CN110588333A - 车辆及其动力传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开车辆及其动力传动系统，该动力传动系统包括驱动电机、差速器、连接于车轮的输出轴以及与输出轴相连的第一轮系，还包括换档装置和至少一个第二轮系，第二轮系输出端的转速小于输入端的转速；驱动电机的驱动轴与第一轮系、第二轮系、差速器的轴线在同一直线上，换档装置至少具有两种工作位置，处于第一工作位置时，驱动轴通过第二轮系与第一轮系相连，动力传动系统处于第一档位，处于第二工作位置时，驱动轴与第一轮系相连，动力传动系统处于第二档位，能够满足车轮在低速、爬坡、高速行驶工况时的要求，从而提高车辆的动力性能，且第一轮系为台阶式复合高速比行星轮系，两行星轮系共用行星架，能够降低速比级差，从而提高换档的平顺性。

Description

车辆及其动力传动系统

技术领域

本发明涉及车辆动力传动技术领域，特别涉及车辆及其动力传动系统。

背景技术

为了解决汽车发展中所面临的能源和环保的双重压力，电动汽车已成为汽车工业发展和研究的重点与热点。电驱动力传动系统是纯电动汽车、插电式混合动力汽车、非插电式混合动力汽车、增程式电动汽车以及各种燃料电池汽车等不同类型电动汽车的关键，但目前缺乏统一、通用性的电驱动力传动系统设计布置，致使各类电动汽车的电驱动力传动系统的研发处于割裂状态，研发成本高、系统结构复杂、体积大、重量大、集成度不高、成本高。

目前，纯电动汽车的动力传动系统大多采用固定速比的减速器，为了满足行驶要求，该减速器速比较低，导致车辆爬坡、低速行驶时转矩较小，动力性能较低，难以达到燃油车的水平。

有鉴于此，如何提供一种电动汽车的动力传动系统，能够提高车辆在爬坡、低速行驶时的动力性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供动力传动系统，包括差速器、驱动电机、连接于车轮的输出轴以及与所述输出轴相连的第一轮系，还包括换档装置和至少一个第二轮系，所述第二轮系输出端的转速小于输入端的转速，所述驱动电机的驱动轴与所述第一轮系、所述第二轮系及所述差速器的轴线在同一直线上；

所述第一轮系为台阶式复合高速比行星轮系，包括太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、内齿圈和行星架，所述内齿圈固定，所述第一行星轮与所述太阳轮啮合，所述第二行星轮与所述内齿圈啮合，所述第一行星轮与所述第二行星轮相连，所述行星架与所述差速器的壳体相连；

所述换档装置至少具有两种工作位置，处于第一工作位置时，所述驱动轴通过所述第二轮系与所述第一轮系相连，所述动力传动系统处于第一档位，处于第二工作位置时，所述驱动轴与所述第一轮系相连，所述动力传动系统处于第二档位。

本发明中，由于第二轮系为减速轮系，当换档装置处于第一工作位置时，动力源输出端输出的转速能够经过第二轮系减速，从而增大第一轮系的转矩，此时，该动力传动系统处于第一档位(低档)，与现有技术相比，本发明中的动力传动系统能够提高速比，从而提高低档时的动力性能，满足车辆起步、爬坡时的要求。当换档装置处于第二工作位置时，动力源的输出端与第一轮系直接相连，此时，该动力传动系统处于第二档位(高档位)，使得第一轮系输出的转速较高，能够满足车辆在高速行驶时的要求。

因此，本发明中，通过增设第二轮系和换挡装置，能够满足车轮在低速、爬坡、高速行驶工况时的要求，从而提高车辆的动力性能。

可选地，所述换档装置还具有第三工作位置，在所述第三工作位置，所述驱动轴与所述第一轮系不相连，所述动力传动系统处于第三档位。

可选地，所述动力源的输出端连接有第一传动部件，所述第二轮系连接有第二传动部件，所述第一轮系连接有第三传动部件，所述换档装置包括结合套和操作部件；

所述操作部件驱动所述结合套连接所述第二传动部件和所述第三传动部件时，所述换档装置处于所述第一工作位置，所述操作部件驱动所述结合套连接所述第一传动部件和所述第三传动部件时，所述换档装置处于所述第二工作位置。

