CN109027168B - 一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器，属于智能制造与新能源汽车制造领域。由输入轴总成、中间轴、输出差速器、连接器控制拨叉电机和换挡电机组成，所述输入轴为三段花健轴，两端为结构相同的连接器轴和电控动力连接器，所述电控动力连接器和连接器外套通过内置的锁止钢球锁止；所述连接器外套上装有连接器控制拨叉，所述输入轴中段高低速主动齿轮分别与中间轴上的高低速被动齿轮啮合连接，所述中间轴上的差速器主动齿轮与差速器被动齿轮啮合。本发明通过变速器两端安装的电控动力连接器，可直接实现纯电动与混合动力向变速器传输，其转换连接方式快速单一，加上两挡自动电动变速，使结构简单、系统简化，工作可靠。

Description

一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器

技术领域：

本发明涉及一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器，属于智能制造与新能源汽车制造领域。

背景技术：

本发明的“一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器”依据当前联合国环境保护公约的要求及我国近几年对环境保护法所制订各项法规政策，我国已经更加深入更加有效的落实到全国各地，事关环境保护的措施得到国内外汽车企业的认可，针对汽车的排放全球环保组织已有更加严厉要求和条款，所规定的红线不可逾越。为此，国内外的不少车企都纷纷投入混合动力或纯电动力开发与试制中，以减少汽车尾气排放对大自然的污染，这里不少的车企已推出混合动力车辆和纯电动力车辆于市场。混合动力的车辆在中高端车辆上使用，其成本价值在少数使用者的心里可以承受，中低端车辆上所用混合动力时，其成本的攀升同产品的质量又不可被使用者完全认可，其矛盾的存在是必然的现实；纯电动力的汽车在高端车上只有可数的几家车企推出前沿版的车，且价格高昂，虽其续航里程能满足用户的要求，但也仅是少数人所能使用。在中低端的车辆纯电动力车辆由于常规电池的容量受限，使续航里程在小于200KM范围内徘徊，其瓶颈约束纯电动力汽车的发展。为解决上述的问题，不少车企将变速器也纳入纯电动力车上使用，这样上述存在的问题得到很好的缓解，不少的车型以突破200KM续航大关。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器，通过以连接器连接混合动力源或纯电动力源，区别现在车辆所使用离合器的方法连接动力源，使该系统的控制结构整体单一，控制可靠；同时简化系统，少了液压系统与离合器装置，使加工成本降低，结构简单清晰，是一套纯电的电控自动转换动力源与纯电控制自动变速的操作装置。

本发明的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：

一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器，由输入轴总成1、中间轴9、输出差速器16、连接器控制拨叉电机4和换挡电机15组成，所述输入轴1为三段花健轴，两端为结构相同的连接器轴33，结构相同的电控动力连接器2套装在连接器轴33上，结构相同的连接器外套31套装在电控动力连接器2和输入轴1的中段轴上，所述电控动力连接器2和连接器外套31滑动配合连接，并通过内置的锁止钢球18锁止；所述连接器外套31上装有连接器控制拨叉3，所述连接器控制拨叉3通过控制电机4控制；所述连接器轴33端部分别安装有固定凸缘39，用于连接向变速器输入车辆牵引动力的驱动电机或燃料发动机装置的接口；所述输入轴1中段与高低速主动齿轮6、5花键连接，所述高低速主动齿轮6、5分别与中间轴9上的高低速被动齿轮12、11啮合连接，所述中间轴9上的差速器主动齿轮10与差速器被动齿轮16啮合；

所述中间轴9内装有换挡推杆14，所述换挡推杆14由换挡电机15驱动分别通过高低挡换挡柱塞24、23与高低速被动齿轮12、11连接。

所述两个连接器轴33内端为连接轴环形凸台17和一小段连接器光轴37，所述电控动力连接器2外端分别与连接器轴33花键连接，内端与连接轴环形凸台17滑动连接，所述连接器外套31分别与输入轴1中段花键连接；

