CN106286781A - 双驱两档自动变速器 - Google Patents

双驱两档自动变速器 Download PDF

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吕宏
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Abstract

双驱两档自动变速器,属于电动汽车技术领域。其特征在于:包括减速齿轮组,减速齿轮组的输入齿轮同时连接两组动力输入机构,两组动力输入机构分别带动所述输入齿轮以不同的速比传动。本双驱两档自动变速器,通过设置减速机构以及与减速机构同时啮合的两组不同的动力输入机构,通过动力输入机构的切换使减速机构的输出齿轮以不同的速比传动,从而实现了电动汽车在行驶中的换档和变速,避免了现有技术中需要通过齿轮切换完成换挡的过程,使得换挡过程更为平顺,由于结构极为简单,因此具有传动效率高的优点。

Description

双驱两档自动变速器
技术领域
[0001]双驱两档自动变速器,属于电动汽车技术领域。
背景技术
[0002]随着当今社会资源的日益匮乏以及国家节能减排政策的号召,电动汽车作为一种新型的交通工具被越来越多的人们所接受。电动汽车的电动机与普通汽车的发动机(内燃机)相比,其最大的优势在于:电动机的能效区间要远远大于发动机的能效区间,因此在电动汽车中,无需配备普通汽车中的多档位的变速箱即可满足电动汽车在大部分路况的行车要求,因此在现有技术中,大多数电动汽车均通过在电动机与车轮之间设置减速器的方式,实现电动机对电动汽车的驱动,并且电动汽车不需要设置变速器的理论已经被大部分厂商所接受。
[0003]对于纯电动汽车而言,人们最关心的技术指标是车速和续航能力。由于目前电动汽车的动力系统主要由电动机、减速器和电池组组成。电动机的转速相比较发动机的转速要快的多,又没有变速箱,因此要提高车速只能通过提高电机的转速实现,这对电机的性能要求就大大提高了,同时在高速状态下,能耗大大提高了,续航能力受到减弱。所以存在配备固定齿比减速器的纯电动汽车经济性不高的问题,而各大电动汽车厂商的思路又受到“电动汽车不需要变速器”理论的束缚,所以为提高电动汽车的续航能力,目前大部分厂商均寄希望于电池技术的重大突破或使用性能更为优异(如功率更大、转速更高)的电动机,但是无论是通过电池或电动机来实现电动汽车续航能力和车速的提高,均不是最优方式,具体而言:一般情况下,电池组的价格会占到电动汽车总价格的35%〜40%,因此使用新技术或容量更大的电池组,势必会增加电动汽车的成本以及自身重量;而使用性能更为优异的电动机,除了会大大增加电动汽车的成本之外,对电动汽车自身的传动系统也将是重大的考验,因此随着最近几年电动汽车技术的逐渐发展,特别是自2015年以来,世界纯电动汽车研究人员已经摒弃了 “纯电动汽车不需要变速箱,只依靠电机的固有特性,配合减速机就完全满足”的理念,并形成了一个统一的共识:对于纯电动汽车而言,变速箱不是“画蛇添足”,而是“锦上添花”,并可以大大提升纯电动汽车的性能。
[0004]虽然研发人员意识到了在电动汽车中使用变速器的必要性,并且在普通汽车中变速箱已经较为成熟,但是普通汽车中的变速箱无法直接移植到电动汽车中进行使用,其原因在于:(1)、由上述可知,由于电动机的能效区大大的宽于发动机的能效区,所以电动机无需匹配多个不同的档位以保证其工作在最佳状态,因此直接将普通汽车上的变速箱移植到纯电动汽车上会出现变速箱巨大的性能过剩的情况。(2 )、普通汽车上的变速箱由于功能较为全面,因此成本较高,会大大提高电动车本身的生产成本。(3)、普通汽车上的变速箱由于档位较多、结构复杂,因此其自身重量较重,所以会大大减少电动汽车的续航能力。
