سیستم مدیریت گشتاور در خودرو هیبریدی چگونه بین موتور بنزینی و برقی تقسیم می‌شود؟

در خودروهای هیبریدی، حرکت خودرو فقط به عملکرد یک موتور وابسته نیست؛ بلکه موتور بنزینی و موتور الکتریکی می‌توانند به‌صورت مستقل یا هم‌زمان در تولید نیروی محرکه نقش داشته باشند. اما سؤال مهم این است که خودرو چگونه تشخیص می‌دهد چه زمانی از موتور بنزینی استفاده کند، چه زمانی موتور الکتریکی را وارد مدار کند و در چه شرایطی گشتاور هر دو موتور را با یکدیگر ترکیب کند؟

پاسخ این سؤال به عملکرد سیستم مدیریت گشتاور (Torque Management System) و هماهنگی میان واحدهای کنترلی خودرو مربوط می‌شود.

این سیستم با توجه به شرایط رانندگی، میزان درخواست راننده، سرعت خودرو، وضعیت باتری، محدودیت‌های موتور الکتریکی و موتور احتراقی و شرایط انتقال قدرت، سهم هر منبع تولید گشتاور را مدیریت می‌کند.

به همین دلیل، تقسیم گشتاور در خودروهای هیبریدی یک فرآیند ثابت و از پیش تعیین‌شده نیست؛ بلکه تصمیمی پویا است که در طول رانندگی بارها تغییر می‌کند.

در این مقاله از کارنو مهارت بررسی می‌کنیم سیستم مدیریت گشتاور در خودروهای هیبریدی چگونه کار می‌کند، چه عواملی بر تقسیم گشتاور تأثیر دارند، موتور بنزینی و برقی چگونه با یکدیگر هماهنگ می‌شوند و تعمیرکار برای عیب‌یابی این سیستم باید چه پارامترهایی را بررسی کند.

سیستم مدیریت گشتاور در خودرو هیبریدی چیست؟

سیستم مدیریت گشتاور مجموعه‌ای از الگوریتم‌ها، واحدهای کنترلی و اجزای اجرایی است که وظیفه دارد گشتاور موردنیاز خودرو را میان منابع مختلف تولید نیرو تقسیم کند.

در یک خودروی هیبریدی، این منابع معمولاً شامل موارد زیر هستند:

• موتور احتراقی یا بنزینی
• موتور الکتریکی
• در برخی معماری‌ها، بیش از یک ماشین الکتریکی با وظایف متفاوت

سیستم کنترل باید مشخص کند هر منبع چه مقدار گشتاور تولید کند و این گشتاور در چه زمانی به چرخ‌ها منتقل شود.

برای مثال، هنگام شروع حرکت ممکن است موتور الکتریکی به‌تنهایی نیروی موردنیاز را تأمین کند. هنگام شتاب‌گیری شدید، موتور بنزینی و الکتریکی می‌توانند هم‌زمان وارد عمل شوند. در سرعت ثابت نیز ممکن است موتور احتراقی بخش اصلی نیروی موردنیاز را تأمین کند و موتور الکتریکی در وضعیت کمکی یا تولید انرژی قرار بگیرد.

این تصمیم‌ها بر اساس شرایط لحظه‌ای خودرو و محدودیت‌های فنی اجزای سیستم گرفته می‌شوند.

گشتاور در خودرو هیبریدی چه اهمیتی دارد؟

گشتاور یکی از پارامترهای اصلی در تولید نیروی محرکه است و به‌طور مستقیم با توانایی خودرو برای غلبه بر مقاومت حرکت ارتباط دارد.

به زبان ساده، گشتاور موتور به چرخ‌ها کمک می‌کند خودرو را به حرکت درآورد، سرعت آن را افزایش دهد یا در برابر بارهای حرکتی مقاومت کند.

در خودروهای هیبریدی، وجود دو منبع تولید گشتاور این امکان را فراهم می‌کند که نیروی موردنیاز خودرو با انعطاف بیشتری تأمین شود.

