CN108973630A - 使用组合式差速器和减速齿轮的电动车辆驱动 - Google Patents

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Abstract

电动车辆驱动系统包括电动机、包括太阳齿轮、架和环形齿轮构件的第一和第二行星齿轮组、第一和第二输出轴以及壳体。第一行星齿轮组的构件与电动机、第一输出轴以及第二行星齿轮组的构件连接。第二行星齿轮组的构件与第一行星齿轮组、壳体和第二输出轴连接。第一行星齿轮组提供差速器减速，并且第二行星齿轮组提供反转和减速。可选离合器可以提供限滑差速器的功能，并且优先将扭矩分配给一个输出轴或另一个输出轴。

Description

使用组合式差速器和减速齿轮的电动车辆驱动
技术领域
本公开涉及电动车辆，并且更具体地涉及使用组合式差速器和减速齿轮的电动车辆驱动系统。
发明背景
本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
目前使用的大多数汽车是由燃料发动机驱动的，这些燃料发动机经历大量的机械损失并且具有低能量效率，因此消耗大量能量并且造成环境污染。电动车辆使用存储的电能来操作，从而为电动机供电。随着电池技术的改进，混合动力电动车辆和电动车辆的普及在过去几年中有所增加。然而，传统电动机驱动系统的包装要求已经影响了车辆设计和效率。相应地，期望提供一种具有更紧凑布置和改进效率的电动驱动。
发明内容
本部分提供了公开的简要综述，并不是其整个范围或其所有特点的全面公开。
电动车辆驱动系统包括具有输出轴的电动机。差速行星齿轮组包括连接至电动机的输出轴的第一太阳齿轮。多个第一行星齿轮由第一行星架支撑并且与第一太阳齿轮和第一环形齿轮啮合。反转行星齿轮组包括可旋转地连接至第一环形齿轮的第二太阳齿轮，由第二行星架支撑并且与第二太阳齿轮和第二环形齿轮啮合的多个第二行星齿轮。第一车轴可旋转地连接至第一行星架。第二车轴可旋转地连接至第二行星架。第一可选离合器可以可旋转地连接第一行星架和第二行星架。第二和第三可选离合器可以分别限制由第一和第二车轴传递的扭矩。可选扭矩传递装置可以与第一架、第一环形齿轮和第二架中的一个可旋转地连接。
通过本文提供的说明，其它适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅用于示例的目的，而不旨在限制本公开的范围。
附图说明
这里描述的附图仅用于选定实施例的示例目的，而不是全部可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。
图1A是根据本公开的原理的电动车辆驱动系统的示意图；
图1B是还包括可选的第二和第三离合器的电动车辆驱动系统的示意图；
图1C是根据本公开的原理的还包括可选扭矩传递装置的电动车辆驱动系统的示意图；
图1D是根据本公开的原理的还包括用于提供扭矩引导的液压扭矩传递装置的电动车辆驱动系统的示意图；
图2是根据本公开的原理的差速行星齿轮组和反转行星齿轮组的横截面图；以及
图3是根据本公开的原理的用于电动车辆驱动系统中的替代叠置行星齿轮组的示意图。
贯穿附图的多个视图，对应的附图标记指示对应的零件。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述实例实施例。
提供实例实施例是为了使本公开透彻，并且将范围充分地传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用具体细节，实例实施例可以以许多不同的形式来体现，并且都不应该被解释为限制本公开的范围。在一些实例实施例中，没有详细描述已知的过程、已知的装置和已知的技术。
