CN114801720A - 多挡位电机偏置电驱桥及车辆 - Google Patents

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CN114801720A CN202210629586.2A CN202210629586A CN114801720A CN 114801720 A CN114801720 A CN 114801720A CN 202210629586 A CN202210629586 A CN 202210629586A CN 114801720 A CN114801720 A CN 114801720A
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王毅
李永坚
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Abstract

本发明涉及电驱桥技术领域，尤其涉及一种多挡位电机偏置电驱桥及车辆。本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥，包括一对输出半轴、差速器、中间轴传动机构、第一换挡机构、第二换挡机构以及电机；其中，所述一对输出半轴同轴设置，所述差速器设置于所述一对输出半轴之间、并且所述差速器的动力输出部与所述一对输出半轴连接。本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥及车辆，其能够实现多个挡位，且通过较小的扭矩电机即可实现大扭矩输出，能够有效降低电驱桥的成本。

Description

多挡位电机偏置电驱桥及车辆
技术领域
本发明涉及电驱桥技术领域，尤其涉及一种多挡位电机偏置电驱桥及车辆。
背景技术
电驱桥系统，即电机驱动车桥系统，电驱桥系统包括设置在车辆的车桥上的电机、齿轮传动装置、换挡装置和输出轴。
随着中型及重型商用车电动化的快速发展，匹配电驱桥系统成为主流。相关技术中，由于重型商用车轮边牵引力需求大，现有技术中通过采用较大扭矩的电机满足轮边大牵引力的需求，进而导致电机成本较高。
因此，如何解决现有技术中电驱桥成本高的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明提供一种多挡位电机偏置电驱桥及车辆，其能够实现多个挡位，且通过较小的扭矩电机即可实现大扭矩输出，能够有效降低电驱桥的成本。
本发明的第一方面提供一种多挡位电机偏置电驱桥，包括一对输出半轴、差速器、中间轴传动机构、第一换挡机构、第二换挡机构以及电机；其中，所述一对输出半轴同轴设置，所述差速器设置于所述一对输出半轴之间、并且所述差速器的动力输出部与所述一对输出半轴连接；
所述中间轴传动机构包括：中间轴以及设置于所述中间轴上的第一齿轮、第二齿轮、以及第四齿轮；
其中一个所述输出半轴上空套有中转轴、第五齿轮、第六齿轮；另一个所述输出半轴上空套有第八齿轮；所述第八齿轮与所述差速器的动力输入部相连接，且与所述第四齿轮相啮合；所述第五齿轮与所述第一齿轮相啮合，所述第六齿轮与所述第二齿轮相啮合；
所述电机与所述中转轴传动连接；
所述第一换挡机构能够在第一位置、第二位置和第三位置之间切换，在所述第一位置，所述中转轴与所述第五齿轮耦合连接，在所述第二位置，所述中转轴与所述第六齿轮耦合连接，在所述第三位置，所述中转轴与所述第五齿轮、所述第六齿轮均相脱离；
所述第二换挡机构能够在第五位置和第六位置之间切换，在所述第五位置，所述中转轴与所述差速器的动力输入部耦合连接，在所述第六位置，所述中转轴与所述差速器的动力输入部相脱离。