在与电控动力连接器2连接处的连接器外套31的内孔壁上均匀加工有4-8个半圆槽，其对应处的电控动力连接器上分别加工有与半圆槽相等半径的4-8个通孔，在每个半圆槽和通孔构成的空间内装有连接器锁止钢球18，所述连接器外套31上的半圆槽为锁止钢球间隙35，所述连接器锁止钢球18位于连接器光轴37处；通过控制电机4控制连接器控制拨叉3使连接器外套31和电控动力连接器2沿输入轴1移动，使连接器锁止钢球18沿连接轴环形凸台17移进或移出锁止钢球间隙35，将电控动力连接器2和连接器外套31与输入轴1连为一体或分离。

所述差速器主动齿轮10套装在中间轴9上，并通过花键齿啮合连接；所述差速器主动齿轮10、低速被动齿轮11和高速被动齿轮12之间装有衬垫22，所述换挡推杆14装在中间轴内腔21内，换挡推杆14上设有换挡环台13，所述低、高速被动齿轮11、12的内圆处加工有8-12个内环半圆弧槽29、30，低高挡被动齿轮内环半圆弧槽29、30对应处的中间轴9上均布4个外大内小的台阶状换挡柱塞通孔28，其内装有低高速挡换挡柱塞23、24，所述换挡推杆14由换挡电机15驱动在中间轴内腔21内左右移动，所述低高速挡换挡柱塞23、24通过换挡环台13分别与低高挡被动齿轮内环半圆弧槽29、30结合或分离实现换挡。

本发明提供的技术方案具有以下特点和技术效果：

1.由输入轴组成的直流电机控制连接的动力输入连接器；

2.由中间轴组成的直流电机控制的自动变速的两挡齿轮式变速器器；

3.由以上部分组成的单一的直流电源控制系统，结构简单，控制可靠；

4.易于在纯电动车上实施并合理安装；

5.易于在混合动力车上布置使用；

6.方便结构的选择与布置,可组成单一的动力源输入，也可与发动机动力源同时选择输入；

7.动力源装置可串联,并联或混联组成输入。

8.符合国家环保要求，使纯电动力车辆的续航里程增加；

9.系统简化，结构简单，成本降低，便于推广实施。

附图说明：

图1-电控两挡自动变速器结构示意图；

图2-输入轴结构图；

图3a-左连接器详细结构图；

图3b-是图3a的局部放大图；

图4-中间轴结构图；

图5a-连接器工作原理示意图(未连接状态)；

图5b-连接器工作原理示意图(连接状态)；

图5c-变速器工作原理介绍图(高低速被动齿轮与中间轴均未连接状态)；

图5d-变速器工作原理介绍图(只有高速被动齿轮与中间轴连接状态)。

图中：1.输入轴；2.电控动力连接器；3.连接器控制拨叉；4.连接器控制电机；5.低速主动齿轮；6.高速主动齿轮；9.中间轴；10.差速器主动齿轮；11.低速被动齿轮；12.高速被动齿轮；13.换挡环台；14.换挡推杆；15.换挡电机；16.差速器及被动齿轮；17.连接轴环形凸台；18.连接器锁止钢球；21.中间轴内腔；22.衬套；23.低速挡换挡柱塞；24.高速挡换挡柱塞；25.连接器内腔；27.箱体；28.换挡柱塞通孔；29.低挡被动齿轮内环半圆弧槽；30.高挡被动齿轮内环半圆弧槽；31.连接器外套；33.连接器轴；35.锁止钢球间隙；37.连接器光轴；39.连接器凸缘。

具体实施方式：

下面结合附图进一步说明本发明的具体内容及其实施方式。

一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器，所述的输入轴1部分(参阅图1、参阅图2)由输入轴1，左右电控动力连接器2组成；输入轴1为三段结构，其三段都为花健外齿，输入轴1两端为连接器轴33，连接器轴33和输入轴中段连接电控动力连接器2和连接器外套31，这样输入轴1将通过连接器外套31内孔的内花键刚性连为一体，输入轴中间花健外齿连接低速主动齿轮5和高速主动齿轮6。

