CN109854700B - 变速器总成、换档动力补偿方法及纯电动车 - Google Patents

Abstract

本发明公开的变速器总成、换档动力补偿方法及纯电动车，在整个换挡过程中，车辆驱动力变化为：同步器与档位齿轮脱开之前，牵引电机与ISG电机共同驱动车辆前进；同步器处于空档时，ISG电机单独驱动车辆；同步器与目标档位齿轮结合后，同样为牵引电机与ISG电机共同驱动车辆前进，然后ISG电机逐步退出对车辆的驱动。空档时车辆驱动力始终不曾中断，解决AMT变速器换挡过程中的动力中断问题。

Description

变速器总成、换档动力补偿方法及纯电动车

技术领域

本发明涉变速器领域，具体涉及变速器总成、换档动力补偿方法及纯电动车。

背景技术

纯电动汽车以电机作为动力驱动装置，电机的调速范围较宽，因此以往的纯电动汽车多采用一个档位的固定速比减速器作为减速增扭机构。采用固定速比减速器的电动汽车只有一个档位，使得电动汽车电机常处在低效率区域，既浪费宝贵的电池能量而使续驶里程减少，又提高了对驱动电机的要求；不仅如此，采用固定速比减速器还存在着驱动电机低速爬坡过程中的发热问题、高速弱磁控制中非线性问题、高转速带来的噪声问题、拖车安全问题，所以多档化是纯电动汽车发展的必然趋势。

为解决上述问题，同样现有的AT（自动变速器）由于液压部分及强制润滑等消耗功率，使其整体效率低于机械式和AMT变速器，同时AT变速器成本较高；因此现有技术提出了两个档位的变速器。其有两种方案。

方案一，采用双离合控制，双离合结构就是在变速器输入轴和中间轴各布置一个湿式离合器，通过控制不同离合器的结合和分离，实现档位切换，而采用双离合控制的两档纯电动变速器虽然能够得到较为平稳的换挡性能，但其成本高、控制难度大、而且双离合器及其辅助结构的布置也使变速器整体体积偏大，并且也存在换挡动力中断问题；

方案二，采用同步器换挡的AMT结构（机械式自动变速器），采用同步器换挡的AMT结构以直流电机作为换挡动力，通过电机带动同步器与不同的档位齿轮结合从而实现换挡功能，结构简单、成本低，但换挡时存在动力中断问题。

发明内容

本发明公开变速器总成，利用行星齿轮组件将ISG电机与变速器输出端相连，当换挡时，ISG电机通过齿圈输入动力驱动车辆来补偿动力，解决AMT结构换挡时存在的动力中断问题。

本发明还公开了采用上述变速器总成的换档动力补偿方法，利用行星齿轮组件将ISG电机与变速器输出端相连，当换挡时，ISG电机通过齿圈输入动力驱动车辆来补偿动力，解决AMT结构换挡时存在的动力中断问题。

本发明还公开了采用述变速器总成的纯电动车，利用行星齿轮组件将ISG电机与变速器输出端相连，当换挡时，ISG电机通过齿圈输入动力驱动车辆来补偿动力，解决AMT结构换挡时存在的动力中断问题。

本发明公开的变速器总成，包括输入轴、中间轴、动力输出机构和电机；

所述输入轴上固定两个以上输入轴齿轮；

所述中间轴上依次布置制动器、与输入轴上的输入轴齿轮对应啮合并空套在中间轴上的中间轴齿轮、介于中间轴齿轮之间的同步器以及与中间轴固定的第一常啮合齿轮；

动力输出机构包括第二常啮合齿轮、行星齿轮组件、差速器组件和电机；所述第二常啮合齿轮与第一常啮合齿轮啮合；所述行星齿轮组件包括：太阳轮、在太阳轮外围并与其啮合的行星齿轮、安装支撑行星齿轮的行星架及在行星齿轮外围并与其啮合的齿圈；第二常啮合齿轮与行星齿轮组件中的太阳轮为一整体，且太阳轮左端通过滚针轴承支撑于差速器组件上；行星架左端与差速器组件固连；

