CN109835156A - 电动汽车用双电机驱动桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电动汽车用双电机驱动桥，包括高速驱动电机、低速驱动电机、高速驱动锁止器、低速驱动锁止器、单级行星排、差速器、左半轴、右半轴；所述高速驱动锁止器、高速驱动电机、单级行星排、低速驱动电机和低速驱动锁止器依次同轴安装；所述单级行星排与差速器连接；所述差速器分别与左半轴、右半轴连接；所述高速驱动锁止器、低速驱动锁止器通过闭合或释放，使得驱动桥实现高速驱动模式、低速驱动模式、联合驱动模式、倒挡模式、空挡模式、驻车模式其中任一模式。换挡响应快速，结构、控制简单，可靠性高，切换能耗低，总成传动效率高和成本低，具有更高的性价比，较强的潜在市场竞争力。

Description

电动汽车用双电机驱动桥

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，特别涉及电动汽车用双电机驱动桥。

背景技术

随着社会和车辆工程技术的不断发展，汽车保有量愈来愈大，对环境和能源造成了很大压力。为了解决上述问题，迫切需求车辆工程驱动技术进行较大的革新，一是混合动力技术，二是纯电动技术。上述两种技术主要涉及车辆传动系统的革新，一是引入蓄能装置，二是引入电驱动装置，如电机。

在目前纯电动驱动技术上，大多数车辆采用电机和固定速比变速箱驱动车辆行驶，在一定程度上可以满足一些区域内的低速电动汽车要求，然而，对于中高速全时域电动汽车而言，已很难兼顾低速大转矩和高速高效率高可靠性的传动需求，这就迫切需要采用两速或更多速比的自动变速器来辅助电机驱动车辆，在全速度段充分发挥电驱动功率和高效率区驱动特性。

为了解决上述问题，目前有以下几种解决方案：一是采用行星齿轮辅以湿式摩擦片利用液压换挡的电动汽车用两档或多档自动变速器；二是采用电机驱动拨叉换挡的两档或多档自动变速器；三是采用湿式双离合辅以拨叉换挡齿轮组的两档或多档自动变速器。然而，电动汽车用自动变速箱技术研发主要面临的问题有：一、输入转速相对于传统燃油汽车提高了将近3倍(传统燃油车输入转速多集中在3000rpm以内，电动汽车电机转速一般在8000rpm以上)，导致变速箱效率、换挡方式、润滑方式均发生了质变，传统变速箱技术已难以适应；二、传统燃油汽车均存在怠速工作状态，从而，换挡液压泵可以提供最低换挡压力，然而，电动汽车电机是从0转速逐渐升速到指定车速，将近100年以来形成的传统液压换挡技术不再适用。三、电机过载转矩大加速度大，变速箱输入转矩远大于传统燃油汽车，导致换挡离合元件难以匹配。四、传统汽车采用机械制动，无能量回收这一要求；然而，电动汽车需尽可能最大化的回收制动能量，导致变速箱制动换挡控制难度大。五、相对传统汽车而言，电动汽车对自动变速箱传动效率要求极高，导致自动变速箱结构设计技术难度大。六、电机高转速引起的高频振动、自激振动、噪声、冲击、疲劳损伤、微动磨损等一系列问题处理难度大。七、当量轴向宽度小，即需要自动变速箱设计的更薄，以便为电机轴向尺寸留下较好的空间，导致齿宽当量负荷极大，设计难度大。八、要求自动变速箱换挡迅速，无动力间断。九、随着车辆超高技术低成本方向发展，要求自动变速箱造价低。

综上可知，上述三种解决方案虽然各自解决了一部分电动汽车用自动变速箱的问题，然而很难真正满足电动汽车的需求。目前电动汽车存在换挡响应慢，结构、控制复杂，可靠性低，切换能耗高，总成传动效率低，成本高等技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种换挡响应快速，结构、控制简单，可靠性高，切换能耗低，总成传动效率高和成本低的电动汽车用双电机驱动桥。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

电动汽车用双电机驱动桥，包括高速驱动电机、低速驱动电机、高速驱动锁止器、低速驱动锁止器、单级行星排、差速器、左半轴、右半轴；

所述高速驱动锁止器、高速驱动电机、单级行星排、低速驱动电机和低速驱动锁止器依次同轴安装；所述单级行星排与差速器连接；所述差速器分别与左半轴、右半轴连接；

所述高速驱动锁止器、低速驱动锁止器通过闭合或释放，使得驱动桥实现高速驱动模式、低速驱动模式、联合驱动模式、倒挡模式、空挡模式、驻车模式其中任一模式。

优选地，所述高速驱动锁止器包括单向锁止器、高速主动件、高速制动件；所述单向锁止器包括内环、外环；

所述高速主动件与高速驱动电机轴的左端连接，所述高速制动件与驱动桥箱体连接，所述高速驱动电机轴左端延伸出高速主动件与单向锁止器的内环的连接；所述单向锁止器的外环与驱动桥箱体连接。

