Система привода для транспортного средства - RU2106266C1

Описание

Изобретение относится к системе привода для транспортного средства, включающий по меньшей мере одно ведущее колесо и средства для вырабатывания сигнала управления скоростью вращения указанного ведущего колеса, содержащей:
электродвигатель, механически связанный с указанным ведущим колесом;
перезаряжаемый аккумулятор электроэнергии;
двигатель внутреннего сгорания;
генератор электроэнергии, механически связанный с указанным двигателем внутреннего сгорания;
средства передачи электроэнергии, электрически связанные с указанным электродвигателем, с указанным генератором и с указанным аккумулятором для передачи первого потока электроэнергии между аккумулятором и электродвигателем, второго потока электроэнергии между генератором и электродвигателем и третьего потока электроэнергии между генератором и аккумулятором;
средства для вырабатывания первого измерительного сигнала, отражающего количество электроэнергии в аккумуляторе.

В частности, в патенте [1] описывается такая система, в которой ведущие колеса транспортного средства связаны с тяговым электродвигателем переменного тока через устройство регулирования скорости транспортного средства, содержащее преобразователь гидравлического момента и автоматическую коробку скоростей, управляемую с помощью подачи акселератора транспортного средства.

Переменное напряжение питания тягового электродвигателя поступает от преобразовательной цепи, на которую поступает постоянное напряжение от перезаряжаемого аккумулятора до тех пор, пока количество энергии в аккумуляторе остается выше определенной пороговой величины.

Когда энергия в аккумуляторе уменьшается до уровня, меньшего этого порога, схема или блок управления, содержащий компьютер, запускает в работу двигатель внутреннего сгорания, механически связанный с генератором постоянного напряжения, и обеспечивает подключение этого генератора к преобразователю и к аккумулятору. При этом двигатель внутреннего сгорания через генератор сообщает необходимую энергию для привода транспортного средства и для перезарядки аккумуляторов.

Когда накопленная аккумулятором энергия вновь превышает заданную пороговую величину, схема управления останавливает двигатель внутреннего сгорания и отключает генератор. Энергия, необходимая для тяги транспортного средства, снова начинает подаваться от аккумулятора.

В этой системе напряжение и ток, вырабатываемые генератором, когда работает двигатель внутреннего сгорания, практически постоянны. Одна часть этого тока служит для питания тягового двигателя с помощью преобразовательной цели, а другая часть тока служит для перезарядки аккумулятора. Если тяговый двигатель потребляет мало или совсем не потребляет энергию, например, когда транспортное средство опускается под уклон или не двигается, эта другая часть тока, вырабатываемого генератором, может быть достаточно велика. Однако известно, что аккумулятор не должен заряжаться сильным током, превышающим определенную величину, из-за риска выхода его из строя. Поэтому вышеописанная система содержит сопротивление, включенное последовательно между генератором и аккумулятором и предназначенное для ограничения его зарядного тока.

Это сопротивление рассеивает значительную часть энергии, что заметно снижает КПД системы. Кроме того, это сопротивление должно иметь значительные размеры и его температура может достигать большой величины, что усложняет его установку в транспортном средстве. Более того, несмотря на присутствие этого сопротивления условия зарядки аккумулятора неблагоприятны из-за значительных колебаний тока, используемого для зарядки, что может повлечь уменьшение долговечности аккумулятора.

Задача настоящего изобретения - предложить систему привода для транспортного средства такого же типа, что описан в патенте [1], но без его вышеописанных недостатков, т.е. систему со значительно лучшим КПД, чем у известной системы, не содержащую громоздких деталей, могущих нагреваться до больших температур, таких как вышеуказанное ограничительное сопротивление, и в которой условия зарядки аккумулятора могут быть приближены к оптимальным.

Эта задача решается с помощью предлагаемой системы привода для транспортного средства, которая представляет собой систему привода, включающую по меньшей мере одно ведущее колесо и средства, вырабатывающие сигнал управления скоростью вращения этого ведущего колеса, и содержащую:
электродвигатель, механически связанный с указанным ведущим колесом;
перезаряжаемый аккумулятор электроэнергии;
двигатель внутреннего сгорания;
генератор электроэнергии, механически связанный с указанным двигателем внутреннего сгорания;
средства передачи электроэнергии, связанные электрически с указанным электродвигателем, с указанным генератором и с указанным аккумулятором, для передачи первого потока электроэнергии между аккумулятором и электродвигателем, второго потока электроэнергии между генератором и электродвигателем и третьего потока электроэнергии между генератором и аккумулятором;
средства для выработки первого сигнала, отражающего количество электроэнергии в аккумуляторе;
систему привода, отличающуюся тем, что указанные средства передачи электроэнергии содержат:
первые средства регулировки для регулирования величины первого и второго потоков электроэнергии по первому сигналу регулирования;
вторые средства регулировки для регулирования величины второго и третьего потоков электроэнергии по второму сигналу регулирования,
и тем, что указанная система содержит, кроме того:
средства, вырабатывающие второй измерительный сигнал, отражающий электрическую мощность указанных первого и второго потоков электроэнергии;
средства, вырабатывающие третий измерительный сигнал, отражающий электрическую мощность, передаваемую сигнал, отражающий электрическую мощность, передаваемую указанными вторым и третьим потоками электроэнергии;
схему управления, выполненную так, что указанный первый сигнал регулирования вырабатывается в зависимости от указанного сигнала управления, а указанный второй сигнал регулирования вырабатывается в зависимости от разности между указанными третьим и вторым измерительными сигналами.

