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CN114877038A - 一种车用多模式机电复合传动变速器 - Google Patents

一种车用多模式机电复合传动变速器 Download PDF

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CN114877038A
CN114877038A CN202210521534.3A CN202210521534A CN114877038A CN 114877038 A CN114877038 A CN 114877038A CN 202210521534 A CN202210521534 A CN 202210521534A CN 114877038 A CN114877038 A CN 114877038A
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李玉良
余锐
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Abstract

本发明涉及一种车用多模式机电复合传动变速器，包括输入轴、输出轴、两个电机/发电机、三个基本行星排，所述输入轴上连接有第一行星排，所述输出轴上连接有第三行星排，第一行星排通过一个离合器与第二行星排连接，第二行星排通过一个离合器与第三行星排连接，第一行星排和第三行星排各设置有一个制动器，第二行星排设置有两个驱动电机/发电机，驱动电机/发电机可在发电和电动两种工作状态下切换，通过不同离合器和制动器的结合和分离，以及电机在不同工作状态下的变换，可实现整个机构不同工作模式的切换，实现无极调速。本发明提出的车用机电复合传动装置通过三个行星排可实现三个机电复合工作模式和两个纯电动挡。

Description

一种车用多模式机电复合传动变速器
技术领域
本发明属于动力传动系统技术领域，具体为一种车用多模式机电复合传动变速器。
背景技术
近年来，随着节能环保和纯电动车辆续航里程短的问题凸显，机电复合传动是解决能耗等问题的最优方案之一。机电复合传动汽车可以在不牺牲车辆的安全性、可靠性和其他常规特性的条件下，提高车辆的燃油经济性并且降低尾气排放。机电复合驱动技术具有很大的应用前景，尤其是对于大功率，复杂工况的特殊车辆来说，比如大型客车和越野车等，机电复合传动系统具有结构紧凑、传动平稳、传动效率高等优点。现代机电复合传动汽车逐渐向多模式、大功率、高转速及高功率密度方向的发展，它融合了燃油车辆和电动车辆的优点，具有实际开发意义。
发明内容
为实现以上目的，本发明提供了一种车用多模式机电复合传动变速器，结构简单，在满足多种工作模式需求的情况下，降低结构复杂性，能够实现无极调速，使车辆工作在最佳的燃油经济区，同时满足动力需求。
本发明提供如下方案：提供一种车用多模式机电复合传动变速器，包括输入轴、第一行星排、第二行星排、第三行星排、输出轴、第一电机/发电机、第二电机/发电机、制动器、离合器。
所述第一行星排包括第一太阳轮、第一齿圈、第一行星架和第一行星轮，所述第一太阳轮与第二太阳轮、第三太阳轮固定连接，所述第一齿圈在外部设置有第一制动器，所述第一齿圈与第二齿圈之间设置有第一离合器，所述第一行星轮设置在所述第一行星架上且与所述第一太阳轮啮合，所述输入轴用于连接发动机，并与第一行星架固定连接；
所述第二行星排包括第二太阳轮、第二齿圈、第二行星架和第二行星轮，所述第二行星架外部设置有第一电机/发电机，所述第二齿圈外部设置有第二电机/发电机，所述第二齿圈与所述第三齿圈之间设置有第二离合器，所述第二行星轮设置在所述第二行星架上，且与所述第二太阳轮啮合；
所述第三行星排包括第三太阳轮和第三行星轮、第三齿圈、第三行星架，所述第三齿圈在外部设置有第二制动器，所述第三行星轮设置在所述第三行星架上，与所述第三太阳轮啮合，所述输出轴与第三行星架固定连接；
所述第一电机/发电机和所述第二电机/发电机可工作在发电和电动两种工作状态下；
