ГИБРИДНАЯ ТРАНСМИССИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ
HYBRID TRANSMISSION WITH ADDITIONAL ELECTRIC MACHINE AND CONTROL METHOD

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.