CN110778666B - 用于电动车辆的变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于电动车辆的变速器，可以包括：第一输入轴，其连接到电机；第一行星齿轮组，其包括可以选择性地连接到第一输入轴的第一旋转元件以及固定的第三旋转元件；第二行星齿轮组，其包括直接连接到第一输入轴的第一旋转元件以及直接连接到第一行星齿轮组的第二旋转元件的第三旋转元件；第一离合器，其将第一输入轴与第二行星齿轮组的第二旋转元件选择性地连接；输出轴；驱动齿轮，其与第二行星齿轮组的第二旋转元件旋转；从动齿轮，其与所述驱动齿轮啮合；第二离合器，其将第一行星齿轮组的第一旋转元件选择性地连接到第一输入轴；以及第三离合器，其布置为将第二行星齿轮组的第三旋转元件固定或与驱动齿轮接合。

Description

用于电动车辆的变速器
技术领域
本发明涉及一种用于电动车辆的变速器，更具体地涉及一种动力传动系的结构，该动力传动系使车辆在使用尽可能小容量的驱动电机的同时能够充分保证车辆的驾驶性能。
背景技术
电动车辆利用从驱动电机提供的动力进行驱动，而不使用发动机。驱动电机的价格通常与其容量或尺寸成比例地增加，并且驱动电机的尺寸越大，可以提供的功率范围越大，但是车辆的重量也越大，这导致燃料效率的降低。
公开于本背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种用于电动车辆的变速器，由于该变速器具有简单的结构以及尽可能小的体积，所以能够方便地安装在车上，由于重量较轻，所以适用于提高车辆的行驶里程和燃料效率，并且由于该变速器提供了相对较高的减速比，所以即使使用小容量的驱动电机也能够确保足够的驾驶性能(例如车辆的最大速度、加速能力和爬坡能力)。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于电动车辆的变速器，所述变速器可以包括：第一输入轴，其直接连接到电机；包括三个旋转元件的第一行星齿轮组，包括：第一旋转元件，其布置为选择性地可连接到所述第一输入轴；以及固定的第三旋转元件；包括三个旋转元件的第二行星齿轮组，包括：第一旋转元件，其直接连接到所述第一输入轴；以及第三旋转元件，其直接连接到所述第一行星齿轮组的第二旋转元件；第一离合器，其布置为将第一输入轴与第二行星齿轮组的第二旋转元件连接或者断开；输出轴，其与第一输入轴平行布置；驱动齿轮，其布置为与第二行星齿轮组的第二旋转元件整体地旋转；从动齿轮，其布置在所述输出轴上以与所述驱动齿轮啮合；第二离合器，其布置为将第一行星齿轮组的第一旋转元件连接到第一输入轴或者将第一行星齿轮组的第一旋转元件从第一输入轴断开；以及第三离合器，其布置为将第二行星齿轮组的第三旋转元件固定或与驱动齿轮接合。
所述第一行星齿轮组可以是一个简单的单小齿轮行星齿轮组，其中第一旋转元件可以是第一太阳轮，第二旋转元件可以是第一行星架并且第三旋转元件可以是第一内齿圈，第二行星齿轮组可以是一个简单的单小齿轮行星齿轮组，其中第一旋转元件可以是第二太阳轮，第二旋转元件可以是第二行星架并且第三旋转元件可以是第二内齿圈。
第一离合器可以是能够利用摩擦传输动力的摩擦离合器，第二离合器和第三离合器可以是能够通过与齿轮接合而传输动力的接合部件。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于电动车辆的变速器，所述变速器可以包括：第一输入轴，其直接连接到电机；布置在第一输入轴上的第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，所述第一行星齿轮组和所述第二行星齿轮组各包括三个旋转元件，其中三个旋转元件中的一个旋转元件与另外三个旋转元件中的一个旋转元件持续地相互连接；第一离合器，其布置为将第二行星齿轮组的两个旋转元件连接或者断开；第二离合器，其布置为将除了持续连接的旋转元件之外的第一行星齿轮组的其他旋转元件和第二行星齿轮组的其他旋转元件连接或者断开；第三离合器，其布置为限制第一行星齿轮组和第二行星齿轮组的持续连接的旋转元件的旋转；以及输出轴，其布置为从第二行星齿轮组接收扭矩。