根据本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥，所述中间轴上还设置有第三齿轮，所述输出半轴上还空套有第七齿轮，所述第二换挡机构能够在第四位置、第五位置和第六位置之间切换，在所述第四位置，所述中转轴与所述第七齿轮耦合连接，在所述第六位置，所述中转轴与所述第七齿轮、所述差速器的动力输入部均相脱离。
根据本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥，所述中间轴传动机构设置为一对，且对称分布在所述一对输出半轴的两侧位置。
根据本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥，所述电机偏置于所述输出半轴的一侧，并且所述电机的动力输出轴与所述中转轴通过齿轮传动连接。
根据本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥，所述电机设置为一对，且对称分布在所述输出半轴的两侧位置，一对所述电机与所述中转轴都通过齿轮传动连接。
根据本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥，所述中转轴上设置有第一轮齿结构，所述第一轮齿结构设置在所述第五齿轮和所述第六齿轮之间，所述第一换挡机构可选择地将所述第一轮齿结构与所述第五齿轮和所述第六齿轮二者之一耦合连接。
根据本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥，所述中转轴上还设置有第二轮齿结构，所述第二轮齿结构设置在所述第七齿轮和所述差速器的动力输入部之间，所述第二换挡机构可选择地将所述第二轮齿结构与所述第七齿轮和所述差速器的动力输入部二者之一耦合连接。
根据本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥，所述第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮均空套在所述中转轴上。
根据本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥，所述电机的动力输出轴通过一级齿轮传动与所述中转轴传动连接。
根据本发明提供的多挡位电机偏置电驱桥，所述电机的动力输出轴通过二级齿轮传动与所述中转轴传动连接。
本发明的第二方面提供一种车辆，设置有车桥，所述车桥设置为如上任一项所述的多挡位电机偏置电驱桥。
通过本发明提供的技术方案，多挡位电机偏置电驱桥能够实现三挡传动模式，进而，能够实现高速和大扭矩传递，三挡传动模式的动力传动路线分别如下：
第一挡位(第一换挡机构处于第一位置，第二换挡机构处于第六位置)：电机→中转轴→第一换挡机构→第五齿轮→第一齿轮→中间轴→第四齿轮→第八齿轮→差速器→输出半轴；
第二挡位(第一换挡机构处于第二位置，第二换挡机构处于第六位置)：电机→中转轴→第一换挡机构→第六齿轮→第二齿轮→中间轴→第四齿轮→第八齿轮→差速器→输出半轴；
第三挡位(第一换挡机构处于第三位置，第二换挡机构处于第五位置)：电机→中转轴→第二换挡机构→差速器→输出半轴。
其中，该方案中，第三挡位提供最短的机械传输路径，机械效率高，适用于全速范围低载荷驱动。本发明提供的技术方案，能够实现电驱桥的多挡位切换，能够实现低速大扭矩到全速低扭矩的动力输出，进而通过扭矩较小的电机也可实现大扭矩输出，相对于现有技术中采用大扭矩电机，能够有效降低成本。
在进一步方案中，电驱桥还能够实现四挡传动模式，进而，能够实现高速和大扭矩传递，四挡传动模式的动力传动路线分别如下：
