CN110657202B - 变速器、动力驱动系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变速器、动力驱动系统及车辆，变速器包括：第一行星齿轮机构、第二行星齿轮机构、输入轴、输出轴、第一同步器和第二同步器，第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架和第一齿圈，第一行星架与变速器的壳体固定连接，第二行星齿轮机构包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架和第二齿圈，输入轴与第一太阳轮以及第二太阳轮相连，第一同步器将第二齿圈与第一齿圈连接或者将第二齿圈与变速器的壳体固定，第二同步器将输出轴与第二行星架连接或者将输出轴与第二太阳轮连接，根据本发明实施例的变速器，通过设置双行星排双同步器结构，可以实现快速、平顺、可靠地换挡，且变速器的结构简单，便于维护。

Description

变速器、动力驱动系统及车辆

技术领域

本发明属于车辆制造技术领域，具体而言，涉及一种变速器、动力驱动系统及车辆。

背景技术

混合驱动汽车、电动汽车、增程式电动汽车是未来汽车发展方向，也是新能源汽车主要形式。相关技术中，动力传动系统的结构复杂、工作模式复杂且控制策略繁琐，能量转换效率有待提高，不能充分利用发动机动能和电池电能，存在能量二次转换、控制复杂，效率低的问题。具体而言，相关技术中，车辆的片式离合器和片式制动器控制换挡，但当这两个部件不工作时，因为润滑的缘故，会存在拖曳力矩，造成整个变速器的效率不高。

另外，相关技术中的多挡变速器中，多数是通过拨叉、滑套在离合器切断动力时来选择挡位，齿轮对数较多，占用空间大，结构复杂，由此存在改进空间。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种效率高且结构简单，换挡平稳的变速器。

本发明还提出一种具有上述变速器的动力驱动系统。

本发明还提出一种具有上述动力驱动系统的车辆。

根据本发明的变速器，包括：第一行星齿轮机构，所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架和第一齿圈，所述第一行星架与所述变速器的壳体固定连接；第二行星齿轮机构，所述第二行星齿轮机构包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架和第二齿圈；输入轴，所述输入轴与所述第一太阳轮以及第二太阳轮相连；第一同步器，所述第一同步器将所述第二齿圈与所述第一齿圈连接或者将所述第二齿圈与所述变速器的壳体固定；输出轴；第二同步器，所述第二同步器将所述输出轴与所述第二行星架连接或者将所述输出轴与所述第二太阳轮连接。

根据本发明实施例的变速器，通过设置双行星排双同步器结构，可以实现快速、平顺、可靠地换挡，且变速器的结构简单，便于维护。

在一些实施例中，所述输入轴的轴线与所述输出轴的轴线共线。

在一些实施例中，所述第一行星齿轮机构和所述第二行星齿轮机构沿所述输入轴的轴向及所述输出轴的轴向间隔开布置。

在一些实施例中，所述第一同步器位于所述第一行星齿轮机构与所述第二行星齿轮机构之间，所述第二同步器位于所述第二行星齿轮机构背离所述输出齿轮的一侧。

在一些实施例中，所述第一行星齿轮机构和所述第二行星齿轮机构均为单级行星齿轮机构。

在一些实施例中，所述变速器挂入第一挡，所述第一同步器将所述第一齿圈与所述第二齿圈连接，且所述第二同步器将所述第二行星架与所述输出轴连接。

在一些实施例中，所述变速器挂入第二挡，所述第一同步器将所述第二齿圈与所述变速器的壳体固定，且所述第二同步器将所述第二行星架与所述输出轴连接。

在一些实施例中，所述变速器挂入所述第三挡，所述第二同步器将所述第二太阳轮与所述输出轴连接。

根据本发明的动力驱动系统，包括：驱动电机和根据本发明的变速器，所述驱动电机与所述输入轴动力耦合连接。

根据本发明的车辆包括本发明所述的动力驱动系统。

本发明的车辆通过设置本发明所述的动力驱动系统，从而相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的变速器的结构示意图。

附图标记：

变速器100；壳体10；

第一太阳轮11；第一齿圈12；第一行星架13；第一行星轮14；

第二太阳轮21；第二齿圈22；第二行星架23；第二行星轮24；

输入轴3；输出轴4；

第一同步器5；第二同步器6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1描述根据本发明实施例的变速器100。

