CN208789484U - 一种高效节能安全的混合动力cvt无级变速系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统，包括CVT无级变速箱的后从动带轮输入轴同轴相接安装的离心离合驱动电机、燃油发动机的发动机曲轴相接的启动发电机、主控制器ECU，所述驱动轮(13)连接在齿轮差速箱(3)的输出驱动轴(12)上，所述齿轮差速箱(3)与所述CVT无级变速箱(2)传动连接，所述主控制器ECU控制所述燃油发动机与离心离合驱动电机的结合。采用本实用新型，解决燃油发动机与电机工作时的互相连动的分离结构，解除分离两者之间互相产生的连动阻力、消除能耗因阻力浪费，在能源损耗上高效回收能源储存循环使用，高效回收能源储存循环使用、达到节能减排高效回收能源的目标。

Description

一种高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统

技术领域

本实用新型涉及一种车辆动力系统，尤其涉及一种高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统。

背景技术

随着全球能源紧张及机动车日益的增长、车辆尾气排放污染造成空气质量低落的重要因素之一、为降低车辆尾气排放、达到节能减排的目的，成为从事车辆制造企业积极研发具有高效率、低车排放的动力驱动系统，达到节能减排发展方向。而随着国内外政府对燃油车的排放管理越来越严格，车辆尾气排放首要是解决动力系统的问题，因此混合动力开始有串联式混动、并联式混动和混联式混动。省油环保的混合动力车辆和新能源车辆开始被更多的消费者青睐和接受，混合动力车辆在节能减排的方向也得到国内外政府的鼓励和支持。

1、丰田汽车在20世纪未推出混联式混合动力汽车，克服了发动机在初始起动条件下的排放控制与动力要求的困难，其混合动力系统设计是采用双电机动力分流和行星齿轮耦合方案，车辆在制动动能及逆循环过程回收储能电量回充电池组、有效的回收能源循环利用，其设计仍存在如下缺点：

(1.1)丰田THS结构设计包括发动机、1号电机、2号电机、行星齿轮、控制1号电机调整行星齿相对应发动机转速、达到无级变速，其变速结构设计控制复杂，并非CVT无级变速，不具备CVT无级变速箱的优越起步动力和加速顺畅性能，发动机工作时与电机的行星齿轮始终无法分离解耦，在发动工作时增加电机连带连动阻力，能耗在多次转换过程中被阻力消耗和浪费，电机能量回收只能在制动状态下小发功率发电回充，回充电量有限，其系统不具备直插式充电功能，导致车载电能储能有限，电驱动续航能力不足，车辆行驶基本以燃油发动机动力为主、电驱动为副助，而且发动机启停过于频繁、在系统和排放方面控制难度极大，能源回收无法达到高效利用。

2、绕开丰田汽车的行星齿轮耦合技术混合动力系统，其它的混合动力无级变速多模式直接驱动系统其设计直接去除传动变速箱，由发动机、发电机、驱动电机、离合器、差速器、电池组、控制电路组成。燃油发动机用于高速行驶工作，而载重、爬坡、大扭矩输出时燃油发动机协同工作，而且多个电机组合，存在如下缺点：

(2.1)当车辆在载重或连续爬坡大扭矩输出时、驱动电机工做功效率损耗最大、电能损耗快速，连续工作会导致电池组过度放电，当电池处于低电压时输出电流也倍增加大、会导致电池、电机、控制元件老化易损，倍增大电流会瞬间击穿电机或控制元件的损坏或短路，燃油发动机在去除变速箱将无从改变输出动力传动比，失去低转速大扭矩的动力输出性能优势，此时燃油发动机工作效率极低、输出扭矩极小，只会增加油耗和排放，系统采用的牙嵌电磁离合器在差速箱之间分离/接合时会出现延时抖动，发动机/电机在中高转速工作之间频繁分离/接合其瞬间的分离接合冲击力会导致离合器过度老化和易损，而且系统多个电机设计组合、结构复杂，制造成本偏高，在控制和行驶使用中难免有控制廷时或不协同同步问题。存在很大技术解决难点。

