CN102661369B - 轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于动力传动技术领域，涉及一种无机传动装置，特别涉及一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置，包括发动机、k1行星排、k2行星排、k3行星排、k4行星排、电机a、电机a电缆、电机、电机b制动构件、电机b电缆、离合器a、离合器b、制动器a、制动器b、制动器c、能力输出轴、电机控制器和动力电池组；利用两个行星排构造两种分流模式，另外两个行星排构造2个不同的减速比，通过离合器或制动器的切换形成三段式机电复合无级传动装置，实现了较大范围的无级变速，结构简单；二、起步阶段采用为分速汇矩分流模式，具有零速输出和较好的起步特性，无需起步离合器，起步性能好。

Description

轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置

技术领域

本发明属于动力传动技术领域，涉及一种无机传动装置，特别涉及一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置。

背景技术

机电复合无级传动可实现无级调速，优化发动机工作状态，使车辆获得最佳的动力性能及燃油经济性能，在动力电池组配合下，可实现多运行工况，如电动工况、复合驱动工况、制动能量回收工况，对外供电工况、电池辅助加速工况等。相对于小轿车，载重车辆需要更宽的传动比范围，以满足低速大转矩爬坡和高速公路行驶工况。单段式机电复合传动在一定电机功率的前提下，所能实现的传动比调节范围难以满足载重车辆的要求。解决途径：一方面提高电机的功率等级，这会带来大体积重量及成本；另一方面，保持电机功率等级不变，通过离合器制动器等元件连接不同行星排，形成多段衔接，扩大传动比范围，附带可实现多个机械挡位，可以发挥机械挡在常用车速工况行驶高效的优势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置；利用多段式机电功率分流、连续换段原理，合理衔接三段，满足载重汽车低速大转矩和高速巡航工况的宽传动比范围需求。可实现电动工况、机电复合无级变速、机械挡、电池功率辅助加速、制动能量回收等工况，并具有良好起步特性与常用车速高传动效率的优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置，包括发动机、k1行星排、k2行星排、k3行星排、k4行星排、电机a、电机a电缆、电机、电机b制动构件、电机b电缆、离合器a、离合器b、制动器a、制动器b、制动器c、能力输出轴、电机控制器和动力电池组；

其中，k1行星排由k1行星排齿圈、k1行星排太阳轮和k1行星排行星架组成；

k2行星排由k2行星排齿圈、k2行星排太阳轮和k2行星排行星架组成；

k3行星排由k3行星排齿圈、k3行星排太阳轮和k3行星排行星架组成；

k4行星排由k4行星排齿圈、k4行星排太阳轮和k4行星排行星架组成；

连接关系在于：发动机输入与k1行星排齿圈相连，k1行星排行星架与k2行星排行星架和离合器b相连，k1行星排太阳轮与电机a和k2行星排齿圈、离合器a相连，k2行星排太阳轮与电机b制动构件、电机b、k3行星排太阳轮、k4行星排太阳轮相连，电机b制动构件与制动器a相连，k3行星排行星架与制动器b相连，k3行星排齿圈与k4行星排齿圈、制动器c相连，k4行星排行星架与离合器b、输出轴相连，电机a和电机b分别通过电机a电缆，电机b电缆与电机控制器相连，电机控制器和动力电池组相连。

第一段用于起步及低速工况，发动机功率从k1行星排齿圈输入，行星排k1，行星排k2和电机a共同工作，电机b与k2排太阳轮相连，离合器a和制动器a分离，动力输出到k3排太阳轮和k4排太阳轮，制动器b接合，制动器c分离，k3行星排和k4行星排共同工作用作减速，离合器b分离，动力从k4排行星架输出。电机a工作于发电机工况，向电机控制器回馈能量，电机b工作于电动机工况。

第二段用于中速工况，发动机功率从k1行星排齿圈输入，行星排k1，行星排k和电机a共同工作，电机b与k2排太阳轮相连，离合器a和制动器a分离，动力输出到k3排太阳轮和k4排太阳轮，制动器b分离，制动器c接合，k3行星排空转，k4行星排用作减速，离合器b分离，动力从k4排行星架输出。电机a工作于发电机工况，向电机控制器回馈能量，电机b工作于电动机工况。

第三段用于高速工况，发动机功率从k1行星排齿圈输入，行星排k1，行星排k2、电机a和电机b共同工作，离合器a和制动器a分离，k2行星排行星架为动力输出，制动器b分离，制动器c分离，离合器b接合，k3行星排空转，k4行星排空转，动力从k2行星排行星架传递到输出轴。电机a工作于电动机工况，向电机控制器回馈能量，电机b工作于发电机工况。

