СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
HYBRID VEHICLE ACCELERATION METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к способу ускорения движущегося вперед транспортного средства, соответствующему преамбуле п. 1 прилагаемой формулы изобретения. Соответственно, осуществление этого способа начинают, когда транспортное средство движется вперед.
В частности, но не исключительно, изобретение направлено на осуществление такого способа для транспортных средств в виде колесных транспортных средств общего назначения, в частности большегрузных транспортных средств, таких как, например, грузовых автомобилей и автобусов.
В частности, изобретение относится к способу ускорения гибридного транспортного средства, движущегося вперед, причем такое транспортное средство в общем случае является транспортным средством, привод которого могут осуществлять главный двигатель, в данном случае - двигатель внутреннего сгорания, и вспомогательный двигатель, в данном случае - электрическая машина. Электрическая машина соответственно снабжена средством аккумулирования энергии, таким,как аккумуляторная батарея или конденсатор для аккумулирования электрической энергии, и регулирующим оборудованием для регулирования потока электрической энергии между упомянутым средством и электрической машиной. Вследствие этого, электрическая машина может работать как двигатель и генератор в зависимости от рабочего состояния транспортного средства. Когда транспортное средство тормозят, электрическая машина генерирует электрическую энергию, которую можно аккумулировать, и эту накопленную электрическую энергию можно впоследствии использовать, например, для приведения транспортного средства в движение.
Использование обычного механизма сцепления, разъединяющего входной вал коробки передач c двигателем внутреннего сгорания во время процесса переключения передач в коробке передач, влечет за собой недостатки, такие как нагревание дисков механизма сцепления, что приводит к возрастающему расходу топлива и износу дисков сцепления. Тогда обуславливаются также потери, когда транспортное средство трогается с места. Кроме того, обычный механизм сцепления является относительно массивным и дорогостоящим. Он также занимает относительно большое пространство в транспортном средстве. При использовании гидравлического преобразователя/трансформатора крутящего момента, обычно применяемого в автоматических коробках передач, также возникают потери на трение. Обычного механизма сцепления и упомянутых недостатков, связанных с ними, можно избежать, предусматривая для такого транспортного средства наличие движительной системы, в которой выходной вал двигателя внутреннего сгорания, ротор электрической машины и входной вал коробки передач взаимосвязаны планетарной передачей. Транспортное средство, имеющее движительную систему этого типа, известно из документа EP 1319546.
Конечно же, постоянно предпринимаются попытки усовершенствовать способы приведения в движение транспортного средства, имеющего такую движительную систему, с точки зрения энергетической эффективности, а также регенерации как можно большего количества энергии торможения при торможении транспортного средства.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать способ того типа, который характеризуется во введении как предусматривающий вышеупомянутые попытки. Эта задача в соответствии с изобретением решается путем разработки способа по п. 1 прилагаемой формулы изобретения.
За счет управления электрической машиной по крутящему моменту, а двигателем внутреннего сгорания - по скорости вращения на всем протяжении осуществления способа, первая скорость вращения и вращение первого компонента, соединенного с выходным валом двигателя внутреннего сгорания, обеспечат сближение скоростей вращения этих компонента и вала друг с другом до тех пор, пока не произойдет их взаимная блокировка, и тогда она произойдет без какого-либо прерывания крутящего момента в кинематической цепи, образованной движительной системой транспортного средства, и водитель транспортного средства не заметит перехода от неблокированной планетарной передачи к блокированной, проводимого посредством предлагаемого способа. Причины перехода от неблокированной планетарной передачи к блокированной могут заключаться, например, в том, что с энергетической точки зрения привод в положении блокировки выгоднее в существующей ситуации движения или энергия, аккумулированная для привода электрической машины, начинает тратиться.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, способ осуществляется для транспортного средства, имеющего движительную систему с солнечным зубчатым колесом в качестве упомянутого первого компонента и кольцевым зубчатым колесом с внутренним зацеплением в качестве упомянутого третьего компонента, и такая движительная система уже описана в еще не опубликованном документе SE 1051384-4 и обладает рядом преимуществ по отношению к движительной системе, соответствующей вышеупомянутому документу EP 1319546, которая имеет кольцевое зубчатое колесо с внутренним зацеплением в качестве первого компонента и солнечное зубчатое колесо в качестве третьего компонента. За счет соединения электрической машины с кольцевым зубчатым колесом с внутренним зацеплением, а выходного вала двигателя внутреннего сгорания - с солнечным зубчатым колесом, получается компактная конструкция, являющаяся легко встраиваемой в пространства, уже существующие для кинематических цепей (движительных систем), имеющих механизмы сцепления вместо планетарных передач. Вследствие этого, гибридизированной коробке передач можно придать размеры и массу, совместимые со стандартной коробкой передач, и можно поддерживать стандартизированные сопряжения. Это значит, что увеличение массы, обычно связанное с гибридизацией, можно значительно снизить. Еще одно преимущество заключается в том, что соединение электрической машины c кольцевым зубчатым колесом с внутренним зацеплением дает больший возможный тормозной крутящий момент через него, чем тот, который имел бы место в случае соединения с солнечным зубчатым колесом.