CN203554184U - 基于三挡amt的车用纯电驱动系统 - Google Patents

Abstract

基于三挡AMT的车用纯电驱动系统，包括：驱动电机、变速器传动总成、选换挡执行机构；变速器包括三个挡位的主从动齿轮、两个花键毂、两个接合套、输出轴传感器。驱动电机为直流无刷电机；其输出轴设有内花键，其壳体与所述变速器箱体一体化通过固定销定位后用细牙螺钉直接相连，电机内花键输出轴位于电机内，所述变速器输入轴直接插入电机内与电机内花键输出轴连接；该系统去掉了离合器，减小了换挡时动力中断时间，也降低了成本。为通过驱动电机的主动调速实现换挡时接合套与目标挡位齿轮的同步的控制方式提供了结构基础，变速箱去掉了对材料要求高的同步器，进一步减小成本。

Description

基于三挡AMT的车用纯电驱动系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体是电动汽车用驱动系统，尤其是三挡机械式自动变速器（AMT）的小型电动汽车专用纯电驱动系统，主要针对驱动电机前置前驱的小型纯电动汽车。

背景技术

高效、环保、节能的电动汽车体现了未来地面交通工具的发展趋势。其中，小型纯电动汽车以其适用性广、零污染和对燃油零消耗的优势在当今社会逐渐发挥出重要作用。电驱动系统是电动汽车的核心部件，其技术水平的高低直接制约着电动汽车的整体性能。

目前，已有的小型纯电动汽车大部分采用电机经固定速比减速器直接驱动，无变速器，虽然基本能够满足车辆低速起步与小角度爬坡的要求，但是爬坡、加速能力和最高车速都受到了限制；同时，由于无变速箱，整车动力性由驱动电机直接决定，对电机性能要求高，从而使电机的体积和成本提高；另外，已有的安装二挡位变速箱的电动汽车仍具有一定的局限性，通常采用一挡起步、爬坡和二挡高速行驶，无中间挡位，驱动电机难以保持在高效区工作，整车动力性不足，换挡冲击大，工况适应性差，电耗高；但是，如果过多增加变速箱挡位，也会使机械结构变得复杂，体积和质量增大，与小型纯电动汽车的设计理念冲突。采用三挡变速器，加入一个中间挡位，完全覆盖车辆正常车速范围，可以充分保证车辆的动力性和经济性。

传统汽车选换挡时都需要离合器和同步器等机械结构，但对于纯电动汽车而言，完全可以通过电机的精确调速实现主动同步，因此，离合器和同步器在纯电驱动系统中可以舍去或替换，通过采用选换挡电机驱动接合套进行换挡操作，完全可以实现自动换挡功能。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于三挡AMT的车用纯电驱动系统，用于驱动电机前置前驱的小型纯电动汽车，驱动电机与变速器经过一体化集成设计后直接相连，系统去掉了离合器和同步器，简化了结构，为采用驱动电机对输入轴主动调速从而通过接合套实现同步换挡提供了结构基础。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：基于三挡AMT车用纯电驱动系统，包括：驱动电机，变速器传动总成、选换挡执行机构；

所述驱动电机为直流无刷电机；该驱动电机的输出轴设有内花键，记为电机内花键输出轴；

所述变速器传动总成包括变速器箱体、变速器输入轴、一挡主动齿轮、二挡主动齿轮、三挡主动齿轮、变速器输出轴、输出轴转速传感器、一挡从动齿轮、二挡从动齿轮、三挡从动齿轮、第一挡接合套、第一挡花键毂、第二-三挡接合套、第二-三挡花键毂、主减速器主动齿轮、带主减速器从动齿轮的差速器总成、右侧驱动半轴、左侧驱动半轴；

驱动电机的壳体与所述变速器箱体通过固定销定位后用细牙螺钉直接相连，电机内花键输出轴位于电机内，所述变速器输入轴直接插入电机内与电机内花键输出轴连接；所述变速器输入轴的一端通过圆锥滚子轴承支承的电机内花键输出轴支撑，另一端通过圆锥滚子轴承支承在变速器箱体上；