На чертеже показана блок-схема, представляющая два варианта выполнения системы привода согласно изобретению, которые описываются лишь в качестве неограничивающих примеров.

Система привода для транспортного средства, показанная схематически на чертеже и обозначенная в целом позицией 1, содержит асинхронный двигатель 2, ротор которого, не показанный на чертеже, механически связан с ведущим колесом 3 транспортного средства. На чертеже двигатель 2 и колесо 3 показаны раздельно, а их механическая связь показана символически двумя линиями. Но очевидно, что двигатель 2 и колесо 3 могут быть связаны друг с другом непосредственно или с помощью передаточного вала и/или зубчатой передачи.

Система 1 содержит также перезаряжаемый аккумулятор электроэнергии 4, связанный со статором двигателя 2, не показанным на фигуре отдельно, через цепь преобразователя 5. Этот преобразователь 5 выполнен таким образом, что, получая электроэнергию в виде постоянных напряжения и тока от аккумулятора 4 или от других схем, которые будут описаны ниже, он вырабатывает электроэнергию, необходимую для работы электродвигателя 2, в виде переменных напряжений и тока.

Преобразователь 5 может также регулировать напряжение и/или ток, которые он подает на двигатель 2, а также, при необходимости, и частоту этого напряжения и этого тока, по сигналу регулирования, обозначенному SR1, который поступает в преобразователь от схемы управления 6, функции которой будут описаны ниже. Иначе говоря, преобразователь 6 выполнен так, что может регулировать электрическую мощность, подаваемую им на двигатель 2 по сигналу регулирования,
Следует заметить, что электрические связи между различными элементами, описанными выше, или теми, которые будут описаны далее, показаны на чертеже символически одной линией, даже если они осуществляются с помощью нескольких проводников, как это само собой разумеется для случая связей между аккумулятором 4, преобразователем 5 и электродвигателем 2. Для облегчения понимания чертежа линии, символически показывающие связи, служащие для передачи электроэнергии, выполнены более широкими, чем те, которые показывают связи, служащие для передачи сигналов управления и измерительных сигналов.

Система 1 содержит также двигатель внутреннего сгорания 7, механически связанный с ротором, не показанным отдельно, генератора переменного напряжения 8. На чертеже двигатель 7 и этот генератор 8 разделены и механическая связь между ними символически показана двойной линией. Однако очевидно, что двигатель 7 и генератор 8 могут быть связаны друг с другом непосредственно или с помощью зубчатой передачи.

Статор генератора 8, не показанный на чертеже, связан с аккумулятором 4 и, следовательно, с преобразователем 5, через другой преобразователь 9. Этот преобразователь 9 выполнен так, что, получая переменное напряжение от генератора 8, выдает постоянное напряжение, практически равное напряжению, выдаваемому аккумулятором 4. Этот преобразователь 9, кроме того, выполнен так, что регулирует по второму сигналу регулирования, обозначенному SR 2, ток, а следовательно и мощность, которую он передает аккумулятору 4 и преобразователю 5. Сигнал SR 2 вырабатывается схемой управления 6, как будет описано ниже.

Система 1 содержит также схему контроля 10, входы которой подсоединены к аккумулятору 4 и которая выполнена так, что подает на схему управления 6 сигнал, обозначенный SQ, пропорциональный количеству электроэнергии в аккумуляторе 4. Эта схема контроля 10 не рассматривается подробно, так как она может быть выполнена различными способами, известными специалистам. Укажем только, что схема контроля 10 содержит обычно измерительные цепи, выдающие сигналы, отражающие напряжение на клеммах аккумулятора, зарядный или разрядный ток аккумулятора и его температуру. Схема контроля 10 содержит также вычислительные схемы, служащие для выработки сигнала SQ по вышеуказанным различным измерительным сигналам с возможным учетом возраста аккумулятора, т.е. срока его службы с момента его первого включения в работу.