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, скорость вращения входного вала коробки передач измеряют на этапе b) и управляют двигателем внутреннего сгорания, чтобы изменить его скорость вращения, приближая ее к этой скорости вращения. Это означает сравнительно простое и надежное управление двигателем внутреннего сгорания до состояния, в котором блокирующее средство может перейти в положение блокировки.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, осуществление способа начинают в состоянии упомянутой движительной системы, в котором скорость вращения первого компонента ниже, чем упомянутая первая скорость вращения, и управляют двигателем внутреннего сгорания на этапе b), чтобы увеличить его скорость вращения, приближая ее к упомянутой первой скорости вращения. Скорость вращения первого компонента, соединенного с выходным валом двигателя внутреннего сгорания, обычно ниже, чем упомянутая первая скорость вращения, и за счет последующего управления двигателем внутреннего сгорания с целью увеличения его скорости вращения для получения упомянутого положения блокировки двигатель внутреннего сгорания вносит вклад в требуемое ускорение транспортного средства.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, солнечное зубчатое колесо и водило планетарной передачи взаимно блокируются на этапе c). Это преимущественная точка процесса для осуществления упомянутой взаимной блокировки. Вследствие этого, посредством зубчатых колес планетарной передачи передается меньший крутящий момент. Потом посредством этих зубчатых колес передается только крутящий момент электрической машины.
Изобретение также относится к компьютерной программе, имеющей признаки, перечисленные в п. 6 формулы изобретения, компьютерному программному продукту, имеющему признаки, перечисленные в п. 7 формулы изобретения, электронному блоку управления, имеющему признаки, перечисленные в п. 8 формулы изобретения, и транспортному средству, имеющему признаки, перечисленные в п. 9 формулы изобретения.
Другие преимущественные признаки и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже, со ссылками на прилагаемые чертежи, приводится в качестве примера подробное описание варианта осуществления изобретения.
НА ЧЕРТЕЖАХ:
фиг. 1 - весьма упрощенный вид кинематической цепи транспортного средства, для которого можно осуществить способ в соответствии с изобретением;
фиг. 2 - тоже упрощенный, но более подробный вид части упомянутой движительной системы;
фиг. 3 - принципиальная схема электронного блока управления для реализации способа в соответствии с изобретением;
на фиг. 4 показано, как скорость вращения вала двигателя внутреннего сгорания, соединенного с планетарной передачей движительной системы в соответствии с фиг. 2, и входного вала для коробки передач, а также скорость транспортного средства и крутящий момент электрической машины могут изменяться во времени, когда осуществляют способ ускорения транспортного средства, движущегося вперед, в соответствии с вариантом осуществления изобретения; и
на фиг. 5 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показана кинематическая цепь для большегрузного транспортного средства 1. Кинематическая цепь содержит двигатель 2 внутреннего сгорания, коробку 3 передач, некоторое количество ведущих валов 4 и ведущих колес 5. Между двигателем 2 внутреннего сгорания и коробкой 3 передач кинематическая цепь содержит промежуточный участок 6. На фиг. 2 показан более подробный вид компонентов на промежуточном участке 6. Двигатель 2 внутреннего сгорания снабжен выходным валом 2a, а коробка 3 передач - входным валом 3a на промежуточном участке 6. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания расположен соосно по отношению к входному валу 3a коробки передач. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3a коробки передач расположены с возможностью вращения вокруг общей оси 7 вращения. Промежуточный участок 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 на внутренней стороне кожуха 8. Сердечник статора содержит обмотки статора. Электрическая машина 9 выполнена с возможностью использования - в определенных рабочих ситуациях - аккумулированной электрической энергии для приложения движущей силы к входному валу 3а коробки передач и использования - в других рабочих ситуациях - кинетической энергии входного вала 3a коробки передач для генерирования 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, расположенных 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 к окружной поверхности выходного вала 2a двигателя внутреннего сгорания. Солнечное зубчатое колесо 10 и выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания вращаются как единое целое с первой скоростью n вращения. Водило 12 планетарной передачи содержит крепежный участок 12a, крепящийся к окружной поверхности входного вала 3а коробки передач посредством шпоночного соединения 14. Посредством 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 окружную 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.