本文使用的术语仅用于描述特定实例实施例的目的，而不旨在进行限制。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在包括复数形式。术语“包含”、“含有”、“包括”和“具有”是包含性的，因此规定了存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行，除非具体确定为执行顺序。还应该理解，可以采用附加的或替代的步骤。
当元件或层被称为在另一元件或层“之上”、“接合至”、“连接至”或“耦合至”另一元件或层，它可以直接在其它元件或层上、连接至或耦合至其它元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦合至”另一元件或层时，可能不存在中间元件或层。应该以类似的方式解释用于描述元件之间关系的其它词语(例如，“在……之间”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联所列项目的任何和所有组合。
虽然术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语可能仅用于区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。除非上下文明确指出，否则诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语在本文中使用时并不暗含次序或顺序。因此，在不脱离实例实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
为了便于描述，可以在本文中使用诸如“内部”、“外部”、“下方”、“下面”、“下部”、“上方”、“上部”等的空间相对术语来描述一个元件或特征与其它元件(一个或多个)或特征(一个或多个)在图中所示的关系。除了附图中所描绘的定向之外，空间相对术语可以旨在涵盖装置在使用或操作中的不同定向。例如，如果附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件或特征“下面”或“下方”的元件将被定向为在其它元件或特征“上方”。因此，实例术语“下面”可以涵盖上方和下方两种定向。装置可以以其它方式定向(旋转90度或以其它定向)并且本文使用的空间相关描述词可以被相应地解释。
参照图1A，现在将描述电动车辆驱动系统10。电动车辆驱动系统10包括具有输出轴14的电动机12，输出轴14驱动地连接至差速行星齿轮组18的太阳齿轮16。差速行星齿轮组18包括多个行星齿轮20，行星齿轮20由行星架22支撑并且与太阳齿轮16和环形齿轮24啮合。反转行星齿轮组26设置有驱动连接至差速行星齿轮组18的环形齿轮24的太阳齿轮28。反转行星齿轮组26包括分别由行星架32支撑并且与太阳齿轮28和环形齿轮34啮合的多个内部行星齿轮30A和外部行星齿轮30B。也就是说，每个内部行星齿轮30A与太阳齿轮28和外部行星齿轮30B中的一个啮合，并且每个外部行星齿轮30B与内部行星齿轮30A中的一个啮合和环形齿轮34啮合。环形齿轮34可以连接至可以防止环形齿轮34旋转的可控断开制动器36。第一车轴40连接至差速行星齿轮组18的行星架22，并且第二车轴42连接至反转行星齿轮组26的行星架32。每个车轴40和42分别连接至一对驱动轮44、46，并且可以包括连接至每个驱动轮的CV接头48。差速行星齿轮组18、反转行星齿轮组26、电动机12和每个车轴40、42同心以便围绕共同轴线旋转。另外，第一车轴40延伸穿过电动机12中的中心开口。还可以在第一和第二车轴40、42之间的连接中提供可选的第一离合器50A，以限制它们之间的相对旋转，从而用作限滑差速器离合器。
参照图1B，替代电动车辆驱动系统110包括沿着第一和第二车轴40、42设置的第一轴对轴离合器50A、第二和第三轴离合器50B、50C。驱动系统110进一步包括控可以接收来自与每个轮44、46相关联的速度传感器122A、122B的输入的控制器120、电机速度传感器124、转向盘位置传感器126和加速度传感器128(例如横摆率传感器)。控制器120提供输出信号以控制电动机12以及离合器50A、50B和50C，以提供扭矩引导以适应在转弯期间提供改进的车辆操纵。具体地，离合器50A、50B和50C的受控接合允许在驱动轮44、46以不同速度旋转的同时向驱动轮44、46提供更好的扭矩分配。
