CN101492009B - 超轻度混合动力传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种超轻度混合动力传动系统，适用于各种汽车、拖拉机、摩托车等机动车辆作混合动力变速器。具有超轻度混合动力装置，行星排(21)和行星排(3)同轴，行星排(21)内齿圈与行星排(3)太阳轮做成一体或固接，行星排(3)太阳轮连接离合器(5)主动部分，离合器(5)从动部分连接行星排(3)内齿圈；行星排(21)的太阳轮轴连接有圆鼓(9)，圆鼓(9)外围同轴安装有制动器(8)；齿轮对(18)和齿轮对(22)在不同车速时分别分流一部分功率到行星排(10)的行星架；行星排(12)与行星排(15)同轴，行星排(12)的内齿圈与行星排(15)的行星架做成一体或固接；行星排(15)太阳轮通过齿轮对(17)输出一部分功率到发电机(14)，内齿圈通过齿轮(16)输出一部分功率；电动机(11)通过单向离合器(10)传递动力给行星排(3)的内齿圈。

Description

超轻度混合动力传动系统

技术领域

本发明涉及的是一种超轻度混合动力传动系统，适用于各种汽车、拖拉机、摩托车等机动车辆作动力传动系统。

背景技术

当前轻度混合动力汽车用的起动/发电机一体化(ISG)系统方案，轻度混合动力由于对传统内燃机汽车结构改动最小使得目前大范围应用最有可能。然而汽车在发动机功率为50kW左右时该方案要求电机功率约达10kW，使得对现有车辆的改动还嫌大，电池容量要求大，发电机和电动机的控制器体积大等技术难题。为减小电动机和发电机的功率，降低电池的容量要求和控制器的功率，提出了本方案。

发明内容

本专利目的是针对上述不足之处提供一种超轻度混合动力传动系统，具体结构是由主传动部分、控制传动部分组成。主传动部分由前后两个行星排同轴组成，控制传动部分由两个同轴行星排组成，另外还有发电机(或液压泵)、蓄电池(或液压蓄能器)、电动机(或液压马达)、离合器和制动器等组成；主传动部分的前行星排内齿圈与后行星排太阳轮做成一体或固接，前行星排太阳轮连接一个离合器的主动部分，该离合器的从动部分与后行星排内齿圈连接，前行星排太阳轮轴的伸出端连接有一圆鼓(或圆盘)，圆鼓(或圆盘)外设置制动器(或圆盘端面设有制动器)；前行星排行星架通过轴接收发动机输入的动力，后行星排行星架通过齿轮输出动力；前行星排太阳轮输出动力通过离合器到后行星排内齿圈，前行星排内齿圈输出动力到后行星排太阳轮；在前行星排内齿圈与后行星排太阳轮之间装有一齿轮(该齿轮通过一超越离合器同轴安装在前行星排内齿圈轴上)，与该齿轮啮合的齿轮为控制传动部分的功率输入齿轮之一，在车辆为中低速时通过该对齿轮啮合分流一部分功率到控制传动部分；同时还在发动机动力输入行星架的轴上设有一齿轮，与该齿轮啮合的齿轮也是控制控制传动部分的输入齿轮之一，在车辆为中高速时该对啮合齿轮通过接合离合器也可以分流一部分功率到控制传动部分；从主传动部分前行星排内齿圈与后太阳轮之间的齿轮传来的功率(或从发动机输入行星架轴上的齿轮输入的功率)输入控制行星排的后行星排行星架，控制行星排的后行星排的太阳轮连接有一齿轮，与该齿轮啮合的齿轮与主传动部分后外齿圈做成一体或固接，输出一部分控制传动部分的功率到主传动部分的后内齿圈；控制传动部分的后行星排内齿圈与控制传动部分的前行星排行星架做成一体或固接，控制传动部分的前行星排内齿圈连接一齿轮，该齿轮与主传动部分的后行星排输出行星架连接的齿轮啮合，输出一部分控制传动部分的功率给主传动部分的后行星排输出行星架；控制传动部分的前行星排太阳轮连接一齿轮，该齿轮与驱动发电机(或液压泵)输入轴同轴安装的齿轮啮合；发电机输出电能到蓄电池(或液压泵输出高压油到液压蓄能器)，蓄电池驱动电动机(或液压蓄能器驱动与主传动部分后外齿圈相连接的液压马达)，电机连接一齿轮，该齿轮通过啮合与主传动后行星排内齿圈同轴连接的齿轮，在需要时输出一部分功率到主传动部分后行星排内齿圈。在主传动前后内齿圈外设有制动器，通过控制离合器和制动器的结合与分离，在车辆起步或车速低时，由电动机驱动车辆起步和低速行驶，发动机处于停机状态；当车速高于设定值，接合相关离合器和松开相关制动器，利用车辆的惯性和发电机作电动机用来倒拖发动机到设定转速，发动机开始喷油点火；在发动机起动后，通过控制发电机(或液压泵)的输出功率，就可以控制系统处于加速、减速或匀速不同工况；在车速低于设定值时，关闭发动机，完全由电机驱动或滑行。

