RU2488502C2 - Method of controlling machine power recovery and device to this end - Google Patents
Method of controlling machine power recovery and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2488502C2 RU2488502C2 RU2012101868/11A RU2012101868A RU2488502C2 RU 2488502 C2 RU2488502 C2 RU 2488502C2 RU 2012101868/11 A RU2012101868/11 A RU 2012101868/11A RU 2012101868 A RU2012101868 A RU 2012101868A RU 2488502 C2 RU2488502 C2 RU 2488502C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flywheel
- transmission
- machine
- gear
- central gear
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/62—Hybrid vehicles
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к области рекуперации энергии торможения транспортных машин, таких как гибридные силовые установки с ДВС и электромобили, а также к устройствам для осуществления указанной технологии.The invention relates to the field of recovery of braking energy of transport vehicles, such as hybrid power plants with internal combustion engines and electric vehicles, as well as to devices for implementing this technology.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Известны способ и устройство управления рекуперации энергии машины с помощью вариатора скоростей, соединяющего маховик с трансмиссией, которые описаны в книге [1] (Гулиа Н.В. "Инерция" - М.: Наука, 1982. 152 с.). В работе [2] (Flyweel drave system "Garratt corporation" (United States patent 4,233,858 Nov.18. 1980 PCT/US 019778 WO 2008/033378 App. №754, 597 Dec.27, 1976 Int cl3 F16h 37/06)) приведен аналог устройства управления рекуперации энергии машиныA known method and control device for energy recovery of a machine using a speed variator connecting a flywheel with a transmission, which are described in the book [1] (Gulia N.V. "Inertia" - M .: Nauka, 1982. 152 p.). In [2] (Flyweel drave system "Garratt corporation" (United States patent 4,233,858 Nov. 18. 1980 PCT / US 019778 WO 2008/033378 App. No. 754, 597 Dec.27, 1976 Int cl3 F16h 37/06)) an analogue of the machine energy recovery control device is given
Известный способ управления рекуперации энергии машины заключается в изменении передаточного отношения вариатора Пвар, находящегося в кинематической цепи между трансмиссией машины и маховиком. Однако оптимальная зависимость изменения передаточного отношения вариатора в работах [1, 2] не приводится. Экспериментальные исследования были проведены автором [1] на ленточном вариаторе с неуправляемым изменением передаточного отношения, зависящего от толщины ленты, что не обеспечивало постоянного суммарного значения кинетической энергии трансмиссии машины и маховика и полную рекуперацию энергии торможения. Поэтому по известному способу оптимальная зависимость изменения передаточного отношения вариатора и полнуя рекуперация невозможна. Совершенствование известный способ управления рекуперации энергии автором [1] не проводилось.A known way to control the energy recovery of a machine is to change the gear ratio of the variator Pvar, located in the kinematic chain between the transmission of the machine and the flywheel. However, the optimal dependence of the change in the gear ratio of the variator is not given in [1, 2]. Experimental studies were carried out by the author [1] on a tape variator with an uncontrolled change in the gear ratio, depending on the thickness of the tape, which did not provide a constant total kinetic energy of the machine and flywheel transmission and complete recovery of the braking energy. Therefore, according to the known method, the optimal dependence of the change in the gear ratio of the variator and full recovery is impossible. Improvement of the known method of managing energy recovery by the author [1] was not carried out.
Известное устройство управления рекуперации энергии машины принципиально не реализует и не поддерживает постоянного суммарного значения кинетической энергии трансмиссии машины и маховика так как в нем происходит частичное преобразование части механической энергии в в электрическую и передачу ей в электрический аккумулятор. Известное устройство управления рекуперации энергии машины принципиально не реализует полную рекуперацию энергии торможения, так как в нем невозможно осуществить оптимальное изменение передаточного отношения вариатора без создания системы автоматического управления на принципах самовыравнивания кинетической энергии трансмиссии машины и маховика, которое обеспечивало бы постоянного суммарного значения кинетической энергии трансмиссии машины и маховика.The known control device for energy recovery of the machine does not fundamentally implement and does not maintain a constant total value of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel since it partially converts part of the mechanical energy into electrical energy and transfers it to an electric battery. The known control device for recovering energy from a machine does not fundamentally realize complete recovery of braking energy, since it is not possible to optimally change the gear ratio of a variator without creating an automatic control system based on the principles of self-alignment of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel, which would ensure a constant total value of the kinetic energy of the transmission and flywheel.
