CN111465785B - 具有可变端减速器组件的传动系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的传动系统组件，包括至少一个可绕轴线转动的主轴。与至少一个主轴耦合的至少一个减速器组件。该减速器组件包括一个可转动地与主轴连接的太阳齿轮。围绕该太阳齿轮可转动地设置的多个行星齿轮。围绕行星齿轮并啮合在行星齿轮上的环。可转动地连接到每个行星齿轮的中心的行星架。固定在行星架上的输出轴。在高转矩位置将环固定至地面以提供齿轮减速，并在低转矩位置将环固定至行星架以提供1：1的齿轮比的滑动离合器。本发明还提供了一种操作这种传动装置的方法。

Description

具有可变端减速器组件的传动系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月16日提交的序列号为62/572,634的美国临时专利申请和2018年10月15日提交的序列号为16/159,997的美国实用新型专利申请的优先权，这些申请的全部公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分，并通过引用的方式将其全部内容结合于此。

技术领域

一种用于车辆的传动系统组件。更具体地，一种传动系统组件，包括至少一个减速器组件，该至少一个减速器组件邻近车轮输出设置，用于提供可变转矩倍增效果。

背景技术

已知的电动汽车包括用于驱动一个或多个车轮的传动系统组件。传动系统组件通常包括中心部分，该中心部分具有电动机，该电动机具有连接到差速器的输出轴。差速器与一对主轴耦合连接，用于将转矩从输出轴传递至主轴和一对车轮。通常在输出轴和差速器之间设置齿轮减速器，用于在向主轴传递转矩之前提供齿轮减速。这种集总结构导致主轴上的转矩负荷以及支撑中心部分的底盘部件的结构负荷很大。这些因素结合在一起，为传动系统组件提供了相对较高的质量和封装空间要求。此外，齿轮减速器通常被配置为只提供单一齿轮减速，因此并不总是优化电动机的效率和尺寸。因此，仍然需要对这种传动系统组件进行改进。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种用于车辆的传动系统组件。该传动系统组件包括至少一个用于驱动车轮的至少一个主轴。该至少一个主轴可绕一轴线转动。至少一个减速器组件与至少一个主轴耦合。减速器组件包括太阳齿轮，太阳齿轮与主轴一起可围绕轴线转动。多个行星齿轮与太阳齿轮啮合并可围绕太阳齿轮转动。每个行星齿轮包括中心。环围绕行星齿轮定位并与行星齿轮啮合。行星架可转动地连接到每个行星齿轮的中心，并可围绕轴线转动。输出轴固定到行星架，并且可围绕轴线转动。滑动离合器可在高转矩位置和低转矩位置之间移动。滑动离合器在高转矩位置时，将环固定到地面，以在主轴和车轮输出之间提供齿轮减速，滑动离合器在低转矩位置时，滑动离合器将环固定到行星架，以在输入轴和车轮输出之间提供1:1的齿轮比。控制器与滑动离合器连接，用于在高转矩位置和低转矩位置之间有选择地提供换挡。

与车轮输出相邻的减速器组件封装的电动机组合，使得各个传动系统部件体积小、重量轻。因此，增加了车辆的内部空间，减少了车辆的质量。此外，由于减速器组件可以提供可变的齿轮比和协调换挡，因此可以对电动机的效率和尺寸进行调整，以适应特定的应用。

根据本公开的另一个方面，提供了一种用于操作车辆的传动系统组件的方法。该方法包括以无转矩的速度驱动电动机的输出，在种情况下，没有转矩通过差速器传送到第一主轴和第二主轴，并且其中，第一主轴与第一车轮输出耦合且第二主轴与第二车轮输出耦合。该方法进一步包括将第一滑动离合器换挡到空挡位置，其中，第一滑动离合器位于第一主轴和第一车轮输出之间。该方法还包括将第二滑动离合器换挡到空挡位置，其中，第二滑动离合器位于第二主轴和第二车轮输出之间。该方法进一步包括驱动电动机的输出，使得当第一滑动离合器处于空挡位置时第一主轴的速度与第一车轮输出的速度匹配。该方法进一步包括在第一主轴的速度与第一车轮输出的速度匹配时，将第一滑动离合器从空挡位置换挡到接合位置，并且其中，当第一滑动离合器处于接合位置时，第一滑动离合器使得在第一主轴和第一车轮输出之间提供预定的齿轮比。该方法还包括驱动电动机的输出，以使当第二滑动离合器处于空挡位置时第二主轴的速度与第二车轮输出的速度匹配。该方法进一步包括在第二主轴的速度与第二车轮输出的速度匹配时，将第二滑动离合器从空挡位置换挡到接合位置，其中，当第二滑动离合器处于接合位置时，第二滑动离合器使得在第二主轴和第二车轮输出之间提供预定的齿轮比。

