Лекция по гибриду часть I (Презентации)
Описание файла
Файл "Лекция по гибриду часть I" внутри архива находится в следующих папках: Презентации 10 сем, Новая папка. Документ из архива "Презентации", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "расчёт планетарной коробки передач" из 10 семестр (2 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "расчёт планетарной коробки передач" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Лекция по гибриду часть I"
Текст из документа "Лекция по гибриду часть I"
Введение
В конце 90-х годов прошлого столетия возродившийся интерес к развитию гибридных транспортных средств стимулировал развитие научно-исследовательских работ по изучению трансмиссий, способных передавать крутящий момент к ведущим колесам автомобиля от двух источников энергии (так называемых гибридных трансмиссий). Были разработаны и изготовлены несколько опытных образцов новых вариантов таких транспортных средств, но только три из них получили серийное производство.
Несмотря на большое количество вариантов построения кинематических схем гибридных трансмиссий, все они должны удовлетворять следующим требованиям [1]:
-
обеспечивать суммирование крутящего момента от двух источников энергии и передавать его на колеса транспортного средства;
-
обеспечивать разделение мощности ДВС, часть которой передаётся через электрическую ветвь трансмиссии, а другая через механическую ветвь;
-
обеспечивать движение транспортного средства только на одном из двух источников энергии;
-
обеспечивать независимое управление двумя источниками энергии;
-
обеспечивать бесступенчатое изменение передаточного отношения трансмиссии;
-
обеспечивать регенерацию энергии торможения транспортного средства;
Существует множество вариантов построения гибридных трансмиссий. Наиболее часто встречаемые в открытой литературе это последовательные (рис.1) и параллельные (рис.2) варианты. В настоящее время все большее распространение получают гибридные трансмиссии с разделением мощности двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (рис.3).
При последовательном варианте (рис.1) мощность передается от ДВС на генератор далее к электродвигателю, который соединен с ведущими колесами. Между ДВС и ведущими колесами отсутствует прямая механической связь (ДВС и ведущие колеса – независимы друг от друга). Пара электродвигатель-генератор, совместно с аккумуляторами, представляют собой электрическую трансмиссию, которая обеспечивает бесступенчатое изменение передаточного отношения и регулирование мощности между ДВС и ведущими колесами. В этом случае происходит двойное преобразование энергии ДВС: механической в электрическую и обратно. Каждое преобразование приводит к потере в среднем 10% мощности [2]. Таким образом, КПД трансмиссии в этом случае может быть не более 81%. Кроме того, максимальная мощность, по крайней мере, одной электрической машины должна соответствовать максимальной мощности ДВС. Это условие приводит к увеличению габаритов и веса трансмиссии. По этим причинам последовательные варианты построения гибридной трансмиссии используются главным образом для коммерческих транспортных средств, работающих в режиме «stop-and-go».
|
|
Рис.1. | Рис.2. |
В случае параллельной гибридной трансмиссии (рис.2) электродвигатель располагается параллельно обычной механической трансмиссии. Электрическая машина может быть объединена с ДВС, трансмиссией или просто быть соединена с ведомым валом. В этом случае существует два независимых потока мощности. Регулирование передаточного отношения осуществляется с помощью механической коробки передач, а регулирование мощности с помощью электромотора. Поскольку имеется прямая механическая связь между ДВС и ведущими колесами, то частоты их вращения являются зависимыми друг от друга. Параллельные гибридные трансмиссии хорошо себя зарекомендовали при движении по магистрали, но оказались непригодными по экономическим соображениям для городских условий движения. Жесткая связь частот вращения ДВС и ведущих колес требует в этом случае использования в составе трансмиссии вариатора [2].
Кроме того, параллельная гибридная трансмиссия вносит дополнительный вклад в стоимость транспортного средства, что может значительно перекрыть прибыль от экономии топлива, полученной в процессе всего жизненного цикла транспортного средства. Простые варианты параллельного построения гибридной трансмиссии используются, главным образом, для систем, в которых мощность, проходящая через электрическую часть трансмиссии, не превышает 15% мощности ДВС [2].
Трансмиссия с разделением мощности ДВС (рис.3) является другим наиболее перспективным вариантом построения гибридной трансмиссии, которая с недавнего времени пользуется повышенным вниманием со стороны разработчиков трансмиссий. Следует отметить, что в этом случае для разделения потока мощности ДВС в настоящее время используются как простые планетарные ряды, так и сложные планетарные механизмы.
|
Рис.3. |
Глава 1. Типовые схемы построения гибридных трансмиссий
Рассмотрим несколько вариантов схем построения кинематических схем гибридных трансмиссий.
