CN102555791B - 电动汽车及其双电机耦合变速装置和该装置的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车及其双电机耦合变速装置和该装置的控制系统。根据本发明的双电机耦合变速装置，包括：定轴齿轮机构，与第一电机连接，具有动力输出齿轮；行星齿轮机构，与第二电机连接；行星齿轮机构包括：太阳轮、内齿圈、多个行星轮以及行星架，太阳轮与第二电机连接，行星架将动力输出，双电机耦合变速装置还包括：联动控制装置，具有使动力输出齿轮与内齿圈耦合传动的第一位置，以及锁死内齿圈的第二位置；转矩耦合控制装置，具有使动力输出齿轮与太阳轮中心轴耦合传动的第一位置，以及使二者脱开传动的第二位置。本发明还提供了一种双电机耦合变速装置的控制系统和具有双电机耦合变速装置的电动汽车。该装置结构简单，操控方便。

Description

电动汽车及其双电机耦合变速装置和该装置的控制系统

技术领域

本发明涉及电动汽车驱动领域，具体而言，涉及一种电动汽车及其双电机耦合变速装置和该装置的控制系统。

背景技术

目前电动大客车电驱动装置一般采用电机与变速箱，变速箱通过不同档位实现对电机输出扭矩和转速的调节，满足车辆爬坡和高速行驶要求。目前国内传统客车用变速箱以手动变速箱为主，随着驾驶舒适性要求的不断提高，实现自动变速已成为必然趋势，以手动变速箱并逐步被AMT和AT所取代。对于电动客车电驱动装置，采用电机与AMT结合已经开始小规模示范应用，但其可靠性和传动效率还有待技术突破，并存在档位变动引起换挡过程中动力中断，车辆失速冲击较大等问题；采用电机与常规AT结合的电驱动装置，但是普通AT结构复杂，档位较多，未能充分利用电机低速恒转矩和高速恒功率特性；采用电机与减速器结合的电驱动装置，需选用更大转矩的驱动电机，存在电机功率大量富余、电机及驱动系统的体积和重量大等问题。

申请号为200910061844的中国专利公开了一种电动汽车自动变速驱动系统，由一台电机和机械式自动变速箱、换挡执行机构和电子控制单元组成，取消了传统变速箱主离合器，实现了电动机与变速箱同轴连接和动力匹配，同时在原有4档固定轴式齿轮变速箱基础上，把选、换挡的操纵控制自动化，具有生产继承性、改造费用低、装配简单和传动效率高等优点。但在车辆运行过程中，换挡存在动力中断，并容易出现错档、挂不上档以及换挡不协调、不顺畅等故障；同时单电机驱动随着功率容量增大，势必提高电机转速和转矩，但转速和转矩的提高受传动轴承制约，因此大功率单电机变速箱电驱动装置存在体积大、功率密度较低等问题。

申请号为201010100671.7的中国专利公开了一种适合于纯电动大客车的双电机转速耦合的电驱动装置，由一组简单行星齿轮机构、两台驱动电机、一个锁止器组成。低速时，第一电机与行星机构太阳轮相连，通过锁止器制动齿圈，行星架输出，实现大变比减速后大扭矩输出；高速时，齿圈解锁，第二电机与行星机构齿圈相连，与第一电机通过行星机构实现功率耦合；该方案结构简单，通过第二电机的零速制动使得锁止器操控简单，并且减小了单台电机功率和转矩容量，便于实现高速化。但存在如下问题：在车辆低速时第二电机不能参与工作，并且第一电机转矩容量要求较大；高速时由于第二电机参与工作，根据行星传动原理，第一电机转矩发挥受制于第二电机的转矩容量，因此不论车辆在低速还是高速工况，第一电机和第二电机利用率不高。

申请号为201010100653.9的中国专利公开了一种双电机转速和转矩耦合驱动方式的双动力耦合驱动总成，并采用定轴齿轮和行星齿轮作为辅助电机和主驱动电机的转速和转矩耦合装置，通过对两个离合器和一个锁止器进行控制可以实现不同耦合驱动或制动模式，具有大范围无动力中断变扭、无级变速、模式切换冲击小等优点，但存在机械结构复杂，离合器和锁止器相互独立，操控复杂。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、操控方便的电动汽车及其双电机耦合变速装置和该装置的控制系统，以克服现有变速装置机械机构复杂，换挡存在动力中断，操控麻烦的问题。

根据本发明的一种双电机耦合变速装置，包括：定轴齿轮机构，与第一电机连接，具有动力输出齿轮；以及行星齿轮机构，与第二电机连接，行星齿轮机构包括：太阳轮，具有与第二电机连接的太阳轮中心轴；内齿圈，套设在太阳轮外侧；多个行星轮，设置在太阳轮和内齿圈之间；以及行星架，连接多个行星轮，并将动力输出至车轮的传动轴，双电机耦合变速装置还包括：联动控制装置，设置在定轴齿轮机构的动力输出齿轮与行星齿轮机构的内齿圈之间的传动路径上，具有使动力输出齿轮与内齿圈耦合传动的第一位置，以及使动力输出齿轮与内齿圈脱开传动并锁死内齿圈的第二位置；以及转矩耦合控制装置，设置在定轴齿轮机构的动力输出齿轮与行星齿轮机构的太阳轮中心轴之间的传动路径上，具有使动力输出齿轮与太阳轮中心轴耦合传动的第一位置，以及使动力输出齿轮与太阳轮中心轴脱开传动的第二位置。

