一种储能分动式齿轮传动自适应无级变速器的制作方法

1.本发明专利主要涉及汽车变速器技术领域，尤其是涉及一种储能分动式齿轮传动自适应无级变速器。


背景技术：

2.车辆工程中，变速器的作用在整个车辆性能表现起到非常关键性决定因素，无论是在行驶质感，燃油经济性，还是成本控制。现有在售变速器有at、dct、cvt以及amt和手动mt。at变速器行驶品质好，可靠性高，但其技术复杂，且成本高，燃油经济性差。双离合dct成本相对较低，燃油经济性好，但是换挡速度的快慢直接影响驾乘的质感和燃油经济性兼顾，由于其结构本身的工作特性，离合器片磨损会导致后期驾乘质感下降较快。cvt无级变速器理论上平顺性相对较好，虽然钢带传动效率低，但是其燃油经济性依然是最好的，但是其是通过摩擦传动的导致其传递动力的大小受限以及耐用性较低。上述所有变速器都属于刚性传动，刚性传动即需要通过植入人为逻辑来实现自动化控制，无法做到动力和负载的最佳匹配效果。所以急需一种可实现大扭矩齿轮传动的无级变速器，可兼顾驾乘感，燃油经济性，可靠耐用性，以及较低的制造成本。柔性传动即可根据输入功率和负载变化来实现自动变速，从而达到动力和负载最佳匹配效果。而本发明即可实现。


技术实现要素：

3.为了克服上述技术问题，本发明公开了一种储能分动式齿轮传动自适应无级变速器。
4.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种单级速差变速储能分动式齿轮传动自适应无级变速器，包括输入轴、输出轴、行星架、行星齿轮、太阳轮、外齿轮圈、传导齿轮、连接轴、储能分动器，所述行星齿轮至少为两个，组成行星齿轮组，所述太阳轮、所述行星齿轮组、所述外齿轮圈共同组成行星齿轮机构，所述输入轴通过所述行星架与所述行星齿轮组连接并同步转动，所述输出轴与所述太阳轮同轴固定连接并同步转动，所述传导齿轮与上所述外齿轮圈的外壁啮合，所述连接轴的一端与所述传导齿轮同轴固定连接，另一端与所述储能分动器的所述曲轴同轴固定连接。
5.一种单级速差变速储能分动式齿轮传动自适应无级变速器的实现方法：设置一个差速器，具有三个旋转端，其中一个旋转端作为输入端，一个旋转端作为输出端，剩下的一个旋转端连接储能分动器；通过储能分动器限制所在旋转端的转速，从而控制输出端与输入端的转速比。
6.一种二级速差变速储能分动式齿轮传动自适应无级变速器，包括输入轴、输出轴、一体式外齿轮圈、一级行星架、一级行星齿轮、一级太阳轮、二级行星架、二级行星齿轮、二级太阳轮、传导齿轮、连接轴、储能分动器，所述一级行星齿轮至少为两个，组成一级行星齿轮组，所述二级行星齿轮至少为两个，组成二级行星齿轮组，所述一级太阳轮、所述一级行
星齿轮组、所述外齿轮圈共同组成行星齿轮机构a，所述二级太阳轮、所述二级行星齿轮组、所述外齿轮圈共同组成行星齿轮机构b，所述输入轴通过所述一级行星架与所述一级行星齿轮组连接并同步转动，所述一级太阳轮通过所述二级行星架与所述二级行星齿轮组连接并同步转动，所述输出轴与所述二级太阳轮同轴固定连接并同步转动，所述连接轴的一端与所述传导齿轮同轴固定连接，另一端与所述储能分动器的所述曲轴同轴固定连接。
7.一种二级速差变速储能分动式齿轮传动自适应无级变速器的实现方法：设置两个差速器，每个差速器共有三个旋转端，每个差速器的其中两个旋转端分别与另一个差速器的两个旋转端相连，剩下的两端一个作为输入端，另一个作为输出端，从而形成一条高速比路径和一条低速比路径，在低速比路径上连接储能分动器；通过储能分动器限制低速比路径的转速，从而控制高速比路径的转速比。
