CN111237424B - 一种多模式混合动力-复合传动动力传动装置 - Google Patents

一种多模式混合动力-复合传动动力传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多模式混合动力‑复合传动动力传动装置，包括内燃机动力系统、行星齿轮总成、输出构件、电动机动力系统、液压传动系统、离合器组件和制动器组件，所述行星齿轮总成至少包括3个行星轮系，所述内燃机动力系统与液压传动系统连接，所述输出构件与行星齿轮总成连接，所述离合器组件分别将所述内燃机动力系统、电动机动力系统和液压传动系统连接到行星齿轮总成，所述离合器组件和制动器组件提供内燃机动力系统或/和电动机动力系统与输出构件之间连续的传动比。本发明通过传动装置结构设计和制动能量管理系统相结合，实现制动能量的回收和释放，提高能量利用率。

Description

一种多模式混合动力-复合传动动力传动装置
技术领域
本发明涉及变速传动箱领域，特别涉及一种多模式混合动力-复合传动动力传动装置。
背景技术
一个较为完整的动力传动装置主要由动力源、传动装置、行走装置和控制系统组成。就动力源而言，除内燃机和化学电源等单源驱动技术成熟以外，将内燃机和电动机两者相结合的混合动力车辆越来越受到广泛关注；就传动装置而言，除机械传动、电力传动和液压传动等单流传动外，复合传动往往能够摒弃单流传动的缺点，发挥其优点；就行走装置而言，可将行走装置与转向装置分离或结合，以满足不同的设计要求；就控制系统而言，可根据不同的目标函数，将传动系的实时工作点调节到相应的最佳值。
传统动力传动装置的设计主要集中在动力源、传动装置、行走装置和控制系统的某一个角度，较难实现多自由度控制。由双动力源构成的混合动力系统和由机液机构组成的复合传动系统相结合的动力传动装置具有良好的工程应用价值。一方面，复合传动系统通过液压传动、机液传动和机械传动适应不同工况的作业要求；另一方面，混合动力系统与复合传动系统相结合，自动调节内燃机与电动机的转速和转矩，以适应外部环境的变化。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种多模式混合动力-复合传动动力传动装置，通过电动机单独驱动机械传动机构，内燃机单独或和电动机一同驱动液压传动机构、机械传动机构和机液传动机构实现多种模式的切换。通过传动装置结构设计和制动能量管理系统相结合，实现制动能量的回收和释放，提高能量利用率。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种多模式混合动力-复合传动动力传动装置，包括内燃机动力系统、行星齿轮总成、输出构件、电动机动力系统、液压传动系统、离合器组件和制动器组件，所述行星齿轮总成至少包括3个行星轮系，所述内燃机动力系统与液压传动系统连接，所述输出构件与行星齿轮总成连接，所述离合器组件分别将所述内燃机动力系统、电动机动力系统和液压传动系统连接到行星齿轮总成，所述制动器组件和所述离合器组件提供内燃机动力系统或/和电动机动力系统与输出构件之间连续的传动比。
进一步，所述行星齿轮总成包括前行星轮系、中行星轮系和后行星轮系；所述前行星轮系的太阳轮与所述中行星轮系的齿圈连接，所述前行星轮系的行星架与所述中行星轮系的行星架连接，所述中行星轮系的太阳轮与后行星轮系的太阳轮连接，所述后行星轮系的行星架与输出构件连接；所述后行星轮系的齿圈与电动机动力系统连接。
进一步，通过调节液压传动系统的排量比和选择性控制所述离合器组件和制动器组件的接合，提供内燃机动力系统或/和电动机动力系统与输出构件之间的传动方式包括：液压传动、机械传动和机液传动。
进一步，所述离合器组件包括第二离合器C2、第三离合器C3、第四离合器C4和第五离合器C5；所述第二离合器C2用于选择性的将内燃机动力系统连接到液压传动系统以共同旋转；所述第三离合器C3用于选择性的将液压传动系统连接到所述前行星轮系的太阳轮以共同旋转；所述第四离合器C4用于选择性的将所述中行星轮系的齿圈连接到所述中行星轮系的太阳轮以共同旋转；所述第五离合器C5用于选择性的将所述后行星轮系的行星架连接到所述中行星轮系的行星架以共同旋转；通过调节液压传动系统的排量比和选择性控制所述第二离合器C2、第三离合器C3、第四离合器C4和第五离合器C5的接合，提供内燃机动力系统与输出构件之间的液压传动或提供内燃机动力系统和电动机动力系统与输出构件之间的液压传动。