倒挡采用纯电动工况，离合器a分离，制动器a分离，制动器b接合，制动器c分离，离合器b分离，电机a不工作，电机b利用动力电池组功率工作于反转电动工况，输出转矩经过k3行星排和k4行星排减速，实现倒挡。

纯电动行驶，离合器a分离，制动器a分离，制动器b接合，制动器c分离，离合器b分离，电机a不工作，电机b利用动力电池组功率工作于正转电动工况，输出转矩经过k3行星排和k4行星排减速，实现电驱动工况。

固定挡一，发动机功率从k1行星排齿圈输入，电机a和电机b不工作，离合器a接合，制动器a分离，制动器b接合，制动器c分离，离合器b分离，k1行星排和k2行星排整体回转，k3行星排和k4行星排共同工作减速，动力从k4行星排行星架输出。

固定挡二，发动机功率从k1行星排齿圈输入，电机a和电机b不工作，离合器a接合，制动器a分离，制动器b分离，制动器c接合，离合器b分离，k1行星排和k2行星排整体回转，k3行星排空转，k4行星排作减速，动力从k4行星排行星架输出。

固定挡三，发动机功率从k1行星排齿圈输入，电机a和电机b不工作，离合器a分离，制动器a分离，制动器b分离，制动器c接合，离合器b接合，k1行星排、k2行星排和k4行星排共同工作，k2行星排空转，动力从k4行星排行星架输出。

固定挡四，发动机功率从k1行星排齿圈输入，电机a和电机b不工作，离合器a接合，制动器a分离，制动器b分离，制动器c分离，离合器b接合，k1行星排和k2行星排整体回转，k3行星排和k4行星排空转，动力从k2行星排行星架传递到输出轴输出。

固定挡五，发动机功率从k1行星排齿圈输入，电机a和电机b不工作，离合器a分离，制动器a接合，制动器b分离，制动器c分离，离合器b接合，k1行星排和k2行星排共同工作增速，k3行星排和k4行星排空转，动力从k2行星排行星架传递到输出轴输出。

本发明的优点和有益效果在于：一、利用两个行星排构造两种分流模式，另外两个行星排构造2个不同的减速比，通过离合器或制动器的切换形成三段式机电复合无级传动装置，实现了较大范围的无级变速，结构简单；二、起步阶段采用为分速汇矩分流模式，具有零速输出和较好的起步特性，无需起步离合器，起步性能好；三、通过离合器与制动器的操纵，可实现5个机械挡位，包括3个减速挡，1个直接挡和1个增速挡，可把机械挡位匹配到常用车速范围，可提高传动效率；此时电机A或电机B可用于助力输出或者制动能量回收；四、通过3段的衔接，减低了电机的功率等级，额定功率约为发动机额定功率的30%；五、换段时，除制动器外，其他离合器制动器操纵元件均可实现无速差结合与分离，摩擦副可选取静摩擦系数，结构设计大大减小体积和重量；通过控制离合器和制动器的接合分离顺序，可实现各段转换过程的动力不中断，有利于提高车辆动力性；六、输入轴、输出轴、电机、离合器、制动器及行星排都可以同轴布置，节省空间，提高功率密度；只需要两层套轴结构，结构简单，工艺方便。

附图说明

图1本发明结构组成示意图。

图2第一段分速汇速分流模式连接结构与功率流示意图。

图3第二段分速汇速分流模式连接结构与功率流示意图。

图4第三段分速汇速分流模式连接结构与功率流示意图。

其中，1-发动机；2-k1行星排齿圈；3-k1行星排行星架；4-电机a；5-k2行星排齿圈；6-k2行星排行星架；7-离合器a；8-制动器a；9-电机b；10-制动器b；11-k3行星排齿圈；12-制动器c；13-k4行星排行星架；14-离合器b；15-能力输出轴；16-k4行星排齿圈；17-k4行星排太阳轮；18-k3行星排太阳轮；19-k3行星排行星架；20-电机b制动构件；21-k2行星排太阳轮；22-k1排太阳轮；23-电机a电缆；24-电机控制器；25-电机b电缆；26动力电池组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明具体实施的技术方案是一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置，包括发动机1、k1行星排、k2行星排、k3行星排、k4行星排、电机a4、电机a电缆23、电机b9、电机b制动构件20、电机b电缆25、离合器a7、离合器b14、制动器a8、制动器b10、制动器c12、能力输出轴15、电机控制器24和动力电池组26；

