CN104763780A - 纯电动大巴驱动*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了纯电动大巴驱动***，该驱动***主要包括TCU、一体化的永磁驱动电机以及三挡双离合变速器，其中电控与电机一体化的永磁驱动电机连接三挡双离合变速器，TCU控制三挡双离合变速器。该驱动***结构简单、重量轻、体积小、效率高且性能稳定可靠，有效适用于纯电动公交大巴。

Description

纯电动大巴驱动***

技术领域

本发明涉及动力传动***，具体涉及纯电动大巴的动力传动***。

背景技术

汽车是人类不可或缺的交通工具，但随着环境污染的加重，不可再生资源的不断减少，人们越来越青睐于电动汽车的开发和研究。

电动汽车(EV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，得到政府和民众的大力支持。

驱动***为整个大巴提供运行所需的动力，为电动汽车的核心部件。但是现有的电动大巴驱动***结构复杂，体积大，重量重，运行效率差能耗高，换挡性能差，从而限制了电动汽车特别是电动公交大巴的进一步的发展和推广。

发明内容

针对现有纯电动公交大巴用驱动***所存在的问题的，本发明的目的在于提供一种重量轻、体积小、效率高且性能稳定可靠的纯电动大巴驱动***。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

纯电动大巴驱动***，所述驱动***主要包括TCU，其还包括一体化的永磁驱动电机以及三挡双离合变速器，所述一体化的永磁驱动电机连接三挡双离合变速器，所述TCU控制三挡双离合变速器。

优选方案中，所述TCU通过CAN总线控制连接的三挡双离合变速器。

进一步的，所述三挡双离合变速器包括一个双离合器以及一个三挡变速机构，所述双离合器以及三挡变速机构受控于TCU，其中双离合器中的奇数离合器与挡位机构中的一、三挡的传动链相连，偶数离合器与变速构中的二挡传动链相连。

进一步的，所述双离合器中的奇数离合器为常闭型离合器，而偶数离合器为常开型。

进一步的，所述三挡变速机构主要包括第一输入轴、第二输入轴、第二挡齿轮、第一挡主动齿轮、第一挡被动齿轮、同步器、输出轴、输出齿轮、输出法兰、副轴、第二挡被动齿轮、以及最终齿轮，所述输出轴的输入端设置有输出齿轮，其输出端设置输出法兰；所述第二输入轴的输入端与偶数离合器传动相连，其内中空，输出端设置有第二挡齿轮；所述第一输入轴穿设在第二输入轴中，其输入端与奇数离合器传动相连，输出端通过同步器分别与第一挡主动齿轮或输出轴上的输出齿轮相结合；所述第二挡被动齿轮、第一挡被动齿轮、最终齿轮依次设置在副轴上，并分别与第二挡齿轮、第一挡主动齿轮以及输出齿轮相啮合。

再进一步的，所述变速器处于一挡时，双离合器中的奇数挡离合器闭合，偶数挡离合器分离，此时同步器和第一挡主动齿轮结合，动力依次经由奇数离合器、第一输入轴、第一挡主动齿轮、第一挡被动齿轮、副轴、最终齿轮、输出齿轮、输出轴、输出法兰输出。

再进一步的，所述变速器处于二挡时，双离合器中的奇数挡离合器分离，偶数挡离合器闭合，此时同步器位置可能有三种状态：和第一挡主动齿轮结合、中间位置、和输出齿轮结合，位置由电机转速决定，其中，动力首先由偶数挡离合器传递到第二输入轴、第二挡齿轮、第二挡被动齿轮、副轴、最终齿轮、输出齿轮、输出轴、输出法兰输出。

再进一步的，所述变速器处于三挡时，双离合器中的奇数挡离合器闭合，偶数挡离合器分离，此时同步器和输出轴上的输出齿轮结合，动力首先由奇数挡离合器传递到第一输入轴，然后由第一输入轴直接将动力传递到输出轴，最后由输出法兰输出。

相对于现有电动车驱动***，本方案具有如下优点：

1、CAN总线通讯方式，信息共享，信号稳定；

2、经过策略优化的自动控制***确保驱动***效率、稳定性以及换挡舒适性；

3、领先的双离合技术极大地缩短换档时间，提升车辆换档时的平顺性；

4、电机控制器和电机一体化的永磁同步电机，其功率密度高、重量轻、体积小、效率高；

5、在大巴中首创性使用双离合器变速器，换挡性能优换挡时间小于400Ms；

6、该驱动***性能稳定可靠，且能耗低，适用于10-12m纯电动大巴。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中三挡双离合变速器与电机的配合示意图；

