CN106438872A - 用于电动车辆的变速器 - Google Patents

Abstract

一种用于电动车辆的变速器,包括：接收动力的输入轴；与输入轴平行设置的输出轴；多个换档齿轮单元，各自包括将输入轴和输出轴相互连接的外齿轮；同步啮合系统，将换档齿轮单元中的任一者切换为输入轴与输出轴之间的可动力传输状态或不可动力传输状态；伺服齿轮单元，包括在输入轴和输出轴上相互啮合的一对外齿轮；以及伺服离合器，通过伺服齿轮单元调节输入轴与输出轴之间的动力传输的程度。

Description

用于电动车辆的变速器

技术领域

本发明总体涉及汽车变速器。更具体地，本发明涉及一种电动机连接至变速器输入轴的用于电动车辆的变速器的结构及其控制方法。

背景技术

电动车辆配备有电驱动的电动机，并且车辆由来自电动机的动力驱动。

这种电动机与现有技术的内燃机不同，从低速期间直到较高速期间输出高扭矩，并可通过仅控制电动机的速度和扭矩来驱动车辆，但当另外安装变速器时，与电动机的尺寸和容量相比，可实现更高的速度或扭矩水平。

因此，电动车辆配备有能够在将来自电动机的动力传输至驱动轮的过程中调节扭矩和速度的变速器，并且不同于与现有技术的内燃机一起使用的变速器，该变速器具有较少的档位，以便使由于变速器所致的重量和成本的增加最小化，减小电动机的尺寸和容量，并且确保与配备有现有技术的内燃机的车辆接近的速度。

作为能够以简单的结构低成本制造并可更有效地传输动力的变速机构，存在一种在现有技术的自动变速器中使用的同步啮合类型，但在该类型中，产生在换档时使传输至输出轴的扭矩完全阻断的扭矩中断，从而妨碍平稳换档。

前述内容旨在仅帮助理解本发明的背景，而并非旨在意味着本发明落入本领域技术人员已知的现有技术的范围内。

发明内容

因此，本发明是考虑到现有技术中出现的以上问题而做出的，并且本发明旨在提供一种汽车变速器，其能够以简单的结构低成本制造，防止扭矩中断，并提供平稳换档，从而提高车辆的商业价值。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种用于电动车辆的变速器，该变速器包括：接收动力的输入轴；与输入轴平行设置的输出轴；多个换档齿轮单元，各自包括将输入轴和输出轴相互连接的外齿轮，用以产生不同的传动比；同步啮合系统，将换档齿轮单元中的任一者切换为输入轴与输出轴之间的可动力传输状态或不可动力传输状态；伺服齿轮单元，包括在输入轴和输出轴上相互啮合的一对外齿轮，用以提供比换档齿轮单元中的具有最低变速比的换档齿轮单元的变速比更低的传动比；以及伺服离合器，通过伺服齿轮单元调节输入轴与输出轴之间的动力传输的程度。

在换档齿轮单元中，输入轴上的外齿轮和输出轴上的外齿轮中的任一外齿轮可不在相应的轴上旋转，而另一外齿轮可在相应的轴上自由旋转。

同步啮合系统可通过阻止能够在相应的轴上自由旋转的外齿轮在相应的轴上旋转，允许输入轴与输出轴之间的动力传输。

换档齿轮单元可以是具有较高变速比的第一换档齿轮单元和具有较低变速比的第二换档齿轮单元，第一换档齿轮单元可包括不在输入轴上旋转的第一驱动齿轮和在输出轴上旋转的第一从动齿轮，第二换档齿轮单元可包括不在输入轴上旋转的第二驱动齿轮和在输出轴上旋转的第二从动齿轮，并且同步啮合系统可通过在输出轴的轴向上的两个直线行程，将第一从动齿轮和第二从动齿轮切换为在输出轴上的可旋转状态和不可旋转状态。

