namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»QTYOYKnami-384Research ArticleАВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕAUTOMOBILE DEVELOPMENTПрименение двухпоточных передач, включающих вариатор, в трансмиссиях автомобилей, в том числе с комбинированной энергоустановкой и электромобиляхApplication of two-loop transmissions with variator in vehicle transmissions including ones with hybrid powertrain and electric vehiclesЩербаевП. А.ShherbaevP. A.

Щербаев Павел Андреевич – аспирант; инженер-конструктор 2-й категории

г. Москва 107023

г. Москва 125438

Shherbaev P.A. – postgraduate; design engineer

Moscow 107023

Moscow 125438

lllep6atblu@gmail.comДадашевМ. Д.DadashevM. D.

Дадашев Мурад Дмитриевич – аспирант; инженер-конструктор 2-й категории

г. Москва 107023

г. Москва 125438

Dadashev M.D. – postgraduate

Moscow 107023

Moscow 125438

myrad1998@rambler.ruФГАОУ ВО «Московский политехнический университет»; ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»РоссияMoscow Polytechnic University; Federal State Unitary Enterprise “Central Scientific Research Automobile and Automotive Engines Institute” (FSUE “NAMI”)Russian Federation202509072025026781Copyright © Щербаев П.А., Дадашев М.Д., 20252025Щербаев П.А., Дадашев М.Д.Shherbaev P.A., Dadashev M.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/384

Введение (постановка задачи и актуальность). Актуальной задачей в современном автомобилестроении остаётся повышение эффективности трансмиссии и транспортного средства в целом. Одним из способов решения этих задач может выступить применение в трансмиссиях автомобилей и электромобилей двухпоточных передач (ДП) с вариатором. ДП с вариатором обладают рядом характерных кинематических свойств, потенциально применимых и частично реализованных на серийных агрегатах. Применение таких передач, наряду с использованием в приводе транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания, может быть полезно в трансмиссиях автомобилей с комбинированной энергетической установкой, к конструкции которых применяются требования по реализации согласования потоков мощности от источников энергии.Цель исследования – анализ кинематических схем двухпоточных трансмиссий, применяемых или потенциально применимых в конструкциях современных автомобилей. Полученные данные о кинематических и силовых характеристиках позволят проводить сравнительную оценку описываемых конструкций, получать основные взаимосвязи целевых параметров с конструктивными особенностями проектируемых передач.Методология и методы исследования. Разработан программный продукт, позволяющий получать широкий спектр характеристик передач на основе вводимых конструктивных параметров, габаритных размеров, нагрузок, а также определять характеристики вариатора, применяемого в ДП. Графики зависимостей, приведённые в статье, построены на основании данных, опубликованных разработчиками агрегатов, для чего в математической модели проведён расчёт основных характеристик, представленных в виде безразмерных графиков и предназначенных для визуального сравнения и выявления основных взаимосвязей моделируемых величин.Результаты и научная новизна. На основе полученных зависимостей для ДП сформулированы основные взаимосвязи, позволяющие в первом приближении провести сравнительный анализ, проследить факторы, вызывающие различные полезные и негативные эффекты. Полученные результаты могут быть использованы для первичной оценки применимости агрегатов с аналогичными кинематическими схемами, а также иллюстрации принципов их работы. Приведён сравнительный анализ описываемых конструкций по ряду конструктивных, кинематических и силовых параметров.Практическая значимость. Исследования в области проектирования ДП с вариатором могут послужить основой для разработки алгоритмов и программных средств автоматизированного проектирования и расчёта таких передач, что значительно сократит затраты на разработку и позволит выявить многофакторные зависимости в части обеспечения эффективности современных автомобилей. Полученные данные о характеристиках ряда принципиальных схем ДП с вариатором позволяют оценить эффект их применения по сравнению с полнопоточными передачами в области обеспечения требуемого диапазона, КПД, кинематических возможностей и обеспечения характерных режимов работы трансмиссии по сравнению с полнопоточными передачами.

