Способ одновременного управления крутящим моментом двигателя внутреннего сгорания и электрической машины в гибридном транспортном средстве

Способ одновременного управления крутящим моментом двигателя внутреннего сгорания и электрической машины в гибридном транспортном средстве

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к способу приведения транспортного средства в движение, соответствующему преамбуле п. 1 прилагаемой формулы изобретения.

В частности, но не исключительно, изобретение направлено на осуществление такого способа для моторных транспортных средств в виде колесных транспортных средств общего назначения, в частности, большегрузных транспортных средств, таких как, например, грузовых автомобилей и автобусов.

Соответственно, изобретение относится к приведению в движение гибридного транспортного средства, которое в общем случае является транспортным средством, привод которого могут осуществлять главный двигатель, в данном случае - двигатель внутреннего сгорания, и вспомогательный двигатель, в данном случае - электрическая машина. Электрическая машина соответственно снабжена средством аккумулирования энергии, таким как аккумуляторная батарея или конденсатор для аккумулирования электрической энергии, и регулирующим оборудованием для регулирования потока электрической энергии между средством аккумулирования энергии и электрической машиной. Вследствие этого, электрическая машина может работать как двигатель и генератор в зависимости от рабочего состояния транспортного средства. Когда транспортное средство тормозят, электрическая машина генерирует электрическую энергию, которую можно аккумулировать, и эту электрическую энергию можно впоследствии использовать, например, для приведения транспортного средства в движение.

Использование обычного механизма сцепления, отсоединяющего входной вал коробки передач от двигателя внутреннего сгорания во время процесса переключения передач в коробке передач, приводит к недостаткам, таким, как нагревание дисков механизма сцепления, результатом чего являются возрастающий расход топлива и износ дисков сцепления. Кроме того, обычный механизм сцепления является относительно массивным и дорогостоящим. Он также занимает относительно большое пространство в транспортном средстве. При использовании гидравлического преобразователя/трансформатора крутящего момента, обычно применяемого в автоматических коробках передач, также возникают потери на трение. Обычного механизма сцепления, а также упомянутых недостатков, связанных с ним, можно избежать, предусматривая для такого транспортного средства наличие движительной системы, в которой выходной вал двигателя внутреннего сгорания, ротор электрической машины и входной вал коробки передач взаимосвязаны планетарной передачей. Транспортное средство, имеющее движительную систему этого типа, известно из документа EP 1319546.

Конечно же, постоянно предпринимаются попытки усовершенствовать способы приведения в движение транспортного средства, имеющего такую движительную систему, в контексте энергетической эффективности, а также рекуперировать как можно больше энергии торможения при торможении транспортного средства. Причиной приведения такого транспортного средства в движение с помощью блокирующего средства в положении блокировки также - несомненно - является то, что это с энергетической точки зрения наиболее выгодно при положительных крутящих моментах в кинематической цепи, образованной движительной системой.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать способ того типа, который изначально характеризуется как предусматривающий вышеупомянутые попытки. Эта задача в соответствии с изобретением решается путем разработки способа по п. 1 прилагаемой формулы изобретения.