进一步，所述制动器组件包括第二制动器B2和第三制动器B3，所述第二制动器B2用于选择性的将中行星轮系的齿圈连接到固定件；所述第三制动器B3用于选择性的将后行星轮系的齿圈连接到固定件；所述离合器组件还包括第一离合器C1和第六离合器C6，所述第一离合器C1用于选择性的将内燃机动力系统连接到前行星轮系的齿圈以共同旋转；所述第六离合器C6用于选择性的将后行星轮系的齿圈连接到后行星轮系的行星架以共同旋转；选择性控制所述第一离合器C1、第四离合器C4、第五离合器C5、第六离合器C6、第二制动器B2和第三制动器B3的接合，提供内燃机动力系统或/和电动机动力系统与输出构件之间的机械传动。
进一步，接合所述第五离合器C5和第六离合器C6，提供电动机动力系统与输出构件之间的内燃机-机械传动。
进一步，接合所述第三制动器B3、第一离合器C1和第四离合器C4，接合所述第三制动器B3、第一离合器C1和第五离合器C5，接合所述第一离合器C1、第四离合器C4和第五离合器C5，接合所述第二制动器B2、第一离合器C1和第五离合器C5，分别提供内燃机动力系统与输出构件之间各自相异的内燃机-机械传动。
进一步，接合第一离合器C1和第五离合器C5、接合第一离合器C1和第四离合器C4，分别提供内燃机动力系统和电动机动力系统与输出构件之间各自相异的双动力源-机械传动。
进一步，接合所述第一离合器C1、第二离合器C2、第三离合器C3和第三制动器B3，提供内燃机动力系统与输出构件之间的内燃机-机械液压传动；
接合所述第一离合器C1、第二离合器C2和第三离合器C3，提供内燃机动力系统和电动机动力系统与输出构件之间的双动力源-机液传动。
进一步，所述液压传动系统包括变量泵、定量马达、制动能量管理系统、第一制动器B1和定量马达制动器B0；所述内燃机动力系统通过接合第二离合器C2与变量泵连接；所述变量泵用于提供定量马达动力；所述定量马达通过接合第三离合器C3与所述前行星轮系的太阳轮连接以共同旋转；所述第一制动器B1用于选择性的将变量泵的输入端制动；所述定量马达制动器B0用于选择性的将定量马达的输出端制动；所述制动能量管理系统分别与变量泵出口和定量马达进口连通；
当动力传动装置制动时，接合所述第一离合器C1、第二离合器C2、第三离合器C3、第三制动器B3和定量马达制动器B0，提供输出构件的动能与制动能量管理系统的液压能之间的转化，用于将动能转化为液压能并输入所述制动能量管理系统内；
当动力传动装置起步或加速时，接合所述第三离合器C3、第四离合器C4、第五离合器 C5和第一制动器B1，提供制动能量管理系统的液压能与输出构件的动能之间的转化。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置，将混合动力-复合传动相结合，使该机电液一体化集成系统满足多工况作业要求和制动能量管理目标。采用电动机-机械传动模式满足小功率高精度的作业要求，采用内燃机-液压传动模式满足起步工况低速度大转矩的作业要求，采用双动力源-液压传动模式满足起步工况转矩较大且变化频繁的作业要求，采用内燃机-机械传动模式满足运输工况机械变速的作业要求，采用双动力源-机械传动模式满足运输工况无级调速的作业要求，采用内燃机-机液传动模式满足作业工况无级调速的作业要求，采用双动力源-机液传动模式满足作业工况高速度大转矩无级调速的作业要求；内燃机-机液传动2个挡位分别满足调速范围和调速精度的作业要求，单动力源-双流传动模式和双动力源 -单流传动模式在同样的调速范围内实现高效无级变速；车辆制动时，使车辆动能转化为动力传动系统液压能，车辆起步时，使动力传动系统液压能转化为车辆动能，实现动力传动系统能量管理优化。
附图说明
图1为本发明所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置结构原理图。
图2为本发明所述的电动机-机械传动模式M1功率流示意图。
图3为本发明所述的内燃机-液压传动模式M2功率流示意图。
图4为本发明所述的双动力源-液压传动模式M3功率流示意图。
图5为本发明所述的内燃机-机械传动1挡模式M4功率流示意图。
图6为本发明所述的双动力源-机械传动1挡模式M5功率流示意图。
图7为本发明所述的内燃机-机械传动2挡模式M6功率流示意图。
图8为本发明所述的双动力源-机械传动2挡模式M7功率流示意图。
图9为本发明所述的内燃机-机械传动3挡模式M8功率流示意图。
图10为本发明所述的内燃机-机械传动4挡模式M9功率流示意图。
图11为本发明所述的内燃机-机液传动模式M10功率流示意图。
图12为本发明所述的双动力源-机液传动模式M11功率流示意图。
图13为本发明所述的制动能量管理系统能量回收功率流示意图。
图14为本发明所述的制动能量管理系统能量释放功率流示意图。
图中：