所述第一行星齿轮组可以是一个简单的单小齿轮行星齿轮组，其中三个旋转元件可以是第一太阳轮、第一行星架以及第一内齿圈，第二行星齿轮组可以是一个简单的单小齿轮行星齿轮组，其中三个旋转元件可以是第二太阳轮、第二行星架以及第二内齿圈，持续连接的旋转元件可以是第一行星架和第二内齿圈，第一内齿圈可以是持续固定的，并且第二太阳轮持续连接到第一输入轴。
所述第一离合器可以布置为将第二行星齿轮组的第二太阳轮与第二行星架连接或者断开，并且第二离合器布置为将第一行星齿轮组的第一太阳轮与第二行星齿轮组的第二太阳轮连接或者断开。
所述输出轴可以通过驱动齿轮和从动齿轮接收动力，所述驱动齿轮直接连接到第二行星齿轮组的第二行星架，所述从动齿轮布置在输出轴上以与驱动齿轮啮合。
所述第三离合器可以切换限制持续连接的第一行星架和第二内齿圈的旋转的状态与将第一行星架和第二内齿圈连接到驱动齿轮的状态。
所述第三离合器可以切换限制第一行星架和第二内齿圈的旋转的状态以及将第二内齿圈连接到第二行星架的状态。
根据本发明的示例性实施方案的变速器，由于该变速器具有简单的结构以及尽可能小的体积，所以能够方便地安装在车上，由于重量较轻，所以适用于提高车辆的行驶里程和燃料效率，并且由于该变速器提供了相对较高的减速比，所以即使使用小容量的驱动电机也能够确保足够的驾驶性能(例如车辆的最大速度、加速能力和爬坡能力)。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在附图和具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1为示出根据本发明的示例性实施方案的用于电动车辆的变速器的配置的图。
图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9为顺次示出通过图1所示的变速器的换挡过程的图。
可以理解附图不必按比例绘制，显示了本文中公开的说明本发明基本原理的各种特征(其中，包括在这里的本发明的特定设计特征包括：例如特定尺寸、取向、位置和形状)的略微简化的画法，这些特征将部分地通过特定的目标应用和使用环境而确定。
在这些图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记表示本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个具体实施方案，这些具体实施方案的示例呈现在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性的具体实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为这些示例性的具体实施方案。另一方面，本发明旨在不但覆盖这些示例性具体实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
参考图1，本发明的用于电动车辆的变速器可以包括：第一输入轴IN1、第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2、第一离合器CL1、输出轴OUT、驱动齿轮G1、从动齿轮G2、第二离合器CL2以及第三离合器CL3；所述第一输入轴IN1直接连接到电机；所述第一行星齿轮组PG1包括三个旋转元件，其第一旋转元件布置为可以选择性地连接到第一输入轴IN1并且其第三旋转元件是固定的；所述第二行星齿轮组PG2包括三个旋转元件，其第一旋转元件直接连接到第一输入轴IN1并且其第三旋转元件直接连接到第一行星齿轮组PG1的第二旋转元件；所述第一离合器CL1布置为将第一输入轴IN1与第二行星齿轮组PG2的第二旋转元件连接或者断开；所述输出轴OUT与第一输入轴IN1平行布置；所述驱动齿轮G1布置在第二输入轴IN2上以与第二行星齿轮组PG2的第二旋转元件整体地旋转；所述从动齿轮G2布置在输出轴OUT上以与所述驱动齿轮G1啮合，所述第二离合器CL2布置为将第一行星齿轮组PG1的第一旋转元件连接到第一输入轴IN1或使第一行星齿轮组PG1的第一旋转元件从第一输入轴IN1断开；所述第三离合器CL3布置在第二输入轴IN2上以将第二行星齿轮组PG2的第三旋转元件固定，或者将第二行星齿轮组PG2的第三旋转元件与驱动齿轮G1接合。