伺服齿轮单元可包括在输入轴上旋转的伺服驱动齿轮和不在输出轴上旋转的伺服从动齿轮，并且伺服离合器可以是设置在输入轴与伺服驱动齿轮之间、用以根据输入轴的轴向位移调节输入轴与伺服驱动齿轮之间的动力传输程度的锥形离合器。

将驱动力供应给车辆的电动机可直接连接至输入轴。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供一种控制用于电动车辆的变速器的方法，该方法包括：当发出从当前接合档位转换至期望档位的动力保持换档指令时，由控制器使伺服离合器接合以产生摩擦力，使得扭矩经过伺服齿轮单元从输入轴传输至输出轴的伺服接合步骤；在伺服接合步骤之后，通过由控制器操作同步啮合系统使同步啮合系统从当前接合档位分离的换至空档步骤；通过由控制器控制伺服离合器使同步啮合系统与期望档位同步的同步步骤；在同步步骤完成后，通过由控制器操作同步啮合系统使同步啮合系统与期望档位接合的期望档位接合步骤；以及在期望档位接合步骤之后，由控制器使伺服离合器分离的换档完成步骤。

伺服齿轮单元的变速比可小于当前接合档位的传动比和期望档位的传动比，并且当通过伺服接合步骤使经过当前接合档位传输的扭矩改变成经过伺服齿轮单元传输时，可执行换至空档步骤。

在同步步骤中，可通过控制操作伺服离合器的力，使输入轴的速度与直接连接至输入轴的电动机的期望速度同步。

本发明提供一种能够以简单的结构低成本制造的用于电动车辆的变速器，因此能够减小安装在车辆上的电动机的尺寸和容量，并且能够降低制造成本和提高车辆的燃料效率。此外，能够确保优异的动力性能，且特别地，能够通过防止换档时的扭矩中断和冲击确保平稳的换档，因此能够提高车辆的商业价值。

附图说明

从以下结合附图进行的详细说明中，将会更清楚地理解本发明的以上和其他目的、特征和优点，其中：

图1是示出根据本发明的实施例的用于电动车辆的变速器的配置的图；

图2A至图2E是示出图1的变速器执行动力保持升档的图；

图3A至图3E是示出图1的变速器执行动力保持降档的图；

图4是示出图1的变速器执行动力保持升档的示例的流程图；并且

图5是示出图1的变速器执行动力保持降档的示例的流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明的用于电动车辆的变速器的实施例可包括：接收动力的输入轴IN；与输入轴平行设置的输出轴OUT；多个换档齿轮单元，各自包括能够将输入轴和输出轴相互连接的外齿轮以产生不同的变速比；同步啮合系统SS，将换档齿轮单元中的任一者切换为输入轴与输出轴之间的可动力传输状态或不可动力传输状态；伺服齿轮单元SBU，包括用以提供比换档齿轮单元中具有最低变速比的换档齿轮单元的变速比更低的传动比的、在输入轴和输出轴上相互啮合的一对外齿轮；以及伺服离合器SC，能够通过伺服齿轮单元调节输入轴与输出轴之间的动力传输程度。

将驱动力供应给车辆的电动机M直接连接至输入轴IN，并且电动机M、同步啮合系统SS和伺服离合器SC可由控制器CLR控制。

在换档齿轮单元中，输入轴上的外齿轮和输出轴上的外齿轮中的任一者不可在相应的轴上旋转，而另一者可在相应的轴上自由旋转。

通过阻止可在相应的轴上自由旋转的外齿轮在相应的轴上旋转，同步啮合系统SS允许输入轴与输出轴之间的动力传输。

在本实施例中，换档齿轮单元是具有较高变速比的第一换档齿轮单元SGU1和具有较低变速比的第二换档齿轮单元SGU2，因此其可提供总共两阶的换档。

第一换档齿轮单元SGU1包括不在输入轴上旋转的第一驱动齿轮D1和在输出轴上旋转的第一从动齿轮P1，并且第二换档齿轮单元SGU2包括不在输入轴上旋转的第二驱动齿轮D2和在输出轴上旋转的第二从动齿轮P2。

