Задний мотор, редуктор и дифференциал: помощь при разгоне и пробуксовке.
Задний электропривод гибрида: устройство и принцип работы
Как работает электрический задний привод
Полный привод без раздаточной коробки и карданного вала: передние колёса ведёт гибридный привод, задние — отдельный мотор-генератор. Блоки управления решают, когда и сколько момента дать назад.
Устройство. Задняя трансмиссия — это мотор-генератор, понижающая передача и дифференциал в одном картере. Трёхвальная схема: вал мотора, промежуточный вал и дифференциал, общее передаточное число 6,859.
Обычно — только перед. На ровной дороге задний мотор не получает тока, тягу дают передние колёса. Так экономится энергия. Мотор при этом вращается вместе с колёсами.
Когда включается. При трогании момент делится по весу на осях. При большой педали задний мотор добавляется к переднему приводу. При пробуксовке передних больше примерно 5 % момент сзади растёт, а тяга спереди ограничивается.
Как замечают пробуксовку. Проскальзывание = скорость передних (ведущих) колёс минус скорость задних. Чем оно больше, тем сильнее ограничивается тяга буксующей оси.
Поворот и торможение. В повороте момент перераспределяется между осями против сноса и заноса. При торможении задний мотор работает генератором: рекуперация идёт обеими осями.
Детали в модели «Электрический задний привод гибрида»
Задний мотор-генератор (MGR). Синхронный мотор с постоянными магнитами крутит только задние колёса. Он всегда связан с ними шестернями и вращается вместе с машиной, но момент даёт, только когда силовой блок подаёт ток в обмотки. При торможении работает генератором и заряжает батарею.
Понижающая передача и промежуточный вал. Трёхвальная схема без карданного вала: шестерня мотора 23 зуба крутит колесо 40 зубьев на промежуточном валу (1,74), шестерня 18 зубьев того же вала — ведомое колесо главной передачи 71 зуб (3,94). Вместе 6,859: мотор крутится почти в 7 раз быстрее колёс и в 7 раз умножает момент.
Ведомое колесо главной передачи. Колесо 71 зуб сидит на корпусе дифференциала. Его крутит шестерня 18 зубьев промежуточного вала.
Дифференциал. Конический дифференциал с двумя сателлитами делит момент поровну между задними колёсами и даёт им крутиться с разной скоростью в повороте.
Задние полуоси. Валы с шарнирами равных угловых скоростей от дифференциала к ступицам. Карданного вала к передней оси нет: задняя ось связана с передней только электрически.
Колёса и шины. Радиус качения 330 мм. Сцепление шины с дорогой ограничивает силу тяги: на сухом асфальте около 0,9 веса на оси, на мокром — 0,55, на льду — всего 0,12.
Датчики частоты вращения колёс. По их сигналам ЭБУ тормозной системы считает проскальзывание: скорость передних (ведущих) колёс минус скорость задних, свободно катящихся.
Блоки управления. ЭБУ тормозной системы по оборотам колёс, педали газа, углу руля и положению селектора считает, сколько момента нужно на каждую ось. Блок управления гибридной системой выполняет это распределение моторами.
Силовой блок. Повышает напряжение батареи и превращает постоянный ток в трёхфазный переменный для моторов, в том числе для заднего. При торможении выпрямляет ток генераторов и отправляет его в батарею.
Высоковольтная батарея. Стоит под задним сиденьем. Отдаёт энергию заднему мотору при трогании и пробуксовке и получает её обратно при рекуперации обеими осями.
Высоковольтные кабели. Оранжевые кабели идут вдоль пола: от батареи к силовому блоку и три фазы от силового блока к заднему мотору. Вместо карданного вала момент передаётся назад током.
Передний гибридный привод (упрощённо). ДВС и коробка с мотор-генераторами ведут передние колёса. В модели это один узел с общим ограничением силы тяги — подробно он разобран в лаборатории делителя мощности.
Показ по шагам
Задняя ось без карданного вала. Спереди — ДВС с гибридной коробкой. Сзади — свой мотор-генератор с редуктором и дифференциалом. Связь между осями только электрическая: оранжевые кабели.
Равномерно: задний мотор отдыхает. На сухой дороге при ровном ходе тянут только передние колёса. Задний мотор крутится вместе с колёсами, но тока в нём нет — это экономит топливо.
Мотор в разрезе. Статор с медными обмотками и ротор с магнитами. Когда силовой блок подаёт трёхфазный ток, поле статора тянет ротор, и задние колёса получают момент.
Редуктор 6,86. 23 → 40 на промежуточный вал и 18 → 71 на дифференциал. Обороты мотора всегда в 6,86 раза больше оборотов колёс.
Трогание: по весу на осях. При трогании момент делится пропорционально весу на осях: при разгоне вес переходит назад, и задние колёса могут передать больше.
Лёд: передние буксуют. Скорость передних колёс обогнала скорость задних больше чем на 5 % — задний мотор получает момент, а момент передних ограничивается. Проскальзывание держится в пределах (в модели около 12 %); без заднего мотора оно больше.
Поворот на мокром. Часть сцепления уходит на боковую силу. Блок делит тягу по запасу сцепления каждой оси, чтобы не сносило ни перед, ни зад.
Торможение: рекуперация сзади. Задний мотор становится генератором и тоже заряжает батарею. Остальное тормозное усилие дают обычные тормоза.
Что ломается и как это проявляется
Перегрев заднего мотора. Признаки: после долгого трогания и буксования на снегу или в горку машина хуже трогается на скользком, на панели может появиться предупреждение. Через некоторое время помощь задней оси возвращается. Что проверить: стоп-кадр с температурой мотора и током, уровень и состояние масла задней трансмиссии, нет ли постоянной пробуксовки из-за разных шин по осям.
Обрыв фазы заднего мотора. Признаки: горит предупреждение системы полного привода. Машина едет, но на льду и снегу буксуют передние колёса — задние не помогают; рекуперации задним мотором тоже нет. Что проверить: только при отключённом высоком напряжении и после ожидания разряда: коды и стоп-кадр, осмотр оранжевого кабеля и разъёмов, сопротивление обмоток между фазами (должно быть одинаковым), сопротивление изоляции.
Упрощения модели
Колёсная база показана укороченной (2,4 м вместо 2,7 м в расчёте); кузова нет, передний гибридный привод показан одним узлом с общим ограничением тяги.
Обе оси считаются как два вращающихся тела: левое и правое колесо одной оси не различаются, кроме кинематики дифференциала в повороте.
Проскальзывание в модели считается от точной скорости машины; настоящая система оценивает его по датчикам колёс (передние минус задние).
Правила распределения момента упрощены и показывают принцип: точные пороги и карты блоков управления у разных машин свои.
Торможение: антиблокировочная система идеальная, тормозные механизмы не нарисованы; рекуперация передней оси учтена только в расчёте.
Нагрев мотора ускорен для наглядности. Режимы повторяются по кругу: трогание до 25 км/ч, разгон до 110 км/ч, поворот радиуса 40 м до предела сцепления, торможение до остановки.
Работы с оранжевыми кабелями и разъёмами выполняют только обученные специалисты после отключения высокого напряжения.