CN104763804A - 一种集中驱动式纯电动车动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集中驱动式纯电动车动力系统，包括动力电源、电机控制器、驱动电机、液控式自动变速器、用于驱动液控式自动变速器换档的油泵和动力分流装置，所述动力分流装置包括与驱动电机连接并且带有齿轮的输入轴，分别与输入轴齿轮啮合的第一分流齿轮和第二分流齿轮，连接于第一分流齿轮与油泵之间的第一单排行星轮齿轮系，以及连接于第二分流齿轮与液控式自动变速器之间的第二单排行星轮齿轮系。本发明集中驱动式纯电动车动力系统可在不改变驱动电机转向的情况下，完成整车倒车功能，并能保证油泵处于正常工作转速范围内提供换挡压力油。

Description

一种集中驱动式纯电动车动力系统
技术领域
本发明涉及电动车驱动领域，特别是涉及一种集中驱动式纯电动车动力系统。
背景技术
与传统的燃油汽车不同，集中驱动式纯电动车的动力系统结构简图如图1所示。电机控制器1控制驱动电机输出一定的扭矩和转速，电机输出的动力经过液控式自动变速器(以下简称AT)和驱动桥的减速增扭作用满足整车行驶功率需求。由于AT需要液压系统提供高压油来实现不同档位的切换，因此动力系统需要增加额外的小功率辅助电机和电动控制器2来驱动油泵产生高压油。显然，双电机和双电机控制器的动力系统成本较高，也增加了整车布置的困难。为此，一些纯电动车型采取增大驱动桥主减速器传动比，并且取消AT来简化动力系统(如图2)，但缺少变速器的整车动力系统不可避免地要选用高速电机来满足整车最高车速的设计要求。同时，主减速传动比的增加必然导致驱动桥离地间隙的减小而影响整车的通过性。
目前，配备AT的集中驱动式纯电动车动力系统尚未采取过增加一套动力分流装置来简化动力系统的做法。其主要原因在于，不需要设置倒档的AT往往利用驱动电机反转实现倒车，而普通的齿轮分流机构无法实现在整车倒车或前进双工况下仍然能保证油泵在一定转速范围可靠泵油。
发明内容
本发明要解决的技术问题，提供一种集中驱动式纯电动汽车的动力系统，用于解决现有技术中，普通的齿轮分流机构无法实现在整车倒车或前进双工况下仍然能保证油泵在一定转速范围可靠泵油的问题。
本发明是这样实现的：
一种集中驱动式纯电动车动力系统，包括动力电源、电机控制器、驱动电机、液控式自动变速器和用于驱动液控式自动变速器换档的油泵，所述动力电源、电机控制器和驱动电机依次电连接，还包括动力分流装置，所述动力分流装置包括与驱动电机连接并且带有齿轮的输入轴，分别与输入轴齿轮啮合的第一分流齿轮和第二分流齿轮，连接于第一分流齿轮与油泵之间的第一单排行星轮齿轮系，以及连接于第二分流齿轮与液控式自动变速器之间的第二单排行星轮齿轮系；
所述第一单排行星轮齿轮系包括齿圈、连有太阳轮的输出轴、行星轮、行星架、齿圈制动器和用于控制输出轴与齿圈结合或分离的离合器，所述行星轮设置于行星架上，行星架连接于第一分流齿轮，行星轮与齿圈啮合，太阳轮与行星轮啮合，齿圈连接于离合器的主动部分，输出轴连接于油泵以及离合器的从动部分；
所述第二单排行星轮齿轮系包括太阳轮、行星轮、行星架、连有输出轴的齿圈、行星架制动器和用于控制行星架与齿圈结合或分离的离合器，所述输出轴连接于液控式自动变速器，太阳轮与第二分流齿轮同轴连接并与行星轮啮合，行星轮设置于行星架上并与齿圈啮合，行星架连接于离合器的主动部分，齿圈连接于离合器的从动部分。
电磁离合器具有高速响应、耐久性强、易于维护等优点，因此，为提高动力系统换档与传动的速率和平顺性，所述离合器为电磁离合器。
