一种电动汽车两挡变速的动力系统.pdf

本发明涉及一种电动汽车两挡变速的动力系统。包括驱动电机、差速器、右半轴和左半轴，还包括行星齿轮减速机构、同步器和两套轮边减速机构；其中行星齿轮减速机构和同步器均位于驱动电机的壳体内，形成一体式结构；本发明集成化程度极高，采用轮边减速机构作为主减速机构置于传动链最后一级，大幅降低了传动链前级部分的载荷，减小了传动链前级部分的零件尺寸，符合小型化与轻量化原则；将驱动电机的转子转轴直接与变速器齿轮相连，避免了配合安装而造成的同轴度公差，所述双联行星齿轮和差速器主动齿轮的个数一致，并绕中心线等角度配置，且整体结构呈中心对称分布，重量分布均匀，动平衡特性良好，传动效率较高，振动噪音情况较好。

1.  一种电动汽车两挡变速的动力系统，包括驱动电机、差速器（23）、右半轴（4）和左半轴（13），其特征在于：还包括行星齿轮减速机构、同步器和两套轮边减速机构；其中行星齿轮减速机构和同步器均位于驱动电机的壳体内，形成一体式结构；
所述行星齿轮减速机构包括太阳轮（6）、两个以上的双联行齿星轮、外齿圈（9）和行星架（8），所述双联行星齿轮分别与太阳轮（6）和外齿圈（9）啮合传动，行星架（8）与差速器的壳体固定连接将动力传至差速器；与行星架（8）对应的所述壳体内设有电磁制动器（25）；电磁制动器（25）与行星架（8）的结合或分离实现驻车功能；
所述同步器设于左半轴（13）上，外齿圈（9）通过同步器分别与驱动电机的壳体的内壁和差速器的壳体的外壁固连，从而完成两挡切换；
所述两套轮边减速机构均为行星齿轮机构，每套轮边减速机构包括轮边太阳轮（17）、两个以上的轮边行星齿轮（16）、轮边外齿圈（15）和轮边行星架（18），其中一套轮边行星轮机构连接着右半轴（4）和右侧的轮毂，另一套轮边行星轮机构连接着左半轴（13）和左侧的轮毂；动力由右半轴（4）或左半轴（13）传入所述轮边太阳轮（17），通过轮边行星架（18）带动轮毂，完成动力输出。

2.  根据权利要求1所述的一种电动汽车两挡变速的动力系统，其特征在于：所述行星齿轮减速机构的太阳轮（6）连接着空心轴（5）的一端，空心轴（5）通过花键固定套设在转子轴上；所述双联行星轮由同轴的大行星轮（7）和小行星轮（10）组成，其中大行星轮（7）和太阳轮（6）啮合传动，小行星轮（10）和外齿圈（9）啮合传动。

3.  根据权利要求1所述的一种电动汽车两挡变速的动力系统，其特征在于：所述行星齿轮减速机构中的双联行星齿轮的个数和差速器（23）中的主动锥齿轮的个数相同。

4.  根据权利要求1所述的一种电动汽车两挡变速的动力系统，其特征在于：所述行星齿轮减速机构中的太阳轮（6）、双联行星齿轮和外齿圈（9）均为直齿齿轮；所述同步器的中间滑块进行换挡滑动时，外齿圈（9）沿小行星轮（10）的齿宽方向滑动。

