CN112277612B - 一种电驱动系统及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纯电动车辆领域，尤其涉及一种电驱动系统及电动车辆。电驱动系统包括：第一电机、第二电机和变速机构，变速机构包括差速机构、换挡机构及行星减速机构；第一电机的第一电机轴与行星减速机构的太阳轮连接，行星减速机构的前齿圈与差速机构的输入端连接；第二电机的第二电机轴通过换挡机构与差速机构的输入端连接；差速机构的两输出端分别通过左、右半轴带动车轮转动；行星减速机构的行星架配置有锁止离合器，以实现对行星架的锁止和放开。本发明的电驱动系统使用于车辆上时，电机功率要求较低，降低了成本，在换挡时其中一个电机能够给另一个电机提供扭矩补偿，避免动力中断；并且通过锁止离合器能够实现工作模式的切换。

Description

一种电驱动系统及电动车辆
技术领域
本发明涉及纯电动车辆领域，尤其涉及一种电驱动系统及电动车辆。
背景技术
目前，我国的电动汽车动力系统多采用单电机直驱+驱动桥、单电机+单级减速器、单电机+两挡AMT变速箱方案。采用单电机直驱+驱动桥、单电机+单级减速器方案的电动汽车，为了兼顾动力性和高速行驶两种性能要求，电机功率需要足够大，而大功率电机成本高且重量大，同时电机很难维持在高效区工作，使得车辆电量消耗大、行驶里程短，严重影响整车经济性和动力性。对于采用单电机+两挡AMT变速箱方案的电动汽车，虽然能使电机维持在高效区工作，但所采用的电机依然存在功率较大、成本较高的问题，且换挡过程动力中断带来车辆顿挫，舒适性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电驱动系统，用以解决目前现有的电驱动系统中电机功率要求较高、功效较低的问题。同时，本发明的目的还在于提供一种兼顾动力性和高速行驶的电动车辆。
为实现上述目的，本发明的电驱动系统的技术方案是：
电驱动系统包括：
第一电机；
第二电机；
变速机构，包括差速机构、换挡机构及行星减速机构；
第一电机的第一电机轴与行星减速机构的太阳轮连接，行星减速机构的前齿圈与差速机构的输入端连接；
第二电机的第二电机轴通过换挡机构与差速机构的输入端连接；
差速机构的两输出端分别连接左半轴和右半轴，并通过左、右半轴带动车轮转动；
行星减速机构的行星架配置有锁止离合器，以实现对行星架的锁止和放开。
本发明的电驱动系统在使用于电动车辆上时，在需求输出功率较大时可通过两个电机驱动车轮转动，这样单个电机的功率要求较低，降低了电机成本和重量；根据不同的功率需求，可以控制一个电机单独工作或两个电机同时工作，通过换挡结构能够使电机维持在高效区工作，兼顾了车辆动力性和高速行驶的要求；而且，在换挡过程中，可以通过第一电机进行转矩补偿，避免出现动力中断、车辆顿挫的问题。采用本发明的电驱动系统的电动车辆动力性、经济性及舒适性都得到了提升。
进一步地，第一电机和第二电机布置在变速机构的相对两侧，第一电机轴和第二电机轴均为空心轴以分别供左半轴和右半轴穿过。两个电机左右对称布置，更容易控制整个机构的重心，在安装于电动车辆上时，更容易保证整体重心处于车宽中部位置，提升了车辆的稳定性。
在以上两种方案任意一种的基础上，所述换挡机构为包括两个以上中间轴的多中间轴换挡机构，且中间轴的数量与挡位数相等，换挡机构的中间轴绕右半轴在圆周方向上布置。这样的结构形式相对简单、结构对称性好。
进一步地，所述换挡机构为两挡换挡机构，换挡机构的两中间轴分别处于右半轴的前后两侧。这样的结构布置在满足车辆换挡调速的基础上，不占用高度方向的空间，方便车辆底盘的布置。
此外，所述第一电机和第二电机均可实现驱动及发电，这样在车辆制动时，能够更加灵活的实现动能回收。
在结构上，变速机构所包括的差速机构、换挡机构及行星减速机构集成在变速箱壳体内，这样提高了电驱动系统的集成化程度，不仅能够减小体积、降低重量，对于各传动齿轮的密封和防护效果较好。
本发明的电动车辆包括：
车架；
电源；
控制系统；及
电驱动系统，电驱动系统包括：
第一电机；
第二电机；
变速机构，包括差速机构、换挡机构及行星减速机构；