进一步地，联动控制装置包括用于使动力输出齿轮与内齿圈耦合传动的转速耦合离合器和用于锁死内齿圈的制动器以及控制转速耦合离合器和制动器的第一控制机构。

进一步地，第一控制机构包括第一弹性机构和第一液压机构；第一弹性机构包括相互联动的第一压板和第二压板，以及设置在第一压板和第二压板之间并使二者复位的第一复位弹性部件；第一压板具有与转速耦合离合器的主摩擦片和副摩擦片相对应的第一挤压部；第二压板具有与制动器的主摩擦片和副摩擦片相对应的第二挤压部；第一复位弹性部件在自然位置使第一压板压紧转速耦合离合器的主摩擦片和副摩擦片并使动力输出齿轮与内齿圈耦合传动；以及使第二压板松开制动器的主摩擦片和副摩擦片并使内齿圈自由转动；第一液压机构与第二压板抵接，具有克服第一复位弹性部件的预设弹性力的工作位置；第一液压机构的工作位置使第一压板松开转速耦合离合器的主摩擦片和副摩擦片并使动力输出齿轮与内齿圈脱开传动；以及使第二压板压紧制动器的主摩擦片和副摩擦片并使内齿圈锁死。

进一步地，第一弹性机构还包括：传动件，传动件套设在太阳轮中心轴上并沿其轴向固定，传动件的第一端与定轴齿轮机构耦合传动；传动件的第二端设置有凸缘，转速耦合离合器的主摩擦片和副摩擦片分别设置在凸缘的外周部和内齿圈上；凸缘上设置有沿太阳轮中心轴轴向的通孔，通孔中可滑动的设置有第一销轴；第一压板固定设置在第一销轴靠近凸缘的一端；第一销轴的另一端固定设置有第一支撑板，第一支撑板沿太阳轮中心轴轴向可移动；第一复位弹性部件套设在第一销轴上，第一复位弹性部件的第一端抵接在凸缘上，第一复位弹性部件的第二端抵接在第一支撑板上，凸缘和第一支撑板使第一复位弹性部件呈压缩状态。

进一步地，第一弹性机构还包括：第一挡板，第一挡板与壳体固定连接；制动器的主摩擦片和副摩擦片分别在第一挡板和内齿圈上；第二压板与第一支撑板抵接。

进一步地，第一液压机构包括，第一液压油缸和设置在第一液压油缸中的第一活塞以及与第一液压油缸导通的第一油路，第一活塞与第二压板抵接；第一液压油缸设置在壳体上或者与壳体固定连接。

进一步地，转矩耦合控制装置包括用于使动力输出齿轮与太阳轮中心轴耦合传动的转矩耦合离合器以及控制转矩耦合离合器接合与分离的第二控制机构；其中，第二控制机构包括第二弹性机构和第二液压机构；第二弹性机构包括与转矩耦合离合器的主摩擦片和副摩擦片相对应的第三压板和与第三压板抵接并使其复位的第二复位弹性部件；第三压板有与转矩耦合离合器的主摩擦片和副摩擦片相对应的第三挤压部，第二复位弹性部件使第三挤压部松开转矩耦合离合器的主摩擦片和副摩擦片并使定轴齿轮机构的动力输出齿轮与太阳轮中心轴脱开传动；第二液压机构具有与第三压板抵接并克服第二复位弹性部件的预设弹性力的工作位置；第二液压机构的工作位置使转矩耦合离合器的主摩擦片和副摩擦片结合并使定轴齿轮机构的动力输出齿轮与太阳轮中心轴耦合传动。

进一步地，第二弹性机构还包括套设在太阳轮中心轴上的齿套，转矩耦合离合器的主摩擦片和副摩擦片分别设置在齿套和定轴齿轮机构上；齿套上固定设置第二支撑板，第三压板可滑动地设置在齿套上与第二支撑板相对的位置；第二支撑板上固定设置有第二销轴，第二复位弹性部件套设在第二销轴上；第二复位弹性部件的第一端抵接在第二支撑板上，第二复位弹性部件的第二端抵接在第三压板上，第二支撑板和第三压板的设置位置使第二复位弹性部件呈压缩状态。

进一步地，第二液压机构包括第二液压油缸和设置在第二液压油缸中的第二活塞以及和第二液压油缸导通的第二油路；第二液压油缸设置在齿套上，第二活塞与第三压板抵接或者与第三压板一体成形。

进一步地，定轴齿轮机构包括第一齿轮以及与第一齿轮啮合的动力输出齿轮，第一齿轮的齿数小于动力输出齿轮的齿数；第一齿轮与第一电机驱动连接；动力输出齿轮沿太阳轮中心轴的周向可转动地套设在太阳轮中心轴上。

本发明还提供了一种双电机耦合变速装置控制系统，包括：加速踏板和制动踏板；功率控制系统、液压控制系统和车载电源系统；动力耦合驱动综合控制系统，动力耦合驱动综合控制系统采集加速踏板和制动踏板的信号并协调和控制功率控制系统、液压控制系统和车载电源系统使联动控制装置和转矩耦合控制装置分别在第一位置和第二位置切换。

