CN108482114A - 一种双排行星齿轮式两档变速电驱动桥总成 - Google Patents

Abstract

为了改善驱动系统对驱动电机的功率和转矩要求，优化传动系统匹配不合理而导致驱动电机不能更好的运行在高效率区等问题，同时，考虑到驱动系统的紧凑性、结构简单性，本发明提出了一种采用双排行星齿轮电动汽车用两档变速驱动系统。该驱动系统主要由变速器、同轴布置的中空轴电机及差速器组成，通过控制同步器的工作状态获得两种不同的减速比，传动系统采用双排行星齿轮以增大减速比和系统的集成度。该电驱动系统具有结构简单，布局紧凑，速比可调，集成度高等优点，可以很好的改善汽车的动力性和经济性。

Description

一种双排行星齿轮式两档变速电驱动桥总成

技术领域

本发明属于电动汽车驱传动领域，具体涉及一种采用双排行星齿轮电动汽车用两档变速驱动系统。

背景技术

资源短缺是当今世界面临的一个重大问题，各领域的科技人员不停地在寻找可替代能源的方案。电动汽车具有零排放、高效率、不依赖石油以及安静、平稳运行等诸多优点，很大程度上解决了内燃机汽车燃烧汽油造成的环境污染与资源短缺问题，是21世纪最理想的交通工具。国内传统的电动汽车驱动系统多采用结构简单，成本较低的单级定比减速装置，后桥的结构布置一般采用将一个电机直接接入差速器以驱动后桥上的两个半轴转动。固定速比的电动汽车对电机的利用率比较低，促使电机处于高转矩、大电流的运行状态，降低了纯电动汽车的动力性和经济性。

为了降低电动汽车对动力的要求，更大程度的发挥其优越性，电动汽车应该多档化，尤其是需要优化两档变速驱动系统的设计。近年来，随着电动汽车的不断普及，具有两挡变速功能的电驱动系统也取得了不断的发展，但是，目前所应用的两档变速驱动系统多基于传统变速器改造而成，大多采用双排定轴齿轮实现两级减速，主电机、差速器以及变速器采用非同轴式布置，导致整个驱动桥纵向空间占用大，集成度低。而目前提出的基于行星齿轮传动的两档变速驱动系统，大多采用三排齿轮的布置方式实现两级减速，其结构复杂，体积大，集成度不高等系列缺点直接制约了其发展。

因此，需要寻求一种结构简单，系统集成度高，具有速比可调的电动汽车用两档变速驱动系统。基于此，本发明提出了一种采用双排行星齿轮电动汽车用两档变速驱动系统，该系统具有速比可调的功能，降低了对电机性能的要求，提高电机的工作效率，改善汽车的动力性和经济型，同时整个电驱动总成满足结构紧凑，集成度高，占用空间少，制造成本低等特点。

发明内容

本发明提出一种采用双排行星齿轮电动汽车用两档变速驱动系统。该驱动系统集成了能与具有良好变速特性的中空轴电机形成合理匹配的两挡变速器，采用双排行星齿轮传动实现两种不同形式的变速比传动。同时，中空轴电机、差速器采用同轴布置，可使整个后桥驱动系统结构紧凑，集成度高。

本发明的技术方案是：

该电动汽车两挡变速驱动系统主要由中空轴电机、行星架Ⅰ、太阳轮Ⅰ、内齿圈Ⅰ、行星轮Ⅰ、固定齿轮、同步器、结合齿轮、差速器、右半轴、右车轮、行星架Ⅱ、太阳轮Ⅱ、行星轮Ⅱ、内齿圈Ⅱ、换挡拨叉、滑套、滑动花键、空心轴、减速器总成壳体、左半轴、左车轮等部件组成。

