CN109835180A - 集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥 - Google Patents

Abstract

本发明公开了集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，包括驱动电机、高速挡行星传动装置、低速挡行星传动装置、输出行星传动装置、输出齿轮副、差速器、集成控制器、高速电子换挡器、低速电子换挡器；所述高速挡行星传动装置、低速挡行星传动装置、输出行星传动装置通过共用的转臂连接；所述驱动电机的输出轴与低速挡行星传动装置的太阳轮连接；所述高速电子换挡器与高速挡行星传动装置连接；所述低速电子换挡器与低速挡行星传动装置连接；所述集成控制器分别与高速电子换挡器、低速电子换挡器、驱动电机电性控制连接；所述输出齿轮副分别与输出行星传动装置、差速器连接。本发明具有结构简洁、重量轻、速比大、损耗小、可靠性高等优点。

Description

集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥

技术领域

本发明涉及电动车辆领域，特别涉及集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥。

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，大多数重型车辆采用电机和固定速比变速箱通过万向传动轴经驱动桥驱动车辆行驶，在一定程度上可以满足一些重型电动汽车要求，然而，对于中高速全时域重型电动汽车而言，则难以兼顾低速大转矩和高速高效率高可靠性的传动需求，这就迫切需要采用高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8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，因而，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，尤其对于重型车辆需求更大的速比，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、随着重型车辆轻量化底盘、底盘规整化空间以及低成本的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高速挡和低速挡无动力间断切换,结构简洁、重量轻、速比大、传递动力强、损耗极小和可靠性高的集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，包括驱动电机、高速挡行星传动装置、低速挡行星传动装置、输出行星传动装置、输出齿轮副、差速器、集成控制器、高速电子换挡器、低速电子换挡器；

所述高速挡行星传动装置、低速挡行星传动装置、输出行星传动装置共用转臂连接；

所述驱动电机的输出轴与低速挡行星传动装置的太阳轮连接；

所述高速电子换挡器与高速挡行星传动装置连接；所述低速电子换挡器与低速挡行星传动装置连接；所述集成控制器分别与高速电子换挡器、低速电子换挡器、驱动电机电性控制连接；所述输出齿轮副分别与输出行星传动装置、差速器连接；

所述集成控制器控制高速电子换挡器、低速电子换挡器的闭合或者释放使差速器实现高速挡驱动模式、或低速挡驱动模式、或空挡模式、或电子驻车模式输出。

优选地，所述高速电子换挡器与低速电子换挡器结构相同。

优选地，所述高速电子换挡器或低速电子换挡器均包括换挡轴、换挡盘、换挡电机、换档减速器、换挡小齿轮、换挡传动箱体、换挡左摩擦块、换挡右摩擦块、换挡大齿轮、换挡左螺杆、换挡右螺杆、换挡左螺母、换挡钳体、换挡右螺母；

所述换挡电机输出轴与换挡减速器连接，所述换挡减速器输出轴与换挡小齿轮连接，所述换挡小齿轮与换挡大齿轮外啮合；

所述换挡左螺杆和换挡右螺杆固定安装在换挡大齿轮内，所述换挡左螺母固定安装在换挡钳体上，所述换挡右螺母与换挡左摩擦块固定安装，所述换挡右摩擦块与换挡钳体右端固定连接；所述换挡盘位于换挡左摩擦块、换挡右摩擦块之间形成间隙配合连接；

所述换挡小齿轮和换挡大齿轮安装在换挡传动箱体内，所述换挡电机、换挡减速器固定安装在换挡传动箱体的端面，所述换挡传动箱体与机架固定安装，所述换挡钳体通过导杆与换挡传动箱体连接；所述换挡盘与换挡轴连接。

