Гибридные автомобили — Энциклопедия журнала «За рулем»
Очевидным способом преодолеть ограниченный запас хода аккумуляторных электромобилей является использование небольшого ДВС и электрического генератора для подзарядки аккумуляторных батарей во время движения. Рабочий объем ДВС может быть выбран из необходимости получения средней мощности, требующейся автомобилю, а не максимальной, нужной для ускорения. При этом ДВС большую часть времени может работать в режиме наилучшей экономичности и токсичности отработавших газов (или даже на время выключаться). Для обеспечения необходимой эффективности разгона может одновременно использоваться энергия от аккумуляторных батарей и ДВС.
Автомобиль выполнен по схеме параллельного «гибрида»:
1 — ДВС;
2 — электродвигатель № 1;
3 — сцепление;
4 — электродвигатель № 2;
5 — автоматическая коробка передач
В действительности гибридные автомобили могут быть разделены на два класса: последовательный гибрид, в котором вся энергия переводится в электричество, и параллельный гибрид, в котором ДВС соединяется с ведущими колесами механически через трансмиссию, а поток электроэнергии передается параллельно. Последовательный тип дает конструктору автомобиля наибольший выбор компоновки, потому что все соединения (за исключением привода от тягового двигателя к ведущим колесам) — электрические, каждый узел может быть размещен в любом месте автомобиля и с наибольшим удобством.
Гибридный автомобиль:
1 — синхронный электродвигатель с постоянными магнитами;
2 — преобразователь;
3 — ионно-литиевый аккумулятор;
4 — вариатор CVT;
5 — электродвигатель;
6 — сцепление;
7 — двигатель
С другой стороны, при параллельном типе может использоваться более легкий и малогабаритный электродвигатель. В последовательном гибриде электродвигатель должен развивать полную движущую силу, в то время как в параллельном гибриде он нужен для обеспечения только 30 % этой силы. Гибридный автомобиль включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электропривод для оптимального использования энергии. Механическая энергия торможения преобразуется в электрическую и накапливается в аккумуляторной батарее. ДВС работает при наиболее эффективных скоростях и нагрузках. Фирма Nissan продемонстрировала этот гибридный привод в 1999 г.
Шасси гибридного автомобиля Toyota HV-M4
В течение долгого времени отношение к гибридному автомобилю определялось стоимостью применения вместо одной — двух силовых установок: ДВС и электродвигателя, а это означало, что такой автомобиль всегда будет дороже, чем его конкуренты. Совсем недавно проведенный детальный анализ показал, что гибридный автомобиль может быть конкурентоспособным, когда более высокая стоимость компенсируется лучшей экономичностью и низкими вредными выбросами, которые являются результатом действия системы управления энергией, заключающейся в ее гибкости и способности запасать, регенерировать и сохранять энергию, которая теряется в обычных ДВС. Эти новые подходы привели к созданию фирмами Toyota и Honda гибридных автомобилей моделей Toyota Prius и Insight. Шасси гибридного автомобиля Toyota HV-M4 включает в себя адаптированный бензиновый силовой агрегат объемом 2,4 л, который расположен поперечно спереди. Наиболее очевидными новшествами являются: смонтированный сзади электродвигатель (с приводом на задние колеса) и батарея аккумуляторов, установленная выше. По утверждению фирмы Toyota, в 2003 г. автомобили Toyota Prius начали приносить прибыль фирме от их продажи.
Более подробно о типах гибридных трансмиссий — в главе Гибридная трансмиссия
автомобильные гибридные силовые установки на примере Toyota Hybrid System II
4.4.6 Гибридная трансмиссия
Основными узлами гибридной трансмиссии являются: устройство разделения мощности (планетарный механизм), генератор, тяговый электродвигатель и понижающая передача. Сила тяги от двигателя разделяется на два потока планетарным механизмом. Один из выходных валов связан с электродвигателем и колёсами, а другой с генератором. Поэтому движущая сила от ДВС передаётся по двум потокам: механическому и электрическому.
Система сохраняет действие вариаторной трансмиссии, когда возможно изменение скорости движения при произвольном варьировании оборотами двигателя, генератора и электромотора (в зависимости от скорости автомобиля).
В трансмиссии THS II также уменьшены на 30% потери на трение, благодаря использованию шарикоподшипников и материалов пониженного трения.
