CN107499119A - 一种集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统 - Google Patents

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Abstract

一种集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，包括电机、单排行星齿轮系两挡变速器、主减速器、半轴，电机包括电机壳体、定子、转子和电机输出轴，单排行星齿轮系两挡变速器包括变速器壳体、变速器输入轴、太阳轮、行星齿轮、齿圈、一挡制动器、二挡离合器和变速器输出轴，变速器输入轴与太阳轮一体化，行星架与变速器输出轴一体化；主减速器内集成差速器、主减速齿轮组、主减行星齿轮轴和主减行星齿轮，主减速齿轮组包括主减主动齿轮与主减从动齿轮，差速器左右两输出端分别与半轴连接。本发明利用行星齿轮机构运动特点完成换挡，结构紧凑，占用空间小，便于布置，易于维修和更换；电机、变速器轴线与半轴轴线平行，工作稳定，振动噪声小。

Description

一种集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统
技术领域
本发明涉及纯电动汽车动力及传动系统机械设计领域，具体涉及一种集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统。
背景技术
为缓解能源和环境危机，传统内燃机汽车已经朝着电动汽车转型，由于电池关键技术处于瓶颈阶段，对于电动汽车驱动系统的设计成为电动汽车的关键。目前纯电动汽车没有统一形式的驱动系统，直驱电动车效率低，使用性能差，采用与传统传动系结合的电动汽车结构复杂，布置繁琐，重量大且占用空间大，现有驱动系统难以兼顾电动汽车的动力性、经济性和舒适性的使用要求，尚需一种电动车用集成式驱动系统。
专利CN201420272737.4提出了一种电动车用两挡自动变速器，包括输入输出输出轴，一挡主从动齿轮，二挡主从动齿轮，主减速器大齿轮和同步器结合套，取消了离合器，采用同步器结合套换挡，结构简单可靠。但该装置拥有三根平行轴结构，传动效率低，径向尺寸大，空间利用率较低。
专利CN201520131118.8提出了一种行星齿轮式两挡变速器，包括行星机构，换挡机构，输入轴，输出轴和壳体，该装置利用行星机构内啮合传递动力的特点，并通过换挡机构改变行星机构中子机构的连接关系，达到改变传动比的效果。但该装置与电机，减速器，差速器各自相对独立，导致整车装配布置时占用较大的轴向空间，也不利于整车的轻量化。
专利CN201210109760.7公开了一种纯电动汽车用集成驱动装置，该装置将电机，减速器，差速机构集成一体，减少了体积，提高了空间利用率。但该装置采用固定速比的双排行星齿轮减速机构，面对复杂的行车工况，难以保证电机一直工作在高效区。
专利CN201310301920.2公开了一种纯电动汽车集成式行星齿轮系的两挡动力传动系统，该系统将电机，行星轮系变速器和差速器集成为一体，设计独特，传动效率高。但该系统采用了双排行星轮系，导致整个结构的轴向尺寸变大，体积和质量也相应变大，不利于安装布置和整车轻量化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有电动汽车驱动系统存在的上述不足，提供一种集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，将电机、单排行星齿轮系变速箱，主减速器和差速器集成为一体，通过使用单排行星齿轮变速器使电机工作效率提高，同时满足汽车使用要求，集成电机、变速器和差速器的驱动系统，尽可能节约空间，减轻车辆整备质量。