超轻度混合动力传动系统采取以下方案实现：超轻度混合动力传动系统结构具有轻度混合动力传动装置，其特征在于结构由主传动部分和控制传动部分组成；主传动部分由前行星排(21)和后行星排(3)组成，控制传动部分由前行星排(15)、后行星排(12)、发电机(或液压泵)(14)、蓄电池(或液压蓄能器)(13)和电动机(或液压马达)(11)组成；主传动部分的前行星排(21)和后行星排(3)同轴，前行星排(21)的内齿圈与后行星排(3)的太阳轮做成一体或固接，前行星排(21)的太阳轮连接离合器(5)的主动部分，离合器(5)的从动部分与行星排(3)的内齿圈连接，前行星排(21)的行星架轴(23)接收来自发动机的动力，后行星排(3)的行星架连接齿轮(2)输出动力；在车辆为中低速时，前行星排(21)的内齿圈连接齿轮对(18)的主动齿轮，传递一部分功率给控制传动部分，齿轮对(18)的从动齿轮连接控制传动部分后行星排(12)的行星架，齿轮对(18)的主动齿轮通过单向超越离合器(19)与主传动部分前行星排内齿圈的轴同轴安装；在中高速时齿轮对(22)从动齿轮连接离合器(20)，离合器(20)接合后把一部分功率传给控制传动部分后行星排(12)的行星架，齿轮对(22)的主动齿轮安装在主传动部分前行星排(21)的输入行星架轴(23)上，此时由于超越离合器(19)的存在，齿轮对(18)不传递动力；控制传动部分后行星排(12)的行星架为控制传动部分的功率输入元件，后行星排(12)太阳轮通过齿轮对(6)把一部分控制传动的功率传给后行星排(3)的内齿圈，齿轮对(6)的主动齿轮与行星排(12)的太阳轮做成一体或固接，齿轮对(6)从动齿轮与后行星排(3)的内齿圈做成一体或固接，控制传动后行星排(12)的内齿圈与控制传动部分前行星排(15)的行星架做成一体或固接；前行星排(15)的内齿圈连接齿轮(16)，齿轮(16)啮合齿轮(2)，输出控制传动部分的一部分功率到行星排(3)的输出行星架，齿轮(16)与行星排(15)的外齿圈做成一体或固接，齿轮(2)与行星排(3)的行星架做成一体或固接；控制传动前行星排(15)的太阳轮通过齿轮对(17)输出功率到发电机(或液压泵)(14)，齿轮对(17)的主动齿轮与行星排(15)的太阳轮做成一体或固接，齿轮对(17)的从动齿轮与发电机(或液压泵)(14)的输入轴做成一体或固接，发电机(或液压泵)(14)连接到蓄电池(或液压蓄能器)(13)，根据需要蓄电池(或液压蓄能器)(13)驱动电动机(或液压马达)(11)，电动机(或液压马达)(11)通过单向离合器(10)连接齿轮对(7)主动齿轮，齿轮对(7)的主动齿轮与单向离合器(10)同轴安装，齿轮对(7)的从动齿轮与后行星排(3)的内齿圈轴同轴相连接；制动器(1)同轴安装在前行星排(21)的内齿圈外周，用来制动前行星排(21)的内齿圈，制动器(4)同轴安装在后行星排(3)的内齿圈外周，用来制动后行星排(3)的内齿圈，制动器(24)同轴安装在控制部分后行星排(12)内齿圈的外周，用来制动后行星排(12)的内齿圈。通过控制发电机(或液压泵)(14)与电动机(或液压马达)(11)的输出扭矩和功率，就能控制该系统的传动比的变化和大小。在车辆起步或低速时，离合器(5)分离，制动器(8)制动与前行星排(21)太阳轮相连接的圆鼓(或圆盘)(9)，制动器(1)制动前行星排(21)的内齿圈，电动机(11)通过单向离合器(10)和齿轮对(7)驱动后行星排(3)的内齿圈，后行星排(3)的行星架通过齿轮2输出功率，如果此时电动机的反转，此时为倒档。在车辆的速度高于设定值，制动器(1)分离，离合器(5)接合，制动器(8)制动圆鼓(或圆盘)(9)，电动机(11)不工作，车辆的惯性力由齿轮(2)传输给后行星排(3)的行星架，经后行星排(3)的太阳轮传递给前行星排(21)的内齿圈，由前行星排(21)的行星架连接的轴(23)输出动力到发动机，倒拖发动机的转速到设定值发动机开始喷油点火，同时这时发电机(14)转变为电动机输出功率，制动器(24)制动后行星排(12)内齿权，动力通过齿轮(16)啮合齿轮(2)，达到辅助倒拖发动机起动的目的。