Схема известного устройства управления рекуперации энергии машины фирмы "Garratt corporation" (США) [1, 2] включает тяговый электродвигатель и трансмиссию, соединенные между собой зубчатой передачей с постоянным передаточным отношением с одной степенью подвижности, а также управляющую обратимую электрическую машину, маховик и планетарный дифференциал с двумя степенями подвижности, состоящий из двух центральных зубчатых колес (из которых одно центральное зубчатое колесо с внутренним зубом), а другое центральное зубчатое колесо с внешним зубом называется центральной шестерней, а также из водила и сателлита, расположенного на водиле и находящегося в зацеплении с двумя центральными зубчатыми колесами, причем маховик соединен с центральной шестерней. При таком соединении звеньев невозможно создание системы автоматического управления на принципах самовыравнивания кинетической энергии трансмиссии машины и маховика, которое обеспечивало бы постоянного суммарного значения кинетической энергии трансмиссии машины и маховика. Управление потоком энергии в маховик и обратно осуществляется через планетарный дифференциал с двумя степенями подвижности w=2, состоящий из двух центральных зубчатых колес (из которых одно центральное зубчатое колесо с внутренним зубом), а другое центральное зубчатое колесо с внешним зубом называется центральной шестерней, а также из водила и сателлита, расположенного на водиле и находящегося в зацеплении с двумя центральными зубчатыми колесами, причем маховик соединен с центральной шестерней. Мощный электрический аккумулятор служит для аккумулирования энергии при торможении машины и для питания тягового электродвигателя при разгоне и при установившемся движении. Причем в маховике запасается только часть энергии торможения, а энергия из электрического аккумулятора расходуется как на преодоление сил полезного сопротивления движению так и на управление планетарным дифференциалом с помощью управляющей обратимой электрической машиной. Для управления известного устройства рекуперации энергии машины используется механизм бесступенчатого плавного изменения, включающее тяговый электродвигатель и трансмиссию, соединенные между собой зубчатой передачей с постоянным передаточным отношением с одной степенью подвижности, включающее также управляющую обратимую электрическую машину, маховик и планетарный дифференциал с двумя степенями подвижности w=2, состоящий из двух центральных зубчатых колес (из которых одно центральное зубчатое колесо с внутренним зубом), а другое центральное зубчатое колесо с внешним зубом называется центральной шестерней, а также из водила и сателлита, расположенного на водиле и находящегося в зацеплении с двумя центральными зубчатыми колесами, причем маховик соединен с центральной шестерней. Однако, оптимальное изменение передаточного отношения вариатора в работах [1, 2] не приводится. Экспериментальные исследования были проведены автором [1], однако в них не обеспечивалось управления на принципах самовыравнивания кинетической энергии трансмиссии машины и маховика, которое обеспечивало бы постоянного суммарного значения кинетической энергии трансмиссии машины и маховика. Таким образом при известном соединении звеньев [1, 2] невозможно создание системы автоматического управления на принципах самовыравнивания кинетической энергии трансмиссии машины и маховика, которое обеспечивало бы постоянного суммарного значения кинетической энергии трансмиссии машины и маховика.The scheme of the known device for controlling energy recovery of a machine manufactured by Garratt corporation (USA) [1, 2] includes a traction electric motor and a transmission connected by a gear transmission with a constant gear ratio with one degree of mobility, as well as a control reversible electric machine, a flywheel and a planetary a differential with two degrees of mobility, consisting of two central gears (of which one central gear with an internal tooth), and the other central gear with an external tooth It is called the central gear, as well as from the carrier and the satellite located on the carrier and meshed with two central gears, the flywheel being connected to the central gear. With such a combination of links, it is impossible to create a system of automatic control on the principles of self-alignment of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel, which would provide a constant total value of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel. The energy flow to the flywheel and vice versa is controlled through a planetary differential with two degrees of mobility w = 2, consisting of two central gears (of which one central gear with an internal tooth), and the other central gear with an external tooth is called the central gear, and also from a carrier and a satellite located on the carrier and meshed with two central gears, the flywheel being connected to the central gear. A powerful electric battery serves to accumulate energy during braking of the machine and to power the traction motor during acceleration and during steady motion. Moreover, only part of the braking energy is stored in the flywheel, and the energy from the electric accumulator is spent both on overcoming the forces of useful resistance to movement and on controlling the planetary differential using a control reversible electric machine. To control the known device for energy recovery of the machine, a stepless smooth change mechanism is used, including a traction motor and transmission, interconnected by a gear transmission with a constant gear ratio with one degree of mobility, including also a control reversible electric machine, a flywheel and a planetary differential with two degrees of mobility w = 2, consisting of two central gears (of which one central gear with an internal tooth), and the other sweeping with the external gear teeth called central pinion and the satellite from the carrier and located on the carrier and engaged with two central gears, wherein the flywheel is connected to the central gear. However, the optimal change in the gear ratio of the variator is not given in [1, 2]. Experimental studies were carried out by the author [1], but they did not provide control on the principles of self-alignment of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel, which would provide a constant total value of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel. Thus, with the known connection of the links [1, 2], it is impossible to create an automatic control system based on the principles of self-alignment of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel, which would ensure a constant total value of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Целью настоящего изобретения является создание такого устройства, которое обеспечило бы полную рекуперацию энергии торможения путем автоматической работы на любых режимах движения машины. Поставленная цель достигается тем, что обмен кинетической энергии между маховиком и трансмиссией машины осуществляют изменением передаточного отношения планетарного дифференциала, который соединяет трансмиссию, электродвигатель и маховик. Изменение передаточного отношения кинематической цепи планетарного дифференциала, которая соединяет трансмиссию и маховик осуществляется посредством использования предлагаемого способа сохранения постоянного суммарного значения кинетической энергии трансмиссии машины и маховика.The aim of the present invention is to provide such a device that would ensure complete recovery of braking energy by automatically operating in any driving conditions of the machine. This goal is achieved by the fact that the exchange of kinetic energy between the flywheel and the transmission of the machine is carried out by changing the gear ratio of the planetary differential, which connects the transmission, electric motor and flywheel. The change in the gear ratio of the kinematic chain of the planetary differential, which connects the transmission and the flywheel, is carried out by using the proposed method of maintaining a constant total value of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel.