其中，k1行星排由k1行星排齿圈2、k1行星排太阳轮22和k1行星排行星架3组成；

k2行星排由k2行星排齿圈5、k2行星排太阳轮21和k2行星排行星架6组成；

k3行星排由k3行星排齿圈11、k3行星排太阳轮18和k3行星排行星架19组成；

k4行星排由k4行星排齿圈16、k4行星排太阳轮17和k4行星排行星架13组成；

连接关系在于：发动机1输入与k1行星排齿圈2相连，k1行星排行星架3与k2行星排行星架6和离合器b14相连，k1行星排太阳轮22与电机a4和k2行星排齿圈5、离合器a7相连，k2行星排太阳轮21与电机b制动构件20、电机b9、k3行星排太阳轮18、k4行星排太阳轮17相连，电机b制动构件20与制动器a8相连，k3行星排行星架19与制动器b10相连，k3行星排齿圈11与k4行星排齿圈16、制动器c12相连，k4行星排行星架13与离合器b14、输出轴15相连，电机a4和电机b9分别通过电机a电缆23，电机b电缆25与电机控制器24相连，电机控制器24和动力电池组26相连。

如图2所示，第一段用于起步及低速工况，发动机1功率从k1行星排齿圈2输入，行星排k1，行星排k2和电机a4共同工作，电机b9与k2排太阳轮21相连，离合器a7和制动器a8分离，动力输出到k3排太阳轮18和k4排太阳轮17，制动器b10接合，制动器c12分离，k3行星排和k4行星排共同工作用作减速，离合器b14分离，动力从k4排行星架13输出。电机a4工作于发电机1工况，向电机控制器24回馈能量，电机b9工作于电动机1工况。

如图3所示，第二段用于中速工况，发动机1功率从k1行星排齿圈2输入，行星排k1，行星排k2和电机a4共同工作，电机b9与k2排太阳轮21相连，离合器a7和制动器a8分离，动力输出到k3排太阳轮18和k4排太阳轮17，制动器b10分离，制动器c12接合，k3行星排空转，k4行星排用作减速，离合器b14分离，动力从k4排行星架13输出。电机a4工作于发电机1工况，向电机控制器24回馈能量，电机b9工作于电动机1工况。

如图4所示，第三段用于高速工况，发动机1功率从k1行星排齿圈2输入，行星排k1，行星排k2、电机a4和电机b9共同工作，离合器a7和制动器a8分离，k2行星排行星架16为动力输出，制动器b10分离，制动器c12分离，离合器b14接合，k3行星排空转，k4行星排空转，动力从k2行星排行星架16传递到输出轴15。电机a4工作于电动机1工况，向电机控制器24回馈能量，电机b9工作于发电机1工况。

倒挡采用纯电动工况，离合器a7分离，制动器a8分离，制动器b10接合，制动器c12分离，离合器b14分离，电机a4不工作，电机b9利用动力电池组26功率工作于反转电动工况，输出转矩经过k3行星排和k4行星排减速，实现倒挡。

纯电动行驶，离合器a7分离，制动器a8分离，制动器b10接合，制动器c12分离，离合器b14分离，电机a4不工作，电机b9利用动力电池组26功率工作于正转电动工况，输出转矩经过k3行星排和k4行星排减速，实现电驱动工况。

另外系统5个纯机械挡工况的实现分别为：

固定挡一，发动机1功率从k1行星排齿圈2输入，电机a4和电机b9不工作，离合器a7接合，制动器a8分离，制动器b10接合，制动器c12分离，离合器b14分离，k1行星排和k2行星排整体回转，k3行星排和k4行星排共同工作减速，动力从k4行星排行星架13输出。

固定挡二，发动机1功率从k1行星排齿圈2输入，电机a4和电机b9不工作，离合器a7接合，制动器a8分离，制动器b10分离，制动器c12接合，离合器b14分离，k1行星排和k2行星排整体回转，k3行星排空转，k4行星排作减速，动力从k4行星排行星架13输出。

固定挡三，发动机1功率从k1行星排齿圈2输入，电机a4和电机b9不工作，离合器a7分离，制动器a8分离，制动器b10分离，制动器c12接合，离合器b14接合，k1行星排、k2行星排和k4行星排共同工作，k2行星排空转，动力从k4行星排行星架13输出。

固定挡四，发动机1功率从k1行星排齿圈2输入，电机a4和电机b9不工作，离合器a7接合，制动器a8分离，制动器b10分离，制动器c12分离，离合器b14接合，k1行星排和k2行星排整体回转，k3行星排和k4行星排空转，动力从k2行星排行星架6传递到输出轴15输出。

