CN108050222B - 一种两挡电动汽车电力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种两挡电动汽车电力驱动系统,其特征主要由电动机、第一行星齿轮排、第二行星齿轮排、第一制动器、第二制动器、双联齿轮、主减小齿轮、主减大齿轮、驻车制动部分、差速器和壳体组成,第一行星齿轮排和第二行星齿轮排通过双联齿轮连接,具有传动比调节范围大的优点;制动部分采用第一制动器与第二制动器内外嵌套式结构,通过交替制动实现挡位的转换;另外,驻车制动部分采用差动轮系驻车,能够以较小的扭矩实现车辆的锁止。本发明具有2个前进挡,2个后退档和1个空挡,同时传动效率高、结构紧凑、换挡方式简单,对现有电动汽车动力传动系统结构提供了一种新的方案参考,具有较好的使用价值和应用前景。

Description

一种两挡电动汽车电力驱动系统
技术领域
本发明属于电动汽车驱动领域,具体涉及一种两挡电动汽车电力驱动系统。
背景技术
随着石油不可再生能源的逐渐减少,电动汽车代替燃油汽车必将是未来汽车领域发展的趋势。现有电动汽车动力系统中的定传动比变速器对电机的要求较高,难以满足山区陡坡等复杂路况的车辆行驶要求。为此,研制含有多档变速要求的电动汽车变速器是电动汽车推广的重要前提。考虑到电动机具有较大范围的扭矩调节范围,以及电动车动力总体体积限制,通常采用两档变速。由于行星齿轮结构灵活多变,传动比易于调节,换挡方式较为简单,广泛用于变速器的设计当中,因此,利用行星齿轮实现挡位调节成为两变速器设计的首选方案。
专利CN105546073A公开了一种基于双级行星排两挡变速器的电驱动系统,第一行星排太阳轮,其连接驱动电机的输出轴;第一行星排行星齿轮为双联齿轮,其固定连接第一行星排行星架;第二太阳轮双联齿轮,其分别与第一行星齿轮和第二行星齿轮啮合;第二行星排内齿圈与驱动系统壳体固定连接;第二行星排行星架作为输出轴。
专利CN106195194A公开方案为:行星排太阳轮同时与第一行星齿轮和第二行星齿轮啮合,第一行星排内齿圈固定在壳体上;离合器设置在第一行星排行星架和第二行星排内齿圈之间,通过控制离合器的闭合实现行星架的转动或固定;第二行星排行星架与差速器壳啮合,输出动力。
专利CN103953698A方案以辛普森式复合行星排为中心,输入轴与前、后太阳轮固联,前排行星架通过第二制动器与壳体选择性连接,前排行星架和后排齿圈通过第三互连构件与第一制动器固定相连;后排齿圈通过第二互连构件与输出轴固定相连,通过控制制动器的开闭,实现挡位的调整。
虽然已存在不少2档电动汽车用自动变速器,但仍然存在体积大、换挡复杂,两档传动比相差大(不利于换挡)等问题,因此研制具有高低挡搭配合理、结构简单、换挡容易的2档变速器仍然非常紧迫。为此,本发明拟采用双排行星齿轮结构,该结构具有结构简单、传动效率高、工艺性好、制造费用低、换档平稳、操纵性能好等一系列优点,对于实现电动汽车应对山地、陡坡等不良路况具有重要现实意义。
发明内容
针对现有电动汽车单一变速器的能耗高、自动变速器中的高低档传动比相差较大,换挡困难等等问题,本发明基于行星轮系传动特点,从实际工况考虑,设计出高低挡搭配合理的一种两挡电动汽车电力驱动系统,为现有电动汽车变速器的有益补充。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
