Sistemuldepropulsiehibridvarianteconstructive, avantajesimodel de calcul Conducator : Conf.dr.ing. BurciuM 1. Construciaifuncionareatransmisiilorhibride nprezentcompaniile derenumecum suntFord , Nissan , Toyota etc. , i direcioneaz cercetrile n domeniul autovehiculelor hibride , cu scopul obinerii unor instalaii energetice de propulsieeconomice , uor deexploataticuemisiipoluantectmaireduse , caresuntsubnivelulnormelor impuse . Astfel , ncepnd cu anii 2000 au aprut pe piaa autovehiculelor primele automobilecutransmisiehibrid, acesteafiindnsnpermanentdezvoltareiperfecionare .Transmisia hibrid conine dou surse de energie active i anume motorul cu ardere internimotorulelectric ; nfunciederegimuldeexploatare ( care poate fi : pornire ,accelerare , decelerare ,frnare ,regim constant ) pentru propulsieseutilizeazdoarmotorulelectric , motorul cu ardere intern sau ambele , astfel nct fiecare n parte s funcioneze doar la regimurile de eficienmaxim sau apropiatedeacestea .Corelareacelordousursedeenergiesefacedectreunitateaelectronicdecontrol icomand . nacestmodpeansamblulinstalaieienergetice utilizat pentru propulsie , eficienaeste ridicat, fiindrealizatoeconomiesubstanialdecombustibil i oreducereapolurii , autovehiculele respective ncadrndu-se cu succes n normele cele mai drastice referitoare la emisiilepoluante .Studiile au luat o mare amploare n aceast direcie deoarece astfel de instalaii nu necesitorencrcareperiodicaacumulatoriloraacumsentmplnclavehiculele electrice;nacelai timpperfecionareacontinunsensul creterii calitii i minimizrii componentelorelectrice i electroniceiacircuitelorinteligente permitedezvoltareasistemelorde acionare , control i comand a acestor transmisii hibride, ceea ce le face din ce n ce mai performante , rspunzndastfelcerinelormodernedinproiectareaiexploatareaautovehiculelor .Existtreitipuridistinctedetransmisiihibride ianume :-- transmisiahibridtipserie , fig. 1.1 ;-- transmisiahibridtipparalel , fig. 1.2 ;-- transmisiahibridtipserie / paralel , fig. 1.3 ;ncazultransmisieihibride serie , conform fig. 1.1 , motorul cu ardere internacioneazgeneratorul de curentacruienergieelectricesteutilizatdemotorulelectricpentruarealizapropulsiala roilemotoare ; sistemulestenumitnseriedeoarecem.a.i.imotorulelectricsuntdispusen serie . nacestcaznuexistlegturmecanicntrem.a.iiroilemotoare . Elementeleprecizatenfig. 1.1sunt : 1 motorul cu ardere intern ; 2 generatorul de curent electric ; 3 bateria de acumulatori ; 4 unitate electronic de comand i control care cuprinde printre circuitele importante , un circuit convertor pentru ridicarea tensiunii i unul invertor care realizeaz redresarea curentului alternativ n curent continuu pentru rencrcareabateriei de acumulatori ; 5 motor electric utilizat pentru propulsie ; 6 reductor cu roi dinate necesar pentru mrirea cuplului de traciune ; 7 roi motoare .n funcie de regimurile de exploatare propulsia se realizeaz :-- pentru pornirea de pe loc se utilizeaz motorul electric care se alimenteaz de la bateria de acumulatori ;-- pentruregimurilededeplasarecuvitezredusi mediepropulsiaserealizeazdoar cumotorul electric , caresealimenteazde la bateria de acumulatoriidacestenevoieidelagenerator , caz ncarem.a.iestepornit ;76Fig. 1.1