第一挡位(第一换挡机构处于第一位置，第二换挡机构处于第六位置)：电机→中转轴→第一换挡机构→第五齿轮→第一齿轮→中间轴→第四齿轮→第八齿轮→差速器→输出半轴；
第二挡位(第一换挡机构处于第二位置，第二换挡机构处于第六位置)：电机→中转轴→第一换挡机构→第六齿轮→第二齿轮→中间轴→第四齿轮→第八齿轮→差速器→输出半轴；
第三挡位(第一换挡机构处于第三位置，第二换挡机构处于第四位置)：电机→中转轴→第二换挡机构→第七齿轮→第三齿轮→中间轴→第四齿轮→第八齿轮→差速器→输出半轴；
第四挡位(第一换挡机构处于第三位置，第二换挡机构处于第五位置)：电机→中转轴→第二换挡机构→差速器→输出半轴。
其中，第四挡位提供最短的机械传输路径，机械效率高，适用于全速范围低载荷驱动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一种实施例中单电机三挡电驱桥示意图；
图2是本发明第二种实施例中单电机三挡电驱桥示意图；
图3是本发明第三种实施例中双电机三挡电驱桥示意图；
图4是本发明第四种实施例中双电机三挡电驱桥示意图；
图5是本发明第五种实施例中单电机四挡电驱桥示意图；
图6是本发明第六种实施例中单电机四挡电驱桥示意图；
图7是本发明第七种实施例中双电机四挡电驱桥示意图；
图8是本发明第八种实施例中双电机四挡电驱桥示意图。
附图标记：
11：第十二齿轮；20：传动轴；21：第十齿轮；22：第十一齿轮；30：中转轴；31：第五齿轮；31a：第九齿轮；32：第六齿轮；33：第七齿轮；40：中间轴；41：第一齿轮；42：第二齿轮；43：第三齿轮；44：第四齿轮；50：输出半轴；51：第八齿轮；52：差速器；K1：第一换挡机构；K2：第二换挡机构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应当理解，电驱桥是一种将电机、齿轮传动系、换挡机构集成在车桥上的电驱动装置。其不同于现有技术中油车和混动车的动力结构，电驱桥的动力结构与车桥集成在一起，具有更高的传动效率，而且电驱桥的布置方式，具有较高的集成度，能够有效节省出空间，方便车辆动力电池的布置。
现有技术中，电驱桥的电机与车桥的输出轴同轴设置，用于电机与车桥输出轴之间传动的齿轮传动系大多集中在车桥壳体的同一侧分布。
此外，现有技术中的电驱桥通常只设置为两个挡位，扭矩输出范围较窄。为了适应中型及重型商用车的大扭矩需求，现有技术中的电驱桥设置了大扭矩电机，并且通常在轮边设置行星齿轮减速机构，电驱桥的输出轴通过行星齿轮减速机构驱动车轮，能够进一步提高扭矩输出。然而，大扭矩电机的成本较高，而且设置轮边行星齿轮减速机构，增加了传动机构的复杂性，行星齿轮减速机构的机构复杂，重量较大，成本较高。
下面结合图1至图8描述本发明的实施例中提供的一种多挡位电机偏置电驱桥和车辆。
本发明实施例中提供的多挡位电机偏置电驱桥，包括一对输出半轴50、差速器52、中间轴传动机构、第一换挡机构K1、第二换挡机构K2以及电机MG。
本实施例中，一对输出半轴50、差速器52、中间轴传动机构、第一换挡机构K1、第二换挡机构K2都集成在车桥壳体内部。并且，一对输出半轴50同轴设置，差速器52设置于一对输出半轴50之间，差速器52的动力输出部与输出半轴50连接。
在其中一种实施例中，电驱桥能够实现三挡模式，具体请参考图1至图4，中间轴传动机构包括：中间轴40以及设置于中间轴40上的第一齿轮41、第二齿轮42以及第四齿轮44。
其中一个输出半轴50上空套有中转轴30、第五齿轮31、第六齿轮32，另一个输出半轴50上空套有第八齿轮51。
第八齿轮51与差速器52的动力输入部相连接，且与第四齿轮44相啮合；第五齿轮31与第一齿轮41相啮合，第六齿轮32与第二齿轮42相啮合。电机MG与中转轴30传动连接。
