ПРИВОДНАЯ СИСТЕМА ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УКАЗАННОЙ СИСТЕМОЙ
HYBRID VEHICLE DRIVE SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING SAID SYSTEM

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к приводной системе гибридного транспортного средства, а также к способу управления приводной системой указанного типа.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Для управления гибридными транспортными средствами энергоэффективным образом используются приводные системы, известные из предшествующего уровня техники, которые – когда педаль акселератора не нажата, то есть когда водителем гибридного транспортного средства не запрашивается активное ускорение этого транспортного средства – расцепляют соединительный механизм передачи усилий (соединение, передающее крутящий момент между приводным электродвигателем и управляемыми колесами) в трансмиссии при работающем двигателе внутреннего сгорания (приводном двигателе) с целью достижения рабочего состояния, называемого «движением накатом». Более того, давно известно, что двигатель внутреннего сгорания отключается, когда педаль акселератора, посредством которой водитель подает запрос на ускорение гибридного транспортного средства, не нажата, а в трансмиссии предусмотрен соединительный механизм передачи усилий, вследствие чего может быть реализован механический запуск двигателя внутреннего сгорания с необязательной рекуперацией торможения.
В документе DE 29 43 554 A1 раскрыт гибридный привод транспортного средства, содержащий двигатель внутреннего сгорания в качестве первого источника приведения в движение; электрическую машину в качестве дополнительного источника приведения в движение; коробку передач транспортного средства, обеспечивающую переключение ступеней с разными передаточными числами (передаточным отношением зубчатой передачи); и две муфты расцепления; при этом во время движения двигатель внутреннего сгорания периодически расцепляется и повторно зацепляется за счет размыкания и замыкания муфт расцепления, и может дополнительно останавливаться в соответствующих режимах эксплуатации; причем двигатель внутреннего сгорания выполнен без маховика. Электрической машине придается требуемая центробежная масса, и указанная центробежная масса при этом интегрируется – по меньшей мере, частично – во вращающуюся часть электрической машины. Благодаря тому, что двигатель внутреннего сгорания выполнен без маховика, указанный двигатель внутреннего сгорания останавливается фактически без задержки, когда размыкается муфта расцепления, расположенная между двигателем внутреннего сгорания и электрической машиной, и указанный двигатель внутреннего сгорания – благодаря своей малой массе – может быть снова запущен по существу без рывков за счет повторного зацепления с вращающейся электрической машиной.
Исходя из предшествующего уровня техники в отношении работы гибридного транспортного средства на электрической тяге с выключенным двигателем внутреннего сгорания, было установлено, что в случае подачи водителем запроса на ускорение для запуска двигателя внутреннего сгорания проходит определенное время до момента запуска двигателя внутреннего сгорания и начала фактического ускорения транспортного средства. Такое поведение приводной системы может негативно влиять на удобство вождения и, следовательно, восприниматься водителем в качестве фактора, вызывающего беспокойство.
Более того, испытания показали, что в случае повторного сцепления двигателя внутреннего сгорания с вращающейся электрической машиной, которая соединена с выходным валом, то есть с управляемыми колесами гибридного транспортного средства, ударные волны сжатия двигателя внутреннего сгорания во время его запуска могут передаваться на остальные компоненты трансмиссии, вследствие чего в трансмиссии могут возникать вибрации, что также может восприниматься водителем в качестве фактора, вызывающего беспокойство.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить приводную систему гибридного транспортного средства и способ управления указанной приводной системой, который обеспечивал бы, в частности, быструю реакцию транспортного средства на запрос водителя на ускорение даже при изначально выключенном двигателе внутреннего сгорания.
Указанная цель достигается согласно настоящему изобретению с помощью приводной системы по первому пункту формулы изобретения и с использованием способа управления приводной системой указанного типа по п. 10 формулы изобретения.
Настоящим изобретением предложена приводная система гибридного транспортного средства, которая в предпочтительном варианте содержит двигатель внутреннего сгорания, снабженный валом двигателя внутреннего сгорания, который может приводить в действие указанный двигатель; и переключаемую коробку передач транспортного средства, которая со своей приводной стороны снабжена ведущим валом коробки передач, предпочтительно расположенным на одной оси с валом двигателя внутреннего сгорания, а со своей вторичной стороны снабжена выходным валом коробки передач, предпочтительно расположенным также на одной оси с валом двигателя внутреннего сгорания. Более того, в предпочтительном варианте приводная система содержит муфту коробки передач для зацепления или расцепления ведущего вала коробки передач и выходного вала коробки передач.
Указанная муфта коробки передач предпочтительно представляет собой муфту, которая выполнена с возможностью пробуксовки, причем эта пробуксовка поддается регулированию. Под муфтой, выполненной с возможностью пробуксовки, следует понимать, в частности, муфту, с помощью которой – по меньшей мере, в заданных режимах работы – обеспечивается возможность пробуксовки между элементами, соединяемыми посредством указанной муфты; при этом указанная пробуксовка предпочтительно поддается регулированию. В данном случае в контексте настоящего изобретения термин зацепление или расцепление следует понимать как установление или устранение соединения, передающего крутящий момент посредством этой муфты. Из предшествующего уровня техники известны различные конструктивные формы таких муфт, в частности, муфты с фрикционным сцеплением, гидродинамические муфты или муфты с фрикционным сцеплением/принудительной блокировкой. В контексте настоящего документа под муфтой с фрикционным сцеплением/принудительной блокировкой следует понимать муфту, в которой во время ее замыкания изначально устанавливается соединение с фрикционным сцеплением, а когда муфта оказывается полностью замкнутой, устанавливается соединение с принудительной блокировкой для передачи крутящего момента; такой принцип, например, используется в конических синхронизаторах, которые применяются в автомобилестроении.
В частности, для запуска двигателя внутреннего сгорания приводная система содержит механизм привода с центробежной массой, который располагается по оси между двигателем внутреннего сгорания и коробкой передач транспортного средства; кроме того, в предпочтительном варианте механизм привода с центробежной массой содержит промежуточный вал, предпочтительно расположенный на одной оси с валом двигателя внутреннего сгорания.
Механизм привода (МП) с центробежной массой включает в себя устройство для уменьшения вибраций при вращении с ведущим валом МП с приводной стороны и выходным валом МП с вторичной стороны; при этом устройство для уменьшения вибраций при вращении выполнено с возможностью уменьшения вибраций, в частности, промежуточного вала. В предпочтительном варианте устройство для уменьшения вибраций при вращении располагается полностью между первой муфтой и второй муфтой в направлении передачи мощности привода с двигателя внутреннего сгорания на управляемые колеса.
Таким образом, устройство для уменьшения вибраций при вращении может быть использовано в качестве эффективной центробежной массы механизма привода с центробежной массой и, соответственно, всей приводной системы в целом. Механизмы привода с центробежной массой, известные из предшествующего уровня техники, обычно характеризуются большими моментами инерции, обусловленными принципами их работы. По указанным причинам предпочтительное расположение устройства для уменьшения вибраций при вращении полностью между первой муфтой и второй муфтой дает положительный эффект, поскольку, таким образом, в этом предпочтительном случае обеспечивается по существу отсутствие какой-либо еще одной дополнительной центробежной массы, или в предпочтительном варианте – полное отсутствие какой-либо еще одной дополнительной центробежной массы, или в наиболее предпочтительном варианте – наличие лишь небольшой еще одной дополнительной центробежной массы, установленной в качестве так называемой эффективной центробежной массы механизма привода с центробежной массой. В частности, еще одна дополнительная центробежная масса в трансмиссии негативно повлияла бы на динамические характеристики указанной трансмиссии, поскольку указанная дополнительная центробежная масса также ускорялась бы, в частности, во время ускорений гибридного транспортного средства; и, более того, дополнительная центробежная масса указанного типа может, в частности, привести также к относительному снижению КПД (коэффициента полезного действия) приводной системы. В частности, за счет предложенной схемы расположения устройства для уменьшения вибраций при вращении полностью между первой муфтой и второй муфтой может быть реализована приводная система, демонстрирующая улучшенные динамические характеристики.
Устройство для уменьшения вибраций при вращении предпочтительно характеризуется наличием первичной стороны, обращенной к двигателю внутреннего сгорания, и вторичной стороны, обращенной к коробке передач.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для уменьшения вибраций при вращении выполнено в виде самонастраивающегося на частоту вращения демпфера (крутильных) колебаний; при этом для обеспечения абсорбционной характеристики в зависимости от частоты вращения (самонастройки на частоту вращения) оно предпочтительно снабжено центробежным маятником или предпочтительно представляет собой центробежный маятник.
В еще одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для уменьшения вибраций при вращении выполнено в виде полуактивного или активного демпфера крутильных колебаний. В частности, под таким устройством следует понимать устройство для уменьшения вибраций при вращении, которое снабжено активным или полуактивным элементом, с помощью которого можно влиять или регулировать передаточную характеристику указанного устройства для уменьшения вибраций при вращении; при этом указанный активный или полуактивный элемент предпочтительно активируется по внешнему сигналу управления. Такие полуактивные или активные демпферы известны из предшествующего уровня техники. Полуактивный или активный демпфер предпочтительно представляет собой электрическое, предпочтительно пневматическое или, в частности, предпочтительно гидравлическое устройство, посредством которого можно повлиять на передаточную характеристику указанного устройства для уменьшения вибраций при вращении активным или полуактивным образом.
Если говорить о классификации демпферов с их разделением на активные и пассивные устройства, то из предшествующего уровня техники известны, по меньшей мере, три типа демпферов крутильных колебания, которые могут быть в принципе использованы в качестве устройства для уменьшения вибраций при вращении в предложенной приводной системе:
– (стандартные) пассивные демпферы, в частности, двухмассовый маховик;
– демпферы с активным управлением, в частности, гидравлические системы, в которых энергия, потребная для поглощения вибраций, подается из внешнего источника;
– полуактивные демпферы, при использовании которых потребная энергия в случае необходимости накапливается, в частности, в упругом элементе (блокируясь и высвобождаясь только при превышении заданного порогового значения).
Приводная система содержит, в частности, первую муфту, предназначенную для зацепления или расцепления вала двигателя внутреннего сгорания с промежуточным валом; вторую муфту, предназначенную для зацепления или расцепления промежуточного вала с ведущим валом коробки передач; и электрическую машину, которая предпочтительно посажена на ведущий вал коробки передач или предпочтительно сцеплена или может избирательно сцепляться с указанным валом жестким образом с возможностью вращения, в частности, для передачи мощности. В частности, при такой схеме расположения ведущий вал коробки передач может приводиться во вращение электрической машиной (в двигательном режиме работы электрической машины) напрямую и, таким образом, в высшей степени энергоэффективным образом. Первичная сторона первой муфты (часть приводной стороны указанной муфты) соединена с валом двигателя внутреннего сгорания предпочтительно напрямую, предпочтительно с возможностью совместного вращения или жестким образом с возможностью вращения.
