一種車輛機電復合無級變速傳動系統及方法與流程

本發明屬于汽車傳動系統技術領域，具體涉及一種車輛機電復合無級變速傳動系統及方法。

背景技術：

汽車常用的變速和傳動系統有機械式無級變速器(cvt)和有級變速器。有級變速器可分為手動變速器、自動變速器、雙離合變速器和自動機械變速器等，這些變速器由于變速的級數有限，不能充分發揮發動機的性能。機械式無級變速器靠鋼帶與錐形盤之間的摩擦力來傳遞動力，由于鋼帶的承載能力有限，所以不能用于大動力。為了克服這些不足，人們發明了串聯式電傳動系統，發動機帶動發電機發電，發出的電再驅動電動機從而驅動車輛。通過調節電動機的轉速，就可以實現變速。但是這種系統所有的動力都通過發電機和電動機來傳遞，需要大功率的電動機，成本高，而且能量經兩次變換，效率相對較低。

申請號為“201510214940.5”，專利名稱為“混合動力汽車混聯式雙行星輪系動力耦合裝置及方法”的發明專利中公開了一種耦合裝置，由其附圖1可以看出，該裝置包含兩套行星輪系，雖然達到了很好的調速作用以及實現動力耦合下的多模工作，但是也增加了整機的體積和質量，同時由于行星輪系包括較多齒輪連接，因而造成傳動效率的下降。除此之外，該發明中的耦合裝置和現有技術中大多數類似裝置均采用同軸安裝的方式實現動力傳遞，這無疑也增加了裝配難度。由此可見，現有技術中的耦合裝置還存在進一步改進的空間，已發揮更好的作用。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種車輛機電復合無級變速傳動系統及方法，能夠實現多模工作條件下的無級變速，還能夠保持發動機在最佳經濟油耗區的同時傳遞動力，進一步提高傳動效率。

為解決現有技術問題，本發明公開了一種車輛機電復合無級變速傳動方法，包括：蓄電池組、發動機、第一電機、第二電機、行星輪系和制動器；其特征在于：還包括鎖止裝置；行星輪系具有第一動力輸入端、第二動力輸入端和動力輸出端；第一動力輸入端由第一電機和/或發動機提供動力，第二動力輸入端由第二電機提供動力；

當制動器鎖定而鎖止裝置解鎖時，第二電機能夠直接將驅動力通過行星輪系傳遞至輸出軸；

當制動器解鎖時，發動機、第一電機和第二電機均能通過行星輪系將動力傳遞至輸出軸；在此情況下，當鎖止裝置鎖定時，行星輪系為動力疊加耦合輸出模式；當鎖止裝置解鎖時，行星輪系為動力差動耦合輸出模式。

本發明還具體公開了一種采用上述方法的傳動系統，包括：蓄電池組、發動機、第一電機、第二電機、行星輪系和能夠鎖緊所釋放行星輪系中的齒圈的制動器；其特征在于：還包括能夠將行星輪系中的行星齒輪和齒圈鎖止或解鎖的鎖止裝置；行星輪系中的行星輪架具有一輸出軸，行星輪系中的齒圈具有一輸入軸；發動機的輸出軸和第一電機的輸出軸連接至齒圈上的輸入軸，第二電機與行星輪系中的太陽輪連接，發動機輸出軸還能夠與第一電機的輸出軸連接；制動器能夠鎖死或釋放齒圈。

進一步地，還包括能量管理系統，能量管理系統能夠將蓄電池組分別與第一電機和第二電機電連接。

進一步地，發動機的輸出軸通過第一離合器與第一電機的輸出軸連接。

進一步地，第一電機的輸出軸通過第二離合器與齒圈的輸入軸連接。

進一步地，第二電機的輸出軸上安裝有主動齒輪，太陽輪的同軸安裝有從動齒輪，主動齒輪與從動齒輪嚙合構成齒輪副連接。

進一步地，發動機的輸出軸、第一電機的輸出軸以及齒圈的輸入軸均同軸設置。

本發明具有的有益效果：實現車輛依據不同的行駛工況采用不同的工作模式，結合控制策略，從而達到發動機、第一電機和第二電機實時工作在最低油耗和最高效率區，實現最大程度減少燃油消耗并降低排放，且整機布置安裝難度小、整機體積小、運行成本低、總傳動效率高、電池利用率高和延長其壽命的效果。

