Гибридные
трансмиссии
Гибридными называются трансмиссии,
способные передавать крутящий момент
к ведущим колесам автомобиля от двух
источников энергии, причем, как
одновременно от двух источников, так и
отдельно от каждого.
Требованиям предъявляемые к
гибридным трансмиссиям
• обеспечивать
суммирование мощности
от двух источников энергии и передавать
ее на колеса транспортного средства;
обеспечивать движение
транспортного средства только на
одном из двух источников энергии;
•
•обеспечивать независимое управление
двумя источниками энергии;
• обеспечивать регенерацию энергии
торможения транспортного средства.
Типы гибридных
трансмиссий
Последовательные
Преимущества схемы:
• возможность бесступенчатого изменения
передаточного отношения;
• независимость скорости транспортного
средства и частоты вращения ДВС.
Недостатки схемы:
• мощность электромашин должна
быть такой же, как и мощность ДВС;
• происходит двойное преобразование
энергии ДВС, что приводит к потере
в среднем 10% мощности, и КПД
трансмиссии в этом случае может
быть не более 81%.
Последовательные варианты построения
гибридной трансмиссии используются,
главным образом, для коммерческих
транспортных средств, работающих в
режиме «stop-and-go».
Параллельные
Преимущества схемы:
• используется только одна
электромашина.
Недостатки схемы:
• ведущие колеса транспортного
средства имеют жесткую связь с
ДВС, поэтому для обеспечения
необходимого кинематического
диапазона трансмиссии необходимо
использовать либо коробку передач,
либо вариатор.
Схемы гибридных трансмиссий ZF
Схема на основе планетарного
механизма Симпсона
062
ПР: 42Х; 4Х3. Блок.муфты:
053;
План угловых скоростей
Параллельные гибридные трансмиссии
хорошо себя зарекомендовали при
движении по магистрали, но оказались
непригодными по экономическим
соображениям для городских условий
движения.
С разделением мощности ДВС
Преимущества схемы:
• возможность бесступенчатого изменения
передаточного отношения;
• независимость скорости транспортного
средства и частоты вращения ДВС;
• электромашины передают только часть
мощности, поэтому их габартно-массовые
показатели должны быть значительно
лучше по сравнению с последовательной
схемой.
Гибридные трансмиссии TOYOTA THS
(Toyota Hybrid System)
System
Трансмиссия автомобиля PRIUS
Трансмиссия автомобилей
RX400, Highlander и Camry
Трансмиссия автомобиля
Lexus GS450
Характеристики
электромашин THS
RX
400h /
Highlan
der
GS 450h
Параметр
Prius
Camry
HV
Ном.мощность
50 кВт
105 кВт 123 кВт
147 кВт
Max обороты
6700
об/мин
12400
об/мин
12400
об/мин
14400
об/мин
Ном.момент
400 Нм
270 Нм
333 Нм
275 Нм
Время разгона
до 60 миль в
час
10,1 с
8,5 с
6,9 с
5,2 с
Max
напряжение
500 В
650 В
650 В
650 В
2
р
М эм D и l р
Двухрежимная гибридная
трансмиссия GM
ПР: 520; 325; 3Х4. Блок.муфта:
28 x.
План угловых скоростей
Двухрежимная гибридная трансмиссия с
четырьмя фиксированными
передаточными отношениями
ПР: 520; 325; 3Х4. Блок.муфты:
28 x;
375.
План угловых скоростей
Схема Renault
ПР: 1Х0; 20Х.
