机电混合电控无级变速驱动系统技术方案

一种机电混合电控无级变速驱动系统，属于车辆技术领域。本发明专利技术包括一个内燃机、一个扭转减振器、两个行星轮系，两个电机，两根传动轴，一个壳体和一个离合器，内燃机经过扭转减振器、第一传动轴与第一行星轮系的行星架相连，第一电机与第一行星轮系的太阳轮相连，第一行星轮系的内齿圈经过第二传动轴与第二行星轮系的行星架相连，第二电机与第二行星轮系的太阳轮相连，离合器主动盘与第一传动轴相连，从动盘与第二传动轴或第一电机的转子相连。本发明专利技术结构简单紧凑，整个系统设计匹配参数少，便于设计、制造、匹配和维护。通过高性能的电机控制系统和控制方法，能够实现全速区无级变速调节，高效率的齿轮传动保证了整个系统的传动效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种车辆
的驱动系统，具体是一种机电混合电控无级变速驱动系统。
技术介绍
按照车辆驱动系统的工作方式，一般将混合动力车辆归类为串联式、并联式和混联式。混联式能够同时通过串联和并联的方式传递动力，一般我们认为混联式系统在对车辆整体性能的改善上是优于前两种方式的。本专利技术设计的驱动系统就是一种混联式车辆驱动系统。在车辆的变速方面，混联式混合动力汽车需要自动变速。在混联式混合动力汽车中，有时需要内燃机单独驱动，有时需要电动机单独驱动，有时又需要两者共同驱动，因此需要一种合适的传动系统进行动力的切换、合并和调整传动比，实现能量自动管理，提高整车经济性，改善车辆动力性和行驶平顺性。显然手动变速器很能满足这样的要求，必须采用自动变速器。现有的自动变速器有液力机械式自动变速器(AT)、无级变速自动变速器(CVT)和机械式自动变速器(AMT)。AT所采用的液力变矩器传动效率低下，CVT靠摩擦传动，传递的力矩有限；而AMT的离合器起步控制、动力传递平顺性控制都比较困难。此外，混联混合动力汽车还需要一个动力耦合装置将内燃机的动力和电动机的动力汇聚后传递到车轮，并且两种动力源有多种组合运行方式，混联式混合动力汽车最大的技术难题莫过于对两种动力源的协调控制。将动力耦合装置、变速器和电动机三者有机的结合在一起，形成一种新型的变速驱动总成，可以提供解决以上问题的有效途径。经过对现有相关技术文献进行检索，发现中国专利申请号200410021278.3，高效节能机电混合无级变速器。该专利技术自述为一种高效节能机电混合无级变速器，包括三个同轴行星轮系，两个电机、一个控制器、两个动力传输轴和至少两个离合器，三个行星轮系耦合成一个五枝系统，五枝系统的第一枝与第一个电机联接，第五枝与第二个电机相联，第三枝与第一个动力传输轴相联，第二个动力传输轴则通过离合器有选择性地与第二枝或第四枝耦合，两电机间通过电气连接并相互传递电能。根据该专利申请的自述，它的优点是传动效率高，输出/输入速比和动力进行调节范围宽，可实现不间断的无级变速且无需启动装置，能够大幅度提高整车的燃油效率。但是，该专利技术也存在一些问题(a)由于该专利技术大量采用离合器，并且采用了三个行星轮结构和大量传动齿轮机构，使得它在重量和体积上并不占据优势，而且使整个系统在润滑、冷却和绝缘等方面的设计和制造变得复杂；(b)该系统大量采用离合器，在整个系统控制过程中，需要在每个速度区的节点控制不同离合器的离合状态以保证不同速度区域的传动动力切换，这样增大了控制的复杂程度，降低了可靠性和动力传动平稳性。并且在大量采用离合器传递动力的同时，系统的传动效率得不到保证；(c)该系统的设计匹配参数(无论是机械参数还是电气参数)都较多，使得系统设计匹配复杂，限制了系统的广泛适用性、可移植性和可优化能力。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的上述不足，提供一种机电混合电控无级变速驱动系统。本专利技术机构只采用两个行星轮系和一个离合器，结构简单紧凑，整个系统设计匹配参数少，便于设计、制造、匹配和维护。通过高性能的电机控制系统和控制方法，能够实现全速区无级变速调节，高效率的齿轮传动保证了整个系统的传动效率。本专利技术包括内燃机、一个扭转减振器、两个行星轮系、两个电机、两根传动轴和一个壳体，每个行星轮系均由同轴的太阳轮、行星架、内齿圈和连接太阳轮和内齿圈的行星轮组成；同时该系统可以根据不同的实施方案装配一个离合器。内燃机输出轴经过扭转减振器与第一传动轴相连，第一传动轴与第一行星轮系的行星架相连，第一行星轮系的太阳轮与第一电机的转子相连，第一行星轮系的内齿圈与第二传动轴相连，第二传动轴与第二行星轮系的行星架相连，第二行星轮系的太阳轮与第二电机的转子与相连，第二行星轮系的内齿圈固定在变速驱动系统壳体的内壁，两个电机的定子均与壳体连接。