如图1所示，根据本发明实施例的变速器100包括：第一行星齿轮机构、第二行星齿轮机构、输入轴3、输出轴4、第一同步器5和第二同步器6。

车辆的扭矩可以通过输入轴3输入到变速器100中，在变速器100中扭矩可以经过第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构最终由输出轴4输出。同步器用于将变速器100内各部件的连接以实现挡位切换。

第一行星齿轮机构可以包括多个第一行星轮14，多个第一行星轮14与第一行星架13相连，第二行星齿轮机构可以包括多个第二行星轮24，多个第二行星轮24与第二行星架23相连，当各个行星齿轮机构的太阳轮转动时，各个太阳轮可以带动与之相对应的行星轮转动，与行星轮所对应的行星架可以选择性的转动。如当齿圈固定，行星架不固定时，太阳轮输入，行星轮转动并带动行星架输出；当行星架固定，齿圈不固定时，太阳轮输入，行星轮转动并带动齿圈输出；当行星架和齿圈都不固定时，太阳轮和齿圈输入，行星轮转动并带动行星架输出；当行星架和齿圈都不固定时，太阳轮和行星架输入，行星轮转动并带动齿圈输出。

输入轴3与第一太阳轮11以及第二太阳轮21相连，输入轴3可以将扭矩从第一太阳轮11输入到第一行星齿轮机构中，输入轴3还可以将扭矩从第二太阳轮21输入到第二行星齿轮机构中。

第一行星齿轮机构包括第一太阳轮11、第一行星轮14、第一行星架13和第一齿圈12，第一行星架13与变速器100的壳体10固定连接，这样，扭矩在第一行星齿轮机构内传递时，扭矩可以由第一太阳轮11输入到第一行星齿轮机构中，并由第一齿圈12从第一行星齿轮机构中输出。

第二行星齿轮机构包括第二太阳轮21、第二行星轮24、第二行星架23和第二齿圈22，扭矩由第二太阳轮21输入至第二行星齿轮机构中。

第一同步器5将第二齿圈22与第一齿圈12连接或者将第二齿圈22与所述变速器100的壳体10固定：当第一同步器5将第二齿圈22与第一齿圈12连接时，扭矩可以由输入轴34传递到第一行星齿轮机构，由于第一行星架13与壳体10固定连接，第一齿圈12可以将扭矩传递给第二齿圈22，这样，在第二行星齿轮机构中，第二行星齿轮机构的扭矩由与输入轴3相连的第二太阳轮21和第二齿圈22提供；当第一同步器5将第二齿圈22与变速器100的壳体10固定，扭矩在第一行星齿轮系统中，由于第一行星架13与第一齿圈12都与壳体10固定连接，第二行星齿轮机构的扭矩由与输入轴3相连的第二太阳轮21提供。

第二同步器6将输出轴4与第二行星架23连接或者将输出轴4与第二太阳轮21连接：当第二同步器6将输出轴4与第二行星架23连接时，在第二行星齿轮机构中，扭矩由第二行星架23经过输出轴4传递出变速器100；当第二同步器6将输出轴4与第二太阳轮21连接时，扭矩由与输入轴3相连的第二太阳轮21经过输出轴4传递出变速器100。

根据本发明实施例的变速器100通过设置第一同步器5、第二同步器6这种双行星排级双同步器结构，其换挡方式使电机控制同步器换挡，结构简单、换挡快、效率高，不存在多片式离合器和多片式制动器的拖曳力矩问题。同时，成本更低、维护更简便。双行星排级双同步器结构，其换挡方式是电机控制同步器换挡，结构简单、换挡快、效率高，不存在多片式离合器和多片式制动器的拖曳力矩问题。同时，生产成本更低、维护更简便。且采用同步器换挡，不用离合器使得变速器100的结构简化。

根据本发明实施例的变速器100，通过设置双级行星排双同步器结构，可以实现快速、平顺、可靠地换挡，且变速器100的结构简单，便于维护。

下面根据图1所示，描述根据本发明的变速器100的一些实施例。

在一些实施例中，如图1所示，输入轴3的轴线和输出轴4的轴线共线，第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构沿轴向顺次布置，这样，可以方便输入轴3和输出轴4的布置，且使扭矩从输入轴3到输出轴4的传递方向不变。

在一些实施例中，如图1所示，第一同步器5位于第一行星齿轮机构与第二行星齿轮机构之间，从而便于可选择性的连接第一齿圈12和第二齿圈22，这样，可以减小变速器100的轴向长度，进而使变速器100的设计更紧凑。

