СИСТЕМА ПОДАЧИ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ С УСТРОЙСТВОМ ОБХОДА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ТРАНСМИССИИ
SYSTEM OF ENGINE POWER SUPPLY WITH DEVICE FOR BYPASSING TRANSMISSION GEAR

Область техники, к которой относится изобретение
Это изобретение относится к системам подачи мощности двигателя и к приводным устройствам транспортного средства для подачи мощности двигателя с устройством обхода многоскоростной зубчатой передачи трансмиссии.
Уровень техники
Рабочие транспортные средства, такие как средства, используемые в сельском хозяйстве, строительстве и лесном хозяйстве, и другие транспортные средства, оборудование и механизмы, можно приводить в действие силовой установкой, которая часто включает в себя двигатель внутреннего сгорания или альтернативный источник мощности. Мощность передают на ведущие колеса через силовую передачу, которая обычно включает в себя ведущий вал, трансмиссию для обеспечения нескольких скоростей посредством различных передаточных отношений и может включать в себя один или несколько дифференциалов для разделения мощности между двумя сторонами транспортного средства. Мощность можно подавать на один или более мостов. Источник мощности, трансмиссию и дифференциал обычно размещают последовательно, причем мощность, вырабатываемую двигателем и/или альтернативными источниками мощности, подают через многоскоростную зубчатую передачу трансмиссии. Типичная конфигурация требует, чтобы трансмиссия была рассчитана на то, чтобы обрабатывать всю мощность и крутящий момент, подаваемые на ведущие колеса, особенно вырабатываемые двигателем внутреннего сгорания. Соответственно, другие варианты, позволяющие использовать трансмиссию с более легким режимом работы, были бы более эффективными в плане затрат и сроков с точки зрения разработки и производства.
Сущность изобретения
В изобретении предложена система подачи мощности двигателя с устройством обхода многоскоростной зубчатой передачи трансмиссии для подачи максимальной мощности от двигателя на ведущие мосты. В одном аспекте система подачи мощности двигателя включает в себя двигатель с выходным элементом. Трансмиссия имеет максимальную допустимую мощность и вал, соединенный с выходным элементом двигателя. Двигатель генерирует максимальный уровень мощности, который выше, чем максимальная допустимая мощность трансмиссии. Зубчатая передача в трансмиссии соединена с валом и обеспечивает несколько отношений скоростей. С зубчатой передачей соединен дополнительный вал. Мост транспортного средства соединен с дополнительным валом и выполнен с возможностью приведения посредством него в действие. Генератор выполнен с возможностью периодического приведения в действие двигателем для генерирования электроэнергии. Мотор выполнен с возможностью получения электроэнергии от генератора и приведения в действие моста транспортного средства. Трансмиссия и мотор выполнены с возможностью объединения для приведения моста транспортного средства в действие с максимальным уровнем мощности без превышения максимальной допустимой мощности трансмиссии.
В другом аспекте система подачи мощности двигателя включает в себя двигатель, приводящий в действие вал. Трансмиссия соединена с валом. Зубчатая передача в трансмиссии приходит в действие от вала, и она обеспечивает несколько отношений скоростей. Дополнительный вал соединен с зубчатой передачей и приходит в действие при различных выходных коэффициентах относительно первого вала. Мост транспортного средства соединен со вторым валом и приходит от него в действие. Другой вал приходит в действие от первого вала с единственным выходным коэффициентом. Генератор периодически приходит в действие для генерирования электроэнергии, и мотор электрически соединен с генератором и приводит в действие мост транспортного средства.
В дополнительном аспекте система подачи мощности для рабочего транспортного средства включает в себя двигатель внутреннего сгорания, приводящий в действие первый приводной вал. Блок трансмиссии имеет картер трансмиссии и имеет входной вал, который соединен с первым приводным валом и проходит в картер. Зубчатая передача выполнена с возможностью обеспечения нескольких отношений скоростей и расположена в картере трансмиссии. Зубчатая передача соединена с входным валом внутри картера трансмиссии. Передний мост приходит в действие от двигателя через трансмиссию. Второй приводной вал соединяет передний мост с трансмиссией. Задний мост также приходит в действие от двигателя через трансмиссию. Третий приводной вал соединяет задний мост с трансмиссией. Четвертый приводной вал соединяет редуктор с трансмиссией. Генератор соединен с редуктором и периодически приходит в действие для генерирования электроэнергии. Мотор электрически соединен с генератором. Мотор приводит в действие передний и задний мосты через коробку передач. Второй приводной вал проходит через коробку передач.
Детали одного или нескольких вариантов осуществления изложены на прилагаемых чертежах и в описании ниже. Другие особенности и преимущества станут очевидными из описания, чертежей и формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
ФИГ.1 представляет собой вид сбоку примера рабочего транспортного средства в виде сельскохозяйственного трактора с шарнирно-сочлененной рамой, в котором можно использовать раскрытую систему подачи мощности двигателя;
ФИГ.2 представляет собой упрощенную иллюстрацию системы подачи мощности двигателя рабочего транспортного средства ФИГ. 1;
ФИГ.3А представляет собой схематическую иллюстрацию системы подачи мощности двигателя ФИГ. 2 согласно этому изобретению;
ФИГ.3B представляет собой схематическую иллюстрацию другого примера системы подачи мощности двигателя согласно этому изобретению;
ФИГ.3C представляет собой схематическую иллюстрацию еще одного примера системы подачи мощности двигателя согласно этому изобретению;
ФИГ.4 представляет собой иллюстрацию мотора и коробки передач со снятым картером, используемых с системой подачи мощности двигателя ФИГ. 2 согласно этому изобретению; и
ФИГ.5 представляет собой упрощенный вид сзади мотора и коробки передач ФИГ. 4 согласно этому изобретению.