В гибридной трансмиссии важную роль играет планетарный механизм. Это своеобразный «кран», регулирующий направление потоков мощности. В нашем случае с солнечной шестерней связан генератор, с водилом — двигатель внутреннего сгорания и с коронной шестерней — тяговый электромотор. При необходимости каждое звено можно сделать или неподвижным (остановив ленточным тормозом по команде компьютера) или ведущим. Таким образом, открываются широкие возможности для комбинаций самых разнообразных кинематических вариантов.
1) Автомобиль остановлен. Все детали неподвижны.
2) Во время начала движения. Автомобиль начинает движение, используя только электропривод.
3) При ускоренном старте. Генератор, имеющий также функцию стартера, запускает двигатель. Когда ДВС запущен, то генератор начинает вырабатывать электричество, которое используется для зарядки батареи и питания электродвигателя, приводящего в движение автомобиль.
4) Нормальное движение (основной режим). Большую часть времени ДВС используется для приведения транспортного средства в движение, в этом режиме система практически не нуждается в производстве электричества.
5) При ускорении. При разгоне с нормального режима движения возрастают обороты двигателя, и в то же время генератор начинает вырабатывать электричество. Электромотор использует эту энергию и электричество из аккумулятора, чем прибавляет свою движущую силу, улучшая ускорение.
Повышение производительности основано на высоких оборотах генератора. Поскольку максимально возможные обороты генератора возросли, то это отразилось на повышении оборотов ДВС, который смог производить большую эффективную мощность. В результате увеличился объём вырабатываемой генератором энергии, которая уходит на питание электродвигателя, таким образом, приводя к увеличению выходной мощности установки.
4.4.7 Двигатель
Двигатель работает по так называемому рабочему циклу Аткинсона, по которому степень сжатия и степень расширения имеют разные значения, что и способствует экономии топлива. Реализовать цикл Аткинсона помогают изменяемые на ходу фазы открытия и закрытия клапанов.
Система изменяемых фаз газораспределения VVT-i, используется для точной настройки времени открытия впускного клапана в зависимости от условий работы двигателя, что всегда позволяет добиться максимальной эффективности. Дополнительно использованная, полуразделённая камера сгорания кривой формы, предохраняет от быстрого распространения пламени по всему объёму камеры сгорания. Высокая тепловая эффективность, совместно с уменьшением как размера, так и веса, за счет применения блока цилиндров из алюминиевого сплава, компактного впускного патрубка и т.п. в конечном итоге улучшают топливную экономичность.
Максимальные обороты двигателя возросли с 4500 (в гибридной установке первого поколения) до 5000 об/мин, улучшая показатели производительности. Подвижные детали стали легче, поршневые кольца испытывают меньшие напряжения, менее жесткие пружины клапанов дают возможность уменьшить потери на трение. Более того, повышение на 500 об/мин, увеличивает обороты генератора, что ведёт к возрастанию силы тяги во время разгона и в последствие, большей экономичности.
4.4.8 Система энергетического контроля
Система энергетического контроля двигателя это важный механизм, служащий минимизации расхода топлива.
Основываясь на данных о режиме движения, степени нажатия педали акселератора и состоянии заряженности батареи, система решает стоит ли заглушить двигатель и ехать на электротяге, или продолжать движение с работающим ДВС.
При запуске системы автомобиль начинает двигаться только на электродвигателе, разумеется это не так при холодной температуре или разряженной батарее. Для того чтобы двигаться используя ДВС, сначала он запускается генератором, в то же самое время система подсчитывает общее количество энергии, необходимое автомобилю. Затем она определяет оптимально-экономичный режим работы и задаёт необходимую частоту вращения для двигателя. Далее, генератор поддерживает заданную частоту вращения ДВС. В расчетах необходимого количества энергии принимают непосредственную силу тяги на колёса, мощность, генерируемую для питания электромотора, энергетические нужды бортового электрооборудования, а так же требуемый уровень заряда батареи. В системе THS II был улучшен контроль за потреблением и управление энергией автомобиля, который достигнул улучшений в экономичности.
