Гибридный привод и способ управления им

Изобретение относится к гибридному приводу для транспортных средств и способу управления им. Гибридный привод по первому и второму вариантам содержит двигатель внутреннего сгорания, узел электрической машины, коробку передач, блок управления. В гибридном приводе по первому варианту узел электрической машины обеспечивает расширение диапазона скоростей вращения при заданном передаточном отношении на более высоких скоростях вращения до переключения передач с этого заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение. В гибридном приводе по второму варианту узел электрической машины обеспечивает расширение диапазона скоростей вращения при следующем передаточном отношении на более высоких скоростях вращения после переключения передач с заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение. Система содержит гибридный привод по любому из вариантов. Способ управления гибридным приводом по первому и второму вариантам включает использование узла электрической машины для расширения диапазона скоростей вращения. Способ управления гибридным приводом по третьему варианту включает шаг управления дополнительным источником энергии на среднем участке диапазона скоростей вращения, шаг управления электрической машиной в верхней части диапазона скоростей вращения. Технический результат заключается в обеспечении равномерного разгона и замедления транспортного средства. 6 н. и 31 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к гибридным приводам, например, для пассажирских транспортных средств, автобусов, грузовых автомобилей, катеров, судов, трамваев, поездов и т.п. Кроме того, изобретение также относится к способам управления такими приводами, например, применительно к переключению передач. Помимо этого, настоящее изобретение также относится к транспортным средствам и т.п., имеющим такие приводы. Настоящее изобретение также относится к машиночитаемым носителям и программному обеспечению, выполняемому компьютерным аппаратным обеспечением для реализации способов управления такими приводами.

Предпосылки создания изобретения

В последние годы ведется множество исследований в области технологии гибридных систем с целью сокращения расхода топлива, а также усовершенствования тяговых характеристик. Гибридные системы имеют гибридные приводы, при этом каждый привод обычно содержит двигатель внутреннего сгорания, узел электрической машины, элемент для аккумулирования энергии и коробку передач для обеспечения связи по меньшей мере электрической машины с нагрузкой системы. Электрическая машина может быть реализована в виде электродвигателя/генератора. На первый взгляд могло бы показаться, что такие гибридные приводы являются более сложными и потенциально больше весят, что отрицательно сказалось бы на показателях работы системы. Тем не менее практическое применение гибридных приводов обеспечивает ряд преимуществ над обычными системами с простыми двигателями внутреннего сгорания, которые работают субоптимально, в особенности при частых остановках и трогании с места.

Одним существенным преимуществом гибридных приводов является быстрый разгон соответствующего транспортного средства при трогании с места. Такой быстрый разгон достижим за счет способности электродвигателей развивать относительно высокий пусковой крутящий момент, например порядка 1000 Н·м, при низких скоростях вращения ротора электродвигателя. Кроме того, перезаряжаемые батареи гибридных приводов способны подавать огромную максимальную мощность в несколько десятков или даже сотен киловатт. Что касается транспортных средств, оснащенных такими гибридными приводами, в таких гибридных приводах в настоящее время обычно используют двигатели внутреннего сгорания, чтобы приводить транспортные средства в движение по достижении ими более высоких скоростей, при которых электродвигатели не способны обеспечивать какое-либо преимущество. Например, двигатели внутреннего сгорания гибридных приводов используют в основном для обеспечения тяговой мощности, когда транспортные средства с высокой скоростью движутся по автомагистралям. В условиях городского транспортного движения с частыми циклами остановки и трогания с места в основном используют электродвигатели гибридных приводов.

В публикации международной заявки WO 97/15979 описан гибридный привод автотранспортного средства, имеющий двигатель внутреннего сгорания, посредством сцепления связанный своим вращающимся выходным валом с электродвигателем. Электродвигатель, в свою очередь, посредством мостикового сцепления соединен с автоматической коробкой передач и затем посредством нее с колесами транспортного средства. Как утверждается в публикации, гибридный привод значительно повышает плавность хода. Утверждается, что за счет суммирования крутящего момента, развиваемого двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем, можно уменьшить число переключений, необходимых в процессе работы гибридного привода.

В US 5713425 описан другой гибридный привод автотранспортного средства. Привод содержит двигатель внутреннего сгорания и коробку передач, обеспечивающую первый путь для подачи непостоянного переключаемого крутящего момента на ведущие колеса транспортного средства. Кроме того, привод также содержит двигатель-генераторный агрегат, образующий второй путь подачи переключаемого крутящего момента, который расположен между выходом первого пути подачи переключаемого крутящего момента и упомянутыми ведущими колесами. Гибридный привод дополнительно имеет систему управления для управления работой двигатель-генераторного агрегата с целью подачи крутящего момента на ведущие колеса, когда подача крутящего момента по первому пути подачи крутящего момента прерывается во время изменения передаточного отношения в коробке передач и во время выключения сцепления. За счет интерактивного управления двигателем внутреннего сгорания и двигатель-генераторным агрегатом улучшатся общая характеристика управляемости транспортного средства и могут быть уменьшены выбросы выхлопных газов двигателя. Кроме того, электродвигатель-генератор способен немедленно приводить транспортное средство в движение по требованию водителя транспортного средства. При приведении транспортного средства в движение с помощью электродвигателя интерактивное управление двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем-генератором позволяет повторно запустить двигатель внутреннего сгорания и затем постепенно принять от электродвигателя-генератора работу на приведение в движение транспортного средства.

В публикации международной заявки WO 2005/016681 описан способ управления приводом автотранспортного средства. Привод имеет двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель. Главная коробка передач привода имеет выходной вал, который с возможностью вращения соединен с приводным валом автотранспортного средства. Коробка передач дополнительно имеет входной вал, который соединен с двигателем внутреннего сгорания. Электродвигатель посредством промежуточной трансмиссии, имеющей по меньшей мере две ступени переключения, связан с входным валом или выходным валом коробки передач.

В процессе работы транспортное средство сначала приводят в движение исключительно с помощью электродвигателя, чтобы обеспечить разгон транспортного средства при трогании с места, когда промежуточная трансмиссия находится на нижней ступени переключения. Двигатель внутреннего сгорания берет на себя функцию приведения в движение до переключения промежуточной трансмиссии. Промежуточная трансмиссия может быть реализована в виде привода с кулачковой муфтой.

Привод, описанный в упомянутой публикации, хорошо адаптирован к пассажирским автомобилям, рассчитанным на перевозку людей сидя.

В настоящем изобретения исходят из того, что такой способ эксплуатации привода применим в транспортных средствах, таких как пассажирские автомобили, но субоптимален (только отчасти оптимален) в случае более крупных транспортных средств, таких как автобусы и грузовые автомобили, в особенности когда такие автобусы и грузовые автомобили эксплуатируют в условиях интенсивного движения транспорта в городской среде с частыми остановками и троганиями с места. Кроме того, в переполненных автобусах люди часто едут стоя из-за нехватки сидячих мест, что налагает дополнительные ограничения в том смысле, что разгон и замедление должны быть плавными и равномерными без периодов потери выдаваемой мощности, приводящей в движение переполненный автобус. В современных гибридных приводах, установленных на транспортных средствах, такие плавные характеристики передачи получают за счет использования электродвигателя для обеспечения первоначального разгона транспортного средства и затем использования крутящего момента двигателя внутреннего сгорания после того, как транспортное средство достигло значительной скорости до инициирования последовательности переключений передач. Тем не менее автор обнаружил, что такие современные гибридные приводы не способны обеспечивать достаточно плавные и равномерные разгон и замедление.

Таким образом, в настоящем изобретении решается задача неспособности современных приводов обеспечивать достаточно плавный и равномерный разгон.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача создания усовершенствованного гибридного привода, который способен обеспечивать более плавный и равномерный разгон и соответственно плавное и равномерное замедление.

