CN115467942A - 带脱开功能的纯电动汽车变速器 - Google Patents

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Abstract

一种带脱开功能的纯电动汽车变速器，包括输入轴，输出轴和中间轴，所述输入轴上套设有输入轴齿轮且所述输入轴经由该输入轴齿轮与所述中间轴上的中间齿轮啮合，所述中间齿轮与所述输出轴上的输出齿轮啮合，所述输入轴与辅驱电机连接，所述输出轴与车轮连接；所述变速器还包括同步器，所述同步器的啮合套可受换档机构驱动在与所述输入轴齿轮啮合位置或脱离位置之间切换；所述换档机构包括BLDC电机、换档齿轮和拨叉，所述换档齿轮受所述BLDC电机驱动进而驱动所述拨叉线性移动，所述拨叉的线性移动能驱动同步器的啮合套与所述输入轴齿轮的所述切换。

Description

带脱开功能的纯电动汽车变速器
技术领域
本发明属于纯电动汽车动力总成技术领域，更具体的来说涉及纯电动汽车动力总成的变速器领域。
背景技术
在高性能版的纯电动汽车中，大多采用四驱结构，不用于传统燃油车，采用一个发动机和分动箱布置，纯电动四驱车采用前后二套独立的电驱动总成结构。
在四驱结构纯电动汽车中，前后电驱动总成可以独立驱动，可以通过控制系统，实现四驱或二驱模式，在超速、爬坡等可前后联合驱动，在一般工况下可只使用主部主驱。
但一般的四驱车，如果辅驱不带脱开功能，则在辅驱不工作时会带来一些不良的后果，其一是辅驱不工作时被车轮返拖高速转动，传动系统齿轮及轴承和电机转子高速旋转带来附加摩擦损失和齿轮搅油损失，其二是高速空转也会减少零部件使用寿命，其三是对目前新能源电机采用永磁电机而言，永磁体会在定子铁芯里产生涡流损耗，而且电机处于放电状态，如果转速过高反电势会增高直流导线电压，一般会通过弱磁电流来解决这个过电压问题，也会引入了铜耗，否则会引起电容和IGBT击穿风险。
上述永磁电机引起的问题，有些公司采用感应电机作为辅驱，但感应电机在低速和轻载情况下效率较低，而且控制复杂。
发明内容
针对上述四驱纯电动汽车存在的不足，本发明提供了一种带脱开功能的纯电动汽车变速器设计方案，有效地解决了上述所有问题，提高整车的续行里程和动力总成的使用寿命。
本发明工作原理，在四驱纯电动汽车中，在辅驱动力总成变速器传动系统中增加脱开功能，可以依据车辆行驶要求可以使辅驱处在工作或脱开不工作状态。
本发明脱开功能，采用一个微型无刷直流电机(BLDC电机)及减速机构来转动换档齿轮从而带动拔叉移动，由拔叉推动同步器及啮合套来实现传动齿轮的动力传递和中断。
该功能使四驱车辅驱具备前进档(D档)和挂空档(N档)二个档位。
在四驱纯电动汽车行驶时，配置上述带脱开功能的辅驱，可以在各种工况下实现即时的二驱和四驱切换，减少了整车的耗电量，增加续行里程。
本发明的脱开功能，通过微控制单元MCU、BLDC转角传感器、拔叉位置传感器、输入轴齿轮转速传感器实现自动化控制，所述微控制单元MCU设置为在汽车行驶中如需要从D档切换至N档时能够控制辅驱电机输出且控制BLDC电机驱动脱开机构，将输入轴和输入轴齿轮脱开，在执行过程中拔叉位置传感器监控拔叉位置并将数据传送至MCU，保证执行正确，而BLDC中带有的电机转角传感器可以精确的计算运行角度并即将数据发送至MCU，保证执行精确到位；所述微控制单元MCU被设置为在行驶中如要求辅驱从N档切换至D档，由微控制单元MCU根据输入轴齿轮转速传感器发出的信号使辅驱电机转速控制至与输出轴齿轮车速一致，MCU再控制BLDC电机执行同步器接合，直至BLDC 转角传感器和拔叉位置传感器确认换档完成后辅驱电机进入正常工作状态。
附图说明：
图1为带脱开功能齿轮及脱开机构轴侧图；
