ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ СОГЛАСУЮЩЕГО РЕДУКТОРА В СОСТАВЕ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ С КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ Галиев Р.М.,Нигметзянова В.М.

Набережночелнинский институт (филиал) КФУ


Номер: 5-1
Год: 2015
Страницы: 55-59
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

гибридный автомобиль, комбинированная энергетическая установка, электромеханическая трансмиссия, топливная экономичность, экологичность, hybrid car, the combined power plant, electromechanical transmission, fuel economy, eco-friendliness

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье рассматриваются основные расчеты согласующего редуктора в составе легкового автомобиля с комбинированной энергетической установкой.

Текст научной статьи

Введение. Повышающиеся требования к топливной экономичности и экологической безопасности автомобиля заставляют конструкторов искать нетрадиционные решения этой проблемы. Одним из эффективных направлений в решении указанных проблем является применение электропривода в конструкциях автомобиля. В последние годы четко обозначились два направления развития автомобилей с электромеханическими приводами: первое - создание чистого электромобиля, второе - разработка электромеханического привода с комбинированной (гибридной) энергетической установкой. Из-за отсутствия доступных для массового производства эффективных накопителей электрической энергии чистые электромобили имеют относительно малые пробеги на одной зарядке. Это и является одной из основных причин исследований возможности и эффективности использования в конструкциях автомобилей комбинированных энергетических установок (КЭУ), состоящих из двух двигателей (ДВС и электродвигатель) и накопителя энергии. Применение в легковом автомобиле двух различных источников энергии создает три новых качества, которые не могут быть получены при использовании только ДВС. Одно из этих качеств заключается в возможности получения максимального крутящего момента за счет ЭМ при динамичном разгоне автомобиля. Второе качество аккумулирования энергии основного источника ДВС в том случае, если развиваемая им мощность больше, чем реализуемая на ведущих колесах, а также тормозной энергии с помощью ЭМ; аккумулированная энергия по необходимости используется в режиме тяги. Третье качество возникает при частичном восстановлении запаса энергии аккумуляторной батареи за счет внешнего источника, что позволяет уменьшить энергию, получаемую от ДВС, следовательно, снизить расход топлива и выброс токсичных веществ в атмосферу. Максимальная мощность двигателей у некоторых новых моделей легковых автомобилей превышает в настоящее время 100 кВт, тогда как в среднем расходуемая мощность при движении автомобиля в населенном и вне населенном пунктах составляет всего лишь 7,5 кВт. В этом случае, при таких малых нагрузках на двигатель, его КПД мал и составляет примерно 20%. Автомобиль класса В, С затрачивает на перемещение из начала в конец маршрута в среднем не более 15 кВт [3]. Следовательно, именно такую мощность и должен бы развивать ДВС. При торможении теряется от 15 до 60% кинетической энергии, передаваемой автомобилю двигателем [4]. Доля этой потери зависит от вида автомобиля и типа движения (населенный, вне населенный пункты). Если эту энергию аккумулировать и потом использовать для разгона или в других целях, расход топлива автомобилем снизился бы на 20-30% [4]. Использование КЭСУ дает возможность рекуперации энергии при торможении. Основная часть. При проектировании гибридного автомобиля более предпочтительна конструктивная параллельная схема КЭСУ, позволяющая наряду с улучшением показателей экологичной безопасности повысить топливную экономичность автомобилей [1,6]. Наиболее распространенная в настоящее время структурная схема автомобиля колесной формулой 4´2 с параллельной компоновкой КЭСУ представлена на рисунке 1. Обозначения на рисунке 1: ДВС - двигатель внутреннего сгорания, СР - согласующий редуктор, ЭМ - электрическая машина, НЭ - накопитель энергии, ПЧ - преобразующая часть, Д - дифференциал. Для согласования частот вращения валов ДВС и ЭМ они соединяются между собой через согласующий редуктор. При этом ЭМ может работать в двух режимах [2]. Рис. 1. Структурная схема гибридного автомобиля с параллельным соединением ДВС и ЭМ В качестве СР могут использоваться различные типы редукторов, например, цепной, шестеренчатый, ременный, планетарный и т.