專利名稱：高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，它可廣泛應(yīng)用于各種車輛和動(dòng)力設(shè)備。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)都有一定的速度和功率范圍，并在其中很小的范圍內(nèi)達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，這時(shí)或是油耗最小，或是有害排放最低，或是倆者皆然。然而，實(shí)際路況千變?nèi)f化，不但表現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)輪的速度上，同時(shí)還表現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)輪所要求的扭矩上。因此，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，即內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力狀態(tài)與驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力狀態(tài)之匹配是變速器的首要任務(wù)之一。
無(wú)級(jí)變速器，無(wú)論是機(jī)械式，液壓式，或機(jī)-電式的，都能在一定速度范圍內(nèi)提供無(wú)限個(gè)連續(xù)可選用的速比，理論上說(shuō)，驅(qū)動(dòng)輪的速度變化完全可通過(guò)變速器來(lái)完成。這樣，內(nèi)燃機(jī)可以近可能的工作在最佳速度范圍內(nèi)。同時(shí)無(wú)級(jí)變速器和有級(jí)變速器相比，具有調(diào)速平穩(wěn)，能充分利用內(nèi)燃機(jī)最大功率等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，無(wú)級(jí)變速器多年來(lái)一直是各國(guó)專家研究的對(duì)象。目前已推向市場(chǎng)的無(wú)級(jí)變速器有金屬摩擦帶式和球腔摩擦輪式兩種，其中以帶式較為普遍。
與理想要求的工作情況相比，現(xiàn)有的變速器無(wú)論是有級(jí)變的還是無(wú)級(jí)的都不能完全滿足要求的內(nèi)燃機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪之間的動(dòng)力匹配。這是因?yàn)楝F(xiàn)有的變速器只能完成能量的傳送而不能實(shí)現(xiàn)能量的調(diào)節(jié)。變速器的輸入與輸出功率是相同的(不計(jì)變速器內(nèi)耗)。因此，這樣的變速器只能對(duì)輸入輸出的速比或輸出輸入的扭矩比進(jìn)行單項(xiàng)調(diào)節(jié)，而不能對(duì)二者同時(shí)進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)節(jié)。
近年來(lái)，電機(jī)混合動(dòng)力技術(shù)的誕生為實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力輪之間動(dòng)力完全匹配開(kāi)拓了新的途徑。在眾多的動(dòng)力總成設(shè)計(jì)案中，最具代表性的有串聯(lián)混合系統(tǒng)和并聯(lián)混合系統(tǒng)兩種。電機(jī)串聯(lián)混合系統(tǒng)中，內(nèi)燃機(jī)-發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)-軸系-驅(qū)動(dòng)輪組成一條串聯(lián)的動(dòng)力鏈，動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單。其中，發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組合可視為傳統(tǒng)意義下的變速器。當(dāng)與儲(chǔ)能器，如電池，電容等聯(lián)合使用時(shí)，該變速器又可作為能量調(diào)節(jié)裝置，完成對(duì)速度和扭矩的獨(dú)立調(diào)節(jié)。
電機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)有兩條并行的獨(dú)立的動(dòng)力鏈。一條由傳統(tǒng)的機(jī)械變速器組成，另一條由電機(jī)-電池系統(tǒng)組成。機(jī)械變速器負(fù)責(zé)完成對(duì)速度的調(diào)節(jié)，而電機(jī)-電池系統(tǒng)則完成對(duì)功率或扭矩的調(diào)節(jié)。為充分發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的潛能，機(jī)械變速器還需采用無(wú)級(jí)變速方式。
串聯(lián)混合系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局靈活。但由于全部動(dòng)力通過(guò)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，因此電機(jī)的功率要求高，體積大，重量重。同時(shí)，由于能量傳輸過(guò)程經(jīng)過(guò)兩次機(jī)-電，電-機(jī)的轉(zhuǎn)換，整個(gè)系統(tǒng)的效率較低。在并聯(lián)混合系統(tǒng)中，只有部分動(dòng)力通過(guò)電機(jī)系統(tǒng)，因此，對(duì)電機(jī)的功率要求相對(duì)較低。整體系統(tǒng)的效率高。然而，此系統(tǒng)需兩套獨(dú)立的子系統(tǒng)，造價(jià)高。通常只用于弱混合系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，具有較高的傳動(dòng)效率，能夠在較寬的范圍內(nèi)對(duì)輸出/輸入速比和動(dòng)力進(jìn)行連續(xù)和獨(dú)立的調(diào)節(jié)，大大地拓寬速比的范圍，可實(shí)現(xiàn)從倒退、停止到前進(jìn)的不間斷的無(wú)級(jí)變速且無(wú)需啟動(dòng)裝置，可大幅度提高整車的燃油效率，減小動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置所需的功率，結(jié)構(gòu)小巧，系統(tǒng)效率高，造價(jià)低。
該高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，包括三個(gè)同軸行星輪系，兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)控制器，兩個(gè)動(dòng)力傳輸軸，和至少兩個(gè)離合器，每個(gè)行星輪系有至少三個(gè)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)步件，其特征是所述的的三個(gè)行星輪系耦合成復(fù)合行星輪系并構(gòu)成一個(gè)五枝系統(tǒng)，且每支系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速向量終點(diǎn)呈一條直線，該五枝系統(tǒng)的各分枝與無(wú)級(jí)變速器的電機(jī)及動(dòng)力傳輸軸作如下方式的連接五枝系統(tǒng)的第一枝與第一個(gè)電機(jī)聯(lián)接，五枝系統(tǒng)的最后一枝-即第五枝與第二個(gè)電機(jī)相聯(lián)，五枝系統(tǒng)的中間一枝-即第三枝與第一個(gè)動(dòng)力傳輸軸相聯(lián)，第二個(gè)動(dòng)力傳輸軸則通過(guò)離合器有選擇性地與五枝系統(tǒng)的其他枝耦合，兩電機(jī)間通過(guò)控制器電氣連接并相互傳遞電能。
