CN114670619A - 一种多档变速电驱桥及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于新能源车辆的多档变速系统电驱桥，包括驱动组件、动力耦合齿轮、第一齿轮传动组件、差速器、第一半轴与第二半轴，所述驱动组件用于驱动所述差速器，所述驱动组件包括第一电机以及与所述第一电机传动连接的第一变速机构。本发明所述的一种用于新能源车辆的多档变速系统电驱桥，通过耦合齿轮机构将车桥桥壳前后的两个传动模块有效地结合，组成多档位的齿轮传动系统，实现多种动力流传递模式，和电机相配合，可使电动商用车辆获得最优化的车速、牵引力以及效率平衡，最大限度地满足车辆轻载、重载，平路运行、坡道运行等各种工况对牵引力、速度及效率的要求，降低能耗、增加效益。

Description

一种多档变速电驱桥及电动汽车
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种多档变速电驱桥及电动汽车。
背景技术
新能源车辆的多档变速系统电驱桥是一种汽车变速系统，变速系统是电驱桥的重要组成部分，变速系统主要任务是通过啮合齿轮传动，将来自驱动电机或其它设备的动力，通过齿轮啮合等机构，实现减速增扭或直驱的动力输出，从而驱动车辆或其它运输机械的运动和作业，使得车辆获得一定的速度，又能提供足够的牵引力，又有较高的效率，随着科技的不断发展，人们对于新能源车辆的多档变速系统电驱桥的制造工艺要求也越来越高。
现有的新能源车辆的多档变速系统电驱桥在使用时存在一定的弊端，现在市场上大多数电驱桥变速系统都是单一速比，只能提供单一动力流模式，不能同时兼顾速度和牵引力，只有一个速比，只能有一个动力流，速比设定小一些，可获得要求的车速，但是爬坡的牵引力将不足；设置较大的速比，则导致车速较低，影响效率，而市场上现有的一些电驱桥配置两档变速系统，虽然能够提供两种动力流模式，但是对于路面条件多变、载荷多变的长途牵引车辆，只能满足一部分工况的高效率需求，还会出现许多工况下，不能兼顾车速、牵引力以及高效率，给人们的使用过程带来了一定的不利影响，为此，我们提出一种用于新能源车辆的多档变速系统电驱桥。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种多档变速电驱桥及电动汽车，变速系统创新的结构设计布局，通过耦合齿轮机构，将车桥桥壳前后的两个传动模块有效地结合，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多档变速电驱桥，包括驱动组件、动力耦合齿轮、第一齿轮传动组件、差速器、第一半轴与第二半轴，所述驱动组件用于驱动所述差速器，所述驱动组件包括第一电机以及与所述第一电机传动连接的第一变速机构，所述动力耦合齿轮设在第一半轴或第二半轴上，所述第一变速机构通过所述动力耦合齿轮与所述第一齿轮传动组件传动连接，所述第一齿轮传动组件与所述差速器传动连接，所述第一齿轮传动组件包括第二变速机构。
作为本申请一种优选的技术方案，所述第一变速机构、第二变速机构均包括行星齿轮机构或多个第一齿轮副。
作为本申请一种优选的技术方案，所述驱动组件包括滑套换档机构，所述滑套换档机构的滑动套设在所述驱动组件的输出轴上，所述第一变速机构为行星齿轮机构；
当所述电驱桥处在低速模式，所述第一滑套换档机构与所述行星齿轮机构的行星架传动连接；
当所述电驱桥处在高速模式，所述第一滑套换档机构与所述行星齿轮机构的中心轴传动连接。
作为本申请一种优选的技术方案，所述第一齿轮传动组件包括第一中间轴与第一传动轴，所述第二变速机构包括两个第一齿轮副，每个所述第一齿轮副的两个齿轮分别设在所述第一中间轴与第一传动轴上；