В этом примере принимается, что схема контроля выполнена так, что сигнал SQ меняется от максимальной величины при полностью заряженном аккумуляторе до нуля, свидетельствующего о полной разрядке аккумулятора.

Система 1 содержит также измерительную схему 11, связанную с преобразователем 5 и выполненную так, что она вырабатывает и подает на схему управления 6 измерительный сигнал SP 1, пропорциональный электрической мощности, поглощаемой преобразователем 5 и следовательно электродвигателем 2, а также измерительную схему 12, связанную с преобразователем 9 и выполненную так, что она вырабатывает и подает на схему управления 6 измерительный сигнал SP 2, пропорциональный электрической мощности, поступающей от преобразователя 9 и, следовательно, от генератора 8.

Система 1 может также содержать схему, предназначенную для зарядки аккумулятора 4, когда транспортное средство останавливается около какого-либо источника электроэнергии, например отвода распределительной электросети общего пользования. Такая зарядная схема не показана на чертеже, как не имеющая прямого отношения к изобретению.

Схема управления 6 не описывается подробно, так как для специалиста не составит труда осуществить тот или иной из многочисленных известных вариантов выполнения такого блока после того, как он прочтет подробные пояснения того, как работает система 1, которые приводятся ниже.

Укажем просто, что кроме сигналов SQ, SP1, SP2, о которых уже говорилось, на схему 6 поступает сигнал управления SA, отражающий положение педали акселератора транспортного средства. Этот сигнал SA может подаваться потенциометром, ползунок которого механически связан с педалью акселерометра. Педаль и потенциометр не показаны на чертеже.

Укажем также, что устройство подачи топлива двигателя внутреннего сгорания 7, содержащее, например, карбюратор или топливный насос, выполнено так, что регулирует эту подачу по сигналу регулирования SR 3, подаваемому схемой управления 6 в условиях, которые будут описаны ниже.

Пусть в момент, с которого начинается описание работы системы привода 1, количество электроэнергии в аккумуляторе 4 выше некоторой определенной величины Q1 и поэтому значение сигнала SQ превышает величину SQ 1, соответствующую этому количеству электроэнергии Q1.

Так как значение сигнала больше величины SQ 1, схема управления 6 вырабатывает сигнал регулирования SR 3, значение которого таково, что подача топлива в двигателе внутреннего сгорания 7 полностью прекращается. Двигатель 7 останавливается.

Кроме того, схема управления 6 вырабатывает сигнал регулирования SR 2 такого значения, при котором запирается преобразователь 9, т.е. он не работает и имеет очень высокий импеданс на выходе.

При движении транспортного средства, снабженного системой привода 1, в этих условиях схема управления 6 вырабатывает сигнал SR 1, значение которого зависит от сигнала SA, т.е. от положения педали акселерометра.

По этому сигналу SR1, преобразователь 5 подает определенную электроэнергию на электродвигатель 2 в виде переменных напряжения и тока, а электрическая мощность, потребляемая этим электродвигателем 2, и воспроизводимая им механическая мощность, зависят от значения сигнала SR 1 и, следовательно, от положения педали акселерометра транспортного средства.

Электроэнергия, подаваемая преобразователем 5 на электродвигатель 2, идет, разумеется, от аккумулятора 4, который выдает эту энергию в форме постоянного напряжения и постоянного тока.

Следовательно можно считать, что в этом случае первый поток электроэнергии направлен от аккумулятора 4 к электродвигателю 2 через преобразователь 5, причем этот последний регулирует величину этого первого потока энергии в зависимости от значения сигнала регулирования SR 1, которое в свою очередь зависит от значения сигнала SA, и, следовательно, от положения педали акселератора транспортного средства. Этот первый поток электроэнергии символически показан на чертеже стрелкой F1, проведенной штриховой линией, от аккумулятора 4 к электродвигателю 2, и в дальнейшем в описании обозначаемой всюду той же позицией.

Количество электроэнергии в аккумуляторе 4 уменьшается по мере движения транспортного средства, оборудованного системой привода 1. Следовательно сигнал SQ, отражающий это количество энергии, также убывает.

Когда этот сигнал достигает указанного значения SQ1, т.е. когда количество энергии в аккумуляторе 4 не превышает значения Q1, схема управления 6 вызывает пуск двигателя внутреннего сгорания 7 и включает в работу преобразователь 9.

Пуск двигателя 7 может, конечно, обеспечиваться обычным стартером, питаемым от вспомогательного аккумулятора и управляемым соответствующим сигналом от схемы управления 6, но наличие такого вспомогательного аккумулятора и стартера снижает выгоду такого решения, которое не рассматривается.

