CN113696711A - 一种复合式功率分流型混合动力传动系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合式功率分流型混合动力传动系统及其工作方法，包括内燃机、电机、发电机和第一行星轮系，内燃机的动力输出轴与第一行星轮系的行星传动连接，第一行星轮系的齿圈连接有输出轴，还包括第二行星轮系，第二行星轮系的齿圈被固定，第二行星轮系的太阳轮中间设有空心结构的太阳轮轴，电机的主轴与太阳轮轴传动连接，输出轴从太阳轮轴中间穿过并能相对其转动，太阳轮轴上连接有第一齿轮，第二行星轮系的行星架固连有第二齿轮，输出轴穿出太阳轮轴部位连接有通过滑动后能与第一齿轮或第二齿轮啮合的换档内齿圈。该混合动力传动系统实现了变换调节输出转矩时动力不中断，动力响应柔顺，有3档输出转矩粗调节，实现了有级、无级相结合的换挡方式。

Description

一种复合式功率分流型混合动力传动系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及混合动力传动系统领域，特别是一种复合式功率分流型混合动力传动系统及其工作方法。
背景技术
功率分流型混合动力传动系统通过一个耦合行星排将内燃机动力从行星架输入，然后分流为两条路径传输：一条直接将大部分转矩传递给齿圈，另一条通过太阳轮驱动发电机发电供给电机，电机的动力在输出轴上叠加齿圈动力后输出，如图1所示。这种功率分流而后再合并的方案，可实现对输入的内燃机转矩的调制（主要是放大），且不像一般变速装置那样须要通过变换啮合齿轮副来进行变矩和变速，也同样满足车辆行驶中变速/变矩的需求却能使操纵控制结构更为简单、可靠。因此，功率分流型混合动力传动系统已经成为一种有竞争力的传动构型。
一般将这个固定的传动比设计为实现减转速、增转矩，即通过一对减速齿轮的啮合，增大电机传给齿圈的转矩，进而增大输出总转矩，一般用转矩放大倍数β=T输出/T输入来表征传动系统的转矩特性。与乘用车不同，商用车在低速爬坡时需要很大的输出转矩，即要求β很大，仅仅依靠与齿圈连接的电机本身的低速增矩特性仍然不能满足车辆的大转矩需求；另一方面，当车辆高速运行时，转矩需求不大但要求转速很高；为了平衡高、低行驶车速下对转速、转矩的大范围变动的需求，典型的改进方案是在原输出轴之后再增加一个多档变速器，对输出转矩再进行一次放大，如图2所示：该结构分为二级，第一级，即右侧部分，与图1结构完全一样；第二级，即右侧部分，增加一个多档变速器，它承接了第一级的动力并对其进行可选择的放大，放大的范围就是多挡变速器的速比变化范围。这种构型可以满足具有大β需求的车辆全工况下的转速、转矩需求，但其缺点是：在进行换挡的过程中会出现短暂的动力中断，这对于车辆行驶是不利的，特别是在重载和爬坡的运行工况下动力中断影响较大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种复合式功率分流型混合动力传动系统及其工作方法，实现了变换调节输出转矩时动力不中断，动力响应柔顺。
本发明采用以下方案实现：一种复合式功率分流型混合动力传动系统，包括内燃机、电机、发电机和第一行星轮系，内燃机的动力输出轴与第一行星轮系的行星传动连接，第一行星轮系的齿圈连接有输出轴，还包括第二行星轮系，第二行星轮系的齿圈被固定，第二行星轮系的太阳轮中间设有空心结构的太阳轮轴，所述电机的主轴与太阳轮轴传动连接，所述输出轴从太阳轮轴中间穿过并能相对其转动，太阳轮轴上连接有第一齿轮，第二行星轮系的行星架固连有第二齿轮，所述输出轴穿出太阳轮轴部位连接有通过滑动后能与第一齿轮或第二齿轮啮合的换档内齿圈。