所述第二变速机构包括第二滑套换档机构，所述第二滑套换档机构的滑动套设在所述第一传动轴上，所述第二滑套换档机构用于与两个所述第一齿轮副中的一个传动连接；
所述差速器上至少一个半轴设置第二齿轮副，所述第一中间轴通过第二齿轮副与所述差速器传动连接。
作为本申请一种优选的技术方案，所述驱动组件还包括第二中间轴和设在所述第二中间轴上的第二齿轮，所述驱动组件输出轴上设有第一齿轮，所述第二齿轮分别与所述第一齿轮和所述动力耦合齿轮啮合，所述第一中间轴设有第三齿轮，所述第一传动轴上设有与所述第三齿轮啮合的第四齿轮，所述第三齿轮还与所述动力耦合齿轮啮合。
作为本申请一种优选的技术方案，所述驱动组件和所述第一齿轮传动组件分别设在所述动力耦合齿轮的相对侧。
作为本申请一种优选的技术方案，所述驱动组件包括第一电机与第二电机，所述第一电机与所述第一变速机构传动连接，所述第二电机与所述驱动组件输出轴传动连接。
作为本申请一种优选的技术方案，所述电驱桥还包括与所述第一滑套换档机构和第二滑套换档机构电连接的换挡控制单元，所述换挡控制单元用于在所述低速模式，控制所述第一滑套换档机构的滑套与所述行星齿轮机构的行星架传动连接，在所述高速模式，控制所述第一滑套换档机构的滑套与所述行星齿轮机构的中心轴传动连接，所述换挡控制单元还用于控制所述第二滑套换档机构的滑套与两个所述第一齿轮副中的一个传动连接。
作为本申请一种优选的技术方案，包括上述任一项所述的多档变速电驱桥均适用于电动汽车。
与现有技术相比，本发明提供了一种多档变速电驱桥及电动汽车，具备以下有益效果：该多档变速电驱桥及电动汽车，可使电动汽车获得最优化的车速、牵引力以及效率平衡，最大限度地满足车辆轻载、重载，平路运行、坡道运行等各种工况对牵引力、速度及效率的要求，降低能耗、增加效益。
附图说明
图1为本发明一种多档变速电驱桥的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中的多档变速电驱桥中I档动力传递路线的结构示意图；
图3为本发明实施例中的多档变速电驱桥中II档动力传递路线的结构示意图；
图4为本发明实施例中的多档变速电驱桥中III档动力传递路线的结构示意图；
图5为本发明实施例中的多档变速电驱桥中IV档动力传递路线的结构示意图；
图6为本发明实施例中的多档变速电驱桥中第一滑套换档机构的结构示意图。
图7为本发明本发明实施例中的多档变速电驱桥中第二滑套换档机构的结构示意图。
附图标记说明：1、驱动组件；2、动力耦合齿轮；3、第一齿轮传动组件；4、差速器；5、第一半轴；6、第二半轴；7、第一电机；8、第一变速机构；9、第二变速机构；10、行星齿轮机构；11、第一齿轮副；12、第一滑套换档机构；13、驱动组件输出轴；14、第一中间轴；15、第一传动轴；16、第二滑套换档机构；17、第二齿轮副；18、第二中间轴；19、第二齿轮；20、第一齿轮；21、第三齿轮；22、第四齿轮；23、第二电机；24、换挡拔叉；25、滑套。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-7所示，一种多档变速电驱桥，包括驱动组件1、动力耦合齿轮2、第一齿轮传动组件3、差速器4、第一半轴5与第二半轴6，驱动组件1用于驱动差速器4，驱动组件1包括第一电机7以及与第一电机7传动连接的第一变速机构8，动力耦合齿轮2设在第一半轴5或第二半轴6上，本实施例中，动力耦合齿轮2设在第二半轴6上，第一变速机构8通过动力耦合齿轮2与第一齿轮传动组件3传动连接，第一齿轮传动组件3与差速器4传动连接，第一齿轮传动组件3包括第二变速机构9。
