CN103303116A - 单电机功率分流耦合变速系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动驱动汽车或无人车技术领域，具体涉及一种应用于电动汽车或无人车的单电机功率分流耦合变速系统。该单电机功率分流耦合变速系统的结构简单，其利用单电机即实现车辆的变速，满足车辆多工况对动力输出的要求；其采用单电机，从而避免在某些工况下存在的电机闲置情况；其液压离合器处于联动现状，保证高速传动线路的可靠结合，并可选用同一系列的同一型号，从而增强了系统零件的通用性；其避免普通变速箱存在的换挡间隙动力中断的问题；其以差速器作为转速耦合器件，可借用汽车工业成熟部件，降低成本，提高系统可靠性；在具体实施过程中，还可将电控液压阀的液压回路与整个系统的润滑油路功能合并，这进一步有利于系统的集成度提高。

Description

单电机功率分流耦合变速系统

技术领域

本发明涉及电动驱动汽车或无人车技术领域，具体涉及一种应用于电动汽车或无人车的单电机功率分流耦合变速系统，其利用单电机功率分流后再耦合来实现变速。

背景技术

电动汽车具有行驶过程中零排放、能源利用多元化和高效化以及方便实现智能化等优点，使之成为新型车辆研发的重点之一。目前的民用轿车、客车尤其是无人车辆越来越多的应用电驱动技术。

目前车辆的电驱动装置一般采用电机与变速箱的组合方式或电机驱动单元直驱车轮。

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。车辆用变速箱无论是手动变速箱还是自动变速箱，均存在以下共性缺点：1、档位变动引起换挡过程中动力中断；2、车辆失速冲击较大等问题；3、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。

采用电机驱动单元直驱车轮的电驱动装置，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。

从所周知，以差速器、NGW行星齿轮传动机构等为代表的分动装置具有转速耦合特性，通过转速耦合实现变速的发明日渐增多。

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。

申请号为201210024534的中国专利公开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，该装置通过对2个电机和3个离合器联动综合控制，解决了换挡过程动力中断的问题，并实现了双电机的转速和转矩耦合模式及固定变比工作模式。但该装置存在结构复杂，控制系统架构庞大的缺点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何克服现有变速装置机械结构复杂，换挡存在动力中断，操控麻烦的问题，如何提供一种应用于电动汽车或无人车的结构简单、操控方便的变速系统。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种单电机功率分流耦合变速系统，所述变速系统包括：差速器1、动力输出齿轮2、驱动电机4、低速传动从动齿轮3、低速传动主动齿轮5、低减速比或等速传动的高速传动从动齿轮9、高速传动主动齿轮8、第一液压离合器6、第二液压离合器10以及电控液压阀7；

所述差速器1包括：左半轴齿轮1-2、右半轴齿轮1-4、设有外啮合齿轮的差速器壳体1-1以及旋转轴固定在差速器壳体1-1内部的行星齿轮1-3；所述差速器壳体1-1的外啮合齿轮与动力输出齿轮2啮合，所述动力输出齿轮2用于将经差速器1转速耦合后的功率以由差速器壳体1-1与动力输出齿轮2确定的传动比通过位于动力输出齿轮2一侧的P口输出；

所述低速传动从动齿轮3与用于驱动低速传动从动齿轮3的低速传动主动齿轮5构成常啮合的低速传动线路；所述低速传动从动齿轮3与差速器1的左半轴齿轮1-2同轴相连，所述低速传动主动齿轮5与驱动电机4的输出轴连接，从而构成一条功率传动线路，将驱动电机4产生的功率以低速传动主动齿轮5和低速传动从动齿轮3确定的传动比输入到差速器1的左半轴齿轮1-2；

所述高速传动从动齿轮9与用于驱动高速传动从动齿轮9的高速传动主动齿轮8构成可断开的高速传动线路；高速传动从动齿轮9与差速器1的右半轴齿轮1-4同轴相连，具有较长连接轴的高速传动主动齿轮8与驱动电机4的输出轴连接；在所述高速传动主动齿轮8与驱动电机4输出轴之间设置所述第一液压离合器6；所述高速传动从动齿轮9与车架之间设置所述第二液压离合器10；所述电控液压阀7用于控制所述第一液压离合器6及第二液压离合器10的结合或断开的状态；

所述电控液压阀7分别与所述第一液压离合器6、第二液压离合器10通过液压管路连接，所述电控液压阀7为2位2通阀；在车辆低速行驶状态下，所述电控液压阀7控制第一液压离合器6充油结合，同时控制所述第二液压离合器10排油断开连接，所述驱动电机4与差速器1之间的高速传动线路处于连通状态，从而右半轴齿轮1-4处于连通状态；在车辆高速行驶状态下，所述电控液压阀7控制第一液压离合器6排油断开连接，同时控制第二液压离合器10充油结合，所述驱动电机4与差速器1之间的高速传动线路处于断开状态，从而右半轴齿轮1-4处于锁止状态；

