CN101204924B - 电动车驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动车驱动系统，包括电动机(3)、电动机主轴(11)、超越离合器(4)、低速齿轮组(5)、高速齿轮组(6)、动力输出轴(7)、低速输入轴(9)、高速输入轴(10)和普通离合器(12)，其中，电动机(3)的动力通过电动机主轴(11)输出，电动机主轴(11)的一端依次通过超越离合器(4)、低速输入轴(9)和低速齿轮组(5)连接到动力输出轴(7)，另一端依次通过普通离合器(12)、高速输入轴(10)和高速齿轮组(6)连接到动力输出轴(7)。该驱动系统通过控制普通离合器的分离或接合，可以简单地实现电动车的两挡变速，结构简单紧凑，能使电动车在高速行驶中保持动力，加强电动车的续航能力。

Description

电动车驱动系统

技术领域

本发明涉及一种电动车驱动系统。

背景技术

随着人们对环境和能源问题的重视，电动汽车作为一种无污染的绿色交通工具得到国际上的广泛重视。我国也将其发展列入了汽车工业的发展重点。电动汽车要求电动机在稳定运行时电流较小，在满负荷运行的情况下要求启动力矩较大。从蓄电池的容量而言要求电动机的比功率、比转矩和效率都尽可能的高。为使整车性能达到最佳匹配，还要求电动机功率必须满足整车的动力性，满足最高车速、爬坡、满载加速等性能要求。电动汽车的电动机存在高速运转时扭力下降的问题。本发明主要针对这一问题提供解决方案。

在《公路与汽运》杂志2001年6月第3期中，名称为《电动汽车驱动系统设计方案的探讨》的文章中披露了如下4种电动汽车传动方案。

1机械传动设计方案

除了用驱动电动机及控制系统取代传统发动机外，电动汽车的传动方案及组成与普通汽车相同，驱动系统仍由变速器、传动轴、主减速器、差速器及半轴等组成。初期的电动汽车采用机械传动方案，因变速器挡位多，这种驱动系统适合转速高、输出转矩小、控制技术简单的驱动电动机，以满足电动汽车在不同工况下的运行要求。这种方案的优点是设计周期短、可直接采用普通汽车底盘的构造，造价低。缺点是零部件多、电动汽车总质量大、传动效率低，因此不能满足电动汽车整体设计和使用性能的要求，现已逐渐被其它驱动系统所取代。

2机电集成式传动设计方案

该驱动系统由电动机与驱动系统直接组合集成在一起，由单级减速器、差速器、半轴等组成。单级减速器可选用2K-H型双排式的行星齿轮组，其传动比为8～16。在确定传动比时，要根据驱动电动机调速变矩的范围与电动汽车的最大驱动力、最大转矩的设计要求在8～16之间进行选择。行星齿轮组减速器与定轴式减速器相比，具有尺寸小、质量轻、转动平稳、结构紧凑、抗冲击和振动能力强、寿命长的优点。为取得显著的润滑效果，对减速器、差速器的集成件不宜采用飞溅润滑，而应选择在集成件的壳体内安装机油泵和设置油道来润滑各零部件的设计方案。由于没有传动轴，这种传动机构紧凑，便于布置其它系统的部件。缺点是机电集成在一起给维修带来不便，另外还使汽车通过性能变差。总传动比不大的电动汽车应优先考虑这种设计方案。按集成型式的不同，该驱动系统有两种结构：一种是驱动电动机输出轴直接与驱动系统连接，驱动电动机输出轴轴线与驱动桥轴线垂直，旋转方向需要通过圆锥齿轮改变90°；另一种是驱动电动机输出轴是空心的，行一根半轴安装在空心轴内，其一端与半轴齿轮内花键连接，另一端通过螺栓与驱动轮轮毂连接或通过等速万向节与转向轮连接，由于驱动电动机是横置的，所以无需改变动力传递方向。后者比前者更紧凑，但要求零件强度、刚度大，加工与装配精度高。

3电动桥传动设计方案

在驱动桥内安装两部驱动电动机，并在输出齿轮之间安装差速器。电动汽车直线行驶时，两部驱动电动机通过半轴分别驱动两侧车轮同步转动，此时差速器不起作用。在转弯时差速器起作用，左、右驱动轮差速转动，使汽车顺利转弯。在驱动电动机输出功率相同的情况下，双电动机的外形尺寸比单电动机小得多。另外，电动桥驱动系统结构紧凑、传动效率比机电集成式驱动系统高，有利于整车的结构设计与布置。但对驱动电动机转速与转矩变化范围要求较宽，使它对驱动电动机及控制技术比机电集成式驱动系统的要求高，从而增加了制造成本。同时由于电动机都集成在桥壳内，给电动机维修带来困难。