1-内燃机动力系统；1-1-内燃机；1-2-内燃机动力输出轴；1-3-主离合器C0；1-4-输入轴； 2-前行星轮系；2-1-第一离合器C1；2-2-前行星轮系的齿圈；2-3-前行星轮系的行星架；2-4- 前行星轮系的太阳轮；3-中行星轮系；3-1-中行星轮系的齿圈；3-2-中行星轮系的行星架；3-3- 中行星轮系的太阳轮；3-4-第四离合器C4；3-5-第二制动器B2；4-后行星轮系；4-1-后行星轮系的太阳轮；4-2-后行星轮系的行星架；4-3-后行星轮系的齿圈；4-4-第五离合器C5；4-5-第六离合器C6；4-6-第三制动器B3；5-输出轴；6-电动机动力系统；6-1-电动机；6-2-电动机动力输出轴；7-液压传动系统；7-1-液压动力输入齿轮副；7-2-第二离合器C2；7-3-第一制动器 B1；7-4-变量泵；7-5-制动能量管理系统；7-6-定量马达；7-7-液压动力输出齿轮副；7-8-第三离合器C3；7-9-定量马达制动器B0。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置，包括内燃机动力系统1、前行星轮系2、中行星轮系3、后行星轮系4、输出轴5、电动机动力系统6和液压传动系统7。
内燃机动力系统1包括内燃机1-1和主离合器C0 1-3；所述内燃机1-1的内燃机动力输出轴1-2通过主离合器C0 1-3与输入轴1-4一端连接。所述输入轴1-4另一端通过第一离合器 C1 2-1与前行星轮系2连接。
所述液压传动系统7包括液压动力输入齿轮副7-1、液压动力输入离合器C2 7-2、第一制动器B1 7-3、变量泵7-4、制动能量管理系统7-5、定量马达7-6、液压动力输出齿轮副7-7、第三离合器C3 7-8和定量马达制动器B0 7-9；所述变量泵7-4输入端通过液压动力输入齿轮副 7-1与输入轴1-4连接，所述第二离合器C2 7-2用于选择性的将输入轴1-4通过液压动力输入齿轮副7-1连接到所述变量泵7-4输入端以共同旋转；所述第一制动器B1 7-3用于选择性的将变量泵7-4的输入端制动；所述定量马达制动器B0 7-9用于选择性的将定量马达7-6的输出端制动；所述变量泵7-4用于提供定量马达7-6动力；所述定量马达7-6输出端通过液压动力输出齿轮副7-7与所述前行星轮系2连接。所述制动能量管理系统7-5分别与变量泵7-4出口和定量马达7-6进口连通。
所述前行星轮系2包括第一离合器C1 2-1、前行星轮系的齿圈2-2、前行星轮系的行星架 2-3和前行星轮系的太阳轮2-4；所述前行星轮系的齿圈2-2、前行星轮系的行星架2-3和前行星轮系的太阳轮2-4构成行星轮系。所述前行星轮系的齿圈2-2通过第一离合器C1 2-1与所述输入轴1-4另一端连接；所述第三离合器C3 7-8用于选择性的将定量马达7-6输出端通过液压动力输出齿轮副7-7连接到所述前行星轮系的太阳轮2-4输入端以共同旋转。
所述中行星轮系3包括中行星轮系的齿圈3-1、中行星轮系的行星架3-2、中行星轮系的太阳轮3-3、第四离合器C4 3-4和第二制动器B2 3-5；所述中行星轮系的齿圈3-1、中行星轮系的行星架3-2和中行星轮系的太阳轮3-3构成行星轮系。所述中行星轮系的齿圈3-1与前行星轮系的太阳轮2-4固定连接，即定量马达7-6输出端通过液压动力输出齿轮副7-7可使中行星轮系的齿圈3-1和前行星轮系的太阳轮2-4共同旋转。前行星轮系的行星架2-3与中行星轮系的行星架3-2固定连接。所述第二制动器B2 3-5用于选择性的将中行星轮系的太阳轮3-3 连接到固定件；所述第四离合器C4 3-4用于选择性的将所述中行星轮系的齿圈3-1连接到所述中行星轮系的太阳轮3-3以共同旋转。
所述后行星轮系4包括后行星轮系的太阳轮4-1、后行星轮系的行星架4-2、后行星轮系的齿圈4-3、第五离合器C5 4-4、第六离合器C6 4-5和第三制动器B3 4-6；所述后行星轮系的太阳轮4-1、后行星轮系的行星架4-2和后行星轮系的齿圈4-3构成行星轮系。所述后行星轮系的太阳轮4-1与中行星轮系的太阳轮3-3固定连接，后行星轮系的齿圈4-3与与电动机动力系统6连接，所述后行星轮系的行星架4-2与输出轴5连接，所述第五离合器C5 4-4用于选择性的将所述后行星轮系的行星架4-2连接到所述中行星轮系的行星架3-2以共同旋转，由于前行星轮系的行星架2-3与中行星轮系的行星架3-2固定连接，因此当第五离合器C5 4-4 使所述后行星轮系的行星架4-2与中行星轮系的行星架3-2连接，则后行星轮系的行星架4-2、中行星轮系的行星架3-2和前行星轮系的行星架2-3为一个整体。所述第六离合器C6 4-5用于选择性的将后行星轮系的齿圈4-3连接到后行星轮系的行星架4-2以共同旋转；所述第三制动器B3 4-6用于选择性的将后行星轮系的齿圈4-3连接到固定件。所述电动机动力系统6 将电动机6-1输出的动力从电动机动力输出轴6-2传递到后行星轮系的齿圈4-3。
