CN112977058A - 用于电动车辆的动力传动系 - Google Patents

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Abstract

一种用于电动车辆的动力传动系装置，包括：行星齿轮组，该行星齿轮组可包括三个旋转元件，其中第一旋转元件连接至第一轴并且第二旋转元件连接至第二轴；电动机；第一变速设备，配置为选择性地接合至电动机，以将电动机的动力直接或以降低的速度传递至第一轴；以及第二变速设备，配置为选择性地将电动机的动力传递至第一轴或第二轴。

Description

用于电动车辆的动力传动系
技术领域
本发明涉及一种安装至电动车辆的动力传动系。
背景技术
电动车辆是一种使用电动机的动力来提供车辆的驱动力的车辆，并且由于没有废气，因此电动车辆可能有助于改善大城市中的环境污染。
为了普及如上所述地电动车辆，需要改进各种技术，但是需要一种能够大幅度地提高在单次充电后到没电时的可驾驶距离的技术。
为了如上所述增加可驾驶距离，需要通过减小安装在电动车辆上的电动机的尺寸和容量，即使在提高燃料效率(每单位功率的行驶里程，km/kWh)的同时，也满足车辆所需的最大爬坡性能和最大速度性能。因此，为了上述目的安装了变速器。
由于上述原因，安装至电动车辆的变速器具有尽可能简单的构造，即使在具有高动力传递效率的情况下，也不会发生扭矩中断(在换挡时传递至驱动轮的扭矩被中断)以及换挡冲击。
在本发明背景技术部分中公开的信息仅用于加强对本发明总体背景的理解，而不应视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种用于电动车辆的动力传动系，通过提供多个传动比即使减小电动机的容量，该动力传动系也可以满足车辆所需的最大上坡性能和最高车速性能，通过以相对简单的构造和较小的重量实现高动力传递效率来提高车辆的燃油效率，并且减少或防止扭矩中断和换档冲击。
一种用于实现该目的的根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的动力传动系配置为包括行星齿轮组，包括三个旋转元件，其中第一旋转元件连接至第一轴并且第二旋转元件连接至第二轴；电动机；第一变速设备，配置为选择性地接合至电动机，以将电动机的动力直接或以降低的速度传递至第一轴；以及第二变速设备，配置为选择性地将电动机的动力传递至第一轴或第二轴。
行星齿轮组的第三旋转元件可以连接至第三轴，并且第三轴可以选择性地可连接至变速器壳体。
行星齿轮组的三个旋转元件中的任何两个都可以配置为彼此连接，使得行星齿轮组的所有旋转元件可以一体地旋转。
用于电动车辆的动力传动系装置可以包括：第三变速设备，配置为在将第三轴固定至变速器壳体的状态或将第三轴连接至第二轴的状态之间切换。
此外，本发明可以配置为包括动力分配设备，该动力分配设备配置为将电动机的动力传递至第一变速设备和第二变速设备中的全部或任何一个。
动力分配设备可以包括第一离合器和第二离合器，第一离合器和第二离合器配置为分别将电动机的旋转轴独立地连接至彼此同轴地安装的第四轴和第五轴或与其断开。
第四轴可以安装成与第一轴同轴，并且第一变速设备可以安装至第四轴。
第一齿轮可旋转地安装至第四轴，与第一齿轮外部啮合的第二齿轮可以以旋转受限制的方式安装至与第四轴平行的第六轴，第三齿轮可以以旋转受限制的方式安装至第六轴，与第三齿轮外部啮合的第四齿轮以旋转受限制的方式安装至第一轴，并且第一变速设备可以配置为包括套筒，该套筒用于选择性地将第一齿轮的离合器齿轮或第四齿轮的离合器齿轮连接到固定地连接至第一轴的轮毂。
第二变速设备可以以外齿轮的方式与第五轴连接并且安装至与第一轴平行的第七轴。
第五齿轮可以设置于第五轴上。
与第五齿轮啮合的第六齿轮可以设置于第七轴上。
可以设置第九齿轮和第十齿轮，第九齿轮和第十齿轮可旋转地安装至第七轴并分别与由第一轴限制旋转的第七齿轮和与由第二轴限制旋转的第八齿轮啮合，并且第二变速设备可以配置为包括套筒，该套筒用于选择性地将第九齿轮的离合器齿轮或第十齿轮的离合器齿轮连接到旋转受限于第七轴的轮毂。