В изобретении предложен привод и способ управления (эксплуатации) привода, заявленные в соответствующих независимых пунктах. В соответствующих зависимых пунктах заявлены предпочтительные признаки привода и способа согласно изобретению.

Согласно первой особенности изобретения предложен гибридный привод, содержащий

двигатель внутреннего сгорания, способный выдавать выходной крутящий момент,

узел электрической машины, способный выдавать выходной крутящий момент,

коробку передач, предназначенную для приема крутящего момента по меньшей мере от двигателя внутреннего сгорания или узла электрической машины и способную подавать соответствующую тяговую мощность на нагрузку и обеспечивать множество передаточных отношений,

блок управления, связанный с двигателем внутреннего сгорания, узлом электрической машины и коробкой передач с возможностью согласования их работы,

отличающийся тем, что узел электрической машины способен обеспечивать расширение диапазона скоростей вращения при заданном передаточном отношении на более высоких скоростях вращения до переключения передач с указанного заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение.

Преимуществом изобретения является то, что использование электрической машины для расширения диапазона скоростей вращения, применимых по меньшей мере при первом передаточном отношении, позволяет уменьшить частоту переключения передач и тем самым обеспечить более плавный и более равномерный разгон, а также более плавное и более равномерное замедление. Такое равномерное замедление предпочтительно реализовано в виде рекуперативного торможения.

Узел электрической машины гибридного привода также может обеспечивать расширение диапазона скоростей вращения при заданном передаточном отношении на обеих более низких скоростях вращения - в случае разгона при трогании с места или при включенной предыдущей передаче.

Также предложен гибридный привод, содержащий

двигатель внутреннего сгорания, способный выдавать выходной крутящий момент,

узел электрической машины, способный выдавать выходной крутящий момент,

коробку передач, предназначенную для приема крутящего момента по меньшей мере от двигателя внутреннего сгорания или узла электрической машины и способную подавать соответствующую тяговую мощность на нагрузку и обеспечивать множество передаточных отношений,

блок управления, связанный с двигателем внутреннего сгорания, узлом электрической машины и коробкой передач с возможностью согласования их работы,

отличающийся тем, что узел электрической машины способен обеспечивать расширение диапазона скоростей вращения при следующем передаточном отношении на более высоких скоростях вращения после переключения передач с заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение.

Настоящее изобретение дает преимущества во время разгона, а также замедления, например, при использовании рекуперативного торможения для преобразования кинетической энергии в электрическую энергию для хранения в устройстве для аккумулирования энергии.

Узел электрической машины предпочтительно может быть связан с устройством для аккумулирования энергии, которое подает электроэнергию в узел электрической машины во время работы.

Привод предпочтительно имеет устройство управления работой привода. Кроме того, привод предпочтительно имеет соединительный механизм, способный передавать выходной крутящий момент между двигателем внутреннего сгорания и узлом электрической машины.

Соединительный механизм привода предпочтительно способен по меньшей мере частично разъединять двигатель внутреннего сгорания и коробку передач на более высоких скоростях вращения. Более предпочтительно соединительный механизм привода способен полностью разъединять двигатель внутреннего сгорания и коробку передач на более высоких скоростях вращения. За счет по меньшей мере частичного разъединения двигателя внутреннего сгорания снижается риск повреждения двигателя из-за превышения допустимого числа его оборотов, а также ослабляется трение в силовой передаче и тем самым повышается ее кпд.

Двигатель внутреннего сгорания привода при каждом из передаточных отношений предпочтительно способен выдавать максимальную мощность в основном на среднем участке диапазона скоростей вращения для передаточного отношения, а узел электрической машины вырабатывает максимальную мощность при приближении к нижнему и верхнему пределам скоростей вращения для передаточного отношения. Такое использование узла электрической машины на обеих предельных скоростях вращения для заданного передаточного отношения отличается от современной практики, когда мощность, выдаваемую двигателем внутреннего сгорания, обычно используют на относительно более высоких скоростях вращения при заданном передаточном отношении.

Более предпочтительно средний участок диапазона скоростей вращения в силовой передаче соответствует скорости вращения выходного вала двигателя внутреннего сгорания в диапазоне преимущественно от 1500 до 3000 об/мин, более низкая скорость вращения соответствует скорости вращения выходного вала узла электрической машины в диапазоне от 0 до 1500 об/мин, а более высокая скорость вращения соответствует скорости вращения выходного вала узла электрической машины в диапазоне преимущественно от 3000 по меньшей мере до 4500 об/мин. Более низкая скорость вращения может соответствовать скорости вращения выходного вала узла электрической машины в диапазоне от 1000 до 1500 об/мин, когда привод уже запущен.

Согласно второй особенности изобретения предложен способ управления гибридным приводом, содержащим двигатель внутреннего сгорания, способный выдавать выходной крутящий момент, узел электрической машины, способный выдавать выходной крутящий момент, коробку передач, предназначенную для приема крутящего момента по меньшей мере от двигателя внутреннего сгорания или узла электрической машины и способную подавать соответствующую тяговую мощность на нагрузку и обеспечивать множество передаточных отношений, блок управления, связанный с двигателем внутреннего сгорания, узлом электрической машины и коробкой передач с возможностью согласования их работы, отличающийся тем, что включает шаги, на которых:

а) используют узел электрической машины для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более низких скоростях вращения в случае разгона при трогании с места или при предыдущем передаточном отношении, и для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более высоких скоростях вращения до переключения передач с упомянутого заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение, или

б) используют узел электрической машины для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более высоких скоростях вращения до переключения передач с этого заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение.

Способ предпочтительно включает шаг, на котором используют соединительный механизм привода, чтобы по меньшей мере частично разъединить двигатель внутреннего сгорания и коробку передач на более высоких скоростях вращения. Более предпочтительно соединительный механизм способен полностью разъединять двигатель внутреннего сгорания и коробку передач на более высоких скоростях вращения.

Согласно предпочтительному варианту двигатель внутреннего сгорания при каждом из передаточных отношений способен выдавать максимальную мощность в основном на среднем участке диапазона скоростей вращения для передаточного отношения, а электрическая машина вырабатывает максимальную мощность при приближении к нижнему и верхнему пределам скоростей вращения для передаточного отношения.

Средний участок диапазона скоростей вращения в силовой передаче предпочтительно соответствует скорости вращения выходного вала двигателя внутреннего сгорания в диапазоне преимущественно от 1500 до 3000 об/мин, более низкая скорость вращения соответствует скорости вращения выходного вала электрической машины в диапазоне от 0 до 1500 об/мин, а более высокая скорость вращения соответствует скорости вращения выходного вала электрической машины в диапазоне преимущественно от 3000 по меньшей мере до 4500 об/мин.

Согласно третьей особенности изобретения предложена система, содержащая гибридный привод согласно раскрытой первой особенности изобретения.

Система предпочтительно способна управлять гибридным приводом способом согласно второй особенности изобретения.

Системой предпочтительно является автобус, грузовой автомобиль, автомобильный фургон, пассажирское транспортное средство, трамвай, поезд, катер, судно или стационарное устройство энергоснабжения.

Согласно четвертой особенности изобретения оно реализуется с использованием компьютерного продукта для выполнения компьютерным аппаратным обеспечением для реализации способа согласно второй особенности изобретения.

Согласно пятой особенности изобретения используется компьютерный продукт, содержащий компьютерный программный код, рассчитанный на осуществление способа или для использования в способе согласно второй особенности изобретения при выполнении компьютерной программы программируемым микрокомпьютером.

Компьютерная программа предпочтительно рассчитана на возможность загрузки в привод согласно первой особенности изобретения или в один или несколько из его компонентов при выполнении компьютером, подключенным к Интернету.

Согласно шестой особенности изобретения предложен хранящийся на машиночитаемом носителе компьютерный программный продукт, содержащий компьютерную программу согласно пятой особенности изобретения.