图2为本发明实现一挡驱动的示意图；

图3为本发明实现倒挡驱动的示意图；

图4为本发明实现二挡驱动的示意图；

图5为本发明实现三挡驱动的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明提供的纯电动大巴驱动***主要包括一体化的永磁驱动电机、三挡双离合变速器以及TCU三部分。其中，一体化的永磁驱动电机驱动连接三挡双离合变速器，TCU控制连接三挡双离合变速器，来控制挡位的自动切换。

该驱动***采用的一体化的永磁驱动电机，其电机控制器和永磁同步电机一体化，整个电机重量轻、体积小，效率高。

再者，该驱动***配备了三挡双离合变速器，并由TCU控制档位的自动切换，可以适应不同的路况，保证电机始终工作在效率最高、性能最好的状态下。不管车速低至15km/h，还是高达80km/h，电机都可以保证在效率高效区间运转，从而实现降低能耗、延长续航里程的目标。

根据需要***还中还可以增设制动能量回收的功能，可将制动时的车辆的动能回收并存储起来。在反复启停的城市工况中，能进一步提高车辆的节能特性。

其中，驱动***中配置的三挡双离合变速器主要包含两个离合装置和三对齿轮副，其中三对齿轮副相配合构成一三挡变速机构，而两个离合装置中的奇数离合器与三挡变速机构中的一、三挡的传动链相连，偶数离合器与三挡变速机构中的二挡传动链相连。其中奇数离合器为常闭型离合器，而偶数离合器为常开型，以免在外情况下两组离合器同时闭合引起的损伤。

由此构成的三挡双离合变速器传递扭矩大，速比配置合理，在TCU控制下通过电控液压驱动实现精确换挡，换挡时间短，是纯电动公交大巴最佳选择。

参见图1，其所示为基于上述原理形成的纯电动大巴驱动***的结构示意图。由图可知，该纯电动大巴驱动***主要包括电机连接轴1、双离合器2、第一输入轴3、第二输入轴4、第一挡主动齿轮5、同步器6、第二挡齿轮7、输出轴8、输出齿轮9、输出法兰10、副轴11、第二挡被动齿轮12、第一挡被动齿轮13、最终齿轮14、一体化的永磁驱动电机(一体化永磁同步电机及电机控制器)15以及TCU(图中未示出)。

其中，一体化的永磁驱动电机15，为整个驱动***中的动力源，其动力输出端通过电机连接轴1连接至双离合器2的输入端，将动力传至双离合器2，而双离合器2具体的开闭状态由液TCU来进行控制。

双离合器2内的奇数离合器为常闭型离合器，而偶数离合器为常开型，这样避免在外情况下两组离合器同时闭合引起的损伤。同时，该双离合器2受控于TCU，由其来控制双离合器2的开闭。

其中，双离合器2内的奇数离合器为常闭型离合器，而偶数离合器为常开型，这样避免在外情况下两组离合器同时闭合引起的损伤。

该双离合器2的输入端通过电机连接轴1连接至车辆电动机的动力输出端，具体的开闭状态由液压***来进行控制。

其中输出轴8的输入端设置有相应的输出齿轮9，而输出端设置有相应的输出法兰10。

第二输入轴4内部中空，其输入端与偶数离合器传动相连，在输出端设置有第二挡齿轮7。

第一输入轴3为实心结构，其穿设在第二输入轴4中，且输入端与奇数离合器传动相连，输出端设置有同步器6，通过同步器分别与第一挡主动齿轮5和输出轴8上的输出齿轮9相配合，其中第一挡主动齿轮5套设在第一输入轴3上，在同步器6与第一挡主动齿轮5结合时，第一挡主动齿轮5将跟随第一输入轴3转动；当同步器6与输出轴8上的输出齿轮9结合时，输出轴8将直接跟随第一输入轴3转动，而第一挡主动齿轮5不跟随；而同步器6的具***置由电机转速决定，可分别为第一挡主动齿轮5结合、中间位置、和输出齿轮结合。