固定挡五，发动机1功率从k1行星排齿圈2输入，电机a4和电机b9不工作，离合器a7分离，制动器a8接合，制动器b10分离，制动器c12分离，离合器b14接合，k1行星排和k2行星排共同工作增速，k3行星排和k4行星排空转，动力从k2行星排行星架6传递到输出轴15输出。

以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置，其特征在于：包括发动机（1）、k1行星排、k2行星排、k3行星排、k4行星排、电机a（4）、电机a电缆（23）、电机b（9）、电机b制动构件（20）、电机b电缆（25）、离合器a（7）、离合器b（14）、制动器a（8）、制动器b（10）、制动器c（12）、能力输出轴（15）、电机控制器（24）和动力电池组（26）；

其中，k1行星排由k1行星排齿圈（2）、k1行星排太阳轮（22）和k1行星排行星架（3）组成；

k2行星排由k2行星排齿圈（5）、k2行星排太阳轮（21）和k2行星排行星架（6）组成；

k3行星排由k3行星排齿圈（11）、k3行星排太阳轮（18）和k3行星排行星架（19）组成；

k4行星排由k4行星排齿圈（16）、k4行星排太阳轮（17）和k4行星排行星架（13）组成；

连接关系在于：发动机（1）输入与k1行星排齿圈（2）相连，k1行星排行星架（3）与k2行星排行星架（6）和离合器b（14）相连，k1行星排太阳轮（22）与电机a（4）和k2行星排齿圈（5）、离合器a（7）相连，k2行星排太阳轮（21）与电机b制动构件（20）、电机b（9）、k3行星排太阳轮（18）、k4行星排太阳轮（17）相连，电机b制动构件（20）与制动器a（8）相连，k3行星排行星架（19）与制动器b（10）相连，k3行星排齿圈（11）与k4行星排齿圈（16）、制动器c（12）相连，k4行星排行星架（13）与离合器b（14）、输出轴（15）相连，电机a（4）和电机b（9）分别通过电机a电缆（23），电机b电缆（25）与电机控制器（24）相连，电机控制器（24）和动力电池组（26）相连。

2.根据权利要求1所述的一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置，其特征在于：起步及低速工况下，发动机（1）功率从k1行星排齿圈（2）输入，行星排k1，行星排k2和电机a（4）共同工作，电机b（9）与k2排太阳轮（21）相连，离合器a（7）和制动器a（8）分离，动力输出到k3排太阳轮（18）和k4排太阳轮（17），制动器b（10）接合，制动器c（12）分离，k3行星排和k4行星排共同工作用作减速，离合器b（14）分离，动力从k4排行星架（13）输出。

3.根据权利要求1所述的一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置，其特征在于：中速工况下，发动机（1）功率从k1行星排齿圈（2）输入，行星排k1，行星排k2和电机a（4）共同工作，电机b（9）与k2排太阳轮（21）相连，离合器a（7）和制动器a（8）分离，动力输出到k3排太阳轮（18）和k4排太阳轮（17），制动器b（10）分离，制动器c（12）接合，k3行星排空转，k4行星排用作减速，离合器b（14）分离，动力从k4排行星架（13）输出。

4.根据权利要求1所述的一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置，其特征在于：高速工况下，发动机（1）功率从k1行星排齿圈（2）输入，行星排k1，行星排k2、电机a（4）和电机b（9）共同工作，离合器a（7）和制动器a（8）分离，k2行星排行星架（16）为动力输出，制动器b（10）分离，制动器c（12）分离，离合器b（14）接合，k3行星排空转，k4行星排空转，动力从k2行星排行星架（16）传递到输出轴（15）。

5.根据权利要求1所述的一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置，其特征在于：倒挡采用纯电动工况，离合器a（7）分离，制动器a（8）分离，制动器b（10）接合，制动器c（12）分离，离合器b（14）分离，电机a（4）不工作，电机b（9）利用动力电池组（26）功率工作于反转电动工况，输出转矩经过k3行星排和k4行星排减速，实现倒挡。

6.根据权利要求1所述的一种轮式载重车辆用三段式机电复合无级传动装置，其特征在于：纯电动行驶，离合器a（7）分离，制动器a（8）分离，制动器b（10）接合，制动器c（12）分离，离合器b（14）分离，电机a（4）不工作，电机b（9）利用动力电池组（26）功率工作于正转电动工况，输出转矩经过k3行星排和k4行星排减速，实现电驱动工况。

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