КОМПОНОВКА ПРИВОДА ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ГИБРИДНЫМ ПРИВОДОМ
DRIVE ARRANGEMENT FOR POWER-DRIVEN VEHICLE WITH HYBRID DRIVE

Настоящее изобретение относится к компоновке привода для механического транспортного средства с гибридным приводом, как определено в ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
В обычных компоновках гибридного привода, использующих двигатель внутреннего сгорания в качестве первого источника привода и электрическую машину в качестве второго источника привода, двигатель внутреннего сгорания воздействует на один дифференциал моста (для предоставления привода с передними или с задними ведущими колесами) или на два дифференциалах моста (для предоставления полного привода) через коробку переключения передач, имеющую передаточные отношения (например, шесть или семь), которые перекрывают диапазон скорости механического транспортного средства. Электрическая машина в состоянии подавать выходную приводную мощность к одному из дифференциалов моста либо непосредственно, либо будучи присоединенной к нему через коробку переключения передач. Если механическое транспортное средство имеет относительно широкий диапазон скорости и этот диапазон должен быть покрыт электрической машиной, которая имеет хорошие весовые характеристики (но малый крутящий момент), то для электрической машины требуется дополнительная коробка переключения передач, имеющая, например, два передаточных отношения.
DE 102008023732 А1, например, раскрывает гибридный привод, в котором первая электрическая машина размещена между двигателем внутреннего сгорания и коробкой переключения передач, а вторая электрическая машина для обеспечения согласования скоростей поставляет выходную приводную мощность к тому же дифференциалу моста, что и двигатель внутреннего сгорания через планетарную передачу.
Кроме того, WO 2011/014531 описывает компоновку гибридного привода, в котором первая электрическая машина присоединена к изменяющей скорости коробке переключения передач с фланцевым креплением на двигателе внутреннего сгорания, и способна, кроме того, подавать выходную приводную мощность к одному дифференциалу моста, в то время как вторая электрическая машина для обеспечения полного привода присоединена для непосредственного привода ко второму дифференциалу моста.
Электрические машины могут быть присоединены обычным образом для действия в качестве приводных двигателей, или для свободного вращения, или для действия в качестве генераторов в режиме рекуперации.
Целью изобретения является предложение компоновки гибридного привода видового типа, которая, при сниженной стоимости компоновки и сложности, способна перекрыть скоростной диапазон транспортного средства, причем двигатель внутреннего сгорания и по меньшей мере одна электрическая машина могут использоваться в благоприятном по эффективности диапазоне скоростей.
Эта цель достигнута на основании определенных в п. 1 формулы изобретения признаков. Предпочтительные модификации изобретения описаны в зависимых пунктах.
Согласно изобретению предложено разделение коробки переключения передач на две частичные коробки переключения передач, каждая из которых имеет по меньшей мере два передаточных отношения, причем двигатель внутреннего сгорания присоединен для привода к первой частичной коробке переключения передач, то есть таким образом, что он не может быть отсоединен. Также электрическая машина размещена на линии, вдоль которой передается сила, ниже по потоку от разъединяющего сцепления, размещенного на выходе первой частичной коробки переключения передач, но выше по потоку от второй частичной коробки переключения передач, а выход второй частичной коробки переключения передач подает выходную приводную мощность к дифференциалу моста. Когда, например, механическое транспортное средство находится в режиме привода от двигателя внутреннего сгорания, предложенное разделение коробки переключения передач вынуждает двигатель внутреннего сгорания воздействовать на обе частичные коробки переключения передач, что перемножает передаточные отношения этих двух частичных коробок переключения передач, в то время как электрическая машина подает выходную приводную мощность через одну частичную коробку переключения передач. Посредством разъединяющего сцепления двигатель внутреннего сгорания и первая частичная коробка переключения передач могут быть остановлены при работе в режиме привода от электрического двигателя, и, таким образом, не могут более вызывать потери на трение или фрикционные потери.
Передаточные отношения двух частичных коробок переключения передач могут быть согласованы как с более низкими скоростями двигателя внутреннего сгорания, так и со значительно более высокими скоростями электрической машины. Прежде всего, передаточные отношения этих двух частичных коробок переключения передач могут быть выполнены таким образом, что двигатель внутреннего сгорания и по меньшей мере одна электрическая машина достигают их предварительно установленных максимальных скоростей при заданной высшей скорости транспортного средства.
Особо предпочтительно, вторая частичная коробка переключения передач способна изменять передаточное отношение от 1:1 (в более высоком диапазоне скорости) на передаточное отношение, которое отличается от него и, предпочтительно, является более низким. Прежде всего, эта частичная коробка переключения передач может быть представлена планетарной коробкой переключения передач, которая имеет хорошую эффективность и может быть управляема под нагрузкой, то есть может функционировать без использования дополнительного сцепления, такого как, например, электрогидравлическое.