本发明“超轻度混合动力传动系统”是利用目前已成熟的行星齿轮制造技术和电机、液压驱动及控制技术，经过精心设计后提出一种新型的超轻度混合动力传动系统，用于车辆超轻度混合动力传动系统后能有效降低车辆的排放污染，提高整车的工作效率，减小电机和发电机的功率和体积，降低对蓄电池容量和电机控制器功率的要求。其工作原理如下：起步时，发动机不喷油点火且曲轴保持静止，电动机通过单向离合器和减速齿轮驱动主传动后行星排内齿圈，由主传动后行星排行星架输出功率，且在车辆速度较低时一直采用该种模式，特别适合城市堵车时的工况；当起步后车辆速度高于设定值时，通过相关离合器和制动器的接合与分离，利用车辆的惯性与发电机转换为电动机输出功率来倒拖发动机转速到设定值，发动机开始喷油点火，发动机起动开始工作；发动机开始工作车速低时，主传动部分的后行星排外齿圈制动，动力全部通过前行星排的外齿圈传给后行星排的太阳轮，通过后行星排的行星架输出动力，控制传动部分不传递动力；当车辆速度提高后，主传动部分的功率分两路传给后行星排的输出行星架，同时控制传动部分起作用，控制传动部分输入功率是通过分流一部分主传动部分前行星排外齿圈的功率，通过控制控制传动部分的发电机(或液压泵)的输出功率、电动机(或液压马达)的工作与否及输出功率的大小，改变在主传动部分后行星排的太阳轮与外齿圈的输入扭矩的比例，从而达到系统速比的无级变化或稳定在一特定的传动比；在车辆速度在中高速范围内，主传动部分的功率也是分两路传给后行星排的输出行星架，同时控制传动部分也起作用，控制传动部分输入功率是通过分流一部分主传动部分前行星排输入行星架的功率，通过控制控制传动部分的发电机(或液压泵)的输出功率、电动机(或液压马达)的工作与否及输出功率的大小，改变在主传动部分后行星排的太阳轮与外齿圈的输入扭矩的比例，从而达到系统速比的无级变化或稳定在一特定的传动比；在高速不需要变速时(如高速公路工况)，控制传动部分不传递动力，主传动部分前行星排外齿圈被制动，动力经主传动部分的前太阳轮，后行星排外齿圈，由后行星排行星架输出动力，通过完全由齿轮传动达到传动效率较高。