上述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是第一個(gè)動(dòng)力傳輸軸為輸入軸，第二個(gè)動(dòng)力傳輸軸為輸出軸。
上述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是還包括至少二對(duì)輸出齒輪，每對(duì)輸出齒輪包括一個(gè)主動(dòng)輪和一個(gè)與之嚙合的從動(dòng)輪，主動(dòng)輪分別與五枝系統(tǒng)的第二枝和第四枝相聯(lián)，編號(hào)為奇數(shù)的主動(dòng)輪與第二枝相聯(lián)；編號(hào)為偶數(shù)的主動(dòng)輪與第四枝相聯(lián)，輸出軸通過(guò)離合器按編號(hào)順序有選擇地與從動(dòng)輪耦合以輸出動(dòng)力，當(dāng)輸出軸與編號(hào)為奇數(shù)的從動(dòng)齒輪耦合時(shí)，動(dòng)力由五枝系統(tǒng)的第二枝經(jīng)相同編號(hào)的主、從輸出齒輪對(duì)傳送至輸出軸；當(dāng)輸出軸與編號(hào)為偶數(shù)的從動(dòng)齒輪耦合時(shí)，動(dòng)力由五枝系統(tǒng)的第四枝經(jīng)相同編號(hào)的主、從輸出齒輪對(duì)傳送至輸出軸，相鄰的兩對(duì)輸出齒輪的齒數(shù)比保持如如下關(guān)系Kout_(2n-1)Kout_(2n)=L4→5L2→5]]>Kout_(2n)Kout_(2n+1)=L2→1L4→1]]>其中L4→5為五枝系統(tǒng)的第四枝至第五枝之間的距離；L2→5為第二枝至第五枝之間的距離；L2→1為第二枝至第一枝之間的距離；L4→1為第四枝至第一枝之間的距離，Kout_()表示每一對(duì)輸出齒輪的齒數(shù)比，括號(hào)中的算式值代表輸出齒輪對(duì)的編號(hào)，其中n為大于零的正整數(shù)。
上述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是第一個(gè)動(dòng)力傳輸軸為輸出軸，第二個(gè)動(dòng)力傳輸軸為輸入軸。
上述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是該無(wú)級(jí)變速器還包括至少兩對(duì)輸入齒輪，每對(duì)輸入齒輪由一個(gè)主動(dòng)輪和一個(gè)與之嚙合的從動(dòng)輪組成，第一對(duì)輸入齒輪中的從動(dòng)輪與五枝系統(tǒng)的第四枝相聯(lián)；第二對(duì)輸入齒輪中的從動(dòng)輪與五枝系統(tǒng)的第二枝相聯(lián)，輸入軸通過(guò)離合器分別與兩對(duì)輸出齒輪中的主動(dòng)輪有選擇地聯(lián)接，第一對(duì)輸入齒輪的齒數(shù)比Kin_1與第二對(duì)輸入齒輪的齒數(shù)比Kin_2保持如下的關(guān)系Kin_1Kin_2=L2→5L4→5]]>上述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是還包括一個(gè)儲(chǔ)能器，該儲(chǔ)能器通過(guò)控制器分別與兩電機(jī)相聯(lián)，并按需求向電機(jī)提供或接受電機(jī)提供的電能。
上述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是提供至少一個(gè)輸出動(dòng)力分流速度區(qū)和至少一個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)，輸出動(dòng)力分流速度區(qū)與第一個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)相銜接，并且銜接點(diǎn)為電機(jī)速度零點(diǎn)，并且每個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)的跨度相同或相近，所說(shuō)的復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)彼此銜接，并且銜接點(diǎn)為電機(jī)的速度零點(diǎn)。
上述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是提供一個(gè)機(jī)電串聯(lián)系統(tǒng)，作為該無(wú)級(jí)變速器反向運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力傳送方式。
上述的無(wú)級(jí)變速器，其特征是至少有一個(gè)離合器是嚙合式離合器。
上述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是提供至少一個(gè)輸出動(dòng)力分流速度區(qū)和至少兩個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)，輸出動(dòng)力分流速度區(qū)與第一個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)相銜接，銜接點(diǎn)為變速器的第一速度節(jié)點(diǎn)；相鄰的復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)相銜接，銜接點(diǎn)為變速器的下一個(gè)速度節(jié)點(diǎn)。
該高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器采用動(dòng)力分流原理，利用局部的動(dòng)力變化去控制總系統(tǒng)輸出端的動(dòng)力狀態(tài)，即輸出端的速度和扭矩，動(dòng)力分流系統(tǒng)由兩部份組成，機(jī)械傳動(dòng)裝置和動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置，動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置采用電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組合，相當(dāng)于一個(gè)局部電機(jī)串聯(lián)系統(tǒng)。由于分流系統(tǒng)僅將部分動(dòng)力分送往動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置，因此，動(dòng)力分流有效地克服了串聯(lián)混合系統(tǒng)的缺點(diǎn)，且具較高的傳動(dòng)效率，更重要的是它能夠在較寬的范圍內(nèi)對(duì)速比(輸出/輸入)和動(dòng)力進(jìn)行連續(xù)和獨(dú)立的調(diào)節(jié)。在速度調(diào)節(jié)方面本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從倒退、停止到前進(jìn)的不間斷的無(wú)級(jí)變速、無(wú)需通常的啟動(dòng)裝置。當(dāng)變速箱的無(wú)級(jí)變速與內(nèi)燃機(jī))控制有效的配合時(shí)，可大幅度的提高整車的燃油效率。