CN113090718A - 变速器及两挡电桥驱动*** - Google Patents

变速器及两挡电桥驱动*** Download PDF

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CN113090718A CN202010019056.7A CN202010019056A CN113090718A CN 113090718 A CN113090718 A CN 113090718A CN 202010019056 A CN202010019056 A CN 202010019056A CN 113090718 A CN113090718 A CN 113090718A
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Abstract

本发明提供了一种变速器及两挡电桥驱动***。该变速器的离合机构包括由一个致动组件选择性致动而实现接合/分离的单向离合单元和实现分离/接合的摩擦式双向离合单元，该单向离合单元对应第一挡位且双向离合单元对应第二挡位。这样，在通过该离合机构进行换挡的过程中不会产生动力中断现象并且换挡平稳，另外该离合机构在转动惯量较高的情况下仍然可以实现换挡工作。

Description

变速器及两挡电桥驱动***
技术领域
本发明涉及车辆领域，更具体地涉及车辆用变速器及包括该变速器的两挡电桥驱动***。
背景技术
现有的用于例如混合动力车辆的两挡电桥驱动***中的变速器经常采用传统的同步器进行换挡。虽然该同步器能够满足变速器的换挡要求，但是利用同步器换挡可能存在如下缺陷：
1.在换挡过程中可能产生动力中断现象；
2.换挡过程不平稳；以及
3.只有在转动惯量较低的条件下才能够实现换挡。
发明内容
鉴于上述两挡电桥驱动***的缺陷而做出了本发明。本发明的一个目的在于提供一种变速器，其至少在部分换挡过程中避免了动力中断且换挡过程平稳。本发明还提供了一种包括上述变速器的两挡电桥驱动***。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。
本发明提供了一种如下的变速器，其包括：
第一轴和第二轴，所述第一轴和所述第二轴同轴布置且能够彼此相对地自由转动；
第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮以非抗扭的方式设置于所述第一轴，所述第二齿轮以抗扭的方式设置于所述第二轴；以及
离合机构，所述离合机构包括致动组件、单向离合单元和摩擦式双向离合单元，经由该致动组件能够选择性地使所述单向离合单元接合和分离以及使所述双向离合单元分离和接合，
当所述变速器处于第一挡位时，所述单向离合单元锁止且所述双向离合单元分离，使得所述第一齿轮经由所述单向离合单元与所述第一轴双向传动联接并能够随着所述第一轴双向转动；当所述变速器处于第二挡位时，所述致动组件使所述单向离合单元解锁且所述双向离合单元接合，使得所述第一齿轮经由所述单向离合单元与所述第一轴单向地相对彼此自由转动，并且使得所述第二轴经由所述双向离合单元与所述第一轴以所述单向的方向传动联接并能够随着所述第一轴转动。
优选地，所述离合机构还包括固定于所述第一轴的支撑组件，所述单向离合单元包括被驱动部和驱动部，所述被驱动部固定于所述第一齿轮，所述驱动部设置于所述支撑组件且能够随着所述支撑组件转动，使得能够通过控制所述致动组件的动作使所述驱动部与所述被驱动部分离来实现所述单向离合单元的解锁。
更优选地，所述被驱动部形成有朝向对应的驱动部凸出的凸起，所述驱动部包括第一驱动带和第一支撑弹簧，所述第一驱动带设置于所述支撑组件且能够绕着与所述支撑组件的接合部位在预定范围内转动，所述第一支撑弹簧设置于所述第一驱动带的一端与所述支撑组件之间，并且