4.4.9 Система тягового контроля
Сила тяги автомобиля с системой THS II выражается соотношением непосредственной силы тяги от двигателя и мощности электромотора. Чем ниже скорость автомобиля, тем больше задействовано движущей силы от электродвигателя. Увеличение максимальной частоты вращения генератора позволило использовать максимум эффективной мощности ДВС на меньших скоростях, чем это было возможно в системе предыдущего поколения THS. Поскольку за двигателем нет трансмиссии, и используется прямой привод в сочетании с силой тяги от электромотора, то это даёт возможность постоянно контролировать силу тяги на колёсах, без рывков обеспечивая характеристики требуемого движения во всех диапазонах, от высоких скоростей до низких и от равномерного экономичного режима до резкого ускорения (называемого режимом резервного крутящего момента).
4.4.10 Система рекуперативного торможения
В установке THS II использована недавно разработанная система торможения контролируемого электроникой (ЕСВ), которая координирует действиями системы рекуперации и гидравлического тормоза. При этом в основном используется рекуперативное торможение, которое стало возможным благодаря улучшенным характеристикам батареи, способной регенерировать больший объём энергии широкого диапазона мощности.
ДАЛЕЕ
stolegt.narod.ru
Гибридная силовая установка — принцип работы
Гибридная силовая установка Lexus RX400h
Содержание:
В гибридной силовой установке сочетается работа современного ДВС и электромотора. Всем комплексом управляет электронная система, в том числе расходом топлива (в зависимости от выбранного способа вождения).
Начало движения
Движение начинает электромотор, который также работает при небольших скоростях. С увеличением скорости энергия направляется батарей на блок управления электропитанием, который ее распределяет на электромоторы. Электромоторы позволяют гибридам трогаться с места очень плавно. Весь принцип работы гибридной силовой установки демонстрирует гибридный автомобиль Lexus RХ400h.
При движении машины в нормальном режиме энергия распределяется между колесами и генератором, генератором, который в движение приводит электромоторы. Контролирует энергию, в целях ее максимальной экономии, электронная система. Генератор, в случае необходимости, отдает излишек энергии батареи, заряжая ее.
При разгоне гибрида, работает ДВС, а для того, чтобы улучшить динамику, существует электродвигатель. При торможении происходит преобразование энергий — кинетической в электрическую. Ее направляют электромоторы на блок управления электропитанием, который, в свою очередь, возвращает ее на высоковольтную батарею. При этом, в обычном режиме работает двигатель бензиновый.
Задача гибридных силовых установок:
- Обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики и быстрый набор скорости за счет мгновенной подачи энергии.
- Сохранить при торможении часть энергии, частично преобразовав ее в электрическую, а частично – в тепловую (в отличие от автомобилей обычных, где она 100% превращается в тепловую).
- Обеспечить гибрид современной системой управления расходуемой энергией.
- Снизить размеры и массу компонентов.
«То есть, гибридные силовые установки в автомобилях должны объединить желание защитить окружающую среду с высокой безопасностью вождения и максимально получаемым от этого удовольствием». Это высказывание главного инженера Lexus RХ400h, который так же сообщил, что новая гибридная система, созданная компанией, отлично подходит для автомобилей большого и среднего размера.
Гибридная трансмиссия
Ее целью в гибридной силовой установке является перераспределение потока мощности туда, где она нужна больше. Но, помимо обеспечения максимально экономного расходования мощности, она также управляет совместной работой двух двигателей, откликаясь на потребность водителя в большей мощности мгновенно.
Два источника энергии – электрический и бензиновый, которые RX400h (как и любой другой автомобиль) приводят в движение, являются прекрасным дополнением друг друга. Моментально обеспечивая дополнительную мощность, электрические моторы не расходуют топливо, сохраняя при этом чистоту атмосферы. Каждый из источников работает в системе в оптимальном режиме, обеспечивая топливную экономичность автомобилю и прекрасные качества ходовые.
Восстановление энергии в гибридной силовой установке
Энергию, безвозвратно теряемую в обычных условиях, гибридные технологии силовой установке позволяют частично использовать, т.е. это и является одним из источников экономии. В частности гибридные технологии Lexus обеспечивают высокую производительность благодаря высокопроизводительному основному источнику энергии, в качестве которого используется современный двигатель внутреннего сгорания V6 и электромотору с большим крутящим моментом, обеспечивающему дополнительную мощность. При этом не возникает никаких вибраций, снижается уровень шума, расход бензина и количество СО2, выбрасываемых в атмосферу. Водитель только чувствует, как мгновенно двигатель реагирует на команды. Сложная и компактная одновременно гибридная силовая установка, к которой относится высоковольтный мотор электрический, обеспечивает плавный разгон и максимальный комфорт во время движения.