第一行星齿轮机构和所述第二行星齿轮机构均为单级行星齿轮机构，太阳轮通达一级行星轮即可驱动齿圈，单级行星齿轮机构结构简单，可以有效增强变速器100的扭矩传递效率。

在一些实施例中，根据本发明的实施例的变速器100可以具有3个挡位，即第一挡、第二挡和第三挡，其中，第一挡的速比到第三挡的速比依次减小，即第一挡的速比u1＞第二挡的速比u2＞第三挡的速比u3。

本发明实施例的变速器100，通过设置第一同步器5和第二同步器6，使得变速器100可以有三档的换挡结构，对于中、重型卡车，因扭矩需求范围大，载荷不定，工况复杂，采用三档结构，保证了电机在高效区运转，节省电能。采用同步器换挡，不用离合器使得结构简化。

下面参照图1描述变速器100的各挡位的第一同步器5和第二同步器6的工作状态，及扭矩在变速器100中由输入轴3传递到输出轴4过程中的扭矩传递路径。

下文所述的挡位变化中的各个同步器的位置参照图1描述，当然，各个同步器的布置方向和布置位置不限于此。

当变速器100挂入第一挡时，第一同步器5将第一齿圈12与第二齿圈22连接，且第二同步器6将第二行星架23与输出轴4连接。

这样，扭矩由输入轴3传入变速器100，输入轴3将扭矩传递到第一太阳轮11，由于第一行星架13与变速器100壳体10固定，扭矩由第一行星齿轮机构的第一齿圈12输出给第二齿圈22，扭矩由第二齿圈22和与输入轴3相连的第二太阳轮21输入到第二行星齿轮机构中，并由第二行星架23输出到输出轴4。

由此，变速器100在第一挡位时，在第一行星齿轮机构中，扭矩由第一太阳轮11输入，并由第一齿圈12输出到第二齿圈22，该处扭矩相对于输入轴3的转动方向相反、转速降低，扭矩还由第一太阳轮11输出到第二太阳轮21，该处扭矩相对于输入轴3的转动方向和转速都相同，在第二行星齿轮机构中，由转速与输入轴3相反的第二齿圈22和转速与输入轴3相同的第二太阳轮21共同输入，扭矩由第二行星架23经过输出轴4传递出变速器。

当变速器100挂入第二挡时，第一同步器5将第二齿圈22与变速器100的壳体10固定，且第二同步器6将第二行星架23与输出轴4连接。

这样，扭矩由输入轴3传入变速器100，在第一行星齿轮机构中，扭矩由第一太阳轮11输入，并由第一太阳轮11输出到第二行星齿轮系统，在第二行星齿轮机构中，由于第二齿圈22与变速器100的壳体10固定，扭矩从第二太阳轮21输入并由第二行星架23输出，第二行星架23将扭矩传递到输出轴4。

由此，变速器100在第二挡位时，在第一行星齿轮机构中，扭矩由第一太阳轮11输入，并由第一太阳轮11输出到第二太阳轮21，该处扭矩相对于输入轴3的转动方向与转速都相同，在第二行星齿轮系统中，扭矩由第二太阳轮21输入，并由第二行星架23输出到输出轴4，此时扭矩相对于第二太阳轮21的转动方向相同、转速降低，第一挡时，第二齿圈22向与第二太阳轮21向相反方向旋转，从而在第二行星架23中，第二行星架23的输出转速相对于输入轴3进行了二级减速，而在第二挡时，第二行星架23的输出转速相对于输入轴3只进行了二级减速，从而当输入轴3转速一定时，输入轴3的转速大于第二挡输出轴4的转速，第二挡输出轴4的转速大于第一挡输出轴4的转速，从而使第一挡的速比u1＞第二挡的速比u2，通过上述变速器100在第一挡和第二挡的传动方式及路线可得知，当第二齿圈22与第二太阳轮21转速方向相反(即一档状态)时，作为输出结构的第二行星架23转速低于在第二挡时的输出转速，即所实现的转动比更大，且在理论范围内可通过调节第一行星齿轮机构和第二行星齿轮机构的传动达到任意传动比，传动关系满足下列公式：

i1：第一行星轮系第一行星架固定，第一太阳轮输入，第一齿圈输出状态的传动比；i2：第二行星轮系第二行星架固定，第二太阳轮输入，第二齿圈输出状态的传动比.