Одинаковыми ссылочными позициями на разных чертежах обозначены одинаковые элементы.
Подробное описание изобретения
Далее описаны один или несколько примеров вариантов осуществления раскрытой системы подачи мощности двигателя, как показано на прилагаемых фигурах чертежей, кратко описанных выше. Специалист в данной области техники может предусмотреть разные модификации иллюстративных вариантов осуществления.
В одном или нескольких примерах исполнения раскрытой системы подачи мощности двигателя система обеспечивает доступный разветвленный поток мощности с устройством обхода трансмиссии для максимальной подачи мощности от двигателя. Система подачи мощности двигателя включает в себя двигатель и трансмиссию, которая соединена с двигателем для получения от него мощности. Двигатель может быть выполнен с возможностью генерирования большей мощности, чем способна обрабатывать трансмиссия. В трансмиссию включена многоскоростная зубчатая передача, через которую мощность от двигателя подают на мосты транспортного средства. Система подачи мощности двигателя также включает в себя генератор, который выполнен с возможностью периодического приведения в действие двигателем, и мотор, который электрически соединен с генератором и который способствует приведению в действие моста транспортного средства под действием электроэнергии, получаемой от двигателя, без прохождения через многоскоростную зубчатую передачу. Система подачи мощности двигателя также включает в себя различные валы, элементы передачи крутящего момента и другие элементы, и блоки, как описано ниже.
Следующее описание относится к системам подачи мощности двигателя в контексте конкретных применений, связанных с рабочим транспортным средством, в целях демонстрации примеров. В транспортном средстве, приводимом в действие двигателем внутреннего сгорания, для движения транспортного средства используют преобразование тепловой энергии в механический привод. Относительно примера рабочего транспортного средства, это подразумевает использование двигателя внутреннего сгорания для вращения гусениц, которые соприкасаются с землей для приведения в движение транспортного средства. Перемещение такого транспортного средства осуществляется в широком диапазоне рабочих условий и включает в себя использование трансмиссии, которая обеспечивает выбор нескольких передач. Кроме того, двигатель может обладать очень высоким уровнем выходной мощности. Обеспечение трансмиссии для такого применения требует значительного количества времени и средств на разработку, и требует трансмиссию, способную выдерживать нагрузки по мощности и крутящему моменту при всех встречающихся условиях. В примере настоящего изобретения, как далее описано ниже, для подачи избыточной мощности от двигателя используют разветвленную систему подачи мощности, без необходимости в трансмиссии, мощность которой рассчитана для обработки полной выходной мощности двигателя. Обеспечение трансмиссии с более низкими допустимыми значениями мощности и крутящего момента, чем способен подать двигатель, экономит количество времени и средств на разработку трансмиссии.
Как отмечено выше, систему подачи мощности двигателя, как описано в настоящем документе, можно использовать во множестве применений, включая применения не для транспортных средств. Ссылаясь на ФИГ. 1, один пример применения включает в себя систему подачи мощности двигателя, которая может быть включена в рабочее транспортное средство 10, которое в этом примере изображено в качестве гусеничного сельскохозяйственного трактора с шарнирно-сочлененной рамой. Однако следует понимать, что можно рассматривать другие конфигурации, такие как конфигурации с рабочим транспортным средством 10 в качестве трактора другого типа, или в качестве рабочего транспортного средства, используемого для других аспектов сельскохозяйственной промышленности, или для строительной или лесной промышленности (например, комбайн, трелевочный трактор, автогрейдер и т.д.), включая транспортные средства с колесами вместо гусениц. Кроме того, следует понимать, что раскрытую систему подачи мощности двигателя также можно использовать в нерабочих транспортных средствах, где выходные мощности двигателя превышают мощность трансмиссии или превышают необходимость направлять мощность через трансмиссию.
В текущем примере рабочее транспортное средство 10 выполнено в виде высокомощной тяговой машины, которая эффективно подает на землю очень высокий уровень мощности и предназначена для тягового усилия. В общем, рабочее транспортное средство 10 включает в себя двигатель 12, который подает высокую мощность в лошадиных силах, и включает в себя многоскоростную (например, 18 передних передач) трансмиссию 14 с электронным управлением, выполненную известным образом. Доступная мощность от двигателя 12 может быть выше, чем допустимая мощность трансмиссии 14. Рабочее транспортное средство 10 включает в себя систему привода с четырьмя комплектами 16 гусениц, обеспечивающими высокий уровень сцепления для передачи максимальной мощности на землю для тяги самых тяжелых грузов и для облегчения работы в таких применениях, как выращивание, вспашка, рыхление и посадка. В других примерах комплекты 16 гусениц могут быть заменены колесами. Для подачи такого высокого уровня мощности в лошадиных силах требуются компоненты силовой передачи, способные выдерживать нагрузку. Чтобы избежать необходимости перепроектировать все компоненты силовой передачи, в частности дорогостоящей трансмиссии 14 с долгим сроком изготовления, или по другим причинам для обхода трансмиссии 14, в настоящем изобретении мощность двигателя подают через разветвленную систему подачи.
