CN114673774B - 带机械无级变速器的复合传动装置及其控制方法 - Google Patents

带机械无级变速器的复合传动装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带机械无级变速器的复合传动装置及其控制方法，包括输入轴组件、前行星齿轮传动组件、后行星齿轮传动组件、输出轴和机械无级变速器，通过制动器和离合器之间的组合切换实现单一传动模式和复合传动模式两种类型的传动模式。有益效果：本发明可实现各种传动模式的自由切换，是集单一传动模式和复合传动模式为一体，提高了调节自由度，扩大了调速范围；前杯轮环盘传动机构和后杯轮环盘传动机构的输入输出轴在同一轴线上，因此结构紧凑且中间滚轮能够稳定可靠的传递较大扭矩。

Description

带机械无级变速器的复合传动装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种复合传动装置，特别提供了一种带机械无级变速器的复合传动装置及其控制方法，属于变速传动装置技术领域。
背景技术
齿轮单流传动效率高，但传动比固定，操作过程中需要频繁换挡；液压单流传动能够方便地实现无级调速，且传递转矩大，但其传动效率低。
双级杯轮环盘式机械无级变速装置结构采用以弹簧压紧两侧的输入输出盘，再通过改变中间滚轮的角度改变输入输出的传动比。作为典型代表的是日本的Nissan ExtroidCVT,它中间的滚轮采用电控液压驱动，传动实际采用的是牵引传动的原理，中间滚轮与输入输出盘不直接接触，通过特殊的粘性油传递扭矩，从而降低有害摩擦和磨损。并且双级杯轮环盘式机械无级变速装置的输入输出轴在同一轴线上，因此结构紧凑且中间滚轮能够传递非常大的扭矩。双级杯轮环盘式机械无级变速装置的调速范围较大，适用功率范围大，但是其在传动比较大时效率较低。
复合传动能够发扬单流传动的优点，摒弃其缺点，成为变速传动装置发展的趋势。集多种传动方式为一体，并可自由组合成复合传动的传动装置将是变速传动装置设计的新趋势。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种带双级杯轮环盘式机械无级变速器的复合传动装置及其控制方法，是集单一传动模式和复合传动模式为一体，并可在各种传动方式间进行切换的复合传动装置，提高了调节自由度，扩大了调速范围。
技术方案：一种带机械无级变速器的复合传动装置，
包括输入轴组件，所述输入轴组件包括输入轴、第一离合器L1、中间齿轮和传动轴；
液压传动组件，所述液压传动组件包括变量泵、定量马达、第二离合器L2和变量泵驱动齿轮副，所述变量泵依次通过第二离合器L2和变量泵驱动齿轮副与传动轴连接；
前行星齿轮传动组件，所述前行星齿轮传动组件包括前行星齿轮外齿圈、前行星齿轮行星架、前行星齿轮太阳轮、第三制动器B3、第二制动器B2，所述第三制动器B3与前行星齿轮太阳轮连接，所述输入轴通过第一离合器L1与前行星齿轮太阳轮，所述第二制动器B2与前行星齿轮外齿圈连接，所述前行星齿轮外齿圈与定量马达的输出端齿轮连接；
后行星齿轮传动组件，所述后行星齿轮传动组件包括后行星齿轮外齿圈、后行星齿轮行星架、后行星齿轮太阳轮和第一制动器B1；所述后行星齿轮太阳轮与前行星齿轮行星架连接，所述第一制动器B1与后行星齿轮外齿圈连接；
输出轴，所述输出轴与后行星齿轮行星架连接；
机械无级变速器，所述机械无级变速器包括杯轮环盘传动机构、杯轮环盘输入轴和杯轮环盘输出轴，所述杯轮环盘输入轴分别与传动轴和前行星齿轮行星架齿轮连接，所述杯轮环盘输入轴与传动轴之间设有第三离合器L3，所述杯轮环盘输入轴与前行星齿轮行星架之间设有第四离合器L4，所述杯轮环盘输出轴与后行星齿轮外齿圈齿轮连接。
本发明可实现各种传动模式的自由切换，是集单一传动模式和复合传动模式为一体，提高了调节自由度，扩大了调速范围。
优选项，为了进一步扩大传动比的调节范围，所述杯轮环盘传动机构包括前杯轮环盘传动机构和后杯轮环盘传动机构，所述前杯轮环盘传动机构和后杯轮环盘传动机构相互串联。前杯轮环盘传动机构和后杯轮环盘传动机构的输入输出轴在同一轴线上，因此结构紧凑且中间滚轮能够稳定可靠的传递较大扭矩。
一种带机械无级变速器的复合传动装置的控制方法，所述通过制动器和离合器之间的组合切换实现单一传动模式和复合传动模式两种类型的传动模式，单一类型的传动模式包括液压传动模式、机械定速传动模式和机械无级变速传动模式，复合传动模式包括机械定速与液压复合传动模式、机械定速与机械变速复合传动模式和液压与机械变速复合传动模式。
优选项，所述单一类型的传动模式的控制方法如下：
液压传动模式：第二离合器L2、第一制动器B1和第三制动器B3接合，同时第一离合器L1、第三离合器L3、第四离合器L4和第二制动器B2分离；动力经输入轴、中间齿轮、传动轴、第二离合器L2和变量泵驱动齿轮副驱动变量泵工作，变量泵输出高压油液驱动定量马达旋转，定量马达的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈、前行星齿轮行星架、后行星齿轮太阳轮、后行星齿轮行星架至输出轴输出；
机械定速传动模式：第一离合器L1、第一制动器B1和第二制动器B2接合，同时第二离合器L2、第三离合器L3、第四离合器L4和第三制动器B3分离；动力由输入轴依次经过第一离合器L1、前行星齿轮太阳轮、前行星齿轮行星架、后行星齿轮太阳轮、后行星齿轮行星架至输出轴输出；
机械无级变速传动模式：第三离合器L3、第二制动器B2和第三制动器B3接合，同时第一离合器L1、第二离合器L2、第四离合器L4和第一制动器B1分离；动力经输入轴、中间齿轮、传动轴、第三离合器L3、杯轮环盘输入轴、杯轮环盘传动机构、杯轮环盘输出轴、后行星齿轮外齿圈、后行星齿轮行星架至输出轴输出。