4电动轮传动设计方案

在转向时通过角度传感器测量转向角，经电子控制器计算、判断后控制驱动电动机转速与转矩，使两侧电动轮以不同的转速旋转。驱动电动机应选择盘式电动机，因为它除了散热性好、转动惯量小、具有良好的快速反应性能外，轴向尺寸小，能与轮毂形状相适应，无需占据轮毂以外的空间，使电动轮的结构紧凑。采用这种设计方案的优点：没有传动轴、差速器、半轴等传动件，使传动效率高、车辆总质量轻、可利用的空间大，便于底盘其它系统机件布置与安装，有利于车辆改装与变型；没有驱动桥，离地间隙大，车辆通过性好。但要求驱动电动机的起动、加速、爬坡、重载等工况要与车辆运行工况相适应，使控制技术难度大。目前可通过盘式永刷无磁交流同步电动机、开关磁阻电动机(SR)及其相应的控制技术解决电动轮的技术难题。这些驱动电动机的结构简单，但控制技术复杂，设备价格昂贵，使驱动系统造价比其它类型高。

另外，CN 2661479 Y公开了一种电动汽车用单行星排两挡变速箱，该变速箱利用行星排变速传动技术，取消了换挡离合器，采用电控气动带同步器自动换挡方式，简化换挡操作。该变速箱由单行星排、换挡同步器和其它辅助装置组成，变速箱输入轴与行星排太阳轮相连，变速箱输出轴与行星排行星架相连，换挡同步器的固接齿套与行星排的齿圈相连，同步器的滑接齿套在气动力作用下沿轴线左右滑动，实现减速挡和直接挡之间的切换。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动车驱动系统，该驱动系统结构简单紧凑，能使电动车在高速行驶中保持动力，并加强电动车的续航能力。

为解决上述问题，本发明提供一种电动车驱动系统，该系统包括电动机、电动机主轴、超越离合器、低速齿轮组、高速齿轮组、动力输出轴、低速输入轴、高速输入轴和普通离合器，其中，电动机的动力通过电动机主轴输出，电动机主轴的一端依次通过超越离合器、低速输入轴和低速齿轮组连接到动力输出轴，另一端依次通过普通离合器、高速输入轴和高速齿轮组连接到动力输出轴。

在车辆低速行驶时，普通离合器为分离状态，电动机的动力依次经过电动机主轴、超越离合器、低速输入轴和低速齿轮组传递到动力输出轴，驱动车辆低速行驶。在车辆高速行驶时，控制普通离合器接合，此时电动机的动力将依次经过电动机主轴、普通离合器、高速输入轴和高速齿轮组传递到动力输出轴，驱动车辆高速行驶。在车辆高速行驶过程中，由于低速齿轮组在动力输出轴的带动下同样高速旋转，使超越离合器的从动部分的转速(即低速输入轴的转速)高于主动部分的转速(即电动机主轴的转速)，因此将处于超越状态，即处于自动分离状态。

因此，该驱动系统不仅结构简单紧凑，而且能方便地实现电动车的两挡变速，能使电动车在高速行驶中保持动力，加强电动车的续航能力。

附图说明

图1是本发明的一种典型实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

根据本发明的一种实施方式，如图1所示，提供一种电动车驱动系统，该系统包括电动机3、电动机主轴11、超越离合器4、低速齿轮组5、高速齿轮组6、动力输出轴7、低速输入轴9、高速输入轴10和普通离合器12，其中，电动机3的动力通过电动机主轴11输出，电动机主轴11的一端依次通过超越离合器4、低速输入轴9和低速齿轮组5连接到动力输出轴7，另一端依次通过普通离合器12、高速输入轴10和高速齿轮组6连接到动力输出轴7。