所述中空轴电机为驱动电机，中空轴电机的中空部分可通过滚动轴承同差速器左侧的输出轴以转动副形式连接，传动齿轮采用双排行星齿轮。所述内齿圈Ⅰ与中空轴电机的输出轴同心且固连，可随中空轴电机的输出轴同轴转动，作为动力输入端，同时与所述行星轮Ⅰ外齿处于常啮合状态；所述太阳轮Ⅰ与空心轴固连为一体化结构设计，行星架直接与右侧单排行星齿轮太阳轮Ⅱ相连将动力输出，且与结合齿轮、行星架Ⅰ及太阳轮Ⅱ三者为一体化结构设计，所述行星轮Ⅰ外齿处于常啮合状态，共同组成左侧单排行星齿轮系；所述固定齿轮为外齿设计，固定于所述减速器总成壳体上，所述结合齿轮固连于行星架Ⅰ与太阳轮Ⅱ连接轴上，可通过滚动轴承同所述空心轴的空心部分以转动副形式连接；

所述滑套与空心轴之间通过滑动花键连接，滑套可在空心轴上左右移动，所述同步器的内圈与滑套通过花键连接传递扭矩，布置于所述固定齿轮与结合齿轮之间，所述换挡拨叉可左右移动，用于切换两个挡位，为中空轴电机输出额外增加一个齿轮传动比，可以改善车辆的动力性及燃油经济性；

所述太阳轮Ⅱ与行星轮Ⅱ为常啮合状态，所述内齿圈Ⅱ固定，同时与所述行星轮Ⅱ处于常啮合状态，所述行星架Ⅱ与差速器外壳固连，通过行星架带动差速器外壳转动，共同组成右侧单排行星齿轮系；所述差速器的左侧输出轴穿过中空轴电机主体及中空轴电机输出轴的中空部分，通过滚动轴承与中空轴电机之间为转动副连接，与左半轴以万向节连接，同时保证中空轴电机和差速器同轴；所述左半轴通过万向节与左轮连接，所述差速器外壳的右侧通过轴承与减速器总成壳体之间为转动副连接，所述差速器右侧输出轴与右半轴通过万向节连接，所述右半轴与右轮通过万向节连接。

该电动汽车用两档变速驱动系统的两种工作模式如下：

1、高速挡工作模式

在该工作模式下，移动换挡拨叉至右侧位置，这时同步器结合套与右侧结合齿轮结合，左侧固定齿轮与同步器结合套处于分离状态。此时行星架Ⅰ、太阳轮Ⅰ、内齿圈Ⅰ均处于未固定状态，行星架Ⅰ、太阳轮Ⅰ、内齿圈Ⅰ、空心轴、滑套、结合齿轮、同步器为一个整体，共同随内齿圈Ⅰ一起转动，左侧单排行星齿轮不起减速作用，动力直接由中空轴电机输出传动至右侧太阳轮Ⅱ，经由右侧单排行星齿轮中的行星轮Ⅱ、由行星架Ⅱ输出，实现单级减速，最后由行星架Ⅱ带动差速器壳体一起转动，进而通过差速器传递给左半轴及右半轴、最终传递给左车轮和右车轮。

2、低速挡工作模式

在该工作模式下，移动换挡拨叉至左侧位置，这时同步器结合套与左侧固定齿轮结合，右侧结合齿轮与同步器结合套处于分离状态。由于滑套、空心轴、太阳轮Ⅰ三者固连，此时左侧单排行星齿轮中的太阳轮Ⅰ被固定，动力由中空轴电机输出，经由内齿圈输入至左侧单排行星齿轮，行星架Ⅰ输出，实现一级减速，再由与行星架Ⅰ相连的太阳轮Ⅱ输入至右侧单排行星齿轮，行星架Ⅱ输出，实现二级减速，最后由行星架Ⅱ差速器壳体一起转动，进而通过差速器传递给左半轴及右半轴、最终传递给左车轮和右车轮。

本发明提供了一种采用双排行星齿轮电动汽车用两档变速驱动系统。本发明的优越性在于：

1. 本发明后桥驱动系统的传动方案采用两挡变速，结合具有良好调速性能的电动汽车中空轴电机,为中空轴电机输出额外增加一个齿轮传动比，可以提高车辆的加速性能，如用于插电混动车辆可同时增加其纯电动模式行驶里程。降低了驱动系统对驱动电机的性能要求，减少了制造成本，改善了汽车的动力性和经济性；

