CN102700407A - 2档机械自动变速器的纯电动汽车的横置式动力驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机械自动变速器的纯电动汽车的动力驱动装置。该装置包括一个电动机，一个两档机械自动变速器，一个干式离合器，主减速器和差速器。两档机械自动变速器由齿轮A、B、E、F组成的啮合齿轮对，啮合套T以及输入轴M、输出轴N组成。啮合齿轮对A、B组成一档，齿轮对E、F组成二档，齿轮对G、H组成主减速器。离合器从动分与齿轮E刚性连接。操纵啮合套T和离合器实现档位的变换。本发明的优点是能有效利用电动机的高效运转区；换档时无动力中断；爬坡能力好；适合横置的布置形式。

Description

2档机械自动变速器的纯电动汽车的横置式动力驱动装置

技术领域

本发明涉及一种基于机械自动变速器的纯电动汽车的动力驱动装置，属于一种行走机械的动力驱动装置。 

背景技术

如何降低汽车的能源消耗和环境污染成为当前汽车工业发展的主旋律。中国科技部表示，大力发展电动汽车推进交通能源转型，已成为中国及世界主要发达国家政府支持的重点，电动汽车的发展已经引发了一场全球性的产业转型，关系到全球汽车产业的未来，更关系到人类社会未来发展的可持续性。近两年我国纯电动汽车的发展迅速，多个企业已经在市场上推出纯电动汽车，纯电动汽车已经进入产业化。纯电动汽车具有胜过传统内燃机车辆的许多优点，例如零排放、高效率、与石油无关以及安静平稳地运行。 

纯电动汽车的驱动机构有多种，例如配置多档传动装置和离合器的传统驱动系，无离合器的单档传动装置，两个独立的电动机和带有驱动轴的固定档传动装置。配置多档传动装置和离合器的传统驱动系具有多个档位加速性好，但是换档时有动力中断；无离合器的单档传动装置能实现无级变速，但是加速性、爬坡能力差，电动机的效率没有充分发挥；两个独立的电动机和带有驱动轴的固定档传动装置电机数量多、结构复杂，加速性差。 

本发明具有一个电动机和二档机械自动变速器，不仅结构简单布置比较方便，而且加速性和爬坡能力都比较高，离合器和传统布置形式不同，采用干式离合器传动效率较高。操作离合器能实现换档时动力不中断，动力性更加突出，从而提高纯电动汽车的综合性能。 

横置式能缩短汽车的总长，加上取消了传动轴等因素的影响，汽车消耗的材料明显减少，使整备质量减轻；横置式能减小车头机舱，最大化驾乘空间。横置式占用的纵向空间小，可以极大限度缩短了车头机舱的纵向空间，换来的是宽敞的驾乘空间，尤其是前排乘客的腿部拓展的空间。这对于尺寸有限的紧凑型轿车来讲尤为重要。横置式占用的纵向空间较小，因此可以在车头机舱内预留更多的溃缩吸能空间，发生碰撞是能够保证电机和变速器不容易侵入驾驶舱，使得前排乘客拥有更高的安全系数。对于普通家用轿车来说使用横置式是最合适的选择。 