通过调节液压传动系统7的排量比和选择性控制所述离合器组件和制动器组件的接合，提供内燃机动力系统1或/和电动机动力系统6与输出轴5之间的传动方式包括：电动机-机械传动模式M1、内燃机-液压传动模式M2、双动力源-液压传动模式M3、内燃机-机械传动1 挡模式M4、双动力源-机械传动1挡模式M5、内燃机-机械传动2挡模式M6、双动力源-机械传动2挡模式M7、内燃机-机械传动3挡模式M8、内燃机-机械传动4挡模式M9、内燃机 -机液传动模式M10、双动力源-机液传动模式M11。各个模式的接合元件如表1所示。
1.采用电动机-机械传动模式M1，可满足小功率高精度的作业要求。
如图2所示，在该M1模式中，内燃机动力系统1不工作，电动机动力系统6输出动力。接合第五离合器C5 4-4和第六离合器C6 4-5，此时前行星轮系2、中行星轮系3和后行星轮系4共速，电动机动力系统6输出的功率流经后行星轮系的齿圈4-3传递到输出轴5。
2.采用内燃机-液压传动模式M2，满足起步工况低速度大转矩的作业要求。
如图3所示，在该M2模式中，内燃机动力系统1输出动力，电动机动力系统6不工作。接合主离合器C0 1-3、第二离合器C2 7-2、第三离合器C3 7-8、第四离合器C4 3-4和第五离合器C5 4-4，此时前行星轮系2、中行星轮系3和后行星轮系4共速，内燃机动力系统1输出的功率流经液压动力输入齿轮副7-1、变量泵7-4、定量马达7-6和液压动力输出齿轮副7-7传递到中行星齿轮齿圈3-1，再经由中行星轮系的太阳轮3-3、后行星轮系的太阳轮4-1、后行星轮系的行星架4-2传递到输出轴5。
3.采用双动力源-液压传动模式M3，满足起步工况转矩较大且变化频繁的作业要求。
如图4所示，在该M3模式中，内燃机动力系统1和电动机动力系统6都输出动力。接合主离合器C0 1-3、第二离合器C2 7-2、第三离合器C3 7-8和第四离合器C4 3-4，此时内燃机动力系统1输出的功率流经液压动力输入齿轮副7-1、变量泵7-4、定量马达7-6、液压动力输出齿轮副7-7、中行星轮系的齿圈3-1、中行星轮系的太阳轮3-3传递到后行星轮系的太阳轮4-1，与电动机动力系统6输出到后行星轮系的齿圈4-3的功率流在后行星轮系的行星架4-2汇流后，从输出轴5输出。
4.采用内燃机-机械传动模式，满足运输工况机械变速的作业要求。内燃机-机械传动模式包括内燃机-机械传动1挡模式M4、内燃机-机械传动2挡模式M6、内燃机-机械传动3挡模式M8和内燃机-机械传动4挡模式M9。在这些模式中，内燃机动力系统1输出动力，电动机动力系统6不工作。内燃机-机械传动模式共有四个挡位：
内燃机-机械传动1挡模式M4：
如图5所示，在该M4模式中，接合第三制动器B3 4-6、主离合器C0 1-3、第一离合器C1 2-1和第四离合器C4 3-4，此时，前行星齿轮机构2和中行星齿轮机构3共速，内燃机动力系统1输出的功率流经前行星轮系的齿圈2-2、前行星轮系的太阳轮2-4、中行星轮系的齿圈3-1、中行星轮系的太阳轮3-3和后行星轮系的太阳轮4-1，再经由后行星轮系的行星架4-2，传递到输出轴5。
内燃机-机械传动2挡模式M6：
如图7所示，在该M6模式中，接合第三制动器B3 4-6、主离合器C0 1-3、第一离合器C1 2-1和第五离合器C5 4-4，此时，内燃机动力系统1输出的功率流经前行星轮系的齿圈2-2分为两路，一路经前行星轮系的太阳轮2-4传递到中行星轮系的齿圈3-1，一路经前行星轮系的行星架2-3传递到中行星轮系的行星架3-2，两路功率流再经由中行星轮系的太阳轮3-3、后行星轮系的太阳轮4-1、后行星轮系的行星架4-2传递到输出轴5。
内燃机-机械传动3挡模式M8：
如图9所示，在该M8模式中，接合主离合器C0 1-3、第一离合器C1 2-1、第四离合器C4 3-4和第五离合器C5 4-4，此时，前行星轮系2、中行星轮系3和后行星轮系4共速，内燃机动力系统1输出的功率流经前行星轮系2、中行星轮系3和后行星轮系4，传递到输出轴5。
内燃机-机械传动4挡模式M9：
如图10所示，在该M9模式中，接合第二制动器B2 3-5、主离合器C0 1-3、第一离合器C1 2-1和第五离合器C5 4-4，此时，内燃机动力系统1输出的功率流经前行星轮系的齿圈2-2分为两路，一路经前行星轮系的太阳轮2-4传递到中行星轮系的齿圈3-1，一路经前行星轮系的行星架2-3传递到中行星轮系的行星架3-2，两路功率流在中行星轮系的行星架3-2汇流后，经后行星轮系的行星架4-2，从输出轴5输出。
5.采用双动力源-机械传动模式，满足运输工况无级调速的作业要求。双动力源-机械传动模式包括双动力源-机械传动1挡M5和双动力源-机械传动2挡M7，该模式中，内燃机动力系统1和电动机动力系统6都输出动力。双动力源-机械传动模式共有两个挡位：
双动力源-机械传动1挡模式M5：
