CN206926509U - 一种多挡位电驱动传动装置 - Google Patents

一种多挡位电驱动传动装置 Download PDF

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Abstract

一种多挡位电驱动传动装置，包括：壳体、设置于壳体内的电机、依次设置于中心轴上的第一离合器和第二离合器、双行星排机构和两个制动器，所述电机的定子和制动器固定设置于壳体上，第一离合器和第二离合器设置于传动装置的传动轴之间。本实用新型能够实现多个挡位的驱动模式，可用于混合动力系统和纯电动系统。

Description

一种多挡位电驱动传动装置
技术领域
本实用新型属于车辆动力传动领域的技术，具体讲就是涉及一种多挡位电驱动传动装置。
背景技术
汽车动力系统逐渐向电动化发展，在技术上比较成熟的混合动力系统成为现阶段解决汽车能耗和环境污染的重要技术方案。早期的混合动力系统较多地采用电机和已有变速箱的简单集成，整体性能偏低，成本较高。而针对混合动力系统和纯电动系统工作特点专门设计的传动装置，不仅具有性能和成本优势，还便于实现平台化系列产品开发，成为电驱动传动装置的重要发展方向。
实用新型内容
本实用新型的目的就是针对现有的电驱动传动装置，整体性能偏低，成本较高的技术缺陷，提出一种多挡位电驱动传动装置，通过行星排机构与制动器、离合器构成的换挡元件配合，实现多个挡位的驱动模式，有利于提高动力系统工作效率。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：它包括壳体，设置于壳体内的电机，设置于中心轴上的第一离合器和第二离合器，双行星排机构和第一制动器，所述电机的定子和第一制动器的一端固定设置于壳体上，所述第一离合器和第二离合器设置于传动装置的传动轴之间；
所述双行星排机构包括第一太阳轮、第一行星架、第一行星轮、第一外齿圈、第二太阳轮、第二行星架、第二行星轮、第二外齿圈、第一连轴、第二连 轴、第三连轴和第四连轴，所述第一太阳轮与所述第一行星轮啮合，所述第一行星轮与所述第一外齿圈啮合，所述第二太阳轮与所述第二行星轮啮合，所述第二行星轮与所述第二外齿圈啮合，所述第一太阳轮固定设置于所述第二连轴上，所述第一行星架与所述第二外齿圈固定设置于所述第一连轴上，所述第一连轴同时作为动力输出轴，所述第一外齿圈和所述第二行星架固定设置于第三连轴上，所述第二太阳轮固定设置于所述第四连轴上；
在所述中心轴与所述第四连轴之间设置第一离合器，同时在所述中心轴与所述第三连轴之间设置第二离合器，在所述第二连轴与所述壳体之间设置第一制动器，所述第一制动器的一端与所述壳体固定连接，另外一端与所述第二连轴固定连接。
进一步，所述电机的转子与所述中心轴连接，所述电机的定子固定安装在所述壳体上。
进一步，所述电机的转子与第四连轴连接，所述电机的定子固定安装在所述壳体上。
进一步，所述中心轴通过飞轮减振器与发动机连接。
进一步，所述第四连轴与壳体之间设置第二制动器，所述第二制动器的一端固定安装在壳体上，另外一端固定设置于第四连轴。
进一步，所述第一连轴作为动力输出轴，与主减速器相连。
所述第一连轴与主减速器之间设有减速齿轮机构。
所述减速齿轮机构包括减速齿轮、大减速齿轮、小减速齿轮、差速器主减速齿轮、齿轮连轴和差速器，所述大减速齿轮和小减速齿轮设置于齿轮连轴上，大减速齿轮与减速齿轮啮合，小减速齿轮与差速器主减速齿轮啮合，差速器主减速齿轮设置于差速器上。
进一步，所述第一离合器、第二离合器采用多片湿式摩擦元件。
进一步，所述第一制动器采用多片摩擦元件或具有双向锁止功能的单向离合器机构。
技术效果
与现有技术相比，本实用新型能够实现多种混合动力驱动模式，包括动力分流模式和四个固定速比的并联混合动力驱动模式，动力分流模式作为车辆起步模式，避免采用离合器起步，降低换挡元件使用要求。该传动装置还可以作为一款三挡纯电动变速箱使用，满足低速大扭矩和高车速的使用要求。该传动装置作为平台化的技术方案，可以用于开发系列产品。
附图说明
附图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
