CN108426002A - 高转速电动车用3挡双离合自动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高转速电动车用3挡双离合自动变速器，包括离合器K1、离合器K2、同步器、平行设置的输入轴及第二轴，所述离合器K1与所述离合器K2布置在所述第二轴的两端，所述输入轴通过一挡齿轮副或三挡齿轮副传递动力至所述离合器K1，所述输入轴通过二挡齿轮副传递动力至所述离合器K2，所述同步器布置在所述输入轴上，并介于所述一挡齿轮副和所述三挡齿轮副之间，所述同步器控制所述一挡齿轮副及所述三挡齿轮副与所述输入轴接合。本发明适用于转速较高的电动车，以实现其动力性和经济性之间的平衡，有效的降低了乘用车选择电机的总功率，降低电机***的负荷要求。

Description

高转速电动车用3挡双离合自动变速器
技术领域
本发明涉及一种双离合自动变速器，尤其涉及一种高转速电动车用3挡双离合自动变速器。
背景技术
纯电动汽车具有噪声小、零排放、易于操作和维护等优点，由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。高转速电机(最高转速>5000rpm)由于其转速高，体积小，质量轻效率高等优点，被广泛使用在乘用车或优化动力总成的载重车辆上。
由于纯电动汽车的驱动电机具有很好的调速特性，因此，行业内纯电动汽车动力传动***多采用两挡变速器，但是，在用于性能要求较高(加速时间更短，最高车速更高。通常性能级跑车百公里加速通常<5s，最高车速>200kph)，同时电机整体功率要求降低(降低高载荷或高加速度时的放电倍率，通常性能级跑车功率动辄>300kw，选择过大)，效率希望尽可能多的处在高效区间的电动车时，两挡变速器难以较高的兼顾，且难以实现其动力性和经济性之间的平衡。
此外，电机作为动力源，由于电机转速较高，扭矩相对较小，如果离合器放在输入端，会使得离合器转速过高，而离合器对转速比较敏感，较高转速会带来较大的动平衡问题，以及离合器摩擦片润滑冷却的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种较好应用于转速较高(>5000rpm)的电动车的3挡双离合自动变速器。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种高转速电动车用3挡双离合自动变速器，较好应用在电机输入转速>5000rpm的电动车辆上。包括离合器K1、离合器K2、同步器、平行设置的输入轴及第二轴，所述离合器K1与所述离合器K2布置在所述第二轴的两端，所述输入轴通过一挡齿轮副或三挡齿轮副传递动力至所述离合器K1，所述输入轴通过二挡齿轮副传递动力至所述离合器K2，所述同步器布置在所述输入轴上，并介于所述一挡齿轮副和所述三挡齿轮副之间，所述同步器控制所述一挡齿轮副及所述三挡齿轮副与所述输入轴接合。
进一步的，所述一挡齿轮副包括一挡主动齿轮和与所述一挡主动齿轮啮合的一挡被动齿轮；所述二挡齿轮副包括二挡主动齿轮和与所述二挡主动齿轮啮合的二挡被动齿轮，所述三挡齿轮副包括三挡主动齿轮和与所述三挡主动齿轮啮合的三挡被动齿轮；所述离合器K1的被动部分、所述离合器K2的被动部分均与所述第二轴固接，所述一挡被动齿轮、所述三挡被动齿轮与所述离合器K1的主动部分固接，所述一挡主动齿轮、所述三挡主动齿轮与所述同步器的被动部分固接，所述同步器的主动部分与所述输入轴固接；所述二挡被动齿轮与所述离合器K2的主动部分固接，所述二挡主动齿轮与所述输入轴固接。
进一步的，还包括差速器总成，所述第二轴通过输出齿轮副传递动力至所述差速器总成。
进一步的，所述输出齿轮副包括输出主动齿轮和输出被动齿轮，所述输出主动齿轮同轴固接于所述第二轴上，且位于所述二挡被动齿轮和所述三挡被动齿轮之间，所述输出被动齿轮与所述差速器总成的输入端固接。
进一步的，所述差速器总成通过位于其相对的两侧的两个半轴输出动力。
