CN112721619A - 无动力中断的两挡变速电桥驱动*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无动力中断的两挡变速电桥驱动***，其包括双联行星齿轮组(PG)，双联行星齿轮组(PG)的太阳轮与第二行星轮(G2)啮合，第一行星轮(G1)与第一齿圈(R1)啮合，第二行星轮(G2)与第二齿圈(R2)啮合；第一离合器(C1)的外毂固定，第一离合器(C1)的内毂与第一齿圈(R1)不能相对转动地连接；第二离合器(C2)的外毂固定，第二离合器(C2)的内毂与第二齿圈(R2)不能相对转动地连接；电机(E)的输出扭矩传递给太阳轮，行星架的输出扭矩传递给差速器(D)。根据本发明的电桥驱动***，换挡操作由两个独立的离合器完成，***结构简单，且换挡过程中可以没有动力中断。

Description

无动力中断的两挡变速电桥驱动***

技术领域

本发明涉及机动车辆领域，尤其涉及车辆的变速器领域，特别是纯电动车或是混合动力车中的电桥驱动***，更具体地涉及一种无动力中断的两挡变速电桥驱动***。

背景技术

对于电动车辆，包括纯电动车和混合动力(油电混动)车，其电力驱动方式包括中央电机驱动和轮毂电机驱动两种。中央电机驱动***的一种常见的布置形式也被称为电桥(eAxle)驱动***。

对于可以提供两个速度挡位的电动车辆的变速器，现有技术中的一种换挡方式为使用同步器进行换挡。这种换挡方式的缺点是，在一个挡位脱开进入空挡、而另一个挡位尚未完成接合的过程中，没有动力被传递出变速器。这种换挡过程中的动力丢失会导致不好的驾驶体验。

现有技术中的另一种换挡方式使用离合器。例如中国实用新型专利CN205859059U公开了一种双离合器行星排式纯电动汽车变速器。参照图1，在该方案中，电机E和差速器D同轴线地布置。在电机E和差速器D之间设有双离合器DC和双联行星齿轮组PG1。双联行星齿轮组PG1包括在轴向上并列的、平行设置的两组行星轮，每组行星轮分别与一个太阳轮啮合，两组行星轮连接到同一个行星架。双离合器DC的两个内毂分别通过互相嵌套的内轴SI和外轴SO与双联行星齿轮组PG1的两个太阳轮连接。通过控制双离合器DC的接合状态，可以改变双联行星齿轮组PG1的传动比，实现两挡变速的功能。然而，这种方案存在如下缺点：

(i)双离合器DC零部件数量多、结构复杂，相应地，对双离合器DC的控制方式复杂，成本高；

(ii)该设计方案对应的装置所占用的轴向空间大；

(iii)由于外轴SO套设于内轴SI的外周，外轴SO通过内轴SI得到支撑、且外轴SO需要能相对于内轴SI转动，这对外轴SO和内轴SI的位置精度提出了较高的要求；

(iv)单个双联行星齿轮组PG1所能提供的传动比有限，当传动比不够大时需要增加电机E的输出扭矩，导致***成本增加。

发明内容

本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种结构简单、控制方便的无动力中断的两挡变速电桥驱动***。

本发明提供一种无动力中断的两挡变速电桥驱动***，其包括电机、齿轮组、第一离合器、第二离合器和差速器，

所述齿轮组包括双联行星齿轮组，所述双联行星齿轮组包括太阳轮、第一行星轮、第一齿圈、第二行星轮、第二齿圈和行星架，所述太阳轮与所述第二行星轮啮合，所述第一行星轮与所述第一齿圈啮合，所述第二行星轮与所述第二齿圈啮合，所述第一行星轮和所述第二行星轮在所述电机的轴向上不能相对转动地并列设置；其中，

所述第一离合器的外毂固定，所述第一离合器的内毂与所述第一齿圈不能相对转动地连接；所述第二离合器的外毂固定，所述第二离合器的内毂与所述第二齿圈不能相对转动地连接；

所述电机的输出扭矩传递给所述太阳轮，所述行星架的输出扭矩传递给所述差速器；

当所述第一离合器的内毂和外毂处于接合状态、所述第二离合器的内毂和外毂处于分离状态时，所述电桥驱动***处于一个挡位；当所述第一离合器的内毂和外毂处于分离状态、所述第二离合器的内毂和外毂处于接合状态时，所述电桥驱动***处于另一个挡位。