即，本发明的变速器配置为通过使用第一离合器CL1、第二离合器CL2以及第三离合器CL3来适当地改变动力，将输入到第一输入轴IN1的来自电机的动力通过驱动齿轮G1和从动齿轮G2输出到输出轴OUT，所述第一离合器CL1、第二离合器CL2以及第三离合器CL3控制第一行星齿轮组PG1和第二行星齿轮组PG2以及各个行星齿轮组的旋转元件。
在本发明的示例性的实施方案中，输出齿轮OG一体地布置在输出轴OUT上，以配置为通过差速器DF向驱动轮输出动力。
第一行星齿轮组PG1是一个简单的单小齿轮行星齿轮组，其中第一旋转元件是第一太阳轮S1，第二旋转元件是第一行星架C1并且第三旋转元件是第一内齿圈R1；第二行星齿轮组PG2是一个简单的单小齿轮行星齿轮组，其中第一旋转元件是第二太阳轮S2，第二旋转元件是第二行星架C2并且第三旋转元件是第二内齿圈R2。
第一离合器CL1是能够利用摩擦来传输动力的摩擦离合器，第二离合器CL2和第三离合器CL3是能够通过齿轮接合而传输动力的接合部件。
摩擦离合器能够利用摩擦来传输动力，该摩擦是由来自外部的压力在摩擦表面上产生的。此外，摩擦离合器可以例如是能够根据压力调整摩擦力的大小的摩擦盘式离合器。
接合部件是这样的机构：其能够使齿轮接合或分离，例如牙嵌式离合器或同步器，并且一旦齿轮接合，即使没有从接合部件的外部单独地提供动力，也能够保持齿轮接合。因此，如下所述，当在接合部件的齿轮接合状态下车辆保持驱动时，也不会单独地消耗动力，所以接合部件可以有助于增加车辆的行驶里程并且提高燃料效率。
根据本发明的各个方面，具有上述配置的用于电动车辆的变速器可以描述为如下。
即，本发明的用于电动车辆的变速器可以包括：第一输入轴IN1、第一行星齿轮组PG1、第二行星齿轮组PG2、第一离合器CL1、第二离合器CL2、第三离合器CL3以及输出轴OUT；所述第一输入轴IN1直接连接到电机；所述第一行星齿轮组PG1和所述第二行星齿轮组PG2布置在第一输入轴IN1上，并且各包括三个旋转元件，其中三个旋转元件中的一个旋转元件与另外三个旋转元件中的一个旋转元件持续地相互连接；所述第一离合器CL1布置为将第二行星齿轮组PG2的两个旋转元件连接或者断开；所述第二离合器CL2布置为将除了持续连接的旋转元件之外的第一行星齿轮组PG1的其他旋转元件与第二行星齿轮组PG2的其他旋转元件连接或者断开；所述第三离合器CL3布置为限制第一行星齿轮组PG1和第二行星齿轮组PG2的持续连接的旋转元件的旋转；所述输出轴OUT布置为从第二行星齿轮组PG2接收扭矩。
第一行星齿轮组PG1是一个简单的单小齿轮行星齿轮组，其中三个旋转元件为第一太阳轮S1、第一行星架C1以及第一内齿圈R1；第二行星齿轮组PG2是一个简单的单小齿轮行星齿轮组，其中三个旋转元件为第二太阳轮S2、第二行星架C2以及第二内齿圈R2；持续连接的旋转元件为第一行星架C1和第二内齿圈R2，第一内齿圈R1固定地连接到静止构件(例如变速器壳体CS)，并且第二太阳轮S2持续连接到第一输入轴IN1。
第一离合器CL1布置为将第二行星齿轮组PG2的第二太阳轮S2和第二行星架C2连接或者断开，并且第二离合器CL2布置为将第一行星齿轮组PG1的第一太阳轮S1和第二行星齿轮组PG2的第二太阳轮S2连接或者断开。
输出轴OUT通过驱动齿轮G1和从动齿轮G2接收动力，所述驱动齿轮G1直接连接到第二行星齿轮组PG2的第二行星架C2，所述从动齿轮G2布置在输出轴OUT上并与驱动齿轮G1啮合。
第三离合器CL3可以切换限制持续连接的第一行星架C1和第二内齿圈R2的旋转的状态与将第一行星架C1和第二内齿圈R2连接到驱动齿轮G1的状态。
即，第三离合器CL3可以切换限制第一行星架C1和第二内齿圈R2的旋转的状态与将第二内齿圈R2连接到第二行星架C2的状态。
将参考图2至图9描述通过具有本发明的上述配置的用于电动车辆的变速器的换档过程。
图2示出下述的状态，其中，第一行星架C1和第二内齿圈R2通过第三离合器CL3固定至变速器壳体CS，以从空挡状态换挡到第一挡位。