优选项，所述复合传动模式的控制方法如下：
机械定速与液压复合传动模式：第一离合器L1、第二离合器L2和第一制动器B1接合，同时第三离合器L3、第四离合器L4、第二制动器B2和第三制动器B3分离；动力经输入轴组件分成两路，一路经输入轴、中间齿轮、传动轴、第二离合器L2和变量泵驱动齿轮副驱动变量泵工作，变量泵输出高压油液驱动定量马达旋转，定量马达的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈至前行星齿轮行星架；另一路由输入轴依次经过第一离合器L1、前行星齿轮太阳轮至前行星齿轮行星架与经液压传动组件的动力汇合，汇合后的动力经后行星齿轮太阳轮、后行星齿轮行星架至输出轴输出；
机械定速与机械变速复合传动模式包括机械定速与机械变速并联式复合传动模式和机械定速与机械变速串联式复合传动模式，
机械定速与机械变速并联式复合传动模式，动力经输入轴组件分成两路，动力分别经过相互并联的前行星齿轮传动组件和机械无级变速器后汇合于后行星齿轮传动组件的后行星齿轮行星架，最终动力由输出轴输出，
机械定速与机械变速串联式复合传动模式，动力依次经过前行星齿轮传动组件和机械无级变速器后汇合于后行星齿轮行星架，最终动力由输出轴输出；
液压与机械变速复合传动模式包括液压与机械变速并联式复合传动模式和液压与机械变速串联式复合传动模式，
液压与机械变速并联式复合传动模式，动力经输入轴、中间齿轮和传动轴分成两路，动力分别经过相互并联的液压传动组件和机械无级变速器后汇合于后行星齿轮传动组件的后行星齿轮行星架，最终动力由输出轴输出，
液压与机械变速串联式复合传动模式，动力依次经过液压传动组件和机械无级变速器后汇合于后行星齿轮行星架，最终动力由输出轴输出。
优选项，所述机械定速与机械变速并联式复合传动模式的控制方法如下：
第一离合器L1、第三离合器L3和第二制动器B2接合，同时第二离合器L2、第四离合器L4、第一制动器B1和第三制动器B3分离；动力经输入轴组件分成两路，一路经输入轴、中间齿轮、传动轴、第三离合器L3、杯轮环盘输入轴、杯轮环盘传动机构、杯轮环盘输出轴、后行星齿轮外齿圈至后行星齿轮行星架，另一路由输入轴依次经过第一离合器L1、前行星齿轮太阳轮、前行星齿轮行星架、后行星齿轮太阳轮与经机械无级变速器的动力汇合于后行星齿轮行星架至输出轴输出；
所述机械定速与机械变速串联式复合传动模式的控制方法如下：
第一离合器L1、第四离合器L4和第二制动器B2接合，同时第二离合器L2、第三离合器L3、第一制动器B1和第三制动器B3分离；动力经输入轴、第一离合器L1、前行星齿轮太阳轮、前行星齿轮行星架、后行星齿轮太阳轮至后行星齿轮行星架，经过前行星齿轮行星架的动力再依次经过第四离合器L4、杯轮环盘输入轴、杯轮环盘传动机构、杯轮环盘输出轴、后行星齿轮外齿圈至后行星齿轮行星架，经过前行星齿轮传动组件和机械无级变速器的动力汇合于后行星齿轮行星架，最终动力由输出轴输出。
优选项，所述液压与机械变速并联式复合传动模式的控制方法如下：
第二离合器L2、第四离合器L4和第三制动器B3接合，同时第一离合器L1、第三离合器L3、第一制动器B1和第二制动器B2分离；动力经输入轴、中间齿轮和传动轴后分成两路，一路经第二离合器L2和变量泵驱动齿轮副驱动变量泵工作，变量泵输出高压油液驱动定量马达旋转，定量马达的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈、前行星齿轮行星架、后行星齿轮太阳轮至后行星齿轮行星架，另一路经第三离合器L3、杯轮环盘输入轴、杯轮环盘传动机构、杯轮环盘输出轴、后行星齿轮外齿圈至后行星齿轮行星架，经过液压传动组件和机械无级变速器的动力汇合于后行星齿轮行星架，最终动力由输出轴输出；
所述液压与机械变速串联式复合传动模式的控制方法如下：
第二离合器L2、第三离合器L3和第三制动器B3接合，同时第一离合器L1、第四离合器L4、第一制动器B1和第二制动器B2分离；动力经输入轴、中间齿轮、传动轴、第二离合器L2和变量泵驱动齿轮副驱动变量泵工作，变量泵输出高压油液驱动定量马达旋转，定量马达的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈、前行星齿轮行星架、后行星齿轮太阳轮至后行星齿轮行星架，经过前行星齿轮行星架的动力再依次经过第四离合器L4、杯轮环盘输入轴、杯轮环盘传动机构、杯轮环盘输出轴、后行星齿轮外齿圈至后行星齿轮行星架，经过液压传动组件和机械无级变速器的动力汇合于后行星齿轮行星架，最终动力由输出轴输出。
优选项，所述单一类型的传动模式的传动比计算方法如下：
液压传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴转速，ni为输入轴转速，i1为输入轴与中间齿轮的传动比，i2为中间齿轮与传动轴的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈与定量马达的输出端的传动比，K1为前行星齿轮传动组件的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件的特性参数，e为液压传动组件的排量比；
机械定速模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴转速，ni为输入轴转速，K1为前行星齿轮传动组件的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件的特性参数；
机械无级变速传动模式的传动比n0/ni：。
式中，n0为输出轴转速，ni为输入轴转速，i1为输入轴与中间齿轮的传动比，i2为中间齿轮与传动轴的传动比，i5为传动轴与杯轮环盘输入轴的传动比，is为机械无级变速器的传动比，i7为杯轮环盘输出轴与后行星齿轮外齿圈的传动比，K2为后行星齿轮传动组件的特性参数。