驱动组件1驱动差速器4的位置，并在内部设置电机以及变速机构，差速器4上至少一个半轴设置动力耦合齿轮2，通过动力耦合齿轮2与传动组件进行连接，带动传动驱动，且在传动组件同样设置变速机构，变速系统创新的结构设计布局，通过耦合齿轮机构，将车桥桥壳前后的两个传动模块有效地结合，组成多档位的齿轮传动系统，实现多种动力流传递模式，和电机相配合，应用于商用车电驱桥总成。
具体到该实施例中，第一变速机构8、第二变速机构9均包括行星齿轮机构10或两个第一齿轮副11，驱动组件1包括滑套换档机构，滑套换档机构的滑动套设在所述驱动组件的输出轴13上，第一变速机构8为行星齿轮机构10，当电驱桥处在低速模式，第一滑套换档机构12与行星齿轮机构10的行星架传动连接，当电驱桥处在高速模式，第一滑套换档机构12与行星齿轮机构10的中心轴传动连接。
传动组件、齿轮副和行星齿轮机构10相结合的结构设计布局，可以放大速比范围，实现高速低扭电机驱动方案，以减轻重量，降低硬件成本，将两端变速机构分布布置在车桥壳体前后两侧，使得车桥桥壳两侧重量比较均衡，承载体受力得到改善。
进一步的，第一齿轮传动组件3包括第一中间轴14与第一传动轴15，第二变速机构9包括两个第一齿轮副11，每个第一齿轮副11的两个齿轮分别设在第一中间轴14与第一传动轴15上，第二变速机构9包括第二滑套换档机构16，第二滑套换档机构16的滑动套设在第一传动轴15上，第二滑套换档机构16用于与两个第一齿轮副11中的一个传动连接，差速器4上至少一个半轴设置第二齿轮副17，第一中间轴14通过第二齿轮副17与差速器4传动连接，驱动组件1还包括第二中间轴18和设在第二中间轴18上的第二齿轮19，驱动组件输出轴13上设有第一齿轮20，第二齿轮19分别与第一齿轮20和动力耦合齿轮2啮合，第一中间轴14设有第三齿轮21，第一传动轴15上设有与第三齿轮21啮合的第四齿轮22，第三齿轮21还与动力耦合齿轮2啮合，驱动组件1和第一齿轮传动组件3分别设在动力耦合齿轮2的相对侧，驱动组件1包括第一电机7与第二电机23，第一电机7与第一变速机构8传动连接，第二电机23与驱动组件输出轴13传动连接。
组成多档位的齿轮传动系统，实现多种动力流传递模式，和电机相配合，应用于商用车电驱桥总成，可使电动商用车辆获得最优化的车速、牵引力以及效率平衡，最大限度地满足车辆轻载、重载，平路运行、坡道运行等各种工况对牵引力、速度及效率的要求，降低能耗、增加效益。
进一步的，电驱桥还包括与第一滑套换档机构12和第二滑套换档机构16电连接的换挡控制单元，换挡控制单元用于在低速模式，控制第一滑套换档机构12的滑套与行星齿轮机构10的行星架传动连接，在高速模式，控制第一滑套换档机构12的滑套与行星齿轮机构10的中心轴传动连接，换挡控制单元还用于控制第二滑套换档机构16的滑套与两个第一齿轮副11中的一个传动连接。
进一步的，包括上述任一项的变速电驱桥均适用于新能源车辆。
实施例：
如图1-7所示，包括驱动组件1、动力耦合齿轮2、第一齿轮传动组件3、差速器4、第一半轴5与第二半轴6，驱动组件1用于驱动差速器4，驱动组件1包括第一电机7以及与第一电机7传动连接的第一变速机构8，动力耦合齿轮2设在第一半轴5或第二半轴6上，本实施例中，动力耦合齿轮2设在第二半轴6上，第一变速机构8通过动力耦合齿轮2与第一齿轮传动组件3传动连接，第一齿轮传动组件3与差速器4传动连接，第一齿轮传动组件3包括第二变速机构9，第一变速机构8、第二变速机构9均包括行星齿轮机构10或多个第一齿轮副11，驱动组件1包括滑套换档机构，滑套换档机构的滑动套设在驱动组件的输出轴13上，第一变速机构8为行星齿轮机构10，电驱桥还包括与滑套换档机构电连接的换挡控制单元，换挡控制单元还用于控制第二滑套换档机构16的滑套与两个第一齿轮副11中的一个传动连接。