8.一种储能分动器，包括液压缸、曲轴、连杆、活塞a、活塞b、弹簧、电磁阀a、电磁阀b、进油口、回油口、补气口，所述活塞a和所述活塞b安装于所述液压缸的内侧，二者之间密封有空气，所述活塞a位于所述液压缸的封口侧，所述活塞b位于所述活塞的开口侧，所述活塞b通过所述连杆与所述曲轴连接，所述活塞a包括贯穿液压缸封口端的中间杆，所述中间杆的另一端固定有固定板，所述固定板与所述液压缸之间通过所述中间杆套装有所述弹簧；所述进油口与所述回油口之间安装有所述电磁阀a，所述电磁阀b的一端连接于所述进油口和所述电磁阀a之间，另一端与液压缸的封口端相通；在所述活塞a与所述活塞b之间靠近所述活塞b的液压缸侧壁设置有所述补气口和补气单向阀，位于活塞b的行程内。
9.一种储能分动器，包括气缸、曲轴、连杆、活塞b、气阀、气体出入口，所述气缸内部靠近封口侧设置有隔板，所述隔板上安装有所述气阀，所述气阀连通所述隔板两侧的空间并且能够调整开度，所述活塞b在所述气缸内的所述隔板和开口端之间移动，所述活塞b通过所述连杆与所述曲轴连接,所述气缸侧面设置有所述气体出入口，所述气体出入口位于活塞b行程内靠下止点位置。
10.一种储能分动式齿轮传动自适应无级变速器的输入功率、储能分动器体积压缩量、最大输出扭矩的匹配方法，动力源为定速定功率的电机，动力源连接扭矩传感器连接本发明的变速器连接负载端；预设压缩比p，渐步增加负载端的阻力，储能分动器的转速会由零加速，输出轴的转速会减慢，扭矩传感器数值会增加，直到扭矩传感器的读取值等于电机额定输出扭矩时，记录输出轴的转速，根据输出轴转速与输入轴转速的比值来匹配负载端所需的转速或扭矩，该压缩比p为标定压缩比；如果增加负载端的阻力，不足以使分动器的驱动轴旋转起来，扭矩传感器的读取值就到额定输出扭矩，则调低预设的压缩比p；反之，如果输出轴被阻力逼迫停止旋转时，读取值也达不到额定输出扭矩时，则调高预设的压缩比p。
11.优选的，如果输出轴转速大于输入轴转速，则降低压缩比p同时提高负载端的阻力，反之则升高压缩比p，减小负载端的阻力，反复调试，直到输出轴转速接近或等于输入轴转速时，扭矩传感器读取值等于电机额定功率后，该压缩比p为标定压缩比。
12.本发明的有益效果是：1、储能分动器、输入轴以及输出轴会在负载和输入动力的功率变化作用下，自动调整各轴的速比，达到负载变小，自动加速，扭矩减小，反之，扭矩变大的目的，无需人工或人工智能介入。
108的一端连接于进油口109和电磁阀a 107之间，另一端与液压缸101的封口端相通；在活塞a 104与活塞b 105之间靠近活塞b 105的液压缸101侧壁设置有补气口111和补气单向阀，位于活塞b 105的行程内。
22.该储能分动器的工作原理为：曲轴102旋转带动活塞b 105往复运动，当压缩气体时，活塞b 105克服气体压力做功，同时被压缩的气体弹性势能增加；当被压缩的气体回弹时，气体的弹性势能释放，释放的能量又传导至曲轴102。
23.当电磁阀b 108打开，电磁阀a 107关闭，液压油进入液压缸101，活塞a 104下行，气体压力增大，压缩比增大；当电磁阀b 108关闭，电磁阀a 107打开，液压油直接由进油口109进入回油口110，压缩比不变；当电磁阀b 108打开，电磁阀a 107打开，液压缸101内油在气体压力和弹簧106的作用下回流到回油口110，气体压力减小，压缩比减小。
24.实施例2：参见图4，本实施例提供的另一种储能分动器,包括气缸113、曲轴102、连杆103、活塞b 105、气阀112、气体出入口114，气缸113内部靠近封口侧设置有隔板，隔板上安装有气阀112，气阀112连通隔板两侧的空间并且能够调整开度，活塞b 105在气缸113内的隔板和开口端之间移动，活塞b 105通过连杆103与曲轴102连接,气缸113侧面设置有气体出入口114，气体出入口114位于活塞b 105的行程内靠下止点位置。
25.该储能分动器的工作原理为：调整气阀111的开度，从而改变气缸113内隔板与活塞b 105之间气体的压缩比，在活塞b 105运动至气缸113开口端附近时，气体出入口114自动为气缸113内补气至设定压力，从而保证每次被压缩的气体的初始压力都相同，本实施例对活塞b 105的密封性要求低。
