СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ПРИВОДА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, СИСТЕМА ПРИВОДА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
VEHICLE DRIVE SYSTEM CONTROL METHOD, VEHICLE DRIVE SYSTEM AND VEHICLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к способу управления системой привода транспортного средства, в частности гибридного транспортного средства. Система привода содержит двигатель внутреннего сгорания c выходным валом, коробку передач c входным валом, электрическую машину, которая содержит статор и ротор, и планетарную передачу, которая содержит три компонента в виде солнечного зубчатого колеса, кольцевого зубчатого колеса с внутренним зацеплением и водила планетарной передачи.
Выходной вал двигателя внутреннего сгорания соединен c первым из упомянутых компонентов планетарной передачи таким образом, что вращение этого вала приводит к вращению этого компонента, при этом входной вал коробки передач соединен со вторым из упомянутых компонентов планетарной передачи таким образом, что вращение этого вала приводит к вращению этого компонента, а ротор электрической машины соединен c третьим из упомянутых компонентов планетарной передачи таким образом, что вращение ротора приводит к вращению этого компонента.
Кроме того, система привода содержит блокирующее средство, переводимое между блокированным состоянием, в котором два из упомянутых компонентов взаимно блокированы так, что три компонента вращаются как единое целое с одной и той же скоростью вращения, и разблокированным состоянием, в котором компоненты могут вращаться с разными скоростями вращения.
Данное изобретение также относится к системе привода для транспортного средства, соответствующей вышеизложенному.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Привод гибридных транспортных средств могут осуществлять главный двигатель, которым может быть двигатель внутреннего сгорания, и вспомогательный двигатель, которым может быть электрическая машина. Электрическая машина снабжена по меньшей мере одной аккумуляторной батареей для аккумулирования электрической энергии и регулирующим оборудованием для регулирования потока электрической энергии между аккумуляторной батареей и электрической машиной. Вследствие этого электрическая машина может попеременно работать как электродвигатель и как генератор в зависимости от рабочего состояния транспортного средства. Когда тормозят транспортное средство, электрическая машина формирует электрическую энергию, которую аккумулируют в аккумуляторной батареи. Аккумулированную электрическую энергию можно впоследствии использовать для эксплуатации транспортного средства. Электрическую машину можно размещать в некотором положении между механизмом сцепления и коробкой передач в транспортном средстве.
Обычные системы привода скомпонованы таким образом, что они допускают лишь небольшое количество рабочих режимов, которые адаптированы для основных нагрузок транспортного средства. Недостаток обычных систем привода заключается в том, что режимы работы при низкой нагрузке приводят к относительно высокому расходу горючего и ограниченному диапазону крутящего момента.
В US 6354974 описана система привода для гибридного транспортного средства. Гибридное транспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания и электрическую машину, которая скомпонована на выходном валу двигателя внутреннего сгорания. Назначением этой компоновки является создание компактной системы привода, которая не требует использования обычного механизма сцепления. Обычный механизм сцепления заменен планетарной передачей и тремя деталями фрикционных муфт. Посредством фрикционных муфт можно создавать отличающееся рабочее состояние для транспортного средства. Использование фрикционных муфт приводит к потерям энергии.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача данного изобретения состоит в создании способа управления системой привода транспортного средства для снижения расхода горючего транспортным средством.
Эта задача решается вышеупомянутым способом, который отличается повторяемыми этапами, на которых:
а) принимают информацию о требуемом крутящем моменте для эксплуатации транспортного средства, по меньшей мере одном первом рабочем параметре двигателя внутреннего сгорания и по меньшей мере одном втором рабочем параметре электрической машины,
b) определяют, достаточен ли имеющийся крутящий момент двигателя внутреннего сгорания и электрической машины для получения требуемого крутящего момент, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии;
c) определяют расход горючего транспортным средством, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии и в блокированном состоянии, на основании первого и второго рабочих параметров;
d) если крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания и электрической машины достаточен для получения требуемого крутящего момента, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, и если расход горючего транспортным средством, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, меньше, чем в блокированном состоянии, приводят в разблокированное состояние или поддерживают в нем, а электрической машиной и двигателем внутреннего сгорания управляют таким образом, что требуемый крутящий момент обеспечивается при нахождении планетарной передачи в разблокированном состоянии, в противном случае планетарную передачу приводят в блокированное состояние или поддерживают в нем, а осуществление способа заканчивают.
