CN202056257U - 一种行星轮式电动汽车的两挡自动变速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种行星轮式电动汽车的两挡自动变速器，箱体内包括：由动力电机驱动的输入轴、行星轮系和输出轴，输入轴与行星轮系的太阳轮相连接，行星轮系的行星架与输出轴相连接，行星轮系中的环内齿轮上连接设置有第一花键；该自动变速器还包括一自动换挡装置，自动换挡装置包括同步器和由换挡控制电机驱动的凸槽轴，同步器上连接设置有第二花键，第一花键与第二花键相互结合，同步器可沿平行于输入轴的轴线方向滑动，同步器上连接设置有一拨叉杆，拨叉杆具有一拨叉触头，同步器设置在行星架和箱体之间，凸槽轴具有与同步器的拨叉触头相互连接的换挡槽，换挡槽具有第一挡部、第二挡部、和位于第一挡部和第二挡部之间的空挡转角部。

Description

一种行星轮式电动汽车的两挡自动变速器

技术领域

本实用新型涉及变速器，特别涉及一种行星轮式电动汽车的两挡自动变速器。

背景技术

纯电动车是一种可替代传统内燃机汽车的新能源交通工具。目前大部分电动车变速器只具备一个挡位。现有一挡电动车存在以下技术缺点：

a)一个挡位的速比难以保证汽车最大爬坡度，最高速度与最大加速度要求；

 b)当汽车高速巡航时（时速大于100公里/小时），电动机与齿轮转速接近或超过每分钟一万转。如此高的转速对轴承与齿轮的制造精度要求很高。将大为提高制作成本；

 c)电动机转速接近每分钟一万转时，效率与扭矩相对额定值大为降低，同时噪音大为提高，传动系统零部件寿命大为降低。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电动汽车的自动变速器，以实现电动车动力性能，效率和寿命的优化。并且实现电动汽车换挡舒适性和平稳性。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种行星轮式电动汽车的两挡自动变速器，它包括一箱体，所述箱体内包括：由动力电机驱动的输入轴、行星轮系和输出轴，所述行星轮系包括太阳轮、行星架、行星轮、环内齿轮，所述输入轴与所述行星轮系的太阳轮相连接，所述行星轮系的行星架与所述输出轴相连接，所述行星轮系中的环内齿轮上连接设置有第一花键；该自动变速器还包括一自动换挡装置，所述自动换挡装置包括同步器和由换挡控制电机驱动的凸槽轴，所述同步器上连接设置有第二花键，所述第一花键与第二花键相互结合以使环内齿轮与同步器一起旋转，所述同步器可沿平行于所述输入轴的轴线方向滑动，所述凸槽轴上具有一换挡槽，所述换挡槽中可移动地插有一拨叉杆的拨叉触头，该拨叉杆与同步器相连接并允许同步器相对其转动，所述同步器设置在所述行星架和所述箱体之间，所述换挡槽具有第一挡部、第二挡部、和位于第一挡部和所述第二挡部之间的空挡转角部，所述拨叉触头位于所述换挡槽的第一挡部时，所述同步器与所述箱体相连接；所述拨叉触头位于换挡槽的第二挡部时，所述同步器与所述行星架相连接；所述拨叉触头位于所述换挡槽空挡转角部时，所述拨叉触头保持于围绕凸槽轴的轴线的圆周方向以使同步器处于空挡位置。

优选地，所述输入轴的轴线与所述输出轴的轴线在同一条直线上。

优选地，所述同步器上设置有一接合套，所述接合套可沿平行于所述输入轴的轴线方向滑动，所述同步器的接合套两侧分别设置有固连于箱体的固定犬齿环与固连于行星架的行星架犬齿环，所述行星架在朝向所述同步器的一侧上设置有行星架犬齿环，所述行星架犬齿环与所述同步器的接合套相匹配，所述拨叉触头位于所述换挡槽的第二挡部时，所述同步器的接合套与所述行星架犬齿环相连接，所述箱体在朝向所述同步器的一侧上设置有固定犬齿环，所述固定犬齿环与所述同步器的接合套相匹配，所述拨叉触头位于所述换挡槽的第一挡部时，所述同步器的接合套与所述固定犬齿环相连接。

优选地，所述换挡槽的第一挡部包括第一挡位置和位于所述第一挡位置与所述空挡转角部之间的第一挡坡，该第一挡坡对应换挡槽的第一转角。

优选地，所述换挡槽的第二挡部包括第二挡位置和位于所述第二挡位置与所述空挡转角部之间的第二挡坡，该第二挡坡对应换挡槽的第二转角。

优选地，所述换挡槽具有空挡转角部以使同步器在换挡过程中处于空档位置，对动力电机进行调速控制，使其速度与下一个挡位的齿轮同步，从而优化换挡快捷性与平稳性，并且大为降低同步器磨损，大幅提高同步器的寿命。