برای مثال، موتور الکتریکی می‌تواند از دورهای پایین گشتاور قابل‌توجهی تولید کند و در شروع حرکت به موتور بنزینی کمک کند. موتور احتراقی نیز می‌تواند در شرایطی که به توان پایدارتر یا محدوده کاری خاصی نیاز است، سهم بیشتری در تولید نیروی محرکه داشته باشد.

البته میزان گشتاور قابل‌استفاده از هر موتور به طراحی آن، سرعت چرخش، محدودیت‌های حرارتی و شرایط کاری بستگی دارد.

سیستم مدیریت گشتاور چگونه تصمیم‌گیری می‌کند؟

واحدهای کنترلی خودرو برای تعیین سهم موتور بنزینی و الکتریکی، اطلاعات مختلفی را دریافت و تحلیل می‌کنند.

مهم‌ترین ورودی‌های مؤثر عبارت‌اند از:

• میزان فشار پدال گاز
• سرعت خودرو
• دور موتور احتراقی
• سرعت چرخش موتور الکتریکی
• وضعیت شارژ باتری یا SOC
• دمای باتری و موتورهای الکتریکی
• محدودیت جریان و توان قابل‌دسترس
• وضعیت گیربکس یا سیستم تقسیم توان
• شرایط رانندگی و درخواست گشتاور از سوی راننده

واحد کنترل هیبریدی با استفاده از این اطلاعات، گشتاور موردنیاز را محاسبه می‌کند و فرمان‌های لازم را برای هماهنگی منابع تولید نیرو صادر می‌کند.

در برخی خودروها، وظایف کنترلی میان ECU موتور، واحد کنترل هیبرید، کنترلر باتری و کنترلرهای الکترونیک قدرت تقسیم شده است. نحوه ارتباط و تقسیم وظایف به معماری سازنده بستگی دارد.

نقش پدال گاز در مدیریت گشتاور

پدال گاز یکی از ورودی‌های مهم سیستم مدیریت گشتاور است.

در خودروهای جدید، پدال گاز معمولاً از طریق سنسورهای موقعیت، میزان درخواست راننده را به واحد کنترل منتقل می‌کند.

این درخواست لزوماً به معنی بازشدن دریچه گاز یا افزایش مستقیم دور موتور بنزینی نیست؛ بلکه سیستم کنترل آن را به‌عنوان درخواست نیروی محرکه تفسیر می‌کند.

برای مثال:

• فشار کم پدال می‌تواند با درخواست گشتاور محدود همراه باشد.
• فشار متوسط پدال ممکن است باعث استفاده ترکیبی از موتور بنزینی و الکتریکی شود.
• فشار زیاد پدال می‌تواند درخواست گشتاور بیشتری ایجاد کند و هر دو منبع تولید نیرو را وارد مدار کند.

بنابراین میزان فشار پدال گاز فقط یکی از ورودی‌های تصمیم‌گیری است و وضعیت باتری، سرعت خودرو و محدودیت‌های سیستم نیز در نتیجه نهایی نقش دارند.

موتور بنزینی و موتور برقی چگونه با یکدیگر هماهنگ می‌شوند؟

هماهنگی این دو موتور به نوع معماری سیستم هیبریدی بستگی دارد.

در برخی خودروها، موتور الکتریکی و موتور بنزینی از طریق مجموعه انتقال قدرت به یکدیگر متصل هستند. در برخی معماری‌های دیگر، موتور الکتریکی می‌تواند نقش اصلی در حرکت خودرو داشته باشد و موتور احتراقی بیشتر برای تولید انرژی الکتریکی استفاده شود.

در معماری‌های مختلف، نحوه ترکیب گشتاور نیز متفاوت است.

حرکت با موتور الکتریکی

در شرایطی که سرعت و بار خودرو پایین باشد و باتری توان کافی داشته باشد، ممکن است موتور الکتریکی به‌تنهایی گشتاور موردنیاز را تأمین کند.

در این حالت، موتور بنزینی می‌تواند خاموش باقی بماند.

مزیت این روش کاهش مصرف سوخت در شرایط مناسب و کاهش کارکرد موتور احتراقی است.

بااین‌حال، امکان حرکت تمام‌برقی به ظرفیت باتری، دمای سیستم، سرعت خودرو، درخواست گشتاور و محدودیت‌های طراحی بستگی دارد.