При работе транспортного средства с низкой нагрузкой с точки зрения экономии горючего предпочтительно эксплуатировать систему привода в соответствии с предлагаемым способом. Этот способ включает в себя этапы, на которых определяют, достаточен ли крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания и электрической машины для эксплуатации транспортного средства, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, то есть можно ли приводить транспортное средство в движение с помощью требуемого крутящего момента, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии. Способ дополнительно включает в себя этапы, на которых определяют, меньше ли расход горючего транспортным средством, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, чем расход горючего в блокированном состоянии, то есть предпочтительно ли с точки зрения расхода горючего транспортным средством приводить транспортное средство в движение, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии. Это определение можно выполнять независимо от того, находится ли планетарная передача в разблокированном состоянии или в блокированном состоянии. Если - когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии - достигается меньший расход горючего, чем в блокированном состоянии, то планетарную передачу приводят в разблокированное состояние или поддерживают в нем. В ином случае, планетарную передачу приводят в блокированное состояние или поддерживают в нем. Таким образом, упомянутое определение происходит независимо от состояния планетарной передачи, и поэтому планетарная передача приводит транспортное средство в движение в наиболее благоприятном состоянии за счет изменения или поддержания состояния планетарной передачи.
Если выполняются оба условия, то способ предусматривает последующий этап одновременного управления электрической машиной и двигателем внутреннего сгорания таким образом, что обеспечивается требуемый крутящий момент. Управление электрической машиной и двигателем внутреннего сгорания осуществляют при планетарной передаче в разблокированном состоянии и при поддержании скорости вращения двигателя внутреннего сгорания постоянной. C другой стороны, если любое из упомянутых условий не выполняется, планетарную передачу приводят в блокированное состояние, а осуществление способа заканчивают.
За счет эксплуатации транспортного средства в соответствии со способом, предусматривающим поддержание скорости вращения двигателя внутреннего сгорания постоянной, можно снизить расход горючего, поскольку низкая скорость вращения приводит к меньшим потерям на трение в двигателе внутреннего сгорания по сравнению с высокой скоростью вращения. Соответственно, способ обуславливает возможность сниженного расхода горючего по сравнению с известными системами привода.
Двигатель внутреннего сгорания в соответствии со способом вносит вклад в сообщение движущей силы транспортному средству, а не только в привод возможного вспомогательного оборудования в транспортном средстве, как в известных технических решениях. Способ удобен при рабочей нагрузке или крутящем моменте, которые являются низкими по сравнению с основной рабочей нагрузкой или требуемым крутящим моментом транспортного средства.
Способ позволяет управлять скоростью вращения двигателя внутреннего сгорания с целью получения оптимального рабочего состояния. Низкая скорость вращения дает возможность, например, увеличения температуры применительно к температуре выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания, что является преимуществом при очистке выхлопных газов в системе очистки выхлопных газов.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, осуществление способа начинают этапами, на которых:
- принимают информацию о первом рабочем параметре двигателя внутреннего сгорания и втором рабочем параметре электрической машины;
- определяют расход горючего транспортным средством, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии и в блокированном состоянии, на основании первого и второго рабочих параметров;
- если расход горючего транспортным средством, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, меньше, чем в блокированном состоянии, планетарную передачу приводят в разблокированное состояние и повторяют этапы a)-d). Соответственно, повторение действий в соответствии с этапами a)-d) инициируют только в случае, если разблокированное состояние приводит к меньшему расходу горючего, чем в блокированном состоянии.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения система привода при упомянутом инициировании способа находится в состоянии, в котором планетарная передача находится в блокированном состоянии, транспортное средство эксплуатируется, а в коробке передач включена некоторая передача. Состояние, в котором планетарная передача находится в блокированном состоянии, транспортное средство эксплуатируется, а в коробке передач включена некоторая передача, называется основным рабочим состоянием транспортного средства при высокой нагрузке.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения электрической машиной управляют по одному из таких параметров, как крутящий момент и скорость вращения, а двигателем внутреннего сгорания управляют по другому из таких параметров, как крутящий момент и скорость вращения.