参照图1C，替代电动车辆驱动系统210包括可选扭矩传递装置50D，例如液压电机或第二电动机。如图1C所示，扭矩传递装置50D是通过中间齿轮202与差速行星齿轮组18的环形齿轮24驱动连接的第二电动机。替代地，扭矩传递装置50D可以与以下中的一个可旋转地连接：第一车轴40，并且由此与差速行星齿轮组18的行星架22可旋转地连接；第二车轴，并且由此与反转行星齿轮组26的行星架32可旋转地连接。第二电动机50D可以由控制器120控制以增加驱动扭矩或驱动阻力，以向驱动轮提供扭矩引导，以在转弯期间提供改进的车辆操纵。具体地，扭矩传递装置50D的受控接合允许在驱动轮44、46以不同速度旋转的同时向驱动轮44、46提供更好的扭矩分配。
参照图1D，替代电动车辆驱动系统310包括可选扭矩传递装置50E，例如液压电机。如图1D所示，扭矩传递装置50E驱动地连接至差速行星齿轮组18的行星架。第一液压泵312包括固定壳体和附接至第一车轴40的转子内部，而第二液压泵314包括固定壳体和附接至第二车轴42的转子内部。第一和第二油路316、318设置在第一和第二车轴40、42内并且与液压电机50E连通。第三油路320设置在第一液压泵312与第二液压泵314之间，以完成液压回路。第一液压泵312与第二液压泵314之间的旋转速度差导致液压电机50E将驱动扭矩增加到轮的更快转动，以向驱动轮提供扭矩引导，以在转弯期间提供改进的车辆操纵。具体地，液压电机50E允许在驱动轮44、46以不同速度旋转的同时向驱动轮44、46提供更好的扭矩分配。
参照图2，现在将描述电动机12、差速行星齿轮组18和反转行星齿轮组26的详细横截面图，其中相对于图1使用相同的附图标记。如图2所示，电动机12包括驱动地连接至差速行星齿轮组18的太阳齿轮16的输出轴14。差速行星齿轮组18包括多个行星齿轮20，行星齿轮20由行星架22支撑并且与太阳齿轮16和环形齿轮24啮合。反转行星齿轮组26设置有驱动连接至差速行星齿轮组18的环形齿轮24的太阳齿轮28。反转行星齿轮组26包括分别由行星架32支撑并且与太阳齿轮28和环形齿轮34啮合的多个内部行星齿轮30A和外部行星齿轮30B。环形齿轮34由壳体部分54支撑并防止旋转。第一车轴40连接至差速行星齿轮组18的行星架22，并且第二车轴42连接至反转行星齿轮组26的行星架32。电动机12、差速行星齿轮组18和反转行星齿轮组26全部布置在共同壳体51内，共同壳体51包括螺栓连接在一起的壳体部分52、54。壳体部分52容纳电动机12，而壳体部分54容纳差速行星齿轮组18和反转行星齿轮组26。壳体部分52包括用于支撑可旋转地支撑电机输出轴14的轴承58的轴承支撑部分56。中间板60设置在壳体51内并且包括用于支撑用于支撑电机输出轴14的第二端部的轴承64的轴承支撑部分62。滚针轴承66由电机轴14支撑在靠近车轴40的端部处，用于可旋转地支撑差速行星齿轮组18的行星架22。壳体部分54支撑用于支撑反转行星齿轮组26的行星架32的滚针轴承68。
根据本公开的原理的电动车辆驱动系统可以使用简单行星齿轮组作为差速器以及简单行星齿轮组的两个输出之一上的反转齿轮组通过结合减速和差速作用来提供从电动机到轮的6:1至10:1的减速。反转齿轮组以负速度而不是零速度向减速行星齿轮组提供反作用扭矩，从而增加了减速行星齿轮组的有效比。减速和差速作用被集成到一个单独的步骤中，而不是在单独的阶段中提供。与两级行星齿轮和差速器相比，该系统减少了自旋损失并进一步减小了同轴电动机驱动轴的横向车辆轴向距离。