حرکت با موتور بنزینی

در برخی شرایط، موتور احتراقی می‌تواند منبع اصلی تولید گشتاور باشد.

برای مثال، در سرعت‌های مشخص یا زمانی که باتری توان کافی برای کمک به موتور الکتریکی ندارد، سیستم ممکن است سهم بیشتری از نیروی محرکه را به موتور بنزینی اختصاص دهد.

البته این موضوع به معماری خودرو و استراتژی کنترل آن وابسته است.

حرکت ترکیبی با موتور بنزینی و برقی

یکی از قابلیت‌های مهم خودروهای هیبریدی، امکان استفاده هم‌زمان از موتور احتراقی و الکتریکی است.

در زمان شتاب‌گیری، ممکن است موتور الکتریکی به موتور بنزینی کمک کند تا گشتاور بیشتری به سیستم انتقال قدرت برسد.

در این حالت، سیستم کنترل باید سرعت و گشتاور دو منبع را هماهنگ کند تا انتقال نیرو بدون اختلال انجام شود.

بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت

هنگام کاهش سرعت، موتور الکتریکی در برخی شرایط می‌تواند در نقش ژنراتور عمل کند و بخشی از انرژی جنبشی خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

در این وضعیت، جریان گشتاور و توان در مسیر متفاوتی قرار می‌گیرد و انرژی بازیابی‌شده به باتری منتقل می‌شود.

این فرآیند با نام ترمز احیاکننده شناخته می‌شود.

سیستم مدیریت گشتاور چه تفاوتی در معماری‌های مختلف هیبریدی دارد؟

تقسیم گشتاور در تمام خودروهای هیبریدی به یک شکل انجام نمی‌شود. نوع معماری سیستم محرکه تعیین می‌کند موتور بنزینی و الکتریکی چگونه با یکدیگر ارتباط داشته باشند.

معماری سری (Series Hybrid)

در معماری سری، موتور بنزینی معمولاً به‌صورت مکانیکی مستقیماً چرخ‌ها را به حرکت درنمی‌آورد.

موتور احتراقی یک ژنراتور را به حرکت درمی‌آورد و انرژی تولیدشده می‌تواند برای تغذیه موتور الکتریکی یا شارژ باتری استفاده شود.

در این ساختار، موتور الکتریکی نیروی محرکه موردنیاز چرخ‌ها را تأمین می‌کند.

بنابراین مدیریت گشتاور چرخ‌ها عمدتاً بر عهده موتور الکتریکی است و موتور بنزینی بیشتر در مدیریت تولید انرژی نقش دارد.

معماری موازی (Parallel Hybrid)

در معماری موازی، موتور بنزینی و موتور الکتریکی می‌توانند از طریق سیستم انتقال قدرت در تولید نیروی محرکه نقش داشته باشند.

بسته به طراحی خودرو، هر دو موتور ممکن است به‌صورت مستقل یا هم‌زمان در حرکت خودرو مشارکت کنند.

در این ساختار، هماهنگی میان گشتاور موتور احتراقی و الکتریکی اهمیت زیادی دارد.

معماری سری-موازی (Series-Parallel Hybrid)

در این معماری، خودرو می‌تواند از ترکیبی از قابلیت‌های سیستم سری و موازی استفاده کند.

سیستم کنترل با توجه به شرایط رانندگی، وضعیت باتری و نیاز به گشتاور، نحوه استفاده از موتور احتراقی، ژنراتور و موتور محرکه را مدیریت می‌کند.

این ساختار در برخی خودروهای هیبریدی پیشرفته استفاده می‌شود و کنترل تقسیم توان در آن پیچیده‌تر است.

چه عواملی باعث تغییر سهم موتور بنزینی و برقی می‌شوند؟

سیستم مدیریت گشتاور دائماً شرایط خودرو را بررسی می‌کند. به همین دلیل، سهم هر موتور می‌تواند در طول رانندگی تغییر کند.

وضعیت شارژ باتری

وضعیت شارژ باتری یکی از عوامل مهم در تعیین میزان کمک موتور الکتریکی است.

اگر SOC در محدوده مناسب باشد، سیستم ممکن است امکان استفاده بیشتری از موتور الکتریکی داشته باشد.