进一步地，液压控制系统包括：油箱、液压油泵、油泵电机、缓冲阀、换挡电磁阀、换挡阀以及油路；油泵电机驱动液压油泵向油路中供油；缓冲阀设置在液压油泵的下游的油路中，缓冲阀实现第一液压油缸和第二液压油缸推动过程中的压力变化；换挡阀设置在缓冲阀下游的油路中，换挡电磁阀控制换挡阀分别向第一液压油缸和第二液压油缸中供油。

进一步地，液压控制系统还包括减压阀，减压阀设置在液压油泵的下游的油路中，减压阀向驱动装置齿轮传动机构提供润滑油。

进一步地，第一电机、第二电机以及油泵电机共同由功率控制系统驱动控制；功率控制系统可对第一电机和/或第二电机施加再生制动模式产生回馈电能，回馈电能储存在车载电源系统中。

本发明还提供了一种电动汽车，包括第一电机和第二电机，还包括前述的双电机耦合变速装置，第一电机和第二电机采用双电机耦合变速装置调节转速和转矩驱动车轮传动轴。

根据本发明的电动汽车及其双电机耦合变速装置和该装置的控制系统，通过联动控制装置实现定轴齿轮机构与内齿圈耦合传动和定轴齿轮机构与内齿圈分离并锁死内齿圈两种功能统一控制，使双电机耦合变速装置的机械结构简单。联动控制装置与转矩耦合控制装置配合可实现转速耦合，转矩耦合以及固定变比等工作模式，操作方便。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的双电机耦合变速装置及其控制系统的示意图；

图2是根据本发明的双电机耦合变速装置的转速耦合模式示意图；

图3是根据本发明的双电机耦合变速装置的转矩耦合模式示意图；

图4是根据本发明的双电机耦合变速装置的固定变比模式示意图；

图5是根据本发明的双电机耦合变速装置的局部结构示意图；

图6是根据本发明的双电机耦合变速装置控制系统的示意图；以及

图7是根据本发明的双电机耦合变速装置控制系统的液压控制系统示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图5所示，根据本发明的双电机耦合变速装置，包括：定轴齿轮机构40，与第一电机20连接，具有动力输出齿轮42；以及行星齿轮机构50，与第二电机30连接，行星齿轮机构50包括：太阳轮51，具有与第二电机30连接的太阳轮中心轴55；内齿圈52，套设在太阳轮51外侧；多个行星轮53，设置在太阳轮51和内齿圈52之间；以及行星架54，连接多个行星轮53，并将动力输出至车轮的传动轴60，双电机耦合变速装置还包括：联动控制装置70，设置在定轴齿轮机构40的动力输出齿轮42与行星齿轮机构50的内齿圈52之间的传动路径上，具有使动力输出齿轮42与内齿圈52耦合传动的第一位置，以及使动力输出齿轮42与内齿圈52脱开传动并锁死内齿圈52的第二位置；以及转矩耦合控制装置80，设置在定轴齿轮机构40的动力输出齿轮42与行星齿轮机构50的太阳轮中心轴55之间的传动路径上，具有使动力输出齿轮42与太阳轮中心轴55耦合传动的第一位置，以及使动力输出齿轮与太阳轮中心轴55脱开传动的第二位置。

通过联动控制装置70实现定轴齿轮机构40与内齿圈52耦合传动和定轴齿轮机构40与内齿圈52分离并锁死内齿圈52两种功能统一控制，使双电机耦合变速装置的机械结构简单。联动控制装置70与转矩耦合控制装置80配合可实现转速耦合，转矩耦合以及固定变比等工作模式，操作方便。

联动控制装置70包括用于使动力输出齿轮42与内齿圈52耦合传动的转速耦合离合器71和用于锁死内齿圈52的制动器72以及控制转速耦合离合器71和制动器72的第一控制机构。当联动控制装置70位于第一位置时，第一控制机构使转速耦合离合器71结合并使制动器72分离，即实现定轴齿轮机构40与内齿圈52耦合传动。当联动控制装置70位于第二位置时，第一控制机构使转速耦合离合器71分离并使制动器72结合，以使定轴齿轮机构40与内齿圈52无动力连接并锁死内齿圈52，从而防止内齿圈52转动。

第一控制机构包括第一弹性机构731和第一液压机构732；第一弹性机构731包括相互联动的第一压板731c和第二压板731g，以及设置在第一压板731c和第二压板731g之间并使二者复位的第一复位弹性部件731e；第一压板731c具有与转速耦合离合器71的主摩擦片和副摩擦片相对应的第一挤压部；第二压板731g具有与制动器72的主摩擦片和副摩擦片相对应的第二挤压部；第一复位弹性部件731e在自然位置使第一压板731c压紧转速耦合离合器71的主摩擦片和副摩擦片并使动力输出齿轮42与内齿圈52耦合传动；以及使第二压板731g松开制动器72的主摩擦片和副摩擦片并使内齿圈52自由转动。

在不施加任何控制的自然状态下，第一复位弹性部件731e使双电机耦合变速装置处在最常用的转速耦合离合器71结合并使制动器72处于分离状态，使最常用状态可靠性更高，同时在该状态下，无需施加任何控制，使控制系统更简单、能耗更低。