1.如图2-3所示，当电驱桥处在低速模式时，第一滑套换档机构12与行星齿轮机构10的行星架传动连接，换挡控制单元用于在低速模式，控制第一滑套换档机构12的滑套与行星齿轮机构10的行星架传动连接；减速增扭输入，形成低速档位，组成I档和II档，
2.如图4-5所示，当电驱桥处在高速模式时，第一滑套换档机构12与行星齿轮机构10的中心轴传动连接，在高速模式，控制第一滑套换档机构12的滑套与行星齿轮机构10的中心轴传动连接，形成高速档位，形成III档和IV档；换档器与换档拨叉连接，采用换挡器驱动换档拨叉运动，带动第一滑套换档机构12在不同档位之间切换。
实现2X2的四档传动系统，使得电驱桥可以实现多种动力输出模式。
商用车的货物装载量变化范围宽广，运输里程长短不一，运输路况多样，对车速、牵引力的需求也就多种多样的同时，也要求高的运行效率，以节能增效。多档变速电驱桥及电动汽车的设计尽量在空间布置、性能需求方面满足商用车多样化的运行工况要求，比如爬坡时需要大的牵引力，能够提供足够的牵引力；比如需要减少运输时间时，能够获得需求的车速，提高运输效率；同时，在各种工况下，尽最大可能提高运行效率。这就需要电驱桥及其变速系统的结构设置简洁合理、档位数的设置合适、速比的选取要充分合理，以应对不同运输工况对牵引力和车速的要求，同时高效运行，以减少能量消耗。
如图6所示的滑套式换档机构的一种示例性结构示意图；滑套式换档机构包括滑套25，滑套25通过花键套设在齿轮上，换档拨叉的一端与滑套25连接，使滑套25在驱动组件输出轴13的接合齿和行星齿轮机构10的行星架的接合齿之间滑动。滑套25的外部表面设有外齿，内部表面设有内齿；行星齿轮机构10的内表面设有内齿，驱动组件输出轴13外表面上设有外齿，当滑套25滑动到需要传动的位置时，滑套25的外齿或内齿可以与行星齿轮机构10或驱动组件输出轴13接合齿啮合进行动力传动。
可选的，参见图7所示的滑套式换档机构的一种示例性结构示意图；第二滑套换档机构16包括滑套25，滑套25通过花键套设在轴上，使滑套25在齿轮的接合齿和齿轮的接合齿之间滑动，滑套25的外部表面设有外齿，齿轮和齿轮的内表面设有内齿；当滑套25滑动到需要传动的位置时，滑套25的外齿可以与齿轮或齿轮的接合齿啮合进行动力传动。
为满足行程和驻车制动的功能，车桥桥壳还应具有安装制动器、制动气室、安装支架以及ABS传感器组件的结构及接口；
为满足承载的功能，电驱桥需要与车架连接，电驱桥桥壳应具有车辆悬架系统安装结构和接口。
由上可知，本公开的多档变速系统电驱桥的变速系统采用2X2＝4的四档设计，三个传动模块形成动力耦合，传动动力，各模块可以相互独立，也可以高度集成。四档变速传动设置，最大可能地优化满足电动商用车电驱桥对速比、动力流模式的需求，最大限度地满足商用车对牵引力、车速、运行高效率的均衡需求，尤其有利于对长途牵引车辆。
在本公开的一个实施方式中，输入动力可以是为永磁同步电机或开关磁阻电机。
需要说明的是，本公开的多档变速系统可以应用在商用车电驱桥总成，也可以应用在其他与电动商用车功能类似的运输车辆的电驱桥。
