适用于商用多功能车辆的无级调速驱动系统的制作方法

本发明涉及一种适用于商用多功能车辆的无级调速驱动系统，以及一种包括该无级调速驱动系统的车辆。

背景技术：

随着企业与社会对环境保护和节约能源的重视，以及日益严苛的国家环保与节能法规要求，混合动力车辆将在未来一段时间逐渐成为市场主体。

现有混合动力传动系统主要包括行星齿轮轴式与平行轴齿轮式两种类型。两者并无优劣可言，企业可以根据自身技术积淀来选择不同的技术路线，以保证产品本身耐久可靠，加速性能、节油效果、驾驶舒适性等性能优异。

本发明涉及一种适用于商用多功能车辆的无级调速驱动系统，该系统包括发动机、两个电机、行星齿轮组、减振器、湿式离合器与若干副平行轴式齿轮组等。通过控制发动机、两个电机的工作状态，以及湿式离合器的结合或分离，来实现第一电机辅助启动发动机、发动机驱动车辆行驶并通过第一电机向电池充电、第二电机单独驱动车辆前进、通过第二电机实现制动能量回收、发动机与第二电机共同驱动车辆前进、以及发动机直接驱动车辆前进等多种模式，以降低整车油耗，提升整车加速性能，并保证模式切换中驾驶感受。

技术实现要素：

本发明涉及一种适用于商用多功能车辆的无级调速驱动系统，其能够提供有效的动力传输和改善的用户体验。本发明还涉及一种包括上述无级调速驱动的车辆。本发明的适用于商用多功能车辆的无级调速驱动系统，包括：发动机、两个电机、行星齿轮组、减振器、湿式离合器、主减从动齿轮；

行星齿轮组包括太阳轮、若干行星轮、外齿圈及行星架；行星轮围绕太阳轮设置，且行星轮与太阳轮、外齿圈内圈齿轮均啮合，行星架上固定有销轴，行星轮可转动地安装于销轴上(如行星齿轮分别通过滚针轴承空套在销轴上)；

发动机依次与机械一轴、减振器、机械二轴、行星齿轮组的行星架相连；

外齿圈的轮辐与机械二轴可通过湿式离合器连接为一体；

第一电机通过电动一轴与行星齿轮组中的太阳轮相连；

行星齿轮组中的外齿圈通过第一路径与主减从动齿轮相连；

第二电机通过第二路径与主减从动齿轮相连；

所述的第一路径与第二路径均通过若干副平行轴式齿轮组实现；

通过控制发动机、第一电机、第二电机的工作状态，以及湿式离合器的结合或分离，可实现多种运行模式。

上述技术方案中，优选的，所述的第一路径包括机械一级从动齿轮、机械二级主动齿轮，机械一级从动齿轮、机械二级主动齿轮通过第一轴固连，外齿圈的外圈齿轮与机械一级从动齿轮通过齿轮副相连，机械二级主动齿轮与主减从动齿轮通过齿轮副相连。

优选的，所述的第二路径包括电动二轴、电动一级主动齿轮、电动一级从动齿轮、电动二级主动齿轮，其中电动二轴与电动一级主动齿轮固连，电动一级主动齿轮与电动一级从动齿轮通过齿轮副相连，电动一级从动齿轮、电动二级主动齿轮通过第二轴相连，电动二级主动齿轮与主减从动齿轮通过齿轮副相连。

优选的，所述的外齿圈的外圈齿轮与外齿圈轮辐固连。

本发明还涉及一种车辆，其包括上述无级调速驱动系统。

具体而言，在图1中所示的实施例中，发动机、电机mg1和电机mg2中的至少一者提供动力输入。行星齿轮组和平行轴齿轮副配合来将动力选择性地将发动机、电机mg1和电机mg2中的至少一者动力和/或输出到主减从动齿轮。