如图6所示，在该M5模式中，接合主离合器C0 1-3、第一离合器C1 2-1和第四离合器C4 3-4，此时，前行星轮系2和中行星轮系3共速，内燃机动力系统1输出的功率流经前行星轮系的齿圈2-2、前行星轮系的太阳轮2-4、中行星轮系的齿圈3-1和中行星轮系的太阳轮3-3，传递到后行星轮系的太阳轮4-1，与电动机动力系统6输出到后行星轮系的齿圈4-3的功率流在后行星轮系的行星架4-2汇流后，从输出轴5输出。
双动力源-机械传动2挡模式M7：
如图8所示，在该M7模式中，接合主离合器C0 1-3、第一离合器C1 2-1和第五离合器C5 4-4，此时，内燃机动力系统1输出的功率流经前行星轮系的齿圈2-2分为两路，一路经前行星轮系的太阳轮2-4传递到中行星轮系的齿圈3-1，一路经前行星轮系的行星架2-3传递到中行星轮系的行星架3-2，两路功率流再经由中行星轮系的太阳轮3-3汇流，传递到后行星轮系的太阳轮4-1，与电动机动力系统6输出到后行星轮系的齿圈4-3的功率流在后行星轮系的行星架4-2汇流后，从输出轴5输出。
6.采用内燃机-机液传动模式M10，满足作业工况无级调速的作业要求。
如图11所示，在该M10模式中，内燃机动力系统1输出动力，电动机动力系统6不工作。接合第三制动器B3 4-6、主离合器C0 1-3、第一离合器C1 2-1、第二离合器C2 7-2和第三离合器C3 7-8，此时，内燃机动力系统1输出的功率流分为两路，一路经液压传动系统7传递到前行星轮系的太阳轮2-4和中行星轮系的齿圈3-1，一路传递到前行星轮系的齿圈2-2。传递到前行星轮系的太阳轮2-4的液压功率流与传递到前行星轮系的齿圈2-2的机械功率流汇合到前行星轮系的行星架2-3和中行星轮系的行星架3-2，传递到中行星轮系的行星架3-2 的复合功率流与传递到中行星轮系的齿圈3-1的液压功率流再次汇合到中行星轮系的太阳轮 3-3，最终汇合的功率流经后行星轮系的太阳轮4-1和后行星轮系的行星架4-2，从输出轴5 输出。
7.采用双动力源-机液传动模式M11，满足作业工况高速度大转矩无级调速的作业要求。
如图12所示，在该M11挡位中，内燃机动力系统1和电动机动力系统6都输出动力。接合主离合器C0 1-3、第一离合器C1 2-1、第二离合器C2 7-2和第三离合器C3 7-8。内燃机动力系统1输出的功率流分为两路，一路经液压传动系统7传递到前行星轮系的太阳轮2-4和中行星轮系的齿圈3-1，一路传递到前行星轮系的齿圈2-2。传递到前行星轮系的太阳轮2-4 的液压功率流与传递到前行星轮系的齿圈2-2的机械功率流汇合到前行星轮系的行星架2-3 和中行星轮系的行星架3-2，传递到中行星轮系的行星架3-2的复合功率流与传递到中行星轮系的齿圈3-1的液压功率流再次汇合到中行星轮系的太阳轮3-3，最终汇合的功率流经后行星轮系的太阳轮4-1，与电动机动力系统6输出到后行星轮系的齿圈4-3的功率流在后行星轮系的行星架4-2汇流后，从输出轴5输出。
本发明所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置的11个传动模式可进行切换。
动力传动装置选定的内燃机1-1主要参数为：额定功率120kW，额定转速2300r/min，最大转矩600Nm；选定的电动机6-1主要参数为：额定功率30kW，额定转速3000r/min，最大转矩200Nm。输出轴5上装有转速转矩传感器，将相关测量参数反馈到控制系统，控制系统根据选定的模式，合理分配内燃机1-1和电动机6-1的转速和转矩。
电动机-机械传动模式M1：输出-输入转速关系为：
no＝nMG，no∈[-1,1]nMG (1)
式(1)中，n0为输出轴转速r/min，nMG为电动机转速r/min。
no∈[-1,1]nMG表明输出轴转速可在电动机最大正负转速间变化；将外负载作用到输出轴5的转矩通过传感装置反馈给电动机6-1，进行自动调节。
内燃机-液压传动模式M2：输出-输入转速关系为：
Figure RE-GDA0002466326780000091
式(2)中，nICE为内燃机转速r/min，e为液压系统排量比，e∈[-1，1]，i1为液压动力输入齿轮副7-1传动比，i2为液压动力输出齿轮副7-7传动比，且i1i2＝1。
no∈[-1,1]nICE表明输出轴转速可在内燃机最大正负转速间变化；将外负载作用到输出轴5的转矩通过传感装置反馈给内燃机1-1，进行自动调节。
双动力源-液压传动模式M3：输出-输入转速关系为：
Figure RE-GDA0002466326780000092
式(3)中，k3为后行星轮系特性参数，令k3＝2。
在双动力源驱动时，通过传感控制装置使电动机转速不超过内燃机转速。
当nMG＝0时：
Figure RE-GDA0002466326780000093
由于e∈[-1,1]，故