通过所述第一制动器、第二制动器、第一离合器、第二离合器接合和分离，以及所述第一电机/发电机和第二电机/发电机在发电和电动两种工作状态下切换，实现不同工作模式的切换。
采用上述传动装置可实现以下各工况：
机电复合工作模式1：当所述第一制动器接合，将所述第一齿圈固定，同时，当所述第二离合器接合，将所述第二齿圈和第三齿圈固定连接，同时，第一电机/发电机工作在发电状态且其转速逐渐下降，第二电机/发电机工作在电动状态且其转速逐渐增加，整个变速机构有发动机和电机同时传递动力，实现无极调速，形成第一个机电复合工作模式，在第一机电复合工作模式末，第一电机/发电机的转速降低到0，与第一电机/发电机连接的第二行星架转速为0，产生机电复合工作模式1的第一个机械点，机电复合工作模式1的第一机械点是机电复合工作模式2的开始；
机电复合工作模式2：在机电复合工作模式1的第一机械点，机电复合工作模式1切换到机电复合工作模式2，当所述第一制动器分离，将所述第一齿圈松开，所述第一离合器接合，第一齿圈和第二行星架连接为一个整体，当所述第二离合器接合，将所述第二齿圈和第三齿圈固定连接，此时第二太阳轮转速仍为0，产生机电复合工作模式2的第一机械点；同时，第一电机/发电机工作在电动状态且其转速逐渐增加，第二电机/发电机工作在发电状态且其转速逐渐下降，整个变速机构有发动机和电机同时传递动力，实现无极调速，形成第二个机电复合工作模式，在第二机电复合工作模式末，第二电机/发电机的转速降低到0，与第二电机/发电机连接的第二齿圈转速为0，产生机电复合工作模式2第二个机械点，机电复合工作模式2第二个机械点是机电复合工作模式3的开始；
机电复合工作模式3：在机电复合工作模式2的第二机械点，机电复合工作模式2切换到机电复合工作模式3，当所述第二离合器分离，将所述第二齿圈和第三齿圈松开，所述第二制动器接合，将所述第三齿圈固定，所述第一离合器接合，第一齿圈和第二行星架连接为一个整体，此时第二齿圈转速仍为0，产生机电复合工作模式3的第一机械点；同时，第一电机/发电机工作在发电状态且其转速逐渐下降，第二电机/发电机工作在电动状态且其转速逐渐增加，整个变速机构有发动机和电机同时传递动力，实现无极调速，形成第三个机电复合工作模式，在第三机电复合工作模式末，第一电机/发电机的转速降低到0，与第一电机/发电机连接的第二行星架转速为0，产生机电复合工作模式3的第二个机械点；
纯电动挡1：当所述第二制动器接合，将所述第三齿圈固定，所述第一离合器接合，第一齿圈和第二行星架连接为一个整体，所述第二离合器接合，第二齿圈和第三齿圈连接为一个整体，第一电机/发电机工作，调节电机/发电机转动方向可实现前进或后退。
纯电动挡2：当所述第一制动器接合，将所述第一齿圈固定，所述第一离合器接合，第一齿圈和第二行星架连接为一个整体，所述第二离合器接合，第二齿圈和第三齿圈连接为一个整体，第二电机/发电机工作，调节电机/发电机转动方向可实现前进或后退。
作为优选，所述第一制动器和第二制动器均为湿式多盘制动器，所述第一离合器、第二离合器均为湿式多片式离合器。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：
本发明的车用多模式机电复合传动装置，由三个基本行星排组成，结构简单，制造安装方便，机构尺寸小。两个电机/发电机与两制动器、两离合器配合可实现三模式连续无级传动，第一模式满足低速爬坡等大转矩工况，第二模式为中速工况，第三模式为高速工况。并且模式之间切换时候的机械点能够实现无缝衔接，即前一个模式的最末机械点等于下一个模式的最初机械点，能有效减少模式切换冲击。两个纯电动挡可实现车辆的前进或者倒退，增加了车辆的机动性和灵活性。同时，两发电机/发电机也可以给外界用电负载提供电能。
附图说明
图1是本发明车用多模式机电复合传动变速器的结构示意图；
其中，1、输入轴；2、输出轴； 3、第一行星排；31、第一行星架；32、第一太阳轮；33、第一行星轮；34、第一齿圈；4、第二行星排；41、第二行星架；42、第二太阳轮；43、第二行星轮；44、第二齿圈；5、第三行星排；51、第三行星架；52、第三太阳轮；53、第三行星轮；54、第三齿圈； B1、第一制动器；B2、第二制动器；C1、第一离合器；C2、第二离合器；MG1、第一电机/发电机；MG2、第二电机/发电机。