一种两挡电动汽车电力驱动系统,其特征在于两挡变速器由主体传动系统、双制动器系统、驻车机构和双联齿轮构成;所述主体传动系统为双行星排结构包括第一中心轮、第一行星轮、第一太阳轮、所述双联齿轮、第二中心齿圈、第二太阳轮;所述第一中心轮与所述第一行星轮外啮合,所述第一行星轮与所述第一太阳轮内啮合,第一行星架与所述第一太阳轮固联,所述第一行星架与所述双联齿轮形成转动副,第二行星架和所述第二中心齿圈固联,所述第二行星架与所述第一行星齿轮形成转动副,所述第二中心齿圈和所述第二太阳轮共同与所述双联齿轮啮合;所述双联齿轮含有双联左齿轮和双联右齿轮,用于连接第一行星齿轮排和第二行星齿轮排;所述双联左齿轮和所述双联右齿轮固联,并与所述第一行星架形成转动副,所述第二中心齿圈与所述双联左齿轮外啮合,所述第二太阳轮与所述双联右齿轮外啮合;所述双制动器系统包括第一制动器和第二制动器;所述第一制动器与所述第一太阳轮和所述第一行星架固联,所述第二制动器与所述第二中心齿圈和所述第二行星架固联,所述第一制动器和所述第二制动器为内外嵌套式,呈圆周分布,外部与壳体相连;综上,所述第一中心轮与电动机固联,传递所述电动机的动力,作为整个驱动系统的输入部件;车轮与差速器的左右两个锥齿轮固联,作为整个驱动系统的输出部件。
根据权利要求1所述一种两挡电动汽车电力驱动系统,其特征在于所述驻车机构包括驻车行星架、驻车中心轮、驻车行星轮、驻车齿环和第三制动器;主减小齿轮通过轴与所述驻车行星架固联,所述驻车行星架上松套有所述驻车行星轮,所述驻车行星轮与所述驻车齿环内啮合,与所述驻车中心轮外啮合,所述驻车齿环与所述壳体固联,所述驻车中心轮和所述第三制动器连接,所述第三制动器外部与所述壳体相连。
与已有技术相比,本发明有益效果体现在:
1.本发明采用两个内外嵌套结构的制动器实现换挡操作,具有结构紧凑、换挡效率高、占用空间少的特点。通过两个制动器的相互配合本发明具有两个前进挡、两个后退挡和一个驻车挡,通过制动器代替繁琐的换挡机构,能够保证换挡过程齿轮始终处于啮合状态,换挡冲击小、散热条件好;另外,制动器与行星架相连,当变速器工作时,能够使制动片处于较低的转速,有利于实现制动器的迅速制动,缩短换挡时间,延长制动器的使用寿命。
2.本发明采用行星齿轮布局,同时前后两个行星排相对独立,具有横向占用空间较小、重量轻,承载能力大和稳定性好等优点,本发明的前差动轮系与后差动轮系中心距相对独立,通过合理调配齿数能获得一挡传动比和二挡传动比较大的调整空间;能够满足不同地区路况的设计要求,适应性较强。
3.本发明电机既可外置,又可内置,结构适应性较强。
4.本发明驻车机构采用差动轮系结构,第三制动器B3通电,使驻车中心轮11固定,通过驻车行星架保证主减小齿轮固定不动,通过合理设置齿数,驻车中心轮与驻车行星架的传动比能够达到4~5,从而实现仅需很小的扭矩就能制动车轮。
附图说明
图1为齿轮传动结构示意图;
图2为一挡的动力传递路线图;
图3为二挡的动力传递路线图;
其中:1第一中心轮,2第一行星轮,3第一太阳轮,4双联左齿轮,5第二中心齿圈,6双联右齿轮,7第二太阳轮,8主减小齿轮,9主减大齿轮,10驻车行星架,11驻车中心轮,12驻车行星轮,13,驻车齿圈,14车轮,15差速器,16壳体、B1第一制动器,B2第二制动器,第三制动器B3,A1第一行星架,A2第二行星架,M电动机。
具体实施方式
如图1所示,本发明涉及一种辛普森式两挡电动汽车电力驱动系统,其特征主要由电动机M、第一行星齿轮排、第二行星齿轮排、第一制动器B1、第二制动器B2、双联齿轮、主减小齿轮8、主减大齿轮9、驻车机构、差速器15和壳体16组成,所述第一行星齿轮排与第二行星齿轮排通过辛普森式行星架相连。
