多模式机电无级变速器装置和控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多模式机电无级变速器。所述变速器包括一个输入轴(输入)，一个输出系统(输出)，至少一个行星轮系，两台电机(EM1，EM2)及其相关的控制器，和至少一个离合器(CL)。所述行星轮系具有至少三分枝，每个分枝代表一个同轴旋转部件。第一分枝以恒定速比耦合到第一电机(EM1)；第二分枝以恒定速比耦合到输出系统(输出)；第三分枝以恒定速比耦合到输入轴(输入)；所述第二电机(EM2)有选择地分别以不同的恒定速比耦合到所述行星轮系的两个不同分枝。所述模式机电无级变速器能提供多种运行模式，其中包括两个纯电力驱动模式和两个动力分流模式。不同的运行模式涵盖不同速比范围，满足不同的动力需求。在模式切换点，离合器相应部件自动同步。这避免了在模式切换时的冲击。所述变速器还可提供至少一个固定输出输入速比的运行模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于一种动力传动系统中的多模式机电无级变速器装置及其操作方法。它可广泛应用于各种车辆和动力设备。
技术介绍
为了减少燃料的消耗和排放，混合动力汽车结合了电力驱动与传统内燃机(亦称发动机)驱动两种不同的能源驱动形式。内燃机都有一定的速度和功率范围，并在其中很小的范围内达到最佳的工作状态。然而，实际路况千变万化，不但表现在驱动轮的速度上，同时还表现在驱动轮所要求的扭矩上。因此，内燃机的转速和扭矩，即内燃机的动力状态与驱动轮动力状态之匹配是变速器的首要任务之一。近年来，机电混合动力技术的诞生为实现内燃机与动力轮之间动力理想匹配开拓了新的途径。在众多的动力总成设计案中，最具代表性的为丰田公司电机无级变速器，简称THS。THS采用了分流原理，将输入动力分为两路。一路经过一个由齿轮轴系构成的机械链，另一路经过有机电组成的电力链。分流装置为一个简单的行星轮系。THS只能工作在一种分流模式下。它具有一个输出、输入速比节点SR；当变速器的输出、输入速比高于此节点时，系统将出现动力内循环，从而降低动力传输效率。这在很大程度上限制了变速器的有效工作速比范围。为了使THS能够应用在动力要求较高的车辆上，对其中电机功率提出了很高的要求。在电力驱动模式下，只有其中一台电动机提供动力。故此，THS并不适用于高功率下的纯电力驱动。插电式混合系统是一种要求高功率纯电力驱动动的典型应用实例。它要求全程纯电力驱动(AER)。车辆在电池电量被消耗到低于预定阈值前会以纯电动模式运行。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种新型多模式机电无级变速器。它可以在至少两种不同的分流模式下工作，有效地克服了动力内循环，具有较高的传动效率，能够在较宽的范围内对输出、输入速比和动力进行连续和独立的调节，从而极大地拓宽变速器的有效速比范围。另外，它还可在两个纯电力驱动及两个固定变速比的模式下运行。纯电动模式可大大改善加速性能，而固定变速比模式则可提供最大的传输效率。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：所述新型多模式机电无级变速器，包括一个齿轮系统，一个固定组件，一个输入轴，一个输出系统，至少一个离合器，两台电机和电机控制器。所述齿轮系统还包含二个的行星轮系，各行星轮系至少有三个同轴转动部件。对于那些熟悉本技术的人，一个行星轮系能以一个杠杆图的形式来描述和理解。杠杆图中有杠杆或棒及若干枝点。杠杆图示意性地表示了行星轮系的部件，并定义了轮系部件之间在运动与动力上的关系。杠杆图中每个枝点对应一个分枝，分别代表了行星轮系中的一个同轴旋转部件。枝点之间的距离取决于行星轮系齿轮部件间的齿数比。从杠杆的一端至另一端，依次称为齿轮系统的第一枝点，第二枝点和第三枝点等等。行星轮系中的同轴旋转部件的旋转速度是由相应枝点上垂直于杠杆的矢量表示。一个多枝点杠杆图具有两个转动自由度；任意两个枝点的转速可以完全确定该齿轮系统其他枝点的转速。各枝点转速矢量的终点始终落在一条直线上。三枝点杠杆代表一个三轴的行星轮系，即具有三个同轴旋转部件的三分枝齿轮组。图1示出了三枝点杠杆图。从左侧到右侧的三个枝点分别被称为第一(KN11)，第二(KN12)和第三(KN13)枝点。各枝点分别对应一个分枝，代表行星轮系的一个同轴旋转部件。根据分枝所对应的枝点，三个分枝分别被称为第一，第二和第三行星轮系分枝。如果以第一枝点至第二枝点之间的距离为一个度量单位，那么第二枝点至第三枝点之间的距离则为Ka个单位。在简单行星轮系中，Ka为齿圈与太阳轮的齿数比(也称行星轮系的特征速比)。四枝点杠杆代表一个四轴的行星轮系，即具有四个同轴旋转部件的四分枝齿轮组。图2示出了四枝点杠杆图。从左侧到右侧的四个枝点分别被称为第一(KN21)，第二(KN22)，第三(KN23)和第四(KN24)枝点。各枝点分别对应一个分枝或行星轮系的同轴旋转部件。