一般来说，前驱的紧凑型轿车、大多数的中级轿车和少数高级轿车都采用了横置式的布置方式。 

对于客车来说，采用后横置式可以增加车辆轴距，增加车内有效站立面积，车辆中后部空间利用率更高，低地板区域面积更大，提高车辆行驶的平顺性。 

发明内容

本发明的技术问题是要提供一种结构紧凑，既能换档，又能保证动力不中断的一种基于机械自动变速器的纯电动汽车的横置式动力驱动装置。 

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于机械自动变速器的纯电动汽车的横置式动力驱动装置。装置包括一个电动机1，一个两档机械自动变速器，一个干式离合器28，主减速器和差速器31。两档机械自动变速器由齿轮A5、B36、E9、F30组成的啮合齿轮对，和啮合套T7以及输入轴M38、输出轴N34组成。啮合齿轮对A5、B36组成一档，齿轮对E9、F30组成二档，齿轮对G35、H32组成主减速器。啮合套T7与变速器输入轴M38上的齿轮A5的结合齿接合或分离。换档时通过操纵啮合齿和离合器，实现无动力中断换档。一档换至二档时，离合器28逐渐结合，将啮合套T7的力矩全部接过来，啮合套T7与齿轮A5的结合齿分离，一档退档，离合器28再逐渐完全结合，这样就完成一档换至二档。当从二档换至一档时，离合器28逐渐分离，同时升高电机1的转速，当齿轮A5和啮合套T7的转速相同时，啮合套T7与齿轮A5的结合齿接合，挂上一档，然后离合器28再完全分开，完成二档换至一档。变速器的输入轴M38两端通过角接触球轴承3和22支撑在变速器壳体内。齿轮A5、E9分别通过滚针轴承空套在变速器输入轴M38上。齿轮E9两端通过角接触球轴承11、23分别支撑在变速器壳体和飞轮内。飞轮16与法兰20用螺栓连接。齿轮B36与输出轴N34做成一体，齿轮G35、F30分别通过平键与输出轴N34连接。输出轴N34的两端通过角接触球轴承29、33支撑在变速器壳体内。离合器分离轴承装置组成：内圈旋转式分离轴承24空套在齿轮E9上，轴承罩27连接分离套筒26和内圈旋转式分离轴承24的外圈，波形弹簧25紧贴内圈旋转式分离轴承24外圈的右侧和轴承罩27的左侧。操纵离合器分离叉12推动分离套筒26向右轴向移动，分离套筒26推动内圈旋转式分离轴承24的外圈，外圈推动滚珠，滚珠推动内圈旋转式分离轴承24的内圈从而推动膜片弹簧15，实现离合器28的闭合。离合器28的从动盘17通过从动盘毂19与齿轮E9刚性连接，飞轮16通过法兰20上的花键与变速器的输入轴M38刚性连接，目的就是在换档时操作离合器28实现无动力中断驱动。 

本发明的优点是能有效利用电动机的高效运转区；换档时无动力中断；爬坡能力好；结构简单，采用干式离合器传动效率高；适合横置的布置形式。主减速器、差速器与变速器装在一个壳体内，动力总成结构紧凑；不需在变速器和主减速器间设置传动轴，动力传输距离短，动力传递的方向没有改变，有效地控制了动力传递过程中的能量损失，提高了动力传递 的效率，因此传动效率很高。同时能解决轿车驾驶空间不足的问题，缩短车头机舱的纵向空间等。 

机械自动变速器设置成两个档位，目的就是提高汽车的加速性能和爬坡能力，使电动机始终在高效区运转。两档变速器结构简单、紧凑。 

变速器壳体上的开口是为了安装换档执行机构的电动驱动装置。 

本发明的离合器布置形式与传统的离合器不同，离合器28通过一对齿轮组(齿轮E9、齿轮F30)与输出轴N34相连。离合器的驱动部分与变速器的输入轴M38靠花键连接，从动部分通过花键毂与齿轮E9连接。可以实现换档时无动力中断驱动。 

起步时接入一档，电动机1驱动起步，当加速换档时离合器28逐渐结合，将啮合套T7的力矩全部接过来，啮合套T7与齿轮A5的结合齿分离，一档退档，离合器28再逐渐完全结合，这样就完成一档换至二档。当从二档换至一档时，离合器28逐渐分离，同时升高电机1的转速，当齿轮A5和啮合套T7的转速相同时，啮合套T7与齿轮A5的结合齿接合，挂上一档，然后离合器28再逐渐完全分离。完成二档换至一档。这样就能实现汽车的无动力中断驱动。提高汽车的加速性和动力性。 

此外，电动机1可正反向转动，倒车时，挂一档电动机1反向转动实现倒车行驶。 

制动时进行制动能量回收，即输出端为原输入端，即电动机；输入端为原输出端，即车轮的转速，并且电动机由驱动状态变为发电状态，能量从车轮到电机。实现制动能量回收。 

附图说明

图1为本发明的原理图； 

图2为本发明的整体结构图； 

图3为离合器局部放大图； 

图4为一档驱动的动力传递路线； 

图5为二档驱动的动力传递路线； 

图6为一档制动的动力传递路线； 

图7为二档制动的动力传递路线； 

图8为一档换至二档的动力传递路线变换过程； 

图9为二档换至一档的动力传递路线变换过程； 

图10方案二的结构原理图； 

图11.方案二一档驱动； 

图12.方案二二档驱动； 

图13.方案二一档制动； 

图14.方案二二档制动； 

图15.方案二由一档换至二档的动力传递路线变换过程； 

图16.方案二由二档换至一档的动力传递路线变换过程。 

图中：其中：38-变速器输入轴M，5-齿轮A，7-啮合套T，9-齿轮E，28-离合器，34-变速器输出轴N，36-齿轮B，35-齿轮G，32-齿轮H，30-齿轮F，31-差速器。 