В предпочтительном варианте электрической машиной управляют по крутящему моменту, а двигателем внутреннего сгорания при этом управляют по скорости вращения. Вследствие этого способ позволяет эксплуатировать транспортное средство при низкой скорости вращения двигателя внутреннего сгорания, что является преимуществом при снижении расхода горючего. В альтернативном варианте, электрической машиной управляют по скорости вращения, а двигателем внутреннего сгорания при этом управляют по крутящему моменту.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения двигателем внутреннего сгорания управляют таким образом, что скорость вращения двигателя внутреннего сгорания минимизируется применительно к требуемому крутящему моменту двигателя внутреннего сгорания. Посредством минимизации скорости вращения двигателя внутреннего сгорания снижают расход горючего транспортным средством. Двигателем внутреннего сгорания управляют по скорости вращения до достижения наименьшей скорости вращения, при которой можно обеспечить требуемый крутящего момент. Обычно эта скорость вращения является такой же, как скорость вращения в состоянии холостого хода двигателя внутреннего сгорания, которая представляет собой наименьшую возможную с точки зрения комфорта.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения двигателем внутреннего сгорания управляют таким образом, что двигатель внутреннего сгорания приобретает скорость вращения, связанную с состоянием холостого хода. Термин «скорость вращения в состоянии холостого хода» обозначает состояние, в котором двигателя внутреннего сгорания имеет скорость вращения в режиме холостого хода, где двигатель внутреннего сгорания не вносит вклад в крутящий момент.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, первый рабочий параметр является скоростью вращения двигателя внутреннего сгорания. Расход горючего транспортным средством зависит от скорости вращения двигателя внутреннего сгорания, поскольку с увеличением скорости вращения увеличиваются потери на трение. Соответственно, предпочтительно иметь настолько низкую скорость вращения двигателя внутреннего сгорания, насколько возможно для снижения расхода горючего во время повторения этапов a)-d).
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, второй рабочий параметр является формируемым крутящим моментом электрической машины. Расход горючего транспортным средством зависит от формируемого крутящего момента электрической машины, поскольку количество энергии в аккумуляторе энергии уменьшается в зависимости от формируемого крутящего момента и вследствие этого пополняется за счет энергии из двигателя внутреннего сгорания.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения водило планетарной передачи и солнечное зубчатое колесо сблокированы друг с другом, когда планетарная передача находится в блокированном состоянии, и водило планетарной передачи и солнечное зубчатое колесо деблокированы друг от друга, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии.
к
с
с
к
к
с
В соответствии с вариантом осуществления изобретения достаточен ли крутящий момент из двигателя внутреннего сгорания для эксплуатации транспортного средства, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, определяют на основании произведения формируемого крутящего момента из двигателя внутреннего сгорания и передаточного отношения, а достаточен ли крутящий момент из электрической машины для эксплуатации транспортного средства, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, определяют на основании произведения формируемого крутящего момента из электрической машины на величину, равную единице минус передаточное отношение, где передаточное отношение задается соотношением между количеством зубьев солнечного зубчатого колеса и суммой количества зубьев кольцевого зубчатого колеса с внутренним зацеплением и количества зубьев солнечного зубчатого колеса. Компоновка планетарной передачи предпочтительно соответствует уравнению планетарной передачи, которое соответствует следующему передаточному отношению: -z/z=(ω-ω)/(ω-ω)=102/66, где z - количество зубьев, ω - скорость вращения, подстрочный индекс «с» обозначает солнечное зубчатое колесо, а подстрочный индекс «к» обозначает кольцевое зубчатое колесо с внутренним зацеплением
Еще одна задача данного изобретения состоит создании способа управления системой привода для уменьшения износа коробки передач при ускорении транспортного средства.
Изобретение позволяет решить эту задачу посредством варианта осуществления изобретения, в котором коробка передач содержит по меньшей мере первую передачу с первым наименьшим крутящим моментом и вторую передачу со вторым наименьшим крутящим моментом и третью передачу с третьим наименьшим крутящим моментом, причем первый наименьший крутящий момент меньше, чем второй наименьший крутящий момент, а второй наименьший крутящий момент меньше, чем третий наименьший крутящий момент, при этом способ содержит этапы, на которых:
- приводят планетарную передачу в разблокированное состояния или поддерживают в нем, включая при этом первую передачу в коробке передач;
- увеличивают крутящий момент системы привода по меньшей мере от второго наименьшего крутящего момента по меньшей мере до третьего наименьшего крутящего момента посредством увеличения крутящего момента двигателя внутреннего сгорания и электрической машины, поддерживая при этом скорость вращения двигателя внутреннего сгорания;
- переключают передачу в коробке передач с первой передачи на третью передачу; и
- приводят планетарную передачу в блокированное состояние и заканчивают осуществление способа.