اما اگر سطح شارژ به محدوده‌ای برسد که استفاده بیشتر از انرژی الکتریکی مناسب نباشد، سیستم می‌تواند سهم موتور احتراقی را افزایش دهد.

دمای باتری

دمای باتری بر توان قابل‌دسترس و شرایط شارژ و تخلیه تأثیر می‌گذارد.

در دماهای خارج از محدوده کاری مناسب، سیستم مدیریت باتری ممکن است محدودیت‌هایی برای جریان یا توان اعمال کند.

در نتیجه، موتور الکتریکی ممکن است نتواند تمام گشتاور درخواستی را تأمین کند.

سرعت خودرو

رفتار موتور الکتریکی و موتور بنزینی در سرعت‌های مختلف یکسان نیست.

در برخی شرایط، موتور الکتریکی برای شروع حرکت و شتاب‌گیری اولیه مناسب است؛ در حالی که در سرعت‌های بالاتر ممکن است موتور احتراقی سهم بیشتری در تأمین نیروی محرکه داشته باشد.

این رفتار به طراحی موتور، گیربکس و معماری هیبریدی وابسته است.

میزان شتاب‌گیری

هرچه درخواست شتاب بیشتر باشد، نیاز خودرو به گشتاور نیز افزایش پیدا می‌کند.

در این شرایط، سیستم می‌تواند برای تأمین گشتاور موردنیاز از هر دو موتور استفاده کند؛ البته به شرطی که محدودیت‌های باتری و اجزای محرکه اجازه دهند.

محدودیت‌های حرارتی

دمای موتور الکتریکی، اینورتر، باتری و سایر اجزای سیستم می‌تواند بر توان قابل‌دسترس تأثیر بگذارد.

اگر یکی از اجزا به محدوده حرارتی محدودکننده برسد، سیستم ممکن است گشتاور قابل‌درخواست از آن بخش را کاهش دهد.

نقش اینورتر در مدیریت گشتاور چیست؟

موتورهای الکتریکی مورد استفاده در خودروهای هیبریدی برای عملکرد به کنترل دقیق انرژی الکتریکی نیاز دارند.

اینورتر یکی از اجزای مهم این فرآیند است.

در بسیاری از خودروهای هیبریدی، باتری ولتاژبالا انرژی جریان مستقیم را تأمین می‌کند، در حالی که موتور الکتریکی برای کار به جریان متناوب کنترل‌شده نیاز دارد.

اینورتر با تبدیل و کنترل انرژی الکتریکی، امکان مدیریت عملکرد موتور را فراهم می‌کند.

واحدهای کنترلی می‌توانند با تغییر فرمان‌های مربوط به جریان و میدان مغناطیسی موتور، شرایط تولید گشتاور را مدیریت کنند.

به همین دلیل، اختلال در اینورتر یا مدارهای کنترلی آن می‌تواند بر توان و گشتاور قابل‌دسترس موتور الکتریکی اثر بگذارد.

سیستم انتقال قدرت چه نقشی در تقسیم گشتاور دارد؟

سیستم انتقال قدرت وظیفه دارد نیروی تولیدشده توسط موتورهای محرکه را به چرخ‌ها منتقل کند.

در برخی خودروهای هیبریدی، از مجموعه دنده‌های سیاره‌ای و سیستم‌های تقسیم توان استفاده می‌شود.

در این ساختار، ارتباط مکانیکی میان موتور احتراقی، موتورهای الکتریکی و خروجی انتقال قدرت به شکلی طراحی شده است که سیستم بتواند حالت‌های مختلف عملکرد را ایجاد کند.

به همین دلیل، برای درک کامل تقسیم گشتاور باید علاوه بر موتورهای بنزینی و الکتریکی، ساختار گیربکس و اجزای انتقال قدرت نیز شناخته شوند.

چرا مدیریت نادرست گشتاور باعث اختلال در عملکرد خودرو می‌شود؟

اگر هماهنگی میان موتور بنزینی و الکتریکی به‌درستی انجام نشود، ممکن است عملکرد خودرو با مشکلاتی همراه شود.

