一种混合动力无极变速装置及其控制方法与流程

本发明属于混合动力技术领域，涉及整车搭载混合动力变速箱领域，具体涉及一种混合动力无极变速装置及其控制方法。

背景技术：

随着国家油耗法规的愈加严格，新能源电动车及混合动力系统车辆在国内乘用车市场占比逐年提升，国内各厂家都在不遗余力的开发混合动力系统，为了实现更好的混动节油效果，都在不断的进行结构和性能优化，基于cvt变速箱进行设计开发的单电机混合动力无极变速系统，相比于同类别其它混动系统，实现了更多的工作模式，拥有更佳的节油效能，具备更低的成本优势，在目前混动市场中，具备更广阔的应用前景。

开发混合动力的主要目的是取得更佳的节油效果。但由于目前市场上的混合动力结构方案，多数是p2结构，而且可实现的工作模式又较少，p2结构的缺点是电机驱动力要经过变速机构内部，进而输出动力，在这一过程中由于变速箱传递效率的影响，电机动力损耗较多，电能转化率低；p2结构工作模式单一，大多数p2结构的变速系统无法实现纯发动机模式及怠速发电，因此一种工作模式多样，系统运行效率高的混动变速系统需求显得十分迫切。

针对混动系统单电机、双电机方案的选择，基于结构布置、成本及性价比方面分析，双电机方案成本高昂，布置较困难，最重要的是双电机混动系统由于逻辑控制困难，电机运行效率区间限制等综合因素，在节油效果方面，也未能取得理想的结果，费效比不佳，ecvt系统受制于丰田专利技术的限制，ecvt的混动系统方案开发技术上无法逾越。

基于以上分析，开发一种工作模式多样，系统节油效果明显，且具有成本优势，费效比高的混动系统将具有更广阔的前景和优势，这就是混合动力无极变速系统

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、兼顾多种工作模式，具有成本优势且易于控制的混合动力无极变速装置；基于该混合动力无极变速装置，本发明还提供了一种混合动力无极变速装置的控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种混合动力无极变速装置，包括变速箱输入轴、驱动电机、无级变速机构、行星齿轮组和变速箱输出轴，所述驱动电机通过行星齿轮组与变速箱输出轴连接，变速箱输入轴与无级变速机构连接，无级变速机构通过行星齿轮组与变速箱输出轴连接。

进一步的，所述变速箱输入轴的一端通过扭转减振器与发动机连接，变速箱输入轴的另一端通过c1离合器与无级变速机构的输入轴连接，无级变速机构的输出轴与行星齿轮组连接。

进一步的，所述驱动电机包括电机转子、电机定子和电机输出轴，在驱动电机内部电机转子与电机输出轴连接，电机定子连接在驱动电机壳体上。

进一步的，所述行星齿轮组包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星支架，齿圈与电机输出轴连接，太阳轮与无级变速机构的输出轴连接，太阳轮通过行星轮与齿圈连接，行星支架与行星轮连接，行星支架与变速箱输出轴连接。

进一步的，所述电机输出轴嵌套在变速箱输入轴的外缘，电机输出轴与变速箱输入轴之间为间隙配合且无相互干扰。

进一步的，所述电机输出轴靠近发动机的一端通过c0离合器与变速箱输入轴连接，电机输出轴的另一端与行星齿轮组连接。

进一步的，所述电机输出轴远离发动机的另一端设有齿轮，电机输出轴远离发动机的一端通过齿轮与行星齿轮组的齿圈连接。

进一步的，所述无级变速机构的输出轴通过c2离合器与太阳轮上的转轴连接。

进一步的，所述太阳轮与齿圈之间通过c3离合器连接，c3离合器的一半连接在太阳轮的转轴上，c3离合器的另一半连接在齿圈上，太阳轮通过c3离合器与齿圈固定连接。

本发明还涉及一种混合动力无极变速装置的控制方法，所述控制方法包括：

a)纯电动模式：c3离合器闭合，行星齿轮组中的齿圈与太阳轮固定，驱动电机的电机输出轴通过齿轮与齿圈连接，在电机动力驱动齿圈时进而推动行星支架转动，越过无级变速机构直接将驱动电机的电机动力输送到变速箱输出轴，此时，c2离合器分离，驱动电机的动力不受无极变速机构的反拖干扰；

b)纯发动机模式：c1离合器闭合，变数箱输入轴与无极变速机构的输入轴连接，c2离合器闭合，无极变速机构的输出轴与行星齿轮组中的太阳轮连接，变数箱输入轴将发动机的动力经输入轴传递到无极变速机构上，由输出轴将动力经传递到行星齿轮组上，进而将发动机动力输送到变速箱输出轴；