Согласно седьмой особенности изобретения предложен гибридный привод, содержащий:

двигатель внутреннего сгорания, способный выдавать выходной крутящий момент,

узел электрической машины, способный выдавать выходной крутящий момент,

коробку передач для приема крутящего момента по меньшей мере от двигателя внутреннего сгорания или узла электрической машины, при этом коробка передач способна подавать соответствующую тяговую мощность на нагрузку и обеспечивать множество передаточных отношений,

блок управления, связанный с двигателем внутреннего сгорания, узлом электрической машины и коробкой передач для согласования их работы,

отличающийся тем, что узел электрической машины используют для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении:

а) на более высоких скоростях вращения до переключения передач с заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение или

б) на обеих более низких скоростях вращения в случае разгона при трогании с места или при включенной предыдущей передаче, и более высоких скоростях вращения до переключения передач с заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение.

Согласно восьмой особенности изобретения предложен способ управления гибридным приводом, содержащим двигатель внутреннего сгорания, способный выдавать выходной крутящий момент, узел электрической машины, способный выдавать выходной крутящий момент, коробку передач для приема крутящего момента по меньшей мере от двигателя внутреннего сгорания или узла электрической машины и способную подавать соответствующую тяговую мощность на нагрузку и обеспечивать множество передаточных отношений, блок управления, связанный с двигателем внутреннего сгорания, узлом электрической машины и коробкой передач для согласования их работы, отличающийся тем, что включает стадии, на которых:

а) используют узел электрической машины для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более низких скоростях вращения в случае разгона при трогании с места или при включенном предыдущем передаточном отношении, и для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более высоких скоростях вращения до переключения передач с заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение, или

б) используют узел электрической машины для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более высоких скоростях вращения до переключения передач с заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение.

Согласно девятой особенности изобретения предложен способ управления гибридным приводом, снабженным узлом электрической машины, способной посредством коробки передач выдавать или принимать крутящий момент на нагрузку или от нагрузки, и дополнительным источником энергии, способным посредством коробки передач выдавать выходной крутящий момент на нагрузку, включающий шаг, на котором управляют дополнительным источником энергии на среднем участке диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении коробки передач, и управляют электрической машиной в верхней части диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении коробки передач.

Использование электрической машины в верхней части диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении, создает условия для расширения доступного диапазона скоростей вращения двигателя внутреннего сгорания при заданном передаточном отношении. Таким способом можно уменьшить частоту переключения передач и тем самым обеспечить более плавный и более равномерный разгон, а также более плавное и более равномерное замедление.

Формулировка "в верхней части диапазона скоростей вращения" соответствует формулировке "на более высоких скоростях вращения". Более точно, способ включает шаг, на котором электрической машиной управляют с целью подачи крутящего момента на нагрузку на последнем участке диапазона скоростей вращения, преимущественно в пределах 50-100% диапазона скоростей вращения, предпочтительно 60-100% диапазона скоростей вращения и особо предпочтительно 70-100% диапазона скоростей вращения. Способ предпочтительно включает шаг, на котором электрической машиной управляют с целью подачи крутящего момента на нагрузку на скорости вращения свыше 2000 об/мин, в особенности 2500 об/мин и, например, менее 6000 об/мин.

Способ предпочтительно включает шаг, на котором управляют гибридным приводом таким образом, чтобы узел электрической машины являлся главным источником энергии на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения, и в особенности чтобы узел электрической машины являлся единственным источником энергии на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления способ включает шаг, на котором управляют узлом электрической машины с целью подачи крутящего момента на нагрузку на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения. Таким образом, электрическая машина действует как электродвигатель и подает выходной крутящий момент, в особенности для разгона нагрузки. Способ предпочтительно включает шаг управления электрической машиной для подачи выходного крутящего момента на нагрузку на верхнем участке диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении до переключения передач с заданного передаточного отношения на более высокое передаточное отношение. Таким образом, способ может включать включение повышающей передачи в коробке передач. Предпочтительно осуществляют множество последовательных переключений на более высокую передачу и управляют электрической машиной с целью подачи выходного крутящего момента на нагрузку до каждого переключения на более высокую передачу на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения.

В другом предпочтительном варианте осуществления способ включает шаг, на котором управляют узлом электрической машины с целью приема крутящего момента от нагрузки, в особенности с целью снижения скорости нагрузки. Способ предпочтительно включает шаг, на котором управляют узлом электрической машины с целью приема крутящего момента от нагрузки на верхнем участке диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении, после переключения передач на упомянутое заданное передаточное отношение с более высокого передаточного отношения. Таким образом, способ может включать включение понижающей передачи в коробке передач. Предпочтительно осуществляют множество последовательных переключений на более низкую передачу и управляют электрической машиной с целью приема выходного крутящего момента от нагрузки после каждого переключения на более низкую передачу на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения. Согласно одному из дополнительных усовершенствований двигатель внутреннего сгорания гибридного привода может быть отключен от нагрузки на шаге полного замедления. В частности, способ включает шаг, на котором управляют узлом электрической машины с целью осуществления рекуперативного торможения нагрузки.

Помимо узла электрической машины гибридный привод предпочтительно имеет дополнительный источник энергии, способный выдавать выходной крутящий момент на нагрузку посредством коробки передач. Дополнительным источником энергии является двигатель внутреннего сгорания, более точно, дизельный двигатель, но в качестве альтернативы им может являться топливный элемент, газовая турбина или другой источник энергии.

Способ предпочтительно включает шаг, на котором управляют дополнительным источником энергии на среднем участке диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении коробки передач. В одном из предпочтительных вариантов осуществления способ включает шаг, на котором управляют двигателем внутреннего сгорания с целью подачи крутящего момента на нагрузку в интервале 10-90% диапазона скоростей вращения, предпочтительно 20-80% диапазона скоростей вращения, и в частности 30-70% диапазона скоростей вращения. В одном из предпочтительных вариантов осуществления способ включает шаг, на котором управляют двигателем внутреннего сгорания с целью подачи крутящего момента на нагрузку на скорости вращения в диапазоне 500-3000 об/мин, в особенности на скорости вращения в диапазоне 1000-2500 об/мин.

Способ предпочтительно включает шаг, на котором управляют дополнительным источником энергии с целью подачи выходного крутящего момента на нагрузку на среднем участке диапазона скоростей вращения, в особенности с целью разгона нагрузки.

Способ предпочтительно включает шаг, на котором управляют гибридным приводом таким образом, чтобы дополнительный источник энергии являлся главным источником энергии для подачи выходного крутящего момента на нагрузку на среднем участке диапазона скоростей вращения, и в особенности таким образом, чтобы дополнительный источник энергии являлся единственным источником энергии для подачи выходного крутящего момента на нагрузку на среднем участке диапазона скоростей вращения. Электрической машиной можно управлять таким образом, чтобы она выдавала определенный выходной крутящий момент на упомянутом среднем участке диапазона скоростей вращения.

Дополнительный источник энергии предпочтительно приспособлен для подачи выходного крутящего момента на скорости вплоть до предельной скорости вращения вблизи верхнего участка диапазона скоростей вращения, в особенности предельной скорости вращения вблизи максимальной скорости вращения дополнительного источника энергии. Предел верхнего участка диапазона скоростей вращения предпочтительно по существу соответствует максимальной скорости вращения двигателя внутреннего сгорания. Тем не менее двигатель внутреннего сгорания может быть способен работать по меньшей мере частично на верхнем участке диапазона скоростей вращения. Следовательно, электрическая машина и двигатель внутреннего сгорания могут выдавать выходной крутящий момент одновременно по меньшей мере на протяжении части верхнего участка диапазона скоростей вращения. Кроме того, двигатель внутреннего сгорания может быть приспособлен таким образом, чтобы он мог выдавать выходной крутящий момент также на верхнем участке диапазона скоростей вращения, но в действительности он отсоединен от нагрузки на верхнем участке, и на упомянутом верхнем участке согласно способу используют только узел электрической машины.

