一种两挡单行星排动力耦合系统及其控制方法、起重机与流程

本发明涉及工程机械，具体涉及一种两挡单行星排动力耦合系统及其控制方法、起重机。

背景技术：

1、起重机传统使用发动机作为动力源，通过机械传动驱动底盘和上车作业，发动机根据底盘行驶需要进行匹配。作业时，发动机运行工况较差，导致燃油消耗率高，排放量大，使用成本高，环境污染严重。为解决这种问题，市场上出现了起重机的油电混合动力系统，油电混合动力系统一般分为串联式和并联式，其中串联式混合动力系统能量经过多次转化，损耗大、效率低。并联式混合动力系统发动机和路载无法解耦，不能长期工作在高效区，油耗高；此外，并联式混合动力系统通常具有多挡变速器，换挡时容易出现顿挫、抖动等问题，不能实现无级变速，且变速器、离合器的结构较为复杂，成本高。

2、图1所示为现有的行星排式动力耦合系统，包括发动机、发电机和电动机，可以实现纯电或混动行驶。纯电驱动时，发动机不工作，动力由电动机经传动机构到达车轮；混合驱动时，发动机和电动机参与驱动，同时带动发电机发电，动力经传动机构到达车轮。存在的技术问题在于：没有变速机构，系统输出转速、扭矩范围小，只适用于小型车辆，不能满足重型车重载工况下车速和爬坡需求。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种两挡单行星排动力耦合系统，可以实现发动机和电机混联驱动，使发动机和路载解耦实现无级变速；本发明的第二目的是提供该两挡单行星排动力耦合系统的控制方法；本发明的第三目的是提供一种具有该两挡单行星排动力耦合系统的起重机。

2、技术方案：本发明所述的两挡单行星排动力耦合系统，包括发动机和电机，还包括低挡变速齿轮组、高挡变速齿轮组、单行星轮系、第一轴、第二轴、第三轴和第四轴，所述单行星轮系具有齿圈、行星架和太阳轮，所述电机包括第一电机和第二电机；

3、第一轴连接所述发动机；第二轴两端分别连接第一电机输出端和太阳轮；第三轴连接第二电机输出端，并通过齿轮与齿圈相配合；第四轴与齿圈相连接，用于向车辆输出动力；低挡变速齿轮组和高挡变速齿轮组设置在第一轴和行星架之间，用于实现第一轴和行星架的动力传递；第一轴上设置接合套，用于接入低挡变速齿轮组或高挡变速齿轮组进行挡位切换。

4、进一步地，现有的行星排式动力耦合系统纯油驱动时，发电机需要锁止离合器进行锁止，发动机通过行星轮系传递动力，结构较为复杂。为此，本发明设置第一轴和第三轴同轴，第一轴和第三轴之间设置离合器，用于实现第一轴和第三轴的接合或断开。

5、离合器接合时，发动机可以直接驱动车辆行驶，满足高速行驶需求。第一轴与第三轴同轴，第一轴转速可升至与第三轴相同时离合器再接合，可以简化对离合器的要求，降低成本。

6、进一步地，离合器采用啮合套或端面齿类型。

7、本发明所述的两挡单行星排动力耦合系统的控制方法，采用纯油驱动模式：第二电机不输出动力，接合套脱出，离合器接合，第一电机进行零扭矩控制，发动机通过齿轮与齿圈直接输出动力。

8、本发明所述的两挡单行星排动力耦合系统的控制方法，采用纯电驱动模式：发动机不输出动力，第二电机作为动力源，通过齿轮与齿圈直接输出动力。

9、本发明所述的两挡单行星排动力耦合系统的控制方法，采用混合驱动模式：接合套接入变速齿轮组，发动机与第二电机一同驱动；发动机参与驱动的同时带动第一电机，实现功率分流；第一电机调节发动机转速，第二电机调节发动机扭矩，使发动机始终工作在最优效率区；

10、若动力电池soc较低，发动机带动第一电机发电较多，供给动力电池使电量上升；

11、若动力电池soc适中，第一电机发电用于驱动第二电机，维持动力电池电量不变；

12、若动力电池soc较高，发动机带动第一电机发电较少，动力电池电量下降；

13、车辆行驶过程中，随着车速升高，变速齿轮组由低挡位换入高挡位。

14、进一步地，换挡方法包括：接合套脱出，发动机与车轮解耦，第二电机仍在驱动；第一电机调节变速齿轮组转速与发动机相同，接合套接入另一挡位，完成换挡，过程中车辆动力没有中断。