在车辆低速行驶时，普通离合器12为分离状态，电动机3的动力依次经过电动机主轴11、超越离合器4、低速输入轴9和低速齿轮组5传递到动力输出轴7，驱动车辆低速行驶。在车辆高速行驶时，控制普通离合器12接合，此时电动机3的动力将依次经过电动机主轴11、普通离合器12、高速输入轴10和高速齿轮组6传递到动力输出轴7，驱动车辆高速行驶。在车辆高速行驶过程中，由于车速较高，低速齿轮组5在动力输出轴7的带动下同样高速旋转，使超越离合器4的从动部分的速度(即低速输入轴9的速度)高于主动部分的速度(即电动机主轴11的速度)，因此将处于超越状态，即处于自动分离状态。

所述普通离合器12可以是现有的各种离合器，例如经常使用的膜片弹簧离合器，它们的操作方式也是公知的，例如可以通过现有的操纵机构进行操纵，不再赘述。为了方便操作和控制，在本发明中优选使用由执行电机1控制的电控离合器。

超越离合器在大多数工程机械的驱动系统中起重要的开关作用，当由于某种原因造成主、从传动轴的转速不同时，超越离合器就使得主、从传动轴能够及时通过接通或脱开，从而保证整个系统的正常运转及安全。超越离合器广泛应用于各类机械。

超越离合器的工作原理是依靠其单向锁定原理来发挥固定或连接左右，它的连接和固定是单方向性的。与它连接的元件的受力方向与锁定方向相同时，该元件被固定或连接；当受力方向与锁定方向相反时，该元件不被连接、释放或不被锁定。超越离合器不需要控制机构对它进行控制，它的工作完全由和它相连接的元件的受力方向来控制。它会随着与它相连接的导轮的受力方向发生变化而进行锁定或脱离，使得控制系统得到了简化。目前在自动变速器中使用较多的超越离合器主要有滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器。

另外，在黄华星等人公开的《液力变扭器中超越离合器的应用及发展》(黄华星等人在2002年History of Mechanical Technology(3)--Proceedings ofthe Third China-Japan International Conference on History of MechanicalTechnology上的学术讲稿)一文中，还公开了一种链环式超越离合器，该超越离合器属于摩擦式超越离合器，其最大的特点是工作表面为低副接触，而其它摩擦式超越离合器则都是以高副作为工作表面，如使用最为广泛的滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器。正因为如此，链环式超越离合器较其它离合器表现出更好的性能，如使用寿命长、承载能力强、超越性能好、成本低廉等。

另外，在CN 2486385 Y中也公开了一种新型电动车超越离合器，包括行星轮架和衬套，在行星轮架和衬套之间配合有单向轴承。

所有的这些超越离合器以及现有技术中的其它合适的超越离合器都可以作为本发明的超越离合器4进行使用。

在图1中，低速齿轮组5和高速齿轮组6共同位于电动机3的一侧，从而便于将它们集成在一起安装到电动车上。在需要时，也可以将低速齿轮组5和高速齿轮组6分别设置在电动机3的两侧，本发明对此并无特别限制。此外，低速齿轮组5和高速齿轮组6可以分别由相互啮合的不同齿数的主动齿轮和从动齿轮构成，以不同的变速比传递动力。在图1中，每个齿轮组5和6包括不同齿数或不同直径的两个齿轮，但本发明对齿轮的数量并无特别限制，例如，根据需要也可以使用三个或者更多个相互啮合的齿轮构成一个齿轮组。

为了简化结构，如图所示，可以将电动机主轴11设计成空心轴，并且将高速输入轴10穿过该空心轴设置。所述低速输入轴9也可以设计成空心轴，将所述高速输入轴10穿过该空心轴设置。

电动机主轴11可以通过轴承(未图示)套装在高速输入轴10上，使二者可以选择地作相对自由旋转。作为选择，高速输入轴10也可以穿过电动机主轴11并与之间隔开一定距离，此时则不需要设置轴承。

低速输入轴9套装在高速输入轴10上，二者之间可以固定连接，也可以通过轴承或者间隔开一定距离而实现相对自由旋转。

通常，所述高速齿轮组6的主动齿轮固定连接在高速输入轴10上。低速齿轮组5和高速齿轮组6的从动齿轮固定在动力输出轴7上，以便将动力通过动力输出轴7最终传递给车辆的驱动车轮。

为了方便地将本发明的动力车驱动系统安装到电动车上，可以将电动机3、电动机主轴11、超越离合器4、低速输入轴9、高速输入轴10和普通离合器12一起装在一个驱动壳体2中，并且所述低速输入轴9和高速输入轴10的一端从该驱动壳体2中伸出，以便将电动机3的动力从该驱动壳体2中输出到齿轮组。还可以将低速齿轮组5、高速齿轮组6和动力输出轴7设置到一个变速壳体13中，使所述动力输出轴7的一端或者两端从该变速壳体13中伸出，以便将动力传递给驱动车轮。