在至少一个实施方式中，所述齿轮组还包括正齿轮组，所述正齿轮组包括互相啮合的第一正齿轮和第二正齿轮，

所述第一正齿轮与所述太阳轮具有相同转动轴线地设置，所述第二正齿轮与所述差速器的输出半轴具有相同转动轴线地设置，

所述第一正齿轮与所述行星架不能相对转动地连接，所述第二正齿轮与所述差速器的差速器壳体不能相对转动地连接。

在至少一个实施方式中，所述***还包括电机轴和齿轮箱输入轴，

所述电机的转子与所述电机轴不能相对转动地连接，所述太阳轮与所述齿轮箱输入轴不能相对转动地连接，

所述电机轴和所述齿轮箱输入轴一体地形成为同一个主轴。

在至少一个实施方式中，所述主轴在所述轴向上的两端分别受第一轴承和第三轴承支承，所述主轴在所述轴向上的中部还受第二轴承支承，所述第二轴承在所述轴向上位于所述电机和所述齿轮组之间。

在至少一个实施方式中，在所述轴向上，所述第三轴承至少部分地与所述第一行星轮重合；或

在所述轴向上，所述第二轴承至少部分地与所述第一行星轮重合。

在至少一个实施方式中，在所述轴向上，

所述第一离合器与所述第一齿圈至少部分地重合，和/或

所述第二离合器与所述第二齿圈至少部分地重合。

在至少一个实施方式中，在所述电机的径向上，

所述电机的直径大于所述第一离合器的直径，和/或

所述电机的直径大于所述第二离合器的直径。

在至少一个实施方式中，所述第一离合器为多片式离合器，和/或所述第二离合器为多片式离合器。

在至少一个实施方式中，所述第二行星轮的直径大于所述第一行星轮的直径。

在至少一个实施方式中，所述差速器位于所述电机的径向外侧，所述差速器的输出半轴与所述电机的电机轴平行地设置。

根据本发明的无动力中断的两挡变速电桥驱动***，换挡操作由两个独立的离合器完成，***结构简单，且换挡过程中可以没有动力中断。

附图说明

图1是一种已知的两挡变速的电桥驱动***的示意图。

图2是根据本发明的第一实施方式的无动力中断的两挡变速电桥驱动***的示意图。

图3和图4是图2所示的电桥驱动***在两个不同挡位下的动力传递路径的示意图。

图5是根据本发明的第二实施方式的无动力中断的两挡变速电桥驱动***的示意图。

附图标记说明

E电机；SI内轴；SO外轴；S1电机轴；S2齿轮箱输入轴；

DC双离合器；C1第一离合器；C2第二离合器；

PG、PG1双联行星齿轮组；G1第一行星轮；G2第二行星轮；R1第一齿圈；R2第二齿圈；

SG1第一正齿轮；SG2第二正齿轮；

D差速器；B1第一轴承；B2第二轴承；B3第三轴承；

A轴向；R径向。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

除非特别说明，参照图2，A表示电桥驱动***的轴向，该轴向A与电桥驱动***中的电机和双联行星齿轮组的轴向一致；R表示电桥驱动***的径向，该径向R与电桥驱动***中的电机和双联行星齿轮组的径向一致。

(第一实施方式)

首先参照图2至图4介绍根据本发明的第一实施方式的电桥驱动***。

根据本发明的电桥驱动***包括电机E、电机轴S1、齿轮箱输入轴S2、第一离合器C1、第二离合器C2、齿轮组和差速器D。齿轮组包括双联行星齿轮组PG和正齿轮组，正齿轮组包括第一正齿轮SG1和第二正齿轮SG2。本发明所称的正齿轮即圆柱齿轮，包括直齿轮和斜齿轮；在本实施方式中，优选使用斜齿轮形式的正齿轮，即斜齿圆柱齿轮。

