CN107044514A - 一种混合动力无级变速传动装置 - Google Patents

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Abstract

一种可由发动机和电动机共同驱动的混合动力无级变速传动装置，采用行星齿轮进行动力分流，分别经机械传动总成和液压传动总成汇流至换挡齿轮总成输入端口，实现高效无级变速。该传动装置具有发动机驱动、纯电动驱动、混合驱动、再生制动、行车发电、驻车发电和动力输出等七种工作模式，并配合前进、后退向传动和高、低档位，满足多工况下的传动要求。本发明结构简单、布置紧凑、节能环保；通过优化设计参数，本发明具有合理的传动比范围，较高的传动效率，以及较少的循环功率；双动力源七工作模式，实现整车动力性的改善，燃油消耗率的降低，以及生产效率的提高；能够在液压传动、液压机械传动和机械传动间进行切换，分别满足起步柔和、无级调速和高效作业的要求。

Description

一种混合动力无级变速传动装置
技术领域
本发明涉及一种无级传动装置，特别涉及一种用于工程机械的混合动力无级变速传动装置。
背景技术
工程机械工作环境恶劣，载荷变化剧烈，发动机性能往往得不到充分发挥，采用无级传动装置能够较好地满足工作要求，在满足车辆的动力性和燃油经济性的同时，实现高效无级变速。
混合动力车辆的研发是实现节能型车辆产业化的有效途径，尤其是双动力源车辆的研发是目前新能源车辆发展的趋势。
设计一款双动力源无级变速传动装置，除具有结构紧凑、控制简单、功能完备外，还应具有合理的传动比范围，较高的传动效率，以及较少的循环功率，以满足工程车辆在复杂工况下，对动力性、燃油经济性和生产效率的要求。
发明内容
发明目的：提供一种混合动力无级变速传动装置，通过切换不同的离合器和制动器，使混合动力车辆具有多种运行模式，同时实现平顺起步、无级变速和高效传动的功能，以满足工程车辆在复杂工况下，对动力性、燃油经济性和生产效率的要求。
技术方案：该混合动力无级变速传动装置主要由动力整合及无级变速总成和换挡齿轮总成两大部分组成；动力整合及无级变速总成主要包括输入轴、动力整合总成、液压传动总成、机械传动总成和动力输出机构；换挡齿轮总成主要包括换挡行星排、换挡齿轮组和输出轴。
动力整合总成主要包括动力整合总成太阳轮、动力整合总成齿圈、动力整合总成行星架、动力整合总成齿圈轴、动力整合总成太阳轮轴、动力整合总成太阳轮轴离合器和动力整合总成齿圈轴制动器。发动机通过主离合器与输入轴相连，输入轴与动力整合总成行星架固连；电动机直接与动力整合总成太阳轮固连，并通过动力整合总成太阳轮轴离合器与动力整合总成太阳轮轴相连；动力整合总成齿圈轴上装有动力整合总成齿圈轴制动器，控制着动力整合总成和液压传动总成动力的连接；动力整合总成太阳轮轴通过普通齿轮直接与机械传动总成相连接。
液压传动总成主要包括液压传动输入单向离合器、变量泵、液压传动输出单向离合器和定量马达；机械传动总成主要包括换挡行星排太阳轮轴和机械传动齿轮副。经动力整合总成齿圈轴流出的动力经液压传动总成，与经动力整合总成太阳轮轴流出的动力经机械传动总成汇流于换挡行星排太阳轮轴，经换挡齿轮总成，从输出轴输出。