Способ позволяет пропускать передачи во время ускорения транспортного средства, с помощью чего электрическая машина добавляет крутящий момент, представляющий собой по меньшей мере второй наименьший крутящий момент по меньшей мере к третьему наименьшему крутящему моменту, когда в коробке передач включена первая передача, и по меньшей мере третий наименьший крутящий момент, когда в коробке передач включена третья передача. Способ позволяет транспортному средству ускоряться без переключения с первой передачи на третью передачу в последовательном порядке, что обеспечивает уменьшенный износ в коробке передач. Кроме того, при ускорении транспортного средства достигается повышенный комфорт, заключающийся, например, в том, что можно избежать возможных толчков при переключении передач.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения блокирующее средство выполнено с возможностью в блокированном состоянии соединять кольцевое зубчатое колесо с внутренним зацеплением и водило планетарной передачи таким образом, что они вращаются вместе. Переключение из блокированного состояния в разблокированное состояние содержит этапы, на которых:
- управляют электрической машиной и двигателем внутреннего сгорания до достижения состояния, в котором на них не действует крутящий момент; и
- выводят блокирующее средство из зацепления с кольцевым зубчатым колесом с внутренним зацеплением и водилом планетарной передачи таким образом, что кольцевое зубчатое колесо с внутренним зацеплением и водило планетарной передачи свободно вращаются друг относительно друга.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, блокирующее средство выполнено с возможностью в блокированном состоянии соединять кольцевое зубчатое колесо с внутренним зацеплением и водило планетарной передачи таким образом, что они вращаются вместе, при этом переключение из разблокированного состояния в блокированное состояние содержит этапы, на которых:
- управляют электрической машиной и двигателем внутреннего сгорания до достижения состояния, в котором на них не действует крутящий момент; и
- смещают блокирующее средство для зацепления с кольцевым зубчатым колесом с внутренним зацеплением и водилом планетарной передачи.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения выходной вал двигателя внутреннего сгорания соединен с солнечным зубчатым колесом таким образом, что они вращаются как единое целое с первой скоростью вращения, что входной вал коробки передач соединен с водилом планетарной передачи таким образом, что они вращаются как единое целое со второй скоростью вращения, и что ротор электрической машины соединен с кольцевым зубчатым колесом с внутренним зацеплением таким образом, что кольцевое зубчатое колесо с внутренним зацеплением вращается с третьей скоростью вращения.
Данное изобретение также относится к вышеупомянутой системе привода. Система привода отличается тем, что она содержит блок управления, выполненный с возможностью приема информации о крутящем моменте, требуемом для приведения транспортного средства в движение по меньшей мере в одном первом рабочем параметре двигателя внутреннего сгорания и по меньшей мере одном втором рабочем параметре электрической машины, к определению того, достаточен ли имеющийся крутящий момент из двигателя внутреннего сгорания и электрической машины для достижения требуемого крутящего момента, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, и к определению расхода горючего транспортным средством, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии и в блокированном состоянии, на основании первого и второго рабочего параметра, при этом блок управления также выполнен с возможностью - если крутящий момент из двигателя внутреннего сгорания и электрической машины достаточен для эксплуатации транспортного средства, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, и если расход горючего транспортным средством, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, меньше, чем в блокированном состоянии, - приведения планетарной передачи в разблокированное состояние или поддержания в нем и управления электрической машиной и двигателем внутреннего сгорания таким образом, что требуемый крутящий момент обеспечивается при нахождении планетарной передачи в разблокированном состоянии и при поддержании скорости вращения двигателя внутреннего сгорания.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения система привода содержит средство управления скоростью вращения двигателя внутреннего сгорания. Например, средство управления скоростью вращения является регулятором скорости вращения.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения система привода содержит средство управления крутящим моментом электрической машины. Формируемым крутящим моментом из электрической машины предпочтительно управляют с помощью блока управления, который управляет подачей электропитания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи будет приведено в качестве примера описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения, при этом:
на фиг. 1а показана система привода для эксплуатации транспортного средства в соответствии с данным изобретением;
на фиг. 1b система привода согласно фиг. 1а показана подробно.