Способ предпочтительно включает шаг, на котором по меньшей мере частично разъединяют дополнительный источник энергии и коробку передач на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения, в частности полностью разъединяют дополнительный источник энергии и коробку передач на этом упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения. Процедуру разъединения предпочтительно осуществляют с помощью сцепления.

Дополнительный источник энергии предпочтительно способен при каждом из передаточных отношений выдавать максимальную мощность преимущественно в средней части диапазона скоростей вращения для передаточного отношения, а электрическая машина вырабатывает максимальную мощность при приближении к нижнему и(или) верхнему пределам скоростей вращения для передаточного отношения.

Коробка передач предпочтительно способна обеспечивать множество передаточных отношений.

Способ предпочтительно включает шаг, на котором электрической машиной управляют с целью подачи крутящего момента на нагрузку посредством коробки передач также на нижнем участке диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении в случае разгона при трогании с места или при включенной предыдущей передаче.

Подразумевается, что раскрытые признаки изобретения допускают их объединение в любом сочетании, не выходящем за пределы объема изобретения, охарактеризованного приложенной формулой изобретения.

Описание чертежей

Далее лишь в порядке примера описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

на фиг.1 схематически проиллюстрирован гибридный привод согласно настоящему изобретению,

на фиг.2 - диаграмма, иллюстрирующая разгон транспортного средства, на котором установлен проиллюстрированный на фиг.1 гибридный привод, который работает обычным известным образом, и

на фиг.3 - диаграмма, иллюстрирующая разгон транспортного средства, на котором установлен проиллюстрированный на фиг.1 гибридный привод, который работает согласно предлагаемому в настоящем изобретении способом.

Описание вариантов осуществления изобретения

Далее описан один из вариантов осуществления гибридного привода согласно настоящему изобретению. Затем проиллюстрирована работа гибридного привода. После этого описаны альтернативные варианты осуществления гибридного привода.

Хотя далее изобретение проиллюстрировано на примере одного из вариантов осуществления гибридного привода транспортного средства, это ни в коей мере не подразумевает какого-либо ограничения в том, что касается области применения изобретения. Напротив, изобретение также применимо во множестве других областей, как например в гибридных приводах поездов, катеров, судов и для стационарного использования.

На фиг.1 проиллюстрирован гибридный привод, в целом обозначенный позицией 10. В конструкцию гибридного привода 10 входит относительно небольшое число составных элементов с целью обеспечения повышенной надежности и компактности. Кроме того, многие из ее элементов являются адаптацией хорошо отработанных компонентов, используемых в транспортных средствах по всему миру. Вместе с тем гибридный привод 10 отличается от известных приводов рядом важных особенностей, которые дополнительно проиллюстрированы далее.

Привод 10 содержит двигатель 20 внутреннего сгорания с соответствующим выхлопным патрубком 30. Двигателем 20 внутреннего сгорания может являться обычный двигатель без наддува или с турбонаддувом. Двигателем 20 внутреннего сгорания, в частности, является дизельный двигатель, биогазовый двигатель или бензиновый двигатель. Двигатель 20 внутреннего сгорания имеет выходной коленчатый вал 40, который связан с возможностью вращения с первым диском сцепления 50. Второй диск сцепления 50 посредством дополнительного вала связан с возможностью вращения с узлом 60 электрической машины. Сцеплением 50 является сцепление типа предохранительной фрикционной муфты, которая обеспечивает характеристики передачи крутящего момента; сцепление 50 может бесступенчато регулироваться между положениями полного выключения и полного включения в пределах степеней передачи крутящего момента между ними.

Узел 60 электрической машины содержит по меньшей мере одну электрическую машину 70, которая при ее возбуждении электрической энергией не только способна генерировать механическую энергию вращения и тем самым крутящий момент на валу привода, но также способна действовать как генератор, когда она настроена на обеспечение рекуперативного торможения и тем самым тормозного момента; таким образом, электрическая машина 70 способна действовать и как электродвигатель, и как генератор. Узел 60 электрической машины дополнительно имеет выходной вал 80, который связан с возможностью вращения с электрической машиной 70, а также, как это проиллюстрировано, с выходным коленчатым валом 40 двигателя 20 внутреннего сгорания. Кроме того, узел 60 электрической машины имеет блок 90 управления электрической машиной и блок 100 силовой электроники для переключения подачи сильного тока в электрическую машину 70 и из электрической машины 70 в зависимости от того, действует ли она как приводной электродвигатель или как генератор.

Привод 10 также имеет блок 150 аккумулирования энергии. Блок 150 аккумулирования энергии содержит элемент 160 для аккумулирования энергии, который может быть реализован в виде перезаряжаемой батареи, электрически связанной с контроллером 170 элемента для аккумулирования энергии, который управляет зарядкой и разрядкой элемента 160 для аккумулирования энергии. В качестве альтернативы, элемент 160 для аккумулирования энергии может быть реализован с использованием технологии никель-металл-гидридных (NiMH) батарей, усовершенствованной технологии свинцово-кислотных батарей, технологии ионно-литиевых перезаряжаемых элементов или технологии литиевых перезаряжаемых элементов с полимерным электролитом. В качестве элементов 160 для аккумулирования энергии также могут использоваться конденсаторы большой емкости. В качестве альтернативы, элемент 160 для аккумулирования энергии может быть реализован в виде устройства для аккумулирования вращающего момента махового колеса, устройства для аккумулирования гидравлической энергии, устройства для аккумулирования механической энергии в сочетании с любым применимым устройством преобразования энергии (непоказанным), преобразующим:

электрическую энергию, вырабатываемую электрической машиной 70 (действующей как генератор), в энергию, форма которой применима для аккумулирования в упомянутом элементе 160 для аккумулирования энергии; и

энергию, хранящуюся в упомянутом элементе 160 для аккумулирования энергии, в электрическую энергию для использования в электрической машине 70 (действующей как электродвигатель).

Элемент 160 для аккумулирования энергии также может быть реализован на основе сочетания нескольких таких технологий аккумулирования энергии с целью наилучшего использования индивидуальных зарядных и разрядных характеристик этих технологий.

Привод 100 и транспортное средство, на котором он установлен, имеют связанные с ними вспомогательные механизмы 180 с электроприводом, например один или несколько механизмов, включающих электрические отопители, вентиляторы, системы защиты и системы кондиционирования воздуха в транспортном средстве. Эти вспомогательные механизмы 180 с электроприводом электрически связаны с элементом 160 для аккумулирования энергии, как это показано на фиг.1.

Упомянутый выходной вал 80 связан с возможностью вращения с коробкой 200 передач. Коробка 200 передач способна обеспечивать несколько дискретных передаточных отношений и нейтральное положение передачи крутящего момента от выходного вала 80 концевому выходному валу 210. Концевой выходной вал 210 посредством дифференциальной передачи 220 связан с возможностью вращения с нагрузкой 230 привода 10, например, одним или несколькими колесами 230 транспортного средства (не показано), на котором установлен привод 10. Транспортным средством может быть транспортное средство большой грузоподъемности, такое как автобус, грузовой автомобиль, строительное транспортное средство, фургон для доставки грузов или транспортное средство любого другого типа, от которого в процессе эксплуатации требуется способность относительно быстро плавно и равномерно набирать скорость при частых остановках и трогании с места. Тем не менее настоящее изобретение не ограничено такими транспортными средствами, и привод 10 применим в пассажирских транспортных средствах, катерах, судах и стационарных системах энергоснабжения.

