CN204623143U - 纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成 - Google Patents

Abstract

本实用新型名称为纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成。属于纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化技术领域。它主要解决纯电动汽车轮毂电机直驱存在机械动力损耗特别大的问题。其主要特征是：输入轴与永磁驱动电机同轴，在输出段上装有超速行星排太阳轮，通过行星排行星架安装超速挡制动器和离合器及单向离合器、超速行星排行星架和行星轮及行星排齿圈；在输出轴输入段上装有前后行星排太阳轮，通过前后行星排行星架安装有直接挡/倒挡离合器、前进挡离合器、前行星排行星轮和排齿圈、二挡制动器和单向离合器、低/倒挡和单向离合器、后行星排行星轮和齿圈。本实用新型可提高输出功率、机械效率、机械性能、机械转速稳定性等优点。

Description

纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成

技术领域

本实用新型属于纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化技术领域，具体涉及一种用于纯电动汽车的机电自动变速器传动整备一体化总成。

背景技术

目前国内外的纯电动汽车尚属刚刚起步阶段，基本按传统轮毂电机直驱的做法生产。由于传统汽车采用燃油发动机，而纯电动汽车的动力为电机和控制系统其空间布置绝不相同。传统汽车的发动机几乎占居了前工作舱，还有油箱排气筒总成装置等。纯电动汽车则不同，它增加了电池组的安装位置。而传统的纯电动车轮毂电机直驱的做法，其驱动时机械动力损耗特别大，电动汽车起步时机械动力损耗更大，电能量损耗随之加大，造成能源的浪费。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种生产制作机械结构简化、工艺紧凑、传动效率高、换挡速度快，动力平滑无中断；取材方便、成本低廉的纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成，彻底解决纯电动汽车动力原始轮毂电机直驱的工艺做法，降低机械消耗、节约能源消耗、设计定型或按产品要求定型，同时利用在电动汽车下坡、刹车及滑行时，利用电动汽车惯性发电对车载电池组充电，可延长续航里程。

本实用新型的技术解决方案是：一种纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成，包括永磁驱动电机、液力变矩器、输入轴、输出轴、主减速箱、输出轴输出端接主减速箱，其特征在于：所述输入轴与永磁驱动电机同轴，永磁驱动电机主轴、液力变矩器、输入轴相互连接，在输入轴的输出段上装有超速行星排太阳轮和超速行星排行星架，该超速行星排行星架安装有超速挡制动器、超速挡离合器、超速挡单向离合器、超速行星排行星轮和超速行星排齿圈；在所述输出轴的输入段上装有前后行星排太阳轮，该前后行星排太阳轮通过前行星排行星架、后行星排行星架安装有直接挡/倒挡离合器、前进挡离合器、二挡滑行制动器、前行星排行星轮、前行星排齿圈、二挡制动器、二挡单向离合器、低/倒挡离合器、低挡单向离合器、后行星排行星轮和后行星排齿圈；还包括位于输入轴与输出轴之间的中间轴，该中间轴一端通过超速行星排行星架与直接挡/倒挡离合器和前进挡离合器连接，另一端通过前进挡离合器与超速行星排齿圈连接，实现前行星排的行星架与后行星排的齿圈相连并与输出轴相连。

本实用新型的技术解决方案中所述的永磁驱动电机为永磁超强超能驱动电机。

本实用新型的技术解决方案中所述的纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成为一套，装于纯电动汽车的前置前驱机座上。

本实用新型的技术解决方案中所述的纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成为二套，分别装于纯电动汽车的前置和后置的四驱机座上。