Introduction (problem statement and relevance). Increasing the efficiency of transmission and vehicle on the whole remains the relevant objective in the modern automotive industry. One of the ways to solve these tasks can be application of two-loop transmissions with variator in vehicle and electric vehicle transmissions. The two-loop transmissions with variator have a number of characteristic kinematic properties, which are potentially applicable and partially implemented on series units. Application of such transmissions, along with using them within internal combustion engine vehicle propulsion, can be useful in hybrid powertrain vehicle transmissions, which design is subject to the requirements on implementation of matching power paths or flows from the energy sources.The purpose of the study is analyzing the kinematic or gearing diagrams of the two-loop transmissions, which are used or potentially applicable in the modern vehicle designs. The obtained data on kinematic and load-bearing characteristics will allow comparative assessment of the described designs and obtaining main interrelations of the target parameters with the design features of the transmissions being designed.Methodology and research methods. A software product is developed that allows obtaining a wide range of transmission characteristics based on the input design parameters, overall dimensions, loads, as well as determining characteristics of the variator used in the two-loop transmissions. The diagrams of dependences given in the paper are graphed on the basis of the data published by the developers of the units, for which the math model contains performed calculation of the main characteristics presented in the form of dimensionless diagrams and intended for visual comparing and determining the main interrelations of the values being simulated.Scientific novelty and results. Based on the dependencies obtained for two-loop transmissions, the basic interrelations have been formulated allowing to a first approximation to conduct the comparative analysis and monitor the factors causing different useful and negative effects. The results obtained can be used for initial assessment of applicability of the units with similar kinematic diagrams, as well as for illustration of their operation principles. A comparative analysis of the described designs has been conducted in terms of a number of design, kinematic, and load-bearing parameters.Practical significance. Studies in the field of design of two-loop transmissions with variator can serve as a basis for development of algorithms and software for automated design and calculation of such transmissions, which will significantly reduce the development costs and allow determination of multifactor dependences to ensure efficiency of modern vehicles. The obtained data on characteristics of a number of principal diagrams of two-loop transmissions with variator allow evaluation of effect of their application compared to single-loop transmissions in terms of ensuring the required range, efficiency, kinematic capabilities, and ensuring typical operating modes of transmissions compared to the singleloop transmissions.