第二挡被动齿轮12、第一挡被动齿轮13以及最终齿轮14依次设置在副轴11上，并分别与第二挡齿轮7、第一挡主动齿轮5以及输出齿轮9相啮合。

基于上述方案构成的纯电动大巴驱动***中总共有3个前进挡、1个倒挡，其中倒挡由电机在变速器处于一挡时反转实现。

该三挡双离合变速器拥有双离合器和两个输入轴分别对奇数和偶数挡位进行动力传输。

在电动汽车行驶过程中，根据车速、油门预判断下一挡位，齿轮会提前啮合以缩短换挡时间的动力中断，通过变速，确保电机运行在高效区间，进一步节省整车耗电量。

具体的换挡原理和过程如下：

本变速器中的双离合器的开闭状态和同步器的位置具体由相应的液压***来进行控制，并通过TCU控制在液压阀体上的电磁阀的状态，可以完成变速器的换挡过程。

其中，双离合器中的奇数挡离合器是常闭，偶数挡离合器是常开。变速器控制器在不上电的时候，奇数挡离合器处于闭合状态，偶数挡离合器处于分离状态，同时同步器处于中间位置。变速器控制器(即TCU)上电后，同步器和一挡齿轮结合，这时变速器进入一挡状态。同步器的位置移动由两个比例电磁阀控制，阀内比例电磁铁根据输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的压力；液压油路的压力变化可以带动拨叉的移动，从而控制同步器的位置。

当一挡换二挡时，同步器位置不会移动，还是处于和一挡齿轮结合的状态。此时，控制奇数挡离合器的电磁阀会先打开，液压油路中的压力升高，推动奇数挡活塞移动，从而活塞带动奇数挡离合器杠杆移动，杠杆紧紧顶住奇数挡离合器片，使得奇数挡离合器闭合。当奇数挡离合器打开之后，偶数挡离合器开始动作，该过程与奇数挡离合器的动作原理相同，唯一的区别是奇数挡离合器是常闭，偶数挡离合器是常开，所以杠杆的移动会使两个离合器有相反的作用效果。变速器进入二挡之后，随着转速上升，同步器位置会先移动到中间位置，当转速继续上升，且控制器判断变速器可能进入三挡的时候，同步器移动并和输出齿轮结合，为二挡换三挡做准备。

当二挡换三挡时，同步器位置不会移动，这时候同步器已经处于和输出齿轮结合的状态。此时，偶数挡离合器会先分离，之后奇数挡离合器再闭合。该过程中电磁阀的工作原理和一挡换二挡时的相同。控制偶数挡离合器和奇数挡离合器的电磁阀会先后闭合，从而使液压油路中的压力降低，活塞恢复到初始位置。

基于上述换挡原理，本动力驱动***的传动过程如下：

1、第一挡：

参见图2，其所示为本动力驱动***处于第一挡时的驱动示意图。

由图可知，在动力驱动***处于第一挡时，一体化的永磁驱动电机15正转驱动双离合器2，在三挡双离合变速器处于第一挡时，双离合器2中的奇数挡离合器闭合，偶数挡离合器分离，此时同步器6和第一挡主动齿轮5结合，一体化的永磁驱动电机15正转产生的动力首先由奇数挡离合器传递到与其相接的第一输入轴(实心)3上，由于此时同步器6和第一挡主动齿轮5结合，第一输入轴(实心)3将带动第一挡主动齿轮5，由于第一挡主动齿轮5与第一挡被动齿轮13啮合，动力将经由第一挡主动齿轮5与第一挡被动齿轮13进一步传递至副轴11，此时副轴11带动最终齿轮14，由于第二动齿轮14与输出轴8上的输出齿轮9啮合，继而带动输出轴8，最后由输出法兰10输出。

2、倒挡：

参见图3，其所示为动力驱动***处于倒挡时的驱动示意图。

由图可知，在动力驱动***处于倒挡时，一体化的永磁驱动电机15反转驱动变速器，变速器中奇数挡离合器闭合、偶数挡离合器分离，同步器6和第一挡主动齿轮5结合，一体化的永磁驱动电机15反转产生的动力首先由奇数挡离合器传递到第一输入轴(实心)3，再经副轴11(过程如一挡所述)，最后由输出轴8上的输出法兰10输出(过程如一挡所述)。