Рабочее транспортное средство 10 имеет основное шасси 18, которое в этом примере сочленено в шарнире 20 для обеспечения маневренности. Шарнир 20 соединяет передний блок 22 с задним блоком 24. Шасси 18 поддерживается комплектами 16 гусениц, которые сцепляются с землей. Комплекты 16 гусениц поддерживают шасси 18 через узлы 26, 28 мостов. Два или более набора 16 гусениц могут получать мощность для приведения в движение рабочего транспортного средства 10, и в этом примере все четыре комплекта 16 гусениц являются ведущими. Шасси 18 поддерживает двигатель 12, который служит в качестве силовой установки для генерирования мощности, и который в этом примере выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания. Предусмотрена кабина 29 оператора, в которой размещены интерфейс оператора и средства управления (например, различные колеса управления, рычаги, переключатели, кнопки, экраны, клавиатуры и т.д.). Рабочее транспортное средство 10 может быть выполнено с возможностью использования и/или предоставления другому подключенному оборудованию мощности от двигателя 12 для генерирования электроэнергии и/или для управления механическими, гидроприводными и/или другими функциями. В текущем примере узлы 26, 28 мостов снабжают дополнительной мощностью от двигателя 12 в виде электрической мощности, и транспортное средство 10 включает в себя поддерживающие системы и оборудование для подачи электроэнергии, как далее описано ниже.
Ссылаясь на ФИГ. 2 и 3А, система 30 подачи мощности показана изолированной от других компонентов рабочего транспортного средства 10 для наглядности на ФИГ. 2 и в схематическом виде на ФИГ. 3A. Двигатель 12 содержит ряд цилиндров, которые совершают возвратно-поступательное движение в блоке 32 двигателя, чтобы генерировать мощность вращения, подаваемую через выходной элемент 34, такой как один или несколько из вала (коленчатого вала), маховика, сцепления, других элементов передачи крутящего момента и т.д. Через выходной элемент 34 и приводной вал 36 двигатель 12 механически соединен с трансмиссией 14 для подачи на нее мощности в виде вращательного движения. Приводной вал 36 позволяет расположить трансмиссию 14 физически отдельно от двигателя 12, и в других примерах может быть исключен там, где разделение нежелательно. Трансмиссия 14 содержит картер 38 трансмиссии, в котором размещены внутренние элементы, которые включают в себя типичные элементы, такие как шестерни, подшипники, механизмы переключения и различные элементы передачи крутящего момента, для достижения требуемого количества передних и задних передач в многоскоростной зубчатой передаче 40 известным способом.
Мощность от двигателя 12 поступает в трансмиссию 14 в качестве входной подачи через верхний вал 42, а затем через элемент 41 передачи крутящего момента в многоскоростную зубчатую передачу 40. Из многоскоростной зубчатой передачи 40 мощность поступает через другой элемент 43 передачи крутящего момента и в качестве выходной подачи на нижний вал 44, который проходит через картер 38 трансмиссии и соединен с передним приводным валом 46 и с задним приводным валом 48. Передний приводной вал 46 соединен с передним узлом 26 моста, а задний приводной вал 48 соединен с задним узлом 28 моста. Передний и задний приводные валы 46, 48 соединены друг с другом через нижний вал 44. Оба узла 26, 28 мостов соединены с двигателем 12 через выходной элемент 34, приводные валы 36, 46, 48 и трансмиссию 14, в том числе через верхний вал 42, многоскоростную зубчатую передачу 40 и нижний вал 44. Соответственно, двигатель 12 механически соединен с узлами 26, 28 мостов для подачи на них мощности. Как далее описано ниже, двигателем 12 и трансмиссией 14 управляют для ограничения мощности, которую можно механически подавать на узлы 26, 28 мостов, и в результате максимальную мощность и выходной крутящий момент двигателя 12 не подают исключительно механически.
Система 30 подачи мощности содержит в себя устройство 49 обхода многоскоростной зубчатой передачи 40 трансмиссии 14 для подачи мощности от двигателя 12 на узлы 26, 28 мостов без прохождения через многоскоростную зубчатую передачу 40. Устройство 49 обхода связано с приводом 50 отбора мощности (ОМ), который используют для приведения в действие блока 58 ОМ. Устройство 49 обхода включает в себя верхний вал 42 трансмиссии 14, который проходит через картер 38 трансмиссии и соединен на одном конце с приводным валом 36, а на противоположном конце соединен с приводом 50 ОМ на приводном валу 52. Приводной вал 52 соединен с блоком 54 редуктора. Блок 54 редуктора соединен с валом 56 ОМ, который проходит в блок 58 ОМ, который выполнен с возможностью соединения с орудиями и вспомогательным оборудованием, которые имеют функции, приводимые в действие рабочим транспортным средством 10. Блок 54 редуктора также соединен с генератором 60, который является компонентом системы 62 электропривода. В различных исполнениях блок 54 редуктора и генератор можно устанавливать и приводить в действие иначе, чем в описанных в настоящем документе примерах исполнениях. Например, редуктор 54 и генератор 60 могут быть установлены непосредственно или в непосредственной близости от двигателя 12 или трансмиссии 14 для подачи мощности, без прохождения сначала через привод ОМ или устройство обхода.