本发明行星齿轮式无级变速传动系统特点：

1、本发明用目前技术成熟的行星齿轮技术和电机液压驱动控制技术，使产品的开发周期短和制造可行性好。

2、不用金属带和液力变矩器等一些国内没有很好掌握的技术，在制造原材料和工艺方面国内生产也没有困难，使该项发明在国内更具有可行性。

3、用组合行星齿轮传动代替金属带和链式的摩擦传动，同时又具有无级变速特征，具有效率高、噪声低、使用寿命长、传递功率范围宽，体积小的特点。

4、发电机或液压控制传动的功率占发动机输出功率比例很小，在车速为中低速时，最高占发动机输出功率的3％以下，在车速为中高速时，最高功率占发动机输出功率的2％以下，高速时为1.5％以下，因此电机或液压泵的功率及体积都不大。

5、具有混合动力的特征，在车辆低速行驶时使用纯电动驱动，排放污染小，整车效率高。

6、当车速高于设定值时，利用车辆惯性和电动机倒拖发动机的转速达到设定值时发动机才喷油点火，可有效降低发动机起动时的排放污染。

7、对发电机和电动机的功率、蓄电池的容量及控制器的功率容量的要求比较低，可有效的缩小体积和制造成本。

本发明超轻度混合动力传动系统是针对车辆的复杂使用工况而设计的混合动力传动系统，主要用于适用于各种汽车、拖拉机、摩托车等车辆的传动系统，特别适合轿车和城市公交车，也可用于其他车辆，例如重型卡车和工程机械等。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