优选地，所述高速挡行星传动装置包括高速挡行星轮、高速挡齿圈；

所述高速挡行星轮与转臂固定连接，所述高速挡齿圈与高速挡行星轮内啮合连接，所述高速挡齿圈与高速电子换挡器的换挡轴固定连接。

优选地，所述低速挡行星传动装置包括太阳轮、低速挡行星轮、低速挡齿圈；

所述太阳轮与驱动电机输出轴连接，所述太阳轮与低速挡行星轮外啮合连接；所述低速挡行星轮与低速挡齿圈内啮合连接。

优选地，还包括制动齿轮，所述制动齿轮与低速电子换挡器的换挡轴的另一端连接；所述低速挡齿圈外侧设置外齿，所述低速挡齿圈与制动齿轮外啮合连接。

优选地，所述输出行星传动装置包括输出行星轮、输出齿圈，所述输出行星轮与转臂固定连接，所述输出行星轮与输出齿圈内啮合连接；所述输出齿圈外侧设置外齿，所述输出齿圈与输出齿轮副外啮合连接。

优选地，还包括电机转子转速传感器、低速换挡盘测速传感器、高速换挡盘测速传感器、输出转速传感器；

所述电机转子转速传感器与电机转子间隙配合连接；所述输出转速传感器与输出齿圈间隙配合连接；所述高速换挡盘测速传感器与高速电子换挡器的换挡盘间隙配合连接；所述低速换挡盘测速传感器与低速电子换挡器的换挡盘间隙配合连接；

所述集成控制器分别与电机转子转速传感器、低速换挡盘测速传感器、高速换挡盘测速传感器、输出转速传感器电性连接。

采用上述技术方案，由于使用了驱动电机、高速挡行星传动装置、低速挡行星传动装置、输出行星传动装置、输出齿轮副、差速器、集成控制器、高速电子换挡器、低速电子换挡器等技术特征。通过集成控制器控制高速电子换挡器、低速电子换挡器使发明实现高速挡驱动模式、低速挡驱动模式、空挡模式和电子驻车模式输出，尤其实现了高速挡驱动模式和低速挡驱动模式无动力间断切换。本发明具有结构简洁、重量轻、速比大、传递动力强、损耗极小和可靠性高等特点，特别适用于重型混合动力或纯电动商车用电机一体化驱动桥。

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，集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，包括驱动电机1、高速挡行星传动装置2、低速挡行星传动装置3、输出行星传动装置4、输出齿轮副5、差速器6、集成控制器7、高速电子换挡器8、低速电子换挡器9。具体的，将高速挡行星传动装置2、低速挡行星传动装置3、输出行星传动装置4通过共用的转臂10连接。将驱动电机1的输出轴与低速挡行星传动装置3的太阳轮11连接。

将高速电子换挡器8与高速挡行星传动装置2连接；低速电子换挡器9与低速挡行星传动装置3连接；将集成控制器7分别与高速电子换挡器8、低速电子换挡器9、驱动电机1电性控制连接；将输出齿轮副5分别与输出行星传动装置4、差速器6连接。

通过集成控制器7控制高速电子换挡器8、低速电子换挡器9的闭合或者释放使差速器6实现高速挡驱动模式、或低速挡驱动模式、或空挡模式、或电子驻车模式输出。

具体实施中，高速电子换挡器8与低速电子换挡器9结构相同。高速电子换挡器8或低速电子换挡器9均包括换挡轴12、换挡盘13、换挡电机14、换档减速器15、换挡小齿轮16、换挡传动箱体17、换挡左摩擦块18、换挡右摩擦块19、换挡大齿轮20、换挡左螺杆21、换挡右螺杆22、换挡左螺母23、换挡钳体24、换挡右螺母25。

