CN1945054A - 超轻度混合动力汽车传动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车动力传动系统，具体是指一种基于回流式无级变速装置下的混合动力汽车动力传动系统。本方案利用回流式无级变速装置超大速比变化范围的特点，采用更小功率的外挂式电机作为超轻度混合动力汽车的辅助动力源。本技术方案除具有轻度混合动力汽车电机辅助发动机怠速起停和能量回收的特性外，还具有在交通拥挤或进出车位以及倒车时采用纯电动驱动的特点，以达到进一步节省燃油消耗和减少排放的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合动力汽车传动装置。
背景技术
混合动力汽车是指具有两种或两种以上动力源驱动的车辆，通常采用内燃机和电动机作为其动力源。根据电动机功率与内燃机功率之比的大小，可将混合动力汽车传动装置划分为微度混合、轻度混合、中度混合和重度混合几种。
现有的ISG(Integrated Starter/Genenrator)型轻度混合汽车传动装置存在的主要问题有：ISG型起动/发电一体化电机设计难度高；节能效果需进一步提高；系统过于复杂导致整车成本过高。
发明内容
本发明提出一种超轻度混合动力汽车传动装置，它可以采用更小功率的电机，用外挂式电机取代盘式起动/发电一体化电机，并采用更少的电池组，以达到降低电机设计难度、提高节能效果和降低整车制造成本的目的。
本发明所涉及的超轻度混合动力汽车传动装置结构如图2所示，包括发动机输入轴、电动/发电机输入轴、动力合成装置、回流式无级变速传动装置几部分。动力合成装置由离合器3、合成齿轮副4和24组成，该装置用以实现发动机动力和电动/发电机动力的合成；回流式无级变速传动装置用于变速，它包括输入轴2、花键轴8、离合器9、制动器10、离合器20、连接轴套19、单向离合器18、传动轴12、离合器14、金属带无级调速装置、定速比传动装置、行星排装置，所述金属带无级调速装置由主动带轮组5、金属带23和从动带轮组22三部分组成，所述定速比传动装置由输入齿轮7、中间齿轮6和输出齿轮轴21三部分组成，所述行星排装置由太阳轮16、行星轮15、齿圈13和行星架17四部分组成。
所述回流式无级变速传动装置具有超大速比变化范围，只需输入较小扭矩即可获得较大的扭矩输出。回流式无级变速传动装置的调速范围由混合调速区段、纯无级调速区段和倒车调速区段三部分组成。接合离合器9和离合器20，单向离合器18的方向布置使它在这种情况下能和离合器20共同传递正向扭矩，此时回流式无级变速传动装置处于混合调速区段，功率流程如图3所示；断开离合器9和离合器20，将离合器14接合，此时回流式无级变速传动装置处于纯无级调速区段，功率流程如图4所示；分离离合器9和离合器14，结合离合器20和制动器10，此时回流式无级变速传动装置处于倒车调速区段，功率流程如图5所示。回流式无级变速传动装置的速比变化规律如图6所示。
本发明所涉及的超轻度混合动力汽车传动装置具体工作原理如下：
1、怠速起停工况
大油门开度时，电机首先启动，离合器3结合，电机动力通过离合器3及合成齿轮副24和4将发动机转速迅速提升至怠速以上，发动机启动，离合器9结合，电动机关闭，由发动机驱动车辆行驶。此时回流式无级变速传动装置处于混合调速区段工作，功率流程如图3所示。
小油门开度时，发动机关闭，电机单独作为动力源，汽车处于极低车速下行驶，即低速爬行工况。
2、低速爬行工况
此工况下汽车处于极低车速下行驶，发动机关闭，离合器3分离而离合器9结合，电机单独作为动力源驱动汽车。回流式无级变速传动装置超大的速比变化范围保证了该工况的实现。在交通拥挤或进出车位汽车爬行时采用该工况能避免发动机反复起停和处于高比燃油消耗率区段运行，达到提高节能效果和减少排放的目的。
当汽车处于低速爬行工况、油门踏板开度突然快速增加，要求发动机驱动行驶时，电控系统将直接控制离合器3结合，使整个系统处于发动机驱动工况。
3、倒车工况
在小油门、低速倒车时采用纯电动驱动，此时离合器3、离合器9和离合器14处于分离状态，而离合器20和制动器10处于结合状态，回流式无级变速传动装置处于倒车调速区段，功率流程如图5所示。
