混合動力車用電子機械無級變速器及混合動力汽車的製作方法
2023-05-10 15:29:01
本實用新型涉及汽車領域，特別是關於一種混合動力車用電子機械無級變速器及混合動力汽車。
背景技術：
車輛行駛性能的好壞不僅取決於發動機，而且很大程度上與變速器以及變速器與發動機的匹配合理性有關。汽車變速器能夠適應汽車起步、加速以及克服各種障礙條件下對驅動車輪牽引力和車速的不同要求，其是影響汽車性能的關鍵部件之一。
隨著科技的發展，無級變速器(CVT，Continuously Variable Transmission)是車輛理想的傳動系統，具有連續改變傳動比的能力，理論上可以使發動機始終在理想的工作區間運行，以提高車輛的動力性和經濟性。經過多年的研究，無級變速器已經成功商業化，但是節能效果並未達到預期水平，導致消費者對無級變速器的接受程度不高，如何改進無級變速系統的經濟性和動力性已經成為該領域最重要的研究課題之一。採用無級變速器的混合動力汽車的油耗有可能減少30％，排放量有可能降低50％，所以無級變速器是混合動力汽車最理想的傳動裝置。
技術實現要素：
本實用新型為了解決現有技術中存在的不足，本實用新型的目的是提供一種混合動力車用電子機械無級變速器及混合動力汽車，該無級變速器速比能夠連續變化、速比變化範圍大且不需要單獨的前進倒擋機構。
為達到上述目的，本實用新型主要提供如下技術方案：一種混合動力車用電子機械無級變速器，其特徵在於：它包括驅動電機、發動機、單排行星齒輪機構、主動輪、鋼帶、從動輪、動力輸出軸和速比電機；其中，所述驅動電機和所述發動機分別連接所述單排行星齒輪機構，所述單排行星齒輪機構的輸出軸上連接所述主動輪，所述主動輪通過所述鋼帶連接所述從動輪，所述從動輪連接所述動力輸出軸，所述動力輸出軸分別連接差速器和主減速器；所述單排行星齒輪機構包括行星架、行星輪、太陽輪和齒圈，且所述齒圈上設置輸出軸，該輸出軸為所述單排行星齒輪機構的輸出軸；其中，所述太陽輪周向嚙合多個所述行星輪，所述行星輪外圍嚙合在一個所述齒圈內，且所述行星輪的輪軸連接所述行星架，且所述行星架通過電機動力輸入軸連接所述驅動電機，所述驅動電機通過所述行星架為所述單排行星齒輪機構提供動力；所述太陽輪與所述發動機的動力輸入軸連接；所述主動輪左端面緊壓主動輪動盤平面軸承右端面，所述主動輪動盤平面軸承左端面緊壓主動輪動盤絲槓齒輪中心右端面，且所述主動輪動盤絲槓齒輪和主動輪動盤螺旋絲槓連接；所述從動輪右端面緊壓從動輪動盤平面軸承左端面，所述從動輪動盤平面軸承右端面緊壓從動輪動盤絲槓齒輪中心左端面，且所述從動輪動盤絲槓齒輪和從動輪動盤螺旋絲槓連接；所述速比電機的輸出軸上間隔設置速比控制軸左齒輪和速比控制軸右齒輪，所述速比控制軸左齒輪與所述主動輪動盤絲槓齒輪嚙合，所述速比控制軸右齒輪與所述從動輪動盤絲槓齒輪嚙合。
所述齒圈與所述太陽輪齒數比為2：1。
所述主動輪包括主動輪定盤和主動輪動盤，二者間隔設置，且所述主動輪定盤剛性連接所述單排行星齒輪機構的輸出軸，所述主動輪動盤空套在所述單排行星齒輪機構的輸出軸上，且所述主動輪定盤和所述主動輪動盤之間設置所述鋼帶；所述主動輪動盤左端面緊壓所述主動輪動盤平面軸承右端面，所述主動輪動盤平面軸承左端面緊壓所述主動輪動盤絲槓齒輪中心右端面，且所述主動輪動盤絲槓齒輪和所述主動輪動盤螺旋絲槓連接，且所述主動輪動盤平面軸承和所述主動輪動盤絲槓齒輪也空套在所述單排行星齒輪機構的輸出軸上。
