Электрогидравлическое гибридное приводное устройство для транспортного средства Российский патент 2021 года по МПК B60K6/12 B60K6/48 B60K6/52 B60K7/00 B60K25/00 

Изобретение относится к электрогидравлическому гибридному приводному устройству для транспортного средства, в частности, для транспортного средства хозяйственного назначения.

Из DE 102011121500 А1 известна гидравлическая гибридная приводная система для транспортного средства. Электрогидравлические гибридные приводные системы известны из ЕР 1824699 В1. В нем предлагается эксплуатационно-техническое соединение двигателя внутреннего сгорания с электродвигателем/генератором, который, в свою очередь, эксплуатационно-технически связан с первой гидравлической машиной. Первая гидравлическая машина по текучей среде связана со второй гидравлической машиной, которая соединена с ведущими колесами транспортного средства с использованием приводных технологий.

Задачей данного изобретения является усовершенствование известных технологий. В частности, задачей данного изобретения является создание такой конфигурации силовой передачи, которая сделает возможной гибкую и экономичную реализацию разных режимов работы транспортного средства. В частности, задачей данного изобретения является создание такой конфигурации силовой передачи, которая позволит реализовать разные дорожные ситуации и режимы работы транспортного средства с сохранением хороших ходовых качеств.

Эти задачи решаются с помощью электрогидравлического гибридного приводного устройства для транспортного средства с признаками независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и виды применения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения и более подробно рассмотрены в представленном далее описании с частичной ссылкой на изображения.

В соответствии с общими аспектами изобретения предлагается приводное устройство для транспортного средства, в частности, электрогидравлическое гибридное приводное устройство. Транспортным средством может быть транспортное средство хозяйственного назначения, в частности, трехосное транспортное средство хозяйственного назначения, например, с одной передней осью и двумя задними осями. Две задние оси могут быть выполнены в форме двухосной тележки.

Приводное устройство включает двигатель внутреннего сгорания и электрическую машину, которая может работать как генератор и как двигатель (здесь и далее называется первой электрической машиной) и которая может приводиться в действие двигателем внутреннего сгорания посредством механизма отбора мощности (англ. power take-off). Тем самым, в эксплуатационно-техническом смысле первая электрическая машина может соединяться с механизмом отбора мощности. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство может, в частности, включать в себя управляемое сцепное устройство, с помощью которого первая электрическая машина может соединяться с механизмом отбора мощности. Кроме того, может быть предусмотрен накопитель электрической энергии, с помощью которого может происходить снабжение первой электрической машины электрической энергией.

Приводное устройство дополнительно включает гидравлическую машину (здесь и далее называется первой гидравлической машиной), которая связана с первой электрической машиной посредством привода. Тем самым, в эксплуатационно-техническом смысле первая гидравлическая машина соединена с первой электрической машиной. Таким образом, действия первой электрической машины и первой гидравлической машины сочетаются, машины могут, например, находиться на общем приводном валу и/или быть связаны друг с другом через непосредственное сопряжение.

Приводное устройство дополнительно включает по меньшей мере другую гидравлическую машину, которая здесь и далее называется второй гидравлической машиной. По меньшей мере одна вторая гидравлическая машина связана с первой гидравлической машиной по текучей среде и с точки зрения приводных технологий подключена последовательно, причем первая и вторая гидравлические машины могут работать как гидравлические насосы, так и как гидравлические двигатели. Первая и по меньшей мере одна вторая гидравлическая машина являются частью гидростатического привода транспортного средства.

В случае с механизмом отбора мощности речь может идти о механизме отбора мощности двигателя, т.е. о механизме, соединенном непосредственно с двигателем внутреннего сгорания, или о механизме отбора мощности передачи, т.е. о механизме, установленном на передачу.

Преимуществом соединения электрогидравлического привода с двигателем внутреннего сгорания через механизм отбора мощности является то, что двигатель внутреннего сгорания может чисто механически приводить в действие одну ось транспортного средства через основное средство отбора мощности, а электрогидравлический привод может использоваться как альтернатива или дополнительно при необходимости привода на одну или несколько других осей. Тем самым, электрогидравлическое гибридное приводное устройство может включать в себя одну первую приводную ось транспортного средства, которая может приводиться в действие двигателем внутреннего сгорания через находящийся на стороне передачи выходной вал. Для этого предпочтительно, чтобы со стороны отбора мощности двигатель внутреннего сгорания был связан с механической передачей, например, с автоматизированной коробкой передач, которая на выходе соединена с выходным валом. Первой приводной осью может быть первая задняя ось транспортного средства хозяйственного назначения. Термин «приводная ось» в настоящем документе означает, что данная ось может быть приведена в действие активно.

Один из наиболее предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусматривает, что электрогидравлическое гибридное приводное устройство включает по меньшей мере одну вторую приводную ось транспортного средства, которая может приводиться в действие по меньшей мере одной второй гидравлической машиной. Тем самым, транспортное средство включает одну или несколько осей с гидравлическим приводом, которая (каждая из которых) здесь называется второй приводной осью.

Например, по меньшей мере одна вторая приводная ось может включать в себя переднюю ось и/или вторую заднюю ось транспортного средства хозяйственного назначения.

