CN106926683A - 一种车辆机电复合无级变速传动***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆机电复合无级变速传动***及方法，包括：蓄电池组、发动机、第一电机、第二电机、制动器和行星轮系；还包括能够使行星轮系中的行星齿轮和齿圈锁止或解锁的锁止装置；行星轮系中的行星轮架具有一输出轴，行星轮系中的齿圈具有一输入轴；发动机的输出轴和第一电机的输出轴能够分别与齿圈上的输入轴连接，第二电机与行星轮系中的太阳轮连接，发动机输出轴还能够与第一电机的输出轴连接；制动器能够锁死或释放齿圈。本发明具有的有益效果：实现车辆依据不同的行驶工况采用不同的工作模式，从而达到安装难度小、整机体积小、运行成本低、传动效率高、节省燃油消耗和降低排放的效果。

Description

一种车辆机电复合无级变速传动***及方法
技术领域
本发明属于汽车传动***技术领域，具体涉及一种车辆机电复合无级变速传动***及方法。
背景技术
汽车常用的变速和传动***有机械式无级变速器(CVT)和有级变速器。有级变速器可分为手动变速器、自动变速器、双离合变速器和自动机械变速器等，这些变速器由于变速的级数有限，不能充分发挥发动机的性能。机械式无级变速器靠钢带与锥形盘之间的摩擦力来传递动力，由于钢带的承载能力有限，所以不能用于大动力。为了克服这些不足，人们发明了串联式电传动***，发动机带动发电机发电，发出的电再驱动电动机从而驱动车辆。通过调节电动机的转速，就可以实现变速。但是这种***所有的动力都通过发电机和电动机来传递，需要大功率的电动机，成本高，而且能量经两次变换，效率相对较低。
申请号为“201510214940.5”，专利名称为“混合动力汽车混联式双行星轮系动力耦合装置及方法”的发明专利中公开了一种耦合装置，由其附图1可以看出，该装置包含两套行星轮系，虽然达到了很好的调速作用以及实现动力耦合下的多模工作，但是也增加了整机的体积和质量，同时由于行星轮系包括较多齿轮连接，因而造成传动效率的下降。除此之外，该发明中的耦合装置和现有技术中大多数类似装置均采用同轴安装的方式实现动力传递，这无疑也增加了装配难度。由此可见，现有技术中的耦合装置还存在进一步改进的空间，已发挥更好的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种车辆机电复合无级变速传动***及方法，能够实现多模工作条件下的无级变速，还能够保持发动机在最佳经济油耗区的同时传递动力，进一步提高传动效率。
为解决现有技术问题，本发明公开了一种车辆机电复合无级变速传动方法，包括：蓄电池组、发动机、第一电机、第二电机、行星轮系和制动器；其特征在于：还包括锁止装置；行星轮系具有第一动力输入端、第二动力输入端和动力输出端；第一动力输入端由第一电机和/或发动机提供动力，第二动力输入端由第二电机提供动力；
当制动器锁定而锁止装置解锁时，第二电机能够直接将驱动力通过行星轮系传递至输出轴；
当制动器解锁时，发动机、第一电机和第二电机均能通过行星轮系将动力传递至输出轴；在此情况下，当锁止装置锁定时，行星轮系为动力叠加耦合输出模式；当锁止装置解锁时，行星轮系为动力差动耦合输出模式。
本发明还具体公开了一种采用上述方法的传动***，包括：蓄电池组、发动机、第一电机、第二电机、行星轮系和能够锁紧所释放行星轮系中的齿圈的制动器；其特征在于：还包括能够将行星轮系中的行星齿轮和齿圈锁止或解锁的锁止装置；行星轮系中的行星轮架具有一输出轴，行星轮系中的齿圈具有一输入轴；发动机的输出轴和第一电机的输出轴连接至齿圈上的输入轴，第二电机与行星轮系中的太阳轮连接，发动机输出轴还能够与第一电机的输出轴连接；制动器能够锁死或释放齿圈。
进一步地，还包括能量管理***，能量管理***能够将蓄电池组分别与第一电机和第二电机电连接。
进一步地，发动机的输出轴通过第一离合器与第一电机的输出轴连接。
进一步地，第一电机的输出轴通过第二离合器与齿圈的输入轴连接。
进一步地，第二电机的输出轴上安装有主动齿轮，太阳轮的同轴安装有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合构成齿轮副连接。
进一步地，发动机的输出轴、第一电机的输出轴以及齿圈的输入轴均同轴设置。
本发明具有的有益效果：实现车辆依据不同的行驶工况采用不同的工作模式，结合控制策略，从而达到发动机、第一电机和第二电机实时工作在最低油耗和最高效率区，实现最大程度减少燃油消耗并降低排放，且整机布置安装难度小、整机体积小、运行成本低、总传动效率高、电池利用率高和延长其寿命的效果。
附图说明
图1为本发明的一个优选实施例电动低速模式的示意图；
图2为图1所示实施例纯电动高速模式的示意图；
图3为图1所示实施例普通机电复合驱动模式的示意图；
