CN109318704B - 一种电驱动传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电驱动传动装置，它包括行星式齿轮机构，特征在于：所述行星式齿轮机构包括第一太阳轮(3)、第一行星齿轮(5)、第二行星齿轮(6)、第二太阳轮(4)和行星架(7)，所述第一太阳轮(3)与第一行星齿轮(5)啮合，第二行星齿轮(6)与第二太阳轮(4)啮合，所述第一行星齿轮(5)与所述第二行星齿轮(6)连接在一起构成台阶式行星齿轮组并能够在所述行星架(7)上自转及绕着所述第一太阳轮(3)和所述第二太阳轮(4)公转。该传动装置采用两个太阳轮和阶梯式行星齿轮组，降低了加工难度。通过控制换挡元件实现两个挡位的纯电动驱动模式、串联和并联混合动力驱动模式，能够用于前驱和后驱车辆，覆盖纯电动汽车、插电混动汽车以及增程式电动汽车。

Description

一种电驱动传动装置
技术领域
本发明涉及车辆动力传动技术领域，尤其是作为纯电动和增程式电动汽车的一种电驱动传动装置。
背景技术
能源问题和环保压力使得汽车动力系统电动化成为一种发展趋势，多挡位的电驱动传动装置能够提高整车性能和优化驱动电机的工作区间，降低电池消耗，成为可行的提升电驱动系统性能的技术路线。
目前较多的纯电动和增程式方案在纯电动行驶时都采用固定速比模式，虽然变速箱结构简单，但是会导致电机工作状态完全取决于行驶路况，系统效率得不到优化，发动机参与工作时也没有足够的速比可用。因此开发两挡或多挡电驱动传动装置能够更好地满足电驱动系统的使用。
发明内容
本发明专利目的是提供一种电驱动传动装置，不仅可以满足纯电动模式下的车速和动力性需求，还可以作为增程式动力系统的驱动部分，在电池电量不足时依靠发动机完成续航里程，解决现阶段纯电动车辆的里程焦虑、充电困难等问题。
为实现上述发明目的，提出如下技术方案：
一种电驱动传动装置，采用行星式齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星齿轮、第二行星齿轮、第二太阳轮和行星架，所述第一太阳轮与第一行星齿轮啮合，第二行星齿轮与第二太阳轮啮合，所述第一行星齿轮与所述第二行星齿轮连接在一起构成台阶式行星齿轮组并能够在所述行星架上自转及绕着所述第一太阳轮和所述第二太阳轮公转，所述行星架圆周上布置若干个台阶式行星齿轮组，所述第一太阳轮安装在第一轴上，所述行星架与传动装置壳体之间布置第一制动器，第一制动器闭合时行星架将被锁止为零转速，所述第二太阳轮安装在第二轴上，所述第一轴同时与驱动电机的转子连接，所述第二轴作为动力输出轴。
对于纵置后驱车辆，第二轴可以直接与整车主减速器法兰连接或者与具有固定速比的减速机构连接后再与整车主减速器法兰连接。
对于横置前驱车辆，在第二轴上安装减速齿轮，动力经过减速齿轮传递至差速器，再经半轴驱动车辆行驶。减速齿轮采用二级减速包括在所述第二轴上的小减速齿轮与齿轮联轴上的大减速齿轮啮合，形成第一级减速；齿轮联轴上的小减速齿轮与差速器主减速大齿轮啮合，形成第二级减速。
在所述第一轴和行星架之间设置第一离合器,第一离合器采用摩擦片式离合器机构，第一离合器闭合时行星齿轮机构整体转动运行。第一离合器也可以布置在第二太阳轮与行星架之间或者布置在第一太阳轮与第二太阳轮之间。
所述第一制动器可以是摩擦片式制动器或具有转动锁止功能的机械机构。所述第一制动器也可以布置在第一太阳轮与传动装置壳体之间，同时将驱动电机的转子与行星架连接，这种连接方式除了实现相同的两挡功能之外还可以增加挡位速比。
在纯电动驱动时，第一制动器闭合，第一离合器打开，此时设计齿轮速比获得大驱动扭矩，用于加速起步和爬坡工况，该挡位为第一挡纯电动模式。随着车速增加驱动电机转速升高，打开第一制动器，闭合第一离合器，此时行星式齿轮机构整体转动，各元件之间没有啮合运动，定义为第二挡纯电动模式。
在所述第一轴上固定安装减速齿轮一，在传动轴上放置减速齿轮三，减速齿轮三可以在传动轴上自由转动，在减速齿轮一和减速齿轮三之间放置减速齿轮二，减速齿轮二同时与减速齿轮一和减速齿轮三啮合；在传动轴与减速齿轮三之间布置第二离合器。传动轴作为发动机动力的输入轴，所述传动轴上固定齿轮与发电机轴上的齿轮啮合，发电机轴与发电机的转子连接。第二离合器闭合时，发动机和驱动电机能够共同驱动车辆。