进一步的，所述输出轴穿出太阳轮轴部位设有花键并滑套着齿套轴，所述齿套轴和换档内齿圈通过缓冲套连接。
进一步的，所述缓冲套包括内圈和外圈，所述外圈内均布有多个向中间凸起的限位座，相邻两限位座之间形成限位槽，所述内圈外周部均布有多个伸入限位槽中的凸齿部，凸齿部和限位槽之间留有间隔，凸齿部外端部和限位槽槽底之间连接有传力弹簧片。
进一步的，所述换档内齿圈由三位气缸驱动，所述三位气缸包括缸体，所述缸体内部开设有前端小后端大的阶梯孔，阶梯孔两端均设有气孔，阶梯孔直径较小段内设有第一活塞，阶梯孔直径较大段内设有第二活塞，第二活塞为中间开设有导向通孔的空心活塞，，所述第一活塞后端设有可伸入第二活塞的通孔中并能相对其滑动的轴部。
进一步的，所述电机的主轴通过一对啮合的减速齿轮和太阳轮轴配合传动，所述第一行星轮系的太阳轮通过一对啮合的增速齿轮和发电机的主轴配合传动。
本发明另一技术方案：一种如上所述复合式功率分流型混合动力传动系统的工作方法，包括以下步骤：（1）当控制换档内齿圈处于第一齿轮和第二齿轮中间位置，换档内齿圈与第一齿轮和第二齿轮都不啮合，电机动力不叠加，此时输出转矩为最小；（2）当控制换档内齿圈与太阳轮轴上的第一齿轮相啮合，电机的动力经太阳轮轴叠加到输出轴上，输出转矩增加；（3）当控制换档内齿圈与第二齿轮啮合，电机的动力经第二行星轮系放大后叠加在输出轴上，输出转矩获得更大的增加。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）实现了变换调节输出转矩时动力不中断，动力响应柔顺，有3档输出转矩粗调节，实现了有级、无级相结合的换挡方式；
（2）采用三位气缸控制换挡，结构紧凑，易于控制；
（3）使用缓冲套，起到传力、缓冲、补偿不同心误差的作用，使换挡冲击减小且易于入档。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是一种现有技术混合动力传动系统构型图；
图2是另一种现有技术混合动力传动系统构型图；
图3是本发明实施例构造示意图；
图4是本发明实施例中缓冲套构造示意图；
图中标号说明：1-第一行星轮系、2-发电机、3-电机、4-减速齿轮、5-第二行星轮系的太阳轮、6-太阳轮轴、7-第一齿轮、8-增速齿轮、9-输出法兰、10-第二行星轮系的齿圈、11-行星架连接轴、12-第一齿轮、13-输出轴、14-齿套轴、15-换档内齿圈、16-三位气缸、17-第一活塞、18-第二活塞、19-缸体、20-第一气孔、21-第二气孔、22-外圈、23-限位座、24-传力弹簧片、25-内圈、26-缓冲套。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图2~4所示，一种复合式功率分流型混合动力传动系统，包括内燃机、电机3、发电机2和第一行星轮系1，内燃机的动力输出轴与第一行星轮系1的行星传动连接，第一行星轮系1的齿圈连接有输出轴13，还包括第二行星轮系，第二行星轮系的齿圈10被固定，第二行星轮系的太阳轮5中间设有空心结构的太阳轮轴6，太阳轮轴6与第二行星轮系的太阳轮5固连在一起，所述电机3的主轴与太阳轮轴6传动连接，所述输出轴13从太阳轮轴6中间穿过并能相对其转动，太阳轮轴6上连接有第一齿轮7，第一齿轮7和太阳轮轴6同步转动，第二行星轮系的行星架固连有第二齿轮12，第二齿轮12外套在太阳轮轴6上并能相对其转动，第一齿轮和第二齿轮的直径相同，所述输出轴13穿出太阳轮轴部位连接有通过滑动后能与第一齿轮7或第二齿轮12啮合的换档内齿圈15；当换档内齿圈15与第一齿轮和第二齿轮都不啮合时，电机的动力不叠加，输出轴的输出转矩最小；当换档内齿圈15与第一齿轮相啮合，电机的动力经太阳轮轴叠加到输出轴上，输出轴的输出转矩增大；当换档内齿圈15与第二齿轮相啮合，电机的动力经第二行星轮系放大后叠加到输出轴上，输出轴的输出转矩获得更大的增加。
