CN103174815B - 电动汽车用带倒档和驻车锁止机构的双离合自动变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车用带倒档和驻车锁止机构的双离合自动变速器。该变速器包括电机，双离合器，同步器，电磁制动器，超越离合器，差速器，车轮，同轴布置的内输入轴、外输入轴，中间轴，外输出轴、内输出轴及各轴上的齿轮。动力从电机传出输入到双离合器，经过外输入轴传递到一档齿轮组，再经一档附加齿轮组和二档齿轮组将一档扭矩传递给外输出轴，通过差速器带动内输出轴将动力输出至车轮；或经过内输入轴传递到二档齿轮组，将二档扭矩传递给外输出轴，通过差速器带动内输出轴将动力输出至车轮。其特点为：换挡快速且冲击小，可提高电机工作效率和变速器工作寿命，同时其驻车锁止机构，可提高整车的驻车安全性。

Description

电动汽车用带倒档和驻车锁止机构的双离合自动变速器

技术领域

本发明涉及一种适用于电动汽车的带倒档和驻车锁止机构的双离合自动变速器。

背景技术

随着地球环境的恶化，能源的匮乏，人类对新能源汽车的研究开发有了迫切需要。电动汽车作为新能源汽车中的一种已引起各国的广泛重视。目前已有申请电动汽车两档双离合器自动变速器的专利，其具有换挡冲击度较小、传动效率高、换挡动力无中断等特性。但其多采用同步器切换档位，具有一定的换挡冲击，此外，其不具有倒档机构，倒车时通过电机的反转实现，需要增加电机的启停次数，导致电机寿命缩短，工作效率降低。

良好的驻车锁止机构是保障汽车可靠驻车的重要手段，现有的配置2档双离合器自动变速器的电动汽车，其变速器内部没有驻车机构，整车采用常规手刹系统进行驻车；而在装有自动变速器的燃油轿车中，变速器内部一般都装了专门的驻车机构。因此，需要对电动汽车双离合器自动变速器设计一种结构简单，安全可靠的驻车锁止机构。

本发明与其他电动汽车双离合器自动变速器相比有以下优势：1.采用超越离合器替代同步器进行1-2档档位切换，减少其换挡切换时间，避免了同步器换挡带来的冲击，在提高变速器传递效率的同时，节约了成本；2. 倒档时采用倒档机构传递动力，电机无需反转，减少电机启停次数，延长电机寿命，提高电机工作效率，同时，倒档时齿轮无需反转，其只工作在正转状态，减少其受力变化，提高其工作寿命；3. 具有适用于双离合器自动变速器的驻车锁止机构，在上下坡及频繁起步停车的路况时，提高整车的驻车安全性。

发明内容

本发明提出了电动汽车用带倒档和驻车锁止机构的双离合自动变速器，其目的在于为电动汽车提供一种采用超越离合器换挡、带倒档和驻车锁止机构的双离合器自动变速器，从而提高纯电动汽车的换挡动力性和驾驶舒适性，延长电机和自动变速器的使用寿命，提供可靠的驻车安全性。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：

电动汽车用带倒档和驻车锁止机构的双离合自动变速器，包括电机1，双离合器2，同步器13，电磁制动器10，差速器16、超越离合器19，车轮21，同轴布置的内输入轴3和外输入轴4，中间轴7、外输出轴15和内输出轴（17，所述各轴上分别设有齿轮。所述的电动汽车的电机1通过双离合器2带动变速器整个齿轮系的旋转。所述的双离合器2包括第一离合器C ₁和第二离合器C ₂，第一离合器C ₁和内输入轴3的一端连接，第二离合器C ₂和外输入轴4的一端连接，第一离合器C ₁和第二离合器C ₂位于同一输入端。