可选地，所述换档装置处于所述第一工作位置时，所述太阳轮通过所述换档装置与所述第二轮系相连，所述换档装置处于所述第二工作位置时，所述太阳轮通过所述换档装置与所述驱动轴相连。

可选地，所述第二轮系包括第一齿轮副、第二齿轮副和平行轴，所述第一齿轮副包括第一主动轮和第一从动轮，所述第二齿轮副包括第二主动轮和第二从动轮，所述第一主动轮与所述动力源的输出端相连。

可选地，还包括控制组件，用于根据换档信号控制所述换档装置和所述驱动电机。

另外，本发明还提供车辆，包括车身、车轮和第一动力传动系统，所述第一动力传动系统连接于所述车轮，所述第一动力传动系统为以上所述的动力传动系统。

可选地，还包括第二传动系统，发动机为所述第二传动系统的动力源，所述第一传动系统与所述第二传动系统分别连接于所述车辆的前轮和后轮。

本发明实现了变速器、差速器、驱动电机的一体集成和同轴设计,与现有技术相比，集成度高、尺寸体积小、重量轻，有利于整车集成、轻量化和电池等的布置，传动也更加平稳。同时，采用高速比行星齿轮系的第一轮系，与现有多排行星齿轮系串联的系统相比，避免了速比级差过大的问题以及动力中断时间长、动力冲击大、车辆驾乘舒适性不佳等问题，使得换挡平顺，同时传动效率更高、电耗低，且该高速比行星齿轮系还能够进一步提高该动力传动系统的集成度，从而进一步减小其体积。另外，相对于固定速比的动力驱动系统，车辆动力性显著提高，并可降低车辆能耗，有效延长车辆续航里程和动力电池使用寿命，且该动力传动系统可方便地应用于现有内燃机汽车，形成前后轴并联驱动的(插电式)混合动力系统，不仅可节省大量研发费用，降低车辆能耗，还可实现四轮驱动，提高车辆动力性、通过性能等。

附图说明

图1为本发明所提供动力传动系统在低档位时的结构示意图；

图2为本发明所提供动力传动系统在高档位时的结构示意图；

图3为本发明所提供动力传动系统在空档位时的结构示意图；

图4为本发明所提供动力传动系统用于混合动力车辆时的结构示意图。

图1-4中：

1换档装置、11结合套、12操作部件；

2第一轮系、21太阳轮、211第三传动部件、22第一行星轮、23第二行星轮、24内齿圈、25行星架；

3第二轮系、31第一主动轮、32第一从动轮、33第二主动轮、34第二从动轮、341第二传动部件、35平行轴；

4电机、41驱动轴、411第二传动部件；

5差速器、6车轮、61第一输出轴、62第二输出轴、63第三输出轴、64第四输出轴、7发动机、71变速器与减速器总成。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考附图1-4，其中，图1为本发明所提供动力传动系统在低档位时的结构示意图；图2为本发明所提供动力传动系统在高档位时的结构示意图；图3为本发明所提供动力传动系统在空档位时的结构示意图；图4为本发明所提供动力传动系统用于混合动力车辆时的结构示意图。

在一种具体实施例中，本发明提供一种动力传动系统，如图1-3所示，该动力传动系统包括动力源、两车轮6、分别连接于两车轮6的第一输出轴61和第二输出轴62，还包括与两输出轴相连的第一轮系2，该第一轮系2能够改变动力源驱动轴41的转速和扭矩，从而起到变速的作用。

同时，该动力传动系统还换档装置1和至少一个第二轮系3，其中，该第二轮系3输出端的转速小于输入端的转速，即该第二轮系3能够起到减速的作用。该换档装置1至少具有两种工作位置，其中，当其处于第一工作位置时，动力源通过第二轮系3与第一轮系2相连，使得动力传动系统处于第一档位，当该换档装置1处于第二工作位置时，动力源与第一轮系2相连，使得动力传动系统处于第二档位。

本发明中，由于第二轮系3为减速轮系，当换档装置1处于第一工作位置使得动力源通过第二轮系3与第一轮系2间接相连时，动力源输出端输出的转速能够经过第二轮系3减速，从而增大第一轮系2的转矩，此时，该动力传动系统处于图1所示的低档档位，与现有技术相比，本发明中的动力传动系统通过在低档时增加第二轮系3减速，能够提高速比，从而提高低档时的动力性能，满足车辆起步、爬坡时的要求。当换档装置1处于第二工作位置时，动力源的输出端与第一轮系2直接相连，此时，该动力传动系统处于如图2所示的高档位，使得第一轮系2输出的转速较高，从而能够满足车辆在高速行驶时的要求。