附图1是超轻度混合动力传动系统实施实例。

具体实施方式

参照附图1，超轻度混合动力传动系统结构特征为(如附图1)：主传动部分由前行星排21和后行星排3组成，控制传动部分由行星排15、行星排12、发电机14、蓄电池13和电动机11组成；前行星排21和后行星排3同轴，前行星排21的内齿圈与后行星排3的太阳轮做成一体或固接，前行星排21的太阳轮连接离合器5的主动部分，离合器5的从动部分连接行星排3的内齿圈，前行星排21的太阳轮连接圆鼓9，前行星排21的行星架轴23接收来自发动机的动力，后行星排3的行星架通过齿轮2输出动力；起步时，发动机不喷油点火且曲轴保持静止，电动机11通过单向离合器10和齿轮对7驱动主传动后行星排3内齿圈，由主传动后行星排3行星架通过齿轮2输出功率驱动车辆，此时制动器1制动前行星排21的内齿圈，离合器5分离，且在车辆速度较低时一直采用该种模式，特别适合城市堵车工况使用；当起步后车辆速度高于设定值时，制动器1分离，离合器5接合，制动器8制动圆鼓9，车辆的惯性力通过齿轮2传递给后行星排3的行星架，驱动后行星排3的太阳轮把动力传递到前行星排21的内齿圈，再经前行星排21行星架连接的轴23倒拖发动机，发电机14转换为电动机，制动器24制动控制部分后行星排12内齿圈，动力经由齿轮16啮合齿轮2，在后行星排3处动力汇合，一起倒拖发动机转速到设定值，发动机开始喷油点火，发动机起动开始工作，在发动机起动后，制动器24分离，发电机停止转换为电动机；在发动机起动后且车辆为中低速时，主传动部分前行星排21的前内齿圈通过齿轮对18把一部分功率传给控制传动部分后行星排12的行星架，齿轮对18的主动齿轮通过单向超越离合器19与主传动部分前行星排内齿圈的轴相连接；在中高速时齿轮对22通过接合离合器20把一部分功率传给控制传动部分后行星排12的行星架，齿轮对22的主动齿轮安装在主传动部分前行星排的输入行星架轴上，此时由于超越离合器19的存在，齿轮对18不传递动力；控制传动部分后行星排12的行星架为控制传动部分的功率输入元件，其太阳轮通过齿轮对6把一部分控制传动的功率传给行星排3的内齿圈，齿轮对6的主动齿轮与行星排12的太阳轮做成一体或固接，从动齿轮与行星排3的内齿圈做成一体或固接，后行星排12的外齿圈与控制传动部分前行星排15的行星架做成一体或固接；前行星排15的内齿圈连接齿轮16，齿轮16啮合齿轮2输出控制传动部分的一部分功率到行星排3的输出行星架，齿轮16与行星排15的内齿圈做成一体或固接，其齿轮2与后行星排3的行星架做成一体或固接；前行星排15的太阳轮通过齿轮对17输出功率到发电机14，齿轮对17的主动齿轮与行星排15的太阳轮做成一体或固接，其从动齿轮与发电机(或液压泵)(14)的输入轴做成一体或固接，发电机14输出能量到蓄电池13，蓄电池13根据需要驱动电动机11，电动机11通过单向离合器10驱动齿轮对7的主动齿轮，齿轮对7的从动齿轮与行星排3的外齿圈轴相连接；制动器1安装在行星排21的内齿圈外周，用来制动行星排21的内齿圈，制动器4安装在行星排3的内齿圈外周，用来制动行星排3的内齿圈。通过控制发电机14的输出扭矩和功率，就能控制该系统的传动比的变化和大小。具体的工作原理如下：轴23接受来自发动机的动力，并传递给行星排21的行星架，在低速时，主传动部分的后行星排3内齿圈由制动器4制动，动力全部通过前行星排21的内齿圈传给后行星排3的太阳轮，通过后行星排3的行星架输出动力，发电机14空转，行星排15和行星排12不传递动力，发电机14、电动机11及蓄电池13不传递动力；当车辆提高到中低速范围内，行星排21功率分两路传给后行星排3的输出行星架，同时控制传动部分行星排15和行星排12起作用，行星排12输入功率是通过齿轮对18分流一部分主传动部分前行星排21内齿圈的功率，通过控制控制传动部分的发电机14的输出功率、电动机11的工作与否及输出功率的大小，改变在主传动部分后行星排3的太阳轮与内齿圈的输入扭矩的比例，从而达到系统速比的无级变化或稳定在一特定的传动比，此时制动器1、制动器4松开，超越离合器19和超越离合器10传递动力，离合器20分离，离合器5接合，蓄电池13起作用；在车辆速度在中高速范围内，主传动部分的功率也是从前行星排21分两路传给后行星排3的输出行星架，同时控制传动部分也起作用，控制传动部分输入功率是通过齿轮对22分流一部分轴23输入行星排21行星架的功率，通过控制控制传动部分的发电机14的输出功率、电动机11的工作与否及输出功率的大小，改变在主传动部分后行星排3的太阳轮与内齿圈的输入扭矩的比例，从而达到系统速比的无级变化或稳定在一特定的传动比，此时制动器1、制动器4和制动器9分离，离合器5接合，超越离合器19不传递动力，蓄电池13起作用；在高速不需要变速时，控制传动部分不传递动力，主传动部分前行星排21内齿圈被制动器1制动，动力经主传动部分行星排21的太阳轮、离合器5和行星排3内齿圈，由行星排3行星架通过齿轮2输出动力，通过完全由齿轮传动达到传动效率较高。这种方案可以达到轻度混合动力要求的起动和低速时纯电动驱动，车速提高时倒拖发动机起到和速度高时无级变速的工况。且用齿轮传动来代替目前依靠摩擦传动的金属带或链式无级变速器，使车辆无级变速传动时效率更高，噪声低，寿命长，使无级变速器能在更大发动机排量的范围内应用。当然关键是材质和工艺在国内没有困难，在达到混合动力要求节能环保的前提下，能有效降低发电机、电动机和电机控制器的功率，减小蓄电池的容量。