Движительная система содержит блокирующее средство за счет того, что на выходном валу 2a двигателя внутреннего сгорания предусмотрен перемещаемый сочленяющий элемент 15. Сочленяющий элемент 15 крепится к выходному валу 2a двигателя внутреннего сгорания посредством шпоночного соединения 16. Сочленяющий элемент 15 в этом случае закрепляется относительно вращения выходного вала 2a двигателя внутреннего сгорания и выполнен перемещаемым в осевом направлении по выходному валу 2a двигателя внутреннего сгорания. Сочленяющий элемент 15 содержит сочленяющий участок 15a, соединяемый с сочленяющим участком 12b водила 12 планетарной передачи. Схематически изображенный перемещающий элемент 17 выполнен с возможностью перемещения сочленяющего элемента 15 между первым положением, в котором сочленяющие участки 15a, 12b не введены во взаимное зацепление и которое соответствует положению расцепления блокирующего средства, и вторым положением, в котором сочленяющие участки 15a, 12b введены во взаимное зацепление и которое соответствует положению блокировки блокирующего средства. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3а коробки передач будут в этом положении блокировки взаимно блокированы, так что они и ротор электрической машины будут вследствие этого вращаться с одной и той же скоростью вращения. Это состояние можно назвать «блокированной планетарной передачей». Блокирующий механизм может также содержать втулку, снабженную первыми шпонками, которые в положении расцепления вводятся в зацепление со вторыми шпонками на первом компоненте планетарной передачи, а в положении блокировки вводятся в зацепление с третьими шпонками на втором компоненте планетарной передачи. Первым компонентом в этом случае предпочтительно является водило планетарной передачи, а вторым компонентом - солнечное зубчатое колесо. Тогда блокирующий механизм можно выполнить в виде втулки кольцевой формы, по существу, концентрично охватывающей водило планетарной передачи.
1
Электрический блок 18 управления выполнен с возможностью управления перемещающим элементом 17. Блок 18 управления также выполнен с возможностью принятия решения о том, в каких случаях электрическая машина должна работать как двигатель, а в каких случаях она должна работать как генератор. Чтобы принять это решение, блок 18 управления может принимать текущую информацию о подходящих рабочих параметрах. Блок 18 управления может быть компьютером с программным обеспечением, пригодным для этой задачи. Блок 18 управления управляет схематически показанным регулирующим оборудованием 19, которое регулирует поток электрической энергии между гибридной аккумуляторной батареей 20 и обмотками 9a статора электрической машины. В случаях, в которых электрическая машина работает как двигатель, аккумулированная электрическая энергия подается от гибридной аккумуляторной батареи 20 к статору 9a. В случаях, в которых электрическая машина работает как генератор, электрическая энергия подается от статора 9a к гибридной аккумуляторной батарее 20. Гибридная аккумуляторная батарея 20 подает и аккумулирует электрическую энергию с напряжением порядка 200-800 вольт. Поскольку промежуточный участок 6 между двигателем 2 внутреннего сгорания и коробкой 3 передач в транспортном средстве ограничен, требуется, чтобы электрическая машина 9 и планетарная передача составляли компактный узел. Компоненты 10, 11, 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 расположены с возможностью вращения вокруг общей оси 5 вращения. За счет такой конструкции, электрическая машина 9 и планетарная передача занимают сравнительно небольшое пространство. Транспортное средство 1 снабжено функциональным блоком 21 управления электродвигателем, и посредством этого блока можно регулировать скорость n вращения двигателя 2 внутреннего сгорания. Тем самым блок 18 управления имеет возможность активировать функциональный блок 21 управления электродвигателем и создавать состояние нулевого крутящего момента в коробке передач при введении в зацепление и выведении из зацепления зубчатых колес в коробке 3 передач. Конечно же, вместо управления движительной системой с помощью одного единственного блока 18 управления, ею можно управлять с помощью нескольких разных блоков управления.
1
2
На фиг. 5 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ ускорения транспортного средства, движущегося вперед, в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения, причем это транспортное средство имеет движительную систему того типа, которая показана на фиг. 2. Обратимся при этом и к фиг. 4, где графики скоростей n и n вращения выходного вала двигателя внутреннего сгорания и входного вала коробки передач, соответственно, скорости v транспортного средства и крутящего момента M электрической машины построены как функции времени для осуществления этого способа.
