CN109958760B - 一种基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置及其换挡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置及其换挡方法，装置由换挡执行机构和动力传递机构组成，包括轮毂电机、三相电刷、悬架、电磁式拨叉、电机定子轴、结合套、半轴、差速器、锥齿轮副、传动轴以及其他附件。低速高负载工况下，通过换挡执行机构使轮毂电机定子轴与相应半轴联接，轮毂电机的一部分动力通过后轮轮毂输出，另一部分动力经过半轴、差速器、锥齿轮副、传动轴等汽车动力传动机构从前轮输出。通过换挡机构的动力切断与联通可实现车辆的两档变速与单轴驱动和多轴驱动的转换，有效提高轮毂电机驱动汽车在低速高负荷工况下的输出扭矩。

Description

一种基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置及其换 挡方法

技术领域

本发明涉及轮毂电机驱动电动汽车技术领域，具体涉及一种基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置及其换挡方法。

背景技术

能源与环境是当今社会发展的两大重要主题，在能源短缺与环境污染的发展背景下，电动汽车应运而生。采用分布式轮毂电机驱动方式，独立的电动轮结构使得线控转向和全轮转向变得更易实现，能有效减小车辆转向半径，使汽车具有更优秀的操纵性与灵活性，相比于机械转向机构，大大地提高车辆转向性能。但是，轮毂电机驱动也存在着缺点。电机的扭矩直接传递至车轮进行输出，在一些陡坡等恶劣工况下可能会出现动力不足；电机高负载工况下效率低，大扭矩输出时会降低车辆经济性，且容易导致电机过热，产生故障。

目前，轮毂电机驱动方式均采用电机直驱或固定传动比的轮边减速器式驱动。前者较容易实现高转速输出，而后者较容易实现大扭矩的输出，由于轮毂电机的布置形式，较难实现在分布式驱动形式中增加换挡机构。

发明内容

为解决上述已有技术的不足，本发明提出一种基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置及其换挡方法，结合传动动力传动路线，实现汽车变速变矩和单轴驱动与多轴驱动的转换，使车辆具有更好的环境适应能力。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置，包括轮毂电机、换挡执行机构与传动机构，所述换挡执行机构位于传动机构的半轴和轮毂电机定子轴之间。

上述方案中，所述换挡执行机构包括半轴齿轮、定子轴齿轮、定子轴套齿轮和定子轴，半轴齿轮由半轴端部加工而成，定子轴齿轮由定子轴端部加工而成，定子轴嵌入定子轴套，定子轴套靠近定子轴齿轮部分加工成定子轴套齿轮，电磁式拨叉的壳体固定于定子轴套上，拨叉部分与结合套的拨叉环结合，转速传感器固定于定子轴套上，半轴齿轮和定子轴齿轮、定子轴套齿轮可分别与结合套左右侧内齿啮合。

上述方案中，所述轮毂电机为无位置传感器永磁同步电机；所述转速传感器为光电式转速传感器或霍尔传感器。

上述方案中，所述定子轴上加工有三相电刷，通过三相电实现对轮毂电机的电源输入和转速信号输出。

一种基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡方法，通过转速传感器采集结合套转速，控制轮毂电机实现换挡齿轮之间的速度同步，通过电磁式拨叉推动结合套与换挡齿轮啮合或分离，实现档位变换；所述换挡齿轮包括半轴齿轮、定子轴齿轮和定子轴套齿轮。

本发明提出的一种基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置及其换挡方法带来的有益效果如下：

1、本换挡装置无同步器、离合器，通过转速传感器采集转速信息，利用电机的快速响应特性，可实现快速无冲击换挡，且换挡前后车速保持不变。

2、本换挡装置可实现单轴驱动与多轴驱动的转换，提高汽车的越野能力。

3、利用本发明的换挡装置，车辆工作在增矩档位时，轮毂电机的反作用力矩不作用于车身，从而减小车辆加速时产生的后倾角度与前后轴载荷变化。

4、本发明设计所述轮毂电机与传统传动机构均为现有结构，并且此换挡装置具有结构简单、成本低、使用安全可靠、体积较小、维护方便等优点，同样适用于多轴轮毂电机驱动汽车之上。

附图说明

图1为本发明的动力传动装置总体结构示意图；

图2是换挡机构的工作示意图；

图中：1、差速器；2、锥齿轮副；3、转向节；4、从动轮；5、传动轴；6、三相电刷；7、驱动轮；8、半轴；9、换挡执行机构；10、轮毂电机；11、结合套；12、电磁式拨叉；13、悬架；14、半轴齿轮；15、定子轴齿轮；16、定子轴套齿轮；17、转速传感器；18、轮毂电机定子轴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的内容作进一步的说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

参照图1，本发明换挡装置包括传动机构、换挡执行机构9、轮毂电机10(外转子式无位置传感器永磁同步电机)，传动机构由差速器1、锥齿轮副2、转向节3、从动轮4、传动轴5、驱动轮7、半轴8组成，差速器1包括前后部差速器，前部差速器和后部差速器通过传动轴5连接，差速器1壳体上加工有锥齿轮，与传动轴末端锥齿轮组成锥齿轮副2，前后部差速器均与半轴一端固连，从动轮4侧的半轴另一端通过轴承与转向节3接触，半轴通过万向节和从动轮4连接，驱动轮7侧的半轴末端加工成半轴齿轮14与换挡执行机构9连接，轮毂电机10的转子部分与驱动轮7相连，轮毂电机10的定子轴与换挡执行机构9连接，定子轴上加工有三相电刷6，通过三相电刷6实现对轮毂电机10的电源输入和转速信号输出。差速器与锥齿轮副应尽量减小齿寸，降低质量；换挡执行机构9可用于前桥轮毂驱动和后桥轮毂驱动。