本实用新型的技术解决方案中还包括纯电动汽车用控制管理系统，该控制核管理系统由自动变速传动整备总控制器单元1、第一总线端系统、第二总线端系统、离合装置行程传感执行模块、自动变速传动整备输入转速传感执行模块、选择角传感执行模块、换挡行程传感执行模块、油泵继电执行模块、油泵控制限速挡给定自动挡排量、蓄能器压力传感执行模块、奇数挡电磁阀、偶数挡电磁阀、数控制动装置电磁阀、离合装置电磁阀、转向盘和换挡摇杆路、转向柱开关系统、倒车灯、灯光模块、第三总线端系统、变速杆位置传感器、开关示意图、制动灯开关、组合仪表系统、变速杆锁、中柱开关控制系统、搭铁、自动控制开关系统、车身CAN总线、安全总线、安全网关模块、CAN动力总线、电机控制系统、电机转速信号、便捷进入及启动系统、驻车空挡信号构成。

本实用新型主要解决了电动汽车在爬坡时扭矩小的难题，可以超过同功率电动汽车的爬坡速度，解决了起步加速瞬间扭矩不足的难题；本实用新型可以超过同功率电动汽车的起步速度，解决了正常行驶加速时间太长的难题；本实用新型可以高于同功率电动汽车的能量回收利用率高达50%以上，解决了回收能量效率低的难题，可以超出同功率电机能量回收的十几倍甚至几十倍；本实用新型解决了正常行驶时电能源消耗大续航能力低的难题，同功率电机相比可以减少电能源损耗50%以上，续航里程在传统的同电池容量同功率电动汽车的基础上增加70%以上；本实用新型解决了机位不能随意设计的难题，可以按机位随意设计；本实用新型解决了下坡时损耗刹车片严重的难题，下坡、滑行时可发电实现反充电形成磁力切割发电阻力导致机械阻力减速，不需踩刹车以保护刹车片免受损耗同时提高了能量回收效率达50-70%；本实用新型将两倍或多倍增加动力源的功率扭矩，加大爬坡、起步、加速功率扭矩驱动力度，提高驱动能源增加爬坡、起步、加速速度，彻底解决爬坡、起步、加速行进缓慢提速慢的难题。

本实用新型具有可提高机械转速的稳定性、发挥机械效率、加大输出功率、综合提高功率及机械性能的特点。本实用新型主要用于纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成装备，也可用于动车、纯电动船舶等。