图中：1-电机，2-橡胶油封，3、22-角接触球轴承，4-变速器箱体，5-齿轮A，6-滚针轴承，7-啮合套T，8-套筒，9-齿轮E，10、23-角接触球轴承，11-橡胶油封，12-离合器分离叉，13-离合器壳体，14-膜片弹簧，15-压盘，16-飞轮，17-从动盘，18-减震弹簧，19-从动盘毂，20-法兰，21-套筒，24-内圈旋转式分离轴承，25-波形弹簧，26-分离套筒，27-轴承罩，28-离合器，29、33-角接触球轴承，30-齿轮F，31-差速器，32-齿轮H，34-变速器输出轴N，35-齿轮G，36-齿轮B，37-轴承盖，38-变速器输入轴M 

具体实施方式

参阅附图，对本发明进行进一步的描述。 

参阅图1，本发明提供了一种基于机械自动变速器的纯电动汽车的动力驱动装置。装置包括一个电动机1，一个两档机械自动变速器，一个干式离合器28，主减速器和差速器31。两档机械自动变速器由齿轮A5、B36、E9、F30、G35、H32组成的啮合齿轮对，和啮合套T7以及输入轴M38、输出轴N34组成。啮合齿轮对A5、B36组成一档，齿轮对E9、F30组成二档，齿轮对G35、H32组成主减速器。操纵啮合套T7和离合器28实现档位的变换。啮合套T7在变速器输入轴M38上的齿轮A5的结合齿接合或分离。变速器的输入轴M38两端通过角接触球轴承3和22支撑在变速器壳体内。齿轮A5、E9分别通过滚针轴承空套在变速器输入轴M38上。齿轮E9两端通过角接触球轴承11、23分别支撑在变速器壳体和飞轮内。飞轮16与法兰20用螺栓连接。齿轮B36与输出轴N34做成一体，齿轮G35、F30分别通过平键与输出轴N34连接。输出轴N34的两端通过角接触球轴承29、33支撑在变速器壳体内。离合器分离轴承装置组成：内圈旋转式分离轴承24空套在齿轮E9上，轴承罩27连接分离套筒26和内圈旋转式分离轴承24的外圈，波形弹簧25紧贴内圈旋转式分离轴承24外圈的右侧和轴承罩27的左侧。操纵离合器分离叉12推动分离套筒26向右轴向移动，分离套筒26推动分离轴承24的外圈，外圈推动滚珠，滚珠推动分离轴承26的内圈从而推动膜片弹簧15，实现离合器28的闭合。离合器28的从动盘17通过从动盘毂19与齿轮E9连接，飞轮16通过法兰20上的花键与变速器的输入轴M38连接，目的就是在换档时操作 离合器28实现无动力中断驱动。 

机械自动变速器设置成两个档位，目的就是提高汽车的加速性能和爬坡能力，使电动机始终在高效区运转。两档变速器结构简单、紧凑。 

本发明通过两档变速器可实现以下工作模式。 

一档驱动：参阅图4，一档驱动时，啮合套T7左结合，动力传递路线参阅图中粗实线所示：经齿轮A5、齿轮B36、齿轮G35、齿轮H32、差速器31，由半轴输出。电动机1可正反向转动，反向转动时实现倒车行驶。 

二档驱动：参阅图5，二档驱动时，啮合套T7右结合，动力传递路线如图中粗实线所示：经齿轮E9、齿轮F30、齿轮G35、齿轮H32、差速器31，由半轴输出。 

制动时汽车工作在制动模式，车轮拖动电动机发电给电池充电，分两种情况： 

一档制动：当汽车一档驱动行驶时，踩动制动踏板进行制动，动力传递路线如图4中粗实线所示：经半轴、差速器31、齿轮H32、齿轮G35、齿轮B36、齿轮A5、电动机1，拖动电动机发电。当电池电量充满时，改为机械制动。 

二档制动：汽车二档驱动行驶时，踩动制动踏板进行制动，动力传递路线如图5中粗实线所示：经半轴、差速器31、齿轮H32、齿轮G35、齿轮F30、齿轮E9、电动机1，拖动电动机发电。当电池电量充满时，改为机械制动。 

换档过程：由一档换至二档时，需完成离合器28结合、啮合套T7退出左结合。由二档换至一档时，需完成离合器28分离、电动机1调速、啮合套T7左结合等动作。具体动作：一档换至二档时如图8，离合器28逐渐结合，将啮合套T7的力矩全部接过来，啮合套T7与齿轮A5的结合齿分离，一档退档，离合器28再逐渐完全结合，这样就完成一档换至二档。当从二档换至一档时如图9，离合器28逐渐分离，同时升高电机1的转速，当齿轮A5和啮合套T7的转速相同时，啮合套T7与齿轮A5的结合齿接合，挂上一档，然后离合器28再完全分开。完成二档换至一档。这样就能实现汽车的无动力中断驱动。提高汽车的加速性和动力性。 

