СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДНЫМ МЕХАНИЗМОМ В ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
METHOD AND DEVICE OF DRIVE MECHANISM CONTROLLING IN ELECTRIC TRANSPORT VEHICLE

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для управления приводным механизмом в электротранспортном средстве.
Для увеличения запаса хода электротранспортного средства особенно важно, чтобы приводной механизм работал как можно более эффективно. В обычном приводном механизме тяговый или электрический двигатель и трансмиссия сконструированы из условия, чтобы выполнялись как требования к производительности электротранспортного средства, так и требования к эффективному использованию энергии.
Тогда как критерии производительности (то есть критерии касательно производительности приводного механизма) в моторном транспортном средстве с исключительно электрическим приводом требуют высоких значений крутящего момента и мощности, обычный ездовой цикл электротранспортного средства проходит в диапазоне низких крутящих моментов и низких частот вращения, поскольку в обычных городских ездовых циклах и омологационных циклах электрический двигатель обычно приводится в действие со сравнительно низким профилем мощности и крутящего момента.
Однако в этом диапазоне низких нагрузок обычный электрический двигатель имеет низкий коэффициент полезного действия. Чтобы добиться более высоких коэффициентов полезного действия приводного механизма в обычном городском ездовом цикле и обычных омологационных циклах, конструкция электрического двигателя должна иметь номинальные значения для мощности и крутящего момента, соответствующие соответственному циклу нагрузки. Однако в этих случаях, критерии производительности не выполняются, так как эти критерии производительности требуют более высоких номинальных значений для крутящего момента и мощности.
Поэтому конструирование электрического двигателя ведется так, чтобы он имел оптимальную рабочую или установочную точку на пути с нагрузкой омологационного цикла, что приводит к более низкому пусковому моменту на высоких числах оборотов двигателя, который, в свою очередь, имеет следствием, что электрический двигатель больше не способен выдавать достаточно высокий крутящий момент при трогании на подъем или в сценариях с высокой частотой вращения.
JP 2005161961 A раскрывает - в транспортном средстве с гибридным электрическим приводом, посредством электронного блока гибридного управления, обеспечивает увеличение крутящего момента, распределенного на заднюю ось, относительно крутящего момента, распределенного на переднюю ось, в частности при возникновении неравномерностей в работе электронного управления тормозами, для того чтобы дополнительно гарантировать функционирование полного привода.
US 2006/0151220 A1 раскрывает транспортное средство с колесами с отдельным электрическим приводом, при этом оси вращения используемых вращательных электрических машин смещены относительно осей колес с отдельным электрическим приводом для того, чтобы добиваться увеличения мощности привода без увеличения радиальной или осевой длины машин.
US 6549840 B1 раскрывает блок управления транспортным средством для управления моторным транспортным средством с полным приводом, посредством которого мощность переднего привода для приведения в движение пары передних колес и мощность заднего привода для приведения в движение пары задних колес регулировались в качестве функции статического и динамического состояния транспортного средства, из условия чтобы сумма мощности переднего привода и мощности заднего привода была равна значению мощности привода транспортного средства, требуемой водителем.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать способ и устройство для управления приводным механизмом в электротранспортном средстве, которые, во-первых, обеспечивают более высокий коэффициент полезного действия приводного механизма в обычных рабочих циклах, а, во-вторых, также гарантируют высокую производительность приводного механизма в тех случаях, когда необходимо.
Эта задача достигается способом согласно признакам независимого пункта 1 формулы изобретения и устройством согласно признакам независимого пункта 7 формулы изобретения.
В способе согласно изобретению для управления приводным механизмом в электротранспортном средстве приводной механизм содержит по меньшей мере два узла привода, при этом по меньшей мере два колеса, расположенных на разных осях электротранспортного средства, могут приводиться в движение через разные узлы привода.
В первом режиме работы отношение крутящих моментов, выдаваемых узлами привода в каждом случае для заданного требования крутящего момента, устанавливается с учетом коэффициента полезного действия, применимого к каждому узлу привода в данных условиях эксплуатации. Во втором режиме работы отношение крутящих моментов, выдаваемых узлами привода в каждом случае для заданного требования крутящего момента, устанавливается независимо от коэффициента полезного действия, применимого к каждому узлу привода в данных условиях эксплуатации.
Изобретение, в частности, основано на концепции обеспечения множества узлов привода и их распределения по соответственным осям. Эти узлы привода могут быть предназначены или масштабированы для разных целевых значений нагрузки и приводиться в действие каскадом. Использование множества узлов привода согласно изобретению таким образо, заменяет обычный приводной механизм в электротранспортном средстве, которое отличается инвертером, тяговым электродвигателем и коробкой передач с постоянным передаточным отношением.