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，包括电机、单排行星齿轮系两挡变速器、主减速器、半轴，其中电机包括电机壳体、定子、转子和电机输出轴，单排行星齿轮系两挡变速器包括变速器壳体、变速器输入轴、太阳轮、行星齿轮、齿圈、一挡制动器、二挡离合器和变速器输出轴，电机壳体与变速器壳体连接，电机输出轴通过花键与变速器输入轴连接(电机与变速器同轴线)，一挡制动器通过摩擦片连接变速器壳体和齿圈，齿圈内圈与行星轮配合，二挡离合器通过摩擦片连接太阳轮和行星架，变速器输入轴与太阳轮一体化，行星架与变速器输出轴一体化；主减速器内集成差速器、主减速齿轮组、主减行星齿轮轴和主减行星齿轮，主减速齿轮组包括主减主动齿轮与主减从动齿轮，主减主动齿轮设置于变速器输出轴端部，主减从动齿轮与主减主动齿轮啮合、并同时与差速器壳体连接，主减行星齿轮轴和差速器壳体连成一体，主减行星齿轮轴上装有两个主减行星齿轮，差速器左右两输出端分别与半轴连接。
按上述方案，所述变速器输入轴与二挡离合器的摩擦片共同运动，行星架一端与二挡离合器的从动片共同运动、另一端为变速器输出轴。
按上述方案，所述齿圈外圈与一挡制动器的摩擦片共同运动，一挡制动器的摩擦片浮动于变速器壳体且无法转动。
按上述方案，所述单排行星齿轮系两挡变速器只通过一挡制动器、二挡离合器(单排行星齿轮系)完成两个前进挡(一挡、二挡)、空挡和倒挡的使用要求，变速器壳体有导热片结构。
按上述方案，所述一挡制动器和二挡离合器的驱动单元使用传统的油压系统，或者使用伺服电机和丝杠完成压紧与分离操作。
按上述方案，所述变速器输出轴轴线与半轴输出轴线平行。
按上述方案，当需要分离变速器和主减速器时，将主减速齿轮组的主减主动齿轮替换成法兰盘。
按上述方案，所述电机壳体与变速器壳体通过变速器防护罩连接在一起，电机壳体、变速器壳体与主减速器壳体为连续性连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、利用单排行星齿轮机构运动特点完成换挡，设计独特，结构紧凑，轴向尺寸小，体积小且重量轻，有利于整车布置和轻量化；
2、电机与变速器同轴线，半轴15输出轴线与变速器轴线平行，保证整个系统工作稳定，传动系统效率高，振动噪声小；
3、各部件结构特点鲜明，组合拆卸方便，易于维修和更换；驱动系统效率高，显著提升车辆动力性、经济性和舒适性，有利于产业化应用。
附图说明
图1为本发明集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统的整体结构示意图；
图2为空挡下单排行星齿轮系变速器结构图；
图3为一挡(减速挡)下单排行星齿轮系变速器结构和传动路线图；
图4为二挡(直接挡)下单排行星齿轮系变速器结构和传动路线图；
图中，1-电机，2-电机输出轴，3-变速器防护罩，4-变速器输入轴，5-二挡离合器，6-行星轮，7-齿圈，8-行星架，9-一挡制动器，10-主减主动齿轮，11-主减从动齿轮，12-主减行星齿轮轴，13-差速器壳体，14-主减行星齿轮，15-半轴，16-半轴齿轮，17-主减速器壳体，18-变速器壳体，19-太阳轮。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的原理和特征进一步的描述。
参见图1所示，本发明所述的集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，包括电机1、单排行星齿轮系两挡变速器、主减速器、半轴15，其中电机1包括电机壳体、定子、转子和电机输出轴2，单排行星齿轮系两挡变速器包括变速器壳体18、变速器输入轴4、太阳轮19、行星齿轮6、齿圈7、一挡制动器9、二挡离合器5和变速器输出轴，电机壳体与变速器壳体18连接，电机输出轴2通过花键与变速器输入轴4连接(电机1与变速器同轴线)，一挡制动器9通过摩擦片连接变速器壳体18和齿圈7，齿圈7内圈与行星轮6配合，齿圈7外圈与一挡制动器9(减速挡)的摩擦片共同运动，一挡制动器9的摩擦片浮动于变速器壳体18且无法转动；二挡离合器5通过摩擦片连接太阳轮19和行星架8，变速器输入轴4与太阳轮19一体化，行星架8与变速器输出轴一体化，变速器输入轴4与二挡离合器5的摩擦片共同运动，行星架8一端与二挡离合器5的从动片共同运动、另一端为变速器输出轴；主减速器内集成差速器、主减速齿轮组、主减行星齿轮轴12和主减行星齿轮14，主减速齿轮组包括主减主动齿轮10与主减从动齿轮11，主减主动齿轮10设置于变速器输出轴端部，主减从动齿轮11与主减主动齿轮10啮合、并同时与差速器壳体13连接，主减行星齿轮轴12和差速器壳体13连成一体(差速器壳体13为一整体式壳体)，主减行星齿轮轴12上装有两个主减行星齿轮14，差速器左右两输出端分别与半轴15连接。