Тем самым, электрогидравлическое гибридное приводное устройство выполнено таким образом, что в случае приведения в действие первой электрической машины двигателем внутреннего сгорания посредством механизма отбора мощности и/или посредством ее накопителя электрической энергии в первичном контуре механическая мощность первой электрической машины преобразуется первой гидравлической машиной, работающей как гидравлический насос (рабочая машина), в гидравлическую мощность. Эта мощность преобразуется в по меньшей мере одной второй гидравлической машине, работающей как гидродвигатель (потребитель или, соответственно, силовая машина), обратно в механическую мощность, которая используется для приведения в действие второй оси.

Механическая мощность, используемая для приведения в действие первой гидравлической машины, работающей как гидравлический насос, может выборочно производиться только двигателем внутреннего сгорания (в частности, в ситуациях, когда управляемое сцепное устройство замкнуто и первая электрическая машина приводится в действие двигателем внутреннего сгорания или является пассивным ведомым элементом), или только накопителем электрической энергии для питания первой электрической машины (когда управляемое сцепное устройство разомкнуто и питание для первой электрической машины подается из накопителя электрической энергии), или как двигателем внутреннего сгорания, так и накопителем электрической энергии - для первой электрической машины.

В рекуперативном режиме торможения кинетическая энергия транспортного средства может быть по меньшей мере частично преобразована в гидравлическую мощность, как минимум, одной второй гидравлической машиной, работающей как гидравлический насос. Эта мощность преобразуется в первой гидравлической машине, работающей как гидродвигатель, в механическую мощность для приведения в действие первой электрической машины. Если сцепное устройство разомкнуто, то рекуперированная энергия может быть направлена в накопитель энергии первой электрической машины. Если сцепное устройство замкнуто, то рекуперированная энергия может быть использована для преодоления сопротивления двигателя внутреннего сгорания как пассивного ведомого элемента и тем самым для работы в режиме торможения двигателем.

Вторая гидравлическая машина может быть выполнена, например, в виде гидравлической машины, устанавливаемой на ступицу колеса, или, соответственно в виде мотор-колеса. Вторая приводная ось в этом случае может приводиться в действие двумя гидравлическими машинами в форме мотор-колес, в частности, без необходимости использования на этой оси межколесного дифференциала. В случае с данным вариантом можно получать индивидуальные показатели крутящего момента для каждого колеса или, соответственно, можно предотвращать проворачивание колес без блокировки дифференциала путем управления мотор-колесами, или добиваться так называемой векторизации крутящего момента, т.е. активным образом влиять на угол рыскания транспортного средства путем управления распределением крутящего момента.

Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения вторая приводная ось включает два расположенных соосно (т.е. на одной линии) приводных вала для колес, один конец которых неподвижно соединен с колесом, а второй - находится в кинематической связи с одной из гидравлических машин. У данного варианта вторая приводная ось также может приводиться в действие двумя гидравлическими машинами, которые, однако, не располагаются непосредственно на ступице колеса. В этом варианте также существует возможность получения индивидуальных показателей крутящего момента без применения межколесного дифференциала.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вторая приводная ось может приводиться в действие только гидравлической машиной. Вторая гидравлическая машина может быть выполнена, например, в виде гидравлической машины, приводной вал которой кинематически связан с межколесным дифференциалом второй приводной оси.

Например, передняя ось и/или вторая задняя ось транспортного средства хозяйственного назначения могут приводиться в действие как подобная гидравлическая приводная ось в одном из упоминавшихся ранее вариантов осуществления изобретения, соответственно. Вышеуказанные варианты осуществления изобретения можно комбинировать так, что одна гидравлическая приводная ось, например, передняя ось, может приводиться в действие двумя гидравлическими мотор-колесами, а другая гидравлическая приводная ось, например, вторая задняя ось транспортного средства, может приводиться в действие одной гидравлической машиной, расположенной на второй задней оси и кинематически связанной с межколесным дифференциалом второй задней оси.

Согласно другому варианту изобретения электрогидравлическое гибридное приводное устройство может включать в себя гидравлический механизм отбора мощности для эксплуатации и/или снабжения гидравлического навесного оборудования или гидравлических вспомогательных агрегатов транспортного средства рабочей жидкостью, который связан с первой гидравлической машиной посредством гидравлического привода. Преимуществом является возможность эксплуатации такого гидравлического навесного оборудования или гидравлических вспомогательных агрегатов и т.д. даже в периоды, когда двигатель внутреннего сгорания не работает, а именно за счет работы первой электрической машины, которая получает электроэнергию из накопителя электрической энергии, например, в периоды остановки при работе транспортного средства в режиме «стоп-пуск». Еще одним преимуществом является возможность приведения в действие вспомогательных агрегатов при разомкнутом сцепном устройстве независимо от числа оборотов и тем самым от колебаний числа оборотов двигателя внутреннего сгорания.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения электрогидравлическое гибридное приводное устройство включает по меньшей мере одну дополнительную электрическую машину, здесь и далее называемую второй электрической машиной, которая может работать как генератор и как двигатель и которая расположена на третьей приводной оси транспортного средства хозяйственного назначения и связана с третьей осью посредством привода. Термин «третья приводная ось» используется для того, чтобы отличать ось, которая может приводиться в действие второй электрической машиной, от тех приводных осей, которые могут приводиться в действие второй гидравлической машиной. Третья ось может также быть, например, передней осью или второй задней осью.