Привод 100 дополнительно имеет центральный блок 300 управления, электрически связанный с узлом привода (не показан), который взаимодействует со сцеплением 50, блоком 90 управления электрической машиной, контроллером 170 элемента для аккумулирования энергии и силовым приводом (не показан), который взаимодействует с коробкой 200 передач. Центральный блок 300 управления способен обеспечивать интерфейс со многими входами для водителя транспортного средства, например центральный блок 300 управления способен принимать от водителя команды разгона, торможения и переключения передач. Кроме того, хотя это не показано на фиг.1, привод 10 имеет датчики, расположенные в различных ключевых положениях, для измерения крутящего момента или измерения сигналов параметров для последующего расчета или оценки крутящего момента; датчики преимущественно реализованы в виде датчиков скорости вращения, например оптических или индуктивных датчиков скорости вращения, реализованных в виде оптических или индуктивных датчиков положения, способных генерировать сигналы; на основании углового ускорения из сигналов можно вывести показатель крутящего момента согласно Уравнению (1):

в котором

T означает крутящий момент, а

I означает момент инерции.

Центральный блок 300 управления способен выполнять различные функции, которые разъяснены далее на примере взаимодействия двигателя 20 внутреннего сгорания, сцепления 50, узла 60 электрической машины и коробки 200 передач. Узел 60 электрической машины может быть реализован с использованием одной или нескольких из следующих технологий: регулируемого магнитного сопротивления, индукционных электродвигателей/генераторов, постоянных электромагнитов.

Далее со ссылкой на фиг.1 описана работа привода 10. Блок 300 управления запрограммирован на периодическое приведение в действие двигателя 20 внутреннего сгорания таким образом, чтобы использовать его на протяжении наиболее эффективной части его теплового режима работы и чтобы двигатель 20 внутреннего сгорания обеспечивал уменьшенный расход топлива приводом 10. В связи с этим существуют периоды, на протяжении которых двигатель 20 внутреннего сгорания находится в выключенном состоянии, когда в него не поступает топливо. При нахождении двигателя 20 внутреннего сгорания в выключенном состоянии блок 300 управления предпочтительно управляет сцеплением 50 таким образом, чтобы оно находилось в выключенном состоянии. Как описано выше, сцепление 50 по меньшей мере частично включено для передачи крутящего момента от двигателя 20 внутреннего сгорания при нахождении двигателя 20 внутреннего сгорания во включенном состоянии, когда в него поступает топливо. Блок 300 управления запрограммирован на управление работой узла 60 электрической машины, сцепления 50 и двигателя 20 внутреннего сгорания таким образом, чтобы выключение и включение двигателя 20 внутреннего сгорания в силовой передаче 10 преимущественно не вызывало каких-либо заметных рывков крутящего момента. Такая характеристика особенно важна, когда приводом 10 оснащен автобус, который в процессе эксплуатации перевозит пассажиров в положении стоя и от которого требуется плавный и быстрый разгон в городской среде, чтобы чрезмерно не мешать уличному движению и при этом обеспечивать максимальное сбережение топлива в соответствии с экономическими требованиям и ограничениями на выброс продуктов сгорания топлива.

Далее со ссылкой на фиг.2 описана обычная известная работа привода 10. На фиг.2 представлена первая диаграмма, в целом обозначенная позицией 400. По оси 410 абсцисс на первой диаграмме 400 слева направо отложено истекшее время. Кроме того, ось 420 ординат на первой диаграмме поделена на первую, вторую и третью области 440, 460, 480. Первая область 440 оси 420 ординат соответствует возрастающей скорости транспортного средства снизу вверх. Вторая область 460 оси 420 ординат соответствует тяговой мощности, выдаваемой электрической машиной 70, при этом мощность увеличивается снизу вверх. Третья область 480 оси 420 ординат соответствует тяговой мощности, выдаваемой двигателем 20 внутреннего сгорания посредством сцепления 50, при этом мощность увеличивается снизу вверх. Разгон транспортного средства показан в виде последовательности шагов, начинающейся с шага P1 и завершающейся шагом P5; за шагом P5 следуют дополнительные шаги, которые не описаны. На пути от шага P1 к шагу P5 скорость транспортного средства соответствует кривой 430, находящейся в первой области 440, мощность, выдаваемая электрической машиной 70, соответствует кривой 450, находящейся во второй области 460, а мощность, выдаваемая двигателем 20 внутреннего сгорания, соответствует кривой 470, находящейся в третьей области 480. Шаги P1, P3 и P5 соответствуют разгону транспортного средства. В одном из примеров на шаге P1 электрическая машина 70 способна обеспечивать большую часть механической энергии и крутящего момента при частоте вращения вала от 1000 об/мин до 1500 об/мин, после чего двигатель 20 внутреннего сгорания обеспечивает большую часть механической энергии и крутящего момента при частоте вращения вала от 1500 об/мин до 3000 об/мин; аналогичное распределение нагрузки на единицу механической энергии между электрической машиной 70 и двигателем 20 внутреннего сгорания также преимущественно касается шагов P3 и P5. Шаги P2 и P4 соответствуют переключениям передач, происходящим в коробке 200 передач. Первая диаграмма 400 преимущественно соответствует режиму, описанному в упомянутой опубликованной международной заявке WO 2005/016681.

В момент, непосредственно предшествующий шагу P1, транспортное средство, на котором установлен гибридный привод 10, находится в неподвижном состоянии. На протяжении шага P1 происходит первоначальный разгон до пороговой скорости с использованием мощности, выдаваемой преимущественно электрической машиной 70, после чего двигатель 20 внутреннего сгорания постепенно начинает выдавать больше мощности, чем электрическая машина 70; в конце шага P1 тяговая мощность для разгона транспортного средства поступает преимущественно от двигателя 20 внутреннего сгорания. На протяжении шага P2 происходит переключение передач, при этом электрическую машину 70 снова используют в начале шага P3 для обеспечения тяговой мощности во взаимодействии с двигателем 20 внутреннего сгорания, который снова берет на себя функции обеспечения большей части тяговой мощности в конце шага P3, который непосредственно предшествует переключению передач на шаге P4. В начале шага P5 двигатель 20 внутреннего сгорания выдает относительно больше тяговой мощности, чем электрическая машина 70; на протяжении шага P5 двигатель 20 внутреннего сгорания увеличивает выдаваемую тяговую мощность по мере постепенного уменьшения мощности, выдаваемой электрической машиной 70. По завершении шага P5 двигатель 20 внутреннего сгорания все больше используют для обеспечения тяговой мощности настолько, что выдача электрической машины 70 является относительно второстепенной. Переключения передач на шагах P2 и P4 вызывают скачкообразные изменения разгона, обозначенные позициями 500 и 510 соответственно, которые могут ощущаться пассажирами, едущими в транспортном средстве, например автобусе, как рывки при разгоне.

С целью дополнительного пояснения обычной работы привода 10 далее описаны некоторые примеры параметров, касающиеся практической реализации привода 10.

Электрической машиной 70 предпочтительно является шестифазный синхронный электродвигатель с постоянным магнитом (ПМ), который способен генерировать механическую энергию в 120 кВт и максимальный крутящий момент в 800 Н·м. Кроме того, хотя электрическая машина 70 развивает наибольший крутящий момент при меньших скоростях вращения, ее ротор способен достигать скорости вращения из неподвижного состояния преимущественно в 8000 об/мин.

Коробкой 200 передач преимущественно является фирменная автоматическая коробка передач компании Volvo "I-shift"; в качестве альтернативы, коробкой 200 передач может являться сконструированная по заказу коробка передач, рассчитанная на применение в силовой передаче 10. Например, коробка 200 передач имеет от шести до двенадцати передач, по отдельности выбираемых с помощью блока 300 управления; чаще всего коробка 200 передач имеет преимущественно десять передач. За счет такой реализации коробки передач двигатель 20 внутреннего сгорания может приводить в движение транспортное средство, на котором установлен привод 10, в диапазоне скоростей от 0 км/ч до 150 км/ч. Таким образом, во время разгона транспортного средства при трогании с места до скорости порядка 80 км/ч в коробке 200 передач обычно необходимо последовательно переключить пять-шесть передач. При каждом переключении скорости в коробке 200 передач потенциально происходят перерывы в передаче мощности через коробку 200 передач, когда электрическая машина 70 и двигатель 20 внутреннего сгорания на мгновение разъединяют с коробкой 200 передач во время работы привода 10.