Система 62 электропривода включает в себя генератор 60, мотор 64, силовую электронику 68, систему 70 управления и различные электрические кабели или соединения. Кроме того, могут быть включены различные датчики, исполнительные механизмы и другие типичные электрические устройства, но они не показаны. Компоненты системы 62 электропривода преобразуют, улучшают состояние, передают и управляют мощностью, подаваемой в результате механического движения двигателя 12, для получения подходящей электроэнергии от генератора 60 для подачи и использования мотором 64. В других примерах силовая электроника 68 также может работать для преобразования мощности, создаваемой генератором 60, для накопления в системе батарей (не показано). Силовая электроника 68 может включать в себя выпрямители, инверторы, преобразователи, средства управления и другие типичные устройства для обеспечения требуемого преобразования и управления электрической мощностью для поддержки работы генератора 60, мотора 64 и других связанных электрических компонентов такого же рода и при уровне напряжения, на который рассчитана система 62 электропривода.
Как показано на ФИГ. 3А, система 70 управления включает в себя по меньшей мере один контроллер 72, который электрически соединен с двигателем 12, трансмиссией 14, генератором 60, мотором 64 и силовой электроникой 68 для обеспечения функций управления. Контроллер (контроллеры) 72 также может быть соединен с другими устройствами, необходимыми для обеспечения требуемых функций управления системой, включая различные исполнительные механизмы и датчики, такие как датчики скорости (не показаны). Контроллер (контроллеры) 72 может включать в себя одно или несколько вычислительных устройств, таких как различные процессорные устройства и различные связанные архитектуры памяти. В конкретных вариантах осуществления контроллер (контроллеры) 72 может дополнительно (или альтернативно) включать в себя различные другие схемы и устройства электронного управления (например, различные электронные устройства или программируемые схемы). Контроллер (контроллеры) 72 может быть расположен отдельно от других компонентов (например, как показано на ФИГ. 3А) или может быть интегрирован в различные компоненты, такие как двигатель 12 и трансмиссия 14. В некоторых вариантах осуществления контроллер (контроллеры) 72 может быть предназначен для функциональных возможностей, раскрытых в настоящем документе. В некоторых вариантах осуществления в дополнение к функциям управления, раскрытым в настоящем документе, контроллер (контроллеры) 72 может быть выполнен с возможностью обеспечения других функциональных возможностей рабочего транспортного средства 10 и/или подключенных орудий.
Электроэнергию, подаваемую от генератора 60 через силовую электронику 68, преобразуют обратно в механическую мощность в моторе 64. Мотор 64 соединен с узлами 26, 28 мостов через коробку 74 передач. В этом примере коробка 74 передач представляет собой двухскоростную коробку передач, в которой входную мощность от мотора 64 подают на приводной вал 48 через две чередующиеся зубчатые цепи 76, 78, которые обеспечивают два различных отношения скоростей. Кроме того, коробка 74 передач может иметь нейтральное положение 75 для отсоединения мотора от приводного вала 48. Через коробку 74 передач и приводной вал 48 мотор 64 соединен для подачи мощности с обоими узлами 26, 28 мостов. В случае переднего узла 26 моста мощность от мотора 64 передают через коробку 74 передач, приводной вал 48, нижний вал 44 и приводной вал 46 на узел 26 моста. В случае заднего узла 28 моста, мощность от мотора 64 передают через коробку 74 передач и приводной вал 48 на узел 28 моста. Хотя мощность на передний узел 26 моста снова проходит через картер 38 трансмиссии через нижний вал 44, это происходит без прохождения через многоскоростную зубчатую передачу 40. В целом, мощность устройства обхода 49 проходит через картер 38 трансмиссии дважды, не проходя через многоскоростную зубчатую передачу 40, причем один раз через верхний вал 42 на пути к генератору 60, и второй раз через нижний вал 44 на пути на передний узел 26 моста.
Система 62 электропривода включает в себя проводники 80, соединенные между генератором 60 и силовой электроникой 68, и проводники 82, соединенные между силовой электроникой 68 и мотором 64. Кроме того, установлена электрическая связь между контроллером (контроллерами) 72 и двигателем 12, трансмиссией 14, генератором 60, мотором 64, силовой электроникой 68 и коробкой 74 передач. При номинальной требуемой мощности рабочего транспортного средства 10 вплоть до максимальной допустимой мощности трансмиссии 14 контроллер (контроллеры) 72 управляет системой 30 подачи мощности для подачи мощности на узлы 26, 28 мостов от двигателя 12 через трансмиссию 14, включая многоскоростную зубчатую передачу 40, и приводные валы 46, 48. Мощность от двигателя 12 также доступна на валу 84 ОМ для использования орудиями и вспомогательным оборудованием. Мощность на вал 84 ОМ передают от двигателя 12 через выходной элемент 34, приводной вал 36, верхний вал 42 трансмиссии 14 и передачу 50 ОМ, включая приводной вал 52, блок 54 редуктора, вал 56 ОМ и блок 58 ОМ. Контроллер (контроллеры) 72 запрограммирован/запрограммированы для ограничения выходной мощности двигателя 12 до максимальной допустимой мощности трансмиссии 14 при работе в чисто механическом режиме через многоскоростную зубчатую передачу 40. Во время чисто механической работы генератор 60 деактивируют, и система 62 электропривода находится в режиме ожидания.