К примеру, один из вариантов осуществления изобретения предусматривает, что вторая приводная ось может быть передней осью, а третья приводная ось - второй задней осью транспортного средства хозяйственного назначения. Первой приводной осью, т.е. приводной осью, которая приводится в действие двигателем внутреннего сгорания механически, может быть первая задняя ось транспортного средства. При этом особенно предпочтительно, чтобы передняя ось могла приводиться в действие двумя гидравлическими мотор-колесами, так как в этом случае применительно к плотности мощности гидравлических двигателей и их компактности имеются конструктивные преимущества.

Под первой задней осью следует понимать переднюю из двух задних осей транспортного средства относительно его движения вперед. Соответственно, под второй задней осью подразумевается задняя из двух задних осей транспортного средства относительно его движения вперед. Первая и вторая задние оси могут представлять собой две оси одной двухосной тележки транспортного средства хозяйственного назначения.

Первая электрическая машина и вторая электрическая машина предпочтительно соединяются с одним и тем же накопителем электрической энергии, что обеспечивает возможность подачи на них электроэнергии из одного и того же накопителя электрической энергии или, соответственно, возможность направления рекуперированной энергии в один и тот же накопитель электрической энергии.

По аналогии с гидравлической приводной второй осью для электрической приводной третьей оси может быть выведено несколько вариантов осуществления изобретения. Например, один из вариантов осуществления изобретения предусматривает кинематическую связь приводного вала второй электрической машины с межколесным дифференциалом третьей приводной оси. В качестве альтернативы две вторые электрические машины могут быть предусмотрены на третьей оси, причем третья приводная ось имеет два расположенных соосно приводных вала для колес, один конец которых неподвижно соединен с колесом, а второй - находится в кинематической связи с одним из двух вторых электрических машин. Две вторые электрические машины также могут иметь вид электрических мотор-колес.

Согласно другому варианту осуществления изобретения электрогидравлическое гибридное приводное устройство включает электрический механизм отбора мощности для эксплуатации и/или снабжения электропитанием электрического навесного оборудования или вспомогательных агрегатов транспортного средства, на который через накопитель электрической энергии для питания первой электрической машины может подаваться электрическая энергия. Тем самым, при необходимости и в данном случае электрические вспомогательные агрегаты могут эксплуатироваться без участия двигателя внутреннего сгорания, при этом питание первой электрической машины осуществляется не через механизм отбора мощности, а от ее накопителя электрической энергии.

Ранее уже было установлено, что электрогидравлическое гибридное приводное устройство может включать в себя управляемое сцепное устройство, с помощью которого первую электрическую машину можно соединять с механизмом отбора мощности, и накопитель электрической энергии, посредством которого осуществляется снабжение первой электрической машины электроэнергией. Согласно другому варианту изобретения электрогидравлическое гибридное приводное устройство дополнительно может включать в себя устройство управления управляемым сцепным устройством, двигателем внутреннего сгорания, первой электрической машиной и гидравлическими машинами. Устройство управления может функционировать таким образом, что дополнительно управляет вторыми электрическими машинами, если таковые предусмотрены.

Устройство управления функционирует таким образом, что транспортное средство может выборочно эксплуатироваться по меньшей мере в двух, по меньшей мере в трех, по меньшей мере в четырех, по меньшей мере в пяти, по меньшей мере в шести или во всех из перечисленных ниже режимах работы:

- в первом режиме работы, в котором привод транспортного средства осуществляется только с помощью двигателя внутреннего сгорания,

- во втором режиме работы, в котором привод осуществляется по меньшей мере только на одну вторую гидравлическую приводную ось,

- в третьем режиме работы, в котором привод третьей приводной оси осуществляется по меньшей мере с помощью одной второй электрической машины;

- в четвертом режиме работы, в котором гидравлический привод осуществляется по меньшей мере только на одну вторую гидравлическую приводную ось, а электрический привод на третью приводную ось осуществляется по меньшей мере с помощью одной второй электрической машины;

- в пятом режиме работы, в котором

а) механический привод первой оси осуществляется с помощью двигателя внутреннего сгорания, и

b1) гидравлический привод по меньшей мере одной второй оси осуществляется по меньшей мере с помощью одной второй гидравлической машины и/или

b2) электрический привод третьей оси осуществляется по меньшей мере с помощью одной второй электрической машины;

- в шестом режиме работы, в котором устройство управления функционирует таким образом, что в рекуперативном режиме торможения первая гидравлическая машина работает как гидравлический двигатель, а по меньшей мере одна вторая гидравлическая машина - как гидравлический насос, в результате чего первая гидравлическая машина приводит в действие первую электрическую машину, работающую как генератор. При этом устройство управления функционирует таким образом, что сцепное устройство размыкается, а полученная в рекуперативном режиме торможения электроэнергия накапливается в накопителе электрической энергии, в частности, если накопитель заряжен не полностью;

- в седьмом режиме работы, в котором устройство управления функционирует таким образом, что в рекуперативном режиме торможения первая гидравлическая машина работает как гидравлический двигатель, а по меньшей мере одна вторая гидравлическая машина - как гидравлический насос, в результате чего первая гидравлическая машина приводит в действие первую электрическую машину, работающую как генератор. При этом устройство управления функционирует таким образом, что сцепное устройство замыкается, а полученная в рекуперативном режиме торможения электроэнергия используется на преодоление сопротивления двигателя внутреннего сгорания как пассивного ведомого элемента. Седьмой режим работы можно, в частности, выбирать в случае, когда накопитель энергии превысил предварительно заданное состояние зарядки и/или полностью заряжен и/или требуется дополнительный эффект торможения двигателем.

