CN111677824A - 复合行星轮系轮内两挡自动变速机构及其换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合行星轮系轮内两挡自动变速机构及其无动力中断换挡控制方法,变速机构中，双联行星齿轮上的一挡行星轮和二挡行星轮内侧分别与一挡太阳轮和二挡太阳轮相啮合，二挡行星轮外侧与齿圈内侧啮合，主动齿轮啮合于齿圈外侧，双联行星齿轮安装在行星架上；平面卡爪式可控超越离合器中，两组离合器内圈分别与两个太阳轮连接，两组控制环分别对应控制两组离合器内圈与固定的离合器外圈之间实现锁止或相对自由旋转，进而实现车辆一挡前进、二挡前进、一挡或二挡倒退以及空挡。本发明在满足高速电机轮内传动所需传动比的同时，实现轮内两挡自动变速，并结合丰富的电机及换挡执行机构的控制，实现无动力中断换挡。

Description

复合行星轮系轮内两挡自动变速机构及其换挡控制方法

技术领域

本发明属于纯电动车辆轮边传动技术领域，针对输出转速高、转矩小、能量密度高的高速电机，具体涉及复合行星轮系轮内两挡自动变速机构及其换挡控制方法。

背景技术

纯电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别(异)在于四大部件：驱动电机、调速控制器、动力电池、车载充电器。其相比传统燃油车具有环境友好、能源利用率高，便于实现丰富的动力学控制及实现自动驾驶等优点，已成为汽车行业发展主要方向。

根据驱动系统结构布置的不同，电动汽车可分为两种：单电机集中驱动型式电动汽车(简称集中驱动式电动汽车)和多电机分布驱动型式电动汽车(简称分布式驱动电动汽车)。集中驱动式电动汽车与燃油汽车驱动结构类似，分布式驱动电动汽车按照动力系统的组织构型不同可分为两种：电机与减速器组合驱动型式，轮边电机或轮毂电机驱动型式。相比之下，轮边电机减速(变速)驱动机构在各方面的综合性能较优异，已成为电动汽车驱动方式的主要发展方向。

虽然目前集中驱动型式占电动汽车驱动系统的主流，但分布式驱动型式作为新兴的驱动系统，在动力学控制、整车结构设计、能量效率及其它性能方面均有很多优点，因此研究分布式驱动电动汽车技术有助于电动汽车的发展及推广。轮边电机减速(变速)驱动型式在实现分布式驱动型式中可显著降低簧下质量，便于采用高速电机。此外，考虑汽车驾驶感受，不希望汽车存在换挡时动力中断现象，因此，如何实现换挡无动力中断，也是自动变速机构研究重点方向之一。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种复合行星轮系轮内两挡自动变速机构及其换挡控制方法，在满足高速电机轮内传动所需传动比的同时，实现轮内两挡自动变速，并结合丰富的电机及换挡执行机构的控制，实现无动力中断换挡。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

复合行星轮系轮内两挡自动变速机构，由双联行星齿轮复合轮系机构和平面卡爪式可控超越离合器组成；

所述双联行星齿轮复合轮系机构中，双联行星齿轮上依次分别设有一挡行星轮和二挡行星轮，一挡行星轮和二挡行星轮内侧依次分别与一挡太阳轮和二挡太阳轮相啮合，二挡行星轮外侧与齿圈内侧啮合，主动齿轮啮合连接于齿圈外侧，双联行星齿轮通过行星轮销轴安装在行星架上；

平面卡爪式可控超越离合器由一挡控制组件和二挡控制组件组成，其中：

一挡离合器内圈与一挡太阳轮同轴连接，二挡离合器内圈与二挡太阳轮同轴连接，两组控制环分别对应控制一挡离合器内圈或二挡离合器内圈与固定的离合器外圈之间实现锁止或相对自由旋转，进而与双联行星齿轮复合轮系机构配合实现车辆一挡前进、二挡前进、一挡或二挡倒退以及空挡。

进一步地，所述一挡控制组件为双向可控超越离合器结构，二挡控制组件为单向可控超越离合器结构，以实现倒挡。

进一步地，所述一挡控制组件由一挡离合器内圈、一挡控制环、一挡离合器外圈、卡爪和复位弹簧组成；

所述一挡控制环上开有与卡爪组相匹配的控制窗口组，一挡控制环正向或反向旋转，使卡爪组中的一个卡爪与控制窗口组内的一个控制窗口相对应，卡爪被复位弹簧弹出，并穿过控制窗口卡止在二挡离合器内圈端面的卡爪卡槽内，实现一挡离合器内圈与一挡离合器外圈锁止；

所述二挡控制组件由二挡离合器内圈、二挡控制环、二挡离合器外圈、卡爪和复位弹簧组成；

所述二挡控制环上开有与卡爪相匹配的控制窗口，当卡爪与所述控制窗口位置相对应时，卡爪被复位弹簧弹出，并穿过控制窗口卡止在二挡离合器内圈端面的卡爪卡槽内，实现二挡离合器内圈与二挡离合器外圈锁止。