Предпочтительно выполнить преобразователь 9 так, чтобы он мог не только вырабатывать постоянное напряжение из переменного напряжения, подаваемого от генератора 8, как было упомянуто выше, но чтобы он мог функционировать в обратном направлении, т. е. подавать на генератор 8 переменное напряжение, получая от аккумулятора 4 постоянное напряжение.

Такой реверсивный преобразователь хорошо известен специалистам и здесь не описывается. Допустим только, что в настоящем примере направление работы преобразователя 9 определяется полярностью сигнала управления SR2.

Очевидно что, если преобразователь 9 выполнен как описано выше, чтобы пуск двигателя внутреннего сгорания обеспечивался без необходимости использовать стартер и вспомогательный аккумулятор, нужно, чтобы в качестве генератора 8 использовался один из известных типов генератора, способный работать также и как двигатель.

Именно такое решение применено в системе привода 1, показанной на чертеже.

Когда сигнал SQ достигает значения SQ1, как было сказано выше, схема управления 6 сообщает сигналу SR2 такие полярность и значение, при которых преобразователь 9 работает в направлении, при котором он выдает переменное напряжение на генератор 8, получая от аккумулятора 4 постоянное напряжение.

Таким образом генератор 8 вырабатывает как двигатель и заставляет работать двигатель внутреннего сгорания 7.

Одновременно схема управления 6 сообщает сигналу SR 3 такое значение, при котором может работать устройство подачи топлива двигателя 7.

Таким образом двигатель 7 запускается и начинает вращать генератор 8 и генератор начинает производить переменное напряжение.

Тогда схема управления 7 меняет полярность сигнала SR2 так, что преобразователь 9 начинает выдавать постоянное напряжение, получая переменное напряжение от генератора 8.

Как было уже сказано, постоянное напряжение, выдаваемое преобразователем 9, практически равно напряжению на зажимах аккумулятора 4.

Кроме того, как будет описано ниже более подробно, электроэнергия, вырабатываемая преобразователем 9 на основе той, которую он получает от генератора 8, используется преобразователем 5 для подачи электродвигателю 2 энергии, необходимой для его работы, и для перезарядки аккумулятора 4.

Таким образом можно считать, что в этом случае второй поток электроэнергии проходит от генератора 8 к электродвигателю 2 через преобразователи 9 и 5, и третий поток электроэнергии проходит от этого генератора 8 к аккумулятору 4 через преобразователь 9.

Эти два потока электроэнергии соответственно показаны на чертеже стрелками, проведенными штриховой линией F2 и F3, и фигурируют под этими позициями в дальнейшем в описании.

Очевидно, что в этом случае мощность, передаваемая электродвигателю 2 потоком электроэнергии F2, определяется значением сигнала SR1 точно так же, как в случае, описанном выше, где двигатель 7 не работает и вся энергия, необходимая для движения транспортного средства, подается от аккумулятора 4.

Обычно рекомендуется перезаряжать аккумулятор током, по меньшей мере почти равным постоянному току, определяемому типом этого аккумулятора, его максимальной емкостью и допустимым временем его перезарядки, что способствует его наибольшей долговечности.

Чтобы перезарядить аккумулятор 4 таким почти постоянным и определенным током, нужно, следовательно, чтобы мощность, передаваемая этому аккумулятору 4 потоком энергии F3, была также почти постоянной и определенной.

Эта мощность равна разности между мощностью, выдаваемой преобразователем 9, и мощностью, поглощаемой преобразователем 5, и она таким образом пропорциональна разности сигналов SP2 и SP1 при условии, конечно, что коэффициент пропорциональности сигналов и соответствующих мощностей равны между собой, что нетрудно осуществить.

Очевидно, что мощность, поглощаемая преобразователем 5, переменна, и то же самое относится, конечно, и к значению сигнала SP 1.

Чтобы разность сигналов SP2 и SP1 оставалась постоянной, следует, следовательно, изменять мощность, подаваемую от преобразователя 9, сигнал SP2 которой пропорционален, и соответственно изменять мощность, подаваемую от генератора 8.

Эта последняя зависит непосредственно от скорости вращения генератора 8 и, следовательно, от скорости вращения двигателя внутреннего сгорания 7, которая в свою очередь зависит от механической мощности, которую этот двигатель 7 должен развить, и от значения сигнала SR 3, который управляет его устройством подачи топлива.

Чтобы мощность, подаваемая на аккумулятор 4, была почти постоянна, схема управления 6 может быть выполнена так, чтобы регулировать мощность, производимую генератором 8, путем регулирования скорости вращения двигателя 7 с помощью сигнала SR3, причем значение сигнала SR3 определяется разностью сигналов SP2 и SP1.