Например, устройство управления может функционировать таким образом, что для трогания с места, маневрирования, работы в режиме «стоп-пуск» и/или движения транспортного средства с пониженной скоростью транспортное средство эксплуатируется во втором, третьем или четвертом режимах работы. В соответствии с этими режимами работы транспортное средство приводится в движение за счет электрической и/или гидравлической энергии. Двигатель внутреннего сгорания может оставаться выключенным. Ведущая ось, приводимая в действие механически, пассивно движется вместе с другими осями.

Согласно другому варианту изобретения устройство управления функционирует таким образом, что во втором режиме работы сцепное устройство размыкается и транспортное средство приводится в движение без использования двигателя внутреннего сгорания, причем первая электрическая машина снабжается энергией из накопителя электрической энергии и приводит в действие первую гидравлическую машину, которая работает как гидравлический насос, а гидравлический насос приводит в действие по меньшей мере одну вторую гидравлическую машину, работающую как гидродвигатель. Первая ось, приводимая в действие механически, пассивно движется вместе с другими осями.

Кроме того, изобретение относится к транспортному средству, в частности, к транспортному средству хозяйственного назначения, с таким электрогидравлическим гибридным приводным устройством в соответствии с представленными в настоящем документе описанием и раскрытием.

Описанные выше предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения можно комбинировать друг с другом в любом сочетании. Другие детали и преимущества данного изобретения описываются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. На них показаны:

Фиг. 1 Схематическое изображение электрогидравлического гибридного приводного устройства согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

Фиг. 2 Схематическое изображение электрогидравлического гибридного приводного устройства согласно еще одному из вариантов осуществления изобретения;

Фиг. 3 Схематическое изображение электрогидравлического гибридного приводного устройства согласно еще одному из вариантов осуществления изобретения; и

Фиг. 4 Схематическое изображение электрогидравлического гибридного приводного устройства согласно еще одному из вариантов осуществления изобретения.

Одинаковые или функционально эквивалентные элементы на всех изображениях обозначены одинаковыми номерами позиций, и часть из них отдельно не описывается.

На фиг. 1 показано схематическое изображение электрогидравлического гибридного приводного устройства для транспортного средства хозяйственного назначения согласно одному из вариантов осуществления. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство 10 включает двигатель 1 внутреннего сгорания, например, в форме дизельного двигателя. Со стороны отбора мощности двигатель 1 внутреннего сгорания кинематически связан с передачей 2. В месте расположения механизма 3 отбора мощности у двигателя 1 внутреннего сгорания электрическая машина 5 (первая электрическая машина) может подключаться с помощью управляемого сцепного устройства 4. Если сцепное устройство 4 замкнуто, то первая электрическая машина 5 приводится в действие двигателем 1 внутреннего сгорания (при условии, что он работает) через механизм 3 отбора мощности.

Первая электрическая машина 5 соединена с накопителем 6 электрической энергии по электропроводке 9, например, по бортовой сети. Если сцепное устройство 4 разомкнуто, тем самым, первая электрическая машина 5, действующая как двигатель, может приводиться в действие энергией из накопителя 6 электрической энергии. Действуя как генератор, электрическая машина 5 может сохранять произведенную электроэнергию в накопителе 6 электрической энергии.

Дополнительно первая электрическая машина 5 неподвижно связана с гидравлической машиной 8 (первая гидравлическая машина), т.е. первая электрическая машина 5 связана с первой гидравлической машиной 8 посредством привода. Гидравлическая машина 8 может работать как гидравлический насос и как гидравлический двигатель. Если привод первой электрической машины 5 осуществляется двигателем 1 внутреннего сгорания (сцепное устройство 4 замкнуто) через механизм 3 отбора мощности и/или за счет накопителя электрической энергии (сцепное устройство 4 может быть разомкнуто), то в первичном контуре механическая мощность первой электрической машины 5 преобразуется первой гидравлической машиной 8, работающей как гидравлический насос (рабочая машина), в гидравлическую мощность. Эта мощность может быть впоследствии преобразована другой гидравлической машиной, работающей как гидродвигатель (потребитель или, соответственно, силовая машина), обратно в механическую мощность для приведения в действие одной из осей (см. изображения ниже).

Электрогидравлическое гибридное приводное устройство 10 дополнительно включает устройство 7 управления управляемым сцепным устройством 4, двигателем 1 внутреннего сгорания, первой электрической машиной 5 и гидравлической машиной 8 с целью реализации разных режимов движения транспортного средства или, соответственно, режимов работы конфигурации силовой передачи (например, привод только от двигателя внутреннего сгорания или только электрогидравлический привод транспортного средства). В частности, устройство 7 управления может размыкать или замыкать сцепное устройство 4.

На фиг. 2 показано схематическое изображение электрогидравлического гибридного приводного устройства согласно еще одному варианту осуществления. Здесь, в свою очередь, представлены компоненты 1-9, которые уже были описаны на примере фиг. 1. Дополнительно изображены передняя ось 11 с двумя колесами 14, а также первая задняя ось 12 и вторая задняя ось 13 с колесами 14, соответственно. Обе задние оси 12, 13 могут быть осями двухосной тележки транспортного средства хозяйственного назначения.