具体实施方式
下面结合具体实施例中的附图，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明涉及一种多模式车用机电复合传动装置，包括输入轴1、第一行星排3、第二行星排4、第三行星排5和输出轴2，
本发明的第一行星排3包括第一太阳轮32、第一齿圈34、第一行星架31和第一行星轮33，所述第一太阳轮31与第二太阳轮41、第三太阳轮52固定连接，所述第一齿圈34在外部设置有第一制动器B1，所述第一齿圈34与第二行星架43之间设置有第一离合器C1，所述第一行星轮33设置在所述第一行星架31上且与所述第一太阳轮32啮合，所述输入轴1与第一齿圈34固定连接；
本发明的第二行星排4包括第二太阳轮42、第二齿圈44、第二行星架41和第二行星轮43，所述第二太阳轮42外部设置有第一电机/发电机MG1，所述第二齿圈44外部设置有第二电机/发电机MG2，所述第二齿圈44与所述第三齿圈54之间设置有第二离合器C2，所述第二行星轮43设置在所述第二行星架41上，且与所述第二太阳轮42啮合；
本发明的第三行星排5包括第三太阳轮52和第三行星轮53、第三齿圈54、第三行星架51，所述第三齿圈54在外部设置有第二制动器B2，所述第三行星轮53设置在所述第三行星架51上，与所述第三太阳轮52啮合；所述输出轴2与第三行星架51固定连接；
本发明的第一电机/发电机MG1和所述第二电机/发电机MG2可工作在发电和电动两种工作状态下；
本发明通过所述第一制动器B1、第二制动器B2、第一离合器C1、第二离合器C2接合和分离，以及所述第一电机/发电机MG1和第二电机/发电机MG4在发电和电动两种工作状态下切换，实现不同工作模式的切换。
具体的使用原理如下：
机电复合工作模式1：当所述第一制动器B1接合，将所述第一齿圈34固定，同时，当所述第二离合器C2接合，将所述第二齿圈44和第三齿圈54固定连接，同时，第一电机/发电机MG1工作在发电状态且其转速逐渐下降，第二电机/发电机MG2工作在电动状态且其转速逐渐增加，整个变速机构有发动机和电机同时传递动力，实现无极调速，形成第一个机电复合工作模式，在第一机电复合工作模式末，第一电机/发电机MG1的转速降低到0，与第一电机/发电机MG1连接的第二行星架41转速为0，产生机电复合工作模式1的第一个机械点，机电复合工作模式1的第一机械点是机电复合工作模式2的开始；
机电复合工作模式2：在机电复合工作模式1的第一机械点，机电复合工作模式1切换到机电复合工作模式2，当所述第一制动器B1分离，将所述第一齿圈34松开，所述第一离合器C1接合，第一齿圈34和第二行星架41连接为一个整体，当所述第二离合器C2接合，将所述第二齿圈44和第三齿圈54固定连接，此时第二行星架41转速仍为0，产生机电复合工作模式2的第一机械点；同时，第一电机/发电机MG1工作在电动状态且其转速逐渐增加，第二电机/发电机MG2工作在发电状态且其转速逐渐下降，整个变速机构有发动机和电机同时传递动力，实现无极调速，形成第二个机电复合工作模式，在第二机电复合工作模式末，第二电机/发电机MG2的转速降低到0，与第二电机/发电机MG2连接的第二齿圈44转速为0，产生机电复合工作模式2第二个机械点，机电复合工作模式2的第二个机械点是机电复合工作模式3的开始；
机电复合工作模式3：在机电复合工作模式2的第二机械点，机电复合工作模式2切换到机电复合工作模式3，当所述第二离合器C2分离，将所述第二齿圈44和第三齿圈54松开，所述第二制动器B2接合，将所述第三齿圈54固定，所述第一离合器C1接合，第一齿圈34和第二行星架41连接为一个整体，此时第二齿圈44转速仍为0，产生机电复合工作模式3的第一机械点；同时，第一电机/发电机MG1工作在发电状态且其转速逐渐下降，第二电机/发电机MG2工作在电动状态且其转速逐渐增加，整个变速机构有发动机和电机同时传递动力，实现无极调速，形成第三个机电复合工作模式，在第三机电复合工作模式末，第一电机/发电机MG1的转速降低到0，与第一电机/发电机MG1连接的第二行星架41转速为0，产生机电复合工作模式3的第二个机械点；
