CN103754111A - 电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成。包括驱动电机、变速机构、主减速机构和差速机构；所述变速机构为两挡变速机构，包括单级行星轮系、变速器输出轴和带同步器的换挡机构；所述单级行星轮系包括太阳轮、行星架、两个以上的行星轮和齿圈；驱动电机输出轴的轴线与变速器输出轴的轴线在同一条直线上，并垂直于连接差速器的左半轴、右半轴的轴线；本发明实现了低挡、高挡和空挡的平顺切换，并通过主减速机构、差速机构进行减速和差速，实现低速、高速、制动和倒车等运行工况行驶。本发明结构紧凑，集成度高，兼顾了整车动力性、经济性和舒适性的要求，有利整车布置和轻量化、产业化。

Description

电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成

技术领域

本发明涉及新型电动汽车驱动总成的技术领域，具体是涉及一种电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成。

背景技术

由于世界能源匮乏和环保的污染，目前电动汽车的研发及其产业化已成为世界各国汽车研究的热点。驱动总成是电动汽车的重要组成部分，主要包括驱动电机、变速器、主减速器和差速器、半轴等部件，鉴于各个部件分属于不同的制造领域，在电动汽车研发过程中缺乏统一的设计布置，致使电动汽车驱动总成结构复杂、体积庞大、重量增加、系统分散、成本较高，不利于电动汽车研制和产业化，而将驱动电机、变速器、差速器一体化，可以减小动力系统的体积、质量和缩小布置空间。在电动汽车驱动总成中，由于驱动电机具有转速高、启动转矩大、驱动电机控制调速范围宽等特点，没有必要采用传统燃油汽车的体积大、结构复杂的多挡变速器，大多采用固定速比的减速器，且取消离合器。然而采用单一固定挡位变速器，很难兼顾最高车速和最大爬坡度，而采用两挡或多挡电驱动系统能够充分发挥电动汽车的能量利用效率。

中国专利CN102259588A公开了电动汽车一体化驱动装置，该装置由变速器、减速器、差速器及共用的铝合金外壳和换挡机构组成，采用同步器完成挡位变换，不需离合器使结构简化。但其变速机构为平行轴结构，存在着外形尺寸大，给整车的布置带来不便。中国专利CN102285317A公开了用于电动汽车的电动力总成，该动力总成将驱动电机、减速机构、差速机构集成一体，驱动电机和差速器同轴，减少了体积，提高了空间利用率。该动力总成采用一挡固定速比的减速机构，很难兼顾整车最高车速和最大爬坡度，以及动力性和经济性的要求。中国专利CN101323261A公开了一种小型纯电动汽车动力总成。该系统采用电机、减速箱和差速器一体化结构，驱动电机轴和差速器半轴垂直，通过电机与自动离合器及变速器机构的自适应控制。但该动力总成变速机构为平行轴结构，动力传递路线过长，增加了驱动系统本身结构的复杂性，体积尺寸大。

发明内容

为解决上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明提供一种电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成。

电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成包括驱动电机1、变速机构、主减速机构和差速机构，所述差速机构包括差速器、左半轴24和右半轴17。所述变速机构为两挡变速机构，包括单级行星轮系、变速器输出轴15和带同步器的换挡机构；所述单级行星轮系包括太阳轮3、行星架4、两个以上的行星轮5和齿圈6，两个以上的行星轮5分别位于太阳轮3和齿圈6之间，且分别与太阳轮3和齿圈6啮合；所述太阳轮3固定设于驱动电机输出轴2的输出端；所述行星轮5位于所述行星架4的轴向一侧，行星架4的轴向另一侧为第一管轴26；所述第一管轴26固定套设于变速器输出轴15的一端上；所述齿圈6位于台阶管状的第二管轴25的轴向一侧，第二管轴25的轴向另一侧的第一台阶管处套设在第一管轴26上，二者之间设有轴承，第二管轴25的第二台阶管处空套在变速器输出轴15的中部；第二管轴25的第二台阶管上套设有同步器；与同步器配合设有换挡拨叉11；变速器输出轴15通过轴承设于变速器壳体7上，变速器输出轴15的另一端上设有主动锥齿轮16；与主动锥齿轮16配合的从动锥齿轮22固定在差速机构的差速器壳体18上，主动锥齿轮16和从动锥齿轮22啮合构成主减速机构；所述变速器输出轴15垂直于连接差速器的左半轴24和右半轴17。