В частности, такая конструкция приводной системы позволяет, даже при выключенном двигателе внутреннего сгорания, обеспечить сверхбыструю реакцию транспортного средства в случае подачи водителем запроса на ускорение транспортного средства (заранее задаваемого посредством положения педали акселератора), для чего двигатель внутреннего сгорания переводится из незапущенного режима в запущенный режим и используется для приведения в движение гибридного транспортного средства. Даже в случае задействования педали акселератора для активного ускорения транспортного средства электрическая машина может немедленно переключиться на двигательный режим работы и войти в зацепление с автоматической коробкой передач; и, таким образом, в частности, становится возможным ускорение транспортного средства без участия двигателя внутреннего сгорания в пределах рабочих характеристик электрической машины (режим с нулевыми отказами). Вместе с тем может быть реализован механический (импульсный) запуск неработающего двигателя внутреннего сгорания с помощью механизма привода с центробежной массой. Следует понимать, что в контексте настоящего изобретения импульсный запуск двигателя внутреннего сгорания означает, что вал двигателя внутреннего сгорания соединен с механизмом привода с центробежной массой, в частности, жестким образом с возможностью вращения или предпочтительно с возможностью совместного вращения для передачи мощности, вследствие чего мощность (частота вращения, крутящий момент) передается с вращающегося механизма привода с центробежной массой на вал двигателя внутреннего сгорания так, что вал двигателя внутреннего сгорания ускоряется до пусковой частоты вращения, при превышении которой двигатель внутреннего сгорания может быть переведен в запущенный режим (пусковой частоты вращения двигателя внутреннего сгорания).
Первая муфта предпочтительно выполнена с возможностью запуска двигателя внутреннего сгорания с использованием механизма привода с центробежной массой, или же указанная муфта замыкается для запуска двигателя внутреннего сгорания. В предпочтительном варианте первая муфта выполнена таким образом, что она может переключаться между замкнутым и разомкнутым положениями, а предпочтительно – только между этими двумя положениями. Первая муфта предпочтительно выполнена в виде муфты с фрикционным сцеплением; в частности, в более предпочтительном варианте – в виде муфты с принудительной блокировкой; в частности, в наиболее предпочтительном варианте – в виде муфты с фрикционным сцеплением/принудительной блокировкой. Более того, в предпочтительном варианте первая муфта выполнена в виде так называемой «нормально разомкнутой» муфты (крутящий момент не может передаваться муфтой в нерабочем состоянии), а предпочтительно – в виде так называемой «нормально замкнутой» муфты (крутящий момент может передаваться муфтой в нерабочем состоянии). С помощью нормально замкнутой муфты, в частности, может быть реализована в высшей степени эффективная приводная система, поскольку при поддержании соединения, передающего крутящий момент, в этой муфте не возникают потери.
Вторая муфта предпочтительно выполнена с возможностью передачи приводной мощности от механизма привода с центробежной массой на ведущий вал коробки передач. Вторая муфта предпочтительно выполнена в виде муфты, в частности, с возможностью регулирования пробуксовки с использованием замкнутой системы управления, в частности, для повышения комфорта при вождении. В частности, муфта с возможностью регулирования пробуксовки обеспечивает регулирование пробуксовки по замкнутому контуру во время зацепления муфты (перехода из разомкнутого состояния в замкнутое состояние). Вторая муфта предпочтительно выполнена в виде пусковой муфты, которая предпочтительно выполнена в виде однодисковой или многодисковой фрикционной муфты или предпочтительно в виде гидродинамического преобразователя крутящего момента с блокировочной муфтой или без блокировочной муфты. Вторая муфта предпочтительно выполнена в виде муфты с фрикционным сцеплением, а в более предпочтительном варианте – в виде муфты с фрикционным сцеплением/принудительной блокировкой. Более того, в предпочтительном варианте вторая муфта выполнена в виде так называемой «нормально разомкнутой» муфты, а предпочтительно – в виде так называемой «нормально замкнутой» муфты. С помощью нормально замкнутой муфты, в частности, может быть реализована в высшей степени эффективная приводная система, поскольку при поддержании соединения, передающего крутящий момент, в этой муфте не возникают потери.
В предложенном способе управления приводной системой период времени до запуска двигателя внутреннего сгорания и возможности его использования для ускорения гибридного транспортного средства заполняется электрической машиной так, что на этой стадии реализуется электрическое ускорение транспортного средства. За счет этого приводная система действует менее инертно – так как ускорение транспортного средства выполняется не в первый раз после запуска двигателя внутреннего сгорания – и обеспечивает быструю реакцию транспортного средства, что воспринимается водителем как удобство.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения механизм привода с центробежной массой включает в себя устройство для уменьшения вибраций при вращении с ведущим валом МП с приводной стороны и выходным валом МП с вторичной стороны. В контексте настоящего изобретения под устройством для уменьшения вибраций при вращении следует понимать устройство, предназначенное для уменьшения крутильных колебаний, которые могут сообщаться, в частности, двигателем внутреннего сгорания валу двигателя внутреннего сгорания и, таким образом, самой приводной системе. Устройство для уменьшения вибраций при вращении предпочтительно выполнено в виде демпфера крутильных колебаний или амортизатора крутильных колебаний или в виде комбинации этих двух устройств. Такие устройства для уменьшения вибраций при вращении представлены в самых разных конструктивных формах, известных из предшествующего уровня техники. Устройство для уменьшения вибраций при вращении предпочтительно выбирается из группы устройств, в которую входят следующие устройства:
– одномассовый, двухмассовый или многомассовый маховик;
– амортизатор крутильных колебаний, предпочтительно – самонастраивающийся на частоту вращения амортизатор крутильных колебаний, еще более предпочтительно – амортизатор крутильных колебаний с центробежным маятником;
– активный амортизатор/демпфер крутильных колебаний, предпочтительно – с регулируемыми гидравлическими или электрическими элементами для уменьшения крутильных колебаний;
– полуактивный амортизатор/демпфер крутильных колебаний; или
– комбинация, по меньшей мере, двух указанных устройств.
В частности, устройство для уменьшения вибраций при вращении выполнено таким образом, что оно может уменьшать крутильные колебания промежуточного вала. В предпочтительном варианте, по меньшей мере, ведущий вал МП или выходной вал МП соединен, предпочтительно, жестким образом с промежуточным валом с возможностью совместного вращения. Более того, по меньшей мере, один вал из числа указанных валов (ведущий вал МП/выходной вал МП) предпочтительно выполнен в виде указанного промежуточного вала. Устройство для уменьшения вибраций при вращении предпочтительно полностью расположено между первой муфтой и второй муфтой в направлении передачи приводной мощности с двигателя внутреннего сгорания на управляемые колеса гибридного транспортного средства. В частности, за счет такой схемы расположения вся вращающаяся масса устройства для уменьшения вибраций при вращении концентрируется на промежуточном валу; и, таким образом, становится возможным максимально плавный запуск двигателя внутреннего сгорания, поскольку уменьшается инерция двигателя внутреннего сгорания в сравнении с обычными системами, а инерция механизма привода с центробежной массой увеличивается.
В системах, известных из предшествующего уровня техники, обычно, по меньшей мере, часть устройства для уменьшения вибраций при вращении (или все это устройство целиком), например, первичная сторона двухмассового маховика постоянно сцеплена с валом двигателя внутреннего сгорания. Такая стандартная схема приводит к тому, что вращающаяся масса указанной части устройства для уменьшения вибраций при вращении (первичной стороны двухмассового маховика) должна ускоряться из неподвижного состояния во время запуска двигателя внутреннего сгорания, вследствие чего удлиняется процесс запуска (большая инерция). Более того, при использовании известных систем кинетическая энергия, которая может аккумулироваться в изначально предусмотренной центробежной массе (например, вторичной стороны двухмассового маховика), и которая используется для запуска двигателя внутреннего сгорания, будет относительно низкой, так как часть (первичная сторона двухмассового маховика), сцепленная с двигателем внутреннего сгорания, не вращается совместно с указанной центробежной массой. В случае использования обычных систем для достижения достаточной для запуска двигателя внутреннего сгорания инерции центробежной массы, используемой для запуска двигателя внутреннего сгорания, центробежная масса увеличивается за счет дополнительных грузов; а увеличение центробежной массы приводит, в общем, к получению более инертной приводной системы.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления приводной системы устройство для уменьшения вибраций при вращении выполнено таким образом, что ведущий вал МП может вращаться относительно выходного вала МП с целью уменьшения вращательных колебаний. Кроме того, в предпочтительном варианте ведущий вал МП и выходной вал МП располагаются концентрически относительно друг друга. По меньшей мере, один из указанных валов (ведущий вал МП/выходной вал МП) предпочтительно расположен концентрически относительно вала двигателя внутреннего сгорания, или же предпочтительно оба эти вала располагаются концентрически относительно указанного вала. С помощью такого варианта осуществления настоящего изобретения, в частности, может быть получена приводная система в высшей степени простой конструкции.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения вторичная сторона первой муфты постоянно соединена с промежуточным валом или предпочтительно с ведущим валом МП с возможностью совместного вращения. Кроме того, первичная сторона второй муфты предпочтительно постоянно соединена с промежуточным валом или предпочтительно с выходным валом МП с возможностью совместного вращения. В предпочтительном варианте механизм привода с центробежной массой характеризуется наличием вторичной стороны первой муфты, устройства для уменьшения вибраций при вращении, промежуточного вала, первичной стороны второй муфты и центробежной массы; и механизм привода с центробежной массой предпочтительно состоит из указанных элементов. Механизм привода с центробежной массой предпочтительно состоит из вторичной стороны первой муфты, устройства для уменьшения вибраций при вращении, промежуточного вала и первичной стороны второй муфты. За счет, в частности, такой схемы может быть реализована компактная конструкция. В частности, благодаря полной интеграции устройства для уменьшения вибраций при вращении в механизм привода с центробежной массой, основная часть энергии, потребной для запуска двигателя внутреннего сгорания с помощью механизма привода с центробежной массой, может быть уже получена за счет вращающейся массы устройства для уменьшения вибраций при вращении; и, следовательно, нет необходимости в дополнительной центробежной массе, или же необходима лишь незначительная дополнительная центробежная масса.