附圖說明

圖1為本發明的一個優選實施例電動低速模式的示意圖；

圖2為圖1所示實施例純電動高速模式的示意圖；

圖3為圖1所示實施例普通機電復合驅動模式的示意圖；

圖4為圖1所示實施例直接傳動模式的示意圖；

圖5為圖1所示實施例大功率機電復合模式驅動模式的示意圖；

圖6為圖1所示實施例能量回收模式的示意圖。

附圖標記：

1制動器；2第二電機；3太陽輪；4行星輪架；5行星齒輪；6輸出軸；7鎖止裝置；8齒圈；9第二離合器；10第一電機；11第一離合器；12發動機；13能量管理系統；14蓄電池組。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

如圖1和2所示，一種車輛機電復合無級變速傳動系統，包括：蓄電池組14、發動機12、第一電機10、第二電機2、制動器1、行星輪系和鎖止裝置7。行星輪系包括：齒圈8、行星輪架4、行星齒輪5和太陽輪3。行星輪系具有第一動力輸入端、第二動力輸入端和動力輸出端，第一動力輸入端為齒圈8上的一輸入軸，第二動力輸入端為太陽輪3，動力輸出端為行星輪架4上的一輸出軸6。

制動器1位于齒圈8的一側，其處于鎖定狀態時能夠將齒圈8固定，處于解鎖狀態時則能夠令齒圈8轉動。鎖止裝置連接至齒圈8和行星齒輪5，其處于鎖定狀態時能夠將齒圈8和行星齒輪5連為一體，處于解鎖狀態時則能夠令齒圈8和行星齒輪5相對運動。當制動器鎖定而鎖止裝置解鎖時，第二電機2能夠直接將驅動力通過行星輪系傳遞至輸出軸。當制動器解鎖時，發動機、第一電機10和第二電機2均能通過行星輪系將動力傳遞至輸出軸。在制動器解鎖的情況下，當鎖止裝置鎖定時，行星輪系為動力疊加耦合輸出模式；當鎖止裝置解鎖時，行星輪系為動力差動耦合輸出模式。

為了能實現更多工作模式，該傳動系統還包括能量管理系統13、第一離合器11和第二離合器9。第一電機10的輸出軸的其中一端通過第一離合器11與發動機12的輸出軸連接，其另一端通過第二離合器9與齒圈8的輸出軸連接。第二電機2的輸出軸上安裝有主動齒輪，太陽輪3上同軸安裝有從動齒輪，主動齒輪與從動齒輪嚙合構成齒輪副連接。能量管理系統13能夠將蓄電池組14分別與第一電機10和第二電機2電連接，用于協調蓄電池組14、第一電機10和第二電機2之間的電能分配和回饋。

結合上述結構，具體闡述該系統每種工作模式的原理及過程。

當車輛以電動低速模式運行時，如圖1所示。制動器1將行星輪系的齒圈8制動，這時太陽輪3、行星齒輪5、行星輪架4和齒圈8形成一個單自由度的行星齒輪減速器。第二離合器9分離，能量管理系統13將蓄電池組14的電能供給第二電機2，第二電機2通過齒輪機構帶動行星齒輪的太陽輪3轉動，由行星架4帶動輸出軸驅動車輛行駛。此時，車輛僅有第二電機2單獨驅動，可用于起步和低速行駛工況。

該模式下，當電池電量不足時，可使第一離合器11結合，第一電機10以發電機形式工作，由發動機12通過第一離合器11帶動第一電機10發電，通過能量管理系統13將發出的電能供給第二電機2，由第二電機2通過行星輪系驅動車輛運行。發電機12帶動第一電機10發出的電能，除了供給第二電機2工作以外，仍有多余的電量，則通過能量管理系統13同時為蓄電池組14充電。