优选项，所述复合传动模式的的传动比计算方法如下：
机械定速与液压复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴转速，ni为输入轴转速，i1为输入轴与中间齿轮的传动比，i2为中间齿轮与传动轴的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈与定量马达的输出端的传动比，K1为前行星齿轮传动组件的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件的特性参数，e为液压传动组件的排量比；
机械定速与机械变速并联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴转速，ni为输入轴转速，i1为输入轴与中间齿轮的传动比，i2为中间齿轮与传动轴的传动比，i5为传动轴与杯轮环盘输入轴的传动比，is为机械无级变速器的传动比，i7为杯轮环盘输出轴与后行星齿轮外齿圈的传动比，K1为前行星齿轮传动组件的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件的特性参数；
机械定速与机械变速串联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴转速，ni为输入轴转速，i6为前行星齿轮行星架与杯轮环盘输入轴的传动比，is为机械无级变速器的传动比，i7为杯轮环盘输出轴与后行星齿轮外齿圈的传动比，K1为前行星齿轮传动组件的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件的特性参数；
液压与机械变速并联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴转速，ni为输入轴转速，i1为输入轴与中间齿轮的传动比，i2为中间齿轮与传动轴的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈与定量马达的输出端的传动比，i6为前行星齿轮行星架与杯轮环盘输入轴的传动比，is为机械无级变速器的传动比，i7为杯轮环盘输出轴与后行星齿轮外齿圈的传动比，K1为前行星齿轮传动组件的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件的特性参数，e为液压传动组件的排量比；
液压与机械变速串联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴转速，ni为输入轴转速，i1为输入轴与中间齿轮的传动比，i2为中间齿轮与传动轴的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈与定量马达的输出端的传动比，i5为传动轴与杯轮环盘输入轴的传动比，is为机械无级变速器的传动比，i7为杯轮环盘输出轴与后行星齿轮外齿圈的传动比，K1为前行星齿轮传动组件的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件的特性参数，e为液压传动组件的排量比。
有益效果：本发明可实现各种传动模式的自由切换，是集单一传动模式和复合传动模式为一体，提高了调节自由度，扩大了调速范围；前杯轮环盘传动机构和后杯轮环盘传动机构的输入输出轴在同一轴线上，因此结构紧凑且中间滚轮能够稳定可靠的传递较大扭矩。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图；
图1为本发明的结构原理图；
图2为本发明液压传动模式的功率流向示意图；
图3为本发明机械定速传动模式的功率流向示意图；
图4为本发明机械无级变速传动模式的功率流向示意图；
图5为本发明机械定速与液压复合传动模式的功率流向示意图；
图6为本发明机械定速与机械变速并联式复合传动模式的功率流向示意图；
图7为本发明机械定速与机械变速串联式复合传动模式的功率流向示意图；
图8为本发明液压与机械变速并联式复合传动模式的功率流向示意图
图9为本发明液压与机械变速串联式复合传动模式的功率流向示意图；
图10为本发明单一传动模式的调速特性曲线图；
图11为本发明复合传动模式的调速特性曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，一种带机械无级变速器的复合传动装置，
包括输入轴组件1，所述输入轴组件1包括输入轴11、第一离合器L112、中间齿轮13和传动轴14；
液压传动组件2，所述液压传动组件2包括变量泵21、定量马达22、第二离合器L223和变量泵驱动齿轮副24，所述变量泵21依次通过第二离合器L223和变量泵驱动齿轮副24与传动轴14连接；
前行星齿轮传动组件3，所述前行星齿轮传动组件3包括前行星齿轮外齿圈31、前行星齿轮行星架32、前行星齿轮太阳轮33、第三制动器B334、第二制动器B235，所述第三制动器B334与前行星齿轮太阳轮33连接，所述输入轴11通过第一离合器L112与前行星齿轮太阳轮33，所述第二制动器B235与前行星齿轮外齿圈31连接，所述前行星齿轮外齿圈31与定量马达22的输出端齿轮连接；
后行星齿轮传动组件4，所述后行星齿轮传动组件4包括后行星齿轮外齿圈41、后行星齿轮行星架42、后行星齿轮太阳轮43和第一制动器B144；所述后行星齿轮太阳轮43与前行星齿轮行星架32连接，所述第一制动器B144与后行星齿轮外齿圈41连接；
输出轴5，所述输出轴5与后行星齿轮行星架42连接；