Energie mecanicEnergie electric 3 4 512-- pentruregimuriledeaccelerarepropulsiaserealizeazutilizndmotorul electriccarese alimenteaz de la generatorul de curent (m.a.i funciond) i de la bateria de acumulatori (doar pentru regimurile de for) ;--la regimurile de decelerare ifrnare motorul electric ngeneralnurealizeaz rencrcarea bateriei de acumulatori , aceasta fiind rencrcat de surplusul de energie electric de la generator prinintermediul circuitului invertor ; dacmotorulelectricpoatefuncionaicageneratoratunci acestavaconvertienergiacineticprimitde laroinenergieelectricutilizatpentru ncrcarea baterieideacumulatori . Circuituldecomandicontrolcarecuprindeicircuitulinvertor, nfunciederegimurilede exploatare(precizatemaisus)realizeazcorelareacelordoumotoarensensulpornirii / opririi m.a.in scopulsuplimentriideenergieelectric (peste cea furnizat de bateria de acumulatori)de la generator , pentrumotorul electric atuncicndestenecesar. Pentru ca o astfel de instalaie energetic de propulsie s funcioneze cu un randament globalridicat este necesar ca m.a.i s funcioneze la regimurile staionare economice i apropiate de acestea , iar prin intermediul generatorului de curent s fie transformat energia mecanic n energie electric necesar pentru motorul electric de propulsie i pentru rencrcarea bateriei de acumulatori .ncazultransmisieihibrideparalele , fig. 1.2 , attmotorul cu ardere internctimotorul electricpotacionaroilemotoare , energiafurnizatdeacetiafiindutilizatpentru propulsien funcie de condiiile de exploatare i regimurile economice , cu randament ridicat de funcionare pentrufiecarenparte .Sistemulsenumetehibridparaleldeoareceforeledepropulsieajungla roilemotoarepeceledouciparalele . Elementeleprecizatesunt :1 motorul cu ardere intern ; 2 motorulelectric de propulsie care poate lucra i n regim de generator n funcie de regimul de exploatare ; 3 bateria de acumulatori ; 4unitate electronic decomand i control care cuprinde printrecircuiteleimportante , un circuit convertor pentru ridicarea tensiunii i unul invertor care realizeaz redresarea curentului alternativ n curent continuu pentru rencrcarea bateriei de acumulatori ; 5 reductor cu roi dinate necesar pentru mrirea cuplului de traciune ; 6 roi motoare; 7transmisiemecanic, hidraulicsau combinat ;n funcie de regimurile de exploatare propulsia se realizeaz :-- pentru pornire se utilizeaz m.a.i i motorul electric care se alimenteaz de la bateria de acumulatori ;-- pentruregimurilededeplasarecuvitezredusi mediepropulsiaserealizeazdoar cumotorul electric , care se alimenteaz de la bateria de acumulatori , m.a.i fiind oprit ; dac este necesar unitatea electronic de comand control va realizaiporniream.a.ipentrusuplimentareaputeriidepropulsie ;-- pentru regimurile de accelerarepropulsiaserealizeazutilizndm.a.iimotorulelectric ;-- laregimurilededecelerareifrnaremotorulelectricintrnregimdegeneratorrencrcnd bateriadeacumulatori ; Circuituldecomandicontrolcarecuprindeicircuitulinvertor, nfunciederegimurilede exploatare(precizatemaisus)realizeazcorelareacelordoumotoarensensulrealizrii cuplrii sau decuplriim.a.i(caz n careacesta se oprete )ctifuncionriimotorului electric n regim de propulsie sau de generator . Bateriadeacumulatorisencarcnmomentulncaremotorulelectricfuncioneazcagenerator electric , propulsiafiindrealizatpentruacesteregimuridoardem.a.i .Acest sistem nu poate asigura n acelai timp ncrcarea bateriei de acumulatori i propulsia folosinddoarmotorulelectricdeoareceexistunsingur motorelectriccarepoatefuncionafie cagenerator, fiecamotordepropulsie .Energie mecanicEnergie electric 172 3 465 Fig. 1.2Transmisiahibridserie / paralel , fig. 1.3 , combinceledoutipuridetransmisiihibride prezentateanteriorcuscopuldeautilizaavantajelefiecreianparte , astfelncttransmsmisia rezultatsfuncionezecueficienmaxim .Aceastaconinemotorulcuardereintern(m.a.i.) , motorulelectricctigeneratorulde curent . Propulsiaesterealizatutiliznddoarmotorulelectric sau ambelemotoare , nfunciede regimul de exploatare , astfel nct fiecare n parte s funcioneze cu randament ridicat iar pe ansamblu s se obin o eficien ridicat de funcionare a instalaiei energetice cu transmisie hibrid ; n plus atunci cnd este necesar energia electric produs de generatorul electric i utilizat de motorul electric pentru propulsie este folosit i pentru rencrcarea bateriei de acumulatori . AcestsistemnumitTHS (Toyota HybridSystem)afostpentruprimadatdezvoltat iaplicatdeCompaniaToyotapemodelelePriusiEstimaHybridncepndcuanii1997 . Elementeleprecizatenfig. 1.3sunt : 1 motorul cu ardere intern (m.a.i) ; 2 generatorul de curent; 3 divizorul de putere mecanic provenit delam.a.i , realizat cuajutorul unui mecanism planetar ; 4bateriadeacumulatori ; 5unitate electronic de comand i control care cuprinde printre circuitele importante , un circuit convertor pentru ridicarea tensiunii i unul invertor care realizeaz redresarea curentului alternativ n curent continuu pentru rencrcarea bateriei de acumulatori ; 6 motorulelectric ; 7 roi motoare ; 8 reductorcu roi dinate necesar pentru mrirea cuplului de traciune ; Pentru pornire este utilizat doar motorul electric . Propulsia pentru regimurile normale de funcionare esterealizatcumotorul cuardereinterni motorul electric, circuitul decontroli comand realizndooptimizareafuncionriicelordoumotoareastfelncteficienatransmisieisfie ridicatiarconsumul de combustibilctmairedus; dacncrcareaautovehiculului este redus , la vitezemici i medii atunci cndnecesarul deputeredepropulsieesteredus, UECCvaopri m.a.i , propulsia fiindrealizatdoar de motorul electric. Atuncicndestenevoiedeoaccelerareridicat , cele dou motoareprinintermediul circuitului de comand realizeaz putereacorespunztoare,propulsiafiindrealizat de ambelemotoare .Laregimurile dedecelerarei frnaretransmisia permiterecuperareaaunei pri nsemnatedinenergiacineticceestetransformatnenergie electric , prinfuncionareamotorului electric n regim de generator . Pentruceletreitipuridevariantedetransmisiihibride , n fig. 1.4estedatcomparativgradul deutilizarealmotorului cu ardere intern fademotorulelectric . Conformfig. 1.4ncazultransmisieihibride serie MAI i motorul electric realizeaz aproximativ aceeai cantitate de energie , m.a.i. fiind utilizat pentruantrenareageneratorului, carealimenteaz motorulelectric .n cazul transmisiei hibride paralel , motorulelectricesteutilizatnspecialpentrua furnizaenergiesuplimentarlaroilemotoaren cazul regimurilor de accelerare , astfel nct m.a.i. esteutilizat mai mult dect motorul electric .n cazul transmisiei hibride serie /paralel ,se realizeazprinintermediul divizoruluideputere un raportdedivizare al puterii (raportul dintre puterea transmis direct de lam.a.i.laroile motoareiputereadepropulsieobinut pecaleelectric )variabilcontinuu , nfunciederegimuldeexploatare ; nacestcazforade propulsieprovinemaimultdelamotorulelectric dectdelam.a.i.,acesttipdepropulsie fiindcelmaiconvenabildinpunctde vederealreducerii consumuluidecombustibiliemisiilor poluantealem.a.i .n tabelul 6.1 sunt prezentate comparativ performanele celor trei tipuri de transmisii hibride, dincarerezultsuperioritateatransmsieihibrideserie/paralel .Energie mecanicEnergieelectric2