当处于大油门、需要快速倒车时，电机关闭，电控系统控制离合器3结合，离合器9和离合器14仍处于分离状态，离合器20和制动器10处于结合状态，汽车由发动机驱动倒车，回流式无级变速传动装置处于倒车调速区段，功率流程如图5所示。
4、能量回收工况
当汽车处于减速滑行或制动工况时，若车速较高，则离合器3、离合器9和离合器20分离，而离合器14结合，回流式无级变速传动装置处于纯无级调速区段，功率流程与图4相同但功率流的方向与图4正好相反。制动能量将从输出轴11流回电机24，此时电机处于发电状态，将汽车的动能转换为电能存储在蓄电池中以备汽车怠速起停和爬行等工况使用。
若车速较低，则离合器3和离合器14分离，离合器9和离合器20结合，回流式无级变速传动装置处于混合调速区段，功率流程与图3相同但功率流的方向与图3正好相反。制动能量将从输出轴11流回电机24，此时电机处于发电状态，将汽车的动能转换为电能存储在蓄电池中以备汽车怠速起停和爬行等工况使用。
5、发动机驱动工况
此工况时电机关闭，发动机单独驱动汽车行驶。根据汽车的行驶速度，发动机驱动工况分为高速行驶和低速行驶两种情况：
低速行驶时，离合器14分离，离合器3、离合器9和离合器20结合，回流式无级变速传动装置处于混合调速区段，功率流程如图3所示。
高速行驶时，离合器9和离合器20分离，离合器3和离合器14结合，回流式无级变速传动装置处于纯无级调速区段，功率流程如图4所示。
本发明所涉及的超轻度混合动力汽车传动装置与现有ISG型轻度混合动力汽车相比具有以下优点：
(1)由于回流式无级变速传动装置具有超大的速比变化范围，只需输入较小扭矩即可获得较大的扭矩输出，故而本发明所涉及的超轻度混合动力汽车传动装置可以采用比ISG型轻度混合动力汽车功率更小的电机作为汽车的辅助动力源，从而大大降低了电机设计难度，解决了ISG型混合动力汽车电机设计难度大的问题。
(2)本发明所涉及的超轻度混合动力汽车传动装置，除具有轻度混合动力汽车电机辅助发动机怠速起停和能量回收的特性外，还利用回流式无级变速传动装置超大速比的特点，在交通拥挤或进出车库汽车爬行时采用电机单独驱动，从而达到进一步提高节能效果和减少排放的目的。
(3)本发明所涉及的超轻度混合动力汽车传动装置采用的辅助电机功率更小、电池组数更少，制造成本更低，从而达到了降低整车制造成本的目的。
附图说明
图1为超轻度混合动力传动装置结构设计图；
图2为超轻度混合动力传动装置结构原理示意图；
图3为回流式无级变速传动装置混合调速区段功率流程示意图；
图4为回流式无级变速传动装置纯无级调速区段功率流程示意图；
图5为回流式无级变速传动装置倒车调速区段功率流程示意图；
图6为回流式无级变速传动装置速比变化规律示意图。
图中：1-发动机输入轴；2-输入轴；3-离合器；4-合成齿轮副；5-主动带轮组；6-中间齿轮；7-输入齿轮；8-花键轴；9-离合器；10-制动器；11-输出轴；12--动轴；13-齿圈；14-离合器；15-行星轮；16-太阳轮；17-行星架；18-单向离合器；19-连接轴套；20-离合器；21-输出齿轮轴；22-从动带轮组；23-金属带；24-合成齿轮副；25-电动/发电机输入轴。i-金属带速比；it-回流式无级变速传动装置速比；imax-金属带最大速比；imin-金属带最小速比。
具体实施方式
下面结合附图中所示的本发明实施例对本发明作进一步详述。
实施例：
该专利传动装置系统连接关系为：发动机输入轴1与发动机相连以接收从发动机输入的动力，作为辅助动力源的电机连接在电动/发电机输入轴25上；离合器3的主动盘连接在发动机输入轴1上，离合器3的从动盘则固定在回流式无级变速传动装置的输入轴2上；合成齿轮副24和4分别固定在电动/发电机输入轴25和回流式无级变速传动装置的输入轴2上，实现发动机动力与电机动力的合成；发动机和电机的动力经回流式无级变速传动装置的输入轴2传递至主动带轮组5；主动带轮组5与离合器9的主动盘都连接在输入轴2上，花键轴8空套在输入轴2上，花键轴8与离合器9的从动盘、制动器10连接在一起；定速比传动装置的输入齿轮7固定在花键轴8上，输出齿轮轴21空套在传动轴12上，输入齿轮7通过中间齿轮6过渡到输出齿轮轴21；单向离合器18的内圈和离合器20的主动盘通过花键固定在定速比传动装置输出齿轮轴21上，离合器20的从动盘和单向离合器18的外圈通过连接轴套19连接在一起，同时离合器20的从动盘固连在行星排装置的行星架17上，从而可将定速比传动机构的动力传递到行星排机构的齿圈13，齿圈13与输出轴11通过花键连接实现动力输出；行星排的太阳轮16和离合器14的主动盘通过花键连接在传动轴12上，离合器14的从动盘连接在输出轴11上，传动轴12上的动力既可通过行星排机构的太阳轮16、行星架17、齿圈13传递到输出轴11输出，也可以通过结合离合器14直接传递到输出轴11输出。