c)混动模式：c1离合器、c2离合器和c3离合器均闭合，发动机的动力经无级变速机构传递到太阳轮，驱动电机的动力经电机输出轴和齿轮传递到齿圈，c3离合器闭合时齿圈与太阳轮固定，发动机的动力和驱动电机的动力融合在一起经行星轮传递到行星支架上，进而输送到变速箱输出轴；

d)怠速发电模式：c0离合器闭合，电机输出轴靠近发动机的一端通过c0离合器与变速箱输入轴连接，进而与发动机连接，发动机的动力经变速箱输入轴传递到电机输出轴，电机输出轴转动带动电机转子转动，电机转子相对于电机定子转动实现发电；

e)行车发电模式：c1离合器、c2离合器和c0离合器均闭合，发动机产生的动力一部分经无极变速机构和行星齿轮组输送到变速箱输出轴驱动车辆行车，发动机产生的动力另一部分经变速箱输入轴传递到电机输出轴，电机输出轴转动带动电机转子转动进行发电。

采用本发明技术方案的优点为：

1、本发明中驱动电机布置在发动机和c0离合器之后，无级变速机构3输入端前，电机输出轴嵌套在变速箱输入轴的外缘，电机输出轴与变速箱输入轴之间为间隙配合且无相互干扰，驱动电机的布置方式为p1布置结构，空间布置性好，电机输出轴远离发动机的输出端跨过无极变速机构连接变速箱输出轴，实现了p3功能，该混合动力无极变速装置运行效率高，而且单电机方案，更具有成本优势。

2、本发明通过设置c0离合器，一是实现驱动电机的动力加载至变速箱输入轴和发动机输出端，实现发动机启动；二是c0离合器闭合，电机输出轴靠近发动机的一端通过c0离合器与变速箱输入轴连接，进而与发动机连接，发动机的动力经变速箱输入轴传递到电机输出轴，电机输出轴转动带动电机转子转动，电机转子相对于电机定子转动，实现怠速发电功能。

3、本发明在纯电动模式下，c2离合器分离，驱动电机的动力将不受无极变速机构的反拖干扰；c3离合器的设置使太阳轮与齿圈固定连接在一起，然后推动行星支架转动，c3离合器使太阳轮与齿圈固定，可保证行星支架转动与齿圈的转动同步，避免太阳轮与齿圈未固定在一起时，太阳轮自身转动时对行星支架的转动造成干涉，出现星支架转动与齿圈的转动不同步的现象。

4、本发明的混合动力无极变速装置结构紧凑、兼顾多种工作模式，具有成本优势且易于控制，由于本发明的混合动力无极变速装置兼顾多种工作模式，所以与其它混动系统相比，能大幅降低整车综合工况油耗。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为混合动力无极变速装置的结构示意图。

上述图中的标记分别为：1、变速箱输入轴；2、驱动电机；3、无级变速机构；4、行星齿轮组；5、变速箱输出轴；6、扭转减振器；70、c0离合器；71、c1离合器；72、c2离合器；73、c3离合器；8、发动机；9、差速器；10、电动泵。

具体实施方式

在本发明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“平面方向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种混合动力无极变速装置，包括变速箱输入轴1、驱动电机2、无级变速机构3、行星齿轮组4和变速箱输出轴5，驱动电机2通过行星齿轮组4与变速箱输出轴5连接，变速箱输入轴1与无级变速机构3连接，无级变速机构3通过行星齿轮组4与变速箱输出轴5连接。本发明的混合动力无极变速装置还包括多个离合器，通过不同类型的离合器组合实现不同的工作模式。变速箱输入轴1的一端通过扭转减振器6与发动机8连接，变速箱输入轴1的另一端通过c1离合器71与无级变速机构3的输入轴31连接，无级变速机构3的输出轴32与行星齿轮组4连接。

行星齿轮组4包括太阳轮41、行星轮42、齿圈43和行星支架44，齿圈43与电机输出轴23连接，太阳轮41与无级变速机构3的输出轴32连接，太阳轮41通过行星轮42与齿圈43连接，行星支架44与行星轮42连接，行星支架44与变速箱输出轴5连接。

本发明的混合动力无极变速装置结构紧凑、兼顾多种工作模式，具有成本优势且易于控制，由于本发明的混合动力无极变速装置兼顾多种工作模式，所以与其它混动系统相比，能大幅降低整车综合工况油耗。

驱动电机2包括电机转子21、电机定子22和电机输出轴23，在驱动电机2内部电机转子21与电机输出轴23连接，电机定子22连接在驱动电机壳体上。电机输出轴23嵌套在变速箱输入轴1的外缘，电机输出轴23与变速箱输入轴1之间为间隙配合且无相互干扰。电机输出轴23靠近发动机8的一端通过c0离合器70与变速箱输入轴1连接，电机输出轴23的另一端与行星齿轮组4连接。电机输出轴23远离发动机8的另一端设有齿轮24，电机输出轴23远离发动机8的一端通过齿轮24与行星齿轮组4的齿圈43连接。