当在图2中所示的状态中驱动电机时，来自电机的动力输入到第二行星齿轮组PG2的第二太阳轮S2并且动力随后减速并且输出到第二行星架C2，如图3中所示，其中，动力通过驱动齿轮G1和从动齿轮G2传输到输出轴OUT，通过输出齿轮OG和差速器DF向驱动轮输出第一挡位的动力。
图4示出下述的状态，其中，在图3的第一挡位驱动期间，在第一离合器CL1上轻微地产生摩擦以换挡到第二挡位。如上所述，当摩擦在第一离合器CL1上产生时，在第一挡位驱动期间从第二内齿圈R2提供的反作用力被抵消，使得容易地使第三离合器CL3分离至空挡状态。
图5示出下述的状态，其中，当如图4中所示通过对第一离合器CL1进行滑动控制而使第三离合器CL3容易地分离时，在第三离合器CL3分离的情况下，动力保持传输到驱动齿轮G1，并且第一离合器CL1保持滑动。
在图中5所示的状态下，当第二离合器CL2接合并且通过控制第一离合器CL1而使第一离合器CL1分离，使得第一行星齿轮组PG1的第一太阳轮S1的速度变成与第一输入轴IN1的速度相同，从而获得了图6中所示的状态。
在图6中所示的状态中，通过第二太阳轮S2输入动力，动力随后减速并且输出到第二行星架C2，同时第二内齿圈R2由第一行星齿轮组PG1而减速并且旋转，从而使第二行星架C2的速度变成大于第二行星架C2在第一挡位中的速度，以换挡到第二挡位。
明显地，来自第二行星架C2的动力通过驱动齿轮G1、从动齿轮G2和输出轴OUT输出到差速器DF。
图7示出这样的一种状态，其中，第一离合器CL1是滑动控制的并且将第二离合器CL2分离以从图6中所示的第二挡位换挡到第三挡位；图8示出这样的一种状态，其中，在第二离合器CL2分离的情况下，通过完全地接合第一离合器CL1而完成换挡到第三挡位。在这个状态中，由于第二行星齿轮组PG2的所有旋转元件实质上整体地旋转，使得来自电机的动力原封不动地提供到驱动齿轮G1而不减速，并且随后将动力输出到输出轴OUT。
可以仅通过消耗用于保持第一离合器CL1接合的能量来保持图8中所示的第三挡位状态。因此，如图9中所示，通过经由第三离合器CL3将第二内齿圈R2连接到驱动齿轮G1，第二内齿圈R2与第二行星架C2实质相互直接连接，所以第二行星齿轮组PG2的所有旋转元件能够保持整体地旋转。因此，可以在不消耗用于接合第一离合器CL1的能量的情况下稳定地保持第三挡位。
因此，可以通过将在驱动车辆时消耗的能量最小化来增加车辆的行驶里程并且提高燃料效率。此外，通过第一行星齿轮组PG1和第二行星齿轮组PG2的减速、驱动齿轮G1和从动齿轮G2之间的减速以及输出齿轮OG和差速器DF之间的减速的多次减速，即使使用相对小容量的电机，也能够为驱动轮提供所期望的动力。因此，可以相应地减小电机的容量并提高车辆的燃料效率。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上面”、“下面”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背”、“内”、“外”、“内部”、“外部”、“内部的”、“外部的”、“内侧”、“外侧”、“向前”、“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性具体实施方案的特征。
前面对本发明具体示例性具体实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的，其中选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围由所附权利要求及其等价形式所限定。

Claims (10)

1.一种用于车辆的变速器，所述变速器包括：
第一输入轴，其固定地连接到电机；
第二输入轴；
第一行星齿轮组，其包括三个旋转元件，所述第一行星齿轮组的三个旋转元件具有：
第一旋转元件，其能够旋转地安装在所述第一输入轴上并且能够选择性地连接到所述第一输入轴；
第二旋转元件；
第三旋转元件，其固定地连接到变速器壳体；
第二行星齿轮组，其包括三个旋转元件，所述第二行星齿轮组的三个旋转元件具有：
第一旋转元件，其固定地连接到所述第一输入轴；
第二旋转元件；
第三旋转元件，其固定地连接到所述第一行星齿轮组的第二旋转元件；