换挡电机14输出轴与换挡减速器15连接，换挡减速器15输出轴与换挡小齿轮16连接，换挡小齿轮16与换挡大齿轮20外啮合。

将换挡左螺杆21和换挡右螺杆22固定安装在换挡大齿轮20内，将换挡左螺母23固定安装在换挡钳体24上，将换挡右螺母25与换挡左摩擦块18固定安装，换挡右摩擦块19与换挡钳体24右端固定连接；将换挡盘13位于换挡左摩擦块18、换挡右摩擦块19之间形成间隙配合连接。将换挡小齿轮16和换挡大齿轮20安装在换挡传动箱体17内，将换挡电机14、换挡减速器15固定安装在换挡传动箱体17的端面，将换挡传动箱体17与机架固定安装，将换挡钳体24通过导杆与换挡传动箱体17连接；换挡盘13与换挡轴14连接。

高速挡行星传动装置2包括高速挡行星轮26、高速挡齿圈27。将高速挡行星轮26与转臂10固定连接，高速挡齿圈27与高速挡行星轮26内啮合连接，将高速挡齿圈27与高速电子换挡器8的换挡轴12固定连接。

低速挡行星传动装置3包括太阳轮11、低速挡行星轮28、低速挡齿圈29；将太阳轮11与驱动电机输出轴连接，将太阳轮11与低速挡行星轮28外啮合连接；将低速挡行星轮28与低速挡齿圈29内啮合连接。具体实施中，通过制动齿轮30与低速电子换挡器3的换挡轴12的另一端连接；在低速挡齿圈29外侧设置外齿，将低速挡齿圈29与制动齿轮30外啮合连接。

输出行星传动装置4包括输出行星轮31、输出齿圈32，输出行星轮31与转臂10固定连接，将输出行星轮31与输出齿圈32内啮合连接；在输出齿圈32外侧设置外齿，将输出齿圈32与输出齿轮副5外啮合连接。

为了进一步提高控制精度，具体实施中还包括电机转子转速传感器33、低速换挡盘测速传感器34、高速换挡盘测速传感器35、输出转速传感器36；将电机转子转速传感器33与电机转子间隙配合连接；将输出转速传感器36与输出齿圈32间隙配合连接；将高速换挡盘测速传感器35与高速电子换挡器8的换挡盘13间隙配合连接；将低速换挡盘测速传感器34与低速电子换挡器9的换挡盘13间隙配合连接。将集成控制器7分别与电机转子转速传感器33、低速换挡盘测速传感器34、高速换挡盘测速传感器35、输出转速传感器36电性连接。

本发明主要控制策略和工作模式如下：

高速挡驱动模式

当整车需求较高车速较低转矩时，集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥的集成控制器7向高速电子换挡器8和低速电子换挡器9发出指令，使得高速电子换挡器8通电结合和低速电子换挡器9断电释放；高速电子换挡器8通电后其换挡电机14将产生换挡驱动力，其换档减速器15将驱动力传递给换挡小齿轮16，换挡小齿轮16驱动换挡大齿轮20，换挡大齿轮20带动换挡左螺杆21和换挡右螺杆22转动；换挡左螺杆21与换挡左螺母23产生向左的轴向推力，进而带动换挡钳体24向左运动，换挡钳体24带动换挡右摩擦块19向左运动夹紧高速电子换挡器8的换挡盘13的右摩擦面；与此同时，高速电子换挡器8的换挡右螺杆22与换挡右螺母25产生向右的轴向推力，进而带动换挡左摩擦块18夹紧高速电子换挡器8的换挡盘13的左摩擦面；在换挡左摩擦块18和换挡右摩擦块19的共同作用下，高速电子换挡器8的换挡盘13被制动，进而，高速挡齿圈27被锁止；由于低速电子换挡器9处于断电释放状态，因此，低速电子换挡器9的换挡盘13处于自由转动状态，进而，制动齿轮30处于自由转动状态，低速挡齿圈29处于自由转动状态；集成控制器7从电池包37处得到电能并转化成驱动电机定子需求电气参数，电机转子将动力由电机输入轴传递给太阳轮11，太阳轮11通过外啮合将动力传递给低速挡行星轮28，高速挡行星轮26从高速挡齿圈27处获得反作用力，输出行星轮31通过内啮合将动力传递给输出齿圈32，输出齿圈32通过外啮合将动力传递给输出齿轮副5，输出齿轮副5将动力传递给差速器6，差速器6将动力传递给左半轴38和右半轴39，进而驱动车轮带动车辆行驶。