В настоящем изобретении исходят из того, что работа гибридного привода 10 может быть усовершенствована с целью обеспечения более равномерного и более плавного разгона, чем тот, который проиллюстрирован на фиг.2. Гибридный привод 10 предпочтительно эксплуатируют согласно настоящему изобретению, а именно способом, проиллюстрированным на фиг.3. На фиг.3 проиллюстрирована вторая диаграмма, в целом обозначенная позицией 600. По упомянутой оси 410 абсцисс на второй диаграмме 600 слева направо отложено истекшее время t. Кроме того, ось 420 ординат на второй диаграмме 600 имеет упомянутые первую, вторую и третью области 440, 460, 480 соответственно. Кривая 630 в первой области 440 второй диаграммы 600 соответствует скорости транспортного средства, оснащенного гибридным приводом 10. Кривая 640 второй диаграммы 600 соответствует тяговой мощности, выдаваемой электрической машиной 70; например, электрическая машина 70 способна выдавать свою механическую энергию в диапазоне скоростей вращения вала от 1000 об/мин примерно до 6000 об/мин, когда соответствующее транспортное средство уже находится в движении, и может быть преимущественно от 0 об/мин примерно до 6000 об/мин, когда транспортное средство трогается с места. Кривая 650 на второй диаграмме 600 соответствует тяговой мощности, выдаваемой двигателем 20; например, двигатель 20 внутреннего сгорания способен выдавать свою механическую энергию в диапазоне скоростей вращения вала от 1500 об/мин до 3000 об/мин, хотя двигатель 20 внутреннего сгорания способен работать на скоростях вращения менее 1500 об/мин и более 3000 об/мин, когда его принуждает к этому электрическая машина 70 в режиме холостого хода. Вторая диаграмма 600 соответствует постепенному разгону транспортного средства с шага Q1 до шага Q5. Шаги Q2 и Q4 соответствуют переключениям передач в коробке 200 передач. Вместе с тем, в отличие от первой диаграммы, представленной на фиг.2, на второй диаграмме 600, представленной на фиг.3, на примере кривой 630 показана более высокая скорость, достигаемая транспортным средством при каждом переключении передач на протяжении шагов Q1, Q3 и Q5, за счет чего требуются относительно менее частые переключения передач и, следовательно, уменьшается износ коробки 200 передач и сцепления 50, и обеспечивается более плавный и более равномерный разгон, чем разгон, показанный на первой диаграмме 400. Таким образом, как показано на второй диаграмме 600, на шагах Q1, Q3 и Q5 может быть достигнут больший диапазон скоростей за счет использования способности электрической машины 70 действовать на протяжении большего диапазона скоростей вращения, чем двигатель 20 внутреннего сгорания; коробка 200 передач может иметь меньше диапазонов передач, которые в большей степени разнесены друг от друга в том, что касается их передаточных отношений, за счет чего упрощается механическая конструкция коробки 200 передач и тем самым потенциально снижается стоимость ее изготовления и повышается ее эксплуатационная надежность.

С целью оптимизации термического кпд двигатель 20 внутреннего сгорания может иметь диапазон уменьшенных скоростей вращения по сравнению с обычным двигателем внутреннего сгорания, не рассчитанным на применение в гибридной силовой передаче; например, двигатель 20 внутреннего сгорания может иметь конструкцию с улучшенными характеристиками, и в нем может использоваться впускной патрубок с улучшенными характеристиками. При необходимости электрическую машину 70 модернизируют до более мощного устройства, если ее эксплуатируют, как это показано на фиг.3. Таким образом, важным признаком, показанным на фиг.3, является то, что возбуждение электрической машины 70 усиливают преимущественно до переключения передач, чтобы продлить шаги Q3, Q5 и в особенности шаг Q1. Следовательно, как это обозначено кривой 650, двигатель 20 внутреннего сгорания способен выдавать наибольшую мощность в основном на среднем участке шагов Q1, Q3 и Q5. Во избежание превышения допустимого числа оборотов двигателя 20 внутреннего сгорания сцепление 50 может быть выключено, чтобы изолировать двигатель 20 внутреннего сгорания на последних участках шагов Q1, Q3 и Q5, и в этом случае тяговую мощность для разгона транспортного средства получают только от электрической машины 70 непосредственно перед переключением передач. Такой режим работы отличается от обычной практики, согласно которой наиболее приемлемым считается, чтобы двигатель 20 внутреннего сгорания выдавал тяговую мощность на последних участках шагов P1, P3 и P5 непосредственно перед переключением передач, как это показано на фиг.2. В то время как сцепление 50 используют для изоляции двигателя 20 внутреннего сгорания, двигатель 20 внутреннего сгорания может быть выключен; в качестве альтернативы, двигатель 20 внутреннего сгорания может продолжать работать, пока он изолирован сцеплением 50.

Как показано на фиг.3, электрическая машина 70 обеспечивает большую часть тяговой мощности при первоначальном запуске и переключениях передач; например, электрическая машина 70 рассчитана выдавать большую часть своей тяговой мощности в нижнем диапазоне скоростей вращения вала от 1000 об/мин до 1500 об/мин, а также в верхнем диапазоне скоростей вращения вала от 3000 примерно до 6000 об/мин, соответственно, например, по меньшей мере примерно до 4500 об/мин; более низкий диапазон скоростей вращения вала от 0 об/мин до 1500 об/мин может быть применим, когда транспортное средство приведено в движение. Как показано на фиг.3, двигатель 20 используют для обеспечения большей части тяговой мощности в промежуточных областях между переключениями передач; например, двигатель 20 рассчитан выдавать большую часть своей тяговой мощности в диапазоне скоростей вращения преимущественно от 1500 об/мин до 3000 об/мин. Хотя на фиг.3 проиллюстрирован разгон транспортного средства, аналогичный подход также применим при замедлении транспортного средства с целью уменьшения числа переключаемых передач; во время замедления двигатель 20 внутреннего сгорания остается выключенным на протяжении промежуточных областей переключения передач. Например, в условиях городского движения с частыми остановками и троганиями с места целесообразно, чтобы управление транспортным средством с конфигурацией согласно настоящему изобретению осуществлялось только на шаге Q1 без необходимости переключения передач; для сравнения при управлении транспортным средством согласно первой диаграмме потребовалось бы переключение передач на шаге P2, чтобы инициировать шаг P3, при этом переключение передач на шаге P2 вызывает кратковременный перерыв в подаче тяговой мощности в транспортное средство и, следовательно, рывки при разгоне, ощущаемые пассажирами транспортного средства. При управлении приводом 10 согласно второй диаграмме 600 уменьшаются отклонения от нормального режима в областях 700, 710, связанные с переключениями передач на шагах Q2 и Q4 соответственно. Кроме того, как пояснено ранее, изобретение позволяет выгодно использовать более простую конструкцию коробки 200 передач с меньшим числом диапазонов передач, за счет чего снижается стоимость ее изготовления и повышается ее эксплуатационная надежность.