在動(dòng)力調(diào)節(jié)方面，本系統(tǒng)可通過(guò)儲(chǔ)能器有效的補(bǔ)充動(dòng)力輪所需的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力而無(wú)需改變對(duì)內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力要求，從而保持內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)不受或少受路況的影響。內(nèi)燃機(jī)可始終工作在設(shè)定的最佳狀態(tài)，以提高整車的效率。同時(shí)，本系統(tǒng)還可回收制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能，返送回儲(chǔ)能器中。所有這些舉措都大幅度地提高整體車輛的燃油效率。此外，在生產(chǎn)和制造方面都較目前自動(dòng)變速器簡(jiǎn)單，這將為低價(jià)高性能產(chǎn)品打下了良好的基礎(chǔ)。與同類混合動(dòng)力分流系統(tǒng)相比，多提了兩個(gè)或更多個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流的速度區(qū)域，從而大大地拓寬了速比的范圍。同時(shí)還減小了動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置所需的功率。在輸出相同的情況下，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔小巧、重量輕、造價(jià)低、系統(tǒng)效率更高。


圖1是描述簡(jiǎn)單行星輪系各同軸轉(zhuǎn)動(dòng)件之間轉(zhuǎn)速的三枝系統(tǒng)轉(zhuǎn)速梯圖；圖2是由三個(gè)簡(jiǎn)單行星輪系構(gòu)成描述各同軸轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)速的五枝系統(tǒng)轉(zhuǎn)速梯圖；圖3是實(shí)施例1對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)框架示意圖；圖4是實(shí)施例1對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)框架示意圖；圖5是實(shí)施例1中復(fù)合動(dòng)力分流區(qū)所對(duì)應(yīng)的五枝系統(tǒng)速度梯圖。
圖6是實(shí)施例1中輸出動(dòng)力分流區(qū)所對(duì)應(yīng)的三枝系統(tǒng)速度梯圖。
圖7是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)框架示意圖。
圖8是實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)框架示意圖。
圖9是實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)框架示意圖。
圖10是實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)框架示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，一個(gè)簡(jiǎn)單的行星輪系有三個(gè)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)件(圈輪R，行星架C和太陽(yáng)輪S)，它們組成一個(gè)三枝系統(tǒng)(B1-B3)。如果將這三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)速以垂直向量的形式表示并將它們按一定的距離比平行的排列開(kāi)來(lái)，行星架轉(zhuǎn)速向量Nc在中間，圈輪、太陽(yáng)掄轉(zhuǎn)速向量Nr、Ns在兩邊，即構(gòu)成所謂的轉(zhuǎn)速梯圖。太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速向量Ns與行星架轉(zhuǎn)速向量Nc之間的距離K與圈輪轉(zhuǎn)速向量Nr與行星輪轉(zhuǎn)速向量Nc之間的距離L之比恰為該行星輪的特征速比(即圈輪R齒數(shù)與太陽(yáng)輪S齒數(shù)比)。轉(zhuǎn)速梯圖中的每個(gè)轉(zhuǎn)速向量稱為梯圖的一個(gè)枝，轉(zhuǎn)速向量的終點(diǎn)始終落在一條直線上，這條直線稱為速度線。
由三個(gè)簡(jiǎn)單行星輪系(PG1，PG2，PG3)構(gòu)成的復(fù)合行星輪系有五個(gè)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)件，它們組成一個(gè)五枝系統(tǒng)。各轉(zhuǎn)動(dòng)件之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系可由如圖2所示的五枝轉(zhuǎn)速梯圖來(lái)表示。
在圖2中，各枝B1-B5所代表的轉(zhuǎn)速向量的終點(diǎn)同樣也落在一條速度直線上。因此給定任何兩枝的轉(zhuǎn)速向量，其余三枝的轉(zhuǎn)速向量也就確定了。
本無(wú)級(jí)變速器的核心可以有多種具體實(shí)施方案和方式。
實(shí)施例1如圖3、圖4所示，該無(wú)級(jí)變速器由三個(gè)行星輪系(PG1，PG2，PG3)，兩臺(tái)電機(jī)(EM1，EM2)，一個(gè)電機(jī)控制器(CTL)及一組離合器(CL1，CL2，CL3，CL4，BR1，BR2)組成。本方案還包括一個(gè)輸入軸(SHin)一個(gè)輸出軸(SHout)和若干對(duì)用于傳遞輸入、輸出動(dòng)力的齒輪(Gin1，G’in1，Gout1，G’out1，Gout2，G’out2)。每個(gè)行星輪系分別由一個(gè)圈輪(R1，R2，或R3)，一個(gè)太陽(yáng)輪(S1，S2，或S3)，一組行星輪(P1，P2，或P3)，和一個(gè)行星輪架(C1，C2，或C3)組成。每臺(tái)電機(jī)則包括一個(gè)轉(zhuǎn)子(RT1或RT2)和一個(gè)定子(ST1或ST2)。每對(duì)輸入齒輪和每對(duì)輸出齒輪均由一個(gè)主動(dòng)輪和一個(gè)從動(dòng)輪組成，主動(dòng)輪以G表示；從動(dòng)輪則以G’表示。
當(dāng)用于機(jī)電混合動(dòng)力車輛時(shí)，該方案中還包括一個(gè)儲(chǔ)能器(BT)，用于電能的儲(chǔ)存和回收。
具體地說(shuō)，第一個(gè)行星輪系(PG1)包括第一圈輪(R1)，第一太陽(yáng)輪(S1)，第一組行星輪(P1)和第一行星輪架(C1)。第二個(gè)行星輪系(PG2)包括第二圈輪(R2)，第二太陽(yáng)輪(S2)，第二組行星輪(P2)和第二行星輪架(C2)。第三個(gè)行星輪系(PG3)包括第三圈輪(R3)，第三太陽(yáng)輪(S3)，第三組行星輪(P3)和第三行星輪架(C3)。第一太陽(yáng)輪(S1)與第三太陽(yáng)輪(S3)相連并通過(guò)第二個(gè)離合器(CL2)與第二圈輪(R2)有選擇地聯(lián)接構(gòu)成五枝系統(tǒng)中的第一枝。第一行星架(C1)通過(guò)第一離合器(CL1)有選擇地與第二行星架(C2)聯(lián)接構(gòu)成五枝系統(tǒng)中的第二枝。第一圈輪(R1)與第三行星架(C3)相連構(gòu)成五枝系統(tǒng)中的第三枝。第三圈輪(R3)和第二太陽(yáng)輪(S2)分別構(gòu)成五枝系統(tǒng)的第四和第五枝(見(jiàn)圖5)。這樣構(gòu)成的五枝系統(tǒng)可表述為S1R2S3-C1C2-R1C3-R3-S2。
