CN112128324A - 轮内两挡自动变速器及无动力中断换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮内两挡自动变速器及无动力中断换挡控制方法，所述变速器中，驱动电机动力输入NW型复合行星轮系传动机构的太阳轮，经NW型复合行星轮系传动机构减速后由其后行星架输出，并输出至WW型复合行星轮系传动机构的小太阳轮，最终动力由WW型复合行星轮系传动机构的大太阳轮输出至车轮，并经过棘爪式可控超越离合器和多片湿式摩擦离合器协调工作实现WW型复合行星轮机构两挡传动比变化，实现车辆一挡前进、二挡前进、一挡倒退及空挡。本发明在满足高速电机轮内传动所需较大传动比的同时，通过控制执行机构电机动作及换挡过程优化，可实现快速、无动力中断且平顺换挡。

Description

轮内两挡自动变速器及无动力中断换挡控制方法

技术领域

本发明属于纯电动车辆轮内分布式驱动技术领域，匹配超高转速、低转矩、高电压及高能量密度的驱动电机，具体涉及轮内两挡自动变速器及无动力中断换挡控制方法。

背景技术

纯电动汽车，相对传统燃油汽车而言，主要差别(异)在于原动机和能量源不同。节能环保、智能化的平台和良好的驾驶品质及外观科技感等都是纯电动汽车最大的优势，纯电动汽车现已成为全球汽车行业发展主要方向。

根据驱动系统结构布置的不同，目前纯电动汽车可分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：电机与减速器组合驱动型式及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。

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，变速驱动可显著提高车辆续航里程。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，如何实现轮内两挡自动变速器换挡无动力中断，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，本发明提供了一种轮内两挡自动变速器及无动力中断换挡控制方法，在满足高速电机轮内传动所需较大传动比的同时，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，实现两挡自动变速箱无动力中断换挡。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

轮内两挡自动变速器，由NW型复合行星轮系传动机构、WW型复合行星轮系传动机构、棘爪式可控超越离合器和多片湿式摩擦离合器组成；

所述NW型复合行星轮系传动机构中，NW双联行星齿轮上依次设有NW大行星轮和NW小行星轮，NW大行星轮与太阳轮外啮合，NW小行星轮与齿圈内啮合，太阳轮为动力输入齿轮，齿圈固定于壳体上，由行星架输出动力，双联行星齿轮通过行星轮销轴安装在NW行星架上；

所述WW型复合行星轮系传动机构中，WW双联行星齿轮上依次设有WW大行星轮和WW小行星轮，WW大行星轮与WW小太阳轮外啮合，小行星轮与WW大太阳轮外啮合，WW小太阳轮与NW型复合行星轮机构行星架同轴连接，实现动力输入，并经WW大太阳轮实现动力输出，双联行星齿轮通过行星轮销轴安装在WW行星架上；

所述棘爪式可控超越离合器中，内圈同轴一体设置在WW型复合行星轮系传动机构的前行星架外表面，通过棘爪式可控超越离合器实现WW型复合行星轮系传动机构的行星架双向锁止或超越；

所述多片湿式摩擦离合器由钢片、摩擦片、内毂、外毂、膜片弹簧及螺杆压紧执行机构组成；所述内毂同轴一体成型于WW型复合行星轮系传动机构的后行星架外侧，钢片和摩擦片交替轴向安装于内毂和外毂之间，膜片弹簧轴向压在最外侧的钢片上，外毂与WW型复合行星轮系传动机构的WW大太阳轮同轴固定为一体，螺杆压紧执行机构的执行端与膜片弹簧相连，通过控制多片湿式摩擦离合器结合或分离，进而实现WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架与WW大太阳轮相互结合或分离。

进一步地，所述棘爪式可控超越离合器包括外圈、棘爪、内圈、控制环、复位弹簧和控制环执行机构；

所述内圈的外圆周表面均布有棘爪卡槽，所述外圈固定于变速器壳体上，所述棘爪一一对应地安装在外圈内圆周表面均布的棘爪安装槽内，且棘爪与外圈之间安装有复位弹簧，所述棘爪上设有控制销，所述控制环的圆周方向上均匀分布有控制槽，所述棘爪的控制销插装在对应的控制槽内，在控制环的圆周旋转带动下，棘爪的控制销沿着控制槽滑动，进而带动棘爪上下摆动，在控制环的带动下以及复位弹簧的作用下，棘爪上下摆动实现抬起或落下；