电机的电机转子和齿圈外围过盈连接抱为一体。

进一步地，制动器内毂和同步器分别通过花键安装在中间轴上，中间轴一档齿轮和中间轴二档齿轮通过滚针轴承空套在中间轴上。

进一步地，整个差速器组件置于电机转子内部。

进一步地，制动器内毂和同步器分别通过花键安装在中间轴上，中间轴的中间轴齿轮包括一档齿轮和中间轴二档齿轮，一档齿轮和中间轴二档齿轮通过滚针轴承空套在中间轴上。

进一步地，电机为ISG电机。

本发明还公开了采用上述的变速器总成的换档动力补偿方法，

换档前，电机输出负扭矩通过电机转子抱紧齿圈使齿圈保持静止，制动器不工作，一个牵引电机输出动力通过输入轴、中间轴、行星机构和差速器组件驱动车辆；

脱档阶段，外部动力输出扭矩降低，电机输出由负扭转为正扭矩并增加，制动器不工作，牵引电机与电机共同驱动车辆；

空档阶段，牵引电机扭矩降至零且电机输出正扭矩增加到固定值，制动器工作抱紧中间轴使其停止转动，同步器脱开当前档位中间轴齿轮，电机单独驱动车辆；

换档结束，同步器与目标档位中间轴齿轮结合，电机扭矩减小至负扭矩抱紧齿圈使齿圈保持静止，制动器松开，牵引电机输出扭矩开始增加并驱动车辆。

进一步地，

换档前，电机输出负扭矩通过电机转子抱紧齿圈使齿圈保持静止，制动器不工作，牵引电机输出的动力通过输入轴齿轮传递到输入轴，通过与输入轴齿轮啮合的中间轴齿轮传递到中间轴，再通过第一常啮合齿轮和第二常啮合齿轮传递到行星机构中的太阳轮，然后经行星齿轮、行星架和差速器组件驱动车辆；

脱档阶段，牵引电机输出扭矩降低，电机输出由负扭转为正扭矩并增加，制动器不工作，牵引电机与电机共同驱动车辆；

空档阶段，当牵引电机扭矩降至零且电机输出正扭矩增加到固定值，制动器工作抱紧中间轴使其停止转动，同步器脱开当前档位中间轴齿轮，电机动力依次通过电机转子、齿圈、行星齿轮啮合传递到行星齿轮架，进而传到差速器组件上，驱动车辆；

换档结束，同步器与目标档位中间轴齿轮结合，电机扭矩减小至负扭矩抱紧齿圈使齿圈保持静止，制动器松开，牵引电机输出扭矩开始增加并驱动车辆。

本发明还公开了采用以上述变速器总成的纯电动车。

本发明有益技术效果为：

1）在整个换挡过程中，车辆驱动力变化为：同步器与档位齿轮脱开之前，牵引电机与ISG电机共同驱动车辆前进；同步器处于空档时，ISG电机单独驱动车辆；同步器与目标档位齿轮结合后，同样为牵引电机与ISG电机共同驱动车辆前进，然后ISG电机逐步退出对车辆的驱动。空档时车辆驱动力始终不曾中断，解决AMT变速器换挡过程中的动力中断问题。

2）为了保证换档动力补偿时ISG电机动力经齿圈输入、行星架输出，在中间轴上装了制动器，在空档时，用以固定行星机构中的太阳轮防止中间轴抖动输入对ISG电机动力的影响。

3）利用了行星齿轮机构结构紧凑、体积小的特点，将其与差速器组件耦合实现功率合流，并将其置于ISG电机转子内部可有效减小轴向尺寸。

4）采用两档变速器总成解决了以往电动汽车只有一个档位，常使电机处在低效率区域，既浪费电池能量而使续驶里程减少，又提高了对驱动电机要求的问题。

说明书附图

图1为变速器总成附图；

图2为变速器总成剖视图；

图3为变速器传递路线图。

其中，1—输入轴一档齿轮，2—输入轴二档齿轮，3—制动器，4—中间轴二档齿轮，5—同步器，6—中间轴一档齿轮，7—第二常啮合齿轮，8—太阳轮，9—行星架，10—行星齿轮，11—差速器组件，12—齿圈，13—电机转子，14—第一常啮合齿轮。