所述单级行星轮系的行星轮5为三个。

所述第一管轴26通过花键配合设于变速器输出轴15的一端上。

 所述同步器为锁环式惯性同步器，包括第一接合齿圈8、同步环9、接合套10、滑块12、花键毂13和第二接合齿圈14，所述第一接合齿圈8固定在变速器壳体7上，所述第二接合齿圈14和变速器输出轴15之间为花键配合，花键毂13以其内花键和所述第二管轴25花键配合。

所述变速器输出轴15的另一端上通过花键配合设有主动锥齿轮16。

驱动电机输出轴2的轴线与变速器输出轴15的轴线在同一条直线上，并垂直于连接差速器的左半轴24、右半轴17的轴线。

本发明电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成将驱动电机、两挡变速机构、主减速机构和差速机构等集成为一体，其结构紧凑、体积小、重量轻，有利整车布置和轻量化、产业化。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明采用带同步器换挡机构的两挡行星轮系变速机构，能够根据不同的需求进行挡位选择，实现低挡、高挡和空挡的平顺切换。与固定速比的变速机构相比，能够显著提高驱动电机的效率和动力电池的寿命，延长电动汽车的续驶里程；

2.本发明集驱动电机、两挡变速机构、主减速机构和差速机构为一体，省去了传统燃油汽车的离合器、动力传动轴等部件，驱动电机直接驱动变速机构、主减速机构和差速机构，并通过差速机构的左、右半轴与车轮连接输出动力，设计合理，结构紧凑，集成度高，具有较高的效率；一体化布置减小体积和重量，有利于整车的设计布置；驱动电机、变速减速机构、差速机构便于制造和产业化，有利于大批量生产和大规模推广应用。

附图说明

图1 是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的低挡（Ⅰ挡）状态示意图。

图3是本发明的高挡（Ⅱ挡）状态示意图。

图4是本发明的空挡状态示意图。

上图中序号：驱动电机1、驱动电机输出轴2、太阳轮3、行星架4、行星轮5、齿圈6、变速器壳体7、第一接合齿圈8、同步环9、接合套10、换挡拨叉11、滑块12、花键毂13、第二接合齿圈14、变速器输出轴15、主动锥齿轮16、右半轴17、差速器壳体18、右半轴齿轮19、差速器行星轮20、差速器行星轮轴21、从动锥齿轮22、左半轴齿轮23、左半轴24、第二管轴25、第一管轴26。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

参见图1，电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成包括驱动电机1、变速机构、主减速机构和差速机构。差速机构包括差速器、左半轴24和右半轴17，其中差速器包括差速器壳体18、右半轴齿轮19、差速器行星轮20、差速器行星轮轴21、左半轴齿轮23；左半轴24与车辆左侧车轮连接，右半轴17与车辆右侧车轮连接，且左半轴24和右半轴17同轴，左半轴齿轮23安装于左半轴24上，右半轴齿轮19安装于右半轴17上。