所述内输入轴3上依次设有一档附加从动齿轮18、超越离合器19、二档主动齿轮8、倒档主动齿轮9和电磁制动器10，外输入轴4上的齿轮即为一档主动齿轮20。

所述中间轴7上依次设有一档从动齿轮5、一档附加主动齿轮6。

所述外输出轴15上依次设有通过法兰连接的差速器16、二档从动齿轮14、同步器13和倒档从动齿轮12。

所述内输出轴与外输出轴同轴布置，并与差速器16通过联轴器相连，其上布置有车轮21。

所述的一档主动齿轮20与一档从动齿轮5为常啮合，一档附加主动齿轮6与一档附加从动齿轮18为常啮合，二档主动齿轮8与二档从动齿轮12为常啮合，倒档主动齿轮9与惰轮11为常啮合，惰轮11与倒档从动齿轮12为常啮合。

所述的电动汽车电机1的动力经双离合器2选择性地输送，通过一档齿轮组20、5输送到中间轴7，再通过一档附加齿轮组6、18和超越离合器19输送到内输入轴4，经二档齿轮组8、14输送到外输出轴15，最终通过差速器16输送到内输出轴17输出至车轮21；或通过二档齿轮组8、14输送到外输出轴15，最终通过差速器16输送到内输出轴17输出至车轮21。

所述的超越离合器19具有自行离合的特性，其与双离合器2互相配合完成1-2档档位切换。当双离合器2的第二离合器C ₂结合时，内输入轴转速较低，超越离合器19可自行结合，动力可通过一档附加从动齿轮18传递给内输入轴3，此时便处于一档行驶状态；当双离合器2的第一离合器C ₁结合时，内输入轴转速较高，超越离合器19可自行分离，一档附加从动齿轮18与内输入轴3之间不传递动力，此时便处于二档行驶状态。

所述的倒档机构包括倒档主动齿轮9，惰轮11，倒档从动齿轮12和同步器13。通过惰轮11改变变速器动力传递方向，通过同步器13选择倒档与前进挡，从而实现变速器在电机转向不变的情况下的倒档功能。

所述的驻车锁止机构采用具有通电分离与断电制动特性的电磁制动器10实现变速器和整车制动，从而实现自动驻车功能。

利用本发明电动汽车用带倒档和驻车锁止机构的双离合自动变速器可以实现：1.采用超越离合器替代同步器进行1-2档档位切换，减少其换挡切换时间，避免了同步器换挡带来的冲击，在提高变速器传递效率的同时，节约了成本；2. 倒档时采用倒档机构传递动力，电机无需反转，减少电机启停次数，延长电机寿命，提高电机工作效率，同时，倒档时齿轮无需反转，其只工作在正转状态，减少其受力变化，提高其工作寿命；3. 具有适用于双离合器自动变速器的驻车锁止机构，在上下坡及频繁起步停车的路况时，提高整车的驻车安全性。

附图说明

图1为本发明结构示意图，

上图中：驱动电机1、双离合器2、双离合器第一离合器C ₁、双离合器第二离合器C ₂、内输入轴3、 外输入轴4、一档从动齿轮5、一档附加主动齿轮6、中间轴7、二档主动齿轮8、倒档主动齿轮9、电磁制动器10、惰轮11、倒档从动齿轮12、同步器13、二档从动齿轮14、外输出轴15、差速器16、内输出轴17、一档附加从动齿轮18、超越离合器19、一档主动齿轮20、车轮21、一档齿轮传动比i ₁₁、一档附加齿轮传动比i ₁₂、二档齿轮传动比i ₀、倒档主动齿轮与惰轮传动比i ₃₁、惰轮与倒档从动齿轮传动比i ₃₂。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明电动汽车用带倒档和驻车锁止机构的双离合自动变速器作进一步地说明。

实施例

当纯电动汽车处于起步状态时，双离合器的第二离合器C ₂接合，第一离合器C ₁分离，此时内输入轴转速较低，超越离合器19结合，电动车处于一档的状态，完成起步加速的过程。当电动车车速达到换挡要求时，TCU发出控制指令，双离合器执行机构根据控制指令使第二离合器C ₂分离，第一离合器C ₁接合，此时内输入轴转速较高，超越离合器19自行分离，电动汽车档位由一档切换到二档，汽车在二档状态下正常行驶。当电动车处于驻车状态时，双离合器根据TCU的控制指令，使第一离合器C ₁和第二离合器C ₂均分离，动力传递停止，同时为防止车身产生不必要的滑行，电磁制动器10断电制动，驻车锁止机构开始工作，使变速器和整车处于制动状态。