轉(zhuǎn)動(dòng)件標(biāo)識(shí)符號(hào)下帶橫杠的表示該轉(zhuǎn)動(dòng)件為可分離件，分離后可由制動(dòng)離合器制動(dòng)。
第一個(gè)電機(jī)(EM1)，通過(guò)與第一和第三太陽(yáng)輪(S1，S3)相聯(lián)，連接于五枝系統(tǒng)的第一枝(S1R2S3)。第二個(gè)電機(jī)(EM2)，通過(guò)與第二太陽(yáng)輪(S2)相聯(lián)，連接于五枝系統(tǒng)的第五枝(S2)，即最后的一枝。輸入軸(SHin)通過(guò)輸入齒輪對(duì)(Gin1和G’in1)連接于由第一圈輪(R1)和第三行星架(C3)組成的五枝系統(tǒng)的第三枝(R1C3)，即中間的一枝。輸出軸(SHout)則根據(jù)需要或連接于五枝系統(tǒng)的第二枝(C1C2)或連接于五枝系統(tǒng)的第四枝(R3)。輸出軸(SHout)上有兩個(gè)從動(dòng)齒輪(G’out1和G’out2)，它們分別通過(guò)兩個(gè)離合器(CL3和CL4)與輸出軸(SHout)耦合以傳遞動(dòng)力。當(dāng)輸出軸(SHout)與五枝系統(tǒng)的第二枝(C1和C2)聯(lián)接時(shí)，第三離合器(CL3)嚙合，第四離合器(CL4)分離。動(dòng)力由與第一和第二行星架相聯(lián)的中軸(SHctr)經(jīng)第一對(duì)輸出齒輪(Gout1和G’out1)傳送到輸出軸(SHout)。當(dāng)輸出軸與五枝系統(tǒng)的第四枝(R3)聯(lián)接時(shí)，第三離合器(CL3)分離，第四離合器(CL4)嚙合。動(dòng)力經(jīng)由第三圈輪(R3)和第二對(duì)輸出齒輪(Gout2和G’out2)傳送至輸出軸(SHout)。
本實(shí)施方案可提供四個(gè)速度節(jié)點(diǎn)，其中包括一個(gè)自然速度節(jié)點(diǎn)和三個(gè)非自然速度節(jié)點(diǎn)和四個(gè)速度區(qū)，其中三個(gè)為前行區(qū)，一個(gè)為逆行區(qū)。第一個(gè)前行區(qū)為低速區(qū)，采用的是輸出動(dòng)力分流方式。第二和第三個(gè)前行區(qū)分別為中速和高速區(qū)，采用的均為復(fù)合動(dòng)力分流的方式。逆行區(qū)則采用串聯(lián)混合傳動(dòng)。各速區(qū)銜接于速度節(jié)點(diǎn)，平穩(wěn)，連續(xù)無(wú)動(dòng)力間斷。
該無(wú)級(jí)變速器的工作狀態(tài)和離合器嚙合組合以及電機(jī)工作狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。

第一速區(qū)第一速區(qū)含蓋自然速度節(jié)點(diǎn)至第一速度節(jié)點(diǎn)之間的低速區(qū)。第一制動(dòng)離合器(BR1)分離；第一離合器(CL1)嚙合，連接第一行星架(C1)與中軸(SHctr)。第二離合器(CL2)分離，使第二圈輪(R2)脫離第一電機(jī)(EM1)以及與之相聯(lián)的五枝系統(tǒng)的第一枝。同時(shí)，第二制動(dòng)離合器(BR2)嚙合，使第二圈輪(R2)不轉(zhuǎn)動(dòng)。第三離合器(CL3)分離；第四離合器(CL4)嚙合。動(dòng)力由經(jīng)中軸(SHctr)、第一對(duì)輸出齒輪(Gout1和G’out1)傳至輸出軸(SHout)。
此時(shí)，第二行星輪系(PG2)蛻變?yōu)楹?jiǎn)單的減速器；第三行星輪系(PG3)處于空載狀態(tài)。原來(lái)的五枝系統(tǒng)蛻變?yōu)橛傻谝恍行禽喯?PG1)組成的三枝系統(tǒng)。該三枝系統(tǒng)中的三個(gè)枝分別為原五枝系統(tǒng)的前三枝，第一枝仍與第一電機(jī)(EM1)相聯(lián)；第二枝與輸出軸(SHout)相聯(lián)；第三枝與輸入軸(SHin)相聯(lián)，第二電機(jī)(EM2)通過(guò)減速器(PG2)連接于輸出軸(SHout)所在的第二枝。(如圖六所示)。
在車輛起動(dòng)前，第二電機(jī)(EM2)處于零轉(zhuǎn)速狀態(tài)。第一電機(jī)(EM1)處于空載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速方向內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。車輛起動(dòng)時(shí)，控制器發(fā)出指令，第二電機(jī)(EM2)提供起動(dòng)扭矩。除少量?jī)?nèi)耗外，第二電機(jī)(EM2)并不消耗能量。此時(shí)，由于車輛仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，驅(qū)動(dòng)輪尚無(wú)動(dòng)力要求，僅有扭矩要求。驅(qū)動(dòng)輪起動(dòng)扭矩完全來(lái)自第二電機(jī)(EM2)。內(nèi)燃機(jī)此時(shí)不提供任何起動(dòng)扭矩，因此無(wú)能量(動(dòng)力)輸出。隨著電機(jī)扭矩的增加，車輛由靜到動(dòng)，向前起步。第二電機(jī)(EM2)并隨之開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。而第一電機(jī)(EM1)的轉(zhuǎn)速則逐漸減小。此時(shí)，第二電機(jī)(EM2)開(kāi)始消耗電能。這份消耗的電能由第一電機(jī)(EM1)通過(guò)電機(jī)控制器(CTL)全部或部分提供。為平衡第一電機(jī)(EM1)的扭矩載荷，內(nèi)燃機(jī)此時(shí)提供必要的扭矩。車輛啟動(dòng)后，驅(qū)動(dòng)輪的扭矩由內(nèi)燃機(jī)和第二電機(jī)(EM2)分擔(dān)，從而使第二電機(jī)(EM2)的扭矩逐漸降低。
隨著車輛速度的提高，第二電機(jī)(EM2)的轉(zhuǎn)速不斷提高而其扭矩則不斷下降。相反，第一電機(jī)(EM1)的轉(zhuǎn)速不斷降低，直至減小到零。此時(shí)第一電機(jī)(EM1)到達(dá)其速度零點(diǎn)。相應(yīng)地，變速器到達(dá)其第一個(gè)速度節(jié)點(diǎn)。如果電動(dòng)鏈中沒(méi)有電力的輸入或輸出，第二電機(jī)(EM2)的扭矩零點(diǎn)將與第一電機(jī)(EM1)的速度零點(diǎn)重合。電動(dòng)鏈所傳送的動(dòng)力與變速器輸入軸動(dòng)力的比值PR由以下函數(shù)表示。
PR=1-(K1+1K1)(KinKout_1)·SR]]>0≤SR≤SR1
SR1=(K1K1+1)(Kout_1Kin)]]>其中SR為變速器輸出與輸入軸的轉(zhuǎn)速比，K1為第一行星輪系的特征速比，Kin為輸入齒輪對(duì)從動(dòng)齒輪(G’in1)與主動(dòng)齒輪(Gin1)的齒數(shù)比，Kout_1為第一輸出齒輪對(duì)中主動(dòng)齒輪(Gout1)與從動(dòng)齒輪(G’out1)的齒數(shù)比，SR1為第一速度節(jié)點(diǎn)。