Для этого необходимо, чтобы махховик мог полностью аккумулировать кинетическую энергию трансмиссии машины. Это условие выполняется при определенном необходимом соотношении приведенных моментов инерции машины и маховика, которое находится из уравнения кинетической энергии и зависит от максимальных значений скоростей вращения 1 маховика (ω1)max и звена приведения 2 трансмиссии (ω2)max This requires that the flywheel can fully accumulate the kinetic energy of the machine’s transmission. This condition is fulfilled for a certain necessary ratio of the reduced moments of inertia of the machine and the flywheel, which is found from the kinetic energy equation and depends on the maximum values of the rotation speeds of 1 flywheel (ω 1 ) max and the
где J1 и J2 - приведенные моменты инерции маховика и машины;where J 1 and J 2 are the reduced moments of inertia of the flywheel and the machine;
Поиск оптимального закона изменения передаточной функции вариатора, необходимого для исключения кинетических потерь энергии при торможении, производится по уравнению сохранения энергии машины с маховичным аккумулятором с учетом вышеизложенного необходимого соотношения моментов инерции по уравнению сохранения энергии машины. Выражение оптимального закона изменения передаточной функции вариатора в зависимости от отношения текущей ωтр и максимальной (сортах скоростей звена приведения трансмиссии машины для двухмассной модели машины имеет видThe search for the optimal law of variation of the transfer function of the variator, necessary to eliminate kinetic energy losses during braking, is carried out according to the equation of conservation of energy of a machine with a flywheel battery, taking into account the above necessary ratio of moments of inertia according to the equation of conservation of energy of the machine. The expression of the optimal law of variation of the transfer function of the variator depending on the ratio of the current ω tr and the maximum (varieties of speeds of the link to bring the transmission of the machine for a two-mass model of the machine has the form
Известен способ управления рекуперации энергии машины, заключающийся в изменении передаточного отношения вариатора Uвар в кинематической цепи между трансмиссией машины и маховиком.A known method of controlling energy recovery of a machine, which consists in changing the gear ratio of the variator U var in the kinematic chain between the transmission of the machine and the flywheel.
Предлагается способ управления рекуперации энергии машины, отличающийся тем, что обеспечивается постоянное суммарное значение кинетической энергии трансмиссии машины и маховика изменением передаточного отношения вариатора Uвар по зависимости, которая связывает скорость вращения трансмиссии
Uвар={[(ωмахов)max/ωтр]2-1}1/2 Var U = {[(ω swings) max / ω tr] 2} 1/2 -1
1. Способ управления рекуперации энергии машины, заключающийся в изменении передаточного отношения вариатора Uвар в кинематической цепи между трансмиссией машины и маховиком, отличающийся тем, что обеспечивается постоянное суммарное значение кинетической энергии трансмиссии машины и маховика изменением передаточного отношения вариатора Uвар по зависимости, которая связывает скорость вращения трансмиссии ωтр сопровождается и скорость вращения маховика ωмахов 1. The control method of energy recovery of the machine, which consists in changing the gear ratio of the variator U var in the kinematic chain between the transmission of the machine and the flywheel, characterized in that a constant total value of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel is provided by changing the gear ratio of the variator U var according to the relation that the transmission rotation speed ω tr is accompanied by the rotation speed of the flywheel ω max
Uвар={[(ωмахов)max/(ωтр]2-1}1/2 U Var = {[(ω swings) max / (ω mp] 2 -1} 1/2
Существенные признаки предлагаемого способа, которые совпадают с признаками аналога, заключаются в том, что оба способа управления рекуперации энергии машины заключаются в изменении передаточного отношения вариатора Uвар в кинематической цепи между трансмиссией машины и маховиком.The essential features of the proposed method, which coincide with the features of the analogue, are that both methods of controlling the energy recovery of the machine consist in changing the gear ratio of the variator U var in the kinematic chain between the transmission of the machine and the flywheel.
Существенные отличия предлагаемого способа, которые не совпадают с признаками аналога, заключаются в том, что им обеспечивается постоянное суммарное значение кинетической энергии трансмиссии машины и маховика изменением передаточного отношения вариатора Uвар по зависимости, которая связывает скорость вращения трансмиссии ωтр сопровождается и скорость вращения маховика ωмахов Significant differences of the proposed method, which do not coincide with the characteristics of the analogue, consist in the fact that they provide a constant total value of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel by changing the gear ratio of the variator U var according to the relation that links the rotation speed of the transmission ω tr is accompanied by the rotation speed of the flywheel ω swings
Uвар={[(ωмахов)max/(ωтр]2-1}1/2 Var U = {[(ω swings) max / (ω mp] 2} 1/2 -1
Дополнительные отличия предлагаемого способа, которые не совпадают с признаками аналога, заключаются в том, что скорости вращения входных и выходных звеньев вариатора в кинематической цепи между трансмиссией машины и маховиком имеют противоположные направления. Это отличие является существенным, так как противоположные направления скорости вращения входных и выходных звеньев вариатора в кинематической цепи между трансмиссией машины и маховиком позволяют поддерживать постоянное суммарное значение кинетической энергии трансмиссии машины и маховика.Additional differences of the proposed method, which do not coincide with the characteristics of the analogue, are that the rotation speeds of the input and output links of the variator in the kinematic chain between the transmission of the machine and the flywheel have opposite directions. This difference is significant, since the opposite directions of the speed of rotation of the input and output links of the variator in the kinematic chain between the transmission of the machine and the flywheel make it possible to maintain a constant total value of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel.
