[发明专利]一种重型矿车多行星排式混合动力变速箱及其控制方法

说明书

本发明公开了一种重型矿车多行星排式混合动力变速箱及其控制方法，包括发动机、ISG电机、PMSM电机、第一行星排、第二行星排、定轴轮系、离合器、换挡离合器、紧急离合器和动力电池组；通过控制离合器、换挡离合器和紧急离合器的结合状态与发动机、ISG电机和PMSM电机的工作状态实现四模式六挡位的驱动功能，此外还增加了再生制动驱动模式、行车充电驱动模式和跛行回家驱动模式；车辆可根据工作环境驱动需求，自主切换工作模式，适应更多复杂的工作环境。本发明变速箱采用行星齿排结构，结构紧凑，传动效率高，实用性与针对性强，还能够保证发动机工作在高效率区，有效降低尾气排放、提高燃油经济性。

技术领域

本发明涉及一种变速箱，具体涉及一种重型矿车多行星排式混合动力变速箱及其控制方法。

背景技术

重型矿车具有装载量大、运行工况复杂、运输成本低、生产效率高等优点，可以大幅提高矿山生产率和经济效益，是未来发展的必然趋势。露天矿的运输效率与重型矿车驱动技术的研究密切相关，而混合动力技术的发展为提升重型矿车的动力性提供了新的优化思路。

变速箱作为车辆的关键组成部分，目前针对重型混合动力矿车，在传动的变速箱基础上更改为混合动力路线是一种比较快速实现混合动力的一种方式，但该种方式无法充分发挥出混合动力的动力性与经济性优势，除此以外，目前还没有专门针对矿山运输环境的混合动力变速箱。因此，研发一款针对重型矿车的专门变速箱，具有重要的开发与应用价值。

现有已提出的混合动力变速箱系统主要是针对乘用车和商用车，大都为行星齿轮排机构，很少有针对大功率重载且工作环境恶劣的重型车辆开发专用的变速箱，且单行星排结构无法满足重型混合动力矿车大功率输出、多动力耦合以及运输环境恶劣的特点。中国专利202011021106.1提出一种双变速箱混合动力矿车及控制方法，采用双变速箱和齿轮驱动箱实现电机与发动机的动力耦合，但是没有针对变速箱的机械结构进行分析。中国专利202010833885.9提出一种混合动力变速箱、驱动总成及控制方法与车辆，采用同步器的连接动作实现车轮与不同动力源之间的耦合，但该变速箱无法实现再生制动能量回收。中国专利202110939205.6提出一种多行星排混合动力变速箱构型，该变速箱设置五个行星排结构，设置两个离合器、五个制动器实现变速箱六个工作档和倒挡，但该结构过于复杂，且离合器和制动器数目过多会导致变速箱故障率增加。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种重型矿车多行星排式混合动力变速箱及其控制方法，结构简单，故障率低，传动性能好，易于控制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种重型矿车多行星排式混合动力变速箱，包括发动机、ISG电机、PMSM电机、分动箱、第一行星排、第二行星排、离合器、换挡离合器、定轴轮系、紧急离合器和动力电池组，动力电池组与ISG电机、PMSM电机电连接；还包括变速箱控制器、离合器控制器、换挡离合器控制器和紧急离合器控制器，离合器与离合器控制器连接，换挡离合器与换挡离合器控制器连接，紧急离合器与紧急离合器控制器连接，离合器控制器、换挡离合器控制器、紧急离合器控制器均与变速箱控制器连接；第一行星排包括第一齿圈、第一行星架、第一太阳轮，第二行星排包括第二齿圈、第二行星架和第二太阳轮；第一太阳轮与ISG电机连接，第一行星架与发动机通过分动箱连接，第一齿圈通过离合器与第二齿圈连接；第二太阳轮与PMSM电机连接，第二齿圈与换挡离合器连接，第二行星架与定轴轮系连接；紧急离合器与分动箱连接。

进一步的，所述ISG电机为发电与电动一体化电机，PMSM电机为永磁同步电机。

一种重型矿车多行星排式混合动力变速箱控制方法，变速箱控制器分别给离合器控制器、换挡离合器控制器和紧急离合器控制器发送指令；