CN216231648U - 一种集成式电驱桥系统 - Google Patents

Abstract

本公开的集成式电驱桥系统，包括变速器壳体、第一电机、第二电机，第一电机和第二电机分别对称设置在变速器壳体的相对侧，第一电机的动力经过行星齿轮机构输入，第二电机的动力由第二输入轴输入；第一电机的第一输入轴、第二电机的第二输入轴、行星齿轮机构的中心轴为同轴线设置；中间轴，该中间轴可旋转支撑在变速器壳体的相对侧，并与第二输入轴平行；该中间轴设置齿轮二和齿轮三，其中，齿轮二与第二输入轴的齿轮一传动连接，齿轮三与输出轴上的齿轮四传动连接；滑套换挡机构，其套设在第二输入轴上，能够沿第二输入轴滑动，并可选择性结合行星齿轮机构的行星架或中心轴。本公开的电驱桥结构简单，维护保养简单，维护使用成本更低。

Description

一种集成式电驱桥系统

技术领域

本公开涉及电动商用车领域，尤其涉及一种集成式电驱桥系统。

背景技术

电驱桥是电动商用车的重要组成部件，电驱桥系统主要任务是通过变速增扭或直驱方式，将来自驱动电机的动力，通过车桥内部齿轮机构等相关系统，传递到轮胎，以驱动商用车辆或其它运输机械的运动和作业。

由于商用车运载货物的重量范围非常宽广，从空载到50、60吨以及更重的载货都会出现；而且其运输距离多样，运距从几公里到几千公里都有，运输路况多种多样，有平路、有小坡道、有大坡道，有干燥里面、有松软路面、有泥泞路面等等。车辆面对如此多样的运营环境范围，为了保证各种工况下车辆运营能力和运营效率，必须保证不同工况下电驱桥都使车辆获得一定的速度，又能提供足够的牵引力。现在市场上大多数电驱桥都是单一速比，不能同时兼顾速度和牵引力；速比设定小一些，可获得要求的车速，但是爬坡的牵引力将不足；设置较大的速比，则导致车速较低，影响效率。而市场上现有的一些两档变速电驱桥，虽然速比的设置能够在车速和牵引力之间获得一定的平衡，但是由于设计结构的限制，速比范围较窄，还会出现许多工况下，不能兼顾车速和牵引力。

再有，传统燃油发动机商用车的动力传递路线是：发动机-变速箱-驱动桥-车轮，传递路线长，效率低，功率损失大；而且发动机的热效率低，也导致能量损耗大。

再有，传统燃油发动机商用车燃烧柴油，排放污染，而电驱桥驱动商用车使用电池、电机作为动力系统，实现零排放，无污染。

实用新型内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种集成式电驱桥系统。

本电驱桥驱动方案，将变速器系统设置在驱动桥上，减少传递中间环节，提升效率，降低功率损耗，节能增效；同时，使用电机驱动，由于电机的高效率，大大提升动力总成的效率，起到节能增效的效果。

根据本公开的至少一个实施方式，一种集成式电驱桥系统，包括变速器壳体、第一电机、第二电机，

所述第一电机和第二电机分别对称设置在变速器壳体的相对侧，所述第一电机的动力经过行星齿轮机构输入，所述第二电机的动力由第二输入轴输入；

所述第一电机的第一输入轴、所述第二电机的第二输入轴、所述行星齿轮机构的中心轴为同轴线设置；

中间轴，该中间轴可旋转支撑在所述变速器壳体的相对侧，并与第二输入轴平行；该中间轴设置齿轮二和齿轮三，其中，所述齿轮二与第二输入轴的齿轮一传动连接，所述齿轮三与输出轴上的齿轮四传动连接；

滑套换挡机构，其套设在所述第二输入轴上，能够沿所述第二输入轴滑动，并可选择性结合所述行星齿轮机构的行星架或中心轴。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括车桥桥壳，所述车桥桥壳与所述变速器壳体连接，所述输出轴和差速器设置在该车桥桥壳中，

该差速器连接所述输出轴，其中，输出轴包括左半轴和右半轴，所述差速器将动力通过所述左半轴和右半轴输出。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一电机的第一输入轴与所述行星齿轮机构的中心轴为同一轴。

