一种多模式车用机电复合传动变速器

1.本发明属于动力传动系统技术领域，具体为一种多模式车用机电复合传动变速器。


背景技术：

2.近年来，随着汽车电传动技术的发展及在电机和能量存储装置的技术条件下，纯电机驱动存在续航里程短等缺陷，机电复合传动是现阶段车辆解决能源消耗、环境污染等诸多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。它将发动机与电机通过行星排相连，实现功率分流传动，一方面通过电力与机械两路功率流传递，加宽机电复合传动系统的传动范围，使发动机工作在最佳工作区，提高整车燃油经济性及动力性，另一方面，通过调节电机的转速，实现在发动机输入转速基本不变的情况下，变速箱输出转速连续变化，即实现电力机械无级变速。
3.汽车变速系统机械部分主要采用行星传动机构和定轴齿轮传动机构两种形式，变速器每增加一个挡位，需要增加一对定轴齿轮机构，而多自由度的行星传动机构只需要通过切换不同的操纵原件来实现模式数的增加。因此，相较于定轴齿轮传动机构，行星传动机构具有质量轻、结构紧凑、传动平稳、传动效率高等优点而被广泛使用。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，对行星传动机构的要求也更高。


技术实现要素：

4.为实现以上目的，本发明提供了一种多模式车用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。
5.本发明提供如下方案：提供一种多模式车用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、离合器和能量管理系统。
6.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，所述第一行星架与第二行星架、第三太阳轮固定连接，所述第一太阳轮在外部设置有第一制动器，所述第一太阳轮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，并与第一齿圈固定连接；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，所述第二齿圈外部设置有第一电机/发电机，所述第二太阳轮外部设置有第二电机/发电机，所述第二太阳轮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；所述能量管理系统包括动力电池组，并与所述第一电机/发电机、第二电机/发电机通过电线相连，用于控制和协调电功率；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/发电机在能量管理系统的配合下，实现不同工作模式的切换。
7.采用上述传动装置可实现以下各工况及各档位：机电复合工作模式1：当所述第一制动器接合，将所述第一太阳轮固定，同时，当所述第二制动器接合，将所述第三齿圈固定，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，此时相当于与第一电机/发电机连接的第二齿圈固定，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，将所述第一太阳轮松开，所述第一离合器接合，第一太阳轮和第二齿圈连接为一个整体，所述第二制动器接合，将所述第三齿圈固定，此时第二齿圈转速仍为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，此时相当于与第二电机/发电机连接的第二太阳轮固定，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，当所述第二制动器分离，将所述第三齿圈松开，所述第二离合器接合，第二太阳轮和第三齿圈连接为一个整体，所述第一离合器接合，第一太阳轮和第二齿圈连接为一个整体，此时第二太阳轮转速仍为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，此时相当于与第一电机/发电机连接的第二齿圈固定，产生机电复合工作模式3的第二个机械点；机械一挡：当所述第一制动器接合，将所述第一太阳轮固定，所述第二制动器接合，将所述第三齿圈固定，所述第二离合器接合，第二太阳轮和第三齿圈连接为一个整体，第一电机/发电机和第二电机/发电机不工作，只有发动机输入动力，实现机械一挡；机械二挡：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，
第一太阳轮和第二齿圈连接为一个整体，所述第二离合器接合，第二太阳轮和第三齿圈连接为一个整体，第一电机/发电机和第二电机/发电机不工作，只有发动机输入动力，实现机械二挡；机械三挡：当所述第一制动器接合，将所述第一太阳轮固定，所述第一离合器接合，第一太阳轮和第二齿圈连接为一个整体，所述第二离合器接合，第二太阳轮和第三齿圈连接为一个整体，第一电机/发电机和第二电机/发电机不工作，只有发动机输入动力，实现机械三挡；纯电动挡1：当所述第一制动器接合，将所述第一太阳轮固定，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，第一太阳轮和第二齿圈连接为一个整体，第二电机/发电机工作在电动状态，通过调节第二电机/发电机转动方向车辆可实现前进或倒退。
8.纯电动挡2：当所述第一制动器接合，将所述第一太阳轮固定，所述第二制动器接合，将所述第三齿圈固定，所述第二离合器接合，第二太阳轮和第三齿圈连接为一个整体，第一电机/发电机工作在电动状态，通过调节第一电机/发电机转动方向车辆可实现前进或倒退。
9.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。
10.本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：本发明的多模式车用机电复合传动变速器，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，能有效减少模式切换冲击；通过两离合器和两制动器的切换，可实现三个高传动效率的纯机械档及两个纯电动挡；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
