Система управления двигателем и бесступенчатой трансмиссией

007321 Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано преимущественно в малотоннажных и легковых автомобилях. Известен электромеханический привод транспортного средства, содержащий снабженный датчиком мощности двигатель внутреннего сгорания, приводной тяговый двигатель, связанный через управляемый ключевой элемент с аккумуляторной батареей, и дополнительный тяговый двигатель с блоком управления, обеспечивающий оптимизацию режима работы двигателя внутреннего сгорания и уменьшение токсичности выхлопных газов (авт.св.823187, B 60L 11/18, 1981, БИ 15). Недостатком привода является наличие отдельного реверсируемого двигателя значительной мощности для стабилизации нагрузки двигателя внутреннего сгорания, что существенно ухудшает массогабаритные характеристики и экономические показатели привода. Известна система управления двигателем и бесступенчатой трансмиссией, (прототип) содержащая датчики параметров, характеризующих работу двигателя, программно-усилительный блок, вход которого связан с выходами датчиков, исполнительный механизм с блоком управления, органы задания скорости движения транспортного средства, кинематически связанные с органом управления трансмиссией, с которым кинематически связан рычаг ручного управления и орган управления скоростным режимом двигателя (авт.св. 844398, В 60K 41/12, 1981, БИ 25). Недостатком такого устройства является одновременное изменение режима работы двигателя и передаточного отношения бесступенчатой трансмиссии при формировании водителем управляющих воздействий, что вызывает в ряде случаев неконтролируемое нарушение сцепления ведущих колес транспортного средства с дорожным покрытием, а также зависимость режима двигателя от скорости движения транспортного средства и невозможность оптимизации работы теплового двигателя при частичных нагрузках. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы управления двигателем и бесступенчатой трансмиссией, обеспечивающей посредством использования двухзвенной бесступенчатой трансмиссии, вспомогательное звено которой соединено с реверсивным гироаккумулятором, электрическим мотор-гененератором и работающей от выхлопных газов теплового двигателя турбиной оптимизацию работы теплового двигателя только в режиме номинальной термодинамической эффективности для всех режимов частичных нагрузок и безопасность эксплуатации транспортного средства вследствие применения соединенной с органами управления посредством блока управления основной бесступенчатой трансмиссии, что позволяет улучшить эксплуатационные, экономические и экологические характеристики транспортного средства вследствие уменьшения потребление топлива и снижения уровня токсичных выбросов на 30-50% прежде всего в режиме частичных нагрузок городского движения. Поставленная задача достигается тем, что система управления двигателем и бесступенчатой трансмиссией, содержащая датчики параметров, характеризующих работу двигателя и трансмиссии, блок программного управления, вход которого соединен с выходами датчиков, исполнительные механизмы, соединенные с блоком управления, органы управления движением транспортного средства и орган управления скоростным режимом двигателя, при этом соединенная с двигателем посредством управляемой муфты бесступенчатая трансмиссия выполнена двухзвенной, вспомогательное звено которой соединено с реверсивным гироаккумулятором, электрическим мотор-генератором и работающей от выхлопных газов турбиной, основное звено трансмиссии посредством приводной муфты и реверсивного мультипликатора соединено с колесным дифференциалом, а органы управления движением транспортного средства и скоростным режимом двигателя соединены с блоком программного управления. Применение соединенной с двигателем управляемой муфты обеспечивает для всех режимов частичных нагрузок работу двигателя в автоматическом циклическом старт-стопном режиме. Применение соединенной с реверсивным гироаккумулятором, мотор-генератором и газовой турбиной вспомогательной бесступенчатой трансмиссии обеспечивает работу теплового двигателя только в стационарном режиме при номинальной термодинамической эффективности вследствие аккумулирования механической энергии двигателя состоящим из системы вращающихся элементов и роторов моторгенератора и газовой турбины реверсивным гироаккумулятором, а также оптимизацию работы газовой турбины для нестационарных режимов двигателя. Применение соединенной посредством приводной муфты с реверсивным мультипликатором основной бесступенчатой трансмиссии обеспечивает формирование скоростных режимов транспортного средства независимо от режима теплового двигателя для всех режимов частичных нагрузок. Применение двухзвенной бесступенчатой трансмиссий обеспечивает аккумулирование реверсивным гироаккумулятором и рекуперацию кинетической энергии при торможении транспортного средства. Применение соединенной с мотор-генератором двухзвенной бесступенчатой трансмиссии обеспечивает все режимы движение транспортного средства от электропривода без использования имеющих значительную массу и габариты электронных блоков управления электродвигателем. Функциональная схема системы управления двигателем и бесступенчатой трансмиссией представлена на фиг. 1, характеристики мощности Р (график 1) и термодинамической эффективности РЭФФ (график 2) теплового двигателя - на фиг. 2.