13 4 5 68Fig. 1.3HibridserieM.A.I M.EHibridparalelM.A.IM.EHibridserie/paralelM.A.IM.EFig. 1.4 Tab. 1.1 ReducereaconsumuluidecombustibilPerformaneleexploatareMersul n golGradul de recuperare energetic Nivelul de controlEficien globalAccelerare Putere continu ridicat Hibridserie Bun Excelent Bun Bun SatisfctoareSatisfctoareHibrid paralelBun Bun Satisfctoare Bun Bun SatisfctoareHibrid serie/paralel Excelent Excelent Excelent Excelent Bun BunOcomponentprincipalatransmisiei hibrideserie/paralel oconstituedivizorul de putere , DP ,fig. 6.26 a) , carerealizeazrepartizareaputeriiceprovinedelamotor; oparte - I , setransmitelaroilemotoareiarcealaltparte - II ,lageneratorulelectriccarealimenteazcu energieelectricmotorul electricdepropulsie . nacestmodenergiacareprovinedelam.a.i.i careesteutilizatpentrupropulsieajungelaroilemotoarepedouci : unamecanicicealalt electric . Unitateaelectronicdecomandicontrol, UECC, prin circuitele sale controleaz n permanentransmisiavariabil, astfel nct vitezadedeplasarepoatefimodificatcontinuu prin variaia continu a turaiei m.a.i. , generatoruluielectricimotoruluielectric . ngeneraldivizoruldeputerecuprindeun mecanismplanetar ,fig. 6.26 b .Conformfig. 6.26b), motorul cuardereinternestecuplat ladivizorul deputereDPprin intermediularboreluiportsatelit2 , careestenacestcazarboreleconductor , 3fiindpinioanele satelit ale mecanismului planetar ; generatorul electric GE este cuplat la axul roii centrale 1 (roatasolar) ; motorulelectricMEestecuplatlaarborelecondus , carenacestcazestecuplat lacoroanadinat 4 . n funcie de regimul de funcionare al autovehiculului i transmisiei hibride , turaiile celor trei componente importante , m.a.i. , generatorul electric i motorul electric au valori i sensuridiferite , conformfig. 6.27 .Lapornireautovehicululfolosetedoarmotorulelectriccaresealimenteazde labateria deacumulatori , m.a.i.fiindoprit ; sensulicompararea turaiilorfiindprecizatenfig. 6.27 a) .ntimpulaccelerrii,duppornireadepeloc, generatorulcarearerol ideelectromotor primete comand de laUECCi pornetem.a.i. ;odatpornitm.a.i. , generatorul electricva MAIGEBA UECC MEDP RTransmisiehibrida)Fig.6.26

II IM.A.IGE ME 341

2Fig. 6.26 b)ncepesproducenergieelectricceesteutilizatpentrusuplimentareaenergieiconsumatde motorulelectricpentrupropulsieinacelaitimppentrurencrcareabaterieideacumulatori ; compararea turaiilorfiindprecizatnfig. 6.27 b) .ncondiiilestaionare dedeplasare (viteza constant) , propulsiaserealizeazcuajutorul motorului electric i a m.a.i.,nefiindnecesargenerarea deenergieelectric suplimentar ,comparareaturaiilorfiindprecizatnfig. 6.27 c .Pentruregimuriledeaccelerare , turaiam.a.i.creteinacelaitimpiageneratorului electriccaregenereazenergieelectric; motorulelectricutilizdenergiaelectriccareprovinedelabateriadeacumulatoricti pe cea suplimentarceprovinedelagenerator, susinei mreteaccelerareaautovehiculului ; compararea turaiiloresteprecizatnfig. 6.27 d .2.Modeldecalculpentrutransmisiile hibridenfig.6.36esteprezentatschemauneitransmisiihibrideparalele , introdusdeTsai , [11] ,[12] . TuraieTuraie Turaiegenerator m.a.imotorelectric Accelerare a)TuraieTuraie Turaiegenerator m.a.imotorelectric(vitezvehicul)