所述电控动力连接器2的结构：与左、右端电控动力连接器2连接的左、右端的连接外套31上,分别套合安装连接器控制拨叉3，连接器控制拨叉3通过控制电机4的工作指令实施动作，完成各自的工作(见图2)。在左、右连接器外套31与连接器体2套合连接接触位置处的内孔圆环表面均匀加工有4-8个半圆槽35，与此位置在相同对应的连接器体2圆柱所处位置，也加工与同半圆槽35一样相等半径的4-8个通孔，通孔与半圆槽35相通的空间正合适容纳一个锁止钢球18在此驻留。连接器体2外侧孔内加工内花键与连接轴33上外花键啮合连接成一体，连接轴33通过连接器环形凸台17与连接器体2内壁光滑套合接触，连接轴33的内端的光轴37同上述的连接器2圆柱体所对应位置处的空间，是半个钢球空间间隙，这样该间隙与前述连接器体2上的通孔并同连接器外套的半圆槽间隙35就形成了1.5倍钢球间隙(见图3a,图3b)，该1.5倍间隙可达到并可保证实现电控动力连接器2工作时的锁止工况与释放工况的可靠完成。连接轴33外端部安装有固定凸缘39，固定凸缘39是连接向变速器输入车辆牵引动力的驱动电机或燃料发动机装置的接口(见图1、图2)

所述电控动力连接器2特征要求，其结构具有的功能在于：当拨叉3控制电机4接受指令左右旋转动作时，将带动连接器体2上套合的连接器外套31控制拨叉3向外移动。控制拨叉3的移动则带动连接器外套31，并推动连接器体2整体外移，锁止钢球18在连接器体2通孔内随动外移，经连接轴33环形凸台17的斜坡导向作用，使锁止钢球18上移，连接器体2与连接轴光轴之间的半圆球间隙逐渐消失，至锁止钢球18全部进入左右连接器外套31的半圆槽35内，与连接器体通孔成一体结构。连接轴33外端的花键与连接器体2的内花键的啮合作用，将从连接凸缘39获得的纯电动力或混合动力经电控动力连接器2向输入轴1输入。当需要切断动力时，拨叉控制电机4反转，反向带动控制拨叉3移动，连接器外套31的半圆槽35作用，带动锁止钢球18及连接器体2从连接轴环形凸台17上向内移动推锁止钢球18脱离连接器外套31至内环光轴处的钢球间隙时止。(见图2、图3a、图3b、图5a、图5b)

所述中间轴9部分由差速器主动齿轮10、低速被动齿轮11、高速被动齿轮12、换挡环台13、换挡推杆14、换挡电机15组成；中间轴9左端与差速器主动齿轮的连接是通过其轴左端处加工外花键齿及差速器的内花键齿的啮合安装一起，向右依次套合安装了低速被动齿轮11、高速被动齿轮12，差速器与低速被动齿轮、高速被动齿轮间通过衬垫22相隔(见图4；中间轴9右侧内加工有圆柱孔，用以装入换挡所需要的换挡推杆14及换挡环台13左右移动的距离与空间，套合在中间轴9低速被动齿轮11与高速被动齿轮12安装位置的对应处的圆周体上均匀加工对称4个外大内小的台阶状柱塞通孔28，该通孔用以安装换挡柱塞23、24(见图4)；低、高速被动齿轮11、12与中间轴9套合接触位置的内圆处加工有8-12个半圆弧槽29、30，其圆弧大小与柱塞大圆弧的弧度一致相等。柱塞23、24是一个上大圆弧下小半圆弧的圆柱实体呈台阶状，空挡位置时它置于中间轴内9的4个相同大小的台阶状的柱塞通孔28内，且小圆弧介于中间轴9的空间与换挡推杆14的圆周表面接触。这样无论是中间轴9的转动或主动低、高速齿轮5、6通过啮合带动被动低、高速齿轮11、12转动，低速、高速被动齿轮11、12都是在中间轴9上空转；换挡电机15固定在中间轴9位置右侧的箱体27右侧处，它工作时带动换挡推杆14及换挡环台13同步向左、右移动(见图4)。