根据本公开的至少一个实施方式，所述滑套换挡机构包括滑套和换挡器，所述换挡器驱动换挡拨叉从而带动所述滑套在第二输入轴上滑动。

根据本公开的至少一个实施方式，所述滑套的内壁设有内齿，外壁设有外齿

所述行星齿轮机构的中心轴外表面设有外齿，用于与所述滑套的内齿啮合；以及

所述行星齿轮机构的行星架内表面设有内齿，用于与所述滑套的外齿啮合。

根据本公开的至少一个实施方式，所述换挡器的驱动采用电机、气动阀或液压阀中的一种。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括换挡控制单元，

所述换挡控制单元与所述换挡器电连接，通过控制逻辑向所述换挡器发送换挡信号。

根据本公开的至少一个实施方式，当滑套与所述中心轴啮合时，其传动速比为2.45～8.5；

当滑套与所述行星架啮合时，其传动速比为8.5～75.5。

根据本公开的至少一个实施方式，所述齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四以及行星齿轮机构的齿轮至少为直齿轮、斜齿轮或人字形齿轮中的一种。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一电机或第二电机为永磁同步电机、感应电机、开关磁阻电机的一种。

本公开的技术方案，变速器系统创新的结构设计布局，齿轮组和行星排的创新性结合，实现商用车辆最优化的车速与牵引力平衡，满足车辆轻载、重载，平路运行、坡道运行等各种工况对牵引力、速度及效率的要求，并且减少车辆整车的零件数量，减少传动轴传动噪音，可靠性更高。

通过两个输入端结构设计布局，两个输入端断开布置，又通过换挡器两个输入端(输入轴)相结合，它们相对独立又可以相互配合，实现多种动力流模式，可以最优化应用于商用车辆，依据不同工况选择动力流模式，实现动力性能和节能性能的优化。

整个动力传递系统的布置，使得动力直接输入端的第二输入轴所输入的动力连续不中断地通过齿轮组啮合传递到车轮，在变速器系统换挡时保持动力不中断，解决了其它电驱桥当中存在的变速换挡时动力中断，导致车辆溜坡等影响安全风险等情况。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的实施方式的电驱桥系统结构示意图。

图2是根据本公开的电驱桥系统直驱高速档位动力传递路线示意图。

图3是根据本公开的电驱桥系统直驱高速档位动力叠加传递路线示意图。

图4是根据本公开的电驱桥系统低速档位动力叠加传递路线示意图。

图5是根据本公开的滑套式换档机构的结构示意图。

附图标记：100-换档器；200-变速器壳体；21-第二输入轴；22-中心轴；23-滑套；24-换档拨叉；25-中间轴；Z1-齿轮一；Z2-齿轮二；Z3-齿轮三；Z4-齿轮四；P1-行星齿轮机构；300a-第一电机；300b-第二电机；400-车桥桥壳；500-右半轴；600-差速器；700-左半轴；800-换挡控制单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

商用车的货物装载量变化范围宽广，运输里程长短不一，运输路况多样，对车速和牵引力的需求也就多种多样。商用车电驱桥的设计就尽量满足商用车多样化的运行工况要求，比如爬坡时需要大的牵引力，能够提供足够的牵引力；比如需要减少运输时间时，能够获得需求的车速，提供运输效率。这就需要变速系统的结构设置、档位数的设置、速比的选取要充分合理，以应对不同运输工况对牵引力和车速的要求，以减少能量消耗。申请人对现有商用车电驱桥的变速系统做了调研，发现现有商用车电驱桥的变速系统通常只设置有一个档位，只有一个速比，不能满足商用车多样的运行工况；而一些带两档变速系统的电驱桥，由于机械结构的原因，速比范围只能设置在较窄的范围，也无法满足商用车宽广多样的运行工况；而且，现有的带两档变速系统的商用车电驱桥，其设计结构不能保证在换挡时动力不中断，会导致车辆在坡道等工况时车辆有溜坡等风险。