第一电机的第一电机轴与行星减速机构的太阳轮连接，行星减速机构的前齿圈与差速机构的输入端连接；
第二电机的第二电机轴通过换挡机构与差速机构的输入端连接；
差速机构的两输出端分别连接左半轴和右半轴，并通过左、右半轴带动车轮转动；
行星减速机构的行星架配置有锁止离合器，以实现对行星架的锁止和放开；
车架上安装有车轮，电源与控制系统连接，控制系统与电驱动系统连接。
本发明的电动车辆通过两个电机驱动车轮转动，这样单个电机的功率要求较低，降低了电机成本和重量；根据不同的功率需求，可以通过控制系统控制一个电机单独工作或两个电机同时工作，通过换挡结构能够使电机维持在高效区工作，兼顾了车辆动力性和高速行驶的要求；而且，在换挡过程中，可以通过第一电机进行转矩补偿，避免出现动力中断、车辆顿挫的问题，最终使得电动车辆动力性、经济性及舒适性都得到了提升。
进一步地，第一电机和第二电机布置在变速机构的相对两侧，第一电机轴和第二电机轴均为空心轴以分别供左半轴和右半轴穿过。两个电机左右对称布置，更容易控制整个机构的重心，在安装于电动车辆上时，更容易保证整体重心处于车宽中部位置，提升了车辆的稳定性。
在以上两种方案任意一种的基础上，所述换挡机构为包括两个以上中间轴的多中间轴换挡机构，且中间轴的数量与挡位数相等，换挡机构的中间轴绕右半轴在圆周方向上布置。这样的结构形式相对简单、结构对称性好。
进一步地，所述换挡机构为两挡换挡机构，换挡机构的两中间轴分别处于右半轴的前后两侧。这样的结构布置在满足车辆换挡调速的基础上，不占用高度方向的空间，方便车辆底盘的布置。
此外，所述第一电机和第二电机均可实现驱动及发电，这样在车辆制动时，能够更加灵活的实现动能回收。
在结构上，变速机构所包括的差速机构、换挡机构及行星减速机构集成在变速箱壳体内，这样提高了电驱动系统的集成化程度，不仅能够减小体积、降低重量，对于各传动齿轮的密封和防护效果较好。
进一步优化地，所述控制系统包括电机控制器和TCU，便于车辆实现多种驱动模式。
在具体布置时，电驱动系统通过悬置安装在车架上，避免电驱动系统总成振动直接传递至车架上引起NVH问题。
附图说明
图1为本发明的电驱动系统的简图；
图2为本发明的电驱动系统的传动构型图。
图中：1-左半轴；2-第一电机；3-太阳轮；4-前齿圈；5-行星架；6-差速机构；7-后齿圈；8-一挡主减速齿轮；9-一挡中间轴；10-一挡同步机构；11-一挡从动齿轮；12-变速机构；13-常啮合齿轮；14-第二电机；15-右半轴；16-第二电机轴；17-二挡从动齿轮；18-二挡同步机构；19-二挡中间轴；20-二挡主减速齿轮；21-锁止离合器；22-行星轮；23-第一电机轴；24-车轮；25-电机控制器；26-电源；27-TCU。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的车辆的具体实施例，包括车架，车架上通过悬架安装有车轮。车架上还配置有电源、电驱动系统以及控制系统。
如图1所示的为本发明的车辆的电驱动系统的简图，从图中可以清楚的看出，电驱动系统主要包括第一电机2、第二电机14以及变速机构12，第一电机、第二电机均传动连接于变速机构12并通过变速机构12向车轮24输出转矩。第一电机2和第二电机14布置在变速机构12的相对两侧，第一电机2轴和第二电机14轴均为空心轴以分别供左半轴1和右半轴15穿过并传动连接于车轮24。控制系统主要包括电机控制器25和TCU27，以分别用于控制第一、第二电机和变速机构12。其中，所述第一电机2和第二电机14均可发电，这样在车辆制动时，能够更加灵活的实现动能回收。电源26与控制系统供电连接，控制系统与电驱动系统供电连接，在控制系统的控制下，电驱动系统可实现多种工作模式。
从图2中可以清楚的看出第一、第二电机与变速机构12之间的传动关系。具体地，变速机构12包括差速机构6、换挡机构以及行星减速机构。第一电机2的第一电机轴23与行星减速机构的太阳轮3传动连接，行星减速机构的前齿圈4与差速机构6的输入端（即框架主齿轮）连接，行星减速机构的行星架5上装配有行星轮22，且配置有锁止离合器21，通过锁止离合器21能够实现对行星架5的锁止和放开，第二电机14的第二电机轴16通过两挡换挡机构与差速机构6的输入端传动连接，差速机构6的两个输出端分别传动连接于左半轴1和右半轴15。