变速机构为两挡变速机构，包括单级行星轮系、变速器输出轴15和带同步器的换挡机构；其中单级行星轮系包括太阳轮3、行星架4、三个行星轮5和齿圈6，三个行星轮5分别位于太阳轮3和齿圈6之间，且分别与太阳轮3和齿圈6啮合。太阳轮3固定安装于驱动电机输出轴2的输出端；三只行星轮5位于行星架4的轴向一侧，行星架4的轴向另一侧为第一管轴26，第一管轴26通过花键配合安装于变速器输出轴15的一端上；齿圈6位于台阶管状的第二管轴25的轴向一侧，第二管轴25的轴向另一侧的第一台阶管处套设在第一管轴26上，二者之间安装有轴承，第二管轴25的第二台阶管处空套在变速器输出轴15的中部；第二管轴25的第二台阶管上套装有同步器；与同步器配合设有换挡拨叉11；同步器为锁环式惯性同步器，包括第一接合齿圈8、同步环9、接合套10、滑块12、花键毂13和第二接合齿圈14，第一接合齿圈8固定在变速器壳体7上，第二接合齿圈14和变速器输出轴15之间为花键配合，花键毂13以其内花键和所述第二管轴25花键配合。变速器输出轴15通过轴承安装于变速器壳体7上，变速器输出轴15的另一端上通过花键配合设有主动锥齿轮16，与主动锥齿轮16配合的从动锥齿轮22固定在差速机构的差速器壳体上；主动锥齿轮16与从动锥齿轮22啮合构成主减速机构；驱动电机输出轴2的轴线和变速器输出轴15的轴线在同一条直线上，变速器输出轴15垂直于连接差速器的左半轴24和右半轴17。

驱动电机输出轴2作为变速机构的输入轴，驱动电机1带动驱动电机输出轴2转动，驱动单级行星轮系的太阳轮3转动时，两挡行星轮系变速机构通过换挡拨叉11拨动接合套10，在滑块12和同步环9共同作用下，分别与第一接合齿圈8、第二接合齿圈14啮合，实现低挡、高挡和空挡的平顺切换，并通过主减速机构的主动锥齿轮16和从动锥齿轮22的啮合将动力传递给差速机构，带动差速器左半轴齿轮23、右半轴齿轮19和左半轴24、右半轴17转动，进而驱动电动汽车实现低速行驶、高速行驶、制动、倒车和拖车运行工况。

本发明的工作原理如下：

以实际开发某型电动汽车两挡动力传动系统为例，本发明的一种电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成省去了传统汽车传动系中离合器和动力传动轴等，Ⅰ挡传动比为11.1，Ⅱ挡传动比为3.7，两挡行星轮系变速机构、主减速机构和差速机构各传动齿轮的齿数如表1所示。

表1  齿轮齿数表

名称	太阳轮3	行星轮5	齿圈6	主动锥齿轮16	从动锥齿轮22	差速器行星轮20	左、右半轴齿轮
								齿数	30	15	60	10	37	10	16

本发明在低速行驶、高速行驶、制动行驶、倒车行驶和拖车行驶等工况下的工作过程如下：

1.电动汽车起步和爬坡低速行驶时，差变速一体化的两挡后驱动总成处在低挡（Ⅰ）运行状态。通过换挡拨叉11拨动接合套10向低挡的第一接合齿圈8移动，即接合套10滑向第一接合齿圈8，完成挂挡，如图2所示。驱动电机1输出相应的转矩和转速，并经两挡变速机构、主减速机构、差速器壳体18和左半轴24、右半轴17驱动电动汽车实现低速行驶。其动力传递路径为：

驱动电机输出轴2→太阳轮3→行星架4→变速器输出轴15→主动锥齿轮16→从动锥齿轮22→差速器壳体18→左半轴24、右半轴17→左、右车轮；

此时同步器的接合套10与第一接合齿圈8啮合，因第一接合齿圈8与变速器壳体7固接为固定件，行星轮系齿圈6的转速为零，故此时差变速一体化的两挡后驱动总成的传动比可表示为：   

                                                                                              （1）

式中  Z_a－行星轮系太阳轮3的齿数；Z_b－行星轮系齿圈6的齿数；Z₀₁－主动锥齿轮齿数；Z₀₂－从动锥齿轮齿数；

2.电动汽车高速行驶时，差变速一体化的两挡后驱动总成处在高挡（Ⅱ）运行状态。通过换挡拨叉11拨动接合套10向高挡的第二接合齿圈14移动，即接合套10滑向第二接合齿圈14，完成挂挡，如图3所示。驱动电机1输出相应的转矩和转速，并经两挡变速机构、主减速机构、差速器壳体18和左半轴24、右半轴17驱动电动汽车实现高速行驶。其动力传递路径为： 