上述功能要求：换挡电机15按指令驱动旋转，带动换挡推杆14及换挡环台13(左、右)移动时，换挡环台13的斜面作用推动换挡柱塞23、24的小半圆弧使整个柱塞23、24沿柱塞孔28向外移出，柱塞28的大圆弧上移并充满低高速被动齿轮11、12内环处半圆弧槽间隙29、30，使中间轴9经柱塞23、24将低、高速被动齿轮11、12刚性连成一起，向外输出动力(见图5c、图5d)。换挡电机15按指令旋转带动换挡推杆14与换挡环台13向左移动完成降速增扭换低速挡工况运行，向右移动完成换直接挡的高速运行工况(见图5d)。

本发明的具体实施方式：

输入轴1与中间轴9两轴上安装的主动低速齿轮5与被动低速齿轮11以齿啮合的方式传输动力，其传动比为：1：2或1：2.5；

输入轴1与中间轴9两轴上安装的主动高速齿轮6与被动高速齿轮12以齿啮合的方式传输动力，其传动比为：1：1；

中间轴9的差速器主动齿轮10与差速器被动齿轮16通过齿啮合传递连接器2动力时与低、高速齿轮11、12在挡工况时，传输连接凸缘39接入的驱动电力源或混合动力源至车轮所输出牵引动力。其传动比为：1：3；

输入轴1、中间轴9、差速器16通过轴承安装固定在箱体27内，拨叉控制电机4与换挡控制电机15安装固定在各自位置的箱体27外

该自动控制两挡自动变速器安装于动力源与车轮间，车辆使用的动力源可用纯电动力的驱动电机或纯电动力驱动电机与燃料发动机匹配的混合动力装置，其连接是通过凸缘39将动力传输至变速器两端的电控动力连接器。

本发明的“一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器”所设计的

输入功率：75-160kw，输入扭矩：160--600Nm,输入最大转速：9000rpm。

换挡电机15选用直流贯穿轴式控制方式的步进电机。

拨叉控制电机4用直流步进电机控制驱动拨叉3的移动，并在控制电控动力连接器2移动到工作位置，即连接器外套31通过锁止钢球18将连接器2整体连成一体时位置时，在此位置设置位置传感器，向控制系统ECU输入到位信息，ECU指令拨叉控制电机4停止工作后，控制连接器将自动锁止。

拨叉控制电机4与换挡控制电机15的工况受控“一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器”电控系统ECU指令，它们通过安装在变速器箱体27的输入轴1两端电控动力连接器2外侧的实际位置处的传感器信息并同中间轴箱体27右侧外端处换挡电机15外端处安装的位置传感器信息同时向电控系统ECU可靠传输，电控系统ECU依据车辆的实际情况，指令拨叉控制电机4的工况或换挡控制电机15的换挡动作。

拨叉控制传感器可采用位置开关式，换挡控制传感器可选择用线性式或开关式。

在这里以电控动力连接器2工况与自动换挡工况说明实施内容：

电控动力连接器2工况：当拨叉3控制电机4接受指令左右旋转动作时，将带动连接器体2上套合的连接器外套31控制拨叉3向外移动。控制拨叉3的移动则带动连接器外套31，并推动连接器体2整体外移，锁止钢球18在连接器体2通孔内随动外移，经连接轴33环形凸台17的斜坡导向作用，使锁止钢球18上移，连接器体2与连接轴光轴之间的半圆球间隙逐渐消失，至锁止钢球18全部进入左右连接器外套31的半圆槽35内，与连接器体通孔成一体结构。连接轴33外端的花键与连接器体2的内花键的啮合作用，将从连接凸缘39获得的纯电动力或混合动力经电控动力连接器2向输入轴1输入。当需要切断动力时，拨叉控制电机4反转，反向带动控制拨叉3移动，连接器外套31的半圆槽35作用，带动锁止钢球18及连接器体2从连接轴环形凸台17上向内移动推锁止钢球18脱离连接器外套31至内环光轴37处的钢球间隙时止(见图2、图5a、图5b)

