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Leistungsfluss im Prius-Planetengetriebe
Ich versuche, die Funktion des Prius-Planetengetriebes zu verstehen, insbesondere die Leistungsflüsse im Getriebe und bitte um Rückmeldung, ob die beiden angehängten Bilder die Verhältnisse richtig wiedergeben.
Die Isolinien sind mit der Willisgleichung n1=i*n2+(1-i)*nS gerechnet (1: Sonnenrad bzw. MG1, 2: Hohlrad bzw. MG2 und Reifen, S: Stegrad bzw. Verbrennungsmotor, Standübersetzung i=-2,6). Das solte stimmen.
Für die Leistungsberechnung habe ich das Getriebe als ideal verlustlos vereinfacht und als 'Verbraucher' modelliert; d. h. eine positive Wellenleistung P=M*2*pi*n fließt in das Getriebe und die Summe der drei Wellenleistungen P1+P2+PS ist gleich null. Alle Momente und Drehzahlen haben denselben Bezugspfeil.
Wegen der Momentübersetzungen M1=-M2/i und MS=M1*(i-1) genügt die Vorgabe eines Moments, um die anderen beiden festzulegen. Ich habe für die Bilder M2 konstant vorgegeben. Damit lassen sich die Wellenleistungen ausrechnen. Für deren Abbildung im v2-vS-Feld verwende ich Pfeile. Deren waagerechte, nach rechts zeigende Komponente ist gleich der Leistung P2, deren senkrechte, nach oben zeigende Komponente ist gleich der Leistung PS.
Im Bild_M2positiv ist M=konst>0 angesetzt, im Bild_M2negativ gilt M=konst<0. Besonders Bild_M2positiv, in dem der Verbrennungsmotor stets Leistung aufnimmt, bringt mich ins Grübeln. Ist es nicht eine große Verlustquelle, einen Verbrennungsmotor eingekuppelt zu schleppen? Oder ist die ganze Darstellung Murks?
Herzliche Grüße, Hybrant
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11 Antworten
Zitat:
@Hybrant schrieb am 7. März 2017 um 14:11:31 Uhr:
Ich habe für die Bilder M2 konstant vorgegeben.
Das geht aber nicht.
M2 ist Moment am Hohlrad. Das Hohlrad ist aber mit Antriebsrädern UND der zweiten E-Maschine verbunden. Heißt M2 verteilt sich auf einen E-Motor und das Antriebsmoment.
Genau dadurch wird ja die leistungsverzweigung erreicht. Das Planetenrad teilt die Leistung des Verbrenners auf die erste E-Maschine und dem mechanischen Zweig (halt über die Momente im Planetengetriebe) auf. Am Ausgang werden dann über die zweite E-Maschine die elektrische Leistung von der ersten bekommmt und über das Moment (mal Drehzahl) das das Hohlrad bekommt wieder addiert. Zumindest für die Betriebspunkte wo keine Leistung in/von der Batterie fließt.
Vielleicht hilft das der Veranschaulichung:
Zitat:
M2 ist Moment am Hohlrad. Das Hohlrad ist aber mit Antriebsrädern UND der zweiten E-Maschine verbunden. Heißt M2 verteilt sich auf einen E-Motor und das Antriebsmoment.
Das ist mir klar. Wenn MG2 z. B. genau die Radzugleistung deckt (angenommen 10 kW), ist das Getriebe momentenfrei. Ich verwechsle das Moment M2 nicht mit dem Drehmoment von MG2.
Mir geht es nicht um die Beschreibung einer bestimmten Fahrsituation. Ich nehme nur analysehalber an, dass an der Hohlradwelle z. B. 1 Nm oder -1 Nm gemessen werden - egal, wie das zu Stande gekommen ist - und möchte die damit verbundenen Leistungsflüsse kennenlernen. Das sollen die Bilder ausdrücken.
Hintergrund meiner Frage sind die Betriebsphasen, in denen der VM und mit ihm das Stegrad stillstehen. Wenn dann MG1 ein Moment erzeugt, stützt es sich mit dem i-1=-3.6-fachen Wert am Träger ab. Damit der VM weiterhin stillsteht, darf das Reaktionsmoment nicht zu groß werden. Ich habe nach diesem Wert erfolglos recheriert. Vieleicht kennt es hier jemand?