Известно устройство управления рекуперации энергии машины, включающее тяговый электродвигатель и трансмиссию, соединенные между собой зубчатой передачей с постоянным передаточным отношением с одной степенью подвижности, включающее также управляющую обратимую электрическую машину, маховик и планетарный дифференциал с двумя степенями подвижности, состоящий из двух центральных зубчатых колес (из которых одно центральное зубчатое колесо с внутренним зубом), а другое центральное зубчатое колесо с внешним зубом называется центральной шестерней, а также из водила и сателлита, расположенного на водиле и находящегося в зацеплении с двумя центральными зубчатыми колесами, причем маховик соединен с центральной шестерней.A control device for recovering energy from a machine is known, including a traction motor and transmission, interconnected by a gear transmission with a constant gear ratio with one degree of mobility, which also includes a reversible electric machine, a flywheel and a planetary differential with two degrees of mobility, consisting of two central gears ( of which one central gear with an internal tooth), and the other central gear with an external tooth is called the central stubble, as well as of the carrier and the satellite located on the carrier and engaged with two central gears, wherein the flywheel is connected to the central gear.
Предлагается устройство управления рекуперации энергии машины, отличающееся тем, что снабжено дополнительно зубчатой передачей, соединяющей центральную шестерню планетарного дифференциала с маховиком, трансмиссия соединена с центральным зубчатым колесом, а водило соединено с управляющей электрической машиной. Такое соединение планетарного дифференциала с маховиком обеспечивает снижении потерь кинетической энергии при торможении путем сохранения постоянного значения кинетической энергии трансмиссии машины и маховика, что в свою очередь возможно только при автоматическом измерении текущей скорости трансмиссии машины так как планетарный дифференциал образует механический регулятор прямого действия, работающий по принципу Понселе [4].A machine energy recovery control device is proposed, characterized in that it is additionally equipped with a gear transmission connecting the central gear of the planetary differential with the flywheel, the transmission is connected to the central gear wheel, and the carrier is connected to the control electric machine. Such a combination of the planetary differential with the flywheel reduces the kinetic energy loss during braking by maintaining a constant value of the kinetic energy of the machine and flywheel transmission, which in turn is possible only when the current transmission speed of the machine is automatically measured, since the planetary differential forms a direct-acting mechanical regulator operating on the principle Poncelet [4].
Устройство управления рекуперации энергии машины, включающее тяговый электродвигатель и трансмиссию, соединенные между собой зубчатой передачей с постоянным передаточным отношением с одной степенью подвижности, включающее также управляющую обратимую электрическую машину, маховик и планетарный дифференциал с двумя степенями подвижности, состоящий из двух центральных зубчатых колес (из которых одно центральное зубчатое колесо с внутренним зубом), а другое центральное зубчатое колесо с внешним зубом называется центральной шестерней, а также из водила и сателлита, расположенного на водиле и находящегося в зацеплении с двумя центральными зубчатыми колесами, причем маховик соединен с центральной шестерней, отличающееся тем, что снабжено дополнительно зубчатой передачей, соединяющей центральную шестерню планетарного дифференциала с маховиком, трансмиссия соединена с центральным зубчатым колесом, а водило соединено с управляющей электрической машиной.The machine’s energy recovery control device, including a traction motor and transmission, interconnected by a gear transmission with a constant gear ratio with one degree of mobility, also including a control reversible electric machine, a flywheel and a planetary differential with two degrees of mobility, consisting of two central gears (from which one has a central gear wheel with an internal tooth), and another central gear wheel with an external tooth, called the central gear, as well as from a carrier and a satellite located on the carrier and meshed with two central gears, the flywheel being connected to the central gear, characterized in that it is additionally equipped with a gear transmission connecting the central gear of the planetary differential with the flywheel, the transmission is connected to the central gear , and the carrier is connected to the control electric machine.
Существенное отличие предлагаемого устройства от аналога заключаются в том, что оно снабжено дополнительно зубчатой передачей, соединяющей центральную шестерню планетарного дифференциала с маховиком, трансмиссия соединена с центральным зубчатым колесом, а водило соединено с управляющей электрической машиной.A significant difference of the proposed device from the analogue is that it is equipped with an additional gear transmission connecting the central gear of the planetary differential with the flywheel, the transmission is connected to the central gear wheel, and the carrier is connected to the control electric machine.
Дополнительное отличие предлагаемого устройства от аналога заключаются в том, что оно снабжено дополнительно управляемым сцеплением, с помощью которого маховик соединен с центральной шестерней планетарного дифференциала, обеспечивающего при выключении возможность вращения маховика при остановке машины и тягового электродвигателя.An additional difference between the proposed device and the analogue is that it is equipped with an additionally controlled clutch, with which the flywheel is connected to the central gear of the planetary differential, which, when turned off, allows the flywheel to rotate when the machine and the traction motor are stopped.
Лучший вариант устройства отличается тем, что предлагаемого устройства от аналога заключаются в том, что оно снабжено дополнительно двумя зубчатыми передачами, соединяющими водило с управляющей обратимой электрической машиной и трансмиссию с центральным зубчатым колесом.The best version of the device is characterized in that the proposed device from the analogue consists in the fact that it is equipped with two additional gears connecting the carrier with a control reversible electric machine and a transmission with a central gear wheel.