高速挡驱动模式下，集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥的驱动电机1与差速器6的转速关系：

其中：Z1表示太阳轮11的齿数，Z2表示高速挡齿圈27的内齿齿数，Z3表示低速挡齿圈29的内齿圈齿数，Z4表示输出齿圈32的内齿圈齿数，Z5表示高速挡行星轮26的齿数，Z6表示低速挡行星轮28的齿数，Z7表示输出行星轮31的齿数，Z8表示输出齿圈32的外齿圈齿数，Z9表示输出齿轮副5的齿数，n1表示驱动电机1的转速，n2表示差速器6的转速。

(2)低速挡驱动模式

当整车需求较低车速较高转矩时，集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥的集成控制器7向低速电子换挡器9和高速电子换挡器8发出指令，使得低速电子换挡器9通电结合和高速电子换挡器8断电释放。低速电子换挡器9通电后其换挡电机14将产生换挡驱动力，由低速电子换挡器9的换档减速器15将驱动力传递给换挡小齿轮16，换挡小齿轮16驱动换挡大齿轮20，换挡大齿轮20带动换挡左螺杆21和换挡右螺杆22转动；换挡左螺杆21与换挡左螺母23产生向左的轴向推力，进而带动换挡钳体24向左运动，换挡钳体24带动换挡右摩擦块19向左运动夹紧低速电子换挡器9的换挡盘13的右摩擦面；与此同时，换挡右螺杆22与换挡右螺母25产生向右的轴向推力，进而带动换挡左摩擦块18夹紧低速电子换挡器9的换挡盘13的左摩擦面；在换挡左摩擦块18和换挡右摩擦块19的共同作用下，低速电子换挡器9的换挡盘13被制动，制动齿轮30被制动，进而，低速挡齿圈29被锁止；由于高速电子换挡器8处于断电释放状态。因此，高速电子换挡器8的换挡盘13处于自由转动状态，进而，高速挡齿圈27处于自由转动状态；集成控制器7从电池包37处得到电能并转化成驱动电机定子需求电气参数，电机转子将动力由电机输出轴传递给太阳轮11，太阳轮11通过外啮合将动力传递给低速挡行星轮28，低速挡行星轮28从低速挡齿圈29处获得反作用力，输出行星轮31通过内啮合将动力传递给输出齿圈32，输出齿圈32通过外啮合将动力传递给输出齿轮副5，输出齿轮副5将动力传递给差速器6，差速器6将动力传递给左半轴38和右半轴39，进而驱动车轮带动车辆行驶。

低速挡驱动模式下，集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥的电机转子1与差速器6的转速关系：

(3)空挡模式

当整车需求空挡模式时，集成控制器7向低速电子换挡器9和高速电子换挡器8发出指令，使得低速电子换挡器9和高速电子换挡器8同时处于断电释放。此时，低速电子换挡器9的换挡盘13和高速电子换挡器8的换挡盘13均处于自由转动状态，差速器6与电机转子处于动力中断状态。

(4)电子驻车模式

当整车需求电子驻车模式时，集成控制器7向低速电子换挡器9和高速电子换挡器8发出指令，使得低速电子换挡器9和高速电子换挡器8同时处于通电结合，此时，低速电子换挡器9的换挡盘13和高速电子换挡器8的换挡盘13均处于制动状态，差速器6与电机转子处于动力锁止状态。

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 (8)

1.集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，其特征在于，包括驱动电机、高速挡行星传动装置、低速挡行星传动装置、输出行星传动装置、输出齿轮副、差速器、集成控制器、高速电子换挡器、低速电子换挡器；