进一步地，一挡离合器内圈与一挡太阳轮通过花键连接，二挡离合器内圈与二挡太阳轮通过连接。

进一步地，所述行星架由第一行星架和第二行星架组合而成；

第一行星架和第二行星架通过定位凸起和定位凹槽相匹配扣接实现定位，并通过长螺栓贯穿第一行星架和第二行星架将二者紧固连接为一体。

复合行星轮系轮内两挡自动变速机构的换挡控制方法，高速电机输出动力由主动齿轮输入至齿圈，动力经齿圈传递至双联行星齿轮，并带动一挡太阳轮和二挡太阳轮旋转，在平面卡爪式可控超越离合器的两组挡位控制组件对应的控制环的控制下，两组挡位控制组件中，一挡离合器内圈或二挡离合器内圈被锁止，从而固定锁止一挡太阳轮或二挡太阳轮，实现动力不同路线的传递或超越状态，进而实现动力由一挡太阳轮或二挡太阳轮传递汇合至行星架输出，双联行星齿轮复合轮系中，当一挡太阳轮或二挡太阳轮固定锁止时，动力经齿圈输入后，经一挡行星轮或二挡行星轮传递，最终从第二行星架输出至轮毂，进而实现一挡前进、二挡前进或一挡倒退，当一挡离合器内圈或二挡离合器内圈均相对于离合器外圈自由旋转时，一挡太阳轮和二挡太阳轮亦均自由旋转，则进入空挡状态。

进一步地，所述一挡前进的控制过程具体如下：

主动齿轮在电机的驱动下反向旋转，主动齿轮带动齿圈正向旋转，与齿圈相啮合的二挡行星轮受到与齿圈同向旋转的驱动力，进而使双联行星齿轮有同齿圈相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮配合安装的一挡离合器内圈，和与二挡太阳轮配合安装的二挡离合器内圈均存在反向旋转的运动趋势；

此时，控制一挡控制环正向旋转，使与对应的卡爪组中的一个卡爪穿过控制窗口组的一个控制窗口，并与一挡离合器内圈卡接，控制二挡控制环将对应的卡爪压在二挡离合器外圈上，使二挡离合器内圈相对于二挡离合器外圈自由旋转；

与二挡离合器内圈相连的二挡太阳轮自由旋转，与一挡离合器内圈相连的一挡太阳轮被反向旋转固定；

动力经主动齿轮传递到齿圈，齿圈传递到二挡行星轮，二挡行星轮传递到双联的一挡行星轮，由一挡行星轮传递至一挡太阳轮，最后汇合至行星架正向输出，此时车辆为一挡前进。

进一步地，所述二挡前进的控制过程具体如下：

主动齿轮在电机的驱动下反向旋转，主动齿轮带动齿圈正向旋转，与齿圈相啮合的二挡行星轮受到与齿圈同向旋转的驱动力，进而使双联行星齿轮有同齿圈相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮配合安装的一挡离合器内圈，和与二挡太阳轮配合安装的二挡离合器内圈均存在反向旋转的运动趋势；

此时，控制一挡控制环将对应的卡爪压在一挡离合器外圈上，使一挡离合器内圈相对于一挡离合器外圈自由旋转，控制二挡控制环旋转，使对应的卡爪穿过控制窗口，并与二挡离合器内圈卡接；

与一挡离合器内圈相连的一挡太阳轮自由旋转，与二挡离合器内圈相连的二挡太阳轮被反向旋转固定；

动力经主动齿轮传递到齿圈，齿圈传递到二挡行星轮，二挡行星轮传递到双联的二挡行星轮，由二挡行星轮传递至二挡太阳轮，最后汇合至行星架正向输出，此时车辆为二挡前进。

进一步地，所述一挡倒退的控制过程具体如下：

主动齿轮在电机的驱动下正向旋转，主动齿轮带动齿圈反向旋转，与齿圈相啮合的二挡行星轮受到与齿圈同向旋转的驱动力，进而使双联行星齿轮有同齿圈相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮配合安装的一挡离合器内圈，和与二挡太阳轮配合安装的二挡离合器内圈均存在正向旋转的运动趋势；

此时，控制一挡控制环反向旋转，使与对应的卡爪组中的另一个卡爪穿过控制窗口组的另一个控制窗口，并与一挡离合器内圈卡接，控制二挡控制环将对应的卡爪压在二挡离合器外圈上，使二挡离合器内圈相对于二挡离合器外圈自由旋转；

与二挡离合器内圈相连的二挡太阳轮自由旋转，与一挡离合器内圈相连的一挡太阳轮被正向旋转固定；

动力经主动齿轮传递到齿圈，齿圈传递到二挡行星轮，二挡行星轮传递到双联的一挡行星轮，由一挡行星轮传递至一挡太阳轮，最后汇合至行星架反向输出，此时车辆为一挡倒退。

进一步地，所述空挡的控制过程具体如下：

当主动齿轮在电机的驱动下旋转时，主动齿轮带动齿圈旋转，与齿圈相啮合的二挡行星轮受到与齿圈同向旋转的驱动力，进而双联行星齿轮有同齿圈相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮配合安装的一挡离合器内圈和与二挡太阳轮配合安装的二挡离合器内圈均存在相反向旋转的运动趋势；