机械无级变速器6，所述机械无级变速器6包括杯轮环盘传动机构61、杯轮环盘输入轴62和杯轮环盘输出轴63，所述杯轮环盘输入轴62分别与传动轴14和前行星齿轮行星架32齿轮连接，所述杯轮环盘输入轴62与传动轴14之间设有第三离合器L364，所述杯轮环盘输入轴62与前行星齿轮行星架32之间设有第四离合器L465，所述杯轮环盘输出轴63与后行星齿轮外齿圈41齿轮连接。
所述杯轮环盘传动机构61包括前杯轮环盘传动机构611和后杯轮环盘传动机构612，所述前杯轮环盘传动机构611和后杯轮环盘传动机构612相互串联。
如表1所示，一种带机械无级变速器的复合传动装置的控制方法，所述通过制动器和离合器之间的组合切换实现单一传动模式和复合传动模式两种类型的传动模式，单一类型的传动模式包括液压传动模式、机械定速传动模式和机械无级变速传动模式，复合传动模式包括机械定速与液压复合传动模式、机械定速与机械变速复合传动模式和液压与机械变速复合传动模式。
表1模式切换元件接合状态
注：其中:“B”代表制动器，“L”代表离合器；1代表执行元件处于接合状态，0代表执行元件处于分离状态；
所述单一类型的传动模式的控制方法如下：
如图2所示，液压传动模式：第二离合器L223、第一制动器B144和第三制动器B334接合，同时第一离合器L112、第三离合器L364、第四离合器L465和第二制动器B235分离；动力经输入轴11、中间齿轮13、传动轴14、第二离合器L223和变量泵驱动齿轮副24驱动变量泵21工作，变量泵21输出高压油液驱动定量马达22旋转，定量马达22的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈31、前行星齿轮行星架32、后行星齿轮太阳轮43、后行星齿轮行星架42至输出轴5输出；
液压传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴5转速，ni为输入轴11转速，i1为输入轴11与中间齿轮13的传动比，i2为中间齿轮13与传动轴14的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副24的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈31与定量马达22的输出端的传动比，K1为前行星齿轮传动组件3的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件4的特性参数，e为液压传动组件2的排量比。
如图3所示，机械定速传动模式：第一离合器L112、第一制动器B144和第二制动器B235接合，同时第二离合器L223、第三离合器L364、第四离合器L465和第三制动器B334分离；动力由输入轴11依次经过第一离合器L112、前行星齿轮太阳轮33、前行星齿轮行星架32、后行星齿轮太阳轮43、后行星齿轮行星架42至输出轴5输出；
机械定速模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴5转速，ni为输入轴11转速，K1为前行星齿轮传动组件3的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件4的特性参数。
如图4所示，机械无级变速传动模式：第三离合器L364、第二制动器B235和第三制动器B334接合，同时第一离合器L112、第二离合器L223、第四离合器L465和第一制动器B144分离；动力经输入轴11、中间齿轮13、传动轴14、第三离合器L364、杯轮环盘输入轴62、杯轮环盘传动机构61、杯轮环盘输出轴63、后行星齿轮外齿圈41、后行星齿轮行星架42至输出轴5输出。
机械无级变速传动模式的传动比n0/ni：。
式中，n0为输出轴5转速，ni为输入轴11转速，i1为输入轴11与中间齿轮13的传动比，i2为中间齿轮13与传动轴14的传动比，i5为传动轴14与杯轮环盘输入轴62的传动比，is为机械无级变速器6的传动比，i7为杯轮环盘输出轴63与后行星齿轮外齿圈41的传动比，K2为后行星齿轮传动组件4的特性参数。
所述复合传动模式的控制方法如下：
如图5所示，机械定速与液压复合传动模式：第一离合器L112、第二离合器L223和第一制动器B144接合，同时第三离合器L364、第四离合器L465、第二制动器B235和第三制动器B334分离；动力经输入轴组件1分成两路，一路经输入轴11、中间齿轮13、传动轴14、第二离合器L223和变量泵驱动齿轮副24驱动变量泵21工作，变量泵21输出高压油液驱动定量马达22旋转，定量马达22的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈31至前行星齿轮行星架32；另一路由输入轴11依次经过第一离合器L112、前行星齿轮太阳轮33至前行星齿轮行星架32与经液压传动组件2的动力汇合，汇合后的动力经后行星齿轮太阳轮43、后行星齿轮行星架42至输出轴5输出；
机械定速与液压复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴5转速，ni为输入轴11转速，i1为输入轴11与中间齿轮13的传动比，i2为中间齿轮13与传动轴14的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副24的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈31与定量马达22的输出端的传动比，K1为前行星齿轮传动组件3的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件4的特性参数，e为液压传动组件2的排量比；