26.实施例3：参见图1至图4，一种单级速差变速储能分动式齿轮传动自适应无级变速器，包括输入轴201、行星架203、行星齿轮204、太阳轮205、外齿轮圈206、输出轴202、传导齿轮207、连接轴208；行星齿轮204至少为两个，太阳轮205、行星齿轮204、外齿轮圈206共同组成行星齿轮机构，输入轴201通过行星架203与行星齿轮204连接并同步转动，输出轴202与太阳轮205同轴固定连接并同步转动，传导齿轮207与外齿轮圈206的外壁啮合，连接轴208的一端与传导齿轮207同轴固定连接，另一端与储能分动器的曲轴102同轴固定连接。
27.单级速差变速储能分动式齿轮传动自适应无级变速器的工作原理如下：当负载为零时，外齿轮圈206不转动，输出轴202与输入轴201的转速比最大。随着负载增加，而储能分动器提供的约束力不变的情况下，外齿轮圈206转速逐渐变快，输出轴202与输入轴201的转速比逐渐变小，由此便实现了负载变小，自动加速，扭矩减小，反之，扭矩变大的目的。
28.另一方面，也可以通过调整储能分动器的压缩比，进而调整储能分动器提供的约束力大小，改变变速器的速比。
29.进一步的，本发明提供了一种单级速差变速储能分动式齿轮传动自适应无级变速
器的实现方法：设置一个差速器，具有三个旋转端，其中一个旋转端作为输入端，一个旋转端作为输出端，剩下的一个旋转端连接储能分动器；通过储能分动器限制所在旋转端的转速，从而控制输出端与输入端的转速比。
30.实施例4：参见图3至图6，一种二级速差变速储能分动式齿轮传动自适应无级变速器，其特征在于：包括输入轴201、输出轴202、一体式外齿轮圈301、一级行星架302、一级行星齿轮303、一级太阳轮304、二级行星架305、二级行星齿轮306、二级太阳轮307、传导齿207轮、连接轴208、储能分动器；一级行星齿轮303至少为两个，二级行星齿轮至306少为两个，一级太阳轮304、一级行星齿轮303、一体式外齿轮圈301共同组成一级行星齿轮机构，二级太阳轮307、二级行星齿轮306、一体式外齿轮圈301共同组成二级行星齿轮机构，输入轴201通过一级行星架302与一级行星齿轮303连接并同步转动，一级太阳轮304通过二级行星架305与二级行星齿轮306连接并同步转动，输出轴202与二级太阳轮307同轴固定连接并同步转动，连接轴208的一端与传导齿轮207同轴固定连接，另一端与储能分动器的曲轴102同轴固定连接。
31.二级速差变速储能分动式齿轮传动自适应无级变速器的工作原理如下：当负载为零时，一体式外齿轮圈301不转动，输出轴202与输入轴201的转速比最大。随着负载增加，而储能分动器提供的约束力不变的情况下，一体式外齿轮圈301转速逐渐变快，输出轴202与输入轴201的转速比逐渐变小，由此便实现了负载变小，自动加速，扭矩减小，反之，扭矩变大的目的。
32.另一方面，同样可以通过调整储能分动器的压缩比，进而调整储能分动器提供的约束力大小，改变变速器的速比。
33.进一步的，本发明提供了一种二级速差变速储能分动式齿轮传动自适应无级变速器的实现方法：设置两个差速器，每个差速器共有三个旋转端，每个差速器的其中两个旋转端分别与另一个差速器的两个旋转端相连，剩下的两端一个作为输入端，另一个作为输出端，从而形成一条高速比路径和一条低速比路径，在低速比路径上连接储能分动器；通过储能分动器限制低速比路径的转速，从而控制高速比路径的转速比。
34.针对实施例2与实施例3，假设储能分动器内气体的体积压缩量为v，压缩比为p，输入功率为w，输出轴的最大扭矩为n，在不考虑输出轴连接的增速或减速齿轮时其关系为w=pvnk，其中k为升比系数，与差速器内部齿比以及差速器与储能分动器连接齿比有关。当差速器各齿轮被选定后，k是不变的。
35.针对实施例3和实施例4所公开的实现方法，差速器可以是行星差速器也可以是普通差速器，行星差速器为优选。