同步啮合系统SS可通过在输出轴的轴向的两个直线行程，将第一从动齿轮P1和第二从动齿轮P2切换为输出轴上的可旋转状态和不可旋转状态。

即，同步啮合系统设置在输出轴上，并可通过将其套筒与一体连接至第一从动齿轮的离合器齿轮啮合来阻止第一从动齿轮在输出轴上旋转，或者可通过将该套筒与一体连接至第二从动齿轮的离合器齿轮啮合来阻止第二从动齿轮在输出轴上旋转，或者可形成与第一从动齿轮和第二从动齿轮两者均不啮合的的空档状态。

显然，同步啮合系统可由用于将第一从动齿轮与输出轴连接或断开的同步啮合系统和用于将第二从动齿轮与输出轴连接或断开的同步啮合系统构成。

当第一换档齿轮单元SGU1和第二换档齿轮单元SGU2被配置成使得第一驱动齿轮和第二驱动齿轮可在输入轴上旋转，并且第一从动齿轮和第二从动齿轮不可在输出轴上旋转时，同步啮合系统可设置在输入轴上，以将第一驱动齿轮和第二驱动齿轮与输入轴连接或断开。

在本实施例中，伺服齿轮单元SBU包括可在输入轴上旋转的伺服驱动齿轮DS和不可在输出轴上旋转的伺服从动齿轮PS。

如上所述，伺服齿轮单元SBU提供比换档齿轮单元中具有最低变速比的换档齿轮单元的传动比更低的传动比。

即，在本实施例中，伺服齿轮单元具有比第一换档齿轮单元和第二换档齿轮单元的变速比低的变速比，因此例如，当第一换档齿轮单元SGU1具有3.3的变速比并且第二换档齿轮单元SGU2具有1.8的变速比时，伺服齿轮单元SBU的变速比设定为约1.75。

当使同步啮合系统从当前接合档位分离时，且更准确地，当使同步啮合系统的套筒与当前接合档位的离合器齿轮断开时，这种配置用于将同步啮合系统的套筒无冲击地平稳地移动至空档状态。

伺服离合器SC是设置在输入轴IN与伺服驱动齿轮DS之间、以便能够根据输入轴的轴向位移调节输入轴与伺服驱动齿轮之间的动力传输程度的锥形离合器。

显然，当伺服驱动齿轮不可旋转地设置在输入轴上并且伺服从动齿轮可旋转地设置在输出轴上时，伺服离合器可以是设置在输出轴上、能够调节输出轴与伺服从动齿轮之间的动力传输程度的锥形离合器。

如图2A至图5中所示，根据本发明的控制具有上述配置的变速器的方法可包括：当发出从当前接合档位转换至期望档位的动力保持(power-on)换档指令时，通过控制器使伺服离合器接合以产生摩擦力使得扭矩经由伺服齿轮单元从输入轴传输至输出轴的伺服接合步骤(S10)；在伺服接合步骤之后通过由控制器操作同步啮合系统使同步啮合系统从当前接合档位分离的换至空档步骤(S20)；通过由控制器控制伺服离合器使同步啮合系统与期望档位同步的同步步骤(S30)；在同步步骤完成后通过由控制器操作同步啮合系统使同步啮合系统与期望档位接合的期望档位接合步骤(S40)；以及在期望档位接合步骤之后通过控制器使伺服离合器分离的换档完成步骤(S50)。

显然，伺服齿轮单元SBU的变速比小于当前接合档位的传动比和期望档位的传动比，并且当通过伺服接合步骤(S10)使经由当前接合档位传输的扭矩改变为经由伺服齿轮单元SBU传输时，执行换至空档步骤(S20)。

在同步步骤(S30)中，通过控制操作伺服离合器的力，可使输入轴的速度与直接连接至输入轴的电动机的期望速度同步。

参照图2A至图2E和图4说明本发明的变速器在动力保持升档时的行为和控制该变速器的方法。

图2A示出当以一速驱动车辆时的状态，其中来自电动机的动力通过第一驱动齿轮和第一从动齿轮变速并传输至输出轴，并且同步啮合系统通过将第一从动齿轮连接至输出轴而阻止第一从动齿轮与输出轴之间的相对旋转。