相应地，该方法提供了车轮范围单元的协调换挡，以通过简单的、低质量的配置优化电动机的效率。

附图说明

本发明的其他优点很容易被理解，因为当将以下详细描述与附图联系起来参照时，本发明的其他优点将通过以下的详细描述得到更好的理解，其中，

图1是包括减速器组件的传动系统组件的示例性实施例的前视图；

图2是减速器组件的示例性实施例的示意性前视图；

图3示出了具有开式差速器的传动系统的减速器同步换挡方法的流程图；以及

图4示出了具有可锁式差速器的传动系统的减速器同步换挡方法的流程图。

具体实施例

参照附图，其中，在所有的几个视图中，相似的数字表示相应的部件，总体上示出了用于车辆的传动系统组件20。该传动系统组件20被配置为驱动一对车轮22。应当理解的是，本发明的传动系统组件20可用于各种类型的车辆，包括但不限于汽车、休闲车和全地形车辆。

传动系统组件20包括电动机24和差速器26，差速器26与电动机24的输出轴27耦合并从输出轴27接收转矩。第一主轴28和第二主轴29各自围绕并沿轴线A轴向相互对准地可转动地布置。第一和第二主轴28、29分别与差速器26转动地耦合。差速器26被配置为允许第一和第二主轴28、29以彼此不同的速度转动。差速器26可以是开放的差速器，其总是将相同量的转矩传递给每个主轴28、29，或者是限滑差速器，其可以被配置为将不同量的转矩传递给主轴28、29。更特别地，差速器26可以包括中心离合器31，中心离合器31被配置为在锁定位置和解锁位置之间选择性地移动，其中，当中心离合器31处于锁定位置时，主轴28、29被固定为以彼此相同的速度转动，并且当中心离合器31处于解锁位置时，主轴28、29能够以彼此不同的速度转动。应当理解的是，中心离合器29可以是各种类型的离合器，包括但不限于齿式离合器。控制器48与中心离合器29电连接，用于有选择地对中心离合器29换挡。应当理解的是，可以沿着主轴28、29通过支撑润滑剂和/或轴承来支撑电动机24。

第一主轴28与第一减速器组件30耦合，第二主轴29与第二减速器组件33耦合。如图2中的最佳图示，每个减速器组件30、33均包括围绕主轴28固定的太阳齿轮32，用于与主轴28一起转动。多个行星齿轮34围绕太阳齿轮32设置并与太阳齿轮32啮合。每个行星齿轮34限定中心36。环38围绕行星齿轮34定位，并与行星齿轮34啮合。行星架40可转动地连接到行星齿轮34的中心36并围绕轴线A可转动，第一车轮输出42可转动地固定到第一减速器组件30的行星架40，第二车轮输出43固定到第二减速器组件33的行星架40。车轮输出42、43被配置为与车辆的车轮22耦合，用于向车轮22传递转矩。应当理解的是，齿轮32、34、36、38可以具有各种尺寸和齿数，以提供各种齿轮比。

第一减速器组件30包括第一滑动离合器44，第一滑动离合器44选择性地与第一减速器组件30的环38和行星架40以及地面46耦合，地面46例如是车辆的框架。第二减速器组件33包括第二滑动离合器45，滑动离合器45选择性地与第二减速器组件33的环38和行星架40以及地面46耦合。每个滑动离合器44、45可在高转矩位置、低转矩位置和空转位置之间轴向移动。在高转矩位置，滑动离合器44、45将环38固定到地面46，以便在轴28、29和车轮输出42、43之间提供高齿轮比，例如，7：1，用于低速和高转矩需求的车辆操作。在低转矩位置，滑动离合器44、45将环38固定到行星架40，以便在主轴和车轮之间提供1：1或其他低齿轮比，例如，用于高速、低转矩需求的车辆操作。在空转位置，滑动离合器44、45与地面46和行星架40断开。

控制器48被电连接到第一和第二滑动离合器44、45，用于选择性地致动滑动离合器44、45。控制器48被配置为在任何给定时间对滑动离合器44、45同步换挡。正如下面将进一步详细讨论的那样，滑动离合器44、45的同步换挡可以通过电动机24的速度控制来实现，并且是协调的，因此车辆的任何数量的车轮22可以同时换挡。控制器48被配置为在由于车辆转弯或空转条件而使左、右主轴28、29的速度明显不同(例如，大于50RPM)的情况下，抑制滑动离合器44、45的换挡。尽管在示例性实施例中，换挡是通过滑动离合器44、45来完成的，但也可以是替代地通过压力调制板式离合器来完成。此外，可以用各种类型的电动或液压致动器响应于来自控制器48的指令来致动滑动离合器44、45。