При торможении автомобиля также используется генератор, что при поездках по городу особенно эффективно. В гибридной силовой установке практически отсутствует трения благодаря тому, что нет коробки передач, что и позволяет сохранить энергию кинетическую, преобразовав ее в электрическую.
Инвертор в гибридной силовой установке
Постоянный ток преобразуется в переменный, который и питает электромотор, благодаря инвертору. В Lexus RХ400h используется высоковольтная схема, повышающая напряжение, за счет чему при том же значении тока растет электрическая мощность, повышается производительность и кутящий момент привода двигателя электрического.
VDIM, или система интегрированного управления динамикой машины
Повышение качества управления обеспечивает еще и модифицированная подвеска, электронная система управления, современная система контроля устойчивости и собственно VDIM, разработана которая, была с целью объединения систем, которые до этого имели тенденцию отдельного развития, даже, если установлены они были в одном авто: ABS — антиблокировочная система тормозов, TRC – система антипробуксовочная, VCS – система устойчивости курсовой, ЕРS – электроусилитель руля. Это и характеристики гибрида улучшило, и безопасность, как и позволило сделать более предсказуемым и мягким поведение авто. VDIM не только все их объединяет, получая с многочисленных датчиков информацию о текущем состоянии транспортного средства, но и управляет системой полного привода и гибридной силовой установкой. А оптимизация работы систем, благодаря VDIM, положительно отражается на характеристиках динамических. Эта силовая установка намного эффективнее и менее «навязчива» в сравнении с обычными системами контроля устойчивости. Система управления динамикой при помощи высокоскоростной технологии управления трансмиссией, тормозами и двигателем, полностью контролирует гибридную силовую установку, систему торможения и полный привод на все колеса, управляя одновременно обоими двигателями в соответствии с конкретными условиями движения.
Запуск системы
Включается система подачи энергии, получив подтверждение от электронного ключа, означающее, что водитель находится внутри авто. Как только включается зажигание, осуществляется проверка системой исправности всех датчиков, мотора бензинового и электрического, батареи и генератора. Затем включаются различные компоненты системы высоковольтной – авто готово к работе.
Отключение системы
До того, как салон покинет водитель, отключивший зажигание, все компоненты силовой утсановки отключаются – последним отключается компьютер, удостоверившись, что отключение компонентов завершено.
Контроль торможения в гибридной силовой установке
Система регенеративного торможения, которой управляет электроника, для оптимизации количества сохраняемой энергии, самостоятельно принимает решение о том, когда необходимо использовать тормоза гидравлические, а в каких случаях производить регенеративное торможение, которое она (система) по возможности применяет чаще.
Управление мощностью
Контроль за потребляемой энергией силовая установка осуществляет по всему автомобилю, определяя, отталкиваясь от текущего состояния гибрида, какой из двух моторов нужно включить в работу. То есть, исходит она из того, требуется ли ускорение, а также на подаваемых компьютером сигналах от батареи. Если заряда батареи достаточно, а температура не слишком низкая, то при первом запуске авто работает от электромотора, для чего вначале запускается от генератора мотор (сразу производится расчет энергии, которая нужна для всего авто). Далее производится расчет условий движения исходя из обеспечения максимальной эффективности, требующейся для выработки необходимой энергии. После этого, сигнал направляется к двигателю, чтобы получить требуемое количество оборотов, дальнейший контроль за которыми производит генератор.
motocarrello.ru
Гибридная силовая установка — принцип работы
В поисках современных решений существующих проблем производители создают новые виды двигателей, совершенствуют конструкции автомобилей и внедряют улучшенные технологии. Результатом подобной работы стало появление гибридного автомобиля. Сейчас многие с большой уверенностью говорят, что именно так будут выглядеть машины на дорогах в ближайшем будущем.