Управление транспортным средством, имеющим привод 10, способом, проиллюстрированным на фиг.3, осуществляют путем соответствующего программирования центрального блока 300 управления. Центральный блок 300 управления способен, например, управлять способом распределения механической энергии, выдаваемой электрической машиной 70, по сравнению с двигателем 20 внутреннего сгорания в зависимости от частоты вращения вала, с целью реализации настоящего изобретения, например, как это проиллюстрировано на фиг.3. Компьютерные программы, исполняемые центральным блоком 300 управления, могут храниться в нем на носителе данных, например на съемном модуле постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), подключаемом к разъему блока 300 управления. В качестве альтернативы или дополнительно, блок 300 управления имеет канал передачи данных, например радиоканал, такой как радиоканал на основе технологии Bluetooth или канал сотовой телефонной связи, при этом исполняемые программы могут в виде несущего радиосигнала передаваться по каналу передачи данных с целью их сохранения в памяти блока 300 управления для последующего выполнения блоком 300. Центральный блок 300 управления может быть соединен посредством канала передачи данных, например радиоканала передачи данных с сетью связи, такой как Интернет, для загрузки из нее одного или нескольких программных продуктов. В частности, когда центральный блок 300 управления реализован в виде вычислительных аппаратных средств, способных выполнять компьютерные программы, привод 10 может быть настроен на избирательное переключение на диаграммы 400, 600 или любую промежуточную характеристику между ними.

Как показано на фиг.3, электрическая машина 70 обеспечивает относительно большую часть механической энергии на скорости вращения вала преимущественно вплоть до 1500 об/мин, двигатель 20 внутреннего сгорания обеспечивает относительно большую часть механической энергии в диапазоне скоростей вращения вала преимущественно от 1500 об/мин до 3000 об/мин, и электрическая машина 70 обеспечивает относительно большую часть механической энергии в диапазоне скоростей вращения вала от 3000 об/мин до 5000 об/мин. Вместе с тем в зависимости от размера и конструкции электрической машины 70 и двигателя 20 внутреннего сгорания эти диапазоны могут отчасти меняться. Например, когда двигатель 20 внутреннего сгорания имеет относительно небольшие размеры, рабочий диапазон мощности двигателя 20 потенциально может превышать 3000 об/мин и достигать, например, 3500 об/мин. Напротив, когда двигатель 20 внутреннего сгорания имеет относительно большие размеры, например в случае дизельного двигателя объемом 10 литров, рабочий диапазон мощности двигателя 20 находится в пределах от 1000 об/мин примерно до 2500 об/мин; в такой ситуации электрическая машина 70 рассчитана на выдачу своей механической энергии в диапазоне скоростей вращения вала преимущественно от 500 об/мин до 1000 об/мин и в диапазоне скоростей вращения вала преимущественно от 2500 об/мин до 4000 об/мин. Возможны другие варианты таких диапазонов скоростей вращения, входящие в объем настоящего изобретения, охарактеризованы приложенной формулой изобретения.

Например, центральный блок 300 может быть запрограммирован на переключение гибридного привода, установленного на грузовом автомобиле или автобусе или любом другом транспортном средстве, между режимом "городского ездового цикла" с использованием предложенного в изобретении способа и "обычным" режимом (например, используемым при движении транспортного средства по автостраде). Вместе с тем на диаграмме 600 представлена усовершенствованная ситуация обеспечения более плавного и более равномерного разгона транспортного средства. Центральный блок 300 управления может автоматически переключаться в ответ на принимаемые им радиосигналы между таким режимом "городского ездового цикла" и "обычным" режимом. Такое автоматическое переключение между режимами потенциально способно уменьшать связанную с обработкой информации нагрузку на водителя транспортного средства.

Хотя варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше применительно к разгону нагрузки, например разгону транспортного средства, такого как автобус, изобретение также относится к рекуперативному торможению и замедлению нагрузки. За счет применения узла 60 электрической машины на более высоких скоростях вращения непосредственно после переключения на более низкую передачу также может быть уменьшено число переключений передач, необходимых для замедления нагрузки. Таким образом, за счет применения настоящего изобретения могут быть расширены диапазоны скоростей вращения, соответствующие передачам в приводе.

Хотя настоящее изобретение описано выше применительно к приводу 10, подразумевается, что настоящее изобретение не ограничено применением в такой конфигурации и может быть адаптировано для применения в приводах с другими конфигурациями. Таким образом, возможны усовершенствования описанных выше вариантов осуществления изобретения, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения, охарактеризованного приложенной формулой изобретения.

Хотя выше описано применение привода 10 на примере транспортных средств, например автобусов и грузовых автомобилей, подразумевается, что он также применим в системах других типов, например в пассажирских транспортных средствах, трамваях, поездах, катерах, судах и стационарных системах энергоснабжения.

Такие обороты, как "имеющий", "содержащий", "включающий", "состоящий из", "иметь", "являться", используемые в описании и формулировках настоящего изобретения, следует толковать не в исключительном или исчерпывающем смысле, а именно с учетом также не описанных в прямой форме наименований, компонентов или элементов. Упоминание единственного числа не исключает множественное число, если это специально не оговорено.

Заключенные в скобки цифровые позиции в приложенной формуле изобретения имеют целью облегчить ее понимание, и в любом случае не должны толковаться в качестве ограничения объекта, заявленного в формуле изобретения.

1. Гибридный привод (10), содержащий двигатель (20) внутреннего сгорания, способный выдавать выходной крутящий момент, узел (60) электрической машины, способный выдавать выходной крутящий момент, коробку передач (200), предназначенную для приема крутящего момента по меньшей мере от двигателя (20) внутреннего сгорания или узла (60) электрической машины и способную подавать соответствующую тяговую мощность на нагрузку (230) и обеспечивать множество передаточных отношений, блок (300) управления, связанный с двигателем (20) внутреннего сгорания, узлом (60) электрической машины и коробкой (200) передач с возможностью согласования их работы, отличающийся тем, что узел (60) электрической машины способен обеспечивать расширение диапазона скоростей вращения при заданном передаточном отношении на более высоких скоростях вращения до переключения передач с этого заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение.

2. Гибридный привод (10) по п.1, в котором узел (60) электрической машины также способен обеспечивать расширение диапазона скоростей вращения при заданном передаточном отношении на обеих более низких скоростях вращения - в случае разгона при трогании с места или предыдущей передачи.

3. Гибридный привод (10), содержащий двигатель (20) внутреннего сгорания, способный выдавать выходной крутящий момент, узел (60) электрической машины, способный выдавать выходной крутящий момент, коробку передач (200), предназначенную для приема крутящего момента по меньшей мере от двигателя (20) внутреннего сгорания или узла (60) электрической машины и способную подавать соответствующую тяговую мощность на нагрузку (230) и обеспечивать множество передаточных отношений, блок (300) управления, связанный с двигателем (20) внутреннего сгорания, узлом (60) электрической машины и коробкой (200) передач с возможностью согласования их работы, отличающийся тем, что узел (60) электрической машины способен обеспечивать расширение диапазона скоростей вращения при следующем передаточном отношении на более высоких скоростях вращения после переключения передач с заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение.

4. Привод (10) по любому из пп.1-3, содержащий соединительный механизм (50), способный по меньшей мере частично разъединять двигатель (20) внутреннего сгорания и коробку (200) передач на упомянутых более высоких скоростях вращения.

5. Привод (10) по п.4, в котором соединительный механизм (50) способен полностью разъединять двигатель (20) внутреннего сгорания и коробку (200) передач на упомянутых более высоких скоростях вращения.

6. Привод (10) по любому из пп.1-3, в котором двигатель (20) внутреннего сгорания на каждом из передаточных отношений способен выдавать максимальную мощность в основном на среднем участке диапазона скоростей вращения для данного передаточного отношения, а узел (60) электрической машины вырабатывает максимальную мощность при приближении к нижнему и верхнему пределам скоростей вращения для данного передаточного отношения.

7. Привод (10) по п.6, в котором упомянутый средний участок диапазона скоростей вращения соответствует скорости вращения выходного вала двигателя (20) внутреннего сгорания в диапазоне преимущественно от 1500 до 3000 об/мин, упомянутая более низкая скорость вращения соответствует скорости вращения выходного вала узла (60) электрической машины в диапазоне от 0 до 1500 об/мин, а упомянутая более высокая скорость вращения соответствует скорости вращения выходного вала узла (60) электрической машины в диапазоне преимущественно от 3000 по меньшей мере до 4500 об/мин.

