一種雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置，由三個行星排、四個操縱元件和兩個電機(jī)組成；通過四個操縱元件的配合工作實(shí)現(xiàn)三個不同的工作模式，以及三個固定檔位。
【專利說明】一種雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車輛的傳動裝置，尤其涉及一種混合動力車輛，特別是大噸位、重載混合動力車輛的三模式動力傳動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動力車輛由于其良好的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)用越來越廣泛。國內(nèi)企業(yè)開發(fā)的混合動力車輛多采用了串聯(lián)和并聯(lián)的方案，然而先進(jìn)的混合動力車輛大都采用混聯(lián)式動力傳動裝置。豐田Prius獲得了巨大的成功，它以行星輪系作為動力連接機(jī)構(gòu)，發(fā)動機(jī)將動力輸出至行星輪系的某一構(gòu)件，行星輪系按固定比例將扭矩分配給發(fā)電機(jī)，電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，與輸出軸轉(zhuǎn)矩疊加后進(jìn)行動力輸出。由于采用了行星輪系，可以在車速變化的情況下，借助于控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電量來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而穩(wěn)定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，優(yōu)化發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)；也可以擴(kuò)大整套變速裝置輸出轉(zhuǎn)速范圍，從而起到類似無級變速器的作用。
[0003]豐田公司的方案比較適合應(yīng)用于小型轎車，對于使用條件復(fù)雜的重型車輛、越野車輛，若實(shí)現(xiàn)大功率無級變速，則需要采用更大功率的發(fā)電機(jī)、電動機(jī)。如何降低發(fā)電機(jī)、電動機(jī)的功率需求，提高傳動系統(tǒng)功率密度，降低成本，是當(dāng)前大噸位、重載混合動力電動車輛需要解決的技術(shù)問題。
[0004]目前最為有效的方法是采用多模式機(jī)電復(fù)合變速裝置，多模式機(jī)電復(fù)合變速裝置利用電機(jī)自身“發(fā)電/電動”狀態(tài)的不斷轉(zhuǎn)換，通過多臺電機(jī)與機(jī)械變速裝置的配合，可在系統(tǒng)輸入轉(zhuǎn)速不變的前提下，分段連續(xù)改變系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無級變速功能。
[0005]美國通用公司提出了雙模式混合動力方案(專利號:5931757)，我國專利一種用于混合動力車輛的三模式動力傳動裝置(專利號:ZL201110057445.X)都適用于大噸位、重載混合動力電動車輛。本發(fā)明提出的機(jī)電復(fù)合傳動裝置不同于上述方案，裝置結(jié)構(gòu)形式簡潔、緊湊，易于進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。本發(fā)明的三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置經(jīng)檢索國內(nèi)外專利，未發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明相同的結(jié)構(gòu)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的是提供一種雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置，既可用于履帶車輛也可用于輪式車輛，采用兩個內(nèi)外嚙合雙星行星排和一個簡單行星排通過創(chuàng)新的連接形式實(shí)現(xiàn)三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置，裝置結(jié)構(gòu)形式簡潔、緊湊，易于進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下途徑來實(shí)現(xiàn):
[0008]本方案由三個行星排、四個操縱元件和兩個電動機(jī)/發(fā)電機(jī)組成，其中第一行星排和第三行星排為雙星行星排，即分別具有內(nèi)外兩個相嚙合的行星齒輪。通過四個操縱元件的配合工作實(shí)現(xiàn)三個不同的工作模式，此外還能實(shí)現(xiàn)三個固定檔位。
[0009]輸入動力經(jīng)惰輪直齒輪傳遞到第一行星排的行星架。第一行星排的齒圈與第二行星排的行星架和第三行星排的太陽輪相連。第一行星排的太陽輪與第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，并且通過第一離合器與第二行星排的齒圈相連。[0010]第二行星排的齒圈除通過第一離合器與第一行星排的太陽輪和第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連外還與第一制動器相連。第二行星排的太陽輪與第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，并且通過第二離合器與第三行星排的行星架相連。
[0011]第三行星排的行星架除通過第二離合器與第二行星排的太陽輪和第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連外還與第二制動器相連。第三行星排的齒圈與直駛變速系統(tǒng)的輸出軸相連。
[0012]第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)、第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)通過導(dǎo)線與控制器連接，控制器通過導(dǎo)線與儲能裝置相連。儲能裝置可以選擇化學(xué)蓄電池，也可以選擇超級電容或者飛輪電池
坐寸o
[0013]所述的制動器為濕式多片制動器，所述的離合器為濕式多片離合器。
[0014]所述的第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)、第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)均為永磁同步電機(jī)，且轉(zhuǎn)子均為空心軸。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:具有較高的低速大轉(zhuǎn)矩輸出特性，可以滿足車輛爬陡坡的需求；通過離合器制動器的操作能夠?qū)崿F(xiàn)三個不同的混合驅(qū)動模式，并且相鄰兩個模式間可以實(shí)現(xiàn)無速差動力切換，輸出轉(zhuǎn)速在三個工作模式下為連續(xù)線性輸出；可以選擇功率稍小的電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，仍能滿足車輛動力性指標(biāo)的要求。