برخی نشانه‌های احتمالی عبارت‌اند از:

• کاهش شتاب خودرو
• تأخیر در پاسخ به پدال گاز
• تغییر غیرعادی سهم موتور بنزینی و برقی
• افزایش مصرف سوخت
• محدودشدن توان سیستم هیبریدی
• ثبت کدهای خطای مرتبط با موتور، باتری یا اینورتر
• ناپایداری در انتقال نیرو

البته این علائم اختصاصی سیستم مدیریت گشتاور نیستند و می‌توانند از خرابی قطعات دیگر نیز ناشی شوند.

برای تشخیص دقیق، باید کدهای خطا، داده‌های زنده و شرایط ثبت ایراد بررسی شوند.

عیب‌یابی سیستم مدیریت گشتاور چگونه انجام می‌شود؟

عیب‌یابی این سیستم به بررسی هم‌زمان چند بخش نیاز دارد. تعمیرکار نباید تنها با مشاهده کاهش شتاب یا افزایش مصرف سوخت، یک قطعه را مقصر بداند.

بررسی کدهای خطا

ابتدا باید همه واحدهای کنترلی مرتبط با سیستم هیبریدی اسکن شوند.

کدهای ثبت‌شده در ECU موتور، واحد کنترل هیبرید، BMS و اینورتر می‌توانند سرنخ‌هایی درباره منشأ اختلال ارائه دهند.

وجود یک کد خطا به‌تنهایی به معنی خرابی قطعه‌ای که نام آن در توضیح کد آمده نیست.

بررسی داده‌های زنده

در مرحله بعد، پارامترهای زنده مرتبط با مدیریت گشتاور بررسی می‌شوند.

بسته به امکانات خودرو و دستگاه دیاگ، این پارامترها ممکن است شامل موارد زیر باشند:

• گشتاور درخواستی راننده
• گشتاور محاسبه‌شده موتور بنزینی
• گشتاور درخواستی موتور الکتریکی
• سرعت چرخش موتورهای الکتریکی
• وضعیت شارژ باتری
• محدودیت توان باتری
• دمای باتری و اینورتر
• وضعیت عملکرد سیستم هیبریدی

مقایسه این داده‌ها کمک می‌کند مشخص شود سیستم در شرایط واقعی چه مقدار گشتاور درخواست کرده و هر منبع تولید نیرو چه واکنشی نشان داده است.

بررسی باتری و محدودیت توان

اگر سیستم نتواند گشتاور موردنیاز را از موتور الکتریکی دریافت کند، باید وضعیت باتری و محدودیت‌های توان بررسی شوند.

در این مرحله، SOC، SOH، اختلاف ولتاژ بخش‌های باتری و دمای آن می‌توانند اطلاعات مهمی ارائه دهند.

بررسی اینورتر و موتور الکتریکی

در صورت مشاهده اختلاف میان گشتاور درخواستی و عملکرد موتور الکتریکی، مدارهای مربوط به اینورتر، موتور، سنسورها و اتصالات باید بررسی شوند.

بررسی سیستم انتقال قدرت

در نهایت، اگر داده‌های موتور و سیستم الکتریکی طبیعی باشند، باید عملکرد سیستم انتقال قدرت و اجزای مکانیکی مرتبط نیز بررسی شود.

این مسیر کمک می‌کند عیب‌یابی از تعویض حدسی قطعات فاصله بگیرد و بر اساس شواهد فنی انجام شود.

اشتباهات رایج در عیب‌یابی مدیریت گشتاور

چند اشتباه می‌تواند باعث تشخیص نادرست شود:

مقصر دانستن باتری در هر نوع افت توان

افت شتاب همیشه به معنی خرابی باتری هیبریدی نیست. اینورتر، موتور الکتریکی، موتور بنزینی و سیستم انتقال قدرت نیز باید بررسی شوند.

نادیده‌گرفتن داده‌های زنده

کد خطا به‌تنهایی تصویر کاملی از عملکرد سیستم ارائه نمی‌دهد. بررسی داده‌های زنده در شرایط مختلف رانندگی اهمیت زیادی دارد.

تعویض قطعه بدون بررسی مدار

گاهی مشکل از سیم‌کشی، سوکت یا تغذیه یک قطعه است، نه خود قطعه.