电动机主轴通过键与第一中心轮1固联,电动机M既可与壳体16做成一个整体也可从外部安装,电动机主轴上同时嵌套有第二行星架A2。第一中心轮1与第一行星齿轮2啮合,第一行星齿轮2通过轴承与第二行星架A2相连,同时与第一太阳轮3内啮合共同构成第一行星齿轮排;第二行星架A2左端与第二制动器B2相连,右端与第二中心齿圈5做成一个整体,第二中心齿圈5与双联左齿轮4啮合,双联左齿轮4与双联右齿轮6为一个整体,嵌套在第一行星架A1上,双联右齿轮6与第二太阳轮7相啮合,第二太阳轮7通过轴与主减小齿轮8固联;第一行星架A1与第一太阳轮3固联,同时左端与第一制动器B1相连,右端嵌套在第二太阳轮7与主减小齿轮8相连的输出轴上,主减小齿轮8通过轴与驻车行星架10相连,同时又与主减大齿轮9啮合,主减大齿轮9与差速器15的外壳相连。驻车行星架10上松套有驻车行星轮12,驻车行星轮12与驻车齿环13内啮合,与驻车中心轮11外啮合,驻车齿环13与壳体16固联,驻车中心轮11和第三制动器B3连接,第三制动器B3外部与壳体16相连。
本发明的工作原理说明如下:
根据现有电动车型的时速要求,并且结合特殊路况对车辆减速要求,设计齿轮齿数如表1所示。
表1齿轮齿数表
Figure GDA0002765615360000041
各个挡位的执行元件如表2所示。
表2换挡执行元件工作表
Figure GDA0002765615360000042
注:表中“●”表示结合,“○”表示分离;
结合图1及表2,各挡传递路线说明如下:
1.空挡(N位)
空挡时,第一制动器B1和第二制动器B2处于分离状态,此时电动机M无法将动力传递至主减小齿轮8,车辆依靠惯性行驶或静止不动。
2.前进挡(D位)
(1)前进一挡(D1挡)
如图2所示,电机正转,第一制动器B1保持分离,第二制动器B2通电结合,第一行星齿轮排变为定轴轮系,第二行星齿轮排为差动轮系,第二行星架A2和第二中心齿圈5保持固定,双联左齿轮4和双联右齿轮6即公转又自转,电动机M输出动力通过电动机轴带动第一中心轮1转动,第一中心轮1再将动力传递给与其啮合的第一行星轮2,由于第二制动器B2处于制动状态,第二行星架A2保持不动,第一行星轮2带动第一太阳轮3转动,第一太阳轮3通过与其固联的第一行星架A1,将动力传递给双联左齿轮4和双联右齿轮6,双联左齿轮4与第二中心齿圈5啮合,双联右齿轮6与第二太阳轮7啮合,形成差动轮系,最后通过第二太阳轮7将动力传递给主减小齿轮8,主减小齿轮8与主减大齿轮9啮合,经由差速器15输出轴,将动力传递给车轮14。
(2)前进二挡(D2挡)
如图3所示,电动机M正转,第一制动器B1通电结合,第二制动器B2保持分离,第一行星齿轮排变为差动轮系,第二行星齿轮排为定轴轮系,电动机M输出动力通过电动机轴带动第一中心轮1转动,第一中心轮1再将动力传递给与其啮合的第一行星轮2,第一行星轮2与第一太阳轮3啮合,由于第一制动器B1处于制动状态,形成差动轮系,第一行星齿轮2经由第二行星架A2将动力传递给第二中心齿圈5,第二中心齿圈5与双联左齿轮4啮合,同时第一行星架A1保持固定,且双联左齿轮4与双联右齿轮6固联,所以动力可由双联右齿轮6传递给第二太阳轮7,最后通过第二太阳轮7将动力传递给主减小齿轮8,主减小齿轮8与主减大齿轮9啮合,经由差速器15输出轴,将动力传递给车轮14。
3.换挡过程
一挡换二挡,通过换挡控制单元将第一制动器B1通电结合,第二制动器B2断电分离,既对第一行星架A1由旋转进行制动,对第二行星架A2由制动变为自由旋转,实现第一行星齿轮排由定轴轮系变为差动轮系的转换。
二挡换一挡,通过换挡控制单元将第一制动器B1断电分离,第二制动器B2通电结合,既对第二行星架A2由旋转进行制动,对第一行星架A1由制动变为自由旋转,实现第二行星齿轮排由定轴轮系变为差动轮系的转换。
4.倒挡(R位)
(1)倒挡一挡(R1挡)
电动机M反转,第一制动器B1保持分离,第二制动器B2通电结合,第一行星齿轮排变为定轴轮系,第二行星齿轮排为差动轮系,第二行星架A2和第二中心齿圈5保持固定,双联左齿轮4和双联右齿轮6即公转又自转,电动机M输出动力通过电动机轴带动第一中心轮1转动,第一中心轮1再将动力传递给与其啮合的第一行星轮2,由于第二制动器B2处于制动状态,第二行星架A2保持不动,第一行星轮2带动第一太阳轮3转动,第一太阳轮3通过与其固联的第一行星架A1,将动力传递给双联左齿轮4和双联右齿轮6,双联左齿轮4与第二中心齿圈5啮合,双联右齿轮6与第二太阳轮7啮合,形成差动轮系,最后通过第二太阳轮7将动力传递给主减小齿轮8,主减小齿轮8与主减大齿轮9啮合,经由差速器15输出轴,将动力传递给车轮14。