所述高速挡行星传动装置、低速挡行星传动装置、输出行星传动装置通过共用的转臂连接；

所述驱动电机的输出轴与低速挡行星传动装置的太阳轮连接；

所述高速电子换挡器与高速挡行星传动装置连接；所述低速电子换挡器与低速挡行星传动装置连接；所述集成控制器分别与高速电子换挡器、低速电子换挡器、驱动电机电性控制连接；所述输出齿轮副分别与输出行星传动装置、差速器连接；

所述集成控制器控制高速电子换挡器、低速电子换挡器的闭合或者释放使差速器实现高速挡驱动模式、或低速挡驱动模式、或空挡模式、或电子驻车模式输出。

2.根据权利要求1所述的集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，其特征在于，所述高速电子换挡器与低速电子换挡器结构相同。

3.根据权利要求2所述的集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，其特征在于，所述高速电子换挡器或低速电子换挡器均包括换挡轴、换挡盘、换挡电机、换档减速器、换挡小齿轮、换挡传动箱体、换挡左摩擦块、换挡右摩擦块、换挡大齿轮、换挡左螺杆、换挡右螺杆、换挡左螺母、换挡钳体、换挡右螺母；

所述换挡电机输出轴与换挡减速器连接，所述换挡减速器输出轴与换挡小齿轮连接，所述换挡小齿轮与换挡大齿轮外啮合；

所述换挡左螺杆和换挡右螺杆固定安装在换挡大齿轮内，所述换挡左螺母固定安装在换挡钳体上，所述换挡右螺母与换挡左摩擦块固定安装，所述换挡右摩擦块与换挡钳体右端固定连接；所述换挡盘位于换挡左摩擦块、换挡右摩擦块之间形成间隙配合连接；

所述换挡小齿轮和换挡大齿轮安装在换挡传动箱体内，所述换挡电机、换挡减速器固定安装在换挡传动箱体的端面，所述换挡传动箱体与机架固定安装，所述换挡钳体通过导杆与换挡传动箱体连接；所述换挡盘与换挡轴连接。

4.根据权利要求3所述的集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，其特征在于，所述高速挡行星传动装置包括高速挡行星轮、高速挡齿圈；

所述高速挡行星轮与转臂固定连接，所述高速挡齿圈与高速挡行星轮内啮合连接，所述高速挡齿圈与高速电子换挡器的换挡轴固定连接。

5.根据权利要求4所述的集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，其特征在于，所述低速挡行星传动装置包括太阳轮、低速挡行星轮、低速挡齿圈；

所述太阳轮与驱动电机输出轴连接，所述太阳轮与低速挡行星轮外啮合连接；所述低速挡行星轮与低速挡齿圈内啮合连接。

6.根据权利要求5所述的集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，其特征在于，还包括制动齿轮，所述制动齿轮与低速电子换挡器的换挡轴的另一端连接；所述低速挡齿圈外侧设置外齿，所述低速挡齿圈与制动齿轮外啮合连接。

7.根据权利要求6所述的集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，其特征在于，所述输出行星传动装置包括输出行星轮、输出齿圈，所述输出行星轮与转臂固定连接，所述输出行星轮与输出齿圈内啮合连接；所述输出齿圈外侧设置外齿，所述输出齿圈与输出齿轮副外啮合连接。

8.根据权利要求7所述的集成一体化重型纯电动车辆用两速驱动桥，其特征在于，还包括电机转子转速传感器、低速换挡盘测速传感器、高速换挡盘测速传感器、输出转速传感器；

所述电机转子转速传感器与电机转子间隙配合连接；所述输出转速传感器与输出齿圈间隙配合连接；所述高速换挡盘测速传感器与高速电子换挡器的换挡盘间隙配合连接；所述低速换挡盘测速传感器与低速电子换挡器的换挡盘间隙配合连接；

所述集成控制器分别与电机转子转速传感器、低速换挡盘测速传感器、高速换挡盘测速传感器、输出转速传感器电性连接。