Способ управления подзарядкой батареи на гибридном транспортном средстве - RU2624248C2

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к области трансмиссий для автотранспортных средств, содержащих тяговый двигатель внутреннего сгорания и электрическую машину.

В частности, изобретение относится к способу управления подзарядкой тяговой батареи на гибридной трансмиссии для автотранспортного средства, оборудованного двигателем внутреннего сгорания и по меньшей мере одной электрической машиной, при этом электрическую машину используют в качестве единственного источника тяговой энергии до порога скорости, сверх которого можно соединить двигатель внутреннего сгорания с колесами на гибридных режимах для одновременного получения энергии от двигателя внутреннего сгорания и от электрической машины.

Заявленное изобретение находит свое неограничивающее применение в гибридной трансмиссии для автотранспортного средства, оборудованного двигателем внутреннего сгорания и приводной электрической машиной, содержащей два концентричных первичных вала, на каждом из которых установлена по меньшей мере одна шестерня нисходящего перехода на вторичный вал, соединенный с колесами транспортного средства, и первое средство соединения между двумя первичными валами, которое может занимать три положения.

На фиг. 1 представлен неограничивающий пример гибридной трансмиссии, основанной на этом принципе архитектуры. Эта трансмиссия содержит цельный первичный вал 1, напрямую соединенный через систему 2 фильтрации (амортизирующая ступица, «демпфер», двойной маховик или аналогичное средство) с инерционным маховиком 3 двигателя внутреннего сгорания (не показан). На цельном валу 1 установлена шестерня 4 свободного хода, которая может быть соединена с последним через первую систему 5 соединения (такую как кулачковая муфта, синхронизатор или другой тип средства плавного или неплавного соединения). Полый первичный вал 6 связан с ротором 7 электрической машины, предпочтительно (но не обязательно) машины осевого дискового типа. В рамках изобретения можно также использовать другие типы электрических машин, например радиальные машины, машины с магнитом или с катушкой возбуждения, или машины с магнитным сопротивлением. На полом валу 6 установлены две неподвижные шестерни 8, 9. Полый вал 6 может быть связан с цельным первичным валом 1 через систему 5 соединения. На вторичном валу 10 установлены две шестерни свободного хода 12 и 11. Шестерни 11, 12 свободного хода можно соединить с первичным валом через вторую систему 13 соединения (кулачковая муфта, синхронизатор или другой тип средства плавного или не плавного соединения). На вторичном валу 10 установлена также неподвижная шестерня 14 и шестерня 15 нисходящего перехода на дифференциал 16, соединенный с колесами (не показаны) транспортного средства.

Как было указано выше, первое средство 5 соединения может занимать по меньшей мере три положения, в которых:

- двигатель внутреннего сгорания отсоединен от кинематической цепи, связывающей электрическую машину 7 с колесами (положение 1),

- двигатель внутреннего сгорания приводит во вращение колеса с участием или без участия электрической машины (положение 2), и

- двигатель внутреннего сгорания и электрическая машина связаны таким образом, чтобы объединить их соответствующие крутящие моменты в направлении колес (положение 3).

С учетом того, что по своей конструкции транспортное средство с такой трансмиссией не может использовать двигатель внутреннего сгорания для создания тяги транспортного средства ниже определенного порога скорости, на низких скоростях транспортного средства батарея в основном разряжается. Сверх порога скорости система управления энергией транспортного средства может распределять нагрузку между двигателем внутреннего сгорания и электрической машиной, чтобы обеспечивать транспортному средству минимум автономии в электрическом режиме. Когда транспортное средство систематически движется ниже порога скорости, встает проблема наличия при любых обстоятельствах резерва энергии в батарее, чтобы обеспечить, по меньшей мере, трогание с места до запуска двигателя внутреннего сгорания. Без этого резерва электрической энергии транспортное средство необходимо обязательно оставлять неподвижным в «режиме подзарядки на обочине», в котором двигатель внутреннего сгорания заряжает батарею транспортного средства во время стоянки, пока батарея не будет иметь достаточную энергию, чтобы опять тронуть с места транспортное средство.

Задачей настоящего изобретения является решение этой проблемы остановки транспортного средства на обочине для подзарядки батареи.

Для этого согласно изобретению ниже порога скорости электрическая машина самостоятельно обеспечивает крутящий момент, передаваемый на колеса, в то время как двигатель внутреннего сгорания включен для подзарядки, не участвуя в создании тяги транспортного средства, когда водитель нажимает на педаль акселератора, тогда как колеса отсоединены от двигателя внутреннего сгорания и от электрической машины, когда водитель не нажимает на педаль акселератора.

Кроме того, когда водитель нажимает на педаль тормоза или когда он полностью отпускает педаль акселератора, ни электрическая машина, ни двигатель внутреннего сгорания не участвуют в создании тяги. В этом случае их используют для активации режима подзарядки.

Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания неограничивающего варианта его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показана подзарядка тяговой батареи транспортного средства на гибридной трансмиссии в мертвой точке;

на фиг. 2-7 показаны различные возможные варианты работы этой трансмиссии;

на фиг. 8 представлено осуществление способа на вышеописанной трансмиссии.