Кроме того, первая частичная коробка переключения передач может иметь передачу заднего хода, что позволяет механическому транспортному средству перемещаться назад также и в случае, когда оно приводится в действие только посредством двигателя внутреннего сгорания (например, когда тяговая батарея разряжена).
Особо предпочтительно, первая частичная коробка переключения передач может иметь, по меньшей мере, половину имеющихся прямых передач или ровно половину имеющихся прямых передач и/или три или более прямых передач, и в соединении со второй частичной коробкой переключения передач может быть получен или установлен заданный диапазон регулирования передаточных отношений для получения, например, диапазона регулирования >4 и, как правило, около 6. Эти две частичные коробки переключения передач, таким образом, надежно перекрывают соответствующий двигателю внутреннего сгорания диапазон преобразования и обеспечивают также выполнение оптимального согласования для электрической машины.
Это, прежде всего, выгодно с точки зрения управления второй частичной коробкой переключения передач, поскольку позволяет изменять ее передачу, при приводе двигателем внутреннего сгорания и при гибридном приводе, как функцию, среди прочего, от передачи, на которую включена первая частичная коробка переключения передач, а при приводе электрическим двигателем, позволяет изменять ее передачу как функцию, среди прочего, от скорости механического транспортного средства.
В режиме привода от двигателя внутреннего сгорания изменение передачи второй частичной коробки переключения передач зависит от стандартных параметров, таких как скорость механического транспортного средства, требования, предъявляемые нагрузкой, как они переданы через педаль акселератора, распределение передаточных отношений, и т.д. Это означает, что, возможно в чередовании, производится изменение передаточного отношения в первой частичной коробке переключения передач, а переключение передач во второй частичной коробке переключения передач производится таким образом, который позволяет достичь последующего (полного) передаточного отношения, и так далее. В режиме привода от электрического двигателя, предельное значение скорости, а возможно, также и сигнальное значение нагрузки, может быть решающим фактором для изменения передачи.
В предпочтительной модификации изобретения второй дифференциал моста механического транспортного средства также может быть приведен в действие посредством второй электрической машины для получения, по меньшей мере, временного полного привода. Эта электрическая машина может быть присоединена к дифференциалу моста, например, через частичную коробку переключения передач, которая, предпочтительно, идентична по конструкции первой электрической машине и которая имеет несколько передаточных отношений, таких как, например, подобные двум вышеуказанным, которые могут быть переключены. За счет этого можно достичь идентичности деталей для дифференциалов моста для соответствующих частичных коробок переключения передач, и возможно, для электрических машин, причем идентичность деталей выгодна с точки зрения производства.
В том, что касается управления, частичная коробка переключения передач дифференциала моста, который имеет дополнительный электрический привод, может быть просто переключена в зависимости только от скорости механического транспортного средства и/или в синхронизации со второй частичной коробкой переключения передач, принадлежащей другому дифференциалу моста.
Кроме того, когда механическое транспортное средство находится в полноприводном режиме и тяговая батарея находится в предельном состоянии заряда (то есть достигла предопределенного уровня/порогового значения относительно состояния заряда), электрическая машина, присоединенная к двигателю внутреннего сгорания, может быть подсоединена в качестве генератора, который поставляет приводную энергию для второй электрической машины с целью обеспечения поддержания полного привода.
Наконец, в альтернативном варианте осуществления второго, приводимого электрически ведущего моста механического транспортного средства могут быть размещены две электрические машины, которые раздельно и без дифференциала прямо или опосредованно подают выходную приводную мощность к ведущим валам, соединенным с колесами ведущего моста. Две электрические машины не только обеспечивают необходимую компенсацию скоростей между колесами при движении на повороте, но обеспечивают также и распределение крутящего момента для повышения динамических характеристик привода механического транспортного средства.
Три варианта осуществления изобретения совместно с прочими подробностями детально объяснены ниже. На схематических чертежах:
Фиг. 1 является структурной схемой первой компоновки гибридного привода для механического транспортного средства с задним приводом, которое имеет двигатель внутреннего сгорания, разъединяющее сцепление и две взаимодействующие частичные коробки переключения передач, и в которое функционально встроена электрическая машина.
Фиг. 2 является другой структурной схемой компоновки привода, показанного на фиг. 1, но имеющего вторую электрическую машину для обеспечения полного привода для механического транспортного средства.
Фиг. 3 является структурной схемой альтернативной компоновки второго ведущего моста, имеющего две электрические машины.