[0005]综上所述,纯电动汽车配备的变速器要满足如下要求:(1)、结构简单,成本低、体积小,并易于实现且有助于提高电动汽车的续航能力;(2)、无需设置过多档位,经电动汽车研发人员共同的研究发现,设置两档的变速器已可以满足电动汽车的需求。因此,鉴于电动汽车自身的特性,需要配备电动汽车专用的变速箱,因此世界各大厂商均开始斥巨资进行电动汽车的变速箱研发,但是目前电动汽车专用变速箱的发展较为缓慢,其原因如下:
(I)、由上述可知,在电动汽车中,两档的变速箱已经可以完全满足电动汽车的需求,但是档位的减少则意味着两个档位的速比差较大,因此在换挡时,无论是手动换挡还是自动换挡,换挡的顿挫感尤为明显,严重影响驾驶的舒适度和行车安全。
[0006] (2)、目前几乎所有自动变速箱都需要换档机构,由上述可知,两个档位之间换挡时会出现明显的顿挫感,这就使得为提升换挡的平顺性,纯电动汽车电机、变速箱在逻辑控制上存在较大的难度,这也是电动汽车未采用变速器的客观原因之一。
[0007] (3)、低成本、体积小的苛刻条件就要求换档原器件不能过于庞大和复杂。
[0008] (4)、鉴于电动汽车的续航能力的要求,需要电动汽车中变速箱的换档执行机构在工作时不能耗用过多的电能。
[0009 ] (5 )、鉴于电动汽车的续航能力的要求,电动汽车的变速箱需要具有较高的传动效率,而目前在普通汽车中,即使是最高端的双离合变速箱,传动效率也只能做到90%左右。
[0010]综上所述,研发一种既节约电能又能实现顺畅自然换挡特别是结构简单、体积小、成本低的电动汽车专用变速器已成为电动汽车领域亟待解决的问题。
发明内容
[0011]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种通过设置减速机构以及与减速机构同时啮合的两组不同的动力输入机构,通过动力输入机构的切换使减速机构的输出齿轮以不同的速比传动,从而实现了电动汽车在行驶中的换档和变速,避免了现有技术中需要通过齿轮切换完成换挡的过程,使得换挡过程更为平顺的双驱两档自动变速器。
[0012]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该双驱两档自动变速器,其特征在于:包括减速齿轮组,减速齿轮组的输入齿轮同时连接两组动力输入机构,两组动力输入机构分别带动所述输入齿轮以不同的速比传动。
[0013]优选的,所述的两组动力输入机构为两组不同速比的减速机构:第一初级减速机构和第二初级减速机构,第一初级减速机构与第二初级减速机构的输入齿轮的齿轮轴上分别连接有驱动电机,第一初级减速机构与第二初级减速机构的输出齿轮同时安装在所述的减速齿轮组输入齿轮的齿轮轴上。
[0014]优选的,所述的减速齿轮组包括相互啮合的中间齿轮和驱动齿轮,所述的第一初级减速机构与第二初级减速机构的输出齿轮与中间齿轮同时安装在中间齿轮轴上。
[0015]优选的,所述的第一初级减速机构包括相互啮合的第一主动齿轮和第一从动齿轮,第一主动齿轮的第一主动齿轮轴上安装有驱动电机,第一从动齿轮套装在中间齿轮轴上。
[0016]优选的,所述的第二初级减速机构包括相互啮合的第二主动齿轮和第二从动齿轮,第二主动齿轮的第二主动齿轮轴上安装有驱动电机,第二从动齿轮套装在中间齿轮轴上。
[0017]优选的,所述的第一初级减速机构的速比大于第二初级减速机构的速比,第二初级减速机构的输出齿轮内部安装有超越离合器。
[0018]优选的,所述的减速齿轮组为差速器减速齿轮组。
[0019]优选的,所述的第一初级减速机构中至少采用一级减速。
[0020]优选的,所述的第二初级减速机构中至少采用一级减速。
[0021 ]与现有技术相比,本发明所具有的有益效果是:
1、本双驱两档自动变速器,通过设置减速机构以及与减速机构同时啮合的两组不同的动力输入机构,通过动力输入机构的切换使减速机构的输出齿轮以不同的速比传动,从而实现了电动汽车在行驶中的换档和变速,避免了现有技术中需要通过齿轮切换完成换挡的过程,使得换挡过程更为平顺。
[0022] 2、在本双驱两档自动变速器中,仅仅通过两套常啮合的齿轮组即组成了两个档位,因此结构极为简单,更为重要的是相比较现有技术的变速箱成本极低且更易于实施,并且能达到很高的精度。
[0023] 3、在本双驱两档自动变速器中,由于结构极为简单,因此传动效率高,理论上可达97%以上。
[0024] 4、由于在第二从动齿轮的内部安装了超越离合器,因此第二初级减速机构只能驱动车辆前进行驶,而不能倒退行驶。第一初级减速机构既能驱动车轮前进行驶又能驱动车辆倒退行驶。当两台电机出现逻辑驱动错误时,如第一初级减速机构驱动车辆前进行驶,第二初级减速机构连接的驱动电机却得到了驱动车辆倒退行驶的指令,第二从动齿轮内部由于加装了超越离合器,所以第二从动齿轮反转超越,此时第二从动齿轮虽然在第二主动齿轮的驱动下进行反转,但是其转动时的扭矩并未加载到中间齿轮轴上,因此消除了中间齿轮轴受两个不同方向扭矩的可能,避免了零件的损坏。
[0025] 5、本双驱两档自动变速器在换挡的过程中,通过两个驱动电机的交替工作完成换挡,而并非是常规变速器中通过不同齿轮的啮合完成换挡,在整个换挡过程中没有动力的中断,因此相比较现有技术中普通汽车的变速器,不存在换挡的过程,因此也不需要换档时间,即换档时间为零。更重要的一点是在整个换档过程中完全是一个柔性跟进或退出的过程,从而不存在任何的换档冲击,使换档过程平顺。同时在两个驱动电机交替工作的过程中,不工作的那个电机处于空转状态,并且可以用于能量回收,工作的那个电机不受任何的影响;两台电机其中一台可作为备份。
[0026] 6、本双驱两档自动变速器在换挡过程中,虽然设置有两个档位,但是未设置换挡机构,仅仅通过驱动电机的工作交替代替换挡,因此避免了繁琐的换挡控制策略,同时避免了换挡时的噪声。
[0027] 7、同时由于没有传统变速箱的换档元件和换档机构,因而在成本上和体积上几乎和目前纯电动汽车的减速箱相差无几,因此无需对现有电动汽车减速箱进行较大的改动即可实现安装和使用,适用性更好。
[0028] 8、从节能性上看,由于没有换档机构,换档过程是不需消耗电能的,并且这部分电能反而变成了电动汽车的驱动电能,因此提高了电能的利用率。
附图说明
[0029]图1为双驱两档自动变速器实施例1小速比结构示意图。
[0030]图2为双驱两档自动变速器实施例3大速比结构示意图。
[0031]其中:1、驱动齿轮2、驱动齿轮轴3、第一从动齿轮4、第二从动齿轮5、中间齿轮6、中间齿轮轴7、第一主动齿轮8、第一主动齿轮轴9、第二主动齿轮10、第二主动齿轮轴11、第三从动齿轮12、第三主动齿轮13、第二中间齿轮轴。
具体实施方式
[0032]图1是本发明的最佳实施例,下面结合附图1〜2对本发明做进一步说明。
[0033] 实施例1:
如图1所示,双驱两档自动变速器,包括外壳(图中未画出)以及设置在外壳内的减速机构,减速机构包括:驱动齿轮轴2、驱动齿轮I以及与驱动齿轮I啮合的中间齿轮5,中间齿轮5固定在中间齿轮轴6上。在中间齿轮轴6上同时固定有第一从动齿轮3和第二从动齿轮4,第一从动齿轮3和第二从动齿轮4分别设置在中间齿轮5的两侧,同时设置有与第一从动齿轮3啮合的第一主动齿轮7以及与第二从动齿轮4啮合的第二主动齿轮9,第一主动齿轮7和第二主动齿轮9分别安装在独立的第一主动齿轮轴8和第二主动齿轮轴10上。在驱动齿轮轴2、中间齿轮轴6、第一主动齿轮轴8以及第二主动齿轮轴10的两侧设置有常规的支撑部件轴承。