优选地，所述单级行星排包括太阳轮、行星轮、内齿圈、转臂，所述行星轮与转臂通过花键副连接，所述太阳轮与行星轮外啮合连接；所述行星轮与内齿圈内啮合连接；所述高速驱动电机轴的右端与内齿圈连接，所述太阳轮与低速驱动电机轴的左端连接；所述内齿圈与高速驱动电机轴右端连接。

优选地，所述低速驱动锁止器包括低速主动件、低速制动件；所述低速主动件与低速驱动电机轴的右端连接，所述低速制动件与驱动桥箱体连接。

优选地，所述转臂外侧设置外齿形成主动齿轮；还包括被动齿轮，所述被动齿轮与差速器的壳体固定连接，所述主动齿轮与被动齿轮外啮合连接。

采用上述技术方案，由于使用了高速驱动电机、低速驱动电机、高速驱动锁止器、低速驱动锁止器、单级行星排、差速器、左半轴、右半轴等技术特征。通过高速驱动锁止器、低速驱动锁止器的闭合或释放，使得驱动桥实现高速驱动模式、低速驱动模式、倒挡模式、空挡模式、驻车模式其中任一模式。本发明换挡响应快速，结构、控制简单，可靠性高，切换能耗低，总成传动效率高和成本低，具有更高的性价比。

附图说明

图1为本发明原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如附图1所示，电动汽车用双电机驱动桥，包括高速驱动电机5、低速驱动电机13、高速驱动锁止器1、低速驱动锁止器16、单级行星排22、差速器18、左半轴19、右半轴20。将高速驱动锁止器1、高速驱动电机5、单级行星排22、低速驱动电机13和低速驱动锁止器16依次同轴安装；将单级行星排22与差速器18连接；将差速器18分别与左半轴19、右半轴20连接。具体实施中通过高速驱动锁止器1、低速驱动锁止器16通过闭合或释放，使得驱动桥实现高速驱动模式、低速驱动模式、倒挡模式、空挡模式、驻车模式其中任一模式。

具体实施中，高速驱动锁止器1包括单向锁止器2、高速主动件3、高速制动件4；单向锁止器2包括内环、外环。将高速主动件3与高速驱动电机轴6的左端连接，将高速制动件4与驱动桥箱体连接，将高速驱动电机轴6左端延伸出高速主动件与单向锁止器2的内环的连接；将单向锁止器2的外环与驱动桥箱体连接。

单级行星排22包括太阳轮8、行星轮9、内齿圈7、转臂10，将行星轮9与转臂10通过花键副连接，将太阳轮8与行星轮9外啮合连接；将行星轮9与内齿圈7内啮合连接；将高速驱动电机轴6的右端与内齿圈7连接，将太阳轮与8低速驱动电机轴12的左端连接；将内齿圈7与高速驱动电机轴6右端连接。低速驱动锁止器16包括低速主动件14、低速制动件15；将低速主动件14与低速驱动电机轴12的右端连接，将低速制动件15与驱动桥箱体连接。在转臂10外侧设置外齿形成主动齿轮11；具体实施中还包括被动齿轮17，将被动齿轮17与差速器18的壳体固定连接，将主动齿轮11与被动齿轮17外啮合连接。

本发明主要控制策略和工作模式如下：

低速驱动模式：

当车辆起步和中低速行驶时，高速驱动电机5关闭，低速驱动电机13正向转动(与车辆前进方向一致)，低速驱动锁止器16释放，高速驱动锁止器1的制动锁止部分释放，单向锁止器2起作用；低速驱动电机13通过低速驱动电机轴12将动力传递给太阳轮8，太阳轮8将动力传递给行星轮9，此时，内齿圈7具有反向运动趋势，内齿圈7通过高速驱动电机轴6与单向锁止器2的内环固定连接，单向锁止器2的外环对具有反向运动趋势的内环起锁止作用，进而，内齿圈7处于锁止状态，内齿圈7为单级行星排22提供反作用力，行星轮9将动力传递给转臂10，转臂10将动力由主动齿轮11传递给被动齿轮17，被动齿轮17将动力传递给差速器总成18，差速器总成18将动力传递给左半轴19和右半轴20驱动车辆行驶。

低速驱动模式下，电动汽车用双电机驱动桥的低速驱动电机轴12与差速器总成18的转速关系：

其中：Z1表示太阳轮4的齿数，Z2表示内齿圈齿数，Z3表示主动齿轮的齿数，Z4表示被动齿轮的齿数，n1表示低速驱动电机轴的转速，n2表示高速驱动电机轴的转速，n3表示差速器总成18的转速。