第一液压机构732与第二压板731g抵接，具有克服第一复位弹性部件731e的预设弹性力的工作位置；第一液压机构732的工作位置使第一压板731c松开转速耦合离合器71的主摩擦片和副摩擦片并使动力输出齿轮42与内齿圈52脱开传动；以及使第二压板731g压紧制动器72的主摩擦片和副摩擦片并使内齿圈52锁死，从而防止内齿圈52转动。

如图5所示，第一弹性机构731包括：传动件731a，传动件731a套设在太阳轮中心轴55上并沿其轴向固定，传动件731a的第一端与定轴齿轮机构40耦合传动，传动件731a相对太阳轮中心轴55可转动，传动件731a的第二端设置有凸缘，转速耦合离合器71的主摩擦片和副摩擦片分别设置在凸缘的外周部和内齿圈52上。当转速耦合离合器71的主摩擦片和副摩擦片结合时，定轴齿轮机构40的动力通过传动件731a传递到内齿圈52。当转速耦合离合器71的主摩擦片和副摩擦片分离时，定轴齿轮机构40和内齿圈52无动力连接。

凸缘设置有沿太阳轮中心轴55轴向的通孔，通孔中可滑动的设置有第一销轴731b，即通孔的内径大于第一销轴731b的外径。

第一销轴731b靠近凸缘的第一端固定设置有第一压板731c，第一压板731c具有与转速耦合离合器71的主摩擦片和副摩擦片相对的第一挤压部，第一销轴731b的第二端固定设置有第一支撑板731d，第一支撑板731d沿太阳轮中心轴55轴向可移动。

第一销轴731b上套设有第一复位弹性部件731e，第一复位弹性部件731e的第一端抵接在凸缘上，第一复位弹性部件731e的第二端抵接在第一支撑板731d上，凸缘和第一支撑板731d使第一复位弹性部件731e呈压缩状态；由于传动件731a沿太阳轮中心轴55轴向固定，即凸缘沿太阳轮中心轴55轴向固定，压缩的第一复位弹性部件731e推动第一支撑板731d向右运动，由于第一支撑板731d和第一销轴731b固定连接，即第一销轴731b也向右运动，带动了与第一销轴731b固定连接的第一压板731c向右运动，使第一压板731c的第一挤压部压紧转速耦合离合器71的主摩擦片和副摩擦片。

如图5所示，第一弹性机构731还包括：第一挡板731f，第一挡板731f与壳体10通过螺钉固定连接，制动器72的主摩擦片和副摩擦片分别设置有第一挡板731f和内齿圈52上。还包括第二压板731g，第二压板731g与第一支撑板731d抵接，第二压板731g具有与制动器72的主摩擦片和副摩擦片相对的第二挤压部。当第一支撑板731d向右运动时，推动第二压板731g向右运动，使制动器72的主摩擦片和副摩擦片分离。

如图5所示，第一液压机构732包括：第一液压油缸732a和设置在第一液压油缸732a中的第一活塞732b以及与第一液压油缸732a导通的第一油路732c，第一活塞732b与第二压板731g抵接；第一液压油缸732a设置在壳体10上或者与壳体10固定连接。

当第一油路732c向第一液压油缸732a中施加高压油时，使第一活塞732b伸出推动第二压板731g向左运动，使第二挤压部压紧制动器72的主摩擦片和副摩擦片，即使第一挡板731f和内齿圈52连接，使内齿圈52相对壳体10不转动。

同时，第二压板731g向左运动，推动第一支撑板731d克服第一复位弹性部件731e的弹性力向左运动，带动第一销轴731b和第一压板731c向左运动，使第一压板731c的第一挤压部松开转速耦合离合器71的主摩擦片和副摩擦片，即转速耦合离合器71的主摩擦片和副摩擦片分离，传动件与内齿圈无动力连接。

如图5所示，转矩耦合控制装置80包括：转矩耦合离合器81以及控制转矩耦合离合器81接合与分离的第二控制机构82；其中，第二控制机构82包括第二弹性机构821和第二液压机构822；第二弹性机构821具有预设弹性力使转矩耦合离合器81分离；第二液压机构822具有克服第二弹性机构821的预设弹性力使转矩耦合离合器81结合的工作位置。

如图5所示，第二弹性机构821包括套设在太阳轮中心轴55上的齿套821a，转矩耦合离合器81的主摩擦片和副摩擦片分别设置在齿套821a和定轴齿轮机构40上；齿套821a固定设置在太阳轮中心轴55上，当转矩耦合离合器81的主摩擦片和副摩擦片结合时，定轴齿轮机构40与太阳轮中心轴55耦合传动。

齿套821a上固定设置第二支撑板821b和可滑动地设置有第三压板821c，第三压板821c有与转矩耦合离合器81的主摩擦片和副摩擦片相对的第三挤压部；第二支撑板821b上固定设置有第二销轴821d，第二销轴821d上套设有第二复位弹性部件821e；第二复位弹性部件821e的第一端抵接在第二支撑板821b上，第二复位弹性部件821e的第二端抵接在第三压板821c上，第二支撑板821b和第三压板821c的设置位置使第二复位弹性部件821e呈压缩状态。压缩的第二复位弹性部件821e向右运动，使第三压板821c向右运动松开转矩耦合离合器81的主摩擦片和副摩擦片，定轴齿轮机构40与太阳轮中心轴55无动力连接，定轴齿轮机构40相对太阳轮中心轴55转动。