В одном из вариантов осуществления приводной системы электрическая машина представляет собой низковольтную электрическую машину с рабочим напряжением, в частности, с номинальным рабочим напряжением менее 60 В; при этом в предпочтительном варианте электрическая машина выполнена с возможностью кратковременной работы на напряжении более высокого уровня, т.е. на так называемой пиковой мощности/пиковом напряжении. Благодаря низковольтной конструкции электрической машины может быть реализована низковольтная приводная система, относительно простая в обращении с технической точки зрения, в частности, в сравнении с высоковольтным приводом, напряжение которого в некоторых случаях достигает нескольких сотен вольт. Это обусловлено, в частности, тем, что благодаря относительно низкому электрическому напряжению в системе, уменьшен риск поражения током, а защита бортовой электрической системы с помощью плавких предохранителей может быть обеспечена более простым способом и с меньшими затратами.
Используемая электрическая машина предпочтительно представляет собой электрическую машину на 48 В, так как это может обеспечить более высокую мощность в сравнении с обычной электрической машиной на 12 В, как в генераторном режиме работы во время рекуперации, так и в двигательном режиме работы. В частности, во время использования электрической машины для ускорения гибридного транспортного средства повышенная мощность (которая может быть получена за счет использования электрической машины на 48 В вместо электрической машины на 12 В) дает заметный положительный эффект, поскольку обеспечивается более быстрая реакция транспортного средства, ощутимая водителем.
Электрическая машина предпочтительно встроена – предпочтительно, по меньшей мере, частично или предпочтительно целиком – в коробку передач транспортного средства, которая предпочтительно выполнена в виде автоматической коробки передач, предпочтительно в виде переключаемой вручную коробки передач транспортного средства или, в наиболее предпочтительном варианте, в виде коробки передач транспортного средства с возможностью автоматического переключения. Электрическая машина предпочтительно снабжена статором и ротором, который вращается относительно указанного статора. Статор предпочтительно соединен с картером коробки передач транспортного средства с возможностью совместного вращения.
Коробка передач транспортного средства предпочтительно характеризуется наличием колоколообразного картера муфты на приводной стороне, причем в этом колоколообразном картере муфты располагается электрическая машина. В данном случае электрическая машина предпочтительно заменяет собой или дополняет преобразователь крутящего момента, который обычно предусмотрен в колоколообразном картере муфты в случае использования автоматической коробки передач планетарной конструкции, благодаря чему электрическая машина компактной конструкции может быть встроена в коробку передач транспортного средства без потребности в каком-либо дополнительном пространстве. Это обеспечивает в высшей степени компактную конструкцию приводной системы.
В еще одном из вариантов осуществления приводной системы предложена бортовая электрическая система; при этом электрическая машина также выполнена с возможностью функционирования в качестве генератора, а предпочтительно электрическая машина выполнена в виде электромеханического преобразователя энергии, который предпочтительно выполнен с возможностью функционирования, по меньшей мере, в качестве генератора и в качестве двигателя; а в более предпочтительном варианте указанная электрическая машина выполнена с возможностью функционирования в так называемом многоквадрантном режиме работы, а в наиболее предпочтительном варианте – в четырехквадрантном режиме работы. В генераторном режиме работы, в частности, электрическая машина может сохранять электроэнергию в бортовой электрической системе. Таким образом, электрическая машина может быть использована для рекуперации, и в этом случае кинетическая энергия гибридного транспортного средства преобразуется в электроэнергию, которая предпочтительно может сохраняться в электрохимическом накопителе энергии, предпочтительно – в аккумуляторе.
Цель заявленного изобретения, указанная во вводной части настоящего документа, также достигается с помощью способа по п. 12 формулы изобретения. Указанный способ предназначен для управления вышеописанной приводной системой и может храниться в виде исполняемых машиной команд в блоке управления; при этом в предпочтительном варианте предусмотрен блок управления автотранспортным средством, в котором содержаться данные для выполнения указанного способа, представленные в виде исполняемых машиной команд. При этом указанный способ включает в себя следующие стадии:
a) первая муфта размыкается или поддерживается в разомкнутом состоянии, когда приводная система находится в рабочем состоянии, и выключается двигатель внутреннего сгорания; или же указанный двигатель внутреннего сгорания уже находится в выключенном состоянии;
c) механизм привода с центробежной массой ускоряется с помощью замкнутой второй муфты, по меньшей мере, до пусковой частоты вращения центробежной массы; или его вращение с указанной или более высокой пусковой частотой вращения центробежной массы поддерживается с помощью электрической машины;
d) в электрический блок управления подается сигнал на активное ускорение транспортного средства, вследствие чего становится необходимым запуск двигателя внутреннего сгорания;
e) затем осуществляется размыкание второй муфты электрическим блоком управления;
f) после этого или одновременно с размыканием второй муфты осуществляется замыкание первой муфты так, что за счет выравнивания момента вращения между механизмом привода с центробежной массой и валом двигателя внутреннего сгорания двигатель внутреннего сгорания ускоряется до пусковой частоты вращения двигателя внутреннего сгорания;
g) после достижения двигателем внутреннего сгорания пусковой частоты вращения двигатель внутреннего сгорания переводится в запущенный режим и ускоряется до заданной частоты вращения двигателя внутреннего сгорания.
В частности, после достижения двигателем внутреннего сгорания заданной частоты вращения двигатель внутреннего сгорания может быть использован для ускорения транспортного средства. В предпочтительном варианте на предпочтительной дополнительной стадии описываемого способа после достижения двигателем внутреннего сгорания пусковой частоты вращения, в частности, после достижения двигателем внутреннего сгорания заданной частоты вращения происходит замыкание второй муфты. Более того, предпочтительно, чтобы муфта коробки передач также находилась, по меньшей мере, частично или предпочтительно полностью в замкнутом состоянии или была, по меньшей мере, частично или предпочтительно полностью замкнута с тем, чтобы между двигателем внутреннего сгорания и управляемыми колесами гибридного транспортного средства был образован соединительный механизм передачи усилий; и, таким образом, мощность (частота вращения/крутящий момент) могла передаваться с двигателя внутреннего сгорания на управляемые колеса или наоборот.
В контексте настоящего изобретения под заданной частотой вращения двигателя внутреннего сгорания следует понимать частоту вращения вала двигателя внутреннего сгорания, которая обусловлена условиями движения гибридного транспортного средства, в частности, частотой вращения, обусловленной скоростью перемещения гибридного транспортного средства и передаточным числом (передаточным отношением) находящейся в зацеплении зубчатой передачи в коробке передач транспортного средства. В частности, заданная частота вращения двигателя внутреннего сгорания представляет собой частоту вращения вала двигателя внутреннего сгорания, заданную блоком управления.
Кроме того, в особо предпочтительном случае выполняется стадия b) предложенного способа, причем указанная стадия b) предпочтительно выполняется между двумя идущими непосредственно друг за другом последовательными стадиями, описанными выше, причем стадия b) предпочтительно выполняется между стадиями a) и c). На стадии b) описываемого способа электрическая машина функционирует с замкнутой муфтой коробки передач, предпочтительно – с полностью замкнутой муфтой коробки передач или предпочтительно – с частично замкнутой муфтой коробки передач, причем муфта коробки передач функционирует в частично замкнутом состоянии с возможностью пробуксовки. Муфта коробки передач в этом случае характеризуется соединительным механизмом передачи усилий от ведущего вала коробки передач на управляемые колеса гибридного транспортного средства через дополнительные элементы трансмиссии. В частности, за счет такого управления муфтой коробки передач с использованием механизма передачи усилий на управляемые колеса обеспечивается возможность приложения положительного или отрицательного крутящего момента к управляемым колесам гибридного транспортного средства. В частности, за счет такого управления приводной системой гибридное транспортное средство может приводиться в движение исключительно электрическими средствами, иначе говоря, в частности, с отсоединенным двигателем внутреннего сгорания. При относительно высокой требуемой нагрузке, которая может понадобиться, в частности, во время ускорения гибридного транспортного средства, и которая больше не может покрываться одной только электрической машиной, осуществляется запуск двигателя внутреннего сгорания, в частности, быстрым и удобным образом посредством выполнения стадии c) и последующих стадий, предпочтительно до стадии e) с подключением указанного двигателя к приводной системе. Таким образом, с помощью предложенного способа становится возможным запуск двигателя внутреннего сгорания, в частности, неощутимый водителем.
В предпочтительном варианте, когда двигатель внутреннего сгорания выключен, а транспортное средство неподвижно или движется на замедленных оборотах, то есть во время движения гибридного транспортного средства с низкой скоростью, в частности, со скоростью менее 50 км/час, предпочтительно – менее 25 км/час, еще более предпочтительно – менее 10 км/час, а в наиболее предпочтительном варианте – менее 5 км/час, перед выполнением стадии b) муфта коробки передач переводится в режим пробуксовки (муфта коробки передач разомкнута частично), вследствие чего образуется соединительный механизм для передачи электрической машиной усилий (крутящего момента) на управляемые колеса гибридного транспортного средства с тем, чтобы вследствие этого на управляемые колеса гибридного транспортного средства был предпочтительно подан положительный или отрицательный крутящий момент. В предпочтительном варианте одновременно с этим вторая муфта предпочтительно замыкается или находится в замкнутом состоянии так, что электрическая машина и механизм привода с центробежной массой оказываются соединенными друг с другом с возможностью совместного вращения. В этом случае электрическая машина предпочтительно срабатывает при частоте вращения центробежной массы, равной или превышающей пусковую; при этом пусковая частота вращения центробежной массы – в частности, в такой ситуации – будет выше частоты вращения электрической машины, что обусловлено частотой вращения управляемых колес при текущей скорости транспортного средства с полностью замкнутой муфтой коробки передач.
Указанный процесс/последовательность аналогична, в частности, работе трансмиссии обычного типа, известной из предшествующего уровня техники, которая установлена на транспортном средстве, приводящимся в движение двигателем внутреннего сгорания в диапазоне низких оборотов, и в этом случае частота вращения вала двигателя внутреннего сгорания, которая должна быть равна или превышать число оборотов двигателя внутреннего сгорания на холостом ходу, будет по-прежнему выше частоты вращения ведущего вала коробки передач, которая обусловлена частотой вращения управляемых колес, и которая увязана со скоростью движения транспортного средства.
В частности, описываемый способ обеспечивает преимущество, состоящее в том, что механизм привода с центробежной массой, даже в этом диапазоне низких оборотов (замедленной скорости), может быть приведен в соответствие с текущей частотой вращения, благодаря чему процесс запуска двигателя внутреннего сгорания может быть осуществлен согласно стадиям c)-e) описываемого способа; причем двигатель внутреннего сгорания может быть эффективно запущен с использованием механизма привода с центробежной массой, когда указанный двигатель внутреннего сгорания достигает частоты вращения, достаточной для перехода из выключенного состояния в запущенное состояние, т.е. пусковой частоты вращения двигателя внутреннего сгорания. Пусковая частота вращения двигателя внутреннего сгорания представляет собой задаваемую переменную, которая зависит, в частности, от типа конструкции двигателя внутреннего сгорания.