根据所述棘爪包括：一挡棘爪和倒挡棘爪；

当一挡棘爪落下与棘爪卡槽相卡接，且倒挡棘爪抬起与棘爪卡槽相分离时，棘爪式可控超越离合器内圈与外圈在一个方向上相对锁止；

当倒挡棘爪落下与棘爪卡槽相卡接，且一挡棘爪抬起与棘爪卡槽相分离时，棘爪式可控超越离合器内圈与外圈在另一个方向上相对锁止；

当一挡棘爪和倒挡棘爪均抬起与棘爪卡槽相分离时，棘爪式可控超越离合器内圈与外圈超越；

控制环执行机构的执行端与控制环相连，以控制控制环转动。

更进一步地，所述控制环执行机构由第一执行电机、蜗杆和蜗轮组成；

所述第一执行电机的输出轴与蜗杆同轴固连，与蜗杆12匹配啮合的蜗轮同轴一体设置在控制环的外圆周表面。

进一步地，所述螺杆压紧执行机构包括：推力钢板、平面滚针推力轴承、离合器接合件、推力滚珠及螺杆；

所述推力钢板沿轴向压在膜片弹簧上，且推力钢板圆周外侧与内毂沿轴向滑动连接，所述第五平面滚针推力轴承分别安装在推力钢板的轴向外侧，所述离合器接合件轴向压在第五平面滚针推力轴承的轴向外侧，所述离合器结合件与对偶件的侧面均布有多组滚珠凹槽，且对偶件侧面凹槽由浅入深，推力滚珠安装于离合器结合件与对偶件的侧面凹槽内，离合器结合件外圆周表面呈扇形分布有与所述螺杆相啮合的矩形外齿，所述第二执行电机的输出轴与螺杆同轴固连，通过第二执行电机驱动螺杆转动，进而控制推力滚珠在对偶件侧面的滚珠凹槽运动，通过推力滚珠的运动控制离合器结合件产生轴向位移，进而控制钢片与摩擦片结合或分离。

轮内两挡自动变速器的无动力中断换挡控制方法，所述控制方法为：驱动电机动力输入NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮后，经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW后行星架输出至WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮，最终动力由WW型复合行星轮系传动机构的WW大太阳轮输出至车轮，在此过程中，棘爪式可控超越离合器锁止或超越WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架，多片湿式摩擦离合器结合或分离WW型复合行星轮机构的WW行星架和WW大太阳轮，棘爪式可控超越离合器与多片湿式摩擦离合器相互独立工作实现WW型复合行星轮系传动机构两挡传动比变化，实现车辆一挡前进、二挡前进、一挡倒退及空挡控制。

进一步地，所述一挡前进控制过程具体如下：

驱动电机驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮正向旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架反向旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮反向旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有反向旋转的趋势，通过控制棘爪式可控超越离合器的内圈与外圈反向锁止，以反向锁止WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架，与此同时，通过控制多片湿式摩擦离合器分离，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮的分离，动力再次经由WW型复合行星轮系传动机构减速，最终由WW大太阳轮输出，实现一挡前进。

进一步地，所述二挡前进控制过程具体如下：

驱动电机驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮正向旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架反向旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮反向旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有反向旋转的趋势，通过控制棘爪式可控超越离合器的内圈与外圈超越，以使WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架处于超越状态，与此同时，通过控制多片湿式摩擦离合器结合，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮结合，动力经由WW大太阳轮输出，实现二挡前进。

进一步地，所述倒挡控制过程具体如下：

驱动电机驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮反向旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架正向旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮正向旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有正向旋转的趋势，通过控制棘爪式可控超越离合器的内圈与外圈正向锁止，以正向锁止WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架，与此同时，通过控制多片湿式摩擦离合器分离，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮分离，动力再次经由WW型复合行星轮系传动机构减速，最终由WW大太阳轮输出，实现倒挡。

进一步地，所述空挡控制过程具体如下：

驱动电机驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有与WW小太阳轮同向旋转的趋势，通过控制棘爪式可控超越离合器的内圈与外圈，以使WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架处于超越状态，与此同时，通过控制片湿式摩擦离合器分离，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮分离，无动力由大太阳轮输出，实现空挡。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述轮内两挡自动变速器，采用NW型复合行星轮机构提供高速驱动电机所需的大传动比，配合WW型复合行星轮机构实现两个速比的变化，且WW型复合行星轮机构为无齿圈结构，可有效降低系统成本，结构紧凑，质量小，功率密度高。