8. Способ управления гибридным приводом (10), содержащим двигатель (20) внутреннего сгорания, способный выдавать выходной крутящий момент, узел (60) электрической машины, способный выдавать выходной крутящий момент, коробку передач (200), предназначенную для приема крутящего момента по меньшей мере от двигателя (20) внутреннего сгорания или узла (60) электрической машины и способную подавать соответствующую тяговую мощность на нагрузку (230) и обеспечивать множество передаточных отношений, блок (300) управления, связанный с двигателем (20) внутреннего сгорания, узлом (60) электрической машиной и коробкой (200) передач с возможностью согласования их работы, отличающийся тем, что включает шаги, на которых используют узел (60) электрической машины для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более низких скоростях вращения в случае разгона при трогании с места или при предыдущем передаточном отношении, и для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более высоких скоростях вращения до переключения передач с упомянутого заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение, или используют узел электрической машины для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более высоких скоростях вращения до переключения передач с этого заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение.

9. Способ управления гибридным приводом (10), содержащим двигатель (20) внутреннего сгорания, способный выдавать выходной крутящий момент, узел (60) электрической машины, способный выдавать выходной крутящий момент, коробку передач (200), предназначенную для приема крутящего момента по меньшей мере от двигателя (20) внутреннего сгорания или узла (60) электрической машины и способную подавать соответствующую тяговую мощность на нагрузку (230) и обеспечивать множество передаточных отношений, блок (300) управления, связанный с двигателем (20) внутреннего сгорания, узлом (60) электрической машины и коробкой (200) передач с возможностью согласования их работы, отличающийся тем, что включает шаги, на которых используют узел (60) электрической машины для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более низких скоростях вращения в случае разгона при трогании с места или при предыдущем передаточном отношении, и для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении на более высоких скоростях вращения до переключения передач с этого заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение, или используют электрическую машину (60) для расширения диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при следующем передаточном отношении на более высоких скоростях вращения после переключения передач с заданного передаточного отношения на следующее за ним передаточное отношение.

10. Способ по п.8 или 9, включающий шаг, на котором используют соединительный механизм (50), чтобы по меньшей мере частично разъединять двигатель (20) внутреннего сгорания и коробку (200) передач на упомянутых более высоких скоростях вращения.

11. Способ по п.10, в котором используют соединительный механизм (50), способный полностью разъединять двигатель (20) внутреннего сгорания и коробку передач (200) на упомянутых более высоких скоростях вращения.

12. Способ по п.8 или 9, в котором двигатель (20) внутреннего сгорания при каждом из передаточных отношений способен выдавать максимальную мощность в основном на среднем участке диапазона скоростей вращения для данного передаточного отношения, а узел (60) электрической машины вырабатывает максимальную мощность при приближении к нижнему и верхнему пределам скоростей вращения для данного передаточного отношения.

13. Способ по п.12, в котором упомянутый средний участок диапазона скоростей вращения соответствует скорости вращения выходного вала двигателя (20) внутреннего сгорания в диапазоне преимущественно от 1500 до 3000 об/мин, упомянутая более низкая скорость вращения соответствует скорости вращения выходного вала узла (60) электрической машины в диапазоне от 0 до 1500 об/мин, а упомянутая более высокая скорость вращения соответствует скорости вращения выходного вала узла (60) электрической машины в диапазоне преимущественно от 3000 по меньшей мере до 4500 об/мин.

14. Система, содержащая гибридный привод (10) по любому из пп.1-7.

15. Система по п.14, способная управлять своим гибридным приводом (10) с использованием способа по любому из пп.8-13.

16. Система по п.14 или 15, представляющая собой автобус, грузовой автомобиль, автомобильный фургон, пассажирское транспортное средство, трамвай, поезд, катер, судно или стационарное устройство энергоснабжения.

17. Способ управления гибридным приводом, снабженным узлом электрической машины, способной посредством коробки передач выдавать или принимать крутящий момент на нагрузку или от нагрузки, и дополнительным источником энергии, способным посредством коробки передач выдавать выходной крутящий момент на нагрузку, включающий шаг, на котором управляют дополнительным источником энергии на среднем участке диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении коробки передач, и управляют электрической машиной в верхней части диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении коробки передач, причем дополнительный источник энергии является главным источником энергии для подачи выходного крутящего момента на нагрузку на среднем участке диапазона скоростей вращения.

18. Способ по п.17, включающий шаг управления гибридным приводом, при котором узел электрической машины является главным источником энергии на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения.

19. Способ по п.17, включающий шаг управления гибридным приводом, при котором узел электрической машины является единственным источником энергии на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения.

20. Способ по п.17, включающий шаг управления электрической машиной для подачи выходного крутящего момента на нагрузку на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения.

21. Способ по п.17, включающий шаг управления электрической машиной для подачи выходного крутящего момента на нагрузку на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения для разгона нагрузки.

22. Способ по п.20, включающий шаг управления электрической машиной для подачи выходного крутящего момента на нагрузку на верхнем участке диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении до переключения передач с этого заданного передаточного отношения на более высокое передаточное отношение.

23. Способ по п.17, включающий шаг управления электрической машиной для приема крутящего момента от нагрузки.

24. Способ по п.17, включающий шаг управления электрической машиной для приема крутящего момента от нагрузки на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения для замедления нагрузки.

25. Способ по п.23, включающий шаг управления электрической машиной для приема крутящего момента от нагрузки на верхнем участке диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении, после переключения передач на это передаточное отношение с более высокого передаточного отношения.

26. Способ по п.23, включающий шаг управления электрической машиной для рекуперативного торможения нагрузки.

27. Способ по п.17, в котором дополнительным источником энергии является двигатель внутреннего сгорания.

28. Способ по п.17, включающий шаг управления дополнительным источником энергии для подачи выходного крутящего момента на нагрузку на среднем участке диапазона скоростей вращения.

29. Способ по п.17, включающий шаг управления гибридным приводом, при котором дополнительный источник энергии является единственным источником энергии для подачи выходного крутящего момента на нагрузку на среднем участке диапазона скоростей вращения.

30. Способ по п.17, включающий шаг управления дополнительным источником энергии для подачи выходного крутящего момента на нагрузку на среднем участке диапазона скоростей вращения для разгона нагрузки.

31. Способ по п.17, в котором дополнительный источник энергии приспособлен для выдачи крутящего момента на скорости вплоть до предельной скорости вращения вблизи верхнего участка диапазона скоростей вращения.

32. Способ по п.31, в котором предельная скорость вращения находится вблизи максимальной скорости вращения дополнительного источника энергии.

33. Способ по п.17, включающий шаг, на котором по меньшей мере частично разъединяют дополнительный источник энергии и коробку передач на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения.

34. Способ по п.17, включающий шаг, на котором полностью разъединяют дополнительный источник энергии и коробку передач на упомянутом верхнем участке диапазона скоростей вращения.

35. Способ по п.17, в котором дополнительный источник энергии способен при каждом из передаточных отношений выдавать максимальную мощность в основном на среднем участке диапазона скоростей вращения для данного передаточного отношения, а узел электрической машины обеспечивает максимальную мощность при приближении к нижнему и(или) верхнему пределам скоростей вращения для данного передаточного отношения.

36. Способ по п.17, в котором коробка передач способна обеспечивать множество передаточных отношений.

37. Способ по п.17, включающий шаг, на котором осуществляют управление электрической машиной для подачи крутящего момента на нагрузку посредством коробки передач также на нижнем участке диапазона скоростей вращения, обеспечиваемых при заданном передаточном отношении в случае разгона при трогании с места или на предыдущей передаче.