上述工况的完成，要求拨叉控制电机4可用步进电机的方案实施进行，这样保证在转换时的位置能可靠定位向输入轴1传输动力。锁止钢球18也可用碳纤维材料替用。

换挡工况：换挡电机15按指令驱动旋转，带动换挡推杆14及换挡环台13项(左、右)移动时，换挡环台13的斜面作用推动换挡柱塞23、24的小半圆弧使整个柱塞23、24沿柱塞孔28向外移出，柱塞28的大圆弧上移并充满低高速被动齿轮11、12内环处半圆弧槽间隙29、30，使中间轴9经柱塞23、24将低、高速被动齿轮11、12刚性连成一起，向外输出动力(见图5b)。换挡电机15按指令旋转带动换挡推杆14与换挡环台13向左移动完成降速增扭低速挡工况运行，向右移动完成直接挡的高速运行工况(见图5d)。

换挡工况的挡位可分为：低速挡--中间挡(空挡)--高速挡，正常条件下换挡环台13位于空挡，即在低速挡11与高速挡12的中间位置(见图5c)，这样换挡电机14在此位置受控旋转时，当向左转动时，则可快速换入低速挡11位置，或向右转动时，则也可快速换入高速挡12位置。换挡柱塞23、24的材质可选择钢质或碳纤维材质加工。

Claims (3)

1.一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器，由输入轴（1）、中间轴（9）、差速器及被动齿轮（16）、连接器控制电机（4）和换挡电机（15）组成，其特征在于：

所述输入轴（1）为三段花健轴，两端为结构相同的连接器轴（33），结构相同的电控动力连接器（2）套装在连接器轴（33）上，结构相同的连接器外套（31）套装在电控动力连接器（2）和输入轴（1）的中段轴上，所述电控动力连接器（2）和连接器外套（31）滑动配合连接，并通过内置的锁止钢球（18）锁止；所述连接器外套（31）上装有连接器控制拨叉（3），所述连接器控制拨叉（3）通过连接器控制电机（4）控制；所述连接器轴（33）端部分别安装有固定凸缘（39），用于连接向变速器输入车辆牵引动力的驱动电机或燃料发动机装置的接口；所述输入轴（1）中段与高低速主动齿轮（6、5）花键连接，所述高低速主动齿轮（6、5）分别与中间轴（9）上的高低速被动齿轮（12、11）啮合连接，所述中间轴（9）上的差速器主动齿轮（10）与差速器及被动齿轮（16）啮合；

所述中间轴（9）内装有换挡推杆（14），所述换挡推杆（14）由换挡电机（15）驱动,分别通过高低挡换挡柱塞（24、23）与高低速被动齿轮（12、11）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器，其特征在于：

所述两个连接器轴（33）内端为连接轴环形凸台（17）和一小段连接器光轴（37），所述电控动力连接器（2）外端分别与连接器轴（33）花键连接，内端与连接轴环形凸台（17）滑动连接，所述连接器外套（31）分别与输入轴（1）中段花键连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于纯电动与混合动力车辆上的两挡电控自动变速器，其特征在于：

在与电控动力连接器（2）连接处的连接器外套（31）的内孔壁上均匀加工有4-8个半圆槽，其对应处的电控动力连接器上分别加工有与半圆槽相等半径的（4-8）个通孔，在每个半圆槽和通孔构成的空间内装有连接器锁止钢球（18），所述连接器外套（31）上的半圆槽为锁止钢球间隙（35），所述连接器锁止钢球（18）位于连接器光轴（37）处；通过连接器控制电机（4）控制连接器控制拨叉（3）使连接器外套（31）和电控动力连接器（2）沿输入轴（1）移动，使连接器锁止钢球（18）沿连接轴环形凸台（17）移进或移出锁止钢球间隙（35），将电控动力连接器（2）和连接器外套（31）与输入轴（1）连为一体或分离。

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