2、本发明所述新型轮内两挡自动变速器，采用棘爪式可控超越离合器配合多片湿式摩擦离合器，实现轮内低速挡、高速挡、空挡、倒挡之间的自由切换，通过控制执行机构电机动作及换挡过程优化，可实现快速、无动力中断、平顺换挡。

3、本发明所述新型轮内两挡自动变速器，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、制动能量回收、线控智能驾驶等功能。

4、本发明所述新型轮内两挡自动变速器，执行机构简单，传动链短，系统采用新型换挡轮系及原理，传动效率高。

附图说明

图1为本发明所述轮内两挡自动变速器侧视剖面结构示意图；

图2为本发明所述轮内两挡自动变速器侧视结构示意图；

图3为本发明所述轮内两挡自动变速器中，驱动电机与NW型复合行星轮机构轴测爆炸示意图；

图4为本发明所述轮内两挡自动变速器中，棘爪式可控超越离合器、多片湿式摩擦离合器与WW型复合行星轮机构轴测爆炸示意图；

图5为本发明所述新型轮内两挡自动变速器轴测爆炸示意图；

图6为本发明所述新型轮内两挡自动变速器的传动原理图；

图7为本发明所述新型轮内两挡自动变速器处于一挡传动时的传动简图；

图8为本发明所述新型轮内两挡自动变速器处于二挡传动时的传动简图；

图9为本发明所述新型轮内两挡自动变速器处于倒挡传动时的传动简图；

图10为本发明所述新型轮内两挡自动变速器处于空挡传动时的传动简图；

图中：

1-驱动电机， 2-NW太阳轮， 3-NW前行星架，

4-第一平面滚针推力轴承， 5-第一深沟球轴承， 6-第二平面滚针推力轴承，

7-NW双联行星轮， 8-NW行星销轴， 9-齿圈，

10-NW后行星架， 11-第一执行电机， 12-蜗杆，

13-控制环， 14-外圈， 15-WW双联行星轮，

16-钢片， 17-摩擦片， 18-WW后行星架，

19-WW行星销轴， 20-WW滚针轴承， 21-第三平面滚针推力轴承，

22-第四平面滚针推力轴承， 23-输出轴滚针轴承， 24-WW大太阳轮，

25-WW小太阳轮， 26-第五平面滚针推力轴承， 27-膜片弹簧，

28-推力钢板， 29-离合器接合件， 30-螺杆，

31-对偶件， 32-第二执行电机， 33-棘爪，

34-WW前行星架， 35-第六平面滚针推力轴承， 36-第二深沟球轴承

37-NW轴承钢片。

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：

本发明公开了一种新型轮内两挡自动变速器，所述新型轮内两挡自动变速器，由一组NW型复合行星轮系传动机构、一组WW型复合行星轮系传动机构、一组棘爪式可控超越离合器以及一组多片湿式摩擦离合器组成。

如图1、图2、图3和图5所示，所述NW型复合行星轮系传动机构包括：NW太阳轮2、NW双联行星轮7、齿圈9、NW前行星架3、NW后行星架10和NW行星销轴8；

其中，所述NW双联行星轮7有三组，每组NW双联行星轮7上依次同轴设有一个NW大行星轮和一个NW小行星轮，三组NW大行星轮的内侧分别与NW太阳轮2外侧相啮合，三组NW小行星轮的外侧分别与齿圈9内侧相啮合，NW太阳轮2作为动力输入齿轮，与驱动电机1动力输出端同轴相连，齿圈9固定于变速器壳体上，所述NW前行星架3与NW后行星架10相互扣合后采用螺栓固定连接组成NW行星架，NW前行星架3与NW后行星架10的外端轴径外侧分别安装第一深沟球轴承5，且NW前行星架3与NW后行星架10的外端面上分别安装有第一平面滚针推力轴承4，NW双联行星轮7通过NW行星轮销轴8安装在NW行星架上，NW双联行星轮7的前端面与NW前行星架3的后端面之间，以及NW双联行星轮7的后端面与NW后行星架10的前端面之间分别安装有第二平面滚针推力轴承6；