一挡主动齿轮、二挡主动齿轮、三挡主动齿轮设置在变速器输入轴上并与变速器输入轴并一体化制成；

所述第一挡花键毂和所述的第二-三挡花键毂与所述变速器输出轴花键过盈配合；所述第一挡花键毂和所述的第二-三挡花键毂的外花键分别与所述的第一挡接合套、第二-三挡接合套配合；

所述一挡从动齿轮上制有与第一挡接合套配合的一挡接合齿圈；所述二挡从动齿轮、三挡从动齿轮上分别制有与第二-三挡接合套配合的二挡接合齿圈、三挡接合齿圈；

所述一挡从动齿轮、二挡从动齿轮、三挡从动齿轮分别通过尼龙滚针轴承套装在所述变速器输出轴上，并通过轴肩和卡簧轴向定位；

所述选换挡执行机构固定在变速箱体上；选换挡执行机构包括：壳体、选挡传感器、壳体选挡密封盖、选挡电机接板，选挡电机，选挡蜗杆、选档蜗轮齿扇、选挡轴、选档拨块、选挡拨指、换挡传感器、壳体换挡密封盖、换挡电机接板、换挡电机、换挡蜗杆、换挡蜗轮扇齿、换挡轴、换挡齿轮、换挡齿扇、变速器选换挡轴；

所述的选挡传感器固定在壳体选挡密封盖上并与选挡轴配合；所述选挡电机通过选挡电机接板与所述壳体紧固，所述选挡电机与选挡蜗杆通过联轴器相联，所述选挡蜗杆与选挡蜗轮齿扇啮合，所述选挡蜗轮齿扇与选挡轴通过平键紧联接，选档拨指包括指体和凸轮，所述凸轮一端设置安装孔并通过该安装孔安装在选档轴上，所述凸轮的另一端固设指体；指体为一圆柱体且轴线与所述安装孔轴线平行；所述选挡拨指与选挡拨块配合联动，所述选档拨快包括两个同轴线设置的套轮和设置在两套轮之间的套管；两个套轮与套管设置有同心孔；所述套轮的外轮廓面为相互对称的两个平面和相互对称的两个弧面顺次连接而成；所述选挡拨指的指体位于两套轮之间并位于套管一侧；选挡拨块与变速器选换挡轴紧固联接；

所述换挡传感器固定在壳体选挡密封盖上并与换挡轴配合；所述换挡电机通过换挡电机接板与所述壳体紧固，所述换挡电机与换挡蜗杆通过联轴器相联，所述换挡蜗杆与换挡蜗轮齿扇啮合，所述换挡蜗轮齿扇与换挡轴通过平键紧联接，所述换挡轴与换挡齿轮通过键紧固联接，所述换挡齿轮与换挡齿扇啮合，换挡齿扇通过内花键与变速器选换挡轴的外花键间隙配合。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型实现驱动电机与机械式自动变速器的集成设计，所述电机内花键轴不伸出电机外端面，变速器输入外花键轴直接插入电机内花键轴中，电机和变速器共用一个端盖，从而有效减小系统尺寸和质量，降低制造成本。

2、本实用新型通过电机反转利用1挡实现倒车，省掉了倒挡，进一步简化了结构。

3、本实用新型主要是通过对驱动电机的精准调速来实现快速无冲击换挡，换挡时利用驱动电机主动调速带动输入轴，通过输入轴齿轮带动与之啮合的输出轴齿轮，从而对输出轴目标挡位齿轮进行调速，代替同步器的作用，使接合套转速与目标挡位的接合齿圈转速达到同步，再利用换挡执行机构实现换挡，有效减少冲击损耗。去掉了离合器和同步器，使得系统的结构变得更加简单，换挡控制大为简化，生产和使用成本大大减少。

4、本实用新型中提出采用三档机械式自动变速箱AMT，设有低速挡、行车挡和超速挡，低挡位用于克服大阻力行驶，如爬坡或起步急加速；行车挡用于车辆正常行驶；超速挡用于较好路况条件下的高速行驶，如城郊路况或省道，从而大大克服了现有电动汽车存在的工况适应性差的问题；

5、本实用新型的驱动电机为带有转速和转矩双重闭环控制功能的交流异步电机，具有良好的启动与调速性能，启动转矩大，过载能力强，结构简单，可靠性高，成本低，适应性强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型提出的基于三挡AMT的车用纯电驱动系统的结构简图。