所述從動輪包括從動輪定盤和從動輪動盤，二者間隔設置，且所述從動輪定盤剛性連接所述動力輸出軸，所述從動輪動盤空套在所述動力輸出軸上，且所述從動輪定盤和所述從動輪動盤之間設所述鋼帶；所述從動輪動盤的右端面緊壓所述從動輪動盤平面軸承左端面，所述從動輪動盤平面軸承右端面緊壓所述從動輪動盤絲槓齒輪中心左端面，所述從動輪動盤絲槓齒輪和所述從動輪動盤螺旋絲槓連接，且所述從動輪動盤平面軸承和所述從動輪動盤絲槓齒輪空套在所述動力輸出軸上。
一種混合動力汽車，其特徵在於：所述混合動力汽車中的無級變速器為一種混合動力車用電子機械無級變速器。
本實用新型由於採取以上技術方案，其具有以下優點：1、本實用新型通過速比電機驅動調速齒輪(速比控制軸左齒輪和速比控制軸右齒輪)，經過螺旋絲槓(主動輪動盤螺旋絲槓和從動輪動盤螺旋絲槓)減速，當動盤主動輪動盤和從動輪動盤到達預定位置時由於螺旋絲槓(主動輪動盤螺旋絲槓和從動輪動盤螺旋絲槓)的自鎖提供動盤主動輪動盤和從動輪動盤所需的夾緊力，以保證CVT的動力傳輸效率，使鋼帶不打滑，從而使得能夠與液壓泵實現的功能一致，且減少無級變速器的佔用空間和能源消耗。2、本實用新型採用驅動電機和發動機為單排行星齒輪機構提供動力，通過對發動機及驅動電機的共同控制，實現控制單排行星齒輪機構中的太陽輪轉速和行星架的轉速，從而控制齒圈的輸出轉速，進而可以無級控制單排行星齒輪機構的速比範圍，使單排行星齒輪機構的速比在很寬的範圍內，整個傳動系統的速比範圍是CVT的速比與行星齒輪機構速比之積，因此擴大了無級變速器的速比調節範圍。3、本實用新型採用將驅動電機反轉，發動機停止運轉，使得與發動機相連的太陽輪固定，齒圈在驅動電機的帶動下反轉，從而使得單排行星齒輪機構的輸出軸反轉，單排行星齒輪機構的輸出軸的反轉帶動主動盤反轉，主動盤帶動從動盤，再經動力輸出軸將動力輸出，由於動力輸出軸連接差速器和主減速器，因此實現車輛的倒擋功能，採用以上設置取消了複雜的前進倒擋機構，使得無級變速器的結構更加緊湊，且減小了製造成本和故障率。4、本實用新型在車輛處於減速、下坡或制動工況時，發動機停機或處於怠速工況，由動力輸出軸拖動從動輪，從動輪經鋼帶拖動主動輪，主動輪經行星齒輪機構拖動驅動電機反向轉動，驅動電機反轉即變為發電機，給混合動力車輛的蓄電池充電。鑑於以上理由，本實用新型可以廣泛用於汽車領域。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本實用新型的結構原理圖；
圖中：1是驅動電機、2是發動機、3是單排行星齒輪機構、4是主動輪、5是鋼帶、6是從動輪、7是動力輸出軸、8是主動輪動盤平面軸承、9是主動輪動盤絲槓齒輪、10是主動輪動盤螺旋絲槓、11是從動輪動盤平面軸承、12是從動輪動盤絲槓齒輪、13是從動輪動盤螺旋絲槓、14是速比電機、15是速比控制軸左齒輪、16是速比控制軸右齒輪、31是行星架、32是行星輪、33是太陽輪、34是齒圈、41是主動輪定盤、42是主動輪動盤、61是從動輪定盤和62是從動輪動盤。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
如圖1所示，本實用新型包括驅動電機1、發動機2、單排行星齒輪機構3、主動輪4、鋼帶5、從動輪6、動力輸出軸7和速比電機14。
其中，驅動電機1和發動機2分別連接單排行星齒輪機構3，單排行星齒輪機構3的輸出軸即傳統CVT輸入軸上連接主動輪4，主動輪4通過鋼帶5連接從動輪6，從動輪6連接動力輸出軸7，動力輸出軸7分別連接差速器(圖中未示出)和主減速器(圖中未示出)。