2.本发明采用中空轴电机作为动力源，可实现中空轴电机、差速器同轴布置，提高了整个结构的紧凑性，大大的节省了驱动桥的布置空间，使得整个驱动桥系统结构紧凑、集成度高，结构紧凑的变速箱使得电动机以及与其相连各系统的尺寸得到降低，减轻了重量，从而大大减少了制造成本；

3.本发明巧妙的采用双排行星齿轮实现两档变速，结构简单，换挡执行机采用同步器，布置容易，可操作性强。同时，采用行星齿轮减速，其传动效率高，可以实现较大范围的减速比设计，通用性强；

4.本发明所述的采用双排行星齿轮电动汽车用两档变速驱动系统可移植性强，不局限用于纯电动汽车领域，还适用于插电混合汽车等其他领域，其系统集成度高，生产继承性好。

附图说明

下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明。

图1 采用双排行星齿轮的电动汽车两档变速驱动系统结构简图

图2 高速挡工作模式

图3 低速挡工作模式

图中标号说明：

1—中空轴电机 2—行星架Ⅰ 3—太阳轮Ⅰ 4—内齿圈Ⅰ 5—行星轮Ⅰ

6—固定齿轮 7—同步器 8—结合齿轮 9—差速器 10—右半轴 11—右车轮 12—行星架Ⅱ 13—太阳轮Ⅱ 14—行星轮Ⅱ 15-内齿圈Ⅱ 16—换挡拨叉 17—滑套 18—滑动花键 19—空心轴 20—减速器总成壳体 21—左半轴 22—左车轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，该电动汽车两挡变速驱动系统主要由中空轴电机1、行星架Ⅰ2、太阳轮Ⅰ3、内齿圈Ⅰ4、行星轮Ⅰ5、固定齿轮6、同步器7、结合齿轮8、差速器9、右半轴10、右车轮11、行星架Ⅱ12、太阳轮Ⅱ13、行星轮Ⅱ14、内齿圈Ⅱ15、换挡拨叉16、滑套17、滑动花键18、空心轴19、减速器总成壳体20、左半轴21、左车轮22等部件组成。

图1中，所述中空轴电机1为驱动电机，中空轴电机1的中空部分可通过滚动轴承同差速器9左侧的输出轴以转动副形式连接。所述内齿圈Ⅰ4与中空轴电机1的输出轴同心且固连，可随中空轴电机1的输出轴同轴转动，同时与所述行星轮Ⅰ2外齿处于常啮合状态；所述太阳轮Ⅰ3与空心轴19固连为一体化结构设计，且与所述行星轮Ⅰ2外齿处于常啮合状态，共同组成左侧单排行星齿轮系；所述固定齿轮6为外齿设计，固定于所述减速器总成壳体20，所述结合齿轮8固连于行星架Ⅰ2，结合齿轮8、行星架Ⅰ2及太阳轮Ⅱ13三者为一体化结构设计，可通过滚动轴承同所述空心轴19的空心部分以转动副形式连接；

所述滑套17与空心轴19之间通过滑动花键连接，滑套17可在空心轴19上左右移动，所述同步器7的内圈与滑套17通过花键连接传递扭矩，布置于所述固定齿轮6与结合齿轮8之间，所述换挡拨叉16可左右移动，用于切换两个挡位，为中空轴电机1输出额外增加一个齿轮传动比，可以改善车辆的动力性及燃油经济性；