第二速區(qū)第一速度節(jié)點(diǎn)是第一速區(qū)和第二速區(qū)的分界點(diǎn)。位于第一和第二速度節(jié)點(diǎn)之間的中速度區(qū)稱為第二速區(qū)。在第二速區(qū)，變速器改用復(fù)合分流的方式。當(dāng)變速器的速比達(dá)到第一節(jié)點(diǎn)值時(shí)，第二離合器(CL2)嚙合，連接第二圈輪(R2)與第一電機(jī)(EM1)以及所在的五枝系統(tǒng)的第一枝。此時(shí)第二圈輪(R2)和第一電機(jī)(EM1)均為零轉(zhuǎn)速，因此，第二離合器(CL2)的嚙合是在自然同步的條件下完成的。緊隨第二離合器(CL2)的嚙合，第二制動(dòng)離合器(BR2)開(kāi)始分離。在第二速區(qū)，第一離合器(CL1)和第一制動(dòng)離合器(BR1)仍保持與第一速區(qū)相同的狀態(tài)(CL1嚙合，BR1分離)。同樣地，第三和第四離合器(CL3和CL4)亦保持與第一速區(qū)相同的狀態(tài)(CL3嚙合，CL4分離)。動(dòng)力由中軸(SHctr)、經(jīng)第一對(duì)輸出齒輪(Gout1和G’out1)傳至輸出軸(SHout)。
從分枝系統(tǒng)各枝的連接情況來(lái)看，五枝系統(tǒng)的第一枝仍聯(lián)于第一電機(jī)(EM1)，第二枝聯(lián)于輸出軸(SHout)，第三枝聯(lián)于輸入軸(SHin)，第四枝處于空載狀態(tài)，第五枝則聯(lián)于第二電機(jī)(EM2)。
隨著車輛速度的提高，變速器的速比進(jìn)一步增加，超越第一速度節(jié)點(diǎn)值。第一電機(jī)(EM1)的轉(zhuǎn)速由零開(kāi)始向與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)向相同的方向增加。第二電機(jī)(EM2)的轉(zhuǎn)速則開(kāi)始下降。如果電動(dòng)鏈無(wú)電力輸入或輸出的話，第二電機(jī)(EM2)的扭矩應(yīng)該由零向反方向增加。此時(shí)，第二電機(jī)(EM2)起著發(fā)電機(jī)的作用，向第一電機(jī)(EM1)或系統(tǒng)提供電能。第一電機(jī)(EM1)則起電動(dòng)機(jī)的作用，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。
在電動(dòng)鏈無(wú)電力輸入或輸出的情況下，電動(dòng)鏈與輸入軸的動(dòng)力分流比PR為PR=(K1+1)(1-K1K2)KinK1(K2+1)Kout_1·SR-K1K2Kout_1(K2+1)Kin·1SR+2K1K2+K2-1K2+1]]>SR1≤SR≤SR2SR2=(K1K2K1K2-1)(Kout_1Kin)]]>其中K2為第二行星輪系的特征速比，SR2為第二速度節(jié)點(diǎn)。
在第一節(jié)速度節(jié)點(diǎn)SR1和第二速度節(jié)點(diǎn)SR2的幾何平均值點(diǎn)，PR取得最大值。此最大值為 其中2為第二速度節(jié)點(diǎn)與第一速度節(jié)點(diǎn)的比值，稱為第二速區(qū)的跨度或節(jié)間距。
當(dāng)?shù)诙姍C(jī)(EM2)的轉(zhuǎn)速隨車輛速度的進(jìn)一步增加而下降至零時(shí)，變速器的速比到達(dá)其第二個(gè)速度節(jié)點(diǎn)。從上述PR的表達(dá)式可看出，在第二速度節(jié)點(diǎn)，電動(dòng)鏈動(dòng)力分流為零，全部動(dòng)力由機(jī)械鏈傳送。
第三速度區(qū)第二速度節(jié)點(diǎn)是第二速度區(qū)和第三速度區(qū)的分界點(diǎn)。第二節(jié)點(diǎn)以上高速區(qū)是第三速度區(qū)。在第三速度區(qū)變速器仍采用復(fù)合動(dòng)力分流的方式。與第二速度區(qū)不同的是輸出軸由原來(lái)所在的五枝系統(tǒng)的第二枝改接至五枝系統(tǒng)的第四枝。為此，在變速器的第二速度節(jié)點(diǎn)處，第四離合器(CL4)嚙合，第三離合器(CL3)分離。其它離合器，包括制動(dòng)離合器的嚙合則保持原狀態(tài)，與第二速區(qū)相同。動(dòng)力由第三圈輪(R3)經(jīng)齒輪(Gout2和G’out2)傳送至輸出軸(SHout)。
為保證第四離合器(CL4)嚙合時(shí)，齒輪(G’out2)與輸出軸(SHout)轉(zhuǎn)速同步，輸出齒輪(Gout2)與齒輪(G’out2)的齒數(shù)比Kout_2應(yīng)滿足如下關(guān)系Kout_1Kout_2=K1K2K3-K3-K1-1K1K2K3]]>這個(gè)比值正是五枝系統(tǒng)第四枝到第五枝的距離與第二枝到第五枝的距離之比。即Kout_1Kout_2=L4→5L2→5]]>在第二速度節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)附近，第二電機(jī)(EM2)的扭矩?fù)Q向。車輛速度繼續(xù)增加時(shí)，第二電機(jī)(EM2)轉(zhuǎn)速?gòu)男麻_(kāi)始上升；而第一電機(jī)(EM1)的轉(zhuǎn)速則開(kāi)始下降，直至零點(diǎn)。此時(shí)變速器到達(dá)其第三個(gè)速度節(jié)點(diǎn)(SR3)。
在電動(dòng)鏈無(wú)電力輸入或輸出的情況下，第三速度區(qū)的電力分流比PR為PR=(1-K1K2)K3KinK1(K2+1)Kout_2·SR-(K1K2K3-K3-K1-1)(K3+1)Kout_2K1(K2+1)K3Kin·1SR+2(K1K2K3-K3-K1-1)K1(K2+1)+1]]>SR2≤SR其中K3為第三行星輪系的特征速比。從上方程式中不難看出，第三速度節(jié)點(diǎn)位于SR3=(K3+1K3)(Kout_2Kin)=K1K2(K3+1)K1K2K3-K3-K1-1(Kout_1Kin)]]>同樣地，在第二速度節(jié)點(diǎn)SR2和第三速度節(jié)點(diǎn)SR3的幾何平均值點(diǎn)，PR達(dá)最大值。
其中3為第三速度節(jié)點(diǎn)于第二速度節(jié)點(diǎn)的比值，稱為第三速度區(qū)的跨度。
為了合理的利用電機(jī)，各速區(qū)電機(jī)的最大功率應(yīng)盡可能地相同或相近。這要求第二速度區(qū)的跨度應(yīng)盡量與第三速度區(qū)的跨度相同。即3＝2這項(xiàng)要求限定了三個(gè)行星輪系特征速比(K1，K2，K3)之間的關(guān)系。
K3=K12K2+1K1K2-1]]>兩個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)(即第二和第三速度區(qū))的總跨度為＝23逆行區(qū)自然節(jié)點(diǎn)SR0＝0以下的速區(qū)稱為逆行區(qū)。為了限制電動(dòng)鏈動(dòng)力分流比PR，避免動(dòng)力回流或動(dòng)力內(nèi)循還，逆行區(qū)可采用機(jī)電串聯(lián)的方式轉(zhuǎn)遞動(dòng)力。為此，第一制動(dòng)離合器(BR1)嚙合，制止第一行星輪架(C1)轉(zhuǎn)動(dòng)。第一離合器(CL1)分離，使第一行星輪架(C1)脫離中軸(SHctr)。第二離合器(CL2)分離，使第二圈輪(R2)脫離第一電機(jī)(EM1)以及第一和第三太陽(yáng)輪(S1和S3)。同時(shí)，第二制動(dòng)離合器(BR2)嚙合，固定第二圈輪(R2)。第三離合器(CL3)分離，第四離合器(CL4)嚙合。動(dòng)力由中軸(SHctr)經(jīng)第一對(duì)輸出齒輪(Gout1和G’out1)傳送至輸出軸(SHout)。