在所述第一支撑弹簧的作用下所述第一驱动带的一端能够与所述凸起接合，使得所述被驱动部与所述第一驱动带传动联接并且所述被驱动部能够随着所述第一驱动带沿着一个方向转动，在所述致动组件作用于所述第一驱动带的另一端的情况下所述第一驱动带绕着所述接合部位转动，使得所述第一驱动带的一端能够与所述凸起分离。
更优选地，所述驱动部还包括第二驱动带和第二支撑弹簧，所述第二驱动带设置于所述支撑组件，所述第二支撑弹簧设置于所述第二驱动带的一端与所述支撑组件之间，在所述第二支撑弹簧的作用下所述第二驱动带的一端能够与所述凸起接合，使得所述被驱动部与所述第二驱动带传动联接并且所述被驱动部能够随着所述第二驱动带沿着与所述一个方向相反的另一方向转动。
更优选地，所述双向离合单元包括固定于所述第二轴的从动盘和设置于所述从动盘且与所述支撑组件对应的摩擦部。
更优选地，所述致动组件包括彼此固定的连接杆和压板，所述连接杆和所述压板能够沿着所述第一轴的轴向往复运动，使得所述连接杆能够抵接于所述第一驱动带的另一端并且所述压板能够将所述摩擦部压抵于所述支撑组件。
更优选地，所述致动组件还包括膜片弹簧，所述膜片弹簧的外周部与所述支撑组件相连，所述膜片弹簧的内周部用于接收来自外部的作用力，所述膜片弹簧的位于所述外周部和所述内周部之间的中间部与所述压板相连。
更优选地，所述变速器还包括与所述第一轴平行的第三轴以及以抗扭的方式设置于所述第三轴的第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮与所述第一齿轮始终处于啮合状态并对应于所述第一挡位，所述第四齿轮与所述第二齿轮始终处于啮合状态并对应于所述第二挡位。
更优选地，所述第一齿轮与所述第三齿轮的传动比大于所述第二齿轮与所述第四齿轮的传动比。
本发明还提供了一种如下的两挡电桥驱动***，其包括电机和根据以上技术方案中任意一项技术方案所述的变速器，所述电机与所述变速器的第一轴传动联接。
通过采用上述技术方案，本发明提供了一种新型的变速器及包括该变速器的两挡电桥驱动***。该变速器的离合机构包括由一个致动组件选择性致动而实现接合/分离的单向离合单元和实现分离/接合的摩擦式双向离合单元，该单向离合单元对应第一挡位且双向离合单元对应第二挡位。这样，在通过该离合机构从第一挡位向第二挡位进行换挡的过程中不会产生动力中断现象并且换挡平稳，另外该离合机构在转动惯量较高的情况下仍然可以实现换挡工作。
附图说明
图1是示出了根据本发明的一实施方式的两挡电桥驱动***的拓扑结构示意图。
图2a是示出了图1中的两挡电桥驱动***的变速器的局部结构示意图，其中离合机构的单向离合单元处于接合状态而双向离合机构处于分离状态；
图2b是示出了图2a中的结构的从V1方向观察的局部俯视图；图2c是用于说明图2a中的结构的扭矩传递路径的示意图。
图3a是示出了图1中的两挡电桥驱动***的变速器的局部结构示意图，其中离合机构的双向离合单元处于接合状态而单向离合机构处于分离状态；图3b是示出了图3a中的结构的从V2方向观察的局部俯视图；图3c是用于说明图3a中的结构的扭矩传递路径的示意图。
附图标记说明
EM电机
S1第一轴 S2第二轴 S3第三轴
G1第一齿轮 G2第二齿轮 G3第三齿轮 G4第四齿轮
C离合机构 1支撑组件 11飞轮 12支撑件 2致动组件 21连接杆 22压板 23膜片弹簧 3单向离合单元 31被驱动部 31P凸起 32第一驱动带 33第一支撑弹簧 34第二驱动带 35第二支撑弹簧 4双向离合单元 41从动盘 42摩擦部
A轴向 R径向 O中心轴线。
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。