第一换挡机构K1能够在第一位置、第二位置和第三位置之间切换，在第一位置，中转轴30与第五齿轮31耦合连接，在第二位置，中转轴30与第六齿轮32耦合连接，在第三位置，中转轴30与第五齿轮31、第六齿轮32均相脱离。
第二换挡机构K2能够在第五位置和第六位置之间切换，在第五位置，中转轴30与差速器52的动力输入部耦合连接，在第六位置，中转轴30与差速器52的动力输入部相脱离。
通过本实施例提供的技术方案，多挡位电机偏置电驱桥能够实现三挡传动模式，进而，能够实现高速和大扭矩传递，三挡传动模式的动力传动路线分别如下：
第一挡位(第一换挡机构K1处于第一位置，第二换挡机构K2处于第六位置)：电机MG→中转轴30→第一换挡机构K1→第五齿轮31→第一齿轮41→中间轴40→第四齿轮44→第八齿轮51→差速器52→输出半轴50。
第二挡位(第一换挡机构K1处于第二位置，第二换挡机构K2处于第六位置)：电机MG→中转轴30→第一换挡机构K1→第六齿轮32→第二齿轮42→中间轴40→第四齿轮44→第八齿轮51→差速器52→输出半轴50。
第三挡位(第一换挡机构K1处于第三位置，第二换挡机构K2处于第五位置)：电机MG→中转轴30→第二换挡机构K2→差速器52→输出半轴50。
其中，在该实施例中，第三挡位提供最短的机械传输路径，机械效率高，适用于全速范围低载荷驱动。本实施例提供的技术方案，能够实现电驱桥的多挡位切换，能够实现低速大扭矩到全速低扭矩的动力输出，进而通过扭矩较小的电机MG也可实现大扭矩输出，相对于现有技术中采用大扭矩电机MG，能够有效降低成本。
在上述实施例的基础上，多挡位电机偏置电驱桥还可以通过如下方式进一步设置为四挡电驱桥，具体如下：请参考图5至图8，中间轴40上还设置有第三齿轮43，输出半轴50上还空套有第七齿轮33，第二换挡机构K2能够在第四位置、第五位置和第六位置之间切换，在第四位置，中转轴30与第七齿轮33耦合连接，在第六位置，中转轴30与第七齿轮33、差速器52的动力输入部均相脱离。
通过本实施例提供的技术方案，多挡位电机偏置电驱桥能够实现四挡传动模式，进而，能够实现高速和大扭矩传递，四挡传动模式的动力传动路线分别如下：
第一挡位(第一换挡机构K1处于第一位置，第二换挡机构K2处于第六位置)：电机MG→中转轴30→第一换挡机构K1→第五齿轮31→第一齿轮41→中间轴40→第四齿轮44→第八齿轮51→差速器52→输出半轴50。
第二挡位(第一换挡机构K1处于第二位置，第二换挡机构K2处于第六位置)：电机MG→中转轴30→第一换挡机构K1→第六齿轮32→第二齿轮42→中间轴40→第四齿轮44→第八齿轮51→差速器52→输出半轴50。
第三挡位(第一换挡机构K1处于第三位置，第二换挡机构K2处于第四位置)：电机MG→中转轴30→第二换挡机构K2→第七齿轮33→第三齿轮43→中间轴40→第四齿轮44→第八齿轮51→差速器52→输出半轴50。
第四挡位(第一换挡机构K1处于第三位置，第二换挡机构K2处于第五位置)：电机MG→中转轴30→第二换挡机构K2→差速器52→输出半轴50。
其中，第四挡位提供最短的机械传输路径，机械效率高，适用于全速范围低载荷驱动。
此外，需要说明的是，本实施例提供的多挡位电机偏置电驱桥，其中间传动齿轮较少、而且只需采用两个换挡机构即可实现三挡和四挡传动，传动效率高、结构简单、成本较低。而且，本实施例提供的多挡位电机偏置电驱桥，其齿轮传动结构主要设置在其中一个输出半轴50的一侧，结构紧凑，能够为动力电池的布置节省出较多的空间。同时，在一些实施例中，由于本实施例提供的多挡位电机偏置电驱桥，可以不必采用轮边行星齿轮减速器即可实现大扭矩输出，有效降低了轮边质量，简化了机械结构，降低了成本。