如图6所示，所述机械定速与机械变速并联式复合传动模式的控制方法如下：
第一离合器L112、第三离合器L364和第二制动器B235接合，同时第二离合器L223、第四离合器L465、第一制动器B144和第三制动器B334分离；动力经输入轴组件1分成两路，一路经输入轴11、中间齿轮13、传动轴14、第三离合器L364、杯轮环盘输入轴62、杯轮环盘传动机构61、杯轮环盘输出轴63、后行星齿轮外齿圈41至后行星齿轮行星架42，另一路由输入轴11依次经过第一离合器L112、前行星齿轮太阳轮33、前行星齿轮行星架32、后行星齿轮太阳轮43与经机械无级变速器6的动力汇合于后行星齿轮行星架42至输出轴5输出；
机械定速与机械变速并联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴5转速，ni为输入轴11转速，i1为输入轴11与中间齿轮13的传动比，i2为中间齿轮13与传动轴14的传动比，i5为传动轴14与杯轮环盘输入轴62的传动比，is为机械无级变速器6的传动比，i7为杯轮环盘输出轴63与后行星齿轮外齿圈41的传动比，K1为前行星齿轮传动组件3的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件4的特性参数。
如图7所示，所述机械定速与机械变速串联式复合传动模式的控制方法如下：
第一离合器L112、第四离合器L465和第二制动器B235接合，同时第二离合器L223、第三离合器L364、第一制动器B144和第三制动器B334分离；动力经输入轴11、第一离合器L112、前行星齿轮太阳轮33、前行星齿轮行星架32、后行星齿轮太阳轮43至后行星齿轮行星架42，经过前行星齿轮行星架32的动力再依次经过第四离合器L465、杯轮环盘输入轴62、杯轮环盘传动机构61、杯轮环盘输出轴63、后行星齿轮外齿圈41至后行星齿轮行星架42，经过前行星齿轮传动组件3和机械无级变速器6的动力汇合于后行星齿轮行星架42，最终动力由输出轴5输出。
机械定速与机械变速串联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴5转速，ni为输入轴11转速，i6为前行星齿轮行星架32与杯轮环盘输入轴62的传动比，is为机械无级变速器6的传动比，i7为杯轮环盘输出轴63与后行星齿轮外齿圈41的传动比，K1为前行星齿轮传动组件3的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件4的特性参数。
如图8所示，所述液压与机械变速并联式复合传动模式的控制方法如下：
第二离合器L223、第四离合器L465和第三制动器B334接合，同时第一离合器L112、第三离合器L364、第一制动器B144和第二制动器B235分离；动力经输入轴11、中间齿轮13和传动轴14后分成两路，一路经第二离合器L223和变量泵驱动齿轮副24驱动变量泵21工作，变量泵21输出高压油液驱动定量马达22旋转，定量马达22的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈31、前行星齿轮行星架32、后行星齿轮太阳轮43至后行星齿轮行星架42，另一路经第三离合器L364、杯轮环盘输入轴62、杯轮环盘传动机构61、杯轮环盘输出轴63、后行星齿轮外齿圈41至后行星齿轮行星架42，经过液压传动组件2和机械无级变速器6的动力汇合于后行星齿轮行星架42，最终动力由输出轴5输出；
液压与机械变速并联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴5转速，ni为输入轴11转速，i1为输入轴11与中间齿轮13的传动比，i2为中间齿轮13与传动轴14的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副24的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈31与定量马达22的输出端的传动比，i6为前行星齿轮行星架32与杯轮环盘输入轴62的传动比，is为机械无级变速器6的传动比，i7为杯轮环盘输出轴63与后行星齿轮外齿圈41的传动比，K1为前行星齿轮传动组件3的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件4的特性参数，e为液压传动组件2的排量比。
如图9所示，所述液压与机械变速串联式复合传动模式的控制方法如下：
第二离合器L223、第三离合器L364和第三制动器B334接合，同时第一离合器L112、第四离合器L465、第一制动器B144和第二制动器B235分离；动力经输入轴11、中间齿轮13、传动轴14、第二离合器L223和变量泵驱动齿轮副24驱动变量泵21工作，变量泵21输出高压油液驱动定量马达22旋转，定量马达22的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈31、前行星齿轮行星架32、后行星齿轮太阳轮43至后行星齿轮行星架42，经过前行星齿轮行星架32的动力再依次经过第四离合器L465、杯轮环盘输入轴62、杯轮环盘传动机构61、杯轮环盘输出轴63、后行星齿轮外齿圈41至后行星齿轮行星架42，经过液压传动组件2和机械无级变速器6的动力汇合于后行星齿轮行星架42，最终动力由输出轴5输出。