附图说明

图1为本实用新型的自动变速器传动整备五挡（含倒挡）行星齿轮变速结构的原理示图。

图2为本实用新型的电子控制系统电路原理示图。

图3为本实用新型的前驱装置路线示图。

图4为本实用新型的四驱装置路线示图。

图中：101、永磁超强超能驱动电机，102、纯电动汽车用控制管理系统，103、超速挡制动器，104、超速挡离合器，105、超速挡单向离合器，106、超速行星排行星架，107、超速行星排行星轮，108、超速行星排齿圈，109、中间轴，110、直接挡/倒挡离合器，111、前进挡离合器，112、二挡滑行制动器，113、前行星排行星架，114、前行星排行星轮，115、前行星排齿圈，116、二挡制动器，117、二挡单向离合器，118、低/倒挡离合器，119、低挡单向离合器，120、后行星排行星架，121、后行星排行星轮，122、后行星排齿圈，123、输出轴，124、主减速箱，125、前后行星排太阳轮，126、超速行星排太阳轮，127、输入轴，128、液力变矩器、201、自动变速传动整备总控制器单元；202、第一总线端系统，203、第二总线端系统，204、离合装置行程传感执行模块，205、自动变速传动整备输入转速传感执行模块，206、选择角传感执行模块，207、换挡行程传感执行模块，208、油泵继电执行模块，209、油泵控制限速挡给定自动挡排量，210、蓄能器压力传感执行模块，211、奇数挡电磁阀，212、偶数挡电磁阀，213、数控制动装置电磁阀，214、离合装置电磁阀，215、转向盘和换挡摇杆路，216、转向柱开关系统，217、倒车灯，218、灯光模块，219、第三总线端系统，220、变速杆位置传感器，221、开关示意图，222、制动灯开关，223、组合仪表系统，224、变速杆锁，225、中柱开关控制系统，226、搭铁，227、自动控制开关系统，228、车身CAN总线，229、安全总线，230、安全网关模块，231、CAN动力总线，232、电机控制系统，233、电机转速信号，234、便捷进入及启动系统，235、驻车空挡信号，301、永磁超强超能驱动电机，302、液力变矩器，303、自动变速器传动整备，304、主减速器，305、动力电池组，401、永磁超强超能驱动电机，402、液力变矩器，403、自动变速器传动整备，404、主减速器，405、动力电池组。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成五挡（含倒挡）行星齿轮变速结构、自动变速器传动整备离合装置工作原理如图1所示。纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成包括永磁超强超能驱动电机101、液力变矩器（变速器转矩变换装备）128、输入轴127、中间轴109、输出轴123、主减速箱124等，永磁超强超能驱动电机101选用实用新型专利《自动增减功率扭矩发电充电多功能永磁超强超能驱动电机》（专利号：ZL201320412418.4）的永磁超强超能驱动电机，为主动力电机，输出轴123输出端接主减速箱124。永磁超强超能驱动电机101主轴、液力变矩器（变速器转矩变换装备）128、输入轴127相互连接，在输入轴127的输出段上装有超速行星排太阳轮126和超速行星排行星架106，该超速行星排行星架106安装有超速挡制动器103、超速挡离合器104、超速挡单向离合器105、超速行星排行星轮107和超速行星排齿圈108，超速挡含3-4挡。超速挡制动器103的功能是制动超速行星排太阳轮126，超速挡离合器104的功能是连接超速行星排太阳轮126与超速行星排行星架106，超速挡单向离合器105的功能是连接超速星排太阳轮126与超速行星排行星架106。在所述输出轴123的输入段上装有前后行星排太阳轮125，该前后行星排太阳轮125通过前行星排行星架113、后行星排行星架120安装有直接挡/倒挡离合器110、前进挡离合器111、二挡滑行制动器112、前行星排行星轮114、前行星排齿圈115、二挡制动器116、二挡单向离合器117、低/倒挡离合器118、低挡单向离合器119、后行星排行星轮121、和后行星排齿圈122；还包括位于输入轴127与输出轴123之间的中间轴109，该中间轴109一端通过超速行星排行星架106与直接挡/倒挡离合器110和前进挡离合器111连接，另一端通过前进挡离合器111与超速行星排齿圈108连接。直接挡/倒挡离合器110的功能是连接中间轴109与前后行星排太阳轮125，前进挡离合器111的功能是连接中间轴109与前行星排齿圈，二挡滑行制动器112的功能是制动前后行星排太阳轮125，二挡制动器116的功能是制动117外座圈，当117也起作用时，可以防止前后行星排太阳轮125逆时针转动，二挡单向离合器117的功能是当116工作时，防止前后行星排太阳轮125逆时针转动，低挡单向离合器119的功能是防止后行星排行星架120逆时针转动。

本实用新型纯电动汽车用控制管理系统102原理示图如图2所示。纯电动汽车用控制管理系统102由自动变速传动整备总控制器单元201、第一总线端系统202、第二总线端系统203、离合装置行程传感执行模块204、自动变速传动整备输入转速传感执行模块205、选择角传感执行模块206、换挡行程传感执行模块207、油泵继电执行模块208、油泵控制限速挡给定自动挡排量209、蓄能器压力传感执行模块210、奇数挡电磁阀211、偶数挡电磁阀212、数控制动装置电磁阀213、离合装置电磁阀214、转向盘和换挡摇杆路（变速系统）215、转向柱开关系统216、倒车灯于某种原因217、灯光模块218、第三总线端系统219、变速杆位置传感器220、开关示意图221、制动灯开关222、组合仪表系统223、变速杆锁（自锁功能）224、中柱开关控制系统225、搭铁226、自动控制开关系统227、车身CAN总线228、安全总线229、安全网关模块230、CAN动力总线231、电机控制系统232、电机转速信号233、便捷进入及启动系统234、驻车空挡信号235构成。