Claims (2)

1.一种超轻度混合动力传动系统，具有轻度混合动力传动装置，其特征在于结构由主传动部分和控制传动部分组成；主传动部分由主传动部分的前行星排(21)和主传动部分的后行星排(3)组成，控制传动部分由控制传动部分的后行星排(12)、控制传动部分的前行星排(15)、发电机(14)、蓄电池(13)和电动机(11)组成；主传动部分的前行星排(21)和主传动部分的后行星排(3)同轴，主传动部分的前行星排(21)的内齿圈与主传动部分的后行星排(3)的太阳轮做成一体或固接，主传动部分的前行星排(21)的太阳轮连接离合器(5)的主动部分，离合器(5)的从动部分连接主传动部分的后行星排(3)的内齿圈，主传动部分前行星排(21)的太阳轮伸出轴连接圆鼓(9)，圆鼓(9)外周同轴安装有制动器(8)，主传动部分的前行星排(21)的行星架连接轴(23)接受来自发动机的动力；主传动部分的后行星排(3)的行星架连接齿轮(2)，所述齿轮(2)输出动力；主传动部分的前行星排(21)的内齿圈连接第二齿轮对(18)主动齿轮，第二齿轮对(18)从动齿轮连接控制传动部分的后行星排(12)的行星架，第二齿轮对(18)的主动齿轮通过单向超越离合器(19)与主传动部分的前行星排(21)内齿圈的轴同轴安装连接；所述连接轴(23)连接第一齿轮对(22)主动齿轮，第一齿轮对(22)从动齿轮连接第一离合器(20)，所述第一离合器(20)输出端连接控制传动部分的后星排(12)的行星架；控制传动部分的后行星排(12)的行星架为控制传动部分的功率输入元件，其太阳轮连接第五齿轮对(6)的主动齿轮，第五齿轮对(6)的从动齿轮连接主传动部分的后星排(3)的内齿圈，第五齿轮对(6)的主动齿轮与控制传动部分的后行星排(12)的太阳轮做成一体或固接，第五齿轮对(6)的从动齿轮与主传动部分的后行星排(3)的内齿圈做成一体或固接，控制传动部分的后行星排(12)的内齿圈与控制传动部分的前行星排(15)的行星架做成一体或固接；第四齿轮对为齿轮(16)和齿轮(2)啮合，控制传动部分的前行星排(15)的内齿圈连接第四齿轮对的主动齿轮(16)，第四齿轮对的主动齿轮(16)与控制传动部分的前行星排(15)的内齿圈齿圈做成一体或固接，第四齿轮对从动齿轮(2)与主传动部分的后行星排(3)的行星架做成一体或固接；控制传动部分的前行星排(15)的太阳轮连接第三齿轮对(17)的主动齿轮，第三齿轮对(17)的主动齿轮与控制传动部分的前行星排(15)的太阳轮做成一体或固接，第三齿轮对(17)从动齿轮与所述发电机(14)的输入轴做成一体或固接，所述发电机(14)连接所述蓄电池(13)，所述蓄电池(13)连接驱动所述电动机(11)，所述电动机(11)通过单向离合器(10)连接第六齿轮对(7)的主动齿轮，所述第六齿轮对(7)的主动齿轮与单向离合器(10)及电动机(11)的轴同轴安装，所述第六齿轮对(7)的从动齿轮与主传动部分的后行星排(3)的内齿圈轴同轴相连接；第一制动器(4)同轴安装在主传动部分的后行星排(3)的内齿圈外周，第二制动器(1)同轴安装在主传动部分的前行星排(21)的内齿圈外周，第三制动器(8)同轴安装在圆鼓(9)的外周，第四制动器(24)同轴安装在控制传动部分的后行星排(12)的内齿圈的外周。

2.根据权利要求1所述的超轻度混合动力传动系统，其特征在于：用圆盘取代所述圆鼓(9)。

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