图2为带脱开功能齿轮传动及脱开机械示意图；
图3为带脱开功能齿轮传动示意图；
图4为脱开机构示意图；
图5为中间轴带脱开机构的示意图。
图中的附图标记表示如下：301输入轴，302深沟球轴承，303拔叉，304 同步器，305输入轴齿轮，306滚针轴承，307深沟球轴承，308衬套，309锁紧螺栓，310中间轴大齿轮，311中间轴，312锥轴承，313差速器齿圈，314 差速器，315锥轴承，401BLDC电机，402脱开机构传动齿轮，403凸轮， 404拔叉，405拔叉轴，204拔叉位置传感器
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图2、图3、图4所示，带脱开功能的纯电动汽车变速器，主要由输入轴301、输入轴轴承302、滚针轴承306、同步器304、输入轴齿轮305、中间轴311、中间轴大齿轮310、差速器齿圈313、差速器314、BLDC电机401、脱开机构传动齿轮402、换挡齿轮403、拔叉404、拔叉轴405、拔叉位置传感器204、转速传感器409等组成。
继续参照图3对动力传动进行说明，输入轴301同电机轴联接，输入轴上压装有同步器304和输入轴齿轮305，输入轴齿轮305和输入轴301之间安装有滚针轴承306，输入轴齿轮305与中间轴大齿轮310啮合，中间轴大齿轮310与中间轴通311过花键或过盈装配成一体，中间轴311小齿轮与差速器齿圈313啮合。换挡齿轮403具有导向槽，拨叉404具有与导向槽配合的导向块，当所述换挡齿轮403转动时，所述配合使得所述拨叉404线性移动。
当变速器处在D档时，同步器304下移使其啮合套与输入轴301齿轮接合，此时辅驱电机动力可以通过同步器中啮合套传至输入轴305齿轮再传至中间轴311，由中间轴311传至差速器齿圈313，最后传递至车轮。
当变速器处在N档时，同步器上移使啮合套与输入轴301分开，此时如果汽车在行驶状态，则反驱使输入轴齿轮305在输入轴301上空转，而不会将输入轴和辅驱电机转动。
再参考图4，对换档功能和结构作进一步描述：本脱开功能的换档机构由微型BLDC电机401驱动，通过二级齿轮202减速，驱动换档齿轮403 转动，继而通过换挡齿轮403上导槽带动拔叉404移动来捉使同步器408和啮合齿脱开和接合，完成变速器在N档和D档的切换。
在汽车行驶中如需要从D档切换至N档，则由MCU控制辅驱电机输出，再由BLDC电机401驱动脱开机构，将输入轴412和输入轴齿轮410脱开，在执行过程中拔叉位置传感器(图2中204)监控拔叉位置，保证执行正确，而BLDC中带有的电机转角传感器可以精确的计算运行角度。
在行驶中如要求辅驱从N档切换至D档，为保证切换时输入轴齿轮和同步器啮合齿顺利接合，由电机控制器根据输入轴齿轮转速传感器发出信号，使电机转速控制至与输出轴齿轮车速一致，再由BLDC电机执行同步器接合，直至BLDC转角传感器和拔叉位置传感器确认换档完成后驱动电机进入正常工作状态。
如图4中，输入轴齿轮和输入轴之间安装有滚针轴承，其轴向限位由衬套412预以控制，衬套由空心螺栓锁在输入轴上，同时也能保证润滑油能够通过空心螺栓中心孔进入输入轴内部，并通过轴向油孔给滚针提供润滑。