尽管在图示的实施例中，电动输入轴与电动输出轴之间通过eg挡齿轮组来连接，但容易理解的是，电动输入轴与电动输出轴之间可设置更多的齿轮组或采用其他传动结构。

此外，行星齿轮中的齿轮数量也可以根据实际需要增加或减少。

此外，销轴中的销轴数量也可以根据实际需要增加或减少。

容易理解的是，各挡齿轮组中的齿轮数目可以根据实际需要增加或减少，并且齿轮组挡位数目也可根据实际需要来设定。例如，外圈齿轮可以不设置在外齿圈上，可以通过滚针轴承空套在机械输入二轴上，与外齿圈轮辐固连。机械一级传动齿轮组的数量可以增加或减少，本发明意在覆盖这些变型和改变。

通过控制发动机、mg1电机、mg2电机的工作状态，以及湿式离合器的结合或分离，可以实现多种运行模式，包括但不限于将在下文中详细描述的混动驱动模式、纯电驱动模式、怠速充电模式、电机辅助启动发动机模式、发动机单独驱动模式、和能量回收等。

附图说明

以下将结合附图和优选实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本发明范围的限定。此外，除非特别指出，附图仅是意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并且可能进行了夸张性显示，并且附图也并非一定是按比例绘制的。

图1是本发明的无级调速驱动系统的一种具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。本领域技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本发明的保护范围。

首先，需要说明的是，在本文中所提到的顶部、底部、朝上、朝下等方位用语是相对于各个附图中的方向来定义的，它们是相对的概念，并且因此能够根据其所处于的不同位置和不同的实用状态而变化。所以，不应将这些或其他方位用语理解为限制性用语。

此外，还应当指出的是，对于本文的实施例中描述或隐含的任意单个技术特征，或在附图中示出或隐含的任意单个技术特征，仍能够在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行组合，从而获得未在本文中直接提及的本发明的其他实施例。

此外，在不同的附图中，相同的参考标号表示相同或大致相同的部件。

图1是本发明的适用于商用多功能车辆的无级调速驱动系统的一个实施例的结构示意图。其中，根据本发明的混合动力传动系统包括：

发动机engine，其通过机械一轴1a与减振器2相连，减振器2通过机械二轴1b与行星架4相连，同时机械二轴1b通过湿式离合器3与外齿圈5轮辐6相连。

行星齿轮组，行星架4上设置若干销轴，如7a、7b所示；若干行星齿轮，如8a、8b所示，分别通过滚针轴承空套在销轴上。同时行星齿轮8a、8b内侧与太阳轮9相连，行星齿轮8a、8b外侧与外齿圈5上内圈齿轮6ri相连。太阳轮9通过电动一轴10与第一电机mg1相连。

机械二级传动齿轮副，外齿圈5上外圈齿轮6ro与机械一级从动齿轮11相连，机械二级主动齿轮g1与主减从动齿轮g2相连，同时机械一级从动齿轮11、机械二级主动齿轮g1均与第一轴12固连。

电动二级传动齿轮副，第二电机mg2通过电动二轴13与电动一级主动齿轮eg1相连，电动一级主动齿轮eg1与电动一级从动齿轮eg2相连，电动二级主动齿轮g3与主减从动齿轮g2相连，同时电动一级从动齿轮eg2、电动二级主动齿轮g3均与第二轴14固连。

可选地，机械二轴1b与外齿圈轮辐6构造为能够结合或分离，如通过本例中的湿式离合器。

本发明还涉及一种车辆，其包括上述适用于商用多功能车辆的无级调速驱动系统。

具体而言，在图1中所示的实施例中，发动机engine、第一电机mg1和第二电机mg2中的至少一者提供动力输入。行星齿轮组和平行轴齿轮副配合来将动力选择性地将发动机engine、第一电机mg1和第二电机mg2中的至少一者动力和/或输出到主减从动齿轮g2。

尽管在图示的实施例中，电动二轴13与第二轴14之间通过eg挡齿轮组来连接，但容易理解的是，电动二轴13与第二轴14之间可设置更多的齿轮组或采用其他传动结构。

此外，行星齿轮8a、8b中的齿轮数量也可以根据实际需要增加或减少。

此外，销轴7a、7b中的销轴数量也可以根据实际需要增加或减少容易理解的是，各挡齿轮组中的齿轮数目可以根据实际需要增加或减少，并且齿轮组挡位数目也可根据实际需要来设定。例如，外圈齿轮6ro可以不设置在外齿圈5上，可以通过滚针轴承空套在机械二轴1b上，与外齿圈轮辐5固连。机械一级传动齿轮组的数量可以增加或减少，本发明意在覆盖这些变型和改变。