如图5所示，第二液压机构822包括第二液压油缸822a和设置在第二液压油缸822a中的第二活塞822b以及和第二液压油缸822a导通的第二油路822c；第二液压油缸822a设置在齿套821a上，第二活塞822b与第三压板821c抵接或者与第三压板821c一体成形。

第二液压机构822与第二弹性机构821相对设置，与第二弹性机构821对第三压板821c作用方向相反，即当第二液压机构822施压时，推动第三压板821c向左运动，压紧转矩耦合离合器81的主摩擦片和副摩擦片，使定轴齿轮机构40与太阳轮中心轴55耦合传动。

优选地，定轴齿轮机构40包括第一齿轮41以及与第一齿轮41啮合的动力输出齿轮42，第一齿轮41的齿数小于动力输出齿轮42的齿数；第一齿轮41与第一电机20驱动连接，动力输出齿轮42沿太阳轮中心轴55的周向可转动地套设在太阳轮中心轴55上，动力输出齿轮42的第一侧与传动件731a的第一端耦合传动，转矩耦合离合器81的主摩擦片和副摩擦片分别设置在动力输出齿轮42的第二侧与齿套821a上，当转矩耦合离合器81的主摩擦片和副摩擦片结合时，动力输出齿轮42通过转矩耦合离合器81与太阳轮中心轴55动力连接。

如图1和图6所示，本发明还提供了一种双电机耦合变速装置控制系统，包括加速踏板91、制动踏板92、功率控制系统93、液压控制系统94、车载电源系统95、动力耦合驱动综合控制系统96以及连接各系统的CAN总线。动力耦合驱动综合控制系统96采集加速踏板91和制动踏板92的信号并通过CAN总线获取各控制系统的状态信息，协调和控制功率控制系统93、液压控制系统94和车载电源系统95使联动控制装置70和转矩耦合控制装置80分别在第一位置和第二位置切换，实现双电机耦合变速装置的综合协调控制。

当联动控制装置70和转矩耦合控制装置80分别在第一位置或者第二位置时，可以实现转速耦合离合器71、制动器72、转矩耦合离合器81的各自的结合与分离，实现双电机耦合变速装置有多种不同工作模式，其主要工作模式和相应模式下执行机构的工作状态如下表1所示。

表1：各工作模式和执行机构工作状态表

动力耦合驱动综合控制系统96有选择地确定驱动装置在上述三种工作模式以及各模式下第一电机20、第二电机30所需转矩或者转速，有选择地确定模式切换过程中转矩耦合离合器81、转速耦合离合器71和制动器72的结合和分离，以及结合和分离过程中第一驱动电机20和第二驱动电机30的所需转矩或者转速。行星齿轮机构的传动公式为：

$n_h=\frac{z_1{n}_1+z_3{n}_3}{z_1+z_3}$

其中，n₁为太阳轮转速，n₃为内齿圈转速，z₁为太阳轮齿数，z₃为内齿圈齿数，n_h为行星架的转速。结合行星齿轮机构的传动公式，分别说明前述三种工作模式：

图2为双电机耦合变速装置工作在双电机转速耦合工作模式下的示意图，液压控制系统94停止向第一液压机构732和第二液压机构822供给压缩流体，使转矩耦合离合器81和制动器72在第一弹性机构731和第二弹性机构821的预设弹性力作用下处于自然脱开状态，转速耦合器71在第一弹性机构731的预设弹性力作用下处于结合状态，第一驱动电机20的驱动力经由定轴齿轮机构的动力输出齿轮42、传动件731a和转速耦合离合器71传递到内齿圈52，第二驱动电机30动力经太阳轮中心轴55带动太阳轮51与内齿圈52上第一电机20的动力进行耦合，由行星架54输出，实现转速耦合驱动模式。

在此模式下，内齿圈52和太阳轮51分别由第一电机20和第二电机30驱动，由行星齿轮机构的传动公式可知，行星架54的转速：

$n_h=\frac{z_1{n}_1+z_3{n}_3}{z_1+z_3}$

行星架的转速n_h为太阳轮转速n₁和内齿圈转速n₃的耦合，n_h为高速，适合车辆高速行驶。

图3为双电机耦合变速装置工作在双电机转矩耦合工作模式下的示意图，液压控制系统94产生压缩流体，压缩流体使第一液压机构732压紧第二压板731g使制动器72处于结合状态，内齿圈52与驱动装置的箱体10相连接锁死，第一液压机构732克服第一弹性机构731的预设弹性力，使转速离合耦合器71处于脱开状态，压缩流体使第二液压机构822压紧第三压板821c，使转矩耦合离合器81处于结合状态，第一驱动电机20动力经由定轴齿轮机构40的动力输出齿轮42、转矩耦合离合器81，传递到与第二电机30相连的太阳轮中心轴55。完成第一电机20与第二电机30动力耦合，经由太阳轮中心轴55上太阳轮51与行星轮53啮合，由行星架54输出，实现转矩耦合驱动模式。