Пусковая частота вращения центробежной массы предпочтительно лежит в диапазоне свыше 500 оборотов в минуту (об/мин), предпочтительно – свыше 750 об/мин, еще более предпочтительно – не менее 1000 об/мин; при этом указанный диапазон составляет менее 2000 об/мин, предпочтительно – менее 1600 об/мин, а еще более предпочтительно – не более 1400 об/мин.
Пусковая частота вращения центробежной массы предпочтительно задается сразу после приведения транспортного средства в предпусковое состояние, в частности, после идентификации приближающегося запуска, посредством электрической машиной, когда это транспортное средство находится в неподвижном состоянии.
В предпочтительном варианте в случае запуска гибридного транспортного средства из неподвижного состояния может быть целесообразным, в частности, с энергетической точки зрения, чтобы пусковая частота вращения центробежной массы задавалась электрической машиной одновременно с приложением положительного крутящего момента электрической машины для приведения в движение гибридного транспортного средства, предпочтительно – после первого приложения положительного крутящего момента электрической машины, к управляемым колесам гибридного транспортного средства.
В частности, благодаря этому способу, в случае потребности в активном ускорении транспортного средства, когда двигатель внутреннего сгорания остановлен, то есть находится в выключенном и отсоединенном состоянии, обеспечивается возможность быстрой реакции трансмиссии на этот запрос на ускорение. Во-первых, запрос на ускорение передается непосредственно электрической машиной (прикладывается положительный крутящий момент), и одновременно с этим происходит запуск двигателя внутреннего сгорания (посредством механизма привода с центробежной массой) так, что по прошествии короткого промежутка времени для ускорения гибридного транспортного средства может быть дополнительно использован двигатель внутреннего сгорания.
В частности, может быть предусмотрено, по меньшей мере, пять режимов работы приводной системы, которые могут быть предпочтительно реализованы дополнительно или предпочтительно в качестве альтернативы способу управления, описанному выше; и, в частности, указанные режимы работы могут быть реализованы в сочетании со способом управления, описанным выше. К этим пяти режимам работы относятся:
Режим 1: Первоначальный пуск двигателя внутреннего сгорания;
Режим 2: Работа в диапазоне низких оборотов (при замедленном движении с приводом от электрической машины);
Режим 3: Выключение двигателя внутреннего сгорания;
Режим 4: Запуск или повторный запуск двигателя внутреннего сгорания (при выключенном двигателе внутреннего сгорания), когда транспортное средство находится в неподвижном состоянии или перемещается; и
Режим 5: Режим работы на электрической тяге с остановленным двигателем внутреннего сгорания, то есть движение накатом с неработающим двигателем, рекуперация энергии с неработающим двигателем и движение с приводом от электрической машины с неработающим двигателем, при котором крутящий момент обеспечивается электрической машиной.
Эти режимы работы будут подробнее описаны ниже.
Режим 1: Первоначальный пуск
Этот режим работы отличается, в частности, тем фактом, что двигатель внутреннего сгорания остановлен (находится в неработающем состоянии, вал двигателя внутреннего сгорания не вращается), а кинетическая энергия изначально не сохраняется в механизме привода с центробежной массой, то есть промежуточный вал не вращается.
В режиме 1 управление приводной системой осуществляется способом, который включает в себя следующие стадии:
– размыкание муфты коробки передач или поддержание муфты коробки передач в разомкнутом состоянии;
– замыкание второй муфты или поддержание второй муфты в замкнутом состоянии;
– размыкание первой муфты или поддержание первой муфты в разомкнутом состоянии;
– ускорение электрической машиной устройства для уменьшения вибраций при вращении до частоты вращения, потребной для запуска двигателя внутреннего сгорания (пусковой частоты вращения центробежной массы);
– замыкание первой муфты по достижении центробежной массой пусковой частоты вращения; и
– перевод двигателя внутреннего сгорания в запущенный режим.
В ходе этого процесса запуска двигатель внутреннего сгорания запускается, в частности, суммарным пусковым крутящим моментом, создаваемым вращающимся механизмом привода с центробежной массой и предпочтительно крутящим моментом электрической машины. Этот так называемый первоначальный пуск двигателя внутреннего сгорания предпочтительно инициируется путем активации включателя стартера или предпочтительно замка зажигания.
При использовании такого способа запуска согласно режиму 1 может быть также реализован эффективный холодный запуск двигателя внутреннего сгорания с высоким предельным крутящим моментом без использования какого-либо дополнительного пускового устройства (например, стартера шестеренчатого типа).
В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения активации пускового устройства, в частности, так называемого замка зажигания или включателя стартера, предшествует ускорение механизма привода с центробежной массой и, соответственно, устройства для уменьшения вибраций при вращении полностью или частично до пусковой частоты вращения центробежной массы. В частности, за счет такого хронологически последовательного (предваряющего процесс запуска) ускорения механизма привода с центробежной массой относительно фактического запуска двигателя внутреннего сгорания первоначальный пуск двигателя внутреннего сгорания может происходить очень быстро. Ускорение механизма привода с центробежной массой предпочтительно инициируется детектором приближения или так называемым радиочастотным ключом или предпочтительно датчиком открытия двери транспортного средства, или в особо предпочтительном варианте – датчиком занятия места. Если говорить описательно, то транспортное средство приводится в состояние готовности к пуску (осуществляется ускорение механизма привода с центробежной массой электрической машиной) как только водитель занимает свое место в гибридном транспортном средстве, или когда открывается дверь, в частности, дверь водителя гибридного транспортного средства.
Режим 2: Работа в диапазоне низких оборотов (при замедленном движении с приводом от электрической машины)
Этот режим работы отличается, в частности, тем фактом, что двигатель внутреннего сгорания отключен, а гибридное транспортное средство движется со скоростью, лежащей в пределах диапазона низких оборотов, причем приводная мощность подается электрической машиной. В контексте настоящего изобретения под диапазоном низких оборотов следует понимать диапазон скоростей, в котором скорость составляет менее 75 км/час, предпочтительно – менее 50 км/час, а в наиболее предпочтительном варианте – менее 15 км/час.
В режим 2 управление приводной системой осуществляется способом, который включает в себя следующие стадии:
– размыкание первой муфты или поддержание первой муфты в разомкнутом состоянии;
– замыкание первой муфты или поддержание первой муфты в замкнутом состоянии так, что механизм привода с центробежной массой и электрическая машина оказываются соединенными друг с другом с возможностью совместного вращения; и
– подачу электрической машиной приводной мощности на ведущий вал коробки передач через замкнутую вторую муфту для запуска гибридного транспортного средства из неподвижного состояния.
В одном из предпочтительных вариантов реализации режима 2 описываемый способ включает в себя следующие стадии:
– частичное размыкание муфты коробки передач таким образом, что обеспечивается возможность пробуксовки между ведущим валом коробки передач и выходным валом коробки передач; и
– повышение частоты вращения электрической машины и, таким образом, частоты вращения механизма привода с центробежной массой до пусковой частоты вращения центробежной массы на переходной стадии; при этом в контексте настоящего документа под переходной стадией следует понимать отрезок времени продолжительностью менее 5 секунд, предпочтительно – менее 2 секунд, а в наиболее предпочтительном варианте – не более 1 секунды.
В частности, за счет пробуксовки в муфте коробки передач обеспечивается возможность уменьшения в коробке передач разницы между частотой вращения ведущего вала коробки передач и частотой вращения выходного вала коробки передач с учетом передаточного отношения между ведущим валом коробки передач и выходным валом коробки передач (передаточного числа находящейся в зацеплении зубчатой передачи коробки передач транспортного средства). Это уменьшение разницы между частотами вращения обусловлено тем, что выходной вал коробки передач связан через фиксированное передаточное отношение, по меньшей мере, с одним управляемым колесом гибридного транспортного средства, а указанная частота вращения, которая обычно пропорциональна скорости транспортного средства, передается на ведущий вал коробки передач с передаточным отношением передаточного числа находящейся в зацеплении зубчатой передачи. Благодаря муфте коробки передач, выполненной с возможностью регулируемой пробуксовки, ведущий вал коробки передач и, следовательно, механизм привода с центробежной массой могут функционировать по существу независимо от выходного вала коробки передач.
Если запрос на запуск двигателя внутреннего сгорания подается на переходной стадии, в частности, в связи с запросом на ускорение/положением педали акселератора, то становится возможным выполнение так называемого комбинированного запуска с задействованием механизма привода с центробежной массой и электрической машины, при котором мощность подается на вал двигателя внутреннего сгорания с обоих этих устройств (электрической машины и механизма привода с центробежной массой) для ускорения указанного вала двигателя внутреннего сгорания до пусковой частоты вращения двигателя внутреннего сгорания. Для осуществления такого комбинированного пуска муфта коробки передач предпочтительно частично или полностью разомкнута.
Режим 3: Выключение двигателя внутреннего сгорания
Этот режим работы отличается, в частности, тем фактом, что двигатель внутреннего сгорания глушится, то есть отключается после запуска.
В режиме 3 управление приводной системой осуществляется способом, который включает в себя следующие стадии:
– размыкание первой муфты или поддержание первой муфты в разомкнутом состоянии и предпочтительно одновременное выключение двигателя внутреннего сгорания, в частности, путем прекращения впрыска топлива в камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания; и
– в частности, в силу того, что устройство снижения частоты вращения располагается полностью между первой и второй муфтами, и, таким образом, больше не сцеплено с валом двигателя внутреннего сгорания после размыкания первой муфты, происходит уменьшение момента инерции (вращающейся массы) в сравнении с двигателями внутреннего сгорания, известными из предшествующего уровня техники, и вал двигателя внутреннего сгорания останавливается уже через короткий промежуток времени после выключения двигателя внутреннего сгорания, благодаря чему повышается удобство управления гибридным транспортным средством.
Режим 4: Запуск двигателя внутреннего сгорания (из неподвижного состояния или при работе от электропривода)
Этот режим работы (Режим 4) отличается, в частности, тем фактом, что двигатель внутреннего сгорания находится в состоянии останова, а гибридное транспортное средство приводится в движение электрической машиной, или же транспортное средство изначально находится в неподвижном состоянии.