根据分枝所对应的枝点，四个分枝分别被称为第一，第二，第三和第四行星轮系分枝。如果以第三枝点至第四枝点之间的距离作为一个度量单位。那么第二枝点至第三枝点之间的距离将为Ka个单位，而第一枝点至第三枝点之间的距离则为Kb个单位。枝点，这里，Ka和Kb是四分枝行星轮系的特征齿比。所述齿轮系统中，第一行星轮系由第一个三枝点杠杆表示，第二行星轮系由第二个四枝点杠杆表示。。第一杠杆的第一枝点与固定组件耦合，而第二枝点则与第二杠杆的第二枝点耦合。所述齿轮系统与输入轴，输出系统及第一和第二电机作如下方式的连接(参照图3):第一杠杆的第三枝点通过至少一个离合器有选择地连接或断开第二电机；第二杠杆的第一枝点连接第一电机；第一及第二杠杆的第二枝点连接输出系统；第二杠杆的第三枝点连接输入轴，而第四枝点则通过至少一个离合器有选择地连接或断开第二电机。所述齿轮系统也可以由第一、第二两个皆为三枝点的杠杆组成。第一杠杆的第一枝点与固定组件耦合，而第二枝点则与第二杠杆的第二枝点耦合。所述齿轮系统与输入轴，输出系统及第一和第二电机作如下方式的连接:，第一杠杆的第三枝点通过至少一个离合器有选择地连接或断开第二电机；第二杠杆的第一枝点连接第一电机；第一及第二杠杆的第二枝点连接输出系统；第二杠杆的第三枝点连接输入轴，同时亦通过离合器有选择地连接或断开第二电机。所述多模式机电无级变速器还可以包括一个中间轴。所述的中间轴起到转动连接齿轮系统与输出系统的作用。所述多模式机电无级变速器还可以包括一个单向离合器，在一个方向接合，在相反方向脱离，这使得连接组件仅可以在一个方向传输转矩至另一连接组件。在一般情况下，离合器和单向离合器被统称为扭矩传递装置。通过协调所述扭矩传递装置和电机，变速器可以在多种操作模式下运行，包括第一电驱动模式，其中一个电机提供动力；第二电驱动模式，其中两个电机协同提供更强或更高效的动力；第一混合驱动模式，发动机处于工作状态，无级变速器在低输出-输入速比下运行；第二混合驱动模式，发动机处于工作状态，无级变速器在较高输出-输入速比下运行，和至少一个固定变速比驱动模式，此时变速器的输出-输入速比不变。固定速比下运行对于某些特殊用途可能是理想的。所述多模式机电无级变速器可在关闭发动机的条件下以纯电力驱动方式运行，满足所要求的纯电驱动里程范围。在纯电动模式下运行时，所述至少一个离合器选择性地将第二电机连接到第一杠杆的第三枝点，并将第二电机从第二杠杆的第四枝点上断开。第二电机向输出系统提供驱动扭矩和动力以驱动车辆。第一电动机提供扭矩来平衡发动机的反扭矩，并保持发动机在零转速或预定的速度。当在第二杠杆的第三枝点或输入轴配备单向离合器时，变速器可以利用第一和第二电机同时向输出系统提供驱动扭矩和动力来驱动车辆，改善加速和增强动力性能。所述单向离合器可以防止发动机作反方向旋转，并提供反扭矩来平衡第一电机的驱动扭矩。这允许第一和第二电机以并行的方式为车辆提供驱动扭矩与动力。当插电式混合动力车辆需要全程电力驱动时，就可能需要这种操作模式。在运行中，所述多模式机电无级变速器能在各运行模式之间切换。当在两种混合运行模式之间切换时，第二电机有选择地与第一或经离合器与第二杠杆耦合，以组成两种不同的动力分流系统构架，实现不同的动力分流模式。。由于切换是同步的，所以第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模式机电无级变速器，包括一个齿轮系统，一个输入轴，一个输出系统，第一、第二两台电机和至少一个扭矩传递装置；其特征在于：所述齿轮系统包括至少一个行星轮系，而行星轮系至少具有第一，第二及第三这三个同轴旋转部件；所述输出系统包括至少一个驱动轴；所述第一电机以恒定速比连接所述至少一个行星轮系的第一同轴旋转部件；所述输出系统以恒定速比连接所述至少一个行星轮系的第二同轴旋转部件；所述输入轴以恒定速比连接所述至少一个行星轮系的第三同轴旋转部件；所述第二电机有选择地通过所述至少一个扭矩传递装置以第一恒定速比连接所述至少一个行星轮系的一个同轴旋转部件，及以第二恒定速比连接所述至少一个行星轮系的另一同轴旋转部件，第一恒定速比不同于第二恒定速比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.23 US 14/6948811.一种多模式机电无级变速器，包括一个齿轮系统，一个输入轴，一个输出系统，第一、第二两台电机和至少一个扭矩传递装置；其特征在于：所述齿轮系统包括至少一个行星轮系，而行星轮系至少具有第一，第二及第三这三个同轴旋转部件；所述输出系统包括至少一个驱动轴；所述第一电机以恒定速比连接所述至少一个行星轮系的第一同轴旋转部件；所述输出系统以恒定速比连接所述至少一个行星轮系的第二同轴旋转部件；所述输入轴以恒定速比连接所述至少一个行星轮系的第三同轴旋转部件；所述第二电机有选择地通过所述至少一个扭矩传递装置以第一恒定速比连接所述至少一个行星轮系的一个同轴旋转部件，及以第二恒定速比连接所述至少一个行星轮系的另一同轴旋转部件，第一恒定速比不同于第二恒定速比。2.