一種雙星排三模式機電復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電復合傳動裝置，由三個行星排、四個操縱元件和兩個電機組成；通過四個操縱元件的配合工作實現(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電復合傳動裝置
【技術領域】
[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】
[0002]混合動力車輛由于其良好的動力性和燃油經濟性，應用越來越廣泛。國內企業(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構，發(fā)動機將動力輸出至行星輪系的某一構件，行星輪系按固定比例將扭矩分配給發(fā)電機，電動機將電能轉變?yōu)闄C械能，與輸出軸轉矩疊加后進行動力輸出。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)電機的發(fā)電量來調節(jié)發(fā)電機轉速，從而穩(wěn)定發(fā)動機轉速，優(yōu)化發(fā)動機工作狀態(tài)；也可以擴大整套變速裝置輸出轉速范圍，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用于小型轎車，對于使用條件復雜的重型車輛、越野車輛，若實現(xiàn)大功率無級變速，則需要采用更大功率的發(fā)電機、電動機。如何降低發(fā)電機、電動機的功率需求，提高傳動系統(tǒng)功率密度，降低成本，是當前大噸位、重載混合動力電動車輛需要解決的技術問題。
[0004]目前最為有效的方法是采用多模式機電復合變速裝置，多模式機電復合變速裝置利用電機自身“發(fā)電/電動”狀態(tài)的不斷轉換，通過多臺電機與機械變速裝置的配合，可在系統(tǒng)輸入轉速不變的前提下，分段連續(xù)改變系統(tǒng)輸出轉速，實現(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)明提出的機電復合傳動裝置不同于上述方案，裝置結構形式簡潔、緊湊，易于進行工程設計。本發(fā)明的三模式機電復合傳動裝置經檢索國內外專利，未發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明相同的結構方案。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的主要目的是提供一種雙星排三模式機電復合傳動裝置，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)新的連接形式實現(xiàn)三模式機電復合傳動裝置，裝置結構形式簡潔、緊湊，易于進行工程設計。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下途徑來實現(xiàn):
[0008]本方案由三個行星排、四個操縱元件和兩個電動機/發(fā)電機組成，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現(xiàn)三個不同的工作模式，此外還能實現(xiàn)三個固定檔位。
[0009]輸入動力經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/發(fā)電機轉子相連，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/發(fā)電機轉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/發(fā)電機轉子相連，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/發(fā)電機轉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/發(fā)電機、第二電動機/發(fā)電機通過導線與控制器連接，控制器通過導線與儲能裝置相連。儲能裝置可以選擇化學蓄電池，也可以選擇超級電容或者飛輪電池
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[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/發(fā)電機、第二電動機/發(fā)電機均為永磁同步電機，且轉子均為空心軸。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點是:具有較高的低速大轉矩輸出特性，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實現(xiàn)三個不同的混合驅動模式，并且相鄰兩個模式間可以實現(xiàn)無速差動力切換，輸出轉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進行驅動，仍能滿足車輛動力性指標的要求。
[0016]工作模式一:第一制動器和第二制動器結合，可以輸出較大的轉矩，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合，與工作模式一的最高車速相銜接，可以實現(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合，具有較高的輸出轉速，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。由于功率耦合機構的調節(jié)作用，在每一不同車速下都可以對發(fā)動機的轉速進行優(yōu)化匹配選擇，提高車輛的燃油經濟性。
[0020]此外，本發(fā)明還可以實現(xiàn)三個固定檔位，當電機無法正常工作時，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、第二制動器同時結合，實現(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合，實現(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合，實現(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，也可以用于正常驅動行駛，通過控制策略對混合驅動模式和固定檔模式的切換，進一步提高傳動系統(tǒng)的效率，獲得更高的燃油經濟性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是用于實施本發(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是實施本發(fā)明方案的轉速關系圖。【具體實施方式】