b)TuraieTuraie Turaiegenerator m.a.imotorelectric(vitez vehicul)c)Fig. 6.27TuraieTuraie Turaiegenerator m.a.imotorelectric d)AccelerareM.A.I Motor electric/GeneratorF2A1 F1A2 5Fig. 6.36MP1 MP2Acesttipdetransmisieutilizeazunsingurmotorelectric( ca i transmsmisiadinfig. 6.18) , care n funcie de regimul de funcionare al instalaiei poate funciona ca motor electric sau ca generator.Transmisia hibrid este format din dou mecanisme planetare : MP1 care este mecanismul planetar de intrare , respectiv MP2 care este mecanismul planetar de ieire i un motor electric care poate funciona i ca generator electric . Roile solare ale MP1 i MP2 sunt cuplate la acelaiax1 , careesteaxulrotoruluimotoruluielectric . CoroanaluiMP1estecuplatcubraulportsatelitalMP2 (pe care sunt dispui sateliii 6)prinintermediulaxului 3 ,caretransmitemicarea spretransmisia final (n general un reductor) .Arborelemotoruluicuardereinternestecuplatlaarboreleprimar 5, iaracestapoateficuplat cu arborele 1 prin intermediul ambreiajului A1 sau cu braul port satelit 2 (pe care sunt dispuisateliii 7) al MP1 prin intermediul ambreiajului A2 . Coroana 4 a lui MP2 poate fi cuplat la carcas prin intermediul frnei cu band F1 ; frna cu band F2 , atunci cnd este cuplat,opretedelarotaieaxul 1 , decirotorulmotoruluielectric .Transmisiapermiteobinereaacincimoduridefuncionareianume :a) Propulsie doar cu motorulelectric ;b)Propulsiecumotorulelectricimotorul cuardereintern prinnsumareaputerilorfurnizatede celedoumotoare ;c)Propulsieutilizndm.a.i. , cazncaretransmisialucreazcaotransmisiecontinuautomat;d) Propulsie utilizndm.a.i. , motorulelectricfuncionndnregim degeneratorpentruncrcarea bateriei de acumulatori i alimentarea accesoriilor electrice ; n unul din cele 4 submoduri ale acestuimoddefuncionare , transmisiafuncioneazcaotransmisieCVT . e) n perioada frnrilor energia cinetic a autovehiculului este convertit n energie electric utilizatpentruncrcareabateriei deacumulatori , motorul electricfunciondnregimde generator . n tabelul 6.4 sunt precizate cele cinci moduri de funcionare ale transmisiei , fiecare cu submodurilesaleposibile , fiindprecizateambreiajul ifrnacaresuntactivesauinactive . Conform relaiilor stabilite n [53] (subcap. 4.3.2 - cutiile de viteze planetare ) raportul de transmiterentredoiarboricentrali( i i j ) , n reperulmobilalceluidealtreilea (k), este: k jk i kiji t (6.1)Considerndreperulkfixat, rezult : ijji kijzzi t t (6.2)unde : zj estenumruldedinialroiidinatedepearborele j ; zi estenumruldedinialroiidinatedepearborelei ; t nfunciedetipul angrenrii , interioarrespectiv exterioar .Tab. 6.4Moddepropulsie(funcionare)Ambreiajei frne Mod de funcionare aM.E.A1 A2 F1 F2Propulsie cu M.E.M Necuplat Necuplat Activ Dezactivat MotorPropulsie cu M.E. i M.A.I.P1 Cuplat Necuplat Activ Dezactivat MotorP2 Necuplat Cuplat Activ Dezactivat MotorP3 Cuplat Cuplat Dezactivat Dezactivat MotorPropulsie cu M.A.I.E1 Cuplat Necuplat Activ Dezactivat Rotire liberE2 Necuplat Cuplat Activ Dezactivat Rotire liberE3 Cuplat Cuplat Dezactivat Dezactivat Rotire liberE4 Necuplat Cuplat Dezactivat Activ Oprit(blocat)Propulsie cu M.A.I. i ncrcarea bateriei EC1 Cuplat Necuplat Activ Dezactivat GeneratorEC2 Necuplat Cuplat Activ Dezactivat GeneratorEC3 Cuplat Cuplat Dezactivat Dezactivat GeneratorEC4 Necuplat Cuplat Dezactivat Dezactivat GeneratorR1 Necuplat Necuplat Activ Dezactivat GeneratorRecuperare energie n timpul frnriiR2 Cuplat Necuplat Activ Dezactivat GeneratorR3 Necuplat Cuplat Activ Dezactivat GeneratorR4 Cuplat Cuplat Dezactivat Dezactivat GeneratorPentru transmisia hibrid n paralel , organizat dup schema din fig. 6.36 , pentru cele dou mecanismeplanetarepotfiscriserelaiile :( )2 3732 7 zz(6.3)( )2 1712 7 zz(6.4)( )3 4643 6 zz(6.5)( )3 1613 6 zz(6.6)Dinecuaiile(6.3) i(6.4)rezult :0 1133132 1 +

,_

+ zzzz (6.7)Dinecuaiile(6.5) i (6.6)rezult : 0 1144143 1 +

,_

+ zzzz (6.8)Relaiile(6.7)i(6.8) permitcalcululadouvitezeunghiulareatuncicndsecunosc celelalte dou ( 1- viteza unghiular a roii solare a MP1 i MP2 ; 2 - viteza unghiular a brauluiportsatelitaMP1 ; 3 - viteza unghiularacoroaneiMP1 cuplatlaaxuldeieire 3 ; 4 - viteza unghiularacoroaneiMP2 cuplat) ;Pentrucondiiistaticedefuncionare, cuplurilerespectivputerileexercitatela1 , 2 , 3i 4verificrelaiile : 041 iiM,041 ii iM (6.9)EliminndcuplulM3ntreecuaiile(6.9)iinndcontderelaiile(6.7)i(6.8)rezult : 043 142141 + + Mz zzMzzM(6.10)EliminndcuplulM4ntreecuaiile(6.9)iinndcontderelaiile(6.7)i(6.8) rezult :0 133 14 3 12141 +++ + +