所述太阳轮Ⅱ13与行星轮Ⅱ12为常啮合状态，所述内齿圈Ⅱ15固定，同时与所述行星轮Ⅱ14处于常啮合状态，所述行星架Ⅱ12与差速器9外壳固连，通过行星架Ⅱ12带动差速器9外壳转动，共同组成右侧单排行星齿轮系；所述差速器9的左侧输出轴穿过中空轴电机1主体及中空轴电机输出轴的中空部分，通过滚动轴承与中空轴电机之间为转动副连接，与左半轴21以万向节连接，同时保证中空轴电机1和差速器9同轴；所述左半轴21通过万向节与左车轮22连接，所述差速器9外壳的右侧通过轴承与减速器总成壳体20之间为转动副连接，所述差速器9右侧输出轴与右半轴10通过万向节连接，所述右半轴10与右车轮11通过万向节连接。

该电动汽车两挡变速后桥驱动系统的两种工作模式如下：

1、高速挡工作模式

在该工作模式下，移动换挡拨叉16至右侧位置，这时同步器7结合套与右侧结合齿轮8结合，左侧固定齿轮6与同步器结合套处于分离状态。此时行星架Ⅰ2、太阳轮Ⅰ3、内齿圈Ⅰ4均处于未固定状态，行星架Ⅰ2、太阳轮Ⅰ3、内齿圈Ⅰ4、空心轴19、滑套17、结合齿轮8、同步器7为一个整体，共同随着内齿圈Ⅰ4一起转动，左侧单排行星齿轮不起减速作用，动力直接由中空轴电机1输出传动至右侧太阳轮Ⅱ13，经由右侧单排行星齿轮中的行星轮Ⅱ14、行星架Ⅱ12，实现单级减速，最后由行星架Ⅱ12带动差速器9壳体一起转动，进而通过差速器9传递给左半轴21及右半轴10、最终传递给左车轮22和右车轮11。

2、低速挡工作模式

在该工作模式下，移动换挡拨叉16至左侧位置，这时同步器8结合套与左侧固定齿轮6结合，右侧结合齿轮8与同步器结合套处于分离状态。由于滑套17、空心轴19、太阳轮Ⅰ3三者固连，此时左侧单排行星齿轮中的太阳轮Ⅰ3被固定，动力由中空轴电机1输出，经由内齿圈Ⅰ4输入至左侧单排行星齿轮，行星架Ⅰ2输出，实现一级减速，再由与行星架Ⅰ2相连的太阳轮Ⅱ13输入至右侧单排行星齿轮，行星架Ⅱ12输出，实现二级减速，最后由行星架Ⅱ12带动差速器9壳体一起转动，进而通过差速器9传递给左半轴21及右半轴10、最终传递给左车轮22和右车轮11。

Claims (1)

1.一种双排行星齿轮式两档变速电驱动桥总成，由中空轴电机、行星架Ⅰ、太阳轮Ⅰ、内齿圈Ⅰ、行星轮Ⅰ、固定齿轮、同步器、结合齿轮、差速器、右半轴、右车轮、行星架Ⅱ、太阳轮Ⅱ、行星轮Ⅱ、内齿圈Ⅱ、换挡拨叉、滑套、滑动花键、空心轴、减速器总成壳体、左半轴、左车轮组成，其特征在于：中空轴电机的中空部分通过滚动轴承与差速器左侧的输出轴以转动副形式连接，传动齿轮采用双排行星齿轮，左侧单排行星齿轮的内齿圈Ⅰ与中空轴电机的输出轴同心且固连，能随中空轴电机的输出轴同轴转动作为动力输入端，太阳轮Ⅰ与空心轴固连为一体化结构，行星架直接与右侧单排行星齿轮太阳轮Ⅱ相连将动力输出，且与结合齿轮三者为一体化结构；所述滑套与空心轴之间通过滑动花键连接，滑套可在空器心轴上左右移动，同步的内圈与滑套通过花键连接传递扭矩，布置于固定齿轮与结合齿轮之间，换挡拨叉可左右移动，用于切换两个挡位，右侧单排行星齿轮的太阳轮Ⅱ作为动力输入端，行星架Ⅱ为输出端，行星架Ⅱ与差速器外壳固连，行星架通过内齿圈输出带动差速器转动。