[0026]圖1所示為用于實施例本發(fā)明的方案的一種機電復合傳動裝置代表性實施方式。該機電復合傳動裝置60由三個行星排、兩個制動器和兩個離合器、兩個電動機/發(fā)電機組成，其中第一行星排和第三行星排為雙星行星排，即，即分別具有內外兩個相嚙合的行星齒輪。第一電動機/發(fā)電機80的轉子82與機電復合傳動裝置機電復合傳動裝置60的第一個行星排的太陽輪29相連，通過第一離合器12與機電復合傳動裝置機電復合傳動裝置60第二個行星排的齒圈31相連，并且可通過第一制動器13進行制動。機電復合傳動裝置機電復合傳動裝置第一個行星排的齒圈28與機電復合傳動裝置機電復合傳動裝置第二個行星排的行星架33相連并與機電復合傳動裝置第三行星排的太陽輪36相連。機電復合傳動裝置第二個行星排的太陽輪32與第二電動機/發(fā)電機90的轉子92相連，并通過第二離合器14與機電復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進行制動。機電復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)動機功率由機電復合傳動裝置第一行星排的行星架27輸入，分別由機電復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/發(fā)電機80,此時第一電動機/發(fā)電機80充當發(fā)電機發(fā)電，并向第二電動機/發(fā)電機90提供電能。另一路由機電復合傳動裝置第一行星排的齒圈28輸出，經過機電復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/發(fā)電機90充當電動機輸出功率。該功率經過機電復合傳動裝置第二行星排的太陽輪32和行星架33進入機電復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結合。發(fā)動機功率由機電復合傳動裝置第一行星排的行星架27輸入，由機電復合傳動裝置第一行星排的齒圈28輸出。該路功率在機電復合傳動裝置第二行星排處分流。一路進入機電復合傳動裝置第三行星排最終由動力輸出軸37輸出。另一路功率流入機電復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。一部分經機電復合傳動裝置第二行星排的齒圈31和第一電動機/發(fā)電機80發(fā)出的功率一同流入第一行星排的太陽輪29。另一部分經機電復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/發(fā)電機90,此時其作為發(fā)電機并為第一電動機/發(fā)電機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結合。發(fā)動機功率由機電復合傳動裝置第一行星排的行星架27輸入，由機電復合傳動裝置第一行星排的齒圈28輸出。該路功率在機電復合傳動裝置第二行星排處分流。一路進入機電復合傳動裝置第三行星排最終由動力輸出軸37輸出。另一路功率流入機電復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。一部分經機電復合傳動裝置第二行星排的齒圈31和機電復合傳動裝置第一行星排的太陽輪29流入機電復合傳動裝置第一行星排。另一部分經機電復合傳動裝置第二行星排的太陽輪32與第二電動機/發(fā)電機90提供的功率匯合經第二離合器14進入機電復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/發(fā)電機80作為發(fā)電機吸收流經機電復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/發(fā)電機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所示為實施本發(fā)明方案時輸入構件、輸出構件以及兩個電機的轉速圖。
[0031]當然，以上所述僅是本發(fā)明的一種實施方式而已，應當指出本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾均屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種雙星排三模式機電復合傳動裝置，由三個行星排、四個操縱元件和兩個電動機/發(fā)電機組成，其特征在于:其中第一行星排和第三行星排為雙星行星排；該雙星排三模式機電復合傳動裝置通過四個操縱元件的配合工作實現(xiàn)三個不同的工作模式，并且相鄰兩個模式間可以實現(xiàn)無速差動力切換，輸出轉速在三個工作模式下為連續(xù)線性輸出；此外，該雙星排三模式機電復合傳動裝置還具有三個固定檔位。
2.根據權利要求1所述的雙星排三模式機電復合傳動裝置，其特征在于:輸入動力經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/發(fā)電機轉子相連，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/發(fā)電機轉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/發(fā)電機轉子相連，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/發(fā)電機轉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電復合傳動裝置的輸出軸相連。
3.根據權利要求1或2所述的雙星排三模式機電復合傳動裝置,其特征在于:第一電動機/發(fā)電機、第二電動機/發(fā)電機通過導線與控制器連接，控制器通過導線與儲能裝置相連。
4.根據權利要求1或2所述的雙星排三模式機電復合傳動裝置，其特征在于:儲能裝置為化學蓄電池，或者超級電容或者飛輪電池。
5.根據權利要求1或2所述的雙星排三模式機電復合傳動裝置，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.根據權利要求1或2所述的雙星排三模式機電復合傳動裝置，其特征在于:所述的第一電動機/發(fā)電機、第二電動機/發(fā)電機均為永磁同步電機，且轉子均為空心軸。
7.根據權利要求1或2所述的雙星排三模式機電復合傳動裝置，其特征在于:所述的發(fā)動機為柴油發(fā)動機。
【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)先權日:2014年1月26日
【發(fā)明者】韓立金, 劉輝, 項昌樂, 王偉達, 韓全福 申請人:北京理工大學