根据本公开的实施方式，如图1所示，提供了一种集成式电驱桥系统，可用于商用车，包括变速器壳体200、第一电机300a、第二电机300b，其中第一电机300a和第二电机300b分别对称地布置在变速器壳体200的两个相对的侧面，其中第一电机300a的输入轴与行星齿轮机构P1相连，其动力可经过行星齿轮机构P1(设置在变速器壳体200内)进行输入，而第二电机300b的第二输入轴21则直接输入动力。第一电机300a的输入轴，第二电机300b的第二输入轴21和行星齿轮机构P1的中心轴22为同轴线设置，优选地，第一电机300a的输入轴和行星齿轮机构P1的中心轴22为同一轴，可以在变速器高速档位时，有第一电机300a直接输出动力，省却了动力的传递过程，更加高效。第二电机300b的第二输入轴21和行星齿轮机构P1的中心轴22则不是同一轴，是断开的。第一电机300a、第二电机300b的性能参数(功率、扭矩、转速等)可以相同，也可以不同。当两个电机的性能参数不同时，其中一个电机主要是满足电动商用车常规平路工况时效率、节能的运行要求，另一个电机的主要是为满足车辆极限工况，比如爬大坡时等工况的要求，使得车辆不管在哪种工况下都能获得最优化、最节能的运行效果；既实现车辆的动力性性能，又实现高效节能的要求，适应商用车多样化载荷和多样化工况的动力需求，获得高的运输效率。

在某些实施方式中，第一电机300a或第二电机300b与变速器壳体200固定连接；第一电机300a或第二电机300b的输出端分别变速器壳体200的输入轴21及中心轴25直接连接。驱动电机和变速器壳体200之间设计直连接口，去除中间传动轴，减少零件数量，减少传动轴传动噪音，节约零件及系统成本。

在某些实施例中，还包括中间轴25，中间轴25可旋转地支撑在变速器壳体200的相对侧，并且与第二输入轴21平行，中间轴25上设置有齿轮二Z2和齿轮三Z3，齿轮二Z2与第二输入轴21设置的的齿轮一Z1啮合传动连接，齿轮三Z3与输出轴上的齿轮四Z4啮合传动连接，其中，齿轮一Z1和齿轮二Z2是一组恒定啮合传动的齿轮对，齿轮一Z1的直径小于齿轮二Z2的直径，第二输入轴21通过齿轮一Z1和齿轮二Z2的啮合将动力传给中间轴25；齿轮三Z3和齿轮四Z4是一组恒定啮合传动的齿轮对，齿轮三Z3的直径小于齿轮四Z4的直径，中间轴25通过齿轮三Z3与齿轮四Z4的啮合，将动力传给差速器600，从而形成两组齿轮对配合结构，即两对恒定啮合齿轮(齿轮一Z1和齿轮二Z2、齿轮三Z3和齿轮四Z4)。齿轮直径、厚度、齿数根据传动扭矩、转速以及速比等不同变化而进行设计。采用三轴(第二输入轴21和中心轴22、中间轴25和差速器600(输出轴)均通过轴承转动安装在变速器壳体200内，形成三轴布置结构)的传动结构齿轮尺寸更小，传动噪音更低，稳定可靠性更高。根据电机功率、扭矩不同，商用车车型不同和装载质量的不同，中心轴22、第二输入轴21、中间轴25和差速器600的具体结构和大小尺寸也不同。

在某些实施例中，还包括滑套换挡机构，包括滑套23和换挡器100，滑套套设在第二输入轴21上，能够沿第二输入轴21滑动，并可选择性结合行星齿轮机构P1的行星架或中心轴22。如图5所示，滑套23通过花键套设在第二输入轴21上与第二输入轴21一起转动，换挡器驱动换挡拨叉24从而带动滑套23在第二输入轴21上滑动。滑套23的内壁(内部表面)设有内齿，外壁(外表面)设有外齿，行星齿轮机构P1的中心轴22外表面设有外齿，用于与滑套23的内齿啮合形成高速档位；以及行星齿轮机构P1的行星架的内表面设有内齿，用于与滑套23的外齿啮合进行传动形成低速档位。具体地，在换挡过程中，滑套23在换档拨叉24带动下向中心轴22或行星架上的齿靠近，中心轴22或行星架上的齿和滑套23转速差足够小时，滑套23的齿和中心轴22或行星架上的齿顺利接合，传递动力。

在某些实施例中，换档器100与换档拨叉24连接，采用电机或气动阀或液压阀驱动换档拨叉24运动，带动滑套23在低速档位和高速档位之间切换。由换档电机或气动阀或液压阀提供动力，通过换档拨叉24驱动变速器内部的滑套23，换档器100的输出力替代了手动操作实现换档功能，减少了操作员的劳动强度。优选地，换档器100可以采用Y电机驱动所述换档拨叉24运动。Y电机为笼型转子异步电动机，防护等级为IP44，具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点，可以和其他电动设备更好地实现信号发送和接收，更容易实现精确控制，获得更精确的换档性能，同时更容易实现电动商用车的电动智能化。