在本发明中，“传动联接”表示两个部件之间能够传递驱动力/扭矩地联接；“轴向”、“径向”和“周向”是指作为变速器的输入轴的第一轴的轴向、径向和周向，并且中心轴线O为第一轴的中心轴线；“双向”是指在图2a、图2c、图3a和图3c中从左向右看的顺时针方向和逆时针方向，“单向”是指上述逆时针方向。
以下将首先结合说明书附图说明根据本发明的一实施方式的两挡电桥驱动***的结构。
如图1所示，根据本发明的一实施方式的两挡电桥驱动***包括彼此传动联接的电机EM和变速器。电机EM包括定子和能够相对于定子转动的转子。电机EM的转子与变速器的输入轴传动联接，使得来自电机EM的转子的扭矩能够传递到变速器。变速器具有两个挡位，利用变速器的离合机构C能够使得变速器在两个挡位之间实现换挡，从而使得来自电机EM的转子的扭矩能够经由不同的扭矩传递路径传递到车辆的车轮。以下将具体说明该两挡电桥驱动***的变速器的具体结构。
如图1、图2a和图3a所示，根据本发明的变速器包括三个轴(第一轴S1、第二轴S2和第三轴S3)、四个齿轮(第一齿轮G1、第二齿轮G2、第三齿轮G3和第四齿轮G4)以及离合机构C。
在本实施方式中，第一轴S1作为变速器的输入轴，用于与电机EM的转子传动联接。第二轴S2和第一轴S1同轴布置且能够彼此相对自由转动。第一轴S1的一端与第二轴S2的一端例如经由轴承搭接在一起。第三轴S3作为变速器的输出轴，用于向车辆的差速器(未示出)传递扭矩，进而将扭矩传递到车辆的车轮。第三轴S3与第一轴S1和第二轴S2平行地布置。
在本实施方式中，第一齿轮G1以非抗扭的方式设置于第一轴S1。也就是说，当第一齿轮G1不参与传递扭矩时，第一齿轮G1能够相对于第一轴S1自由转动。优选地，第一齿轮G1在轴向A上不能相对于第一轴S1运动。
第二齿轮G2以抗扭的方式设置于第二轴S2。也就是说，第二齿轮G2与第二轴S2双向直接传动联接并且第二齿轮G2能够随着第二轴S2双向转动。优选地，第二齿轮G2在轴向A上不能相对于第二轴S2运动。
第三齿轮G3以抗扭的方式设置于第三轴S3。也就是说，第三齿轮G3与第三轴S3双向直接传动联接并且第三齿轮G3能够随着第三轴S3双向转动。优选地，第三齿轮G3在轴向A上不能相对于第三轴S3运动。进一步地，第三齿轮G3与第一齿轮G1始终处于啮合状态，以构成对应变速器的第一挡位的齿轮副。
第四齿轮G4以抗扭的方式设置于第三轴S3。也就是说，第四齿轮G4与第三轴S3双向直接传动联接并且第四齿轮G4能够随着第三轴S3双向转动。优选地，第四齿轮G4在轴向A上不能相对于第三轴S3运动。进一步地，第四齿轮G4与第二齿轮G2始终处于啮合状态，以构成对应变速器的第二挡位的齿轮副。
在本实施方式中，优选地，第一齿轮G1与第三齿轮G3的传动比大于第二齿轮G2与第四齿轮G4的传动比。
在本实施方式中，离合机构C用于变速器的换挡切换(在上述第一挡位和第二挡位之间进行切换)。具体地，离合机构C包括支撑组件1、致动组件2、单向离合单元3和双向离合单元4。在不同的挡位，经由该致动组件2能够选择性地使单向离合单元3接合或者使双向离合单元4接合。当变速器处于第一挡位时，单向离合单元3锁止且双向离合单元4分离，使得第一齿轮G1经由单向离合单元3与第一轴S1双向传动联接并能够随着第一轴S1双向转动；当变速器处于第二挡位时，单向离合单元3解锁且双向离合单元4接合，使得第一齿轮G1经由单向离合单元3与第一轴S1单向传动联接并能够随着第一轴S1单向转动，并且使得第二轴S2经由双向离合单元4与第一轴S1双向传动联接并能够随着第一轴S1双向转动。
进一步地，支撑组件1优选具有圆盘形状且固定于第一轴S1，使得支撑组件1在轴向A、径向R和周向上均相对于第一轴S1固定。支撑组件1包括彼此固定连接的飞轮11和支撑件12。飞轮11直接固定于第一轴S1，支撑件12的一端经由例如螺栓的连接件固定于飞轮11，支撑件12朝向第二齿轮G2延伸以部分地包围致动组件2和双向离合单元4。