Figure RE-GDA0002466326780000094
当nMG＝nICE时：
Figure RE-GDA0002466326780000095
由于e∈[-1,1]，故
Figure RE-GDA0002466326780000096
双动力源-液压传动模式M3中，电动机6-1扩大了输出轴5转速的范围，在高转速时能够得到较为精确的转速值。外负载作用到输出轴5的转矩通过传感装置反馈给内燃机1-1和电动机6-1，进行自动调节。
内燃机-机械传动1挡模式M4、内燃机-机械传动2挡模式M6、内燃机-机械传动3挡模式M8和内燃机-机械传动4挡模式M9属于内燃机-机械传动模式，
内燃机-机械传动1挡模式M4：输出-输入转速关系为：
Figure RE-GDA0002466326780000097
内燃机-机械传动2挡模式M6：输出-输入转速关系为：
Figure RE-GDA0002466326780000101
式(8)中，k1为前行星轮系特性参数，k2为中行星轮系特性参数，令k1＝k2＝2。
内燃机-机械传动3挡模式M8：输出-输入转速关系为：
no＝nICE (8)
内燃机-机械传动4挡模式M9：输出-输入转速关系为：
Figure RE-GDA0002466326780000102
双动力源-机械传动1挡模式M5：输出-输入转速关系为：
Figure RE-GDA0002466326780000103
在双动力源驱动时，通过传感控制装置使电动机转速不超过内燃机转速。
当nMG＝0时，即为内燃机-机械传动1挡模式M4：
Figure RE-GDA0002466326780000104
当nMG＝nICE时：即为内燃机-机械传动3挡模式M8：
no＝nICE (12)
双动力源-机械传动1挡模式M5中，通过改变电动机6-1的转速，使得
Figure RE-GDA0002466326780000105
范围内无级调速。同时，使得内燃机1-1在运行在最佳经济性曲线的前提下，通过传感控制装置，调节电动机的转速和转矩，使得车辆具有良好的调速特性。
双动力源-机械传动2挡模式M7：输出-输入转速关系为：
Figure RE-GDA0002466326780000106
在双动力源驱动时，通过传感控制装置使电动机转速不超过内燃机转速。
当nMG＝0时，即为内燃机-机械传动2挡模式M6：
Figure RE-GDA0002466326780000107
当nMG＝nICE时：即为内燃机-机械传动3挡模式M8：
no＝nICE (15)
双动力源-机械传动2挡模式M7中，通过改变电动机6-1的转速，使得
Figure RE-GDA0002466326780000111
范围内无级调速。同时，使得内燃机1-1在运行在最佳经济性曲线的前提下，通过传感控制装置，调节电动机的转速和转矩，使得车辆具有良好的调速特性。
双动力源-机械传动2挡模式M7调速范围为
Figure RE-GDA0002466326780000112
双动力源-机械传动1挡模式M5调速范围为
Figure RE-GDA0002466326780000113
双动力源-机械传动2挡模式M7相较于双动力源-机械传动1挡模式M5而言，调速范围变窄，但调速精度提高。
内燃机-机液传动模式M10：输出-输入转速关系为：
Figure RE-GDA0002466326780000114
采用内燃机-液压传动模式M2起步，当e＝0.5时，进入内燃机-机液传动模式M10，进行高效无级变速。由于e∈[-1,1]，故
Figure RE-GDA0002466326780000115
同时，使得内燃机1-1在运行在最佳经济性曲线的前提下，通过传感控制装置，调节电动机的转速和转矩，使得车辆具有良好的调速特性。
内燃机-机液传动模式M10采用的是单动力源-双流传动模式实现无级调速，双动力源- 机械传动1挡模式M5采用的是双动力源-单流传动模式实现无级变速，调速范围皆为
Figure RE-GDA0002466326780000116
双动力源-机液传动模式M11：输出-输入转速关系为：
Figure RE-GDA0002466326780000117
当nMG＝0时，即为内燃机-机液传动模式M10：
Figure RE-GDA0002466326780000118
在双动力源驱动时，通过传感控制装置使电动机转速不超过内燃机转速，当nMG＝nICE时：
Figure RE-GDA0002466326780000121
当e∈[-1,1]时，
Figure RE-GDA0002466326780000122
外负载作用到输出轴5的转矩通过传感装置反馈给内燃机1-1和电动机6-1，进行自动调节。