на фиг. 2 показана блок-схема последовательности операций способа управления системой привода в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
на фиг. 3 показана блок-схема последовательности операций способа управления системой привода в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1а показана линия привода для большегрузного транспортного средства 1. Линия привода содержит двигатель 2 внутреннего сгорания, коробку 3 передач, некоторое количество ведущих валов 4 и ведущих колес 5. Линия привода содержит промежуточную часть 6 между двигателем 2 внутреннего сгорания и коробкой 3 передач.
На фиг. 1b промежуточная часть 6 показана подробно. Двигатель 2 внутреннего сгорания снабжен выходным валом 2a, а коробка 3 передач - входным валом 3a в промежуточной части 6. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания расположен соосно по отношению ко входному валу 3a коробки передач. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3a коробки передач выполнены с возможностью вращения вокруг общей оси 7 вращения. Промежуточная часть 6 содержит кожух 8, окружающий электрическую машину 9 и планетарную передачу. Электрическая машина 9 содержит, как обычно, статор 9a и ротор 9b. Статор 9a содержит сердечник статора, закрепленный должным образом внутри кожуха 8. Сердечник статора содержит обмотки статора. Электрическая машина 9 выполнена с возможностью использования - в определенных рабочих режимах - аккумулированной электрической энергии для приложения движущей силы ко входному валу 3а коробки передач и к использованию - в других рабочих режимах - кинетической энергии входного вала 3a коробки передач для формирования и аккумулирования электрической энергии.
1
2
3
Планетарная передача расположена по существу радиально внутри статора 9a и ротора 9b электрической машины. Планетарная передача содержит, как обычно, солнечное зубчатое колесо 10, кольцевое зубчатое колесо 11 с внутренним зацеплением и водило 12 планетарной передачи. Водило 12 планетарной передачи несет некоторое количество зубчатых колес - сателлитов 13, выполненных с возможностью вращения в радиальном пространстве между зубьями солнечного зубчатого колеса 10 и кольцевого зубчатого колеса 11 с внутренним зацеплением. Солнечное зубчатое колесо 10 крепится на периферийной поверхности выходного вала 2a двигателя внутреннего сгорания. Солнечное зубчатое колесо 10 и выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания в данном случае выполнены с возможностью вращения как единое целое с первой скоростью n вращения. Водило 12 планетарной передачи содержит крепежный участок 12a, который крепится на периферийной поверхности входного вала 3a коробки передач с помощью шпоночного соединения 14. С помощью этого соединения водило 12 планетарной передачи и входной вал 3а коробки передач могут вращаться как единое целое со второй скоростью n вращения. Кольцевое зубчатое колесо 11 с внутренним зацеплением содержит внешнюю периферийную поверхность, на которую крепится ротор 9b. Ротор 9b и кольцевое зубчатое колесо 11 с внутренним зацеплением образуют вращающийся узел, выполненный с возможностью вращения с третьей скоростью n вращения.
Система привода содержит также блокирующее средство, выполненное с возможностью переключению планетарной передачи между разблокированным состоянием, в котором солнечное зубчатое колесо 10, кольцевое зубчатое колесо 11 с внутренним зацеплением и водило 12 планетарной передачи свободно вращаются друг относительно друга, и блокированным состоянием, в котором водило 12 планетарной передачи и солнечное зубчатое колесо 10 сблокированы друг с другом. Блокирующее средство в блокированном состоянии выполнено с возможностью соединения кольцевого зубчатого колеса 11 с внутренним зацеплением и водила 12 планетарной передачи таким образом, что они вращаются вместе.
Изменение между блокированным состоянием и разблокированным состоянием предусматривает управление электрической машиной 9 и двигателем 2 внутреннего сгорания до достижения состояния, в котором на оба эти агрегата не действует крутящий момент, и последующие выведение блокирующего средства из зацепления c кольцевым зубчатым колесом 11 с внутренним зацеплением и водилом 12 планетарной передачи или введение упомянутого средства в такое зацепление.