通过离合器控制机构控制一挡控制环和二挡控制环分别将对应的卡爪均压在二挡离合器外圈上，使一挡离合器内圈与二挡离合器内圈均与离合器外圈相对自由旋转；

与一挡离合器内圈相连的一挡太阳轮，以及与二挡离合器内圈相连的二挡太阳轮均自由旋转；

动力经主动齿轮传递到双联行星齿轮复合轮系中，行星架输出端处于自由状态，无动力输出，此时车辆为空挡状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构，采用双联行星齿轮轮系，可提供高速电机轮内传动所需的传动比，结构紧凑，质量小。

2、本发明所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构，采用平面卡爪式可控超越离合器，实现了轮内低速挡、高速挡、空挡、倒挡之间的自由切换，并可配以电机作为控制执行机构，可在较短时间内完成换挡。

3、本发明所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构，应用于分布式四轮独立轮边驱动系统，结合丰富的闭环动力学控制，可实现整车无动力中断换挡，且换挡无顿挫感。

4、本发明所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构，未采用摩擦式离合器，传动链距离短，无摩擦损失，传动效率高。

附图说明

图1为本发明所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构的剖面结构示意图；

图2为本发明所述轮内两挡自动变速机构中，双联行星齿轮复合轮系轴测爆炸结构示意图；

图3为本发明所述轮内两挡自动变速机构中，平面卡爪式可控超越离合器轴测爆炸示意图；

图4为本发明所述轮内两挡自动变速机构中，平面卡爪式可控超越离合器空挡状态示意图；

图5为本发明所述轮内两挡自动变速机构中，平面卡爪式可控超越离合器一挡前进状态示意图；

图6为本发明所述轮内两挡自动变速机构中，平面卡爪式可控超越离合器二挡前进状态示意图；

图7为本发明所述轮内两挡自动变速机构中，平面卡爪式可控超越离合器一挡倒退状态示意图；

图8为本发明所述轮内两挡自动变速机构的传动原理图；

图9为本发明所述轮内两挡自动变速机构处于一挡传动时的传动简图；

图10为本发明所述轮内两挡自动变速机构处于二挡传动时的传动简图；

图11为本发明所述轮内两挡自动变速机构处于空挡位时的结构简图；

图中：

1-铜垫片， 2-第一滚针轴承， 3-第二行星架，

4-主动齿轮， 5-齿圈， 6-双联行星齿轮，

7-第一深沟球轴承， 8-第一行星架， 9-二挡太阳轮，

10-一挡太阳轮， 11-第二深沟球轴承， 12-螺栓，

13-第三深沟球轴承， 14-一挡离合器内圈， 15-一挡控制环，

16-卡爪， 17-复位弹簧， 18-离合器外圈，

19-二挡控制环， 20-二挡离合器内圈， 21-卡簧，

22-第二滚针轴承， 23-行星销轴， 24-控制环控制臂。

具体实施方式

为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

本发明公开了一种复合行星轮系轮内两挡自动变速机构，所述两挡自动变速机构包括：双联行星齿轮复合轮系机构和平面卡爪式可控超越离合器，其中，所述双联行星齿轮复合轮系机构中沿圆周方向均匀分布的三组双联行星轮6上分别集成有同轴设置的一挡行星轮和二挡行星轮，其中，双联行星轮6中的一挡行星轮圆周内侧与一挡太阳轮10啮合，二挡行星轮圆周内侧与二挡太阳轮9，与此同时，二挡行星轮圆周外侧还与齿圈5啮合，所述平面卡爪式可控超越离合器有两组挡位控制组件，分别实现一挡控制和二挡控制，其中，一挡控制组件中的一挡离合器内圈14和二挡控制组件中的二挡离合器内圈20分别与一挡太阳轮10和二挡太阳轮9同轴花键连接，通过控制两侧平面卡爪式超越离合器的卡爪16轴向前后运动实现固定设置的平面卡爪式可控超越离合器的外圈与一挡离合器内圈14或二挡离合器内圈20相卡接，进而实现对相应的离合器内圈的锁止或释放，进而控制相应的一挡太阳轮10或二挡太阳轮9固定或自由旋转，最终实现变速机构挡位变化。

如图1和图2所示，所述双联行星齿轮复合轮系机构由主动齿轮4、一挡太阳轮10、二挡太阳轮9、双联行星轮6、齿圈5和组合式行星架组成。其中：

所述双联行星齿轮6有三组，分别均布在所述一挡太阳轮10、二挡太阳轮9的圆周外侧，每一组双联行星齿轮6均包括一挡行星轮和二挡行星轮；其中，一挡行星轮圆周内侧与一挡太阳轮10啮合连接，二挡行星轮圆周外侧与齿圈5啮合连接，二挡行星轮圆周内侧和二挡太阳轮9啮合连接，所述主动齿轮4啮合连接于齿圈5外侧；