为保证离合器与输出轴之间的连接强度，所述第一单排行星轮齿轮系的输出轴上设置有花键，并通过所述花键连接于离合器的从动部分。
为保证制动器的制动效果，以及控制齿圈与行星架的体积，使第一单排行星轮齿轮系和第二单排行星轮齿轮系的结构更加合理、紧凑，所述齿圈制动器和行星架制动器为外置式制动器。
为提高整车的控制集成度，所述齿圈制动器、行星架制动器和离合器均为电控式，由车辆的蓄电池提供工作电压。
为解决上述技术问题，本发明提供的另一技术方案为：
一种集中驱动式纯电动车动力系统，包括动力电源、电机控制器、驱动电机、液控式自动变速器和用于驱动液控式自动变速器换档的油泵，所述动力电源、电机控制器和驱动电机依次电连接，还包括动力分流装置，所述动力分流装置包括与驱动电机连接并且带有齿轮的输入轴，分别与输入轴齿轮啮合的第一分流齿轮和第二分流齿轮，连接于第一分流齿轮与油泵之间的第一单排行星轮齿轮系，以及连接于第二分流齿轮与液控式自动变速器之间的第二单排行星轮齿轮系；
所述第一单排行星轮齿轮系包括齿圈、连有太阳轮的输出轴、行星轮、行星架、齿圈制动器和用于控制输出轴与齿圈结合或分离的离合器，所述行星轮设置于行星架上，行星架连接于第一分流齿轮，行星轮与齿圈啮合，太阳轮与行星轮啮合，齿圈连接于离合器的主动部分，输出轴连接于油泵以及离合器的从动部分；
所述第二单排行星轮齿轮系为双级行星齿轮系，包括太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、连有输出轴的行星架、齿圈、齿圈制动器和用于控制太阳轮与齿圈结合或分离的离合器，所述太阳轮与第二分流齿轮同轴连接并与第一行星轮啮合，第一行星轮与第二行星轮啮合，第二行星轮与齿圈啮合，第一行星轮与第二行星轮设置于行星架上，行星架的输出轴连接于液控式自动变速器，太阳轮连接于离合器的主动部分，齿圈连接于离合器的从动部分。
其中，所述离合器为电磁离合器。
其中，所述第一单排行星轮齿轮系的输出轴上设置有花键，并通过所述花键连接于离合器的从动部分。
其中，所述齿圈制动器为外置式制动器。
其中，所述齿圈制动和离合器均为电控式，并由车辆的动力电源提供工作电压。
本发明具有如下优点：区别于现有的普通的齿轮分流机构无法实现在整车倒车或前进双工况下仍然能保证油泵在一定转速范围可靠泵油，本发明所设计的动力系统，可在保留AT来保证整车动力性的前提下，取消辅助电机及其电机控制器，专门设计的动力分流装置可在满足整车前进、爬坡或倒车等各种工况下，保证油泵正常工作为AT供油，该动力分流装置也可以较好地应用于工程机械、机床设备、船舶等领域。
附图说明
图1为现有技术中装配AT的纯电动车动力系统的示意图；
图2为现有技术中不装配AT的纯电动车动力系统的示意图；
图3为本发明电动车动力系统的示意图；
图4为本发明一具体实施方式中动力分流装置连接示意图；
图5为本发明电动车动力系统的工作流程图；
图6为本发明另一具体实施方式中动力分流装置连接示意图。
标号说明：
1、输入轴；    11、太阳轮；    12、第二行星轮；    13、第一行星轮；
14、齿圈；    17、行星架；    18、齿圈制动器；    19、离合器；
21、第一分流齿轮；    22、行星轮；    23、齿圈；
24、挡圈；    25、推力轴承；    26、输出轴；    27、行星架；
28、齿圈制动器；    29、离合器；    31、第二分流齿轮；
32、行星轮；    33、齿圈；    36、输出轴；    37、行星架；
38、行星架制动器；    39、离合器。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
