CN109383269B - 一种差速无级传动系统及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车动力传动领域，并具体公开了一种差速无级传动系统及其应用。该系统包括依次连接的第一电动/发电机、第二离合器、第一制动器、第一差速器、第二制动器和第二电动/发电机，其中第一差速器一端的太阳轮作为动力输入端与第一制动器相连、其另一端的太阳轮作为动力输入端与第二制动器相连，第一差速器的行星齿轮作为动力输出端与第二差速器连接；该系统可用于纯电动汽车和混合动力汽车中，并根据工况选择不同的工作模式。本发明采用传动差速器作为动力耦合机构，降低制造成本和维修成本的同时可有效提高系统的传动效率，适应车辆在不同工况下的动力需求。

Description

一种差速无级传动系统及其应用
技术领域
本发明属于汽车动力传动领域，更具体地，涉及一种差速无级传动系统及其应用。
背景技术
混合动力汽车是采用内燃机和电动机作为动力源的汽车，其动力传动系统主要分为串联、并联以及混联三种类型。其中串联传动系统由内燃机带动发电机发电，发出的电能输送给电机并由电机产生的电磁力驱动汽车行驶，该系统具有结构简单但效率较低的特点；并联传动系统有内燃机和电机两套驱动系统，两个系统既可以分开工作，也可以同时协调工作，该系统可根据不同运行工况采取与之适应的工作模式，但是不能控制发动机的最佳经济转速，发动机效率得不到充分发挥；而混联传动系统综合了串联和并联的系统组成，具有综合性能较好的优点，是目前的主要发展方向。
现有技术对混合动力汽车的传动系统提出了一些设计方案，例如CN201410298548.9公开了一种混合动力驱动系统，采用双排双行星轮系结构作为传动机构，但是该结构制造成本和维修成本远高于传统燃油车，限制了混合动力技术的推广和应用。
此外，仅采用电动机作为动力源的纯电动汽车的动力传动系统一般采用固定齿比传动，当车辆高速行驶时，电动机转速较高导致工作效率较低、能耗较大，同样需要进一步改进设计。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种差速无级传动系统及其应用，该传动系统采用传统差速器作为动力耦合结构，通过对系统的关键组件如离合器、制动器和电动/发电机的连接方式进行研究和设计，相应的可有效解决混合动力驱动系统制造、维修成本高的问题，同时还可根据运行情况选择不同的工作模式从而提高工作效率，因而尤其适用于混合动力汽车或纯电动汽车的应用场合。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种差速无级传动系统，其特征在于，该系统包括依次连接的第一电动/发电机、第二离合器、第一制动器、第一差速器、第二制动器和第二电动/发电机，其中所述第一差速器作为动力耦合机构，其一端的太阳轮作为动力输入端与所述第一制动器相连、其另一端的太阳轮作为动力输入端与所述第二制动器相连，该第一差速器的行星齿轮作为动力输出端与所述第二差速器连接，用于将动力传递到汽车车轮。
作为进一步优选地，所述第一电动/发电机的转子、所述第二电动/发电机的转子与所述第一差速器的太阳轮通过传动轴直接连接或通过传动机构相连。
作为进一步优选地，所述第一差速器和所述第二差速器采用交叉轴或平行轴方式布置。
作为进一步优选地，该系统还包括发动机和第一离合器，其中所述第一离合器一端与所述发动机连接，其另一端与所述第一电动/发电机的转子连接。
按照本发明的另一方面，提供了一种差速无级传动系统在纯电动汽车上的应用，其特征在于，该差速无级传动系统在纯电动汽车上根据不同行驶工况处于如下工作模式：
纯电动工作模式1：所述第二电动/发电机以电动机方式单独驱动；
纯电动工作模式2：所述第一电动/发电机和所述第二电动/发电机以电动机方式共同驱动。
作为进一步优选地，车辆低速运行时，优选采用纯电动工作模式1，车辆高速运行时，优选采用纯电动工作模式2，确保电动机在高效率的转速区间内运行。
按照本发明的又一方面，提供了一种差速无级传动系统在混合动力汽车上的应用，其特征在于，该差速无级传动系统在混合动力汽车上根据不同行驶工况处于如下工作模式：
纯电动工作模式1：由所述第二电动/发电机以电动机方式单独驱动；
纯电动工作模式2：由所述第一电动/发电机和所述第二电动/发电机以电动机方式共同驱动；
串联工作模式：由所述发动机带动所述第一电动/发电机以发电机方式运行，产生的电能输送给所述第二电动/发电机使其以电动机方式单独驱动；
并联工作模式1：由所述发动机和所述第二电动/发电机以电动机方式共同驱动；
并联工作模式2：由所述发动机、所述第一电动/发电机和所述第二电动/发电机以电动机方式共同驱动；
混联工作模式：由所述发动机和所述第二电动/发电机以电动机方式共同驱动，其中所述发动机带动所述第一电动/发电机以发电机方式运行，产生的电能输送给所述第二电动/发电机；