Когда от рабочего транспортного средства 10, например, его оператор, требует дополнительную мощность, которая превышает максимальную допустимую мощность трансмиссии 14, контроллер (контроллеры) 72 подает генератору 60 сигнал генерирования электроэнергии. Дополнительную мощность для приведения в движение рабочего транспортного средства 10 подают от двигателя 12 через выходной элемент 34, приводной вал 36, верхний вал 42 (без прохождения через многоскоростную зубчатую передачу 40) и блок 54 редуктора на ротор 88 генератора 60. Мощность также подают от мотора 64 через коробку передач 74 и приводные валы 46, 48 на узлы 26, 28 мостов. Между генератором 60 и мотором 64 мощность передают электрически, и, в частности, подают от генератора 60 в мотор 64 через проводники 80, силовую электронику 68 и проводники 82, так что мотор 64 подает мощность и крутящий момент на узлы 26, 28 мостов. Мощность, подаваемую через многоскоростную зубчатую передачу 40, и мощность, которую подают через устройство 49 обхода, объединяют вместе и подают на узлы 26, 28 мостов при уровнях мощности, на которых используют полную допустимую мощность двигателя 12, не превышая допустимую мощность трансмиссии 14.
Ссылаясь дополнительно на ФИГ. 4 и 5, показаны отдельные внутренние компоненты коробки 74 передач с удаленным картером для наглядности. Мотор 64 содержит ротор 88 с валом 90, который соединен с входным валом 92 коробки 74 передач. Входной вал 92 поддерживается подшипниками 94, 96, и шестерня 98 закреплена на входном валу 92 для вращения, когда ротор 88 вращается. Коробка 74 передач содержит расположенные на расстоянии друг от друга валы 102, 104 шестерни, которые расположены параллельно входному валу 92. Шестерня 106 закреплена на валу 102 и находится в зубчатом зацеплении с шестерней 98, так что вал 102 приводят в действие для вращения, когда входной вал 92 вращается. Шестерни 108, 110 также расположены на расстоянии друг от друга на валу 102 шестерни и имеют разные размеры (разные диаметры и/или разное количество зубьев). Шестерни 108, 110 входят в зацепление с валом 102 шестерни, так что они вращаются вместе с ним и могут перемещаться вдоль вала 102 шестерни, например, посредством шпоночного или шлицевого соединения. Вал 102 шестерни поддерживается на подшипниках 114, 116, и вал 104 шестерни поддерживается другими подшипниками 118, 120. Вал 104 шестерни переносит шестерни 122, 124, которые закреплены для вращения вместе с валом 104 шестерни. Шестерни 122, 124 имеют разные диаметры/разное количество зубьев.
Чтобы обеспечить две скорости посредством коробки 74 передач, шестерни 110 и 124 находятся в зацеплении друг с другом или шестерни 108, 122 находятся в зацеплении друг с другом. Механизм 126 переключения передач и исполнительный механизм 128 переключения работают с возможностью перемещать шестерни 108, 110 на валу 102 шестерни, чтобы задавать, какие шестерни будут находиться в зацеплении, обеспечивая две скорости посредством коробки 74 передач. Это позволяет использовать мотор 64 для обеспечения дополнительной мощности на узлах 26, 28 мостов в полном диапазоне скоростей рабочего транспортного средства 10.
Приводной вал 48 проходит через коробку 74 передач и содержит звездочку 130, которая закреплена в положении для вращения с приводным валом 48. Вторая звездочка 132 закреплена на валу 104 шестерни. Цепь 134 находится в зацеплении со звездочками 130, 132, так что вал 104 при вращении приводит в действие приводной вал 48. Таким образом, вращение ротора 88 приводит в действие узлы 26, 28 мостов, добавляя мощность к мощности, которую подают через многоскоростную зубчатую передачу 40.
Раскрытая в настоящем документе система подачи мощности двигателя может быть реализована различными способами. Например, ФИГ. 3B и 3C представляют собой схематичные диаграммы двух альтернативных устройств, в которых входную электрическую мощность подают на колеса в силовой передаче дальше, чем в примере устройства, показанного на ФИГ. 3A. Электрическую мощность распределяют локально на каждый мост или на каждую конечную передачу для каждого колеса через несколько отдельных электрических механизмов, а не централизованно от одного электрического механизма. В последующем рассмотрении примеров, показанных на ФИГ. 3B и 3C, большая часть системы подачи мощности двигателя, в частности большая часть ее механических компонентов, может быть такой же или аналогичной той, которая описана в отношении устройства ФИГ. 3А, и, таким образом, будут использованы одинаковые ссылочные позиции. Узлы мостов, как правило, одинаковые, будут обозначены как 26’, 28’, и 26’’ и 28’, и устройство обхода, система электропривода и система управления с моторами и электрическими линиями будут обозначены 49’, 49’’; 62’, 62’’; 70’, 70’’; 64’, 64’’ и 82’, 82’’ на ФИГ. 3B и 3C, соответственно, для обозначения различных устройств входной электроэнергии. В каждой из распределенных систем электропривода, показанных на ФИГ. 3B и 3C, отдельные моторы могут иметь различные размеры или такие же, что и мотор 64. В некоторых случаях, поскольку каждый отдельный мотор будет иметь меньшие требования к нагрузке, чем один мотор 64, моторы в распределенных системах электропривода могут иметь моторы меньшей мощности (и менее дорогостоящие), каждый из которых работает с более низкой допустимой мощностью, чем мотор 64. Распределенные системы электропривода также обеспечивают преимущество дифференциальной подачи электроэнергии на передний и задний узлы моста или даже на отдельные колеса. Например, в варианте осуществления ФИГ. 3B можно подавать дополнительную электрическую мощность только на передние или задние колеса, то же самое верно и для варианта осуществления ФИГ. 3C, в котором существует дополнительная возможность подачи дополнительной электрической мощности только на одно или на оба левые или правые колеса.
