CN112693307A - 两挡电桥驱动系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车辆用两挡电桥驱动系统及采用该两挡电桥驱动系统的车辆。该两挡电桥驱动系统的变速器包括双离合器和一个行星齿轮机构，借助于双离合器使得来自电机的扭矩能够选择性地经由行星齿轮机构的太阳轮或行星轮架传递到差速器。因此，根据本发明的两挡电桥驱动系统不仅结构相对简单而且能够实现在换挡过程中无动力中断现象。

Description

两挡电桥驱动系统及车辆
技术领域
本发明涉及车辆领域，更具体地涉及车辆用两挡电桥驱动系统及包括该两挡电桥驱动系统的车辆。
背景技术
当前，电桥驱动系统能够用于纯电动车辆和混合动力车辆，以用于车辆的驱动。
图1a是示出了一种两挡电桥驱动系统的拓扑结构的示意图，其中省略了作为驱动源的电机。如图1a所示，该两挡电桥驱动系统包括电机(未示出)、行星齿轮机构、同步啮合机构SN、中间传动机构、差速器DM和两根半轴。
具体地，行星齿轮机构包括太阳轮SU、太阳轮轴S、多个行星轮PG、齿圈R以及行星轮架P。太阳轮SU固定于太阳轮轴S，该太阳轮轴S用于接收来自电机的扭矩。多个行星轮PG位于太阳轮SU的径向外侧且位于齿圈R的径向内侧，多个行星轮PG始终与太阳轮SU和齿圈R处于啮合状态。多个行星轮PG安装于行星轮架P，使得行星轮架P能够随着多个行星轮PG绕着太阳轮SU的公转而转动。齿圈R固定于变速器的壳体。这样，该行星齿轮机构能够初步改变变速器的扭矩传递路径中的传动比。
同步啮合机构SN可以采用现有技术的同步啮合机构。当该同步啮合机构SN进行相应的动作以处于不同的接合位置时，能够选择从太阳轮轴S输出扭矩和从行星轮架P输出扭矩两个扭矩传递路径，来向车辆的车轮传递扭矩。而当同步啮合机构SN处于非接合的中性位置时，整个电桥驱动系统不向车辆的车轮传递扭矩。
中间传动机构包括第一中间齿轮G11、第二中间齿轮G12、第三中间齿轮G13和中间轴MS。第一中间齿轮G11与同步啮合机构SN传动联接从而接收来自行星齿轮机构的扭矩，并且第一中间齿轮G11与第二中间齿轮G12始终处于啮合状态。第二中间齿轮G12和第三中间齿轮G13均固定于中间轴MS。第三中间齿轮G13与差速器输入齿轮G14始终处于啮合状态。这样，该中间轴MS及其上固定的第二中间齿轮G12和第三中间齿轮G13能够在行星齿轮机构之后进一步改变变速器的扭矩传递路径的中传动比。
两根半轴从差速器DM朝向两侧延伸。该差速器DM的壳体与上述差速器输入齿轮G14固定在一起，从而经由该差速器输入齿轮G14接收扭矩并传递到两根半轴。
虽然图1a中所示的电桥驱动系统能够通过一个行星齿轮机构和同步啮合机构SN实现传动比不同的两挡驱动，但是其在换挡过程中会产生动力中断现象，从而影响车辆的驾驶性能。
图1b是示出了另一种两挡电桥驱动系统的拓扑结构的示意图。如图1b所示，该两挡电桥驱动系统包括电机EM、变速器、差速器DM和两根半轴。
具体地，电机EM具有输出轴和固定于该输出轴的电机输出齿轮G15。
进一步地，变速器包括空心的太阳轮轴S、固定于太阳轮轴S的变速器输入齿轮G16、两个行星齿轮机构和两个离合器K1、K2。
太阳轮轴S与电机EM的输出轴平行且相对于输出轴偏置，变速器输入齿轮G15与电机输出齿轮G16始终处于啮合状态，使得变速器能够接收来自电机EM的扭矩。
第一行星齿轮机构包括彼此啮合的第一太阳轮SU1、多个第一行星轮PG1、第一齿圈R1以及安装于多个第一行星轮PG1的行星轮架P。第一太阳轮SU1固定于太阳轮轴S。行星轮架P与差速器DM的差速器壳体固定在一起。第一齿圈R1经由第一离合器K1与变速器的壳体相连，这样通过第一离合器K1的接合能够使第一齿圈R1相对于变速器的壳体固定。类似地，第二行星齿轮机构包括彼此啮合的第二太阳轮SU2、多个第二行星轮PG2、第二齿圈R2以及安装于多个第二行星轮PG2的行星轮架P。第二太阳轮SU2固定于太阳轮轴S。第二行星齿轮机构与第一行星齿轮机构共用一个行星轮架P。第二齿圈R2经由第二离合器K2与变速器的壳体相连，这样通过第二离合器K2的接合能够使第二齿圈R2相对于变速器的壳体固定。