逆行起動(dòng)時(shí)，內(nèi)然機(jī)通過(guò)第一行星輪系PG1(此時(shí)相當(dāng)于增速器)增速后帶動(dòng)第一電機(jī)(EM1)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。第一電機(jī)產(chǎn)生的電能經(jīng)由控制器(CTL)傳送至第二電機(jī)(EM2)。第二電機(jī)(EM2)將電能又轉(zhuǎn)還為機(jī)械能，并通過(guò)第二行星輪系PG2(此時(shí)為減速器)減速，增矩后送至中軸。最后由中軸(SHctr)傳送到輸出軸(SHout)。
實(shí)際上，機(jī)電串聯(lián)的方式也可用于前行區(qū)。
空擋和泊車第一實(shí)施例還可提供包括空擋在內(nèi)的其他工作狀態(tài)。顯然，當(dāng)所有的離合器均處于分離狀態(tài)時(shí)，該無(wú)級(jí)變速器處于空擋狀態(tài)。此外，還有其他多種離合器工作狀態(tài)組合可使變速器處于空擋狀態(tài)(如上表所示)。
泊車則可通過(guò)同時(shí)嚙合第一離合器(CL1)和第一制動(dòng)離合器(BR1)來(lái)完成。
其他工作狀態(tài)此外，第一實(shí)施方案中變速器還可用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火啟動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火啟動(dòng)可由兩電機(jī)(EM1、EM2)中的任何一個(gè)來(lái)完成。例如，當(dāng)?shù)谝恢苿?dòng)離合器(BR1)嚙合，而其他所有離合器包括制動(dòng)離合器都分離時(shí)，可利用第一電機(jī)(EM1)來(lái)啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。
當(dāng)配備儲(chǔ)能裝置時(shí)，該無(wú)級(jí)變速器還可提供機(jī)電混合動(dòng)力工作狀態(tài)和純電力工作狀態(tài)。在機(jī)電混合動(dòng)力工作狀態(tài)中，兩電機(jī)(EM1、EM2)之間所傳遞的動(dòng)力(電力)不再保持平衡。一個(gè)電機(jī)所轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電能可能會(huì)多于或少于另一電機(jī)所轉(zhuǎn)換消耗的電能。此時(shí)，一個(gè)電機(jī)的速度零點(diǎn)不再是另一電機(jī)的扭矩零點(diǎn)。電機(jī)扭矩零點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的變速器速比節(jié)點(diǎn)的位置發(fā)生變化，但電機(jī)速度零點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的速比節(jié)點(diǎn)位置不變。由于此時(shí)電機(jī)同時(shí)承擔(dān)速度調(diào)節(jié)和動(dòng)力調(diào)節(jié)的任務(wù)，電機(jī)的額定功率應(yīng)不小于電動(dòng)鏈最大動(dòng)力分流比與輸入軸額定功率的乘積。
純電力工作狀態(tài)又包括單電機(jī)工作和雙電機(jī)工作狀態(tài)。
不難看出，在各個(gè)速度區(qū)的銜接點(diǎn)進(jìn)行速區(qū)變換時(shí)，相應(yīng)的離合器包括制動(dòng)離合器的嚙合或分離均在自然轉(zhuǎn)速同步的狀態(tài)下進(jìn)行的。因此，該無(wú)級(jí)變速器可采用簡(jiǎn)單嚙合式離合器，而無(wú)需較為復(fù)雜的磨擦式離合器。
實(shí)施例2如圖7所示，與實(shí)施例1相比，增加了一對(duì)輸出齒輪(Gout3和Gout’3)和一個(gè)離合器(CL5)。相應(yīng)地，多增加了一個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流的速度區(qū)。換言之，該實(shí)施例能提供四個(gè)前行區(qū)和一個(gè)逆行區(qū)。這四個(gè)前行區(qū)中包括一個(gè)輸出動(dòng)力分流速度區(qū)和三個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)。
輸出齒輪對(duì)(Gout3，G’out3)的主動(dòng)齒輪(Gout3)與中軸(SHctr)相聯(lián)，接入五枝系統(tǒng)的第二枝，從動(dòng)輪(Gout’3)則通過(guò)離合器(CL5)與輸出軸(SHout)做有選擇的連接。除最后增加的復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)外，第二實(shí)施例其他速度區(qū)電機(jī)的工作狀態(tài)和離合器的離合情況與第一實(shí)施方案完全相同。因此，不再?gòu)?fù)述。以下僅就新增的第四速度區(qū)作必要的介紹。
第四速度區(qū)第三節(jié)點(diǎn)是第三和第四速度區(qū)的分界點(diǎn)和銜接點(diǎn)。第四速度區(qū)是位于第三節(jié)點(diǎn)以上高速區(qū)。第四速度區(qū)采用與第二速度區(qū)完全相同的復(fù)合動(dòng)力分流方式，變速器重復(fù)第二速度區(qū)的工作情況。所不同的是此時(shí)五離合器(CL5)嚙合，第四和第三離合器(CL4，CL3)分離。動(dòng)力由中軸(SHctr)經(jīng)第三對(duì)輸出齒輪(Gout3和G’out3)，而不是原來(lái)的第一對(duì)輸出齒輪(Gout1和G’out1)，傳送至輸出軸(SHout)。
如上所述，變速器的第三速度節(jié)點(diǎn)是第一電機(jī)(EM1)的速度零點(diǎn)。當(dāng)變速器的速比進(jìn)一步增加時(shí)第一電機(jī)(EM1)的轉(zhuǎn)速回升，扭矩?fù)Q向。因此，第一電機(jī)(EM1)改變其工作狀態(tài)，由發(fā)電機(jī)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)。在第三速度零點(diǎn)處，第二電機(jī)(EM2)的轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降。在第三速度節(jié)點(diǎn)處(當(dāng)電動(dòng)鏈無(wú)電力輸出或輸入時(shí))或第三速度節(jié)點(diǎn)附近(當(dāng)電動(dòng)鏈有電力輸入輸出時(shí))，第二電機(jī)(EM2)到達(dá)其扭矩零點(diǎn)。穿過(guò)扭矩零點(diǎn)后，第二電機(jī)(EM2)的扭矩向反方向增加。此時(shí)，第二電機(jī)(EM2)改變工作狀態(tài)，由電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)。
為保證在第三速度節(jié)點(diǎn)處輸出齒輪變換時(shí)(由第二對(duì)輸出齒輪向第三對(duì)輸出齒輪變換)，第二和第三從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速同步，第二輸出齒輪對(duì)的齒數(shù)比Kout_2和第三輸出齒輪對(duì)的齒數(shù)比Kout_3之間應(yīng)滿足如下關(guān)系Kout_2Kout_3=K1K3(K1+1)(K3+1)]]>這個(gè)比值正是五枝系統(tǒng)中第二枝到第一枝的距離與第四枝到第一枝的距離之比，即Kout_2Kout_3=L2→1L4→1]]>由于第四速度區(qū)重復(fù)第二速度區(qū)的工作狀態(tài)，因此在無(wú)電動(dòng)鏈電力輸入或輸出的情況下，電動(dòng)鏈動(dòng)力分流比的計(jì)算公式與第二速度區(qū)動(dòng)力分流比的計(jì)算公式相似PR=(K1+1)(1-K1K2)KinK1(K2+1)Kout_3·SR-K1K2Kout_3(K2+1)Kin·1SR+2K1K2+K2-1K2+1]]>SR3≤SR≤SR4