通过控制发动机、第一电机mg1、第二电机mg2的工作状态，以及湿式离合器的结合或分离，可以实现多种运行模式，包括但不限于将在下文中详细描述的混动驱动模式、纯电驱动模式、怠速充电模式、电机辅助启动发动机模式、发动机单独驱动模式、和能量回收等。

以下将以图1中所示实施例为例来详细描述本发明的混合动力无级变速传动系统的各个运行模式：

模式1.1：混动驱动模式

1)发动机engine与第二电机mg2为主混合驱动车辆行驶模式：

在图1所示的实施例中，发动机engine输出动力，通过机械一轴1a、减振器2和机械二轴1b，将动力传递至行星架4，从而带动行星齿轮8a、8b转动。发动机输出动力一部分传递至太阳轮9，通过电动一轴10，带动第一电机mg1发电，为电池充电；此时第一电机mg1也可以空转，不发电；发动机输出动力另一部分传递至外齿圈，并通过外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11，将动力传输至第一轴12，再通过机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2。

与此同时，第二电机mg2将电池电能转化为机械能，并通过电动二轴13和电动一级主动齿轮eg1将动力传递至第二轴14，再通过电动二级主动齿轮g3将动力传递至主减从动齿轮g2。

从发动机engine输出至行星架4及行星齿轮8a、8b，外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11、机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2；第二电机mg2通过电动一级主动齿轮eg1、电动二级主动齿轮g3将动力传递至主减从动齿轮g2。发动机engine与第二电机mg2输出动力，在主减从动齿轮g2处耦合，从而通过差速器及半轴传递至车轮，驱动车辆前进。

根据上述运行模式，能够实现发动机engine与第二电机mg2混合驱动车辆行驶，同时第一电机mg1根据需求选择性地进行充电。

2)发动机engine与第一电机mg1为主混合驱动车辆行驶模式：

在图1所示的实施例中，发动机engine输出动力，通过机械一轴1a、减振器2和机械二轴1b，将动力传递至行星架4，从而带动行星齿轮8a、8b转动。

与此同时，通过第一电机mg1将电池电能转换为机械能，动力通过电动一轴10传递至太阳轮9，从而发动机输出动力与第一电机mg1输出动力在行星齿轮8a、8b处耦合。

并通过外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11，将动力传输至第一轴12，再通过机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2。从而通过差速器及半轴传递至车轮，驱动车辆前进。

此时第二电机mg2可以处于不工作状态，也可处于充电状态。

若处于充电状态，将主减从动齿轮g2的动力，通过电动二级主动齿轮g3、第二轴14、电动一级从动齿轮eg2、电动一级主动齿轮eg1、电动二轴13依次传递至第二电机mg2，从而将机械能转换为电能，为电池充电。

3)发动机engine与第一电机mg1、第二电机mg2为主混合驱动车辆行驶模式：

在图1所示的实施例中，发动机engine输出动力，通过机械一轴1a、减振器2和机械二轴1b，将动力传递至行星架4，从而带动行星齿轮8a、8b转动。

与此同时，通过第一电机mg1将电池电能转换为机械能，动力通过电动一轴10传递至太阳轮9，从而发动机输出动力与第一电机mg1输出动力在行星齿轮8a、8b处耦合。

并通过外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11，将动力传输至第一轴12，再通过机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2。

与此同时，第二电机mg2将电池电能转化为机械能，通过电动二轴13和电动一级主动齿轮eg1将动力传递至第二轴14，再通过电动二级主动齿轮g3将动力传递至主减从动齿轮g2。

从发动机engine和第一电机mg1输出至行星架4及行星齿轮8a、8b，外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11、机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2。第二电机mg2通过电动一级主动齿轮eg1、电动二级主动齿轮g3将动力传递至主减从动齿轮g2。