图2B示出伺服接合步骤(S10)，即，当驾驶者踩下加速踏板发出转换至高档位的动力保持升档指令时，控制器控制伺服离合器产生摩擦力。

当如上所述通过伺服离合器SC产生摩擦力时，伺服齿轮单元的变速比小于一档的传动比，因此已从第一驱动齿轮传输至第一从动齿轮的扭矩开始逐渐通过伺服齿轮单元传输，并且扭矩逐渐减少地在第一驱动齿轮与第一从动齿轮之间传输。

在此状态下，控制器CLR执行换至空档步骤(S20)，使得同步啮合系统的套筒与第一从动齿轮的离合器齿轮无冲击或噪声地平稳地分离。

显然，由于来自输入轴的扭矩通过伺服齿轮单元SBU传输至输出轴，因而在变速器中不产生扭矩中断，并且驱动车辆所需的扭矩连续地传输至输出轴，如图2C中所示。

然后，控制器CLR通过控制伺服离合器SC执行同步。即，当使输入轴的速度与直接连接至输入轴的电动机的期望速度同步，并且因此使期望档位与同步啮合系统同步时，如图2D中所示，通过使同步啮合系统的套筒与第二从动齿轮接合来执行期望档位接合步骤(S40)。

然后，如图2E中所示，控制器CLR使伺服离合器SC分离，从而完成动力保持升档。

因此，在使同步啮合系统从当前接合档位分离然后与期望档位接合的过程中，防止切断传输至输出轴的扭矩的扭矩中断。此外，使同步啮合系统从当前接合档位无冲击地平稳地分离，因此平稳地实现换档，并可提高车辆的商业价值。

图3A至图3E和图5示出从作为当前接合档位的二档转换至作为期望档位的一档的动力保持降档。

图3A示出第二变速档接合的状态，其中来自电动机的动力通过第二驱动齿轮和第二从动齿轮变速并传输至输出轴，并且同步啮合系统通过将第二从动齿轮连接至输出轴而阻止第二从动齿轮与输出轴之间的相对旋转。

图3B示出伺服接合步骤(S10)，即，当驾驶者踩下加速踏板发出转换至低档位的动力保持降档指令时，控制器CLR控制伺服离合器SC产生摩擦力。

当如上所述通过伺服离合器SC产生摩擦力时，伺服齿轮单元的变速比小于二档的传动比，因此已从第二驱动齿轮传输至第二从动齿轮的扭矩开始逐渐通过伺服齿轮单元传输，并且扭矩逐渐减少地在第二驱动齿轮与第二从动齿轮之间传输。

在此状态下，控制器CLR执行换至空档步骤(S20)，使得同步啮合系统的套筒与第二从动齿轮的离合器齿轮无冲击或噪声地平稳地分离。

显然，由于来自输入轴的扭矩通过伺服齿轮单元SBU传输至输出轴，因而在变速器中不产生扭矩中断，并且驱动车辆所需的扭矩连续地传输至输出轴，如图3C中所示。

然后，控制器CLR通过控制伺服离合器SC执行同步。即，当使输入轴的速度与直接连接至输入轴的电动机的期望速度同步，并且因此使期望档位与同步啮合系统同步时，如图3D中所示，通过使同步啮合系统的套筒与第一从动齿轮接合而执行期望档位接合步骤(S40)。

在换至空档步骤之前的伺服接合步骤中，将伺服离合器SC控制成使得伺服离合器的摩擦力增加，并且当换至空档步骤(S20)完成且同步步骤(S30)开始时，将伺服离合器SC控制成使得伺服离合器SC的摩擦力略微减小，因此与电动机直接连接的输入轴的速度增加至用于与期望档位同步的速度，以便进行同步。