Таким образом предлагаемое устройство отличается от аналога тем, что снабжено дополнительно управляемым сцеплением, с помощью которого маховик соединен с центральной шестерней планетарного дифференциала, обеспечивающего при выключении возможность вращения маховика при остановке машины и тягового электродвигателя и снабжено дополнительно двумя зубчатыми передачами, соединяющими водило с управляющей обратимой электрической машиной и трансмиссию с центральным зубчатым колесом.Thus, the proposed device differs from the analogue in that it is equipped with an additionally controlled clutch, by means of which the flywheel is connected to the central gear of the planetary differential, which, when turned off, allows the flywheel to rotate when the machine and the traction motor are stopped and is additionally equipped with two gears connecting the carrier to the control reversible electric machine and transmission with a central gear wheel.
Основная совокупность существенных признаков заявляемого устройства, позволяющая реализовать достижение заявленного технического результата, заключается в том, что устройство управления рекуперации энергии машины, снабжено дополнительно зубчатой передачей, соединяющей центральную шестерню планетарного дифференциала с маховиком, трансмиссия соединена с центральным зубчатым колесом, а водило соединено с управляющей электрической машиной, что снабжено дополнительно управляемым сцеплением, с помощью которого маховик соединен с центральной шестерней планетарного дифференциала, обеспечивающего при выключении возможность вращения маховика при остановке машины и тягового электродвигателя и тем, что снабжено дополнительно двумя зубчатыми передачами, соединяющими водило с управляющей обратимой электрической машиной и трансмиссию с центральным зубчатым колесом.The main set of essential features of the claimed device, which makes it possible to achieve the claimed technical result, is that the energy recovery control device of the machine is additionally equipped with a gear transmission connecting the central gear of the planetary differential with the flywheel, the transmission is connected to the central gear wheel, and the carrier is connected to the control an electric machine that is equipped with an additionally controlled clutch, with which the flywheel is connected to the prices tral planetary gear differential which provides at shutdown rotatable flywheel when the machine is stopped and the traction motor, and in that further provided with two toothed gears connecting the carrier with the control of the reversible electric machine and the transmission with the sun gear.
Соединение звеньев планетарного дифференциала выполнено различным образом у известного и предлагаемого устройств. Соединение звеньев в известном устройстве снижает эффективность управления рекуперации энергии и не позволяет обеспечить постоянное суммарное значение кинетической энергии маховика и машины, так происходит одновременное увеличение кинетической энергии всех звеньев дифференциала, маховика и трансмиссии при разгоне и одновременное снижение их кинетической энергии при торможении.The connection of the planetary differential links is made in various ways with the known and proposed devices. The connection of the links in the known device reduces the efficiency of energy recovery control and does not allow to provide a constant total value of the kinetic energy of the flywheel and the machine, since there is a simultaneous increase in the kinetic energy of all the links of the differential, flywheel and transmission during acceleration and a simultaneous decrease in their kinetic energy during braking.
Сравнение свойств заявляемого и известного решений показывает, что у заявляемого решения появляются новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, и что заявляемое решение обладает существенными отличиями.A comparison of the properties of the claimed and known solutions shows that the proposed solution has new properties that do not match the properties of the known solutions, and that the claimed solution has significant differences.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена кинематическая схема предлагаемого устройства рекуперации энергии торможения машины: 1 - центральная шестерня (зубчатое колесо с внешним зубом); 2 - сателлит (зубчатое колесо с подвижной осью вращения); 3 - центральное зубчатое колесо (с внутренним зубом); 4 - водило; 5 - планетарный дифференциал; 6 - тяговый электродвигатель; 7 - трансмиссия; 8 - главная передача; 9 - ведущие колеса; 10 - зубчатая передача (тягового электродвигателя); 11 - зубчатая передача (маховика); 12 - маховик; 13 - управляющая обратимая электрическая машина; 14 - зубчатая передача (управляющей обратимой электрической машины); 15 - электрический аккумулятор; 16 - электронное управляющее устройство; 17 - зубчатая передача (трансмиссии); 18 - источник электрической энергии.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the kinematic diagram of the proposed device for recovering braking energy of the machine: 1 - Central gear (gear with an external tooth); 2 - satellite (gear wheel with a moving axis of rotation); 3 - a central gear wheel (with an internal tooth); 4 - drove; 5 - planetary differential; 6 - traction motor; 7 - transmission; 8 - main gear; 9 - driving wheels; 10 - gear transmission (traction motor); 11 - gear transmission (flywheel); 12 - flywheel; 13 - control reversible electric machine; 14 - gear (control reversible electric machine); 15 - electric battery; 16 - electronic control device; 17 - gear transmission (transmission); 18 is a source of electrical energy.