进一步地，致动组件2安装于支撑组件1并且包括连接杆21、压板22以及膜片弹簧23。连接杆21和压板22彼此抵接或固定且在外部施加的驱动力和膜片弹簧23的弹簧力的作用下能够沿着轴向A往复运动，使得连接杆21穿过支撑组件1的飞轮11且能够抵接于单向离合单元3的下述第一驱动带32的另一端，并且压板22能够将双向离合单元4的下述摩擦部42压抵于支撑组件1。膜片弹簧23的外周部与支撑组件1的支撑件12相连，膜片弹簧23的内周部用于接收来自外部的驱动力，膜片弹簧23的位于外周部和内周部之间的中间部与压板22相连。
这样，当致动组件2仅受到膜片弹簧23的弹簧力的作用时，致动组件2处于图2a所示的状态，此时单向离合单元3锁止且双向离合单元4分离。当致动组件2受到来自外部的驱动力和膜片弹簧23的弹簧力的作用时，致动组件2处于图3a所示的状态，此时单向离合单元3解锁且双向离合单元4接合。
进一步地，单向离合单元3相对于飞轮11位于致动组件2所在侧的相反侧。单向离合单元3包括被驱动部31和驱动部。
被驱动部31固定于第一齿轮G1，并且被驱动部31形成有朝向驱动部凸出的凸起31P，该凸起31P用于与驱动部接合。
驱动部设置于支撑组件1且能够随着支撑组件1转动。如图2b和图3b所示，驱动部包括位于凸起31P的一侧的第一驱动带32和第一支撑弹簧33以及位于凸起31P的另一侧的第二驱动带34和第二支撑弹簧35。
第二驱动带34设置于飞轮11，第二支撑弹簧35设置于第二驱动带34的一端与飞轮11之间，在第二支撑弹簧35的弹簧力的作用下第二驱动带34的一端能够始终与凸起31P接合，使得被驱动部31与第二驱动带34传动联接并且能够随着第二驱动带34沿着图2b、3b中向下的方向转动。
第一驱动带32设置于飞轮11且能够绕着与飞轮11的接合部位在预定范围内转动。第一支撑弹簧33设置于第一驱动带32的一端与飞轮11之间。如图2b所示，当仅存在第一支撑弹簧33的弹簧力时第一驱动带32的一端能够与凸起31P接合，使得被驱动部31与第一驱动带32单向传动联接且能够随着第一驱动带32沿着图2b中向上和向下两个方向转动，这时单向离合单元处于锁止状态，能够双向传递扭矩。
如图3b所示，当致动组件2的连接杆21作用于第一驱动带32的另一端的情况下，连接杆21的作用力克服第一支撑弹簧33的弹簧力，使得第一驱动带32绕着上述接合部分转动到图3b所示的状态，第一驱动带32的一端与凸起31P分离，这时当第一轴S1沿着图3b中向上的方向转动时，被驱动部31不能与驱动部接合；而当第一轴S1沿图3b中的向下方向转动时，由于第二驱动带34的接合状态，被驱动部31能与驱动部接合并传递扭矩。单向离合单元处于解锁状态，能够单向传递扭矩。
进一步地，双向离合单元4包括固定于第二轴S2的从动盘41和设置于从动盘41且与支撑组件1对应的摩擦部42。摩擦部42设置于飞轮11和压板22之间，该摩擦部42能够在压板22的作用下抵接于飞轮11，从而使得双向离合单元4处于接合状态。
通过采用上述的结构，离合机构C能够在第一挡位和第二挡位之间进行切换，从而实现变速器的换挡。
如图2a和图2c所示，当离合机构C的致动组件2未受到来自外部的驱动力的作用时，单向离合单元3接合且双向离合单元4分离，这时第一齿轮G1与第一轴S1经由单向离合单元3传动联接，变速器处于第一挡位。如图1和图2c所示，当扭矩/功率从电机EM传递到第三轴S3时，在两个转动方向上，来自电机EM的扭矩的传递路径如下：电机EM→第一轴S1→飞轮11→第一驱动带32或第二驱动带34→被驱动部31→第一齿轮G1→第三齿轮G3→第三轴S3；当扭矩/功率从第三轴S3传递到电机EM时，在两个转动方向上，来自第三轴S3的扭矩的传递路径如下：第三轴S3→第三齿轮G3→第一齿轮G1→被驱动部31→第一驱动带32或第二驱动带34→飞轮11→第一轴S1→电机EM。
