Способ управления комбинированной энергетической установкой автомобиля и устройство для его осуществления

СООЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 60 К 8/00 ИЗО ИСАН СВИДЕТЕЛЬСТВ ВТОРСКО рожный 86/004 о стимуля- есс-инфор, М 8,МБИНИРОУСТАН- СТВО ДЛЯ нированных анспортных я: позволяет мбинированГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(56) Авторское свидетельство ССМ 1025536, кл, В 60 С 9/04, 1981Патент ЕР М 0240539 РСТ Ккл, В 60 К 9/00, В 60 Т 1/10, 198Применение гидравлическогтора на автобусе "Вольво". Экспрмация "Городской транспорт"с,2 - 5.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КО ВАННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КОЙ АВТОМОБИЛЯ И УСТРОИ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: в комби энергетических установках тр средств, Сущность изобретени увеличить экономию тепла в ко ной энергетической установке(КЭУ) автомобиля с рекуператором и повысить комфорт водителя и пассажиров за счет. разгона и торможения автомобиля с постоянным ускорением в большинстве рабочих циклов. КЭУ включает штатные двигатель 1 и трансмиссию 4, а также рекуператор 11, состоящий из накопителя 14 энергии - маховика и гидрообьемной передачи. Постоянство ускорений при работающем рекуператоре обеспечивает система управления КЭУ, в состав которой входят датчики контроля скорости 23 автомобиля, заряженности накопителя энергии 24, положения падалей тормоза 25 и акселверагора 26, два блока 27, 28 сравнения сигналов датчиков, а также две сцепные муфты, элементы замыкания которых связаны с управляемым распределительным элементом. Первая сцепная муф- та связывает рекуператор с ведущими колесами автомобиля, а вторая - маховик накопитель с регулируемой гидромашиной, 2 с.п, ф-лы, 1 ил,Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано на транспортных машинах, работающих на маршрутах с частыми торможениями, например, на городских автобусах,Известен способ управления комбинированной энергетической установкой (КЭУ) автомобиля, содержащей тепловой двигатель, вал которого связан с входным валом коробки передач и рекуператор, связанный с валом коробки передач через сцепную муфту, включающий накопитель энергии -510 маховик и бесступенчатую передачу между маховиком и валом коробки передач, содержащую гидрообьемную передачу с регулируемой гидромашиной, заключаюгцийся в том, что при торможении автомобиля его кинетическая энергия запасается в накопи 20 теле через бесступенчатую передачу, а затем используется при разгоне или движении автомобиля, тепловой двигатель может подзаряжать накопитель на остановках или на рекимах частичной нагрузки,Недостаток данного способа в том, что 25 при подзарядке маховика энергия двигателя дополнительно теряется в рекуператоре. что может резко снизить экономичность работы установки. Кроме того в данном способе не предусмотрен разгон автомобиля от 30 рекуператора с отключенным двигателем, а в этом случае достигается максимальная экономия топлива, В данном способе управления рекупе 35 ратором осуществляет водитель, что может привести к толчкам при переключении передач, неэффективной работе гидрообьемнойпередачи, что снизит экономию топлива засчет использования рекуператора. Для реализации данного метода управления известна КЭУ. содержащая двигатель, вал которого связан с входным валом коробки передач, рекуператор в составе накопителя энергии - маховика и двухпоодну регулируемую и одну нерегулируемую гидромашину, которые образуют закрытую гидрообьемную передачу. Рекуператор связан с валом коробки передач через сцепную муфту.Недостатком данной установки является отсутствие системы управления, обеспечивающей плавный разгон и торможение автомобиля и высокую экономичность работы, а выбор режимов работы двлгателя и 50 55 рекуператора возлокен на водителя, что снижает комфорт пассажиров, а также услокняет его работу и приводит к неэффективной работе гидрообьемной передачи и точной объемной гидромеханической передачи, включающей планетарный механизм снижению ее КПД и уменьшению экономиитоплива,Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ управления комбинированной энергетической установкой автомобиля, состоящей из двигателя, управляемойтрансмиссии, рекуператора, связанного свалом трансмиссии через сцепную муфту,включающего, накопитель энергии в видегидропневмоаккумулятора и гидрообьемную передачу, а также штатных тормозов ипедалей тормоза и акселератора, заключающийся в том, что при тормокении автомобиля его кинетическую энергиюнакапливают в накопителе энергии и используют затем при разгоне, а изменениеускорения автомобиля при работающем рекуператоре при разгоне и тормокении автомобиля осуществляют с помощью педалейтормоза и акселератора.