附图2为本实用新型实施例2的结构示意图；
附图3为本实用新型实施例3的结构示意图；
附图4为本实用新型实施例4的结构示意图；
其中，1-中心轴、2-第二连轴、3-第一连轴、4-第三连轴、5-第四连轴、6-第一太阳轮、7-第一行星轮、8-第一外齿圈、9-第二太阳轮、10-第二行星轮、11-第二外齿圈、12-电机转子、13-电机定子、14-减速齿轮、15-大减速齿轮、16-齿轮连轴、17-小减速齿轮、18-主减速齿轮、19-差速器、20-整车半轴、21-车轮、22-壳体、B1-第一制动器、B2-第二制动器、C1第一离合器、C2-第二离合器、EM-电机、FW-飞轮减振器、ICE-发动机、31-第一行星架、41-第二行星架。
具体实施方式
实施例1
如附图1所示，一种多挡位电驱动传动装置，它包括壳体22、设置于壳体22内的电机EM、双行星排机构、第一离合器C1、第二离合器C2、中心轴1、第一制动器B1和第二制动器B2，其中：电机EM的电机定子13、第一制动器B1 和第二制动器B2的一端都固定在壳体22上；发动机ICE、电机EM、双行星排机构、动力输出轴依次同轴排列。
所述的双行星排机构包括：具有第一太阳轮6、第一行星轮7、第一行星架31、第一外齿圈8的第一行星排PG1，具有第二太阳轮9、第二行星轮10、第二行星架41、第二外齿圈11的第二行星排PG2、第一连轴3、第二连轴2、第三连轴4和第四连轴5，其中：若干个第一行星轮7和若干个第二行星轮10分别安装于第一行星架31和第二行星架41上；第一太阳轮6与第一行星轮7啮合，第一行星轮7同时与第一外齿圈8啮合；第二太阳轮9与第二行星轮10啮合，第二行星轮10同时与第二外齿圈11啮合；第一太阳轮6固定设置于第二连轴2上，第一行星架31与第二外齿圈11固定设置于第一连轴3上，第一连轴3同时作为动力输出轴；第一外齿圈8和第二行星架41固定设置于第三连轴4上；第二太阳轮9固定设置于第四连轴5上。
电机EM的电机转子12与第四连轴5相连；所述的第一离合器C1设置于中心轴1与第四连轴5之间；所述的第二离合器C2设置于中心轴1与第三连轴4之间。
所述的第一制动器B1设置于第二连轴2与传动装置壳体22之间；所述的第二制动器B2设置于第四连轴5与传动装置壳体22之间。
所述的中心轴1作为动力输入轴通过飞轮减振器FW与发动机ICE相连。
所述的第一离合器C1、第二离合器C2和第二制动器B2采用多片湿式摩擦元件。
所述的第一制动器B1采用多片摩擦元件或具有双向锁止功能的单向离合器结构。
所述的第一连轴3作为动力输出轴，与整车的主减速器相连。
所述的双行星排机构的第一连轴3、第二连轴2、第三连轴4及第四连轴5构成四轴系统，通过作制动器和离合器的配合实现车辆多挡位驱动。
本实施例可实现一个挡位的纯电动模式(EV-1)和五种混合动力模式(HEV-1～HEV-5)。
所述的纯电动模式(EV-1)为第一制动器B1单独闭合，此时采用电机EM驱动可获得较大扭矩输出。
所述的混合动力模式的第一固定挡位(HEV-1)为第一离合器C1和第一制动器B1闭合，此时第一制动器B1提供双行星排机构的扭矩支点，发动机ICE以较大的传动比驱动车辆，电机EM可以同时助力以并联模式运行；第二固定挡位(HEV-2)为第二离合器C2和第一制动器B1闭合，此时电机EM可以同时助力与发动机ICE以并联模式运行；第三固定挡位(HEV-3)为第一离合器C1和第二离合器C2闭合，此时双行星排机构整体转动，各元件之间无相对转动，实现直接挡功能；第四固定挡位(HEV-4)为第二离合器C2和第二制动器B2闭合，此时第二制动器B2提供双行星排机构的扭矩支点，电机EM被锁住而不参与工作，发动机ICE的转速小于第一连轴3的转速系统以超速挡运行，适用于高车速工况。HEV-5工作模式是一种动力分流模式，第二离合器单独闭合，电机EM输出负扭矩用于平衡发动机扭矩，电机从发动机获得功率处于发电状态，依靠电机的转速调节实现发动机的工作区间优化，即使低车速工况也可以采用该混合动力模式起步。
本实施例各工作模式与换挡元件之间的控制逻辑如下表所示：
工作模 B1 B2 C1 C2
EV-1 ● 〇 〇 〇
HEV-1 ● 〇 ● 〇
HEV-2 ● 〇 〇 ●