虽然图1b中所示的电桥驱动系统能够经由两个行星齿轮机构和两个离合器K1、K2实现传动比不同的两挡驱动，但是其结构对于实现两挡驱动的电桥驱动系统而言过于复杂。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺陷而做出了本发明。本发明的一个目的在于提供一种新型的两挡电桥驱动系统，其结构不复杂并且能够避免在换挡过程中出现动力中断现象。本发明的另一个目的在于提供一种包括上述两挡电桥驱动系统的车辆。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。
本发明提供了一种如下的两挡电桥驱动系统，所述两挡电桥驱动系统包括：
电机，所述电机具有电机输出轴；以及
变速器，所述变速器包括双离合器、第一输入轴、第二输入轴和行星齿轮机构，
其中，所述电机输出轴经由所述双离合器能够与所述第一输入轴和所述第二输入轴选择性地传动联接，所述行星齿轮机构包括一个太阳轮、多个行星轮、行星轮架和齿圈，所述太阳轮固定于所述第一输入轴并且与所述多个行星轮始终处于啮合状态，所述多个行星轮与所述齿圈始终处于啮合状态且安装于所述行星轮架，所述行星轮架固定于所述第二输入轴并且用于向所述行星齿轮机构的外部传递扭矩，所述齿圈固定于所述变速器的壳体。
优选地，所述第一输入轴、所述第二输入轴和所述行星齿轮机构均与所述电机输出轴以同轴的方式配置。
更优选地，所述第一输入轴为实心轴，所述第二输入轴为空心轴，所述第一输入轴穿过所述第二输入轴和所述行星轮架，并且在所述第一输入轴与所述第二输入轴之间以及在所述第一输入轴和所述行星轮架之间均设置有用于支承所述第一输入轴的轴承。
更优选地，所述双离合器包括第一离合单元和第二离合单元，
当所述第一离合单元接合时，所述电机输出轴与所述第一输入轴实现传动联接；当所述第一离合单元分离时，所述电机输出轴与所述第一输入轴解除传动联接，并且
当所述第二离合单元接合时，所述电机输出轴与所述第二输入轴实现传动联接；当所述第二离合单元分离时，所述电机输出轴与所述第二输入轴解除传动联接。
更优选地，所述两挡电桥驱动系统还包括差速器和从所述差速器伸出的两根半轴，所述行星轮架的行星轮架输出齿轮与所述差速器的差速器输入齿轮传动联接。
更优选地，所述行星轮架输出齿轮与所述差速器输入齿轮彼此始终处于啮合状态，使得所述行星轮架输出齿轮与所述差速器输入齿轮实现直接传动联接。
更优选地，所述变速器还包括至少一根中间轴和固定于所述中间轴的多个中间齿轮，经由所述至少一根中间轴和所述多个中间齿轮使得所述行星轮架输出齿轮与所述差速器输入齿轮实现间接传动联接。
更优选地，所述差速器为锥齿轮差速器。
更优选地，所述两挡电桥驱动系统的壳体包括在所述电机输出轴的轴向上彼此可拆卸地连接的第一壳体部分、第二壳体部分和第三壳体部分，所述第二壳体部分的一部分用于构成所述电机的壳体，所述第二壳体部分的另一部分用于构成所述变速器的壳体。
本发明还提供了一种如下的车辆，所述车辆包括以上技术方案中任意一项技术方案所述的两挡电桥驱动系统。
通过采用上述技术方案，本发明提供了一种新型的两挡电桥驱动系统及包括该两挡电桥驱动系统的车辆，该两挡电桥驱动系统的变速器包括双离合器和一个行星齿轮机构，借助于双离合器使得来自电机的扭矩能够选择性地经由行星齿轮机构的太阳轮或行星轮架传递到差速器。因此，根据本发明的两挡电桥驱动系统不仅结构相对简单而且能够实现在换挡过程中无动力中断现象。
附图说明
图1a是示出了一种两挡电桥驱动系统的拓扑结构的示意图；图1b是示出了另一种两挡电桥驱动系统的拓扑结构的示意图。
图2是示出了根据本发明的第一实施方式的两挡电桥驱动系统的拓扑结构的示意图。
图3是示出了根据本发明的第二实施方式的两挡电桥驱动系统的拓扑结构的示意图。
附图标记说明
EM电机 SN同步啮合机构 DM差速器