纯电动挡1：当所述第二制动器B2接合，将所述第三齿圈54固定，所述第一离合器C1接合，第一齿圈34和第二行星架41连接为一个整体，所述第二离合器C2接合，第二齿圈44和第三齿圈54连接为一个整体，第一电机/发电机MG1工作，调节电机/发电机转动方向可实现前进或后退。
纯电动挡2：当所述第一制动器B1接合，将所述第一齿圈34固定，所述第一离合器C1接合，第一齿圈34和第二行星架41连接为一个整体，所述第二离合器C2接合，第二齿圈44和第三齿圈54连接为一个整体，第一电机/发电机MG1工作，调节电机/发电机转动方向可实现前进或后退。
所述第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器、第一电机/发电机和第二电机/发电机二的工作状态的操纵逻辑参见以下表1：
表1是各工况操作元件操纵表
Figure 979622DEST_PATH_IMAGE002
表1中， √ 表示该操纵元件接合，空白处表示该操纵元件分离，第一电机/发电机MG1和第二电机/发电机MG2的工作状态在发电和电动当中切换。k1- k3分别为第一行星排、第二行星排、第三行星排的行星排特征参数，等于齿圈与太阳轮的齿数之比。k1为第一齿圈34与第一太阳轮32的齿数之比，k2为第二齿圈44与第二太阳轮42的齿数之比，k3为第三齿圈54与第三太阳轮52的齿数之比。在本实施例中，例如当k1=3.91；k2=2.43；k3=2.00时，各个机械点的值为3.54、1.31、0.61。
虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在说明书结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (2)

1.一种车用多模式机电复合传动变速器，其特征在于包括输入轴（1）、第一行星排（3）、第二行星排（4）、第三行星排（5）和输出轴（2），第一电机/发电机（MG1）、第二电机/发电机（MG2）、第一制动器（B1）、第二制动器（B2）、第一离合器（C1）、第二离合器（C2）和能量管理系统（4）；
所述第一行星排（3）包括第一太阳轮（32）、第一齿圈（34）、第一行星架（31）和第一行星轮（33），所述第一太阳轮（32）与第二太阳轮（42）、第三太阳轮（52）固定连接，所述第一齿圈（34）在外部设置有第一制动器（B1），所述第一齿圈（34）与第二行星架（41）之间设置有第一离合器（C1），所述第一行星轮（33）设置在所述第一行星架（31）上且与所述第一太阳轮（32）啮合，所述输入轴（1）用于连接发动机，并与第一行星架（31）固定连接；
所述第二行星排（4）包括第二太阳轮（42）、第二齿圈（44）、第二行星架（41）和第二行星轮（43），所述第二行星架（41）外部设置有第一电机/发电机（MG1），所述第二齿圈（44）外部设置有第二电机/发电机（MG2），所述第二齿圈（44）与所述第三齿圈（54）之间设置有第二离合器（C2），所述第二行星轮（43）设置在所述第二行星架（41）上，且与所述第二太阳轮（42）啮合；
所述第三行星排（5）包括第三太阳轮（52）和第三行星轮（53）、第三齿圈（54）、第三行星架（31），所述第三齿圈（54）在外部设置有第二制动器（B2），所述第三行星轮（53）设置在所述第三行星架（51）上，与所述第三太阳轮（52）啮合；所述输出轴（2）与第三行星架（51）固定连接；
所述第一电机/发电机（MG1）和所诉第二电机/发电机（MG2）可工作在发电和电动两种工作状态下；
通过所述第一制动器（B1）、第二制动器（B2）、第一离合器（C1）、第二离合器（C2）接合和分离，以及所述第一电机/发电机（MG1）和第二电机/发电机（MG2）能在发电和电动两种工作状态下切换，实现无极调速和不同工作模式切换。
2.根据权利要求1所述的车用多模式机电复合传动变速器，所述第一制动器（B1）和第二制动器（B2）均为湿式多盘制动器，所述第一离合器（C1）、第二离合器（C2）均为湿式多片式离合器。
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