因此，本发明中，通过增设第二轮系3和换挡装置1，能够满足车轮在低速、爬坡、高速行驶工况时的要求，从而提高车辆的动力性能。

具体地，如图1和图2所示，该动力源的输出端连接有第一传动部件411，即该第一传动部件411外套于驱动轴41，同时，第二轮系3连接有第二传动部件341，即该第二传动部件341外套于第二轮系3的齿轮轴，且第一轮系2连接有第三传动部件211，即该第三传动部件211外套于第二轮系2的齿轮轴。该换档装置1包括结合套11和操作部件12，且结合套11具有内齿，能够在操作部件12的作用下动作，以便与第一传动部件411、第二传动部件341和第三传动部件211三者中的两者或一者啮合。

如图1所示，操作部件12驱动结合套11动作，以便通过该结合套11连接第二传动部件341和第三传动部件211，从而通过该结合套11连接动力源的驱动轴41、第二轮系3和第一轮系2，此时，该换档装置1处于第一工作位置，动力传动系统处于第一档位(低档位)，该动力传动系统的动力流为：驱动轴41→第二轮系3→第一轮系2→差速器5→第一输出轴61、第二输出轴62→车轮。

如图2所示，该操作部件12驱动结合套11动作，并通过该结合套11连接第一传动部件411和第三传动部件211，从而通过结合套11连接驱动轴41与第一轮系2，此时，该换档装置1处于第二工作位置，动力传动系统处于第二档位(高档位)，第二轮系3处于空转状态。此时，该动力传动系统的动力流为：驱动轴41→第一轮系2→差速器5→第一输出轴61、第二输出轴62→车轮6。

进一步地，如图3所示，该换档装置1还具有第三工作位置，在该第三工作位置，结合套11与第一传动部件411、第二传动部件341、第三传动部件211均不啮合，或者与三个齿轮中的一个啮合，此时，动力源驱动轴41的动力无法传递到两输出轴和车轮6，该动力传动系统处于第三档位(空档位)。

综上，本实施例中，通过在动力源的驱动轴41设置第一传动部件411、在第二轮系3设置第二传动部件341、在第一轮系2设置第三传动部件211，并能够换档装置1的操作部件12驱动结合套11运动，以便与各传动部件啮合，当该结合套11啮合不同的传动部件时，该换档装置1处于三种工作位置，从而使得该动力传动系统处于第一档位(低档)、第二档位(高档位)和第三档位(空档)。

具体地，上述第一传动部件411、第二传动部件341和第三传动部件211可为能够与结合套11啮合的齿圈。

以上各实施例中，如图1-3所示，第一轮系2包括若干相连的行星轮系，即该第一轮系2为复合行星轮系。

具体地，如图1-3所示，该第一轮系2包括太阳轮21、第一行星轮22、第二行星轮23、内齿圈24和行星架25，其中，内齿圈24固定，第一行星轮22与太阳轮21啮合，第二行星轮23与内齿圈24啮合，第一行星轮22与第二行星轮23相连，行星架25与差速器5的壳体相连，因此，该第一轮系2中，太阳轮21为主动件，行星架25为从动件，从而通过行星架25输出该第一轮系2的动力。

更具体地，如图1-3所示，上述第三传动部件211外套于太阳轮21的齿轮轴。

本实施例中，该第一轮系2为复合行星轮系，且两行星轮系共用行星架25，与现有技术中多排行星轮系串联相比，能够降低速比级差，同时，通过控制第二轮系3的传动比，能够进一步降低该动力传动系统在低档和高档时的速比极差，例如小于2，使得换挡过程中的动力中断时间短、动力冲击小，从而提高车辆的驾乘舒适性，并降低车轮百公里加速所需的时间，并使得高档速比可以较大，进而使高档时的驱动能力增强，因此，该动力传动系统在高档运行而使驱动电机4在高效率区间运行的频次增加，并结合系统传动效率高的特点，车辆能耗显著降低。