3、第二挡：

参见图4，其所示为本动力驱动***处于第二挡时的驱动示意图。

由图可知，在动力驱动***处于第二挡时，一体化的永磁驱动电机15正转驱动双离合器2，双离合器2中的奇数挡离合器分离，偶数挡离合器闭合，此时同步器位置可能有三种状态：和第一挡主动齿轮5结合、中间位置、和输出齿轮9结合，位置由电机转速决定(原理如上所述)。其中，一体化的永磁驱动电机15正转产生的动力首先由偶数挡离合器传递到第二输入轴4，第二输入轴4带动第二挡齿轮7，第二挡齿轮7通过与副轴11上的第二挡被动齿轮12啮合，将动力进一步传递至副轴11，此时副轴11带动最终齿轮14，由于最终齿轮14与输出轴8上的输出齿轮9啮合，继而带动输出轴8，最后由输出法兰10输出。

3、第三挡：

参见图5，其所示为本动力驱动***处于第三挡时的驱动示意图。

由图可知，在动力驱动***处于第二挡时，一体化的永磁驱动电机15正转驱动双离合器2，双离合器2中的奇数挡离合器闭合，偶数挡离合器分离，此时同步器6和输出轴8上的输出齿轮9结合。一体化的永磁驱动电机15正转产生的动力首先由奇数挡离合器传递到第一输入轴3，然后第一输入轴3直接将动力传递到输出轴8，最后由输出法兰10输出。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.纯电动大巴驱动***，所述驱动***主要包括TCU，其特征在于，所述驱动***还包括电控与电机一体化的永磁驱动电机一体化的永磁驱动电机以及三挡双离合变速器，所述一体化的永磁驱动电机连接三挡双离合变速器，所述TCU控制三挡双离合变速器。

2.根据权利要求1所述的纯电动大巴驱动***，其特征在于，所述TCU通过CAN总线控制连接的三挡双离合变速器。

3.根据权利要求1所述的纯电动大巴驱动***，其特征在于，所述三挡双离合变速器包括一个双离合器以及一个三挡变速机构，所述双离合器以及三挡变速机构受控于TCU，其中双离合器中的奇数离合器与挡位机构中的一、三挡的传动链相连，偶数离合器与挡位机构中的二挡传动链相连。

4.根据权利要求3所述的纯电动大巴驱动***，其特征在于，所述双离合器中的奇数离合器为常闭型离合器，而偶数离合器为常开型。

5.根据权利要求3所述的纯电动大巴驱动***，其特征在于，所述三挡变速机构主要包括第一输入轴、第二输入轴、第二挡齿轮、第一挡主动齿轮、第一挡被动齿轮、同步器、输出轴、输出齿轮、输出法兰、副轴、第二挡被动齿轮、以及最终齿轮，所述输出轴的输入端设置有输出齿轮，其输出端设置输出法兰；所述第二输入轴的输入端与偶数离合器传动相连，其内中空，输出端设置有第二挡齿轮；所述第一输入轴穿设在第二输入轴中，其输入端与奇数离合器传动相连，输出端可通过同步器分别与第一挡主动齿轮或输出轴上的输出齿轮相结合；所述第二挡被动齿轮、第一挡被动齿轮、最终齿轮依次设置在副轴上，并分别与第二挡齿轮、第一挡主动齿轮以及输出齿轮相啮合。

6.根据权利要求5所述的纯电动大巴驱动***，其特征在于，所述变速器处于一挡时，双离合器中的奇数挡离合器闭合，偶数挡离合器分离，此时同步器和第一挡主动齿轮结合，动力依次经由奇数离合器、第一输入轴、第一挡主动齿轮、第一挡被动齿轮、副轴、最终齿轮、输出齿轮、输出轴、输出法兰输出。

7.根据权利要求5所述的纯电动大巴驱动***，其特征在于，所述变速器处于二挡时，双离合器中的奇数挡离合器分离，偶数挡离合器闭合，此时同步器位置可能有三种状态：和第一挡主动齿轮结合、中间位置、和输出齿轮结合，位置由电机转速决定，其中，动力由偶数挡离合器传递到第二输入轴、第二挡齿轮、第二挡被动齿轮、副轴、最终齿轮、输出齿轮、输出轴、输出法兰输出。

8.根据权利要求5所述的纯电动大巴驱动***，其特征在于，所述变速器处于三挡时，双离合器中的奇数挡离合器闭合，偶数挡离合器分离，此时同步器和输出轴上的输出齿轮结合，动力由奇数挡离合器传递到第一输入轴，然后由第一输入轴直接将动力传递到输出轴，最后由输出法兰输出。