上述NW型复合行星轮系传动机构中，动力经NW太阳轮2输入，经NW太阳轮2、NW双联行星轮7、齿圈9和NW行星架组成的行星轮系传递并减速后，最终由NW行星架向外输出动力。

如图1、图2、图4和图5所示，所述WW型复合行星轮系传动机构包括：WW小太阳轮25、WW双联行星轮15、WW大太阳轮24、WW前行星架34、WW后行星架18和WW行星销轴19；

其中，所述WW双联行星轮15有三组，每组WW双联行星轮15上依次同轴设有一个WW大行星轮和一个WW小行星轮，三组WW大行星轮分别与WW小太阳轮25的外侧相啮合，三组WW小行星轮与分别与WW大太阳轮24外啮合，所述WW小太阳轮25与WW大太阳轮24前后依次同轴设置，与前述NW型复合行星轮系传动机构不同，所述WW型复合行星轮机构中无齿圈结构，所述WW小太阳轮25的轴径与NW后行星架10同轴设置，且二者之间采用内外渐开线花键连接，实现动力传递，且WW小太阳轮25的轴径端面与NW太阳轮2的端面之间设置有NW轴承钢片，所述WW前行星架34与WW后行星架18相互扣合后采用螺栓固定连接组成WW行星架，WW前行星架34的前端轴径外侧与NW后行星架10之间安装有第二深沟球轴承36，WW前行星架34的前端端面与NW后行星架10之间安装有第六平面滚针推力轴承，WW双联行星轮15通过WW行星轮销轴19安装在WW行星架上，所述WW双联行星轮15与WW行星轮销轴19之间安装有WW滚针轴承20，WW双联行星轮15的前端面与WW前行星架34的后端面之间，以及WW双联行星轮15的后端面与WW后行星架18的前端面之间分别安装有第三平面滚针推力轴承21，所述WW大太阳轮24的后端端面与WW后行星架18之间安装有第四平面滚针推力轴承，WW大太阳轮24的后端轴径外侧与WW后行星架18之间安装有输出轴滚针轴承；

上述WW型复合行星轮系传动机构中，WW小太阳轮25接收由NW型复合行星轮系传动机构中的NW后行星架输出的动力，经WW小太阳轮25、WW双联行星轮、WW行星架和WW大太阳轮24组成的行星轮系传递后，并通过棘爪式可控超越离合器的配合工作改变WW型复合行星轮系传动机构传动比，并配以多片湿式摩擦离合器的工作，最终动力由大太阳轮24输出到车轮。

如图1、图2、图4和图5所示，所述棘爪式可控超越离合器包括外圈14、棘爪33、内圈、控制环13、蜗杆12、第一执行电机11和复位弹簧；

其中，所述内圈同轴一体设置在WW型复合行星轮系传动机构的WW前行星架34的圆周外侧，内圈的外圆周表面均布有棘爪卡槽，所述外圈14固定于变速器壳体上，静止不动，外圈14的内圆周表面均布有棘爪安装槽，所述棘爪33一一对应地安装在棘爪安装槽内，且棘爪33与外圈14之间安装有复位弹簧，所述棘爪33上设有控制销，所述控制环13的圆周方向上均匀分布有控制槽，所述棘爪33的控制销插装在对应的控制槽内，在控制环13的圆周旋转带动下，棘爪33的控制销沿着控制槽滑动，进而带动棘爪33上下摆动，在控制环13的带动下以及复位弹簧的作用下，棘爪33上下摆动实现抬起或落下；

根据所述棘爪33的安装方向及与其控制销相匹配的控制环13的控制槽的方向不同，所述棘爪33分为：一挡棘爪和倒挡棘爪；当在控制环13的带动下以及复位弹簧的作用下，一挡棘爪落下与所述内圈外表面的棘爪卡槽相卡接，且倒挡棘爪抬起与所述内圈外表面的棘爪卡槽相分离时，棘爪式可控超越离合器内圈与外圈14在一个方向上相对锁止，即一挡锁止，实现一挡动力传递；当在控制环13的带动下以及复位弹簧的作用下，倒挡棘爪落下与所述内圈外表面的棘爪卡槽相卡接，且一挡棘爪抬起与所述内圈外表面的棘爪卡槽相分离时，棘爪式可控超越离合器内圈与外圈14在另一个方向上相对锁止，即倒挡锁止，实现倒挡动力传递；当在控制环13的带动下以及复位弹簧的作用下，一挡棘爪和倒挡棘爪均抬起与所述内圈外表面的棘爪卡槽相分离时，棘爪式可控超越离合器内圈与外圈14的相对旋转，即超越，无动力传递；

