БЛОГ

Высокомоментный гибридный привод для транспортных средств

Предложение по внедрению высокомоментного гибридного привода для транспортных средств. Конструкция. Инновации. Ноу-хау.

 Предлагаемый гибридный привод является полным гибридом комбинированного (последовательно-параллельного) типа. Предназначен для использования в качестве бесступенчатой трансмиссии для транспортных средств, требующих большой крутящий момент – для кроссоверов, джипов, спортивных автомобилей, автобусов, грузовиков, сельхоз- и военной техники, карьерных самосвалов и тепловозов. Привод имеет минимальные размеры, вес и стоимость (при равных возможностях) по сравнению с аналогами.
Состав привода: одна обращаемая электрическая машина (мотор-генератор), планетарный делитель мощности и фрикционы.
Параметры предлагаемого привода на примере использования в трансмиссии транспортного средства с ДВС мощностью 136 л.с.(210 Нм при 4500 об/мин):
– движение со скоростью до 5 км/ч с крутящим моментом до 500 Нм;
– движение со скоростью до 38 км/ч с крутящим моментом до 1200 Нм;
– движение со скоростью до 90 км/ч с крутящим моментом до 510 Нм;
– на скоростях выше 90 км/ч – крутящий момент до 210 Нм;
– номинальная скорость движения (частота вращения ДВС 4500 об/мин, момент до 210 Нм, электродвигатель выключен) – 129 км/ч;
– максимальная скорость движения на ДВС и электродвигателе по горизонтальной поверхности (при условии, что суммарной мощности привода в 230 л.с. при этом достаточно – хорошая обтекаемость автомобиля и т. д.) – 220 км/ч.
Основные инновационные особенности высокомоментного гибридного привода:
- Особая конструкция генератора (биротативная электромашина).
- Взаимная компоновка элементов привода (генератор, планетарный делитель мощности, ДВС, тяговый электродвигатель).
Конструкция генератора позволяет оригинально скомпоновать элементы привода так, чтобы получить предельно высокий момент.

Схемы компоновок предлагаемого гибридного привода:

 Монопривод (передний)

 

 

Достоинства: относительная простота, минимальная стоимость привода.

Недостатки: относительно небольшой крутящий момент, который может быть эффективно передан от электродвигателя на ведущие колёса (без их пробуксовки). Невысокая проходимость автомобиля.

 

 

 

Полный привод (4WD) без межосевого дифференциала

Достоинства: большой крутящий момент привода, эффективно передаваемый от электродвигателей на ведущие колёса. Высокая проходимость автомобиля. Отсутствие карданных валов (широкие возможности компоновки кузова). Отсутствие межосевого дифференциала.

Недостатки: обязательно наличие минимум двух электромашин и инверторов. Невозможность передачи крутящего момента от ДВС на вторую ведущую ось (при отказе заднего электродвигателя или разряженной аккумуляторной батарее)

 

 

 

Полный привод (4 WD)

 

 

Достоинства: большой крутящий момент привода, эффективно передаваемый от электродвигателей на ведущие колёса. Высокая проходимость автомобиля. Возможность компоновки на одной электромашине с одним инвертором. Крутящий момент передаётся на обе ведущие оси постоянно.

Недостатки: наличие межосевого дифференциала и, как минимум, одного карданного вала.

 

 

 

 

Сравнительная таблица аналогов для сектора джипов и кроссоверов

Two-Mode Active Transmission, разработчик – консорциум Global Hybrid Cooperation (BMW, Daimler, Chrysler, General Motors, Allison).  Является полным гибридом комбинированного типа. Состав: два мотор-генератора, три  планетарные передачи и четыре пакета фрикционов. Фактически в автоматическую коробку перемены передач встроены два электромотора-генератора. Достоинства – момент раздается на обе ведущие оси с неизменным заданным взаимным соотношением. Недостатки – значительные габариты, высокая цена.