驱动电机输出轴2→太阳轮3→行星架4→变速器输出轴15→主动锥齿轮16→从动锥齿轮22→差速器壳体18→左半轴24、右半轴17→左、右车轮；

此时同步器的接合套10与第二接合齿圈14啮合，因第二接合齿圈14通过花键配合套设在变速器输出轴15上，行星轮系齿圈6和变速器输出轴15闭锁而整体旋转，并与行星轮系太阳轮3同步旋转，即变速器输出轴15和作为变速器输入轴的驱动电机输出轴2同步旋转，故此时差变速一体化的两挡后驱动总成的传动比可表示为：

                       

                         （2）

3.电动汽车在制动能量回收时，差变速一体化的两挡后驱动总成处在低挡（Ⅰ）运行状态。电动汽车动力传递路径与低速行驶工况相同，如图2所示，驱动电机1处于发电状态，实现能量回收；

4.电动汽车倒车低速行驶时，差变速一体化的两挡后驱动总成处在低挡（Ⅰ）运行状态，如图2所示，此时驱动电机反转，实现车辆倒车行驶；

5.电动汽车在运行过程中发生故障需要拖行时，此时驱动电机1进入自由模式工作状态。通过换挡拨叉11带动接合套10轴向移动，完成摘空挡分离，使各部件处于独立状态，并断电，实现空挡状态下的拖车行驶，如图4所示。

Claims (6)

1.电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成，包括驱动电机（1）、变速机构、主减速机构和差速机构，所述差速机构包括差速器、左半轴（24）和右半轴（17），其特征在于：所述变速机构为两挡变速机构，包括单级行星轮系、变速器输出轴（15）和带同步器的换挡机构；所述单级行星轮系包括太阳轮（3）、行星架（4）、两个以上的行星轮（5）和齿圈（6），两个以上的行星轮（5）分别位于太阳轮（3）和齿圈（6）之间，且分别与太阳轮（3）和齿圈（6）啮合；所述太阳轮（3）固定设于驱动电机输出轴（2）的输出端；所述行星轮（5）位于所述行星架（4）的轴向一侧，行星架（4）的轴向另一侧为第一管轴（26）；所述第一管轴（26）固定套设于变速器输出轴（15）的一端上；所述齿圈（6）位于台阶管状的第二管轴（25）的轴向一侧，第二管轴（25）的轴向另一侧的第一台阶管处套设在第一管轴（26）上，二者之间设有轴承，第二管轴（25）的第二台阶管处空套在变速器输出轴（15）的中部；第二管轴（25）的第二台阶管上套设有同步器；与同步器配合设有换挡拨叉（11）；变速器输出轴（15）通过轴承设于变速器壳体（7）上，变速器输出轴（15）的另一端上设有主动锥齿轮（16）；与主动锥齿轮（16）配合的从动锥齿轮（22）固定在差速机构的差速器壳体（18）上，主动锥齿轮（16）和从动锥齿轮（22）啮合构成主减速机构；所述变速器输出轴（15）垂直于连接差速器的左半轴（24）和右半轴（17）。

2.根据权利要求1所述的电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成，其特征在于：所述单级行星轮系的行星轮（5）为三个。

3.根据权利要求1所述的电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成，其特征在于：所述第一管轴（26）通过花键配合设于变速器输出轴（15）的一端上。

4.根据权利要求1所述的电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成，其特征在于：所述同步器为锁环式惯性同步器，包括第一接合齿圈（8）、同步环（9）、接合套（10）、滑块（12）、花键毂（13）和第二接合齿圈（14），所述第一接合齿圈（8）固定在变速器壳体（7）上，所述第二接合齿圈（14）和变速器输出轴（15）之间为花键配合，花键毂（13）以其内花键和所述第二管轴（25）花键配合。

5.根据权利要求1所述的电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成，其特征在于：所述变速器输出轴（15）的另一端上通过花键配合设有主动锥齿轮（16）。

6.根据权利要求1所述的电动汽车差变速一体化的两挡后驱动总成，其特征在于：驱动电机输出轴（2）的轴线与变速器输出轴（15）的轴线在同一条直线上，并垂直于连接差速器的左半轴（24）、右半轴（17）的轴线。

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