图4为图1所示实施例直接传动模式的示意图；
图5为图1所示实施例大功率机电复合模式驱动模式的示意图；
图6为图1所示实施例能量回收模式的示意图。
附图标记：
1制动器；2第二电机；3太阳轮；4行星轮架；5行星齿轮；6输出轴；7锁止装置；8齿圈；9第二离合器；10第一电机；11第一离合器；12发动机；13能量管理***；14蓄电池组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和2所示，一种车辆机电复合无级变速传动***，包括：蓄电池组14、发动机12、第一电机10、第二电机2、制动器1、行星轮系和锁止装置7。行星轮系包括：齿圈8、行星轮架4、行星齿轮5和太阳轮3。行星轮系具有第一动力输入端、第二动力输入端和动力输出端，第一动力输入端为齿圈8上的一输入轴，第二动力输入端为太阳轮3，动力输出端为行星轮架4上的一输出轴6。
制动器1位于齿圈8的一侧，其处于锁定状态时能够将齿圈8固定，处于解锁状态时则能够令齿圈8转动。锁止装置连接至齿圈8和行星齿轮5，其处于锁定状态时能够将齿圈8和行星齿轮5连为一体，处于解锁状态时则能够令齿圈8和行星齿轮5相对运动。当制动器锁定而锁止装置解锁时，第二电机2能够直接将驱动力通过行星轮系传递至输出轴。当制动器解锁时，发动机、第一电机10和第二电机2均能通过行星轮系将动力传递至输出轴。在制动器解锁的情况下，当锁止装置锁定时，行星轮系为动力叠加耦合输出模式；当锁止装置解锁时，行星轮系为动力差动耦合输出模式。
为了能实现更多工作模式，该传动***还包括能量管理***13、第一离合器11和第二离合器9。第一电机10的输出轴的其中一端通过第一离合器11与发动机12的输出轴连接，其另一端通过第二离合器9与齿圈8的输出轴连接。第二电机2的输出轴上安装有主动齿轮，太阳轮3上同轴安装有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合构成齿轮副连接。能量管理***13能够将蓄电池组14分别与第一电机10和第二电机2电连接，用于协调蓄电池组14、第一电机10和第二电机2之间的电能分配和回馈。
结合上述结构，具体阐述该***每种工作模式的原理及过程。
当车辆以电动低速模式运行时，如图1所示。制动器1将行星轮系的齿圈8制动，这时太阳轮3、行星齿轮5、行星轮架4和齿圈8形成一个单自由度的行星齿轮减速器。第二离合器9分离，能量管理***13将蓄电池组14的电能供给第二电机2，第二电机2通过齿轮机构带动行星齿轮的太阳轮3转动，由行星架4带动输出轴驱动车辆行驶。此时，车辆仅有第二电机2单独驱动，可用于起步和低速行驶工况。
该模式下，当电池电量不足时，可使第一离合器11结合，第一电机10以发电机形式工作，由发动机12通过第一离合器11带动第一电机10发电，通过能量管理***13将发出的电能供给第二电机2，由第二电机2通过行星轮系驱动车辆运行。发电机12带动第一电机10发出的电能，除了供给第二电机2工作以外，仍有多余的电量，则通过能量管理***13同时为蓄电池组14充电。
当车辆以纯电动高速模式运行时，如图2所示。此时制动器1将行星轮系的齿圈8松开，同时锁止装置7锁止，这时行星轮系的太阳轮3、行星齿轮5、行星架4和齿圈8被锁止为一体，刚性运转。第一离合器11分离，第二离合器9结合。这时能量管理***13通信给蓄电池组14同时为第一电机10和第二电机2供电，此时第一电机10和第二电机2经过锁止的行星轮系实现转矩耦合叠加从而驱动车辆。这时利用了第一电机10和第二电机2的共同作用，在提高整车行驶速度的同时，使得电机工作在高效率区，实现电能利用率的提高。
在这种模式下，仅结合第二离合器9，将锁止装置7解除锁止，此时行星轮系的太阳轮3、行星齿轮5、行星架4和齿圈8恢复差动轮系工作模式。能量管理***13通信给蓄电池组14同时为第一电机10和第二电机2供电，此时第一电机10和第二电机2经过差动轮系行星轮系实现转速耦合叠加从而驱动车辆。这时，可以通过控制***实时调整第一电机10和第二电机2的转速，可保证使得电机工作在高效率区域的同时，在一定范围内实现无级变速传动。
当车辆以普通机电复合驱动模式工作时，如图3所示。此时第一离合器10和第二离合器9均结合，制动器1松开行星轮系的齿圈8，锁止装置7不锁止，行星轮系以差动轮系模式工作。这时，第一电机10以发电机形式工作，第二电机2以电动机形式工作。发动机12经过第一离合器11带动第一电机10进行发电，发出的电能经过能量管理***13的管理可为第二电机2供电，当电量有剩余时，还可同时为蓄电池组14充电。此时发动机12的一部分动力用于带动第一电机10发电，另一部分动力用于通过第一离合器、发电机和第二离合器后，直接作用于行星齿轮装置的齿圈8，驱动齿圈8运转，同时第二电机2通过齿轮传动驱动太阳轮运转，这时通过差动轮系将发动机12的一部分动力和第二电机2的动力耦合后共同输出驱动车辆，用于提高整车驱动力，在保证发动机工作在最经济区域的同时，实现车辆功率的增大。