图3示出了包括开放差速器26的传动系统组件的换挡方法。该方法开始于100确定满足某些换挡进入条件。进入条件可包括，例如，车辆的速度处于换挡的适当范围内，并且没有发生车轮输出42、43或者轮胎的牵引力回转。该方法继续进行102调整电动机28的输出轴27的速度，以使第一和第二车轮输出42、43中的每个车轮输出处的转矩为零。在该步骤中，输出轴27的速度将与车辆的当前速度相关联。该方法继续进行104将第一和第二减速器组件30、33的滑动离合器44、45移动到空挡位置，以使其不接合地面46或行星架40。在空挡位置，主轴28、29与车轮输出42、43完全转动地断开。应当理解的是，这种断开可以以其他方式提供。该方法进行106使输出轴27的速度与第一和第二车轮输出42、43中的一个同步。应当理解的是，由于开式差速器的作用和车轮输出42、43内不同的寄生摩擦力的作用，两个车轮输出42、43可能不彼此一致地改变速度，即，具有最低寄生摩擦力的车轮输出42、43在换低挡时将首先加速，具有最高寄生摩擦力的车轮输出42、43在换高挡时将首先减速。该方法继续进行108将与首先实现同步的车轮输出42、43相对应的第一或第二减速器组件30、33的滑动离合器44、45换挡。滑动离合器44、45可以被换挡到高转矩位置或低转矩位置。该方法继续进行110使输出轴27的速度与车轮输出42、43中的另一个同步。该方法继续进行112将与车轮输出42、43中的另一个相对应的减速器30、33的滑动离合器44、45换挡到高转矩位置或低转矩位置。最后，该方法继续114在减速器30、33处于新的离合器位置的情况下操作电动机28。

图4示出了一种具有同步的、可锁定的中心差速器26的传动系统组件20的换挡方法。该方法从确定满足某些换挡进入条件的步骤200开始。同样，该进入条件可包括，例如，车辆的速度处于换挡的适当范围内，并且没有发生车轮22的牵引力回转。该方法继续进行202调整电动机28的输出轴27的速度，以使第一和第二车轮输出42、43中的每个车轮输出处的转矩为零。在该步骤中，输出轴27的速度将与车辆的当前速度相关联。该方法继续进行204将第一和第二减速器组件30、33的滑动离合器44、45移动到空挡位置，以使其不接合地面46或行星架40。该方法继续进行206锁定差速器26的中心离合器31，以使第一和第二主轴28以相同的速度转动并分配彼此相同的转矩。该方法继续进行208驱动电动机24使其速度与第一和第二车轮输出42、43中的一个同步。该方法继续进行210将第一和第二减速器组件30、33中的一个的滑动离合器44、45换挡到高转矩位置或低转矩位置。该方法继续进行212打开差速器26的中心离合器31，以允许第一和第二主轴28、29以彼此不同的速度转动。该方法继续进行214驱动电动机24以与第一和第二轮车轮输出42、43中的另一个的速度同步。该方法继续包括216将第一和第二车轮输出42、43中的另一个的滑动离合器44、45换挡到高转矩位置或低转矩位置。最后，该方法包括218在减速器30、43处于新的滑动离合器44位置的情况下操作电动机24。

显然，根据上述教导，针对本发明的许多修改和变体是可能的，并且可以在所附权利要求书的范围内，以不同于具体描述的其他方式实施本发明。这些先前的叙述应解释为涵盖本发明新颖性发挥其实用性的任何组合。在本发明权利要求书中使用"所述"一词是指先行叙述，其是肯定的叙述，意在包括在权利要求书的范围内，而在"该"一词之前的词不包括在权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种用于车辆的传动系统组件，其特征在于，包括：