在进一步的实施例中，中间轴传动机构设置为一对，且对称分布在一对输出半轴50的两侧位置，如图3和图4所示。通过设置一对中间轴传动机构，电机MG的输出动力同时通过一对中间轴传动机构传输至差速器，能够有效提高传动机构的载荷能力，适用于需要重载需求的商用车。
而且，一对中间轴传动机构对称分布在输出半轴50的两侧部位，即主要齿轮传动系分布在输出半轴50的两侧，重量分布均匀，避免重量集中在输出半轴50的某一侧，能够使电驱桥在震动的使用环境中，依然具有较长的使用寿命。
在一些实施例中，电机MG偏置于输出半轴50的一侧，并且电机MG的动力输出轴与中转轴30通过齿轮传动连接。
如此设置，电机MG偏置设置(电机MG的动力输出轴与输出半轴50偏离设置)，电机MG的液冷系统可以单独布置，液冷系统结构简单，有效降低了使用成本。
为了提高输出扭矩，电机MG可以设置为一对，且对称分布在输出半轴50的两侧位置，一对电机MG与中转轴30都通过齿轮传动连接，如图3和图4所示。如此设置，可同时通过一对电机MG同时驱动中转轴30转动，有效提高了扭矩的输出。需要说明的是，在最大输出扭矩相等的情况下，一对较小扭矩的电机MG的成本相对于一个大扭矩电机MG的成本，能够得到明显降低。因此，本实施例能够在较小成本下，有效提高电驱桥的输出扭矩。
为了方便实现换挡和提高传动机构的紧凑度，在进一步的实施例中，中转轴30上设置有第一轮齿结构，第一轮齿结构设置在第五齿轮31和第六齿轮32之间，第一换挡机构K1可选择地将第一轮齿结构与第五齿轮31和第六齿轮32二者之一耦合连接。
中转轴30上还设置有第二轮齿结构，第二轮齿结构设置在第七齿轮33和差速器52的动力输入部之间，第二换挡机构K2可选择地将第二轮齿结构与第七齿轮33和差速器52的动力输入部二者之一耦合连接。
如此设置，通过在中转轴30上设置有第一轮齿结构和第二轮齿结构，并且将第一轮齿结构和第二轮齿结构设置在两个齿轮之间，能够有效提高传动机构的紧凑度，降低电驱桥的占用空间。
进一步的实施例中，上述第五齿轮31、第六齿轮32、第七齿轮33均空套在中转轴30上。如此设置，进一步提高了传动机构的紧凑度，降低了电驱桥的占用空间。
需要说明的是，本实施例中，电机MG的动力输出轴可以通过一级齿轮传动与中转轴30传动连接。比如，如图2和图4所示，在中转轴30上可以设置第九齿轮31a，电机MG的动力输出轴上设置有第十齿轮21，第十齿轮21与第九齿轮31a相啮合，进而实现电机MG的动力输出轴与中转轴30的一级齿轮传动。
当然，为了方便布置和实现更大的传动比，电机MG的动力输出轴也可以通过二级齿轮传动与中转轴30传动连接。
比如，如图1和图3所示，在中转轴30上可以设置第九齿轮31a，本实施例中的多挡位电机偏置电驱桥还包括传动轴20，传动轴20上分别设置有第十齿轮21、第十一齿轮22，电机MG的动力输出轴上设置有第十二齿轮11，其中，第十二齿轮11与第十一齿轮22相啮合，第十齿轮21与第九齿轮31a相啮合。如此设置，电机MG的动力输出轴通过二级齿轮传动与中转轴30实现了传动连接。
本发明的实施例中还提供了一种车辆，设置有如上任一实施例中的多挡位电机偏置电驱桥。如此设置，本实施例提供的车辆，其能够实现四个挡位，且通过较小的电机MG即可实现大扭矩输出，能够有效降低电驱桥的成本，而且使用寿命能够得到保证。该有益效果的推导过程与上述电驱桥所带来的有益效果的推导过程大体类似，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种多挡位电机偏置电驱桥，其特征在于，包括一对输出半轴(50)、差速器(52)、中间轴传动机构、第一换挡机构(K1)、第二换挡机构(K2)以及电机；其中，所述一对输出半轴(50)同轴设置，所述差速器(52)设置于所述一对输出半轴(50)之间、并且所述差速器(52)的动力输出部与所述一对输出半轴(50)连接；