[0016]工作模式一:第一制動器和第二制動器結(jié)合，可以輸出較大的轉(zhuǎn)矩，滿足車輛加速和爬坡的需求。
[0017]工作模式二:第一離合器和第二制動器結(jié)合，與工作模式一的最高車速相銜接，可以實(shí)現(xiàn)中低車速的行駛。
[0018]工作模式三:第一離合器和第二離合器結(jié)合，具有較高的輸出轉(zhuǎn)速，適用于中高車速行駛。
[0019]三個工作模式覆蓋了車輛的所有車速范圍，并滿足車輛的低速爬坡需求。由于功率耦合機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)作用，在每一不同車速下都可以對發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行優(yōu)化匹配選擇，提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0020]此外，本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)三個固定檔位，當(dāng)電機(jī)無法正常工作時，可以作為三檔四自由度變速箱使用。第一離合器與第一制動器、第二制動器同時結(jié)合，實(shí)現(xiàn)固定檔一檔；第一離合器、第二離合器與第二制動器同時結(jié)合，實(shí)現(xiàn)固定檔二檔；第一離合器、第二離合器與第一制動器同時結(jié)合，實(shí)現(xiàn)固定檔三檔。固定檔模式可以作為車輛在緊急工況下的備用方案，也可以用于正常驅(qū)動行駛，通過控制策略對混合驅(qū)動模式和固定檔模式的切換，進(jìn)一步提高傳動系統(tǒng)的效率，獲得更高的燃油經(jīng)濟(jì)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是用于實(shí)施本發(fā)明方案的一種混合動力傳動裝置的示意圖。
[0022]圖2是EVTl模式功率流示意圖。
[0023]圖3是EVT2模式功率流示意圖。
[0024]圖4是EVT3模式功率流示意圖。
[0025]圖5是實(shí)施本發(fā)明方案的轉(zhuǎn)速關(guān)系圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0026]圖1所示為用于實(shí)施例本發(fā)明的方案的一種機(jī)電復(fù)合傳動裝置代表性實(shí)施方式。該機(jī)電復(fù)合傳動裝置60由三個行星排、兩個制動器和兩個離合器、兩個電動機(jī)/發(fā)電機(jī)組成，其中第一行星排和第三行星排為雙星行星排，即，即分別具有內(nèi)外兩個相嚙合的行星齒輪。第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)80的轉(zhuǎn)子82與機(jī)電復(fù)合傳動裝置機(jī)電復(fù)合傳動裝置60的第一個行星排的太陽輪29相連，通過第一離合器12與機(jī)電復(fù)合傳動裝置機(jī)電復(fù)合傳動裝置60第二個行星排的齒圈31相連，并且可通過第一制動器13進(jìn)行制動。機(jī)電復(fù)合傳動裝置機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一個行星排的齒圈28與機(jī)電復(fù)合傳動裝置機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二個行星排的行星架33相連并與機(jī)電復(fù)合傳動裝置第三行星排的太陽輪36相連。機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二個行星排的太陽輪32與第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)90的轉(zhuǎn)子92相連，并通過第二離合器14與機(jī)電復(fù)合傳動裝置第三行星排的行星架34相連并也可以通過Z第二制動器15進(jìn)行制動。機(jī)電復(fù)合傳動裝置第三個行星排的齒圈35與動力輸出軸37相連。
[0027]圖2所示為該裝置采用EVTl模式時直駛變速部分的功率流。此時第一制動器13與第二制動器15制動,第一離合器12與第二離合器14斷開。發(fā)動機(jī)功率由機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一行星排的行星架27輸入，分別由機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一行星排的太陽輪29和齒圈28輸出。由第一行星排的太陽輪29輸出的功率流入第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)80,此時第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)80充當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并向第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)90提供電能。另一路由機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一行星排的齒圈28輸出，經(jīng)過機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二行星排和第三行星排，由動力輸出軸37輸出。與此同時第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)90充當(dāng)電動機(jī)輸出功率。該功率經(jīng)過機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二行星排的太陽輪32和行星架33進(jìn)入機(jī)電復(fù)合傳動裝置第三行星排，最后由動力輸出軸37輸出。此模式下車輛可以輸出較大的轉(zhuǎn)矩,滿足爬大坡的需求。
[0028]圖3所示為該裝置采用EVT3模式時直駛變速部分的功率流。此時第一制動器13與第二離合器14分離，第一離合器12與第二制動器15結(jié)合。發(fā)動機(jī)功率由機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一行星排的行星架27輸入，由機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一行星排的齒圈28輸出。該路功率在機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二行星排處分流。一路進(jìn)入機(jī)電復(fù)合傳動裝置第三行星排最終由動力輸出軸37輸出。另一路功率流入機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二行星排的行星架33，此時該功率分為兩部分。一部分經(jīng)機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二行星排的齒圈31和第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)80發(fā)出的功率一同流入第一行星排的太陽輪29。另一部分經(jīng)機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二行星排的太陽輪32將功率輸入第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)90,此時其作為發(fā)電機(jī)并為第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)80提供電能。此模式適合車輛在中低車速行駛。