,_

+ Mz zz z zMzzM (6.11)Relaiile(6.10)i(6.11) permitcalcululcuplurilorrealizatede ctre 1, 2 , 3 i 4, nfuncie derapoartelez3/z1 iz4/z1dacsuntcunoscutedoudintreacestemomente .ncontinuarevorfiprezentatendetaliufiecaredinmodurileisubmoduriledefuncionare precizatentabelul6.4 , cuparticularizarearelaiilorstabilite .Moduldefuncionare :a) PropulsiedoarcumotorulelectricM: esteutilizatpentrupornireideplasarentraficurban ; doarfrnaF1esteactiv. Pentrupropulsieesteutilizat doarmotorul electric, careprin intermediulMP2realizeazdeplasareanainteinapoiaautovehiculului , ntipceMP1se rotete liber . Punnd condiia 04 n relaiile (6.7) i (6.8) , respectiv condiia M2=0 n relaiile (6.10) i (6.11)rezult : 314. 11

,_

+ zze m ; 3131413211

,_

+

,_

+ +zzzzzz(6.12)e mMzzzzM M.14141 4 ; e mMzzzzM M.14141 31 1

,_

+

,_

+ (6.13)Semnul a momentului M3, din relaia (6.13) , semnific faptul c acesta are semn contrarmomentuluide la motorul electric (M1 considerat pozitiv) , datorit angrenrii exterioare dintre sateliii 6 i roata solar a MP2 .Neglijndpierderile prinfrecare , puterea de propulsie la arborele de ieire este : e mMzzM P.143 3 3 31

,_

+ (6.14)Cunoscnd(dinconstrucie)raportelez4/z1 i z3/z1 , momentulMm.eivitezaunghiular3calculatnfunciede vitezadedeplasareiraportuldetransmiterealtransmisieifinale sepotdeterminacelelaltemrimiprecizatederelaiilestabilite .b) Propulsie cu M.E. i M.A.I.: acest mod este utilizat atunci cnd este necesar o accelerare sporitoriautovehicululntmpinorezistenmarelanaintare ( de exemplu urcarea unei rampe mai mari ) ; nastfeldesituaiimotorulcuardereinternestepornit , existndtreisubmoduride propulsie :P1 :nacestcazambreiajulA1estecuplatiarfrnaF1esteactiv ; M.E.iM.A.I.realizeaz mpreunpropulsiaautovehicululuiprinintermediulMP2 iarMP1seroteteliber . Deoareceattm.a.i.ctim.e.suntcuplailaacelaiax 1 , acesteasevorroticuaceeai turaie . Punndcondiia 04 nrelaiile(6.7) i (6.8) , respectivcondiiaM2=0nrelaiile(6.10) i(6.11)rezult : 314. . . 11

,_

+ zze m i a m ; 3131413211

,_

+

,_

+ +zzzzzz (6.15)( )i a m e mM MzzzzM M. . .14141 4+ ;( )i a m e mM MzzzzM M. . .14141 31 1 +

,_

+

,_

+ (6.16)Neglijndpierderileprinfrecare, putereadepropulsielaarboreledeieireeste: ( )i a m e mM MzzM P. . .143 3 3 31 +

,_

+ (6.17)Pentruacestmoddefuncionareseobine , laieire ,oamplificaremaximacupluluide laintrare.Cunoscnd (din construcie) raportele z4/z1i z3/z1, momentele Mm.e i Mm.a.ii viteza unghiular3 calculatnfunciede vitezadedeplasareiraportuldetransmiterealtransmisiei finale sepotdeterminacelelaltemrimi , precizatederelaiilestabilite .P2 :nacestcazambreiajulA2estecuplatiarfrnaF1esteactiv ; M.E.iM.A.I.realizeaz mpreun propulsia autovehiculului prin intermediul MP2 i MP1 . Punnd condiia 04 n relaiile(6.7) i (6.8)rezult : 314. 11

,_

+ zze m ; 3131413. . 211

,_

+

,_

+ + zzzzzzi a m (6.18)Pebazarelaiilor(6.10)i(6.11)rezult :3 14. .14.3 142141 4z zzMzzMz zzMzzM Mi a m e m+ + + + (6.19)

,_

++

,_

+ ++ +

,_

+ 3 14. .14.3 14 3 12141 31 1 1z zzMzzMz zz z zMzzM Mi a m e m(6.20)Neglijnd pierderile prin frecare , puterea de propulsie la arborele de ieire este : 1]1

,_

++ +

,_

+ 3 14. .14. 3 3 3 31 1z zzMzzM M Pi a m e m (6.21)Cunoscnd (din construcie)raportelez4/z1iz3/z1,momenteleMm.ei Mm.a.ii viteza unghiular3 calculatnfunciede vitezadedeplasareiraportuldetransmiterealtransmisiei finalesepotdeterminacelelaltemrimi,precizateprinrelaiilestabilite .P3 :nacestcazambreiajulA2iA1sunt cuplate iarfrneleF1iF2suntlibere ; M.E.iM.A.I.realizeazmpreunpropulsiaautovehiculului nraportdetransmitereunitar, MP1rotindu-secaunrigid , astfelnct : i a m e m . . . 2 1 i dinrelaia (6.7)i a m e m . . . 2 1 3 (6.22)( )i a m e mM M M. . . 3+ (6.23)Neglijnd pierderile prin frecare , puterea de propulsie la arborele de ieire este : ( )i a m e mM M M P. . . 3 3 3 3+ (6.24)c) Propulsieutilizd M.A.I. :atuncicndnecesaruldeputeredepropulsieesteredusigradul de ncrcare al bateriei de acumulatori este suficient pentru a asigura funcionarea din punct de vedereelectricainstalaiilorauxiliare , propulsiapoatefirealizatutiliznddoarm.a.i.ntr-unul dinurmtoarelesubmoduri :E1 : acestsubmodestesimilarcuP1doarcmotorulelectricnuproducecuplu nefiindalimentat (Mm.e=0) , acestarotindu-seliberiarrelaiiledecalculsunt :314. . 11