Первая (передняя) задняя ось 12 приводится в действие двигателем 1 внутреннего сгорания чисто механически. При этом приводная мощность двигателя 1 внутреннего сгорания передается на переднюю заднюю ось 12 посредством передачи 2 и выходного вала 15 на выходе из передачи. Выходной вал 15 кинематически связан известным способом с межколесным дифференциалом 12а передней задней оси 12, находящимся внутри картера 16 оси. Например, межколесный дифференциал 12а может представлять собой дифференциал с коническими шестернями, включающий в себя ведомую коническую шестерню, коническую пару оси и пару конических сателлитов дифференциала, причем конические шестерни оси находятся в зацеплении с коническими сателлитами дифференциала и причем ведущая шестерня, установленная на выходном валу 15, например, ведущая коническая шестерня, находится в зацеплении с ведомой конической шестерней межколесного дифференциала 12а. Возможны любые другие виды зубчатого зацепления, например, также гипоидное.

Изображенное на фиг. 2 электрогидравлическое гибридное приводное устройство 20 дополнительно включает две гидравлические приводные оси, а именно переднюю ось 11 и вторую заднюю ось 13. Для гидравлического привода передней оси 11 предусмотрены две гидравлические машины в форме мотор-колес 21, расположенных на передней оси 11; эти машины связаны с первой гидравлической машиной 8 по текучей среде через гидравлические линии 23 и с точки зрения приводных технологий подключены последовательно.

Электрогидравлическое гибридное приводное устройство 20 дополнительно включает гидравлическую машину, которая расположена на второй задней оси 13 и далее также называется гидравлическим двигателем 22. Здесь вместо двух гидравлических мотор-колес ось может приводиться в действие только одним гидравлическим тяговым двигателем 22 на оси. Например, гидравлический двигатель 22 может быть расположен в картере 16 второй задней оси 13 или, соответственно, интегрирован в картер оси. Тем самым, гидравлический двигатель 22 находится не снаружи на картере оси, а внутри картера оси. Согласно данному варианту осуществления изобретения часть гидравлического двигателя 22, вращающаяся соосно второй оси, кинематически связана с водилом межколесного дифференциала второй оси. Тем самым гидравлический двигатель 22 приводит в действие водило межколесного дифференциала напрямую, а не опосредованно через ведомую коническую шестерню. Таким образом, от ведомой конической шестерни и от входящей с ней в зацепление ведущей конической шестерни для привода водила межколесного дифференциала можно отказаться, что будет являться преимуществом. Гидравлический двигатель может быть расположен на валу межколесного дифференциала. Еще одним преимуществом данного варианта осуществления изобретения является компактность конструкции, так как за пределами картера второй оси не требуется монтажного пространства для размещения гидравлического двигателя 22.

Гидравлическая машина 22 также связана с гидравлической машиной 8 по текучей среде через гидравлическую линию 24. Гидравлические машины 8, 21 и 22 интегрированы в замкнутый гидростатический контур и тем самым образуют гидростатический привод. Гидравлические машины 8, 21 и 22 могут работать как гидравлические насосы и как гидравлические двигатели. Гидравлические машины 8, 21 и 22 могут иметь вид гидростатических радиально-поршневых машин. Также возможен вариант осуществления в виде аксиально-поршневого устройства. Если первая гидравлическая машина 8 работает как гидравлический насос, то вторые гидравлические машины 21, 22 работают как гидродвигатели и наоборот. Для привода осей 11,13 гидравлическая машина 8 работает как гидравлический насос, а гидравлические машины 21, 22 - как гидравлические двигатели, каждый из которых преобразует созданную гидравлическим насосом 8 гидравлическую мощность в механическую мощность для привода осей 11, 13. Для торможения осей 11, 13 все производится наоборот.

Через регулирующий клапан 25 можно выборочно подключать два мотор-колеса 21 и/или гидродвигатель 22. Кроме того, в гидростатическом контуре может быть установлен насос подпитки (не изображен) для компенсации возникающих внутренних и внешних утечек.

Согласно еще одному не показанному варианту фигуры 2 гидравлическая машина 22 на второй задней оси 13 заменяется на две гидравлические машины, которые устанавливаются соосно и связаны с задней осью 13 посредством привода без дифференциала. Это позволяет получать индивидуальные показатели крутящего момента без применения межколесного дифференциала либо, соответственно, без межколесного дифференциала можно исключить проворачивание колес 14 или обеспечить так называемую векторизацию крутящего момента.

С помощью этого электрогидравлического гибридного приводного устройства 20 могут быть реализованы разные режимы движения транспортного средства. Для этого отдельными компонентами электрогидравлического гибридного приводного устройства целенаправленно управляет устройство 7 управления, благодаря чему существует возможность по мере необходимости дополнительно к механической приводной ведущей оси 12 или вместо нее приводить в действие другие оси посредством гидравлических двигателей, интегрированных в ступицы или, соответственно, в оси.

При необходимости помимо привода только от двигателя внутреннего сгорания с помощью этого способа могут быть реализованы некоторые другие возможности привода. Например, отдельные гидравлические оси 11, 13 могут быть приведены в действие в дополнение к оси 12, которая приводится в действие только двигателем внутреннего сгорания, к примеру, при трогании с места на критическим грунте, на подъемах и т.д. Это так называемый режим гидравлического усиления. При этом сцепное устройство 4 замкнуто.