如图3a和图3c所示，当离合机构C的致动组件2受到来自外部的驱动力的作用时，致动组件2使得单向离合单元3解锁且双向离合单元4接合，此时，单向离合单元3单向自由转动不传递扭矩，而双向离合单元4在该单向上传递扭矩，这时第二轴S2与第一轴S1经由双向离合单元4传动联接，变速器处于第二挡位。
另外，假设第一轴S1逆时针(即图3c中的向上方向)转动时的转动方向为正向且电机EM的转子的转速为+V，其它各部件的转速如下表所示(其中N1为第一齿轮G1与第三齿轮G3的传动比，N2为第二齿轮G2与第四齿轮G4的传动比，N1>N2)。
Figure BDA0002360029720000091
由如上表格可知，当变速器处于第二挡位且第一轴S1逆时针转动时，被驱动部31的转速大于飞轮11的转速，单向离合单元3中的第二驱动带34与被驱动部31的凸起31P不接合，因此不经由单向离合单元3传递扭矩。
在以上的具体实施方式中对本发明的技术方案进行了详细地阐述，以下进行补充说明。
i.虽然在以上的具体实施方式中说明了单向离合单元3的具体结构，但是本发明不限于此。上述单向离合单元3还可以采用其它的适当结构，例如可以采用楔块式、滚子式单向离合单元。
ii.虽然在以上的具体实施方式中没有明确说明，但是应当理解，当第一轴S1随着电机EM的转子逆时针转动时，两挡电桥驱动***可以用于前进驱动；当第一轴S1随着电机EM的转子顺时针转动且变速器处于第一挡位时，两挡电桥驱动***可以用于倒车驱动。
iii.在以上的具体实施方式中，当从第一挡位向第二挡位切换时，由于摩擦式双向离合单元4逐渐实现接合，单向离合单元3在前期始终传递扭矩，直至被驱动部31的转速大于驱动部的转速，单向离合单元3不传递扭矩，此时换挡完成，因此在换挡过程中不会出现动力中断现象且换挡更加平稳；当从第二挡位向第一挡位切换时，使得双向离合单元4处于滑摩状态，然后调整被驱动部31和飞轮11的速度使得两者的速度接近，从而使得不会出现动力中断的现象且换挡更加平稳。另外，根据本发明的变速器中的换挡机构C受到转动惯量的影响较小，可以在相对高的转动惯量的条件下进行换挡。
iv.虽然在以上的具体实施方式中没有明确说明，但是应当理解，第一驱动带32和第二驱动带34在周向上可以设置多个，对应地被驱动部31的凸部与可以设置多个。另外，上述飞轮11还能够起到存储转动惯量的作用。

Claims (10)

1.一种变速器，其包括：
第一轴(S1)和第二轴(S2)，所述第一轴(S1)和所述第二轴(S2)同轴布置且能够彼此相对地自由转动；
第一齿轮(G1)和第二齿轮(G2)，所述第一齿轮(G1)以非抗扭的方式设置于所述第一轴(S1)，所述第二齿轮(G2)以抗扭的方式设置于所述第二轴(S2)；以及
离合机构(C)，所述离合机构(C)包括致动组件(2)、单向离合单元(3)和摩擦式双向离合单元(4)，经由该致动组件(2)能够选择性地使所述单向离合单元(3)锁止和解锁以及使所述双向离合单元(4)分离和接合，
当所述变速器处于第一挡位时，所述单向离合单元(3)锁止且所述双向离合单元(4)分离，使得所述第一齿轮(G1)经由所述单向离合单元(3)与所述第一轴(S1)双向传动联接并能够随着所述第一轴(S1)双向转动；当所述变速器处于第二挡位时，所述致动组件(2)使所述单向离合单元(3)解锁且所述双向离合单元(4)接合，使得所述第一齿轮(G1)经由所述单向离合单元(3)与所述第一轴(S1)单向地相对彼此自由转动，并且使得所述第二轴(S2)经由所述双向离合单元(4)与所述第一轴(S1)能够以所述单向的方向传动联接并能够随着所述第一轴(S1)转动。