Чтобы мощность, подаваемая на аккумулятор 4, была почти постоянной, схема управления может также быть выполнена так, чтобы регулировать механическую мощность, которую должен развивать двигатель 7.

По причинам, которые станут очевидными из дальнейшего описания, система 1 должна содержать в этом случае, кроме вышеописанных элементов, устройство, вырабатывающее сигнал, пропорциональный скорости вращения двигателя 7 и/или генератора 8.

Так как напряжение, вырабатываемое генератором 8, пропорционально его скорости вращения, то такое устройство может представлять собой просто схему измерения этого напряжения, вход которого связан с генератором 8, а выход вырабатывает сигнал, пропорциональный этому напряжению и, следовательно, скорости вращения генератора 8. Эта схема показана на чертеже под позицией 13 и сигнал, который она выдает, обозначается SV.

В этом случае схема управления 6 выполнена так, что она непрерывно вычисляет, исходя из значения сигнала SP1 и с учетом характеристики двигателя 7 и генератора 8, заданное значение для сигнала SV, это заданное значение равно значению сигнала SV, когда скорость вращения генератора 8 такова, что вырабатываемая им мощность как раз равна сумме мощности, поглощаемой преобразователем 5, и мощности, необходимой для перезарядки аккумулятора 4.

Когда транспортное средство, оборудованное системой привода 1, едет с постоянной скоростью по совершенно горизонтальной поверхности, мощность, потребляемая электродвигателем 2, а значит и мощность, поглощаемая преобразователем 6, постоянны, также как и значение сигнала SP1.

Допустим, что двигатель 7 и, следовательно, генератор 8 вращаются с такой скоростью, что мощность, вырабатываемая генератором 9, точно равна сумме мощности, поглощаемой преобразователем 5, и мощности, которую желают подать на аккумулятор 4 для его переразрядки. Тогда сигнал SV будет точно равен заданному значению, вычисленному схемой управления 6, и в этом случае система устойчива.

Если теперь мощность, поглощаемая преобразователем 5, увеличивается, например, потому, что водитель транспортного средства желает увеличить скорость езды, сигнал SP1 также увеличится.

Тогда схема управления 6 вычисляет на основе этого нового значения сигнала SP1 новое заданное значение для сигнала SV большее, чем предыдущее заданное значение. Разность этого нового заданного значения и значения сигнала SV становится таким образом положительной, т.е. по крайней мере в первый момент скорость вращения генератора 8 не меняется.

В качестве реакции на эту разность нового заданного значения и значения сигнала SV схема управления 6 сообщает сигналу SR2 новое значение, при котором мощность, выдаваемая преобразователем 9, а значит и мощность, которую должен вырабатывать генератор 8, уменьшается.

Так как мощность на выходе преобразователя 9 уменьшается, тогда как мощность, поглощаемая преобразователем 6, увеличивается, разность этих двух мощностей уменьшается или даже становится отрицательной.

В первом случае зарядка аккумулятора не прерывается, но замедляется. Во втором случае зарядка аккумулятора прерывается и аккумулятор 4 отдает преобразователю 5 ту часть мощности, которую этот последний поглощает и которую он больше не получает от преобразователя 9.

В результате уменьшения мощности, вырабатываемой генератором 8, уменьшается также его противодействующий момент по отношению к двигателю 7. Поэтому скорость двигателя 7 увеличивается, разумеется, также, как и генератора 8.

Сигнал SV также увеличивается и, когда он становится больше нового заданного значения, упомянутого выше, схема управления 6 снова изменяет сигнал SR2 и сообщает ему значение, при котором преобразователь 9 снова производит всю мощность, поглощаемую преобразователем 5, и всю мощность, необходимую для зарядки аккумулятора 4.

Тогда мощность, вырабатываемая генератором 8, увеличивается, как и противодействующий момент, который он противопоставляет двигателю 7. Скорость вращения двигателя 7 уменьшается, как и скорость генератора 8 и значение сигнала SV. Но как только значение сигнала SV становится ниже нового заданного значения, схема управления 6 изменяет значение сигнала SR2 так, что мощность, выдаваемая преобразователем 9, уменьшается, благодаря чему скорость вращения генератора 8 снова увеличивается и т.д.

Аналогичным образом заданное значение для сигнала, вычисленное схемой управления 6, уменьшается, когда уменьшается мощность, поглощаемая преобразователем 9. Разность нового заданного значения и значения сигнала SV становится отрицательной и в ответ на эту отрицательную разность схема управления 6 сообщает сигналу SR2 значение, при которой мощность, вырабатываемая преобразователем 9, увеличивается.