电机E的定子固定于壳体，电机E的转子抗扭地(不能相对转动地)连接到电机轴S1。

电机轴S1与齿轮箱输入轴S2抗扭地连接，且优选地，电机轴S1与齿轮箱输入轴S2形成为一个一体化的轴，为表述方便，也将这个一体化的轴(单个轴)简称为主轴。

优选地，主轴由三个轴承支承。第一轴承B1和第三轴承B3分别设置于主轴的在轴向A上的两个端部，第二轴承B2在轴向A上位于第一轴承B1和第三轴承B3之间，且第二轴承B2在轴向A上位于电机E和齿轮组(双联行星齿轮组PG和正齿轮组)之间。

双联行星齿轮组PG包括一个太阳轮和两组在轴向A上并列的行星轮(第一行星轮G1和第二行星轮G2)。太阳轮抗扭地与齿轮箱输入轴S2连接，两组行星轮中的一组与太阳轮啮合。两组行星轮之间抗扭地连接。

在本实施方式中，太阳轮与第二行星轮G2啮合，第二行星轮G2与第二齿圈R2啮合。第一行星轮G1与第一齿圈R1啮合，第一行星轮G1在轴向A上比第二行星轮G2更远离电机E。

第一行星轮G1与第二行星轮G2均连接到同一个行星架。

优选地，第二行星轮G2的直径大于第一行星轮G1的直径，且第二齿圈R2的内径不小于(更优选地大于)第一齿圈R1的内径。太阳轮与第二行星轮G2啮合、而不选择与第一行星轮G1啮合，使得双联行星齿轮组PG能够具有更大的减速比；同时也在第一行星轮G1的径向内侧空出了更多的空间，这部分空间例如可以用于设置第三轴承B3及其轴承座，即在轴向A上，第三轴承B3可以至少部分地与第一行星轮G1重合，从而减小变速器的轴向尺寸。

第一离合器C1的外毂和内毂(离合器的能够接合或分开的用于传递或切断动力的两个部分)分别抗扭地连接壳体和第一齿圈R1。当第一离合器C1处于接合状态时，第一齿圈R1与壳体抗扭地连接；当第一离合器C1处于分离状态时，第一齿圈R1能够相对于壳体转动。

第二离合器C2的外毂和内毂分别抗扭地连接壳体和第二齿圈R2。当第二离合器C2处于接合状态时，第二齿圈R2与壳体抗扭地连接；当第二离合器C2处于分离状态时，第二齿圈R2能够相对于壳体转动。

优选地，第一离合器C1和第二离合器C2均为多片式离合器，即离合器的使外毂和内毂接合以传递动力的摩擦片有多片，多片式离合器可以减小离合器的径向尺寸进而减小双联行星齿轮组的径向尺寸。

优选地，在轴向A上，第一离合器C1和第一齿圈R1至少部分地重合，第二离合器C2和第二齿圈R2至少部分地重合，这使得两个离合器(第一离合器C1和第二离合器C2)不占用或尽量少地占用变速器内部的轴向上的额外空间，变速器内部的径向上的空间被合理地利用，变速器的轴向尺寸得到控制。

优选地，在径向R上，电机E的直径大于双联行星齿轮组PG的直径。更优选地，在径向R上，电机E的直径大于第一离合器C1和第二离合器C2的直径。这使得两个离合器不占用或尽量少地占用变速器内部的径向上的空间，变速器的径向尺寸得到控制。

优选地，由于两个离合器均部分地连接到壳体，因此离合器(第一离合器C1和/或第二离合器C2)的执行机构可以集成于壳体，例如，离合器的执行机构的活塞可以设置在壳体内腔的槽中。优选地，由于第一离合器C1的内毂连接到第一齿圈R1，因此第一离合器C1的内毂可以被集成到第一齿圈R1；由于第二离合器C2的内毂连接到第二齿圈R2，因此第二离合器C2的内毂可以被集成到第二齿圈R2。