Транспортное средство движется вперед, и блокирующее средство при этом находится в положении расцепления, а в начале осуществления способа включена передача переднего хода. Это означает, что все три компонента планетарной передачи могут вращаться с разными скоростями вращения. Причина приведения транспортного средства в движение таким образом заключается в том, что в коробке передач произошло переключение передачи, которое стало выгодным для осуществления, когда планетарная передача находится в состоянии расцепления, или в том, что транспортное средство движется со сравнительно высокой скоростью, а работа двигателя внутреннего сгорания происходит на низких скоростях вращения, поскольку это выгодно с точки зрения потребления энергии. Затем обнаруживается необходимость ускорить транспортное средство и изменить привод так, что планетарная передача окажется в положении блокировки, например - потому что уровень энергии в аккумуляторной батарее, снабжающей электрическую машину энергией, начинает снижаться.
1
2
1
Тогда осуществление способа начинается посредством блока 18 управления, который в момент t управляет электрической машиной 9, чтобы прикладывать крутящий момент M, соответствующий произведению, с одной стороны, крутящего момента движительной системы, требуемого для ускорения, а с другой стороны, передаточного отношения планетарной передачи. Передаточное отношение планетарной передачи в этом случае представляет собой «количество зубьев кольцевого зубчатого колеса с внутренним зацеплением/(количество зубьев солнечного зубчатого колеса + количество зубьев кольцевого зубчатого колеса с внутренним зацеплением)». При этом измеряют скорость n вращения входного вала коробки передач и управляют двигателем внутреннего сгорания, чтобы изменить его скорость n вращения, приближая ее к скорости вращения входного вала коробки передач.
1
2
2
Скорости n и n вращения в момент t, по существу, равны, и тогда блокирующее средство переводится в положение блокировки путем перемещения сочленяющего элемента 15, после чего солнечное зубчатое колесо, кольцевое зубчатое колесо с внутренним зацеплением и водило планетарной передачи будут вращаться с одной и той же скоростью вращения, а транспортное средство будет двигаться так, будто планетарной передачи нет. По существу, «равны» здесь означает, что разность между скоростями вращения настолько мала, что может происходить взаимная блокировка.
В считываемую компьютерную программу, которая занесена с возможностью считывания во внутреннюю память компьютера, такую, как внутренняя память электронного блока управления транспортного средства, надлежащим образом введен код компьютерной программы для воплощения способа в соответствии с изобретением. Такая компьютерная программа должным образом поставляется посредством компьютерного программного продукта, содержащего носитель данных, считываемый электронным блоком управления, причем этот носитель данных имеет хранимую на нем компьютерную программу. Упомянутый носитель данных является, например, оптическим носителем данных в виде диска CD-ROM, диска DVD и т.д., магнитным носителем данных в виде жесткого диска, дискеты, ленты и т.д. или флэш-памятью, или памятью типа ROM, PROM, EPROM или EEPROM.
Фиг. 3 весьма схематично иллюстрирует электронный блок 40 управления, содержащий исполнительное средство 41, такое, как центральный процессор (CPU), для исполнения компьютерной программы. Исполнительное средство 41 осуществляет связь с памятью 42, например, типа RAM посредством шины 43 данных. Блок 40 управления содержит также носитель 44 данных, например, в виде флэш-памяти или памяти типа ROM, PROM, EPROM или EEPROM. Исполнительное средство 41 осуществляет связь с носителем 44 данных посредством шины 43 данных. На этом носителе 44 данных хранится компьютерная программа, содержащая код компьютерной программы для воплощения способа в соответствии с вариантом осуществления, изображенным на фиг. 5.
Конечно же, изобретение никоим образом не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, а многие возможности его изменения в рамках объема притязаний изобретения, охарактеризованного предлагаемой формулой изобретения, будут очевидны специалисту в данной области техники.
Блокирующее средство может быть выполнено с возможностью блокировки двух из упомянутых трех компонентов.
Трансмиссию можно расположить между ротором и кольцевым зубчатым колесом с внутренним зацеплением, а также между выходным валом двигателя внутреннего сгорания и солнечным зубчатым колесом, например, перед валом, показанным на чертежах как соединенный с солнечным зубчатым колесом. Трансмиссия, упомянутая в последнем случае, также может быть образована зубчатой передачей с переменным передаточным отношением.
Также можно предложить осуществление способа для транспортного средства, имеющего кольцевое зубчатое колесо с внутренним зацеплением в качестве первого компонента, а солнечное зубчатое колесо - в качестве третьего компонента, хотя из-за вышеупомянутых преимуществ предпочтительным, вероятно, зачастую является противоположный вариант.
Возможен вариант, в котором компонент, соединенный с выходным валом двигателя внутреннего сгорания, имеет скорость вращения выше упомянутой первой скорости вращения, когда начинают осуществлять способ, а первую скорость вращения также можно выбрать равной скорости вращения компонента, соединенного с электрической машиной.