第一离合器，其安装在所述第一输入轴与所述第二行星齿轮组的第二旋转元件之间，并且配置为将第一输入轴与第二行星齿轮组的第二旋转元件选择性地连接；
输出轴；
驱动齿轮，其固定至第二输入轴，所述第二输入轴固定地连接到所述第二行星齿轮组的第二旋转元件并且与第二行星齿轮组的第二旋转元件整体地旋转；
从动齿轮，其布置在所述输出轴上并且与所述驱动齿轮啮合；
第二离合器，其安装在所述第一输入轴上并且将所述第一行星齿轮组的第一旋转元件选择性地连接到第一输入轴；以及
第三离合器，其安装为将第二行星齿轮组的第三旋转元件固定或与驱动齿轮接合。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的变速器，其中，
所述第一行星齿轮组为简单的单小齿轮行星齿轮组，其中第一行星齿轮组的第一旋转元件为第一太阳轮，第一行星齿轮组的第二旋转元件为第一行星架，第一行星齿轮组的第三旋转元件为第一内齿圈；
所述第二行星齿轮组为简单的单小齿轮行星齿轮组，其中第二行星齿轮组的第一旋转元件为第二太阳轮，第二行星齿轮组的第二旋转元件为第二行星架，第二行星齿轮组的第三旋转元件为第二内齿圈。
3.根据权利要求2所述的用于车辆的变速器，其中，
所述第一离合器为摩擦离合器，其配置为利用摩擦传输动力；
所述第二离合器和所述第三离合器为接合部件，所述接合部件配置为通过与齿轮接合而传输动力。
4.一种用于车辆的变速器，所述变速器包括：
第一输入轴，其固定地连接到电机；
第二输入轴；
第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，所述第一行星齿轮组和第二行星齿轮组布置在第一输入轴上，并且每一个包括三个旋转元件，其中第一行星齿轮组中的三个旋转元件中的一个旋转元件和第二行星齿轮组中的三个旋转元件中的一个旋转元件持续地相互连接；
第一离合器，其安装为将第二行星齿轮组的其余两个旋转元件选择性地连接；
第二离合器，其安装为将除了持续连接的旋转元件之外的第一行星齿轮组的其余两个旋转元件中的一个旋转元件与第二行星齿轮组的其余旋转元件中的一个旋转元件选择性地连接；
第三离合器，其安装为限制第一行星齿轮组和第二行星齿轮组的持续连接的旋转元件的旋转；以及
输出轴，其接合到第二行星齿轮组并且接收来自第二行星齿轮组的扭矩。
5.根据权利要求4所述的用于车辆的变速器，其中，
所述第一行星齿轮组为简单的单小齿轮行星齿轮组，其中第一行星齿轮组的三个旋转元件分别为：能够旋转地安装在第一输入轴上的第一太阳轮、第一行星架以及第一内齿圈；
所述第二行星齿轮组为简单的单小齿轮行星齿轮组，其中第二行星齿轮组的三个旋转元件分别为：第二太阳轮、第二行星架以及固定到第一行星齿轮组的第一行星架的第二内齿圈；
持续连接的旋转元件为第一行星架和第二内齿圈；
所述第一内齿圈固定地连接到变速器壳体；
所述第二太阳轮持续连接到第一输入轴；
所述第二行星架固定性地连接到第二输入轴。
6.根据权利要求5所述的用于车辆的变速器，其中，
所述第一离合器安装第二行星齿轮组的在第二太阳轮与第二行星架之间以将第二行星齿轮组的第二太阳轮与第二行星架选择性地连接；
所述第二离合器安装在所述第一输入轴上并且将所述第一行星齿轮组的第一太阳轮与所述第二行星齿轮组的第二太阳轮选择性地连接。
7.根据权利要求6所述的用于车辆的变速器，其中，所述输出轴通过驱动齿轮和从动齿轮接收动力，所述驱动齿轮固定地连接到所述第二输入轴和第二行星齿轮组的第二行星架，所述从动齿轮布置在输出轴上，并且所述从动齿轮与所述驱动齿轮啮合。
8.根据权利要求7所述的用于车辆的变速器，其中，所述第三离合器将所述驱动齿轮与所述第二行星齿轮组的第二内齿圈选择性地连接。
9.根据权利要求8所述的用于车辆的变速器，其中，所述第三离合器切换将固定到第二内齿圈的第一行星架的旋转与驱动齿轮分离的状态，以及将第一行星架和第二内齿圈连接到驱动齿轮的状态。
10.根据权利要求8所述的用于车辆的变速器，其中，所述第三离合器切换限制第一行星架和第二内齿圈的旋转的状态，以及将第二内齿圈连接到第二行星架和所述驱动齿轮的状态。
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