15、进一步地，采用再生制动模式：第二电机在惯性力矩的作用下进行制动能量回收，将车辆的动能转化为电能储存在动力电池中。

16、进一步地，采用停车充电模式：接合套接入变速齿轮组，第二电机不工作，发动机带动第一电机给动力电池充电。

17、本发明所述的起重机，包括所述的两挡单行星排动力耦合系统。该起重机具有两挡单行星排动力耦合系统所具有的优点。

18、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：本发明可实现发动机与车轮解耦，第一电机调节发动机转速，第二电机调节发动机扭矩，使发动机始终工作在最优效率区，降低油耗；两挡变速机构扩大了动力耦合系统输出转速和扭矩范围，保证重载工况下车速和爬坡能力满足需求。

技术特征：

1.一种两挡单行星排动力耦合系统，包括发动机和电机，其特征在于，还包括低挡变速齿轮组(1)、高挡变速齿轮组(2)、单行星轮系、第一轴(9)、第二轴(10)、第三轴(11)和第四轴(12)，所述单行星轮系具有齿圈(6)、行星架(7)和太阳轮(8)，所述电机包括第一电机和第二电机；

2.根据权利要求1所述的两挡单行星排动力耦合系统，其特征在于，第一轴(9)和第三轴(11)同轴，第一轴(9)和第三轴(11)之间设置离合器(4)，用于实现第一轴(9)和第三轴(11)的接合或断开。

3.根据权利要求2所述的两挡单行星排动力耦合系统，其特征在于，离合器(4)采用啮合套或端面齿类型。

4.一种权利要求2或3所述的两挡单行星排动力耦合系统的控制方法，其特征在于，采用纯油驱动模式：第二电机不输出动力，接合套(3)脱出，离合器(4)接合，第一电机进行零扭矩控制，发动机通过齿轮(5)与齿圈(6)直接输出动力。

5.一种权利要求1至3中任一项所述的两挡单行星排动力耦合系统的控制方法，其特征在于，采用纯电驱动模式：发动机不输出动力，第二电机作为动力源，通过齿轮(5)与齿圈(6)直接输出动力。

6.一种权利要求1至3中任一项所述的两挡单行星排动力耦合系统的控制方法，其特征在于，采用混合驱动模式：接合套(3)接入变速齿轮组，发动机与第二电机一同驱动；发动机参与驱动的同时带动第一电机，实现功率分流；第一电机调节发动机转速，第二电机调节发动机扭矩，使发动机始终工作在最优效率区；

7.根据权利要求6所述的两挡单行星排动力耦合系统的控制方法，其特征在于，换挡方法包括：接合套(3)脱出，发动机与车轮解耦，第二电机仍在驱动；第一电机调节变速齿轮组转速与发动机相同，接合套(3)接入另一挡位，完成换挡，过程中车辆动力没有中断。

8.一种权利要求1至3中任一项所述的两挡单行星排动力耦合系统的控制方法，其特征在于，采用再生制动模式：第二电机在惯性力矩的作用下进行制动能量回收，将车辆的动能转化为电能储存在动力电池中。

9.一种权利要求1至3中任一项所述的两挡单行星排动力耦合系统的控制方法，其特征在于，采用停车充电模式：接合套(3)接入变速齿轮组，第二电机不工作，发动机带动第一电机给动力电池充电。

10.一种起重机，其特征在于，包括权利要求1至3中任一项所述的两挡单行星排动力耦合系统。

技术总结本发明公开了一种两挡单行星排动力耦合系统及其控制方法、起重机，所述动力耦合系统包括发动机、两电机、单行星轮系、四根轴以及高、低挡变速齿轮组；第一轴连接发动机；第二轴两端分别连接第一电机输出端和太阳轮；第三轴连接第二电机输出端，并通过齿轮与齿圈相配合；第四轴与齿圈相连接，用于向车辆输出动力；低挡变速齿轮组和高挡变速齿轮组设置在第一轴和行星架之间，用于实现第一轴和行星架的动力传递；第一轴上设置接合套，用于接入低挡变速齿轮组或高挡变速齿轮组进行挡位切换；第一、第三轴之间设置离合器，用于实现两轴的接合或断开。本发明能够实现发动机与车轮解耦，实现无级变速，实现发动机直接驱动车辆行驶。技术研发人员：刘建利,赵建国,陈延波,赵正沛,陆耀受保护的技术使用者：徐州重型机械有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9