本发明还涉及纯电动汽车的驱动控制方法，所述纯电动汽车为四驱结构且具有上述带脱开功能的变速器，该脱开功能通过微控制单元MCU、BLDC转角传感器、拔叉位置传感器、输入轴齿轮转速传感器实现自动化控制，所述微控制单元MCU设置为在汽车行驶中如需要从D档切换至N档时能够控制辅驱电机输出且控制BLDC电机驱动脱开机构，将输入轴和输入轴齿轮脱开，在执行过程中拔叉位置传感器监控拔叉位置并将数据传送至MCU，保证执行正确，而BLDC 中带有的电机转角传感器可以精确的计算运行角度并即将数据发送至MCU，保证执行精确到位；所述微控制单元MCU被设置为在行驶中如要求辅驱从N档切换至D档，由微控制单元MCU根据输入轴齿轮转速传感器发出的信号使辅驱电机转速控制至与输出轴齿轮车速一致，MCU再控制BLDC电机执行同步器接合，直至BLDC转角传感器和拔叉位置传感器确认换档完成后辅驱电机进入正常工作状态。
以上所述是本发明的优选实施方式，本发明保护范围不仅仅局限于上述范围，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。如图5 所示，将同步器安排在中间轴大齿轮处，而输入轴齿轮和输入轴做成一体同样可以保证该发明的实施，也应属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种带脱开功能的纯电动汽车变速器，包括输入轴，输出轴和中间轴，所述输入轴上套设有输入轴齿轮且所述输入轴经由该输入轴齿轮与所述中间轴上的中间齿轮啮合，所述中间齿轮与所述输出轴上的输出齿轮啮合，所述输入轴与辅驱电机连接，所述输出轴与车轮连接；
其特征在于，所述变速器还包括同步器，所述同步器的啮合套可受换档机构驱动在与所述输入轴齿轮啮合位置或脱离位置之间切换；所述换档机构包括BLDC电机、换档齿轮和拨叉，所述换档齿轮受所述BLDC电机驱动进而驱动所述拨叉线性移动，所述拨叉的线性移动能驱动同步器的啮合套与所述输入轴齿轮的所述切换。
2.如权利要求1所述带脱开功能的纯电动汽车变速器，其中，所述输出轴为差速器，所述中间齿轮与差速器齿圈啮合。
3.如权利要求1所述带脱开功能的纯电动汽车变速器，其中，所述输入轴齿轮与所述输入轴之间设有滚针轴承。
4.如权利要求2-3所述带脱开功能的纯电动汽车变速器，还包括微控制单元MCU、BLDC转角传感器、拔叉位置传感器、输入轴齿轮转速传感器实现自动化控制，所述微控制单元MCU设置为在汽车行驶中当从D档切换至N档时能够控制辅驱电机输出且控制BLDC电机驱动脱开机构，将输入轴和输入轴齿轮脱开，在执行过程中拔叉位置传感器监控拔叉位置并将数据传送至MCU，BLDC中带有的电机转角传感器精确的计算运行角度并即将数据发送至MCU；所述微控制单元MCU被设置为在行驶中当辅驱从N档切换至D档时能够根据输入轴齿轮转速传感器发出的信号使辅驱电机转速控制至与输出轴齿轮车速一致，MCU再控制BLDC电机执行同步器接合，直至BLDC转角传感器和拔叉位置传感器确认换档完成后辅驱电机进入正常工作状态。
5.如权利要求1所述带脱开功能的纯电动汽车变速器，其中，所述换挡齿轮具有导向槽，所述拨叉具有与所述导向槽配合的导向块，当所述换挡齿轮转动时，所述配合使得所述拨叉实现所述线性移动。
6.一种纯电动汽车的驱动控制方法，所述纯电动汽车为四驱结构且具有上述权利要求1-5所述的带脱开功能的纯电动汽车变速器；
所述控制方法包括：在汽车行驶中需要从D档切换至N档时，微控制单元MCU控制辅驱电机输出且控制BLDC电机驱动脱开机构，将输入轴和输入轴齿轮脱开，在执行过程中拔叉位置传感器监控拔叉位置并将数据传送至MCU，而BLDC中带有的电机转角传感器精确的计算运行角度并即将数据发送至MCU；
在行驶中要求辅驱从N档切换至D档时，微控制单元MCU根据输入轴齿轮转速传感器发出的信号使辅驱电机转速控制至与输出轴齿轮车速一致，MCU再控制BLDC电机执行同步器接合，直至BLDC转角传感器和拔叉位置传感器确认换档完成后辅驱电机进入正常工作状态。
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