HEV-3 〇 〇 ● ●
HEV-4 〇 ● 〇 ●
HEV-5 〇 〇 〇 ●
注：〇为打开状态；●为闭合状态。
当采用纯电动模式(EV-1)时，第一制动器B1单独闭合，此时电机EM至传动装置输出端的传动比为，
其中：i1为第一行星排PG1传动比，等于第一外齿圈8的齿数除以第一太阳轮6的齿数，第一外齿圈齿数取负值；i2为第二行星排PG2传动比，等于第二外齿圈11齿数除以第二太阳轮9齿数，第二外齿圈齿数取负值。
当采用混合动力模式的第一固定挡位(HEV-1)时，电机发动机ICE和电机EM同轴，发动机至输出端的传动比与纯电动模式相同。
当采用混合动力模式的第二固定挡位(HEV-2)时，发动机ICE通过第二离合器C2与第三连轴4连接，第一制动器B1闭合提供扭矩支点，此时发动机ICE至输出端的传动比为，
当采用混合动力模式的第三固定挡位(HEV-3)时，第一离合器C1和第二离合器C2同时闭合，行星排机构整体转动，发动机和输出轴同转速转动，此时传动比为，
iHEV3＝1
当采用混合动力模式的第四固定挡位(HEV-4)时，第二离合器C2和第二制动器B2同时闭合，此时发动机转速低于输出端转速为超速挡模式，电机EM不能参与工作，仅发动机驱动。此时发动机ICE至输出端的传动比为，
单独闭合第二离合器C2时，发动机ICE和电机EM同时工作，控制电机EM输出负扭矩，用于平衡发动机ICE扭矩，同时可以通过电机EM来调节发动机ICE的工作区间。此时电机EM处于发电状态，动力系统以功率分流模式工作，即对于使车速很低的工况发动机仍然可以工作，该模式可以用于车辆起步。
实施例2
如附图2所示是一种多挡位电驱动传动装置的又一实施例，它包括壳体22、设置于壳体22内的电机EM、双行星排机构、第一离合器C1、第二离合器C2、中心轴1和第一制动器B1，其中：电机EM的电机定子13、第一制动器B1的一端固定在壳体22上，电机EM、双行星排机构、动力输出轴依次同轴排列。
所述的双行星排机构包括：具有第一太阳轮6、第一行星轮7、第一行星架31、第一外齿圈8的第一行星排PG1；具有第二太阳轮9、第二行星轮10、第二行星架41、第二外齿圈11的第二行星排PG2、第一连轴3、第二连轴2、第三连轴4和第四连轴5，其中：若干个第一行星轮7和若干个第二行星轮10分别安装于第一行星架31和第二行星架41上；第一太阳轮6与第一行星轮7啮合，第一行星轮7同时与第一外齿圈8啮合；第二太阳轮9与第二行星轮10啮合，第二行星轮10同时与第二外齿圈11啮合；第一太阳轮6固定设置于第二连轴2上，第一行星架31与第二外齿圈11固定设置于第一连轴3上，第一连轴3同时作为动力输出轴；第一外齿圈8和第二行星架41固定设置于第三连轴4上；第二太阳轮9固定设置于第四连轴5上。
电机EM的电机转子12与中心轴1相连；所述的第一离合器C1设置于中心轴1与第四连轴5之间；所述的第二离合器C2设置于中心轴1与第三连轴4之间。
所述的第一制动器B1设置于第二连轴2与传动装置壳体22之间。
所述的第一离合器C1、第二离合器C2采用多片湿式摩擦元件。
所述的第一制动器B1采用多片摩擦元件或具有双向锁止功能的单向离合器结构。
所述的第一连轴3作为动力输出轴，与整车的主减速器相连。
本实施例能够实现三个挡位的纯电动模式(EV-1～EV-3)。
所述的第一挡纯电动模式(EV-1)为第一制动器B1和第一离合器C1闭合，此时采用电机EM驱动可获得较大扭矩输出；所述的第二挡纯电动模式(EV-2)为第一制动器和第二离合器C2闭合；所述的第三挡纯电动模式(EV-3)为第一离合 器C1和第二离合器C2同时闭合，为直接挡模式。
本实施例各工作模式与换挡元件之间的控制逻辑如下表所示：
本实施 B1 C1 C2
EV-1 ● ● 〇
EV-2 ● 〇 ●
EV-3 〇 ● ●
注：〇为打开状态；●为闭合状态。
实施例3
如附图3所示是一种多挡位电驱动传动装置的另一个实施例，它包括壳体22、设置于壳体22内的电机EM、双行星排机构、第一离合器C1、第二离合器C2、中心轴1、第一制动器B1和第二制动器B2，其中：电机EM的电机定子13、第一制动器B1和第二制动器B2的一端分别固定在壳体22上，发动机ICE、电机EM、双行星排机构、动力输出轴依次同轴排列。