在此模式下，内齿圈52与壳体10锁死，即内齿圈转速n₃为0，太阳轮51由第一电机20和第二电机30共同驱动，由行星齿轮机构的传动公式可知：

$n_h=\frac{z_1{n}_1}{z_1+z_3}$

此时，双电机耦合变速装置减速比较大，输出高转矩，适合车辆需要大转矩如爬坡等状态下行驶。

图4为双电机耦合变速装置工作固定变比工作模式下的示意图，液压控制系统94停止向第一液压机构732供给压缩流体使制动器72处于脱开状态，转速离合耦合器71处于结合状态，并向第二液压机构822供给压缩流体使转矩耦合离合器81处于结合状态，内齿圈52和太阳轮无相对转动，第一电机20动力由定轴齿轮机构40减速后由动力输出齿轮42与太阳轮中心轴55耦合，行星齿轮机构50整体回转，由行星架54输出，实现固定变比为1的驱动模式。

在此模式下，太阳轮转速n₁和内齿圈转速n₃相等，由行星齿轮机构的传动公式可知，n_h＝n₁＝n₃，减速比为1，适合于车辆巡航驾驶。

在上述双电机耦合变速装置的三中工作模式切换过渡过程中，第二电机30驱动太阳轮51通过行星齿轮机构保持与车辆传动轴动力连接，使切换过程无动力中断，控制第一电机20和第二电机30的转矩容量，使转速耦合离合器71和转矩耦合离合器81的主动摩擦片和副摩擦片转速同步，达到平稳无动力中断切换。

如图7所示，液压控制系统94包括油箱941、液压油泵942、油泵电机943、缓冲阀944、换挡电磁阀945、换挡阀946以及油路，油泵电机943驱动液压油泵942将油箱941内的油液压力升到1.6～2Mpa范围向油路中供油，从液压油泵942中泵出的压缩液体通过缓冲阀944实现转矩耦合离合器81和制动器72结合过程中第一液压机构732和第二液压机构822所需要的三个阶段压力，即快速充油、缓冲升压和阶跃升压。缓冲后的液压油，通过换挡电磁阀945控制换挡阀946，向第一液压机构732和第二液压机构822实现供油控制转矩耦合离合器81和制动器72。

液压控制系统94还包括减压阀947，减压阀947设置在液压油泵942的下游的油路中，从液压油泵942中泵出的压缩液体通过减压阀947将1.6～2Mpa压力液体减小到0.2Mpa左右的压力，向驱动装置齿轮传动实现中心注油润滑，并通过油体壳将油返回油箱，该液压控制系统94实现了驱动装置液力控制和润滑集成，减小了系统体积，提高了功率密度。

优选地，油泵电机943为三相永磁同步电动机，便于提高功率密度和效率，也可以是感应异步电机或者直流电机。

优选地，第一电机20和第二电机30为三相永磁同步电机，也可以是异步或其他类型电机；更优选地，第一电机20、第二电机30以及油泵电机943共同由功率控制系统93集成控制；再优选地，功率控制系统93为3组绝缘栅双极晶体管，分别对三个电机进行功率生成控制，每个电机每相优选的采用2个绝缘栅双极晶体管，3组绝缘栅双极晶体管由车载电源系统95供直流电，并共用直流侧稳压电容和直流电压传感器，控制3组绝缘栅双极晶体管开关状态以便于提高电机的机械驱动功率和再生制动电能。

优选地，功率控制系统93可对第一电机20和/或第二电机30施加再生制动产生回馈电能，回馈电能储存在车载电源系统95中。在以上各个模式中运行过程中或者制动过程中，均可以实施再生制动，如在转速耦合驱动模式的减速过程中，在车轮的惯性作用下，带动第一电机20和第二电机30旋转发电产生回馈电能，回馈电能储存在车载电源系统95。第一电机20和第二电机30产生制动力矩，有利于车轮减速，提高车轮制动摩擦片的使用寿命，减少能耗，提高能量利用效率。

同样，第一电机20和第二电机30也可以只有一个实施再生制动，一个电机产生的回馈电能可以运用到另一电机的驱动，或者存储在车载电源系统95中。

车载电源系统提供高压直流电，优选地，车载电源系统为蓄电池组，也可以是发动机-发电机和蓄电池组，以及燃料电池和蓄电池组。

本发明还提供了一种电动汽车，包括第一电机20和第二电机30，还包括前述的双电机耦合变速装置，第一电机20和第二电机30采用双电机耦合变速装置调节转速和转矩驱动车轮传动轴。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的电动汽车及其双电机耦合变速装置和该装置的控制系统，采用单行星排耦合实现两台电机的动力耦合，克服目前单电机自动机械变速箱系统电机高转速、大扭矩输入带来机械传动轴承技术问题；由于第二电机驱动太阳轮通过行星齿轮机构保持与车辆传动轴动力连接，实现了传动系统工作模式切换过程中大范围无动力中断变扭、无级变速等功能，并同时具备工作模式切换时间短和冲击小等优点。

此外，本发明有效利用两台电机过载特性和协调控制优势，优化了电机及其控制器的容量和系统体积以及电机驱动和机械传动的综合效率；第一电机、第二电机和油泵电机的集成驱动，提高了系统功率密度；本发明由于采用联动控制装置，实现制动器和转速耦合离合器联动动作，较少了液压油泵；由于实施对制动器和转矩耦合离合器交替动作控制，并结合联动控制装置，减少了液压油泵电机容量，提高了能量利用效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种双电机耦合变速装置，包括：