所述控制环13通过由第一执行电机11和蜗杆12组成的控制环执行机构驱动旋转，所述第一执行电机11的输出轴与蜗杆12同轴固连，与蜗杆12匹配啮合的蜗轮同轴一体设置在控制环13的外圆周表面，在第一执行电机11的驱动下，蜗杆12与蜗轮啮合传动进而带动控制环13旋转，实现控制棘爪33抬起或落下，进而实现WW型复合行星轮系传动机构中，作为棘爪式可控超越离合器内圈的WW行星架双向锁止或超越。

如图1、图2、图4和图5所示，所述多片湿式摩擦离合器包括：钢片16、摩擦片17、内毂、外毂、膜片弹簧27、推力钢板28、第五平面滚针推力轴承26、离合器接合件29、推力滚珠、弹簧、螺杆30、第二执行电机32和对偶件31；

其中，所述内毂与WW型复合行星轮系传动机构的WW后行星架18的外圆周表面一体成型，所述摩擦片17沿轴向均布并卡接在内毂(即WW后行星架18)的外圆周表面，所述外毂与WW型复合行星轮系传动机构的WW大太阳轮24的输出轴径端焊接为一体，所属钢片16沿轴向均布并固定在外毂的内圆周表面，多组钢片16和摩擦片17依次交替设置安装于内毂与外毂内，所述膜片弹簧27沿轴向轴向压装在最外侧的钢片16上，所述推力钢板28沿轴向压在膜片弹簧27上，且推力钢板28圆周外侧与内毂沿轴向滑动配合连接，所述第五平面滚针推力轴承26安装在推力钢板28的轴向外侧，所述离合器接合件29轴向压在第五平面滚针推力轴承26的轴向外侧，所述离合器结合件29与对偶件31的侧面均布有多组滚珠凹槽，且对偶件31侧面凹槽由浅入深，推力滚珠安装于离合器结合件29与对偶件31的侧面凹槽内，离合器结合件29外圆周表面分布呈扇形的矩形外齿，并与所述螺杆30相啮合，实现动力传动，所述第二执行电机32的输出轴与螺杆30同轴固连，通过第二执行电机32驱动螺杆30转动，从而驱动离合器结合件29运动；

在所述内毂的外端面与外毂的内端面之间也设有第五平面滚针推力轴承26；

当第二执行电机32驱动螺杆30正向转动，从而带动离合器结合件29转动时，在离合器结合件29的作用下，推力滚珠在对偶件31的侧面凹槽内由深向浅滚动，进而推动离合器结合件29产生正向的轴向位移，并将沿轴向位移产生的轴向作用力依次通过第五平面滚针推力轴承26、推力钢板28和膜片弹簧27传递至钢片16，使多片湿式摩擦离合器的钢片16与摩擦片17结合压紧，进而实现WW型复合行星轮系传动机构的WW后行星架18与WW大太阳轮24相结合传递动力，相反地，当第二执行电机32驱动螺杆30反向转动，从而驱动离合器结合件29转动时，在膜片弹簧27的恢复力推动下，推力滚珠在对偶件31的侧面凹槽内由浅向深滚动，从而推动离合器结合件29产生轴向位移，多片湿式摩擦离合器的钢片16与摩擦片17相互分离，实现WW型复合行星轮系传动机构的WW后行星架18与WW大太阳轮24相分离，无动力传递。

基于上述轮内两挡自动变速器结构，本发明还提供了一种轮内两挡自动变速器无动力中断换挡控制方法。

如图6所示，所述轮内两挡自动变速器动力路线为：驱动电机1动力输入NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮2，经NW型复合行星轮系传动机构减速后由其NW后行星架10输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW后行星架10与WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮25采用内外渐开线花键连接，经NW型复合行星轮系传动机构的NW后行星架10输出的动力进入WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳25中，最终，动力由WW型复合行星轮系传动机构的WW大太阳轮24输出至车轮，所述棘爪式可控超越离合器可锁止或超越WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架，多片湿式摩擦离合器可结合或分离WW型复合行星轮机构的WW行星架和WW大太阳轮24，棘爪式可控超越离合器与多片湿式摩擦离合器相互独立工作实现WW型复合行星轮机构两挡传动比变化，从而实现车辆一挡前进、二挡前进、一挡倒退及空挡。