[0029]圖4所示為該裝置采用EVT2模式時直駛變速部分的功率流。此時第一制動器13與第二制動器15分離,第一離合器12與第二離合器14結(jié)合。發(fā)動機(jī)功率由機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一行星排的行星架27輸入，由機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一行星排的齒圈28輸出。該路功率在機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二行星排處分流。一路進(jìn)入機(jī)電復(fù)合傳動裝置第三行星排最終由動力輸出軸37輸出。另一路功率流入機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二行星排的行星架33，此時該功率分為兩部分。一部分經(jīng)機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二行星排的齒圈31和機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一行星排的太陽輪29流入機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一行星排。另一部分經(jīng)機(jī)電復(fù)合傳動裝置第二行星排的太陽輪32與第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)90提供的功率匯合經(jīng)第二離合器14進(jìn)入機(jī)電復(fù)合傳動裝置第三行星排，最終由動力輸出軸37輸出。同時第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)80作為發(fā)電機(jī)吸收流經(jīng)機(jī)電復(fù)合傳動裝置第一行星排太陽輪29的功率發(fā)電，并為第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)90提供電能。此模式適合車輛在中高車速和最高車速行駛。
[0030]圖5所示為實(shí)施本發(fā)明方案時輸入構(gòu)件、輸出構(gòu)件以及兩個電機(jī)的轉(zhuǎn)速圖。
[0031]當(dāng)然，以上所述僅是本發(fā)明的一種實(shí)施方式而已，應(yīng)當(dāng)指出本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾均屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置，由三個行星排、四個操縱元件和兩個電動機(jī)/發(fā)電機(jī)組成，其特征在于:其中第一行星排和第三行星排為雙星行星排；該雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置通過四個操縱元件的配合工作實(shí)現(xiàn)三個不同的工作模式，并且相鄰兩個模式間可以實(shí)現(xiàn)無速差動力切換，輸出轉(zhuǎn)速在三個工作模式下為連續(xù)線性輸出；此外，該雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置還具有三個固定檔位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置，其特征在于:輸入動力經(jīng)惰輪直齒輪傳遞到第一行星排的行星架；第一行星排的齒圈與第二行星排的行星架和第三行星排的太陽輪相連；第一行星排的太陽輪與第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，并且通過第一離合器與第二行星排的齒圈相連； 第二行星排的齒圈除通過第一離合器與第一行星排的太陽輪和第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連外還與第一制動器相連；第二行星排的太陽輪與第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，并且通過第二離合器與第三行星排的行星架相連； 第三行星排的行星架除通過第二離合器與第二行星排的太陽輪和第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連外還與第二制動器相連；第三行星排的齒圈與該雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置的輸出軸相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置,其特征在于:第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)、第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)通過導(dǎo)線與控制器連接，控制器通過導(dǎo)線與儲能裝置相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置，其特征在于:儲能裝置為化學(xué)蓄電池，或者超級電容或者飛輪電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置，其特征在于:所述的制動器均為濕式多片制動器，所述的離合器均為濕式多片離合器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置，其特征在于:所述的第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)、第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)均為永磁同步電機(jī)，且轉(zhuǎn)子均為空心軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙星排三模式機(jī)電復(fù)合傳動裝置，其特征在于:所述的發(fā)動機(jī)為柴油發(fā)動機(jī)。
【文檔編號】B60K6/40GK103802652SQ201410039982
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】韓立金, 劉輝, 項(xiàng)昌樂, 王偉達(dá), 韓全福 申請人:北京理工大學(xué)