另一方面，如图1-3所示，上述第二轮系3为定轴轮系，具体包括第一齿轮副、第二齿轮副和平行轴35，其中，第一齿轮副包括相互啮合的第一主动轮31和第一从动轮32，第二齿轮副包括相互啮合的第二主动轮33和第二从动轮34，第一主动轮31与动力源的驱动轴41相连，第二从动轮34套装于太阳轮21的齿轮轴，因此，该第一主动轮31为第二轮系3的输入端，第二从动轮34为第二轮系3的输出端。

同时，该第二轮系3为减速轮系，即其输出端的转速小于输入端的转速。

综上，第一轮系2、第二轮系3以及换档装置1相当于该动力传动系统的变速器，且该动力传动系统中，驱动电机4、变速器和差速器5的轴线在一条直线上，从而使得该动力传动系统与现有技术相比，集成度较高、体积小、重量轻，有利于实现整车集成和轻量化，且有利于电池布置，传动更加平稳。

如图1所示，当该动力传动系统处于第一档位(低档位)时，动力传递路径为：驱动轴41→第二轮系3的第一齿轮副→第二轮系3的平行轴35→第二轮系3的第二齿轮副→第一轮系3的太阳轮21、第一行星轮22、第二行星轮23、齿圈24→第一轮系3的行星架25→差速器5→第一输出轴61、第二输出轴62→车轮6。此时，该动力传动系统的传动速比为：

其中，Z₃₁、Z₃₂分别为第二轮系3的第一齿轮副中第一主动轮31和第一从动轮32的齿数，Z₃₃、Z₃₄分别为第二轮系3的第二齿轮副中第二主动轮33和第二从动轮34的齿数，Z₂₁、Z₂₂、Z₂₃、Z₂₄分别为第一轮系2中太阳轮21、第一行星轮22、第二行星轮23和齿圈24的齿数。

从公式(1)中可知，通过改变第二轮系3各齿轮的齿数，能够改变该动力传动系统在第一档位时的速比，即能够使其在低档位时具有较高的速比。

如图2所示，当该动力传动系统处于第二档位(高档位)时，动力传递路径为：驱动轴41→第三传动部件211→太阳轮21的齿轮轴→第一轮系3的太阳轮21、第一行星轮22、第二行星轮23、齿圈24→第一轮系3的行星架25→差速器5→第一输出轴61、第二输出轴62→车轮6。此时，该动力传动系统的传动速比为：

其中，Z₂₁、Z₂₂、Z₂₃、Z₂₄分别为第一轮系2中太阳轮21、第一行星轮22、第二行星轮23和齿圈24的齿数。

具体地，该动力传动系统的参数可设置为：驱动电机4的功率≥车辆运行所需的功率，驱动电机4的峰值转矩×第二轮系3的传动速比×第一轮系2的传动比≥车辆动力性指标要求的最大转矩，驱动电机1的最高转矩÷第一轮系2的传动比≥车辆最高车速指标要求的车轮6转速；第二轮系3的传动速比为1.5～2；第一轮系2的传动比为7～8。

当然，上述参数仅为示例，也可根据实际需要设置该动力传动系统各部件的参数。

以上各实施例中，该动力传动系统还包括控制组件，用于控制驱动电机4与换档装置1进行协调控制，并用于整车控制、能量管理、再生制动或滑行、故障诊断、容错控制、数据通讯、标定监测等，且该控制模块可集成于车辆的电子控制装置，也可独立设置。

以上各实施例中，动力源可包括驱动电机4，该驱动电机4的驱动轴41与第二轮系3的第一主动轮31相连。

另外，本发明还提供一种车辆，包括车身和动力传动系统，该动力传动杆系统用于将动力传递至车轮，其中，该动力传动系统为以上任一实施例中所述的动力传动系统，由于该动力传动系统具有以上技术效果，包括该动力传动系统的车辆也应具有相应的技术效果，此处不再赘述。

上述动力传动系统能够用于电动汽车，即驱动电机4为其动力源，也可用于混合动力汽车，如图4所示，动力源还包括发动机7，即上述动力传动系统还可用于混合动力汽车。该混合动力汽车包括第一动力传动系统和第二动力传动系统，其中，第一动力传动系统为以上任一实施例中所述的动力传动系统，第二动力传动系统的动力源为发动机7，其通过变速器与减速器总成71连接于第三输出轴63和第四输出轴64，两动力传动系统形成混合动力汽车的前桥驱动和后桥驱动。