В режиме 4 управление приводной системой осуществляется способом, который при такой работе на электрической тяге включает в себя следующие стадии:
– первая муфта размыкается или поддерживается в разомкнутом состоянии;
– вторая муфта замыкается или поддерживается в замкнутом состоянии так, что механизм привода с центробежной массой и электрическая машина оказываются соединенными друг с другом с возможностью совместного вращения;
– муфта коробки передач замыкается или поддерживается в замкнутом состоянии, в частности, при низкой скорости движения транспортного средства; иначе говоря, в частности, при скоростях, лежащих в пределах диапазона низких оборотов, муфта коробки передач переводится в частично замкнутое состояние с возможностью пробуксовки так, что крутящий момент для приведения в действие гибридного транспортного средства может подаваться электрической машиной, и одновременно может приводиться во вращение механизм привода с центробежной массой;
– при запросе на запуск двигателя внутреннего сгорания, в частности, вследствие того, что двигатель внутреннего сгорания вращает электрическую машину в генераторном режиме с целью запитывания бортовой электрической системы транспортного средства, или потому, что запрашиваемое ускорение не может быть достигнуто только с помощью электрической машины, механизм привода с центробежной массой сначала расцепляется с ведущим валом коробки передач за счет размыкания второй муфты, вследствие чего электрическая машина может выдавать свою полную приводную мощность на ведущий вал коробки передач; и
– в предпочтительно варианте одновременно с этим или предпочтительно с небольшой временной задержкой относительно предшествующей стадии первая муфта замыкается так, что вал двигателя внутреннего сгорания ускоряется механизмом привода с центробежной массой до пусковой частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, и двигатель внутреннего сгорания переводится в запущенный режим.
В предпочтительном варианте двигатель внутреннего сгорания ускоряется при разомкнутой первой муфте до тех пор, пока частота вращения вала двигателя внутреннего сгорания не сравняется с частотой вращения механизма привода с центробежной массой. В частности, с помощью этого способа обеспечивается возможность удобного переключения на двигатель внутреннего сгорания во время ускорения.
Кроме того, в предпочтительном варианте после уравнивания частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания с частотой вращения механизма привода с центробежной массой и, следовательно, ведущего вала коробки передач вторая муфта замыкается; причем это происходит, в частности, пока активно устройство регулирования оборотов с замкнутым контуром на двигателе внутреннего сгорания.
В предпочтительном варианте после замыкания второй муфты обеспечивается возможность передачи приводного крутящего момента двигателем внутреннего сгорания с вала двигателя внутреннего сгорания на ведущий вал коробки передач, благодаря чему гибридное транспортное средство может дополнительно ускоряться с помощью двигателя внутреннего сгорания.
Режим 5: Рекуперация с неработающим двигателем/движение накатом с неработающим двигателем/движение с приводом от электрической машины с неработающим двигателем
Этот режим работы (Режим 5) отличается, в частности, тем фактом, что двигатель внутреннего сгорания находится в состоянии останова; гибридное транспортное средство находится в движении; а электрическая машина функционирует в генераторном режиме (режим рекуперации), вращается в том же направлении без подачи напряжения (режим движения накатом) или используется для приведения в действие гибридного транспортного средства (режим электропривода).
В режиме 5 управление приводной системой осуществляется способом, который для регенерации (рекуперации) энергии включает в себя следующие стадии:
– по меньшей мере, частичное или предпочтительно полное замыкание муфты коробки передач или ее поддержание, по меньшей мере, в частично замкнутом или предпочтительно в полностью замкнутом состоянии;
– размыкание первой муфты или ее поддержание в разомкнутом состоянии;
– замыкание второй муфты или ее поддержание в замкнутом состоянии;
– вращение механизма привода с центробежной массой благодаря этому сцеплению (вторая муфта замкнута) с частотой вращения вала коробки передач; и
– когда гибридное транспортное средство находится в таком состоянии движения, в котором не выполняется ни активное ускорение, ни активное торможение (не активирован ни тормоз транспортного средства, ни педаль акселератора, именуемая в разговорной речи педалью газа или устройством регулирования оборотов с замкнутым контуром), активирование электрической машины для приложения к ведущему валу коробки передач крутящего момента, который противодействует текущему направлению вращения ведущего вала коробки передач (отрицательного крутящего момента), вследствие чего электрическая машина может вырабатывать электроэнергию (напряжение, ток), которая может выдаваться в бортовую электрическую систему транспортного средства.
В частности, благодаря функционированию гибридного транспортного средства в режиме 5 обеспечивается возможность рекуперации энергии довольно простым образом.
Отдельные взаимосвязи между вариантами управления приводной системой и ее функционированием будут подробнее описаны ниже.
В рабочем режиме приводной системы механизм привода с центробежной массой отцеплен от электрической машины (вторая муфта разомкнута) и сцеплен с двигателем внутреннего сгорания (первая муфта замкнута) для осуществления механического импульсного пуска двигателя внутреннего сгорания. При запуске двигателя внутреннего сгорания в этом режиме работы электрическая машина уже сцеплена с коробкой передач транспортного средства, в частности, с выходным валом коробки передач транспортного средства (муфта коробки передач, по меньшей мере, частично или полностью замкнута), и поэтому может ускорять гибридное транспортное средство. Таким образом, запрос водителя на ускорение может быть эффективным образом реализован с помощью электрической машины еще до запуска двигателя внутреннего сгорания и перед сцеплением вала двигателя внутреннего сгорания с выходным валом коробки передач, в частности, посредством первой и второй муфт, муфты коробки передач и ведущего вала коробки передач.
В предпочтительном варианте после замыкания первой муфты на предшествующей стадии d) и последующих стадий обеспечивается возможность запуска двигателя внутреннего сгорания посредством механизма привода с центробежной массой. Механизм привода с центробежной массой представляет собой накопитель энергии и выполнен, в частности, таким образом, что двигатель внутреннего сгорания может запускаться с помощью вращающейся центробежной массы механизма привода с центробежной массой. В режиме работы гибридного транспортного средства на электрической тяге частота вращения центробежной массы механизма привода с центробежной массой поддерживается, предпочтительно постоянно, на уровне выше минимальной частоты вращения, в частности, пусковой частоты вращения центробежной массы, необходимой для запуска двигателя внутреннего сгорания; кроме того, в предпочтительном варианте, если становится возможным, по меньшей мере, временное повышение частоты вращения механизма привода с центробежной массой выше указанной минимальной частоты вращения, то указанное повышение может быть предпочтительно достигнуто с помощью механизма привода с центробежной массой, приводимого в действие электрической машиной.
В контексте настоящего изобретения указанная минимальная частота вращения предпочтительно определяется в зависимости от количества энергии, потребной для запуска двигателя внутреннего сгорания. В частности, указанное количество энергии соответствует энергии, необходимой для ускорения двигателя внутреннего сгорания до его пусковой частоты вращения (пусковой частоты вращения двигателя внутреннего сгорания) из остановленного состояния. При этом предпочтительно предусмотрено, по меньшей мере, временное существенное повышение частоты вращения механизма привода с центробежной массой выше указанной минимальной частоты вращения. В этом контексте под существенным повышением частоты вращения предпочтительно следует понимать повышение частоты вращения механизма привода с центробежной массой в 1,5 раза и более относительно минимальной частоты вращения, предпочтительно – в 2 раза и более относительно минимальной частоты вращения, а в наиболее предпочтительном варианте – в 5 раз и более относительно минимальной частоты вращения. В частности, за счет повышения частоты вращения механизма привода с центробежной массой, во-первых, может быть обеспечена возможность повышения надежности запуска двигателя внутреннего сгорания, а во-вторых – энергия, передаваемая механизмом привода с центробежной массой, может быть использована для ускорения гибридного транспортного средства.
Выходной вал коробки передач предпочтительно приводится в действие электрической машиной после замыкания – предпочтительно, по меньшей мере, частичного или предпочтительно полного – муфты коробки передач, в частности, на стадии d) или предпочтительно на стадии d) и последующих стадиях; причем указанный выходной вал коробки передач предпочтительно приводится в действие электрической машиной, по меньшей мере, временно на стадии d) или предпочтительно на стадии d) и последующих стадиях. Таким образом, обеспечивается возможность – в частности, по принятому запросу водителя на ускорение – вызова соответствующей реакции транспортного средства, то есть ускорения транспортного средства посредством двигателя внутреннего сгорания без приложения каких-либо особых усилий; при этом данное ускорения транспортного средства происходит достаточно быстро в ответ на запрос водителя на ускорение.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления описываемого способа после запуска двигателя внутреннего сгорания вторая муфта опять замыкается на последующей стадии описываемого способа. В частности, за счет замыкания второй муфты двигатель внутреннего сгорания, который запускается в этот момент времени, соединяется с коробкой передач транспортного средства с возможностью совместного вращения, в частности, с ведущим валом коробки передач, и может ускорять гибридное транспортное средство требуемым образом.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления описываемого способа муфта коробки передач замыкается перед выполнением стадии b), а электрическая машина переключается на генераторный режим работы. Таким образом, в частности, транспортное средство переводится в энергосберегающий режим работы, который также называется «движением накатом с отключенным двигателем с рекуперацией энергии» (Режим 5). В этом режиме работы двигающееся накатом гибридное транспортное средство с отключенным двигателем внутреннего сгорания (сам двигатель заглушен, вал двигателя внутреннего сгорания находится в неподвижном состоянии) может тормозиться только за счет неизбежного влияния трения и устанавливаемого сопротивления электрической машины в генераторном режиме работы.
Краткое описание фигур
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения вытекают из последующего описания одного из предпочтительных вариантов его осуществления в привязке к чертежам, где:
На фиг. 1 представлен схематический чертеж приводной системы согласно настоящему изобретению для гибридного транспортного средства;
На фиг. 2 показан график, на котором построена зависимость скорости транспортного средства и частот вращения двигателя внутреннего сгорания и механизма привода с центробежной массой от времени;
На фиг. 3 показан другой график, на котором построена зависимость скорости транспортного средства и частот вращения двигателя внутреннего сгорания и механизма привода с центробежной массой от времени;
На фиг. 4 показан еще один график, на котором построена зависимость скорости транспортного средства и частот вращения двигателя внутреннего сгорания и механизма привода с центробежной массой от времени;
На фиг. 5 представлен еще один график, на котором построена зависимость скорости транспортного средства и частот вращения двигателя внутреннего сгорания и механизма привода с центробежной массой от времени;
На фиг. 6 представлен еще один схематический чертеж приводной системы согласно настоящему изобретению для гибридного транспортного средства.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
На фиг. 1 показана приводная система 10 гибридного транспортного средства, содержащая двигатель 12 внутреннего сгорания, снабженный валом 14 двигателя внутреннего сгорания, который может приводить в действие указанный двигатель; автоматическую коробку 16 передач, которая со своей приводной стороны снабжена ведущим валом 18 коробки передач, расположенным на одной оси с валом 14 двигателя внутреннего сгорания, а со своей вторичной стороны снабжена выходным валом 20 коробки передач, расположенным также на одной оси с валом 14 двигателя внутреннего сгорания; и муфту 22 коробки передач для зацепления или расцепления ведущего вала 18 коробки передач и выходного вала 20 коробки передач. Кроме того, приводная система 10 содержит механизм 24 привода с центробежной массой, который располагается по оси между двигателем 12 внутреннего сгорания и автоматической коробкой 16 передач, и который посажен на промежуточный вал 26, расположенный на одной оси с валом 14 двигателя внутреннего сгорания; первую муфту 28 для зацепления и расцепления вала 14 двигателя внутреннего сгорания и промежуточного вала 26; вторую муфту 30 для зацепления и расцепления промежуточного вала 26 и ведущего вала 18 коробки передач; и электрическую машину 32, которая посажена на ведущий вал 18 коробки передач, и которая может приводить в действие этот вал в двигательном режиме работы электрической машины 32.