3、目前的CVT无级变速箱结构设计简单、性能优越，采用前后V型带锥轮和V型传动带形成、改变前后V型带锥轮的深槽及直径、从而连续改变传动比，相比齿轮变速箱结构简单、性能优越、变速加速顺畅，但CVT无级变速箱设计存在如下缺点：

(3.1)急加速或大扭矩工作时V形带与前后V形从动锥轮摩擦瞬间会打滑失速的技术缺陷，即燃油动力及电机动力均通过CVT的输入端经变速后再由输出轴输出，存在着cvt负荷重，动力变动大，V形带在连续变速工作过程中的老化或磨损、断裂、会致使车辆在行驶过程中突然间失去传动动力、无从加速，导致危险的交通安全隐患。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统。可实现燃油动力与电驱动力的完美互动转换，使车辆在行驶过程中达到转换加速顺畅性能。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统，包括CVT无级变速箱(2)的后从动带轮输入轴(10) 同轴相接安装的离心离合驱动电机(11)、燃油发动机(1)的发动机曲轴(5) 相接的启动发电机(6)、主控制器ECU(20)，所述驱动轮(13)连接在齿轮差速箱(3)的输出驱动轴(12)上，所述齿轮差速箱(3)与所述CVT无级变速箱(2)传动连接，所述主控制器ECU(20)与燃油发动机(1)、启动发电机(6)、离心离合驱动电机(11)、变频整流开关充电器(30)、点火器(31)、发动机转速传感器(32)、时速传感器(33)、加速器(38)、电池组(34)电连接，控制所述燃油发动机(1)与离心离合驱动电机(11)的结合，离心离合驱动电机(11) 包括离心离合器及驱动电机。

进一步地，所述离心离合器包括电机转子中心设置有若干个离合槽、设置于所述离合槽内的离合块，所述后从动带轮输入轴置于所述电机转子中心位置，所述离心离合器通过所述离合块使所述电机转子与后从动带轮输入轴离合。

更进一步地，所述离心离合器设置于所述驱动电机的转子上，所述后从动带轮输入轴与所述离心离合器离合连接。

更进一步地，所述主控制器ECU(20)包括主控电路(21)、电动驱动电路(22)、智能油/电转换电路(25)，所述主控电路(21)获取发动机转速传感器 (32)、时速传感器(33)、加速器(38)、电池组(34)、变频整流开关充电器(30)、启动发电机(6)的反馈信号，所述电动驱动电路(22)与主控电路(21)电连接控制离心离合驱动电机(11)的运转，所述智能油/电转换电路(25)与变频整流开关充电器(30)电连接。

更进一步地，所述主控制器ECU(20)还包括故障检测电路(23)、GPS定位防盗/无线电路(24)。

更进一步地，还包括所述变频整流开关充电器(30)、与所述电池组(34) 电连接的直插式充电器(35)、所述发动机转速传感器(32)、所述时速传感器(33)。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：本实用新型在结构上使用离心离合驱动电机根据不同转速数值进行分离或接合的自动离心离合结构，解决燃油发动机与电机工作时的互相连动的分离结构，解除分离两者之间互相产生的连动阻力、消除能耗因阻力浪费，在能源损耗上高效回收能源储存循环使用、达到节能减排高效回收能源的目标，高效回收能源储存循环使用、达到节能减排高效回收能源的目标。此外本实用新型将电机动力通过离心离合装置直接由 cvt输出轴输出，大大减轻了cvt变速过程的动力及负荷变化，延长了cvt的寿命，输出更加平稳。