液压与机械变速串联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴5转速，ni为输入轴11转速，i1为输入轴11与中间齿轮13的传动比，i2为中间齿轮13与传动轴14的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副24的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈31与定量马达22的输出端的传动比，i5为传动轴14与杯轮环盘输入轴62的传动比，is为机械无级变速器6的传动比，i7为杯轮环盘输出轴63与后行星齿轮外齿圈41的传动比，K1为前行星齿轮传动组件3的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件4的特性参数，e为液压传动组件2的排量比。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种带机械无级变速器的复合传动装置，其特征在于：
包括输入轴组件(1)，所述输入轴组件(1)包括输入轴(11)、第一离合器L1(12)、中间齿轮(13)和传动轴(14)；
液压传动组件(2)，所述液压传动组件(2)包括变量泵(21)、定量马达(22)、第二离合器L2(23)和变量泵驱动齿轮副(24)，所述变量泵(21)依次通过第二离合器L2(23)和变量泵驱动齿轮副(24)与传动轴(14)连接；
前行星齿轮传动组件(3)，所述前行星齿轮传动组件(3)包括前行星齿轮外齿圈(31)、前行星齿轮行星架(32)、前行星齿轮太阳轮(33)、第三制动器B3(34)、第二制动器B2(35)，所述第三制动器B3(34)与前行星齿轮太阳轮(33)连接，所述输入轴(11)通过第一离合器L1(12)与前行星齿轮太阳轮(33)连接，所述第二制动器B2(35)与前行星齿轮外齿圈(31)连接，所述前行星齿轮外齿圈(31)与定量马达(22)的输出端齿轮连接；
后行星齿轮传动组件(4)，所述后行星齿轮传动组件(4)包括后行星齿轮外齿圈(41)、后行星齿轮行星架(42)、后行星齿轮太阳轮(43)和第一制动器B1(44)；所述后行星齿轮太阳轮(43)与前行星齿轮行星架(32)连接，所述第一制动器B1(44)与后行星齿轮外齿圈(41)连接；
输出轴(5)，所述输出轴(5)与后行星齿轮行星架(42)连接；
机械无级变速器(6)，所述机械无级变速器(6)包括杯轮环盘传动机构(61)、杯轮环盘输入轴(62)和杯轮环盘输出轴(63)，所述杯轮环盘输入轴(62)分别与传动轴(14)和前行星齿轮行星架(32)齿轮连接，所述杯轮环盘输入轴(62)与传动轴(14)之间设有第三离合器L3(64)，所述杯轮环盘输入轴(62)与前行星齿轮行星架(32)之间设有第四离合器L4(65)，所述杯轮环盘输出轴(63)与后行星齿轮外齿圈(41)齿轮连接。
2.根据权利要求1所述的带机械无级变速器的复合传动装置，其特征在于：所述杯轮环盘传动机构(61)包括前杯轮环盘传动机构(611)和后杯轮环盘传动机构(612)，所述前杯轮环盘传动机构(611)和后杯轮环盘传动机构(612)相互串联。
3.根据权利要求1或2所述的一种带机械无级变速器的复合传动装置的控制方法，其特征在于：通过所述第一制动器B1(44)、第二制动器B2(35)、第三制动器B3(34)和第一离合器L1(12)、第二离合器L2(23)、第三离合器L3(64)、第四离合器L4(65)之间的组合切换实现单一传动模式和复合传动模式两种类型的传动模式，单一类型的传动模式包括液压传动模式、机械定速传动模式和机械无级变速传动模式，复合传动模式包括机械定速与液压复合传动模式、机械定速与机械变速复合传动模式和液压与机械变速复合传动模式。
4.根据权利要求3所述的带机械无级变速器的复合传动装置的控制方法，其特征在于，所述单一类型的传动模式的控制方法如下：
液压传动模式：第二离合器L2(23)、第一制动器B1(44)和第三制动器B3(34)接合，同时第一离合器L1(12)、第三离合器L3(64)、第四离合器L4(65)和第二制动器B2(35)分离；动力经输入轴(11)、中间齿轮(13)、传动轴(14)、第二离合器L2(23)和变量泵驱动齿轮副(24)驱动变量泵(21)工作，变量泵(21)输出高压油液驱动定量马达(22)旋转，定量马达(22)的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈(31)、前行星齿轮行星架(32)、后行星齿轮太阳轮(43)、后行星齿轮行星架(42)至输出轴(5)输出；
机械定速传动模式：第一离合器L1(12)、第一制动器B1(44)和第二制动器B2(35)接合，同时第二离合器L2(23)、第三离合器L3(64)、第四离合器L4(65)和第三制动器B3(34)分离；动力由输入轴(11)依次经过第一离合器L1(12)、前行星齿轮太阳轮(33)、前行星齿轮行星架(32)、后行星齿轮太阳轮(43)、后行星齿轮行星架(42)至输出轴(5)输出；
机械无级变速传动模式：第三离合器L3(64)、第二制动器B2(35)和第三制动器B3(34)接合，同时第一离合器L1(12)、第二离合器L2(23)、第四离合器L4(65)和第一制动器B1(44)分离；动力经输入轴(11)、中间齿轮(13)、传动轴(14)、第三离合器L3(64)、杯轮环盘输入轴(62)、杯轮环盘传动机构(61)、杯轮环盘输出轴(63)、后行星齿轮外齿圈(41)、后行星齿轮行星架(42)至输出轴(5)输出。
5.根据权利要求3所述的带机械无级变速器的复合传动装置的控制方法，其特征在于，所述复合传动模式的控制方法如下：