,_

+ zzi a m ; 3131413211

,_

+

,_

+ +zzzzzz(6.25)i a mMzzzzM M. .14141 4 ;i a mMzzzzM M. .14141 31 1

,_

+

,_

+ (6.26)Neglijnd pierderile prin frecare , puterea de propulsie la arborele de ieire este : i a mMzzM P. .143 3 3 31

,_

+ (6.27)E2 : acestsubmodestesimilarcuP2,doarcmotorulelectricnuproducecuplu nefiindalimentat cutensiune (Mm.e=0) , acestarotindu-seliber , iarrelaiiledecalculsunt :31411

,_

+ zz ; 3131413. . 211

,_

+

,_

+ + zzzzzzi a m(6.28)PunndcondiiaM1=0 rezult :3 14. .3 142 4z zzMz zzM Mi a m+ + ;

,_

++

,_

++ 3 14. .3 142 31 1z zzMz zzM Mi a m (6.29)Neglijnd pierderile prin frecare , puterea de propulsie la arborele de ieire este :

,_

++ 3 14. . 3 3 3 31z zzM M Pi a m (6.30)E3 :nacestcazambreiajulA2iA1sunt cuplate, iarfrneleF1iF2suntlibere ; M.A.I.realizeaz singur propulsia autovehiculului , M.E. nefiind alimentat electric , el rotindu-se liber ; transmitereamicriilaaroreledeieire3sefacenraportdetransmitereunitariar MP1se rotetecaunrigid , astfelnct : i a m . . 2 1 i dinrelaia(6.7) i a m . . 2 1 3 (6.31)i a mM M. . 3 (6.32)i a mM M P. . 3 3 3 3 (6.33)Acestsubmoddefuncionare corespundemoduluiprizdirect .E4 :pentruobinereavitezelormaride deplasaresepoatecuplaambreiajulA2nacelaitimpcu cuplarea frnei F2 , regim care corespunde celui de suprapriz ; n acest caz MP2 se rotete liber,iarM.Eesteblocat.Punndcondiia 01 nrelaiile(6.6) , (6.7) , rezult :i a mz zz. . 2 33 133 2 + ; 34141

,_

+ zz(6.34)DeoareceMP2seroteteliber , M4=0idinecuaiile(6.10)i (6.11)rezult :i a mMz zzz zzM M. .3 113 112 1+ + (6.35)i a mMz zzz zzMz zz z zMzzM M. .3 133 1323 14 3 12141 31 + + ++ +

,_

+ (6.36)Neglijnd pierderile prin frecare , puterea de propulsie la arborele de ieire este : i a mMz zzM P. .3 133 3 3 3+ (6.37)Acestsubmoddepropulsieesteutilizatpentrudeplasareacuvitezemari atuncicndnueste necesarncrcareabaterieideacumulatori ; dacnuse doreteutilizareanexploatarea acestuisubmodsepoaterenunalafrnaF2dinconstrucie , ceeacearducelasimplificarea transmisieiilareducerea costuluiacesteia .d) Propulsie cu M.A.I. i ncrcarea bateriei de acumulatori: pentru acest mod de funcionare propulsia este realizat de ctre m.a.i. care furnizeaz putere i pentru funcionarea motorului electric n regim de generator electric, acesta consumnd deci din cuplul furnizat de m.a.i. ,submoduriledefuncionarefiind :EC1: puterea furnizat de ctre m.a.i. este utilizat pentru propulsia autovehiculului , pentru funcionarea motorului electric n regim de generator acesta alimentnd accesoriile electrice i ncrcnd bateria de acumulatori ; ambreiajul A1 este cuplat iar frna F1 activ , generatorul consumd din cuplul furnizat de m.a.i . Relaiile de calcul sunt cele de la submodul P1 de funcionare , darcuuncuplulam.e.desemncontrar:314. . 11

,_

+ zzgenerator i a m ; 3131413211

,_

+

,_

+ +zzzzzz(6.38)( )generator i a mM MzzzzM M . .14141 4 ; ( )generator i a mM MzzzzM M

,_

+

,_

+ . .14141 31 1(6.39)Neglijnd pierderile prin frecare , puterea de propulsie la arborele de ieire este : ( )generator i a mM MzzM P

,_

+ . .143 3 3 31 (6.40)Putereaconsumatdegenerator :generator generator generatorMzzM P

,_

+ 31411 (6.41)undedinrelaia(6.39): 1 43. .1 z zMM Mi a m generator++ (6.42), iarmomentul M3 se determin pe baza rezistenei la naintare pentru o vitez impus i se introduce cu semnul nrelaie , fiinddesemncontrarmomentuluiMm.a.i .( )rfinale tr finale trrfinale tr finale trariv A krif GM + +. .2. .313sin cos (6.43)(mrimilefiindceleprecizate n[53] ).Cunoscnddinconstrucieraportelez4/z1 i z3/z1 , momentulMm.a.iivitezaunghiular3calculatnfunciede vitezadedeplasareiraportuldetransmiterealtransmisieifinale ,sepot determinacelelaltemrimi , precizatederelaiilestabilite .EC2: puterea furnizat de ctre m.a.i. este utilizat pentru propulsia autovehiculului , pentru funcionarea motorului electric n regim de generator acesta alimentnd accesoriile electrice i ncrcnd bateria de acumulatori ; ambreiajul A2 este cuplat iar frna F1 activ , generatorul consumddincuplulfurnizatdem.a.i . RelaiiledecalculsuntcelestabilitepentrusubmodulP2 defuncionare, darcuuncuplulamotorulelectricdesemncontrar:31411