5.  根据权利要求1或4所述的一种电动汽车两挡变速的动力系统，其特征在于：所述外齿圈（9）的齿宽为小行星轮（10）的齿宽的两倍。

一种电动汽车两挡变速的动力系统
技术领域
本发明属于电动汽车电驱动技术领域，具体涉及一种电动汽车两挡变速动力系统总成。
背景技术
由于拥有节能环保，适宜城市道路工况等优势，电动汽车的发展受到广泛关注。现有的电动汽车的电驱动解决方案多是在燃油汽车驱动系统改进而来：用发动机替换电机，将电动机连接传动轴上再通过减速箱连接在驱动桥上。这种设计改动较小，继承性好，但有着噪音大、振动强、传动链长、传动效率低、结构庞大等诸多缺点。因此，随着电动汽车产业的不断发展，专门针对电动汽车的电驱动系统设计也日益发展起来。
目前市面上的电动汽车动力总成系统主要一挡减速系统，这种系统没有机械变速装置，全部依靠电子调速实现速度控制，对控制器要求较高，并且电机工作效率不高，对电池的冲击也较大。改用增加了机械换挡结构的二挡变速动力系统，在同等工作要求下可以使用功率较小的电机，提高了电机效率，提供了更高的起步扭矩，降低了高速行驶噪音，减少了电池冲击，提高了电池寿命。
为了减少部件的数量，减小安装尺寸，降低系统重量，动力系统的一体化和集成化是电驱动系统发展的一个趋势，这一趋势又分为电动轮驱动和电动机驱动两个方向。电动轮驱动是采用轮毂电机或轮边电机，即将驱动电机、减速器及驱动轮集成在一起，取消差速器结构，每个电机单独控制，这种方案机械结构简单，集成度高，安装尺寸小，但由于每个驱动轮都配有各自的电机及控制器，需配置电子差速器，对高功率密度电动机技术要求高，控制难度较大，系统稳定性较差，并且经济性较差。由于驱动电机和变速器的技术比较成熟，将驱动电机和减速器集成在一起的电动机驱动方向可行性更高。
一种内置差减总成的电动汽车驱动电机结构中机械变速部分所采用的是一挡减速器，这样电机工作效率较低，对电池的冲击也较大，影响电池寿命，同时起步性能较差，高速行驶时电机转速较大导致噪音和冷却问题。
一种电动汽车用2+1挡位变速箱的结构中电机仍需通过联轴器等部件进行安装，集成程度较低，变速器结构采用定轴齿轮传动，整体安装尺寸较大。
发明内容
本发明为克服上述现有技术存在的不足之处，提高电机工作效率，完成动力系统的小型化和轻量化，提供了一种电动汽车两挡变速的动力系统。
一种电动汽车两挡变速的动力系统包括驱动电机、差速器23、右半轴4和左半轴13，还包括行星齿轮减速机构、同步器和两套轮边减速机构；其中行星齿轮减速机构和同步器均位于驱动电机的壳体内，形成一体式结构；
所述行星齿轮减速机构包括太阳轮6、两个以上的双联行齿星轮、外齿圈9和行星架8，所述双联行星齿轮分别与太阳轮6和外齿圈9啮合传动，行星架8与差速器的壳体固定连接将动力传至差速器；与行星架8对应的所述壳体内设有电磁制动器25；电磁制动器25与行星架8的结合或分离实现驻车功能；
所述同步器设于左半轴13上，外齿圈9通过同步器分别与驱动电机的壳体的内壁和差速器的壳体的外壁固连，从而完成两挡切换；
所述两套轮边减速机构均为行星齿轮机构，每套轮边减速机构包括轮边太阳轮17、两个以上的轮边行星齿轮16、轮边外齿圈15和轮边行星架18，其中一套轮边行星轮机构连接着右半轴4和右侧的轮毂，另一套轮边行星轮机构连接着左半轴13和左侧的轮毂；动力由右半轴4或左半轴13传入所述轮边太阳轮17，通过轮边行星架18带动轮毂，完成动力输出。
所述行星齿轮减速机构的太阳轮6连接着空心轴5的一端，空心轴5通过花键固定套设在转子轴上；所述双联行星轮由同轴的大行星轮7和小行星轮10组成，其中大行星轮7和太阳轮6啮合传动，小行星轮10和外齿圈9啮合传动。
所述行星齿轮减速机构中的双联行星齿轮的个数和差速器23中的主动锥齿轮的个数相同。
所述行星齿轮减速机构中的太阳轮6、双联行星齿轮和外齿圈9均为直齿齿轮；所述同步器的中间滑块进行换挡滑动时，外齿圈9沿小行星轮10的齿宽方向滑动。
所述外齿圈9的齿宽为小行星轮10的齿宽的两倍。
与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明采用两挡变速电桥设计，在同等工作要求下可以使用与一挡减速电桥相比功率较小的电机，提高了电机效率，提供了更高的起步扭矩，降低了高速行驶噪音，减少了电池冲击，提高了电池寿命。在NEDC循环工况下可以提高6%的电效率，从而节省了8.5%的电池成本（70%DOD）。
2.本发明采用轮边减速器作为主减，将主减置于传动链最后一级，通过降速提高输出扭矩，以后述实际开发某型纯电动汽车为例，采用轮边主减将名义转矩降低了约4倍，大幅降低了传动链前级部分的载荷，提高机械性能，增加了安全系数，并且减小了传动链前级部分的零件尺寸，符合小型化与轻量化原则。
3.本发明采用同轴布置的电机变速器差速器一体化结构，利用空心轴结构设计减小了径向尺寸；电机与差速器安装在同一壳体内，并采用双联行星轮减速结构将差速器内置于变速器中，与串联变速差速结构相比，轴向尺寸减小了25%；采用轮边减速器将主减移至轮毂内，减小了整体安装尺寸。
4.本发明将驱动电机转子转轴直接与变速器齿轮相连，整体采用同轴布局，避免了配合安装而造成的同轴度公差，消除了由此带来的机械振动与噪音。
5.本发明所述双联行星齿轮和差速器主动齿轮的个数一致，并绕中心线等角度配置，且整体结构呈中心对称分布，重量分布均匀，动平衡特性良好，传动效率较高，并且振动噪音情况较好。
6.本发明采用电机变速器差速器一体化结构设计，采用绝缘机油作为冷却油和润滑油，通过浸油或飞溅方式在整个壳体内循环，在完成对电机定子和转子的冷却的同时，也完成了对变速器、差速器齿轮的冷却和润滑，冷却润滑效率较高。
7.本发明具有电磁离合器的驻车锁止机构，在上下坡及频繁起步停车的路况时，提高整车的驻车安全性。
附图说明
图1为一种电动汽车动力系统结构简图。
上图中序号：壳体1、转子2、定子3、右半轴4、空心轴5、太阳轮6、大行星轮7、行星架8、外齿圈9、小行星轮10、差速器壳体11、半轴套12、左半轴13、轮毂14、轮边外齿圈15、轮边行星齿轮16、轮边太阳轮17、轮边行星架18、一挡同步锁环19、中间滑块21、二挡同步锁环22、差速器23、主动锥齿轮24、电磁制动器25。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
参见图1，一种电动汽车两挡变速的动力系统包括驱动电机、差速器23、右半轴4和左半轴13，定子3固定在驱动电机的壳体内一侧，还包括行星齿轮减速机构、同步器和两套轮边减速机构；其中行星齿轮减速机构和同步器均位于驱动电机的壳体内另一侧，形成一体式结构。
行星齿轮减速机构包括太阳轮6、两个双联行齿星轮、外齿圈9和行星架8，太阳轮6、双联行星齿轮和外齿圈9均为直齿齿轮；双联行星齿轮的个数和差速器23中的主动锥齿轮24的个数相同。太阳轮6连接着空心轴5的一端，空心轴5通过花键固定套装在转子轴上；每个双联行星轮由同轴的大行星轮7和小行星轮10组成，其中大行星轮7和太阳轮6啮合传动，小行星轮10和外齿圈9啮合传动；行星架8与差速器的壳体固定连接将动力传至差速器；与行星架8对应的壳体1内安装有电磁制动器25；电磁制动器25与行星架8的结合或分离实现驻车功能；
 同步器设于左半轴13上，外齿圈9通过同步器分别与驱动电机的壳体的内壁和差速器的壳体的外壁固连，从而完成两挡切换。同步器的中间滑块21进行换挡滑动时，外齿圈9沿小行星轮10的齿宽方向滑动，外齿圈9的齿宽为小行星轮10的齿宽的两倍。
两套轮边减速机构均为行星齿轮机构，每套轮边减速机构包括轮边太阳轮17、两个以上的轮边行星齿轮16、轮边外齿圈15和轮边行星架18，其中一套轮边行星轮机构连接着右半轴4和右侧的轮毂，另一套轮边行星轮机构连接着左半轴13和左侧的轮毂；动力由右半轴4或左半轴13传入所述轮边太阳轮17，通过轮边行星架18带动轮毂，完成动力输出。
以实际开发某型纯电动汽车为例,一挡传动比为13.91，二挡传动比为4.14。各齿轮齿数如表1所示。