实施方式一
请参阅图3以及图4，一种集中驱动式纯电动车动力系统，包括动力电源、电机控制器、驱动电机、液控式自动变速器、用于驱动液控式自动变速器换档的油泵和动力分流装置，所述动力电源、电机控制器和驱动电机依次电连接，所述动力分流装置包括与驱动电机连接并且带有齿轮的输入轴1，分别与输入轴1齿轮啮合的第一分流齿轮21和第二分流齿轮31，连接于第一分流齿轮21与油泵之间的第一单排行星轮齿轮系(即图4中的上部的行星轮系)，以及连接于第二分流齿轮31与液控式自动变速器(以下简称AT)之间的第二单排行星轮齿轮系(即图4中下部的行星轮系)，其中，第一单排行星轮齿轮系与第二单排行星轮齿轮系为单排单级行星轮齿轮系；
所述第一单排行星轮齿轮系包括齿圈23、连有太阳轮的输出轴26、行星轮22、行星架27、齿圈制动器28和用于控制输出轴与齿圈结合或分离的离合器29，所述行星轮22设置于行星架27上，行星架27连接于第一分流齿轮21，行星轮22与齿圈23啮合，太阳轮与行星轮22啮合，齿圈23连接于离合器29的主动部分，输出轴26连接于油泵以及通过花键连接于离合器29的从动部分，所述离合器29包括挡圈24和推力轴承25；
所述第二单排行星轮齿轮系包括太阳轮、行星轮32、行星架37、连有输出轴36的齿圈33、行星架制动器38和用于控制行星架与齿圈结合或分离的离合器39，所述输出轴36连接于液控式自动变速器(AT)，太阳轮与第二分流齿轮31同轴连接并与行星轮32啮合，行星轮32设置于行星架37上并与齿圈33啮合，行星架37连接于离合器39的主动部分，齿圈33连接于离合器39的从动部分。
在本实施方式中，所述离合器优选为电磁离合器，所述齿圈制动器和行星架制动器优选为外置式制动器，所述齿圈制动器、行星架制动器和离合器均为电控式，由车辆的动力电源提供工作电压。当然，本发明并不仅限于本实施方式中所提到的离合器和制动器种类。
该动力分流装置工作机理为：输入轴1的动力经过第一分流齿轮21和第二分流齿轮31实现动力分流；第一分流齿轮21为图3中上部的行星轮系(即第一单排行星轮齿轮系)提供动力驱动油泵，第二分流齿轮31为下部的行星轮(即第二单排行星轮齿轮系)为AT提供动力驱动整车行驶。上部的行星轮系可实现直接档和升速档功能：当电磁离合器29得电吸合并且齿圈制动器28分离时，由于带太阳轮的输出轴26与齿圈23连接一起，带动行星架27一起同向同转速运作，实现直接档；当离合器29分离且齿圈制动器28制动时，齿圈固定不动，动力由行星架27传递到太阳轮，实现升速后传递给油泵。
下部的行星轮系可实现空档、直接档和倒档功能：当行星架制动器38分离和电磁离合器39分离时，行星架37和齿圈33自由转动，第二分流齿轮31的动力无法传递给输出轴36，实现空档功能；当行星架制动器38制动和电磁离合器39分离时，行星架37固定不动，第二分流齿轮31经齿圈33降速后传递给输出轴36，实现反转降速档功能；当行星架制动器38分离和电磁离合器39结合时，实现直接档。
结合以上关于动力分流装置工作原理分析和图4中的整车传动系其他部件，并参考图5的整车动力系控制流程图，简述整车各行驶工况下的传动系工作原理如下：当车辆处于正向行车状态，上位机(整车控制器)先判断车辆是否为怠速状态。若是，则电机低转速稳定运转(300r/min)，上行星轮系处于升速档驱动油泵工作，下行星轮系处于空档，驱动轮无动力输出；若不是，则继续判断车辆是否低速状态(假定电机转速300～1000r/min)，当电机转速低于1000r/min，则上行星轮系处于升速档驱动油泵工作，当电机转速高于1000r/min，则上行星轮系处于直接档驱动油泵工作，下行星轮系匀处于直接档，驱动轮动力输出。当车辆处于反向行车状态，上位机控制电机以最低300r/min稳定运行，上行星轮系处于升速档，下行星轮系处于减速倒档状态，实现与AT配合完成倒车功能。