На фиг. 1 первая система соединения находится в положении 3, как на фиг. 5 и 6, то есть она связывает во вращении цельный первичный вал 1 и полый первичный вал 6. Вторая система 13 соединения разомкнута. Таким образом, трансмиссия находится «в мертвой точке». Вращающийся двигатель внутреннего сгорания может приводить во вращение тяговую электрическую машину, работающую при этом в режиме генератора для подзарядки батарей стоящего на месте транспортного средства.

На фиг. 2 первая система 5 соединения разомкнута (положение 1), тогда как вторая система 13 соединения замкнута и соединяет шестерню 12 свободного хода короткой передачи с вторичным валом 10. Трансмиссия находится в электрическом режиме на короткой передаче или первой передаче переднего хода.

На фиг. 3 первая система 5 соединения по-прежнему разомкнута (положение 1), тогда как вторая система 13 соединения замкнута, соединяя шестерню 11 холостого хода промежуточной передачи с вторичным валом 10. Трансмиссия находится в электрическом режиме на промежуточной передаче или второй передаче переднего хода.

На фиг. 4 первая система 5 соединения замкнута в положении 2, соединяя шестерню 4 свободного хода, установленную на цельном валу 1, с этим валом, тогда как второе средство 13 соединения разомкнуто. Трансмиссия находится на длинной или третьей передаче. Электрическая машина не производит крутящего момента.

На фиг. 5 первое средство 5 соединения замкнуто в положении 3, соединяя цельный вал 1 и полый вал 6. Вторая система 13 соединения замкнута, соединяя шестерню свободного хода 12 короткой передачи и вторичный вал 10. Трансмиссия находится в гибридном режиме на короткой передаче. Двигатель внутреннего сгорания и электрическая машина участвуют одновременно в тяговой цепи. Тяговые усилия передаются от полого первичного вала 6 на вторичный вал, опускаясь через шестерни 8, 12.

На фиг. 6 первое средство 5 соединения остается замкнутым в положении 3, как на фиг. 5. Цельный первичный вал 1 соединен с полым первичным валом 6. Вторая система 13 соединения тоже замкнута: шестерня 11 свободного хода промежуточной передачи соединена с вторичным валом 10. Трансмиссия находится в гибридном режиме на промежуточной передаче. Двигатель внутреннего сгорания и электрическая машина участвуют одновременно в тяговой цепи.

На фиг. 7 первая система 5 соединения замкнута в положении 2: она соединяет шестерню 4 свободного хода, установленную на цельном первичном валу 1, с этим валом. Кроме того, второе средство 13 соединения замкнуто, соединяя шестерню 11 свободного хода промежуточной передачи с вторичным валом 10. Трансмиссия находится в гибридном режиме на длинной передаче с одновременным участием в тяге двигателя внутреннего сгорания и электрической машины.

Предпочтительно предложенную стратегию управления режимом подзарядки батареи применяют ниже порога энергии S1 и деактивируют сверх порога S2>S1 батареи. Кроме того, она учитывает порог скорости V транспортного средства, который может соответствовать порогу подключения двигателя внутреннего сгорания к участию в создании тяги. Управление зарядкой батареи различается в зоне низкой скорости, то есть ниже порога V, и в зоне высокой скорости, то есть выше порога V.

На низкой скорости на рабочие точки воздействовать невозможно, и электрическая машина самостоятельно обеспечивает передачу крутящего момента на колеса. Двигатель внутреннего сгорания включен для подзарядки, но не участвует в создании тяги транспортного средства. Когда водитель нажимает на педаль акселератора (не трогая педаль тормоза), кинематическая цепь трансмиссии соответствует схеме, показанной на фиг. 2.

Когда водитель не нажимает на педаль акселератора (снимает ногу) или когда он нажимает на педаль тормоза, трансмиссия находится в конфигурации, показанной на фиг. 1 (режим подзарядки). Колеса отсоединены от тяговых агрегатов (двигателя и машины). Рабочую точку определяют по акустическим условиям и по минимизации расхода. По акустическим причинам рабочий диапазон двигателя внутреннего сгорания уменьшен (то есть он не может превышать определенную скорость вращения).

На высокой скорости двигатель внутреннего сгорания обеспечивает передаваемый на колеса крутящий момент, а также дополнительный крутящий момент, который передается на электрическую машину для подзарядки батареи. Кинематическая цепь может быть одинаковой с нажатием и без нажатия на педаль акселератора. Величину крутящего момента, отбираемого для подзарядки батареи, выбирают таким образом, чтобы минимизировать следующую функцию:

H_eq = Тепловой расход (момент двигателя, режим двигателя) + s × Электрический расход (момент машины, режим машины),