进一步的，所述离合器K1、所述离合器K2是完全相同的两个离合器。
进一步的，所述离合器K1、所述离合器K2通过一控制器进行控制，所述同步器通过另一控制器进行控制；一挡升二挡时，离合器K1断开，离合器K2接合，控制器根据驾驶意图及车况判断，将同步器备份到与三挡主动齿轮接合；三挡降二挡时，离合器K1断开，离合器K2接合，控制器根据驾驶意图及车况判断，将同步器备份到与一挡主动齿轮接合。
本发明的有益效果是：本发明提供一种高转速电动车用3挡双离合自动变速器，通过三挡位设计可以使车辆在配备较低功率的电机下获得较大的扭矩。在较高的电机转速下，通过将离合器设计在输出轴，从而降低了离合器实际工作时刻的转速，这样可以有效降低离合器在散热及润滑方面所承受的巨大压力，从而较好的应用于电机转速较高的电动乘用车或经过优化动力总成的纯电动载重车辆(<14t)，解决了由于电机转速较高，导致电动车选择电机的总功率较高，对电机***的负荷要求也较高，难以实现其动力性和经济性之间的平衡的问题。且本发明采用的同步器和两个独立的离合器相结合的结构，使得1-2挡切换以及2-3挡切换时，直接通过两个离合器交替即可实现无动力中断换挡，在二挡工作时，离合器K1结合工作，按照TCU判断需要，同步器直接打到三挡位置，使得三挡备份完成，此时需要二挡切换三挡时，只需要切换两个离合器即可实现无动力中断换挡(由于两个离合器存在断开与结合的共同半离合过程，故变速器整体没有动力中断)。同样，2挡切换1挡，同步器备份1挡原理一样。这样从1-2-3换挡以及反之均可以实现无动力中断换挡。同时，本发明将两个离合器布置在第二轴的两端，将同步器布置在输入轴，主要是因为高速电机转速较高，扭矩相对较小，离合器对转速比较敏感，较高转速会带来较大的离合器摩擦片润滑冷却的问题，以及动平衡问题，所以电机转速较高时采用第二轴离合器。
附图说明
图1为本发明高转速电动车用3挡双离合自动变速器结构示意图；
图2为高转速电动车电机配备本发明变速器的最大爬坡度图；
图3为高转速电动车电机配备本发明变速器的功率平衡图；
图4为高转速电动车电机配备本发明变速器的效率特性曲线；
图5为传统直驱80kw电机的效率特性曲线；
图6为本发明变速器与传统电机直驱的转速区域及效率区域对比图；
图7为高转速电动车电机配备本发明变速器的整车加速时间曲线图。
具体实施方式
为使本发明能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
如图1所示，一种高转速电动车用3挡双离合自动变速器，包括离合器K1 1、离合器K2 2、同步器3、平行设置的输入轴4及第二轴5，所述离合器K1与所述离合器K2布置在所述第二轴的两端，所述输入轴通过一挡齿轮副或三挡齿轮副传递动力至所述离合器K1，所述输入轴通过二挡齿轮副传递动力至所述离合器K2，所述同步器布置在所述输入轴上，并介于所述一挡齿轮副和所述三挡齿轮副之间，所述同步器控制所述一挡齿轮副及所述三挡齿轮副与所述输入轴接合；所述一挡齿轮副包括一挡主动齿轮6和与所述一挡主动齿轮啮合的一挡被动齿轮7；所述二挡齿轮副包括二挡主动齿轮8和与所述二挡主动齿轮啮合的二挡被动齿轮9，所述三挡齿轮副包括三挡主动齿轮10和与所述三挡主动齿轮啮合的三挡被动齿轮11；所述离合器K1的被动部分、所述离合器K2的被动部分均与所述第二轴固接，所述一挡被动齿轮、所述三挡被动齿轮与所述离合器K1的主动部分固接，所述一挡主动齿轮、所述三挡主动齿轮与所述同步器的被动部分固接，所述同步器的主动部分与所述输入轴固接；所述二挡被动齿轮与所述离合器K2的主动部分固接，所述二挡主动齿轮与所述输入轴固接，输入轴一端连接电机或其他输入动力源。