,_

+ zzgenerator ; 3131413. . 211

,_

+

,_

+ + zzzzzzi a m(6.44)143 14. .3 142141 4zzMz zzMz zzMzzM Mgenerator i a m + + + (6.45)

,_

++

,_

+ + ++ +

,_

+ 3 14. .143 14 3 12141 31 1 1z zzMzzMz zz z zMzzM Mi a m generator(6.46)Neglijnd pierderile prin frecare , puterea de propulsie la arborele de ieire este : 1]1

,_

+

,_

++ 143 14. . 3 3 3 31 1zzMz zzM M Pgenerator i a m (6.47)Putereaconsumatdegenerator :generator generatorM P 1 (6.48)undemomentulconsumatdegeneratorrezultdinrelaia (6.46) :

,_

+1]1

,_

++ + 143 14. . 31 1zzz zzM M Mi a m generator(6.49)iar momentul M3 se determin pe baza rezistenei la naintare , relaia (6.43) pentru o vitez impusiseintroducecusemnul nrelaie , fiinddesemncontrarmomentuluiMm.a.i .Cunoscnddinconstrucieraportelez4/z1 i z3/z1 , momentulMm.a.iivitezaunghiular3calculatnfunciede vitezadedeplasareiraportuldetransmiterealtransmisieifinale ,sepot determinacelelaltemrimi , precizatederelaiilestabilite .EC3: puterea furnizat de ctre m.a.i. este utilizat pentru propulsia autovehiculului , pentru funcionarea motorului electric n regim de generator acesta alimentnd accesoriile electrice i ncrcndbateriadeacumulatori; ambreiajeleA1iA2suntcuplate , frnelenusuntcuplate iar generatorul consum din cuplul furnizat de m.a.i . Relaiile de calcul sunt cele stabilite pentru submodulP3defuncionare, darcuuncuplulamotorulelectricdesemncontrar: i a m generator . . 2 1 idinrelaia(6.7)rezult :i a m generator . . 2 1 3 (6.50)( )generator i a mM M M . . 3(6.51)Neglijnd pierderile prin frecare , puterea de propulsie la arborele de ieire este : ( )generator i a mM M M P . . 3 3 3 3

Putereaconsumatdegeneratoreste:generator generatorM P 1 undemomentulconsumatdegeneratorrezultdinrelaia (6.51) :i a m generatorM M M. . 3 + , iar momentul M3 se determin pe baza rezistenei la naintare , relaia (6.43) , pentru o vitez impus i se introduce cu semnul n relaie , fiind de semn contrarmomentuluiMm.a.i .Cunoscnd momentul Mm.a.ii viteza unghiular 3 calculat n funcie de viteza de deplasare i raportul de transmitere al transmisiei finale , se pot determina celelalte mrimi , precizatederelaiilestabilite .EC4 :esteutilizatpentruvitezemediiimaridedeplasare , ambreiajulA2fiindcuplat ; aceast condiiefacecaMP1sfuncionezecaundivizordeputere , acesta avndo mrimedeintrare i dou mrimi de ieire ; motorul electric funcioneaz n regim de generator . O parte din putereafurnizatdem.a.i. esteutilizatdirect pentrupropulsie, iarcealaltpartepentru antrenarea generatorului electric . Pentru acest submod de funcionare m.a.i. poate funciona la regimuri economice, vitezadedeplasarefiindobinutprincontrolul turaiei i ncrcriigeneratoruluielectric .nacestcaz transmisiafuncioneazsimilar cu o transmisie variabil continu (CVT) . Pebazarelaiei(6.7)rezult :generator i a mzzzzz zzz

,_

+

,_

+ 31. .311 31132311(6.52)Conformrelaiei (6.52), impunndovitezunghiular 2defuncionaream.a.i. corespunztoare regimurilor economice i o vitez unghiular 3 stabilit pe baza vitezei de deplasareiaraportului detransmitereatransmisieifinale , sepoatedetermina vitezaunghiular necesar1defuncionareageneratoruluielectric .Deoarece frna F1nueste cuplat , M4=0, i din relaiile (6.10) i (6.11) rezult : generator i a mM Mz zzz zzM M + + . .3 113 112 1(6.53)i a mMz zzz zzM M Mz zz z zMzzM. .3 133 132 3 33 14 3 121410 1 + + +++ + +

,_

+ (6.54)Putereaconsumatdegeneratoreste : i a m generator generatorMz zzM P. .3 111 1+ (6.55)Putereadepropulsieeste :i a mMz zzM P. .3 133 3 3 3+ (6.56)e) Recuperare de energien timpulfrnrii : ntimpulfrnriimotorulelectricfuncioneaznregim degenerator , energiacineticfiindtransformatnenergieelectric i utilizatpentruncrcarea baterieide acumulatori ;suntposibileurmtoarelepatrusubmoduridencrcare :R1 :m.a.i.fiindopritifrnaF1cuplat, prinintermediulMP2energiacineticdelafrnare este transformat prin intermediul generatorului n energie electric utilizat pentru ncrcarea baterieideacumulatoriifuncionareaaccesoriilorelectrice ; pentruacestsubmoddefuncionare putereaaresensinversfadesubmodul Mprezentatmaisus .Punndcondiia 04 nrelaiile(6.7) i (6.8) , respectivcondiiaM2=0nrelaia(6.11)rezult : 31411

,_

+ zzgenerator ; 3131413211

,_

+

,_

+ +zzzzzz(6.57)