本发明实现了变速器、差速器5、驱动电机4的一体集成和同轴设计,与现有技术相比比，集成度高、尺寸体积小、重量轻，有利于整车集成、轻量化和电池等的布置，传动也更加平稳。同时，采用变形2K-H高速比行星齿轮系的第一轮系2，与现有多排行星齿轮系串联的系统相比，避免了速比级差过大的问题以及动力中断时间长、动力冲击大、车辆驾乘舒适性不佳等问题，使得换挡平顺，同时传动效率更高、电耗低。另外，相对于固定速比的动力驱动系统，车辆动力性显著提高，并可降低车辆能耗10％，有效延长车辆续航里程和动力电池使用寿命，且该动力传动系统可方便地应用于现有内燃机汽车，形成前后轴并联驱动的(插电式)混合动力系统，不仅可节省大量研发费用，降低车辆能耗，还可实现四轮驱动，提高车辆动力性、通过性能等。

以上对本发明所提供的车辆及其动力传动系统均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的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权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.动力传动系统，包括差速器(5)、驱动电机(4)、连接于车轮(6)的输出轴以及与所述输出轴相连的第一轮系(2)，其特征在于，还包括换档装置(1)和至少一个第二轮系(3)，所述第二轮系(3)输出端的转速小于输入端的转速，所述驱动电机(4)的驱动轴(41)与所述第一轮系(2)、所述第二轮系(3)及所述差速器(5)的轴线在同一直线上；

所述第一轮系(2)包括太阳轮(21)、第一行星轮(22)、第二行星轮(23)、内齿圈(24)和行星架(25)，所述内齿圈(24)固定，所述第一行星轮(22)与所述太阳轮(21)啮合，所述第二行星轮(23)与所述内齿圈(24)啮合，所述第一行星轮(22)与所述第二行星轮(23)相连，所述行星架(25)与所述差速器(5)的壳体相连；

所述换档装置(1)至少具有两种工作位置，处于第一工作位置时，所述驱动轴(41)通过所述第二轮系(3)与所述第一轮系(2)相连，所述动力传动系统处于第一档位，处于第二工作位置时，所述驱动轴(41)与所述第一轮系(2)相连，所述动力传动系统处于第二档位。

2.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述换档装置(1)还具有第三工作位置，在所述第三工作位置，所述驱动轴(41)与所述第一轮系(2)不相连，所述动力传动系统处于第三档位。

3.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述驱动轴(41)连接有第一传动部件(411)，所述第二轮系(3)连接有第二传动部件(341)，所述第一轮系(2)连接有第三传动部件(211)，所述换档装置(1)包括结合套(11)和操作部件(12)；

所述操作部件(12)驱动所述结合套(11)连接所述第二传动部件(341)和所述第三传动部件(211)时，所述换档装置(1)处于所述第一工作位置，所述操作部件(12)驱动所述结合套(11)连接所述第一传动部件(411)和所述第三传动部件(211)时，所述换档装置(1)处于所述第二工作位置。

4.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述换档装置(1)处于所述第一工作位置时，所述太阳轮(21)通过所述换档装置(1)与所述第二轮系(3)相连，所述换档装置(1)处于所述第二工作位置时，所述太阳轮(21)通过所述换档装置(1)与所述驱动轴(41)相连。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的动力传动系统，其特征在于，所述第二轮系(3)包括第一齿轮副、第二齿轮副和平行轴(35)，所述第一齿轮副包括第一主动轮(31)和第一从动轮(32)，所述第二齿轮副包括第二主动轮(33)和第二从动轮(34)，所述第一主动轮(31)与所述驱动轴(41)相连。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的动力传动系统，其特征在于，还包括控制组件，用于根据换档信号控制所述换档装置(1)和所述驱动电机(4)。

7.车辆，包括车身、车轮(6)和第一动力传动系统，所述第一动力传动系统连接于所述车轮(6)，其特征在于，所述第一动力传动系统为权利要求1-6中任一项所述的动力传动系统。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，还包括第二传动系统，发动机(7)为所述第二传动系统的动力源，所述第一传动系统与所述第二传动系统分别连接于所述车辆的前轮和后轮。