定轴齿轮机构（40），与第一电机（20）连接，具有动力输出齿轮（42）；以及行星齿轮机构（50），与第二电机（30）连接，包括：

太阳轮（51），具有与所述第二电机（30）连接的太阳轮中心轴（55）；

内齿圈（52），套设在所述太阳轮（51）外侧；

多个行星轮（53），设置在所述太阳轮（51）和所述内齿圈（52）之间；以及

行星架（54），连接所述多个行星轮（53），并将动力输出至车轮的传动轴（60）；

其特征在于，所述双电机耦合变速装置还包括：

联动控制装置（70），设置在所述定轴齿轮机构（40）的动力输出齿轮（42）与所述行星齿轮机构（50）的内齿圈（52）之间的传动路径上，具有使所述动力输出齿轮（42）与所述内齿圈（52）耦合传动的第一位置，以及使所述动力输出齿轮（42）与所述内齿圈（52）脱开传动并锁死所述内齿圈（52）的第二位置；以及

转矩耦合控制装置（80），设置在所述定轴齿轮机构（40）的动力输出齿轮（42）与所述行星齿轮机构（50）的太阳轮中心轴（55）之间的传动路径上，具有使所述动力输出齿轮（42）与所述太阳轮中心轴（55）耦合传动的第一位置，以及使所述动力输出齿轮（42）与所述太阳轮中心轴（55）脱开传动的第二位置；

所述转矩耦合控制装置（80）包括用于所述动力输出齿轮（42）与所述太阳轮中心轴（55）耦合传动的转矩耦合离合器（81）以及控制所述转矩耦合离合器（81）接合与分离的第二控制机构（82）；

其中，所述第二控制机构（82）包括第二弹性机构（821）和第二液压机构（822）；

所述第二弹性机构（821）包括与所述转矩耦合离合器（81）的主摩擦片和副摩擦片相对应的第三压板（821c）和与所述第三压板（821c）抵接并使其复位的第二复位弹性部件（821e）；

所述第三压板（821c）有与所述转矩耦合离合器（81）的主摩擦片和副摩擦片相对应的第三挤压部，所述第二复位弹性部件（821e）使所述第三挤压部松开所述转矩耦合离合器（81）的主摩擦片和副摩擦片并使所述定轴齿轮机构（40）的动力输出齿轮（42）与所述太阳轮中心轴（55）脱开传动；

所述第二液压机构（822）具有与所述第三压板（821c）抵接并克服所述第二复位弹性部件（821e）的预设弹性力的工作位置；

所述第二液压机构（822）的工作位置使所述转矩耦合离合器（81）的主摩擦片和副摩擦片结合并使所述定轴齿轮机构（40）的动力输出齿轮（42）与所述太阳轮中心轴（55）耦合传动。

2.根据权利要求1所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，

所述联动控制装置（70）包括用于使所述动力输出齿轮（42）与所述内齿圈（52）耦合传动的转速耦合离合器（71）和用于锁死所述内齿圈（52）的制动器（72）以及控制所述转速耦合离合器（71）和所述制动器（72）的第一控制机构。

3.根据权利要求2所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，

所述第一控制机构包括第一弹性机构（731）和第一液压机构（732）；

所述第一弹性机构（731）包括相互联动的第一压板（731c）和第二压板（731g），以及设置在所述第一压板（731c）和所述第二压板（731g）之间并使二者复位的第一复位弹性部件（731e）；

所述第一压板（731c）具有与所述转速耦合离合器（71）的主摩擦片和副摩擦片相对应的第一挤压部；

所述第二压板（731g）具有与所述制动器（72）的主摩擦片和副摩擦片相对应的第二挤压部；

所述第一复位弹性部件（731e）在自然位置使所述第一压板（731c）压紧所述转速耦合离合器（71）的主摩擦片和副摩擦片并使所述动力输出齿轮（42）与所述内齿圈（52）耦合传动；以及

使所述第二压板（731g）松开所述制动器（72）的主摩擦片和副摩擦片并使所述内齿圈（52）自由转动；

所述第一液压机构（732）与所述第二压板（731g）抵接，具有克服第一复位弹性部件（731e）的预设弹性力的工作位置；

所述第一液压机构（732）的工作位置使所述第一压板（731c）松开所述转速耦合离合器（71）的主摩擦片和副摩擦片并使所述动力输出齿轮（42）与所述内齿圈（52）脱开传动；以及

使所述第二压板（731g）压紧所述制动器（72）的主摩擦片和副摩擦片并使所述内齿圈（52）锁死。

4.根据权利要求3所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，所述第一弹性机构（731）还包括：

传动件（731a），所述传动件（731a）套设在所述太阳轮中心轴（55）上并沿其轴向固定，所述传动件（731a）的第一端与所述定轴齿轮机构（40）耦合传动；

所述传动件（731a）的第二端设置有凸缘，所述转速耦合离合器（71）的主摩擦片和副摩擦片分别设置在所述凸缘的外周部和所述内齿圈（52）上；

所述凸缘设置有沿所述太阳轮中心轴（55）轴向的通孔，所述通孔中可滑动的设置有第一销轴（731b）；

所述第一压板（731c）固定设置在所述第一销轴（731b）靠近所述凸缘的一端；

所述第一销轴（731b）的另一端固定设置有第一支撑板（731d），所述第一支撑板（731d）沿所述太阳轮中心轴（55）轴向可移动；

第一复位弹性部件（731e）套设在所述第一销轴（731b）上，所述第一复位弹性部件（731e）的第一端抵接在所述凸缘上，所述第一复位弹性部件（731e）的第二端抵接在所述第一支撑板（731d）上，所述凸缘和所述第一支撑板（731d）使所述第一复位弹性部件（731e）呈压缩状态。