在某些实施例中，还包括换挡控制单元(Transmission Control Unit，TCU)，换挡控制单元800与换挡器100电连接，通过控制逻辑向换挡器100发送换挡信号。具体地，换挡控制单元800通过CAN总线接收信号以及向换档器100发送指令。首先，换挡控制单元800可以通过CAN总线接收各个相关部件和整车信号，通过换档逻辑判断和处理得到换挡指令，再通过CAN总线将换档指令发送给换档器100。换挡控制单元800根据电动商用车的运行工况，通过换档逻辑指挥换档器执行换档动作，实现合理的自动换档动作，提高机器效率，降低驾驶员工作强度。

在某些实施例中，还包括车桥桥壳400，车桥桥壳400与变速器壳体连接200，优选地一体连接，输出轴和差速器600设置在该车桥桥壳400中，该差速器600连接输出轴，其中，输出轴包括左半轴700和右半轴500，差速器600将动力通过左半轴700和右半轴500输出，驱动车轮转动。差速器600用于对车辆左右两边的车桥半轴进行差速，满足车辆转弯工况和其它一些不平路面工况对左右车轮速度差的需求。优选地，差速器600与车桥半轴通过花键连接，车桥半轴伸出到车桥桥壳400外部的端部设有轮毂等其他部件，将动力输出传递给车轮，实现车辆的运行。本公开的集成式电驱动桥将变速系统通过设计的支架安装固定到商用车车桥桥壳上，保证变速系统以及其它相关零部件能够在稳定可靠的环境下，安全高效地工作。

在某些实施方式中，第二输入轴21、中心轴22、中间轴25与输出轴(包括左半轴700和右半轴500)差速器600平行设置，平行设置的三轴变速系统布置结构形式相对于两轴结构，齿轮的直径更小，重量更轻，传动噪音更小，单个齿轮的齿面承受的载荷更小，可靠性更高。根据实际需要，齿轮一Z1、齿轮二Z2、齿轮三Z3和齿轮四Z4设置为直齿轮或斜齿轮或人字形齿轮或锥齿轮中的至少一种。

在某些实施方式中，第一电机300a或第二电机300b为永磁同步电机、感应电机、开关磁阻电机的一种。

在某些实施方式中，变速系统和电驱桥系统采用两个档位布置，低速档位主要用于爬坡等需求大牵引力工况，高速档位主要用于车辆常规运输工况，自动换挡，提高运营效率，降低驾驶员劳动强度。低速档位的速比为8.5～75.5；高速档位的速比为2.45～8.5。低速档位主要在需要爬坡时应用，而高速档位主要用于车辆常规运行时应用。低速档位速比设置为8.5～75.5，能够满足商用车在各种坡道下对牵引力的要求，保证各种工况的运营能力；而高速档位速比设置为2.45～8.5，满足车辆在常规工况下主要对车速的要求，缩短运输货物时间。根据不同的车辆、不同的工况和载荷，可以在上述速比的设置范围内选择设置不同的具体速比，以实现车辆最优化的功率、扭矩传递，满足车辆对牵引力、速度及效率的要求，实现最低的车辆能量消耗要求。本系统优化的结构布置，与现有的电驱桥变速系统相比，结构简单明了，维护保养相对简单，维护使用成本更低，为用户节约成本，提高效益。

在某些实施方式中，滑套23通过渐开线花键套在第二输入轴21上，移动滑套使滑套23的齿与待接合的齿啮合传递动力。滑套23和待结合齿轮的齿端具有相同大小的锥角。由于轴和齿轮处于浮动状态，所以挂挡时，这两个锥面能起到一定的自动定心和同步作用。

在某些实施例中，如图2所示为电驱桥系统直驱高速档位动力传递路线示意图，其为单电机直接动力输入，在一些汽车空载的情况下，为了节省能源，只采用单电机驱动，也即利用第二电机300b通过第二输入轴21直接传递动力，例如输入轴21的动力通过齿轮一Z1、齿轮二Z2传入中间轴25，再通过齿轮三Z3、齿轮四Z4传入差速器600，再传到车桥左半轴700和右半轴500，而这时滑套23处于空挡档位，既不与中心轴22啮合也不与行星架啮合。