从以上的分析可以看出，在本发明中，驱动电机只需在保持同向、比较窄的调速范围内(300～3000r/min)工作,就能满足纯电动车各种工况下的动力需求。
本发明解决现有带液控式自动变速器的集中驱动式纯电动动力系统需单独配置辅助电机及其控制器来提供换挡压力油导致成本高、整车布置困难等问题。利用所设计的动力分流机构，可在不改变驱动电机转向的情况下，完成整车倒车功能，并能保证油泵处于正常工作转速范围内提供换挡压力油。
利用外置式制动器和电磁离合器，该分流装置可以车辆所配置的蓄电池电源作为工作电压，并且控制简单，在集中驱动式纯电动车辆有较好地适应性。更难能可贵的是，驱动电机的转速范围要求窄、速度低、同向控制即可，可进一步提高控制精度和电机的购置成本。
实施方式二
请参阅图6，为本发明集中驱动式纯电动车动力系统的另一实施方式，与实施方式一不同的时，本实施方式中，采用单排双级行星轮齿轮系取代原先的第二单排行星轮齿轮系(单排单级行星轮齿轮系)。
具体为单排双级行星轮齿轮系包含离合器19、齿圈制动器18、太阳轮11、齿圈14、第一行星轮13、第二行星轮12、行星架17以及与行星架固结的输出轴36；所述齿圈制动器用于控制齿圈制动或释放，太阳轮11通过连接轴连接于第二分流齿轮31，并且，太阳轮11与第一行星轮13啮合，第一行星轮13与第二行星轮12啮合，第二行星轮12与齿圈14啮合，第一行星轮13与第二行星轮12通过销销接于行星架17上，行星架17连接有输出轴36，输出轴36连接于AT，同时，所述太阳轮11固结于离合器19的主动部分，齿圈14固结于离合器19的从动部分，其中，齿圈14齿数为太阳轮11齿数的2倍。该单排双级行星轮齿轮系的工作原理如下：当离合器19处于结合状态而齿圈制动器18处于释放状态时，太阳轮11与齿圈14同向同转速，而行星架17被挟持作同向同转速运行，双级行星轮齿轮系实现传动比为1：1的动力输出；当离合器19处于分离状态而齿圈制动器18处于制动状态时，齿圈14固定不动，行星架17实现与太阳轮反向同转速运行，双级行星轮齿轮系实现传动比为-1：1的动力输出；当离合器19处于分离状态而齿圈制动器18处于分离状态时，因为行星轮齿轮系的差动原理导致太阳轮11的动力输入不会传递到输出轴36，双级行星轮齿轮系实现动力分离功能。
本实施方式中，所采用的单排双级行星轮齿轮系取代实施方式一中的第二单排行星轮齿轮系，不仅可以解决背景技术中，普通的齿轮分流机构无法实现在整车倒车或前进双工况下仍然能保证油泵在一定转速范围可靠泵油的问题，同时还可以实现快速换向的离合器装置功能，可在电动机输入转向不变的情况下实现变速器输入轴的正反转运行，使变速器不需要设置倒挡即可实现倒车功能。这样，就使得电机输入与变速器输入之间一定程度上的动力解耦，使电机只需同向转动而控制简单，降低电机控制器成本。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效形状或结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种集中驱动式纯电动车动力系统，包括动力电源、电机控制器、驱动电机、液控式自动变速器和用于驱动液控式自动变速器换档的油泵，所述动力电源、电机控制器和驱动电机依次电连接，其特征在于，还包括动力分流装置，所述动力分流装置包括与驱动电机连接并且带有齿轮的输入轴，分别与输入轴齿轮啮合的第一分流齿轮和第二分流齿轮，连接于第一分流齿轮与油泵之间的第一单排行星轮齿轮系，以及连接于第二分流齿轮与液控式自动变速器之间的第二单排行星轮齿轮系；