В общем, в примере, показанном на ФИГ. 3B, один мотор 64 в устройстве ФИГ. 3А заменяют на два мотора 64a’ и 64b’, обеспечивающие входную электрическую мощность для приводной передачи на узлы 26’, 28’ мостов. В остальном, система 62’электропривода, в целом, такая же, включая генератор 60, силовую электронику 68, систему 70’ управления и различные электрические кабели или соединения. Как и прежде, различные датчики, исполнительные механизмы и другие типичные электрические устройства могут быть включены, но не показаны. И, как и прежде, система 70’ управления включает в себя по меньшей мере один контроллер 72, который электрически соединен с двигателем 12, трансмиссией 14, генератором 60 и силовой электроникой 68 для обеспечения функций управления. Контроллер (контроллеры) 72 также может быть соединен с другими устройствами, необходимыми для обеспечения требуемых функций управления системой, включая различные исполнительные механизмы и датчики, такие как датчики скорости (не показаны). Различие здесь заключается в том, что система 62’ электропривода включает в себя электромоторы 64a’, 64b’, и, таким образом, система 70’ управления выполнена с возможностью управления каждым из этих отдельных электромоторов 64a’, 64b’, а не одним мотором 64 устройства ФИГ. 3А.
Электрическую мощность, подаваемую от генератора 60 через силовую электронику 68, преобразуют обратно в механическую мощность в моторах 64a’, 64b’. Моторы 64a’, 64b’ соединены с узлами 26’, 28’ мостов через соответствующие коробки 73a’, 73b’ передач. В этом примере каждая из коробок 73a’, 73b’ передач содержит две шестерни в прямом зацеплении, получающие крутящий момент от соответствующих моторов 64a’, 64b’, которые, в свою очередь, соединены с другой шестерней, которая взаимодействует с узлами 75a’, 75b’ дифференциала (явно не показаны на мостах 26, 28 ФИГ. 3A) соответствующих узлов 26’, 28’ мостов и обеспечивает им крутящий момент. Узлы 75a’, 75b’ дифференциала соединены с соответствующими приводными валами 46, 48 посредством комплектов конической передачи или других подходящих механических муфт, так что узлы 26’, 28’ мостов можно приводить в действие механически с помощью двигателя 12 и многоскоростной зубчатой передачи 40. В устройстве ФИГ. 3B, мощность устройства 49’ обхода проходит через картер 38 трансмиссии один раз без прохождения через многоскоростную зубчатую передачу 40 через верхний вал 42 на пути к генератору 60. Механическую мощность через картер 38 трансмиссии направляют на узлы 26’, 28’ мостов от верхнего вала 42 через многоскоростную зубчатую передачу 40 до нижнего вала 44.
При номинальной допустимой мощности рабочего транспортного средства 10 вплоть до максимальной допустимой мощности трансмиссии 14, мощность подают на узлы 26’, 28’ мостов от двигателя 12 через трансмиссию 14, включая многоскоростную зубчатую передачу 40, и приводные валы 46, 48. Мощность от двигателя 12 также доступна на валу 84 ОМ для использования орудиями и вспомогательным оборудованием, как описано выше в отношении ФИГ. 3A. При работе в чисто механическом режиме через многоскоростную зубчатую передачу 40 система 70’ управления запрограммирована на ограничение выходной мощности двигателя 12 до максимальной допустимой мощности трансмиссии 14. Генератор 60 деактивируют во время чисто механической работы, и система 62’ электропривода находится в режиме ожидания.
Когда от рабочего транспортного средства 10, например, его оператор требует дополнительную мощность, которая превышает максимальную допустимую мощность трансмиссии 14, мощность также подают от моторов 64a’, 64b’ на узлы 26’, 28’ мостов. Между генератором 60 и моторами 64a’, 64b’ мощность передают электрически и, в частности, подают от генератора 60 на моторы 64a’, 64b’ через проводники 80, силовую электронику 68 и проводники 82’, так что моторы 64a’, 64b’ подают мощность и крутящий момент на узлы 26’, 28’ мостов. Мощность, подаваемую через многоскоростную зубчатую передачу 40, и мощность, которую подают через устройство 49’ обхода, объединяют вместе и подают на узлы 26’, 28’ мостов при уровнях мощности, на которых используют полную мощность двигателя 12, без превышения допустимой мощности трансмиссии 14.
В примере, показанном на ФИГ. 3C, один мотор 64 в устройстве ФИГ. 3А заменяют четырьмя моторами 64a’’-64d’’, обеспечивающими подачу электроэнергии на передачу на узлах 26’’, 28’’ мостов, которая в этом примере поступает на узлы 26’’, 28’’ мостов дальше от узлов 75a’’, 75b’’ дифференциала на конечные передачи 77a’’-77d’’. В остальном система 62’’ электропривода, как правило, одинакова, включая генератор 60, силовую электронику 68, систему 70’’ управления, и различные электрические кабели или соединения, датчики, исполнительные механизмы и другие типичные электрические устройства. И, как и прежде, система 70’’ управления включает в себя по меньшей мере один контроллер 72, который электрически соединен с двигателем 12, трансмиссией 14, генератором 60 и силовой электроникой 68 для обеспечения функций управления и управления каждым из этих отдельных электромоторов 64a’’-64d’’.
Электрическую мощность, подаваемую от генератора 60 через силовую электронику 68, преобразуют обратно в механическую мощность в моторах 64a’’-64d’’, которые соединены с узлами 26’’, 28’’ мостов через конечные передачи 77a’’-77d’’. Узлы 75a’’, 75b’’ дифференциала соединены с соответствующими приводными валами 46, 48 посредством комплектов конической передачи или других подходящих механических муфт, так что узлы 26’’, 28’’ мостов можно механически приводить в действие двигателем 12 и многоскоростной зубчатой передачей 40. В устройстве ФИГ. 3C, мощность устройства 49’’ обхода проходит через картер 38 трансмиссии один раз без прохождения через многоскоростную зубчатую передачу 40 через верхний вал 42 на пути к генератору 60. Механическую мощность через картер 38 трансмиссии направляют на узлы 26’’, 28’’ мостов от верхнего вала 42 через многоскоростную зубчатую передачу 40 до нижнего вала 44.
При номинальной допустимой мощности рабочего транспортного средства 10 вплоть до максимальной допустимой мощности трансмиссии 14 мощность подают на узлы 26’’, 28’’ мостов от двигателя 12 через трансмиссию 14, включая многоскоростную зубчатую передачу 40, и приводные валы 46, 48. Мощность от двигателя 12 также доступна на валу 84 ОМ для использования орудиями и вспомогательным оборудованием, как описано выше в отношении ФИГ. 3A. При работе в чисто механическом режиме через многоскоростную зубчатую передачу 40 система 70’’ управления запрограммирована на ограничение выходной мощности двигателя 12 максимальной допустимой мощностью трансмиссии 14. Генератор 60 деактивируют во время чисто механической работы, и система 62’’ электропривода находится в режиме ожидания.
Когда от рабочего транспортного средства 10, например, его оператор требует дополнительную мощность, которая превышает максимальную допустимую мощность трансмиссии 14, мощность также подают от моторов 64a’’-64d’’ на узлы 26’’, 28’’ мостов. Между генератором 60 и моторами 64a’’-64d’’ мощность передают электрически и, в частности, подают от генератора 60 на моторы 64a’’-64d’’ через проводники 80, силовую электронику 68 и проводники 82’’, так что двигатели 64a’’-64d’’ подают мощность и крутящий момент на узлы 26’’, 28’’ мостов. Мощность, подаваемую через многоскоростную зубчатую передачу 40, и мощность, которую подают через устройство 49’’ обхода, объединяют вместе и подают на конечные передачи 77a’’-77d’’ при уровнях мощности, на которых используют полную мощность двигателя 12 без превышения допустимой мощности трансмиссии 14.
В описанных выше примерах система 30 подачи мощности двигателя механически подает мощность двигателя на узлы мостов через многоскоростную зубчатую передачу 40 трансмиссии 14 и электрически подает мощность двигателя на узлы мостов, обходя многоскоростную зубчатую передачу 40 трансмиссии 14, для добавления мощности двигателя на узлы мостов, сохраняя при этом трансмиссию 14, которая имеет более низкую нагрузочную способность/максимальную допустимую мощность, чем общая мощность, генерируемая двигателем/максимальный уровень мощности двигателя, и подаваемая на узлы мостов.
В различных исполнениях, описанных выше (и других), когда мощность, требуемая от рабочего транспортного средства 10, превышает максимальную допустимую мощность трансмиссии 14, электрическую мощность (от генератора 60 и различных моторов) можно подавать только после достижения максимальной допустимой мощности трансмиссии 14. Однако вместо этого электрическую мощность можно подавать до достижения максимальной допустимой мощности трансмиссии 14. Например, электрическую мощность можно запускать, когда двигатель 12 работает ниже максимальной допустимой мощности трансмиссии 14, и контроллер (контроллеры) 72 может увеличивать работу генератора 60, чтобы соответствовать текущей мощности двигателя 12, чтобы облегчить переход между только механической и комбинированной механической и электрической мощностью. Это может в достаточной степени сгладить переход при прохождении мощности, чтобы значительно ослабить или полностью избежать ударных нагрузок на различные компоненты силовой передачи, а также ограничить влияние от перехода мощности, чтобы придать рабочему транспортному средству улучшенные ходовые качества.
Также представлены следующие примеры, которые пронумерованы для облегчения ссылки.
1. Система подачи мощности двигателя, включающая в себя двигатель, имеющий выходной элемент; трансмиссию, имеющую максимальную допустимую мощность и имеющую первый вал, соединенный с выходным элементом двигателя, причем двигатель выполнен с возможностью генерирования максимального уровня мощности, который выше, чем максимальная допустимая мощность трансмиссии; зубчатую передачу в трансмиссии, соединенную с первым валом и выполненную с возможностью обеспечения нескольких отношений скоростей; второй вал, соединенный с зубчатой передачей; мост транспортного средства, соединенный со вторым валом и выполненный с возможностью приведения от него в действие; генератор, выполненный с возможностью периодического приведения в действие двигателем для генерирования электроэнергии; и мотор, выполненный с возможностью получения электроэнергии от генератора и приведения в действия моста транспортного средства; при этом трансмиссия и мотор выполнены с возможностью объединения для приведения в действие моста транспортного средства с максимальным уровнем мощности без превышения максимальной допустимой мощности трансмиссии.