根据权利要求1所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：所述齿轮系统还包括另一个行星轮系；第二电机有选择地以第一恒定速比直接耦合所述至少一个行星轮系的一个同轴旋转部件，或以第二恒定速比通过所述另一个行星轮系间接耦合所述至少一个行星轮系的另一同轴旋转部件；所述第一和第二恒定速度比是不同的。3.根据权利要求2所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：至少一个行星轮系为四分枝行星轮系，具有一个第一同轴旋转部件，一个第二同轴旋转部件，一个第三同轴旋转部件和一个第四同轴旋转部件；第二电机有选择地以第一恒定速比直接耦合所述四分枝行星轮系的第四同轴旋转部件，或以第二恒定速比通过所述另一个行星轮系间接耦合所述四分枝行星轮系的第二同轴旋转部件；所述第一和第二恒定速比是不同的。4.根据权利要求3所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：所述变速器还包括一个第一固定组件；所述另一个行星轮系为三分枝行星轮系，具有一个第一同轴旋转部件，一个第二同轴旋转部件和一个第三同轴旋转部件；所述三分枝行星轮系的第一同轴旋转部件耦合第一固定组件；三分枝行星轮系的第二同轴旋转部件耦合四分枝行星轮系的第二同轴旋转部件；第二电机有选择地分别耦合三分枝行星轮系的第三同轴旋转部件或四分枝行星轮系的第四同轴旋转部件。5.根据权利要求4所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：所述变速器还包括一个第二扭矩传递装置和一个第二固定组件；第二转矩传递装置有条件地将输入轴和四分枝行星轮系的第三同轴旋转部件耦合到第二固定组件。6.根据权利要求5所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：所述变速器还包括一个第三扭矩传递装置和一个第三固定组件；第三转矩传递装置有选择地将四分枝行星轮系的第四同轴旋转部件耦合到第三固定组件。7.根据权利要求5所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：第一扭矩传递装置为一个具有至少两个啮合工位的齿啮合式离合器；第二扭矩传递装置为一个能为所述至少一个行星轮系提供反扭矩及防止输入轴反向旋转的单向离合器。8.根据权利要求3所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：所述电机最大持续功率为Pem，输入轴最大输入功率为Pin；所述四分枝行星轮系可以用一个四枝点杠杆图表示，杠杆图中第一枝点至第三枝点的距离为Kb个单位，第二枝点至第三枝点的距离为Ka个单位，第三枝点至第四枝点的距离为1个单位；所述四分枝行星轮系的特征参数Ka，Kb满足下列关系：Kb(Ka+1)Kb-Ka≤(1+Pem/Pin1-Pem/Pin)2.]]>9.根据权利要求8所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：所述另一个行星轮系为三分枝行星轮系，并可以用一个三枝点杠杆图表示；杠杆图中第一枝点至第二枝点的距离为1个单位；第二枝点至第三枝点的距离为Ks个单位；所述三分枝行星轮系的特征参数Ks和所述四分枝行星轮系的特征参数Ka，Kb满足下列其中一个关系：Ks=Ka+1Kb-Ka]]>或Ks＝Kb。10.根据权利要求2所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：所述至少一个行星轮系及所述另一个行星轮系布置在同一个轴线上，并在轴方向上彼此相邻。11.根据权利要求9所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：所述四分枝行星轮系的特征参数Ka和Kb满足下列关系，Kb(Ka+1)Kb-Ka≤2.75;]]>Kb≤2。12.根据权利要求1所述的多模式机电无级变速器，其特征在于：所述至少一个扭矩传递装置具有至少四个啮合工位；所述啮合工位是沿轴向布置的，并彼此相邻。13.一种设计、制作和操作多模式机电无级变速器的方法包括:设计和制作一个具有第一和第二行星轮系的齿轮系统，所述各行星轮系包括至少三个同轴旋转部件，分别称为第一，第二和第三同轴旋转部件；设计和制作一个输入轴，一个输出系统，一个第一电机，一个第二电机，一个第一固定组件和一个第一扭矩传递装置；耦合第一行星轮系的第一同轴旋转部件到第一固定组件；耦合第一行星轮系的第二同轴旋转部件到第二行星轮系的第二同轴旋转部件；耦合第二行星轮系的第一同轴旋转部件到第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾晓林，薛蕊，薛忠和，艾晓志，
申请(专利权)人：山东联诚汽车混合动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37