CN110017358A - 一种可输出大传动比的三速电动汽车变速器 - Google Patents

一种可输出大传动比的三速电动汽车变速器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可输出大传动比的三速电动汽车变速器，其特征主要由电动机、行星齿轮排、第一离合器、第二离合器、第三离合器、制动器，三联齿轮、驻车制动部分、差速器和壳体组成；第一离合器、第二离合器和第三离合器呈并联式结构，通过交替接合实现档位的转换；另外，所述驻车制动部分采用制动器驻车，能够以较小的扭矩实现车辆的锁止。本发明具有3个前进档，1个驻车档和1个空档，同时传动效率高、结构紧凑、换档方式简单，对现有电动汽车动力传动***结构提供了一种新的方案参考，具有较好的使用价值和应用前景。

Description

一种可输出大传动比的三速电动汽车变速器
技术领域
本发明属于电动汽车驱动领域，具体涉及一种可输出大传动比的三速电动汽车变速器。
背景技术
汽车的行驶工况复杂多变，行驶阻力和行驶速度变化大，在平直路面匀速前进时的服滚动阻力和迎风阻力较小，而在爬陡坡或急加速时的爬坡阻力或加速阻力非常大，所需的驱动力有几倍甚至十几倍的差距，另外，汽车既要满足特殊路段以时速几千米甚至更慢的速度缓慢爬行又要能以时速一百多千米甚至更快的速度快速行驶，需要驱动轮在相当宽泛的转速区间运行，而被广泛用作汽车发动机的汽油机或柴油机都无法直接提供如此宽泛扭矩和转速，需要在发动机和驱动轮之间串入具有多个减速比的汽车变速器扩展扭矩和转速范围以满足汽车复杂多变的动力需求。为满足用户对汽车动力性能和燃油经济性能不断提高的要求，汽车变速器的档位个数不断增多，但更多档位个数使得汽车变速器具有更复杂的结构，制造维护成本更高。由于行星齿轮结构灵活多变，传动比易于调节，换档方式较为简单，广泛用于变速器的设计当中，因此，利用行星齿轮实现档位调节成为大传动比的多档变速器设计的首选方案。
专利CN106931082A公开了一种双离合三速变速器，该变速器可提供三个前进变速比，解决了只有单级减速比的电动汽车不能兼顾驱动力和速度的问题。该变速器包括双离合器、第一输入轴、第二输入轴、输出轴、选档组件等，第一输入轴与输出轴通过选档组件选择第一变速齿轮副或第三变速齿轮副传递运动和扭矩，第二输入轴与输出轴通过第二变速齿轮副传递运动和扭矩。
专利CN106931143A公开了一种双输入轴三速变速器,该变速器可提供三个前进档位，解决了只有单级减速比的电动汽车不能兼顾驱动力和速度的问题。该变速器包括行星齿轮排、选档组件、第一输入轴、第二输入轴等，两个输入轴分别与两组电机连结，通过两组选档组件分别将行星齿轮排的太阳轮或齿圈作为输入部件，行星架作为输出部件，可获得三种不同速比的变速比。此种变速器不但具有结构紧凑、重量轻，还具有传动效率高、传动可靠等优势，是特别适合用于电动汽车的变速器。
目前的电动汽车多采用只有一个变速比的单级减速齿轮箱传动，这难以满足汽车复杂多变的动力需求，要么爬坡能力差、提速慢，要么即使驱动电机转速非常高，不能很好地兼顾驱动力和速度。如果电动汽车采用具有多个变速比的变速器，不但能显著提升电动汽车的动力性能，还能降低对驱动电机、控制***、动力电池组的要求，从而降低电动汽车动力***成本。为此，研制含有大传动比的多档变速要求的电动汽车变速器是电动汽车推广的重要前提。
发明内容
针对现有电动汽车单一变速器的能耗高、自动变速器中的高低档传动比相差较大，换档困难等等问题，本发明基于行星轮系传动特点，从实际工况考虑，设计出高低档搭配合理的一种大传动比的三档电动汽车电力驱动***，为现有电动汽车变速器的有益补充。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种可输出大传动比的三速电动汽车变速器，其特征在于三档变速器由主体传动***、三离合器***、制动***和差速器构成；所述主体传动***为单行星排结构，包括第一中心轮、第一行星轮、三联左齿轮、第二中心左齿轮、三联中齿轮、第二中心中齿轮、三联右齿轮、第二中心右齿轮；所述第一中心轮与所述第一行星轮外啮合，所述三联左齿轮与所述第二中心左齿轮外啮合，所述三联中齿轮与所述第二中心中齿轮外啮合，所述三联右齿轮与所述第二中心右齿轮外啮合，所述第一行星架与所述第一行星轮形成转动副；所述三联左齿轮、所述三联中齿轮、所述三联右齿轮固联构成三联齿轮，并于所述第一行星架形成转动副；
所述三离合器***，包括第一离合器、第二离合器、第三离合器；所述第一离合器、所述第二离合器和所述第三离合器为左右并联式，所述第一离合器外圈与所述第二中心左齿轮固联，所述第二离合器外圈与所述第二中心中齿轮固联，所述第三离合器外圈与所述第二中心右齿轮固联；所述第一离合器内圈、所述第二离合器内圈和所述第三离合器内圈固联，同时与主动轮固联；
所述制动***，包括制动器，所述主动轮；所述制动器内圈和所述主动轮固联，所述制动器外圈与壳体固联。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1.本发明采用三个横向并联结构的离合器实现换档操作，具有结构紧凑、换档效率高、占用空间少的特点。通过三个离合器的相互配合本发明具有三个前进档，通过离合器代替繁琐的换档机构，能够保证换档过程齿轮始终处于啮合状态，换档冲击小、散热条件好；另外，离合器与中心齿轮相连，当变速器工作时，有利于实现离合器的迅速工作，缩短换档时间，延长离合器的使用寿命。