SU太阳轮 S太阳轮轴 PG行星轮 P行星轮架 R齿圈 SU1第一太阳轮 SU2第二太阳轮 PG1第一行星轮 PG2第二行星轮 R1第一齿圈 R2第二齿圈
K0双离合器 K11第一离合单元 K12第二离合单元 K1第一离合器 K2第二离合器
S0电机输出轴 S1第一输入轴 S2第二输入轴 MS中间轴
G1、G2、G3、G4、G11、G12、G13、G14、G15、G16 齿轮
H11第一壳体部分 H12第二壳体部分 H13第三壳体部分 H14隔板。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
在本发明中，“传动联接”是指两个部件能够传递驱动力/扭矩地连接，如无特殊说明，可以表示这两个部件直接连接(直接传动联接)或者经由齿轮机构等传动机构实现联接(间接传动联接)以能够在这两个部件之间传递驱动力/扭矩。另外，当说明齿轮“固定于”轴时，表示齿轮能够随着轴一起转动，而并非表示齿轮在该轴的轴向上也相对于轴固定。另外，在本发明中，如无特殊说明，“轴向”是指电机的电机输出轴和变速器的输入轴的轴向，“轴向一侧”是指图2和图3中的右侧，“轴向另一侧”是指图2和图3中的左侧。
以下将首先结合说明书附图来说明根据本发明的第一实施方式的两挡电桥驱动系统的结构。
(根据本发明的第一实施方式的两挡电桥驱动系统的结构)
图2是示出了根据本发明的第一实施方式的两挡电桥驱动系统的拓扑结构的示意图。如图2所示，根据本发明的第一实施方式的两挡电桥驱动系统包括整合在一起的电机EM、变速器、差速器DM和两根半轴，其中电机EM、变速器、差速器DM均安装于由多个壳体部分H11、H12、H13组装在一起的两挡电桥驱动系统的壳体中。
具体地，在本实施方式中，电机EM具有电机输出轴S0，该电机输出轴S0朝向轴向一侧延伸到变速器，以能够将电机EM的扭矩传递到变速器。
进一步地，在本实施方式中，变速器位于电机EM的轴向一侧且为双离合变速器，该变速器包括双离合器K0(具有两个能够彼此独立工作的离合单元K11和K12)、实心的第一输入轴S1、空心的第二输入轴S2和行星齿轮机构。
第一输入轴S1、第二输入轴S2和行星齿轮机构均与电机输出轴S0以同轴的方式配置。第一输入轴S1穿过第二输入轴S2且位于第二输入轴S2的径向内侧，并且第一输入轴S1能够独立于第二输入轴S2转动。而且，第一输入轴S1、第二输入轴S2经由双离合器K0与电机输出轴S0相连。这样，当第一离合单元K11接合时，第一输入轴S1与电机输出轴S0实现传动联接，当第一离合单元K11分离时，第一输入轴S1与电机输出轴S0解除传动联接；当第二离合单元K12接合时，第二输入轴S2与电机输出轴S0实现传动联接，当第二离合单元K12分离时，第二输入轴S2与电机输出轴S0解除传动联接。
行星齿轮机构位于双离合器K0的轴向一侧并且包括太阳轮SU、多个行星轮PG、齿圈R以及行星轮架P。太阳轮SU固定于第一输入轴S1。多个行星轮PG位于太阳轮SU的径向外侧且位于齿圈R的径向内侧，多个行星轮PG始终与太阳轮SU和齿圈R处于啮合状态。多个行星轮PG安装于行星轮架P，使得行星轮架P能够随着多个行星轮PG绕着太阳轮SU的公转而转动。第一输入轴S1位于该行星轮架P的径向内侧并延伸穿过该行星轮架P。齿圈R固定于变速器的壳体(第二壳体部分H12)。另外，该行星齿轮机构还包括固定于行星轮架P的行星轮架输出齿轮G1，该行星轮架输出齿轮G1与下述的差速器输入齿轮G2始终处于啮合状态，以使得两者直接传动联接。
双离合器K0可以是湿式离合器并且包括如上所述的能够彼此独立工作的第一离合单元K11和第二离合单元K12。当双离合器K0正常工作时，第一离合单元K11和第二离合单元K12中仅一者实现接合；当双离合器K0进行换挡时，两个离合单元K11、K12能够实现变速器内的扭矩无中断的交接，即在变速器内动力无中断，从而避免了在换挡过程中出现动力中断的现象。