При данном способе разгон автомобиляосуществляется только за счет накопленнойэнергии, при отключенном от силовой передачи автомобиля двигателе. УправлениеКЭУ осуществляется водителем автомобиляпосредством педалей тормоза и акселератора, а также за счет контроля за работой КЭУсо стороны электронного устройства - микропроцессора со многими функциями,Недостатками данного способа управ-.ления КЭУ являются возложение функцийуправления гидрообъемной передачей рекуператора на водителя, что приводит к появлению возможных ошибок в выборе импозиции педали управления, что в свою очередь приводит к снижению КПД гидропередачи и величины зкономии топлива за счетприменения рекуперагора, а также к нерав-номерному разгону автомобиля при неумелом управлении, что снижает комфортпассажиров и водителя, Наличие многофункционального микропроцессора для контроля за работой КЭУ снижает надежностьвсей системы, увеличивает ее стоимость, затрудняет применение рекуператора наобычных автобусах,Для реализации известного способа уп.равления КЭУ используется известная КЭУ,содержащая двигатель, вал которого связанс входным валом управляемой трансмиссиис коробкой передач, рекуператор в составенакопителя энергии и гидрообьемной пере-.дачи-идрообьемной машиной, вал которойпз сцепную муфту и механическуюперел у связан с выходным валом коробкипередач, гидравлическую магистраль низкого давления, шахтные тормоза и с темууправления, включающую датчики контроляскорости автомобиля. заряженности накопителя энергии и датчики положения пс10 15 20 25 30 35 отличия 40 50 лей тормоза и акселератора. В известной КЗУ в качестве накопителя энергии предусмотрено применение гидропневмоэккумулятора, имеющего относительно низкую удельную энергоемкость по сравнению с маховичным накопителем, Существенным недостатком данной установки является исключительно раздельная работа рекуператора и двигателя при разгоне автомобиля, что не позволяет увеличить мощность всей установки в этот период,Целью изобретения является обеспечение экономии топлива и повышение комфорта водителя и пассажиров при разгоне и торможении автомобиля,Поставленная цель достигается тем, что разгон и торможение автомобиля с помощью рекуператора проводят с постоянным ускорением за счет автоматического управления трансмиссией рекуперэторэ, при этом поддеркивают постоянный момент нэ ведущих колесах эвтомобиля, э увеличение ускорения при торможении обеспечивают созданием дополнительного тормозного момента на колесах с помощью штатных тормозов. управляемых педалью тормоза, увеличение ускорения при разгоне автомобиля - созданием дополнительного крутящего момента на колесах с помощью двигателя и управляемой трансмиссии воздействием на педаль акселератора.Для достижения поставленной цели также предлагается КЭУ. содержащая двигатель, вал которого связан с входным валом управляемой трэнсмиссии с коробкой передач и рекуперэтор, в составе накопителя энергии и гидрообьемнойпередачи с не- регулируемой гидромашиной, вал которой через сцепную муфту и дополнительную механическую передачу связан с выходным валом коробки передач, штатные тормоза и систему управления, включающую датчики контроля скорости автомобиля, заряженности накопителя энергии и датчики положения педалей тормоза и акселератора, в которой накопитель энергии выполнен в виде маховика, связанного через дополнительную сцепную муфту и мехэническую передачу с регулируемой гидрообьемной машиной, которая гидромэгистрэлями связана с нерегулируемой гидромашинойс образованием закрытой гидрообъемной передачи, при этом регулируемая гидромэшина снабжена серворегулятором, механически связанным с ее органом упрэвления, а рабочей полостью соединенным с напорной магистралью гидропередачи, причем элементы управления замыканием сцепных муфт связаны с управляемым распределительный элементом, система управления снабжена двумя блоками сравнения сигналов датчиков, причем первый и второй входы первого блока сравнения связаны с датчиками положения педалей тормоза и акселератора, соответственно, выполненными в виде конечных выключателей, э его выход связан: первым входом второго блока сравнения, второй и третий входы которого связаны с датчиком заряженности накопителя энергии и с датчиком скорости автомобиля, соответственно. а его выход связан с элементом управления управляемого распределительного элемента,Сравнение заявляемых технических решений с прототипом показало, что они отличаются от прототипэ, то есть, соответствуют критерию изобретения "новизна".