Разница заключается лишь в том, что электрогенератор и электродвигатель заменены на гидронасос и гидромотор , а электрическая связь между ними заменена на гидравлическую.

Рисунок 3. Устройство двухпоточной гидромеханической трансмиссии трактора Fendt Vario. 1 - демпфер крутильных колебаний; 2 - планетарный дифференциальный механизм; 3 - коронное колесо; 4 - солнечное колесо; 5 - водило; 6, 7 - гидромашины бесступенчатого звена, 8 - суммирующий вал, 9 - двухступенчатая коробка передач; 10 - привод переднего моста; 11- привод вала отбора мощности (ВОМ).

Рисунок 3. Устройство двухпоточной гидромеханической трансмиссии трактора Fendt Vario. 1 - демпфер крутильных колебаний; 2 - планетарный дифференциальный механизм; 3 - коронное колесо; 4 - солнечное колесо; 5 - водило; 6, 7 - гидромашины бесступенчатого звена, 8 - суммирующий вал, 9 - двухступенчатая коробка передач; 10 - привод переднего моста; 11- привод вала отбора мощности (ВОМ).

На двухпоточных трансмиссиях инженеры не остановились. Добавив к двухпоточной электромеханической трансмиссии второй дифференциал, они создали трехпоточную трансмиссию, в которой мощность передается одним электрическим и двумя механическими потоками. Особенность трехпоточной трансмиссии состоит в том, что она имеет две "механические точки", в которых вся мощность передается только механическими передачами. Благодаря этому КПД трансмиссий стало еще выше, а размеры бесступенчатого звена - меньше.

Рисунок 4. Схема трехпоточной электромеханической трансмиссии Renault IVT

Рисунок 4. Схема трехпоточной электромеханической трансмиссии Renault IVT

Насколько характеристики многопоточных трансмиссий лучше, чем полнопоточных, можно судить по рисунку 5. На рисунке изображены графики мощности, проходящей через бесступенчатое звено разных типов бесступенчатой трансмиссии при разгоне автомобиля. Для примера выбран легковой автомобиль с двигателем мощностью 90 кВт, причем передаточные отношения в трансмиссиях подобраны так, что "механическая точка" достигается на скорости 105 км/ч. На скорости меньше 17 км/ч мощность двигателя ограничивается с тем, чтобы не допустить пробуксовки ведущих колес. По мере дальнейшего разгона мощность двигателя остается постоянной.

Рисунок 5. Поток мощности, проходящий через бесступенчатое звено разных типов трансмиссии при разгоне автомобиля на полной мощности двигателя.

Рисунок 5. Поток мощности, проходящий через бесступенчатое звено разных типов трансмиссии при разгоне автомобиля на полной мощности двигателя.

Поток мощности в полнопоточной бесступенчатой трансмиссии полностью повторяет поток мощности двигателя. Средняя мощность на приведенном графике составляет 84 кВт, максимальная - 90 кВт.

В двухпоточной бесступенчатой трансмиссии поток мощности соответствует мощности двигателя при трогании и постепенно уменьшается по мере разгона. Средняя мощность, проходящая через бесступенчатое звено, составляет 33 кВт, максимальная - 77 кВт. В "механической точке" мощность через бесступенчатое звено не проходит.

Трехпоточная бесступенчатая трансмиссия в приведенном примере позволяет снизить среднюю мощность, проходящую через бесступенчатое звено, до 27 кВт, а пиковую - до 55 кВт.

Разделение силовых потоков позволяет снизить нагрузку на бесступенчатое звено и уменьшить его размеры. КПД механической ветви в многопоточной трансмиссии значительно выше, чем в бесступенчатом звене, и может достигать 99%. Чем меньше мощности протекает через бесступенчатое звено, тем выше КПД трансмиссии. У серийно выпускаемых гидромеханических и электромеханических двухпоточных трансмиссий его средняя величина составляет 88%..92%, а в "механической точке" КПД может достигать 96%. По сравнению с полнопоточными электрическими и гидрообъемными трансмиссиями это большой шаг вперед.

Итак, многопоточные трансмиссии еще ближе подвели нас к идеалу. Однако, на этом резервы совершенствования трансмиссий не закончились. Многопоточные трансмиссии с одним диапазоном регулирования снижают мощность, проходящую через бесступенчатое звено, лишь в сравнительно узкой области передаточных отношений, близкой к "механическим точкам". В крайних зонах регулирования поток мощности через бесступенчатое звено остается сравнительно большим, а ведь именно эти, "предельные", режимы и определяют размеры бесступенчатого звена и всей трансмиссии в целом. Как результат, многопоточные трансмиссии с одним диапазоном получаются достаточно громоздкими и дорогостоящими.

Важнейшее свойство многопоточных трансмиссий состоит в том, что размеры бесступенчатого звена можно многократно уменьшать, сокращая пределы регулирования передаточного отношения. Например, в трансмиссии с шириной силового диапазона регулирования около двух через бесступенчатое звено будет протекать не более 20..30% от полной передаваемой мощности. Правда, такого узкого диапазона не хватит и для мотоцикла. Современным легковым автомобилям требуется диапазон регулирования не менее 6, а у тяжелых грузовиков он может превышать 20. Конструкторы компании Fendt устранили техническое противоречие между размерами трансмиссии и шириной диапазона регулирования "в лоб", поставив вслед за двухпоточной бесступенчатой трансмиссией обычную двухступенчатую коробку передач 9 (рисунок 3). Благодаря этому, трактор с трансмиссией Vario может передвигаться в двух режимах - медленным "рабочем" и быстрым "транспортном". Каждый из этих режимов имеет весьма узкий диапазон регулирования, что позволяет уменьшить размеры бесступенчатой передачи и поднять КПД трансмиссии. Но при переключении между "рабочим" и "транспортным" режимами силовой поток прерывается, а двухпоточной передаче требуется какое-то время, чтобы синхронизировать скорость вращения деталей для включения новой передачи.

Читайте также:

prius20.ru