进一步地，在本实施方式中，差速器DM为锥齿轮差速器并且也整合到两挡电桥驱动系统的壳体内。差速器输入齿轮G2固定于差速器壳体且如上所述地与行星轮架输出齿轮G1始终处于啮合状态。两根半轴从差速器DM朝向轴向两侧延伸并且能够将扭矩传递到车辆的车轮。
这样，在本实施方式中，在双离合器K0处于正常工作的状态下，
当第一离合单元K11接合时，来自电机EM的扭矩的传递路径如下：电机EM→电机输出轴S0→第一离合单元K11→第一输入轴S1→太阳轮SU→行星轮PG→行星轮架P→行星轮架输出齿轮G1→差速器输入齿轮G2→差速器DM；
当第二离合单元K12接合时，来自电机EM的扭矩的传递路径如下：电机EM→电机输出轴S0→第二离合单元K12→第二输入轴S2→行星轮架P→行星轮架输出齿轮G1→差速器输入齿轮G2→差速器DM。
进一步地，根据本发明的第一实施方式的两挡电桥驱动系统的壳体包括彼此可拆卸地固定在一起的第一壳体部分H11、第二壳体部分H12、第三壳体部分(端盖)H13以及安装于第二壳体部分H12的内部的隔板H14。第二壳体部分H12是用于电机的壳体和变速器的壳体的公共部分。电机EM收纳于由第二壳体部分H12和第三壳体部分H13包围的空间。变速器和差速器DM均收纳于由第二壳体部分H12和第一壳体部分H11包围的空间。隔板H14使得双离合器K0与行星齿轮机构和差速器DM分隔开。这样，整个两挡电桥驱动系统的壳体的结构得到了简化。
以上说明了根据本发明的第一实施方式的两挡电桥驱动系统的结构，以下将参照说明书附图说明根据本发明的第二实施方式的两挡电桥驱动系统的结构。
(根据本发明的第二实施方式的两挡电桥驱动系统的结构)
根据本发明的第二实施方式的两挡电桥驱动系统的基本结构与根据本发明的第一实施方式的两挡电桥驱动系统的基本结构大致相同，以下将仅说明两者之间的不同之处。
在本实施方式中，如图3所示，两挡电桥驱动系统的变速器还包括中间轴MS以及固定于中间轴MS的第一中间齿轮G3和第二中间齿轮G4。第一中间齿轮G3与行星轮架输出齿轮G1始终处于啮合状态，第二中间齿轮G4与差速器输入齿轮G2始终处于啮合状态。这样，通过该中间轴MS以及第一中间齿轮G3和第二中间齿轮G4能够进一步改变变速器中扭矩传递路径中的传动比。
这样，在本实施方式中，在双离合器K0处于正常工作的状态下，
当第一离合单元K11接合时，来自电机EM的扭矩的传递路径如下：电机EM→电机输出轴S0→第一离合单元K11→第一输入轴S1→太阳轮SU→行星轮PG→行星轮架P→行星轮架输出齿轮G1→第一中间齿轮G3→中间轴MS→第二中间齿轮G4→差速器输入齿轮G2→差速器DM；
当第二离合单元K12接合时，来自电机EM的扭矩的传递路径如下：电机EM→电机输出轴S0→第二离合单元K12→第二输入轴S2→行星轮架P→行星轮架输出齿轮G1→第一中间齿轮G3→中间轴MS→第二中间齿轮G4→差速器输入齿轮G2→差速器DM。
此外，本发明还提供了包括以上结构的两挡用电桥驱动系统的车辆，该车辆具有根据本发明的两挡用电桥驱动系统所能够实现的优点，而且根据本发明的两挡用电桥驱动系统的结构紧凑，有利于车辆的结构布局。
虽然在以上的具体实施方式中对本发明的技术方案进行了详细地阐述，但是还需要说明以下内容。
i.虽然在以上的具体实施方式中没有明确说明，但是应当理解，在以上的各实施方式中，电机EM除了向变速器输出用于驱动的扭矩之外，电机EM还能够接收来自变速器的扭矩(例如制动能量回收)以用于对电池进行充电。
ii.虽然在以上的具体实施方式中没有明确说明，但是应当理解，电机的电机输出轴S0以及变速器的第一输入轴S1、第二输入轴S2、中间轴MS和行星轮架P均由对应的轴承支撑。例如，由于第一输入轴S1穿过第二输入轴S2和行星轮架P两者，因此在第一输入轴S1与第二输入轴S2之间以及在第一输入轴S1与行星轮架P之间设置有轴承来支承该第一输入轴S1。
iii.通过采用上述技术方案，根据本发明的两挡电桥驱动系统的结构相对简单，尺寸较小。而且，根据本发明的两挡电桥驱动系统的性能明显优于一挡电桥驱动系统的性能，能够以紧凑的结构提供较大的传动比。

Claims (10)