此外，一种用于实现该目的的根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的动力传动系配置为包括行星齿轮组，行星齿轮组包括三个旋转元件，其中第一旋转元件连接至第一轴，第二旋转元件连接至第二轴以及第三旋转元件连接至第三轴；电动机；第一变速设备，配置为将电动机的动力直接或以降低的速度传递至第一轴；第二变速设备，配置为选择性地将电动机的动力传递至第一轴或第二轴；以及动力分配设备，配置为将电动机的动力传递至第一变速设备和第二变速设备中的全部或一个，并且行星齿轮组的三个旋转元件中的任意两个可以彼此连接，并且行星齿轮组的第三旋转元件可以固定地连接至变速器壳体。
本发明即使在通过提供多个传动比来减小电动机的容量的同时，也可以通过满足车辆所需的最大上坡性能和最高车速性能，通过以相对简单的构造和较小的重量实现高动力传递效率来提高车辆的燃料效率，并且减少或防止扭矩中断和换档冲击。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点在结合在本文中的附图中和共同用于解释本发明的特定原理的具体实施方式中将会显而易见或在其中得以更详细地阐明。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的动力传动系的各种示例性实施例的视图。
图2是概括由图1中的动力传动系实现的变速档位的操作模式表。
应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种特征的有所简化的表示。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由特定预期的应用和使用环境来确定。
在附图中，贯穿附图的多幅图形中，相同的附图标记表示本发明的相同或等效的部件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在下文予以说明。虽然将结合本发明的示例性实施例说明本发明，但是应当理解的是，本说明并非旨在将本发明限制于这些示例性实施例。而是，本发明旨在不仅涵盖本发明的这些示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替代形式、修改、等同物和其他实施例。
参照图1，根据本发明的示例性实施例的用于电动车辆的动力传动系的示例性实施例配置为包括行星齿轮组PG、电动机MG、第一变速设备SH1以及第二变速设备SH2。该行星齿轮组PG在三个旋转元件中具有连接至第一轴1A的第一旋转元件并且具有连接至第二轴2A的第二旋转元件。第一变速设备SH1安装成将电动机MG的动力直接或以降低的速度选择性地传递至第一轴1A。第二变速设备SH2设置为选择性地将电动机MG的动力传递至第一轴1A或第二轴2A。
行星齿轮组PG的第三旋转元件连接至第三轴3A，并且第三轴3A可选择性地连接至变速器壳体CS。
此外，行星齿轮组PG的三个旋转元件中的任何两个旋转元件彼此连接，使得行星齿轮组PG的所有旋转元件可以一体地旋转。
该示例性实施例包括第三变速设备SH3，该第三变速设备SH3可以对将第三轴3A固定至变速器壳体CS的状态以及将第三轴3A连接至第二轴2A的状态进行切换，从而可以一起执行将第三轴3A固定至变速器壳体CS的功能和通过将行星齿轮组PG的任何两个旋转元件彼此连接而使行星齿轮组PG一体化的功能。
此外，本发明的示例性实施例配置为包括动力分配设备，该动力分配设备配置为将电动机MG的动力传递到第一变速设备SH1和第二变速设备SH2中的全部或任何一个。
换言之，如果将第一轴1A作为从电动机MG接受动力的输入轴，将第二轴2A作为配置用于从电动机MG接受动力并同时输出动力的输出轴，则本发明使用该动力分配设备将电动机MG的动力分配给第一变速设备SH1和第二变速设备SH2，并通过行星齿轮组PG调节通过第一变速设备SH1输入到第一轴1A的电动机MG的动力，以及通过第二变速设备SH2输入到第一轴1A或第二轴2A的电动机MG的动力，以通过第二轴2A输出。
作为参考，第一轴1A、第二轴2A和第三轴3A均彼此同轴地安装为行星齿轮组PG的旋转元件的旋转轴，并且行星齿轮组PG的第一旋转元件可以由太阳齿轮S表示，第二旋转元件可以由行星架C表示，第三旋转元件可以由齿圈R表示。
动力分配设备包括第一离合器CL1和第二离合器CL2，第一离合器CL1和第二离合器CL2设置成分别将电动机MG的旋转轴RT分别连接至彼此同轴地安装的第四轴4A和第五轴5A或从其断开。