В некоторых ситуациях желательно, а в других - абсолютно необходимо, переводить планетарную передачу в свободное положение, т.е. переводить блокирующее средство в положение расцепления. Примером этого является ситуация, когда торможение проводится до останова, чтобы иметь возможность затормозить электрическую машину, если входной вал коробки передач вращается медленнее, чем первый компонент, при скорости вращения на холостом ходу двигателя внутреннего сгорания. По причинам работоспособности, перевод планетарной передачи в свободное положение желателен именно во время некоторых переключений передач. Более того, для низких крутящих моментов часто желательно экономить топливо для привода транспортного средства при свободной планетарной передаче. За счет управления крутящим моментом электрической машины и двигателя внутреннего сгорания в соответствии с изобретением для достижения баланса крутящих моментов в планетарной передаче, можно перевести планетарную передачу из состояния блокировки в свободное состояние, в то время как посредством этой передачи передается крутящий момент, т.е. без прерывания крутящего момента. Это выгодно с точки зрения комфорта вождения, а также с точки зрения энергетической эффективности.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, способ осуществляется для транспортного средства, имеющего движительную систему с солнечным зубчатым колесом в качестве упомянутого первого компонента и кольцевым зубчатым колесом в качестве упомянутого третьего компонента, и такая движительная система уже описана в еще не опубликованном документе SE 1051384-4 и обладает рядом преимуществ по отношению к движительной системе, соответствующей вышеупомянутому документу EP 1319546, которая имеет кольцевое зубчатое колесо в качестве первого компонента и солнечное зубчатое колесо в качестве третьего компонента. За счет соединения электрической машины с кольцевым зубчатым колесом, а выходного вала двигателя внутреннего сгорания - с солнечным зубчатым колесом, получается компактная конструкция, являющаяся легко встраиваемой в пространства, уже существующие для кинематических цепей (движительных систем), имеющих механизмы сцепления вместо планетарных передач. Вследствие этого, гибридизированной коробке передач можно придать размеры и массу, совместимые со стандартной коробкой передач, и можно поддерживать стандартизированные сопряжения. Это значит, что увеличение массы, обычно связанное с гибридизацией, можно значительно снизить. Еще одно преимущество заключается в том, что соединение электрической машины c кольцевым зубчатым колесом дает больший возможный тормозной крутящий момент, связанный с ним, чем тот, который имел бы место в случае соединения с солнечным зубчатым колесом.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, солнечное зубчатое колесо и водило планетарной передачи выполнены с возможностью взаимного соединения с помощью упомянутого блокирующего средства, а также с возможностью расцепления, при котором они смогут вращаться с разными скоростями вращения. Именно в этом положении легко получить блокирующее средство, надежно управляемое с помощью простых средств. Вследствие этого, посредством зубчатых колес планетарной передачи передается меньший крутящий момент. Посредством этих зубчатых колес передается только крутящий момент электрической машины.

Изобретение также относится к компьютерной программе, имеющей признаки, перечисленные в п. 4 формулы изобретения, компьютерному программному продукту, имеющему признаки, перечисленные в п. 5 формулы изобретения, электронному блоку управления, имеющему признаки, перечисленные в п. 6 формулы изобретения, и транспортному средству, имеющему признаки, перечисленные в п. 7 формулы изобретения.

Другие преимущественные признаки и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже, со ссылками на прилагаемые чертежи, приводится в качестве примера подробное описание варианта осуществления изобретения.

На чертежах:

фиг. 1 - весьма упрощенный вид кинематической цепи транспортного средства, для которого можно осуществить способ в соответствии с изобретением;

фиг. 2 - тоже упрощенный, но более подробный вид части упомянутой движительной системы;

фиг. 3 - принципиальная схема электронного блока управления для воплощения способа в соответствии с изобретением;

на фиг. 4 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 показана кинематическая цепь для большегрузного транспортного средства 1. Кинематическая цепь содержит двигатель 2 внутреннего сгорания, коробку 3 передач, некоторое количество ведущих валов 4 и ведущих колес 5. Между двигателем 2 внутреннего сгорания и коробкой 3 передач кинематическая цепь содержит промежуточный участок 6. На фиг. 2 показан более подробный вид компонентов на промежуточном участке 6. Двигатель 2 внутреннего сгорания снабжен выходным валом 2a, а коробка 3 передач - входным валом 3a на промежуточном участке 6. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания расположен соосно по отношению к входному валу 3a коробки передач. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3a коробки передач расположены с возможностью вращения вокруг общей оси 7 вращения. Промежуточный участок 6 содержит кожух 8, окружающий электрическую машину 9 и планетарную передачу. Электрическая машина 9 содержит, как обычно, статор 9a и ротор 9b. Статор 9a содержит сердечник статора, закрепленный должным образом внутри кожуха 8. Сердечник статора содержит обмотки статора. Электрическая машина 9 выполнена с возможностью использования - в определенных рабочих ситуациях - аккумулированной электрической энергии для приложения движущей силы к входному валу 3а коробки передач и использования - в других рабочих ситуациях - кинетической энергии входного вала 3a коробки передач для генерирования и аккумулирования электрической энергии.