换挡齿轮总成主要包括换挡行星排、换挡齿轮组和输出轴，通过控制离合器和制动器的接合与分离，实现前进向高档位，前进向低档位，后退向高档位和后退向低档位的切换。当换挡行星排前置制动器、换挡行星排Ⅰ级离合器、换挡行星排Ⅲ级离合器和高档位离合器接合，换挡行星排Ⅱ级离合器、换挡行星排Ⅳ级离合器和低档位离合器分离时，从换挡行星排太阳轮轴汇合的动力经换挡行星排中间轴和高档位齿轮副从输出轴输出，实现前进向高档位传动；当换挡行星排前置制动器、换挡行星排Ⅰ级离合器、换挡行星排Ⅲ级离合器和低档位离合器接合，换挡行星排Ⅱ级离合器、换挡行星排Ⅳ级离合器和高档位离合器分离时，从换挡行星排太阳轮轴汇合的动力经换挡行星排中间轴和低档位齿轮副从输出轴输出，实现后退向高档位传动；当换挡行星排前置制动器、换挡行星排Ⅱ级离合器、换挡行星排Ⅳ级离合器和高档位离合器接合，换挡行星排Ⅰ级离合器、换挡行星排Ⅲ级离合器和低档位离合器分离时，从换挡行星排太阳轮轴汇合的动力经换挡行星排中间轴和高档位齿轮副从输出轴输出，实现后退向高档位传动；当换挡行星排前置制动器、换挡行星排Ⅱ级离合器、换挡行星排Ⅳ级离合器和低档位离合器接合，换挡行星排Ⅰ级离合器、换挡行星排Ⅲ级离合器和高档位离合器分离时，从换挡行星排太阳轮轴汇合的动力经换挡行星排、中间轴和低档位齿轮副从输出轴输出，实现后退向低档位传动。
发动机动力经动力输出机构的动力输出齿轮副和动力输出轴输出，以驱动其它工作装置。
本发明设计的混合动力无级变速传动装置，可通过控制离合器和制动器的接合和分离，实现发动机驱动、纯电动驱动、混合驱动、再生制动、行车发电、驻车发电和动力输出七种工作模式的切换，也可实现液压传动、液压机械传动和机械传动等多种传动方式的切换。
有益效果：
1.采用双动力源，并通过行星齿轮机构进行动力整合，在多档位调节的基础上实现无级变速功能。
2.采用七种工作模式，通过控制离合器和制动器实现多模式的动力调节功能。
3.采用换挡行星排和换挡齿轮组相配合的技术方案，实现前进向高档位、前进向低档位、前进向高档位和前进向低档位的自由调节。
4.可实现液压传动、液压机械传动和机械传动的切换，可采用液压起步增加传动系统柔性化，液压机械传动实现无级变速，机械传动提高系统传动效率。
5.充分利用变速器的空间，简化结构，提高效率。
附图说明
图1为变速传动装置结构图；
图2为动力整合及无级变速总成主要元件工作示意图；
图3为换挡齿轮总成主要元件工作示意图；
图4为发动机驱动模式动力传递路线示意图；
图5为纯电动驱动模式动力传递路线示意图；
图6为混合驱动模式动力传递路线示意图；
图7为再生制动模式动力传递路线示意图；
图8为行车发电模式动力传递路线示意图；
图9为驻车发电模式动力传递路线示意图；
图10为动力输出模式动力传递路线示意图；
图11为前进向高档位传动模式动力传递路线示意图；
图12为前进向低档位传动模式动力传递路线示意图；
图13为后退向高档位传动模式动力传递路线示意图；
图14为后退向低档位传动模式动力传递路线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明的技术方案作进一步说明。本发明所描述的实施例只是一部分实施例，是对本技术方案的具体说明，而不应当视为本发明的全部。
输入轴(1)；动力整合总成(2)，动力整合总成太阳轮(2-1)，动力整合总成齿圈(2-2)，动力整合总成行星架(2-3)，动力整合总成齿圈轴(2-4)，动力整合总成太阳轮轴(2-5)，动力整合总成太阳轮轴离合器(2-6)，动力整合总成齿圈轴制动器(2-7)；液压传动总成(3)，液压传动输入单向离合器(3-1)，变量泵(3-2)，液压传动输出单向离合器(3-3)，定量马达(3-4)；机械传动总成(4)，换挡行星排太阳轮轴(4-1)，机械传动齿轮副(4-2)；换挡齿轮组(5)，低档位离合器(5-1)，高档位离合器(5-2)，低档位齿轮副(5-3)，高档位齿轮副(5-4)；换挡行星排(6)，换挡行星排前置制动器(6-1)，换挡行星排Ⅰ级离合器(6-2)，换挡行星排Ⅱ级离合器(6-3)，换挡行星排太阳轮(6-4)，换挡行星排行星架(6-5)，换挡行星排齿圈(6-6)，换挡行星排Ⅲ级离合器(6-7)，换挡行星排Ⅳ级离合器(6-8)，中间轴(6-9)；输出轴(7)；动力输出机构(8)，动力输出齿轮副(8-1)，动力输出轴(8-2)；主离合器(9)。