На фиг. 1 механизм 24 привода с центробежной массой выполнен для примера в виде двухмассового маховика, который представляет собой накопитель энергии. Вне зависимости от механической конструкции механизма 24 привода с центробежной массой его центробежная масса обеспечивает возможность, совместно с первой муфтой 28, механического импульсного пуска выключенного двигателя 12 внутреннего сгорания, когда транспортное средство находится в неподвижном состоянии или двигается накатом. Следовательно, электрическим пусковым устройством для двигателя 12 внутреннего сгорания можно пренебречь.
Как показано на фиг. 1, предусмотрена также бортовая электрическая система 34; при этом электрическая машина 32 также выполнена с возможностью выполнения функции генератора и в генераторном режиме работы подает электроэнергию в бортовую электрическую систему 34.
В представленном примере осуществления настоящего изобретения предусмотрена только низковольтная бортовая электрическая система 34 с рабочим напряжением менее 60 В. Соответственно, электрическая машина 32 также представляет собой низковольтную электрическую машину, в частности, электрическую машину на 48 В. Благодаря наличию низковольтной бортовой электрической системы 34, снабженной низковольтной электрической машиной 32, может быть снижена себестоимость приводной системы 10, поскольку благодаря относительно низкому электрическому напряжению в системе, уменьшен риск поражения током, а защита бортовой электрической системы 34 с помощью плавких предохранителей может быть обеспечена более простым способом и с меньшими затратами.
Использование электрической машины 32 на 48 В обеспечивает преимущество, состоящее в повышенной энергоемкости в сравнении с обычными электрическими машина на 12 В. Это особенно заметно, в частности, в том случае, когда электрическая машина 32, функционирующая в двигательном режиме, используется для ускорения гибридного транспортного средства; а также во время рекуперации, когда электрическая машина 32, функционирующая в генераторном режиме, вырабатывает электроэнергию и подает ее в бортовую электрическую систему 34.
Как показано на фиг. 1, электрическая машина 32 встроена в автоматическую коробку 16 передач приводной системы 10. В частности, как можно видеть, автоматическая коробка 16 передач снабжена со своей приводной стороны колоколообразным картером 36 муфты, причем в этом колоколообразном картере 36 муфты располагается электрическая машина 32, которая заменяет собой обычно предусмотренный в этом месте преобразователь крутящего момента.
Как показано на фиг. 1, предусмотрен также электрический блок 38 управления, предназначенный для управления двигателем 12 внутреннего сгорания, электрической машиной 32 и коробкой передач гибридного транспортного средства, выполненной в виде автоматической коробки 16 передач. Кроме того, электрический блок 38 управления соединен с приводом 40, предназначенным для приведения в действие первой муфты 28; с приводом 42, предназначенным для приведения в действие второй муфты 30; и с приводом 44, предназначенным для приведения в действие муфты 23 коробки передач. На фиг. 1 также показана педаль 46 акселератора, посредством нажатия на которую водитель гибридного транспортного средства подает запрос на активное ускорение; при этом нажатие педали 46 акселератора может фиксироваться электрическим блоком 38 управления.
Электрический блок 38 управления соединен как с электрической машиной 32, так и с бортовой электрической системой 34, и может переключать электрическую машину 32, например, из двигательного режима работы в генераторный режим работы или наоборот.
Варианты реализации способа управления описанной выше приводной системой 10 гибридного транспортного средства будут описаны ниже в привязке к фиг. 2 и 3.
На каждой из фиг. 2 и 3 показан график, на котором построена зависимость скорости 48 транспортного средства, частоты 50 вращения двигателя 12 внутреннего сгорания и частоты 52 вращения механизма 24 привода с центробежной массой от времени t; при этом каждый из этих графиков разделен на временные отрезки 1-7.
На фиг. 2 во временном интервале 1 показано рабочее состояние приводной системы 10, в котором гибридное транспортное средство приводится в действие двигателем 12 внутреннего сгорания; и, соответственно, как муфта 22 коробки передач, так и первая муфта 28 и вторая муфта 30 находятся в замкнутом состоянии. В проиллюстрированном варианте конструкции во временном интервале 1 приводом двигателя 12 внутреннего сгорания компенсируется только влияние трения так, что скорость 48 транспортного средства остается по существу постоянной. Соответственно, в этом временном интервале 1 частоты 50 и 52 вращения двигателя 12 внутреннего сгорания и механизма 24 привода с центробежной массой также характеризуются постоянным профилем и, в частности, идентичны друг другу за счет того, что первая муфта 28 замкнута.
Как только электрический блок 38 управления определяет, что созданы предварительные условия для перехода в энергосберегающий режим, на первой стадии a) описываемого способа первая муфта 28 размыкается и двигатель 12 внутреннего сгорания выключается. Для перехода в это рабочее состояние, также именуемое «движением накатом с отключенным двигателем», педаль 46 акселератора не должна нажиматься. Кроме того, скорость 48 транспортного средства предпочтительно лежит выше заданного порогового значения, которое в идеальном варианте выбирается таким образом, что итоговая частота вращения механизма 24 привода с центробежной массой или количество энергии, аккумулированной в механизме 24 привода с центробежной массой, достаточно для запуска двигателя 12 внутреннего сгорания.
Помимо указанных предварительных условий электрический блок 38 управления может также принимать дополнительные сигналы, которые предотвращают переход с рабочий режим «движения накатом с отключенным двигателем». Такие сигналы могут, например, генерироваться в результате чрезмерно низкой температуры охладителя в контуре охлаждения двигателя, низкого уровня зарядки аккумулятора, чрезмерно крутого продольного уклона дороги или активации какой-либо единицы дополнительного оборудования, например, при езде в спортивном режиме.
Однако если все предварительные условия для перехода в энергосберегающий режим работы выполнены, двигатель 12 внутреннего сгорания отключается, то есть глушится, и отсоединяется от трансмиссии путем размыкания первой муфты 28. Соответственно, частота 50 вращения двигателя 12 внутреннего сгорания быстро падает до нуля во временном интервале 2.
Во временном интервале 3 муфта 22 коробки передач и вторая муфта 30 находятся в замкнутом состоянии, вследствие чего гибридное транспортное средство движется по существу накатом и тормозиться только за счет потерь на трение.
Во избежание падения частоты 52 вращения механизма 24 привода с центробежной массой ниже заданной минимальной частоты вращения механизм 24 привода с центробежной массой приводится в действие электрической машиной 32 во временном интервале 4. Для этого размыкается муфта 22 коробки передач, и электрическая машина 32 переключается на двигательный режим работы. В данном случае гибридное транспортное средство продолжает движение по существу накатом; при этом, как и раньше, снижение скорости 48 этого транспортного средства обусловлено потерями на трение.
В противном случае электрическая машина 32 активно управляет центробежной массой механизма 24 привода с центробежной массой и обеспечивает, по меньшей мере, сохранение энергии, аккумулированной в механизме 24 привода с центробежной массой. Иначе говоря, электрическая машина 32 поддерживает частоту вращения центробежной массы механизма 24 привода с центробежной массой на уровне выше минимальной частоты вращения, необходимой для механического импульсного запуска остановленного двигателя 12 внутреннего сгорания.
В конце временного интервала 4 в электрический блок 38 управления подается сигнал на ускорение транспортного средства, например, за счет нажатия водителем педали 46 акселератора, что происходит на стадии b) описываемого способа.
После этого электрический блок 38 управления размыкает вторую муфту 30 на стадии c) описываемого способа так, что происходит расцепление электрической машины 32 и механизма 24 привода с центробежной массой.
Затем, на стадии d) описываемого способа, замыкается первая муфта 28. Одновременно с этим также замыкается (или поддерживается в замкнутом состоянии) муфта 22 коробки передач, вследствие чего электрическая машина 32 сцепляется с выходным валом 20 коробки передач с возможностью совместного вращения.
В результате замыкания первой муфты 28 частота 50 вращения двигателя 12 внутреннего сгорания и частота 52 вращения механизма 24 привода с центробежной массой быстро уравниваются друг с другом во временном интервале 5; при этом двигатель 12 внутреннего сгорания запускается механизмам 24 привода с центробежной массой посредством механического импульсного пуска.
Более того, после замыкания муфты 22 коробки передач на стадии d) описываемого способа выходной вал 20 коробки передач будет вращаться электрической машиной 32. Соответственно, во временном интервале 5 ускорение транспортного средства, осуществляемое электрической машиной 32, инициируется сразу же после нажатия водителем педали 46 акселератора. Это явствует из повышения скорости 48 транспортного средства во временном интервале 5, проиллюстрированного на фиг. 2.
После запуска двигателя 12 внутреннего сгорания на стадии d) описываемого способа происходит повторное замыкание второй муфты 30 (во временном интервале 6) на последующей стадии e) описываемого способа; при этом электрическая машина 32 продолжает выполнять функцию ускорения транспортного средства.
В начале временного интервала 7 запущенный и работающий двигатель 12 внутреннего сгорания сцепляется с выходным валом 20 коробки передач с возможностью совместного вращения за счет замыкания первой муфты 28, замыкания второй муфты 30 и замыкания муфты 22 коробки передач, и может ускорять гибридное транспортное средство желательным образом. Следовательно, во временном интервале 7 повышается как скорость 48 транспортного средства, так и частоты вращения 50 и 52 двигателя 12 внутреннего сгорания и механизма 24 привода с центробежной массой.
Благодаря ограниченной мощности электрической машины 32, ускорение транспортного средства во временных интервалах 5 и 6 происходит менее интенсивно, чем ускорение транспортного средства, обеспечиваемое двигателем 12 внутреннего сгорания во временном интервале 7. Тем не менее, уже во временных интервалах 5 и 6, то есть непосредственно после нажатия педали 46 акселератора, водитель получает требуемый отклик транспортного средства в виде заметного ускорения этого транспортного средства. Таким образом, приводная система 10 откликается менее инертным образом и улучшает ощущения водителя от вождения.
На фиг. 3, как и на фиг. 2, проиллюстрирован один из вариантов реализации способа управления описанной приводной системой 10 гибридного транспортного средства.