1.1. Схема фирмы Honda
Одна из серийно выпускаемых гибридных трансмиссий используется на автомобилях Insight фирмы Honda [1]. Эта трансмиссия построена по параллельной схеме и может быть отнесена к умеренным гибридам, это означает, что в трансмиссии используются электромашины небольшой мощности. Этот проект включает в себя обычную трансмиссию с ручной коробкой передач и небольшой электромотор с постоянными магнитами, который установлен между ДВС и трансмиссией с традиционным сцеплением. При такой компоновке электромотор может использоваться как стартер, генератор переменного тока, демпфер колебаний ДВС, источник дополнительной мощности и генератор для регенерации энергии торможения. Такой вариант трансмиссии очень эффективен для использования в транспортных средствах, где габариты электромотора должны быть достаточно малыми, но не приемлем для использования в других транспортных средствах, работа которых основана на сбалансированности мощности ДВС и электромоторов.
1.2. Схемы фирмы ZF
Немецкой фирмой ZF разработано семейство гибридных трансмиссий построенных так же, как и гибридная трансмиссия фирмы Honda, по параллельной схеме, но в отличие от нее вместо механической используется серийно выпускаемая автоматическая коробка передач. Причем наличие или отсутствие гидротрансформатора в составе трансмиссии определяется весом автомобиля и мощностью используемого на нем ДВС (рис.4 и 5).
Рис.4. | Рис.5. |
Конструктивные исполнения подобного варианта гибридной трансмиссии представлены на рис.6.
а) | б) |
в) | г) |
Рис.6. |
1.3. Схема на основе планетарного механизма Симпсона
Tsai L.W., Schultz G. и Higuchi N. предложили схему гибридной трансмиссии (рис.7), которая является, по существу, трансмиссией построенной по параллельной схеме [1]. Предложенная схема включает в себя основные компоненты, используемые в большинстве 3-х и 4-х ступенчатых автоматических трансмиссиях, но она может при этом передавать крутящий момент к ведущим колесам от двух источников энергии.
Использование четырех фрикционных элементов и планетарного механизма, построенного по схеме Симпсона, позволяют этой трансмиссии удовлетворять всем приведенным выше требованиям, предъявляемым к гибридным трансмиссиям.
Рис.7. |
Данная кинематическая схема трансмиссии позволяет реализовать тринадцать режимов работы [1]:
-
один режим движения только на электромоторе;
-
три режима при совместной работе ДВС и электромотора, работающего в режиме электродвигателя;
-
один режим бесступенчатого регулирования передаточного отношения трансмиссии и зарядки аккумуляторных батарей (электромотор работает как генератор);
-
четыре режима движения только с помощью ДВС;
-
четыре режима с регенерацией энергии торможения.
Для исследования режимов работы гибридных трансмиссий, использующих сложные планетарные механизмы, удобно использовать их планы угловых скоростей. Несложный анализ кинематической схемы (рис.8) предложенного авторами планетарного механизма показывает, что он обладает тремя степенями свободы. План угловых скоростей этого механизма представлен на рис.9.
Из плана угловых скоростей видно, что для начала движения необходимо включить тормоз звена 3 и изменять частоту вращения электромотора, работающего в режиме электродвигателя, от нулевого значения (точка О) до максимального (точка А). В момент достижения оборотов электромашины максимального значения необходимо выключить тормоз звена 3 и включить муфту 6. Для дальнейшего разгона автомобиля обороты электромотора должны уменьшиться до нулевого значения. При полной остановке электромотора (точка В) скорость автомобиля будет иметь для текущего значения частоты вращения ДВС максимальное значение. В точке В частота вращения электромотора равна нулю, поэтому вся мощность, развиваемая ДВС, будет передаваться только механической частью трансмиссии, что приведет к увеличению КПД всей трансмиссии.
Рис.9. |
Кроме того, план угловых скоростей показывает, что возможно движение с использованием только механической части трансмиссии. Данная кинематическая схема позволяет реализовать четыре передачи, две из которых понижающие (точки на плане угловых скоростей А и С), одна прямая (точка е) и одна повышающая (точка В). Но следует отметить, что переключение с первой понижающей передачи (точка A) на вторую понижающую передачу (точка С) возможно только с разрывом потока мощности от ДВС к ведущим колесам. Поэтому наиболее рационально использовать только три передачи (точки А, е и В), включение которых возможно обеспечить без разрыва потока мощности от ДВС к ведущим колесам.