本发明中驱动电机2布置在发动机8和c0离合器70之后，无级变速机构3输入端前，电机输出轴23嵌套在变速箱输入轴1的外缘，电机输出轴23与变速箱输入轴1之间为间隙配合且无相互干扰，驱动电机2的布置方式为p1布置结构，空间布置性好，电机输出轴23远离发动机的输出端跨过无极变速机构3连接变速箱输出轴5，实现了p3功能，该混合动力无极变速装置运行效率高，而且单电机方案，更具有成本优势。

通过设置c0离合器70，一是实现驱动电机2的动力加载至变速箱输入轴1和发动机输出端，实现发动机启动；在本发明中发动机的启动有两种方式：第一种方式为利用传统的起动机启动发动机，第二种方式为在c1离合器71和c2离合器72闭合的情况下通过c0离合器70闭合启动发动机。二是c0离合器70闭合，电机输出轴23靠近发动机8的一端通过c0离合器70与变速箱输入轴1连接，进而与发动机连接，发动机的动力经变速箱输入轴1传递到电机输出轴23，电机输出轴23转动带动电机转子21转动，电机转子21相对于电机定子22转动，实现怠速发电功能。

无级变速机构3的输出轴32通过c2离合器72与太阳轮41上的转轴411连接。在纯电动模式下，c2离合器72分离，驱动电机2的动力将不受无极变速机构的反拖干扰。太阳轮41与齿圈43之间通过c3离合器73连接，c3离合器73的一半连接在太阳轮41的转轴411上，c3离合器73的另一半连接在齿圈43上，太阳轮41通过c3离合器73与齿圈43固定连接。c3离合器73的设置使太阳轮41与齿圈43固定连接在一起，然后推动行星支架44转动，c3离合器73使太阳轮41与齿圈43固定，可保证行星支架44转动与齿圈43的转动同步，避免太阳轮41与齿圈43未固定在一起时，太阳轮41自身转动时对行星支架44的转动造成干涉，出现星支架44转动与齿圈43的转动不同步的现象。

混合动力无极变速装置还包括差速器9和为合动力无极变速装置提供润滑及油压的电动泵10，差速器9与变速箱输出轴5连接，变速箱输出轴5上设有齿轮ⅰ51和齿轮ⅱ52，齿轮ⅰ51和齿轮ⅱ52套接在变速箱输出轴5上，变速箱输出轴5通过齿轮ⅰ51与行星支架44连接，变速箱输出轴5通过齿轮ⅱ52与差速器9连接。

基于上述混合动力无极变速装置，本发明还提供了一种混合动力无极变速装置的控制方法，该控制方法包括：

a)纯电动模式：c3离合器73闭合，行星齿轮组4中的齿圈43与太阳轮41固定，驱动电机2的电机输出轴23通过齿轮24与齿圈43连接，在电机动力驱动齿圈43时进而推动行星支架44转动，越过无级变速机构3直接将驱动电机2的电机动力输送到变速箱输出轴5，此时，c2离合器72分离，驱动电机2的动力不受无极变速机构的反拖干扰；

b)纯发动机模式：c1离合器71闭合，变数箱输入轴1与无极变速机构3的输入轴31连接，c2离合器72闭合，无极变速机构3的输出轴32与行星齿轮组4中的太阳轮41连接，变数箱输入轴1将发动机的动力经输入轴31传递到无极变速机构3上，由输出轴32将动力经传递到行星齿轮组4上，进而将发动机动力输送到变速箱输出轴5；

c)混动模式：c1离合器71、c2离合器72和c3离合器73均闭合，发动机的动力经无级变速机构3传递到太阳轮41，驱动电机2的动力经电机输出轴23和齿轮24传递到齿圈43，c3离合器73闭合时齿圈43与太阳轮41固定，发动机的动力和驱动电机2的动力融合在一起经行星轮42传递到行星支架44上，进而输送到变速箱输出轴5；

d)怠速发电模式：c0离合器70闭合，电机输出轴23靠近发动机8的一端通过c0离合器70与变速箱输入轴1连接，进而与发动机连接，发动机的动力经变速箱输入轴1传递到电机输出轴23，电机输出轴23转动带动电机转子21转动，电机转子21相对于电机定子22转动实现发电；

e)行车发电模式：c1离合器71、c2离合器72和c0离合器70均闭合，发动机产生的动力一部分经无极变速机构3和行星齿轮组4输送到变速箱输出轴5驱动车辆行车，发动机产生的动力另一部分经变速箱输入轴1传递到电机输出轴23，电机输出轴23转动带动电机转子21转动进行发电。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。