发动机直接驱动工作模式：由所述发动机单独驱动。
作为进一步优选地，车辆倒车时优选采用纯电动工作模式1，所述第二电动/发电机以电动机方式反向运转。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.按照本发明构建的差速无级传动系统采用传统差速器作为动力耦合机构，极大地降低了传动系统的制造成本和维修成本，有利于提高该传动系统的经济性和实用性；
2.此外，本发明构建的差速无级传动系统可应用在纯电动汽车和混合动力汽车上，并且根据车辆行驶工况选用不同的工作模式，从而有效提高了系统的传动效率，保证发动机在高效率的转速区间内运行。
附图说明
图1是按照本发明构建的用于混合动力汽车的差速无级传动系统采用交叉轴方式布置的结构示意图；
图2是按照本发明构建的用于混合动力汽车的差速无级传动系统采用平行轴方式布置的结构示意图；
图3是按照本发明构建的用于纯电动汽车的差速无极传动系统采用平行轴方式布置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图3所示，本发明提供了一种差速无级传动系统，该系统包括依次连接的第一电动/发电机3、第二离合器8、第一制动器7、第一差速器4、第二制动器6和第二电动/发电机5，其中所述第一差速器4作为动力耦合机构，其一端的太阳轮作为动力输入端与所述第一制动器7相连、其另一端的太阳轮作为动力输入端与所述第二制动器6相连，该第一差速器4的行星齿轮作为动力输出端与所述第二差速器9连接，用于将动力通过该第二差速器9传递到汽车车轮；
更具体地，所述第一电动/发电机3的转子一端与所述第一离合器2相连，其转子另一端与所述第二离合器8相连；所述第二电动/发电机5的转子一端与所述第二制动器6连接。
进一步，所述第一电动/发电机3的转子、所述第二电动/发电机5的转子与所述第一差速器4的太阳轮通过传动轴直接连接或通过传动机构相连。
作为本发明的重要改进点之一，作为动力耦合机构的所述第一差速器4采用传统差速器，主要包括所述行星齿轮、行星轮架和所述太阳轮，其中所述行星齿轮与所述行星轮架连接并且其轴线与该行星轮架的轴线垂直交叉布置，所述行星齿轮位于所述左右太阳轮的中间并且与其相互啮合。
进一步，所述第一差速器4和所述第二差速器9采用交叉轴或平行轴方式布置。
如图1、2所示，该系统还包括发动机1和第一离合器2，其中所述第一离合器2一端与所述发动机1连接，其另一端与所述第一电动/发电机3的转子连接，该系统用于混合动力汽车。
本发明还提供了一种差速无级传动系统在纯电动汽车上的应用，其特征在于，采用上述不包含所述发动机1和所述第一离合器2的差速无级传动系统，该差速无级传动系统在纯电动汽车上根据不同行驶工况处于如下工作模式：
所述纯电动工作模式1下，控制所述第二离合器8和所述第二制动器6分开，所述第一制动器7结合，所述第一电动/发电机3不运行，所述第二电动/发电机5以电动机方式运行；
所述纯电动工作模式2下，所述第二离合器8结合，所述第一制动器7和所述第二制动器6分开，所述第一电动/发电机3和所述第二电动/发电机5以电动机方式运行。
进一步，车辆低速运行时，优选采用纯电动工作模式1，车辆高速运行时，优选采用纯电动工作模式2，从而确保电动机在高效率的转速区间内运行。
本发明另外提供了一种差速无级传动系统在混合动力汽车上的应用，其特征在于，采用上述包含所述发动机1和所述第一离合器2的差速无级传动系统，该差速无级传动系统在混合动力汽车上根据不同行驶工况处于如下工作模式：
所述纯电动工作模式1下，控制所述第一离合器2、所述第二离合器8和所述第二制动器6分开，所述第一制动器7结合，所述发动机1停止，所述第一电动/发电机3不运行，所述第二电动/发电机5以电动机方式运行；
所述纯电动工作模式2下，控制所述第一离合器2、所述第一制动器7和所述第二制动器6分开，所述第二离合器8结合，所述发动机1停止，所述第一电动/发电机3和所述第二电动/发电机5以电动机方式运行；
所述串联工作模式下，控制所述第一离合器2和所述第一制动器7结合，所述第二离合器8和所述第二制动器6分开，由所述发动机1带动所述第一电动/发电机3以发电机方式运行，产生的电能输送给所述第二电动/发电机5使其以电动机方式运行；
所述并联工作模式1下，控制所述第一离合器2和所述第二离合器8结合，所述第一制动器7和所述第二制动器6分开，所述发动机1运行，所述第一电动/发电机3空载运行，既不发电也不作为动力输出，所述第二电动/发电机5以电动机方式运行；
所述并联工作模式2下，控制所述第一离合器2和所述第二离合器8结合，所述第一制动器7和所述第二制动器6分开，所述发动机1运行，所述第一电动/发电机3以电动机方式运行，所述第二电动/发电机5以电动机方式运行；