Следствие этого увеличения является, с одной стороны, увеличение мощности, подаваемой на аккумулятор 4, и, с другой стороны, уменьшение скорости вращения генератора 8 до тех пор, пока сигнал SV не станет ниже нового заданного значения.

Схема управления 6 тогда вновь изменяет сигнал SR2 так, что выходная мощность преобразователя 9 уменьшается и становится снова равной сумме мощности, поглощаемой преобразователем 5, и мощности, идущей на зарядку аккумулятора 4. Тогда скорость вращения генератора 8 снова увеличивается и так далее.

Очевидно, что до тех пор, пока мощность, поглощаемая преобразователем 5, постоянна, скорость вращения генератора 8 колеблется вокруг некоторой средней величины, при которой сигнал SV равен заданной величине, вычисленной схемой управления 6, т.е. при которой выходная мощность преобразователя 9 равна сумме мощностей, поглощаемой преобразователем 5 и идущей на зарядку аккумулятора 4. Амплитуда и частота этих колебаний скорости вращения генератора 8 могут быть поддержаны на незначительном уровне путем правильного подбора характеристик различных соответствующих элементов. Кроме того, при изменении мощности, поглощаемой преобразователем 5, скорость вращения генератора 8 регулируется соответственно и во время этого регулирования, при необходимости аккумулятор 4 поставляет эту мощность, которую поглощает преобразователь 5 и которую он не получает больше от генератора 9, или поглощает мощность, подаваемую генератором 8 и не поглощаемую больше преобразователем 5.

Ясно, что при выполнении схемы управления 6 такой, как описано, когда она осуществляет описанный метод, скорость вращения генератора 8 регулируется по заданной величине не без необходимости изменять для этого значение сигнала SR 3, который управляет устройством подачи топлива двигателя 7.

Этот сигнал SR3 может иметь постоянную величину, при которой двигатель 7 работает в наиболее благоприятных условиях, т.е. он поглощает наименьшее возможное количество топлива и/или выпускает наименьшее возможное количество загрязняющих природу газов.

Так, например, в случае, когда устройство подачи топлива двигателя 7 содержит карбюратор с дроссельной заслонкой для регулирования, положение которой управляется сигналом SK3, возможно, и даже предпочтительно, сообщить этому сигналу постоянное значение, при котором эта дроссельная заслонка была бы постоянно полностью открыта.

Когда система 1 работает так, как описано, количество электроэнергии в аккумуляторе 4 увеличивается и, спустя некоторое время, достигает заданного значения Q2, при этом сигнал SQ принимает значение SQ2.

При принятии сигналом SQ значения SQ2 схема управления 6 вызывает остановку двигателя 7, например, придавая сигналу SR3 значение, при котором прекращается подача топлива в двигателе 7. Одновременно схема управления 6 вызывает запирание преобразователя 9, сообщая сигналу SR2 значение, при котором этот преобразователь 9 прекращает работу и на его выходе импеданс становится очень большим.

С этого момента вся тяговая энергия транспортного средства снова обеспечивается только аккумулятором 4. Количество электроэнергии в аккумуляторе 4 при этом убывает до тех пор, пока не достигнет значения 01. Тогда схема управления 6 снова вызывает пуск двигателя 7 и отпирает преобразователь 9 и система 1 начинает работать в вышеописанном режиме.

Как это очевидно следует из предыдущего описания, величина различных потоков электроэнергии, определенных выше и циркулирующих между элементами системы 1, производящими или поглощающими такую энергию, т.е. аккумулятором 4, электродвигателем 2 и генератором 8, регулируются преобразователями 5 и 9, которые вместе составляют средства передачи этой энергии между указанными элементами. Преобразователь 5 регулирует величины первого и второго из этих потоков в зависимости от сигнала SR1, который в свою очередь зависит от сигнала SA, т.е. от положения педали акселерометра транспортного средства. Преобразователь 5 представляет собой таким образом средство регулирования скорости транспортного средства. Преобразователь 9 регулирует величину суммы второго и третьего из этих потоков в зависимости от сигнала SR2 и является средством регулировки зарядки аккумулятора 4.

Кроме того, то, что система привода транспортного средства согласно изобретению содержит такой преобразователь 9, который способен регулировать количество энергии, вырабатываемое генератором, приводимым во вращение двигателем внутреннего сгорания (в примере, на чертеже - генератор 8 и двигатель 7), дает этой системе много преимуществ по сравнению с известными системами, такими как описано в патенте [1], упомянутом выше.

Среди этих преимуществ укажем на то, что при любом выбираемом методе аккумулятор системы (в описываемом примере аккумулятор 4) может быть перезаряжен в благоприятных условиях, что увеличивает его долговечность, и при этом нет необходимости предусматривать для этого сопротивление для ограничения тока, используемого для этой перезарядки, что значительно увеличивает КПД системы, а следовательно и автономию транспортного средства, т.е. дистанцию, которую он может покрыть, не прибегая к заправке топливом.