这样，通过三挡位设计可以使车辆在配备较低功率的电机下获得较大的扭矩。在较高的电机转速下，通过将离合器设计在输出轴，从而降低了离合器实际工作时刻的转速，这样可以有效降低离合器在散热及润滑方面所承受的巨大压力，从而较好的应用于电机转速较高的电动乘用车或经过优化动力总成的纯电动载重车辆(<14t)，解决了由于电机转速较高，导致电动车选择电机的总功率较高，对电机***的负荷要求也较高，难以实现其动力性和经济性之间的平衡的问题。比如，将本发明变速器使用在载重汽车(<14t)上时，可以使得驱动电机由原先笨重的直驱电机(例如同等80kw额定直驱电机，转速<2500rpm，直径通常大于400mm，重量大于100kg)，降低为转速较高(>5000rpm)，扭矩较小，但重量和尺寸大幅降低(重量降低为<80kg，直径<300mm)，同样性能下，变速器由于输入扭矩的降低，整体设计尺寸和重量同样大幅下降，变速器重量可降低30％以上，且高效区间更宽，整体动力总成效率大幅上升
且本发明采用的同步器和两个独立的离合器相结合的结构，使得1-2挡切换或2-3挡切换时，直接通过两个离合器交替即可实现无动力中断换挡。在二挡工作时，离合器K1结合工作，同步器直接打到三挡位置，使得三挡备份完成，此时需要二挡切换三挡时，只需要切换两个离合器即可实现无动力中断换挡(由于两个离合器存在断开与结合的共同半离合过程，故变速器整体没有动力中断)。同样，2挡切换1挡，同步器备份1挡原理一样。这样从1-2-3换挡以及反之均可以实现无动力中断换挡。同时，本发明将两个离合器布置在第二轴的两端，将同步器布置在输入轴，主要是因为高速电机转速较高，扭矩相对较小，离合器对转速比较敏感，较高转速会带来较大的离合器摩擦片润滑冷却的问题，以及动平衡问题，所以电机转速较高时采用第二轴离合器。但对于扭矩较高的载货车辆，由于第二轴扭矩较大，并非最优选择。
图2为高转速电动车电机配备本发明变速器的最大爬坡度图，由此可知，相对传统直驱载重汽车，本发明变速器的爬坡度具有较好的优势。
图3为高转速电动车电机配备本发明变速器的功率平衡图，由此可知，在满足目前直驱无法实现的高爬坡度和高速度的要求下，使用本发明变速器无需增加功率即可实现功率平衡(通常实现同样性能的直驱电机需要>100kw额定，该图可以反映出本发明变速器优化后的动力总成只需要85kw即可实现该性能)，因此，本发明变速器所需功率大幅降低。如将本发明变速器使用在乘用车，则可以将传统电动乘用车电机功率大幅降低，例如通常性能级电动跑车功率>300kw，使用本发明变速器则可以优化动力总成，使其电机功率降低至150-200kw，因此，本发明变速器给高转速电机在载重汽车上的应用带来质的飞跃。
图4为高转速电动车电机配备本发明变速器的效率特性曲线；图5为传统直驱80kw电机的效率特性曲线，图6为本发明变速器与传统电机直驱的转速区域及效率区域对比图。由图4与图5对比以及图6对比可知，优化后的动力总成载重汽车传统，在使用率较高的20-60kph时速的范围内，效率大幅提升。
图7为高转速电动车电机配备本发明变速器的整车加速时间曲线图，由此可知，相对传统直驱电动汽车，配备本发明变速器的整车加速时间更短，可满足较高的性能要求。
优选的，还包括差速器总成，所述第二轴通过输出齿轮副传递动力至所述差速器总成。所述输出齿轮副包括输出主动齿轮12和输出被动齿轮13，所述输出主动齿轮同轴固接于所述第二轴上，且位于所述二挡被动齿轮和所述三挡被动齿轮之间，所述输出被动齿轮与所述差速器总成的输入端固接。所述差速器总成通过位于其相对的两侧的两个半轴输出动力。用户可根据实际需求选装该差速器(Diff)总成，如装有差速器则动力由行星轮半轴输出，否则动力由第二轴输出(其中差速器包含且不仅限于行星差速器)。
优选的，所述离合器K1、所述离合器K2是完全相同的两个离合器。本发明两个离合器分别独立分开水平对置，更好的解决了润滑和散热的问题，且拥有两个完全相同的离合器，简化了生产工艺及降低了生产成本。