[0034]在本双驱两档自动变速器中,第一主动齿轮轴8、第二主动齿轮轴10的外端从相应侧的外壳侧壁中穿出并分别连接一台驱动电机(图中未画出),驱动齿轮轴2的两端均从外壳两侧的侧壁中穿出并分别与汽车车轮相连。第一主动齿轮7的齿数少于第一从动齿轮3的齿数,第一主动齿轮7和第一从动齿轮3组成第一初级减速机构;第二主动齿轮9的齿数少于第二从动齿轮4的齿数,第二主动齿轮9和第二从动齿轮4组成第二初级减速机构,中间齿轮5的齿数少于驱动齿轮I的齿数,中间齿轮5和驱动齿轮I组成次级减速机构。在本双驱两档自动变速器中,仅仅通过两套常啮合的齿轮组即组成了两个档位,因此结构极为简单,更为重要的是相比较现有技术的变速箱成本极低且更易于实施,并且能达到很高的精度。同时由于结构极为简单,因此传动效率高,理论上可达97%以上。
[0035]上述的第一初级减速机构的速比与第二初级减速机构的速比不同,因此通过第一初级减速机构或第二初级减速机构与次级减速机构配合实现了两个不同档位的速比,实现了电动汽车的两个不同档位的减速。在本双驱两档自动变速器中,第一初级减速机构的速比大于第二初级减速机构的速比,因此第一初级减速机构主要用于电动汽车的启动、爬坡以及倒车时的驱动,第二初级减速机构主要用于电动汽车在高速行驶状态下的驱动。
[0036]为避免两台驱动电机出现异常状态而向相反的方向转动时对内部结构特别是对中间齿轮轴6的损坏,在第二从动齿轮4的内部还安装有超越离合器,因此第二初级减速机构连接的驱动电机只能驱动车辆前进,不能驱动倒退。当与第二初级减速机构连接的驱动电机出现反转的情况时,第二从动齿轮4内部的超越离合器启用,此时第二从动齿轮4虽然在第二主动齿轮9的驱动下进行反转,但是其转动时的扭矩并未加载到中间齿轮轴6上,因此消除了因第二从动齿轮4反转而对中间齿轮轴6造成损坏的可能。
[0037] 具体工作过程及工作原理如下:
当电动汽车开始起步时,与第一主动齿轮轴8连接的驱动电机开始工作,此时第一主动齿轮轴8带动第一主动齿轮7转动,第一主动齿轮7进一步带动第一从动齿轮3转动,完成了驱动电机的初级减速。由于第一从动齿轮3与中间齿轮5同时固定在中间齿轮轴6上,因此第一从动齿轮3带动中间齿轮5转动,中间齿轮5进一步带动驱动齿轮I转动,完成了次级减速,而电动汽车的车轮安装在驱动齿轮轴2的两端,因此实现了驱动电机带动电动汽车动作,并完成电动汽车的起步。
[0038]随着电动汽车速度的逐渐上升,与第二主动齿轮轴10连接的驱动电机开始转动,并进一步带动第二主动齿轮9开始转动,第二主动齿轮9转动后带动第二从动齿轮4开始转动,完成了初级减速。由于在第二从动齿轮4的内部安装有超越离合器,因此在第二从动齿轮4的转速小于中间齿轮轴6的转速时,第二从动齿轮4虽然处于转动的状态,但是其转矩并未加载到中间齿轮轴6上,当第二从动齿轮4的转速等于或高于中间齿轮轴6的转速之后,第二从动齿轮4开始代替第一从动齿轮3带动中间齿轮轴6的转动,此时与第一主动齿轮轴8连接的驱动电机停止工作,完成换挡。然后由第二从动齿轮4进一步通过中间齿轮轴6带动中间齿轮5以及驱动齿轮I转动,使得电动汽车处于高速行驶的状态。减速时则相反。
[0039]由上述可知,本双驱两档自动变速器在换挡的过程中,通过两个驱动电机的交替工作完成换挡,而不是常规变速器中通过不同齿轮的啮合完成换挡,在整个换挡过程中没有动力中断,因此相比较现有技术中普通汽车的变速器,不存在换挡的过程,因此也不需要换档时间,即换档时间为零,更重要的一点是整个换档过程中完全是一个柔性跟进或退出的过程,从而不存在任何的换档冲击,换档是完全平顺的。
[0040]本双驱两档自动变速器在换挡的过程中,虽然设置有两个档位,但是没有设置换挡机构,仅仅通过驱动电机的交替工作,完成换挡,因此避免了繁琐的换挡控制策略,同时避免了换挡时的噪声。同时由于舍弃了传统变速箱的换档元件和换档机构,因而从成本上和体积上几乎和目前纯电动汽车上的减速箱相差无几,因此无需对现有电动汽车中减速箱进行较大的改动即可实现安装和使用,适用性更好。从节能性上看,由于没有换档机构,换档的过程是不需要消耗电能的,并且这部分电能反而变成了电动汽车的驱动电能,因此提高了电能的利用率。