附图说明

图1是本实用新型的整体系统结构示意图；

图2是本实用新型的整体系统控制电路系统的结构示意图；

图3是离心离合驱动电机的结构示意图；

图4是本实用新型的整体结构示意图。

其中各标号说明为：1、燃油发动机，2、CVT无级变速箱，3、齿轮差速箱，4、燃油节气门，5、发动机曲轴，6、启动发电机，7、前从动带轮，8、V型带， 9、后从动带轮，10、后从动带轮输入轴，11、离心离合驱动电机，12、输出驱动轴，13A、13B、13C、13D、驱动轮，14、离心离合器(14)，15、驱动电机， 16、转子，20、主控制器ECU，21、主控电路，22、电动驱动电路，23、故障检测电路，24、GPS定位防盗/无线电路，25、智能油/电转换电路，30、变频整流开关充电器，31、点火器，32、发动机转速传感器，33、时速传感器，34、电池组，35、直插式充电器，36、仪表显示器，37、蓝牙传输电路，38、加速器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

参照图1、图2、图4所示的结构示意图。

本实用新型实施例的一种高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统，包括CVT无级变速箱(2)的后从动带轮输入轴(10)同轴相接安装的离心离合驱动电机(11)、燃油发动机(1)的发动机曲轴(5)相接的启动发电机(6)、主控制器ECU(20)，所述驱动轮(13)连接在齿轮差速箱(3)的输出驱动轴(12) 上，所述齿轮差速箱(3)与所述CVT无级变速箱(2)传动连接，所述主控制器ECU(20)与燃油发动机(1)、启动发电机(6)、离心离合驱动电机(11)、变频整流开关充电器(30)、点火器(31)、发动机转速传感器(32)、时速传感器(33)、加速器(38)、电池组(34)电连接，控制所述燃油发动机(1)与离心离合驱动电机(11)的结合。

实施例1结构设计：本实用新型系统由燃油发动机(1)与CVT无级变速箱(2)之间的后从动带轮输入轴(10)同轴位置相接安装具有离心离合驱动电机(11)并通过齿轮差速箱(3)的输出驱动轴(12)、传动驱动轮(13)行驶，其特征在于：离心离合驱动电机(11)是在电机的转子中间设置具有3粒以上的圆柱滚珠自动离心离合结构，如图3所示，其为驱动电机转子中心离心离合的结构图，当然离心离合驱动电机也可从现有技术中进行选择，根据转速离心力或液压力的上升或下降自动分离或接合的离合装置，离心离合驱动电机(11) 包括离心离合器(14)及驱动电机(15)，离心离合器(14)设置于驱动电机(15) 的转子16上，后从动带轮输入轴(10)与离心离合器(14)离合连接。

离心离合器包括所述电机转子中心设置有若干个离合槽、设置于所述离合槽内的离合块，所述后从动带轮输入轴置于所述电机转子中心位置，所述离心离合器通过所述离合块使所述电机转子与后从动带轮输入轴离合。

离合块选择三粒或三粒以上圆柱形滚珠，但本实用新型并不以此为限。

当驱动电机转子旋转工作根据离心力或液压力的上升离合结构自动进入接合状态，当驱动电机转子旋转下降时根据离心力或液压力的下降离合结构自动处于分离状态。当发动机工作旋转时变速箱的后从动带轮输入轴的转速数值超过驱动电机转子转速数值时离合结构处于分离状态，反之发动机工作旋转变速箱的后从动带轮输入轴转速数值等于或低于驱动电机转子转速数值时离合结构处于接合状态，该离心离合结构是实施燃油发动机与电机各自工作时根据不同转速数值进行分离或接合的自动离心离合结构，解决燃油发动机与电机工作时的互相连动的分离结构，解除分离两者之间互相产生的连动阻力、消除能耗因阻力浪费。从而实施车辆在起步或低速时由离心离合驱动电机(11)纯电驱动行驶，当检测纯电驱动行驶速度超过一定数值时、主控制器ECU(20)、主控电路、控制启动燃油发动机(1)实施燃油驱动行驶。