-1 007321 Тепловой двигатель 1 оборудован системой питания 2, соединенной с блоком программного управления 3. Посредством управляемой муфты 4 тепловой двигатель соединен с двухзвенной бесступенчатой управляемой трансмиссией, вспомогательное звено 5 которой соединено с реверсивным гироаккумулятором 6, электрическим мотор-генератором 7 и работающей от выхлопных газов теплового двигателя турбиной 8. Основное звено 9 бесступенчатой трансмиссии посредством приводной муфты 10 соединено с реверсивным мультипликатором 11, который соединен с колесным дифференциалом 12. Входы блока программного управления 3 соединены с контроллером 13 вспомогательной трансмиссии, контроллером 14 основной трансмиссии, контроллером 15 приводной муфты, сенсором 16 тормозной системы, контроллером 17 режимов управления трансмиссией ручной-автоматический, селектором 18 основной трансмиссии, контроллером 19 акселератора и сенсором акселератора 20. Выходы блока управления 3 соединены с сервоприводом 21 вспомогательной трансмиссии, сервоприводом 22 основной трансмиссии,сервоприводом 23 управляемой муфты и сервоприводом 24 приводной муфты. Система управления двигателем и трансмиссией работает следующим образом. Ручной режим управления Запуск теплового двигателя 1 производится мотор-генератором 7 при подаче питающего напряжения. При достижении стационарной скорости вращения мотор-генератора сервоприводом 22 автоматически включается управляемая муфта 4 и производится запуск теплового двигателя. Блок программного управления 3 включен в режиме ручного управления и режим теплового двигателя устанавливается непосредственным воздействием на контроллер 19 акселератора, что обеспечивает прогрев теплового двигателя или непосредственное управление системой питания 2. При включении реверсивного мультипликатора 11 и воздействии на сенсор акселератора 20 включается приводная муфта 10 и происходит движение транспортного средства. Все режимы движения обеспечиваются традиционным образом посредством управления акселератором 19 системой питания 2 и селектором 18 основной трансмиссии, передаточное отношение которой устанавливается водителем в зависимости от режимов движения. Сервопривод 21 автоматически изменяет по заложенной в блоке управления 3 программе передаточное отношение вспомогательной трансмиссии 5 в зависимости от скорости вращения теплового двигателя для обеспечения максимальной эффективности работающей от выхлопных газов теплового двигателя турбины 8. Автоматический режим управления При включении контроллером 17 автоматического режима сервопривод 21 устанавливает минимальное передаточное отношение вспомогательной трансмиссии 5 и при достижении тепловым двигателем 1 скорости вращения NНОМ производит управляемое увеличение передаточного отношения трансмиссии 5, приводящее к возрастанию скорости вращения реверсивного гироаккумулятора 6, накапливающего кинетическую энергию при неизменной скорости вращения Nном работающего с номинальной термодинамической эффективностью теплового двигателя 1. При полной выборке передаточного отношения вспомогательной трансмиссии 5 по команде контроллера 13 сервопривод 23 отключает управляемую муфту 4 и тепловой двигатель останавливается. При включенном реверсивном мультипликаторе 11 и воздействии на сенсор акселератора 20 сервопривод 24 включает приводную муфту 10 и происходит движение транспортного средства. Изменение скорости движения обеспечивается воздействием на акселератор 19, изменяющим посредством сервопривода 22 передаточное отношение основной трансмиссии 9. Движение происходит за счет накопленной гироаккумулятором 6 кинетической энергии, вследствие чего скорость вращения гироаккумулятора 6 уменьшается и по команде контроллера 14 сервопривод 21 изменяет передаточное отношение вспомогательной трансмиссии 5 таким образом, чтобы скорость вращения управляемой муфты 4 оставалась неизменной. После полной выборки передаточного отношения вспомогательной трансмиссии 5 по команде контроллера 13 сервопривод 23 включает управляемую муфту 4, происходит запуск теплового двигателя 1, выход его на заданный системой питания 2 стационарный режим номинальной термодинамической эффективности и передача механической энергии в гироаккумулятор 6 при неизменной частоте вращения теплового двигателя. При увеличении скорости движения транспортного средства вследствие изменения передаточного отношения основной трансмиссии 9 частота и продолжительность включения теплового двигателя 1 будет увеличиваться, тем не менее тепловой двигатель будет работать циклически в старт-стопном режиме при неизменной нагрузке и частоте вращения Nном, соответствующей номинальной термодинамической эффективности (фиг. 2, график 2). Газовая турбина также будет находится в оптимальном режима вследствие достаточного количества выхлопных газов. В случае неквалифицированного управления режимом разгона и движения блок управления 3 анализирует сигналы штатных датчиков системы ABS ведущих и ведомых колес и при возникновении угрозы пробуксовки ведущих колес уменьшает передаточное отношение бесступенчатой трансмиссии. При полной выборке передаточного отношения основной