РАЗРАБОТКИ

Высокомоментный гибридный привод для тяжёлой транспортной техники (автобусы, грузовики, железнодорожные тепловозы, строительная, карьерная, сельхоз, спасательная, военная техника и т.д., в т.ч. гусеничная) а так же для спортивных авто и кроссоверов

Предлагаемый гибридный привод является полным гибридом комбинированного (последовательно-параллельного) типа. Предназначен для использования в качестве бесступенчатой трансмиссии для транспортных средств, требующих большой крутящий момент. Привод имеет минимальные размеры, вес и стоимость (при равных возможностях) по сравнению с мировыми аналогами.

Конструкция предлагаемого привода в настоящий момент патентуется ООО «АВИС».

Состав основных узлов и элементов предлагаемого привода: двигатель внутреннего сгорания, электрическая машина (одна, работающая и как генератор и как электромотор или две отдельных – генератор и тяговый электромотор), частотный преобразователь, накопители электроэнергии и блок управления. Есть дополнительные узлы, обеспечивающие работу генератора в требуемых режимах. Привод может быть использован в составе гибридной трансмиссии как имеющей КПП, так и без КПП (в зависимости от типа транспортного средства).

Основные инновационные особенности предлагаемого высокомоментного гибридного привода:

1.              Особая конструкция генератора.

 2.              Оригинальная взаимная компоновка основных элементов и дополнительных узлов привода. Это позволяет, в отличие от лучших импортных аналогов, на любой скорости движения получить не только предельно высокий момент, но и значительно увеличить скорость движения транспортного средства без увеличения частоты вращения вала ДВС.

 3.              Оригинальная конструктивная схема привода, позволяющая максимально компактно расположить его  элементы.

 Особенности гибридных приводов для тяжёлой техники:

Широкий диапазон скоростей движения и крутящих моментов трансмиссии у таких транспортных средств определяет необходимость наличия КПП. Использование вместо КПП высокомоментного тягового электропривода (для создания на старте большого крутящего момента) экономически оправданно или в малоскоростных устройствах (карьерные самовалы, электрокары и прочее) или в скоростных, но относительно маломощных транспортных средствах (например, легковые автомобили класса «В»). Большие крутящие моменты на старте и одновременно большие частоты вращения означают слишком большую габаритную мощность электромашины, привод становится дороже, чем КПП. Поэтому оптимальным представляется построение привода по параллельной схеме, подобной, например, MAN TGL (также и на Mitsubishi Canter, Mercedes Atego, IVECO EuroCargo и пр.).

 Отечественный аналог: автобус КАМАЗ-НЕФАЗ 5299Н. Недостатки – импортозависимость. Привод зарубежный, фирмы Voith.

 Типовая схема параллельного гибридного привода для тяжёлой транспортной техники

 

Схема привода "АВИС" отличается от приведенной выше блоком 3 (электромотор/генератор).

Он имеет оригинальную конструкцию, которая в настоящее время патентуется.

При этом, в отличие от приведенной выше схемы, трансмиссия может иметь КПП без сцепления и гидротрансформатора, с меньшим числом передач, либо вовсе не иметь ни КПП, ни тягового электромотора.

 Сравнительная таблица некоторых гибридных приводов с предлагаемым приводом:

 Принципиальные преимущества предлагаемого привода  перед указанными в таблице параллельными приводами:

-               двигатель внутреннего сгорания может работать с постоянной частотой вращения вне зависимости от скорости движения автомобиля (можно уменьшить число ступеней КПП);

-               нет необходимости  в сцеплении или гидротрансформаторе для КПП;

-               при постоянной частоте вращения привода можно увеличить его суммарный крутящий момент за счет суммирования момента двигателя внутреннего сгорания с моментом электродвигателя. Также можно при постоянной частоте вращения вала ДВС и постоянном крутящем моменте привода увеличить его частоту вращения (например, для увеличения скорости при обгоне) – до двух раз без какой-либо перегрузки электродвигателя;

-               отсутствуют потери в магнитопроводе электродвигателя (при наличии постоянных магнитов), когда электродвигатель выключен, но его ротор вращается с высокой частотой. Как следствие - дополнительное снижение потребления топлива и нагрева электродвигателя.

Сравнительное моделирование предлагаемого гибридного привода для городского автобуса (вариант привода,  вообще не имеющего КПП и дополнительного тягового электродвигателя) с приводом РУСЭЛПРОМ для ЛиАЗ-5292Х. 3-х минутный цикл: разгон с места до 60 км/ч, движение с этой скоростью, остановка с полностью рекуперативным торможением. Параметры транспортного средства (автобуса) одинаковы и соответствуют параметрам автобуса ЛиАЗ-5292X:

График скорости движения сравниваемых автобусов в принятом цикле по результатам расчета в среде визуального программирования MathWorks Simulink.

 

Результаты моделирования:

Привод РУЭЛПРОМ:

Суммарная мощность ДВС и электромашин – 475,5 кВт.

Пройденный путь 2837 м.

Удельная теплота сгорания топлива 34,5 МДж/л, КПД дизеля 40%.

За один цикл ДВС выработал 13 МДж энергии, расход электроэнергии при разгоне составил 2 МДж, итоговый заряд энергии в батарею составил 0,8 МДж.

Суммарный расход энергии равен 13 – 0,8 = 12,2 МДж

Расход бензина на этом пути составил (12,2/34,5)/0,4 = 0,88 л

Пройденный за этот цикл путь составил 2837 м или 1/28 от 100 км

Расход топлива составит 28*0,88 л = 25 л/100 км

Максимальный преодолеваемый с полной нагрузкой на скорости 20 км/ч подъем составляет  9,5° (17%).

Предлагаемый привод "АВИС"(даже без использования КПП и дополнительного тягового электродвигателя):

Суммарная мощность ДВС и электромашины – 286 кВт.

Пройденный путь 2769 м

Удельная теплота сгорания топлива 34,5 МДж/л, КПД дизеля 40%.

За один цикл ДВС выработал 7,5 МДж энергии, расход электроэнергии при разгоне составил 2 МДж, итоговый заряд энергии в батарее не изменился.

Суммарный расход энергии равен = 7,5 МДж

Расход бензина на этом пути составил (7,5/34,5)/0,4 = 0,54 л

Пройденный за этот цикл путь составил 2769 м или 1/36 от 100 км

Расход топлива составит 36*0,54 л = 19,5 л/100 км

Максимальный преодолеваемый с полной нагрузкой на скорости 20 км/ч подъем составляет  16° (29%).

Предлагаемый параллельный привод для городского автобуса имеет, по сравнению с последовательным приводом РУСЭЛПРОМ, меньшее число электромашин, меньшую суммарную мощность, меньший расход топлива и лучшие потребительские свойства (выше максимальная скорость, больше преодолеваемый подъем).

По сравнению с приводом Voith (ZF) предлагаемый привод имеет меньшее число ступеней КПП (в сравнительном моделировании КПП не было совсем), бОльшую предельную скорость без увеличения частоты вращения ДВС, меньшие потери в электромашине (меньше расход топлива) и возможность работы ДВС с постоянной частотой вращения во всем диапазоне скоростей автомобиля.

                 Внедрение предлагаемого гибридного привода позволит снизить себестоимость, массу и габариты привода, расход топлива, количество выбросов в атмосферу и, таким образом, повысить конкурентные преимущества создаваемых транспортных средств.