参照图2，换挡执行机构9由结合套11、电磁式拨叉12、半轴齿轮14、定子轴齿轮15、定子轴套齿轮16、转速传感器17(可采用光电式转速传感器或霍尔传感器)、定子轴18组成，半轴8的另一端加工成半轴齿轮14，轮毂电机10的定子轴18端部加工成定子轴齿轮15，定子轴18嵌入定子轴套，定子轴套靠近定子轴齿轮15部分加工成定子轴套齿轮16，定子轴套通过悬架13固定于车身，电磁式拨叉12的壳体固定于定子轴套上且与悬架13连接，拨叉部分与结合套11的拨叉环结合，转速传感器17固定于定子轴套上，半轴齿轮14和定子轴齿轮15、定子轴套齿轮16均为一体化加工而成，可分别与结合套11左右侧内齿啮合；半轴齿轮14、定子轴齿轮15和定子轴套齿轮16均为换挡齿轮。

参照图1、图2，以四轮汽车后轴轮毂电机驱动形式为例，换挡具体过程如下：

初始时结合套11在靠近定子轴套侧，结合套11的齿轮同时与定子轴套齿轮16和定子轴齿轮15啮合，此时轮毂电机10定子被锁止在定子轴套上，驱动方式为后驱式轮毂电机驱动，车辆工作在轮毂电机直驱档位。

进行换挡时，电磁拨叉12首先推动结合套11左移至结合套11与定子轴套齿轮16脱离啮合、尚未与半轴齿轮14啮合的位置，轮毂电机定子轴18拥有轴向旋转自由度，结合套11可与定子轴18同步旋转，车辆出现短暂动力中断，处于滑行状态，半轴8旋转速度与从动轮4转速反向同步且可根据车速求得，通过转速传感器17测取结合套11转速，电机控制器调节电机转速使轮毂电机定子轴18与结合套11转速同步，然后控制电磁拨叉12推动结合套11进一步右移使其同时与定子轴齿轮15和半轴齿轮14啮合，完成档位变换，此时动力由轮毂电机10一部分通过轮毂从驱动轮7输出，另一部分通过定子轴18、结合套11、驱动轮半轴、后差速器、后锥齿轮副、传动轴5、前锥齿轮副、前差速器、从动轮半轴从前轮输出，输出力矩增大一倍，实现直驱档位向增矩档位的变换。

进行逆向换挡时，电磁拨叉12首先推动结合套11右移至结合套11与半轴齿轮14脱离啮合、尚未与定子轴套齿轮16啮合的位置，车辆中断动力输出，处于滑行状态，结合套11与定子轴18转速一致，通过转速传感器17测取结合套转速，电机控制器调节电机转速使其相对定子轴套转速为零，然后控制电磁拨叉12推动结合套11进一步右移使其同时与定子轴齿轮15和定子轴套齿轮16啮合，轮毂电机10定子部分被锁死，完成档位变换，此时车辆重新变为后轮驱动轮毂电机直驱形式。

以上说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置，其特征在于，包括轮毂电机（10）、换挡执行机构（9）与传动机构，所述换挡执行机构（9）位于传动机构的半轴（8）和轮毂电机（10）定子轴（18）之间；

所述换挡执行机构（9）包括半轴齿轮（14）、定子轴齿轮（15）、定子轴套齿轮（16）和定子轴（18），半轴齿轮（14）由半轴（8）端部加工而成，定子轴齿轮（15）由定子轴（18）端部加工而成，定子轴（18）嵌入定子轴套，定子轴套靠近定子轴齿轮（15）部分加工成定子轴套齿轮（16），电磁式拨叉（12）的壳体固定于定子轴套上，拨叉部分与结合套（11）的拨叉环结合，转速传感器（17）固定于定子轴套上，定子轴齿轮（15）与结合套（11）左侧内齿常啮合，半轴齿轮（14）能与结合套（11）左侧内齿啮合或脱离，定子轴套齿轮（16）能与结合套（11）右侧内齿啮合或脱离。

2.如权利要求1所述的基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置，其特征在于，所述轮毂电机（10）为无位置传感器永磁同步电机。

3.如权利要求1所述的基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置，其特征在于，所述转速传感器（17）为光电式转速传感器或霍尔传感器。

4.如权利要求1所述的基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡装置，其特征在于，所述定子轴（18）上加工有三相电刷（6），通过三相电刷（6）实现对轮毂电机（10）的电源输入和转速信号输出。

5.一种基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡方法，其特征在于，通过转速传感器（17）采集结合套（11）转速，控制轮毂电机（10）实现换挡齿轮之间的速度同步，通过电磁式拨叉（12）推动结合套（11）与换挡齿轮啮合或分离，实现档位变换。

6.如权利要求5所述的基于传动机构的轮毂电机驱动电动汽车换挡方法，其特征在于，所述换挡齿轮包括半轴齿轮（14）、定子轴齿轮（15）和定子轴套齿轮（16）。

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