трансмиссии 9 дальнейшее увеличение скорости невозможно и посредством контроллера 17 будет включен режим ручного управления,позволяющий в ущерб экономичности достижение максимальных скоростных режимов при использовании полной мощности двигателя, соответствующей нагрузочной характеристике двигателя (фиг. 2, график 1). Двухзвенная управляемая бесступенчатая трансмиссия обеспечивает режим рекуперативного торможения с аккумулированием кинетической энергии транспортного средства реверсивным гироаккуму-2 007321 лятором 6. При воздействии в процессе движения на сенсор 16 тормозной системы сервопривод 23 выключает управляемую муфту 4 независимо от режима теплового двигателя и блок программного управления 3 включает одновременное управление сервоприводами 21 и 22. В процессе контролируемого уменьшения воздействия водителя на контроллер 19 акселератора происходит контролируемое уменьшение передаточного отношения обеих звеньев бесступенчатой трансмиссии, скорость вращения гироаккумулятора 6 возрастает, что позволяет аккумулировать кинетическую энергию транспортного средства с последующей утилизацией. Суммарное изменение передаточного отношения бесступенчатой трансмиссии составляет 16-25, что позволяет аккумулировать до 95% кинетической энергии транспортного средства. В случае неквалифицированного управления режимом рекуперации блок управления 3 анализирует сигналы штатных датчиков системы ABS ведущих и ведомых колес и при возникновении угрозы блокировки ведущих колес уменьшает передаточное отношение бесступенчатой трансмиссии. При отсутствии воздействия на сенсор 16 тормозной системы режим рекуперативного торможения выключается. При отсутствии воздействия на сенсор акселератора 20 сервопривод 24 выключает приводную муфту 10 и транспортное средство движется по инерции. Контроллер 14 сравнивает скорости вращения ведущей и ведомой частей приводной муфты 10 и по команде блока программного управления 3 сервопривод 22 изменяет передаточное отношение основной трансмиссии 9 таким образом, чтобы скорости вращения обеих частей приводной муфты 10 были одинаковыми. Система управления обеспечивает также возможность движения транспортного средства от электропривода, что необходимо при точном маневрировании, парковке, движении в жилой зоне. В этом режиме тепловой двигатель не включается, а скорость движения устанавливается изменением передаточного отношения основной трансмиссии 9, что исключает необходимость применения обладающих значительной массой и габаритами электронных систем управления электроприводом. Изменение направления движения транспортного средства осуществляется реверсированием мультипликатора 11 или мотор-генератора 7. Таким образом, система управления двигателем и бесступенчатой трансмиссией благодаря применению высокоэффективной механической двухзвенной управляемой бесступенчатой трансмиссией с возможностью управляемого режима движения транспортного средства независимо от работающего в квазистационарном режиме с номинальной термодинамической эффективностью теплового двигателя и контролированного режима рекуперативного торможения с аккумулированием кинетической энергии реверсивным гироаккумулятором обеспечивает по сравнению с транспортными средствами, снабженными поршневыми двигателями внутреннего сгорания в классическом использовании, снижение потребления топлива и суммарного уровня токсичных выбросов на 30-50% прежде всего в режиме частичных нагрузок городского движения, а управляемая бесступенчатая механическая трансмиссия обеспечивает за счет использования кинетической энергии гироаккумулятора динамические характеристики транспортного средства с ускорением до 6 м/с 2. Применение соединенной с мотор-генератором двухзвенной бесступенчатой трансмиссии обеспечивает все режимы движение транспортного средства от электропривода без использования имеющих значительную массу и габариты электронных блоков управления электроприводом. Наиболее целесообразно применение газотурбинного привода на легковых и малотоннажных автомобилях с классически нестационарным режимом движения - городские и маршрутные такси, почтовые фургоны, автомобили доставки и муниципальных служб, а также автомобили индивидуального пользования, эксплуатация которых согласно мировой статистики на 80% осуществляется в городских условиях. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Система управления двигателем и бесступенчатой трансмиссией, содержащая датчики параметров,характеризующих работу двигателя и трансмиссии, блок программного управления, вход которого соединен с выходами датчиков, исполнительные механизмы, соединенные с блоком управления, органы управления движением транспортного средства и орган управления скоростным режимом двигателя,отличающаяся тем, что соединенная с двигателем посредством управляемой муфты бесступенчатая трансмиссия выполнена двухзвенной, вспомогательное звено которой соединено с реверсивным гироаккумулятором, электрическим мотор-генератором и работающей от выхлопных газов турбиной, основное звено трансмиссии посредством приводной муфты и реверсивного мультипликатора соединено с колесным дифференциалом, а органы управления движением транспортного средства и скоростным режимом двигателя соединены с блоком программного управления.