所述一挡行星轮、二挡行星轮同轴设置，且所述双联行星齿轮6为一体式加工而成；

所述双联行星齿轮6的内孔中沿轴向均匀安装有多组滚针轴承2，双联行星齿轮6通过滚针轴承2旋转安装在行星轮销轴23上。

一挡太阳轮10通过第二深沟球轴承11支撑于第一行星架8上，且一挡太阳轮10为空套轴结构。二挡太阳轮9通过第三深沟球轴承13支撑于第二行星架3上，通过第二滚针轴承22支撑于一挡太阳轮10空套轴结构内圆周面，即二挡太阳轮9的轴穿过一挡太阳轮10的空套轴。

一档太阳轮10与二挡太阳轮9分别独立运动，分别受平面卡爪式超越离合器内的两组挡位控制组件独立控制。

所述组合式行星架由第一行星架8和第二行星架3相对组装而成，其中，第一行星架8和第二行星架3通过定位凸起和定位凹槽相匹配扣接实现定位，并通过长螺栓12贯穿第一行星架8和第二行星架3将二者紧固连接为一体，双联行星齿轮复合轮系机构的其他部件均集成在第一行星架8和第二行星架3之间，使得整个轮系机构的结构更加紧凑，节省安装空间。

所述行星轮销轴23的两端分别固定安装在组合式行星架上，其中，行星轮销轴23的一端插装在第一行星架8内端面的梯形安装槽内，在行星轮销轴23对应端部上安装有一个铜垫片1，铜垫片1的一端与对应的二挡行星轮的外端面接触，铜垫片1的另一端与行星轮销轴23相匹配地安装在第一行星架8内端面的梯形安装槽内；行星轮销轴23的另一端插装在第二行星架3内端面的梯形安装槽内，在行星轮销轴23对应端部上同样安装有另一个铜垫片1，铜垫片1的一端与对应的一挡行星轮的外端面接触，铜垫片1的另一端与行星轮销轴23相匹配地安装在第二行星架3内端面的梯形安装槽内；所述铜垫片1一方面用于实现对双联行星齿轮6的轴向限位，另一方面可有效防止双联行星齿轮6与对应行星架之间的磨损。

上述双联行星齿轮复合轮系机构中，主动齿轮4与齿圈5外齿啮合连接，齿圈5内齿与二挡行星齿轮啮合连接，一挡行星轮与二挡行星轮分别与一挡太阳轮10、二挡太阳轮9啮合连接，所述主动齿轮4的轮轴与高速电机的输出轴连接实现动力的输入，所述高速电机固定在传动机构的壳体外侧；位于车辆轮毂一侧的第二行星架3的轮轴与轮毂连接，实现动力的输出；此外，所述第一行星架8和第二行星架3的外圆周侧面通过深沟球轴承7支撑安装在齿圈5的内壁上。

如图1和图3所示，所述平面卡爪式可控超越离合器有两组挡位控制组件，每组挡位控制组件分别由离合器内圈、离合器外圈、卡爪、复位弹簧和控制环组成。其中：

所述一挡控制组件由一挡离合器内圈14、一挡控制环15、一挡离合器外圈、卡爪16和复位弹簧17组成；

所述二挡控制组件由二挡离合器内圈20、二挡控制环19、二挡离合器外圈、卡爪16和复位弹簧17组成；

所述一挡离合器外圈与二挡离合器外圈同轴对称一体成型为离合器外圈18，且在离合器外圈18的轴向中间内侧设有一圈环形内沿，所述圈环形内沿两侧均开有卡爪安装槽，用于安装对应一侧挡位控制组件的卡爪16。

本发明所述自动变速机构中，平面卡爪式可控超越离合器有两组挡位控制组件分别采用双向可控超越离合器结构和单向可控超越离合器结构，其中，选择通过哪一挡位实现倒挡，则该挡位控制组件采用双向可控超越离合器结构，而另一挡位控制组件采用单向可控超越离合器结构。本具体实施方式中，采用一挡倒挡，故与一挡太阳轮10连接安装的一挡控制组件采用双向可控超越离合器结构，以实现双向可控超越功能，与二挡太阳轮9连接安装的二挡控制组件采用单向可控超越离合器结构，以实现单向可控超越功能。

如图3所示，所述离合器外圈18的外圆周表面开有花键结构，以实现与变速机构可以花键连接，实现径向固定；所述离合器外圈18内侧设有环形内沿，所述环形内沿轴向两端面上均开有卡爪安装槽，所述卡爪安装槽与对应一侧的卡爪16分布相匹配；所述卡爪16的轴向内端面通过复位弹簧17对应安装在卡爪安装槽内，在轴向力的作用下，卡爪16将别压如卡爪安装槽，当轴向力小时后，卡爪16在复位弹簧17的恢复力作用下弹出。