所述轮内两挡自动变速器无动力中断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1、图2和图7所示，高速运转的驱动电机1驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮2正向旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架反向旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮25反向旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有反向旋转的趋势，通过第一执行电机11驱动蜗杆12转动，从而带动棘爪式可控超越离合器的控制环13转动，通过控制环13控制一挡棘爪落下，并控制倒挡棘爪抬起，实现棘爪式可控超越离合器的的内圈与外圈14反向锁止，即反向锁止WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架，与此同时，通过第二执行电机32驱动螺杆30反向转动，从而带动离合器结合件29转动，在膜片弹簧27的恢复力推动下，推力滚珠在对偶件31的凹槽内由浅向深滚动，从而推动离合器结合件29产生轴向位移，进而使多片湿式摩擦离合器的钢片16与摩擦片17分离，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮24的分离；此时，WW型复合行星轮系传动机构为减速机构，动力再次经由WW型复合行星轮系传动机构减速，最终由大太阳轮24输出，此时为一挡前进。

2、二挡前进控制过程：

如图1、图2和图8所示，高速运转的驱动电机1驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮2正向旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架反向旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮25反向旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有反向旋转的趋势，通过第一执行电机11驱动蜗杆12转动，从而带动棘爪式可控超越离合器的控制环13转动，通过控制环13控制一挡棘爪和倒挡棘爪均抬起，实现棘爪式可控超越离合器的的内圈与外圈14超越，即WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架处于超越状态，无动力传递，与此同时，通过第二执行电机32驱动螺杆30正向转动，从而带动离合器结合件29转动，在离合器结合件29、第五平面滚针推力轴承26、推力钢板28和膜片弹簧27的依次推动作用下，使多片湿式摩擦离合器的钢片16与摩擦片17结合压紧，进而实现WW型复合行星轮系传动机构的WW后行星架18与WW大太阳轮24相结合传递动力；此时WW型复合行星轮系传动机构整体速比为1，动力经由WW型复合行星轮系传动机构无减速，最终由大太阳轮24输出，此时为二挡前进。

3、倒挡控制过程：

如图1、图2和图9所示，类似于前述一挡控制过程，高速运转的驱动电机1驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮2反向旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架正向旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮25正向旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有正向旋转的趋势，通过第一执行电机11驱动蜗杆12转动，从而带动棘爪式可控超越离合器的控制环13转动，通过控制环13控制倒挡棘爪落下，并控制一挡棘爪抬起，实现棘爪式可控超越离合器的的内圈与外圈14正向锁止，即正向锁止WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架，与此同时，通过第二执行电机32驱动螺杆30反向转动，从而带动离合器结合件29转动，在膜片弹簧27的恢复力推动下，推力滚珠在对偶件31的凹槽内由浅向深滚动，从而推动离合器结合件29产生轴向位移，进而使多片湿式摩擦离合器的钢片16与摩擦片17分离，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮24的分离；此时，WW型复合行星轮系传动机构为减速机构，动力再次经由WW型复合行星轮系传动机构减速，最终由大太阳轮24输出，此时为一挡倒退。

4、空挡控制过程：

如图1、图2和图10所示，高速运转的驱动电机1驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮2旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮25旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有与WW小太阳轮25同向旋转的趋势，通过第一执行电机11驱动蜗杆12转动，从而带动棘爪式可控超越离合器的控制环13转动，通过控制环13控制一挡棘爪和倒挡棘爪均抬起，实现棘爪式可控超越离合器的的内圈与外圈14超越，即WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架处于超越状态，无动力传递，与此同时，通过第二执行电机32驱动螺杆30反向转动，从而带动离合器结合件29转动，在膜片弹簧27的恢复力推动下，推力滚珠在对偶件31的凹槽内由浅向深滚动，从而推动离合器结合件29产生轴向位移，进而使多片湿式摩擦离合器的钢片16与摩擦片17分离，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮24的分离；此时，WW型复合行星轮系传动机构为差动轮系，无动力由大太阳轮24输出，此时为空挡。