根据本公开的原理的电动车辆驱动系统可以通过使用可旋转地连接两个轮的离合器来提供与已知限滑差速器相同的功能，离合器上具有固定轴向预负载或者离合器上具有可变可控负载。在该离合器的滑动极限之前，附加离合器可以向两个输出分配不同的扭矩量，例如在转弯内侧上的轮的较小扭矩量以及在转弯外侧上的轮的较大扭矩量。附加离合器的替代方案是向其中一个输出增加扭矩，或者使用第二电机减去其中的扭矩。
参照图3，示出了替代叠置行星齿轮系统70，其包括连接至电动机12的输出轴14的太阳齿轮72。多个第一行星齿轮74由第一行星架76支撑并且与太阳齿轮72和环形齿轮78啮合。环形齿轮78具有内齿轮齿80和外齿轮齿82，内齿轮齿80和外齿轮齿82与由第二行星架86支撑的多个第二行星齿轮84啮合。多个第二行星齿轮84也与第二环形齿轮88的内齿轮齿啮合。第二行星架86可以固定地安装和/或连接至制动机构，从而可以防止第二行星架86旋转。第一行星架76可旋转地连接至第一车轴40，而第二环形齿轮88连接至第二车轴42。叠置行星齿轮组70具有紧凑的轴向轮廓，用于在电动机与一对车轴之间提供驱动连接。太阳齿轮72、多个第一行星齿轮74、第一行星架76和环形齿轮78形成差速行星齿轮组，将来自电动机12的正向输入分成至第一轴40的正向输出以及至反转齿轮组的反向输出。环形齿轮78及其外齿82形成用于反转行星齿轮组的太阳齿轮。环形齿轮78及其外齿82、多个第二行星齿轮84、第二行星架86和环形齿轮88形成反转行星齿轮组，其使得用于第二轴42的差速行星齿轮组的输出之一反转，并且使电动机12与第二轴42之间的齿轮比等于电动机12与第一轴40之间的齿轮比。
为了示例和描述的目的已经提供了对实施例的前述描述。其目的不是穷举或限制本公开。即使没有具体示出或描述，特定实施例的单个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下可互换并且可以用于选定实施例中。在许多方面也可能有所不同。这种变型不被认为是背离本公开，并且所有这种修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种电动车辆驱动系统，包含：
具有输出轴的电动机；
差速行星齿轮组，其包括连接至所述电动机的所述输出轴的第一太阳齿轮，由第一行星架支撑并且与所述第一太阳齿轮和第一环形齿轮啮合的多个第一行星齿轮；
反转行星齿轮组，其包括可旋转地连接至所述第一环形齿轮的第二太阳齿轮，由第二行星架支撑并且与所述第二太阳齿轮和第二环形齿轮啮合的多个第二行星齿轮；
可旋转地连接至所述第一行星架的第一车轴；以及
可旋转地连接至所述第二行星架的第二车轴。
2.如权利要求1所述的电动车辆驱动系统，进一步包含在所述第二环形齿轮上的断开制动器。
3.如权利要求1所述的电动车辆驱动系统，进一步包含连接在所述第一和第二车轴之间的限滑差速器离合器。
4.如权利要求1所述的电动车辆驱动系统，其中，所述第一车轴延伸穿过所述电动机中的开口。
5.如权利要求1所述的电动车辆驱动系统，其中，所述电动机、所述差速行星齿轮组和所述反转行星齿轮组全部与所述第一和第二车轴同轴。
6.如权利要求1所述的电动车辆驱动系统，进一步包含控制器和用于感测所述第一轴的旋转速度的第一传感器和用于感测所述第二轴的旋转速度的第二传感器。
7.如权利要求6所述的电动车辆驱动系统，进一步包含在所述第一车轴上的第一轴离合器和在所述第二车轴上的第二轴离合器，其中，所述控制器响应于所述第一和第二车轴的所感测旋转速度而控制所述第一和第二车轴的接合。
8.如权利要求6所述的电动车辆驱动系统，进一步包含第二电动机，驱动地连接至所述差速行星齿轮组或所述反转行星齿轮组的部件，其中，所述控制器响应于所述第一和第二车轴的所感测旋转速度而控制所述第二电动机。
9.如权利要求1所述的电动车辆驱动系统，进一步包含在所述第一车轴上的第一泵、在所述第二车轴上的第二泵以及与所述第一泵和第二泵连通并且驱动地连接至所述差速行星齿轮组或所述反转行星齿轮组的部件的液压电机。
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