车辆制动时，通过控制模式切换元件使内燃机动力系统1和电动机动力系统6都不再提供动力，通过定量马达制动器B0 7-9使定量马达7-6制动，车辆的动能经输出轴5、后行星轮系的4、中行星轮系的3和前行星轮系的2进入液压传动系统7，驱动变量泵7-4将压力油存储到制动能量管理系统7-5中，使车辆的动能转化为液压能。车辆采用制动能量管理系统7-5 实现起步或加速时，通过第一制动器B1 7-3将变量泵7-4制动，制动能量管理系统7-5释放高压油驱动定量马达7-9，使液压能转化为动能，经由中行星轮系的3、后行星轮系的4和输出轴5，驱动车辆前行。
如图13所示，制动能量回收：当车辆制动时，内燃机1-1和电动机6-1都不再输出动力，接合定量马达制动器B0 7-9、第三制动器B3 4-6、第一离合器C1 2-1、第二离合器C2 7-2和第三离合器C3 7-8，车辆功率流经由输出轴5、后行星轮系的行星架4-2、后行星轮系的太阳轮 4-1传递到中行星轮系的太阳轮3-3，再由中行星轮系的行星架3-2、前行星轮系的行星架2-3、前行星轮系的齿圈2-2和液压动力输入齿轮副7-1传递到变量泵7-4，由于定量马达7-6制动，变量泵7-4将压力油存储到制动能量管理系统7-5里。
如图14所示，制动能量释放：当车辆采用制动能量管理系统实现起步或加速时，内燃机 1-1和电动机6-1都不再输出动力，接合第一制动器B1 7-3、第三离合器C3 7-8、第四离合器 C4 3-4和第五离合器C5 4-4，由于变量泵7-4制动，存储到制动能量管理系统7-5里的压力油驱动定量马达7-6，使液压能转化为动能，车辆功率流经由中行星轮系的齿圈3-1、中行星轮系的太阳轮3-3、后行星轮系的太阳轮4-1和后行星轮系的行星架4-2，传递到输出轴5，驱动车辆前进。
表1模式切换元件接合状态
Figure RE-GDA0002466326780000123
Figure 1
表中：“ICE”代表内燃机，“MG”代表电动机，“●”代表动力源处于工作状态，“○”代表动力源处于非工作状态；“B”代表制动器，“C”代表离合器，“▲”代表模式切换元件处于接合状态，“△”代表模式切换元件处于分离状态；
“*”处输出—输入关系为：
Figure RE-GDA0002466326780000132
“**”处输出—输入关系为
Figure RE-GDA0002466326780000133
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多模式混合动力-复合传动动力传动装置，其特征在于，包括内燃机动力系统(1)、行星齿轮总成、输出构件、电动机动力系统(6)、液压传动系统(7)、离合器组件和制动器组件，所述行星齿轮总成至少包括3个行星轮系，所述内燃机动力系统(1)与液压传动系统(7)连接，所述输出构件与行星齿轮总成连接，所述离合器组件分别将所述内燃机动力系统(1)、电动机动力系统(6)和液压传动系统(7)连接到行星齿轮总成，所述离合器组件和制动器组件提供内燃机动力系统(1)或/和电动机动力系统(6)与输出构件之间连续的传动比；所述行星齿轮总成包括前行星轮系(2)、中行星轮系(3)和后行星轮系(4)；所述前行星轮系(2)的太阳轮与所述中行星轮系(3)的齿圈连接，所述前行星轮系(2)的行星架与所述中行星轮系(3)的行星架连接，所述中行星轮系(3)的太阳轮与后行星轮系(4)的太阳轮连接，所述后行星轮系(4)的行星架与输出构件连接；所述后行星轮系(4)的齿圈与电动机动力系统(6)连接。
2.根据权利要求1所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置，其特征在于，通过调节液压传动系统(7)的排量比和选择性控制所述离合器组件和制动器组件的接合，提供内燃机动力系统(1)或/和电动机动力系统(6)与输出构件之间的传动方式包括：液压传动、机械传动和机液传动。
3.根据权利要求2所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置，其特征在于，所述离合器组件包括第二离合器C2(7-2)、第三离合器C3(7-8)、第四离合器C4(3-4)和第五离合器C5(4-4)；所述第二离合器C2(7-2)用于选择性的将内燃机动力系统(1)连接到液压传动系统(7)以共同旋转；所述第三离合器C3(7-8)用于选择性的将液压传动系统(7)连接到所述前行星轮系(2)的太阳轮以共同旋转；所述第四离合器C4(3-4)用于选择性的将所述中行星轮系(3)的齿圈连接到所述中行星轮系(3)的太阳轮以共同旋转；所述第五离合器C5(4-4)用于选择性的将所述后行星轮系(4)的行星架连接到所述中行星轮系(3)的行星架以共同旋转；通过调节液压传动系统(7)的排量比和选择性控制所述第二离合器C2(7-2)、第三离合器C3(7-8)、第四离合器C4(3-4)和第五离合器C5(4-4)的接合，提供内燃机动力系统(1)与输出构件之间的液压传动或提供内燃机动力系统(1)和电动机动力系统(6)与输出构件之间的液压传动。