План угловых скоростей
Расчет тягово-динамических
характеристик транспортного
средства с гибридной
трансмиссией THS
Разгон только за счет энергии ДВС
Электромашина А – генератор;
Электромашина В - мотор
Электромашина А – мотор;
Электромашина В - генератор
Внешняя характеристика ДВС ВАЗ
21114-60
Внешняя характеристика
электромашин
Характеристики автомобиля ВАЗ 2118
(КАЛИНА)
Снаряженная масса m, кг
1150
Полная масса, кг
1545
Тип двигателя
R- 4
Раб.объем двигателя Vр, л
1,6
Максимальная мощность Nmax, кВт
57
Обороты двигателя при максимальной мощности nN,
об/мин
6000
Максимальный кр.момент Mmax, Нм
125
Обороты двигателя при максимальном моменте nM,
об/мин
2500
Рабочий цикл
Оtto
Площадь поперечного сечения автомобиля F, м2
2,05
Коэффициент аэродинамического сопротивления cх
0,4
Динамический радиус качения колес Rк
0,275
D
М дв iтртр
mgRвк
cx FV
2mg
2
Расчет КПД трансмиссии THS
iox
ox
iox
Допущения:
• КПД электромашин постоянны;
• КПД одной электромашины (ηэл) равен
0,85;
• КПД планетарного ряда, определенного
при остановленном водиле, равен 0,97.
Уравнение кинематической связи ПР
1 i2 x 0 2 i2 xx
Преобразуем его к виду
1 i2 x 0 x (iэ i2 x )
где
2
iэ
x
в результате
0 iэ i2 x
iox
x 1 i2 x
Силовое передаточное отношение
Y1
э э
Y2
2x 2x
Y2
2x 2x
i
i
iox
1 i
Определим знак показателя степени КПД
электрической части трансмиссии Y1
iэ iox
sign(Y1 ) sign
i
i
э
ox
iox
1 i2 x
2
iэ (1 i2 x )
дiox
i2 x 0
0.
дiэ
iох > 0.
Если iЭ < 0, то Y1 = -1;
Если iЭ > 0, то Y1 = +1.
Определим знак показателя степени Y2
i2 x iox
sign(Y2 ) sign
i
i
2x
ox
Поскольку i2х < 0, а iох > 0, то
i2 x
0.
iox
iox
iэ 1
2
i2 x (1 i2 x )
Если iэ > 1, то
Если iэ < 1, то
iox
0
i2 x
iox
0
i2 x
.
Таким образом, знак показателя степени
Y2 определяется знаком передаточного
отношения электрической части
трансмиссии:
iэ < 0, то Y2 > 0,
0 < iэ < 1, то Y2 < 0,
iэ > 1, то Y2 > 0
Разгон с постоянной частотой ДВС
Распределение потоков мощности
Разгон с переменной частотой ДВС
Распределение потоков мощности
Расчет динамических характеристик
транспортного средства с гибридной
трансмиссией GM
Уравнения кинематической связи
1 i50 2 5 i500
1 i35 2 3 i355
1 i34 x 3 i344
Режим EVT1
Включен тормоз звена 4 (Т1), т.е. ω4 = 0.
0
(1 i34 i50 i34i50 )(1 i35i50 iэ iэi50 )
iox
x (1 i35i50 )(i50 i35i50 ) (i50 i35i50 )(1 i35i50 iэ iэi50 )
где
3
iэ
5
Электромашина А – генератор; Электромашина В – мотор
Электромашина А – мотор; Электромашина В – генератор
Режим EVT2
Включена блокировочная муфта М1, т.е.
ω 2 = ωх
0
(1 i50 )(1 i35i50 iэ iэi50 )
iox
x (i50 i35i50 ) i50 (1 i35i50 iэ iэi50 )
Электромашина А – генератор; Электромашина В – мотор
Электромашина А – мотор; Электромашина В – генератор
Динамический фактор и КПД
Модернизированная характеристика
электромашин
(коэффициент масштабирования
момента 0,5)
Динамический фактор и КПД
План угловых скоростей двухрежимной
трансмиссии с четырьмя
фиксированными передачами
Исключим звено 5 из состава
планетарного механизма, подключив
при этом электромотор А к звену 2.
Планетарные ряды:
302 и 3х4
Блокировочные муфты:
072 и 28 х
Коэффициент масштабирования момента
электромашин
0,35
Коэффициент масштабирования оборотов
электромашин
2,00
Коэффициент масштабирования момента
ДВС
0,80