所述混联工作模式下，控制所述第一离合器2和所述第二离合器8结合，所述第一制动器7和所述第二制动器6分开，所述发动机1进行驱动的同时带动所述第一电动/发电机3以发电机方式运行，产生的电能输送给所述第二电动/发电机5，使得该第二电动/发电机5以电动机方式运行；
所述发动机直接驱动工作模式下，在并联模式1或并联模式2或混联模式下，当所述发动机1转速处于最经济的区间内并且所述第二电动/发电机5的转速接近零时，通过控制所示第二制动器6结合，完全锁止所述第二电动/发电机5，所述第一电动/发电机3空载，从而实现发动机1单独驱动。
当车辆减速时，上述工作模式下实现能量回收的操作分别为：
所述纯电动工作模式1下，控制所述第一离合器2、所述第二离合器8和所述第二制动器6分开，所述第一制动器7结合，所述发动机1和所述第一电动/发电机3不运行，所述第二电动/发电机5以发电机方式运行；
所述纯电动工作模式2下，控制所述第一离合器2、所述第一制动器7、所述第二制动器6分开，所述第二离合器8结合，所述发动机1不运行，所述第一电动/发电机3和所述第二电动/发电机5以发电机方式运行；
所述串联工作模式下，控制所述第一离合器2和所述第一制动器7结合，所述第二离合器8和所述第二制动器6分开，所述发动机1运行，所述第一电动/发电机3以发电机方式运行，所述第二电动/发电机5以发电机方式运行；
所述并联工作模式1、所述并联工作模式2或者所述混联工作模式下，控制所述第一离合器2和所述第二离合器8结合，所述第一制动器7和所述第二制动器6分开，所述发动机1空载，所述第一电动/发电机3以发电机方式运行，所述第二电动/发电机5以发电机方式运行；
所述发动机直接驱动工作模式下，通过控制控制所述第一离合器2和所述第一制动器7分开，控制所述第二离合器8和所述第二制动器6结合，所述发动机1空载，所述第一电动/发电机3以发电机方式运行。
进一步，车辆行驶过程中从纯电动工作模式转换为混合动力工作模式时，为了使得模式转变过程中不存在冲击，优选的执行方式为：当以所述纯电动工作模式1工作时，应该先转变成纯电动工作模式2，同时所述发动机1启动，当该发动机1转速与所述第一电动/发电机3转速相同或相近时，所述第一离合器2结合，从而转成所述混合动力工作模式；当以所述纯电动工作模式2工作时，所述发动机1启动，当该发动机1转速与所述第一电动/发电机3转速相同或相近时，所述第一离合器2结合，从而转成混合动力工作模式。
进一步，车辆倒车时，优选采用纯电动工作模式1，并且所述第二电动/发电机5以电动机方式反向运转。
进一步，车辆在驻车状态时，所述第一离合器2、所述第二离合器8分开，所述第一制动器7和所述第二制动器6结合，所述发动机1、所述第一电动/发电机3和所述第二电动/发电机5停止运行。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种差速无级传动系统，其特征在于，该系统包括依次连接的第一电动/发电机（3）、第二离合器（8）、第一制动器（7）、第一差速器（4）、第二制动器（6）和第二电动/发电机（5），其中：所述第一电动/发电机（3）的转子、所述第二电动/发电机（5）的转子与所述第一差速器（4）的太阳轮通过传动轴直接连接或通过传动机构相连；所述第一差速器（4）作为动力耦合机构采用传统差速器，其一端的太阳轮作为动力输入端与所述第一制动器（7）相连、其另一端的太阳轮作为动力输入端与所述第二制动器（6）相连，该第一差速器（4）的行星齿轮作为动力输出端与第二差速器（9）连接，用于将动力传递到汽车车轮；该差速无级传动系统具有两种工作模式，一种是第二电动/发电机（5）以电动机方式单独驱动，另一种是第一电动/发电机（3）和所述第二电动/发电机（5）以电动机方式共同驱动。
2.如权利要求1所述的差速无级传动系统，其特征在于，所述第一差速器（4）和所述第二差速器（9）采用交叉轴或平行轴的方式布置。
3.如权利要求1或2所述的差速无级传动系统，其特征在于，该系统还包括发动机（1）和第一离合器（2），其中所述第一离合器（2）一端与所述发动机（1）连接，其另一端与所述第一电动/发电机（3）的转子连接。
4.权利要求1或2所述的差速无级传动系统在纯电动汽车上的应用。
5.如权利要求4所述的差速无级传动系统在纯电动汽车上的应用，其特征在于，该差速无级传动系统在纯电动汽车上根据不同行驶工况处于如下工作模式：
纯电动工作模式1：所述第二电动/发电机（5）以电动机方式单独驱动；
纯电动工作模式2：所述第一电动/发电机（3）和所述第二电动/发电机（5）以电动机方式共同驱动。
6.如权利要求5所述的差速无级传动系统在纯电动汽车上的应用，其特征在于，车辆低速运行时，采用纯电动工作模式1，车辆高速运行时，采用纯电动工作模式2。
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