同时，可以通过能量管理***13的电能调配，调整第一电机10的发电量，进而可以改变发动机10用于发电机部分和用于驱动部分的动力分配。
当车辆以直接传动模式工作时，如图4所示。当车辆处于低油耗负载时，此时第一离合器11和第二离合器9同时结合，制动器1将行星轮系的齿圈8松开，锁止装置7锁止，这时行星轮系的太阳轮3、行星齿轮5、行星架4和齿圈8被锁止为一体，刚性运转。这时第一电机10和第二电机2同时空转，不传递动力，整车驱动仅由发动机12通过锁止的行星齿轮刚性机构直接传递动力，由于没有经过其他能量转换，整车传动效率高。
当车辆以大功率机电复合驱动模式工作时，如图5所示。当车辆加速时，此时需要的功率可能会超过发动机的最大功率。这时将第一离合器11和第二离合器9同时结合，制动器1松开行星轮系的齿圈8，锁止装置7不锁止。第一电机10和第二电机2均已电动机的形式工作。在能量管理***13的管理作用下，将蓄电池组14的电能同时供给第一电机10和第二电机2。这时，第一电机10由蓄电池驱动，与发动机12一起驱动行星齿轮的齿圈8运转，同时第二电机2由于得到蓄电池的电能，驱动行星齿轮的太阳轮3运转，差动行星轮系将发动机12、第一电机10和第二电机2的动力共同耦合后输出，以满足车辆加速和爬坡时的功率需求。
车辆以能量回收模式工作时，如图6所示。当汽车减速或下坡时，制动器1将行星轮系的齿圈8制动，锁止装置7不锁止，这时太阳轮3、行星齿轮5、行星轮架4和齿圈8形成一个单自由度的行星齿轮减速器，第二电机2以发电机的形式工作。此时将第一离合器11和第二离合器9同时分离，第二电机2被车辆的惯性带动开始发电，通过能量管理***13为给蓄电池充电，这时就实现了能量回收及再利用，可以提高整车的电能利用率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种车辆机电复合无级变速传动方法，包括：蓄电池组(14)、发动机(12)、第一电机(10)、第二电机(2)、行星轮系和制动器(1)；其特征在于：还包括锁止装置(7)；所述行星轮系具有第一动力输入端、第二动力输入端和动力输出端；所述第一动力输入端由所述第一电机(10)和/或所述发动机(12)提供动力，所述第二动力输入端由所述第二电机(2)提供动力；
当所述制动器(1)锁定而所述锁止装置(7)解锁时，所述第二电机能够直接将驱动力通过所述行星轮系传递至所述输出轴；
当所述制动器(1)解锁时，所述发动机(12)、第一电机(10)和第二电机(2)均能通过所述行星轮系将动力传递至所述输出轴；在此情况下，当所述锁止装置(7)锁定时，所述行星轮系为动力叠加耦合输出模式；当所述锁止装置(7)解锁时，所述行星轮系为动力差动耦合输出模式。
2.一种车辆机电复合无级变速传动***，包括：蓄电池组(14)、发动机(12)、第一电机(10)、第二电机(2)、行星轮系和能够锁紧所释放所述行星轮系中的齿圈(8)的制动器(1)；其特征在于：还包括能够将所述行星轮系中的行星齿轮(5)和齿圈(8)锁止或解锁的锁止装置(7)；所述行星轮系中的行星轮架(4)具有一输出轴(6)，所述行星轮系中的齿圈(8)具有一输入轴；所述发动机(12)的输出轴和所述第一电机(10)的输出轴连接至所述齿圈(8)上的输入轴，所述第二电机(2)与所述行星轮系中的太阳轮(3)连接，所述发动机(12)输出轴还能够与所述第一电机(10)的输出轴连接；所述制动器(1)能够锁死或释放所述齿圈(8)。
3.根据权利要求2所述的一种车辆机电复合无级变速传动***，其特征在于：还包括能量管理***(13)，所述能量管理***(13)能够将所述蓄电池组(14)分别与第一电机(10)和第二电机(2)电连接。
4.根据权利要求2所述的一种车辆机电复合无级变速传动***，其特征在于：所述发动机(12)的输出轴通过第一离合器(11)与所述第一电机(10)的输出轴连接。
5.根据权利要求2所述的一种车辆机电复合无级变速传动***，其特征在于：所述第一电机(10)的输出轴通过第二离合器(9)与所述齿圈(8)的输入轴连接。
6.根据权利要求2所述的一种车辆机电复合无级变速传动***，其特征在于：所述第二电机(2)的输出轴上安装有主动齿轮，所述太阳轮(3)的同轴安装有从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合构成齿轮副连接。
7.根据权利要求2所述的一种车辆机电复合无级变速传动***，其特征在于：所述发动机(12)的输出轴、第一电机(10)的输出轴以及齿圈(8)的输入轴均同轴设置。
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