如附图1所示，本发明提供一种混合动力无级变速传动装置，包括输入轴1、动力整合总成2、液压传动总成3、机械传动总成4、换挡行星排6、换挡齿轮组5、输出轴7、动力输出机构8和主离合器9。
发动机通过主离合器9与变速传动装置的输入轴1相连，电动机直接与动力整合总成太阳轮2-1相连，并通过动力整合总成太阳轮轴离合器2-6与动力整合总成太阳轮轴2-5相连。
从动力整合总成齿圈轴2-4输出的动力经液压传动总成3，与从动力整合总成太阳轮轴2-5输出的动力经机械传动总成4汇流至换挡行星排太阳轮轴4-1，经换挡行星排6和换挡齿轮组5，从输出轴7输出。
换挡齿轮总成主要包括换挡行星排6、换挡齿轮组5和输出轴，通过控制离合器和制动器的接合与分离，实现前进向高档位，前进向低档位，后退向高档位和后退向低档位的切换。
该混合动力无级变速传动装置在控制器的控制下，可较好地实现发动机驱动、纯电动驱动、混合驱动、再生制动、行车发电、驻车发电和动力输出七种模式的转换。图2为动力整合及无级变速总成主要元件工作示意图，解决的是模式切换的问题；图3为换挡齿轮总成主要元件工作示意图，解决的是前进向高档位、前进向低档位、后退向高档位和后退向低档位四个档位的转换。二者共同构成模式和档位的切换。
下面结合附图对本发明的具体工作模式进行描述：
(1)发动机驱动模式
发动机驱动模式动力传递路线如附图4所示，此时，发动机输出动力，电动机不工作。发动机动力经输入轴1传递到动力整合总成行星架2-3上，一部分动力经动力整合总成齿圈2-2传递到液压传动总成3，另一部分动力经动力整合总成太阳轮2-1传递到机械传动总成4，混合动力经换挡行星排太阳轮轴4-1输入到换挡行星排6，通过切换换挡行星排6和换挡齿轮组5的离合器和制动器，使动力从输出轴7输出。
(2)纯电动驱动模式
纯电动驱动模式动力传递路线如附图5所示，此时，电动机输出动力，发动机不工作。电动机动力经动力整合总成太阳轮轴2-5传递到机械传动总成4，通过切换换挡行星排6和换挡齿轮组5的离合器和制动器，使动力从输出轴7输出。
(3)混合驱动模式
混合驱动模式动力传递路线如附图6所示，此时，发动机和电动机都输出动力。一部分混合动力经动力整合总成齿圈2-2传递到液压传动总成3，另一部分混合动力经动力整合总成太阳轮2-1传递到机械传动总成4，混合动力经换挡行星排太阳轮轴4-1输入到换挡行星排6，通过切换换挡行星排6和换挡齿轮组5的离合器和制动器，使动力从输出轴7输出。
(4)再生制动模式
再生制动模式动力传递路线如附图7所示，此时，发动机不工作，电动机输入动力。制动能量经输出轴7、换挡齿轮组5和换挡行星排6传递到换挡行星排太阳轮轴4-1，再经机械传动总成4和动力整合总成太阳轮轴2-5输入到电动机内。
(5)行车发电模式
行车发电模式动力传递路线如附图8所示，此时，发动机输出动力，电动机输入动力。发动机动力经输入轴1传递到动力整合总成行星架2-3上，一部分动力经动力整合总成齿圈2-2传递到液压传动总成3，另一部分动力传递到动力整合总成太阳轮2-1后分为两路，一路给电动机输入动力，一路传递到机械传动总成4，传递到液压传动总成3和机械传动总成4的混合动力经换挡行星排太阳轮轴4-1输入到换挡行星排6，通过切换换挡行星排6和换挡齿轮组5的离合器和制动器，使动力从输出轴7输出。