двухпоточная передачавариаторкомбинированная энергоустановка (КЭУ)трансмиссии электромобилейBosch DH-CVTDaihatsu D-CVTкинематические схемыплан скоростейtwo-loop transmissionvariatorhybrid powertrainelectric vehicle transmissionsBosch DH-CVTDaihatsu D-CVTgearing diagramsvelocity diagramReferencesVan Spijk G.J. Efficient electrification with the pushbelt CVT // CTI magazine. – 2018. – December. – P. 10–14.Van Spijk G.J. Efficient electrification with the pushbelt CVT. CTI magazine, 2018, December, pp. 10–14.Van Spijk G.J. et al. Compact pushbelt variator module to improve energy economy in electrified powertrains / CTI SYMPOSIUM 2019: 18th International Congress and Expo 9–12 December 2019, Berlin, Germany. – Springer Berlin Heidelberg, 2021. – P. 523–535.Van Spijk G.J. et al. Compact pushbelt variator module to improve energy economy in electrified powertrains. CTI SYMPOSIUM 2019: 18th International Congress and Expo 9–12 December 2019, Berlin, Germany. Springer Berlin Heidelberg, 2021, pp. 523–535.Niii D. et al. Development of new continuously variable transmission for 2.0-liter class vehicles // SAE Technical Paper. – 2018. – No. 2018-01-1062.Niii D. et al. Development of new continuously variable transmission for 2.0-liter class vehicles. SAE Technical Paper, 2018, no. 2018-01-1062.Nguyen C.T.P. et al. Dual-motor dual-source high performance EV: a comprehensive review // Energies. – 2023. – V. 16. – No. 20. – P. 7048.Nguyen C.T.P. et al. Dual-motor dual-source high performance EV: a comprehensive review. Energies, 2023, vol. 16, no. 20, p. 7048.Gao Y., Ehsani M. A torque and speed coupling hybrid drivetrain-architecture, control, and simulation // IEEE transactions on power electronics. – 2006. – V. 21. – No. 3. – P. 741–748.Gao Y., Ehsani M. A torque and speed coupling hybrid drivetrain-architecture, control, and simulation. IEEE transactions on power electronics, 2006, vol. 21, no. 3, pp. 741–748.Kwon K., Seo M., Min S. Efficient multi-objective optimization of gear ratios and motor torque distribution for electric vehicles with two-motor and two-speed powertrain system // Applied Energy. – 2020. – V. 259. – P. 114190.Kwon K., Seo M., Min S. Efficient multi-objective optimization of gear ratios and motor torque distribution for electric vehicles with two-motor and two-speed powertrain system. Applied Energy, 2020, vol. 259, p. 114190.Lin X., Li Y., Zhang G. Bi-objective optimization strategy of energy consumption and shift shock based driving cycle-aware bias coefficients for a novel dualmotor electric vehicle // Energy. – 2022. – V. 249. – P. 123596.Lin X., Li Y., Zhang G. Bi-objective optimization strategy of energy consumption and shift shock based driving cycle-aware bias coefficients for a novel dualmotor electric vehicle. Energy, 2022, vol. 249, p. 123596.Ge S., Hou S., Yao M. Electromechanical coupling dynamic characteristics of the dual-motor electric drive system of hybrid electric vehicles // Energies. – 2023. – V. 16. – No. 7. – P. 3190.Ge S., Hou S., Yao M. Electromechanical coupling dynamic characteristics of the dual-motor electric drive system of hybrid electric vehicles. Energies, 2023, v. 16, no. 7, p. 3190.Куликов И.А., Карпухин К.Е., Курмаев Р.Х., Иванов В.Г. Технология виртуально-физических испытаний X-in-the-Loop как инструмент исследования и разработки электрического транспорта // Труды НАМИ. – 2021. – № 2 (285). – С. 6–14. DOI: 10.51187/0135-3152-2021-2-6-14. EDN: DJTJKK.Kulikov I.A., Karpukhin K.E., Kurmaev R.Kh., Ivanov V.G. [X-in-the-Loop technology for research and development of electric vehicles]. Trudy NAMI, 2021, no. 2 (285), pp. 6–14. DOI: 10.51187/0135-3152-2021-2-6-14. EDN: DJTJKK. (In Russian)Курмаев Р.Х., Лепёшкин А.В. Повышение точности математической модели движения колёсной машины на основании использования результатов её испытаний // Известия МГТУ МАМИ. – 2009. – Т. 1. – № 1. – С. 46–56. EDN: KHRAQJ.Kurmaev R.Kh., Lepeshkin A.V. [Accuracy enhancement for vehicle motion mathematical model on the basis of test results]. Izvestiya MGTU MAMI, 2009, vol. 1, no. 1, pp. 46–56. EDN: KHRAQJ. (In Russian)Дадашев М.Д., Щербаев П.А. Статистика и тенденции развития легковых электромобилей, применение для их эскизного проектирования методов статистического анализа // Автомобильная промышленность. – 2024. – № 4. – С. 4–9. EDN: IGKAHT.Dadashev M.D., Shcherbaev P.A. [Statistics and trends in the development of passenger electric vehicles, the application of statistical analysis methods in the field of their conceptual design]. Avtomobil’naya promyshlennost’, 2024, no. 4, pp. 4–9. EDN: IGKAHT. (In Russian)Lauinger C. et al. Chain CVT highlights for new energy vehicles / VDI-CVT. – Baden-Baden, 2019.Lauinger C. et al. Chain CVT highlights for new energy vehicles. VDI-CVT. Baden-Baden, 2019.Srivastava N., Haque I. Nonlinear dynamics of a friction-limited drive: application to a chain continuously variable transmission (CVT) system // Journal of Sound and Vibration. – 2009. – V. 321. – No. 1-2. – P. 319–341.Srivastava N., Haque I. Nonlinear dynamics of a friction-limited drive: application to a chain continuously variable transmission (CVT) system. Journal of Sound and Vibration, 2009, vol. 321, no. 1-2, pp. 319–341.Do H., Oh S. CVT for a small electric vehicle using centrifugal belt pulley // Energies. – 2022. – V. 15. – No. 23. – P. 8800.Do H., Oh S. CVT for a small electric vehicle using centrifugal belt pulley. Energies, 2022, vol. 15, no. 23, pp. 8800.Perodua Ativa – how D-CVT is different to other CVTs. URL: https://paultan.org/2021/02/24/peroduaativa-how-d-cvt-is-different-to-other-cvts (дата обращения: 21.10.2024).Perodua Ativa – how D-CVT is different to other CVTs. Available at: https://paultan.org/2021/02/24/perodua-ativa-how-d-cvt-is-different-to-other-cvts (accessed 21 October 2024).Van der Sluis F. et al. The CVT pushbelt reinvented for future compact and efficient powertrains / Proceedings of the 2017 JSAE Annual Congress, Yokohama, Japan. – 2017. – P. 24–26.Van der Sluis F. et al. The CVT pushbelt reinvented for future compact and efficient powertrains. Proceedings of the 2017 JSAE Annual Congress, Yokohama, Japan, 2017, pp. 24–26.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.