纯电动汽车用控制管理系统102是将自动变速器传动整备的各种控制信号输入电子控制单元汽车专用微机控制器。经过处理后，微机控制器发出控制指令，激活液压系统中的各种电磁阀，实现自动换挡并改善换挡性能。

自动变速器传动整备利用各种传感执行模块将永磁超强超能驱动电机的转速、液压控制、车速、永磁超强超能驱动电机冷却温度、自动变速器传动油温度等参数信号输入汽车专用微机控制器，汽车专用微机控制器根据这些信号按照设定的换挡规律向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出控制信号，换挡电磁阀和油压电磁阀再将汽车专用微机控制器的动作控制信号转变为液压控制信号，阀板中的各控制阀根据这些液压控制信号控制换挡执行元件的动作，从而实现自动换挡过程。

其主要功能：1）传递转矩；2）无级变速；3）自动离合；4）驱动载体。 

润滑系统在自动变速器传动整备润滑系统中，主减速器齿轮采用飞溅式润滑。储油腔向各个齿轮提供稳定的润滑油。该自动变速传动整备油液的加注方式与手动变速器的相同。

本实用新型前驱装置路线如图3所示。纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成为一套，包括永磁超强超能驱动电机301、液力变矩器（变速器转矩变换装备）302、自动变速器传动整备303、主减速器304，整备一起，装于纯电动汽车的前置前驱机座上。永磁超强超能驱动电机301功能是主驱动动力、液力转矩变换装备（变速器转矩变换装备）302功能是转矩变换，传动转矩，无级变速，自动离合、自动变速器传动整备303在液力转矩变换装备（变速器转矩变换装备）302的作用下，完成整个变速过程、主减速器304功能是传递减速过程驱动行驶。动力电池组305分布于底部中心部位，分为A组、B组两个单元的两组电池组，循环使用。

本实用新型四驱装置路线如图4所示。纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成为二套，每套包括永磁超强超能驱动电机401、液力变矩器（变速器转矩变换装备）402、自动变速器传动整备403、主减速器404，整备一起装于纯电动汽车的前置和后置的四驱机座上。同理，永磁超强超能驱动电机401功能是主驱动动力，液力变矩器（变速器转矩变换装备）402功能是转矩变换，传动转矩，无级变速，自动离合、自动变速器传动整备403在液力变矩器（变速器转矩变换装备）402的作用下完成整个变速过程、主减速器404功能是传递减速过程驱动行驶。动力电池组405分布于底部中心部位，分为A组、B组两个单元的两组电池组，循环四驱行驶使用。

液力变矩器（变速器转矩变换装备），属购置制备，主要由于动力电机和变速器之间没有离合器，他们之间的连接是靠液力变矩器来实现的，液力变矩器的作用主要是传递转速和扭矩、同时使动力电机和自动变速器之间的连接成为非刚性的以促使自动变速器自动换挡。

纯电动汽车用控制管理系统，属购置制备，主要用于电机的变频调速控制和制动等。

自动变速器传动整备303、自动变速器传动整备403设计为五挡（含倒挡）行星齿轮变速结构，是由2～3排行星齿轮机构组成，不同的运动状态组合可得到2～5种速比，以提高纯电动汽车的行驶适应能力和实现倒挡传动。

自动变速器传动整备303、自动变速器传动整备403由五挡（含倒挡）行星齿轮机构和换挡执行元件两大部分组成。其中五挡（含倒挡）行星齿轮机构由3排行星齿轮机构组成，前面一排为超速行星排，中间一排为前行星排，后面一排为后行星排。其中，输入轴127与超速行星排行星架106相连，超速行星排齿圈108与中间轴109相连，中间轴109通过前进挡离合装置或直接挡／倒挡离合装置与前、后行星排相连。前、后行星排的结构特点是共用一个前后行星排太阳轮125，前行星排的行星架113与后行星排的齿圈122相连并与输出轴相连。