所述中间轴传动机构包括：中间轴(40)以及设置于所述中间轴(40)上的第一齿轮(41)、第二齿轮(42)、以及第四齿轮(44)；
其中一个所述输出半轴(50)上空套有中转轴(30)、第五齿轮(31)、第六齿轮(32)；另一个所述输出半轴(50)上空套有第八齿轮(51)；所述第八齿轮(51)与所述差速器(52)的动力输入部相连接，且与所述第四齿轮(44)相啮合；所述第五齿轮(31)与所述第一齿轮(41)相啮合，所述第六齿轮(32)与所述第二齿轮(42)相啮合；
所述电机与所述中转轴(30)传动连接；
所述第一换挡机构(K1)能够在第一位置、第二位置和第三位置之间切换，在所述第一位置，所述中转轴(30)与所述第五齿轮(31)耦合连接，在所述第二位置，所述中转轴(30)与所述第六齿轮(32)耦合连接，在所述第三位置，所述中转轴(30)与所述第五齿轮(31)、所述第六齿轮(32)均相脱离；
所述第二换挡机构(K2)能够在第五位置和第六位置之间切换，在所述第五位置，所述中转轴(30)与所述差速器(52)的动力输入部耦合连接，在所述第六位置，所述中转轴(30)与所述差速器(52)的动力输入部相脱离。
2.根据权利要求1所述的多挡位电机偏置电驱桥，其特征在于，所述中间轴(40)上还设置有第三齿轮(43)，所述输出半轴(50)上还空套有第七齿轮(33)，所述第二换挡机构(K2)能够在第四位置、第五位置和第六位置之间切换，在所述第四位置，所述中转轴(30)与所述第七齿轮(33)耦合连接，在所述第六位置，所述中转轴(30)与所述第七齿轮(33)、所述差速器(52)的动力输入部均相脱离。
3.根据权利要求1或2所述的多挡位电机偏置电驱桥，其特征在于，所述中间轴传动机构设置为一对，且对称分布在所述一对输出半轴(50)的两侧位置。
4.根据权利要求1或2所述的多挡位电机偏置电驱桥，其特征在于，所述电机偏置于所述输出半轴(50)的一侧，并且所述电机的动力输出轴与所述中转轴(30)通过齿轮传动连接。
5.根据权利要求4所述的多挡位电机偏置电驱桥，其特征在于，所述电机设置为一对，且对称分布在所述输出半轴(50)的两侧位置，一对所述电机与所述中转轴(30)都通过齿轮传动连接。
6.根据权利要求2所述的多挡位电机偏置电驱桥，其特征在于，所述中转轴(30)上设置有第一轮齿结构，所述第一轮齿结构设置在所述第五齿轮(31)和所述第六齿轮(32)之间，所述第一换挡机构(K1)可选择地将所述第一轮齿结构与所述第五齿轮(31)和所述第六齿轮(32)二者之一耦合连接。
7.根据权利要求6所述的多挡位电机偏置电驱桥，其特征在于，所述中转轴(30)上还设置有第二轮齿结构，所述第二轮齿结构设置在所述第七齿轮(33)和所述差速器(52)的动力输入部之间，所述第二换挡机构(K2)可选择地将所述第二轮齿结构与所述第七齿轮(33)和所述差速器(52)的动力输入部二者之一耦合连接。
8.根据权利要求7所述的多挡位电机偏置电驱桥，其特征在于，所述第五齿轮(31)、第六齿轮(32)、第七齿轮(33)均空套在所述中转轴(30)上。
9.根据权利要求1或2所述的多挡位电机偏置电驱桥，其特征在于，所述电机的动力输出轴通过一级齿轮传动与所述中转轴(30)传动连接。
10.根据权利要求1或2所述的多挡位电机偏置电驱桥，其特征在于，所述电机的动力输出轴通过二级齿轮传动与所述中转轴(30)传动连接。
11.一种车辆，其特征在于，设置有车桥，所述车桥设置为如权利要求1-10任一项所述的多挡位电机偏置电驱桥。
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