图2为图1所示的驱动系统中选换挡执行机构的外部结构图。

图3为图1所示的驱动系统中选换挡执行机构的内部结构图。

图4为某挡位从动齿轮的结构示意图。

图5为接合套的结构示意图。

图6为图1实施例中选挡拨指的结构示意图。

图7为图1实施例中选挡拨快的结构示意图。

图1中，1为驱动电机，2为电机输出内花键轴，3为变速器输入轴，4为一挡主动齿轮，5为第一挡接合套，6为二挡主动齿轮，7为第二-三挡接合套，8为三挡主动齿轮，9为变速器箱体，10为主减速器主动齿轮，11为右侧驱动半轴，12为输出轴转速传感器，13为带主减速器从动齿轮的差速器总成，14为选换挡执行机构，15为三挡从动齿轮，16为二挡从动齿轮，17为一挡从动齿轮，18为驱动电机与变速器共用端盖，19为左侧驱动半轴，20为变速器输出轴，21第一挡花键毂，22第二-三挡花键毂。

图2-图3中，141为选挡传感器，142为壳体选挡密封盖,143为壳体，144为选挡电机接板，145为选挡电机，146为换挡电机接板，147为换挡电机，148为壳体换挡密封盖,149为换挡传感器，1410为换挡蜗轮扇齿，1411为换挡齿轮，1412为换挡轴，1413为变速器选换挡轴，1414为换挡齿扇，1415为选档拨块，1416为选挡拨指，1417为换挡蜗杆，1418为选挡轴，1419为选档蜗轮齿扇，1420为选挡蜗杆。

具体实施方式

如图1所示，该基于三挡AMT车用纯电驱动系统主要包括：驱动电机1，变速器、选换挡执行机构14。

该驱动电机1为直流无刷电机；该驱动电机1的输出轴设有内花键，记为电机内花键输出轴2。

所述变速器包括变速器箱体9、变速器输入轴3、一挡主动齿轮4、二挡主动齿轮6、三挡主动齿轮8、变速器输出轴20、输出轴转速传感器12、一挡从动齿轮17、二挡从动齿轮16、三挡从动齿轮15、第一挡接合套5、第一挡花键毂21、第二-三挡接合套7、第二-三挡花键毂22、主减速器主动齿轮10、带主减速器从动齿轮的差速器总成13、右侧驱动半轴11、左侧驱动半轴19。

所述驱动电机与变速器共用端盖18，即驱动电机与变速器与电机一体化设计后，驱动电机1的壳体用细牙螺钉直接相连到变速器箱体9，其连接形式简单实用，易于变速器与驱动电机的安装与拆卸,进而有利于系统的保养与维修。

电机内花键输出轴2不伸出驱动电机，变速器输入轴3直接插入电机内花键输出轴2中，两者刚性连接传递动力，其动力传递效率高。

所述变速器输入轴3的一端通过圆锥滚子轴承支承的电机内花键输出轴2支撑，另一端通过圆锥滚子轴承支承在变速器箱体9上。

变速器输入轴3上设置有一挡主动齿轮4、二挡主动齿轮6、三挡主动齿轮8，它们通过与变速器输入轴3一体化铸造成型后精加工而成。

所述第一挡花键毂21和第二-三挡花键毂22与所述变速器输出轴20花键过盈配合。所述第一挡花键毂21和第二-三挡花键毂22的外花键分别与所述的第一挡接合套5、第二-三挡接合套7配合。

所述一挡从动齿轮17上制有与第一挡接合套7配合的一挡接合齿圈；所述二挡从动齿轮16、三挡从动齿轮15上分别制有与第二-三挡接合套7配合的二挡接合齿圈、三挡接合齿圈。且三个接合齿圈的齿端加工成斜锥面形状，以保证与接合套平顺接合，如图4、5所示。

所述一挡从动齿轮17、二挡从动齿轮16、三挡从动齿轮15分别通过尼龙滚针轴承套装在所述变速器输出轴20上，并通过轴肩和卡簧轴向定位。

所述选换挡执行机构14固定在变速箱体9上。

选换挡执行机构14包括选挡传感器141、壳体选挡密封盖142、壳体143、选挡电机接板144，选挡电机145，选档拨块1415，选挡拨指1416，选挡蜗杆1417，选挡轴1418，选档蜗轮齿扇1419，选挡蜗杆1420。