机械定速与液压复合传动模式：第一离合器L1(12)、第二离合器L2(23)和第一制动器B1(44)接合，同时第三离合器L3(64)、第四离合器L4(65)、第二制动器B2(35)和第三制动器B3(34)分离；动力经输入轴组件(1)分成两路，一路经输入轴(11)、中间齿轮(13)、传动轴(14)、第二离合器L2(23)和变量泵驱动齿轮副(24)驱动变量泵(21)工作，变量泵(21)输出高压油液驱动定量马达(22)旋转，定量马达(22)的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈(31)至前行星齿轮行星架(32)；另一路由输入轴(11)依次经过第一离合器L1(12)、前行星齿轮太阳轮(33)至前行星齿轮行星架(32)与经液压传动组件(2)的动力汇合，汇合后的动力经后行星齿轮太阳轮(43)、后行星齿轮行星架(42)至输出轴(5)输出；
机械定速与机械变速复合传动模式包括机械定速与机械变速并联式复合传动模式和机械定速与机械变速串联式复合传动模式，
机械定速与机械变速并联式复合传动模式，动力经输入轴组件(1)分成两路，动力分别经过相互并联的前行星齿轮传动组件(3)和机械无级变速器(6)后汇合于后行星齿轮传动组件(4)的后行星齿轮行星架(42)，最终动力由输出轴(5)输出，
机械定速与机械变速串联式复合传动模式，动力依次经过前行星齿轮传动组件(3)和机械无级变速器(6)后汇合于后行星齿轮行星架(42)，最终动力由输出轴(5)输出；
液压与机械变速复合传动模式包括液压与机械变速并联式复合传动模式和液压与机械变速串联式复合传动模式，
液压与机械变速并联式复合传动模式，动力经输入轴(11)、中间齿轮(13)和传动轴(14)分成两路，动力分别经过相互并联的液压传动组件(2)和机械无级变速器(6)后汇合于后行星齿轮传动组件(4)的后行星齿轮行星架(42)，最终动力由输出轴(5)输出，
液压与机械变速串联式复合传动模式，动力依次经过液压传动组件(2)和机械无级变速器(6)后汇合于后行星齿轮行星架(42)，最终动力由输出轴(5)输出。
6.根据权利要求5所述的带机械无级变速器的复合传动装置的控制方法，其特征在于，所述机械定速与机械变速并联式复合传动模式的控制方法如下：
第一离合器L1(12)、第三离合器L3(64)和第二制动器B2(35)接合，同时第二离合器L2(23)、第四离合器L4(65)、第一制动器B1(44)和第三制动器B3(34)分离；动力经输入轴组件(1)分成两路，一路经输入轴(11)、中间齿轮(13)、传动轴(14)、第三离合器L3(64)、杯轮环盘输入轴(62)、杯轮环盘传动机构(61)、杯轮环盘输出轴(63)、后行星齿轮外齿圈(41)至后行星齿轮行星架(42)，另一路由输入轴(11)依次经过第一离合器L1(12)、前行星齿轮太阳轮(33)、前行星齿轮行星架(32)、后行星齿轮太阳轮(43)与经机械无级变速器(6)的动力汇合于后行星齿轮行星架(42)至输出轴(5)输出；
所述机械定速与机械变速串联式复合传动模式的控制方法如下：
第一离合器L1(12)、第四离合器L4(65)和第二制动器B2(35)接合，同时第二离合器L2(23)、第三离合器L3(64)、第一制动器B1(44)和第三制动器B3(34)分离；动力经输入轴(11)、第一离合器L1(12)、前行星齿轮太阳轮(33)、前行星齿轮行星架(32)、后行星齿轮太阳轮(43)至后行星齿轮行星架(42)，经过前行星齿轮行星架(32)的动力再依次经过第四离合器L4(65)、杯轮环盘输入轴(62)、杯轮环盘传动机构(61)、杯轮环盘输出轴(63)、后行星齿轮外齿圈(41)至后行星齿轮行星架(42)，经过前行星齿轮传动组件(3)和机械无级变速器(6)的动力汇合于后行星齿轮行星架(42)，最终动力由输出轴(5)输出。
7.根据权利要求5所述的带机械无级变速器的复合传动装置的控制方法，其特征在于，所述液压与机械变速并联式复合传动模式的控制方法如下：
第二离合器L2(23)、第四离合器L4(65)和第三制动器B3(34)接合，同时第一离合器L1(12)、第三离合器L3(64)、第一制动器B1(44)和第二制动器B2(35)分离；动力经输入轴(11)、中间齿轮(13)和传动轴(14)后分成两路，一路经第二离合器L2(23)和变量泵驱动齿轮副(24)驱动变量泵(21)工作，变量泵(21)输出高压油液驱动定量马达(22)旋转，定量马达(22)的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈(31)、前行星齿轮行星架(32)、后行星齿轮太阳轮(43)至后行星齿轮行星架(42)，另一路经第三离合器L3(64)、杯轮环盘输入轴(62)、杯轮环盘传动机构(61)、杯轮环盘输出轴(63)、后行星齿轮外齿圈(41)至后行星齿轮行星架(42)，经过液压传动组件(2)和机械无级变速器(6)的动力汇合于后行星齿轮行星架(42)，最终动力由输出轴(5)输出；
所述液压与机械变速串联式复合传动模式的控制方法如下：
第二离合器L2(23)、第三离合器L3(64)和第三制动器B3(34)接合，同时第一离合器L1(12)、第四离合器L4(65)、第一制动器B1(44)和第二制动器B2(35)分离；动力经输入轴(11)、中间齿轮(13)、传动轴(14)、第二离合器L2(23)和变量泵驱动齿轮副(24)驱动变量泵(21)工作，变量泵(21)输出高压油液驱动定量马达(22)旋转，定量马达(22)的输出轴输出的动力通过前行星齿轮外齿圈(31)、前行星齿轮行星架(32)、后行星齿轮太阳轮(43)至后行星齿轮行星架(42)，经过前行星齿轮行星架(32)的动力再依次经过第四离合器L4(65)、杯轮环盘输入轴(62)、杯轮环盘传动机构(61)、杯轮环盘输出轴(63)、后行星齿轮外齿圈(41)至后行星齿轮行星架(42)，经过液压传动组件(2)和机械无级变速器(6)的动力汇合于后行星齿轮行星架(42)，最终动力由输出轴(5)输出。
8.根据权利要求4所述的带机械无级变速器的复合传动装置的控制方法，其特征在于，所述单一类型的传动模式的传动比计算方法如下：