При анализе других технических решений в аналогичных областях техники признаки. отличающие заявляемыеизобретения от прототипа (постоянство ускорений при разгоне и торможении зэ счет рекуператора, увеличение ускорений при разгоне зэ счет работы двигателя и трансмиссии и при торможении за счет штатных тормозов нэличие серворегуляторэ, рабочая полость которого связана с напорной магистралью гидропередэчи рекуперэторэ, наличие и связи блоксв сравнения сигналов датчиков контроля скорости автомобиля, эаряженно сти накопителя и положения педалей тормоза и акселераторэ) не были найдены. Поэтому можно сделать вывод о соответст-. вии заявленного технического решения критерию изобретения "существенные На чертеже приведена схема предлагаемой комбинированной энергетической устэновки. Установка включает двигатель 1, вал которого 2 связан с валом 3 управляемой трансмиссии 4 через элемент 5, который обеспечивает отключение двигателя от трансмиссии 4, Двигатель 1 образует с трансмиссией 4 традиционную силовую установку 6, которой оснащаются обычные транспортные средства,С выходным валом 7 коробки передэч через дополнительную механическую зубчэтую передачу 8 и сцепную муфту 9 связана гидрообьемнэя машина 10, выполненная нерегулируемой и входящая в состав рекуператора 11, Вь,ходной вэл 7 коробки передэч также связан через главную передачу 12 с ведущими колесами 13, В состав рекуператорэ 11 входит накопитель 14 энергии, выполненный в виде маховика, с которым через дополнительную сцепную муфту 15, механическую передачу 16 связана регулируемая гидрообьемнэя мэшина 17, которая5 10 15 20 25 30 35 40 ных муфт 9 и 15. Муфты 9 и 15 при этом 50 55 образует с нерегулируемой гидромашиной10 гидрообьемную передачу посредством,магистралей высокого давления 18, в которых предусмотрена магистраль обратнойсвязи 19. Управление силовой установкой 6и штатными тормозами 20 осуществляетсяводителем с помощью педалей тормоза 21и акселератора 22, а также штатной системыуправления трансмиссией (не показана),Система управления КЭУ включает датчик23 контроля скорости автомобиля, датчик 24заряженности накопителя энергии, датчики25 и 26 положения педалей тормоза 25 иакселератора 26, соответственно, а такжедва блока 27 и 28 сравнения сигналов, причем первый и второй входы первого блокасравнения 27 связаны с датчиками 25 и 26положения педалей тормоза и акселераторакоторые выполнены в виде конечных выключателей, соответственно. Выход блока 27связан с первым входом второго блока сравнения 28, два других входа которого связаны с датчиком 23 скорости автомобиля идатчиком 24 заряженности накопителяэнергии,Регулируемая, гидромашина 17 снабжена серворегулятором 29, механически связанным с ее органом 30 управления, а егорабочая полость(на чертеже не обозначена)связана с напорной магистралью 18 высокого давления, Выход блока сравнения 28связан с элементом 31 управления распределительного элемента. 32, который связанс элементами, управляющими замыканиеммуфт 9 и 15 (не обозначены). В данной КЭУреализуется заявляемый способ управления,КЭУ работает следующим образом. Привыключенном рекуператоре 11 работаеттрадиционная силовая установка 6 автомобиля, включающая двигатель 1, трансмиссию 4 с собственной системой управления,и штатные тормоза 20. Управление этой силовой установкой осуществляется водите.лем с помощью педалей 21 и 22 тормоза и 4акселера 1 ора, соответственно, а также с использованием рычага переключения режимов работы автоматической трансмиссии,расположенной в кабине водителя (не показан),При включенном рекуператоре 11 ключдля включения не показан при торможенииавтомобиля водитель нажимает на педальтормоза 21, включая при этом конечный выключатель - датчик 25 положения педали 21.Датчик 25 остается включенным все время,пока нажата педаль 21. а включение штатных фрикционных тормозов автомобиля 20возможно при более глубоком нажатии напедаль, когда будет выбран традиционный"свободный ход" этой педали, Сигнал от датчика 25 поступает на вход блока 27 сравнения сигналов датчиков, где он сравнивается с сигналом от датчика 26 положения педали 22 акселератора, Педаль 22 может быть ошибочно нажата водителем при торможении автомобиля или отпущена при правильных действиях водителя, В блоке 27 сравнения сигнал от датчика 25 педали 21 тормоза имеет преимущество перед сигналом от датчика 26 педали 29 акселератора,в любом случае, следовательно сигнал на торможение с выхода блока 27 поступает на вход второго блока 28 сравнения сигналов. На два других входа этого блока 28 поступают сигналы от датчика 23 контроля скорости автомобиля и датчика 24 заряженности накопителя энергии. Если скорость автомобиля больше допустимой величины. определяемой возможностями рекуператора 11, или запас энергии в накопителе 14 таков, что при данной скорости автомобиля торможение невозможно, на выходе блока.28 нет сигнала, Значение предельной скорости работы рекуператора 11 и соотношение скорости автомобиля и запаса энергии в накопителе 14 определяются параметрами гидрообьемной передачи, а также настрой-. кой всех датчиков и блока сравнения 28, Если при наличии входного сигнала на торможение скорость автомобиля находится в пределах допустимой величины и торможение возможно по условию соотношений заряженности накопителя и