5.根据权利要求4所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，所述第一弹性机构（731）还包括：

第一挡板（731f），所述第一挡板（731f）与双电机耦合变速装置的壳体（10）固定连接；

所述制动器（72）的主摩擦片和副摩擦片分别在所述第一挡板（731f）和所述内齿圈（52）上；

所述第二压板（731g）与所述第一支撑板（731d）抵接。

6.根据权利要求5所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，

所述第一液压机构（732）包括，第一液压油缸（732a）和设置在所述第一液压油缸（732a）中的第一活塞（732b）以及与所述第一液压油缸（732a）导通的第一油路（732c），所述第一活塞（732b）与所述第二压板（731g）抵接；

所述第一液压油缸（732a）设置在所述壳体（10）上或者与所述壳体（10）固定连接。

7.根据权利要求1所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，

所述第二弹性机构（821）还包括套设在所述太阳轮中心轴（55）上的齿套（821a），所述转矩耦合离合器（81）的主摩擦片和副摩擦片分别设置在所述齿套（821a）和所述定轴齿轮机构（40）上；

所述齿套（821a）上固定设置第二支撑板（821b），所述第三压板（821c）可滑动地设置在所述齿套（821a）上与所述第二支撑板（821b）相对的位置；

所述第二支撑板（821b）上固定设置有第二销轴（821d），所述第二复位弹性部件（821e）套设在所述第二销轴（821d）上；

所述第二复位弹性部件（821e）的第一端抵接在所述第二支撑板（821b）上，第二复位弹性部件（821e）的第二端抵接在所述第三压板（821c）上，所述第二支撑板（821b）和所述第三压板（821c）的设置位置使所述第二复位弹性部件（821e）呈压缩状态。

8.根据权利要求7所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，

所述第二液压机构（822）包括第二液压油缸（822a）和设置在所述第二液压油缸（822a）中的第二活塞（822b）以及和所述第二液压油缸（822a）导通的第二油路（822c）；

所述第二液压油缸（822a）设置在所述齿套（821a）上，所述第二活塞（822b）与所述第三压板（821c）抵接或者与所述第三压板（821c）一体成形。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，

所述定轴齿轮机构（40）包括第一齿轮（41）以及与所述第一齿轮（41）啮合的所述动力输出齿轮（42），所述第一齿轮（41）的齿数小于所述动力输出齿轮（42）的齿数；

所述第一齿轮（41）与所述第一电机（20）驱动连接；

所述动力输出齿轮（42）沿所述太阳轮中心轴（55）的周向可转动地套设在所述太阳轮中心轴（55）上。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，还包括双电机耦合变速装置控制系统，所述双电机耦合变速装置控制系统包括：

加速踏板（91）和制动踏板（92）；

功率控制系统（93）、液压控制系统（94）和车载电源系统（95）；

动力耦合驱动综合控制系统（96），所述动力耦合驱动综合控制系统（96）采集所述加速踏板（91）和所述制动踏板（92）的信号并协调和控制所述功率控制系统（93）、所述液压控制系统（94）和所述车载电源系统（95）使联动控制装置（70）和转矩耦合控制装置（80）分别在第一位置和第二位置切换。

11.根据权利要求10所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，

所述液压控制系统（94）包括：油箱（941）、液压油泵（942）、油泵电机（943）、缓冲阀（944）、换挡电磁阀（945）、换挡阀（946）以及液压油路；

所述油泵电机（943）驱动所述液压油泵（942）向所述液压油路中供油；

所述缓冲阀（944）设置在所述液压油泵（942）的下游的液压油路中，所述缓冲阀（944）实现所述第一液压油缸（732a）和所述第二液压油缸（822a）推动过程中的压力变化；

所述换挡阀（946）设置在所述缓冲阀（944）下游的液压油路中，所述换挡电磁阀（945）控制所述换挡阀（946）分别向所述第一液压油缸（732a）和所述第二液压油缸（822a）中供油。

12.根据权利要求11所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，

所述液压控制系统（94）还包括减压阀（947），所述减压阀（947）设置在所述液压油泵（942）的下游的液压油路中，所述减压阀（947）向驱动装置齿轮传动机构提供润滑油。

13.根据权利要求11所述的双电机耦合变速装置，其特征在于，

第一电机（20）、第二电机（30）以及所述油泵电机（943）共同由所述功率控制系统（93）驱动控制；

所述功率控制系统（93）可对所述第一电机（20）和/或所述第二电机（30）施加再生制动模式产生回馈电能，所述回馈电能储存在所述车载电源系统（95）中。

14.一种电动汽车，包括第一电机（20）和第二电机（30），其特征在于，还包括权利要求1至13中任一项所述的双电机耦合变速装置，所述第一电机（20）和所述第二电机（30）采用所述双电机耦合变速装置调节转速和转矩驱动车轮传动轴。

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