Кроме того, условия работы двигателя внутреннего сгорания (в описываемом примере - двигателя 7) могут быть выбраны оптимальные, что еще более увеличивает КПД системы и уменьшает количество вредных выхлопных газов, выбрасываемых этим двигателем. Более того, генератор, связанный с двигателем внутреннего сгорания, может быть типа, вырабатывающего переменное напряжение, а такие генераторы менее громоздки, более легкие и дешевле при тех же характеристиках, чем генераторы постоянного тока. Кроме того, смесь между двигателем внутреннего сгорания и генератором может быть выполнена такой, чтобы генератор вращался с большой скоростью, что позволяет уменьшить его размеры и стоимость.

Очевидно, что значения Q1 и Q2, между которыми меняется количество электроэнергии в аккумуляторе 4, могут выбираться свободно в широких пределах в зависимости от типа аккумулятора.

Таким образом в случае, когда аккумулятор свинцовый, значение для Q1 лучше выбрать в пределах от 20 до 30% приблизительно от максимальной электроэнергии, которую аккумулятор 4 может накопить, чтобы избежать разрушения аккумулятора, которое может наступить, если его разрядить до уровня, меньшего указанной величины.

Также, например, можно выбрать для Q 2 значение, близкое к максимальному количеству электроэнергии, которое может содержать аккумулятор 4. Но известно, что КПД заряда аккумулятора падает, когда количество электроэнергии в нем приближается к этому максимальному значению. Поэтому предпочтительно выбрать для Q2 значение, меньшее этой максимальной величины. Это значение может быть выбрано, например, равным 70 - 80% максимальной величины, при котором КПД зарядки еще достаточно велик. Такой выбор еще более увеличивает автономность транспортного средства.

Эта автономия транспортного средства может быть еще более увеличена путем выполнения системы 1 таким образом, чтобы, когда водитель полностью отпускает педаль акселератора, по меньшей мере часть кинетической энергии транспортного средства преобразовалась в электрическую энергию и чтобы по меньшей мере часть этой последней использовалась для перезарядки аккумулятора 4.

Система 1, выполненная таким образом, не рассматривается подробно, так как ее осуществление не составляет проблем для специалиста.

Укажем лишь, что в такой системе привода электродвигатель 2 должен быть известного типа, который может работать как генератор. Кроме того, преобразователь 5 также должен быть реверсивным, т.е. он должен быть способным выдавать постоянные напряжение и ток, получая переменные напряжение и ток от электродвигателя 2, когда он работает как генератор.

Также схема управления 6 должна быть выполнена такой, чтобы сообщать сигналу SR1 значение и/или полярность, при которых преобразователь 5 работал бы вышеописанным образом, когда сигнал SA принимает значение, указывающее на то, что водитель транспортного средства полностью отпустил педаль акселератора.

В то же время схема управления должна быть также выполнена так, чтобы в этом случае количество электроэнергии в аккумуляторе 4 не превышало его максимально допустимую величину и чтобы электрическая мощность, подаваемая на аккумулятор 4 от преобразователя 5, никогда не становилась выше, чем он может поглотить без ущерба для себя.

Для выполнения этих условий можно применить различные типы устройства этой схемы управления 6.

Так, например, схема управления 6 может быть выполнена так, чтобы сообщать сигналу SR1 такое значение, при котором электрическая мощность с выхода преобразователя, отражаемая сигналом SP1, была самое большее равной той, которую аккумулятор 4 может поглотить в случае, когда сигнал SQ указывает, что этот аккумулятор 4 заряжен неполностью, и в противном случае - значение, при котором запирается преобразователь 5.

Также, например, схема управления может быть выполнена таким образом, чтобы сигнал SR1 всегда имел значение, при котором преобразователь 5 передает всю электрическую мощность от электродвигателя 2, когда последний работает как генератор, какова бы ни была эта мощность. Такая схема управления 6 выполнена в этом случае так, что, если сигнал SP1 и/или сигнал SQ указывает, что эта мощность больше, чем аккумулятор может поглотить, он может сообщить сигналу SR2 полярность, при которой преобразователь 9 работает в направлении подачи электроэнергии на генератор 8, а сигналу SR3 значение, при котором прерывается подача топлива в двигателе 7. Тогда двигатель 7 приводится во вращение генератором 8, который работает как двигатель и рассеивает в тепловой форме электрическую мощность, поглощаемую преобразователем 9. Разумеется схема управления 6 выполняется в этом случае так, чтобы значение сигнала SR2 было таким, чтобы эта мощность, поглощаемая преобразователем 9, была равна разности мощностей с выхода преобразователя 5, отражаемой значением сигнала SP1, и той, которую может поглотить аккумулятор 4.