11.图1是本发明多模式车用机电复合传动变速器的结构示意图。
12.其中，1、第一行星排，2、第二行星排，3、第三行星排，4、能量管理系统，11、第一行星架，12、第一太阳轮，13、第一行星轮，14、第一齿圈，21、第二行星架，22、第二太阳轮，23、第二行星轮，24、第二齿圈，31、第三行星架，32、第三太阳轮，33、第三行星轮，34、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
13.下面结合具体实施例中的附图，进一步阐述本发明。
14.如图1所示，本发明涉及一种多模式车用机电复合传动变速器，包括输入轴、第一行星排1、第二行星排2、第三行星排4和输出轴，本发明的第一行星排1包括第一太阳轮12、第一齿圈14、第一行星架11和第一行星轮13，所述第一行星架11与第二行星架21、第三太阳轮32固定连接，所述第一太阳轮12在外
部设置有第一制动器b1，所述第一太阳轮12与第二齿圈23之间设置有第一离合器c1，所述第一行星轮13设置在所述第一行星架11上且与所述第一太阳轮12啮合，所述输入轴与第一齿圈14固定连接；本发明的第二行星排2包括第二太阳轮22、第二齿圈24、第二行星架21和第二行星轮23，所述第二齿圈24外部设置有第一电机/发电机mg1，所述第二太阳轮22外部设置有第二电机/发电机mg2，所述第二太阳轮22与所述第三齿圈34之间设置有第二离合器c2，所述第二行星轮23设置在所述第二行星架21上，且与所述第二太阳轮22啮合；本发明的第三行星排3包括第三太阳轮32和第三行星轮33、第三齿圈34、第三行星架31，所述第三齿圈34在外部设置有第二制动器b2，所述第三行星轮33设置在所述第三行星架31上，与所述第三太阳轮32啮合；所述输出轴与第三行星架31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；本发明的能量管理系统4包括动力电池组，并与所述第一电机/发电机mg1、第二电机/发电机mg2通过电线相连，用于控制和协调电功率；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在能量管理系统4的配合下，实现不同工作模式的切换。
15.具体的使用原理如下：机电复合模式1：当所述第一制动器b1接合，将所述第一太阳轮12固定，同时，当所述第二制动器b2接合，将所述第三齿圈34固定，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，此时相当于与第一电机/发电机mg1连接的第二齿圈24固定，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，将所述第一太阳轮12松开，所述第一离合器c1接合，第一太阳轮12和第二齿圈24连接为一个整体，所述第二制动器b2接合，将所述第三齿圈34固定，此时第二齿圈24转速仍为0，产生机电复合工作模式2的第一个机械点，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，此时相当于与第二电机/发电机连接的第二太阳轮22固定，产生机电复合模式2的第二个机械点，机电复合模式2第二机械点是机电复合工作模式3的开始；机电复合模式3：在机电复合模式2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，当所述第二制动器b2分离，将所述第三齿圈34松开，所述第二离合器c2接合，第二太阳轮22和第三齿圈34连接为一个整体，所述第一离合器c1接合，第一太阳轮12和第二齿圈24连接为一个整体，此时第第二太阳轮22转速仍为0，产生机电复合工作模式3的第一个机械点，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，此时相当于与第一电机/发电机mg1连接的第二齿圈24固定，产生机电复合工作模式3的第二个机械点；机械一挡：当所述第一制动器b1接合，将所述第一太阳轮12固定，所述第二制动器b2接合，将所述第三齿圈34固定，所述第二离合器c2接合，第二太阳轮22和第三齿圈34连接为一个整体，第一电机/发电机mg1和第二电机/发电机mg2不工作，只有发动机输入动力，实现机械一挡；机械二挡：当所述第二制动器b2接合，将所述第三齿圈34固定，所述第一离合器c1接合，第一太阳轮12和第二齿圈24连接为一个整体，所述第二离合器c2接合，第二太阳轮22和第三齿圈34连接为一个整体，第一电机/发电机mg1和第二电机/发电机mg2不工作，只有发动机输入动力，实现机械二挡；机械三挡：当所述第一制动器b1接合，将所述第一太阳轮12固定，所述第一离合器c1接合，第一太阳轮12和第二齿圈24连接为一个整体，所述第二离合器c2接合，第二太阳轮22和第三齿圈34连接为一个整体，第一电机/发电机mg1和第二电机/发电机mg2不工作，只有发动机输入动力，实现机械三挡；纯电动挡1：当所述第一制动器b1接合，将所述第一太阳轮12固定，所述第二制动器b2接合，将所述第三齿圈34固定，所述第一离合器c1接合，第一太阳轮12和第二齿圈24连接为一个整体，第二电机/发电机mg2工作在电动状态，通过调节第二电机/发电机mg2转动方向车辆可实现前进或倒退。
16.纯电动挡2：当所述第一制动器b1接合，将所述第一太阳轮12固定，所述第二制动器b2接合，将所述第三齿圈34固定，所述第二离合器c2接合，第二太阳轮22和第三齿圈34连接为一个整体，第一电机/发电机mg1工作在电动状态，通过调节第一电机/发电机mg1转动方向车辆可实现前进或倒退。
17.各工况操作元件的操作和传动比详见下表：表1是各工况操作元件操纵表
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
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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14与第一太阳轮12的齿数之比，k2为第二齿圈24与第二太阳轮22的齿数之比，k3为第三齿圈34与第三太阳轮32的齿数之比。
18.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。