文章编号:10002565X(2002)1120106207功率分流双向汇流的新型复合无级变速系统黄向东张小琴罗玉涛迟永滨柳文斌(华南理工大学交通学院,广东广州510640)摘要:为消除现有无级传动(CVT)系统中存在的共性缺陷,提出一类功率分流、双向汇流的新型复合无级变速系统,通过可用于普通车辆和混合动力电动车的机-机、机-电复合系统两个具体例子,详细阐述了这类系统的工作原理,分析讨论了其设计、实现的一般方法和关键问题,揭示了其特性和工程应用前景.关键词:复合无级变速传动;功率分流;双向汇流中图分类号:TH166文献标识码:A在多种动力传动系统中,一般而言机械式传动虽具有传动效率高、功率容量较大的优点,但难以获得无级自动变速的完美传动特性.即使目前存在着一些类型的机械式无级变速器(CVT),但由于它们实际上都是基于摩擦传动的,效率、功率容量及可用的变速比范围均偏低[1,2].迄今人们已探索了旨在弥补CVT上述这些不足之处的各种方案[3～6],这类方案的共同特点为动力源的功率以某种方式(定轴齿轮系或行星排等)呈两路甚至多路分流,CVT只传递、调节分流功率中的一路,然后通过其他一些方式对各路功率汇流最终实现调速和传递功率的功能.但这类方案要么在扩大系统速比变化范围时使系统的效率和功率容量明显下降,要么在减小CVT负荷、提高系统功率容量及效率之后又使系统的速比变化范围较CVT自身的速比变化范围缩小.针对现有各种复合CVT所存在的无法回避的上述固有矛盾,我们提出并研究了一类具有功率分流双向汇流功能的复合无级自动变速系统[7,8],使之既具备传动效率高、许用传递功率和速比变化变速传动系统.1新系统的构成及原理前述各种“现有解决方案”的基本构成可抽象归纳成如图1所示.图中三角形代表一个或一组二自由度、三输入/输出端的汇流行星排.设在其中一个输入元件上输入来自动力源的转速n0,另一输入元件上输入来自普通CVT输出端的可变转速nc,则输出元件上将产生一个与n呈线性关系的可变输c出转速n1.这里CVT可以是现有各种机械、电气、液压或液力等无级传动中的任意一种.图1现有方案的基本构成Fig.1Basicconfigurationofexistentsolutions我们定义:若n1随nc增大而增大(n1∝nc),则称系统中的汇流行星排(组)具有正向汇流特性,为正向汇流的;若n1随nc增大而减小(n1∝-nc),则称该行星排(组)具有反向汇流特性,为反向汇流的.事实上,如图1所示的各种“现有解决方收稿日期:2002209203作者简介:黄向东(1956-),男,博士生导师,主要从事车辆系统及其动力学方面的研究.第11期黄向东等:功率分流双向汇流的新型复合无级变速系统107相应地可按“正向∴反向∴正向∴反向”或“反向∴正向∴反向∴正向”的排列顺序进行汇流方式交替.仅为叙述方便,以下假设第Ⅰ段均被设计成正向汇流的,即按“正向∴反向∴正向∴反向”的汇流方式交替.机器系统在启动阶段,如汽车起步阶段,通常要求有较大的减速比(按本文定义,即要求有较小的速比———它是减速比的倒数),以便获得较大的低速启动转矩,此后转矩逐步减小、运转速度逐步提高.对应的,自动换段机构3首先工作在正向汇流的第一段,以最小的速比(即最大的减速比)、最大的转矩把a′轴的功率传递到输出轴Ⅱ′并让b′轴空转;在此过程中,CVT接受其自身电控单元的指令,转速与变速比范围之间固有矛盾的主因.新型系统解决方案的基本思想就是:把CVT输出轴转速nc的往复变化控制在相对狭窄的范围内,以减小调速分路的功率负荷率、提高效率.构造出至少由一个正向和一个反向汇流行星排共同组成的双向汇流行星排组总成,来替代“现有解决方案”的单向汇流行星排.增设一有级自动换段机构,该机构能轮换接通正、反向汇流行星排(组)的两输出轴,使之平顺无冲击地交替工作,以多段不同的固定速比向下游输出其动力与运动.其基本构成及工作原图2新型复合无级变速系统的基本构成及原理Fig.2BasicconfigurationandprincipleofthenewcompositeCVTsystems把b′轴的功率传递到输出轴Ⅱ′;与此同时n也被b控制着从规定最大正值逐渐下降,向规定最小值逼来自动力源的功率从轴Ⅰ′输入,在分流机构1处以某种方式分流成两路,其中一路“直接地”传递到汇流排组总成2的输入轴a;而另一路则先传递到无级变速器CVT,经...