скорости автомобиля, то на выходе блока 28 есть сигнал, поступающий на элемент 31 управления распределительного элемента 32, через который сигнал управления поступает к элементам, управляющим замыканием сцепзамыкаются, приводя в движение гидромашины 10 и 17, В одной из магистралей 18 высокого давления создается давление. которое является сигналом для серворегулятора 29, который изменяет производительность гидромашины 17 так, что давление в напорной магистрали оставалось постоянным, близким к максимальному, Работа гидропередачи при постоянном давлении, близком к максимальному,обеспечивает наибольшую эффективность рекуперации, а также постоянное замедление автомобиля, так как на валу гидромашины 10 де "вует при этом постоянный момент. Такил образом, можно обеспечить оптимальное комфортное замедление автомобиля, исключив при этом необходимость управления торможением со стороны водителя, Если дорожные условия требуют увеличения интенсивности торможен я.5 10 15 энергетической установке в качестве сцепных муфт 9 и 15 могут быть использованы фрикционные муфты с электромагнитным или гидравлическлм замыканием, Если бу 20 30 35 50 водитель включает штатные тормоза 20 движением педали тормоза ббычным образом. При этом к тормозному моменту, развиваемому рекуператором 11, добавляется тормозной момент от штатных тормозов 20. Ьлок 28 сравнения контролирует изменение скорости автомобиля и.заряженности накопителя 14 энергии и при полностью заряженном накопителе 14 или при запасе энергии в накопителе 14 таком, что при данной скорости автомобиля .торможение за счет рекуператора 11 невозможно, прерывает сигнал на выходе, поступающий к элементу 31 управления распределительного элемента 32. Распределительный элемент 32 прерывает сигнал управления к элементам управляющих сцепных муфт 9 и 15, обеспечивая при этом размыкание муфт. То ке происходит и при отпускании педали тормоза и отключении датчика 25.При разгоне автомобиля с включенным рекуператором водитель нажимает педаль 22 акселератора, включая при этом конечный выключатель, датчик 26 педали 22 акселератора. Сигнал от датчика на разгон автомобиля поступает на вход блока 27 сравнения, который работает, как это было описано выше, а затем на вход блока 28 сравнения, Если при наличии сигнала на разгон автомобиля его скорость окажется больше допустимой, или запас энергии в накопителе такой, что ори данной скорости автомобиля его разгон невозможен. то на выходе блока 28 сигнала нет и значит муфты 9, 15 разомкнуты. Если же запас энергии в накопителе такой. что при данной скорости автомобиля его разгон от рекуператора возможен, то на выходе блока 28 появляется сигнал который поступает к элементууправления 31 распределительного элемента 32, 4 через который жидкость из магистрали низкого давления поступает к рабочим полостям элементов управления сцепных муфт 9 и 15, Муфты 9, 15 при этом замыкаются. приводя в движение гидромашины 10, 17, В 4 одной из магистралей 18 высокого давления создается давление, которое является сигналом для серворегулятора 29, который изменяет производительность гидромашины 17 так, что давление в напорной магистрали остается постоянным, близким к максимальному, что обеспечивает наибольшую эффективность гидропередачи и постоянное ускорение автомобиля, так как на валу гидромашины 10 действует постоянный мо мент, Таким образом, обеспечивается разгон с комфортным ускорением без участия водителя, Требуемое по условиям движения увеличение ускорения можно обеспечить при подключении через автоматическую трансмиссию 4 колеса 13 двигателя 1 за счет дальнейшего перемещения педали 22 акселератора, которая как и педаль 21 тормоза должна иметь некоторый "свободный ход", в зоне которого включается датчик 26 положения педали 22, после выбора этой зоны при дальнейшем движении педали 22 она управляет работой двигателя обычным образом. Датчик 26 остается включенным все время, пока нажата педаль 22, и выключается при отпускании педали 22, обеспечивая при этом размыкании муфт 9, 15, как это было описано выше,В предложенной комбинированной дут установлены муфты с гидравлическим замыканием, то в качестве распределительного элемента 32 может быть установлен электромагнитный кран. электромагнит которого выполняет функции управляющего элемента 31. При использовании электромагнитного замыкания в качестве элементов 31, 32 возможно применение обычного электрореле, контакты которого находятся в электрической цепи обмотки силового электромагнита, замыкающего. муфты 9 и 15.В качестве двигателя 1 наиболее приемлемо использование двигателя внутреннего сгорания, а в качестве автоматической трансмиссии 4 - любой передачи, обеспечивающей автоматическое изменение своего передаточного отношения в соответствии с ходом педали акселератора. Наиболее удобно использование в данной схеме гидромеханической передачи, содержащей кроме коробки передач и гидротрансформатора систему автоматического переключения передач. Именно такой силовой установкой снабжается большинство современных городских автобусов, для которых применение рекуператора обеспечивает максимальный эффект.