自动变速器传动整备换挡执行元件包括3个离合器、4个制动器和3个单向离合器，共10个元件。

各挡传动路线五挡（含倒挡）自动变速器传动整备换挡执行元件工作状态表。

五挡纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成D位一挡的传动路线：D位一挡时超速挡离合器104、前进挡离合器111、超速挡单向离合器105、低挡单向离合器119工作。超速挡离合器104和超速挡单向离合器105将超速行星排太阳轮126和行星架相连，此时超速行星排成为一个刚性整体，输入轴的动力顺时针传到中间轴。前进挡离合器111将中间轴与前行星排齿圈相连，前行星排齿圈顺时针转动驱动前行星排行星轮，前行星排行星轮即顺时针自转又顺时针公转，前行星排行星轮顺时针公转则输出轴也顺时针转动，这是一条动力传动路线。

由于前行星排行星轮顺时针自转，因此前、后行星排太阳轮逆时针转动，再驱动后行星排行星轮顺时针自转，此时后行星排行星轮在前后行星排太阳轮的作用下有逆时针公转的趋势，但由于低挡单向离合器119的作用，使得后行星排行星架不动。这样顺时针转动的后行星排行星轮驱动齿圈顺时针转动，从输出轴也输出动力，这是第二条动力传动路线。

所述五挡纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成D位二挡的传动路线： D位二挡时，超速挡离合器104、前进挡离合器111、二挡制动器116、超速挡单向离合器105、二挡单向离合器117工作。超速挡离合器104和超速挡单向离合器105工作如前所述直接将动力传给中间轴。前进挡离合器111工作，动力顺时针传到前行星排齿圈，驱动前行星排行星轮顺时针转动，并使前、后太阳轮有逆时针转动的趋势。由于二挡制动器116的作用，二挡单向离合器117将防止前后太阳轮逆时针转动，即前、后太阳轮不动。此时前行星排行星轮将带动行星架也顺时针转动，从输出轴输出动力。后行星排不参与动力的传动，为慢速时滑行制动。

所述五挡纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成D位三挡的传动路线：D位三挡时，超速挡离合器104、前进挡离合器111、直接挡/倒挡离合器110、二挡制动器116、 超速挡单向离合器105工作。超速挡离合器104和超速挡单向离合器105工作如前所述直接将动力传给中间轴。前进挡离合器111和直接挡/倒挡离合器110将中间轴与前行星排的齿圈和太阳轮同时连接起来，前行星排成为刚性整体，动力直接传给前行星排行星架，从输出轴输出动力。此挡为直接挡。

在D三挡时二挡制动器116可以不参与工作。让二挡制动器116工作的原因是可以使D二挡升D三挡时只需让直接挡/倒挡离合器110工作即可。同样，D三挡降为D二挡时也只需让直接挡/倒挡离合器110停止工作即可，这样相邻两挡升降参与工作的元件少，换挡方便，提高了可靠性和平顺性。

所述五挡纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成D位四挡的传动路线：（3-4挡）行星排太阳轮126固定。动力由输入轴输入，带动超速行星排行星架顺时针转动，并驱动行星轮及齿圈都顺时针转动，此时的传动比小于1。前进挡离合器111、直接挡/倒挡离合器110使得前、后行星排的工作同D（3-4挡），即处于直接挡。所以整个机构以超速挡传递动力。

所述五挡纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成R位倒挡的传动路线：R位倒挡时，超速挡离合器104、直接挡/倒挡离合器110、低/倒挡离合器118、超速挡单向离合器105工作。超速挡离合器104和超速挡单向离合器105直接将动力传给中间轴。直接挡/倒挡离合器110将动力传给前、后行星排太阳轮。低/倒挡离合器118将后行星排行星架固定，使得行星轮仅相当于一个惰轮。前、后行星排太阳轮顺时针转动并驱动后行星排行星架逆时针转动，进而驱动后行星排齿圈也逆时针转动，从输出轴逆时针输出动力。