在某些实施例中，如图3所示为电驱桥系统直驱高速档位叠加动力传递路线示意图，滑套23与中心轴22啮合处于高速档位，第一电机300a和第二电机300b均输出动力，其中第一电机300a通过行星齿轮机构P1的中心轴22和第二电机300b的动力叠加到输入轴21上，动力通过齿轮一Z1、齿轮二Z2传入中间轴25，再通过齿轮三Z3、齿轮四Z4传入差速器600，再传到车桥左半轴700和右半轴500上。

在某些实施例中，如图4所示为电驱桥系统直驱低速档位叠加动力传递路线示意图，滑套23与行星架啮合处于低速档位，第一电机300a和第二电机300b均输出动力，其中第一电机300a通过行星齿轮机构P1的行星架增加扭矩后和第二电机300b的动力叠加到输入轴21上，动力通过齿轮一Z1、齿轮二Z2传入中间轴25，再通过齿轮三Z3、齿轮四Z4传入差速器600，再传到车桥左半轴700和右半轴500上。根据电机功率、扭矩不同，商用车车型不同和载货质量的不同，所配置的滑套式换档机构的尺寸也不同。

本公开的变速系统和集成式电驱桥也可以应用在其他与电动商用车功能类似的运输车辆上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种集成式电驱桥系统，其特征在于，包括变速器壳体、第一电机、第二电机，

所述第一电机和第二电机分别对称设置在变速器壳体的相对侧，所述第一电机的动力经过行星齿轮机构输入，所述第二电机的动力由第二输入轴输入；

所述第一电机的第一输入轴、所述第二电机的第二输入轴、所述行星齿轮机构的中心轴为同轴线设置；

中间轴，该中间轴可旋转支撑在所述变速器壳体的相对侧，并与第二输入轴平行；该中间轴设置齿轮二和齿轮三，其中，所述齿轮二与第二输入轴的齿轮一传动连接，所述齿轮三与输出轴上的齿轮四传动连接；

滑套换挡机构，其套设在所述第二输入轴上，能够沿所述第二输入轴滑动，并可选择性结合所述行星齿轮机构的行星架或中心轴。

2.如权利要求1所述的集成式电驱桥系统，其特征在于，还包括车桥桥壳，所述车桥桥壳与所述变速器壳体连接，所述输出轴和差速器设置在该车桥桥壳中，

该差速器连接所述输出轴，其中，输出轴包括左半轴和右半轴，所述差速器将动力通过所述左半轴和右半轴输出。

3.如权利要求1所述的集成式电驱桥系统，其特征在于，所述第一电机的第一输入轴与所述行星齿轮机构的中心轴为同一轴。

4.如权利要求1所述的集成式电驱桥系统，其特征在于，所述滑套换挡机构包括滑套和换挡器，所述换挡器驱动换挡拨叉从而带动所述滑套在第二输入轴上滑动。

5.如权利要求4所述的集成式电驱桥系统，其特征在于，所述滑套的内壁设有内齿，外壁设有外齿

所述行星齿轮机构的中心轴外表面设有外齿，用于与所述滑套的内齿啮合；以及

所述行星齿轮机构的行星架内表面设有内齿，用于与所述滑套的外齿啮合。

6.如权利要求4所述的集成式电驱桥系统，其特征在于，所述换挡器的驱动采用电机、气动阀或液压阀中的一种。

7.如权利要求4所述的集成式电驱桥系统，其特征在于，还包括换挡控制单元，

所述换挡控制单元与所述换挡器电连接，通过控制逻辑向所述换挡器发送换挡信号。

8.如权利要求5所述的集成式电驱桥系统，其特征在于，当滑套与所述中心轴啮合时，其传动速比为2.45～8.5；

当滑套与所述行星架啮合时，其传动速比为8.5～75.5。

9.如权利要求1所述的集成式电驱桥系统，其特征在于，所述齿轮一、齿轮二、齿轮三、齿轮四以及行星齿轮机构的齿轮至少为直齿轮、斜齿轮或人字形齿轮中的一种。

10.如权利要求1所述的集成式电驱桥系统，其特征在于，所述第一电机或第二电机为永磁同步电机、感应电机、开关磁阻电机的一种。

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