Блокирующее средство содержит перемещаемый сочленяющий элемент 15 на выходном валу 2а двигателя внутреннего сгорания. Сочленяющий элемент 15 закреплен на выходном валу 2а двигателя внутреннего сгорания с помощью шпоночного соединения 16. Сочленяющий элемент 15 в этом случае в этом жестко закреплен с предотвращением проворачивания на выходном валу 2a двигателя внутреннего сгорания и выполнен перемещаемым в осевом направлении по выходному валу 2a двигателя внутреннего сгорания. Сочленяющий элемент 15 содержит сочленяющую часть 15а, выполненную с возможностью соединения с сочленяющим участком 12b водила 12 планетарной передачи. Блокирующее средство дополнительно содержит перемещающий элемент 17, выполненный с возможностью перемещения сочленяющего элемента 15 между разблокированным состоянием, в котором сочленяющие участки 15a, 12b не введены в зацепление друг с другом, и блокированным состоянием, в котором сочленяющие участки 15a, 12b введены в зацепление друг с другом. Когда сочленяющие участки 15a, 12b введены в зацепление друг с другом, выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3а коробки передач будут вращаться с одной и той же скоростью вращения.
Электрический блок 18 управления выполнен - или множество электрических блоков 18 управления выполнены - с возможностью управления перемещающим элементом 17. Блок 18 управления также выполнен с возможностью определения того, в каких случаях электрическая машина 9 будет работать как электродвигатель, а в каких - как генератор. Чтобы определить это, блок 18 управления может принимать текущую информацию о подходящих рабочих параметрах. Блок 18 управления может быть компьютером с программным обеспечением, пригодным для этого. Блок 18 управления также управляет схематически показанным регулирующим оборудованием 19, которое регулирует поток электрической энергии между аккумулятором 20 энергии и статором 9a электрической машины. Когда электрическая машина работает как генератор, электрическая энергия подается в аккумулятор 20 энергии от статора 9a. Аккумулятор 20 энергии подает и аккумулирует электрическую энергию с напряжением в диапазоне 300-700 вольт. Необходимо, чтобы электрическая машина 9 и планетарная передача составляли компактный узел, поскольку промежуточная часть 6 между двигателем 2 внутреннего сгорания и коробкой 3 передач в транспортном средстве ограничена в размерах. Компоненты 10-12 планетарной передачи в данном случае расположены по существу радиально внутри статора 9a электрической машины. Ротор 9b электрической машины, кольцевое зубчатое колесо 11 с внутренним зацеплением планетарной передачи, выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3а коробки передач в данном случае выполнены с возможностью вращения вокруг общей оси 7 вращения. За счет такой конструкции электрической машине 9 и планетарной передаче требуется сравнительно небольшое пространство.
Транспортное средство содержит аккумуляторную батарею 21 напряжением 24 В для запуска двигателя 2 внутреннего сгорания и эксплуатации вспомогательного оборудования в транспортном средстве 1. В большегрузном транспортном средстве 1 используется аккумуляторная батарея 21 напряжением 24 В. Аккумуляторная батарея 21 напряжением 24 В выполнена с возможностью соединения посредством электрического проводника и соединительного механизма 23 со статором 9a электрической машины. Электрический проводник содержит преобразователь 22 постоянного напряжения между аккумуляторной батареей 21 напряжением 24 В и соединительным механизмом 23. Преобразователь 22 постоянного напряжения обладает способностью преобразовывать электрическую энергию, которая подводится от статора 9a электрической машины, подающей электрическую энергию c тем же напряжением, что и в аккумуляторе 20 энергии, в напряжение, которое преобладает в аккумуляторной батарее 21 напряжением 24 В. В предпочтительном варианте, преобразователь 22 постоянного напряжения является преобразователем двухстороннего типа. Вследствие этого, он применим также тогда, когда нужно провести электрическую энергию от аккумуляторной батареи 21 напряжением 24 к статору 9а электрической машины. Когда электрическую энергию проводят в этом направлении, преобразователь 22 постоянного напряжения преобразует электрическую энергию c напряжением 24 В к более высокому напряжению гибридной аккумуляторной батареи.