该复合式功率分流型混合动力传动系统使得在动力传递不中断的情况下，可根据需要在预设的3种输出转矩范围内进行选择性应用，实现了变换调节输出转矩时动力不中断，即有3档输出转矩粗调节，而在每一档内通过电机的配合进行转矩的无级连续细调节；有级、无级相结合的动力不中断换挡，动力响应柔顺；由于仅对电机转矩进行调制放大，载荷相对较小，动力装置可设计得相对较小，使得动力装置相对更轻巧。
在本实施例中，第二行星轮系的行星架连接有外套在太阳轮轴6上的行星架连接轴11，行星架连接轴11能相对太阳轮轴6转动，第二齿轮12固连在行星架连接轴上并与其同步转动。
在本实施例中，所述输出轴13穿出太阳轮轴部位设有花键并滑套着齿套轴14，所述齿套轴14和换档内齿圈15通过缓冲套26连接。
在本实施例中，所述缓冲套26包括内圈25和外圈22，所述外圈22内均布有多个向中间凸起的限位座23，相邻两限位座23之间形成限位槽，所述内圈25外周部均布有多个伸入限位槽中的凸齿部，凸齿部和限位槽之间留有间隔，凸齿部外端部和限位槽槽底之间连接有传力弹簧片24，凸齿部外端部和限位槽槽底分别设有与传力弹簧片24两端卡接配合的卡槽，传力弹簧片24由多片弹簧片叠合而成；缓冲套26起着传力、缓冲、补偿不同心误差的作用，使换挡冲击减小且易于入档。
在本实施例中，所述换档内齿圈15由三位气缸16驱动，所述三位气缸16包括缸体19，所述缸体内部开设有前端小后端大的阶梯孔，阶梯孔两端均设有气孔，分别是第一气孔20和第二气孔阶21，第一气孔20与阶梯孔前端相通，第二气孔21与阶梯孔后端相通，阶梯孔直径较小段内设有第一活塞17，阶梯孔直径较大段内设有第二活塞18，第二活塞为中间开设有导向通孔的空心活塞，所述第一活塞后端设有可伸入第二活塞的通孔中并能相对其滑动的轴部，第一活塞前端连接有从缸体前端穿出的推拉杆；该三位气缸内的第一活塞可以进行三个位置的变化，分别是位于阶梯孔直径较小段前端、位于阶梯孔直径较小段后端和位于阶梯孔直径较大段前端，三个位置的变化也分别实现换档内齿圈三个位置的切换，分别是与第二齿轮啮合、与两个齿轮均不啮合以及与第一齿轮啮合。
当第一气孔20和第二气孔21同时通气时，由于第二气孔21对应的第二活塞受压面积大以及阶梯孔阶面的限位作用，第二活塞位于阶梯孔直径较大段前端，第一活塞处于阶梯孔直径较小段后端，第一活塞A17处于中间位置，推拉杆使换档内齿圈15既不左移也不右移而处于中间位置，这样使换档内齿圈15与第一齿轮7和第二齿轮12都不啮合，相当于电机“空挡”，电机动力不介入，此时输出转矩为最小，小于输入转矩，但不为零。
当第一气孔20通气而第二气孔21不通气时，第一活塞17和第二活塞18均被被推向后端，推拉杆使换档内齿圈15向右方移动，与太阳轮轴11上的第一齿轮相啮合，电机的动力经太阳轮轴与输出轴13连接，使电机动力直接叠加在输出轴13上，输出转矩增加。
当第一气孔20不通气而第二气孔21通气时，第一活塞17被推向前端，继而带动推拉杆使换档内齿圈15向左方移动，与行星架连接轴11上的第二齿轮12啮合，电机的动力经第二行星轮系放大后与输出轴13连接，使转矩放大后叠加在输出轴13上，输出转矩获得更大的增加。
在本实施例中，所述电机3的主轴通过一对啮合的减速齿轮4和太阳轮轴配合传动。