综上，本公开的多档变速系统电驱桥可以根据不同的车辆、不同的工况和载荷，可以选择设置不同的具体速比，以实现车辆最优化的功率、扭矩传递，满足车辆对牵引力、速度及效率的要求，实现最低的车辆能量消耗要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种多档变速电驱桥，其特征在于：包括驱动组件(1)、动力耦合齿轮(2)、第一齿轮传动组件(3)、差速器(4)、第一半轴(5)与第二半轴(6)，所述驱动组件(1)用于驱动所述差速器(4)，所述驱动组件(1)包括第一电机(7)以及与所述第一电机(7)传动连接的第一变速机构(8)，所述动力耦合齿轮(2)套设在第一半轴(5)或第二半轴(6)上，所述第一变速机构(8)通过所述动力耦合齿轮(2)与所述第一齿轮传动组件(3)传动连接，所述第一齿轮传动组件(3)与所述差速器(4)传动连接，所述第一齿轮传动组件(3)包括第二变速机构(9)。
2.根据权利要求1所述的多档变速电驱桥，其特征在于：所述第一变速机构(8)、第二变速机构(9)均包括行星齿轮机构(10)或多个第一齿轮副(11)。
3.根据权利要求1所述的多档变速电驱桥，其特征在于：所述驱动组件(1)包括第一滑套换档机构(12)，所述第一滑套换档机构(12)的滑动套设在所述驱动组件的输出轴(13)上，所述第一变速机构(8)为行星齿轮机构(10)；
当所述电驱桥处在低速模式，所述第一滑套换档机构(12)与所述行星齿轮机构(10)的行星架传动连接；
当所述电驱桥处在高速模式，所述第一滑套换档机构(12)与所述行星齿轮机构(10)的中心轴传动连接。
4.根据权利要求1所述的多档变速电驱桥，其特征在于：所述第一齿轮传动组件(3)包括第一中间轴(14)与第一传动轴(15)，所述第二变速机构(9)包括两个第一齿轮副(11)，每个所述第一齿轮副(11)的两个齿轮分别设在所述第一中间轴(14)与第一传动轴(15)上；
所述第二变速机构(9)包括第二滑套换档机构(16)，所述第二滑套换档机构(16)的滑动套设在所述第一传动轴(15)上，所述第二滑套换档机构(16)用于与两个所述第一齿轮副(11)中的一个传动连接；
所述差速器(4)上至少一个半轴设置第二齿轮副(17)，所述第一中间轴(14)通过第二齿轮副(17)与所述差速器(4)传动连接。
5.根据权利要求4所述的多档变速电驱桥，其特征在于：所述驱动组件(1)还包括第二中间轴(18)和设在所述第二中间轴(18)上的第二齿轮(19)，所述驱动组件(1)的输出轴(13)上设有第一齿轮(20)，所述第二齿轮(19)分别与所述第一齿轮(20)和所述动力耦合齿轮(2)啮合，所述第一中间轴(14)设有第三齿轮(21)，所述第一传动轴(15)上设有与所述第三齿轮(21)啮合的第四齿轮(22)，所述第三齿轮(21)还与所述动力耦合齿轮(2)啮合。
6.根据权利要求1所述的多档变速电驱桥，其特征在于：所述驱动组件(1)和所述第一齿轮传动组件(3)分别设在所述动力耦合齿轮(2)的相对侧。
7.根据权利要求1所述的多档变速电驱桥，其特征在于：所述驱动组件(1)包括第一电机(7)与第二电机(23)，所述第一电机(7)与所述第一变速机构(8)传动连接，所述第二电机(23)与所述驱动组件输出轴(13)传动连接。
8.根据权利要求3所述的多档变速电驱桥，其特征在于：所述电驱桥还包括与滑套换档机构电连接的换挡控制单元，所述换挡控制单元用于在所述低速模式，控制所述第一滑套换档机构(12)的滑套与所述行星齿轮机构(10)的行星架传动连接，在所述高速模式，控制所述第一滑套换档机构(12)的滑套与所述行星齿轮机构(10)的中心轴传动连接，所述换挡控制单元还用于控制所述第二滑套换档机构(16)的滑套与两个所述第一齿轮副(11)中的一个传动连接。
9.一种电动汽车，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的多档变速电驱桥。
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