CN102042392A - 电驱动机械式变速动力传动系统及其控制系统 - Google Patents

Abstract

用于电动汽车的电驱动机械式变速动力传动系统，包括车用电机和齿轮变速箱，齿轮变速箱包括：动力输入轴、动力输出轴、中间轴和齿轮、气缸，气缸通过活塞与拨叉连接，拨叉与齿轮对应连接；车用电机输出轴与变速箱输入轴制成同一轴。变速箱上设有由顶杆、顶杆两侧的定位钢球、拨叉构成的换档互锁装置；拨叉上设有与定位钢球配合的定位槽。由于换档互锁装置的作用，可克服现有不采用同步器的变速箱变速时产生的乱档、错档、打齿轮现象，使换档顺畅，换档更可靠。

Description

电驱动机械式变速动力传动系统及其控制系统

技术领域

本发明属于电动汽车传动系统技术领域，具体涉及一种电驱动机械式变速动力传动系统。

背景技术

电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。其驱动电机常采用交流感应电机和交流永磁电机。

这两种电机都可以采用变频技术，实现无级调速，因而在工业机械上一般不要求变速传动装置。但对于车速要求高，而同时又要求爬坡能力强的车辆，这种配置则难以满足车辆的行驶要求。采用可变速比齿轮变速传动装置可以满足最高车速的行驶要求，并提高车轮爬坡能力。

可变速比齿轮变速传动系统一般由离合器和齿轮式变速器组成。变速器换档结构型式有三种，即直齿滑动齿轮方式、啮合套方式，同步器换档方式。直齿滑动齿轮方式、啮合套方式在换档时，会造成换档或结合冲击的问题，易造成啮合齿轮损坏。而现有的同步器摩擦力矩调节困难，同步时间较长，且摩擦表面易损坏。

中国专利申请CN200910061844公开了一种电动汽车电机自动变速驱动系统，其包括可调速电机、齿轮式变速器、控制系统，可调速电机的电机轴与齿轮式变速器的第一轴为同一轴。可调速电机的输出端的电机壳体直接与齿轮式变速器的变速器机体固定连接；其去掉了电机与齿轮式变速器之间的离合器，取消了传统变速器中的同步器，采用啮合套式换档结构；利用电机的调速功能，实现换档过程中的待啮合齿轮等转速、同相位控制，利用气压(或液压)操纵机构完成换档，实现系统的自动控制。但在车辆运行过程中，还容易造成乱档、错档、打齿轮的现象，换档不顺畅，产生故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种电驱动机械式变速动力传动系统，不仅取消了电动汽车变速器的同步器，还可避免乱档、错档、打齿轮的现象，具有换挡顺畅可靠的优点。

本发明的技术解决方案是：用于电动汽车的电驱动机械式变速动力传动系统，包括车用电机和齿轮变速箱，齿轮变速箱包括壳体，动力输入轴，动力输出轴，至少一个中间轴，至少一个气缸或液压缸；动力输入轴、动力输出轴、中间轴上设有齿轮，气缸或液压缸通过活塞与拨叉连接，拨叉与相应的齿轮连接；车用电机输出轴与变速箱输入轴制成同一轴或固定连接。变速箱上设有由顶杆、顶杆两侧的定位钢球、拨叉构成的换档互锁装置；拨叉上设有与定位钢球配合的定位槽。

优选的，上述电驱动机械式变速动力传动系统中的变速箱采用凹型壳体，变速箱凹型壳体上设有多个档位感应开关，在变速箱输入轴、输出轴、中间轴中可根据控制需要安装转速传感器和编码器，以对控制系统提供转速信号，变速箱安装的气缸为两个，变速箱输出轴上装有两齿轮，两个气缸分别通过拨叉与两齿轮对应连接。

优选的，在变速箱壳体上加工有一深孔，从而使两拨叉杆所在位置的行程装配孔贯穿，档位互锁装置时锁住的是拨叉杆，也就是互锁后两个拨叉杆只能有一个可以动作，其顶杆、钢球、钢球安装在两拨叉杆之间的深孔内。安装顺序为拨叉杆、钢球、顶杆、钢球、拨叉杆且五者的配合关系为紧配合。