Фиг. 1 является структурной схемой, которая показывает компоновку гибридного привода 1 в механическом транспортном средстве, причем компоновка гибридного привода 1 имеет, по существу, двигатель 2 внутреннего сгорания, изменяющую скорости коробку переключения передач, образованную двумя частичная коробками 3, 4 переключения передач, разъединяющее сцепление 5 и электрическую машину 6, которая подает выходную приводную мощность к дифференциалу 7 заднего моста механического транспортного средства. Дифференциал 7 моста приводит в действие задние колеса механического транспортного средства через полуоси 12, которые показаны только частично.
Двигатель 2 внутреннего сгорания, который размещен в механическом транспортном средстве, например, как двигатель, расположенный перед задней осью, присоединен для привода к первой частичной коробке 3 переключения передач, помещенной вниз от него по потоку. Разъединяющее сцепление, которое в состоянии прерывать поток энергии привода, не обязательно предусмотрено. Однако успокоитель вращательных колебаний (например, двухсекционный маховик) или, при использовании автоматической коробки переключения передач в качестве частичные коробки 3 переключения передач, преобразователь крутящего момента может быть размещен в присоединении между входным валом коробки 3 переключения передач и выходным валом (коленчатым валом) двигателя 2 внутреннего сгорания.
Частичная коробка 3 переключения передач предпочтительно является ручной или автоматической коробкой переключения передач известной компоновки, которая снабжена по меньшей мере двумя, а в одном варианте осуществления четырьмя, прямыми передачами и одной передачей заднего хода.
Между выходным валом частичные коробки 3 переключения передач и единым приводным валом 9 электрической машины 6 размещено разъединяющее сцепление 5 (такое как, например, обычное сухое сцепление).
Электрическая машина 6 является, например, трехфазной машиной (не показана), которая известна в гибридных приводах и имеет ротор на едином приводном вале 9 и статор, прикрепленный к ее корпусу, и которая, через электронное устройство управления (не показано) может быть соединена в качестве приводного двигателя, для свободного вращения или для неподключенного положения, или для действия в качестве генератора для поставки тока тяговой батарее механического транспортного средства.
Единый приводной вал 9 также присоединен для привода к входному валу 10 второй частичной коробки 4 переключения передач, выходной вал 11 которой приводит в действие дифференциал 7 заднего моста механического транспортного средства. Дифференциал 7 моста может быть представлен, например, дифференциалом с коническими шестернями обычной компоновки.
Вторая частичная коробка 4 переключения передач имеет вид планетарной коробки переключения передач (не показана), входной элемент которой (например, такой как коронная шестерня) может быть сблокирован с входным валом, водило планетарной передачи которой может быть сблокировано в качестве выходного элемента с выходным валом, и центральное зубчатое колесо которой может быть заблокировано в качестве реактивного элемента; все посредством тормоза (передаточное отношение I).
Кроме того, через встроенное многодисковое сцепление входной элемент или коронная шестерня и выходной элемент или обойма планетарной передачи могут быть соединены друг с другом для получения передаточного отношения 1:1 (передаточного отношения II).
Вторая частичная коробка 4 переключения передач может также быть представлена насадной коробкой переключения передач (передаточной насадкой) или любым другим видом ручной или автоматизированной коробки передач, переключаемой между двумя передаточными отношениями I и II.
Благодаря двум передаточным отношениям I и II, обеспеченным нижней по потоку частичной коробкой 4 переключения передач, четыре прямые передачи частичные коробки 3 переключения передач могут быть умножены или расширены до восьми прямых передач, когда механическое транспортное средство находится в режиме привода от двигателя внутреннего сгорания. Полное передаточное отношение коробок 3 и 4 переключения передач образует диапазон регулирования около 6.
При этом передаточные отношения I и II частичные коробки 4 переключения передач также выполнены таким образом, что для всего диапазона скорости механического транспортного средства (например, от 0 до 300 км/ч) для электрической машины получены 6 оптимальных условий обеспечения заданных оборотов, которые обеспечивают существование достаточно высокого стартового крутящего момента при передаточном отношении I, но которые не вызывают какого-либо превышения допустимого числа оборотов на высшей скорости механического транспортного средства при передаточном отношении II.
При этом передаточные отношения четырех прямых передач частичные коробки 3 переключения передач и два передаточных отношения частичные коробки 4 переключения передач выполнены таким образом, что оба источника привода достигают своего порогового значения скорости или максимальной скорости, как она предварительно установлена их конструкцией, при достижении механическим транспортным средством его высшей скорости на гибридном приводе (привод посредством двигателя 2 внутреннего сгорания и электрической машины 6).
Когда разъединяющее сцепление 5 введено в зацепление, механическое транспортное средство может быть перемещено или вперед или назад посредством двигателя 2 внутреннего сгорания. Электрическая машина 6 способна в этом случае свободно вращаться, а при гибридном приводе (таком как, например, в режиме ускорения), способна принимать участие в перемещении. При потребности, она может также быть подсоединена в качестве генератора и может поставлять энергию на тяговую батарею.