发动机engine和第一电机mg1以及第二电机mg2输出的动力，在主减从动齿轮g2处耦合，从而通过差速器及半轴传递至车轮，驱动车辆前进。

因此，发动机engine与第一电机mg1、第二电机mg2共同驱动车辆行驶。

模式1.2：纯电驱动模式

在图1所示的实施例中，可以通过第一电机mg1进行驱动，也可以通过第二电机mg2进行驱动。

1)第一电机mg1通过行星齿轮组驱动模式：

通过第一电机mg1将电池电能转换为机械能，动力通过电动一轴10传递至太阳轮9，并通过行星齿轮8a、8b，外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11，将动力传输至第一轴12，再通过机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2。从而通过差速器及半轴传递至车轮，驱动车辆前进或后退。

2)第二电机mg2驱动模式：

第二电机mg2将电池电能转化为机械能，通过电动二轴13和电动一级主动齿轮eg1将动力传递至第二轴14，再通过电动二级主动齿轮g3将动力传递至主减从动齿轮g2。从而通过差速器及半轴传递至车轮，驱动车辆前进或后退。

3)第一电机mg1与第二电机mg2同时驱动模式

通过第一电机mg1将电池电能转换为机械能，动力通过电动一轴10传递至太阳轮9，并通过行星齿轮8a、8b，外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11，将动力传输至第一轴12，再通过机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2。

与此同时，第二电机mg2将电池电能转化为机械能，通过电动二轴13和电动一级主动齿轮eg1将动力传递至第二轴14，再通过电动二级主动齿轮g3将动力传递至主减从动齿轮g2。从第一电机mg1以及第二电机mg2输出的动力，在主减从动齿轮g2处耦合，从而通过差速器及半轴传递至车轮，驱动车辆前进或后退。

模式1.3：怠速充电模式

在图1所示的实施例中，当车辆停止，电池需要充电时。发动机engine输出动力，通过机械一轴1a、减振器2和机械二轴1b，将动力传递至行星架4，从而带动行星齿轮8a、8b转动。发动机输出动力一部分传递至太阳轮9，通过电动一轴10，带动第一电机mg1发电，为电池充电。

此时，由于部分动力通过行星架4传递至行星齿轮8a、8b，并通过外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11，将动力传输至第一轴12，再通过机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2，车辆将存在行驶的倾向。为了避免车辆发生非期望的行驶，可以通过控制电子刹车系统，保持车辆原地静止。

也可以通过第二电机mg2输出动力，通过电动二轴13和电动一级主动齿轮eg1将动力传递至第二轴14，再通过电动二级主动齿轮g3将动力传递至主减从动齿轮g2。通过第二电机mg2输出动力，对输出至从动齿轮g2的动力进行平衡，以保持车辆原地静止。

上述提及通过控制电子刹车系统以保持车辆原地静止与通过第二电机mg2输出动力以保持车辆原地静止可以同时生效。

也可以有效控制发动机充电功率，使分流至车轮的扭矩不足以驱动车辆前进。

也可以通过整车控制，使得当车辆处于空挡状态时，不开启怠速充电功能。

模式1.4：电机启动发动机模式

1)当车辆静止时，电机启动发动机的工作模式：

通过第一电机mg1将电池电能转换为机械能，mg1输出动力通过电动一轴10传递至太阳轮9，并通过行星齿轮8a、8b，将动力传递至行星架4，并通过机械二轴1b、减振器2、机械输入一轴1a，将动力传递至发动机engine，从而实现第一电机mg1辅助启动发动机engine。

此时，由于部分动力通过行星架4传递至外齿圈5，并通过外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11，将动力传输至第一轴12，再通过机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2。这样将会使车辆存在行驶的倾向，可以通过控制电子刹车系统，保持车辆原地静止。

也可以通过第二电机mg2输出动力，通过电动二轴13和电动一级主动齿轮eg1将动力传递至第二轴14，再通过电动二级主动齿轮g3将动力传递至主减从动齿轮g2。通过第二电机mg2输出动力，对输出至从动齿轮g2的动力进行平衡，以保持车辆原地静止。