Предлагаемая комбинированная энергетическая установка и способ управления ею обеспечивают минимальное участие водителя в управлении работой рекуператора, за счет чего обеспечивается максимальная экономия топлива при работе гидрообъемной передачи рекуператора в оптимальном режиме, При этом также происходит повышение комфорта для водителя и пассажиров за счет разгона автомобиля с постоянным ускорением, близким к оптимальному. По опыту эксплуатации некоторых автотранспортных средств, например, городских автобусов, разгон их при трогании от остановок происходит с максимально воз1781095 стоянным замедлением, а увеличение интенсивности торможения обеспечивают штатными тормозами автомобиля, разгон автомобиля осуществляют рекуператором с постоянным ускорением, а увеличение интенсивности разгона обеспечивают двигателем и управляемой трансмиссиейавтомобиля,2, Устройство для управления комбинированной энергетической установкой автомобиля, содержащее двигатель, вал 10 которого связан входным валом управляемой трансмиссии с коробкой передач, рекуператор, состоящий из накопителя и гидрообъемной передачи с нерегулируемой гидромашиной, вал которой через сцепную муфту и механическую передачу связан с выходным валом коробки передач, штатные тормоза и систему управления, включаю 20 щую датчики контроля скорости автомобиля, заряженности накопителя энергии и датчики положения педалей тормоза и акселератора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, накопитель энергии выполнен в виде махо 25 вика и связанной с ним через дополнитель 30 ванием закрытой гидрообъемной передачи, при этом регулируемая гидромашина снабкена серворегулятором, механически связанным с ее органом управления и рабочей полостью сообщенным с напорной магистралью гидропередачи, причем элементы управления замыканием сцепных муфт связаны с управляемым распределитель 35 ным элементом, система управления снабжена двумя блоками сравнения сигналов датчиков, причем первый и второй входы первого блока сравнения связаны с датчиками наложения педалей, тормоза и акселератора выполненными в виде конечных выключателей, а его выход связан с первым входом второго блока сравнения, второй и 45 третий входы которого связаны с датчиком заряженности накопителя энергии и датчиком скорости автомобиля, а его выход связан с элементом управления управляемогораспределительного элемента,50 Составитель В.ДубровинТехред М.Уоргентал Корректор Т,ПалийРедактор Заказ 4246 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, )К, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 можным ускорением без внешних помех состороны транспортного потока, что и будетобеспечивать предлагаемая система. Случайные помехи непрерывному разгону могут вызвать необходимость увеличенияускорения при разгоне, что обеспечиваетсяподключением к работе двигателя и автоматической трансмиссии, При необходимостиуменьшить ускорение разгон прекращается, а в особо сложных условиях движениярекуператор может быть выключен и движение будет обеспечено обычной силовой установкой автомобиля,При тормокении за счет рекуператораувеличение интенсивности торможения, вызванное экстренными условиями, обеспечивается включением в работу штатныхтормозов дополнительно к рекуператору,что увеличивает тормозной момент, снижает нагрузку на штатные тормоза, так какчасть нагрузки берет на себя рекуператор.Предлагаемое техническое решение упрощает установку рекуператора на автомобилях, так как не требуется изменениетрадиционной силовой установки и ее системы управления.Предлагаемое техническое решение нетребует применение микропроцессора сомногими функциями, что позволяет надеяться на повышение надежности установки,и снижение ее стоимости.Имеется возможность без изменениядинамических характеристик автобуса снизить установочную мощность двигателя, чтообеспечит дополнительную зкономию топлива без ухудшения эксплуатационных показателей установки.Формула изобретения1. Способ управления комбинированной энергетической установкой автомобиля, состоящей из двигателя, управляемойтрансмиссии, штатных тормозов и рекуператора, заключающейся в том, что при торможений автомобиля его кинетическуюэнергию накапливают в рекуператоре и используют затем при разгоне, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью увеличенияэкономии топлива и повышения комфортаводителя и пассажиров, торможение автомобиля осуществляют рекуператором с поную сцепную муфту и механическуюпередачу регулируемой гидрообъемной ма-шины, которая гидромагистралями связанас нерегулируемой гидромашиной и образо