附图说明

附图1是本实用新型的结构剖视图。

附图2是本实用新型的换挡槽的节线展开图。

附图中：1、输入轴；2、输出轴；3、行星轮系；31、太阳轮；32、行星架；321、行星架犬齿环；33、同步器；34、箱体；341、固定犬齿环；35、环内齿轮；4、第一挡部；41、第一挡位置；42、第一挡坡；43、第一转角；5、第二挡部；51、第二挡位置；52、第二挡坡；53、第二转角；6、空挡转角部；61、空挡转角。

具体实施方式

下面结合附图1-2之一对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围作出更为清楚明确的界定。

一种电动汽车的自动变速器，它包括一箱体34，所述箱体34内包括：由动力电机驱动的输入轴1、行星轮系3和输出轴2，所述行星轮系3包括太阳轮31、行星架32和环内齿轮35，所述输入轴1与所述行星轮系3的太阳轮31相连接，所述行星轮系3的行星架32与所述输出轴2相连接，所述行星轮系3中的环内齿轮35上连接设置有第一花键，该自动变速器还包括一自动换挡装置，所述自动换挡装置包括同步器33和由换挡控制电机驱动的凸槽轴，所述同步器33上连接设置有第二花键，所述第一花键与第二花键结合，所述同步器33连接设置有一接合套，所述接合套可沿平行于所述输入轴1的轴线方向滑动，所述凸槽轴上具有一换挡槽，所述换挡槽中可移动地插有一拨叉杆的拨叉触头，该拨叉杆与同步器相连接并允许同步器相对其转动，所述同步器33设置在所述行星架犬齿环321和所述固定犬齿环341之间，所述换挡槽具有第一挡部4、第二挡部5、和位于第一挡部4和所述第二挡部5之间的空挡转角部6。所述拨叉触头位于所述换挡槽的第一挡部4时，所述同步器33与所述箱体34相连接；所述拨叉触头位于换挡槽的第二挡部5时，所述同步器33与所述行星架32相连接；所述拨叉触头位于所述换挡槽空挡转角部6时，所述拨叉触头保持其轴向位置以使同步器33处于空挡位置。

所述输入轴1的轴线与所述输出轴2的轴线在同一条直线上。

所述同步器33的两侧分别设置有固连于箱体34的固定犬齿环341与固连于行星架32的行星架犬齿环321。所述行星架32在朝向所述同步器33的一侧上设置有行星架犬齿环321，所述行星犬齿环321与所述同步器33相匹配，所述拨叉触头位于所述换挡槽的第二挡部5时，所述同步器33的接合套与所述行星架犬齿环321相连接。所述箱体34在朝向所述同步器33的一侧上设置有固定犬齿环341，所述固定犬齿环341与所述同步器33相匹配，所述固定犬齿环341与所述同步器33的接合套相匹配，所述拨叉触头位于所述换挡槽的第一挡部4时，所述同步器33的接合套与所述固定犬齿环341相连接。

所述换挡槽的第一挡部4包括第一挡位置41和位于所述第一挡位置41与所述空挡转角部6之间的第一挡坡42，该第一挡坡42对应换挡槽21的第一转角43。

所述换挡槽的第二挡部5包括第二挡位置51和位于所述第二挡位置51与所述空挡转角部6之间的第二挡坡52，该第二挡坡52对应换挡槽21第二转角53。

所述换挡槽具有空挡转角部6以使同步器33在换挡过程中处于空档位置，对动力电机进行调速控制，使其速度与下一个挡位同步，从而优化换挡快捷性与平稳性，并且大为降低同步器33磨损，大幅提高同步器33寿命。

本实用新型所提出的电动汽车两挡自动变速器结构如附图1所示。汽车动力电机通过输入轴1与行星轮系3的太阳轮31连接，行星轮系3的行星轮作为变速器输出与汽车主变速齿轮连接。行星轮系3的环内轮可以通过同步器33固定于箱体34或与行星轮系3的行星架32相连接。在包含环内齿轮35的部件上加工有外花键，所述外花键与同步器33内花键接合。所述行星架32在朝向所述同步器33的一侧上设置有行星架犬齿环321，所述行星犬齿环321与所述同步器33相匹配。所述箱体34在朝向所述同步器33的一侧上设置有固定犬齿环341，所述固定犬齿环341与所述同步器33相匹配。

