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WW型行星排在某混动专用箱开发中的应用

01、某混动专用箱(DHT)结构简介该款混合动力专用变速箱是采用WW型简单行星排为耦合机构的双电机无级变速系统,主要由台阶式无齿圈行星排总成、发电机、电动机

该款混合动力专用变速箱是采用WW型简单行星排为耦合机构的双电机无级变速系统,主要由台阶式无齿圈行星排总成、发电机、电动机、减速齿轮、差速器、单向离合器、双机械油泵等组成。其中太阳轮1(S1)连接发电机(ISG电机),太阳轮2(S2)连接发动机,行星架作为输出端连接着驱动动机(TM电机),结构示意图见图1。

该动力耦合机构属于输入动力分流结构,其特点是在低速高传动比的时候效率较高,类似于丰田THS系统。行星架相当于THS的齿圈,和输出端相连接,因此当车速一定时,行星架的转速就唯一确定,根据简单行星排的运动学方程,连接发电机的太阳轮S1和连接发动机的太阳轮S2,它们的转速可以自由匹配。这样发动机的转速就和车速解耦,而且能在一定区间内实现连续变动(无级变速)。

模拟杠杆作为行星排分析的有力工具,其直观性大大降低了行星排理解上的难度。模拟杠杆如图2所示,三根纵线代表两个太阳轮和行星架的转速,以行星架为基准,齿数越少,也即速比越大的杠杆离基准越远。当行星架固定时,s1和s2的转速方向相同,因而它们分布于行星架杠杆的同一侧。设S2到基准行星架的距离为1,S1到行星架的距离为k+1,k称为行星排的特性参数。

根据定义,行星排的特性参数可以看成行星架固定时的太阳轮到齿圈的速比,这里是两个太阳轮之间的转速之比。如图2,根据三角形相似原理,有

由公式1可见,与带齿圈的简单行星排比较,该行星排的行星架相当于简单行星排的齿圈,而行星排的大太阳轮S2相当于简单行星排的行星架。

定义行星排元件的转速和发动机相同时为正转速,反之为负转速。定义发动机转速和输出端转速之比为系统传动比,即

在无电池参与情况下,当小太阳轮s1转速为0时,电功率为0,发动机能量全部用于驱动车轮,系统效率最高。定义小太阳轮s1转速为0时的速比为机械点速比,即

其中Ts1、Ts2、Tpc分别是小太阳轮、大太阳轮、行星架的扭矩,Tg、Tm、Te分别是发电机、驱动电机、发动机的扭矩,Tout是输出扭矩。因小太阳轮转速为0,所以电功率为0,即

当ns1<0时,ISG电机功率大于0,为电动,TM电机功率小于0,为发电,假设系统运行过程中电池不参与,那么ISG电机的电能来自于TM电机的发电,于是根据电功率平衡得

综合a)、b)、c)三种情况,行星排特性参数k取为2.65,两电机的发电或电动效率取为0.85,则该系统的电功率比例为

根据盖世汽车《新能源汽车电驱动产业报告(2021版)》预测,DHT将成为机电一体化的发展方向,混合专用变速箱DHT在系统集成度、重量以及综合能效方面的优势非常明显。

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作者: sheep

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