實(shí)施例3如圖8所示，同樣地，如果在第二實(shí)施方案的基礎(chǔ)上再增加一對(duì)輸出齒輪(Gout4和G’out4)和一個(gè)離合器(CL6)，并將輸出齒輪對(duì)的主動(dòng)輪(Gout4)連接到第三圈輪(R3)所在的五枝系統(tǒng)的第四枝，從動(dòng)輪(G’out4)通過(guò)離合器(CL6)有選擇地與輸出軸(SHout)相耦合。與實(shí)施例2相比，又獲得了一個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流的速度區(qū)，即第四復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)。按總前行速度區(qū)順序，該復(fù)合動(dòng)力分流的速度區(qū)稱為第五速度區(qū)。
第四速度區(qū)與第五速度區(qū)的分界點(diǎn)我第四速度節(jié)點(diǎn)。第四速度節(jié)點(diǎn)的位置在SR4=K1K2K1K2-1(Kout_3Kin)]]>第四速度區(qū)向第五速度區(qū)過(guò)渡時(shí)，第六離合器(CL6)嚙合，第五離合器(CL5)分離。在第五速度區(qū)，該無(wú)級(jí)變速器重復(fù)第三速度區(qū)的工作狀態(tài)。為保證第四速度區(qū)向第五速度區(qū)過(guò)渡時(shí)，從動(dòng)齒輪(G’out4)與輸出軸(SHout)同步，第四輸出齒輪對(duì)的齒數(shù)比與第三輸出齒輪對(duì)的齒數(shù)比滿足如下關(guān)系Kout_3Kout_4=L4→5L2→5]]>采用類似的方法可不斷地增加新的速度區(qū)，從而衍生出新的實(shí)施方案。這里不再?gòu)?fù)述。它們都屬于本發(fā)明的含蓋范圍。
歸納起來(lái)，上述個(gè)實(shí)施方案的基本特點(diǎn)是創(chuàng)造一個(gè)五枝系統(tǒng)，并將五枝系統(tǒng)的個(gè)枝與輸入軸(SHin_)、輸出軸(SHout_)和兩個(gè)電機(jī)(EM1、EM2)作如下連接第一電機(jī)(EM1)聯(lián)第一枝；第二電機(jī)(EM2)聯(lián)最后的一枝(第五枝)；輸入軸(SHin)聯(lián)中間的一枝(第三枝)；輸出軸(SHout)則根據(jù)情況選擇性地聯(lián)接緊鄰中枝兩邊的第二枝或第四枝。
實(shí)際上，可對(duì)上述設(shè)計(jì)思想進(jìn)一步衍生。固定輸出軸(SHout)于五枝系統(tǒng)的中枝，而交替連接輸入軸(SHin)至第二枝或第四枝亦能起到相似的變換速度區(qū)的效果。
實(shí)施例4如圖9、10所示，該方案包括三個(gè)簡(jiǎn)單行星輪系(PG1，PG2和PG3)，兩個(gè)電機(jī)(EM1和EM2)，一個(gè)輸入軸(SHin)，一個(gè)輸出軸(SHout)，四個(gè)離合器(CL1，CL2，CL10和CL11)，兩個(gè)制動(dòng)離合器(BR1，BR2)和兩對(duì)輸入齒輪(Gin1，G’in1和Gin2，G’in2)。
每個(gè)行星輪系有三個(gè)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)件，即圈輪(R1，R2或R3)，太陽(yáng)輪(S1，S2或S3)和行星架(C1，C2或C3)。三個(gè)行星輪系可按要求組成如下的五枝系統(tǒng)S1R2-R3-C1C2C3-R1-S2S3第一枝由第一太陽(yáng)輪(S1)和第二圈輪(R2)連接構(gòu)成。第二枝由第三圈輪(R3)構(gòu)成。第三枝由第一第二和第三行星架(C1，C2和C3)連接構(gòu)成。第四枝由第一圈輪(R1)構(gòu)成。第五枝由第二太陽(yáng)輪(S2)和第三太陽(yáng)輪(S3)連接構(gòu)成。代表各轉(zhuǎn)動(dòng)件的符號(hào)下的橫杠表示該轉(zhuǎn)動(dòng)件可與其他轉(zhuǎn)動(dòng)件分離并能通過(guò)制動(dòng)離合器制動(dòng)。
第一電機(jī)(EM1)與第一太陽(yáng)輪(S1)永久連接并通過(guò)它接入五枝系統(tǒng)的第一枝。第二電機(jī)(EM2)與第二和第三太陽(yáng)輪(S2，S3)永久連接并通過(guò)它們接入五枝系統(tǒng)的第五枝。輸出軸(SHout)與第二和第三行星架(C2，C3)永久相聯(lián)并通過(guò)它們接入五枝系統(tǒng)的第三枝。輸入軸(SHin)則根據(jù)情況或與第一圈輪(R1)相耦合，聯(lián)入五枝系統(tǒng)的第四枝或與第三圈輪(R3)相耦合，聯(lián)入五枝系統(tǒng)的第二枝。
該實(shí)施方案與實(shí)施例1相同，提供三個(gè)前行速度區(qū)和一個(gè)逆行速度區(qū)。在逆行區(qū)和第一、第二個(gè)前行速度區(qū)中，電機(jī)(EM1，EM2)以及離合器(CL1，CL2，BR1，BR2)的工作狀態(tài)與第一實(shí)施方案完全相同，這里不予復(fù)述。在逆行區(qū)和前兩個(gè)速度區(qū)，離合器(CL10)嚙合，離合器(CL11)分離。動(dòng)力由輸入軸(SHin)經(jīng)第一對(duì)輸入齒輪(Gin1和G’in1)送入第一圈輪(R1)。
在第三前行速度區(qū)，離合器(CL11)嚙合，離合器(CL11)分離，動(dòng)力由輸入軸(SHin)經(jīng)第二對(duì)輸入齒輪(Gin2和G’in2)送入第三圈輪(R3)。第二速度區(qū)和第三速度區(qū)的銜接點(diǎn)為變速器的速度節(jié)點(diǎn)，即第二電機(jī)(EM2)的速度零點(diǎn)。此時(shí)，輸入齒輪(Gin2)由輸入軸(SHin)同步。
第一對(duì)輸入齒輪從動(dòng)輪的齒數(shù)與主動(dòng)輪的齒數(shù)比Kin_1與第二對(duì)輸入齒輪的從動(dòng)輪與主動(dòng)輪的齒數(shù)比Kin_2之間應(yīng)滿足如下關(guān)系Kin_1Kin_2=L2→5L4→5=K1K2(K3+1)K3(K1K2-1)]]>同樣地，可以以第四實(shí)施方案為基礎(chǔ)，采用增加輸入齒輪對(duì)的方式來(lái)增加復(fù)合動(dòng)力分流的速度區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，包括三個(gè)同軸行星輪系，兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)控制器，兩個(gè)動(dòng)力傳輸軸，和至少兩個(gè)離合器，每個(gè)行星輪系有至少三個(gè)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)步件，其特征是所述的的三個(gè)行星輪系耦合成復(fù)合行星輪系并構(gòu)成一個(gè)五枝系統(tǒng)，且每支系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速向量終點(diǎn)呈一條直線，該五枝系統(tǒng)的各分枝與無(wú)級(jí)變速器的電機(jī)及動(dòng)力傳輸軸作如下方式的連接五枝系統(tǒng)的第一枝與第一個(gè)電機(jī)聯(lián)接，五枝系統(tǒng)的最后一枝-即第五枝與第二個(gè)電機(jī)相聯(lián)，五枝系統(tǒng)的中間一枝-即第三枝與第一個(gè)動(dòng)力傳輸軸相聯(lián)，第二個(gè)動(dòng)力傳輸軸則通過(guò)離合器有選擇性地與五枝系統(tǒng)的其他枝耦合，兩電機(jī)間通過(guò)控制器電氣連接并相互傳遞電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是第一個(gè)動(dòng)力傳輸軸為輸入軸，第二個(gè)動(dòng)力傳輸軸為輸出軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是還包括至少二對(duì)輸出齒輪，每對(duì)輸出齒輪包括一個(gè)主動(dòng)輪和一個(gè)與之嚙合的從動(dòng)輪，主動(dòng)輪分別與五枝系統(tǒng)的第二枝和第四枝相聯(lián)，編號(hào)為奇數(shù)的主動(dòng)輪與第二枝相聯(lián)；編號(hào)為偶數(shù)的主動(dòng)輪與第四枝相聯(lián)，輸出軸通過(guò)離合器按編號(hào)順序有選擇地與從動(dòng)輪耦合以輸出動(dòng)力，當(dāng)輸出軸與編號(hào)為奇數(shù)的從動(dòng)齒輪耦合時(shí)，動(dòng)力由五枝系統(tǒng)的第二枝經(jīng)相同編號(hào)的主、從輸出齒輪對(duì)傳送至輸出軸；當(dāng)輸出軸與編號(hào)為偶數(shù)的從動(dòng)齒輪耦合時(shí)，動(dòng)力由五枝系統(tǒng)的第四枝經(jīng)相同編號(hào)的主、從輸出齒輪對(duì)傳送至輸出軸，相鄰的兩對(duì)輸出齒輪的齒數(shù)比保持如如下關(guān)系Kout_(2n-1)Kout_(2n)=L4→5L2→5]]>Kout_(2n)Kout_(2n+1)=L2→1L4→1]]>其中L4→5為五枝系統(tǒng)的第四枝至第五枝之間的距離；L2→5為第二枝至第五枝之間的距離；L2→1為第二枝至第一枝之間的距離；L4→1為第四枝至第一枝之間的距離，Kout_( )表示每一對(duì)輸出齒輪的齒數(shù)比，括號(hào)中的算式值代表輸出齒輪對(duì)的編號(hào)，其中n為大于零的正整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是第一個(gè)動(dòng)力傳輸軸為輸出軸，第二個(gè)動(dòng)力傳輸軸為輸入軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是該無(wú)級(jí)變速器還包括至少兩對(duì)輸入齒輪，每對(duì)輸入齒輪由一個(gè)主動(dòng)輪和一個(gè)與之嚙合的從動(dòng)輪組成，第一對(duì)輸入齒輪中的從動(dòng)輪與五枝系統(tǒng)的第四枝相聯(lián)；第二對(duì)輸入齒輪中的從動(dòng)輪與五枝系統(tǒng)的第二枝相聯(lián)，輸入軸通過(guò)離合器分別與兩對(duì)輸出齒輪中的主動(dòng)輪有選擇地聯(lián)接，第一對(duì)輸入齒輪的齒數(shù)比Kin_1與第二對(duì)輸入齒輪的齒數(shù)比Kin_2保持如下的關(guān)系Kin_1Kin_2=L2→5L4→5]]>
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是還包括一個(gè)儲(chǔ)能器，該儲(chǔ)能器通過(guò)控制器分別與兩電機(jī)相聯(lián)，并按需求向電機(jī)提供或接受電機(jī)提供的電能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是提供至少一個(gè)輸出動(dòng)力分流速度區(qū)和至少一個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)，輸出動(dòng)力分流速度區(qū)與第一個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)相銜接，并且銜接點(diǎn)為電機(jī)速度零點(diǎn)，并且每個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)的跨度相同或相近，所說(shuō)的復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)彼此銜接，并且銜接點(diǎn)為電機(jī)的速度零點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是提供一個(gè)機(jī)電串聯(lián)系統(tǒng)，作為該無(wú)級(jí)變速器反向運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力傳送方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是至少有一個(gè)離合器是嚙合式離合器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，其特征是提供至少一個(gè)輸出動(dòng)力分流速度區(qū)和至少兩個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)，輸出動(dòng)力分流速度區(qū)與第一個(gè)復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)相銜接，銜接點(diǎn)為變速器的第一速度節(jié)點(diǎn)；相鄰的復(fù)合動(dòng)力分流速度區(qū)相銜接，銜接點(diǎn)為變速器的下一個(gè)速度節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
一種高效節(jié)能機(jī)電混合無(wú)級(jí)變速器，包括三個(gè)同軸行星輪系，兩個(gè)電機(jī)、一個(gè)控制器、兩個(gè)動(dòng)力傳輸軸和至少兩個(gè)離合器，每個(gè)行星輪系由至少三個(gè)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)步件構(gòu)成，三個(gè)行星輪系耦合成一個(gè)五枝系統(tǒng)，五枝系統(tǒng)的第一枝與第一個(gè)電機(jī)聯(lián)接，第五枝與第二個(gè)電機(jī)相聯(lián)，第三枝與第一個(gè)動(dòng)力傳輸軸相聯(lián)，第二個(gè)動(dòng)力傳輸軸則通過(guò)離合器有選擇性地與五枝系統(tǒng)的第二枝或第四枝耦合，兩電機(jī)間通過(guò)控制器電氣連接并相互傳遞電能。優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，能夠在較寬的范圍內(nèi)對(duì)輸出/輸入速比和動(dòng)力進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大地拓寬速比的范圍，可實(shí)現(xiàn)從倒退、停止到前進(jìn)的不間斷的無(wú)級(jí)變速且無(wú)需啟動(dòng)裝置，大幅度提高整車的燃油效率，減小動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置所需的功率，且結(jié)構(gòu)小巧、造價(jià)低。
文檔編號(hào)F16H3/76GK1563743SQ200410021278
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者江兵, 薛蕊, 薛忠和 申請(qǐng)人:薛忠和