В отличие от него при торможении с разомкнутым сцепным устройством 4 происходит рекуперация кинетической энергии, при этом гидравлические двигатели 21, 22 на осях 11, 13 работают как гидравлические насосы, которые приводят в действие работающую как двигатель гидравлическую машину 8, соединенную фланцем с первой электрической машиной 5. Гидравлический двигатель обеспечивает, соответственно, работу электрической машины 5 как генератора. Благодаря этому происходит зарядка накопителя 6 электрической энергии. Если накопитель 6 электрической энергии заряжен полностью или если необходим дополнительный эффект торможения, можно замкнуть сцепное устройство 4 и тем самым использовать торможение двигателем. Таким образом может быть реализован режим торможения двигателем. Преимуществом гидравлических двигателей 21, устанавливаемых в ступицы передних колес, в отношении плотности мощности является компактность конструкции и вытекающие из этого конструктивные особенности.

В процессе трогания с места или маневрирования либо, соответственно, на время движения, соответствующее емкости накопителя 6 электрической энергии, существует возможность работы без двигателя 1 внутреннего сгорания, при этом с разомкнутым сцепным устройством 4 первая электрическая машина 5 приводит в действие первую гидравлическую машину 8, работающую как гидравлический насос, а она, в свою очередь, приводит в действие мотор-колеса 21 и/или гидравлический двигатель 22. В этом случае ведущая ось 12, приводимая в действие механически, пассивно движется вместе с другими осями. Таким способом также может быть реализована функция движения с пониженной скоростью (на пониженной передаче).

На фиг. 3 представлено схематическое изображение еще одного примера осуществления электрогидравлического гибридного приводного устройства 30. Особенностью данного примера осуществления изобретения является то, что во вторую заднюю ось 33 интегрирована электрическая машина 31 (вторая электрическая машина 31). С помощью соответствующей силовой электроники она подключена к накопителю 6 энергии и также при необходимости обеспечивает другие возможности привода помимо привода только от двигателя внутреннего сгорания. Тем самым транспортное средство дополнительно может приводиться в движение с помощью электрической приводной оси 33. Электрический привод оси может использоваться в качестве альтернативы или дополнительно к приводу оси 12 только от двигателя внутреннего сгорания или к гидравлическому приводу оси 11.

В так называемом режиме электрического усиления вторая электрическая машина 31 обеспечивает, например, в дополнение к двигателю 1 внутреннего сгорания дополнительный момент привода. Кроме того, вторая электрическая машина 31 позволяет работать в режиме рекуперации, в котором кинетическая энергия транспортного средства преобразуется работающей как генератор второй электрической машиной 31 в электрическую энергию. Помимо этого, вторая электрическая машина 31 позволяет трогаться с места или, соответственно, двигаться только на электрической тяге. Для этого сцепное устройство 4 размыкается, в результате чего гидравлическая машина 6 и первая электрическая машина 5 не работают. Вместо этого с помощью электрической энергии, получаемой из накопителя 6 электрической энергии, вторая электрическая машина 31, работающая как двигатель, приводит в действие вторую заднюю ось 33.

Далее, эта конфигурация 30 силовой передачи также позволяет эксплуатировать первую электрическую машину 5 от работающей как двигатель первой гидравлической машины 8 и от накопителя 6 энергии. Таким образом, вместо второй приводной оси 33 посредством мотор-колес 21 может приводиться в действие передняя ось 11. Дополнительно в действие могут приводиться обе оси 11, 33, т.е. передняя гидравлическая и задняя электрическая оси.

Согласно еще одному не показанному варианту фигуры 3 вторая электрическая машина 31 на второй задней оси 33 заменяется на две электрические машины, которые устанавливаются соосно и связаны с задней осью 33 посредством привода без дифференциала. Это позволяет получать индивидуальные показатели крутящего момента без применения межколесного дифференциала либо, соответственно, без межколесного дифференциала можно исключить проворачивание колес 14 или обеспечить так называемую векторизацию крутящего момента.

На фиг. 4 представлено схематическое изображение еще одного варианта осуществления электрогидравлического гибридного приводного устройства 40. Здесь, в свою очередь, передняя ось 11 при необходимости может приводиться в действие гидравлически за счет двух мотор-колес 21, которые по гибридным линиям 23 либо, соответственно, через гидростатический жидкостный контур связаны с первой гидравлической машиной 8. Согласно этому варианту осуществления изобретения вторая задняя ось 13 в действие не приводится. Однако есть возможность предусмотреть приводную вторую заднюю ось, как было описано на примере фиг. 2 и 4.

Помимо этого, возможно использование первой гидравлической машины 8 и первой электрической машины 5 в качестве привода для каких-либо навесных систем, например, механизмов опрокидывания, барабанов бетономешалок, которые ранее обеспечивались энергией посредством механизма отбора мощности. Так электрогидравлическое гибридное приводное устройство 40 включает электрический механизм 41 отбора мощности, который изображен только схематически. Электрический механизм 41 отбора мощности предназначен для эксплуатации и/или обеспечения электропитанием электрического навесного оборудования или вспомогательных агрегатов (не изображены) транспортного средства. Электрический механизм 41 отбора мощности может выборочно получать электрическую энергию, например, в зависимости от состояния включения сцепного устройства 4, только из накопителя 6 электрической энергии и/или посредством первой электрической машины 5, приводимой в действие двигателем 1 внутреннего сгорания.