如图1所示，第一离合器CL1和第二离合器CL2可配置为包括单个组件的双离合器，并且如上所述，第一离合器CL1和第二离合器CL2可分别独立地将电动机MG的动力连接至第四轴4A和第五轴5A或从其断开，从而实现了将电动机MG的动力传递至第四轴4A或第五轴5A的状态，以及将电动机MG的动力同时传递至第四轴4A和第五轴5A的状态两者。
第四轴4A与第一轴1A同轴地安装，并且第一变速设备SH1安装至第四轴4A。
换言之，第一齿轮G1可旋转地安装至第四轴4A；与第一齿轮G1外部啮合的第二齿轮G2以旋转受到限制的方式安装至与第四轴4A平行的第六轴6A上；第三齿轮G3以旋转受到限制的方式安装至第六轴6A；与第三齿轮G3外部啮合的第四齿轮G4以旋转受到限制的方式安装至第一轴1A上；并且第一变速设备SH1配置为包括套筒10，该套筒10用于选择性地将第一齿轮G1的离合器齿轮20或第四齿轮G4的离合器齿轮30连接到旋转受限于第一轴1A的轮毂40。
因此，在第一离合器CL1被紧固并且电动机MG的动力被传递至第四轴4A的状态下，如果第一变速设备SH1的套筒啮合至第一齿轮G1的离合器齿轮，则电动机MG的动力通过第一齿轮G1、第二齿轮G2、第三齿轮G3和第四齿轮G4以降低的速度传递至第一轴1A，并且如果套筒啮合至第四齿轮G4的离合器齿轮，则电动机MG的动力直接从第四轴4A传递至第一轴1A。
第二变速设备SH2以外齿轮的方式连接至第五轴5A，并安装至与第一轴1A平行的第七轴7A。
换言之，第五齿轮G5设置在第五轴5A上；与第五齿轮G5啮合的第六齿轮G6设置在第七轴7A上；第九齿轮G9和第十齿轮G10可旋转地安装至第七轴7A，并且分别与由第一轴1A限制旋转的第七齿轮G7和与由第二轴2A限制旋转的第八齿轮G8啮合；并且第二变速设备SH2配置为包括套筒50，该套筒50用于选择性地将第九齿轮G9的离合器齿轮60或第十齿轮G10的离合器齿轮70连接到旋转受限于第七轴7A的轮毂80。
因此，在第二离合器CL2被紧固并且电动机MG的动力被传递至第七轴7A的状态下，如果第二变速设备SH2的套筒啮合至第九齿轮G9的离合器齿轮，则电动机MG的动力通过第九齿轮G9和第七齿轮G7传递至第一轴1A，并且如果套筒啮合至第十齿轮G10的离合器齿轮，则电动机MG的动力通过第十齿轮G10和第八齿轮G8传递至第二轴2A。
图2是操作模式表，其中，如上所述配置的根据本发明示例性实施例的用于电动车辆的动力传动系实现第一至第七挡的换挡挡位以及将参照图2描述根据本发明示例性实施例的动力传动系的换挡过程。
在操作模式表中的S1表示第一变速设备SH1的套筒与第一齿轮G1的离合器齿轮连接或断开，并且可以被视为用于实现第一和第五换挡挡位的离合器；S2表示第二变速设备SH2的套筒与第九齿轮G9的离合器齿轮连接或断开，并且可以被视为用于实现第二和第六换挡挡位的离合器；S3表示第一变速设备SH1的套筒与第四齿轮G4的离合器齿轮连接或断开，并且可以被视为用于实现第三和第七换挡挡位的离合器；以及S4表示第二变速设备SH2的套筒与第十齿轮G10的离合器齿轮连接或断开，并且可以被视为用于实现第四换挡挡位的离合器。
第三变速设备SH3通过将第三轴3A固定至变速器壳体CS，行星齿轮组PG将输入到第一轴1A的动力以降低的速度输出至第二轴2A来实现低状态，以及通过将第三轴3A与第二轴2A连接，行星齿轮组PG将输入至第一轴1A或第二轴2A的动力原样输出至第二轴2A来实现高状态。
在此，第三变速设备SH3在第一至第四挡位期间持续保持低状态，并且在第四挡位变为高状态之后，在其余的第五至第七挡位(即，高挡位)中持续保持高状态。
观察第一至第四换挡挡位，在第三变速设备SH3如上所述保持低状态的同时，在实现第一挡位时第一变速设备SH1的套筒啮合至第一齿轮G1的离合器齿轮，在实现第二挡位时，第二变速设备SH2的套筒啮合至第九齿轮G9的离合器齿轮，在实现第三挡位时，第一变速设备SH1的套筒啮合至第四齿轮G4的离合器齿轮，以及在实现第四挡位时，第二变速设备SH2的套筒啮合至第十齿轮G10的离合器齿轮。
换言之，在第一变速设备SH1布置为可以实现第一挡位和第三挡位并且第二变速设备SH2布置为可以实现第二挡位和第四挡位的状态下，第一离合器CL1和第二离合器CL2交替紧固，从而可以实现第一挡位至第四挡位。