單排行星齒輪機構3包括行星架31、行星輪32、太陽輪33和齒圈34，且齒圈34上設置輸出軸，該輸出軸為單排行星齒輪機構3的輸出軸。
其中，太陽輪33周向嚙合多個行星輪32行星輪數量根據具體應用情況而定，行星輪32外圍嚙合在一個齒圈34內，且行星輪32的輪軸連接行星架31，且行星架31通過電機動力輸入軸連接驅動電機1，通過行星架31為單排行星齒輪機構3提供動力，從而實現通過驅動電機1的轉動帶動行星輪32轉動，行星輪32轉動帶動齒圈34轉動，齒圈34轉動實現單排行星齒輪機構3的輸出軸轉動。
上述太陽輪33與發動機的動力輸入軸連接，實現通過發動機的動力輸入軸轉動帶動與之連接的太陽輪33轉動，太陽輪33轉動帶動與之嚙合的行星輪32轉動，行星輪32轉動帶動齒圈34轉動，齒圈34轉動實現單排行星齒輪機構3的輸出軸轉動。
通過以上設置實現混合動力電動機和驅動電機驅動，省去了持續耗能的液壓泵，減少無級變速器的佔用空間和能源消耗。
其中，主動輪4包括主動輪定盤41和主動輪動盤42，二者間隔設置，且主動輪定盤41剛性連接單排行星齒輪機構3的輸出軸，主動輪動盤42空套在單排行星齒輪機構3的輸出軸上，且主動輪定盤41和主動輪動盤42之間設置鋼帶5；
上述主動輪動盤42左端面緊壓主動輪動盤平面軸承8右端面，主動輪動盤平面軸承8左端面緊壓主動輪動盤絲槓齒輪9中心右端面，且主動輪動盤絲槓齒輪9和主動輪動盤螺旋絲槓10連接，且主動輪動盤平面軸承8和主動輪動盤絲槓齒輪9也空套在單排行星齒輪機構3的輸出軸上。
其中，從動輪6包括從動輪定盤61和從動輪動盤62，二者間隔設置，且從動輪定盤61剛性連接動力輸出軸7，從動輪動盤62空套在動力輸出軸7上，且從動輪定盤61和從動輪動盤62之間設上述鋼帶5，實現通過鋼帶5連接主動輪4和從動輪6。
上述從動輪動盤62的右端面緊壓從動輪動盤平面軸承11左端面，從動輪動盤平面軸承11右端面緊壓從動輪動盤絲槓齒輪12中心左端面，從動輪動盤絲槓齒輪12和從動輪動盤螺旋絲槓13連接，且從動輪動盤平面軸承11和從動輪動盤絲槓齒輪12也空套在動力輸出軸7上。
速比電機14的輸出軸上間隔設置速比控制軸左齒輪15和速比控制軸右齒輪16，速比控制軸左齒輪15與主動輪動盤絲槓齒輪9嚙合，速比控制軸右齒輪16與從動輪動盤絲槓齒輪12嚙合，動力輸出軸7連接差速器圖中未示出和主減速器圖中未示出。上述速比電機14用於調節速比，其可以採用包括但不限於步進電機。
根據車輛的不同行駛工況，ECU(Electronic Control Unit)，電子控制單元，又稱「行車電腦」、「車載電腦」等利用傳感器的反饋信號對發動機2、驅動電機1以及速比電機14進行綜合控制，從而實現混合動力車輛的性能最優化。發動機2曲軸轉動方向與驅動電機1正轉方向相同，單排行星齒輪機構3中太陽輪33轉速、行星架31轉速、齒圈34轉速關係如下：
ω1-(1+α)ω2+αω2＝0
其中，ω1太陽輪33轉速，ω2行星架31轉速，ω2齒圈34轉速；α為齒圈34齒數與太陽輪33齒數之比；普通CVT的速比範圍為0.5-3，本實用新型所設計的齒圈34與太陽輪33齒數比為2：1，通過控制單排行星齒輪機構3的太陽輪33轉速和行星架31的轉速，從而控制齒圈34的輸出轉速，進而可以無級控制單排行星齒輪機構3的速比範圍，使單排行星齒輪機構3的速比在很寬的範圍內，整個傳動系統的速比範圍是CVT的速比與行星齒輪機構速比之積，因此擴大了無級變速器的速比調節範圍。