4.根据权利要求3所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置，其特征在于，所述制动器组件包括第二制动器B2(3-5)和第三制动器B3(4-6)，所述第二制动器B2(3-5)用于选择性的将中行星轮系(3)的齿圈连接到固定件；所述第三制动器B3(4-6)用于选择性的将后行星轮系(4)的齿圈连接到固定件；所述离合器组件还包括第一离合器C1(2-1)和第六离合器C6(4-5)，所述第一离合器C1(2-1)用于选择性的将内燃机动力系统(1)连接到前行星轮系(2)的齿圈以共同旋转；所述第六离合器C6(4-5)用于选择性的将后行星轮系(4)的齿圈连接到后行星轮系(4)的行星架以共同旋转；选择性控制所述第一离合器C1(2-1)、第四离合器C4(3-4)、第五离合器C5(4-4)、第六离合器C6(4-5)、第二制动器B2(3-5)和第三制动器B3(4-6)的接合，提供内燃机动力系统(1)或/和电动机动力系统(6)与输出构件之间的机械传动。
5.根据权利要求4所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置，其特征在于，接合所述第五离合器C5(4-4)和第六离合器C6(4-5)，提供电动机动力系统(6)与输出构件之间的电动机-机械传动。
6.根据权利要求4所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置，其特征在于，接合所述第三制动器B3(4-6)、第一离合器C1(2-1)和第四离合器C4(3-4)，接合所述第三制动器B3(4-6)、第一离合器C1(2-1)和第五离合器C5(4-4)，接合所述第一离合器C1(2-1)、第四离合器C4(3-4)和第五离合器C5(4-4)，接合所述第二制动器B2(3-5)、第一离合器C1(2-1)和第五离合器C5(4-4)，分别提供内燃机动力系统(1)与输出构件之间不同传动方式的内燃机-机械传动。
7.根据权利要求4所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置，其特征在于，接合第一离合器C1(2-1)和第五离合器C5(4-4)、接合第一离合器C1(2-1)和第四离合器C4(3-4)，分别提供内燃机动力系统(1)和电动机动力系统(6)与输出构件之间不同传动方式的双动力源-机械传动。
8.根据权利要求3-7任一项所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置，其特征在于，接合第一离合器C1(2-1)、第二离合器C2(7-2)、第三离合器C3(7-8)和第三制动器B3(4-6)，提供内燃机动力系统(1)与输出构件之间的内燃机-机械液压传动；
接合第一离合器C1(2-1)、第二离合器C2(7-2)和第三离合器C3(7-8)，提供内燃机动力系统(1)和电动机动力系统(6)与输出构件之间的双动力源-机液传动。
9.根据权利要求4所述的多模式混合动力-复合传动动力传动装置，其特征在于，所述液压传动系统(7)包括变量泵(7-4)、定量马达(7-6)、制动能量管理系统(7-5)、第一制动器B1(7-3)和定量马达制动器B0(7-9)；所述内燃机动力系统(1)通过接合第二离合器C2(7-2)与变量泵(7-4)连接；所述变量泵(7-4)用于提供定量马达(7-6)动力；所述定量马达(7-6)通过接合第三离合器C3(7-8)与所述前行星轮系(2)的太阳轮连接以共同旋转；所述第一制动器B1(7-3)用于选择性的将变量泵(7-4)的输入端制动；所述定量马达制动器B0(7-9)用于选择性的将定量马达(7-6)的输出端制动；所述制动能量管理系统(7-5)分别与变量泵(7-4)出口和定量马达(7-6)进口连通；
当动力传动装置制动时，接合所述第一离合器C1(2-1)、第二离合器C2(7-2)、第三离合器C3(7-8)、第三制动器B3(4-6)和定量马达制动器B0(7-9)，提供输出构件的动能与制动能量管理系统(7-5)的液压能之间的转化，用于将动能转化为液压能并输入所述制动能量管理系统(7-5)内；
当动力传动装置起步或加速时，接合所述第三离合器C3(7-8)、第四离合器C4(3-4)、第五离合器C5(4-4)和第一制动器B1(7-3)，提供制动能量管理系统(7-5)的液压能与输出构件的动能之间的转化。
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