(2)倒挡二挡(R2挡)
电机反转,第一制动器B1通电结合,第二制动器B2保持分离,第一行星齿轮排变为差动轮系,第二行星齿轮排为定轴轮系,电动机M输出动力通过电动机轴带动第一中心轮1转动,第一中心轮1再将动力传递给与其啮合的第一行星轮2,第一行星轮2与第一太阳轮3啮合,由于第一制动器B1处于制动状态,形成差动轮系,第一行星齿轮2经由第二行星架A2将动力传递给第二中心齿圈5,第二中心齿圈5与双联左齿轮4啮合,同时第一行星架A1保持固定,且双联左齿轮4与双联右齿轮6固联,所以动力可由双联右齿轮6传递给第二太阳轮7,最后通过第二太阳轮7将动力传递给主减小齿轮8,主减小齿轮8与主减大齿轮9啮合,经由差速器15输出轴,将动力传递给车轮14。
5.驻车(P位)
当车辆停止需要驻车时,第三制动器B3通电,使驻车中心轮11固定,驻车齿环13与壳体16固联,使驻车行星轮12保持静止,驻车行星架10保持固定,主减小齿轮8与驻车行星架10通过轴固联,从而以较小的扭矩保证车轮14无法转动。

Claims (2)

1.一种两挡电动汽车电力驱动系统,其特征在于两挡变速器由主体传动系统、双制动器系统、驻车机构和双联齿轮构成;所述主体传动系统为双行星排结构包括第一中心轮(1)、第一行星轮(2)、第一太阳轮(3)、所述双联齿轮、第二中心齿圈(5)、第二太阳轮(7);所述第一中心轮(1)与所述第一行星轮(2)外啮合,所述第一行星轮(2)与所述第一太阳轮(3)内啮合,第一行星架(A1)与所述第一太阳轮(3)固联,所述第一行星架(A1)与所述双联齿轮形成转动副,第二行星架(A2)和所述第二中心齿圈(5)固联,所述第二行星架(A2)与所述第一行星齿轮(2)形成转动副,所述第二中心齿圈(5)和所述第二太阳轮(7)共同与所述双联齿轮啮合;所述双联齿轮含有双联左齿轮(4)和双联右齿轮(6),用于连接第一行星齿轮排和第二行星齿轮排;所述双联左齿轮(4)和所述双联右齿轮(6)固联,并与所述第一行星架(A1)形成转动副,所述第二中心齿圈(5)与所述双联左齿轮(4)外啮合,所述第二太阳轮(7)与所述双联右齿轮(6)外啮合;所述双制动器系统包括第一制动器(B1)和第二制动器(B2);所述第一制动器(B1)与所述第一太阳轮(3)和所述第一行星架(A1)固联,所述第二制动器(B2)与所述第二中心齿圈(5)和所述第二行星架(A2)固联,所述第一制动器(B1)和所述第二制动器(B2)为内外嵌套式,呈圆周分布,外部与壳体(16)相连;所述第一中心轮(1)与电动机(M)固联,传递所述电动机(M)的动力,作为整个驱动系统的输入部件;车轮(14)与差速器(15)的左右两个锥齿轮固联,作为整个驱动系统的输出部件。
2.根据权利要求1所述一种两挡电动汽车电力驱动系统,其特征在于所述驻车机构包括驻车行星架(10)、驻车中心轮(11)、驻车行星轮(12)、驻车齿环(13)和第三制动器(B3);主减小齿轮(8)通过轴与所述驻车行星架(10)固联,所述驻车行星架(10)上松套有所述驻车行星轮(12),所述驻车行星轮(12)与所述驻车齿环(13)内啮合,与所述驻车中心轮(11)外啮合,所述驻车齿环(13)与所述壳体(16)固联,所述驻车中心轮(11)和所述第三制动器(B3)连接,所述第三制动器(B3)外部与所述壳体(16)相连。
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