2.本发明采用行星齿轮布局，当不同的离合器接合时，不同的行星轮开始工作，控制结构简单，具有横向占用空间较小，承载能力大和稳定性好等优点，能够满足不同地区路况的设计要求，适应性较强。
3.本发的驻车档采用制动器与离合器固联，制动器B通电接合，使驻车中心轮固定，通过驻车行星架保证车轮固定不动，有利于驻车功能快速实行。
附图说明
图1为齿轮传动结构示意图；
图2为一档的动力传递路线图；
图3为二档的动力传递路线图；
图4为三档的动力传递路线图；
其中：1第一中心轮，2第一行星轮，3三联左齿轮，4第二中心左齿轮，5三联中齿轮，6第二中心中齿轮，7三联右齿轮，8第二中心右齿轮，9主动轮，10从动轮，11第三中心轮，12第三太阳轮，13第三行星轮，14车轮，C1第一离合器，C2第二离合器，C3第三离合器，B制动器，H1第一行星架，H2第二行星架，M电动机。
具体实施方式
如图1所示，本发明涉及一种可输出大传动比的三速电动汽车变速器，其特征主要由电动机M、行星齿轮排、第一离合器C1、第二离合器C2、第三离合器C3、制动器B、差速器14和壳体组成。
电动机M主轴通过键与第一行星架H1固联，电动机M内部安装。第一中心轮1与第一行星轮2外啮合，三联左齿轮3与第二中心左齿轮4外啮合，三联中齿轮5与第二中心中齿轮6外啮合，三联右齿轮7与第二中心右齿轮8外啮合，第一行星架H1与第一行星轮2形成转动副，第一行星架H1同时与三联左齿轮3、三联中齿轮5和三联右齿轮7形成转动副；第一离合器C1外圈与第二中心左齿轮4固联，第二离合器C2外圈与第二中心中齿轮6固联，第三离合器C3外圈与第二中心右齿轮8固联；第一离合器C1内圈、第二离合器C2内圈和第三离合器C3内圈固联，同时与主动轮9固联；主动轮9、从动轮10、第三中心轮11、第二行星架H2、第三太阳轮12和第三行星轮13构成差速器。
本发明的工作原理说明如下：
根据现有电动车型的时速要求，并且结合特殊路况对车辆实现大的传动比的要求，设计齿轮齿数如表1所示。
表1齿轮齿数表
各个档位的执行元件如表2所示。
表2换档执行元件工作表
注：表中“●”表示结合，“○”表示分离；
结合图1及表2，各档传递路线说明如下：
1.空档(N位)
空档时，第一离合器C1、第二离合器C2和第三离合器C3分离状态，此时电动机M无法将动力传递至差速器，车辆依靠惯性行驶或静止不动。
2.前进档(D位)
(1)前进一档(D1档)
如图2所示，电机正转，第一离合器C1保持接合，第二离合器C2保持分离，第三离合器C3保持分离，第一中心轮1，第一行星轮2，三联左齿轮3，第二中心左齿轮4和第一行星架H1形成行星轮系，电动机M输出动力通过电动机轴带动第一行星架H1转动，第一行星架H1再将动力传递给与其相同轮系的第二中心左齿轮4，因为第一离合器C1保持接合，再将动力传给差速器中的主动轮9，主动轮9将动力传给第二行星架H2，使得差速器开始运动，经由差速器输出轴，将动力传递给车轮14。
(2)前进二档(D2档)
如图3所示，电机正转，第一离合器C1保持分离，第二离合器C2保持接合，第三离合器C3保持分离，第一中心轮1，第一行星轮2，三联中齿轮5，第二中心中齿轮6和第一行星架H1形成行星轮系，电动机M输出动力通过电动机轴带动第一行星架H1转动，第一行星架H1再将动力传递给与其相同轮系的第二中心中齿轮6，因为第一离合器C2保持接合，再将动力传给差速器中的主动轮9，主动轮9将动力传给第二行星架H2，使得差速器开始运动，经由差速器输出轴，将动力传递给车轮14。
(3)前进三档(D3档)
如图4所示，电机正转，第一离合器C1保持分离，第二离合器C2保持分离，第三离合器C3保持接合，第一中心轮1，第一行星轮2，三联右齿轮7，第二中心右齿轮8和第一行星架H1形成行星轮系，电动机M输出动力通过电动机轴带动第一行星架H1转动，第一行星架H1再将动力传递给与其相同轮系的第二中心右齿轮8，因为第一离合器C3保持接合，再将动力传给差速器中的主动轮9，主动轮9将动力传给第二行星架H2，使得差速器开始运动，经由差速器输出轴，将动力传递给车轮14。
3.换档过程
一档换二档，通过换档控制单元将第一离合器C1分离，第二离合器C2接合，形成一个新的行星轮系的运动，且第一行星架H1仍然作为输入动力，实现新的行星轮系的运动转换。
二档换三档，通过换档控制单元将第二离合器C2分离，第三离合器C3接合，形成一个新的行星轮系的运动，且第一行星架H1仍然作为输入动力，实现新的行星轮系的运动转换。
三档换二档，通过换档控制单元将第三离合器C3分离，第二离合器C2接合，从形成一个新的行星轮系的运动，且第一行星架H1仍然作为输入动力，实现新的行星轮系的运动转换。
二档换一档，通过换档控制单元将第二离合器C2分离，第一离合器C1接合，从形成一个新的行星轮系的运动，且第一行星架H1仍然作为输入动力，实现新的行星轮系的运动转换。
4.驻车(P位)
当车辆停止需要驻车，制动器B保持接合，主动轮9不能旋转，不能把动力传给差速器，从而以较小的扭矩保证车轮14无法转动。

