CN111828565A - 变速机构和电桥驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆传动系的变速机构和电桥驱动系统，所述变速机构包括拉维奈尔赫式行星齿轮机构、单向离合器和制动器，其中，拉维奈尔赫式行星齿轮机构包括齿圈、行星架、第一太阳轮和第二太阳轮，其中，第一太阳轮作为动力输入端将车辆传动系上游的动力引入到变速机构，行星架作为动力输出端向车辆传动系下游传递动力，齿圈与变速机构的壳体通过单向离合器相连，制动器用于制动第二太阳轮；所述电桥驱动系统包括电机和上述变速机构，其中，电机向第一太阳轮输出动力。

Description

变速机构和电桥驱动系统

技术领域

本发明涉及车辆技术领域。本发明特别涉及一种变速机构和包括该变速机构的电桥驱动系统，特别用于混合动力车辆和纯电动车辆。

背景技术

电桥驱动系统用于混合动力车辆或纯电动车辆，特别是在小型的车辆中应用最为普遍。电桥驱动系统集成了电机、减速机构和差速器，并且由两个半轴连接两个驱动车轮。在现有技术中，电桥驱动系统具有不同的布局方案，例如使用正齿轮或斜齿轮的平行结构、使用行星齿轮机构的同轴结构以及使用正齿轮和行星齿轮的平行结构，并且电桥驱动系统能够以单一的速比进行动力输出，也能够以两挡不同的速比进行动力输出。

在申请号为CN201410682087的中国专利申请中公开了一种电桥驱动系统，该电桥驱动系统具有正齿轮和行星齿轮结构并且布置有同步器，同步器择一地将减速机构的输入轴或行星齿轮组的行星架的动力传递到减速机构的输出轴，从而实现两挡变速功能。

在申请号为CN201510732415的中国专利申请中公开了另一种电桥驱动系统，该电桥驱动系统同样借助同步器有选择地通过两个具有不同传动比的挡位对驱动力进行放大，其中在高挡位经过一组齿轮对放大，在低挡位经过三组齿轮对放大。

然而，在上述技术方案中均通过同步器换挡，因此在换挡过程中会出现动力中断的问题。同时，由于同步器的结构较为复杂，使得成本较高并且可靠性较低。此外，由于同步器的结构，使得与同步器配合的轴的支撑结构比较复杂，轴的长度也相应较长，可能会使得变速机构整体尺寸大，重量大且成本高。因此，变速机构的壳体设计同时也更加复杂，可能会特别在润滑方面和成本方面造成问题。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种变速机构和电桥驱动系统，该变速机构和电桥驱动系统在换挡过程中无需中断动力，并且换挡装置结构简单，此外，变速机构和电桥驱动系统在整体上具有较小的结构尺寸，易于布置在车辆中。

该技术问题通过一种变速机构解决，该变速机构用于车辆传动系，特别用于混合动力车辆和纯电动车辆的传动系。该变速机构包括拉维奈尔赫式行星齿轮机构、单向离合器和制动器，其中，拉维奈尔赫式行星齿轮机构包括齿圈、行星架、第一太阳轮和第二太阳轮，其中，第一太阳轮作为动力输入端将车辆传动系上游的动力引入到变速机构，行星架作为动力输出端向车辆传动系下游传递动力，齿圈与变速机构的壳体通过单向离合器相连，制动器用于制动第二太阳轮。

在本发明中采用的拉维奈尔赫式行星齿轮机构(Ravigneaux planetary gearset)也称拉威娜式行星齿轮机构，其由前排的单级行星齿轮组和后排的双级行星齿轮组组成，前排齿轮组和后排齿轮组共用一个齿圈、共用一个行星架、并且共用一组行星齿轮(作为前排的行星齿轮和后排的外行星齿轮)。第一太阳轮(即前排的齿轮组的太阳轮)作为拉维奈尔赫式行星齿轮机构的动力输入件将动力引入到变速机构中。例如，可以附加地设置与第一太阳轮抗扭连接的变速机构输入轴，该变速机构输入轴和第一太阳轮例如通过花键等结构相互连接或一体式构造。在变速机构传递由电机产生的动力时，变速机构输入轴可以是与电机轴抗扭连接的轴件，也可以与电机轴一体式构造。共用的行星架作为拉维奈尔赫式行星齿轮机构的动力输出件向车辆传动系下游传递动力。例如，共用的行星架的可以向位于传动系下游的差速器输出动力。例如，能够设置与行星架抗扭连接的齿轮，由此向差速器传递动力。