此外，本发明综合棘爪式可控超越离合器和多片湿式摩擦离合器优点，采用新型复合行星轮机构，从原理上可实现无动力中断换挡过程，即换挡时车轮保持持续的扭矩输出，通过分析换挡过程的力矩相和惯性相阶段，结合整车电子控制单元(ECU)分析计算整车传感器所采信号，独立协调控制第一执行电机11和第二执行电机32动作，控制棘爪式可控超越离合器和多片湿式摩擦离合器达到特定位置和过程，保证在换挡力矩相有持续的扭矩输出，同时通过优化执行电机工作过程可以实现平顺换挡，降低换挡冲击，提高行驶平顺性。

Claims (9)

1.轮内两挡自动变速器，其特征在于：

由NW型复合行星轮系传动机构、WW型复合行星轮系传动机构、棘爪式可控超越离合器和多片湿式摩擦离合器组成；

所述NW型复合行星轮系传动机构中，NW双联行星齿轮上依次设有NW大行星轮和NW小行星轮，NW大行星轮与太阳轮外啮合，NW小行星轮与齿圈内啮合，太阳轮为动力输入齿轮，齿圈固定于壳体上，由行星架输出动力，双联行星齿轮通过行星轮销轴安装在NW行星架上；

所述WW型复合行星轮系传动机构中，WW双联行星齿轮上依次设有WW大行星轮和WW小行星轮，WW大行星轮与WW小太阳轮外啮合，小行星轮与WW大太阳轮外啮合，WW小太阳轮与NW型复合行星轮机构行星架同轴连接，实现动力输入，并经WW大太阳轮实现动力输出，双联行星齿轮通过行星轮销轴安装在WW行星架上；

所述棘爪式可控超越离合器中，内圈同轴一体设置在WW型复合行星轮系传动机构的前行星架外表面，通过棘爪式可控超越离合器实现WW型复合行星轮系传动机构的行星架双向锁止或超越；

所述多片湿式摩擦离合器由钢片、摩擦片、内毂、外毂、膜片弹簧及螺杆压紧执行机构组成；所述内毂同轴一体成型于WW型复合行星轮系传动机构的后行星架外侧，钢片和摩擦片交替轴向安装于内毂和外毂之间，膜片弹簧轴向压在最外侧的钢片上，外毂与WW型复合行星轮系传动机构的WW大太阳轮同轴固定为一体，螺杆压紧执行机构的执行端与膜片弹簧相连，通过控制多片湿式摩擦离合器结合或分离，进而实现WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架与WW大太阳轮相互结合或分离。

2.如权利要求1所述轮内两挡自动变速器，其特征在于：

所述棘爪式可控超越离合器包括外圈、棘爪、内圈、控制环、复位弹簧和控制环执行机构；

所述内圈的外圆周表面均布有棘爪卡槽，所述外圈固定于变速器壳体上，所述棘爪一一对应地安装在外圈内圆周表面均布的棘爪安装槽内，且棘爪与外圈之间安装有复位弹簧，所述棘爪上设有控制销，所述控制环的圆周方向上均匀分布有控制槽，所述棘爪的控制销插装在对应的控制槽内，在控制环的圆周旋转带动下，棘爪的控制销沿着控制槽滑动，进而带动棘爪上下摆动，在控制环的带动下以及复位弹簧的作用下，棘爪上下摆动实现抬起或落下；