Система привода содержит средства обнаружения первого рабочего параметра двигателя 2 внутреннего сгорания и второго рабочего параметра электрической машины 9. В предпочтительном варианте, первый рабочий параметр является скоростью вращения двигателя внутреннего сгорания, а второй рабочий параметр является формируемым крутящим моментом электрической машины 9, который зависит, например, от амплитуды и фазы тока, подаваемого в электрическую машину.
Средство обнаружения первого рабочего параметра является, например, регулятором скорости, соединенным с двигателем 2 внутреннего сгорания. Средство обнаружения второго рабочего параметра является, например, системой управления электрической машины 9, которая выдает информацию об амплитуде и фазе тока.
Способ изобретения будет подробно пояснен со ссылками на фиг. 2-3. Управление на этапах способа осуществляется посредством блока 18 управления.
На фиг. 2 показан способ в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
Осуществление способа начинают на этапе 210. Осуществление способа начинают на этапе 210 приемом информации о требуемом крутящем моменте для эксплуатации транспортного средства, первом рабочем параметре двигателя 2 внутреннего сгорания и втором рабочем параметре электрической машины 9.
Требуемый крутящий момент определяется пользователем транспортного средства. Первый рабочий параметр двигателя 2 внутреннего сгорания и второй рабочий параметр электрической машины 9 - это параметры, которые влияют на расход горючего транспортным средством как в разблокированном состоянии, так и в блокированном состоянии планетарной передачи. В предпочтительном варианте, первый рабочий параметр является скоростью вращения двигателя внутреннего сгорания, а второй рабочий параметр является формируемым крутящим моментом из электрической машины 9.
На этапе 220 определяют:
достаточен ли крутящий момент из двигателя 2 внутреннего сгорания и электрической машины 9 для эксплуатации транспортного средства, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, и
расход горючего, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии и блокированном состоянии.
На этапе 230 определяют, выполняются ли следующие два условия:
i) достаточен ли крутящий момент из двигателя 2 внутреннего сгорания и электрической машины 9 для эксплуатации транспортного средства, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, и
ii) меньше ли расход горючего, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, чем расход горючего в блокированном состоянии.
Если на вопросы об удовлетворении обоих условий получены утвердительные ответы, то осуществление способа продолжают этапом 240, на котором управляют электрической машиной 9 и двигателем 2 внутреннего сгорания таким образом, что требуемый крутящий момент обеспечивается при нахождении планетарной передачи в разблокированном состоянии и при поддержании скорости вращения двигателя внутреннего сгорания неизменной. С другой стороны, если на вопросы об удовлетворении упомянутых условий получен по меньшей мере один отрицательный ответ, планетарную передачу на этапе 250 приводят в блокированное состояние, а осуществление способа заканчивают.
Этапы 210-240 повторяют, пока на этапе 230 получается отрицательный ответ на вопрос об удовлетворении любого из упомянутых условий. Осуществление способа можно заканчивать и по-другому, например, по команде пользователя. Повторение способа в соответствии с этапами 210-240 приводит к сниженному расходу горючего во время движения транспортного средства.
На фиг. 3 показан способ в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения. Второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления начальными этапами способа.
Осуществление способа начинают на этапе 110, принимая информацию о требуемом крутящем моменте для эксплуатации транспортного средства, первом рабочем параметре двигателя 2 внутреннего сгорания и втором рабочем параметре электрической машины 9.
На этапе 220 определяют расход горючего для планетарной передачи, соответственно, в разблокированном состоянии и в блокированном состоянии. На этапе 230 определяют, меньше ли расход горючего, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, чем в блокированном состоянии.
Если расход горючего, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии меньше, чем в блокированном состоянии, планетарную передачу приводят в разблокированное состояние на этапе 140 и повторяют осуществление способа в соответствии с этапами 210-240 так же, как показано на фиг. 2. В противном случае, осуществление способа заканчивают.
В определенных режимах движения, с точки зрения экономии горючего для приведения транспортного средства в движение лучше, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии. Эти режимы движения типичны, когда от линии привода требуются малый положительный или отрицательный крутящий момент. За счет того, что можно эксплуатировать двигатель внутреннего сгорания при меньшей скорости, когда потери на трение значительно ниже, можно экономить энергию.
Движение с двигателем 2 внутреннего сгорания в состоянии холостого хода и подводом мощности в транспортное средство с помощью электрической машины 9 можно также реализовать в параллельной гибридной компоновке. По сравнению с параллельной гибридной компоновкой, компактная гибридная компоновка обеспечивает больший доступный положительный крутящий момент в разблокированном состоянии. Поэтому движение с малым крутящим моментом внутреннего сгорания можно использовать для многих режимов движения.