通过强制固定或者在旋转方向上限定拉维奈尔赫式行星齿轮机构中除动力输入件和动力输出件的构件，能够使得拉维奈尔赫式行星齿轮机构以至少一个传动比传递动力。在本发明中，具体地讲，换挡单元包括单向离合器和制动器。齿圈与变速机构的壳体借助单向离合器相连，使得齿圈仅能在一个旋转方向上旋转。第二太阳轮借助制动器制动，从而根据制动器的状态，第二太阳轮能够转动或者被制动。单向离合器和制动器的结构都较为简单，因此特别相比于同步器等换挡构件具有成本更低、可靠性更强的优点。

因此，变速机构具有至少两个挡位，在其中一个挡位上，齿圈通过单向离合器在与第一太阳轮的旋转方向相反的方向上被制动并且第二太阳轮传递动力，在其中另一个挡位上，齿圈传递动力并且第二太阳轮由制动器制动。也就是说，变速机构根据制动器的不同状态能够以两种不同的传动比传递动力，实现无动力中断的两挡变速功能。同时，两个挡位的传动比可以根据需要具有较大的变化范围。此外，变速机构结构简单可靠性较高，同时尺寸较小，易于布置在车辆中。

上述技术问题还通过一种电桥驱动系统解决，该电桥驱动系统包括电机和上述变速机构，其中，电机向第一太阳轮输出动力。也就是说，电机至少能够以电动机模式工作，并且向作为变速机构的输入件的第一太阳轮传递动力。由此，电桥驱动系统根据制动器的不同状态能够以两种不同的传动比将电机输出动力向传动系下游传递，实现无动力中断的两挡变速的电驱动功能。同时，两个挡位的传动比可以根据需要具有较大的变化范围。此外，电桥驱动系统整体尺寸较小，易于布置在车辆中。

在根据本发明的一种优选实施方式中，电机和拉维奈尔赫式行星齿轮机构同轴线布置。从而有利地减小电桥驱动系统的体积。

在根据本发明的另一种优选实施方式中，电桥驱动系统还包括差速器，拉维奈尔赫式行星齿轮机构的行星架向差速器传递动力。也就是说，差速器作为传动系中位于拉维奈尔赫式行星齿轮机构下游的机构接收动力，并进一步传递至差速器的两个半轴。在本发明中，差速器例如普通锥齿轮差速器。

在这种情况下，优选地，变速机构还包括抗扭地设置在行星架上的传动齿轮。有利地，传动齿轮可以被一体式地构造在行星架上，从而简化制造，降低成本。由此借助该传动齿轮可以直接或间接向差速器，特别是向差速器的主减齿轮传递动力。

例如，有利地，变速机构还包括偏离拉维奈尔赫式行星齿轮机构布置的中间轴，在中间轴上抗扭地布置第一中间齿轮和第二中间齿轮，其中，第一中间齿轮与上述传动齿轮啮合，第二中间齿轮与差速器的主减齿轮啮合。在这种情况下，能够将第一中间齿轮布置在靠近拉维奈尔赫式行星齿轮机构一侧，也能够将第二中间齿轮布置在靠近拉维奈尔赫式行星齿轮机构一侧。也就是说，设置与拉维奈尔赫式行星齿轮机构的中心线相互平行的中间轴，从而增加一级传动，有利于在必要时根据车辆情况减速增矩。

备选地，上述传动齿轮还可以直接与差速器的主减齿轮啮合。从而拉维奈尔赫式行星齿轮机构的行星架上的动力能够直接通过这对齿轮传递到差速器。电桥驱动系统的结构更加紧凑。

在另一种有利的实施方式中，变速机构还包括与第二太阳轮抗扭连接的第二太阳轮轴，传动齿轮空套地设置在第二太阳轮轴上，制动器能够制动第二太阳轮轴。例如，第二太阳轮轴和第二太阳轮能够一体式构造，或借助花键等结构相互抗扭连接，从而制动器能够通过制动第二太阳轮轴来制动第二太阳轮，由此避免传动齿轮和制动器在布置上的相互干扰，有利于灵活地布置制动器，因此可以在整体上优化布置换挡单元。

在根据本发明的另一种优选实施方式中，单向离合器的内圈与齿圈相连接，单向离合器的外圈与变速机构的壳体相连接。

总体而言，本发明利用拉维奈尔赫式行星齿轮机构和相应的换挡单元，使得变速机构和电桥驱动系统能够根据制动器的不同状态以两种不同的传动比传递例如来自电机的动力，实现无动力中断的两挡变速的驱动功能，特别是电驱动功能。同时，两个挡位的传动比可以根据需要借助拉维奈尔赫式行星齿轮机构内部齿轮的合理设计实现较大的变化范围。此外，变速机构乃至电桥驱动系统结构简单，由此可靠性高且尺寸较小。特别在电机和拉维奈尔赫式行星齿轮机构同轴线布置时，电桥驱动系统整体更加紧凑，易于布置在车辆中。