所述第一单排行星轮齿轮系包括齿圈、连有太阳轮的输出轴、行星轮、行星架、齿圈制动器和用于控制输出轴与齿圈结合或分离的离合器，所述行星轮设置于行星架上，行星架连接于第一分流齿轮，行星轮与齿圈啮合，太阳轮与行星轮啮合，齿圈连接于离合器的主动部分，输出轴连接于油泵以及离合器的从动部分；
所述第二单排行星轮齿轮系包括太阳轮、行星轮、行星架、连有输出轴的齿圈、行星架制动器和用于控制行星架与齿圈结合或分离的离合器，所述输出轴连接于液控式自动变速器，太阳轮与第二分流齿轮同轴连接并与行星轮啮合，行星轮设置于行星架上并与齿圈啮合，行星架连接于离合器的主动部分，齿圈连接于离合器的从动部分。
2.根据权利要求1所述的集中驱动式纯电动车动力系统，其特征在于，所述离合器为电磁离合器。
3.根据权利要求1所述的集中驱动式纯电动车动力系统，其特征在于，所述第一单排行星轮齿轮系的输出轴上设置有花键，并通过所述花键连接于离合器的从动部分。
4.根据权利要求1所述的集中驱动式纯电动车动力系统，其特征在于，所述齿圈制动器和行星架制动器为外置式制动器。
5.根据权利要求1所述的集中驱动式纯电动车动力系统，其特征在于，所述齿圈制动器、行星架制动器和离合器均为电控式，并由车辆的动力电源提供工作电压。
6.一种集中驱动式纯电动车动力系统，包括动力电源、电机控制器、驱动电机、液控式自动变速器和用于驱动液控式自动变速器换档的油泵，所述动力电源、电机控制器和驱动电机依次电连接，其特征在于，还包括动力分流装置，所述动力分流装置包括与驱动电机连接并且带有齿轮的输入轴，分别与输入轴齿轮啮合的第一分流齿轮和第二分流齿轮，连接于第一分流齿轮与油泵之间的第一单排行星轮齿轮系，以及连接于第二分流齿轮与液控式自动变速器之间的第二单排行星轮齿轮系；
所述第一单排行星轮齿轮系包括齿圈、连有太阳轮的输出轴、行星轮、行星架、齿圈制动器和用于控制输出轴与齿圈结合或分离的离合器，所述行星轮设置于行星架上，行星架连接于第一分流齿轮，行星轮与齿圈啮合，太阳轮与行星轮啮合，齿圈连接于离合器的主动部分，输出轴连接于油泵以及离合器的从动部分；
所述第二单排行星轮齿轮系为双级行星齿轮系，包括太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、连有输出轴的行星架、齿圈、齿圈制动器和用于控制太阳轮与齿圈结合或分离的离合器，所述太阳轮与第二分流齿轮同轴连接并与第一行星轮啮合，第一行星轮与第二行星轮啮合，第二行星轮与齿圈啮合，第一行星轮与第二行星轮设置于行星架上，行星架的输出轴连接于液控式自动变速器，太阳轮连接于离合器的主动部分，齿圈连接于离合器的从动部分。
7.根据权利要求6所述的集中驱动式纯电动车动力系统，其特征在于，所述离合器为电磁离合器。
8.根据权利要求6所述的集中驱动式纯电动车动力系统，其特征在于，所述第一单排行星轮齿轮系的输出轴上设置有花键，并通过所述花键连接于离合器的从动部分。
9.根据权利要求6所述的集中驱动式纯电动车动力系统，其特征在于，所述齿圈制动器为外置式制动器。
10.根据权利要求6所述的集中驱动式纯电动车动力系统，其特征在于，所述齿圈制动和离合器均为电控式，并由车辆的动力电源提供工作电压。
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