Вариант реализации способа, проиллюстрированный на фиг. 3, отличается от варианта реализации способа, который представлен на фиг. 2, только тем, что перед выдачей сигнала на активное ускорение транспортного средства на стадии b) описываемого способа муфта 22 коробки передач замыкается (или поддерживается в замкнутом состоянии), а электрическая машина 32 переключается на генераторный режим работы. Иначе говоря, во временных интервалах 3 и 4 осуществляется рекуперация, то есть преобразование кинетической энергии транспортного средства в электроэнергию, посредством электрической машины 32, функционирующей в генераторном режиме работы.
Сопротивление электрической машины 32 в генераторном режиме работы приводит к более интенсивному торможению транспортного средства, вследствие чего скорость 48 транспортного средства во временных интервалах 3 и 4, показанных на фиг. 3, снижается более интенсивно в сравнении со скоростью 48 транспортного средства во временных интервалах 3 и 4, показанных на фиг. 2.
Поскольку во временном интервале 4, показанном на фиг. 3, электрическая машина 32 функционирует в генераторном режиме работы, она не может приводить в действие механизм 24 привода с центробежной массой.
Снижение частоты 52 вращения механизма 23 привода с центробежной массой ниже заданной минимальной частоты вращения предотвращается в этом случае за счет стратегии переключения передач в автоматической коробке 16 передач. Если достигается минимальная частота вращения механизма 24 привода с центробежной массой, то за счет включения пониженной передачи в автоматической коробке 16 передач с меньшим передаточным числом начинает резко возрастать частота вращения ведущего вала 18 коробки передач, равно как и частота вращения 52 промежуточного вала за счет замыкания второй муфты 30 и, соответственно, частота вращения механизма 24 привода с центробежной массой (см. переходную область между временными интервалами 3 и 4 на фиг. 3). Благодаря этому обеспечивается частота 52 вращения или энергия, аккумулированная в механизме 24 привода с центробежной массой, достаточная для выполнения механического импульсного пуска двигателя 12 внутреннего сгорания.
Способ управления при движении накатом с отключенным двигателем (двигатель внутреннего сгорания заглушен, вал 14 двигателя внутреннего сгорания находится в неподвижном состоянии, транспортное средство не движется, а тормозное устройство транспортного средства не активировано) описан для примера ниже в привязке к фиг. 4. Номера позиций 1-6, представленные в прямоугольных рамках, обозначают отдельные временные интервалы 1-6. Во время движения транспортного средства (с постоянной скоростью 48, временной интервал 1) частота вращения механизма 24 привода с центробежной массой синхронна частоте 50 вращения вала двигателя внутреннего сгорания, то есть эти два элемента вращаются с одинаковой частотой, поскольку первая муфта замкнута.
Для движения накатом с отключенным двигателем гибридное транспортное средство переводится в состояние движения по инерции; для этого, в частности, нога убирается с педали акселератора при скорости 48 транспортного средства, лежащей выше заданного порога скорости; причем порог скорости предпочтительно составляет 30 км/час и выше, более предпочтительно – 50 км/час и выше, а в наиболее предпочтительном варианте – 80 км/час и выше.
Во временном интервале 2 двигатель внутреннего сгорания отключается, т.е. глушится; для этого размыкается первая муфта, вследствие чего двигатель внутреннего сгорания полностью отсоединяется от устройства для уменьшения вибраций при вращении. Частота 50 вращения двигателя внутреннего сгорания падает до нуля буквально за несколько вращений вследствие небольшой центробежной массы двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, двигатель внутреннего сгорания оказывается отсоединенным от трансмиссии и, в частности, не вызывает потери на трение в режиме езды накатом.
Во временном интервале 3 транспортное средство движется накатом; в частности, отсутствует тормозящий момент, действующий на управляемые колеса. Как было указано выше, первая муфта находится в разомкнутом состоянии, но вторая муфта остается замкнутой, вследствие чего механизм привода с центробежной массой и, соответственно, устройство для уменьшения вибраций при вращении вращаются совместно с частотой вращения ведущего вала коробки передач. Благодаря применению способа управления согласно настоящему изобретению частота вращения механизма привода с центробежной массой сохраняется на уровне выше задаваемого минимального значения; при этом указанное минимальное значение задается заранее способом, зависящим от граничных условий. В данном случае минимальное значение согласуется, в частности, с количеством энергии, потребным для запуска двигателя внутреннего сгорания; при этом минимальное значение может быть предпочтительно определено математически в ходе моделирования или экспериментальным путем, и может быть выбрано таким образом, чтобы механизм привода с центробежной массой мог выдавать мощность, необходимую для запуска двигателя внутреннего сгорания и одновременно для ускорения гибридного транспортного средства.
Во время движения по ровной поверхности, как принято в данном случае, скорость гибридного транспортного средства продолжает немного уменьшаться (качение и сопротивление воздуха, крутящий момент рекуперации электрической машина и прочие факторы снижают скорость транспортного средства); это снижение скорости визуализировано нисходящим профилем скорости 38 транспортного средства во временном интервале 3. Выход из состояния движения накатом с отключенным двигателем с выдачей запроса на запуск двигателя внутреннего сгорания может стать, в частности, результатом нажатия педали тормоза, педали акселератора, в случае достижения порога скорости/приближения к порогу скорости или в случае поступления запроса с бортовой электрической системы гибридного транспортного средства, в частности, в случае снижения заряда аккумулятора до минимального уровня. В результате выдачи запроса на запуск двигатель внутреннего сгорания запускается посредством описываемого способа путем реализации режима 4 (временные интервалы 4 и 5).
Во время запуска частота 52 вращения механизма привода с центробежной массой первоначально снижается (временной интервал 4), поскольку мощность для ускорения вала двигателя внутреннего сгорания, частота 50 вращения которого увеличивается, передается на вал двигателя внутреннего сгорания с механизма привода с центробежной массой через замкнутую первую муфту. Электрическая машина выдает мощность для ускорения гибридного транспортного средства на ведущий вал коробки передач.
По достижении пусковой частоты вращения двигателя внутреннего сгорания последний переводится в запущенный режим и выдает мощность на механизм привода с центробежной массой, в результате чего увеличивается частота 50 вращения вала двигателя внутреннего сгорания и частота 52 вращения механизма привода с центробежной массой (временной интервал 5).
Как только частота 50 вращения вала двигателя внутреннего сгорания достигает надлежащего уровня, а первая муфта, вторая муфта и муфта коробки передач замыкаются, гибридное транспортное средство ускоряется за счет выдачи мощности двигателем внутреннего сгорания (временной интервал 6).
В режиме движения накатом с отключенным двигателем обеспечивается также дополнительная возможность регенерации (рекуперации) энергии. Как было указано выше, для этого гибридное транспортное средство переводится в состояние движения по инерции, соответствующее временному интервалу 3.
Двигатель внутреннего сгорания отсоединяется от трансмиссии (механизма привода с центробежной массой, коробки передач транспортного средства) посредством разомкнутой первой муфты. Двигатель внутреннего сгорания глушится. В противоположность описанному выше случаю без рекуперации, транспортное средство тормозиться более интенсивно в сравнении с предшествующим случаем за счет крутящего момента рекуперации, прилагаемого электрической машиной к ведущему валу коробки передач в направлении, противоположном направлению его вращения (отрицательного крутящего момента); это отображается на графике, показанном на фиг. 4, более интенсивным снижением скорости 48 транспортного средства и частоты 52 вращения механизма привода с центробежной массой.
Во время рекуперации энергии в электрической машине, функционирующей в генераторном режиме работы, кинетическая энергия гибридного транспортного средства и механизма привода с центробежной массой преобразуется в электроэнергию и подается в бортовую электрическую систему транспортного средства.
Запрос на выход из режима рекуперации, то есть из режима работы с рекуперацией (Режим 5) реализуется, например, путем нажатия педали акселератора или по факту достижения порога скорости. Последовательность выхода из указанного режима аналогична описанному выше варианту осуществления способа без рекуперации (Режим 5) во временных интервалах 4 и 5, фиг. 4.
На фиг. 5 отображены варианты движения, при которых гибридное транспортное средство приводится в действие – по меньшей мере, временно – одной только электрической машиной (движение с электроприводом), когда двигатель внутреннего сгорания отключен. В данном случае двигатель внутреннего сгорания запускается согласно режиму 4 описываемого способа, а для приведения в действие гибридного транспортного средства электрической машиной приводная система переводится в режим движения от электропривода с отключенным двигателем согласно режиму 5 описываемого способа.
В противоположность одному из режимов работы, описанному выше, в котором двигатель внутреннего сгорания отключен, а электрическая машина используется для рекуперации энергии или пассивно вращается совместно с ведущим валом коробки передач (движение накатом), в данном случае электрическая машина функционирует в двигательном режиме, то есть прикладывает приводной крутящий момент в направлении вращения ведущего вала коробки передач. Во временном интервале 1 гибридное транспортное средство движется с постоянной скоростью 48 с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Во временном интервале 2 двигатель внутреннего сгорания отключается, частота 50 вращения падает до нуля, первая муфта переводится в разомкнутое состояние, а частота 52 вращения механизма привода с центробежной массой остается неизменной.
Во временном интервале 3 электрическая машина ускоряет транспортное средство, и частота 52 вращения механизма привода с центробежной массой возрастает, равно как и скорость 48 транспортного средства.
Во временных интервалах 2 и 3 первая муфта находится в разомкнутом состоянии, а вторая муфта – в замкнутом состоянии, вследствие чего обеспечивается возможность расцепления вала двигателя внутреннего сгорания, который находится в неподвижном состоянии во временном интервале 3, с механизмом привода с центробежной массой; однако указанный механизм привода с центробежной массой соединен с возможностью совместного вращения с ведущим валом коробки передач, а электрическая машина обеспечивает приложение крутящего момента, необходимого для приведения в движение гибридного транспортного средства, к ведущему валу коробки передач, что называется движением с электроприводом.
2
В данном случае движение с электроприводом зависит от энергоемкости электрической машины. Испытания показали, что применительно к предложенной низковольтной электрической машине на номинальное напряжение 48 В может быть удовлетворена потребность в электрической тяге до 15-20 кВт, что для гибридного транспортного средства массой приблизительно 1,5 тонны соответствует скорости этого транспортного средства до около 60 км/час и ускорению приблизительно 1,5 м/с.