然后，如图3E中所示，控制器CLR使伺服离合器SC分离，从而完成动力保持降档。

因此，类似于动力保持升档，在动力保持降档过程中，防止切断传输至输出轴的扭矩的扭矩中断。此外，使同步啮合系统从当前接合档位无冲击地平稳地分离，因此平稳地实现换档，并可提高车辆的商业价值。

虽然参照附图中所示的具体实施例说明了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所附权利要求所述的本发明的范围的情况下，可以各种方式变更和修改本发明。

Claims (8)

1.一种用于电动车辆的变速器，包括：

接收动力的输入轴；

与所述输入轴平行设置的输出轴；

多个换档齿轮单元，各自包括将所述输入轴和输出轴相互连接的外齿轮，用以产生不同的传动比；

同步啮合系统，将所述换档齿轮单元中的任一者切换为所述输入轴与输出轴之间的可动力传输状态或不可动力传输状态；

伺服齿轮单元，包括在所述输入轴和输出轴上相互啮合的一对外齿轮，用以提供比所述换档齿轮单元中的具有最低变速比的换档齿轮单元的变速比更低的传动比；以及

伺服离合器，通过所述伺服齿轮单元调节所述输入轴与输出轴之间的动力传输程度。

2.根据权利要求1所述的变速器，其中，在所述换档齿轮单元中，所述输入轴上的外齿轮和所述输出轴上的外齿轮中的任一外齿轮不可在相应的轴上旋转，而另一外齿轮能够在相应的轴上自由旋转，并且

所述同步啮合系统通过阻止能够在相应的轴上自由旋转的外齿轮在相应的轴上旋转，允许所述输入轴与输出轴之间的动力传输。

3.根据权利要求1所述的变速器，其中所述换档齿轮单元是具有较高变速比的第一换档齿轮单元和具有较低变速比的第二换档齿轮单元，

所述第一换档齿轮单元包括不在所述输入轴上旋转的第一驱动齿轮和在所述输出轴上旋转的第一从动齿轮，

所述第二换档齿轮单元包括不在所述输入轴上旋转的第二驱动齿轮和在所述输出轴上旋转的第二从动齿轮，并且

所述同步啮合系统通过在所述输出轴的轴向上的两个直线行程，将所述第一从动齿轮和第二从动齿轮切换为在所述输出轴上的可旋转状态和不可旋转状态。

4.根据权利要求1所述的变速器，其中所述伺服齿轮单元包括在所述输入轴上旋转的伺服驱动齿轮和不在所述输出轴上旋转的伺服从动齿轮，并且

所述伺服离合器是设置在所述输入轴与所述伺服驱动齿轮之间、用以根据所述输入轴的轴向位移调节所述输入轴与所述伺服驱动齿轮之间的动力传输程度的锥形离合器。

5.根据权利要求1所述的变速器，其中供应车辆用驱动力的电动机直接连接至所述输入轴。

6.一种控制用于电动车辆的变速器的方法，包括：

当发出从当前接合档位转换至期望档位的动力保持换档指令时，由控制器使伺服离合器接合以产生摩擦力，使得扭矩经过伺服齿轮单元从输入轴传输至输出轴的伺服接合步骤；

在所述伺服接合步骤之后，通过由所述控制器操作同步啮合系统使所述同步啮合系统从当前接合档位分离的换至空档步骤；

通过由所述控制器控制所述伺服离合器使所述同步啮合系统与期望档位同步的同步步骤；

在所述同步步骤完成后，通过由所述控制器操作所述同步啮合系统使所述同步啮合系统与期望档位接合的期望档位接合步骤；以及

在所述期望档位接合步骤之后，由所述控制器使所述伺服离合器分离的换档完成步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述伺服齿轮单元的变速比小于所述当前接合档位的传动比和所述期望档位的传动比，并且

当通过所述伺服接合步骤使经过当前接合档位传输的扭矩改变成经过所述伺服齿轮单元传输时，执行所述换至空档步骤。

8.根据权利要求6所述的方法，其中在所述同步步骤中，通过控制操作所述伺服离合器的力，使所述输入轴的速度与直接连接至所述输入轴的电动机的期望速度同步。