所述一挡控制组件中，所述一挡离合器内圈14和一挡控制环15均安装在离合器外圈18的环形内沿另一端的环形槽内；有六组卡爪组均匀分布在所述离合器外圈18的环形内沿上，每组卡爪组由两个沿径向对称设置的卡爪16组成；一挡控制环15的端面上与六组卡爪组相对应的均匀开有六组控制窗口组，与每组卡爪组相匹配地，每组控制窗口组也由两个沿径向对称设置的控制窗口组成，一挡控制环15上设有控制环控制臂24，所述控制环控制臂24与离合器换挡控制机构相连，通过带动控制环控制臂24运动，实现换挡控制；所述一挡离合器内圈14的内侧开有与一挡太阳轮10配合连接的花键结构，一挡离合器内圈14的内侧端面圆周方向均匀的开有一圈卡爪卡槽；

所述一挡控制组件工作时，通过控制环控制臂24控制一挡控制环15正向或反向旋转，当一挡控制环15的实心端面与安装在离合器外圈18内的卡爪16相对应时，卡爪16被压装在离合器外圈18的卡爪安装槽内，离合器外圈18与一挡控制环15之间无连接关系，一挡控制环15可相对于离合器外圈18自由旋转；当一挡控制环15的控制窗口与卡爪16相对应时，其中，每组卡爪组中同时仅有一个卡爪16与控制窗口组中的一个控制窗口相对应，即当一个卡爪16与一个控制窗口相对应时，另一个卡爪16将被一挡控制环15的实心端面压装在离合器外圈18的卡爪安装槽内；当其中一个卡爪16与一个控制窗口相对应时，卡爪16在复位弹簧17的恢复力作用下弹出，穿过一挡控制环15的控制窗口与一挡离合器内圈14内侧端面上的卡爪卡槽相卡接，实现径向相对固定，一挡离合器内圈14可相对于离合器外圈18相对固定，即一挡离合器内圈14锁止固定；通过一挡控制环15正向或反向旋转，实现一挡离合器内圈14正向或反向锁止。

所述二挡控制组件中，二挡离合器内圈20和二挡控制环19均安装在离合器外圈18的环形内沿一端的环形槽内；有六个卡爪16均匀分布在所述离合器外圈18的环形内沿上；二挡控制环19的端面上与六个卡爪16相对应的均匀开有六个控制窗口，二挡控制环19上设有控制环控制臂24，所述控制环控制臂24与离合器换挡控制机构相连，通过带动控制环控制臂24运动，实现换挡控制；所述二挡离合器内圈20的内侧开有与二挡太阳轮9配合连接的花键结构，如图2所示，二挡离合器内圈20的内侧端面圆周方向均匀的开有一圈卡爪卡槽；

所述二挡控制组件工作时，通过控制环控制臂24控制二挡控制环19单向旋转，当二挡控制环19的实心端面与安装在离合器外圈18内的卡爪16相对应时，卡爪16被压装在离合器外圈18的卡爪安装槽内，离合器外圈18与二挡离合器内圈20之间无连接关系，二挡离合器内圈20可相对于离合器外圈18自由旋转；当二挡控制环19的控制窗口与卡爪16相对应时，卡爪16在复位弹簧17的恢复力作用下弹出，穿过二挡控制环19的控制窗口与离合器内圈14内侧端面上的卡爪卡槽相卡接，实现径向相对固定，二挡离合器内圈20可相对于离合器外圈18相对固定，即二挡离合器内圈20锁止固定。

基于上述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构，本发明还提供了一种复合行星轮系轮内两挡自动变速机构的换挡控制方法。

如图8所示，高速电机输出动力由主动齿轮4输入至齿圈5，动力经齿圈5传递至双联行星齿轮6，并带动一挡太阳轮10和二挡太阳轮9旋转，在平面卡爪式可控超越离合器的两组挡位控制组件对应的控制环的控制下，两组挡位控制组件中，一挡离合器内圈14或二挡离合器内圈20被锁止，从而固定锁止一挡太阳轮10或二挡太阳轮9，实现动力不同路线的传递或超越状态，进而实现动力由一挡太阳轮10或二挡太阳轮9传递汇合至行星架输出，双联行星齿轮复合轮系中，当一挡太阳轮10或二挡太阳轮9固定锁止时，动力经齿圈5输入后，经一挡行星轮或二挡行星轮传递，最终从第二行星架3输出至轮毂，进而实现一挡前进、二挡前进或一挡倒退，当两组平面棘爪式可控超越离合器均双向超越时一挡太阳轮10和二挡太阳9轮均自由旋转时，则进入空挡状态。