本實用新型工作時：
當駕駛者掛入倒擋時，ECUElectronic Control Unit，電子控制單元，又稱「行車電腦」、「車載電腦」等控制驅動電機1反轉，發動機2停止運轉，與發動機2相連的太陽輪33固定，使得齒圈34反轉，從而使得單排行星齒輪機構3的輸出軸反轉，單排行星齒輪機構3的輸出軸帶動主動盤反轉，主動盤帶動從動盤，再經動力輸出軸7將動力輸出，由於動力輸出軸7連接差速器和主減速器，因此實現車輛的倒擋功能，採用以上設置從而取消了複雜的前進倒擋機構。
當速比電機14正轉時，帶動速比控制軸左齒輪15和速比控制軸右齒輪16正向轉動，速比控制軸左齒輪15帶動主動輪動盤絲槓齒輪9轉動，經過主動輪動盤螺旋絲槓10的作用，推動主動輪動盤平面軸承8和主動輪動盤42向右移動，擠壓鋼帶5，使得主動輪4工作半徑增大，同時速比控制軸右齒輪16帶動從動輪動盤絲槓齒輪12轉動，經過從動輪動盤螺旋絲槓13的作用，推動從動輪動盤平面軸承11和從動輪動盤62向右移動，鋼帶5被放鬆，使得從動輪6工作半徑減小，從而使得速比減小。
當速比電機14反轉時，帶動速比控制軸左齒輪15和速比控制軸右齒輪16反向轉動，速比控制軸左齒輪15帶動主動輪動盤絲槓齒輪9轉動，經過主動輪動盤螺旋絲槓10的作用，推動主動輪動盤平面軸承8和主動輪動盤42向左移動，使得主動輪4工作半徑減小，同時速比控制軸右齒輪22帶動從動輪動盤絲槓齒輪12轉動，經過從動輪動盤螺旋絲槓13的作用，推動從動輪動盤平面軸承11和從動輪動盤62向左移動，鋼帶5被擠壓，從動輪6工作半徑增大，從而使得速比增大。
綜上可知，通過速比電機14驅動調速齒輪(速比控制軸左齒輪15和速比控制軸右齒輪16)，經過螺旋絲槓(主動輪動盤螺旋絲槓10和從動輪動盤螺旋絲槓13)減速，當動盤主動輪動盤42和從動輪動盤62到達預定位置時由於螺旋絲槓(主動輪動盤螺旋絲槓10和從動輪動盤螺旋絲槓)的自鎖提供動盤主動輪動盤42和從動輪動盤62所需的夾緊力，以保證CVT的動力傳輸效率，使鋼帶不打滑，從而使得能夠與液壓泵實現的功能一致，且減少無級變速器的佔用空間和能源消耗。
當車輛電子控制單元ECU，Electronic Control Unit監測到駕駛者想緩慢起步時，控制驅動電機1正轉，發動機2不啟動，起步只通過驅動電機1提供動力，當ECU監測到駕駛者想要急加速起步時，通過控制驅動電機1和發動機2同時工作，經過行星齒輪機構的變速，控制車輛起步。
當車輛處於緩慢加速工況時，ECU控制速比電機14正轉，使得速比減小，當車輛處於急加速工況時，ECU控制發動機2和驅動電機1轉速快速上升，同時速比電機14先反轉，使得速比增大，之後速比電機14正轉，速比減小，這種情況下能使得車輛的加速性能得到很大提升。
當車輛處於減速、下坡或制動工況時，發動機2停機或處於怠速工況，由動力輸出軸7拖動從動輪6，從動輪6經鋼帶5拖動主動輪4，主動輪4經行星齒輪機構拖動驅動電機1轉動，此時驅動電機1變為發電機驅動電機1反拖轉動即可實現發電功能，給混合動力車輛的蓄電池充電。
進一步的，本示例實施方式還提供了一種混合動力汽車，該汽車包括本示例實施方式中的混合動力車用電子機械無級變速器。由於本實用新型的無級變速器具有無級變速器的特點，因此採用本實用新型的無級變速器所形成的汽車同樣具有以上優點。
以上僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應以權利要求的保護範圍為準。