所述五挡纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成P位（驻车挡）。将变速杆置于P位时，一般是通过驻车锁止机构将自动变速器传动整备输出轴锁止实现驻车的。

所述自动变速器传动整备离合装置的功能是连接轴和行星齿轮机构中的元件或是连接行星齿轮机构中的不同元件。

本实用新型的优点：结构生产制作机构工艺紧凑、传动效率高、换挡速度快，动力无中断；机械结构简化，取材方便、成本低廉节能环保的纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成。

以75kw机电自动变速器传动整备一体化总成为例，其传动比：

主传动4.000；一挡3.466；二挡1.426；三挡1.068；四挡0.888；倒挡3.455。

Claims (5)

1.一种纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成，包括永磁驱动电机、液力变矩器（128）、输入轴（127）、输出轴（123）、主减速箱（124）、输出轴（123）输出端接主减速箱（124），其特征在于：所述输入轴（127）与永磁驱动电机同轴，永磁驱动电机主轴、液力变矩器（128）、输入轴（127）相互连接，在输入轴（127）的输出段上装有超速行星排太阳轮（126）和超速行星排行星架（106），该超速行星排行星架（106）安装有超速挡制动器（103）、超速挡离合器（104）、超速挡单向离合器（105）、超速行星排行星轮（107）和超速行星排齿圈（108）；在所述输出轴（123）的输入段上装有前后行星排太阳轮（125），该前后行星排太阳轮（125）通过前行星排行星架（113）、后行星排行星架（120）安装有直接挡/倒挡离合器（110）、前进挡离合器（111）、二挡滑行制动器（112）、前行星排行星轮（114）、前行星排齿圈（115）、二挡制动器（116）、二挡单向离合器（117）、低/倒挡离合器（118）、低挡单向离合器（119）、后行星排行星轮（121）和后行星排齿圈（122）；还包括位于输入轴（127）与输出轴（123）之间的中间轴（109），该中间轴（109）一端通过超速行星排行星架（106）与直接挡/倒挡离合器（110）和前进挡离合器（111）连接，另一端通过前进挡离合器与超速行星排齿圈（108）连接。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成，其特征在于：所述的永磁驱动电机为永磁超强超能驱动电机（101）。

3.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成，其特征在于：所述的纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成为一套，装于纯电动汽车的前置前驱机座上。

4.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成，其特征在于：所述的纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成为二套，分别装于纯电动汽车的前置和后置的四驱机座上。

5.根据权利要求1或2所述的纯电动汽车机电自动变速器传动整备一体化总成，其特征在于：还包括纯电动汽车用控制管理系统（102），该纯电动汽车用控制管理系统（102）由自动变速传动整备总控制器单元（201）、第一总线端系统（202）、第二总线端系统（203）、离合装置行程传感执行模块（204）、自动变速传动整备输入转速传感执行模块（205）、选择角传感执行模块（206）、换挡行程传感执行模块（207）、油泵继电执行模块（208）、油泵控制限速挡给定自动挡排量（209）、蓄能器压力传感执行模块（210）、奇数挡电磁阀（211）、偶数挡电磁阀（212）、数控制动装置电磁阀（213）、离合装置电磁阀（214）、转向盘和换挡摇杆路（215）、转向柱开关系统（216）、倒车灯（217）、灯光模块（218）、第三总线端系统（219）、变速杆位置传感器（220）、开关示意图（221）、制动灯开关（222）、组合仪表系统（223）、变速杆锁（224）、中柱开关控制系统（225）、搭铁（226）、自动控制开关系统（227）、车身CAN总线（228）、安全总线（229）、安全网关模块（230）、CAN动力总线（231）、电机控制系统（232）、电机转速信号（233）、便捷进入及启动系统（234）、驻车空挡信号（235）构成。