[發明專利]具有平順模式切換的多模式機電無級變速器裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 201580084055.8
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN108603572A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 艾曉林;艾曉志;艾倫·蔣·艾
• 申請（專利權）人: 艾曉林;艾曉志;艾倫·蔣·艾
• 主分類號: F16H3/44
• 分類號: F16H3/44;F16H3/66;F16H3/12;B60K6/36;B60K6/38;B60K6/28;B60K6/48;F16D23/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;傅永霄

本發明公開了一種多模式機電無級變速器。該變速器可以提供包括兩種動力分流模式和一個固定的輸出‐輸入速比模式在內的多種運行模式。所述變速器包括一個輸入軸，一個輸出系統，至少一個行星輪系,第一、第二兩臺電機及其相關的控制器,和至少一個扭矩耦合裝置。所述行星輪系包括第一、第二和第三這三個同軸旋轉部件。所述扭矩耦合裝置包括一個空檔工位和至少兩個嚙合工位。行星輪系的第一同軸旋轉部件以恒定速比耦合到第一電機；第二同軸旋轉部件以恒定速比耦合到輸出系統；第三同軸旋轉部件以恒定速比耦合到輸入軸；所述第二電機有選擇地分別以不同的恒定速比耦合到所述行星輪系的兩個不同的同軸旋轉部件。本發明公開的變速器還提供了使扭矩耦合裝置的卸載方法，設置和調節發動機輸出動力的方法，將某一電機設置于自由空轉狀態，并使其轉速與扭矩耦合裝置某指定嚙合工位轉速主動同步的方法。

技術領域

本發明屬于一種動力傳動系統中的多模式機電無級變速器裝置及其操作方法。具體來說，屬于一種可采用離合器進行無負載模式切換而實現無動力間斷的多模式機電無級變速器裝置。它可廣泛應用于各種車輛和動力設備。

背景技術

為了減少燃料的消耗和排放，混合動力汽車結合了電力驅動與傳統內燃機(亦稱發動機)驅動兩種不同的能源驅動形式。內燃機都有一定的速度和功率范圍，并在其中很小的范圍內達到最佳的工作狀態。然而，實際路況千變萬化，不但表現在驅動輪的速度上，同時還表現在驅動輪所要求的扭矩上。內燃機的任何一個轉速和扭矩組合定義內燃機的一個動力狀態。合理匹配內燃機的動力狀態與驅動輪的動力狀態是變速器的首要任務之一。

近年來，機電混合動力技術的誕生為實現內燃機與動力輪之間動力理想匹配開拓了新的途徑。在眾多的動力總成設計案中，最具代表性的為豐田公司電機無級變速器，簡稱THS。THS系統可使車輛在低速和低功率行駛狀態下采用純電力驅動，而當車速和驅動功率要求超過某一閾值后啟動發動機采用所謂的機、電混合動力驅動。THS采用分流原理，將輸入動力分為兩路。一路經過一個由齒輪軸系構成的機械鏈，另一路經過有機電組成的電力鏈。分流裝置為一個簡單的行星輪系。THS只能工作在一種分流模式下。它具有一個輸出、輸入速比節點SR；在該速比節點上至少一臺電機的轉速為零。當變速器的輸出、輸入速比高于此節點時，系統將出現動力內循環，從而降低動力傳輸效率。這在很大程度上限制了變速器的有效工作速比范圍。為了使THS能夠應用在動力要求較高的車輛上，對其中電機功率提出了很高的要求。在電力驅動模式下，只有其中一臺電動機提供動力。因此,THS并不適用于高功率下的純電力驅動。插電式混合系統是一種典型的要求高功率純電力動驅動的應用實例。。它要求車輛在電池電量被消耗到低于預定閾值前全程以純電動模式運行(AER)。

美國專利US8734281，US9108624和美國專利申請US2015/0292600，披露了一種能夠克服上述缺陷的多模式機電混合動力無級變速器。這些變速器在動力性能和油耗方面有明顯的改進；它們能夠提供包括兩種動力分流模式在內的多種運行模式，有效地避免了動力內循環，從而提高了動力傳輸效率。這些變速器可以在很大的速比范圍內提供連續的輸出、輸入速比變化和獨立的輸出、輸入動力調節。這些變速器還可以在純電動模式下運行，具有顯著改善的加速性能，在固定速比模式下運行，具有最高的傳動效率。不同動力分流模式之間的切換采用一個或一組離合器裝置，這里通稱為扭矩耦合裝置，來完成。液壓驅動的摩擦式離合器以其平順的切換品質受到青睞而常被采用。摩擦離合器能夠使需要相互接合的部件在有相對滑動的條件下接合。扭矩在接合部件之間的傳遞是隨著接合過程逐步建立、完成的，因此使用摩擦離合器的變速器通常具有平順的模式切換。摩擦式離合器的最大缺點在于捏合過程中由于摩擦產生的熱量而引起的過高的能量損耗，和在整個運行過程中液壓系統導致的攪油和寄生損耗。通用汽車公司推出的Chevy Voltec就是一款采用摩擦式離合器進行模式切換的混合動力無級變速器。美國專利US8602938披露了該變速器的第二代構架設計。