具体实施方式

如图1至3所示，本发明公开的变速器总成，包括输入轴、中间轴、动力输出机构和电机。

输入轴上固定输入轴一档齿轮1和输入轴二档齿轮2。

中间轴上依次布置制动器3、中间轴一档齿轮6、中间轴二档齿轮4、同步器5以及第一常啮合齿轮14；其中制动器外毂联接于变速器箱体上，制动器内毂和同步器分别通过花键固定安装在中间轴上，中间轴一档齿轮和中间轴二档齿轮通过滚针轴承空套在中间轴上，第一常啮合齿轮固定在中间轴上，同步器介于中间轴一档齿轮和中间轴二档齿轮之间，中间轴一档齿轮与一档输入轴齿轮对应啮合，中间轴二档齿轮与二档输入轴齿轮对应啮合。

动力输出机构包括第二常啮合齿轮7、行星齿轮组件、差速器组件11和ISG电机。第二常啮合齿轮与第一常啮合齿轮啮合。行星齿轮组件包括：太阳轮8、在太阳轮外围并与其啮合的行星齿轮、安装支撑行星齿轮的行星架9及在行星齿轮外围并与其啮合的齿圈12。第二常啮合齿轮与行星机构中的太阳轮为一整体，且太阳轮左端通过滚针轴承支撑于差速器组件上。行星架左端与差速器组件固定连接，而外部的车轮通过驱动轴与差速器组件内部相连。动力传递到太阳轮后，通过太阳轮与行星齿轮啮合而将动力传递到安装行星齿轮的行星架上，进而传递到差速器组件上，带动差速器组件旋转，再通过与差速器内部相连的驱动轴将动力传递到车轮上。

ISG电机的电机转子13和齿圈外围过盈连接抱为一体。整个差速器组件置于电机转子内部。

输入轴、中间轴和输出机构均通过轴承安装于箱体上。

采用上述变速器总成的换档动力补偿方法，

换档前，ISG电机输出负扭矩通过电机转子抱紧齿圈使齿圈保持静止，制动器不工作。对于一档情况，一个牵引电机输出的动力通过输入轴一档齿轮传递到输入轴，通过与输入轴一档齿轮啮合的中间轴一档齿轮传递到中间轴，再通过第一常啮合齿轮和第二常啮合齿轮传递到行星机构中的太阳轮，然后经行星齿轮、行星架和差速器组件驱动车辆。对于二档情况，同步器与中间轴二档齿轮结合，牵引电机动力通过输入轴二档齿轮与中间轴二档齿轮啮合将动力传递到中间轴上，之后动力传递路线与一档时相同。

脱档阶段，牵引电机输出扭矩降低，ISG电机输出由负扭转为正扭矩并增加，制动器不工作，牵引电机与ISG电机共同驱动车辆。

空档阶段，当牵引电机扭矩降至零且ISG电机输出正扭矩增加到固定值，制动器工作抱紧中间轴使其停止转动，同步器脱开当前档位中间轴齿轮（对于一档升二档，同步器与中间轴一档齿轮脱开至空档；对于二档降一档，为同步器与中间轴二档齿轮脱开至空档），ISG电机动力依次通过电机转子、齿圈、行星齿轮啮合传递到行星齿轮架，进而传到差速器组件上，带动差速器组件旋转，再通过与差速器内部相连的驱动轴将动力传递到车轮上，驱动车辆；

换档结束，同步器与目标档位中间轴齿轮结合（对于一档升二档，同步器与中间轴二档齿轮结合；对于二档降一档，同步器与中间轴一档齿轮结合），电机扭矩减小至负扭矩抱紧齿圈使齿圈保持静止，制动器松开，牵引电机输出扭矩开始增加并驱动车辆。

本发明还公开了采用上述变速器总成的纯电动车。

本发明解决了采用同步器结构换挡的AMT变速器在换挡时空挡阶段不可避免的存在动力中断问题，利用行星齿轮机构将ISG电机与变速器输出端相连，用于补偿换挡过程中的动力中断。具体执行过程为：在整个换挡过程中，车辆驱动力变化为：同步器与档位齿轮脱开之前，牵引电机与ISG电机共同驱动车辆前进；同步器处于空档时，ISG电机单独驱动车辆；同步器与目标档位齿轮结合后，同样为牵引电机与ISG电机共同驱动车辆前进，ISG电机逐步降低扭矩退出动力支撑。整个过程中车辆驱动力始终不曾中断，可解决AMT变速器换挡过程中的动力中断问题。