所述换挡控制方法具体控制过程如下：

1、一挡前进控制过程：

如图9所示，当主动齿轮4在电机的驱动下反向旋转时，主动齿轮4带动齿圈5正向旋转，与齿圈5相啮合的二挡行星轮受到与齿圈5同向旋转的驱动力，进而使双联行星齿轮6有同齿圈5相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮10配合安装的一挡离合器内圈14和与二挡太阳轮9配合安装的二挡离合器内圈20均存在反向旋转的运动趋势；此时，如图5所示，通过离合器控制机构控制一挡控制组件中的一挡控制环15正向旋转，使一挡控制组件中，一挡控制环15上的六组控制窗口组中对应的一个控制窗口与对应的六组卡爪组中的一个卡爪相对应，六组卡爪组中的另一卡爪仍被压装在离合器外圈18的卡爪安装槽内，此时在卡爪的卡装下，一挡控制组件处于一挡离合器内圈14与离合器外圈18反向旋转锁止状态；而对应另一侧的二挡控制组件中，二挡控制环19处于初始位置状态，二挡控制环19将对应的卡爪均压装在离合器外圈18的卡爪安装槽内，二挡控制组件处于二挡离合器内圈20与离合器外圈18相对自由旋转状态；故，与二挡离合器内圈20相连的二挡太阳轮9自由旋转，与一挡离合器内圈14相连的一挡太阳轮10被反向旋转固定，此时，动力经主动齿轮4传递到齿圈5，齿圈5传递到二挡行星轮，二挡行星轮传递到双联的一挡行星轮，由一挡行星轮传递至一挡太阳轮10，最后汇合至第二行星架3输出，且第二行星架3的旋转方向与主动齿轮4相反，即第二行星架3正向旋转输出，此时车辆为一挡前进。

2、二挡前进控制过程：

如图10所示，当主动齿轮4在电机的驱动下反向旋转时，主动齿轮4带动齿圈5正向旋转，与齿圈5相啮合的二挡行星轮受到与齿圈5同向旋转的驱动力，进而双联行星齿轮6有同齿圈5相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮10配合安装的一挡离合器内圈14和与二挡太阳轮9配合安装的二挡离合器内圈20均存在反向旋转的运动趋势，此时，如图6所示，通过离合器控制机构控制一挡控制组件中的一挡控制环15反向旋转(此时一挡控制环15反向运动至初始状态)，使一挡控制组件中，一挡控制环15将对应的卡爪均压装在离合器外圈18的卡爪安装槽内，一挡控制组件处于一挡离合器内圈14与离合器外圈18相对自由旋转状态；而对应另一侧的二挡控制组件中，通过离合器控制机构控制二挡控制环19正向旋转，使二挡控制组件中，二挡控制环19上的控制窗口与同侧的卡爪一一对应，此时在卡爪的卡装下，二挡控制组件处于二挡离合器内圈20与离合器外圈18反向旋转锁止状态；故，与二挡离合器内圈20相连的二挡太阳轮9被反向旋转固定，与一挡离合器内圈14相连的一挡太阳轮10自由旋转，此时，动力经主动齿轮4传递到齿圈5，齿圈5传递到二挡行星轮，由二挡行星轮传递至二挡太阳轮9，最后汇合至第二行星架3输出，且第二行星架3的旋转方向与主动齿轮4相反，即第二行星架3正向旋转输出，此时车辆为二挡前进；

3、倒挡控制过程：

类似前述一挡控制过程，如图9所示，当主动齿轮4在电机的驱动下正向旋转时，主动齿轮4带动齿圈5反向旋转，与齿圈5相啮合的二挡行星轮受到与齿圈5同向旋转的驱动力，进而双联行星齿轮6有同齿圈5相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮10配合安装的一挡离合器内圈14和与二挡太阳轮9配合安装的二挡离合器内圈20均存在正向旋转的运动趋势，此时，如图7所示，通过离合器控制机构控制一挡控制组件中的一挡控制环15继续反向旋转，使一挡控制组件中，一挡控制环15上的六组控制窗口组中对应的一个控制窗口与对应的六组卡爪组中的一个卡爪相对应，六组卡爪组中的另一卡爪仍被压装在离合器外圈18的卡爪安装槽内，此时在卡爪的卡装下，一挡控制组件处于一挡离合器内圈14与离合器外圈18反向旋转锁止状态；而对应另一侧的二挡控制组件中，离合器控制机构控制二挡控制环19反向运动，二挡控制环19运动回至初始位置状态，二挡控制环19将对应的卡爪均压装在离合器外圈18的卡爪安装槽内，二挡控制组件处于二挡离合器内圈20与离合器外圈18相对自由旋转状态；故，与二挡离合器内圈20相连的二挡太阳轮9自由旋转，与一挡离合器内圈14相连的一挡太阳轮10被正向旋转固定，此时，动力经主动齿轮4传递到齿圈5，齿圈5传递到二挡行星轮，二挡行星轮传递到双联的一挡行星轮，由一挡行星轮传递至一挡太阳轮10，最后汇合至第二行星架3输出，且第二行星架3的旋转方向与主动齿轮4相反，即第二行星架3反向旋转输出，此时车辆为一挡倒退行驶。