单排行星齿轮系两挡变速器只通过一挡制动器9、二挡离合器5(单排行星齿轮系)完成两个前进挡、空挡和倒挡的使用要求，变速器壳体18有导热片结构，保证单排行星齿轮系两挡变速器的工作效率。
电机1与变速器同轴线，变速器输出轴轴线与半轴15输出轴线平行，保证整个系统工作稳定，传动系统效率高，工作状态稳定，振动和噪声小。
整个驱动系统按照车辆动力性、经济性和结构、布置要求，布置方式可为前置前驱、后置后驱或者前后布置四驱形式。如需前置后驱布置，则分离变速器和主减速器，将主减速齿轮组的主减主动齿轮10替换成法兰盘，再通过一根连接法兰盘与车辆后桥的传动轴传递动力至车辆后桥，实现前置后驱的布置方法。
差速器靠主减速器壳体17中的润滑油润滑，在差速器壳体13上开有窗口，供润滑油进出。为保证主减行星齿轮14和主减行星齿轮轴12轴颈之间有良好的润滑，在主减行星齿轮轴12轴颈上铣出一段平面存油，并在主减行星齿轮14的齿间钻有油孔。
单排行星齿轮系变速器中含有润滑油，变速器壳体18底部有油孔，一挡制动器9和二挡离合器5的驱动单元如果使用传统的油压系统供能，变速器壳体18底部安装油泵，使用新式压紧盘压紧摩擦片和从动片，通过润滑油随压紧盘高速旋转达到自封闭效果提供压力，压紧盘停止旋转后自动泄压，或者使用节能的伺服电机和丝杠完成压紧与分离操作，通过伺服电机正反转带动丝杠转动，移动压紧片完成压紧和分离操作。
电机壳体与变速器壳体18通过变速器防护罩3连接在一起，组成两挡变速驱动单元，减少动力总成的轴向尺寸，电机壳体、变速器壳体18与主减速器壳体17为连续性连接，驱动单元直接连接集成了差速器的主减速器，驱动系统没有裸露部分，防止部件受到外界环境影响和破坏，简化结构，节约空间，各部件可单独维修和更换。
工作时，该单排行星齿轮系两挡驱动系统安装在纯电动车驱动桥或驱动转向桥上，电机1的动力通过变速器输入轴4输入、经由行星架8输出到主减主动齿轮10，经过主减从动齿轮11后，最后由半轴15输出(变速器输入轴4为动力输入端、半轴15为动力输出端)。一挡制动器9通过摩擦片连接变速器壳体18和齿圈7，二挡离合器5通过摩擦片连接太阳轮19和行星架8。电动汽车行驶时，一挡制动器9和二挡离合器5工作状态如表1：
表1 变速器部件工作表
挡位 一挡制动器9 二挡离合器10
一挡 + －
二挡 － +
空挡 － －
倒挡 + －
其中，“+”表示结合，“－”表示分离
车辆行驶过程中，驱动系统工作路线具体说明如下：
1)当车辆起步和爬坡低速行驶时，集成式单排行星齿轮系两挡驱动系统处在一挡(即减速挡)运行状态。一挡时，一挡制动器9结合，二挡离合器5分离，如图3所示。电机1经电机输出轴2带动变速器输入轴4，齿圈7通过一挡制动器9与变速器壳体18固定，此时行星轮6绕自身的行星轴自转，同时绕太阳轮19公转，从而带动行星架8以及相连的变速器输出轴、主减主动齿轮10转动，最后经由主减从动齿轮11、差速器壳体13和半轴15输出动力，实现减速增扭效果，驱动车辆实现低速行驶。
此时变速器输入轴4的动力经太阳轮19和行星架8最终输出到半轴15，齿圈7的转速为零，故此时两挡驱动系统的传动比可以通过公式(1)计算：
式中，Z1—太阳轮19的齿数；Z2—齿圈7的齿数；Z3—主减主动齿轮10的齿数；Z4—主减从动齿轮11的齿数。
2)车辆高速行驶时，集成式单排行星齿轮系两挡驱动系统处在二挡(即直接挡)运行状态。二挡时，一挡制动器9分离，二挡离合器5结合，如图4所示。二挡离合器5结合，使得太阳轮19直接与行星架8固连，没有相对转动，齿圈7为被动件，行星轮6之间没有相对运动，行星齿轮系统的各部件同转速转动，整个行星齿轮系统作为一个整体运转，且转向相同。此时由电机输出轴2直接带动整个行星齿轮系统旋转。动力由变速器输入轴4直接传递至主减主动齿轮10，然后经由主减从动齿轮11和半轴15输出动力，实现电机直驱效果，驱动车辆实现高速行驶。