选换挡执行机构14还包括换挡电机接板146，换挡电机147，壳体换挡密封盖148,换挡传感器149，换挡蜗轮扇齿1410，换挡齿轮1411，换挡轴1412，变速器选换挡轴1413，换挡齿轮1414。

所述选挡传感器141固定在壳体选挡密封盖142上并与选挡轴1418配合；所述选挡电机145通过选挡电机接板144与壳体143紧固，所述选挡电机145与选挡蜗杆1420通过联轴器相联，所述选挡蜗杆1420与选挡蜗轮齿扇1419啮合，所述选挡蜗轮齿扇1419与选挡轴1418通过平键紧联接，所述选挡轴1418与选挡拨指1416通过销紧固联接，如图6所示，选档拨指1416包括指体14161和凸轮14162，所述凸轮14162一端设置安装孔14163并通过该安装孔14163安装在选档轴1418上，所述凸轮14162的另一端固设指体14161；指体14161为一圆柱体且轴线与所述安装孔14163轴线平行；所述选挡拨指1416与选挡拨块1415配合联动；如图7所示，所述选档拨块1415包括两个同轴线设置的套轮14151和设置在两套轮之间的套管14152；两个套轮14151与套管14152设置有同心孔14153；所述套轮14151的外轮廓面为相互对称的两个平面14154和相互对称的两个弧面14155顺次连接而成；所述选挡拨指的指体14161位于两套轮14151之间并位于套管14152一侧；选挡拨块1415通过同心孔14153与变速器选换挡轴1413紧固联接。综上，通过各个部件的配合联接在选挡电机145的驱动下将实现各部件的联动，完成机构的选挡动作。

所述换挡传感器149固定在壳体选挡密封盖148上并与换挡轴1412配合；所述换挡电机147通过换挡电机接板146与壳体143紧固，所述选挡电机145与换挡蜗杆1417通过联轴器相联，所述换挡蜗杆1417与换挡蜗轮齿扇1410啮合，所述换挡蜗轮齿扇1410与换挡轴1413通过平键紧联接，所述换挡轴1413与换挡齿轮1411通过键紧固联接，所述换挡齿轮1411与换挡齿扇1414啮合，换挡从动齿扇1414内花键与变速器选换挡轴1413的外花键间隙配合。综上，通过各个部件的配合联接在选挡电机147的驱动下将实现各部件的联动，完成机构的换挡动作。

以该系统为基础，可以利用驱动电机1对变速器输入轴3主动调速，通过对驱动电机1转速和转矩的精准控制，实现无同步器的快速无冲击换挡。根据目标挡位来控制电机的增速或者减速，从而使目标档位从动齿轮转速与接合套转速相近或者相等，以此达到同步的作用，此时再用选换挡执行机构执行选换挡动作，完成整个换挡过程。

该系统省掉了同步器和离合器，结构更简单、紧凑，成本降低。

实现驱动电机调速完成换挡过程的话，其控制方法可以如下：通过采集电机输入轴转速和变速器输出轴转速信号，经控制器提取获得转速差，根据设计的结合套与从动齿轮齿圈结构计算出不同挡位允许换挡的转速差，并通过一定实验标定得到一个可以换挡的转速差范围作为换挡转速差经验值，当目标档位转速差在这一转速差范围内时，就进行换挡动作；反之，则控制驱动电机继续进行主动调速来实现接合套和目标档位齿轮的转速差达到经计算和实验所确定的转速差范围，继而进行换挡操作。

本实用新型换挡系统中，选换挡执行机构14的结构如图2和图3所示，其工作过程为选挡过程和换挡过程。选挡过程，由选挡电机145驱动选挡蜗杆1420、选挡蜗轮齿扇1419、机构选挡轴1418、选挡拨指1416、选挡拨块1415带动变速器选换挡轴1413实现直线运动，最后完成选挡过程。换挡过程，由换挡电机147驱动换挡蜗杆1417、换挡蜗轮齿扇1410、换挡齿轮1411、换挡齿扇1414带动与之通过花键配合的变速器选换挡轴1413实现绕其本身的转动，最后完成换挡过程。