4、空挡控制过程：

如图11所示，当主动齿轮4在电机的驱动下旋转时，主动齿轮4带动齿圈5旋转，与齿圈5相啮合的二挡行星轮受到与齿圈5同向旋转的驱动力，进而双联行星齿轮6有同齿圈5相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮10配合安装的一挡离合器内圈14和与二挡太阳轮9配合安装的二挡离合器内圈20均存在相反向旋转的运动趋势，此时，如图4所示，通过离合器控制机构控制一挡控制环15和二挡控制环19均旋转至初始位置状态，一挡控制组件和二挡控制组件中的卡爪均分别被一挡控制环15和二挡控制环19压装在离合器外圈18的卡爪安装槽内，一挡离合器内圈14与二挡离合器内圈20均与离合器外圈18相对自由旋转，与一挡离合器内圈14相连的一挡太阳轮10，以及与二挡离合器内圈20相连的二挡太阳轮9均自由旋转；此时，动力经主动齿轮4传递到双联行星齿轮复合轮系中，此时轮系为差动轮系，输出端处于自由状态，无动力输出，此时车辆为空挡状态；

5、整车无动力中断换挡控制过程：

本发明针对于分布式四轮独立轮边驱动系统，单独每个车轮的换挡过程存在动力中断，面向整车，四个车轮交替协调工作，可实现整车无动力中断换挡。具体为整车传感器所采信号传至整车电子控制单元(ECU)，ECU逻辑处理运算后判定此时车辆需要变换挡位，通过逻辑控制电机及换挡执行机构协调工作，使前轮或者后轮优先进行换挡，后者依然保持原挡位进行动力输出，当前者换挡结束后，后者开始进行换挡动作，此时已变换挡位的前者进行动力输出，直到后者换档动作结束后，整车四轮换挡动作结束，整个过程依赖于合理的换挡控制逻辑，换挡过程整车无动力中断现象。

Claims (10)

1.复合行星轮系轮内两挡自动变速机构，其特征在于：

由双联行星齿轮复合轮系机构和平面卡爪式可控超越离合器组成；

所述双联行星齿轮复合轮系机构中，双联行星齿轮上依次分别设有一挡行星轮和二挡行星轮，一挡行星轮和二挡行星轮内次依次分别与一挡太阳轮和二挡太阳轮相啮合，二挡行星轮外侧与齿圈内侧啮合，主动齿轮啮合连接于齿圈外侧，双联行星齿轮通过行星轮销轴安装在行星架上；

平面卡爪式可控超越离合器由一挡控制组件和二挡控制组件组成，其中：

一挡离合器内圈与一挡太阳轮同轴连接，二挡离合器内圈与二挡太阳轮同轴连接，两组控制环分别对应控制一挡离合器内圈或二挡离合器内圈与固定的离合器外圈之间实现锁止或相对自由旋转，进而与双联行星齿轮复合轮系机构配合实现车辆一挡前进、二挡前进、一挡或二挡倒退以及空挡。

2.如权利要求1所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构，其特征在于：

所述一挡控制组件为双向可控超越离合器结构，二挡控制组件为单向可控超越离合器结构，以实现倒挡。

3.如权利要求2所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构，其特征在于：

所述一挡控制组件由一挡离合器内圈、一挡控制环、一挡离合器外圈、卡爪和复位弹簧组成；

所述一挡控制环上开有与卡爪组相匹配的控制窗口组，一挡控制环正向或反向旋转，使卡爪组中的一个卡爪与控制窗口组内的一个控制窗口相对应，卡爪被复位弹簧弹出，并穿过控制窗口卡止在二挡离合器内圈端面的卡爪卡槽内，实现一挡离合器内圈与一挡离合器外圈锁止；

所述二挡控制组件由二挡离合器内圈、二挡控制环、二挡离合器外圈、卡爪和复位弹簧组成；

所述二挡控制环上开有与卡爪相匹配的控制窗口，当卡爪与所述控制窗口位置相对应时，卡爪被复位弹簧弹出，并穿过控制窗口卡止在二挡离合器内圈端面的卡爪卡槽内，实现二挡离合器内圈与二挡离合器外圈锁止。

4.如权利要求1所述一种三联行星齿轮式轮内两挡自动变速机构，其特征在于：

一挡离合器内圈与一挡太阳轮通过花键连接，二挡离合器内圈与二挡太阳轮通过连接。

5.如权利要求1所述一种三联行星齿轮式轮内两挡自动变速机构，其特征在于：

所述行星架由第一行星架和第二行星架组合而成；

第一行星架和第二行星架通过定位凸起和定位凹槽相匹配扣接实现定位，并通过长螺栓贯穿第一行星架和第二行星架将二者紧固连接为一体。

6.如权利要求2所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构的换挡控制方法，其特征在于：

高速电机输出动力由主动齿轮输入至齿圈，动力经齿圈传递至双联行星齿轮，并带动一挡太阳轮和二挡太阳轮旋转，在平面卡爪式可控超越离合器的两组挡位控制组件对应的控制环的控制下，两组挡位控制组件中，一挡离合器内圈或二挡离合器内圈被锁止，从而固定锁止一挡太阳轮或二挡太阳轮，实现动力不同路线的传递或超越状态，进而实现动力由一挡太阳轮或二挡太阳轮传递汇合至行星架输出，双联行星齿轮复合轮系中，当一挡太阳轮或二挡太阳轮固定锁止时，动力经齿圈输入后，经一挡行星轮或二挡行星轮传递，最终从第二行星架输出至轮毂，进而实现一挡前进、二挡前进或一挡倒退，当一挡离合器内圈或二挡离合器内圈均相对于离合器外圈自由旋转时，一挡太阳轮和二挡太阳轮亦均自由旋转，则进入空挡状态。