有益效果
本发明提供的一种电驱动传动装置，采用由圆柱外齿轮构成的行星式机构，便于加工制造，降低产品开发难度。该方案可以拓展应用于纯电动、插电式混动系统以及增程式电动系统，是一个平台化技术方案。驱动电机采用两挡速比可以同时兼顾低速大扭矩和高车速行驶要求，降低对电机的性能要求，同时有利于提高动力系统效率，延长行驶里程。
附图说明
附图1本发明实施例中两挡纯电动系统方案示意图
附图2本发明实施例中串并联混动系统方案示意图
附图3本发明实施例中两挡电桥驱动方案示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，一种电驱动传动装置，包括驱动电机TM、行星式齿轮机构、减速齿轮、差速器、离合器和制动器元件。
所述行星式齿轮机构包括第一太阳轮3、第一行星齿轮5、第二行星齿轮6、第二太阳轮4和行星架7，所述第一太阳轮3与第一行星齿轮5啮合，第二行星齿轮6与第二太阳轮4啮合，所述第一行星齿轮5与所述第二行星齿轮6连接在一起构成台阶式行星齿轮组并能够在所述行星架7上自转及绕着所述第一太阳轮3和所述第二太阳轮4公转，所述行星架7圆周上布置若干个台阶式行星齿轮组，所述第一太阳轮3安装在第一轴1上，所述行星架7与传动装置壳体之间布置第一制动器B1，第一制动器B1闭合时行星架7将被锁止为零转速，所述第二太阳轮4安装在第二轴2上，所述第一轴1同时与驱动电机TM的转子14连接，所述第二轴2作为动力输出轴。驱动电机TM的定子15固定在传动装置壳体上。在第二轴2上安装小减速齿轮8与齿轮联轴11上的大减速齿轮9啮合，形成第一级减速；齿轮联轴11上的小减速齿轮10与差速器主减速大齿轮12啮合，形成第二级减速。动力经过两级减速齿轮传至差速器25，再经半轴13驱动车辆。
在所述第一轴1和行星架7之间设置第一离合器C1,第一离合器C1采用摩擦片式离合器机构，第一离合器C1闭合时行星齿轮机构将整体转动。各工作模式与换挡元件之间的控制逻辑关系如下表所示。
工作模式 B1 C1
EV-1 ● 〇
EV-2 〇 ●
注：〇-打开状态；●-闭合状态。
在低车速时第一制动器B1单独闭合，行星架7被锁止为零转速，作为第一挡纯电动模式EV-1。此时驱动电机TM至第二太阳轮4的速比i1st为，
i1st＝(Z5/Z3)*(Z4/Z6)
其中，Z3为第一太阳轮齿数，Z4为第二太阳轮齿数，Z5为第一行星齿轮齿数，Z6为第二行星齿轮齿数。
在车速增加时，驱动电机TM转速随之增加，打开第一制动器B1同时闭合第一离合器C1，此时行星齿轮机构各元件整体转动，各元件之间没有相对啮合运行。该挡位为直接挡状态用于小负荷工况和高速行驶工况，行星排机构整体转动没有齿轮啮合损失和噪声风险，作为第二挡纯电动模式EV-2。
实施例2
在实施例1的基础上增加发动机驱动的齿轴元件和第二离合器C2，构成一款串并联混动系统。混动系统包括发动机ICE、发电机ISG及传动机构，发动机ICE通过飞轮减振器FW与传动轴21连接，在传动轴21上安装固定齿轮19，固定齿轮19与安装在发电机轴22上的齿轮20啮合，发电机轴22与发电机ISG的转子23连接，发电机ISG的定子24固定在传动装置壳体上。固定齿轮19和齿轮20是为了提高发电机ISG转速，改善发电机ISG的工作效率。在第一轴1上固定安装减速齿轮一16，在传动轴21上放置减速齿轮三18，减速齿轮三18可以在传动轴21上自由转动，在减速齿轮一16和减速齿轮三18之间放置减速齿轮二17，减速齿轮二17同时与减速齿轮一16和减速齿轮三18啮合。在传动轴21与减速齿轮三18之间布置第二离合器C2。
在电池电量充足时，驱动电机TM以两挡纯电动模式驱动车辆，此时发动机ICE和发电机ISG不参与工作。在电池电量低时，发动机启动带动发电机ISG发电，为电池或驱动电机TM提供电能，此时相当于串联的工作模式，发动机不直接参与驱动，因此发动机可以工作在稳定状态仅驱动发电机ISG发电。
传动装置除了可以实现两挡纯电动和串联工作模式外，在车速相对较高时发动机ICE自身可以工作在低油耗区域，闭合第二离合器C2，发动机动力经过减速齿轮三18、减速齿轮二17、减速齿轮一16将动力传递至第一轴1，按照两挡速比驱动车辆行驶。各工作模式与换挡元件之间的控制逻辑关系如下表所示。