通过在以第一变速设备SH1的第一挡位的行驶期间，在第二挡位与第二变速设备SH2接合之后，预先释放第一离合器CL1，同时紧固第二离合器CL2，实现所谓的“离合器至离合器”换挡，从而可以在不中断扭矩的情况下实现平稳换挡，并且其余第二挡位到第四挡位的换挡过程也以相同的原理执行。
在第四换挡挡位状态下，在从初始的第三换挡挡位换挡至第四换挡挡位的状态下，第三变速设备SH3处于低状态，但是第三变速设备SH3可以在第四挡位状态中预先切换为高状态，以换挡至第五挡位。
此时，由于来自电动机MG的动力通过第十齿轮G10和第八齿轮G8传递至第二轴2A并原样输出，因此第三变速设备SH3可以在不中断扭矩的情况下从低状态切换为高状态。
从第四换挡挡位到第七换挡挡位的换档过程也将第三变速设备SH3保持在高状态，在实现第五挡位的过程中，第一变速设备SH1的套筒与第一齿轮G1的离合器齿轮啮合；在实现第六挡位的过程中，第二变速设备SH2的套筒与第九齿轮G9的离合器齿轮啮合；并且在实现第七挡位的过程中，第一变速设备SH1的套筒与第四齿轮G4的离合器齿轮啮合。
当然，通过如上所述的齿轮啮合的状态下释放第一离合器CL1和第二离合器CL2中的任何一个，并同时耦合另一个离合器来实现实质换挡，并且在换挡期间不发生扭矩中断。
在本发明的示例性实施例中，作为最高挡位的第七挡位具有直接连接至第一轴1A的第四轴4A，并且行星齿轮组PG可以一体地旋转，使得电动机MG的动力变为与在不换挡的情况下直接连接到第二轴2A(即，输出轴)的状态相同的状态，从而在非常高的动力传递效率下使电动车辆的燃料效率最大化。
为了在所附权利要求中方便说明和准确定义，使用术语“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后方”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“内侧”、“外侧”、“向前”和“向后”等参照附图中所示的示例性实施例的特征的位置来描述这些特征。还将理解，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。
此外，术语“固定连接”表示固定连接的构件始终以相同的速度旋转。此外，术语“可选择性连接”表示“当可选择性连接的构件彼此不啮合时，可选择性连接的构件分别旋转；当可选择性连接的构件彼此啮合时，以相同的速度旋转，并且当可选择性连接的构件中的至少一个是静止构件并且其余的可选择性连接的构件啮合到静止构件时，可选择性连接的构件是静止的”。
出于说明和描述的目的，已经给出了本发明的特定示例性实施例的前述说明。该说明并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的确切形式，并且鉴于上述教导，显然多种修改和变形是可能的。选择和说明示例性实施例是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代形式和变型。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等效形式来限定。

Claims (19)

1.一种用于车辆的动力传动系装置，所述动力传动系装置包括：
行星齿轮组，具有包括第一旋转元件、第二旋转元件和第三旋转元件的三个旋转元件，其中，所述第一旋转元件连接至第一轴，所述第二旋转元件连接至第二轴；
电动机；
第一变速设备，配置为选择性地接合至所述电动机，以将所述电动机的动力直接或以降低的速度传递至所述第一轴；
第二变速设备，设置为选择性地将所述电动机的动力传递至所述第一轴或所述第二轴；以及
动力分配设备，设置为将所述电动机的动力传递至所述第一变速设备和所述第二变速设备中的全部或一个。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的动力传动系装置，
其中，所述行星齿轮组的所述第三旋转元件连接至第三轴，并且
其中，所述第三轴选择性地连接至变速器壳体。
3.根据权利要求2所述的用于车辆的动力传动系装置，
其中，所述行星齿轮组的所述三个旋转元件中的两个配置为彼此接合，使得所述行星齿轮组的三个旋转元件一体地旋转。
4.根据权利要求3所述的用于车辆的动力传动系装置，包括：
第三变速设备，配置为在将所述第三轴固定至所述变速器壳体的状态或将所述第三轴连接至所述第二轴的状态之间切换。