2.根据权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述离合机构(C)还包括固定于所述第一轴(S1)的支撑组件(1)，所述单向离合单元(3)包括被驱动部(31)和驱动部，所述被驱动部(31)固定于所述第一齿轮(G1)，所述驱动部设置于所述支撑组件(1)且能够随着所述支撑组件(1)转动，使得能够通过控制所述致动组件(2)的动作使所述驱动部与所述被驱动部(31)锁止和解锁来实现所述单向离合单元(3)的锁止和解锁。
3.根据权利要求2所述的变速器，其特征在于，所述被驱动部(31)形成有朝向对应的驱动部凸出的凸起(31P)，所述驱动部包括第一驱动带(32)和第一支撑弹簧(33)，所述第一驱动带(32)设置于所述支撑组件(1)且能够绕着与所述支撑组件(1)的接合部位在预定范围内转动，所述第一支撑弹簧(33)设置于所述第一驱动带(32)的一端与所述支撑组件(1)之间，并且
在所述第一支撑弹簧(33)的作用下所述第一驱动带(32)的一端能够与所述凸起(31P)接合，使得所述被驱动部(31)与所述第一驱动带(32)传动联接并且所述被驱动部(31)能够随着所述第一驱动带(32)沿着一个方向转动，在所述致动组件(2)作用于所述第一驱动带(32)的另一端的情况下所述第一驱动带(32)绕着所述接合部位转动，使得所述第一驱动带(32)的一端能够与所述凸起(31P)分离。
4.根据权利要求3所述的变速器，其特征在于，所述驱动部还包括第二驱动带(34)和第二支撑弹簧(35)，所述第二驱动带(34)设置于所述支撑组件(1)，所述第二支撑弹簧(35)设置于所述第二驱动带(34)的一端与所述支撑组件(1)之间，在所述第二支撑弹簧(35)的作用下所述第二驱动带(34)的一端能够与所述凸起(31P)接合，使得所述被驱动部(31)与所述第二驱动带(34)传动联接并且所述被驱动部(31)能够随着所述第二驱动带(34)沿着与所述一个方向相反的另一方向转动。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的变速器，其特征在于，所述双向离合单元(4)包括固定于所述第二轴(S2)的从动盘(41)和设置于所述从动盘(41)且与所述支撑组件(1)对应的摩擦部(42)。
6.根据引用权利要求3或4的权利要求5所述的变速器，其特征在于，所述致动组件(2)包括彼此固定的连接杆(21)和压板(22)，所述连接杆(21)和所述压板(22)能够沿着所述第一轴(S1)的轴向(A)往复运动，使得所述连接杆(21)能够抵接于所述第一驱动带(32)的另一端并且所述压板(22)能够将所述摩擦部(42)压抵于所述支撑组件(1)。
7.根据权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述致动组件(2)还包括膜片弹簧(23)，所述膜片弹簧(23)的外周部与所述支撑组件(1)相连，所述膜片弹簧(23)的内周部用于接收来自外部的作用力，所述膜片弹簧(23)的位于所述外周部和所述内周部之间的中间部与所述压板(22)相连。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的变速器，其特征在于，所述变速器还包括与所述第一轴(S1)平行的第三轴(S3)以及以抗扭的方式设置于所述第三轴(S3)的第三齿轮(G3)和第四齿轮(G4)，所述第三齿轮(G3)与所述第一齿轮(G1)始终处于啮合状态并对应于所述第一挡位，所述第四齿轮(G4)与所述第二齿轮(G2)始终处于啮合状态并对应于所述第二挡位。
9.根据权利要求8所述的变速器，其特征在于，所述第一齿轮(G1)与所述第三齿轮(G3)的传动比大于所述第二齿轮(G2)与所述第四齿轮(G4)的传动比。
10.一种两挡电桥驱动***，其包括电机(EM)和根据权利要求1至9中任一项所述的变速器，所述电机(EM)与所述变速器的第一轴(S1)传动联接。
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