Это преобразование по меньшей мере части кинетической энергии транспортного средства в электрическую энергию имеет следствием торможение транспортного средства и таким образом подобная система привода 1 имеет то преимущество, что она уменьшает износ классической тормозной системы транспортного средства, такая тормозная система должна быть все же предусмотрена хотя бы для очевидных целей безопасности.

В другом варианте выполнения системы привода согласно изобретению, также показанном на чертеже, схема управления 6 выполнена так, чтобы значение Q1 и/или значение Q2 были разными в зависимости от значения сигнала задания режима работы SM, выдаваемого двухпозиционным переключателем, размещенным на приборной доске транспортного средства. Связь этого переключателя, который не показан на чертеже, со схемой управления 6 (показана на чертеже штриховой линией), также обозначенной SM.

Так, когда сигнал SM принимает первое значение, соответствующее первому положению переключателя, значения Q1 и Q2 могут быть довольно далеки друг от друга, например, быть равны соответственно 20 и 80% от максимальной величины энергии, которую может содержать аккумулятор 4.

В этом первом режиме работы транспортное средство может проехать достаточно большое расстояние без включения в работу двигателя внутреннего сгорания, что позволяет пересечь населенный пункт, не выпуская вредных выхлопных газов.

Также, когда сигнал SM принимает второе значение, т.е. когда переключатель находится во втором положении, величины Q1 и Q2 могут быть довольно близки друг другу, например, быть равны, соответственно 40 и 60% от максимальной энергии, которую может содержать аккумулятор 4.

В этом втором режиме работы двигатель внутреннего сгорания пускается в ход через меньшие интервалы, чем в первом режиме работы, но КПД системы привода улучшается благодаря тому, что повышается КПД зарядки аккумулятора и его долговечность увеличивается. Этот второй режим работы лучше использовать при проезде по сельской местности.

В варианте этой второй формы выполнения системы привода согласно изобретению переключатель, с выхода которого поступает сигнал SM, задающий режим, может иметь число положений, большее на одно, и более положений, чем указано выше, причем сигнал SM для каждого такого положения переключателя принимает другое значение. Кроме того, схема управления 6 выполнена так, что значение Q1 и/или значение Q2 - другие при каждом новом значении сигнала SM.

Так, например, значения Q1 и Q2 могут быть также, как указывалось выше для двух значений сигнала SM, а для третьего значения сигнала SM, Q1 и Q2 могут быть соответственно равны 70 и 90% от максимальной энергии, запасаемой аккумулятором 4.

Этот третий режим работы может использоваться при езде по незаселенной сельской местности, но при этом водитель знает, что затем придется проезжать по населенному пункту. Действительно, когда транспортное средство окажется на въезде в город, населенный пункт, количество энергии в аккумуляторе будет по меньшей мере равно 70% от максимально возможной величины, которую он может иметь. Это имеющееся количество энергии окажется скорее всего достаточным, чтобы транспортное средство смогло пересечь этот населенный пункт, работая в первом режиме из описанных выше, без включения двигателя внутреннего сгорания.

Очевидно, что в систему привода транспортного средства, описанную выше, можно внести другие дополнения и/или изменения, не выходя за рамки настоящего изобретения.

Так, например, двигатель внутреннего сгорания 7 системы 1, представленной на чертеже, может быть заменен на любой другой тип топливного двигателя, т. е. на любой другой двигатель, использующий горение топлива для производства механической энергии, например, газотурбинный двигатель.

Также очевидно, что система согласно изобретению может использоваться в транспортном средстве с несколькими ведущими колесами. В таком случае каждая пара ведущих колес или все эти колеса могут приводиться во вращение одним общим двигателем таким, как электродвигатель 2 на чертеже с помощью механических передаточных средств хорошо известных, или каждое ведущее колесо может приводиться во вращение отдельным соответствующим ему двигателем.

Реферат

Использование: изобретение относится к системе привода для транспортных средств. Сущность изобретения: система содержит асинхронный двигатель, механически связанный с колесом транспортного средства, аккумулятор, первый преобразователь, включенный между аккумулятором и электродвигателем и выполненный с возможностью регулирования электрической мощности, подаваемой на электродвигатель и генератор, приводимый в движение двигателем внутреннего сгорания, и схему управления, для перезарядки аккумулятора в благоприятных условиях, система содержит, кроме того, второй преобразователь, выполненный с возможностью регулирования мощности, подаваемой генератором на аккумулятор и на первый преобразователь. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Формула