當車輛以純電動高速模式運行時，如圖2所示。此時制動器1將行星輪系的齒圈8松開，同時鎖止裝置7鎖止，這時行星輪系的太陽輪3、行星齒輪5、行星架4和齒圈8被鎖止為一體，剛性運轉。第一離合器11分離，第二離合器9結合。這時能量管理系統13通信給蓄電池組14同時為第一電機10和第二電機2供電，此時第一電機10和第二電機2經過鎖止的行星輪系實現轉矩耦合疊加從而驅動車輛。這時利用了第一電機10和第二電機2的共同作用，在提高整車行駛速度的同時，使得電機工作在高效率區，實現電能利用率的提高。

在這種模式下，僅結合第二離合器9，將鎖止裝置7解除鎖止，此時行星輪系的太陽輪3、行星齒輪5、行星架4和齒圈8恢復差動輪系工作模式。能量管理系統13通信給蓄電池組14同時為第一電機10和第二電機2供電，此時第一電機10和第二電機2經過差動輪系行星輪系實現轉速耦合疊加從而驅動車輛。這時，可以通過控制系統實時調整第一電機10和第二電機2的轉速，可保證使得電機工作在高效率區域的同時，在一定范圍內實現無級變速傳動。

當車輛以普通機電復合驅動模式工作時，如圖3所示。此時第一離合器10和第二離合器9均結合，制動器1松開行星輪系的齒圈8，鎖止裝置7不鎖止，行星輪系以差動輪系模式工作。這時，第一電機10以發電機形式工作，第二電機2以電動機形式工作。發動機12經過第一離合器11帶動第一電機10進行發電，發出的電能經過能量管理系統13的管理可為第二電機2供電，當電量有剩余時，還可同時為蓄電池組14充電。此時發動機12的一部分動力用于帶動第一電機10發電，另一部分動力用于通過第一離合器、發電機和第二離合器后，直接作用于行星齒輪裝置的齒圈8，驅動齒圈8運轉，同時第二電機2通過齒輪傳動驅動太陽輪運轉，這時通過差動輪系將發動機12的一部分動力和第二電機2的動力耦合后共同輸出驅動車輛，用于提高整車驅動力，在保證發動機工作在最經濟區域的同時，實現車輛功率的增大。

同時，可以通過能量管理系統13的電能調配，調整第一電機10的發電量，進而可以改變發動機10用于發電機部分和用于驅動部分的動力分配。

當車輛以直接傳動模式工作時，如圖4所示。當車輛處于低油耗負載時，此時第一離合器11和第二離合器9同時結合，制動器1將行星輪系的齒圈8松開，鎖止裝置7鎖止，這時行星輪系的太陽輪3、行星齒輪5、行星架4和齒圈8被鎖止為一體，剛性運轉。這時第一電機10和第二電機2同時空轉，不傳遞動力，整車驅動僅由發動機12通過鎖止的行星齒輪剛性機構直接傳遞動力，由于沒有經過其他能量轉換，整車傳動效率高。

當車輛以大功率機電復合驅動模式工作時，如圖5所示。當車輛加速時，此時需要的功率可能會超過發動機的最大功率。這時將第一離合器11和第二離合器9同時結合，制動器1松開行星輪系的齒圈8，鎖止裝置7不鎖止。第一電機10和第二電機2均已電動機的形式工作。在能量管理系統13的管理作用下，將蓄電池組14的電能同時供給第一電機10和第二電機2。這時，第一電機10由蓄電池驅動，與發動機12一起驅動行星齒輪的齒圈8運轉，同時第二電機2由于得到蓄電池的電能，驅動行星齒輪的太陽輪3運轉，差動行星輪系將發動機12、第一電機10和第二電機2的動力共同耦合后輸出，以滿足車輛加速和爬坡時的功率需求。

車輛以能量回收模式工作時，如圖6所示。當汽車減速或下坡時，制動器1將行星輪系的齒圈8制動，鎖止裝置7不鎖止，這時太陽輪3、行星齒輪5、行星輪架4和齒圈8形成一個單自由度的行星齒輪減速器，第二電機2以發電機的形式工作。此時將第一離合器11和第二離合器9同時分離，第二電機2被車輛的慣性帶動開始發電，通過能量管理系統13為給蓄電池充電，這時就實現了能量回收及再利用，可以提高整車的電能利用率。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。