各个挡位的执行元件如表2所示；
 
注：表中“●”表示结合，“○”表示分离；
该电动汽车动力系统的空挡、两个前进挡、倒挡和驻车的动力传递路线如下：
1、空挡（N挡）
空挡时，电磁制动器B通电分离，中间滑块21既不与一挡同步锁环19接合，也不与二挡同步锁环22接合，无动力输出。
2、前进挡（D挡）
（1）前进一挡（D1挡）
中低速挡，电磁制动器25通电分离，中间滑块21与一挡同步锁环19接合。
动力由固连在转子2的空心轴5通过花键传至太阳轮6转动，大行星轮7绕太阳轮6转动，外齿圈9由同步器与驱动电机的壳体1固连，小行星轮10与之啮合，行星架8随大行星轮7和小行星轮10旋转，行星架8与差速器壳体11固连，进而带动主动锥齿轮24经差速器23将动力分别输出至左半轴13和右半轴4。左半轴13和右半轴4分别连接各边的轮边减速机构，以左半边说明工作情况：左半轴13通过花键连接带动轮边太阳轮17转动，轮边外齿圈15通过半轴套12与壳体1用螺钉固连，轮边行星齿轮16绕轮边太阳轮17公转，轮边行星架18随轮边行星齿轮16转动最终将动力输出至轮毂14。
（2）前进二挡（D2挡）
高速挡，电磁制动器25通电分离，中间滑块21与二挡同步锁环22接合。
动力由固连在转子2的空心轴5通过花键传至太阳轮6转动，大行星轮7绕太阳轮6转动，外齿圈9由同步器与差速器壳体11固连，进而也与行星架8固连，大行星轮7和小行星轮10不自转，由行星架8带动主动锥齿轮24经差速器23将动力分别输出至左半轴13和右半轴4。下级传动链与前进一挡相同。
3、倒挡（R挡）
本发明倒挡通过电机反转实现，动力传递路线与前进一挡相同，由于转子2反转，最后车轮反转，实现倒车。
4、驻车（P挡）
本发明的驻车锁止机构采用具有通电分离、断电制动特性的电磁制动器25实现。当电动汽车正常路况行驶时，电磁制动器25通电分离，机构不工作；当电动汽车行驶在上下坡或频繁起步停车的路况时，电磁制动器25断电制动，该机构开始工作，可代替手刹的功能。