Разблокированное состояние можно также использовать для пропуска передач во время ускорения. Когда самое время перейти на более высокую передачу, планетарную передачу переключают в разблокированное состояние и придают несколько большее ускорение с помощью более высокой скорости вращения электрической машины, и вследствие этого происходит синхронизация переключения на более высокую передачу.
При движении в разблокированном состоянии, электрическая машина 9 и двигатель 2 внутреннего сгорания управляются по крутящему моменту до достижения наименьший скорости вращения, с которой может быть получен требуемый крутящий момент. Обычно это такая же скорость вращения, как скорость вращения двигателя 2 на холостом ходу, то есть скорость вращения, наименьшая возможная с точки зрения комфорта, в частности, вибрации, и т.д.
Управление скоростью вращения реализуют с помощью регулятора скорости, который регулирует двигатель 2 внутреннего сгорания до достижения желаемой скорости вращения посредством управления по крутящему моменту. В системе управления этот регулятор скорости расположен вблизи исполнительного механизма.
Когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии, а двигатель 2 внутреннего сгорания работает на скорости вращения холостого хода, получаются два эффекта:
i) благодаря уменьшенной скорости вращения, потери на трение в двигателе 2 внутреннего сгорания уменьшаются;
ii) поскольку электрическая машина 9 создает крутящий момент большей величины в линии привода, потери в электрической машине 9 и аккумуляторе 20 энергии увеличиваются.
Помимо этого, баланс заряда в аккумуляторе 20 энергии изменяется таким образом, что после этого аккумулятор нужно либо перезарядить, либо слить таким способом, который - возможно - создает потери, превышающие те, которые были бы в случае, если бы планетарная передача не находилась в разблокированном состоянии. Кроме того, эти будущие потери следует учесть в нарастающих электрических потерях, которые являются результатом движения, когда планетарная передача находится в разблокированном состоянии. Именно ввиду экономии горючего желательно движение при нахождении планетарной передачи в разблокированном состоянии, если уменьшающиеся потери, соответствующие пункту i), превышают увеличивающиеся потери, соответствующие пункту ii).
Преимущества движения посредством электрического привода с помощью параллельной гибридной компоновки и планетарной передачи в разблокированном состоянии являются следующими:
- при положительном крутящем моменте из линии привода, двигатель внутреннего сгорания вносит свой вклад величиной 40% (в зависимости от трансмиссии) крутящего момента, несмотря на тот, который имеет место при скорости вращения на холостом ходу;
- двигатель 2 внутреннего сгорания обеспечивает полезную работу в системе привода, помимо привода возможный вспомогательных узлов (таких, как сервомеханизм рулевого управления);
- больший диапазон доступного крутящего момента при положительном крутящем моменте из линии привода, чем при действии только электрической машины 9;
- можно повысить температуру выхлопных газов, посредством чего можно использовать больший крутящий момент из двигателя внутреннего сгорания при низкой скорости вращения, что является преимуществом для системы очистки выхлопных газов;
- при торможении или рекуперации энергии торможения, уменьшается количество горючего, потребляемого двигателем 2 внутреннего сгорания, потому что он не задействуется во время торможения.
Недостаток, сравнимый с электрическим режимом привода при параллельной гибридной компоновке и планетарной передаче в разблокированном состоянии, заключается в том, что в этом режиме тормозить можно только с ограниченным крутящим моментом, чтобы двигатель 2 внутреннего сгорания не увеличивал скорость вращения.
Во время этого режима движения, двигатель 2 внутреннего сгорания также можно выключить. Тогда его скорость вращения снижается до нуля при торможении маховиком, а в альтернативном варианте, управление им до останова осуществляют за счет того, что крутящий момент электрической машины временно регулируют с помощью подходящего положительного крутящего момента. При этом блок 1 8 управления может управлять ускорением транспортного средства с помощью тормоза транспортного средства.
Изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, а может быть модифицировано и изменено в рамках объема притязания нижеследующей патентной формулы изобретения.
Изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, а может быть модифицировано и изменено в рамках нижеследующей патентной формулы изобретения.