下面，对本发明的典型实施方式的电动车驱动系统的操作过程进行简单描述。

A：由空挡升入低速挡

当电动车起步时，在执行电机1的作用下使普通离合器12完全分离，同时电动机3带动电动机主轴11转动，超越离合器4接合，通过低速输入轴9带动低速齿轮组5，由动力输出轴7输出动力，实现车辆的低速挡运行状态。

B：由低速挡升入高速挡

在电动车高速行驶时，电动机3转速变快，输出扭力下降，效率变低，这时需要换挡。当升入高速挡条件成立时，例如在车速达到设定值时，通过执行电机1的作用使普通离合器12接合，通过高速输入轴10带动高速齿轮组6，最后由动力输出轴7输出动力，实现车辆的高速挡运行状态。此时，由于低速输入轴9的转速高于电动机主轴11的转速，因此超越离合器4处于超越状态，即分离状态。

C：由高速挡降入低速挡

当降挡条件成立时，在执行电机1作用下使普通离合器12分离，车速下降。当低速输入轴9的转速小于发动机主轴11的转速时，超越离合器4自动变成夹紧状态(接合状态)，从而电动机3的动力通过超越离合器4和低速输入轴9带动低速齿轮组5，最后由动力输出轴7输出动力，从而完成减挡，实现车辆的低速挡运行。

D：由低速挡降入空挡

当降挡条件成立时，TCU控制单元控制电动机转速下降。超越离合器的内外圈转速差(即电动机主轴11与低速输入轴9之间的转速差)达到超越条件。超越离合器4处于超越状态，在执行电机1作用下使普通离合器12继续保持分离，主轴空转，实现空挡。即超越离合器4和普通离合器12都处于分离状态，无动力输出。

E：倒挡：

在电动车需要倒车时，TCU控制单元控制电动机3反转。由执行电机1的作用使普通离合器12接合，此时超越离合器4与前进时的转向相反，内、外圈脱开。超越离合器4为相对空转状态(这时并非是超越状态而只是反向空转)，动力经过高速输入轴10和高速齿轮组6，最后由动力输出轴7输出，实现电动车的倒挡运行状态。

Claims (8)

1.一种电动车驱动系统，其特征在于，该系统包括电动机(3)、电动机主轴(11)、超越离合器(4)、低速齿轮组(5)、高速齿轮组(6)、动力输出轴(7)、低速输入轴(9)、高速输入轴(10)和普通离合器(12)，其中，电动机(3)的动力通过电动机主轴(11)输出，电动机主轴(11)的一端依次通过超越离合器(4)、低速输入轴(9)和低速齿轮组(5)连接到动力输出轴(7)，另一端依次通过普通离合器(12)、高速输入轴(10)和高速齿轮组(6)连接到动力输出轴(7)，所述普通离合器(12)是电控离合器。

2.根据权利要求1所述的电动车驱动系统，其中，所述超越离合器(4)为滚柱式超越离合器、楔块式超越离合器或者链环式超越离合器。

3.根据权利要求1所述的电动车驱动系统，其中，该电动车驱动系统还包括执行电机(1)，电控离合器由执行电机(1)控制。

4.根据权利要求1所述的电动车驱动系统，其中，所述电动机主轴(11)为空心轴，所述高速输入轴(10)穿过该空心轴设置。

5.根据权利要求1所述的电动车驱动系统，其中，所述低速输入轴(9)为空心轴，所述高速输入轴(10)穿过该空心轴设置。

6.根据权利要求1、4或5所述的电动车驱动系统，其中所述低速齿轮组(5)和高速齿轮组(6)位于所述电动机(3)的一侧。

7.根据权利要求1所述的电动车驱动系统，其中所述电动机(3)、电动机主轴(11)、超越离合器(4)、低速输入轴(9)、高速输入轴(10)和普通离合器(12)位于驱动壳体(2)中，并且所述低速输入轴(9)和高速输入轴(10)的一端从该驱动壳体(2)中伸出。

8.根据权利要求1所述的电动车驱动系统，其中所述低速齿轮组(5)、高速齿轮组(6)和动力输出轴(7)位于变速壳体(13)中，并且所述动力输出轴(7)的一端或者两端从该变速壳体(13)中伸出。

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