液压传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴(5)转速，ni为输入轴(11)转速，i1为输入轴(11)与中间齿轮(13)的传动比，i2为中间齿轮(13)与传动轴(14)的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副(24)的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈(31)与定量马达(22)的输出端的传动比，K1为前行星齿轮传动组件(3)中行星齿轮的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件(4)中行星齿轮的特性参数，e为液压传动组件(2)的排量比；
机械定速模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴(5)转速，ni为输入轴(11)转速，K1为前行星齿轮传动组件(3)的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件(4)的特性参数；
机械无级变速传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴(5)转速，ni为输入轴(11)转速，i1为输入轴(11)与中间齿轮(13)的传动比，i2为中间齿轮(13)与传动轴(14)的传动比，i5为传动轴(14)与杯轮环盘输入轴(62)的传动比，is为机械无级变速器(6)的传动比，i7为杯轮环盘输出轴(63)与后行星齿轮外齿圈(41)的传动比，K2为后行星齿轮传动组件(4)的特性参数。
9.根据权利要求5所述的带机械无级变速器的复合传动装置的控制方法，其特征在于，所述复合传动模式的的传动比计算方法如下：
机械定速与液压复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴(5)转速，ni为输入轴(11)转速，i1为输入轴(11)与中间齿轮(13)的传动比，i2为中间齿轮(13)与传动轴(14)的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副(24)的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈(31)与定量马达(22)的输出端的传动比，K1为前行星齿轮传动组件(3)的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件(4)的特性参数，e为液压传动组件(2)的排量比；
机械定速与机械变速并联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴(5)转速，ni为输入轴(11)转速，i1为输入轴(11)与中间齿轮(13)的传动比，i2为中间齿轮(13)与传动轴(14)的传动比，i5为传动轴(14)与杯轮环盘输入轴(62)的传动比，is为机械无级变速器(6)的传动比，i7为杯轮环盘输出轴(63)与后行星齿轮外齿圈(41)的传动比，K1为前行星齿轮传动组件(3)的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件(4)的特性参数；
机械定速与机械变速串联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴(5)转速，ni为输入轴(11)转速，i6为前行星齿轮行星架(32)与杯轮环盘输入轴(62)的传动比，is为机械无级变速器(6)的传动比，i7为杯轮环盘输出轴(63)与后行星齿轮外齿圈(41)的传动比，K1为前行星齿轮传动组件(3)的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件(4)的特性参数；
液压与机械变速并联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴(5)转速，ni为输入轴(11)转速，i1为输入轴(11)与中间齿轮(13)的传动比，i2为中间齿轮(13)与传动轴(14)的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副(24)的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈(31)与定量马达(22)的输出端的传动比，i6为前行星齿轮行星架(32)与杯轮环盘输入轴(62)的传动比，is为机械无级变速器(6)的传动比，i7为杯轮环盘输出轴(63)与后行星齿轮外齿圈(41)的传动比，K1为前行星齿轮传动组件(3)的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件(4)的特性参数，e为液压传动组件(2)的排量比；
液压与机械变速串联式复合传动模式的传动比n0/ni：
式中，n0为输出轴(5)转速，ni为输入轴(11)转速，i1为输入轴(11)与中间齿轮(13)的传动比，i2为中间齿轮(13)与传动轴(14)的传动比，i3为变量泵驱动齿轮副(24)的传动比，i4为前行星齿轮外齿圈(31)与定量马达(22)的输出端的传动比，i5为传动轴(14)与杯轮环盘输入轴(62)的传动比，is为机械无级变速器(6)的传动比，i7为杯轮环盘输出轴(63)与后行星齿轮外齿圈(41)的传动比，K1为前行星齿轮传动组件(3)的特性参数，K2为后行星齿轮传动组件(4)的特性参数，e为液压传动组件(2)的排量比。
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