本实施例中的两挡换挡机构为包括两个中间轴的换挡机构。如图2所示，第二电机14的空心轴通过常啮合齿轮13分别与一挡从动齿轮11和二挡从动齿轮17啮合传动，一挡从动齿轮11和二挡从动齿轮17分别空套装配在一挡中间轴9和二挡中间轴19上，一挡中间轴9和二挡中间轴19分别配置有一挡同步机构10和二挡同步机构18。通过一挡同步机构10能够实现一挡从动齿轮11和一挡中间轴9的相对固定，进而实现动力传递至一挡中间轴9，一挡中间轴9上固定装配有一挡主减速齿轮8，一挡主减速齿轮8与差速机构6的后齿圈7（即框架主齿轮）啮合并实现一挡动力传动；通过二挡同步机构18能够实现二挡从动齿轮17和二挡中间轴19的相对固定，进而实现动力传递至二挡中间轴19，二挡中间轴19上固定装配有二挡主减速齿轮20，二挡主减速齿轮20与差速机构6的后齿圈7（即框架主齿轮）啮合并实现二挡动力传动。因此，通过切换一挡同步机构10和二挡同步机构18，能够实现第二电机14与差速机构6之间的一挡传动和二挡传动。
两挡换挡机构的两个中间轴分别处于右半轴15的前后两侧，这样使得变速机构12不占用高度方向的空间，方便车辆底盘的布置。
构成变速机构12的行星减速机构、差速机构6及换挡机构集成设计，处于变速箱壳体内，第一电机2和第二电机14的壳体与变速箱壳体通过螺栓连接成一体，第一电机2的第一电机轴23与行星减速机构的太阳轮3通过花键止转连接，第二电机14的第二电机轴16与常啮合齿轮13通过花键止转连接，变速箱采用双中间轴方案，可有效缩短轴向长度。整个电驱动系统总成通过悬置安装于车架之上，通过左右半轴驱动车辆行驶，避免电驱动系统总成振动直接传递至车架上引起NVH问题。
本实施例中，第二电机14作为车辆的主驱电机，第一电机2作为辅助驱动电机。本发明的车辆可通过其电驱动系统实现以下九种工作模式。
单电机一挡模式：车辆起步至升挡转速之前，锁止离合器21分离，第一电机2不随转，变速机构12挂入一挡，一挡同步机构10与一挡从动齿轮11结合，第二电机14提供动力经一挡中间轴9、一挡主减速齿轮8、差速机构6到左右半轴驱动车辆行驶；
单电机二挡模式：车辆车速超过升挡转速之后，锁止离合器21分离，第一电机2不随转，变速机构12挂入二挡，二挡同步机构18与二挡从动齿轮17结合，第二电机14提供动力经二挡中间轴19、二挡主减速齿轮20、差速机构6到左右半轴驱动车辆行驶；
双电机助力一挡模式：车辆起步至升挡转速之前，当整车扭矩需求较大时，锁止离合器21结合，变速机构12挂入一挡，一挡同步机构10与一挡从动齿轮11结合，第二电机14提供动力经一挡中间轴9、一挡主减速齿轮8、差速机构6到左右半轴，同时，第一电机2提供辅助动力经行星减速机构、差速机构6到左右半轴，二者动力之和驱动车辆行驶；
双电机助力二挡模式：车辆车速超过升挡转速之后，当整车扭矩需求较大时，锁止离合器21结合，变速机构12挂入二挡，二挡同步机构18与二挡从动齿轮17结合，第二电机14提供动力经二挡中间轴19、二挡主减速齿轮20、差速机构6到左右半轴，同时，第一电机2提供辅助动力经行星减速机构、差速机构6到左右半轴，二者动力之和驱动车辆行驶；
高速巡航模式：当车速超过高速巡航起始车速后，且整车需求扭矩不大时，锁止离合器21结合，变速机构12挂入空挡，第二电机14不随转，第一电机2提供动力经行星减速机构、差速机构6到左右半轴驱动车辆高速巡航行驶；
单电机制动回收模式：当车速超过高速巡航起始车速且整车制动扭矩不大时，锁止离合器21结合，变速机构12在空挡位，第二电机14不随转，第一电机2直接回收制动功率；当车速超过升挡转速且整车制动扭矩不大时，锁止离合器21分离，第一电机2不随转，变速机构12在二挡位，第二电机14直接回收制动功率；当车速低于升挡转速且整车制动扭矩不大时，锁止离合器21分离，第一电机2不随转，变速机构12在一挡位，第二电机14直接回收制动功率；