实施例2叠加双动力设计：采用在发动机曲轴同轴相接有启动发电机(6)，去除了原始发动机启动马达和差速过桥齿轮结构，由启动发电机直接旋转曲轴连动活塞进行压缩做功点火燃烧发动机运转工作，并通过主控制器ECU主控电路、控制、检测电池组容量反馈数值、确认启动燃油发动机运转同时启动发电机发电经变频整流开关充电器为电池组回充电量回收能源，启动发电机可根据发动机启动扭矩或储能电池组的容量而科学的设定发电功率的大小，减少优化能源在多次转换过程中消耗浪费，当车辆在低速载重或连续爬坡大扭矩输出时、主控制器ECU的主控电路、智能油/电转换电路(25)控制、检测车辆行驶速度，离心离合驱动电机(11)转速、启动燃油发动机(1)实施油电叠加双动力同时驱动行驶，解决燃油或电能的单一工作产生的能耗输出浪费和发动机在低速大扭矩时加速油耗增加的能源输出，从而减低发动机、电机、两者在载重或连续爬坡大扭矩输时单一工作的能源输出和损耗，在制动动能能源回收及有效的节省燃油和补充电能，减少尾气排放，将总体排放及能耗和零部件损耗控制在最佳状态范围内。

实施例3能源高效回收：本系统采用在发动机曲轴同轴相接有启动发电机 (6)，去除了原始发动机启动马达和差速过桥齿轮结构，由启动发电机直接旋转曲轴连动活塞进行压缩做功点火燃烧发动机运转工作，并通过主控制器ECU 主控电路、控制、检测电池组容量反馈数值、确认启动燃油发动机运转同时启动发电机发电经变频整流开关充电器为电池组回充电量回收能源，启动发电机可根据发动机启动扭矩或储能电池组的容量而科学的设定发电功率的大小，减少优化能量在多次转换过程中消耗浪费，从而高效回收能源储存循环使用、达到节能减排高效回收能源的目标。

实施例4技术优化：为解决CVT无级变速急加速或大扭矩工作时V形带与前后V形从动锥轮摩擦瞬间会打滑失速的技术缺陷，V形带在连续变速工作过程中易老化或磨损、断裂、致使车辆在行驶过程中突然失去传动动力、无从加速、的技术缺陷，本系统将自动离心离合驱动电机(11)安装在CVT无级变速的后从动带轮输入轴(10)同轴相接的位置，当车辆低速载重或连续爬坡大扭矩输出行驶时控制系统进行油电叠加双动力驱动行驶，减少V形带与前后V 形从动锥轮摩擦瞬间打滑失速的技术缺陷，当控制电路检测到CVT无级变速失速、无从加速数值时系统将由驱动电机(11)驱动车辆正常行驶，车辆行驶转换过程中如燃油动力出现故障时即由驱动电机实施纯电驱动行驶，反之驱动电机出现故障即由燃油动力驱动行驶，确保车辆在行驶过程中的加速和传动动力，优化解决现有CVT无级变速的技术缺点和确保车辆行驶的安全隐患。

本实施例所示混合动力CVT无级变速系统控制电路包括：燃油发动机(1)、启动发电机(6)、后从动带轮输入轴(10)、离心离合驱动电机(11)、主控制器 ECU(20)、主控电路(21)、电动驱动电路(22)、故障检测电路(23)、GPS 定位防盗/无线电路(24)、智能油/电转换电路(25)、变频整流开关充电器(30)、点火器(31)、发动机转速传感器(32)、时速传感器(33)、电池组(34)、直插式充电器(35)、仪表显示器(36)、蓝牙传输电路(37)、加速器(38)、等组成，主要控制燃油动力与电驱动力的转换行驶。