в которой H_eq является общим количеством расходуемой энергии, и s является показателем эквивалентности, определяющим соответствие между электрической энергией и механической энергией (например, между 1 кВт⋅ч и его эквивалентом в граммах топлива). Режимы двигателя автотранспортного средства и электрической машины обусловлены скоростью транспортного средства и режимом соединения трансмиссии, то есть стратегию адаптируют в зависимости от этой трансмиссии. Показатель эквивалентности s способствует подзарядке батареи, когда активируют стратегию. Функции: Тепловой расход и Электрический расход представляют собой картографии расхода, полученные на испытательных стендах. Выбираемой кинематической схемой является схема «гибридного городского» режима, показанная на фиг. 5, схема «гибридного дорожного» режима, показанная на фиг. 6, или схема «гибридного автомагистрального» режима, показанная на фиг. 7, в зависимости от скорости транспортного средства, то есть схема одного из его обычных гибридных режимов. Стратегия состоит в выборе распределения крутящего момента для минимизации функции H_eq:

- на высокой скорости, когда стратегия подзарядки не активирована, показатель эквивалентности выбирают таким образом, чтобы минимизировать общий расход энергии в приемлемых пределах. Действительно, можно адаптировать крутящий момент и режим двигателя внутреннего сгорания для нахождения наилучшей рабочей точки трансмиссии, учитывая КПД электрической машины и двигателя внутреннего сгорания, а когда стратегия подзарядки активирована, показатель эквивалентности выбирают таким образом, чтобы он способствовал подзарядке батареи;

- на низкой скорости, когда стратегия подзарядки не активирована, тягу обеспечивает только электрическая машина, а двигатель внутреннего сгорания выключен, и, когда водитель отпускает педаль акселератора или нажимает на педаль тормоза, кинематический режим остается режимом, показанным на фиг. 2, для отбора кинетической энергии торможения, а когда стратегия подзарядки активирована, электрическая машина самостоятельно обеспечивает тягу, двигатель внутреннего сгорания включен, и, когда водитель отпускает педаль акселератора или нажимает на педаль тормоза, кинематический режим остается режимом, показанным на фиг. 1, для подзарядки батареи через двигатель внутреннего сгорания.

Когда водитель переходит на нейтральную передачу на низкой и высокой скорости, управление является таким же, как и при нажатии на педаль тормоза на низкой скорости: переход в режим подзарядки и минимизация функции H_eq в зависимости от режима и от крутящего момента двигателя с одновременным соблюдением акустических условий, при этом колеса отсоединены от двигателя внутреннего сгорания и от электрической машины.

На фиг. 8 представлено осуществление изобретения на описанной выше трансмиссии. Порог скорости V равен, например, 16 км/час, если эта скорость соответствует порогу соединения двигателя внутреннего сгорания. Этот порог может соответствовать порогу, который обычно выбирают в режиме использования транспортного средства, называемом режимом продления автономии или «long range», при котором двигатель внутреннего сгорания подключают после трогания с места в электрическом режиме, как только это позволяет скорость (при 1500 об/мин, например, при 16 км/ч). При этом две первые передачи становятся гибридными, и электрическую машину используют в основном для подзарядки. Эти два гибридных режима, «городской» (см. фиг. 5) и «дорожный» (см. фиг. 6), по желанию, можно дополнить третьим гибридным «автомагистральным» режимом, показанным на фиг. 7.

На фиг. 8 показаны два разных значения S1 и S2 состояния энергии (SOC) батареи для порога активации, когда текущее состояние энергии ниже S1, и для порога деактивации S2, когда текущее состояние энергии превышает S2. Как было указано выше, на низкой скорости трансмиссия имеет две разные конфигурации ниже и выше порога активации. Вместе с тем, она не меняет состояния в зависимости от состояния энергии батареи сверх порога V на своих трех гибридных режимах, а использует целевое управление, способствующее подзарядке ниже порога активации и способствующее сокращенному расходу сверх этого порога, за счет выбора соответствующего показателя эквивалентности.

Таким образом, предложенный изобретением способ управления позволяет подзаряжать батарею в движении в когерентном режиме работы, называемом «режимом подзарядки без остановки», который позволяет отказаться от остановки гибридного транспортного средства для подзарядки батареи, когда транспортное средство не имеет возможности трогаться с места и двигаться на низких скоростях только на двигателе внутреннего сгорания. В этом случае он позволяет продолжать использовать транспортное средство в специфическом режиме для подзарядки батареи в движении. Этот способ можно применять для любой трансмиссии описанного выше типа и на транспортном средстве, оборудованном такой трансмиссией, а также на любой другой трансмиссии и на любом другом гибридном транспортном средстве, конструкция которого не позволяет приводить транспортное средство в движение при помощи двигателя внутреннего сгорания в определенном диапазоне скорости.

Реферат

Изобретение относится к трансмиссиям гибридных транспортных средств. Способ управления подзарядкой тяговой батареи на гибридной трансмиссии транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания и электрической машиной, используемой в качестве единственного источника тяги до определенного порога скорости, заключается в том, что ниже порога скорости электромашина обеспечивает передачу крутящего момента на колеса, в то время как двигатель включен для подзарядки, когда водитель нажимает на педаль акселератора. Тогда как колеса отсоединены от двигателя внутреннего сгорания и от электрической машины, когда водитель не нажимает на педаль акселератора, для обеспечения подзарядки батареи. Повышается автономия в электрическом режиме. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула