CN112268099A - 混动车型变速器及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

混动车型变速器及其运行方法，包括电机和发动机，所述电机的输出端连接主动输入带轮的输入端，主动输入带轮的输出端通过钢带连接从动输出带轮的输入端，所述从动输出带轮的输出端通过行星架连接行星齿轮的输入端，行星齿轮与输出齿轮外啮合，行星齿轮与内齿轮内啮合；所述发动机的输出端连接外齿轮二，外齿轮二与外齿轮一外啮合，外齿轮一与内齿轮为一体结构，外齿轮一与内齿轮的转速一致，通过内齿轮连接输出齿轮；所述输出齿轮上设置有输出轴，输出轴从外齿轮一与内齿轮的齿轮轴孔穿过，且不与外齿轮一和内齿轮接触。本发明通过结合CVT变速和行星齿轮变速来达到大扭矩无级变速传动。

Description

混动车型变速器及其运行方法
技术领域
本发明涉及变速器技术领域，特别涉及混动车型变速器及其运行方法。
背景技术
随着能源危机的日益加剧和国家排放标准的日益严格，混动车辆和电动汽车的市场份额将越来越大，现有的汽车变速器主要由以下几个问题：
无法实现大扭矩无级变速；无法让电机和发动机工作在最优区间。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供混动车型变速器及其运行方法，此变速器有三种大的驱动模式，分别为发动机单独驱动、电机单独驱动和发动机与电机联合驱动，能够通过结合CVT变速和行星齿轮变速来达到大扭矩无级变速传动。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
混动车型变速器，包括电机1和发动机11，假定发动机11和电机1顺时针旋转为正转，所述电机1的输出端连接主动输入带轮2的输入端，主动输入带轮2的输出端通过钢带3连接从动输出带轮4的输入端，所述从动输出带轮4的输出端通过行星架5连接行星齿轮(外齿轮)6的输入端，行星齿轮6与输出齿轮(外齿轮)7外啮合，行星齿轮6与内齿轮8内啮合；
所述发动机11的输出端连接外齿轮二10，外齿轮二10与外齿轮一9外啮合，外齿轮一9与内齿轮8为一体结构，外齿轮一9与内齿轮8的转速一致，通过内齿轮8连接输出齿轮7；
所述输出齿轮7上设置有输出轴12，输出轴12从外齿轮一9与内齿轮8的齿轮轴孔穿过，且不与外齿轮一9和内齿轮8接触。
所述的行星齿轮6、输出齿轮7、行星架5和内齿轮8共同构成行星轮系。
所述输入带轮2、钢带3和输出带轮4组成CVT无级变速机构，是整个变速器方案中的无级变速机构。
混动车型变速器的运行方法，分别包括发动机驱动模式、电机驱动模式和联合驱动模式。
所述发动机驱动模式为：
发动机单独驱动行车模式：发动机单独驱动行车时，电机不输出动力，此时发动机的动力传递路线如下：发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12；
发动机单独驱动驻车模式：此模式下，输出齿轮7停止转动，通过离合器让行星齿轮6不再绕着内齿轮8旋转，同时把行星齿轮6和内齿轮8联结到一起，电机不输出动力，此时动力传递路线如下：
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→行星架5→输出带轮4→钢带3→输入带轮2→电机1；
在驻车模式下，行星架5，输出带轮4，钢带3，输入带轮2以及电机1都是反转状态，电机1成为发电机给动力电池充电；
发动机单独驱动空档模式：此时通过离合器让行星齿轮6与输出齿轮7脱开接触，同时让行星齿轮6不再绕着内齿轮8旋转，行星齿轮6和内齿轮8联结到一起，则内齿轮8带动行星齿轮6，行星齿轮6带动行星架5反向旋转，动力传递路线如下：
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→行星架5→输出带轮4→钢带3→输入带轮2→电机1；
在空档模式下，行星架5、输出带轮4、钢带3、输入带轮2、电机1反向旋转，电机1成为发电机给动力电池充电；
发动机单独驱动倒车模式：此时通过离合器让行星齿轮6不再绕着内齿轮8旋转，同时让内齿轮8、输出齿轮7和行星齿轮6联结到一起，内齿轮8就可以通过行星齿轮6带动输出齿轮7与行星架5反向旋转，动力传递路线如下：
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→行星架5→输出带轮4→钢带3→输入带轮2→电机1；
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12；
在倒车模式下，电机1作为发电机给动力电池充电。
所述电机单独驱动模式为：此时，发动机停止转动并锁止，电机为整车提供动力。
电机单独驱动行车模式变速器动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12。
电机单独驱动驻车模式：通过离合器让行星齿轮6和输出齿轮7脱开啮合，行星齿轮6绕着内齿轮8旋转。此时电机动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→齿轮6；
电机单独驱动空档模式：通过离合器让行星齿轮6和输出齿轮7脱开啮合，行星齿轮6绕着内齿轮8旋转，此时电机动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6；
电机单独驱动倒车模式：此模式下通过转换电机旋向来完成倒挡，在电机单独驱动倒车模式下，变速器动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12。
所述联合驱动模式为：
联合驱动行车模式下动力传递路线如下：电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12；
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12；
在联合驱动行车模式下，发动机带动行星齿轮机构，电机带动CVT无级变速机构，以此来实现无级大扭矩传动；
联合驱动驻车模式：联合驱动驻车模式与发动机单独驱动驻车模式一致；
联合驱动空档模式：联合驱动空挡模式与发动机单独驱动空挡模式一致；
联合驱动倒车模式：联合驱动倒车模式与发动机单独驱动倒车模式一致。
本发明的有益效果：
电机1带动CVT无级变速机构(输入带轮2、钢带3和输出带轮4组成)实现整个变速器的无级变速，发动机11通过外齿轮二10、外齿轮一9以及行星轮系(行星架5、齿轮6、输出齿轮7和内齿轮8组成)实现大扭矩传动。也就是说，通过结合CVT变速和行星齿轮变速来达到大扭矩无级变速传动；
可以使电机1和发动机11都工作在最佳工作区域，提高燃油经济型。改变以往单独使用CVT无级变速或者单独使用行星轮系变速的缺点，将CVT与行星齿轮的优势结合起来。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
电机1、主动输入带轮2、钢带3、从动输出带轮4、行星架5、行星齿轮(外齿轮)6、输出齿轮(外齿轮)7、内齿轮8、外齿轮一9、外齿轮二10、发动机11、输出轴12。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：
发动机单独驱动行车模式：
发动机单独驱动行车时，电机不输出动力。此时发动机的动力传递路线如下：
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12；
此时，变速器相当于一个简单的行星齿轮减速器，各个构件转速计算如下：
Figure BDA0002738284620000061
n8＝n9
Figure BDA0002738284620000062
n11＝n10
联立以上各式得到：
Figure BDA0002738284620000063
以上各式中各参数含义如下：
i—传动比；n—齿轮转速(转/分)；Z—齿轮齿数
发动机单独驱动驻车模式：
此模式下，通过离合器让行星齿轮6不再绕着齿轮8旋转，行星齿轮6和内齿轮8联结在一起，电机不输出动力。此时动力传递路线如下：
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→行星架5→输出带轮4→钢带3→输入带轮2→电机1；
在驻车模式下，行星架5，输出带轮4，钢带3，输入带轮2以及电机1都是反向旋转，电机成为发电机给动力电池充电。
发动机单独驱动空档模式：
此时通过离合器让行星齿轮6与输出齿轮7脱开接触，行星齿轮6不再绕着齿轮8旋转，行星齿轮6和内齿轮8联结在一起。则内齿轮8带动行星齿轮6，行星齿轮6带动行星架5反向旋转。动力传递路线如下：
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→行星架5→输出带轮4→钢带3→输入带轮2→电机1；
在空档模式下，行星架5、输出带轮4、钢带3、输入带轮2和电机1反向旋转，电机1作为发电机给动力电池充电。
发动机单独驱动倒车模式：
此时通过离合器让行星齿轮6不再绕着内齿轮8旋转，同时让内齿轮8、输出齿轮7和行星齿轮6联结到一起，那么内齿轮8就可以通过行星齿轮6带动输出齿轮7与行星架5反向旋转。动力传递路线如下：
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→行星架5→输出带轮4→钢带3→输入带轮2→电机1；
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12