该双离合器自动变速器的两个前进挡和一个倒挡的动力传递路线如下：

一档动力传递路线：双离合器的第二离合器C ₂接合，第一离合器C ₁分离，发动机扭矩通过第二离合器C ₂传递给外输入轴4，通过常啮合的一档主动齿轮20和一档从动齿轮5，将扭矩传递给中间轴7，再经常啮合的一档附加主动齿轮6和一档附加从动齿轮18，将扭矩传递给超越离合器19，此时内输入轴转速较低，超越离合器处于结合状态，其将扭矩传递给内输入轴3，通过二档主动齿轮8将扭矩传递给二档从动齿轮14，而同步器13与二档从动齿轮14结合，可将扭矩传递给外输出轴15，并带动差速器16转动，最终由与差速器16相连的内输出轴17输出动力至车轮21。

其一档传动比为：i ₁=i ₁₁×i ₁₂×i ₀。

二档动力传递路线：双离合器的第一离合器C ₁结合，第二离合器C ₂分离，发动机扭矩通过第一离合器C ₁传递给内输入轴4，此时内输入轴转速较高，超越离合器19自行分离，扭矩通过内输入轴传递给常啮合的二档主动齿轮8和二档从动齿轮14，而同步器13与二档从动齿轮14结合，将扭矩传递给外输出轴15，并带动差速器16转动，最终由与差速器16相连的内输出轴17输出动力至车轮21。

其二档传动比为：i ₂=i ₀。

倒挡动力传递路线：双离合器的第二离合器C ₂接合，第一离合器C ₁分离，发动机扭矩通过第二离合器C ₂传递给外输入轴4，通过常啮合的一档主动齿轮20和一档从动齿轮5，将扭矩传递给中间轴7，再经常啮合的一档附加主动齿轮6和一档附加从动齿轮18，将扭矩传递给超越离合器19，此时内输入轴转速较低，超越离合器处于结合状态，其将扭矩传递给内输入轴3，通过倒档主动齿轮9和惰轮11将扭矩传递给倒档从动齿轮12，而同步器13与倒档从动齿轮12结合，可将扭矩传递给外输出轴15，并带动差速器16转动，最终由与差速器16相连的内输出轴17输出动力至车轮21。

其倒档传动比为：i ₃₁×i ₃₂= i ₀；i _倒=i ₁₁×i ₁₂×i ₀。

该双离合器自动变速器的换挡过程举例说明：

升档过程：当电动汽车在一档的状态下增速至换挡临界车速时，TCU发出换挡指令，此时第一离合器C ₁仍处于分离状态，即第一离合器C ₁不传递动力，超越离合器19和第二离合器C ₂处于结合状态，；随着换挡过程继续，第二离合器C ₂逐渐分离，与此同时，第一离合器C ₁逐渐接合，此过程中内输入轴3转速逐渐升高，超越离合器19随着输入轴3转速的升高而逐渐自行分离，但不会出现扭矩中断；第二离合器C ₂和超越离合器19完全分离、第一离合器C ₁完全接合后，换挡过程结束，发动机扭矩经由第一离合器C ₁、内输入轴3、二挡主动齿轮8、二档从动齿轮14、同步器13、外输出轴15，差速器16，最终由与差速器16相连的内输出轴17输出动力至车轮21。

在这个过程中，同步器13始终与二档从动齿轮14结合，动力传递由一档齿轮组20、5、一档附加齿轮组6、18和二档齿轮组8、14变为二档齿轮组8、14，从而实现了电动汽车的无动力中断的升档过程。

降档过程：当电动汽车在二档的状态下降速至换挡临界车速时，TCU发出换挡指令，此时第二离合器C ₂和超越离合器19仍处于分离状态，即第二离合器C ₂和超越离合器19不传递动力，第一离合器C ₁处于结合状态；随着换挡过程继续，第一离合器C ₁逐渐分离，与此同时，第二离合器C ₂逐渐接合，此过程中内输入轴3转速逐渐降低，超越离合器17随着输入轴3转速的降低而逐渐自行结合，但不会出现扭矩中断；第一离合器C ₁完全分离、第二离合器C ₂和超越离合器17完全接合后，换挡过程结束，发动机扭矩经由第二离合器C ₂、外输入轴4、一档主动齿轮20、一档从动齿轮5、中间轴7、一档附加主动齿轮6、一档附加从动齿轮18、超越离合器19、内输入轴3、二挡主动齿轮8、二档从动齿轮14、同步器13、外输出轴15，差速器16，最终由与差速器16相连的内输出轴17输出动力至车轮21。