行星架的扭矩被进一步传递到一个正齿轮组。正齿轮组在轴向A上位于电机E和双联行星齿轮组PG之间。

正齿轮组包括互相啮合的第一正齿轮SG1和第二正齿轮SG2。第一正齿轮SG1套设于齿轮箱输入轴S2的外周，且第一正齿轮SG1与双联行星齿轮组PG的行星架抗扭地连接。

第二正齿轮SG2套设于差速器D的一个输出半轴的外周，且第二正齿轮SG2与差速器壳体抗扭地连接。

第二正齿轮SG2的齿数大于第一正齿轮SG1的齿数。

在径向R上，差速器D位于电机E的径向外侧，且差速器D的两个输出半轴与主轴平行地设置。

接下来参照图3和图4介绍根据本实施方式的电桥驱动***实现两挡变速的工作方式。

(i)第一离合器C1接合，第二离合器C2分离

参照图3，第一离合器C1处于接合状态，第二离合器C2处于分离状态。

此时第一齿圈R1固定，第二齿圈R2不固定。由太阳轮输入的动力经第一行星轮G1和行星架输出。

扭矩传递路径依次为：电机E、电机轴S1、齿轮箱输入轴S2、双联行星齿轮组PG的太阳轮、第二行星轮G2、第一行星轮G1、行星架、第一正齿轮SG1、第二正齿轮SG2至差速器D。

(ii)第一离合器C1分离，第二离合器C2接合

参照图4，第一离合器C1处于分离状态，第二离合器C2处于接合状态。

此时第二齿圈R2固定，第一齿圈R1不固定。由太阳轮输入的动力经第二行星轮G2和行星架输出。

扭矩传递路径依次为：电机E、电机轴S1、齿轮箱输入轴S2、第二行星轮G2、行星架、第一正齿轮SG1、第二正齿轮SG2至差速器D。

(第二实施方式)

接下来参照图5介绍根据本发明的第二实施方式的电桥驱动***。

第二实施方式是第一实施方式的变型。第二实施方式与第一实施方式的区别主要在于差速器D的朝向和齿轮组的布置结构不同。

在该实施方式中，正齿轮组在轴向A上比双联行星齿轮组PG远离电机E，第二正齿轮SG2连接到差速器壳体的在轴向A上远离电机E的端部。

优选地，第一行星轮G1被设置成在轴向A上比第二行星轮G2靠近电机E，这使得第一行星轮G1径向内侧空出的部分能够靠近第二轴承B2，从而第二轴承B2及其轴承座能利用第一行星轮G1径向内侧的空间，即在轴向A上，第二轴承B2可以至少部分地与第一行星轮G1重合，减小变速器的轴向尺寸。

本发明至少具有以下优点中的一个优点：

(i)电机轴S1与齿轮箱输入轴S2可以共用同一个轴，减少了电桥驱动***的轴的数量，降低成本。

(ii)主轴可以由三个轴承支承于壳体，***中各齿轮与轴的支承关系简单，不需要嵌套的支承轴，支承的可靠性高、成本低，且使得车辆在NVH(Noise、Vibration、Harshness，即噪声、振动与声振粗糙度)方面具有较好的性能。

(iii)双联行星齿轮组PG与正齿轮组的组合，使得***的传动比增加，而高传动比对电机E的输出扭矩要求低，节约了***的成本。

(iv)两个单独的离合器(第一离合器C1和第二离合器C2)充分利用了齿轮箱内部的轴向和径向的空间，且离合器由于连接到壳体或齿轮，因此离合器的部分元件可以集成在与之相连的壳体或齿轮，***结构更紧凑，成本低。

(v)由于使用了两个离合器来实现挡位的切换，在一个离合器分离的同时，另一个离合器可以缓慢接合，使得换挡过程中动力传递不中断。

(vi)由于电桥驱动***结构紧凑、占用空间小，这也为车辆的其它零部件的布置留出了更大的空间。

当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。

例如：虽然附图所示的第一离合器C1和第二离合器C2均为具有多个摩擦片的多片式离合器，然而本发明对离合器摩擦片的数量不作限制。

Claims (10)