д. Крутящие моменты от двигателей через планетарный СР могут передаваться суммарно или раздельно по выбору или в зависимости от режимов и условий движения в соответствии с разработанной структурно-кинематической схемой автомобиля (рисунок 2). Обозначения на рисунке 2: МСХ - механизм свободного хода для избежания возможного противовращения коленчатого вала ДВС от крутящего момента ЭМ; МБ - муфта блокировочная для осуществления рекуперации энергии в процессе замедления и торможения, а также при подзарядке НЭ при установившейся скорости движения автомобиля; ПЧ - преобразующая часть, включающая дополнительный редуктор, карданную и главную передачи; Д - дифференциал; iрем = 1.4 - передаточное число ременной передачи. При расчете действующих сил в зацеплениях зубчатых колес планетарной передачи центробежные силы не учитываются. Также предполагается, что силы между сателлитами распределены равномерно. Тогда расчетную схему можно представить в соответствии с рисунком 3. Где солнечное колесо взаимодействует с сателлитом g в точке А, а сателлит с корончатым зубчатым колесом - в точке В. Принимая, что углы зацепления равны, т.е. = , из уравнения равновесия (равенства проекций на горизонтальную ось) находим, что сила на водиле: FHg = 2Fag Kн cos= 2 Kн* cos,где Kн - коэффициент неравномерности нагрузки, ra - радиус основной окружности солнечного колеса. Крутящий момент, передаваемый на агрегаты трансмиссии автомобиля равен: МH = FHg (ra + rg) = -2 Kн* cos(ra + rg) = -2 Мa Kн cos(1 + ), где rg - радиус основной окружности зубчатого колеса сателлита. Тогда для углов зацепления, равных 20°, и коэффициента неравномерности Kн = 1.2 имеем [5]: МH = 2 * Мa *1.2 * cos 20° * (1 + ) = -3.86616* *Мa = 1.59193 Мb, т.к. Мa = = - 0.41176 Мb, где р - передаточное отношение солнечного колеса к корончатое колесо при неподвижном водиле (р=). Рис. 2. Структурно-кинематическая схема автомобиля, оборудованного комбинированной энергетической установкой с планетарным согласующим редуктором Рис. 3. Схема расчета действующих сил в планетарной передаче Рассмотрим предельный случай, когда крутящий момент от ЭМ превысит допустимый, приводящий к остановке ДВС и возможному вращению его коленчатого вала в противоположную сторону. Это условие соответствует выполнению неравенства Fa > 2Fb, т.е. сила Fa в точке контакта сателлита с корончатым колесом (точка В на рисунок 3) от крутящего момента солнечного колеса Мa будет в два раза больше силы Fb, развиваемой крутящим моментом ДВС. При этом предполагается, что сила Fa в равных долях передается на ветвь ДВС (корончатое колесо) и в трансмиссию автомобиля (водило). С учетом значений Fa = , Fb = неравенство примет вид: > 2. Или после ряда преобразований: > . Учитывая равенства = 1.4, = , можно сделать вывод, что при совместной передаче крутящего момента через планетарный СР от ЭМ и ДВС в соответствии с выбранной конструктивной схемой (рисунок 2) необходимо обеспечить выполнение условия: < 0.58824. Запишем ограничение в общем виде: . Алгоритм управления работой ЭМ и ДВС заложен на электронный блок управления [7]. Заключение. Исходя из эксплуатационных требовании (минимальный расход топлива и вред на окружающую среду, хорошие тягово-скоростные свойства автомобиля, возможность автоматизации управления), наиболее предпочтительна структурная схема легкового автомобиля с параллельным соединением ДВС и ЭМ при суммировании их мощностных потоков в согласующем редукторе. Применение в конструкции комбинированной энергосиловой установки дифференциального согласующего редуктора от ДВС и ЭМ позволяет создать бесступенчатую электромеханическую трансмиссию.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.