1、所述的主控制器ECU(20)、主控电路(21)同步监测燃油发动机(1)、启动发电机(6)、离心离合驱动电机(11)、电动驱动电路(22)、智能油/电转换电路(25)、变频整流开关充电器(30)、点火器(31)、发动机转速传感器(32)、时速传感器(33)、电池组(34)、加速器(38)出现故障时通过故障检测电路(23) 芯片储存故障代码并通信至仪表显示器(36)显示或通过蓝牙传输电路(37)连接传输至手机APP端告知用户和售后维修人员的故障类别和具体故障原因。

2、所述主控制器ECU(20)的GPS定位防盗/无线电路(24)是由手机 APP端远程控制实施车辆防盗定位、道路援助救援、维修记录传输发送至生产商后台服务器的无线网络通信传输功能模块。

3、所述的加速器(38)同步控制燃油发动机(1)，离心离合驱动电机(11)、并将控制加速信号同步骤输送至电动驱动电路(22)。

4、所述的智能油/电转换电路(25)是用于切换燃油发动机(1)、离心离合驱动电机(11)实施纯电驱动，燃油驱动或油电叠加双动力驱动的启停转换电路模块。

5、所述的变频整流开关充电器(30)是具有检测电池组(34)容量数值及调整开启、关闭充电流和电压的功能模块。

6、所述的直插式充电器(35)是在车辆闲置时可通过电网为电池组(34) 进行充电，充储电能可作为车辆纯电驱动短途行驶，减少城市短途采用燃油发动行驶，有效的减少尾气排放，达到节能减排的目标。

以下通过举例说明本混合动力CVT无级变速系统工作过程：

1、当车辆初始使用开启电源开关时主控制器ECU(20)、主控电路(21) 进行检测加速器(38)回位初始值，电池组(34)输入检测信号，根据电池组(34) 的容量是否在一定的数值内，(是)车辆初始驱动由电池组(34)供电经主控电路(21)、加速器(38)电动驱动电路(22)、控制离心离合驱动电机(11)工作传动后从动带轮输入轴(10)经齿轮差速箱(3)传动输出驱动轴(12)、传动驱动轮(13)实施车辆纯电驱动行驶。

2、当离心离合驱动电机(11)纯电驱动行驶到一定速度设定数值时，主控制器ECU(20)的主控电路(21)通过时速传感器(33)检测信号及离心离合驱动电机(11)转速信号、的转速信号的反馈数值，主控电路(21)通过静音启动线智能控制启动发电机(6)工作并开启点火器(31)使燃油发动机(1)旋转工作，主控电路(21)确认燃油发动机(1)工作后并在同等数值时关闭电动驱动电路(22)，启动发电机(6)通过燃油发动机(1)旋转工作的电流通过变频整流开关充电器(30)为电池组补充电量回收能量，变频整流开关充电器(30) 通过检测线根据电池组(34)的容量、自动调整和开启或关闭充电电流和电压。燃油发动机(1)工作后由加速器(38)控制加速并通过前从动带轮(7)、V型带(8)、后从动带轮(9)改变变速比传动后从动带轮输入轴(10)经齿轮差速箱(3)传动输出驱动轴(12)、传动驱动轮(13)实施车辆燃油驱动行驶。

3、当主控电路(21)检测电池组(34)的容量信号低于一定的数值时，主控电路(21)通过静音启动线智能控制启动发电机(6)工作并开启点火器(31) 使燃油发动机(1)旋转工作，主控电路(21)确认燃油发动机(1)工作后、启动发电机(6)通过燃油发动机(1)旋转工作的电流通过变频整流开关充电器 (30)为电池组补充电量回收能量，变频整流开关充电器(30)通过检测线根据电池组(34)的容量、自动调整和关闭充电电流和电压。燃油发动机(1)工作后由加速器(38)控制加速并通过前从动带轮(7)、V型带(8)、后从动带轮(9) 改变变速比传动后从动带轮输入轴(10)经齿轮差速箱(3)传动输出驱动轴(12)、传动驱动轮(13)实施车辆燃油驱动行驶。