在倒车模式下，电机作为发电机给动力电池充电。
电机单独驱动模式：此时发动机停止转动并锁止，电机为整车提供动力。
电机单独驱动行车模式变速器动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12；
各个构件转速计算如下：
构件 原有转速 在转化轮系中的转速
行星齿轮6 n<sub>6</sub> n<sub>6</sub>-n<sub>5</sub>
输出齿轮7 n<sub>7</sub> n<sub>7</sub>-n<sub>5</sub>
行星架5 n<sub>5</sub> 0
可以得到以下公式：
Figure BDA0002738284620000081
n5＝n4
Figure BDA0002738284620000082
n1＝n2
联立以上公式可以得出：
Figure BDA0002738284620000083
以上各式中各个参数含义如下：
i—传动比；n—齿轮转数(转/分)；Z—齿轮齿数
电机单独驱动驻车模式：通过离合器让行星齿轮6和输出齿轮7脱开啮合，行星齿轮6绕着内齿轮8旋转。此时变速器动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6
电机单独驱动空档模式：通过离合器让行星齿轮6和输出齿轮7脱开啮合，行星齿轮6绕着内齿轮8旋转。此时变速器动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6
电机单独驱动倒车模式：此模式下通过转换电机旋向来完成倒挡，在电机单独驱动倒车模式下，变速器动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12
联合驱动行车模式下动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12；
发动机11→外齿轮二10→外齿轮一9→内齿轮8→行星齿轮6→输出齿轮7→输出轴12；
各个齿轮转速计算如下：
Figure BDA0002738284620000091
Figure BDA0002738284620000101
Figure BDA0002738284620000102
Figure BDA0002738284620000103
n8＝n9
Figure BDA0002738284620000104
n10＝n11
n2＝n1
Figure BDA0002738284620000105
Figure BDA0002738284620000106
n5＝n4
以上各式中，各个参数含义如下：
i—传动比；
Figure BDA0002738284620000107
和
Figure BDA0002738284620000108
—在转化轮系中的传动比
n—齿轮转速(转/分)P—功率(千瓦)Z—齿轮齿数T—扭矩(牛*米)
联立以上各个公式可以得出：
Figure BDA0002738284620000109
Figure BDA00027382846200001010
从计算结果可以看出，在变速器未确定之前，对输出齿轮7的转速影响较大的几个参数分别是：
Figure BDA0002738284620000111
n1、n11、i24
在变速器各个齿轮齿数、电机转速和发动机转速确定后，对输出齿轮7的转速影响最大的就是i24。i24越大，输出齿轮7输出转速越小，i24越小，输出齿轮7输出转速越大。输出齿轮7的输出扭矩则与输出齿轮7的输出转速成反比关系，转速越大，扭矩越小，转速越小，扭矩越大。从另一个角度来说，如果带轮的传动比已经达到最大，但是还想额外增加输出齿轮7的输出扭矩，则可以通过减小
Figure BDA0002738284620000112
和
Figure BDA0002738284620000113
来达到目标。在联合驱动行车模式下，通过带轮来完成无级传动，通过行星齿轮完成大扭矩传动。
在混动变速器方案中，行星轮系作为中介机构将电机1和发动机11的动力联系起来，行星轮系是变速器的关键机构。

Claims (7)

1.混动车型变速器，其特征在于，包括电机(1)和发动机(11)，所述电机(1)的输出端连接主动输入带轮(2)的输入端，输入带轮(2)的输出端通过钢带(3)连接从动输出带轮(4)的输入端，所述从动输出带轮(4)的输出端通过行星架(5)连接行星齿轮(6)的输入端，行星齿轮(6)与输出齿轮(7)外啮合，行星齿轮(6)与内齿轮(8)内啮合；
所述发动机(11)的输出端连接外齿轮二(10)，外齿轮二(10)与外齿轮一(9)外啮合，外齿轮一(9)与内齿轮(8)为一体结构，内齿轮(8)与输出齿轮(7)外啮合；
所述输出齿轮(7)上设置有输出轴(12)，输出轴(12)从外齿轮一(9)与内齿轮(8)的齿轮轴孔穿过，且不与外齿轮一(9)和内齿轮8接触。
2.根据权利要求1所述的混动车型变速器，其特征在于，所述的行星齿轮(6)、输出齿轮(7)、行星架(5)和内齿轮(8)共同构成行星轮系。
3.根据权利要求1所述的混动车型变速器，其特征在于，所述输入带轮2、钢带(3)和输出带轮(4)组成CVT无级变速机构。
4.基于权利要求1所述的混动车型变速器的运行方法，其特征在于，分别包括发动机驱动模式、电机驱动模式和联合驱动模式。
5.根据权利要求4所述的混动车型变速器的运行方法，其特征在于，所述发动机驱动模式为：
发动机单独驱动行车模式；发动机单独驱动行车时，电机不输出动力，此时发动机的动力传递路线如下：发动机(11)→外齿轮二(10)→外齿轮一(9)→内齿轮(8)→行星齿轮(6)→输出齿轮(7)→输出轴(12)；
发动机单独驱动驻车模式，此模式下，输出齿轮(7)停止转动，通过离合器让行星齿轮6不再绕着内齿轮8旋转，行星齿轮6和内齿轮8联结到一起，电机不输出动力，此时动力传递路线如下：
发动机(11)→外齿轮二(10)→外齿轮一(9)→内齿轮(8)→行星齿轮(6)→行星架(5)→输出带轮(4)→钢带(3)→输入带轮(2)→电机(1)；
在驻车模式下，行星架(5)，输出带轮(4)，钢带(3)，输入带轮(2)以及电机(1)都是反向旋转，电机(1)成为发电机给动力电池充电；
发动机单独驱动空档模式：此时通过离合器让行星齿轮(6)与输出齿轮(7)脱开接触，同时让行星齿轮(6)停止转动，行星齿轮(6)不再绕着内齿轮(8)旋转，行星齿轮(6)和内齿轮(8)联结到一起，则内齿轮(8)带动行星齿轮(6)，行星齿轮(6)带动行星架(5)反向旋转，动力传递路线如下：
发动机(11)→外齿轮二(10)→外齿轮一(9)→内齿轮(8)→行星齿轮(6)→行星架(5)→输出带轮(4)→钢带(3)→输入带轮(2)→电机(1)；
在空档模式下，行星架(5)、输出带轮(4)、钢带(3)、输入带轮(2)、电机(1)反向旋转，发电机作为发电机给动力电池充电；
发动机单独驱动倒车模式：此时通过离合器让行星齿轮(6)停止转动，行星齿轮(6)不再绕着内齿轮(8)旋转，行星齿轮(6)和内齿轮(8)联结到一起，内齿轮(8)就可以通过行星齿轮(6)带动输出齿轮(7)与行星架(5)反向旋转，动力传递路线如下：
发动机(11)→外齿轮二(10)→外齿轮一(9)→内齿轮(8)→行星齿轮(6)→行星架(5)→输出带轮(4)→钢带(3)→输入带轮(2)→电机(1)；
发动机(11)→外齿轮二(10)→外齿轮一(9)→内齿轮(8)→行星齿轮(6)→输出齿轮(7)→输出轴(12)；
在倒车模式下，电机作为发电机给动力电池充电。
6.根据权利要求4所述的混动车型变速器的运行方法，其特征在于，所述电机驱动模式下发动机停止转动并锁止，电机为整车提供动力；
电机单独驱动行车模式变速器动力传递路线如下：
电机(1)→输入带轮(2)→钢带(3)→输出带轮(4)→行星架(5)→行星齿轮(6)→输出齿轮(7)→输出轴(12)；
电机单独驱动驻车模式：通过离合器让行星齿轮(6)和输出齿轮(7)脱开啮合，行星齿轮(6)绕着内齿轮(8)旋转，此时变速器动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6；
电机单独驱动空档模式：通过离合器让行星齿轮(6)和输出齿轮(7)脱开啮合，行星齿轮(6)绕着内齿轮(8)旋转。此时变速器动力传递路线如下：
电机1→输入带轮2→钢带3→输出带轮4→行星架5→行星齿轮6；
电机单独驱动倒车模式：此模式下通过转换电机旋向来完成倒挡，在电机单独驱动倒车模式下，变速器动力传递路线如下：
电机(1)→输入带轮(2)→钢带(3)→输出带轮(4)→行星架(5)→行星齿轮(6)→输出齿轮(7)→输出轴(12)。
7.根据权利要求4所述的混动车型变速器的运行方法，其特征在于，所述联合驱动模式为：
联合驱动行车模式下动力传递路线如下：电机(1)→输入带轮(2)→钢带(3)→输出带轮(4)→行星架(5)→行星齿轮(6)→输出齿轮(7)→输出轴(12)；
发动机(11)→外齿轮二(10)→外齿轮一(9)→内齿轮(8)→行星齿轮(6)→输出齿轮(7)→输出轴(12)；
在联合驱动行车模式下，发动机带动行星齿轮机构，电机带动CVT无级变速机构，以此来实现无级大扭矩传动；
联合驱动驻车模式：联合驱动驻车模式与发动机单独驱动驻车模式一致；
联合驱动空档模式：联合驱动空挡模式与发动机单独驱动空挡模式一致；
联合驱动倒档模式：联合驱动倒车模式与发动机单独驱动倒车模式一致。
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