双电机一挡制动回收模式：当车速低于升挡转速且整车制动扭矩较大时，锁止离合器21结合，变速机构12在一挡位。一部分制动功率由差速机构6经一挡主减速齿轮8、一挡中间轴9及一挡齿轮被第二电机14回收；另一部分制动功率由差速机构6经行星减速机构被第一电机2回收；
双电机二挡制动回收模式：当车速超过升挡转速且整车制动扭矩较大时，锁止离合器21结合，变速机构12在二挡位。一部分制动功率由差速机构6经二挡主减速齿轮20、二挡中间轴19及二挡齿轮被第二电机14回收；另一部分制动功率由差速机构6经行星减速机构被第一电机2回收；
换挡模式：第二电机14撤扭调速，由第一电机2提供扭矩补偿，避免动力中断及其带来的车辆行驶过程中的顿挫。
本发明的电动车辆将双电机与两挡变速箱同轴布置，实现双电机、两挡变速箱及驱动桥三者之间的高度集成，简化了结构并有效减少零部件数量，实现轻量化；通过锁止离合器分离及两挡变速箱挂空挡，分别实现单电机驱动与制动时，另一个电机不随转，有效降低系统功率损失；采用双电机驱动，大大降低了电机功率和成本；采用两挡变速箱，能够根据需求进行变速调扭，使主驱动电机始终工作在高效区，提升了电机效率，车辆动力性和经济性可显著提升；换挡过程由第一电机提供扭矩补偿，避免第二电机因换挡带来的扭矩中断及车辆顿挫，提升车辆舒适性。
当然，本发明的车辆并不仅限于以上所描述的实施例。例如在其他实施方式中，第一电机和第二电机分别出于变速箱壳体的前后两侧，或者两个电机中的一个与变速箱壳体前后布置，另一个与变速箱壳体左右布置。
或者在其他实施方式中，换挡机构也可以为具有三个中间轴的三挡换挡机构或具有四个中间轴的四挡换挡机构，此时，换挡机构的多个中间轴环绕半轴均布布置；当然，换挡机构也可以为单中间轴换挡机构，此时，中间轴与半轴前后布置即可。
或者在其他实施方式中，差速机构、换挡机构以及行星减速机构可以均具有独自的壳体，三者通过壳体件的相对固定固连在一起；电驱动系统也可以直接固定安装在车架上。
本发明的电驱动系统的实施例：其具体结构与上述电动车辆的实施例中的电驱动系统的结构相同，不再重复描述。

Claims (8)

1.一种电驱动系统，其特征是，包括：
第一电机（2）；
第二电机（14）；
变速机构（12），包括差速机构（6）、换挡机构及行星减速机构；
第一电机（2）的第一电机轴（23）与行星减速机构的太阳轮（3）连接，行星减速机构的前齿圈（4）与差速机构（6）的框架主齿轮连接；
第二电机（14）的第二电机轴（16）通过换挡机构与差速机构（6）的框架主齿轮连接；
差速机构（6）的两输出端分别连接左半轴（1）和右半轴（15），并通过左、右半轴带动车轮转动；
行星减速机构的行星架（5）配置有锁止离合器（21），以实现对行星架（5）的锁止和放开；
第一电机（2）和第二电机（14）布置在变速机构（12）的相对两侧，第一电机轴（23）和第二电机轴（16）均为空心轴以分别供左半轴（1）和右半轴（15）穿过。
2.根据权利要求1所述的电驱动系统，其特征是，所述换挡机构为包括两个以上中间轴的多中间轴换挡机构，且中间轴的数量与挡位数相等，换挡机构的中间轴绕右半轴在圆周方向上布置。
3.根据权利要求2所述的电驱动系统，其特征是，所述换挡机构为两挡换挡机构，换挡机构的两中间轴分别处于右半轴的前后两侧。
4.根据权利要求1所述的电驱动系统，其特征是，所述第一电机（2）和第二电机（14）均可实现驱动及发电。
5.根据权利要求1所述的电驱动系统，其特征是，变速机构所包括的差速机构（6）、换挡机构及行星减速机构集成在变速箱壳体内。
6.一种电动车辆，其特征是，包括：
车架；
电源；
控制系统；及
如权利要求1-5任意一项所述的电驱动系统；
车架上安装有车轮（24），电源（26）与控制系统连接，控制系统与电驱动系统连接。
7.根据权利要求6所述的电动车辆，其特征是，所述控制系统包括电机控制器（25）和TCU（27）。
8.根据权利要求6或7所述的电动车辆，其特征是，电驱动系统通过悬置安装在车架上。
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