Планетарная передача расположена, по существу, радиально внутри статора 9a и ротора 9b электрической машины. Планетарная передача содержит, как обычно, солнечное зубчатое колесо 10, кольцевое зубчатое колесо 11 и водило 12 планетарной передачи. Водило 12 планетарной передачи несет некоторое количество зубчатых колес (сателлитов) 13, расположенных с возможностью вращения в радиальном пространстве между зубьями солнечного зубчатого колеса 10 и кольцевого зубчатого колеса 11. Солнечное зубчатое колесо 10 крепится к окружной поверхности выходного вала 2a двигателя внутреннего сгорания. Солнечное зубчатое колесо 10 и выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания вращаются как единое целое с первой скоростью n₁ вращения. Водило 12 планетарной передачи содержит крепежный участок 12a, крепящийся к окружной поверхности входного вала 3а коробки передач посредством шпоночного соединения 14. Посредством этого соединения, водило 12 планетарной передачи и входной вал 3а коробки передач могут вращаться как единое целое со второй скоростью n₂ вращения. Кольцевое зубчатое колесо 11 содержит внешнюю окружную поверхность, на которую в этом варианте осуществления крепится ротор 9b. Ротор 9b и кольцевое зубчатое колесо 11 образуют вращающийся узел, выполненный с возможностью вращения с третьей скоростью n₃ вращения.

Движительная система содержит блокирующее средство за счет того, что на выходном валу 2a двигателя внутреннего сгорания предусмотрен смещаемый сочленяющий элемент 15. Сочленяющий элемент 15 крепится к выходному валу 2a двигателя внутреннего сгорания посредством шпоночного соединения 16. Сочленяющий элемент 15 в этом случае крепится относительно вращения выходного вала 2a двигателя внутреннего сгорания и выполнен перемещаемым в осевом направлении по выходному валу 2a двигателя внутреннего сгорания. Сочленяющий элемент 15 содержит сочленяющий участок 15a, соединяемый с сочленяющим участком 12b водила 12 планетарной передачи. Схематически изображенный перемещающий элемент 17 выполнен с возможностью перемещения сочленяющего элемента 15 между первым положением, в котором сочленяющие участки 15a, 12b не введены во взаимное зацепление и которое соответствует положению расцепления блокирующего средства, и вторым положением, в котором сочленяющие участки 15a, 12b введены во взаимное зацепление и которое соответствует положению блокировки блокирующего средства. Выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3а коробки передач будут в этом положении блокировки взаимно блокированы, так что они и ротор электрической машины будут вследствие этого вращаться с одной и той же скоростью вращения. Это состояние можно назвать «блокированной планетарной передачей». Блокирующий механизм может также содержать втулку, снабженную первыми шпонками, которые в положении расцепления вводятся в зацепление со вторыми шпонками на первом компоненте планетарной передачи, а в положении блокировки вводятся в зацепление с третьими шпонками на втором компоненте планетарной передачи. Первым компонентом в этом случае предпочтительно является водило планетарной передачи, а вторым компонентом - солнечное зубчатое колесо. Тогда блокирующий механизм можно выполнить в виде втулки кольцевой формы, по существу, концентрично охватывающей водило планетарной передачи.

Электрический блок 18 управления выполнен с возможностью управления перемещающим элементом 17. Блок 18 управления также выполнен с возможностью принятия решения о том, в каких случаях электрическая машина 9 должна работать как двигатель, а в каких случаях она должна работать как генератор. Чтобы принять это решение, блок 18 управления может принимать текущую информацию о подходящих рабочих параметрах. Блок 18 управления может быть компьютером с программным обеспечением, пригодным для этой задачи. Блок 18 управления управляет схематически показанным регулирующим оборудованием 19, которое регулирует поток электрической энергии между гибридной аккумуляторной батареей 20 и обмотками 9a статора электрической машины. В случаях, в которых электрическая машина работает как двигатель, аккумулированная электрическая энергия подается от гибридной аккумуляторной батареи 20 к статору 9a. В случаях, в которых электрическая машина работает как генератор, электрическая энергия подается от статора 9a к гибридной аккумуляторной батарее 20. Гибридная аккумуляторная батарея 20 подает и аккумулирует электрическую энергию с напряжением порядка 200-800 В. Поскольку промежуточный участок 6 между двигателем 2 внутреннего сгорания и коробкой 3 передач в транспортном средстве ограничен, требуется, чтобы электрическая машина 9 и планетарная передача составляли компактный узел. Компоненты 10, 11, 12 планетарной передачи в данном случае расположены, по существу, радиально внутри статора 9a электрической машины. Ротор 9b электрической машины, кольцевое зубчатое колесо 11 планетарной передачи, выходной вал 2a двигателя внутреннего сгорания и входной вал 3а коробки передач в данном случае расположены с возможностью вращения вокруг общей оси 5 вращения. За счет такой конструкции, электрическая машина 9 и планетарная передача занимают сравнительно небольшое пространство. Транспортное средство 1 снабжено функциональным блоком 21 управления двигателем, и посредством этого блока можно регулировать скорость n₁ вращения двигателя 2 внутреннего сгорания. Тем самым, блок 18 управления имеет возможность активировать функциональный блок 21 управления двигателем и создавать состояние нулевого крутящего момента в коробке 3 передач при введении в зацепление и выведении из зацепления зубчатых колес в коробке 3 передач. Конечно же, вместо управления движительной системой с помощью одного единственного блока 18 управления, ею можно управлять с помощью нескольких разных блоков управления.