在本实施例中，所述第一行星轮系1的太阳轮通过一对啮合的增速齿轮8和发电机2的主轴配合传动，增速齿轮8中的大齿轮与第一行星轮系1的太阳轮同轴固连而同步转动，将内燃机的部分动力分流用于发电机 2 发电并经电机 3 转化为转矩动力再与输出轴 13汇合。
一种如上所述复合式功率分流型混合动力传动系统的工作方法，包括以下步骤：（1）当三位气缸的第一气孔和第二气孔同时通气时，三位气缸的第一活塞处于中间位置，控制换档内齿圈处于第一齿轮和第二齿轮中间位置，换档内齿圈与第一齿轮和第二齿轮都不啮合，电机动力不叠加，此时输出转矩为最小；（2）当三位气缸的第一气孔通气、第二气孔不通气时，三位气缸的第一活塞移动至后端，控制换档内齿圈向右移动与太阳轮轴上的第一齿轮相啮合，电机的动力经太阳轮轴叠加到输出轴上，输出转矩增加；（3）当三位气缸的第二气孔通气、第一气孔不通气时，三位气缸的第一活塞移动至前端，控制换档内齿圈向左移动与第二齿轮啮合，电机的动力经第二行星轮系放大后叠加在输出轴上，输出转矩获得更大的增加。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种复合式功率分流型混合动力传动系统，包括内燃机、电机、发电机和第一行星轮系，内燃机的动力输出轴与第一行星轮系的行星传动连接，第一行星轮系的齿圈连接有输出轴，其特征在于：还包括第二行星轮系，第二行星轮系的齿圈被固定，第二行星轮系的太阳轮中间设有空心结构的太阳轮轴，所述电机的主轴与太阳轮轴传动连接，所述输出轴从太阳轮轴中间穿过并能相对其转动，太阳轮轴上连接有第一齿轮，第二行星轮系的行星架固连有第二齿轮，所述输出轴穿出太阳轮轴部位连接有通过滑动后能与第一齿轮或第二齿轮啮合的换档内齿圈。
2.根据权利要求1所述的复合式功率分流型混合动力传动系统，其特征在于：所述输出轴穿出太阳轮轴部位设有花键并滑套着齿套轴，所述齿套轴和换档内齿圈通过缓冲套连接。
3.根据权利要求2所述的复合式功率分流型混合动力传动系统，其特征在于：所述缓冲套包括内圈和外圈，所述外圈内均布有多个向中间凸起的限位座，相邻两限位座之间形成限位槽，所述内圈外周部均布有多个伸入限位槽中的凸齿部，凸齿部和限位槽之间留有间隔，凸齿部外端部和限位槽槽底之间连接有传力弹簧片。
4.根据权利要求1所述的复合式功率分流型混合动力传动系统，其特征在于：所述换档内齿圈由三位气缸驱动，所述三位气缸包括缸体，所述缸体内部开设有前端小后端大的阶梯孔，阶梯孔两端均设有气孔，阶梯孔直径较小段内设有第一活塞，阶梯孔直径较大段内设有第二活塞，第二活塞为中间开设有导向通孔的空心活塞，所述第一活塞后端设有可伸入第二活塞的导向通孔中并能相对其滑动的轴部。
5.根据权利要求1所述的复合式功率分流型混合动力传动系统，其特征在于：所述电机的主轴通过一对啮合的减速齿轮和太阳轮轴配合传动，所述第一行星轮系的太阳轮通过一对啮合的增速齿轮和发电机的主轴配合传动。
6.一种如权利要求1所述复合式功率分流型混合动力传动系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）当控制换档内齿圈处于第一齿轮和第二齿轮中间位置，换档内齿圈与第一齿轮和第二齿轮都不啮合，电机动力不叠加，此时输出转矩为最小；（2）当控制换档内齿圈与太阳轮轴上的第一齿轮相啮合，电机的动力经太阳轮轴叠加到输出轴上，输出转矩增加；（3）当控制换档内齿圈与第二齿轮啮合，电机的动力经第二行星轮系放大后叠加在输出轴上，输出转矩获得更大的增加。
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