附图说明

下面结合附图来示意性地阐述本发明的优选实施方式。附图为：

图1是根据本发明优选实施方式的电桥驱动系统的示意图；，

图2是根据图1的电桥驱动系统的动力传递路径；

图3是根据图1的电桥驱动系统的变速机构在I挡的等效杠杆图；和

图4是根据图1的电桥驱动系统的变速机构在II挡的等效杠杆图。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明优选实施方式的电桥驱动系统。电桥驱动系统是双速的电桥驱动系统，并且集成了电动机1、变速机构和差速器15。

变速机构采用行星齿轮机构和齿轮对的平行布置结构。具体地讲，变速机构包括输入轴2、被设计为拉维奈尔赫式行星齿轮机构的行星齿轮组、换挡单元、中间轴13、两个正齿轮组和差速器15。

在拉维奈尔赫式行星齿轮机构中，设置有共用的齿圈4、共用的行星架7、两组行星轮(即轴向尺寸较长的第一行星轮5和轴向尺寸较短的第二行星轮8以及两个太阳轮(即直径较大的第一太阳轮17和直径较小第二太阳轮16)。在此，齿圈4通过单向离合器3与壳体相连接，因此齿圈4仅在一个方向上转动，在另一个方向被锁止。齿圈4与第一行星齿轮5啮合。各个第一行星轮5分别与第一太阳轮17和一组第二行星轮8啮合，第一行星轮5由此成为共用的行星轮。相互啮合的两套行星轮，即第一行星齿轮5和第二行星齿轮8安装在共同的行星架7上。各个第二行星轮8还分别与第二太阳轮16啮合。如图1所示，第一太阳轮17所在的平面与由第二太阳轮16和第二行星轮8构成的平面具有轴向间距。

输入轴2连接到电动机的转子。第一太阳轮17作为拉维奈尔赫式行星齿轮机构的动力输入端，例如通过花键等结构与输入轴2抗扭连接。

变速机构还包括与拉维奈尔赫式行星齿轮机构的中轴线平行布置的中间轴13和两组正齿轮对。具体地，在中间轴13上布置有第一中间齿轮11和第二中间齿轮12，行星架上抗扭布置有传动齿轮10，其中，第一中间齿轮11和传动齿轮10啮合，第二中间齿轮12和差速器15的主减齿轮14啮合。由此，行星架7作为拉维奈尔赫式行星齿轮机构的动力输出端借助传动齿轮10传递电动机1的动力，并进一步传递至差速器14，再通过差速器14的半轴传递至车轮。

换挡单元包括单向离合器3和制动器6。单向离合器3的内圈与齿圈4相连接，并且外圈固定在壳体上，其中，内圈和由此齿圈仅能够向一个方向转动。制动离合器6的运动部分与第二太阳轮轴9相连接，固定部分与变速机构的壳体连接。当制动器起作用时，能构制动第二太阳轮轴9，并由此制动第二太阳轮16。由此，根据优选实施方式的电桥驱动系统能够根据制动器的不同状态能够以两种不同的传动比将电动机的动力传递到车轮，实现无动力中断的两挡变速的电驱动功能。

在电桥驱动系统在两个挡位上，由于拉维奈尔赫式行星齿轮机构中被制动的部件不同，因此的动力传递路径虽然是相同，但是传递的动力和转速不同。

图2示出了根据图1的电桥驱动系统的动力传递路径。在两个挡位上的动力传递路径均是：电动机1→输入轴2→第一太阳轮17→行星架7→传动齿轮10→第一中间齿轮11→中间轴13→第二中间齿轮12→主减齿轮14→差速器15

图3是根据图1的电桥驱动系统的变速机构在I挡的等效杠杆图。此时，齿圈4通过单向离合器3在与电动机旋转方向相反的方向上制动，并且第二太阳轮16未被制动。在I挡时，拉维奈尔赫式行星齿轮机构的等效杠杆图如图3所示，其中，S₁表示第一太阳轮17，S₂表示第二太阳轮16，PC表示行星架7，R表示齿圈4。在这种情况下，变速机构的传动比为：

i₁＝(K₁+1)*(Z₁₁/Z₁₀)*(Z₁₄/Z₁₂)，

其中，K₁是Z_R/Z_S1，K₂是Z_R/Z_S2，Z_R是齿圈的齿数，Z_S1是第一太阳轮17的齿数，Z_S2是第二太阳轮16的齿数，Z₁₀是传动齿轮10的齿数，Z₁₁是第一中间齿轮11的齿数，Z₁₂是第二中间齿轮12的齿数，以及Z₁₄是差速器的主减齿轮14的齿数。