В начале осуществления способа, транспортное средство движется, и блокирующее средство при этом находится в положении блокировки. Это означает, что все три компонента планетарной передачи вращаются с одной и той же скоростью вращения. Затем обнаруживается необходимость перевести блокирующее средство в положение расцепления.

Тогда осуществление способа начинается посредством принятия решения о том, что блокирующее средство следует перевести в положение расцепления, при этом блок 18 управления управляет электрической машиной 9, чтобы та посредством кольцевого зубчатого колеса 11 прикладывала к входному валу 3а коробки передач первый крутящий момент, соответствующий произведению, с одной стороны, требуемого крутящего момента движительной системы, а с другой стороны, передаточного отношения планетарной передачи, и при этом блок 21 управления управляет двигателем 2 внутреннего сгорания, чтобы тот прикладывал к входному валу 3а коробки передач второй крутящий момент, соответствующий произведению, с одной стороны, требуемого крутящего момента движительной системы, а с другой стороны, величины, равной единице минус передаточное отношение планетарной передачи. Передаточное отношение планетарной передачи в этом случае представляет собой частное от деления количества зубьев кольцевого зубчатого колеса на сумму количества зубьев солнечного зубчатого колеса и количества зубьев кольцевого зубчатого колеса, когда солнечное зубчатое колесо соединено с выходным валом двигателя внутреннего сгорания, а кольцевое зубчатое колесо - с электрической машиной. Соответственно, электрической машиной и двигателем внутреннего сгорания управляют по крутящему моменту до достижения баланса крутящих моментов в планетарной передаче. Блокирующее средство переводится в положение расцепления посредством перемещения сочленяющего элемента 15, когда баланс крутящих моментов получен. Таким образом, посредством способа в соответствии с данным изобретением, планетарную передачу можно переводить из положения блокировки в свободное положение, в то время как посредством этой передачи передается крутящий момент.

Выше упоминался ряд причин, по которым это желательно делать во время движения упомянутого транспортного средства, а дополнительная причина может заключаться в том, что свободное положение можно использовать для пропуска этапов переключения передач во время ускорения транспортного средства. В таком случае, способ в соответствии с данным изобретением можно осуществлять, когда наступает время повышения передачи, при этом транспортное средство в дальнейшем ускоряется с помощью большего диапазона скоростей вращения электрической машины при одновременной синхронизации скоростей вращения входного вала коробки передач, причем скорость вращения вала согласно высшей передаче в коробке передач имеет место перед завершающим включением этой передачи.

В считываемую компьютерную программу, которая занесена с возможностью считывания во внутреннюю память компьютера, такую, как внутренняя память электронного блока управления моторного транспортного средства, надлежащим образом введен код компьютерной программы для воплощения способа в соответствии с изобретением. Такая компьютерная программа должным образом поставляется посредством компьютерного программного продукта, содержащего носитель данных, считываемый электронным блоком управления, причем этот носитель данных имеет хранимую на нем компьютерную программу. Упомянутый носитель данных является, например, оптическим носителем данных в виде диска CD-ROM, диска DVD или аналогичного носителя, магнитным носителем данных в виде жесткого диска, дискеты, ленты или аналогичного средства, или флэш-памятью, или памятью типа ROM, PROM, EPROM или EEPROM.