所述的双行星排机构包括：具有第一太阳轮6、第一行星轮7、第一行星架31、第一外齿圈8的第一行星排PG1，具有第二太阳轮9、第二行星轮10、第二行星架41、第二外齿圈11的第二行星排PG2、第一连轴3、第二连轴2、第三连轴4和第四连轴5，其中：若干个第一行星轮7和若干个第二行星轮10分别安装于第一行星架31和第二行星架41上；第一太阳轮6与第一行星轮7啮合，第一行星轮7同时与第一外齿圈8啮合；第二太阳轮9与第二行星轮10啮合，第二行星轮10同时与第二外齿圈11啮合；第一太阳轮6固定设置于第二连轴2上，第一行星架31与第二外齿圈11固定设置于第一连轴3上，第一连轴3同时作为动力输出轴；第一外齿圈8和第二行星架41固定设置于第三连轴4上；第二太阳轮9固定设置于第四连轴5上。
电机EM的电机转子12与第四连轴5相连；所述的第一离合器C1设置于中心轴1与第四连轴5之间；所述的第二离合器C2设置于中心轴1与第三连轴4之间。
所述的第一制动器B1设置于第二连轴2与传动装置壳体22之间；所述的第二制动器B2设置于第四连轴5与传动装置壳体22之间。
所述的中心轴1作为动力输入轴通过飞轮减振器FW与发动机ICE相连。
所述的第一离合器C1、第二离合器C2和第二制动器B2采用多片湿式摩擦元件。
所述的第一制动器B1采用多片摩擦元件或具有双向锁止功能的单向离合器结构。
所述的第一连轴3作为动力输出轴，在第一连轴3上安装减速齿轮14，大减速齿轮15和小减速齿轮17设置于齿轮连轴16上，大减速齿轮15与减速齿轮11啮合；设置于差速器17上的主减速齿轮18与小减速齿轮17啮合。
所述的差速器19通过整车半轴20连接车轮21，将输入的动力通过整车半轴20驱动车轮21行驶。
所述的减速齿轮14与大减速齿轮15啮合，形成第一级减速；小减速齿轮17与主减速齿轮18啮合，形成第二级减速。
所述的双行星排机构的第一连轴3、第二连轴2、第三连轴4及第四连轴5构成四轴系统，通过作制动器和离合器的配合实现车辆多挡位驱动。
本实施例可实现一个挡位的纯电动模式(EV-1)和五种混合动力模式(HEV-1～HEV-5)，具有与实施例1相同的工作模式。
实施例4
如图4所示是一种多挡位电驱动传动装置的再一个实施例，它包括壳体22、设置于壳体22内的电机EM、双行星排机构、第一离合器C1、第二离合器C2、中心轴1和第一制动器B1，其中：电机EM的电机定子13、第一制动器B1的一端固定在壳体22上。电机EM、双行星排机构、动力输出轴依次同轴排列。
所述的双行星排机构包括：具有第一太阳轮6、第一行星轮7、第一行星架31、第一外齿圈8的第一行星排PG1，具有第二太阳轮9、第二行星轮10、第二行星架41、第二外齿圈11的第二行星排PG2、第一连轴3、第二连轴2、第三 连轴4和第四连轴5，其中：若干个第一行星轮7和若干个第二行星轮10分别安装于第一行星架31和第二行星架41上；第一太阳轮6与第一行星轮7啮合，第一行星轮7同时与第一外齿圈8啮合；第二太阳轮9与第二行星轮10啮合，第二行星轮10同时与第二外齿圈11啮合；第一太阳轮6固定设置于第二连轴2上，第一行星架31与第二外齿圈11固定设置于第一连轴3上，第一连轴3同时作为动力输出轴；第一外齿圈8和第二行星架41固定设置于第三连轴4上；第二太阳轮9固定设置于第四连轴5上。
电机EM的电机转子12与中心轴1相连；所述的第一离合器C1设置于中心轴1与第四连轴5之间；所述的第二离合器C2设置于中心轴1与第三连轴4之间。
所述的第一制动器B1设置于第二连轴2与传动装置壳体22之间。
所述的第一离合器C1、第二离合器C2采用多片湿式摩擦元件。
所述的第一制动器B1采用多片摩擦元件或具有双向锁止功能的单向离合器结构。
所述的第一连轴3作为动力输出轴，在第一连轴3上安装减速齿轮14，大减速齿轮15和小减速齿轮17设置于齿轮连轴16上，大减速齿轮15与减速齿轮11啮合；设置于差速器17上的主减速齿轮18与小减速齿轮17啮合。
所述的差速器19通过整车半轴20连接车轮21，将输入的动力通过整车半轴20驱动车轮21行驶。
所述的减速齿轮14与大减速齿轮15啮合，形成第一级减速；小减速齿轮17与主减速齿轮18啮合，形成第二级减速。