图4是根据图1的电桥驱动系统的变速机构在II挡的等效杠杆图。此时，第二太阳轮16由制动器6制动，因此第二太阳轮16的转速为零。在II挡时，拉维奈尔赫式行星齿轮机构的等效杠杆图如图4所示，其中，S₁表示第一太阳轮17，S₂表示第二太阳轮16，PC表示行星架7，R表示齿圈4。在这种情况下，变速机构的传动比为：

i₂＝(K₁+K₂)/K₂*(Z₁₁/Z₁₀)*(Z₁₄/Z₁₂)。

其中，K₁是Z_R/Z_S1，K₂是Z_R/Z_S2，Z_R是齿圈的齿数，Z_S1是第一太阳轮17的齿数，Z_S2是第二太阳轮16的齿数，Z₁₀是传动齿轮10的齿数，Z₁₁是第一中间齿轮11的齿数，Z₁₂是第二中间齿轮12的齿数，以及Z₁₄是差速器的主减齿轮14的齿数。

综上，能够通过合理设置各个带齿部件的齿数来实现两个挡位上理想的传动比，从而优化电桥驱动系统的无动力中断的两挡变速电驱动功能。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记列表

1 电动机

2 输入轴

3 单向离合器

4 齿圈

5 第一行星轮，共用行星轮

6 制动器

7 行星架

8 第二行星轮

9 第二太阳轮轴

10 传动齿轮

11 第一中间齿轮

12 第二中间齿轮

13 中间轴

14 主减齿轮

15 差速器

16 第二太阳轮

17 第一太阳轮

Claims (10)

1.一种用于车辆传动系的变速机构，所述变速机构包括：

-拉维奈尔赫式行星齿轮机构，包括：齿圈(4)、行星架(7)、第一太阳轮(17)和第二太阳轮(16)，其中，所述第一太阳轮(17)作为动力输入端将所述车辆传动系的上游的动力引入到所述变速机构，所述行星架(7)作为动力输出端向所述车辆传动系的下游传递动力；

-单向离合器(3)，用于连接所述齿圈(4)与所述变速机构的壳体；

-制动器(6)，用于制动所述第二太阳轮(16)。

2.根据权利要求1所述的变速机构，其特征在于，所述变速机构具有至少两个挡位，在其中一个挡位上，所述齿圈(4)通过所述单向离合器(3)沿与所述第一太阳轮(17)的旋转方向相反的方向被制动并且所述第二太阳轮(16)传递动力，在其中另一个挡位上，所述齿圈(4)传递动力并且所述第二太阳轮(16)由所述制动器(6)制动。

3.根据权利要求1所述的变速机构，其特征在于，所述单向离合器(3)具有内圈和外圈，其中，所述内圈与所述齿圈(4)连接，所述外圈与所述变速机构的壳体连接。

4.一种电桥驱动系统，其特征在于，所述电桥驱动系统包括电机(1)和根据前述权利要求中任一项所述的变速机构，其中，所述电机(1)向所述第一太阳轮(17)输出动力。

5.根据权利要求4所述的电桥驱动系统，其特征在于，所述电机(1)和所述拉维奈尔赫式行星齿轮机构同轴线布置。

6.根据权利要求4所述的电桥驱动系统，其特征在于，所述电桥驱动系统还包括差速器(15)，所述行星架(7)向所述差速器(15)传递动力。

7.根据权利要求6所述的电桥驱动系统，其特征在于，所述变速机构还包括抗扭地设置在所述行星架(7)上的传动齿轮(10)。

8.根据权利要求7所述的电桥驱动系统，其特征在于，所述变速机构还包括偏离所述拉维奈尔赫式行星齿轮机构布置的中间轴(13)，在所述中间轴(13)上抗扭地布置第一中间齿轮(11)和第二中间齿轮(12)，其中，所述第一中间齿轮(11)与所述传动齿轮(10)啮合，所述第二中间齿轮(12)与所述差速器(15)的主减齿轮(14)啮合。

9.根据权利要求7所述的电桥驱动系统，其特征在于，所述传动齿轮(10)与所述差速器(15)的主减齿轮(14)啮合。

10.根据权利要求4所述的电桥驱动系统，其特征在于，所述变速机构还包括与所述第二太阳轮(16)抗扭连接的第二太阳轮轴(9)，所述传动齿轮(10)空套地设置在所述第二太阳轮轴(9)上，所述制动器(6)能够制动所述第二太阳轮轴(9)。

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