高速驱动模式：

当车辆中高速行驶时，低速驱动电机13关闭，高速驱动电机5正向转动(与车辆前进方向一致)，低速驱动锁止器16闭合，高速驱动锁止器1释放；高速驱动电机5通过高速驱动电机轴6将动力传递给内齿圈7，内齿圈7将动力传递给行星轮9，此时，低速驱动锁止器16的低速制动件15将低速主动件14制动，进而，低速驱动电机轴12和太阳轮8处于锁止状态，太阳轮8为单级行星排提供反作用力，行星轮9将动力传递给转臂10，转臂10将动力由主动齿轮11传递给被动齿轮17，被动齿轮17将动力传递给差速器总成18，差速器总成18将动力传递给左半轴19和右半轴20驱动车辆行驶。

高速驱动模式下，电动汽车用双电机驱动桥的高速驱动电机轴6与差速器总成18的转速关系：

联合驱动模式：

当车辆大功率加速驱动时，低速驱动电机13正向转动(与车辆前进方向一致)，高速驱动电机5正向转动(与车辆前进方向一致)，低速驱动锁止器16释放，高速驱动锁止器1释放；高速驱动电机5通过高速驱动电机轴6将动力传递给内齿圈7，内齿圈7将动力传递给行星轮9；低速驱动电机13通过低速电机轴12将动力传递给太阳轮8，太阳轮8将动力传递给行星轮9；此时，行星轮9将来自高速驱动电机5和低速驱动电机13的动力叠加后传递给转臂10，转臂10将动力由主动齿轮11传递给被动齿轮17，被动齿轮17将动力传递给差速器总成18，差速器总成18将动力传递给左半轴19和右半轴20驱动车辆行驶。

倒挡模式：

当车辆需求倒车行驶时，高速驱动电机5关闭，高速驱动锁止器1的高速制动件4将高速主动件3制动，进而，高速驱动电机轴6和内齿圈7处于锁止状态；低速锁止器16处于释放状态，低速驱动电机13将反向(与车辆前进方向相反)动力传递给太阳轮8，太阳轮8将动力传递给行星轮9，此时，内齿圈7具有反向运动趋势，内齿圈7通过高速驱动电机轴6与单向锁止器2的内环固定连接，单向锁止器2的外环对具有反向运动趋势的内环起锁止作用，进而，内齿圈7处于锁止状态，内齿圈7为单级行星排提供反作用力，行星轮9将动力传递给转臂10，转臂10将动力由主动齿轮11传递给被动齿轮17，被动齿轮17将动力传递给差速器总成18，差速器总成18将动力传递给左半轴19和右半轴20驱动车辆倒车行驶。

空挡和驻车模式：

当低速驱动锁止器16和高速驱动锁止器1处于释放状态时，低速驱动电机轴12和高速驱动电机轴6均处于释放状态，进而，内齿圈7和太阳轮8也处于释放状态，转臂10与差速器总成18处于动力中断状态，车辆实现空挡模式。当低速驱动锁止器16处于闭合和单向锁止器2起作用时，即低速制动件15制动低速主动件14，低速驱动电机轴12和高速驱动电机轴6均处于锁止状态，进而，内齿圈7和太阳轮8也处于锁止状态，单级行星排处于锁止状态，车辆实现驻车模式。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.电动汽车用双电机驱动桥，其特征在于，包括高速驱动电机、低速驱动电机、高速驱动锁止器、低速驱动锁止器、单级行星排、差速器、左半轴、右半轴；

所述高速驱动锁止器、高速驱动电机、单级行星排、低速驱动电机和低速驱动锁止器依次同轴安装；所述单级行星排与差速器连接；所述差速器分别与左半轴、右半轴连接；

所述高速驱动锁止器、低速驱动锁止器通过闭合或释放，使得驱动桥实现高速驱动模式、低速驱动模式、联合驱动模式、倒挡模式、空挡模式、驻车模式其中任一模式。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用双电机驱动桥，其特征在于，所述高速驱动锁止器包括单向锁止器、高速主动件、高速制动件；所述单向锁止器包括内环、外环；

所述高速主动件与高速驱动电机轴的左端连接，所述高速制动件与驱动桥箱体连接，所述高速驱动电机轴左端延伸出高速主动件与单向锁止器的内环的连接；所述单向锁止器的外环与驱动桥箱体连接。

3.根据权利要求2所述的电动汽车用双电机驱动桥，其特征在于，所述单级行星排包括太阳轮、行星轮、内齿圈、转臂，所述行星轮与转臂通过花键副连接，所述太阳轮与行星轮外啮合连接；所述行星轮与内齿圈内啮合连接；所述高速驱动电机轴的右端与内齿圈连接，所述太阳轮与低速驱动电机轴的左端连接；所述内齿圈与高速驱动电机轴右端连接。

4.根据权利要求3所述的电动汽车用双电机驱动桥，其特征在于，所述低速驱动锁止器包括低速主动件、低速制动件；所述低速主动件与低速驱动电机轴的右端连接，所述低速制动件与驱动桥箱体连接。

5.根据权利要求4所述的电动汽车用双电机驱动桥，其特征在于，所述转臂外侧设置外齿形成主动齿轮；还包括被动齿轮，所述被动齿轮与差速器的壳体固定连接，所述主动齿轮与被动齿轮外啮合连接。