同步器33位于固定犬齿环341与行星架犬齿环321之间。当汽车在一挡运行时，同步器33的接合套与固定犬齿环341接合从而使环内齿轮35固定。当汽车在二挡运行时，同步器33的接合套与行星架犬齿环321接合从而使整个行星轮系一起旋转。

本实用新型所涉及行星轮系3两挡自动变速器的传动比取决于环内齿轮35和太阳轮31的齿数比。所述行星轮系3各部件存在以下角速度关系，

其中

为太阳轮31转速，

为环内齿轮35转速，

为行星架32转速。

为环内齿轮35的齿数除以太阳轮31的齿数。一挡运行时，因环内齿轮35固定，

=0，其传动比为

二挡运行时，因环内齿轮35与行星架32连接，

= ，其传动比为

汽车运行时电机转速ω _M ,环内齿轮35转速 和汽车速度之间存在以下关系，

其中

为主传动齿轮比，v为车速，r为轮胎转动半径。换挡过程电机角速度差如下所述。

 1）一挡换二挡：设一挡换二挡时的车速为v，为实现同步，电机转速必须经过控制降低以下量值，

2）二挡换一挡：从二挡降为一挡时，必须使环内齿轮35固定（

=0）。此时电机转速必须增加如下量值，

换挡时电机转速同步控制：

在一挡换二挡过程中，同步器33会处于空挡位置瞬间时，将对电机加以载荷脉冲以降低其转速至同步值。对二挡换一挡，则对电机加以正电压脉冲使其转速升高至同步所需值。上述控制脉冲值由实验标定。剩余速度差值由机械同步器33消除以实现完全同步。

本实用新型设计的电动汽车自动变速器具有两个挡位，一个挡位是用于汽车正常，另一个挡位是用于爬坡、加速和起步。两个挡位的减速比是针对电机的输出特性和汽车的动力特性进行优化而选定的，这样就解决了电动汽车爬坡时加速性能不够与正常行驶时电机转速过余的问题。

所述换挡槽的第一挡部4包括第一挡位置41和位于所述第一挡位置41与所述空挡转角部6之间的第一挡坡42，该第一挡坡42对应换挡槽21的第一转角43。所述换挡槽的第二挡部5包括第二挡位置51和位于所述第二挡位置51与所述空挡转角部6之间的第二挡坡52，该第二挡坡52对应换挡槽21的第二转角53。

所述空挡转角部6对应换挡槽21的空挡转角61。

本实用新型所述电动车变速器同步控制原理如下所述：

升挡，汽车在第一挡运行时，拨叉触头处于第一挡位置41，同步器33的接合套与固定犬齿环341接合从而是环内齿轮35固定，收到升挡指示后，换挡控制电机带动凸槽轴转动，在0.2秒左右将拨叉触头处于第一挡坡42的底部，此时变速器处于空挡位置，同时换挡控制电机带动凸槽轴2继续旋转。

因为设有空挡转角部6，拨叉触头保持于其轴向位置，电动汽车仍然处于空挡位置，在换挡凸槽轴转过空挡转角61的时间内，通过对动力电机加载控制使输入轴1的转速降低至目标转速，然后拨叉触头在控制电机带动下沿着第二挡坡52到达第二档位置51，同步器33的接合套与行星犬齿环321接合实现升挡，剩余的少许转速差在第二挡坡52的第二转角53内由同步器33同步。

降挡基本相同，汽车在第二挡运行时，拨叉触头处于第二挡位置51，同步器33的接合套与行星犬齿环321接合，收到降挡指示后，换挡电机带动凸槽轴转动，在0.2秒左右拨叉触头处于第二挡坡52的底部，此时变速器处于空挡位置，同时换挡控制电机带动凸槽轴2继续旋转。

因为设有空挡转角部6，拨叉触头保持于其轴向位置，电动汽车仍然处于空挡位置，在换挡凸槽轴转过空挡转角61的时间内，通过对动力电机加以电压控制使输入轴1的转速升至目标转速，然后拨叉触头在控制电机带动下沿着第一挡坡42到达第一挡位置41，同步器33的接合套与固定犬齿环341接合从而是环内齿轮35固定。实现降挡，剩余的少许转速差在第一挡坡42的第一转角43内由同步器33同步。