(6)驻车发电模式
驻车发电模式动力传递路线如附图9所示，此时，发动机输出动力，电动机输入动力。发动机动力经输入轴1传递到动力整合总成行星架2-3上，经动力整合总成太阳轮2-1给电动机输入动力。
(7)动力输出模式
动力输出模式动力传递路线如附图10所示，此时，发动机输出动力，电动机不工作。发动机动力经动力输出齿轮副8-1和动力输出轴8-2，从输出轴7输出，用以驱动其它装置。
下面结合附图对本发明的前进、后退向传动和高、低档位模式具体进行描述：
(8)前进向高档位模式
当换挡行星排前置制动器6-1、行星排Ⅰ级离合器6-2、换挡行星排Ⅲ级离合器6-7和高档位离合器5-2接合时，从换挡行星排太阳轮轴4-1流出的动力经换挡行星排齿圈6-6和高档位齿轮副5-4，从输出轴输出，为前进向高档位传动，前进向高档位传动模式动力传递路线如附图11所示。
(9)前进向低档位模式
当换挡行星排前置制动器6-1、行星排Ⅰ级离合器6-2、换挡行星排Ⅲ级离合器6-7和低档位离合器5-1接合时，从换挡行星排太阳轮轴4-1流出的动力经换挡行星排齿圈6-6和低档位齿轮副5-3，从输出轴输出，为前进向低档位传动，前进向低档位传动模式动力传递路线如附图12所示。
(10)后退向高档位模式
当换挡行星排前置制动器6-1、换挡行星排Ⅱ级离合器6-3、换挡行星排Ⅳ级离合器6-8和高档位离合器5-2接合时，从换挡行星排太阳轮轴4-1流出的动力经换挡行星排行星架6-5和高档位齿轮副5-4，从输出轴输出，为后退向高档位传动，后退向高档位传动模式动力传递路线如附图13所示。
(11)后退向低档位模式
当换挡行星排前置制动器6-1、换挡行星排Ⅱ级离合器6-3、换挡行星排Ⅳ级离合器6-8和低档位离合器5-1接合时，从换挡行星排太阳轮轴4-1流出的动力经换挡行星排行星架6-5和低档位齿轮副5-3，从输出轴输出，为后退向低档位传动，后退向低档位传动模式动力传递路线如附图14所示。
下面以发动机驱动为例，结合附图4对本发明的具体切换模式进行描述：
(12)液压传动
在原发动机驱动模式基础上，动力整合总成太阳轮轴离合器2-6分离，并通过控制电动机，使得机械传动总成4不传递动力。发动机动力经输入轴1传递到动力整合总成行星架2-3上，经动力整合总成齿圈2-2、液压传动总成3和换挡行星排太阳轮轴4-1，输入到换挡行星排6，通过切换换挡行星排6和换挡齿轮组5的离合器和制动器，使动力从输出轴7输出。
(13)液压机械传动
此传动用以连接液压传动和机械传动，使整个换挡过程连续无级变速。采用液压传动，保证起步平顺；采用液压机械传动，保证无级变速；采用机械传动，保证高效变速。具体实施方式在(1)发动机驱动模式及附图4中已有叙述，不再赘述。
(14)机械传动
在原发动机驱动模式基础上，动力整合总成齿圈轴制动器2-7接合，液压传动输入单向离合器3-1和液压传动输出单向离合器3-2可分离，使得液压传动总成3不传递动力。发动机动力经输入轴1传递到动力整合总成行星架2-3上，经动力整合总成太阳轮2-1、机械传动总成4和换挡行星排太阳轮轴4-1，输入到换挡行星排6，通过切换换挡行星排6和换挡齿轮组5的离合器和制动器，使动力从输出轴7输出。

Claims (8)

1.一种混合动力无级变速传动装置，包括输入轴(1)、动力整合总成(2)、液压传动总成(3)、机械传动总成(4)、换挡行星排(6)、换挡齿轮组(5)、输出轴(7)、动力输出机构(8)和主离合器(9)。