工作模式 B1 C1 C2
EV-1 ● 〇 〇
EV-2 〇 ● 〇
串联-1 ● 〇 〇
串联-2 〇 ● 〇
并联-1 ● 〇 ●
并联-2 〇 ● ●
注：〇-打开状态 ●-闭合状态
实施例3
如图3所示，一种用于后驱车辆的两挡电驱动传动装置，包括驱动电机TM、行星式齿轮机构、离合器和制动器元件。所述行星式齿轮机构包括第一太阳轮3、第一行星齿轮5、第二行星齿轮6、第二太阳轮4和行星架7，所述第一太阳轮3与第一行星齿轮5啮合，第二行星齿轮6与第二太阳轮4啮合，所述第一行星齿轮5与所述第二行星齿轮6连接在一起构成台阶式行星齿轮组并能够在所述行星架7上自转及绕着所述第一太阳轮3和所述第二太阳轮4公转，所述行星架7圆周上布置若干个台阶式行星齿轮组。所述第一太阳轮3安装在第一轴1上，所述第一轴1与传动装置壳体之间布置第一制动器B1，第一制动器B1闭合时第一轴1将被锁止为零转速。所述行星架7同时与驱动电机TM的转子14连接。所述第二太阳轮4安装在第二轴2上，所述第二轴2同时作为动力输出轴，直接与整车主减速器法兰连接或者与具有固定速比的减速机构连接后再与整车主减速器法兰连接。
在所述第一轴1和行星架7之间设置第一离合器C1,第一离合器C1采用摩擦片式离合器机构，第一离合器C1闭合时行星齿轮机构将整体转动。
在一挡驱动时驱动电机TM至第二太阳轮4的速比i1st为，
i1st＝(Z5/Z3)/(Z5/Z3-Z6/Z4)
其中，Z3为第一太阳轮齿数，Z4为第二太阳轮齿数，Z5为第一行星齿轮齿数，Z6为第二行星齿轮齿数。
驱动电机TM和动力输出轴与行星排机构的连接关系容易获得一挡较大的速比，满足低速加速要求，二挡速比为直接挡用于高车速助力，适合用于P4混动系统。

Claims (5)

1.一种电驱动传动装置，它包括行星式齿轮机构，特征在于：所述行星式齿轮机构包括第一太阳轮(3)、第一行星齿轮(5)、第二行星齿轮(6)、第二太阳轮(4)和行星架(7)，所述第一太阳轮(3)与第一行星齿轮(5)啮合，第二行星齿轮(6)与第二太阳轮(4)啮合，所述第一行星齿轮(5)与所述第二行星齿轮(6)连接在一起构成台阶式行星齿轮组并能够在所述行星架(7)上自转及绕着所述第一太阳轮(3)和所述第二太阳轮(4)公转，所述行星架(7)圆周上布置若干个台阶式行星齿轮组，所述第一太阳轮(3)安装在第一轴(1)上，所述行星架(7)与传动装置壳体之间布置第一制动器(B1)，第一制动器(B1)闭合时行星架(7)将被锁止为零转速，所述第二太阳轮(4)安装在第二轴(2)上，所述第一轴(1)同时与驱动电机(TM)的转子(14)连接，所述第二轴(2)作为动力输出轴。
2.根据权利要求1所述的一种电驱动传动装置，其特征在于：所述第一轴(1)与行星架(7)之间布置第一离合器(C1)，第一离合器(C1)也可以布置在第二太阳轮(4)与行星架(7)之间或者布置在第一太阳轮(3)与第二太阳轮(4)之间。
3.根据权利要求1所述的一种电驱动传动装置，其特征在于：所述第一制动器(B1)为摩擦片式制动器或为具有转速锁止功能的单向离合器。
4.根据权利要求1所述的一种电驱动传动装置，其特征在于：所述第一制动器(B1)也可以布置在第一太阳轮(3)与传动装置壳体之间，同时将驱动电机(TM)的转子(14)与行星架(7)连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种电驱动传动装置，其特征在于：所述第一轴(1)上固定安装减速齿轮一(16)，传动轴(21)上放置减速齿轮三(18)，所述减速齿轮三(18)在传动轴(21)上能够自由转动，所述减速齿轮一(16)和减速齿轮三(18)之间放置减速齿轮二(17)，所述减速齿轮二(17)与减速齿轮一(16)和减速齿轮三(18)啮合，所述传动轴(21)与减速齿轮三(18)之间布置第二离合器(C2)，传动轴(21)作为发动机动力的输入轴，所述传动轴(21)上固定齿轮(19)与发电机轴(22)上的齿轮(20)啮合，发电机轴(22)与发电机(ISG)的转子(23)连接。
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