,_

+

,_

+

,_

+ 14314141 311 1zzMM MzzzzM Mgenerator generator(6.58)Putereaconsumatdegeneratoreste : generator generatorM P 1(6.59)Momentul M3sedeterminpebazarezisteneilanaintareiseintroducecusemnul nrelaia(6.58) .Cunoscnd din construcie raportele z4/z1i z3/z1 i viteza unghiular 3calculat n funciede vitezadedeplasareiraportuldetransmiterealtransmisieifinale ,sepotdetermina celelaltemrimi , precizatederelaiilestabilite .R2 : frna F1 fiind activ i ambreiajul A1 cuplat , prin intermediul MP2 o parte din energia cineticdelafrnareestetransformatlageneratorul electricnenergieelectricutilizatpentru ncrcareabaterieideacumulatoriifuncionareaaccesoriilorelectrice ; cealaltpartedeenergie cinetic se transmite prin intermediul MP1 la m.a.i. i realizeaz frnarea acestuia , dac m.a.i. funciona anterior frnrii ; pentru acest submod de funcionare puterea are sens invers fa de submodul P1prezentatmaisus .R3 : frna F1 fiind activ i ambreiajul A2 cuplat , prin intermediul MP2 o parte din energia cineticdelafrnareestetransformatlageneratorul electricnenergieelectricutilizatpentru ncrcareabaterieideacumulatoriifuncionareaaccesoriilorelectrice ; cealaltpartedeenergie cinetic se transmite prin intermediul MP1 la m.a.i. i realizeaz frnarea acestuia dac m.a.i. funciona anterior frnrii ; pentru acest submod de funcionare puterea are sens invers fa de submodul P2prezentatmaisus .R4 : ambreiajeleA1iA2fiindcuplate , MP1serotetecaunrigidiprinintermediulluio partedinenergiacineticdelafrnareestetransformatlageneratorulelectricnenergie electric , utilizatpentruncrcareabaterieideacumulatoriifuncionareaaccesoriilorelectrice , iar cealaltpartedeenergie cinetic realizeazfrnaream.a.i. ; pentruacestsubmoddefuncionare putereaaresensinversfadesubmodul P3prezentatmaisus . Regimuriledefuncionareprecizatentab. 6.4ianalizatemaisus , pot figrupate (prin analogie cu treptele de viteze) din punct de vedere a optimizrii funcionrii transmisiei , controlului i automatizriiacesteia ,nmoduriledefuncionareprecizatentab. 6.5 .Tab. 6.5Moddefuncionare Ambreiajei frne Mod de funcionare aM.E. A1 A2 F1 F2Motorelectric M x MotorR1 x GeneratorTreaptaI P1 x x MotorE1 x x Rotire liberEC1 x x GeneratorR1 x x GeneratorTreaptaII P2 x x MotorE2 x x Rotire liberEC2 x x GeneratorR2 x x GeneratorPrizadirect P3 x x MotorE3 x x Rotire liberEC3 x x GeneratorR3 x x GeneratorSuprapriz E4 x x OpritCVT EC4 x Generator Sepotobineurmtoareleregimuridefuncionare : -- regimdefuncionareperformant , cupropulsierealizatdem.a.i.im.e. :( ) ( ) 4 4 3 3 2 1 E EC E P P P M -- regimdefuncionarenormal , cupropulsierealizatdem.a.i. :( ) 4 4 3 2 1 E EC E E E M -- regimde propulsie cu m.a.i. i funcionare a motorului electric ca generator 4 3 2 1 EC EC EC EC BIBLIOGRAFIE[1]CmpianV. , VulpeV. , CiolanGh. , EnacheV. , PredaI. , CmpianO. , Automobile, UniversitateadinBraov , 1989 .[2]CiolanGhe., PredaI., PereGhe.,Cutii devitezepentruautomobile, Ed.Didactic i Pedagogic , Bucureti1989 .[3] FrailGh. , FrailM , SamoilSt. , Automobile -- cunoatere , ntreinereireparare , manual pentru coli profesionale , anii I , II , III , Ed . Didactici Pedagogic , Bucureti1998 .[4]Fril Gh. , Calcululiconstruciaautomobilelor , Ed. Didacticai Pedagogic, Bucureti1977 [5] Macarie T. , Cristea D. , Marinescu D. , Filip N. , Transmisii continue i acionri pentru autovehicule , UniversitateadinPiteti , 1995 . [6]Untaru M. , Frail Gh. , PoincuGh. , SeitzN., TabacuI. , PereGh. , Macarie T., Calcululi construciaautomobilelor, Ed.DidacticaiPedagogic , Bucureti1982 .[7]Untaru M. , Poincu Gh. , StoicescuA. , Pere Gh. , TabacuI. , Dinamicaautovehiculelorperoti , EdituraDidacticaiPedagogic , Bucureti1981 .[8] Urdreanu T. , Vasiliu C. , Gorianu M. , Can T. , Propulsia i circulaia autovehiculelor cu roi , Ed. tiinificiEnciclopedic , Bucureti1987 .[9] Tsai , L.W. , Schultz, G., Higuchi , N. , 2000 , A nobel Parallel HybridTransmission ,ASME Journal of Mechanical Design ,Vol. 123, No. 2, pp. 161-168.[10] Schultz, G. , Tsai, L.W. , Higuchi N., Tong, I. C. , 2001 , Development of a Novel Paralell HibridTransmission, TransmissionandDrivelineSystemSymposium, paperNo. SAE2001-01-0875 , SAE2001 Congress , Detroit , MI.[11] Burciu M., Acionricu motoare cu ardere intern , vol I,II , Ed. Bren , Bucureti2003 .