上述提及通过控制电子刹车系统以保持车辆原地静止与通过第二电机mg2输出动力以保持车辆原地静止可以同时生效。

也可以有效控制发动机充电功率，使分流至车轮的扭矩不足以驱动车辆前进。

也可以通过整车控制，使得当车辆处于空挡状态时，不开启怠速充电功能。

2)当车辆在行驶过程中，电机启动发动机模式：

通过第一电机mg1将电池电能转换为机械能，mg1输出动力通过电动一轴10传递至太阳轮9，并通过行星齿轮8a、8b，将动力传递至行星架4，并通过机械二轴1b、减振器2、机械一轴1a，将动力传递至发动机engine，从而实现第一电机mg1辅助启动发动机engine。

在启动过程中，由于第一电机mg1的介入，导致车辆驱动力矩发生变化。此时，通过第二电机mg2输出动力，通过电动二轴13和电动一级主动齿轮eg1将动力传递至第二轴14，再通过电动二级主动齿轮g3将动力传递至主减从动齿轮g2。通过第二电机mg2输出动力，对输出至从动齿轮g2的动力进行平衡，以保持车辆平稳行驶。

模式1.5：发动机单独驱动模式

1)发动机engine驱动车辆前进，并给第一电机mg1充电：

在图1所示的实施例中，发动机engine输出动力，通过机械一轴1a、减振器2和机械二轴1b，此时湿式离合器3处于结合状态，则行星架4、外齿圈5、行星轮8a与8b、太阳轮9转速相同，发动机输出动力一部分传递至太阳轮9，通过电动一轴10，带动第一电机mg1发电，按需为电池充电。

同时，发动机输出动力另一部分传递至外齿圈，并通过外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11，将动力传输至第一轴12，再通过机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2，从而通过差速器及半轴传递至车轮，驱动车辆前进。

2)发动机engine驱动车辆前进：

在图1所示的实施例中，发动机engine输出动力，通过机械一轴1a、减振器2和机械二轴1b，此时湿式离合器3处于结合状态，则行星架4、外齿圈5、行星轮8a与8b、太阳轮9转速相同。发动机转速，一方面通过电动一轴10，带动第一电机mg1转动，此时将第一电机mg1控制空转，不消耗功率；另一方面通过外齿圈内齿轮6ri、外齿圈外齿轮6ro、机械一级从动齿轮11，将动力传输至第一轴12，再通过机械二级主动齿轮g1将动力传输至主减从动齿轮g2，从而通过差速器及半轴传递至车轮，驱动车辆前进。

模式1.6：制动能量回收模式

在图1所示的实施例中，在车辆制动过程中，车轮带动差速器，并带动主减从动齿轮g2转动，从而带动第一轴12和机械二级主动齿轮g1转动；以及第二轴14和电动二级主动齿轮g3转动。

若通过第二电机mg2进行能量回收，则能量依次通过电动二级主动齿轮g3、第二轴14、电动一级从动齿轮eg2、电动一级主动齿轮eg1和电动二轴13，传递至第二电机mg2，通过mg2将制动时机械能回收为电能，对电池进行充电。

若通过第一电机mg1进行能量回收，则能量依次通过机械二级主动齿轮g1、第一轴12、机械一级从动齿轮11、外齿圈外齿轮6ro、外齿圈内齿轮6ri、行星齿轮8a与8b、太阳轮9和电动一轴10，传递至第一电机mg1，通过mg1将制动时机械能回收为电能，对电池进行充电。可以根据实际需求，控制湿式离合器的分离与结合。

上述通过第一电机mg1进行能量回收，通过第二电机mg2进行能量回收也可以同时工作，在此不再赘述。

根据上述公开内容，本领域技术人员容易获得包含本发明的混合动力传动系统的车辆。

本申请的技术方案通过行星齿轮机构在实现无级变速的基础上，通过创新性的直驱挡位结构设计和纯电挡位与机械挡位传递动力在主减齿轮处耦合，控制电机、发动机、及分离机构的工作状态，实现发动机启动、发动机直驱、混合驱动、纯电驱动、制动能量回收等模式，以提升整车燃油经济性和驾乘感受。