壳体相当于一个变速箱箱体，与内燃机缸体相连。离合器可以根据需要布置在不同的位置，原则上离合器的主动盘与第一传动轴相连，离合器的从动盘可以与第二传动轴直接相连，或与第一电机的转子相连。离合器起到连接两根传动轴的作用，可将内燃机的动力直接传递给驱动轮，实现车辆巡航行驶时的高效动力传递。所述的两根传动轴是同轴布置的，其中第一传动轴是动力输入轴，与内燃机相连；第二传动轴是动力输出轴，与驱动轮相连。所述的第一电机和第一行星轮系是同轴布置的，第一电机的转子与第一行星轮系的太阳轮相连，并且内部为空，中间穿过第一传动轴；第二电机和第二行星轮系是同轴布置的，第二电机的转子与第二行星轮系的太阳轮相连，并且内部为空，中间穿过第二传动轴。所述的两个行星轮系是同轴的，第一行星轮系的内齿圈和第二行星轮系的行星架相连，并且是通过一根传动轴连接的。第一行星轮系是一个二自由度的差动行星轮系，第一电机可以向正反两个方向任意旋转，并且转速是可控的，其转向和转速取决于内燃机的转速和车速。根据差动行星轮系各部件的转速关系，在内燃机转速(即第一行星轮系的行星架转速)一定的情况下，通过调节第一电机转子的转速(即第一行星轮系的太阳轮转速)便可以实现调节系统的输出轴转速(即第二传动轴转速)。所述的第二行星轮系是一个单自由度的简单行星轮系，相当于一个定轴齿轮传动，对第二电机起到减速和放大转矩的作用，第二电机的动力从太阳轮输入，经齿轮传动放大后由行星架输出。所述的第二电机可以向正反两个方向任意旋转，并且输出转矩是可控的，其转矩的大小和方向取决于内燃机的工况和道路负载。通过调节第二电机的输出转矩，可以实现调节系统的总输出转矩。本专利技术没有专门用于反向驱动的传动装置，倒车是通过第二电机的反向驱动来实现的。本专利技术中，两个电机都能够在电动机和发电机的功能之间切换，通过电机和内燃机之间的配合，可以通过多种方式调节整个系统的输出功率，并调节内燃机的工作点(转速和负荷)。本专利技术中，第一个行星轮系是一个差动行星轮系，在系统中起到功率分流和汇流的作用，其太阳轮既可以作为功率输出部件也可以作为功率输入部件工作。来自内燃机的功率输入到第一行星轮系的行星架，通过功率分流分成两部分，一部分经第一行星轮系的太阳轮输出到第一电机，第一电机作为发电机工作吸收功率；另一部分经第一行星轮系的内齿圈输出到第二传动轴。第一电机作电动机工作时输出功率，并经太阳轮输入第一行星轮系，与内燃机的功率汇流后叠加到第一行星轮系的内齿圈输出。本专利技术的工作原理是(a)离合器分离情况内燃机输出目标功率，第一个电机通过调速实现系统的目标输出转速，第二个电机通过调节转矩实现系统的目标输出转矩，整个系统(包括两个电机)的运行能源最终来自与内燃机。在系统的工作过程中，内燃机输出的动力通过第一传动轴输入给第一行星齿轮系的行星架，第一电机通过速度调节实现第一行星轮系的太阳轮转速，这样便确定了第一个行星轮系的内齿圈的转速，在这个过程中内燃机的输出转矩和电机的输出转矩都通过第一个行星齿轮系叠加输出到第一个行星轮系的内齿圈上，由于第一行星齿轮系内齿圈与第二传动轴刚性连接，所以第二传动轴的转速也确定；在第二传动轴上，第二电机的转矩通过第二行星轮系放大后与从第一行星轮系内齿圈传递来的转矩叠加并输出。所以，整个系统的输出转速和转矩都是可以连续调节的，并且内燃机的转速和转矩均能最大限度地不受车辆行驶工况的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机电混合电控无级变速驱动系统，包括：内燃机（１）、一个扭转减振器（２）、两个行星轮系（１７、１８），两个电机（４、１０），两根传动轴（１５、１６）和一个壳体（３），每个行星轮系均由同轴的太阳轮、行星架、内齿圈和若干连接太阳轮和内齿圈的行星轮组成，其特征在于：内燃机（１）的输出轴经过扭转减振器（２）与第一传动轴（１５）相连，第一传动轴（１５）与第一行星轮系（１７）的行星架（８）相连，第一行星轮系（１７）的太阳轮（７）与第一电机（４）的转子相连，第一行星轮系（１７）的内齿圈（５）与第二传动轴（１６）相连，第二传动轴（１６）与第二行星轮系（１８）的行星架（１４）相连，第二行星轮系（１８）的太阳轮（１３）与第二电机（１０）的转子与相连，第二行星轮系（１８）的内齿圈（１１）固定在变速驱动系统壳体（３）的内壁，两个电机（４、１０）的定子均与壳体（３）连接，壳体（３）是一个变速箱箱体，与内燃机（１）的缸体相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：浦金欢，殷承良，熊伟威，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]