4、当车辆在低速载重或连续爬坡大扭矩输出时、主控制器ECU(20)的主控电路(21)、智能油/电转换电路(25)控制、检测车辆行驶速度，离心离合驱动电机(11)转速、电流、电压、从而实施油电叠加双动力同时驱动行驶，解决燃油或电能的单一工作产生的能耗输出浪费和发动机在低速大扭矩时加速油耗增加的能源输出，从而减低发动机、电机、两者在载重或连续爬坡大扭矩输时单一工作的能源输出和损耗，并在制动动能回收能源有效的节省燃油或电能输出，减少尾气排放，将总体排放及能耗和零部件损耗控制在最佳状态范围内。

本系统设计在车辆初始行驶由驱动电机纯电行驶，因此机械传动结构由燃油发动机(1)、CVT无级变速箱(2)、离心离合驱动电机(11)、差速箱(3)、启动发电机(6)、电池组(34)、等组成，可根据生产系列化、标准化。而电路组合由主控制器ECU(20)、主控电路(21)、传感器(31)(32)、变频整流开关充电器(30)、点火器(32)、加速器(38)、等组成，可根据硬件模块化，软件程序升级化组合。本实用新型将电机动力通过离心离合装置直接由cvt输出轴输出，大大减轻了cvt变速过程的动力及负荷变化，延长了cvt的寿命，输出更加平稳。本实用新型混合动力CVT无级变速系统可在二轮、三轮、四轮以上的车辆上使用，其实用新型设计结构简单，制造成本较低，能源回收高效，本系统已多次制定样车、不断实际路试，其结构耐久性、控制电路可靠性、稳定性，已在样车路试过程中不断优化升级改良，现可投入实现批量生产制造。

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统，其特征在于，包括CVT无级变速箱(2)的后从动带轮输入轴(10)同轴相接安装的离心离合驱动电机(11)、燃油发动机(1)的发动机曲轴(5)相接的启动发电机(6)、主控制器ECU(20)，所述驱动轮(13)连接在齿轮差速箱(3)的输出驱动轴(12)上，所述齿轮差速箱(3)与所述CVT无级变速箱(2)传动连接，所述主控制器ECU(20)与燃油发动机(1)、启动发电机(6)、离心离合驱动电机(11)、变频整流开关充电器(30)、点火器(31)、发动机转速传感器(32)、时速传感器(33)、加速器(38)、电池组(34)电连接，控制所述燃油发动机(1)与离心离合驱动电机(11)的结合，离心离合驱动电机(11)包括离心离合器及驱动电机。

2.根据权利要求1所述的高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统，其特征在于，所述离心离合器包括电机转子中心设置有若干个离合槽、设置于所述离合槽内的离合块，所述后从动带轮输入轴置于所述电机转子中心位置，所述离心离合器通过所述离合块使所述电机转子与后从动带轮输入轴离合。

3.根据权利要求1或2所述的高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统，其特征在于，所述离心离合器设置于所述驱动电机的转子上，所述后从动带轮输入轴与所述离心离合器离合连接。

4.根据权利要求3所述的高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统，其特征在于，所述主控制器ECU(20)包括主控电路(21)、电动驱动电路(22)、智能油/电转换电路(25)，所述主控电路(21)获取发动机转速传感器(32)、时速传感器(33)、加速器(38)、电池组(34)、变频整流开关充电器(30)、启动发电机(6)的反馈信号，所述电动驱动电路(22)与主控电路(21)电连接控制离心离合驱动电机(11)的运转，所述智能油/电转换电路(25)与变频整流开关充电器(30)电连接。

5.根据权利要求4所述的高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统，其特征在于，所述主控制器ECU(20)还包括故障检测电路(23)、GPS定位防盗/无线电路(24)。

6.根据权利要求5所述的高效节能安全的混合动力CVT无级变速系统，其特征在于，还包括所述变频整流开关充电器(30)、与所述电池组(34)电连接的直插式充电器(35)、所述发动机转速传感器(32)、所述时速传感器(33)。