Claims (3)

1.一种可输出大传动比的三速电动汽车变速器，其特征在于三档变速器由主体传动***、三离合器***、制动***和差速器构成；所述主体传动***为单行星排结构，包括第一中心轮(1)、第一行星轮(2)、三联左齿轮(3)、第二中心左齿轮(4)、三联中齿轮(5)、第二中心中齿轮(6)、三联右齿轮(7)、第二中心右齿轮(8)；所述第一中心轮(1)与所述第一行星轮(2)外啮合，所述三联左齿轮(3)与所述第二中心左齿轮(4)外啮合，所述三联中齿轮(5)与所述第二中心中齿轮(6)外啮合，所述三联右齿轮(7)与所述第二中心右齿轮(8)外啮合，所述第一行星架(H1)与所述第一行星轮(2)形成转动副；所述三联左齿轮(3)、所述三联中齿轮(5)、所述三联右齿轮(7)固联构成三联齿轮，并于所述第一行星架(H1)形成转动副。
2.根据权利要求1所述一种可输出大传动比的三速电动汽车变速器，其特征在于所述三离合器***，包括第一离合器(C1)、第二离合器(C2)、第三离合器(C3)；所述第一离合器(C1)、所述第二离合器(C2)和所述第三离合器(C3)为左右并联式，所述第一离合器(C1)外圈与所述第二中心左齿轮(4)固联，所述第二离合器(C2)外圈与所述第二中心中齿轮(6)固联，所述第三离合器(C3)外圈与所述第二中心右齿轮(8)固联；所述第一离合器(C1)内圈、所述第二离合器(C2)内圈和所述第三离合器(C3)内圈固联，同时与主动轮(9)固联。
3.根据权利要求1所述一种可输出大传动比的三速电动汽车变速器，其特征在于所述制动***，包括制动器(B)，所述主动轮(9)；所述制动器(B)内圈和所述主动轮(9)固联，所述制动器(B)外圈与壳体固联。
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