此时变速器输入轴4的动力直接经行星架8、主减速器、差速器输出到半轴15，此时太阳轮19和行星架8共同运动，故此时两挡驱动系统的传动比可以通过公式(2)计算：
式中，Z3—主减主动齿轮10的齿数；Z4—主减从动齿轮11的齿数。
3)空挡时，一挡制动器9和二挡离合器5均处于分离状态，如图2所示，此时太阳轮19随电机1转动，齿圈7与行星轮系都可以自由转动，行星架8无动力输出，主减主动齿轮10不转动，主减速器无动力输入，从而半轴15也无动力输出，此时车辆停止不前或依靠惯性行驶。
4)倒挡时，变速器内部结构工作示意图和一挡时相同，一挡制动器9结合，二挡离合器5分离，动力传递路径也和一挡时相同，但是通过改变电机1转向，使电机1反转，车轮随之反向转动，同时实现减速增扭效果，完成在倒挡下的车辆倒车行驶。
以上内容结合附图对本发明进行了示例性说明，在结构和布局方面还有多种变化和变型，因此等同的技术方案也属于本发明的范畴，采用本发明的构思和方案的非实质性改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，其特征在于：包括电机、单排行星齿轮系两挡变速器、主减速器、半轴，其中电机包括电机壳体、定子、转子和电机输出轴，单排行星齿轮系两挡变速器包括变速器壳体、变速器输入轴、太阳轮、行星齿轮、齿圈、一挡制动器、二挡离合器和变速器输出轴，电机壳体与变速器壳体连接，电机输出轴通过花键与变速器输入轴连接，一挡制动器通过摩擦片连接变速器壳体和齿圈，齿圈内圈与行星轮配合，二挡离合器通过摩擦片连接太阳轮和行星架，变速器输入轴与太阳轮一体化，行星架与变速器输出轴一体化；主减速器内集成差速器、主减速齿轮组、主减行星齿轮轴和主减行星齿轮，主减速齿轮组包括主减主动齿轮与主减从动齿轮，主减主动齿轮设置于变速器输出轴端部，主减从动齿轮与主减主动齿轮啮合、并同时与差速器壳体连接，主减行星齿轮轴和差速器壳体连成一体，主减行星齿轮轴上装有两个主减行星齿轮，差速器左右两输出端分别与半轴连接。
2.根据权利要求1所述的集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，其特征在于：所述变速器输入轴与二挡离合器的摩擦片共同运动，行星架一端与二挡离合器的从动片共同运动、另一端为变速器输出轴。
3.根据权利要求1所述的集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，其特征在于：所述齿圈外圈与一挡制动器的摩擦片共同运动，一挡制动器的摩擦片浮动于变速器壳体且无法转动。
4.根据权利要求1所述的集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，其特征在于：所述单排行星齿轮系两挡变速器只通过一挡制动器、二挡离合器完成两个前进挡、空挡和倒挡的使用要求，变速器壳体有导热片结构。
5.根据权利要求1所述的集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，其特征在于：一挡制动器和二挡离合器的驱动单元使用传统的油压系统，或者使用伺服电机和丝杠完成压紧与分离操作。
6.根据权利要求1所述的集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，其特征在于：所述变速器输出轴轴线与半轴输出轴线平行。
7.根据权利要求1所述的集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，其特征在于：当需要分离变速器和主减速器时，将主减速齿轮组的主减主动齿轮替换成法兰盘。
8.根据权利要求1所述的集成式电动车用单排行星齿轮系两挡驱动系统，其特征在于：所述电机壳体与变速器壳体通过变速器防护罩连接在一起，电机壳体、变速器壳体与主减速器壳体为连续性连接。
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