Фиг. 3 весьма схематично иллюстрирует электронный блок 40 управления, содержащий исполнительное средство 41, такое, как центральный процессор (CPU), для исполнения компьютерной программы. Исполнительное средство 41 осуществляет связь с памятью 42, например, типа RAM, посредством шины 43 данных. Блок 40 управления содержит также носитель 44 данных, например, в виде флэш-памяти или памяти типа ROM, PROM, EPROM или EEPROM. Исполнительное средство 41 осуществляет связь с носителем 44 данных посредством шины 43 данных. На этом носителе 44 данных хранится компьютерная программа, содержащая код компьютерной программы для воплощения способа в соответствии с изобретением, например, в соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг. 4.

Конечно же, изобретение никоим образом не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, а многие возможности его модификаций в рамках объема притязаний изобретения, охарактеризованного предлагаемой формулой изобретения, будут очевидны специалисту в данной области техники.

Блокирующее средство может быть выполнено с возможностью блокировки двух из упомянутых трех компонентов.

Трансмиссию можно расположить между ротором и кольцевым зубчатым колесом, а также между выходным валом двигателя внутреннего сгорания и солнечным зубчатым колесом, например, в кинематической цепи перед валом, показанным на чертежах как соединенный с солнечным зубчатым колесом. Трансмиссия, упомянутая в последнем случае, также может быть образована зубчатой передачей с переменным передаточным отношением.

Также можно предложить осуществление способа для транспортного средства, имеющего кольцевое зубчатое колесо в качестве первого компонента, а солнечное зубчатое колесо - в качестве третьего компонента, хотя из-за вышеупомянутых преимуществ предпочтительным, вероятно, зачастую является противоположный вариант.

1. Способ, осуществляемый при движении транспортного средства, имеющего движительную систему, содержащую двигатель (2) внутреннего сгорания с выходным валом (2а), коробку (3) передач с входным валом (3а), электрическую машину (9), содержащую статор (9а) и ротор (9b), планетарную передачу, содержащую три компонента в виде солнечного зубчатого колеса (10), кольцевого зубчатого колеса (11) и водила (12) планетарной передачи, причем выходной вал (2а) двигателя внутреннего сгорания соединен с первым из упомянутых компонентов планетарной передачи таким образом, что вращение этого вала приводит к вращению этого компонента, входной вал (3а) коробки передач соединен со вторым из упомянутых компонентов планетарной передачи таким образом, что вращение этого вала приводит к вращению этого компонента, а ротор (9b) электрической машины соединен с третьим из упомянутых компонентов планетарной передачи таким образом, что вращение ротора приводит к вращению этого компонента, при этом упомянутая движительная система дополнительно содержит блокирующее средство, переводимое между положением блокировки, в котором два из упомянутых компонентов взаимно блокированы так, что три компонента (10-12) вращаются с одной и той же скоростью вращения, и положением расцепления, в котором упомянутые компоненты могут вращаться с разными скоростями вращения, причем осуществление способа начинают, когда транспортное средство приводится в движение с помощью блокирующего средства в положении блокировки,отличающийся тем, что включает в себя следующие этапы, на которых:a) принимают решение о том, что блокирующее средство следует перевести в положение расцепления;b) управляют электрической машиной (9) для приложения первого крутящего момента, соответствующего произведению, с одной стороны, требуемого крутящего момента движительной системы, а с другой стороны, передаточного отношения планетарной передачи, и при этом управляют двигателем (2) внутреннего сгорания для приложения второго крутящего момента, соответствующего произведению, с одной стороны, требуемого крутящего момента движительной системы, а с другой стороны, величины, равной единице минус передаточное отношение планетарной передачи; ис) переводят блокирующее средство в положение расцепления, когда получены оба из упомянутых первого и второго крутящих моментов и за счет этого в планетарной передаче существует баланс крутящих моментов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что его осуществляют именно для транспортного средства, имеющего движительную систему с солнечным зубчатым колесом (10) в качестве упомянутого первого компонента (10) и кольцевым зубчатым колесом (11) в качестве упомянутого третьего компонента.

3. Способ по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что взаимно блокируют солнечное зубчатое колесо (10) и водило (12) планетарной передачи с помощью упомянутого блокирующего средства и деблокируют на этапе с), чтобы обеспечить вращение с разными скоростями вращения.

4. Электронный блок управления моторного транспортного средства, содержащий исполнительное средство, память (42), соединенную с исполнительным средством (41), и носитель (44) данных, соединенный с исполнительным средством, причем электронный блок управления выполнен с возможностью выполнять способ по любому из пп. 1-3.

5. Транспортное средство, содержащее электронный блок управления по п. 4.