电动机，所述电动机具有输出轴；

差速器，所述差速器与所述输出轴耦合，并且被配置为接收来自所述输出轴的转矩；

至少一个主轴，所述主轴与所述差速器耦合，并且可围绕轴线转动；

至少一个减速器组件，所述减速器组件与至少一个所述主轴耦合，并且包括与车辆的车轮直接耦合的车轮输出，所述减速器组件包括：

太阳齿轮，所述太阳齿轮与所述主轴一起可围绕所述轴线转动，

多个行星齿轮，多个所述行星齿轮与所述太阳齿轮啮合，并且可围绕所述太阳齿轮转动，并且每个所述行星齿轮包括中心，

环，所述环围绕所述行星齿轮定位，并且与所述行星齿轮啮合，

行星架，所述行星架可转动地连接到每个所述行星齿轮的所述中心，并且可围绕所述轴线转动，

所述车轮输出，所述车轮输出固定到所述行星架，并且可围绕所述轴线转动，

滑动离合器，所述滑动离合器可在高转矩位置和低转矩位置之间移动，其中，在所述高转矩位置，所述滑动离合器将所述环固定到地面，以在所述主轴和所述车轮输出之间提供齿轮减速，并且其中，在所述低转矩位置，所述滑动离合器将所述环固定到所述行星架，以在所述主轴和所述车轮输出之间提供1:1的齿轮比，以及

控制器，所述控制器与所述电动机和所述滑动离合器连接，用于首先以无转矩速度驱动所述电动机的输出，在这种情况下，没有转矩传送到所述车轮输出，然后在所述高转矩位置和所述低转矩位置之间有选择地提供所述滑动离合器的换挡。

2.如权利要求1所述的传动系统组件，其特征在于，至少一个所述主轴包括第一主轴和第二主轴，并且其中，所述第一主轴和所述第二主轴与所述差速器可转动地耦合，用于接收来自所述差速器的转矩。

3.如权利要求2所述的传动系统组件，其特征在于，至少一个所述减速器组件包括，连接到所述第一主轴的第一减速器组件和连接到所述第二主轴的第二减速器组件。

4.如权利要求2所述的传动系统组件，其特征在于，所述差速器包括可选择地在锁定位置和解锁位置之间移动的中心离合器，并且其中，当所述中心离合器处于所述锁定位置时，所述第一主轴和所述第二主轴被固定地以彼此相同的速度转动，并且其中，当所述中心离合器处于所述解锁位置时，所述主轴能够以彼此不同的速度转动。

5.一种用于操作车辆的传动系统组件的方法，其特征在于，所述方法包括：

以无转矩速度驱动电动机的输出，在这种情况下，没有转矩通过差速器传送到第一主轴和第二主轴，并且其中，所述第一主轴与第一车轮输出耦合，并且所述第二主轴与第二车轮输出耦合；

将第一滑动离合器换挡到空挡位置，其中，所述第一滑动离合器位于所述第一主轴和所述第一车轮输出之间；

将第二滑动离合器换挡到空挡位置，其中，所述第二滑动离合器位于所述第二主轴和所述第二车轮输出之间；

驱动所述电动机的所述输出，使得当所述第一滑动离合器处于所述空挡位置时，所述第一主轴的速度与所述第一车轮输出的速度匹配；

当所述第一主轴的速度与所述第一车轮输出的速度匹配时，将所述第一滑动离合器从所述空挡位置换挡到接合位置，并且其中，当所述第一滑动离合器处于所述接合位置时，所述第一滑动离合器使得在所述第一主轴和所述第一车轮输出之间提供预定的齿轮比；

驱动所述电动机的所述输出，使得当所述第二滑动离合器处于所述空挡位置时，所述第二主轴的速度与所述第二车轮输出的速度匹配；以及

当所述第二主轴的速度与所述第二车轮输出的速度匹配时，将所述第二滑动离合器从所述空挡位置换挡到接合位置，并且其中，当所述第二滑动离合器处于所述接合位置时，所述第二滑动离合器使得在所述第二主轴和所述第二车轮输出之间提供预定的齿轮比。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括，在以无转矩速度驱动电动机的输出之前，确定所述车辆的多个车轮是否以无滑动配置运行。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括，将中心离合器换挡到锁定位置，使得在驱动所述电动机的所述输出之前，所述第一主轴和所述第二主轴被固定地以彼此相同的速度转动，使得当所述第一滑动离合器处于所述空挡位置时，所述第一主轴的速度与所述第一车轮输出的速度匹配。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括，在当所述第一主轴的速度与所述第一车轮输出的速度匹配时，将所述第一滑动离合器从所述空挡位置换挡到所述接合位置之后，并且在驱动所述电动机的所述输出，使得当所述第二滑动离合器处于所述空挡位置时，所述第二主轴的速度与所述第二车轮输出的速度匹配之前，将所述中心离合器换挡到解锁位置，使得所述第一主轴和所述第二主轴能够以彼此不同的速度转动。