Mit diesen Klarstellungen nochmal meine Ausgangsfrage: Sind die Bilder in sich richtig? Die P2- und PS-Komponenten aller Pfeile haben den gleichen Maßstab. Den habe ich nicht angegeben, weil es mir nur auf die Verhältnisse der Leistungen untereinander und besonders auf die Vorzeichen ankommt. Mit der Einzeichnung eines Pfeils an einer bestimmten Stelle der v2-vS-Ebene behaupte ich auch nicht, dass dieser Punkt real vorkommen kann.
Zitat:
@MoFlavour schrieb am 8. März 2017 um 10:22:55 Uhr:
Vielleicht hilft das der Veranschaulichung:
Das ist eine gute Quelle. Mit der hatte ich den Zusammenhang n1(n2,nS) kontrolliert.
Ich habe die Bilder überarbeitet und P1 (Leistung zum Sonnenrad hin) als blauen waagerechten Pfeil hinzugefügt. Ich meine, dass alles maßstabsrichtig stimmt, würde mich aber trotzdem freuen, wenn jemand einen Betriebspunkt findet, in dem n1, n2, nS, P1, P2 und PS für i=-2.6 nicht zusammenpassen, besonders, was die Vorzeichen betrifft.
Das Ganze ist ja einfach nur eine graphische Darstellung auf der n2-nS-Ebene der Größen n1 und P{1,2,S} (Leistungen für M2=+1 N und M2=-1 N) nach den Übersetzungsgleichungen aus dem Startpost. Die beiden Momente verstehe ich als Testgrößen, von denen aus die Leistungen verhältnisgleich umgerechnet werden können.
Eigentlich müsste noch ein drittes Bild für den reinen EV-Modus (M2=0) dazukommen; aber das wäre trivial, weil alle Momente und Leistungen der Wellen dann gleich null sind.
p. s.
Leider akzeptiert das Forum keine Vektorgraphiken. Darin würde einiges deutlicher.
Es sollte PDF-Dateien akzeptieren. Da können dann Vektorgrafiken drin sein. Einfach mal auf einen PDF-Drucker drucken.
Ich konnte nur eine Datei hochladen, weil die zweite die erste ersetzt, trotz anderen Namens. Das mit dem pdf-Drucker ist mir jetzt zuviel Umstand.
Hier kommt die zweite.
Jetzt beide Bilder nochmal zusammen mit schönerer Beschriftung.
Nochmal die beiden Bilder, kleine Korrektur in der Beschriftung: "n2>0".
Zitat:
Ist es nicht eine große Verlustquelle, einen Verbrennungsmotor eingekuppelt zu schleppen?
Kommt drauf an, wie oben die Ventile (VVT-i nicht vergessen, so bekommt man da ein bisschen Variabilität rein und den Atkinson/Miller-Zyklus) und Drosselklappe stehen. Macht man alles auf, wird doch zumindest nichts mehr gepumpt oder komprimiert. An der elektronischen Drosselklappe wird man das tun, an den Einlass/Auslass-Ventilen weiß ich das nicht.
https://www.priuswiki.de/index.php?title=VVT-i
Zitat:
Oder ist die ganze Darstellung Murks?
Sie ist eine interessante technische Illustration der Fähigkeiten von TeX/MetaPost. :-)
Über die Korrektheit kann ich so auf Anhieb nichts sagen. Das bräuchte mehr Zeit, die ich da nicht investieren möchte.
Was ich weiß: am Prius IV PHEV ist zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe noch eine One-Way-Clutch (sperrender Freilauf) dazugekommen, so kann auch MG1 Leistung zugeben und es werden nun mit den gleichen E-Motoren (53 kW MG2/23 kW MG1) 68 kW (Prius 4 PHEV) statt nur 53 kW (Prius 4) elektrisch erreicht.
http://www.greencarcongress.com/2016/12/20161206-tmc.html
"The system for plug-in hybrid vehicles (PHVs) has also been enhanced. A new dual-mode drive system allows the electric motor, which was hitherto used only as a generator, to provide direct driving power, resulting in powerful driving, even when in EV mode. The one-way clutch stops reverse engine rotation to implement normal direction rotation with no drag."