2.根据权利1要求所述的混合动力无级变速传动装置，其特征在于，动力整合总成(2)包括动力整合总成太阳轮(2-1)、动力整合总成齿圈(2-2)、动力整合总成行星架(2-3)、动力整合总成齿圈轴(2-4)、动力整合总成太阳轮轴(2-5)、动力整合总成太阳轮轴离合器(2-6)和动力整合总成齿圈轴制动器(2-7)；发动机通过主离合器(9)与变速传动装置的输入轴(1)相连，电动机直接与动力整合总成太阳轮(2-1)相连，并通过动力整合总成太阳轮轴离合器(2-6)与动力整合总成太阳轮轴(2-5)相连。
3.根据权利1要求所述的混合动力无级变速传动装置，其特征在于，液压传动总成(3)包括液压传动输入单向离合器(3-1)、变量泵(3-2)、液压传动输出单向离合器(3-3)和定量马达(3-4)；机械传动总成(4)包括换挡行星排太阳轮轴(4-1)，机械传动齿轮副(4-2)；从动力整合总成齿圈轴(2-4)输出的动力经液压传动总成(3)，与从动力整合总成太阳轮轴(2-5)输出的动力经机械传动总成(4)汇流至换挡行星排太阳轮轴(4-1)，经换挡行星排(6)和换挡齿轮组(5)，从输出轴(7)输出。
4.根据权利1要求所述的混合动力无级变速传动装置，其特征在于，换挡行星排(6)包括换挡行星排前置制动器(6-1)、换挡行星排Ⅰ级离合器(6-2)、换挡行星排Ⅱ级离合器(6-3)、换挡行星排太阳轮(6-4)、换挡行星排行星架(6-5)、换挡行星排齿圈(6-6)、换挡行星排Ⅲ级离合器(6-7)、换挡行星排Ⅳ级离合器(6-8)和中间轴(6-9)；权利1所述的换挡齿轮组(5)包括低档位离合器(5-1)、高档位离合器(5-2)、低档位齿轮副(5-3)和高档位齿轮副(5-4)。当换挡行星排前置制动器(6-1)、换挡行星排Ⅰ级离合器(6-2)和换挡行星排Ⅲ级离合器(6-7)接合时，动力经换挡齿轮组(5)传递到输出轴(7)上，为前进向传动；当换挡行星排前置制动器(6-1)、换挡行星排Ⅱ级离合器(6-3)和换挡行星排Ⅳ级离合器(6-8)接合时，动力经换挡齿轮组(5)传递到输出轴(7)上，为后退向传动；当接合高档位离合器(5-2)时，经中间轴(6-9)输出的动力，经高档位齿轮副(5-4)和高档位离合器(5-2)传递到输出轴(7)上，为高档位传动；当接合低档位离合器(5-1)时，经中间轴(6-9)输出的动力，经低档位齿轮副(5-3)和低档位离合器(5-1)传递到输出轴(7)上，为低档位传动。
5.根据权利1要求所述的混合动力无级变速传动装置，其特征在于，动力输出机构(8)用于输出动力驱动其它工作装置，发动机动力经动力输出齿轮副(8-1)，从动力输出轴(8-2)输出，驱动其它工作装置。
6.根据权利1要求所述的混合动力无级变速传动装置，其特征在于，混合动力无级变速传动装置在控制器的控制下，可较好地实现发动机驱动、纯电动驱动、混合驱动、再生制动、行车发电、驻车发电和动力输出七种模式的转换；通过控制换挡行星排(6)和换挡齿轮组(5)中制动器和离合器的切换实现前进、后退向传动和高低档的转换。
7.根据权利1要求所述的混合动力无级变速传动装置，其特征在于，混合动力无级变速传动装置在控制器的控制下，可较好地实现液压传动、液压机械传动和机械传动等传动方式的切换，以分别满足起步柔和、无级调速和高效传动的要求。
8.根据权利1要求所述的混合动力无级变速传动装置，其特征在于，尽可能简化变速器的结构，并在变速器有限的空间内，优化布局，尽可能提高传动系的效率。
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