根据所述棘爪包括：一挡棘爪和倒挡棘爪；

当一挡棘爪落下与棘爪卡槽相卡接，且倒挡棘爪抬起与棘爪卡槽相分离时，棘爪式可控超越离合器内圈与外圈在一个方向上相对锁止；

当倒挡棘爪落下与棘爪卡槽相卡接，且一挡棘爪抬起与棘爪卡槽相分离时，棘爪式可控超越离合器内圈与外圈在另一个方向上相对锁止；

当一挡棘爪和倒挡棘爪均抬起与棘爪卡槽相分离时，棘爪式可控超越离合器内圈与外圈超越；

控制环执行机构的执行端与控制环相连，以控制控制环转动。

3.如权利要求2所述轮内两挡自动变速器，其特征在于：

所述控制环执行机构由第一执行电机、蜗杆和蜗轮组成；

所述第一执行电机的输出轴与蜗杆同轴固连，与蜗杆12匹配啮合的蜗轮同轴一体设置在控制环的外圆周表面。

4.如权利要求1所述轮内两挡自动变速器，其特征在于：

所述螺杆压紧执行机构包括：推力钢板、平面滚针推力轴承、离合器接合件、推力滚珠及螺杆；

所述推力钢板沿轴向压在膜片弹簧上，且推力钢板圆周外侧与内毂沿轴向滑动连接，所述第五平面滚针推力轴承分别安装在推力钢板的轴向外侧，所述离合器接合件轴向压在第五平面滚针推力轴承的轴向外侧，所述离合器结合件与对偶件的侧面均布有多组滚珠凹槽，且对偶件侧面凹槽由浅入深，推力滚珠安装于离合器结合件与对偶件的侧面凹槽内，离合器结合件外圆周表面呈扇形分布有与所述螺杆相啮合的矩形外齿，所述第二执行电机的输出轴与螺杆同轴固连，通过第二执行电机驱动螺杆转动，进而控制推力滚珠在对偶件侧面的滚珠凹槽运动，通过推力滚珠的运动控制离合器结合件产生轴向位移，进而控制钢片与摩擦片结合或分离。

5.如权利要求1所述轮内两挡自动变速器的无动力中断换挡控制方法，其特征在于：

所述控制方法为：驱动电机动力输入NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮后，经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW后行星架输出至WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮，最终动力由WW型复合行星轮系传动机构的WW大太阳轮输出至车轮，在此过程中，棘爪式可控超越离合器锁止或超越WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架，多片湿式摩擦离合器结合或分离WW型复合行星轮机构的WW行星架和WW大太阳轮，棘爪式可控超越离合器与多片湿式摩擦离合器相互独立工作实现WW型复合行星轮系传动机构两挡传动比变化，实现车辆一挡前进、二挡前进、一挡倒退及空挡控制。

6.如权利要求5所述轮内两挡自动变速器无动力中断换挡控制方法，其特征在于：

所述一挡前进控制过程具体如下：

驱动电机驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮正向旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架反向旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮反向旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有反向旋转的趋势，通过控制棘爪式可控超越离合器的内圈与外圈反向锁止，以反向锁止WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架，与此同时，通过控制多片湿式摩擦离合器分离，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮的分离，动力再次经由WW型复合行星轮系传动机构减速，最终由WW大太阳轮输出，实现一挡前进。

7.如权利要求5所述轮内两挡自动变速器无动力中断换挡控制方法，其特征在于：

所述二挡前进控制过程具体如下：

驱动电机驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮正向旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架反向旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮反向旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有反向旋转的趋势，通过控制棘爪式可控超越离合器的内圈与外圈超越，以使WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架处于超越状态，与此同时，通过控制多片湿式摩擦离合器结合，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮结合，动力经由WW大太阳轮输出，实现二挡前进。

8.如权利要求5所述轮内两挡自动变速器无动力中断换挡控制方法，其特征在于：

所述倒挡控制过程具体如下：

驱动电机驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮反向旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架正向旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮正向旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有正向旋转的趋势，通过控制棘爪式可控超越离合器的内圈与外圈正向锁止，以正向锁止WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架，与此同时，通过控制多片湿式摩擦离合器分离，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮分离，动力再次经由WW型复合行星轮系传动机构减速，最终由WW大太阳轮输出，实现倒挡。

9.如权利要求5所述轮内两挡自动变速器无动力中断换挡控制方法，其特征在于：

所述空挡控制过程具体如下：

驱动电机驱动NW型复合行星轮系传动机构的NW太阳轮旋转，动力经NW型复合行星轮系传动机构减速后由NW行星架输出，NW型复合行星轮系传动机构的NW行星架旋转，并带动WW型复合行星轮系传动机构的WW小太阳轮旋转，此时，WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架有与WW小太阳轮同向旋转的趋势，通过控制棘爪式可控超越离合器的内圈与外圈，以使WW型复合行星轮系传动机构的WW行星架处于超越状态，与此同时，通过控制片湿式摩擦离合器分离，实现WW型复合行星轮机构的WW行星架与WW大太阳轮分离，无动力由大太阳轮输出，实现空挡。

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