在这个过程中，同步器13始终与二档从动齿轮14结合，动力传递由二档齿轮组8、14变为一档齿轮组20、5、一档附加齿轮组6、18和二档齿轮组8、14，从而实现了电动汽车的无动力中断的降档过程。

倒档过程： 当电动汽车需要倒挡行驶时，只需在一档状态下将同步器13与二档从动齿轮14分离，并与倒档从动齿轮12结合即可实现，在此不再赘述。

该双离合器自动变速器的自动驻车过程举例说明：

该驻车机构采用具有通电分离、断电制动特性的电磁制动器10。当电动汽车正常路况行驶时，电磁制动器10始终通电，其处于分离状态，该驻车锁止机构不工作；当电动汽车行驶在上下坡或频繁起步停车的路况时，电磁制动器10断电，其处于制动状态，该驻车锁止机构便开始工作。其可代替手刹的功能。

以上坡路段为例：

当在上坡路段临时停车时，双离合器根据TCU的控制指令，使第一离合器C ₁和第二离合器C ₂均分离，动力传递停止，电磁制动器10断电，处于制动状态，其将内输入轴3及轴上的各齿轮锁死，将变速器均处于制动状态，整车处于驻车状态，驾驶员可松开脚刹，同时汽车也不会产生滑行。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.电动汽车用带倒档和驻车锁止机构的双离合自动变速器，包括电机，双离合器，同步器，电磁制动器，超越离合器，差速器、各档齿轮，内、外输入轴，中间轴和内、外输出轴; 所述电动汽车电机（1）的动力通过所述双离合器（2）送至内输入轴（3）或外输入轴（4），一档主动齿轮（18）通过外输入轴（3）与双离合器的第一离合器（C1）连接，二档主动齿 轮（8）通过内输入轴（4）与双离合器的第二离合器（C2）连接，动力通过一档齿轮组（20、5） 输送到中间轴（7），再通过一档附加齿轮组（6、18）和超越离合器（19）输送到内输入轴（4）， 经二档齿轮组（8、14）输送到外输出轴（15），再通过差速器（16）输送到内输出轴（17），最终输出至车轮（21）；或通过二档齿轮组（8、14）输送到外输出轴（15），再通过差速器（16）输送到内输出轴（17），最终输出至车轮（21）;采用双离合器（2）进行档位的切换，使电动汽车具有动力性换挡的特性，提高了电机的工作效率，改善了电动汽车驾驶的舒适性;采用超越离合器（19）替代同步器进行 1-2 档档位切换，减少其换挡切换时间，避免了同步器换挡带来的冲击，在提高变速器传递效率的同时，节约了成本; 其倒档机构包括倒档主动齿轮（9），惰轮（11），倒档从动齿轮（12）和同步器（13）; 倒档时采用倒档机构传递动力，惰轮（11）改变动力传递方向，通过同步器（13）可实现前进挡与倒档间的档位切换，电机无需反转，减少电机启停次数，延长电机寿命，提高电机工作效率，同时，倒档时齿轮无需反转，其只工作在正转状态，减少其受力变化，提高其工作寿命。

2.根据权利要求 1 所述的电动汽车用带倒档和驻车锁止机构的双离合自动变速器， 其驻车锁止机构采用电磁制动器（10）实现变速器和整车制动，其具有通电分离、断电制动 的特性; 汽车正常行驶时，电磁制动器（10）通电，处于分离状态，此时变速器正常工作 ；当汽车处于驻车状态时，电磁制动器（10）断电，处于制动状态，此时变速器内输入 轴（3）及轴上各齿轮均被锁死，变速器和汽车均处于制动状态，可避免车辆不必要的滑行; 该机构适用于上下坡以及频繁起步停车的路况。