Основу устройства составляет планетарный дифференциал 5 с числом степеней свободы, равным 2, который включает механически связанные между собой кинематическими парами общеизвестные элементы [3]: 1 - центральная шестерня (зубчатое колесо с внешним зубом); 2 - сателлит; 3 - центральное зубчатое колесо (с внутренним зубом); 4 - водило, на котором располагается сателлит 2. Центральная шестерня 1 соединена зубчатой передачей 11 с неподвижными осями с маховиком 12. Сателлит 2 расположен на водиле 4 и зацепляется с центральной шестерней и центральным зубчатым колесом; (с внутренним зубом). Водило 4 соединено зубчатой передачей 14 с управляющей обратимой электрической машиной 6. Центральное зубчатое колесо 3 соединено зубчатой передачей 17 с трансмиссией 7, которая соединена главной передачей 8 с ведущими колесами 9. Тяговый электродвигатель 6 соединен с трансмиссией зубчатой передачей 10.The basis of the device is a
Структурная схема устройства управления рекуперации энергии машины изображена на фиг.2. Электронное управляющее устройство 16 соединяет электрическими цепями электрический аккумулятор 15, управляющую обратимую электрическую машину 13, тяговый электродвигатель 6 и источник электрической энергии 18, в качестве которого может быть использован электрический генератор с приводом от ДВС.The block diagram of the control device energy recovery of the machine shown in figure 2. The
Изменение соединений планетарного дифференциала заявляемого и известного устройств позволяет использовать свойство саморегулирования, которое было невозможно при использовании известного устройства, что является принципиальным отличием для повышения эффективности работы системы управления машины. Это свойство саморегулирования кинетической энергии следует из анализа планов скоростей, представленных на фиг.3.Changing the connections of the planetary differential of the claimed and known devices allows you to use the property of self-regulation, which was impossible when using the known device, which is a fundamental difference to increase the efficiency of the control system of the machine. This property of kinetic energy self-regulation follows from the analysis of velocity plans presented in Fig. 3.
РАБОТА ПРЕДЛАГАЕМОГО УСТРОЙСТВАWORK OF THE SUGGESTED DEVICE
На фиг.3 изображена кинематическая схема планетарного дифференциала с числом степеней свободы, равным 2, и планы скоростей его звеньев: 1 - центральная шестерня; 2 - сателлит; 3 - центральное колесо (с внутренним зубом); 4 - водило. Водило 4 (связанное на фиг.1 с обратимой электрической машиной) вращается вокруг неподвижного центра О1. Центр вращения сателлита О2 имеет линейную скорость VO2. В точках контакта P1 сателлита 2 с центральной шестерней 1 и Р2 центральным зубчатым колесом 3 (с внутренним зубом) скорости их V3 и V1 равны скоростям точек сателлита 2. Линейные скорости V3 и V1 определяют закон распределения скоростей и скорость 2 центра сателлита VO2, связанную со скоростью вращения водила 4.Figure 3 shows the kinematic diagram of the planetary differential with the number of degrees of freedom equal to 2, and plans for the speeds of its links: 1 - the central gear; 2 - satellite; 3 - the central wheel (with an internal tooth); 4 - drove. The carrier 4 (connected in FIG. 1 with a reversible electric machine) rotates around a fixed center O 1 . The center of rotation of the O 2 satellite has a linear velocity V O2 . At the contact points of P 1 of satellite 2 with the
Изменение скорости V3 с помощью управляющей обратимой электрической машины 13, связанной с электронным управляющим устройством 16 (фиг.2) вызывает изменение скорости V1 и скорости вращения маховика 12. Изменение скорости вращения трансмиссии 7, определяемой скоростью движения машины, вызывает изменение скорости V3 центрального зубчатого колеса 3 и скорости V1 центральной шестерни и связанного с ней маховика 12. Таким образом, воздействия скорости V3, связанной со скоростью движения машины, и скорости VO2 водила 4, связанного с управляющей обратимой электрической машиной 13, вызывает изменение скорости вращения центральной шестерни 1 и связанного с ним маховика 12.The change in speed V 3 using the control reversible
На плане скоростей фиг.3, построенного в системе координат линейная скорость V и радиус точки, угловые скорости звеньев пропорциональны тангенсу наклона лучей [3]. Из плана скоростей следует, что увеличение скорости движения машины и скорости V3 при разгоне и снижение скорости VO2 вызывает снижение скорости V1 и скорости вращения маховика 12. При торможении машины наблюдается обратное явление - снижение скорости движения машины и увеличение скорости VO2, которые вызывают рост скорости V1 и скорости вращения маховика 12. Это взаимодействие тягового электродвигателя 6, определяющего скорость машины, с управляющей обратимой электрической машиной 13 приводит к появлению самовыравнивания кинетической энергии трансмиссии 7 и звеньев планетарного дифференциала 5, связанного с маховиком 12.On the speed plan of Fig. 3, constructed in the coordinate system, the linear velocity V and the radius of the point, the angular velocities of the links are proportional to the tangent of the rays [3]. From the speed plan it follows that an increase in the speed of the machine and speed V 3 during acceleration and a decrease in the speed V O2 causes a decrease in the speed V 1 and the speed of rotation of the
Поскольку скорость вращения водила 4 определяется управляющей обратимой электрической машиной 13, связанной с электронным управляющим устройством 16, то разгон или торможение машины определяется им через изменение крутящего момента тягового электродвигателя 6 и управляющей обратимой электрической машины 13. Поддержание постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика 12 и трансмиссии 7 машины осуществляется за счет характеристики дифференциала, при которой изменение скорости движения машины вызывает соответствующее изменение скорости вращения маховика 12.Since the rotation speed of the