В зависимости от скорости механического транспортного средства и как функция требований, предъявляемых нагрузкой, передаточные отношения двух частичных коробок 3 и 4 переключения передач могут быть изменены автоматически, или четыре прямые передачи частичные коробки 3 переключения передач могут быть изменены вручную (когда она представлена ручной коробкой переключения передач), а частичная коробка 4 переключения передач (когда она представлена планетарной коробкой переключения передач, в противном случае, также возможно ручное переключение), может быть переключена автоматически посредством электрогидравлических средств согласно заданной схеме изменения.
В режиме привода от электрического двигателя разъединяющее сцепление 5 расцеплено. Двигатель 2 внутреннего сгорания и частичная коробка 3 переключения передач таким образом остановлены также и в случае перемещения механического транспортного средства, и таким образом не создают каких-либо потерь на трение или фрикционных потерь. Через частичную коробку 4 переключения передач электрическая машина 6 приводит в действие механическое транспортное средство при двух передаточных отношениях I и II. В этом случае передаточное отношение I может быть достаточным для покрытия скорости, которую транспортное средство в состоянии достичь под электроприводом.
Фиг. 2 показывает другой вариант осуществления изобретения, выполненный для получения, по меньшей мере, временного полного привода для механического транспортного средства. Компонентам, которые выполняют те же функции, присвоены те же ссылочные обозначения. Описание ограничено существенными изменениями относительно фиг. 1.
На фиг. 2 компоновка гибридного привода 1' механического транспортного средства имеет еще и передний дифференциал моста 13, который способен приводить в действие передние колеса механического транспортного средства через полуоси 14, которые показаны только частично.
К дифференциалу моста 13 в направлении передачи мощности присоединены вторая электрическая машина 6 и планетарная коробка переключения передач или частичная коробка 4 переключения передач, которая может быть подобна по компоновке частичной коробке 4 переключения передач заднеприводного узла, показанного на фиг. 1 и которая аналогичным образом имеет два передаточных отношения I и II.
Полным приводом механического транспортного средства можно управлять посредством переднеприводного узла 13, 6, 4, в котором случае передние колеса механического транспортного средства приводятся в действие электрически, а задние колеса - посредством либо электрического двигателя, либо двигателя внутреннего сгорания, либо комбинации их обоих.
Кроме того, задняя электрическая машина 6 может быть подсоединена в качестве генератора в режиме привода от двигателя внутреннего сгорания для поставки приводной энергии для передней электрической машины 6 с целью предоставления возможности поддержания полного привода.
Перемена передаточных отношений I и II второй электрической машины 6 может быть выполнена автоматически как функция скорости механического транспортного средства. В режиме привода от электрического двигателя эта перемена может быть произведена схожим образом при синхронизации с первой электрической машиной 6.
Когда имеются две электрические машины 6 (фиг. 2) и когда механическое транспортное средство тормозит, то есть, находится в режиме рекуперации, только одна (предпочтительно, передняя электрическая машина 6) или обе электрические машины 6 соединены в качестве генераторов, в зависимости от требуемой мощности торможения.
Фиг. 3 только примерно обрисовывает в общих чертах альтернативный вариант осуществления второго, приводимого электрически ведущего моста, который выполнен с двумя электрическими машинами 6 вместо дифференциала 13 согласно фиг. 2.
В этом случае две электрические машины 6 ориентированы соосно ведущим валам и по отдельности приводят в действие каждое колесо ведущего моста (в данном случае переднего моста) механического транспортного средства. Планетарные коробки передач 4 могут быть исключены, если приводные крутящие моменты двух электрических машин 6 достаточны.
Путем соответствующего приведения в действие электрических машин 6 они могут приводить в действие оба передних колеса с соответствующей функцией дифференциала (компенсацией скорости) или с целью достижения распределения крутящего момента, например, при движении в повороте, для поставки более высокого крутящего момента на колесо на внешнем радиусе поворота и меньшего крутящего момента на колесо на внутреннем радиусе поворота.
Изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления.
Прежде всего, вместо описанного заднего привода, который показан на фиг. 1, компоновка 1, 1' привода может также принять вид привода на передние колеса в режиме привода от двигателя внутреннего сгорания с подблоками, размещенными в обратном порядке.
Двигатель 2 внутреннего сгорания, две частичные коробки 3, 4 переключения передач, разъединяющее сцепление 5, электрическая машина 6 и дифференциал 7 моста, показанные на фиг. 1, если требуется, могут быть объединены в едином приводном узле или могут быть соединены друг с другом посредством одного или нескольких промежуточных валов.
Прежде всего, когда разъединяющее сцепление 5 принадлежит к встроенному типу, оно может также принять вид мокрого сцепления или многодискового сцепления, и может быть приведено в действие или быть управляемым электрогидравлическим образом.