Термин «гибридный» обозначает автомобиль, который имеет больше одного источника энергии. Мы привыкли к тому, что все автомобили используют двигатель внутреннего сгорания на бензиновом или дизельном топливе. Также раньше были известны так называемые электромобили. Сейчас же производители стараются привлечь покупателей, повышая экономию топлива, поэтому они объединяют двигатель внутреннего сгорания и электромотор в одном автомобиле.
Особенности конструкции
Гибридная силовая установка действительно обладает рядом преимуществ перед традиционными автомобилями.
Главная особенность гибридного двигателя заключается в том, что благодаря ему удается избежать работы двигателя при малых нагрузках, что в сочетании с рекуперацией кинетической энергии заметно повышает эффективность расхода топлива.
Если рассмотреть такой автомобиль более детально, то удастся выделить несколько основных элементов:
- бензиновый мотор;
- электрогенератор;
- гибридная трансмиссия;
- электродвигатель задних и передних колес;
- батарея высокой емкости;
- блок управления силовой системой.
Подобные идеи уже появлялись раньше в том числе в СССР в 70-х годах, часть из них даже находила свое воплощение в различных видах железнодорожного транспорта, карьерной техники и прототипах городских автомобилей. В частности это касается генератора и других. Используя преимущества электромоторов и ДВС гибридный автомобиль способен показать более высокий коэффициент полезного действия, что собственно и является главной целью создания подобных машин. Данные идеи стали особенно актуальны в наше время в условиях повышения цен на топливо.
Подробнее о новинке Российского рынка — автомобиле с гибридной силовой установкой «Ё-мобиль»:
Преимущества и недостатки
Среди основных преимуществ отмечают следующие черты:
- экономичность;
- экологическая чистота;
- улучшенные ходовые характеристики;
- увеличенная дальность пробега;
- возможность повторного использования энергии движения.
В то же время на данный момент имеются свои недостатки. В частности это высокая сложность конструкции, вследствие чего увеличивается себестоимость. Из-за этого многие мировые автомобильные компании отказываются или откладывают на неопределенный срок создание подобных образцов. Также усложняется техническое обслуживание, возникают трудности с утилизацией аккумуляторных батарей и т.д.
Принцип работы
Электромотор используется для того, чтобы тронуться с места и дальнейшей езды на малых скоростях. При первичном разгоне батарея начинает отдавать свою энергию, направляя ее на блок управления электропитанием и затем непосредственно на электрические двигатели.
Во время движения в обычном режиме используется одновременно бензиновый двигатель и электромотор. Нагрузка распределяется между ними равномерно. Генератор производит зарядку батареи во время движения, когда в работу вступает ДВС.
Во время разгона основная нагрузка ложится на бензиновый двигатель. Если требуется улучшить динамику, то в дело вступает электромотор. В этом режиме вновь происходит зарядка батареи за счет энергии движения.
Во время торможения гибридная силовая установка использует кинетическую энергию и преобразует ее в электрическую, которая в свою очередь направляется на блок управления электропитанием. Бензиновый двигатель функционирует в нормальном режиме. За счет преобразования кинетической энергии торможения происходит зарядка высоковольтной батареи.
Отсюда можно понять, что гибридные автомобили гораздо более эффективны в работе, хотя бы за счет того, что используется кинетическая энергия, которая до этого просто расходовалась впустую. Кроме того производители устанавливают на свои машины самые современные двигатели внутреннего сгорания и сложные компьютерные системы.
Используя только электрические моторы, можно проехать порядка 100 километров, что также является одним из преимуществ.
Многие специалисты сейчас достаточно уверенно говорят, что это современная система расходования топлива и энергии, в которой так нуждались автомобили. В ближайшее время гибридные установки будут продолжать развиваться и совершенствоваться. Если удастся устранить существующие недостатки — сложность конструкции и более высокую стоимость — то подобные машины завоюют лидерство буквально за несколько лет. Остается только подождать новых шагов от мировых автомобильных компаний и посмотреть своими глазами, что же у них получится.
Фото
Toyota Yaris Hybrid
Toyota FT-Bh концепт гибрид
Toyota FT-Bh концепт гибрид 2
Салон Toyota FT-Bh на гибридной силовой установке
Концепт автомобиля будущего
Видео
Также вам будет интересно посмотреть следующее видео о гибридной силовой установке:
auto-wiki.ru
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 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.
edrid.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.
edrid.ru