优选的，所述电驱动机械式变速动力传动系统，在车用电机尾端装有风扇。车用电机尾端装有由定子和转子构成的磁阻旋转变压器。

优选的，所述电驱动机械式变速动力传动系统，其车用电机为车用变频调速三相交流异步电机。

优选的，所述电驱动机械式变速动力传动系统，其车用电机为变频调速三相交流永磁同步电机。

本发明同时提供一种电驱动机械式变速动力传动系统的控制系统；包括电机控制器、整车控制器、变速箱、电机、高压配电柜、电磁阀组、档位感应开关、光电编码器、霍尔传感器。整车控制器在进行自动换挡控制时，同时控制换档互锁装置动作，使变速箱不能同时挂入两个档位。

本发明由于在变速箱中省去了同步器，因而相应减轻了重量，降低了成本。本发明由于在变速箱上设有由顶杆、顶杆两侧的定位钢球、拨叉、气缸构成的换档自锁装置，因而可克服现有乱档、错档、打齿轮的现象，使换档顺畅，换档更可靠。本发明由于在变速箱上设有档位感应开关、编码器、传感器、气缸，气缸分别通过拨叉与齿轮对应连接，并设有相应控制系统，因而可实现自动多档变速。本发明实施后，电机借助变速箱输出，具有耦合变速的特点，实现起动转矩大、电流小，起到较好地保护电池的作用。本发明由于在车用电机尾端装有由定子和转子构成的磁阻旋转变压器，磁阻旋转变压器连接线与控制器连接，因而可将电机转速信号传送给控制器，进而实现准确换档操作。在车用电机尾端设有风扇，可使其散热效果更好。本发明具有占用重量轻、转动惯量小、振动小、起动转矩大、电流小、换档顺畅且准确可靠的特点。本发明主要用于电动汽车。

附图说明

图1变速箱俯视图；

图2变速箱一、二、三档用位置开关示意图；

图3变速箱执行退空档过程示意图；

图4变速箱执行挂一档过程示意图；

图5变速箱执行挂二档过程示意图；

图6变速箱执行挂三档过程示意图：

图7变速箱装配图(1)；

图8变速箱装配图(2)；

图9档风冷电驱动机械式变速纯电动模式动力控制系统整体分布示意图；

图10档位互锁装置示意图；

图11高压配电柜示意图；

图12挂一档时互锁装置动作示意图；

图13挂二档时互锁装置动作示意图；

图14挂三档时互锁装置动作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1至图14所示。车用电机2为汽车用变频调速电机，可以是三相交流永磁同步电机，也可采用三相交流异步电机，如为YCVF系列汽车用变频调速三相交流异步或永磁同步牵引电机。

变速箱1为多档齿轮变速箱。变速箱1采用凹型壳体，靠车用电机2前端盖相邻处无端盖，通过其边缘直接固定在车用电机2前端盖上。车用电机2与变速箱1之间省去了离合器。变速箱1上设有两个气缸30，推动拨叉，换档用。车用电机2输出轴27为变速箱1输入轴27。变速箱内设有由顶杆53、顶杆两侧的定位钢球51，52、拨叉构成的换档互锁装置；拨叉上设有与定位钢球配合的定位槽。变速箱1壳体上加工有一深孔，从而使两拨叉杆所在位置的行程装配孔贯穿，档位互锁装置时锁住的是拨叉杆32，50，也就是互锁后两个拨叉杆只能有一个可以动作，其顶杆53、钢球52、钢球51安装在两拨叉杆32，50之间的深孔内。安装顺序为拨叉杆32、钢球51、顶杆53、钢球52、拨叉杆50且五者的配合关系为紧配合。

变速箱1输入轴27上设有主动齿40、变速箱1中间轴29上设有齿轮35、36、37，齿轮36、37与变速箱1输出轴28上的一组齿轮38、39配合实现多档变速。两个气缸30分别通过拨叉与变速箱1输出轴28上两组齿轮38、39对应连接，通过分别推动拨叉实现多档的换档。