36.本发明由于是柔性传动，与刚性传动不同，刚性传动可以直接计算速比来计算扭矩输出。而本发明则需对输入功率、储能分动器体积压缩量、最大输出扭矩做较为精准的匹配。具体匹配方法如下：动力源连接扭矩传感器连接本发明的变速器连接负载端。如果动力源为定速定功率的电机，预设压缩比p，渐步增加负载端的阻力，储能分动器的转速会由零加速，输出轴的转速会减慢，扭矩传感器数值会增加，直到扭矩传感器的读取值等于电机额定输出扭矩时，记录输出轴的转速，根据输出轴转速与输入轴转速的比值来匹配负载端所需的转速或扭
矩，则压缩比p为标定压缩比。如果增加负载端的阻力，不足以使分动器的驱动轴旋转起来，扭矩传感器的读取值就到额定输出扭矩，则调低预设的压缩比。反之，如果预设的压缩比太小，则输出轴被阻力逼迫停止旋转时，读取值也达不到额定输出扭矩时，则为部分功率输出状态，则需要调高预设压缩比。
37.较优选的匹配是输出轴转速等于输入轴的转速，一来可以与现有变速器一样和负载端所需转速做匹配，无须重新计算，二来可以有较大的变速范围，可以通过差速器内部齿比直接计算出变速的范围，具体方法如下：在负载端施加一定的阻力，压缩比由最小渐步加大，直到扭矩传感器读取值等于动力的额定输出扭矩，同时记录输出轴的转速。如果输出轴转速大于输入轴转速，则降低压缩比同时提高负载端的阻力，反之则升高压缩比，减小负载端的阻力，反复调试，直到输出轴转速接近或等于输入轴转速时，传感器读取值等于额定值后，该压缩比为标定压缩比，此时输出轴最大扭矩输出状态时，其转速与输入轴转速比为1:1.可以直接将其看成发动机的输出轴与负载端做动力匹配。
38.如果动力源为发动机，则需确定发动机转速的工作范围，一个最低工作转速和一个最高工作转速，从而确定一个最小输出功率和一个最大输出功率。在匹配时要优先考虑最小转速在驱动汽车在最低车速工作时，比如发动机1000r/min驱动汽车在5km/h时不会因为输出扭矩太小而导致发动机熄火。首先确定发动机在1000r/min时输出的额定扭矩，然后通过上述与额定功率相同的方法来确定全功率输出状态时的标定压缩比，优选的匹配是发动机1000r/min时变速器输出轴的转速也为1000r/min时标定的压缩比，这种匹配优点是可将变速输出轴看作发动机的输出轴，然后参考现有变速器的起步档齿来匹配减速或增速齿轮。确定了变速器输出端的各个齿比后，再来做最高转速的功率匹配，方法同上，来标定压缩比。但是由于变速器输出端的齿比已经确定下来，所以标定最高压缩比时，要以发动机最低速的输出功率匹配的本发明输出轴转速作为最大输出扭矩来匹配压缩比。比如发动机1000转匹配变速箱输出轴转速也是1000，发动机最高工作转速设定为5000转时，应该根据发动机在5000转时的功率和扭矩来匹配本发明输出轴转速在1000转时扭矩传感器读取值刚好等于该发动机5000转时的额定输出扭矩。也就是本发明输出轴输出最大扭矩刚好是1000转。根据此转速来标定压缩比。标定压缩比后，根据发动机实时转速，及功率，以及对应的额定扭矩和汽车的不同工况来调整压缩比。压缩比的实时曲线应该都以本发明输出轴转速1000为最大输出扭矩来设定。
39.当车辆实际行驶速度非常慢，可调整储能分动器的压缩比暂时低于标定压缩比，减小输出轴转速与输入轴转速的比值，使得动力端不至于转速过低而熄火，此时动力源为部分功率输出，可实现车辆蠕动行驶，相当于普通变速箱对应的半离合状态。而本发明在该工况下不存在离合器的磨损和发热，提高低速工况的适应能力和可靠性。
40.本发明最大的特点是储能分动器、输入轴以及输出轴会在负载和输入动力的功率变化作用下，自动调整各轴的速比。达到负载变小，自动加速，扭矩减小，反之，扭矩变大的目的。
41.以上仅对本发明的较佳实施例进行了详细叙述，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。