Efficient Dynamics, разработчик – BMW. Применяется в BMW Vision EfficientDynamics (концепт). Компания объявила о том, что начнёт серийное производство автомобилей в 2013 году в Лейпциге под официальным названием BMW i8. Состав:  два мотор-генератора, преселективная коробка передач DCT. Конструкция проще, чем у Two-Mode Active Transmission (применена практически серийная коробка передач, нет межосевого дифференциала). Недостатки – значительные габариты, высокая цена, разная величина максимального момента на ведущих осях.

HSD (hybrid synergy drive), разработчик – TOYOTA (Aisin). Применяется в кроссовере Lexus RX 400h. Состав: генератор, два мотор-генератора, планетарный делитель мощности. Достоинство: отсутствие коробки перемены передач. Недостатки – большое число электромашин (3), высокая цена, разная величина максимального момента на ведущих осях.

HSD II (hybrid synergy drive II), разработчик – TOYOTA (Aisin). Применяется в седане Lexus LS 600HL. Состав: генератор, планетарный делитель мощности, мотор-генератор, двухступенчатый планетарный редуктор, межосевой дифференциал повышенного трения Torsen. Достоинства: относительно простая коробка перемены передач (двухступенчатая), обычное число электромашин (2), момент раздается на обе ведущие оси с неизменным заданным взаимным соотношением. Недостатки – значительные габариты, высокая цена.

Гибридные автобусы: Van Hool (Голландия), Orion (США)

Гибридные грузовики: Mercedes-Benz Atego BlueTec Hybrid, Atego 1222 L EEV

Конкурентоспособность

Разработка имеет потенциальное преимущество над лидером гибридным приводов TOYOTA HSD по нескольким параметрам:

- лучшие динамические характеристики;

- снижение требуемой мощности генератора и преобразователя, рост КПД привода;

- удешевление производства, связанное с меньшими требованиями к балансировке за счет меньшей абсолютной частоты вращения роторов генератора, а также увеличение ресурса используемых подшипников.

Предлагаемый высокомоментный гибридный привод обладает лучшими характеристиками и имеет более широкий спектр приложения – решает многие существующие проблемы гибридизации в тяжелой технике-кроссоверах, джипах,тягачах, автобусах, военной технике и т.д. А также имеет оригинальное решение, ранее не применяемое в мировом автомобилестроении. 

Проблемы, решаемые с внедрением высокомоментного гибридного привода

В настоящий момент существуют проблемы гибридизации тяжелой техники:

- Высокая стоимость

- Большие габариты и масса

- Необходимость высокого крутящего момента

Предлагаемое НОУ-ХАУ решает эти проблемы путем применения конструкции без дополнительных редукторов и коробок передач, обеспечивающую кратно больший крутящий момент, чем используемые в настоящее время, при ДВС с той-же  мощностью и крутящим моментом.

Дополнительные преимущества

Применение ноу-хау позволяет  разработать новый класс  электрических генераторов для использования не только в транспорте, но и в энергетике.

Рыночные ниши, открывающиеся с внедрением привода

На сегодняшний день рынок биротативных электромашин практически отсутствует. Также нет конструкций приводов ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ с использованием биротативных генераторов, нет разработок  биротативных генераторов специально  для транспорта.

Реализация разработки дает возможность сформировать и занять нишу биротативных электромашин для транспорта.

Актуальность разработки

Рост цен на углеводородное сырье, сокращение его запасов, борьба за сохранение мировой экосистемы, налоговая политика, направленная на поощрение тех автовладельцев, чьи транспортные средства будут наносить минимальный вред окружающей среде, — всё это свидетельствует в пользу актуальности поиска новых эффективных гибридных разработок.

Все крупные автоконцерны имеют гибриды в своих продуктовых линейках или планируют их выпуск, создают специальные R&D центры по разработке гибридов.

Автопроизводители мира вложили в инновации более 50 млрд. евро. Внедрено свыше 600 инновации, в т.ч. более 90 в области гибридных приводов.

Данная разработка направлена на предложение авторынку, находящемуся в интенсивном поиске технических решений, инновационного, доступного широкому спектру автопроизводителей и производителей автокомплектующих, высокоэффективного гибридного привода, по характеристикам превосходящего в разы существующие в мире гибридные технологии при меньших габаритах, весе и стоимости, позволяющего значительно усилить конкурентные преимущества.