[0041 ] 实施例2:
实施例2与实施例1的区别在于:在本实施例中,在电动汽车前轮轴和两后轮轴上分别设置一套实施例1所示的双驱两档自动变速器,从而通过四台驱动电机(分别记为驱动电机A、驱动电机B、驱动电机C、驱动电机D)实现了电动汽车前轴、后轴的分别驱动,并可通过对四台不同的驱动电机进行不同的逻辑控制,使得电动汽车可有多个速比多种动力行驶状态,可以分别达到十五个速比和十五个不同的动力组合:A、B、C、D、AB、AC、AD、BC、BD、CD、ABC、A⑶、ABD、B⑶、AB⑶。同时非常简单地实现了适时四驱。
[0042] 实施例3:
如图2所示,实施例3与实施例1的区别在于:在上述由第一主动齿轮7和第一从动齿轮3啮合组成的第一初级减速机构中增加第三从动齿轮11和第三主动齿轮12,其中第三从动齿轮11与第一主动齿轮7啮合,第三主动齿轮12与第一从动齿轮3啮合,第三从动齿轮11和第三主动齿轮12同时安装在第二中间齿轮轴13上。在第一主动齿轮轴8与中间齿轮轴6之间增加了第二中间齿轮轴13和第三从动齿轮11、第三主动齿轮12可以实现大速比传动。速比可达到几百比一或更高。
[0043]在第一初级减速机构中,设置了两级减速或多级减速,可以实现更为丰富的速比设置,因此不仅可以应用到小型电动汽车上,还可以应用到重型车辆的牵引和起步中,并且会大大降低驱动电机的功率。第二初级减速机构也可以采用两级减速或多级减速的形式实现。
[0044]以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.双驱两档自动变速器,其特征在于:包括减速齿轮组,减速齿轮组的输入齿轮同时连接两组动力输入机构,两组动力输入机构分别带动所述输入齿轮以不同的速比传动。
2.根据权利要求1所述的双驱两档自动变速器,其特征在于:所述的两组动力输入机构为两组不同速比的减速机构:第一初级减速机构和第二初级减速机构,第一初级减速机构与第二初级减速机构的输入齿轮的齿轮轴上分别连接有驱动电机,第一初级减速机构与第二初级减速机构的输出齿轮同时安装在所述的减速齿轮组输入齿轮的齿轮轴上。
3.根据权利要求2项所述的双驱两档自动变速器,其特征在于:所述的减速齿轮组包括相互啮合的中间齿轮(5)和驱动齿轮(I),所述的第一初级减速机构与第二初级减速机构的输出齿轮与中间齿轮(5)同时安装在中间齿轮轴(6)上。
4.根据权利要求3所述的双驱两档自动变速器,其特征在于:所述的第一初级减速机构包括相互啮合的第一主动齿轮(7)和第一从动齿轮(3),第一主动齿轮(7)的第一主动齿轮轴(8)上安装有驱动电机,第一从动齿轮(3)套装在中间齿轮轴(6)上。
5.根据权利要求3所述的双驱两档自动变速器,其特征在于:所述的第二初级减速机构包括相互啮合的第二主动齿轮(9)和第二从动齿轮(4),第二主动齿轮(9)的第二主动齿轮轴(10)上安装有驱动电机,第二从动齿轮(4)套装在中间齿轮轴(6)上。
6.根据权利要求2所述的双驱两档自动变速器,其特征在于:所述的第一初级减速机构的速比大于第二初级减速机构的速比,第二初级减速机构的输出齿轮内部安装有超越离合器。
7.根据权利要求1所述的双驱两档自动变速器,其特征在于:所述的减速齿轮组为差速器减速齿轮组。
8.根据权利要求2所述的双驱两档自动变速器,其特征在于:所述的第一初级减速机构中至少采用一级减速。
9.根据权利要求2所述的双驱两档自动变速器,其特征在于:所述的第二初级减速机构中至少采用一级减速。
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