Если потребное ускорение в этом диапазоне скоростей до 60 км/час, в частности, при выдаче запроса путем нажатия водителем педали акселератора превышает разгонную характеристику электрической машины, то за счет задействования центробежной массы при пуске двигатель внутреннего сгорания запускается очень быстро и просто путем реализации режима 4 описываемого способа, и этот запрос на относительно быстрый разгон может быть удовлетворен с помощью двигателя внутреннего сгорания; в данном случае запуск двигателя внутреннего сгорания проиллюстрирован во временных интервалах 4 и 5. Во время запуска двигателя внутреннего сгорания частота 52 вращения механизма привода с центробежной массой первоначально падает параллельно с возрастанием частоты 50 вращения вала двигателя внутреннего сгорания. После достижения пусковой частоты вращения двигатель внутреннего сгорания переводится в запушенный режим, после чего он начинает ускорять механизм привода с центробежной массой (временной интервал 5). Во временном интервале 6 двигатель внутреннего сгорания используется в значительной степени для ускорения гибридного транспортного средства; с этой целью замыкаются первая и вторая муфты, а также муфта коробки передач.
С помощью предложенной приводной системы транспортное средство с отключенным двигателем внутреннего сгорания может быть приведено в движение от электропривода даже из неподвижного состояния. В данном случае временные интервалы 1 и 2, показанные на фиг. 5, опущены. Временной интервал 3, показанный на фиг. 5, соответствует переменно реализуемым временным интервалам движения от электропривода или, в еще одном случае, неподвижному состоянию транспортного средства. В случае использования электропривода для приведения в движение транспортного средства, когда оно находится в неподвижном состоянии, а механизм привода с центробежной массой, соответственно, бездействует, электрическая машина первоначально вырабатывает мощность для приведения в движение гибридного транспортного средства, после чего механизм привода с центробежной массой дополнительно ускоряется. Во время запуска двигателя внутреннего сгорания (временные интервалы 4 и 5) посредством реализации режима 4 описываемого способа электрическая машина, как было указано выше, продолжает, насколько это возможно, обеспечивать запрос водителя в отношении мощности и крутящего момента, а во временном интервале 6 двигатель внутреннего сгорания используется для ускорения транспортного средства.
После первоначального пуска двигателя внутреннего сгорания получается профиль частоты 51 вращения механизма привода с центробежной массой; при этом частота 52 вращения механизма привода с центробежной массой остается неизменной. Скорость 49 транспортного средства при первоначальном пуске говорит о том, что при запуске двигателя внутреннего сгорания гибридное транспортное средство уже находится в состоянии ускорения. Профиль частоты 51 вращения механизма привода с центробежной массой идет вверх, предваряя расчетный процесс запуска двигателя. Частота 51 вращения механизма привода с центробежной массой начинает повышаться сразу же после занятия каким-либо лицом водительского места. В начале временного интервала 4 активируется кнопка запуска, и механизм привода с центробежной массой сцепляется с валом двигателя внутреннего сгорания посредством первой муфты. Однако в ходе этого процесса запуска гибридное транспортное средство может уже находится в состоянии ускорения, поскольку с помощью электрической машины и механизма привода с центробежной массой приводная мощность может передаваться на управляемые колеса через вторую муфту и муфту коробки передач.
На фиг. 6 представлена приводная система 10 гибридного транспортного средства, содержащая двигатель 12 внутреннего сгорания, снабженный валом 14 двигателя внутреннего сгорания, который может приводить в действие указанный двигатель; коробку 16 передач транспортного средства, которая со своей приводной стороны снабжена ведущим валом 18 коробки передач, расположенным на одной оси с валом 14 двигателя внутреннего сгорания, а со своей вторичной стороны снабжена выходным валом 29 коробки передач, расположенным также на одной оси с валом 14 двигателя внутреннего сгорания; и муфту 22 коробки передач для зацепления или расцепления ведущего вала 18 коробки передач и выходного вала 20 коробки передач.
В данном случае, как и на фиг. 1, коробка передач транспортного средства проиллюстрирована в крайне упрощенном виде. Коробка 16 передач транспортного средства характеризуется множеством переключаемых передаточных чисел, посредством которых может изменяться передаточное отношение между ведущим валом коробки передач и выходным валом коробки передач.
Кроме того, приводная система 10 содержит механизм 24 привода с центробежной массой, который располагается по оси между двигателем 12 внутреннего сгорания и коробкой 16 передач транспортного средства, и который посажен на промежуточный вал 26, расположенный на одной оси с валом 14 двигателя внутреннего сгорания; и первую муфту 28, предназначенную для зацепления или расцепления вала 14 двигателя внутреннего сгорания и промежуточного вала 26. Первая муфта 28 характеризуется наличием первичной стороны 60 с приводной стороны и вторичной стороны 62 с выходной стороны. Более того, приводная система 10 содержит вторую муфту 30, предназначенную для зацепления или расцепления промежуточного вала 26 и ведущего вала 18 коробки передач. Вторая муфта 30 характеризуется наличием первичной стороны 64 с приводной стороны и вторичной стороны 64 с выходной стороны. Более того, приводная система 10 содержит электрическую машину 32, которая располагается на ведущем валу 18 коробки передач, и которая может приводить в действие указанный ведущий вал коробки передач в двигательном режиме работы или тормозить указанный ведущий вал коробки передач в генераторном режиме работы.
Механизм 24 привода с центробежной массой характеризуется наличием двухмассового маховика 54 с ведущим валом 56 МП и выходным валом 58 МП. Двухмассовый маховик 54 образует накопитель энергии. Вне зависимости от конкретной конструкции механизма 24 привода с центробежной массой его центробежная масса обеспечивает возможность, совместно с первой муфтой 28, механического импульсного пуска выключенного двигателя 12 внутреннего сгорания, когда транспортное средство находится в неподвижном состоянии или двигается накатом. Следовательно, электрическим пусковым устройством для двигателя 12 внутреннего сгорания можно пренебречь. Двухмассовый маховик 54 располагается целиком между первой муфтой 28 и второй муфтой 30; причем первичная сторона МП сцеплена с возможностью совместного вращения с вторичной стороной 62 на выходе первой муфты 28, а вторичная сторона МП постоянно сцеплена с возможностью совместного вращения с промежуточным валом 26, который постоянно сцеплен с возможностью совместного вращения с первичной стороной 64 второй муфты со стороны привода.
В отношении, в частности, блока управления и бортовой электрической системы, которые не показаны на фиг. 6, привязка сделан к фиг. 1. Приводная мощность передается через коробку 16 передач транспортного средства на одно проиллюстрированное управляемое колесо 68; в данном случае базовая конструкция приводной системы может быть перенесена на привод передних колес, привод задних колес или привод всех четырех колес транспортных средств.
Как показано на фиг. 6, электрическая машина 32 встроена в коробку 16 передач приводной системы 10 транспортного средства. На этой фигуре, в частности, показано, что коробка 16 передач транспортного средства снабжена с приводной стороны колоколообразным картером 36 муфты, причем в этом колоколообразном картере 36 муфты располагается электрическая машины 32 которая заменяет собой обычно предусмотренный в этом месте преобразователь крутящего момента.
В отношении системы управления приводной системой 10, проиллюстрированной на фиг. 6, которая состоит из приводов, блока управления и педали акселератора, не показанных на этой фигуре, привязка сделан к фиг. 1.
Предложенная приводная система и управление указанной приводной системой согласно предложенному способу дает множество преимуществ, включающих в себя:
– Благодаря сохранению постоянным момента вращения во время запуска двигателя внутреннего сгорания не возникает крутящий момент внешних сил (ускорение вала двигателя внутреннего сгорания/торможение механизма привода с центробежной массой), вследствие чего отпадает необходимость в поддержке этого отсутствующего крутящего момента внешних сил монтажными опорами двигателя, и последние освобождаются от нагрузки;
– Более того, уменьшены так называемые пусковые вибрации, в частности, за счет ускорения двигателя внутреннего сгорания до более высокой пусковой частоты вращения;
– За счет соответствующего размещения всего устройства для уменьшения вибраций при вращении обеспечиваются надлежащие условия для вращающихся масс (небольшая вращающаяся масса двигателя внутреннего сгорания/большая вращающаяся масса механизма привода с центробежной массой), вследствие чего может быть реализован быстрый запуск двигателя внутреннего сгорания. Испытания показали, что двигателем внутреннего сгорания может быть достигнуто пусковое время, составляющее менее 100 мс;
– Когда на момент пуска отбор энергии с механизма привода с центробежной массой (исключительно механическим путем) для запуска двигателя внутреннего сгорания завершен, на бортовую электрическую систему больше не оказывается какая-либо дополнительная нагрузка во время запуска двигателя внутреннего сгорания; и, следовательно, для предотвращения падений напряжения во время запуска двигателя внутреннего сгорания не требуются никакие меры по стабилизации бортовой электрической системы;
– В целом управление приводной системой осуществляется таким образом, что она быстро реагирует на различные изменения дорожной ситуации;
– Испытания показали, что операции запуска-останова двигателя, например, при останове по сигналу светофора могут быть реализованы в высшей степени удобным образом;
– За счет представленных отдельных режимов работы приводная система может справляться с самыми разными дорожными ситуациями без необходимости использования для этого высоковольтного приводного устройства; и
– Электрическая машина может быть оптимизирована под работу на электрической тяге, так как устранены часто преобладающие в иных случаях требования холодного пуска, предъявляемые к электрической машине, поскольку, в частности, холодный пуск двигателя внутреннего сгорания (с высоким предельным крутящим моментом двигателя внутреннего сгорания) воспроизводится механизмом привода с центробежной массой; таким образом, в частности, в отличие от приводных систем обычного типа, отпадает необходимость использования какого-либо дополнительного электрического пускового устройства, такого как, например, стартер шестеренчатого типа.
Ссылочные позиции:
10
Приводная система
12
Двигатель внутреннего сгорания
14
Вал двигателя внутреннего сгорания
16
Коробка передач/автоматическая коробка передач транспортного средства
18
Ведущий вал коробки передач
20
Выходной вал коробки передач
22
Муфта коробки передач
24
Механизм привода (МП) с центробежной массой
26
Промежуточный вал
28
Первая муфта
30
Вторая муфта
32
Электрическая машина
34
Низковольтная бортовая электрическая система
36
Колоколообразный картер муфты
38
Блок/устройство управления
40
Привод управления первой муфтой
42
Привод управления второй муфтой
44
Привод управления муфтой коробки передач
46
Педаль акселератора
48
Скорость транспортного средства
49
Скорость транспортного средства при первоначальном пуске
50
Частота вращения вала двигателя внутреннего сгорания
51
Частота вращения МП с центробежной массой при первоначальном пуске
52
Частота вращения механизма привода с центробежной массой
54
Устройство для уменьшения вибраций при вращении
56
Ведущий вал МП
58
Выходной вал МП
60
Первичная сторона первой муфты
62
Вторичная сторона первой муфты
64
Первичная сторона второй муфты
66
Вторичная сторона второй муфты
68
Управляемое колесо