1.一种无动力中断的两挡变速电桥驱动***，其包括电机(E)、齿轮组、第一离合器(C1)、第二离合器(C2)和差速器(D)，

所述齿轮组包括双联行星齿轮组(PG)，所述双联行星齿轮组(PG)包括太阳轮、第一行星轮(G1)、第一齿圈(R1)、第二行星轮(G2)、第二齿圈(R2)和行星架，所述太阳轮与所述第二行星轮(G2)啮合，所述第一行星轮(G1)与所述第一齿圈(R1)啮合，所述第二行星轮(G2)与所述第二齿圈(R2)啮合，所述第一行星轮(G1)和所述第二行星轮(G2)在所述电机(E)的轴向(A)上不能相对转动地并列设置；其中，

所述第一离合器(C1)的外毂固定，所述第一离合器(C1)的内毂与所述第一齿圈(R1)不能相对转动地连接；所述第二离合器(C2)的外毂固定，所述第二离合器(C2)的内毂与所述第二齿圈(R2)不能相对转动地连接；

所述电机(E)的输出扭矩传递给所述太阳轮，所述行星架的输出扭矩传递给所述差速器(D)；

当所述第一离合器(C1)的内毂和外毂处于接合状态、所述第二离合器(C2)的内毂和外毂处于分离状态时，所述电桥驱动***处于一个挡位；当所述第一离合器(C1)的内毂和外毂处于分离状态、所述第二离合器(C2)的内毂和外毂处于接合状态时，所述电桥驱动***处于另一个挡位。

2.根据权利要求1所述的电桥驱动***，其特征在于，所述齿轮组还包括正齿轮组，所述正齿轮组包括互相啮合的第一正齿轮(SG1)和第二正齿轮(SG2)，

所述第一正齿轮(SG1)与所述太阳轮具有相同转动轴线地设置，所述第二正齿轮(SG2)与所述差速器(D)的输出半轴具有相同转动轴线地设置，

所述第一正齿轮(SG1)与所述行星架不能相对转动地连接，所述第二正齿轮(SG2)与所述差速器(D)的差速器壳体不能相对转动地连接。

3.根据权利要求1所述的电桥驱动***，其特征在于，所述***还包括电机轴(S1)和齿轮箱输入轴(S2)，

所述电机(E)的转子与所述电机轴(S1)不能相对转动地连接，所述太阳轮与所述齿轮箱输入轴(S2)不能相对转动地连接，

所述电机轴(S1)和所述齿轮箱输入轴(S2)一体地形成为同一个主轴。

4.根据权利要求3所述的电桥驱动***，其特征在于，所述主轴在所述轴向(A)上的两端分别受第一轴承(B1)和第三轴承(B3)支承，所述主轴在所述轴向(A)上的中部还受第二轴承(B2)支承，所述第二轴承(B2)在所述轴向(A)上位于所述电机(E)和所述齿轮组之间。

5.根据权利要求4所述的电桥驱动***，其特征在于，在所述轴向(A)上，所述第三轴承(B3)至少部分地与所述第一行星轮(G1)重合；或

在所述轴向(A)上，所述第二轴承(B2)至少部分地与所述第一行星轮(G1)重合。

6.根据权利要求1所述的电桥驱动***，其特征在于，在所述轴向(A)上，

所述第一离合器(C1)与所述第一齿圈(R1)至少部分地重合，和/或

所述第二离合器(C2)与所述第二齿圈(R2)至少部分地重合。

7.根据权利要求1所述的电桥驱动***，其特征在于，在所述电机(E)的径向(R)上，

所述电机(E)的直径大于所述第一离合器(C1)的直径，和/或

所述电机(E)的直径大于所述第二离合器(C2)的直径。

8.根据权利要求1所述的电桥驱动***，其特征在于，所述第一离合器(C1)为多片式离合器，和/或所述第二离合器(C2)为多片式离合器。

9.根据权利要求1所述的电桥驱动***，其特征在于，所述第二行星轮(G2)的直径大于所述第一行星轮(G1)的直径。

10.根据权利要求2所述的电桥驱动***，其特征在于，所述差速器(D)位于所述电机(E)的径向(R)外侧，所述差速器(D)的输出半轴与所述电机(E)的电机轴(S1)平行地设置。

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