变速箱输出轴上安装有霍尔传感器20；中间轴上设有光电编码器21，同时测中间轴29及输出轴28的转速。

变速箱1凹型壳体上设有五个档位感应开关11、12、13、14、15，分别为空档感应开关11、12；一档感应开关13；二档感应开关14；三档感应开关15。

编码器21装于变速箱1的中间轴29上，用于测变速箱1中间轴29及汽车速度，将信号传给变频控制器，进行闭环控制。在变速箱上设有由顶杆53、顶杆两侧的定位钢球51、52、拨叉、气缸构成的换档自锁装置，拨叉上设有与定位钢球配合的定位槽，拨叉与气缸的活塞连接，换档时，气缸活塞带动拨叉移动，换档到位时，顶杆将定位钢球顶入拨叉上的定位槽内，以保证换档准确可靠。磁阻旋转变压器由定子和转子构成，装于车用电机的尾端，磁阻旋转变压器连接线与控制器连接，因而可将电机转速信号传送给控制器，进而实现准确换档操作。在车用电机尾端设有风扇，可使其散热效果更好。

当汽车起步时，用低速档起步，转矩大，使汽车起步平滑，电机电流小，对电池冲击小；当车速达到一定速度后，靠电机变频控制器调整转速达到从动轴同步后变速，气缸推动拨叉自动变速为高速档，使汽车加速。反之减速时，增大动力转矩，也是靠电机控制器调整转速达到从动轴同步变速，气缸推动拨叉变低速档，使汽车减速。

电驱动机械式变速动力传动系统的控制系统；包括电机控制器、整车控制器8、变速箱1、电机2、高压配电柜、电磁阀组、档位感应开关11、12、13、14、15、光电编码器21、霍尔传感器20。

图3为变速箱执行退空档过程示意图，气缸30的活塞31位于空挡位置，拨叉杆32空挡位置处的钢球33并未做向上的位移运动，档位信号反馈给整车控制器8的档位电信号为一档、二档、三档无信号即档位开关内部电路为开路，两空档有电信号即空挡感应开关内部电路为闭路。电机没有力矩输出，电机轴即变速箱输入轴27通过主动齿把力矩传递给中间轴29，齿套位于空挡位置，输出轴28不转，此时可通过光电编码器21监视电机的转速。

图4为变速箱执行挂一档过程示意图，挂一档时，位置16的接口进气，位置17的接口出气，此时位置13开关接通，位置11的开关断开。回空档时，位置17的接口进气，位置16的接口出气，此时位置13的开关断开，位置11的开关接通。气缸30的活塞31置于一档位置，此时拨叉杆32空挡位置处的钢球33做向上的位移运动，档位信号反馈给整车控制器8的档位电信号为一档有信号，即一档档位位置感应开关内部电路为闭路，二档22、三档23无信号即档位位置开关内部电路为开路，左空挡24有信号即此位置感应开关内部电路为闭路，右空挡25无信号即档位感应开关内部电路为开路。齿套34位于一档位置，电机2有力矩输出，电机轴27通过主动齿把力矩传递给中间轴29，中间轴通过齿轮35和齿轮38的啮合传递给变速箱二轴28，此时可通过霍尔传感器20监控输出轴转速即车速，通过光电编码器21监控电机的转速。挂一档时，档位互锁装置也同时动作，图12为挂一档时互锁装置动作示意图，拨叉杆32被通入变速箱的高压气体带动而运动，从而带动钢球51、顶杆53、钢球52向b槽运动，并且把钢球52顶入b槽，完成自锁动作，保证了变速箱两拨叉不会同时挂档。

图5为变速箱执行挂二档过程示意图，挂二档时，位置18的接口进气，位置19的接口出气，此时位置14的开关接通，位置12的开关断开。回空档时，位置18出气和同时位置19的断气，此时位置12的开关接通，位置14和位置15的开关断开。二档状态下，气缸30的活塞31置于二档位置，拨叉杆32空挡位置处的钢球33做向上的位移运动，档位信号反馈给整车控制器8的档位电信号为二档有信号，即二档档位位置感应开关内部电路为闭路，一档、三档无信号即档位位置开关内部电路为开路，右空挡有信号即此位置感应开关内部电路为闭路，左空挡无信号即档位感应开关内部电路为开路。齿套34位于二档位置，电机2有力矩输出，电机轴27通过主动齿40把力矩传递给中间轴29，中间轴29通过齿轮36和齿轮39的啮合传递给变速箱输出轴28，此时可通过霍尔传感器20监控输出轴转速即车速，通过光电编码器21监控电机的转速。挂二档时，档位互锁装置也同时动作，图13为挂二档时互锁装置动作示意图。拨叉杆50被通入变速箱的高压气体带动而运动，从而带动钢球52、顶杆53、钢球51向a槽运动，并且把钢球51顶入a槽，完成自锁动作，保证了变速箱两拨叉不会同时挂档。