5.根据权利要求1所述的用于车辆的动力传动系装置，其中，所述动力分配设备包括：
第一离合器，配置为将所述电动机的旋转轴选择性地连接至第四轴；以及
第二离合器，配置为将所述电动机的旋转轴选择性地连接至与所述第四轴同轴安装的第五轴。
6.根据权利要求5所述的用于车辆的动力传动系装置，
其中，所述第四轴安装成与所述第一轴是同轴的，并且
其中，所述第一变速设备安装至所述第四轴。
7.根据权利要求6所述的用于车辆的动力传动系装置，
其中，第一齿轮旋转地安装至所述第四轴，
其中，与所述第一齿轮啮合的第二齿轮固定地连接至与所述第四轴平行的第六轴，
其中，第三齿轮固定地连接至所述第六轴，以及
其中，与所述第三齿轮啮合的第四齿轮固定地连接至所述第一轴。
8.根据权利要求7所述的用于车辆的动力传动系装置，其中，所述第一变速设备包括套筒，用于选择性地将所述第一齿轮的离合器齿轮或所述第四齿轮的离合器齿轮连接至固定地连接至所述第一轴的轮毂。
9.根据权利要求7所述的用于车辆的动力传动系装置，
其中，所述第二变速设备与所述第五轴接合并安装至与所述第一轴平行的第七轴。
10.根据权利要求9所述的用于车辆的动力传动系装置，
其中，第五齿轮固定地连接至所述第五轴，
其中，与所述第五齿轮啮合的第六齿轮固定地连接至所述第七轴，
其中，第九齿轮旋转地安装至所述第七轴，并与固定地连接至所述第一轴的第七齿轮啮合，以及
其中，第十齿轮旋转地安装至所述第七轴，并与固定地连接至所述第二轴的第八齿轮啮合。
11.根据权利要求10所述的用于车辆的动力传动系装置，
其中，所述第二变速设备包括套筒，用于选择性地将所述第九齿轮的离合器齿轮或所述第十齿轮的离合器齿轮连接至固定地连接至所述第七轴的轮毂。
12.根据权利要求1所述的用于车辆的动力传动系装置，
其中，所述第一旋转元件是太阳齿轮，所述第二旋转元件是行星架，以及所述第三旋转元件是齿圈。
13.一种用于车辆的动力传动系装置，所述动力传动系装置包括：
行星齿轮组，具有三个旋转元件的，所述三个旋转元件包括连接至第一轴的第一旋转元件、连接至第二轴的第二旋转元件以及连接至第三轴的第三旋转元件；
电动机；
第一变速设备，配置为将所述电动机的动力直接或以降低的速度传递至所述第一轴；
第二变速设备，设置为选择性地将所述电动机的动力传递至所述第一轴或所述第二轴；以及
动力分配设备，设置为将所述电动机的动力传递至第一变速设备和所述第二变速设备中的全部或一个，
其中，所述行星齿轮组的所述三个旋转元件中的两个彼此接合，并且所述行星齿轮组的所述第三旋转元件固定地连接至变速器壳体。
14.根据权利要求13所述的用于车辆的动力传动系装置，其中，所述动力传动系装置包括：
第一离合器，配置为选择性地将所述电动机接合至所述第一变速设备；以及
第二离合器，配置为选择性地将所述电动机接合至所述第二变速设备。
15.根据权利要求13所述的用于车辆的动力传动系装置，包括：
第三变速设备，配置为在将所述第三轴固定至所述变速器壳体的状态或将所述第三轴连接至所述第二轴的状态之间切换。
16.根据权利要求14所述的用于车辆的动力传动系装置，
其中，所述第一旋转元件是太阳齿轮，所述第二旋转元件是行星架，以及所述第三旋转元件是齿圈。
17.一种用于车辆的动力传动系装置，所述动力传动系装置包括：
行星齿轮组，具有连接至第一轴的太阳齿轮和连接至第二轴的行星架；
电动机；
第一变速设备，配置为选择性地接合至所述电动机，以将所述电动机的动力直接或以降低的速度传递至所述第一轴；
第二变速设备，设置为选择性地将所述电动机的动力传递至所述第一轴或所述第二轴；以及
动力分配设备，设置为将所述电动机的动力传递至所述第一变速设备和所述第二变速设备中的全部或一个。
18.根据权利要求17所述的用于车辆的动力传动系装置，其中，所述动力分配设备包括：
第一离合器，配置为选择性地将所述电动机接合至所述第一变速设备；以及
第二离合器，配置为选择性地将所述电动机接合至所述第二变速设备。
19.根据权利要求17所述的用于车辆的动力传动系装置，包括：
第三变速设备，配置为在将第三轴固定至所述变速器壳体的状态或将第三轴连接至所述第二轴的状态之间切换，其中，所述第三轴连接至与所述行星架啮合的齿圈。
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