1.一种两挡电桥驱动系统，其特征在于，所述两挡电桥驱动系统包括：
电机(EM)，所述电机(EM)具有电机输出轴(S0)；以及
变速器，所述变速器包括双离合器(K0)、第一输入轴(S1)、第二输入轴(S2)和行星齿轮机构，
其中，所述电机输出轴(S0)经由所述双离合器(K0)能够与所述第一输入轴(S1)和所述第二输入轴(S2)选择性地传动联接，所述行星齿轮机构包括一个太阳轮(SU)、多个行星轮(PG)、行星轮架(P)和齿圈(R)，所述太阳轮(SU)固定于所述第一输入轴(S1)并且与所述多个行星轮(PG)始终处于啮合状态，所述多个行星轮(PG)与所述齿圈(R)始终处于啮合状态且安装于所述行星轮架(P)，所述行星轮架(P)固定于所述第二输入轴(S2)并且用于向所述行星齿轮机构的外部传递扭矩，所述齿圈(R)固定于所述变速器的壳体。
2.根据权利要求1所述的两挡电桥驱动系统，其特征在于，所述第一输入轴(S1)、所述第二输入轴(S2)和所述行星齿轮机构均与所述电机输出轴(S0)以同轴的方式配置。
3.根据权利要求2所述的两挡电桥驱动系统，其特征在于，所述第一输入轴(S1)为实心轴，所述第二输入轴(S2)为空心轴，所述第一输入轴(S1)穿过所述第二输入轴(S2)和所述行星轮架(P)，并且在所述第一输入轴(S1)与所述第二输入轴(S2)之间以及在所述第一输入轴(S1)和所述行星轮架(P)之间均设置有用于支承所述第一输入轴(S1)的轴承。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的两挡电桥驱动系统，其特征在于，所述双离合器(K0)包括第一离合单元(K11)和第二离合单元(K12)，
当所述第一离合单元(K11)接合时，所述电机输出轴(S0)与所述第一输入轴(S1)实现传动联接；当所述第一离合单元(K11)分离时，所述电机输出轴(S0)与所述第一输入轴(S1)解除传动联接，并且
当所述第二离合单元(K12)接合时，所述电机输出轴(S0)与所述第二输入轴(S2)实现传动联接；当所述第二离合单元(K12)分离时，所述电机输出轴(S0)与所述第二输入轴(S2)解除传动联接。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的两挡电桥驱动系统，其特征在于，所述两挡电桥驱动系统还包括差速器(DM)和从所述差速器(DM)伸出的两根半轴，所述行星轮架(P)的行星轮架输出齿轮(G1)与所述差速器(DM)的差速器输入齿轮(G2)传动联接。
6.根据权利要求5所述的两挡电桥驱动系统，其特征在于，所述行星轮架输出齿轮(G1)与所述差速器输入齿轮(G2)彼此始终处于啮合状态，使得所述行星轮架输出齿轮(G1)与所述差速器输入齿轮(G2)实现直接传动联接。
7.根据权利要求5所述的两挡电桥驱动系统，其特征在于，所述变速器还包括至少一根中间轴(MS)和固定于所述中间轴(MS)的多个中间齿轮(G3、G4)，经由所述至少一根中间轴(MS)和所述多个中间齿轮(G3、G4)使得所述行星轮架输出齿轮(G1)与所述差速器输入齿轮(G2)实现间接传动联接。
8.根据权利要求5所述的两挡电桥驱动系统，其特征在于，所述差速器(DM)为锥齿轮差速器。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的两挡电桥驱动系统，其特征在于，所述两挡电桥驱动系统的壳体包括在所述电机输出轴(S0)的轴向上彼此可拆卸地连接的第一壳体部分(H11)、第二壳体部分(H12)和第三壳体部分(H13)，所述第二壳体部分(H12)的一部分用于构成所述电机(EM)的壳体，所述第二壳体部分(H12)的另一部分用于构成所述变速器的壳体。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1至9中任一项所述的两挡电桥驱动系统。
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