优选的，所述离合器K1、所述离合器K2通过一控制器进行控制，所述同步器通过另一控制器进行控制；一挡升二挡时，离合器K1断开，离合器K2接合，控制器根据驾驶意图及车况判断，将同步器备份到与三挡主动齿轮接合；三挡降二挡时，离合器K1断开，离合器K2接合，控制器根据驾驶意图及车况判断，将同步器备份到与一挡主动齿轮接合。通过两套控制***分别对离合器K1、离合器K2及同步器进行控制，这样，离合器K1和离合器K2在换挡时刻存在重叠时间，保证无动力中断。
本发明高转速电动车用3挡双离合自动变速器的工作原理如下：
该变速器设置有三个挡位，离合器K1控制一挡和三挡，离合器K2控制二挡。车辆起步时，离合器K1接合，离合器K2断开，同步器与1挡齿轮接合，变速器通过1挡齿轮副传递动力，动力经输入轴、一挡主动齿轮、一挡被动齿轮、离合器K1、第二轴传至差速器总成；一挡升二挡时，离合器K1断开、离合器K2接合，根据驾驶意图及车况判断，同步器备份到与三挡齿轮接合，动力由二挡齿轮传递；动力经输入轴、二挡主动齿轮、二挡被动齿轮、离合器K2、第二轴传至差速器总成；二挡升三挡时，离合器K2断开、离合器K1接合，动力由三挡齿轮传递，动力经输入轴、三挡主动齿轮、三挡被动齿轮、离合器K1、第二轴传至差速器总成；反之则为降挡。由于离合器K1、K2通过不同的控制器进行控制，在换挡时刻存在重叠时间，故无动力中断。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高转速电动车用3挡双离合自动变速器，其特征在于：包括离合器K1(1)、离合器K2(2)、同步器(3)、平行设置的输入轴(4)及第二轴(5)，所述离合器K1与所述离合器K2布置在所述第二轴的两端，所述输入轴通过一挡齿轮副或三挡齿轮副传递动力至所述离合器K1，所述输入轴通过二挡齿轮副传递动力至所述离合器K2，所述同步器布置在所述输入轴上，并介于所述一挡齿轮副和所述三挡齿轮副之间，所述同步器控制所述一挡齿轮副及所述三挡齿轮副与所述输入轴接合。
2.根据权利要求1所述的高转速电动车用3挡双离合自动变速器，其特征在于：所述一挡齿轮副包括一挡主动齿轮(6)和与所述一挡主动齿轮啮合的一挡被动齿轮(7)；所述二挡齿轮副包括二挡主动齿轮(8)和与所述二挡主动齿轮啮合的二挡被动齿轮(9)，所述三挡齿轮副包括三挡主动齿轮(10)和与所述三挡主动齿轮啮合的三挡被动齿轮(11)；所述离合器K1的被动部分、所述离合器K2的被动部分均与所述第二轴固接，所述一挡被动齿轮、所述三挡被动齿轮与所述离合器K1的主动部分固接，所述一挡主动齿轮、所述三挡主动齿轮与所述同步器的被动部分固接，所述同步器的主动部分与所述输入轴固接；所述二挡被动齿轮与所述离合器K2的主动部分固接，所述二挡主动齿轮与所述输入轴固接。
3.根据权利要求1所述的高转速电动车用3挡双离合自动变速器，其特征在于：还包括差速器总成，所述第二轴通过输出齿轮副传递动力至所述差速器总成。
4.根据权利要求3所述的高转速电动车用3挡双离合自动变速器，其特征在于：所述输出齿轮副包括输出主动齿轮(12)和输出被动齿轮(13)，所述输出主动齿轮同轴固接于所述第二轴上，且位于所述二挡被动齿轮和所述三挡被动齿轮之间，所述输出被动齿轮与所述差速器总成的输入端固接。
5.根据权利要求3所述的高转速电动车用3挡双离合自动变速器，其特征在于：所述差速器总成通过位于其相对的两侧的两个半轴输出动力。
6.根据权利要求1所述的高转速电动车用3挡双离合自动变速器，其特征在于：所述离合器K1、所述离合器K2是完全相同的两个离合器。
7.根据权利要求1所述的高转速电动车用3挡双离合自动变速器，其特征在于：所述离合器K1、所述离合器K2通过一控制器进行控制，所述同步器通过另一控制器进行控制；一挡升二挡时，离合器K1断开，离合器K2接合，控制器根据驾驶意图及车况判断，将同步器备份到与三挡主动齿轮接合；三挡降二挡时，离合器K1断开，离合器K2接合，控制器根据驾驶意图及车况判断，将同步器备份到与一挡主动齿轮接合。
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