在车辆高速行驶状态下，即所述高速传动线路处于连通状态下，所述右半轴齿轮1-4处于连通状态时，所述驱动电机4的功率通过两条线路输入到差速器1，根据锥齿轮差速器等速差分的原理，差速器壳体1-1所输出至动力输出齿轮2的转速为所述两个半轴齿轮转速之和的一半；

在车辆低速行驶状态下，即所述高速传动线路处于断开状态下，所述右半轴齿轮1-4处于锁止状态时，所述驱动电机4的功率仅通过低速传动线路输入到差速器1，根据锥齿轮差速器等速差分的原理，差速器壳体1-1所输出至动力输出齿轮2的转速为所述左半轴齿轮1-2的转速的一半。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明技术方案具备如下有益效果：

(1)该方案结构简单，利用单电机即实现了车辆的变速，满足了车辆多工况对动力输出的要求。

(2)通过采用单电机，从而避免了在某些工况下存在的电机闲置情况。

(3)方案中所设置的液压离合器处于联动现状，保证了高速传动线路的可靠结合。

(4)该方案避免了普通变速箱存在的换挡间隙动力中断的问题。

(5)该方案以差速器作为转速耦合器件，可借用汽车工业成熟部件，降低了成本，提高了系统的可靠性。

(6)该方案中所涉及的两个液压离合器可选用同一系列的同一型号，从而增强了系统零件的通用性。

(7)在该方案具体的实施过程中，还可将电控液压阀的液压回路与整个系统的润滑油路功能合并，这进一步有利于系统的集成度提高。

附图说明

图1为本发明技术方案中单电机功率分流耦合变速系统的结构示意图。

图2为本发明技术方案中差速器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术的问题，本发明提供一种单电机功率分流耦合变速系统，如图1及图2所示，所述变速系统包括：差速器1、动力输出齿轮2、驱动电机4、低速传动从动齿轮3、低速传动主动齿轮5、低减速比或等速传动的高速传动从动齿轮9、高速传动主动齿轮8、第一液压离合器6、第二液压离合器10以及电控液压阀7；

所述差速器1包括：左半轴齿轮1-2、右半轴齿轮1-4、设有外啮合齿轮的差速器壳体1-1以及旋转轴固定在差速器壳体1-1内部的行星齿轮1-3；所述差速器壳体1-1的外啮合齿轮与动力输出齿轮2啮合，所述动力输出齿轮2用于将经差速器1转速耦合后的功率以由差速器壳体1-1与动力输出齿轮2确定的传动比通过位于动力输出齿轮2一侧的P口输出；所述左半轴齿轮1-2及右半轴齿轮1-4作为所述差速器1的功率输入端口，所述差速器壳体1-1的外啮合齿轮作为所述差速器1的功率输出端口，所述行星齿轮1-3作为所述差速器1内部的转速耦合单元，当左、右两侧的功率输入一致时，行星齿轮1-3无自转，只随着左、右两侧齿轮进行公转，而当左、右两侧的功率输入不一致时，行星齿轮1-3则出现自转，将左、右两侧的转速耦合后输出功率。具体而言，根据锥齿轮差速器等速差分的原理，差速器壳体1-1的转速，亦即行星齿轮1-3的公转转速等于两半轴齿轮转速和的一般，当一个半轴转速为零时，等于另一半轴转速的一半。

所述低速传动从动齿轮3与用于驱动低速传动从动齿轮3的低速传动主动齿轮5构成常啮合的低速传动线路；所述低速传动从动齿轮3与差速器1的左半轴齿轮1-2同轴相连，所述低速传动主动齿轮5与驱动电机4的输出轴连接，从而构成一条功率传动线路，将驱动电机4产生的功率以低速传动主动齿轮5和低速传动从动齿轮3确定的传动比输入到差速器1的左半轴齿轮1-2；

所述高速传动从动齿轮9与用于驱动高速传动从动齿轮9的高速传动主动齿轮8构成可断开的高速传动线路；高速传动从动齿轮9与差速器1的右半轴齿轮1-4同轴相连，具有较长连接轴的高速传动主动齿轮8与驱动电机4的输出轴连接；在所述高速传动主动齿轮8与驱动电机4输出轴之间设置所述第一液压离合器6；所述高速传动从动齿轮9与车架(或地)之间设置所述第二液压离合器10；所述电控液压阀7用于控制所述第一液压离合器6及第二液压离合器10的结合或断开的状态；

所述电控液压阀7分别与所述第一液压离合器6、第二液压离合器10通过液压管路连接，所述电控液压阀7为2位2通阀；在车辆低速行驶状态下，所述电控液压阀7控制第一液压离合器6充油结合，同时控制所述第二液压离合器10排油断开连接，所述驱动电机4与差速器1之间的高速传动线路处于连通状态，从而右半轴齿轮1-4处于连通状态；在车辆高速行驶状态下，所述电控液压阀7控制第一液压离合器6排油断开连接，同时控制第二液压离合器10充油结合，所述驱动电机4与差速器1之间的高速传动线路处于断开状态，从而右半轴齿轮1-4处于锁止状态；