نادیده‌گرفتن تفاوت معماری خودروها

روش مدیریت گشتاور در خودروهای سری، موازی و سری-موازی یکسان نیست. استفاده از اطلاعات یک مدل برای عیب‌یابی مدل دیگر می‌تواند باعث اشتباه شود.

نتیجه‌گیری

سیستم مدیریت گشتاور در خودروهای هیبریدی وظیفه دارد نیروی موردنیاز خودرو را میان موتور بنزینی و موتور الکتریکی تقسیم کند. این تصمیم بر اساس عواملی مانند درخواست راننده، سرعت خودرو، وضعیت شارژ و دمای باتری، محدودیت توان و معماری سیستم هیبریدی گرفته می‌شود.

در شرایطی ممکن است موتور الکتریکی به‌تنهایی خودرو را حرکت دهد؛ در شرایطی دیگر موتور بنزینی منبع اصلی تولید نیرو باشد و هنگام شتاب‌گیری نیز هر دو موتور به‌صورت هم‌زمان در تولید گشتاور مشارکت کنند.

برای تعمیرکار، شناخت این فرآیند فقط یک موضوع تئوری نیست. تحلیل گشتاور درخواستی، داده‌های زنده موتور و باتری، وضعیت اینورتر و عملکرد سیستم انتقال قدرت می‌تواند در تشخیص دقیق مشکلات افت توان و اختلال در عملکرد خودرو هیبریدی مؤثر باشد.

اگر می‌خواهید مهارت خود را در زمینه شناخت و عیب‌یابی سیستم‌های الکتریکی خودرو توسعه دهید، می‌توانید مسیر دوره های آموزش برق خودرو  را دنبال کنید. همچنین برای مشاهده نکات فنی و آموزش‌های تخصصی، به صفحه اینستاگرام کارنو مهارت سر بزنید.

سوالات متداول

1. سیستم مدیریت گشتاور در خودرو هیبریدی چیست؟

سیستمی کنترلی است که با توجه به شرایط رانندگی و محدودیت‌های فنی، سهم موتور بنزینی و موتور الکتریکی را در تولید نیروی محرکه تعیین می‌کند.

2. آیا موتور بنزینی و برقی همیشه هم‌زمان کار می‌کنند؟

خیر. بسته به شرایط رانندگی، وضعیت باتری و معماری خودرو، ممکن است هرکدام به‌تنهایی یا هر دو به‌صورت هم‌زمان در تولید گشتاور نقش داشته باشند.

3. چه عواملی بر تقسیم گشتاور در خودرو هیبریدی تأثیر دارند؟

میزان فشار پدال گاز، سرعت خودرو، وضعیت شارژ و دمای باتری، محدودیت توان موتور الکتریکی و شرایط سیستم انتقال قدرت از عوامل مؤثر هستند.

4. آیا باتری ضعیف باعث کاهش گشتاور خودرو هیبریدی می‌شود؟

در برخی شرایط بله. اگر باتری نتواند توان موردنیاز موتور الکتریکی را تأمین کند، سیستم ممکن است سهم موتور الکتریکی را محدود کند؛ اما افت گشتاور می‌تواند دلایل دیگری نیز داشته باشد.

5. نقش اینورتر در مدیریت گشتاور چیست؟

اینورتر انرژی الکتریکی موردنیاز موتور را تبدیل و کنترل می‌کند و با مدیریت جریان‌های الکتریکی، در کنترل عملکرد و تولید گشتاور موتور الکتریکی نقش دارد.

6. آیا روش تقسیم گشتاور در همه خودروهای هیبریدی یکسان است؟

خیر. معماری سری، موازی و سری-موازی ساختارهای متفاوتی دارند و نحوه مشارکت موتور بنزینی و الکتریکی در آن‌ها یکسان نیست.

7. چگونه می‌توان اختلال در مدیریت گشتاور را عیب‌یابی کرد؟

با بررسی کدهای خطا، داده‌های زنده، گشتاور درخواستی و واقعی، وضعیت باتری، عملکرد اینورتر، موتور الکتریکی و سیستم انتقال قدرت.