本实施例能够实现三个挡位的纯电动模式(EV-1～EV-3)。
所述的第一挡纯电动模式(EV-1)为第一制动器B1和第一离合器C1闭合，此时采用电机EM驱动可获得较大扭矩输出；所述的第二挡纯电动模式(EV-2)为第一制动器和第二离合器C2闭合；所述的第三挡纯电动模式(EV-3)为第一离合器C1和第二离合器C2同时闭合，为直接挡模式。
本实施例各工作模式与换挡元件之间的控制逻辑如下表所示：
工作模 B1 C1 C2
EV-1 ● ● 〇
EV-2 ● 〇 ●
EV-3 〇 ● ●
注：〇为打开状态；●为闭合状态。

Claims (10)

1.一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：它包括壳体，设置于壳体内的电机，设置于中心轴上的第一离合器和第二离合器，双行星排机构和第一制动器，所述电机的定子和第一制动器的一端固定设置于壳体上，所述第一离合器和第二离合器设置于传动装置的传动轴之间；
所述双行星排机构包括第一太阳轮、第一行星架、第一行星轮、第一外齿圈、第二太阳轮、第二行星架、第二行星轮、第二外齿圈、第一连轴、第二连轴、第三连轴和第四连轴，所述第一太阳轮与所述第一行星轮啮合，所述第一行星轮与所述第一外齿圈啮合，所述第二太阳轮与所述第二行星轮啮合，所述第二行星轮与所述第二外齿圈啮合，所述第一太阳轮固定设置于所述第二连轴上，所述第一行星架与所述第二外齿圈固定设置于所述第一连轴上，所述第一连轴同时作为动力输出轴，所述第一外齿圈和所述第二行星架固定设置于第三连轴上，所述第二太阳轮固定设置于所述第四连轴上；
在所述中心轴与所述第四连轴之间设置第一离合器，同时在所述中心轴与所述第三连轴之间设置第二离合器，在所述第二连轴与所述壳体之间设置第一制动器，所述第一制动器的一端与所述壳体固定连接，另外一端与所述第二连轴固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：所述电机的转子与所述中心轴连接，所述电机的定子固定安装在所述壳体上。
3.根据权利要求1所述的一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：所述电机的转子与第四连轴连接，所述电机的定子固定安装在所述壳体上。
4.根据权利要求1所述的一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：所述中心轴通过飞轮减振器与发动机连接。
5.根据权利要求1所述的一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：所述第四连轴与壳体之间设置第二制动器，所述第二制动器的一端固定安装在壳体上，另外一端固定设置于第四连轴。
6.根据权利要求1所述的一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：所述第一连轴作为动力输出轴，与主减速器相连。
7.根据权利要求6所述的一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：所述第一连轴与主减速器之间设有减速齿轮机构。
8.根据权利要求7所述的一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：所述减速齿轮机构包括减速齿轮、大减速齿轮、小减速齿轮、差速器主减速齿轮、齿轮连轴和差速器，所述大减速齿轮和小减速齿轮设置于齿轮连轴上，大减速齿轮与减速齿轮啮合，小减速齿轮与差速器主减速齿轮啮合，差速器主减速齿轮设置于差速器上。
9.根据权利要求1所述的一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：所述第一离合器、第二离合器采用多片湿式摩擦元件。
10.根据权利要求1所述的一种多挡位电驱动传动装置，其特征在于：所述第一制动器采用多片摩擦元件或具有双向锁止功能的单向离合器机构。
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