在车辆高速行驶状态下，即所述高速传动线路处于连通状态下，所述右半轴齿轮1-4处于连通状态时，所述驱动电机4的功率通过两条线路输入到差速器1，根据前述锥齿轮差速器等速差分的原理，差速器壳体1-1所输出至动力输出齿轮2的转速为所述两个半轴齿轮转速之和的一半；

在车辆低速行驶状态下，即所述高速传动线路处于断开状态下，所述右半轴齿轮1-4处于锁止状态时，所述驱动电机4的功率仅通过低速传动线路输入到差速器1，根据前述锥齿轮差速器等速差分的原理，差速器壳体1-1所输出至动力输出齿轮2的转速为所述左半轴齿轮1-2的转速的一半。

具体而言，本发明的工作过程如下：

当电控液压阀7处于右位时，第二液压离合器10充油接合，第一液压离合器6放油断开，右半轴齿轮1-4锁死，转速为0，驱动电机4的功率全部通过低速传动主动齿轮5和低速传动从动齿轮3输入到差速器1，差速器壳体1-1的转速为低速传动从动齿轮3转速的1/2。车辆处于低速行驶状态。

当电控液压阀7处于左位时，第一液压离合器6充油接合，第二液压离合器10放油断开，驱动电机4的功率一部分通过低速传动主动齿轮5和低速传动从动齿轮3输入到差速器1的左侧，另一部分通过高速传动主动齿轮8和高速传动从动齿轮9输入到差速器1的右侧。差速器壳体1-1的转速为低速传动从动齿轮3的转速和高速传动从动齿轮9的转速和的1/2。车辆处于高速行驶状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种单电机功率分流耦合变速系统，其特征在于：所述变速系统包括：差速器(1)、动力输出齿轮(2)、驱动电机(4)、低速传动从动齿轮(3)、低速传动主动齿轮(5)、低减速比或等速传动的高速传动从动齿轮(9)、高速传动主动齿轮(8)、第一液压离合器(6)、第二液压离合器(10)以及电控液压阀(7)；

所述差速器(1)包括：左半轴齿轮(1-2)、右半轴齿轮(14)、设有外啮合齿轮的差速器壳体(1-1)以及旋转轴固定在差速器壳体(1-1)内部的行星齿轮(1-3)；所述差速器壳体(1-1)的外啮合齿轮与动力输出齿轮(2)啮合，所述动力输出齿轮(2)用于将耦合后的功率输出；

所述低速传动从动齿轮(3)与用于驱动低速传动从动齿轮(3)的低速传动主动齿轮(5)构成常啮合的低速传动线路；所述低速传动从动齿轮(3)与差速器(1)的左半轴齿轮(1-2)同轴相连，所述低速传动主动齿轮(5)与驱动电机(4)的输出轴连接，从而构成一条功率传动线路，将驱动电机(4)产生的功率以低速传动主动齿轮(5)和低速传动从动齿轮(3)确定的传动比输入到差速器(1)的左半轴齿轮(1-2)；

所述高速传动从动齿轮(9)与用于驱动高速传动从动齿轮(9)的高速传动主动齿轮(8)构成可断开的高速传动线路；高速传动从动齿轮(9)与差速器(1)的右半轴齿轮(1-4)同轴相连，具有较长连接轴的高速传动主动齿轮(8)与驱动电机(4)的输出轴连接；在所述高速传动主动齿轮(8)与驱动电机(4)输出轴之间设置所述第一液压离合器(6)；所述高速传动从动齿轮(9)与车架之间设置所述第二液压离合器(10)；所述电控液压阀(7)用于控制所述第一液压离合器(6)及第二液压离合器(10)的结合或断开的状态；

所述电控液压阀(7)分别与所述第一液压离合器(6)、第二液压离合器(10)通过液压管路连接，所述电控液压阀(7)为2位2通阀；在车辆低速行驶状态下，所述电控液压阀(7)控制第一液压离合器(6)充油结合，同时控制所述第二液压离合器(10)排油断开连接，所述驱动电机(4)与差速器(1)之间的高速传动线路处于连通状态，从而右半轴齿轮(1-4)处于连通状态；在车辆高速行驶状态下，所述电控液压阀(7)控制第一液压离合器(6)排油断开连接，同时控制第二液压离合器(10)充油结合，所述驱动电机(4)与差速器(1)之间的高速传动线路处于断开状态，从而右半轴齿轮(1-4)处于锁止状态；

在车辆高速行驶状态下，即所述高速传动线路处于连通状态下，所述右半轴齿轮(1-4)处于连通状态时，所述驱动电机(4)的功率通过两条线路输入到差速器(1)，根据锥齿轮差速器等速差分的原理，差速器壳体(1-1)所输出至动力输出齿轮(2)的转速为所述两个半轴齿轮转速之和的一半；

在车辆低速行驶状态下，即所述高速传动线路处于断开状态下，所述右半轴齿轮(1-4)处于锁止状态时，所述驱动电机(4)的功率仅通过低速传动线路输入到差速器(1)，根据锥齿轮差速器等速差分的原理，差速器壳体(1-1)所输出至动力输出齿轮(2)的转速为所述左半轴齿轮(1-2)的转速的一半。

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