理论上在上述结构状态下，当i₁＝i₂时，输出传动比无穷大，此时第二行星架23转速为0；因此在设计变速器时，在满足多档位的前提下，该结构可以在低档位提供更大的扭矩，满足复杂工况需要。

当变速器100挂入第三挡时，第二同步器6将第二太阳轮21与输出轴4连接，此时第一同步可以位于中位，即第一同步器5不与第一齿圈12、第二齿圈22和变速器100的壳体10相连，扭矩不经过第一同步器5。

这样，扭矩由输入轴3传入变速器100，在第一行星齿轮机构中，扭矩由第一太阳轮11输入，并由第一太阳轮11输出到第二太阳轮21，在第二行星齿轮机构中，扭矩由第二太阳轮21输入，并由第二太阳轮21输出到输出轴4。

由此，变速器100在第三挡位时，扭矩由输入轴3输入到第一太阳轮11，并由第一太阳轮11输出到第二太阳轮21，并经第二太阳轮21传递到输出轴4，即扭矩在该传递过程中没有经过减速，相对于第二挡，输出轴4在三挡时与输入轴3转速相同，当输入轴3转速一定时，输入轴3的转速等于第三挡输出轴4的转速，第三挡输出轴4的转速大于第二挡输出轴4的转速，从而使第二挡的速比u2＞第三挡的速比u3。

综上所述，本发明的变速器100属于一种横置式变速器100，采用双行星排双同步器结构，其换挡方式可以是电机控制同步器换挡，具有结构简单、换挡快、扭矩传递效率高的优点，且不存在多片式离合器和多片式制动器的拖曳力矩问题。同时，变速器100的制造成本更低、维护更简便。

采用同步器换挡，不用离合器使得结构简化，且变速器100采用三挡变速的结构，可以保证电机在高效区运转时，节省电能。

根据本发明实施例的动力驱动系统包括：驱动电机和上述任一种实施例的变速器100，其中驱动电机与输入轴3动力耦合连接。这样，根据本发明实施例的动力驱动系统通过设置根据本发明实施例的变速器100从而具有换挡快、扭矩传递效率高、换挡平顺的优点，且动力驱动系统的结构简单。

在一些实施例中，驱动电机与输入轴3同轴布置，这样，动力驱动系统的各个部件可以沿输入轴3的轴线布置，进而方便动力驱动系统的布置，且不需要多余的齿轮等改变扭矩传递的路线，从而提高动力驱动系统的扭矩传递效率。

根据本发明实施例的车辆，包括：上述实施例的动力驱动系统，车辆通过设置上述动力驱动系统，从而使车辆具有换挡平稳、换挡迅速且扭矩传递效率高的优点，且可以使车辆的输出扭矩范围大，载荷稳定，可以应对复杂的路况，具有节省能源的优点，在一些示例中，根据本发明的车辆可以为电动车辆或混合动力车辆等。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种变速器，其特征在于，包括：

第一行星齿轮机构，所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架和第一齿圈，所述第一行星架与所述变速器的壳体固定连接；

第二行星齿轮机构，所述第二行星齿轮机构包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架和第二齿圈；

输入轴，所述第一太阳轮以及第二太阳轮均与所述输入轴固定相连；

第一同步器，所述第一同步器将所述第二齿圈与所述第一齿圈连接或者将所述第二齿圈与所述变速器的壳体固定；

输出轴；

第二同步器，所述第二同步器将所述输出轴与所述第二行星架连接或者将所述输出轴与所述第二太阳轮连接。

2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述输入轴的轴线与所述输出轴的轴线共线。

3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮机构和所述第二行星齿轮机构沿所述输入轴的轴向及所述输出轴的轴向间隔开布置。

4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述第一同步器位于所述第一行星齿轮机构与所述第二行星齿轮机构之间。

5.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述第一行星齿轮机构和所述第二行星齿轮机构均为单级行星齿轮机构。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的变速器，其特征在于，所述变速器挂入第一挡，所述第一同步器将所述第一齿圈与所述第二齿圈连接，且所述第二同步器将所述第二行星架与所述输出轴连接。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的变速器，其特征在于，所述变速器挂入第二挡，所述第一同步器将所述第二齿圈与所述变速器的壳体固定，且所述第二同步器将所述第二行星架与所述输出轴连接。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的变速器，其特征在于，所述变速器挂入第三挡，所述第二同步器将所述第二太阳轮与所述输出轴连接。

9.一种动力传动系统，其特征在于，包括：

驱动电机；

如权利要求1-8中任一项所述的变速器，所述驱动电机与所述输入轴动力耦合连接。

10.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求9所述的动力传动系统。

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