结合图1，对超轻度混合动力汽车各种行驶工况下的功率流程作详细地说明：
1、起步工况
超轻度混合动力汽车起步工况共分两种情况：大油门开度和小油门开度。大油门开度时，电机首先启动，结合离合器3，合成齿轮副24和4，将发动机带至怠速后，发动机启动，亦即怠速起停工况。然后，回流式无级变速传动装置处于混合速比调速区段工作，将发动机的动力传递至车轮，驱动汽车行驶。此时超轻度混合动力传动系统的功率流程为：发动机→发动机输入轴1→离合器3→输入轴2→主动带轮组2→离合器9→输入齿轮7→中间齿轮6→输出齿轮轴21→连接轴套19→离合器20、单向离合器18→行星架17→行星齿轮15→齿圈13→输出轴11...车轮。同时，经行星排功率分流，部分功率经金属带23传回主动带轮5，作为调速之用。回流功率传递流程为：...行星架17→行星齿轮15→太阳轮16→传动轴12→从动带轮组22→金属带23→主动带轮5→输入轴2...；
小油门开度时，发动机关闭，电机作为动力源，汽车处于极低车速下行驶，即爬行工况。功率流程见下一节爬行工况功率流程。
2、爬行工况
此工况利用回流式无级变速传动装置超大速比变化范围的特点，出现在交通拥挤或进出车位时，汽车采用电机单独驱动。此时超轻度混合动力传动系统的功率流程为：电机→电动/发电机输入轴25→合成齿轮副24→合成齿轮副4→输入轴2→主动带轮组2→离合器9→输入齿轮7→中间齿轮6→输出齿轮轴21→连接轴套19→离合器20、单向离合器18→行星架17→行星齿轮15→齿圈13→输出轴11...车轮。同时，经行星排功率分流，部分功率经金属带23传回主动带轮5，作为调速之用。回流功率传递流程为：...行星架17→行星齿轮15→太阳轮16→传动轴12→从动带轮组22→金属带23→主动带轮5→输入轴2...。
3、倒车工况
为提高倒车工况下，整个传动装置的传动效率，利用制动器10锁止行星架，来实现倒车功能。在小油门开度下，电机作为倒车动力源，此时超轻度混合动力传动系统的功率流程为：电机→电动/发电机输入轴25→合成齿轮副24→合成齿轮副4→输入轴2→主动带轮组2→金属带23→从动带轮组22→传动轴12→太阳轮16→行星齿轮15→齿圈13→输出轴11...车轮；在大油门开度下，发动机作为倒车动力源，此时超轻度混合动力传动系统的功率流程为：发动机→发动机输入轴1→离合器3→输入轴2→主动带轮组2→金属带23→从动带轮组22→传动轴12→太阳轮16→行星齿轮15→齿圈13→输出轴11...车轮。
4、能量回收工况
此工况出现在汽车处于下坡、滑行和制动工况，动力输入来源于车轮。此时，发动机关闭，电机处于发电工况，并将由机械能转化成的电能存储在蓄电池中，并根据车速的高低以及回流式无级变速传动装置所处调速区段的不同，超轻度混合动力传动系统的功率流程亦不同。
当车速较低时，整个系统处于混合调速区段，此时超轻度混合动力传动系统的功率流程为：车轮...输出轴11→齿圈13→行星齿轮15→行星架17→离合器20→连接轴套19→输出齿轮轴21→中间齿轮6→输入齿轮7→离合器9→主动带轮组2→输入轴2→合成齿轮副4→合成齿轮副24→电动/发电机输入轴25→电机...蓄电池；同时，部分功率经金属带23传回从动带轮组22，作为调速之用。回流功率传递流程为：...主动带轮组2→金属带23→从动带轮组22→传动轴12→太阳轮16→行星齿轮15...。
当车速较高时，整个系统处于纯无级速比调速区段，此时超轻度混合动力传动系统的功率流程为：车轮...输出轴11→离合器14→太阳轮16→传动轴12→从动带轮组22→金属带23→主动带轮组2→输入轴2→合成齿轮副4→合成齿轮副24→电动/发电机输入轴25→电机...蓄电池。
另外，当制动踏板开度较大时，为保证汽车的安全性和ABS制动系统性能可靠地发挥，超轻度混合动力汽车能量回收发电功能将取消。此时，超轻度混合动力汽车处于普通汽车的制动状态。