Дополнительно электрогидравлическое гибридное приводное устройство 40 включает гидравлический механизм 42 отбора мощности, который также изображен только схематически. Гидравлический механизм 42 отбора мощности предназначен для эксплуатации и/или снабжения рабочей жидкостью гидравлического навесного оборудования или гидравлических вспомогательных агрегатов (не изображены) транспортного средства. Гидравлический механизм 42 отбора мощности предусматривает связь с первой гидравлической машиной 8 посредством привода и может получать от нее гидравлическую мощность.

Таким образом, в зависимости от емкости накопителя 6 электрической энергии электрическое или гидравлическое навесное оборудование и/или вспомогательные агрегаты могут работать в течение определенного времени без включения двигателя 1 внутреннего сгорания.

За счет этого может быть реализован, например, режим «стоп-пуск» при участии транспортного средства в дорожном движении, при этом в таком режиме во время ожидания (фазы «стоп») за счет работы гидравлической машины 8 в действие может приводиться, например, барабан бетономешалки без участия двигателя 1 внутреннего сгорания. Это позволит снизить как расход топлива, так и выбросы вредных веществ.

Для лучшего управления зарядкой накопителя 6 электрической энергии во всех вышеназванных вариантах осуществления изобретения могут быть использованы данные системы глобального позиционирования (GPS) или, соответственно, навигационной базы, что позволит учитывать предстоящие подъемы или спуски в регулировании состояния зарядки накопителя энергии. Этот принцип известен из уже доступных в продаже GPS-модулей круиз-контроля. При эксплуатации в условиях бездорожья, когда отсутствуют цифровые данные карт, может использоваться информация, поступающая от других детекторов, в частности, данные камер наблюдения, результаты анализа находящихся в непосредственном поле зрения участков с подъемом или спуском.

Хотя данное изобретение описано со ссылкой на определенные варианты осуществления, для специалиста понятно, что в рамках настоящего изобретения существует возможность внесения различных изменений и использования в качестве замены эквивалентных решений. Кроме того, может быть произведено множество модификаций, которые также будут находиться в соответствующей области действия описанного изобретения. Следовательно, данное изобретение не должно быть ограничено раскрытыми примерами осуществления, оно должно охватывать все примеры осуществления, подпадающие под действие прилагаемых формул изобретения. В частности, данное изобретение претендует на защиту предмета и признаков из зависимых пунктов формулы изобретения вне зависимости от отсылки к соответствующим пунктам формулы изобретения.

Список номеров позиций

1 Двигатель внутреннего сгорания

2 Передача

3 Механизм отбора мощности

4 Управляемое сцепное устройство

5 Электрическая машина

6 Накопитель электрической энергии

7 Устройство управления

8 Гидравлическая машина

9 Электропроводка

10, 20, 30, 40 Электрогидравлическое гибридное приводное устройство

11 Передняя ось

12 Первая задняя ось

12а Межколесный дифференциал

13 Вторая задняя ось

14 Колесо

15 Выходной вал

16 Картер межколесного дифференциала

21 Гидравлическая машина, мотор-колесо

22 Гидравлическая машина

23 Гидравлическая линия

24 Гидравлическая линия

25 Регулирующий клапан

31 Электрическая машина

33 Вторая задняя ось

Изобретение относится к гибридным транспортным средствам. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство для транспортного средства включает двигатель внутреннего сгорания; первую электрическую машину; первую гидравлическую машину; которая связана с первой электрической машиной посредством привода; вторую гидравлическую машину, которая связана с первой гидравлической машиной по текучей среде. Гидравлические машины работают как гидравлические насосы, так и как гидравлические двигатели. Первая приводная ось выполнена с возможностью приведения в движение находящимся на стороне передачи выходным валом, который приводится в движение двигателем. Вторая приводная ось выполнена с возможностью приведения в движение второй гидравлической машиной. Вторая электрическая машина работает как генератор и как двигатель и расположена на третьей приводной оси и связана с третьей осью посредством привода. Решение направлено на усовершенствование привода. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство (10; 20; 30; 40) для транспортного средства, в частности, для транспортного средства хозяйственного назначения, включающее

двигатель (1) внутреннего сгорания;

первую электрическую машину (5), работающую как генератор и как двигатель и привод, которой осуществляется через механизм (3) отбора мощности у двигателя (1) внутреннего сгорания;

первую гидравлическую машину (8), которая связана с первой электрической машиной (5) посредством привода;

по меньшей мере одну вторую гидравлическую машину (21, 22), которая связана с первой гидравлической машиной (5) по текучей среде и с точки зрения приводных технологий подключена последовательно, причем эти гидравлические машины (5, 21, 22) работают как гидравлические насосы, так и как гидравлические двигатели,

первую приводную ось (12) транспортного средства, которая выполнена с возможностью приведения в движение находящимся на стороне передачи выходным валом (15), который, в свою очередь, приводится в движение двигателем (1) внутреннего сгорания,

отличающееся тем, что

по меньшей мере одна вторая приводная ось (11, 13) транспортного средства, выполнена с возможностью приведения в движение по меньшей мере одной второй гидравлической машиной (21, 22), и

по меньшей мере одна вторая электрическая машина (31), работает как генератор и как двигатель и которая расположена на третьей приводной оси (33) транспортного средства хозяйственного назначения и связана с третьей осью (33) посредством привода.

2. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство по п. 1, в котором по меньшей мере одна вторая приводная ось включает переднюю ось (11) и/или вторую заднюю ось (13) транспортного средства хозяйственного назначения.

3. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство по п. 2, в котором по меньшей мере одна вторая гидравлическая машина

a) имеет два гидромотора-колеса (21), предназначенных для привода второй приводной оси (11); или

b) включает гидравлическую машину (22), приводной вал которой находится в кинематической связи с межколесным дифференциалом второй приводной оси (13); или

c) включает две гидравлические машины и имеет вторую приводную ось, два расположенных соосно приводных вала для колес, один конец которых неподвижно соединен с колесом, а второй находится в кинематической связи с одним из двух гидравлических двигателей.

4. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство (40) по одному из предшествующих пунктов, включающее в себя гидравлический механизм (42) отбора мощности для эксплуатации и/или снабжения гидравлического навесного оборудования или гидравлических вспомогательных агрегатов транспортного средства рабочей жидкостью, который связан с первой гидравлической машиной (8) посредством гидравлического привода.

5. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство (30) по любому из предыдущих пунктов, в котором вторая приводная ось является передней осью (11), а третья приводная ось - второй задней осью (33) транспортного средства хозяйственного назначения.

6. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором

a) приводной вал второй электрической машины (31) кинематически связан с межколесным дифференциалом третьей приводной оси (13) или

b) предусмотрены две вторые электрические машины, причем третья приводная ось имеет два расположенных соосно приводных вала для колес, один конец которых неподвижно соединен с колесом, а второй находится в кинематической связи с одной из двух вторых электрических машин.

7. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство (40) по п. 5 или 6, включающее электрический механизм (41) отбора мощности для эксплуатации и/или снабжения электропитанием электрического навесного оборудования или вспомогательных агрегатов транспортного средства, на который через накопитель (6) электрической энергии для питания первой электрической машины (5) подается электрическая энергия.

8. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство по одному из предшествующих пунктов, включающее управляемое сцепное устройство (4), с помощью которого имеется возможность соединения первой электрической машины (5) с механизмом (3) отбора мощности; и/или накопитель (6) электрической энергии, посредством которого осуществляется снабжение первой электрической машины (5) электроэнергией.

9. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство по п. 8, включающее устройство (7) управления управляемым сцепным устройством (4), двигателем (1) внутреннего сгорания, первой электрической машиной (5) и гидравлическими машинами (8, 21, 22), при этом устройство (7) управления функционирует таким образом, что транспортное средство может выборочно эксплуатироваться по меньшей мере в двух из перечисленных ниже режимах работы:

- в первом режиме работы, в котором привод транспортного средства осуществляется только с помощью двигателя внутреннего сгорания,

- во втором режиме работы, в котором привод осуществляется по меньшей мере только на одну вторую гидравлическую приводную ось,

- в третьем режиме работы, в котором привод третьей приводной оси осуществляется по меньшей мере с помощью одной второй электрической машины;

- в четвертом режиме работы, в котором гидравлический привод осуществляется по меньшей мере только на одну вторую гидравлическую приводную ось, а электрический привод на третью приводную ось осуществляется по меньшей мере с помощью одной второй электрической машины;

- в пятом режиме работы, в котором

а) механический привод первой оси осуществляется с помощью двигателя внутреннего сгорания, и

b1) гидравлический привод по меньшей мере одной второй оси осуществляется по меньшей мере с помощью одной второй гидравлической машины и/или

b2) электрический привод третьей оси осуществляется по меньшей мере с помощью одной второй электрической машины;

- в шестом режиме работы, в котором устройство управления функционирует таким образом, что в рекуперативном режиме торможения первая гидравлическая машина работает как гидравлический двигатель, а по меньшей мере одна вторая гидравлическая машина - как гидравлический насос, в результате чего первая гидравлическая машина приводит в действие первую электрическую машину, работающую как генератор, при этом устройство управления функционирует таким образом, что сцепное устройство размыкается, а полученная в рекуперативном режиме торможения электроэнергия накапливается в накопителе электрической энергии;

- в седьмом режиме работы, в котором устройство управления функционирует таким образом, что в рекуперативном режиме торможения первая гидравлическая машина работает как гидравлический двигатель, а по меньшей мере одна вторая гидравлическая машина - как гидравлический насос, в результате чего первая гидравлическая машина приводит в действие первую электрическую машину, работающую как генератор, при этом

устройство управления функционирует таким образом, что сцепное устройство замыкается, а полученная в рекуперативном режиме торможения электроэнергия используется на преодоление сопротивления двигателя внутреннего сгорания как пассивного ведомого элемента.

10. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство по п. 9, в котором устройство (7) управления функционирует таким образом, что для запуска, маневрирования, работы в режиме «стоп-пуск» и/или движения транспортного средства с пониженной скоростью транспортное средство эксплуатируется во втором, третьем или четвертом режимах работы.

11. Электрогидравлическое гибридное приводное устройство по п. 9 или 10, в котором устройство (7) управления функционирует таким образом, что во втором режиме работы сцепное устройство (4) размыкается и транспортное средство приводится в движение без использования двигателя внутреннего сгорания, причем первая электрическая машина (5) снабжается энергией из накопителя (6) электрической энергии и приводит в действие первую гидравлическую машину (8), которая работает как гидравлический насос, а гидравлический насос приводит в действие по меньшей мере одну вторую гидравлическую машину, работающую как гидродвигатель.

12. Транспортное средство, в частности, транспортное средство хозяйственного назначения, с электрогидравлическим гибридным приводным устройством (10; 20, 30; 40) по одному из предыдущих пунктов.