2. Система согласно примеру 1, дополнительно включающая в себя третий вал, выполненный с возможностью приведения в действие первым валом, обходя зубчатую передачу; причем генератор выполнен с возможностью соединения с третьим валом и приведения им в действие.
3. Система согласно примеру 2, дополнительно включающая в себя: привод отбора мощности, выполненный с возможностью соединения с третьим валом; и редуктор, соединяющий генератор с приводом отбора мощности.
4. Система согласно примеру 3, дополнительно включающая в себя блок отбора мощности, соединенный с приводом отбора мощности.
5. Система согласно примеру 3, в которой редуктор выполнен с возможностью выборочного отключения генератора от привода отбора мощности.
6. Система согласно примеру 2, в которой третий вал выполнен с возможностью непосредственного приведения в действие входным валом и с общей скоростью с ним.
7. Система согласно примеру 6, в которой первый вал и третий вал являются смежными друг с другом.
8. Система согласно примеру 2, в которой двигатель выполнен с возможностью подачи мощности на мост транспортного средства через трансмиссию и второй вал, и одновременно на мост транспортного средства через третий вал и мотор.
9. Система согласно примеру 1, дополнительно включающая в себя второй мост, соединенный с трансмиссией и приводимый в действие вместе с мостом транспортного средства; причем мотор выполнен с возможностью приведения в действие вместе обоих мостов.
10. Система согласно примеру 1, дополнительно включающая в себя коробку передач, соединенную между мотором и мостом; причем коробка передач содержит: выходную шестерню, выполненную с возможностью приведения в действие моста; входную шестерню, приводимую в действие мотором; первый вал, несущий первую и вторую шестерни; второй вал, несущий третью, четвертую шестерни и пятую шестерни; и цепь, соединяющую пятую шестерню и выходную шестерню; причем редуктор выполнен с возможностью альтернативного зацепления первой шестерни с третьей шестерней или второй шестерни с четвертой шестерней.
11. Система подачи мощности двигателя, включающая в себя: двигатель, приводящий в действие первый вал; трансмиссию, соединенную с первым валом; зубчатую передачу в трансмиссии, выполненную с возможностью приведения в действие первым валом и выполненную с возможностью обеспечения нескольких отношений скоростей; второй вал, соединенный с зубчатой передачей и выполненный с возможностью приведения в действие при различных коэффициентах мощности на выходе относительно первого вала; мост транспортного средства, соединенный со вторым валом и выполненный с возможностью приведения в действие за счет этого третий вал, выполненный с возможностью приведения в действие первым валом с одним коэффициентом мощности на выходе относительно первого вала; генератор, выполненный с возможностью периодического приведения в действие для генерирования электроэнергии третьим валом; и мотор, электрически соединенный с генератором и выполненный с возможностью получения электроэнергии от генератора для приведения в действие моста транспортного средства.
12. Система согласно примеру 11, дополнительно включающая в себя: привод отбора мощности, выполненный с возможностью соединения с третьим валом; и редуктор, соединяющий генератор с приводом отбора мощности.
13. Система согласно примеру 12, дополнительно включающая в себя блок отбора мощности, соединенный с приводом отбора мощности, причем блок отбора мощности выполнен с возможностью подачи мощности двигателя на вспомогательное оборудование.
14. Система согласно примеру 11, дополнительно включающая в себя: картер моста, в котором размещена по меньшей мере часть моста транспортного средства; зубчатую передачу, соединенную между мотором и мостом транспортного средства; и картер передачи, в котором размещена зубчатая передача; причем картер передачи прикреплен к картеру моста.
15. Система согласно примеру 11, дополнительно включающая в себя: коробку передач, содержащую зубчатую передачу и соединенную между мотором и мостом транспортного средства; и приводной вал, соединенный между коробкой передач и мостом транспортного средства и выполненный с возможностью приведения в действие моста транспортного средства; причем коробка передач содержит: выходную шестерню, установленную на приводном валу; входную шестерню, закрепленную на моторе и приводимую таким образом в действие; первый вал, несущий первую и вторую шестерни; второй вал, находящийся на расстоянии от первого вала и несущий третью, четвертую шестерни и пятую шестерни; цепь, связывающую пятую шестерню и выходную шестерню; и привод, выполненный с возможностью альтернативного осуществления зацепления первой шестерни с третьей шестерней или второй шестерни с четвертой шестерней для обеспечения двух отношений скоростей через коробку передач.
Используемая в настоящем документе терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения изобретения. Используемые в настоящем документе формы единственного числа также включают формы множественного числа, если в контексте явно не указано иное. Также следует понимать, что термины «содержит» и/или «содержащий» при использовании в данном описании указывают на наличие заявленных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличия или добавления одного или нескольких других признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.
Описание настоящего изобретения было представлено для иллюстрации и описания, и не является исчерпывающим или ограниченным изобретением в раскрытой форме. Многие модификации и вариации будут очевидны для специалистов в данной области техники, не выходя за рамки объема и сущности изобретения. Варианты осуществления с явной ссылкой в настоящем документе были выбраны и описаны для того, чтобы наилучшим образом объяснить принципы изобретения и их практическое применение, и дать возможность другим специалистам в данной области техники понять изобретение и узнать множество альтернатив, модификаций и вариаций в описанном примере (примерах). Соответственно, различные варианты осуществления и реализации, отличные от явно описанных, находятся в рамках объема следующей формулы изобретения.