Claims (6)

1.变速器总成，其特征在于：包括输入轴、中间轴、动力输出机构和电机；

所述输入轴上固定两个以上输入轴齿轮；

所述中间轴上依次布置制动器（3）、与输入轴上的输入轴齿轮对应啮合并空套在中间轴上的中间轴齿轮、介于中间轴齿轮之间的同步器（5）以及与中间轴固定的第一常啮合齿轮（14）；制动器内毂和同步器分别通过花键安装在中间轴上，中间轴的中间轴齿轮包括一档齿轮（6）和中间轴二档齿轮（4），一档齿轮和中间轴二档齿轮通过滚针轴承空套在中间轴上；

动力输出机构包括第二常啮合齿轮（7）、行星齿轮组件、差速器组件（11）和电机；所述第二常啮合齿轮与第一常啮合齿轮啮合；所述行星齿轮组件包括：太阳轮（8）、在太阳轮外围并与太阳轮啮合的行星齿轮（10）、安装支撑行星齿轮的行星架（9）及在行星齿轮外围并与行星齿轮啮合的齿圈（12）；第二常啮合齿轮与行星齿轮组件中的太阳轮为一整体，且太阳轮左端通过滚针轴承支撑于差速器组件上；行星架左端与差速器组件固连；

电机的电机转子（13）和齿圈外围过盈连接抱为一体，整个差速器组件置于电机转子（13）内部，行星齿轮（10）与齿圈（12）啮合。

2.如权利要求1所述的变速器总成，其特征在于：输入轴上固定输入轴一档齿轮（1）和输入轴二档齿轮（2）；中间轴与输入轴上的输入轴齿轮对应啮合中间轴一档齿轮和中间轴二档齿轮。

3.如权利要求2所述的变速器总成，其特征在于：电机为ISG电机。

4.采用权利要求1至3任一项所述的变速器总成的换档动力补偿方法，其特征在于：

换档前，电机输出负扭矩通过电机转子抱紧齿圈使齿圈保持静止，制动器不工作，一个牵引电机输出动力通过输入轴、中间轴、行星机构和差速器组件驱动车辆；

脱档阶段，牵引电机输出扭矩降低，电机输出由负扭转为正扭矩并增加，制动器不工作，牵引电机与电机共同驱动车辆；

空档阶段，牵引电机扭矩降至零且电机输出正扭矩增加到固定值，制动器工作抱紧中间轴使中间轴停止转动，同步器脱开当前档位中间轴齿轮，电机单独驱动车辆；

换档结束，同步器与目标档位中间轴齿轮结合，电机扭矩减小至负扭矩抱紧齿圈使齿圈保持静止，制动器松开，牵引电机输出扭矩开始增加并驱动车辆。

5.采用权利要求4所述的变速器总成的换档动力补偿方法，其特征在于：

换档前，电机输出负扭矩通过电机转子抱紧齿圈使齿圈保持静止，制动器不工作，一个牵引电机输出的动力传递到输入轴，通过与输入轴齿轮啮合的中间轴齿轮传递到中间轴，再通过第一常啮合齿轮和第二常啮合齿轮传递到行星机构中的太阳轮，然后经行星齿轮、行星架和差速器组件驱动车辆；

脱档阶段，牵引电机输出扭矩降低，电机输出由负扭转为正扭矩并增加，制动器不工作，牵引电机与电机共同驱动车辆；

空档阶段，当牵引电机扭矩降至零且电机输出正扭矩增加到固定值，制动器工作抱紧中间轴使中间轴停止转动，同步器脱开当前档位中间轴齿轮，电机动力依次通过电机转子、齿圈、行星齿轮啮合传递到行星齿轮架，进而传到差速器组件上，驱动车辆；

换档结束，同步器与目标档位中间轴齿轮结合，电机扭矩减小至负扭矩抱紧齿圈使齿圈保持静止，制动器松开，外部动力输出扭矩开始增加并驱动车辆。

6.采用权利要求1至3任一项所述变速器总成的纯电动车。