另外，所述输入轴1的轴线与所述输出轴2的轴线在同一条直线上。此种设计，一方面可以更加节省空间，使得尺寸最小化，另外一方面可以提高力矩传递效率。

本实用新型从技术上根本解决了目前电动车变速器存在的技术问题（背景技术段落所述），具体如下：

1）电动汽车动力匹配问题：

根据本实用新型设计的自动变速器具有两个挡位，一个用于汽车正常行驶，另一个用于爬坡，加速和起步。两个挡位的齿轮比针对电机输出特性和汽车动力性能进行优化而选定。这样就可以解决电动车爬坡，加速性能不够，与正常驾驶时电机转速过高的问题；

 2）换挡操作与平稳性问题：

根据本实用新型设计的电动车自动变速器，通过微电机实现自动换挡，操作方便。换挡点的选择与换挡过程都由控制器优化控制，从而实现最优化的动力性，节能性与平顺性。汽车的驾驶与一般自动汽车基本相同；

 3）尺寸安装条件：

本专利实用新型的电动车两档变速器采用行星轮设计比一般齿轮箱设计更为紧凑，便于安装。

以上对本实用新型的特定实施例结合图示进行了说明，很明显，在不离开本实用新型的范围和精神的基础上，可以对现有技术和工艺进行很多修改。在本实用新型的所属技术领域中，只要掌握通常知识，就可以在本实用新型的技术要旨范围内，进行多种多样的变更。

Claims (6)

1.一种行星轮式电动汽车的两挡自动变速器，其特征在于：它包括一箱体，所述箱体内包括：由动力电机驱动的输入轴、行星轮系和输出轴，所述行星轮系包括太阳轮、行星架、行星轮、环内齿轮，所述输入轴与所述行星轮系的太阳轮相连接，所述行星轮系的行星架与所述输出轴相连接，所述行星轮系中的环内齿轮上连接设置有第一花键；该自动变速器还包括一自动换挡装置，所述自动换挡装置包括同步器和由换挡控制电机驱动的凸槽轴，所述同步器上连接设置有第二花键，所述第一花键与第二花键相互结合以使环内齿轮与同步器一起旋转，所述同步器可沿平行于所述输入轴的轴线方向滑动，所述凸槽轴上具有一换挡槽，所述换挡槽中可移动地插有一拨叉杆的拨叉触头，该拨叉杆与同步器相连接并允许同步器相对其转动，所述同步器设置在所述行星架和所述箱体之间，所述换挡槽具有第一挡部、第二挡部、和位于第一挡部和所述第二挡部之间的空挡转角部，所述拨叉触头位于所述换挡槽的第一挡部时，所述同步器与所述箱体相连接；所述拨叉触头位于换挡槽的第二挡部时，所述同步器与所述行星架相连接；所述拨叉触头位于所述换挡槽空挡转角部时，所述拨叉触头保持于围绕凸槽轴的轴线的圆周方向以使同步器处于空挡位置。

2.根据权利要求1所述的自动变速器，其特征在于：所述输入轴的轴线与所述输出轴的轴线在同一条直线上。

3.根据权利要求1所述的自动变速器，其特征在于：所述同步器上设置有一接合套，所述接合套可沿平行于所述输入轴的轴线方向滑动，所述同步器的接合套两侧分别设置有固连于箱体的固定犬齿环与固连于行星架的行星架犬齿环，所述行星架在朝向所述同步器的一侧上设置有行星架犬齿环，所述行星架犬齿环与所述同步器的接合套相匹配，所述拨叉触头位于所述换挡槽的第二挡部时，所述同步器的接合套与所述行星架犬齿环相连接，所述箱体在朝向所述同步器的一侧上设置有固定犬齿环，所述固定犬齿环与所述同步器的接合套相匹配，所述拨叉触头位于所述换挡槽的第一挡部时，所述同步器的接合套与所述固定犬齿环相连接。

4.根据权利要求1所述的自动变速器，其特征在于：所述换挡槽的第一挡部包括第一挡位置和位于所述第一挡位置与所述空挡转角部之间的第一挡坡，该第一挡坡对应换挡槽的第一转角。

5.根据权利要求1所述的自动变速器，其特征在于：所述换挡槽的第二挡部包括第二挡位置和位于所述第二挡位置与所述空挡转角部之间的第二挡坡，该第二挡坡对应换挡槽的第二转角。

6.根据权利要求1所述的自动变速器，其特征在于：所述换挡槽具有空挡转角部，以使同步器在换挡过程处于空档位置时，对动力电机进行调速控制，使其速度与下一个挡位同步，从而优化换挡快捷性与平稳性，并且大为降低同步器磨损，大幅提高同步器的寿命。

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