图6为变速箱执行挂三档过程示意图；挂三档时，位置19的接口进气，位置18的接口出气，此时位置15的开关接通，位置12的开关断开。回空档时，位置19出气同时位置18断气，此时位置12的开关接通，位置14和位置15的开关断开。三档状态下，气缸30的活塞31置于三档位置，此时拨叉杆32空挡位置处的钢球33做向上的位移运动，档位信号反馈给整车控制器8的档位电信号为三档有信号，即二档档位位置感应开关内部电路为闭路，一档、二档无信号即档位位置开关内部电路为开路，右空挡有信号即此位置感应开关内部电路为闭路，左空挡无信号即档位感应开关内部电路为开路。齿套34位于三档位置，电机2有力矩输出，电机轴27通过主动齿40、齿套34直接把力矩传递给输出轴28，此过程没有再经过中间轴29的传递，此时通过霍尔传感器20监控输出轴转速即车速，同时也是电机转速，通过光电编码器21监控电机的转速。挂三档时，档位互锁装置也同时动作，图14为挂三档时互锁装置动作示意图，拨叉杆50被通入变速箱的高压气体带动而运动，从而带动钢球52、顶杆53、钢球51向a槽运动，并且把钢球51顶入a槽，完成自锁动作，保证了变速箱两拨叉不会同时挂档。

Claims (7)

1.一种用于电动汽车的电驱动机械式变速动力传动系统，其包括车用电机(2)和齿轮变速箱(1)，齿轮变速箱(1)包括：壳体，动力输入轴(27)，动力输出轴(28)，至少一个中间轴(29)，至少一个气缸(30)或液压缸；动力输入轴(27)、动力输出轴(28)、中间轴(29)上设有齿轮(35，36，37，38，39，40)，气缸或液压缸通过活塞(31)与拨叉连接，拨叉与相应齿轮连接；车用电机(2)输出轴(27)与变速箱输入轴(27)制成同一轴或固定连接，其特征在于：变速箱内设有由顶杆(53)、顶杆两侧的定位钢球(51，52)、拨叉构成的换档互锁装置；拨叉上设有与定位钢球配合的定位槽。

2.根据权利要求1所述的电驱动机械式变速动力传动系统，其特征在于：变速箱采用凹型壳体，变速箱凹型壳体上设有多个档位感应开关(11，12，13，14，15)，在变速箱输入轴(27)、输出轴(28)、中间轴(29)中可根据控制需要安装转速传感器(20)和编码器(21)，以对控制系统提供转速信号，变速箱安装的气缸为两个，变速箱输出轴上装有齿轮(38，39)，两个气缸分别通过拨叉与输出轴(28)上的齿轮对应连接。

3.根据权利要求1所述的电驱动机械式变速动力传动系统，其特征在于：变速箱(1)壳体上加工有一深孔，从而使两拨叉杆所在位置的行程装配孔贯穿，档位互锁装置时锁住的是拨叉杆(32，50)，也就是互锁后两个拨叉杆只能有一个可以动作，其顶杆(53)、钢球(52)、钢球(51)安装在两拨叉杆(32，50)之间的深孔内；安装顺序为拨叉杆(32)、钢球(51)、顶杆(53)、钢球(52)、拨叉杆(50)且五者的配合关系为紧配合。

4.根据权利要求1所述的电驱动机械式变速动力传动系统，其特征在于：在车用电机尾端装有风扇，车用电机尾端装有由定子和转子构成的磁阻旋转变压器。

5.根据权利要求4所述的一种电驱动机械式变速动力传动系统，其特征是：所述的车用电机(2)为车用变频调速三相交流异步电机。

6.根据权利要求4所述的一种电驱动机械式变速动力传动系统，其特征是：所述的车用电机(2)为车用变频调速三相交流永磁同步电机。

7.一种电驱动机械式变速动力传动系统的控制系统；包括电机控制器、整车控制器(8)、变速箱(1)、电机(2)、高压配电柜、电磁阀组、档位感应开关(11，12，13，14，15)、光电编码器(21)、霍尔传感器(20)，其特征在于：变速器采用权利要求1中所述的变速器，整车控制器在进行自动换挡控制时，同时控制权利要求1所述的换档互锁装置动作，使变速箱不能同时挂入两个档位。

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