上述实施例中，其余未述结构为公知技术。

Claims (1)

1.基于三挡AMT的车用纯电驱动系统，其特征是，包括：驱动电机，变速器传动总成、选换挡执行机构； 

所述驱动电机为直流无刷电机；该驱动电机的输出轴设有内花键，记为电机内花键输出轴； 

所述变速器传动总成包括变速器箱体、变速器输入轴、一挡主动齿轮、二挡主动齿轮、三挡主动齿轮、变速器输出轴、输出轴转速传感器、一挡从动齿轮、二挡从动齿轮、三挡从动齿轮、第一挡接合套、第一挡花键毂、第二-三挡接合套、第二-三挡花键毂、主减速器主动齿轮、带主减速器从动齿轮的差速器总成、右侧驱动半轴、左侧驱动半轴； 

驱动电机的壳体与所述变速器箱体通过固定销定位后用细牙螺钉直接相连，电机内花键输出轴位于电机内，所述变速器输入轴直接插入电机内与电机内花键输出轴连接；所述变速器输入轴的一端通过圆锥滚子轴承支承的电机内花键输出轴支撑，另一端通过圆锥滚子轴承支承在变速器箱体上； 

一挡主动齿轮、二挡主动齿轮、三挡主动齿轮设置在变速器输入轴上并与变速器输入轴并一体化制成； 

所述第一挡花键毂和所述的第二-三挡花键毂与所述变速器输出轴花键过盈配合；所述第一挡花键毂和所述的第二-三挡花键毂的外花键分别与所述的第一挡接合套、第二-三挡接合套配合； 

所述一挡从动齿轮上制有与第一挡接合套配合的一挡接合齿圈；所述二挡从动齿轮、三挡从动齿轮上分别制有与第二-三挡接合套配合的二挡接合齿圈、三挡接合齿圈； 

所述一挡从动齿轮、二挡从动齿轮、三挡从动齿轮分别通过尼龙滚针轴承套装在所述变速器输出轴上，并通过轴肩和卡簧轴向定位； 

所述选换挡执行机构固定在变速箱体上；选换挡执行机构包括：壳体、选挡传感器、壳体选挡密封盖、选挡电机接板，选挡电机，选挡蜗杆、选档蜗轮齿扇、选挡轴、选档拨块、选挡拨指、换挡传感器、壳体换挡密封盖、换挡电机接板、换挡电机、换挡蜗杆、换挡蜗轮扇齿、换挡轴、换挡齿轮、换挡齿扇、变速器选换挡轴； 

所述的选挡传感器固定在壳体选挡密封盖上并与选挡轴配合；所述选挡电机通过选挡电机接板与所述壳体紧固，所述选挡电机与选挡蜗杆通过联轴器相联，所述选挡蜗杆与选挡蜗轮齿扇啮合，所述选挡蜗轮齿扇与选挡轴通过平键紧联接，选档拨指包括指体和凸轮，所述凸轮一端设置安装孔并通过该安装孔安装在选档轴上，所述凸轮的另一端固设指体；指体为一圆柱体且轴线与所述安装孔轴线平行；所述选挡拨指与选挡拨块配合联动，所述选档拨块包括两个同轴线设置的套轮和设置在两套轮之间的套管；两个套轮与套管设置有同心孔；所述套轮的外轮廓面为相互对称的两个平面和相互对称的两个弧面顺次连接而成；所述选挡拨指的指体位于两套轮之间并位于套管一侧；选挡拨块与变速器选换挡轴紧固联接； 

所述换挡传感器固定在壳体选挡密封盖上并与换挡轴配合；所述换挡电机通过换挡电机接板与所述壳体紧固，所述换挡电机与换挡蜗杆通过联轴器相联，所述换挡蜗杆与换挡蜗轮齿扇啮合，所述换挡蜗轮齿扇与换挡轴通过平键紧联接，所述换挡轴与换挡齿轮通过键紧固联接，所述换挡齿轮与换挡齿扇啮合，换挡齿扇通过内花键与变速器选换挡轴的外花键间隙配合。 

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