Направление потока энергии при торможении дано на фиг.2 стрелками , имеющими направление рекуперации механической энергии от ведущих колес 9 машины к маховику 12 и от тягового электродвигателя 6 к управляющей обратимой электрической машине 13. Тяговый электродвигатель 6 работает в режиме электрического генератора, управляющая обратимая электрическая машина 13 работает в режиме электродвигателя, избыток электрической энергии передается в аккумулятор. При торможении происходит подзарядка электрического аккумулятора 15 от тягового электродвигателя 6 и от источника электрической энергии 18.The direction of energy flow during braking is shown in Fig. 2 by arrows having the direction of recovery of mechanical energy from the driving
При разгоне наблюдается обратный эффект. Направление потока энергии меняется на обратное и показано на фиг.2 стрелками , от аккумулятора 15 к тяговому электродвигателю 6 и к ведущим колесам 9 от маховика 12 и от тягового электродвигателя 6 к управляющей обратимой электрической машине 13. Управляющая обратимая электрическая машина 13 работает в режиме электрического генератора.During acceleration, the opposite effect is observed. The direction of the energy flow is reversed and is shown in figure 2 by arrows , from the
В режиме установившегося движения с постоянной скоростью Машины поток энергии идет от источника электрической энергии 18 и от аккумулятора 15 к тяговому электродвигателю 6 при соответствующем управляющем сигнале от обратимой электрической машины 13, которая работает в режиме электрического генератора. При отсутствии источника электрической энергии 16 питание к тяговому электродвигателю 6 поступает только от аккумулятора 15, который необходимо периодически подзаряжать от внешнего источника питания (не показанного на рисунках). Выбором мощности источника электрической энергии 18, который может быть использован как в режиме установившегося движения, так и при разгоне, можно обеспечить баланс работы аккумулятора без подзарядки от внешнего источника питания.In the steady-state mode of motion at a constant speed of the Machine, energy flows from the source of
Из рассмотрения фиг.3 следует, что запас кинетической энергии маховика 12 при снижении его скорости автоматически передается в трансмиссию 7 машины и приводит к увеличению скорости машины при ее разгоне. И, наоборот, запас кинетической энергии маховика 12 автоматически увеличивается при снижении скорости трансмиссии 7 при торможении машины. Работой управляемой обратимой электрической машины 13 в режиме электродвигателя или электрического генератора можно менять процесс обмена кинетической энергии между маховиком 12 и трансмиссией 7 машины для осуществления разгона или торможения. Процесс перекачки энергии из маховика 12 в трансмиссию 7 или в обратном направлении управляется автоматически за счет самовыравниваемой характеристики планетарного дифференциала 5 при выбранном соединении его звеньев с элементами трансмиссии 7 путем настройки крутящего момента управляемой обратимой электрической машины 10 при любом изменении режима работы машины путем поддержания постоянного запаса кинетической энергии подвижных частей машины. Планетарный дифференциал 5 с двумя степенями свободы W=2 образует механический регулятор прямого действия, работающий по принципу Понселе [4].From the consideration of figure 3 it follows that the supply of kinetic energy of the
Лучший вариант устройстваBest device option
Устройство управления начинает работать после запуска тягового электродвигателя 6 и начала движения машины, приводящего к увеличению скорости трансмиссии 7. Маховик может запасать энергию после первой остановки машины. Необходимо, чтобы при остановке машины и тягового электродвигателя 6 маховик 12 не останавливался и не терял накопленную при торможении кинетическую энергию.The control device starts to work after starting the traction motor 6 and the beginning of the movement of the machine, leading to an increase in the speed of the transmission 7. The flywheel can store energy after the first stop of the machine. It is necessary that when the machine and the traction motor 6 are stopped, the
Для этого устройство управления рекуперации энергии машины снабжено дополнительно управляемым сцеплением (не показанном на рисунках в виду его общеизвестности его конструкции), с помощью которого маховик 12 соединяется с центральной шестерней 1 планетарного дифференциала 5. Принудительное выключение управляемого сцепления позволяет сохранить маховику максимальную скорость вращения при остановленных трансмиссии 7 и выключенной управляющей обратимой электрической машине 13.For this, the machine’s energy recovery control device is equipped with an additionally controlled clutch (not shown in the figures in view of its well-known design), by means of which the
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY
Заявляемые способ управления рекуперации энергии машины и устройство его реализации позволяют повысить эффективность электромобилей и снизить расход энергии по сравнению с известными устройствами транспортных машин. Потери энергии машин увеличиваются при торможении и при их остановке. Поэтому применение заявляемых способа и устройства управления рекуперации энергии машины позволяет снизить потери энергии и повысить экономичность машин на любых неустановившихся режимах работы путем изменения передаточного отношения между трансмиссией транспортной машины и маховиком по предлагаемой зависимости, которая обеспечивает полную рекуперацию энергии торможения без кинетических потерь и безопасность работы.The inventive method of controlling energy recovery of the machine and the device for its implementation can improve the efficiency of electric vehicles and reduce energy consumption compared with the known devices of transport vehicles. Energy losses of cars increase during braking and when they stop. Therefore, the use of the inventive method and device for recovering energy from a machine can reduce energy losses and increase the efficiency of cars in any unsteady operating conditions by changing the gear ratio between the transmission of the transport machine and the flywheel according to the proposed dependence, which provides complete recovery of braking energy without kinetic losses and safe operation.
Литература:Literature:
1. Гулиа Р.В. Инерция. - М.: Наука, 1982. - 152 с.1. Gulia R.V. Inertia. - M.: Science, 1982. - 152 p.