7.如权利要求6所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构的换挡控制方法，其特征在于：

所述一挡前进的控制过程具体如下：

主动齿轮在电机的驱动下反向旋转，主动齿轮带动齿圈正向旋转，与齿圈相啮合的二挡行星轮受到与齿圈同向旋转的驱动力，进而使双联行星齿轮有同齿圈相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮配合安装的一挡离合器内圈，和与二挡太阳轮配合安装的二挡离合器内圈均存在反向旋转的运动趋势；

此时，控制一挡控制环正向旋转，使与对应的卡爪组中的一个卡爪穿过控制窗口组的一个控制窗口，并与一挡离合器内圈卡接，控制二挡控制环将对应的卡爪压在二挡离合器外圈上，使二挡离合器内圈相对于二挡离合器外圈自由旋转；

与二挡离合器内圈相连的二挡太阳轮自由旋转，与一挡离合器内圈相连的一挡太阳轮被反向旋转固定；

动力经主动齿轮传递到齿圈，齿圈传递到二挡行星轮，二挡行星轮传递到双联的一挡行星轮，由一挡行星轮传递至一挡太阳轮，最后汇合至行星架正向输出，此时车辆为一挡前进。

8.如权利要求6所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构的换挡控制方法，其特征在于：

所述二挡前进的控制过程具体如下：

主动齿轮在电机的驱动下反向旋转，主动齿轮带动齿圈正向旋转，与齿圈相啮合的二挡行星轮受到与齿圈同向旋转的驱动力，进而使双联行星齿轮有同齿圈相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮配合安装的一挡离合器内圈，和与二挡太阳轮配合安装的二挡离合器内圈均存在反向旋转的运动趋势；

此时，控制一挡控制环将对应的卡爪压在一挡离合器外圈上，使一挡离合器内圈相对于一挡离合器外圈自由旋转，控制二挡控制环旋转，使对应的卡爪穿过控制窗口，并与二挡离合器内圈卡接；

与一挡离合器内圈相连的一挡太阳轮自由旋转，与二挡离合器内圈相连的二挡太阳轮被反向旋转固定；

动力经主动齿轮传递到齿圈，齿圈传递到二挡行星轮，二挡行星轮传递到双联的二挡行星轮，由二挡行星轮传递至二挡太阳轮，最后汇合至行星架正向输出，此时车辆为二挡前进。

9.如权利要求6所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构的换挡控制方法，其特征在于：

所述一挡倒退的控制过程具体如下：

主动齿轮在电机的驱动下正向旋转，主动齿轮带动齿圈反向旋转，与齿圈相啮合的二挡行星轮受到与齿圈同向旋转的驱动力，进而使双联行星齿轮有同齿圈相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮配合安装的一挡离合器内圈，和与二挡太阳轮配合安装的二挡离合器内圈均存在正向旋转的运动趋势；

此时，控制一挡控制环反向旋转，使与对应的卡爪组中的另一个卡爪穿过控制窗口组的另一个控制窗口，并与一挡离合器内圈卡接，控制二挡控制环将对应的卡爪压在二挡离合器外圈上，使二挡离合器内圈相对于二挡离合器外圈自由旋转；

与二挡离合器内圈相连的二挡太阳轮自由旋转，与一挡离合器内圈相连的一挡太阳轮被正向旋转固定；

动力经主动齿轮传递到齿圈，齿圈传递到二挡行星轮，二挡行星轮传递到双联的一挡行星轮，由一挡行星轮传递至一挡太阳轮，最后汇合至行星架反向输出，此时车辆为一挡倒退。

10.如权利要求6所述复合行星轮系轮内两挡自动变速机构的换挡控制方法，其特征在于：

所述空挡的控制过程具体如下：

当主动齿轮在电机的驱动下旋转时，主动齿轮带动齿圈旋转，与齿圈相啮合的二挡行星轮受到与齿圈同向旋转的驱动力，进而双联行星齿轮有同齿圈相同方向旋转的运动趋势，与一挡太阳轮配合安装的一挡离合器内圈和与二挡太阳轮配合安装的二挡离合器内圈均存在相反向旋转的运动趋势；

通过离合器控制机构控制一挡控制环和二挡控制环分别将对应的卡爪均压在二挡离合器外圈上，使一挡离合器内圈与二挡离合器内圈均与离合器外圈相对自由旋转；

与一挡离合器内圈相连的一挡太阳轮，以及与二挡离合器内圈相连的二挡太阳轮均自由旋转；

动力经主动齿轮传递到双联行星齿轮复合轮系中，行星架输出端处于自由状态，无动力输出，此时车辆为空挡状态。

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