В рабочих циклах при работе под низкой нагрузкой транспортное средство с электрическим приводом может приводиться в движение с максимальным коэффициентом полезного действия, который обеспечивает возможность езды в длительной поездке или на дальние расстояния. В случае разгона, при трогании на подъем или при езде на высокой скорости по меньшей мере один узел привода может приводиться в действие на добавочной оси транспортного средства, что приводит к оптимальным свойствам производительности.
В результате посредством новейшей конструкции приводного механизма согласно изобретению в электротранспортном средстве, запас хода электротранспортного средства может быть существенно увеличен. В одинаковой степени может быть уменьшена величина необходимой емкости аккумуляторной батареи. Это приводит к существенно более высокому преимуществу использования, поскольку с одиночной зарядкой может достигаться больший запас хода, а эксплуатационные затраты могут снижаться.
Кроме того, изобретение относится к устройству для управления приводным механизмом в электротранспортном средстве, которое выполнено с возможностью осуществления способа с признаками, описанными выше. Что касается предпочтительных вариантов осуществления и преимуществ устройства, то сделана ссылка на утверждения, приведенные выше в отношении способа согласно изобретению.
Дополнительные варианты осуществления изобретения приведены в описании и зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение описано ниже со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления и относительно прилагаемого чертежа.
Фиг.1 показывает структурную схему для пояснения варианта осуществления изобретения.
Согласно примеру варианта осуществления, приводной механизм в электротранспортном средстве содержит по меньшей мере два узла привода, которые расположены на разных осях электротранспортного средства. Согласно пункту 1 формулы изобретения, в обычном режиме работы электротранспортного средства, например при городской езде, для заданного требования крутящего момента и для соответственной применимой частоты вращения, определяются характеристики энергопотребления обоих узлов привода (обозначенных на фиг.1 как «Электродвигатель 1» и «Электродвигатель 2»). Крутящий момент, который должен вырабатываться, распределяется в зависимости от того, какой из узлов привода имеет более благоприятный коэффициент полезного действия для рассматриваемых рабочих параметров, так чтобы каждый узел привода приводился в действие со своим оптимальным коэффициентом полезного действия.
Предпочтительно, узлы привода сконструированы из условия, чтобы они могли отсоединяться от приводного механизма в выведенном из работы состоянии. Это, например, может достигаться установкой устройства сцепления в соответственный узел привода, тем самым, механическое соединение с осью колеса может разъединяться посредством этого устройства сцепления, или по той причине, что может использоваться асинхронная электрическая тяговая машина (ASM) или синхронный электродвигатель с раздельным возбуждением без наведенного момента скольжения.
Как описано выше, для принятия во внимание разных характеристик коэффициента полезного действия узлов привода приводной механизм управляется из условия, чтобы узлы привода приводились в действие на своем оптимальном коэффициенте полезного действия по той причине, что оптимизировано распределение крутящего момента между узлами привода.
Узлы привода, используемые согласно изобретению, могут принимать форму четырех «встроенных колесных электродвигателей» или «вынесенных колесных электродвигателей». Более того, узлы привода, например, также могут содержать два «встроенных колесных электродвигателя» и один осевой электродвигатель, а также два осевых электродвигателя, из которых один расположен на передней оси, а другой - на задней оси.
Тяговое усилие регулируется посредством распределения крутящего момента между узлами привода на передней оси и задней оси. Алгоритм распределения крутящего момента может приводить в действие узел привода на передней оси и задней оси с их соответствующими оптимальными коэффициентами полезного действия. Алгоритм управления здесь идентифицирует наиболее эффективный узел привода (то есть с наибольшим коэффициентом полезного действия) и распределяет крутящий момент, требуемый водителем, соответствующим образом. Алгоритм управления также может формировать тяговые усилия, вырабатываемые в транспортном средстве как в жестко калиброванном соотношении, так и согласно основанном на мощности или основанном на коэффициенте полезного действия распределении крутящего момента.
Каждый отдельный узел привода может подвергаться уменьшению или приводиться в действие менее интенсивно относительно своих номинальных значений крутящего момента и мощности, для того чтобы смещать наиболее эффективную рабочую точку к более низким значениям в диапазонах нагрузок омологации или городской езды.
В режиме работы, ориентированном на оптимальную производительность приводного механизма согласно изобретению, все узлы привода являются действующими, при этом соответствующий суммарный крутящий момент и полная мощность выдаются узлами привода, для того чтобы выполнять требования к производительности.
В заключение следует отметить, что согласно изобретению несколько узлов привода предусмотрено в электротранспортном средстве, так что, по сравнению с обычным приводным механизмом электротранспортного средства, который предназначен для высокой мощности и высокого крутящего момента, приводной механизм имеет улучшенный коэффициент полезного действия в обычных циклах низкой нагрузки, таких как омологационные или городские рабочие циклы. Здесь, при работе с высокой производительностью, все узлы привода могут приводиться в действие или приводить в движение транспортное средство с электрическим приводом, для того чтобы выдавать требуемые высокие значения для мощности и крутящего момента.