5、发动机驱动工况
此工况发动机作为动力源，电机关闭，并根据车速的高低以及回流式无级变速传动装置所处调速区段的不同，超轻度混合动力传动系统的功率流程亦不同。
当车速较低时，整个系统处于混合调速区段，此时超轻度混合动力传动系统的功率流程为：发动机→发动机输入轴1→离合器3→输入轴2→主动带轮组5→离合器9→输入齿轮7→中间齿轮6→输出齿轮轴21→连接轴套19→离合器20、单向离合器18→行星架17→行星齿轮15→齿圈13→输出轴11...车轮。同时，经行星排功率分流，部分功率经金属带23传回主动带轮5，作为调速之用。回流功率传递流程为：...行星架17→行星齿轮15→太阳轮16→传动轴12→从动带轮组22→金属带23→主动带轮5→输入轴2...；
当车速较高时，整个系统处于纯无级速比调速区段，此时超轻度混合动力传动系统的功率流程为：发动机→发动机输入轴1→离合器3→输入轴2→主动带轮组5→金属带23→从动带轮组22→传动轴12→太阳轮16→离合器14→输出轴11...车轮。
Claims (3)
1.一种超轻度混合动力汽车传动装置，包括发动机输入轴、电动/发电机输入轴、动力合成装置、回流式无级变速传动装置，其特征在于：发动机输入轴(1)与发动机相连以接收从发动机输入的动力，作为辅助动力源的电机连接在电动/发电机输入轴(25)上；离合器(3)的主动盘连接在发动机输入轴(1)上，离合器(3)的从动盘则固定在输入轴(2)上；合成齿轮副(24)和(4)分别固定在电动/发电机输入轴(25)和输入轴(2)上，实现发动机动力与电机动力的合成；主动带轮组(5)连接在输入轴(2)上，从动带轮组(22)固定在传动轴(12)上，主动带轮组(5)与从动带轮组(22)通过金属带(23)连接；发动机和电机的动力经输入轴(2)传递至主动带轮组(5)，再通过金属带(23)传递到从动带轮组(22)和传动轴(12)；行星排的太阳轮(16)和离合器(14)的主动盘通过花键连接在传动轴(12)上，离合器(14)的从动盘连接在输出轴(11)上；从传动轴(12)上的动力既可通过行星排机构的太阳轮(16)、行星架(17)、齿圈(13)传递到输出轴(11)输出，也可以通过结合离合器(14)直接传递到输出轴(11)输出；离合器(9)的主动盘固定在输入轴(2)上，花键轴(8)和制动器(10)的制动鼓空套在输入轴(2)上，离合器(9)的从动盘与花键轴(8)、制动器(10)的制动鼓连接在一起；定速比传动装置的输入齿轮(7)固定在花键轴(8)上，输出齿轮轴(21)空套在传动轴(12)上，输入齿轮(7)通过中间齿轮(6)过渡到输出齿轮轴(21)；结合离合器(9)则输入轴(2)上的动力将传递到花键轴(8)和定速比传动装置的输入齿轮(7)，再通过中间齿轮(6)传递到输出齿轮轴(21)；离合器(20)的主动盘和单向离合器(18)的内圈通过花键固定在定速比传动装置输出齿轮轴(21)上，离合器(20)的从动盘和单向离合器(18)的外圈通过连接轴套(19)连接在一起，同时离合器(20)的从动盘固连在行星排装置的行星架(17)上，从而可将定速比传动机构输出齿轮轴(21)上的动力传递到行星排机构的行星架(17)，通过星星排的分流作用，一部分动力传递到齿圈(13)，齿圈(13)与输出轴(11)通过花键连接实现动力输出，另一部分动力通过太阳轮(16)传递到传动轴(12)实现功率回流。
2.如权利要求1所述的超轻度混合动力汽车传动装置，其特征在于所述动力合成装置由离合器(3)、合成齿轮副(4)和(24)组成。
3.如权利要求1所述的超轻度混合动力汽车传动装置，其特征在于所述回流式无级变速传动装置包括输入轴(2)、花键轴(8)、离合器(9)、制动器(10)、离合器(20)、连接轴套(19)、单向离合器(18)、传动轴(12)、离合器(14)、金属带无级调速装置、定速比传动装置、行星排装置，所述金属带无级调速装置由主动带轮组(5)、金属带(23)和从动带轮组(22)三部分组成，所述定速比传动装置由输入齿轮(7)、中间齿轮(6)和输出齿轮轴(21)三部分组成，所述行星排装置由太阳轮(16)、行星轮(15)、齿圈(13)和行星架(17)四部分组成。
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