2. Flywheel drive system (United States patent 4,23 3,85 8 Nov.18. 1980 PCT/US 019778 WO 2008/033378 App. №754, 597 Dec.27, 1976 Int cl3 F16h 37/06, B60K 1/00.2. Flywheel drive system (United States patent 4.23 3.85 8 Nov. 18. 1980 PCT / US 019778 WO 2008/033378 App. No. 754, 597 Dec.27, 1976 Int cl 3 F16h 37/06,
3. И.И.Артоболевский. Теория механизмов и машин. М.: Наука. 1975. 640 с.3. I.I. Artobolevsky. Theory of mechanisms and machines. M .: Science. 1975.640 s.
4. Кругов В.И. Автоматическое регулирование ДВС.М.: Машгиз, 1963. 600 с.4. Krugov V.I. Automatic regulation of the engine.
Claims (5)
Uвар={[(ωмахов)max/ωтр]2-1}1/2 1. The method of controlling the energy recovery of the machine, which consists in changing the gear ratio of the variator U var in the kinematic chain between the transmission of the machine and the flywheel, characterized in that a constant total value of the kinetic energy of the transmission of the machine and the flywheel is provided by changing the gear ratio of the variator U var according to the relation that transmission rotation speed ω tr and flywheel rotation speed ω max
U Var = {[(ω swings) max / ω tr] 2 -1} 1/2
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012101868/11A RU2488502C2 (en) | 2012-01-20 | 2012-01-20 | Method of controlling machine power recovery and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012101868/11A RU2488502C2 (en) | 2012-01-20 | 2012-01-20 | Method of controlling machine power recovery and device to this end |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012101868A RU2012101868A (en) | 2012-06-10 |
RU2488502C2 true RU2488502C2 (en) | 2013-07-27 |
Family
ID=46679657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012101868/11A RU2488502C2 (en) | 2012-01-20 | 2012-01-20 | Method of controlling machine power recovery and device to this end |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2488502C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4233858A (en) * | 1976-12-27 | 1980-11-18 | The Garrett Corporation | Flywheel drive system having a split electromechanical transmission |
RU2193706C2 (en) * | 2000-11-24 | 2002-11-27 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | Method of energy accumulating braking of transport facility |
RU2011102043A (en) * | 2011-01-21 | 2011-06-20 | Игорь Владимирович Леонов (RU) | METHOD FOR MANAGING THE BRAKING ENERGY MECHANISM AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
RU2438884C2 (en) * | 2010-03-12 | 2012-01-10 | Игорь Владимирович Леонов | Vehicle braking power recuperator |
-
2012
- 2012-01-20 RU RU2012101868/11A patent/RU2488502C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4233858A (en) * | 1976-12-27 | 1980-11-18 | The Garrett Corporation | Flywheel drive system having a split electromechanical transmission |
RU2193706C2 (en) * | 2000-11-24 | 2002-11-27 | Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | Method of energy accumulating braking of transport facility |
RU2438884C2 (en) * | 2010-03-12 | 2012-01-10 | Игорь Владимирович Леонов | Vehicle braking power recuperator |
RU2011102043A (en) * | 2011-01-21 | 2011-06-20 | Игорь Владимирович Леонов (RU) | METHOD FOR MANAGING THE BRAKING ENERGY MECHANISM AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Барбашов Н.Н., Леонов И.В. Энергетическая модель передаточного механизма с маховичным аккумулятором энергии. - Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана, №4, 2010. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012101868A (en) | 2012-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103448528B (en) | hybrid power coupling device | |
JP6281531B2 (en) | Power transmission control device | |
CN102398512B (en) | Power train for vehicle | |
CN103727189B (en) | Hybrid transmission with single planetary gear set and multiple operating modes | |
CN110466338A (en) | A kind of single planetary row power dividing hybrid power system | |
JP5207913B2 (en) | Hybrid vehicle drive system | |
CN103380039B (en) | Motor vehicle driven by mixed power drive dynamic control device | |
ITBO20000607A1 (en) | PROPULSION GROUP FOR A SELF-PROPELLED VEHICLE | |
CN101951092A (en) | Double-rotor motor and related planetary gear stepless speed changing system and control method thereof for electric automobile | |
CN103339001B (en) | The driving control device of motor vehicle driven by mixed power | |
RU2438884C2 (en) | Vehicle braking power recuperator | |
CN102019843A (en) | Hybrid output power balancing device and control method thereof | |
US9340099B2 (en) | Hybrid power integrated transmission system and method thereof | |
CN104648116A (en) | Double-mode planet series-parallel connecting system and control system thereof | |
CN201506357U (en) | Hybrid output power balance device | |
CN204895106U (en) | Double mode planet series -parallel connection system and control system thereof | |
CN105283333B (en) | The powertrain for including freewheel and planetary gear train of hydraulic hybrid power vehicles | |
RU2488501C1 (en) | Electromechanical device for braking power recuperation | |
CN101934720A (en) | Hybrid power driving system and driving method thereof | |
US20120309574A1 (en) | High efficiency hybrid vehicle with two planetary gear mechanisms for power derivation | |
RU2488502C2 (en) | Method of controlling machine power recovery and device to this end | |
RU2513192C1 (en) | Machine braking power recuperator | |
CN107206882A (en) | Method for controlling the particularly variable speed drive with epicyclic train of gears of the power drive system of motor vehicle driven by mixed power | |
CN108626323A (en) | Longitudinal hybrid power gearbox and its output control of engine power method | |
RU2464182C2 (en) | Automotive hybrid power plant (versions) |