离合器动作的作用是在换档过程中实现无动力中断驱动，提高汽车的动力性。 

从上面说明可以看出，本发明的积极效果在于能充分利用电动机的高效运转区，减少动力损失，能实现无动力中断换档；主减速器、差速器与变速器装在一个壳体内，动力总成结构紧凑；不需在变速器和主减速器间设置传动轴，缩短了传动距离，方向一致，传动效率高；缩短了汽车的总长，减小了整车整备质量；减小机舱，最大化驾乘空间。 

这种方案结构简单、操作方便。但是，当汽车以二档行驶时，离合器始终是闭合的，就需要操纵机构一直推着，离合器各部件一直处于这种状态会加速离合器的应力破坏，降低使用寿命。为了解决这个问题，现在提出第二种方案，结构原理图如图10所示，在啮合套和 与离合器连接的齿轮对E、F之间加一级齿轮对C8、D29，所加的齿轮对作为二档齿轮，而与离合器连接的齿轮对E、F则作为换档过程中，变速器始终输出动力的保证。 

换档过程的具体实施方式：当从一档换至二档时，离合器28逐渐结合，将啮合套T7的力矩全部接过来，啮合套T7与齿轮A5的结合齿分离，一档退档，离合器28再逐渐结合，当齿轮C8和啮合套T7的转速相同时，啮合套T7与齿轮C8的结合齿结合，挂上二档，然后离合器28再分开，完成一档换至二档。当从二档换至一档时，离合器28逐渐接合，将啮合套T7的力矩全部接过来，啮合套T7与齿轮C8的结合齿分离，二档退档，同时升高电机1的转速，当齿轮A6和啮合套T7的转速相同时，啮合套T7与齿轮A5的结合齿接合，挂上一档，然后离合器28再分开，完成二档换至一档。 

在换档过程中，为了使变速器始终能输出动力，必须保证，与离合器连接的齿轮对的传动比要小于变速器的二档传动比。电机的转速为n_e，一档主动齿轮A的转速为n_A，一档从动齿轮B的转速为n_B，二档主动齿轮C的转速为n_C，二档从动齿轮D的转速为n_D，与离合连接的齿轮对E、F的转速分别为n_E、n_F。一档传动比为i₁，二档传动比为i₂，与离合器连接的齿轮对E、F的传动比为i₃，i₁＞i₂＞i₃。当以一档行驶时，n_A＝n_e，n_B＝n_A/i₁，n_F＝n_B，n_E＝n_F×i₃＝n_A×i₃/i₁＝n_e×i₃/i₁，由于i₃＜i₁，因此，n_E＜n_e。当以二档行驶时，n_C＝n_e，n_D＝n_C/i₂，n_F＝n_D，n_E＝n_F×i₃＝n_C×i₃/i₂＝n_e×i₃/i₂，由于i₂＞i₃，n_E＜n_e，离合器主动部分的转速等于电机转速，从动部分的转速等于齿轮E的转速，因此，换档过程接合离合器时，离合器的主动部分的转速始终大于从动部分，电动机始终能输出动力驱动汽车，实现换档时无动力中断。 

方案二的工作模式： 

一档驱动如图11所示，二档驱动如图12所示，一档制动如图13所示，二档制动如图14所示。 

换档过程：当从一档换至二档时(参阅图15所示)，，离合器28逐渐结合，将啮合套T7的力矩全部接过来，啮合套T7与齿轮A5的结合齿分离，一档退档，离合器28再逐渐结合，当齿轮C8和啮合套T7的转速相同时，啮合套T7与齿轮C8结合，挂上二档，然后离合器28再分开，完成一档换至二档。当从二档换至一档时(如图16所示)，离合器28逐渐接合，将啮合套T7的力矩全部接过来，啮合套T7与齿轮C8的结合齿分离，二档退档，同时升高电机1的转速，当齿轮A6和啮合套T7的转速相同时，啮合套T7与齿轮A5的结合齿接合，挂上一档，然后离合器28再分开。完成二档换至一档。 

方案二既解决了分离轴承始终推动离合器的问题，又保证换档过程中电动机始终能输出动力，实现了换档时无动力中断。 

Claims (2)

1.一种2档机械自动变速器的纯电动汽车的横置式动力驱动装置，包括一个电动机(1)、一个两档机械自动变速器、一个干式离合器，主减速器和差速器，其特征在于：所述两档机械自动变速器包括：空套在变速器输入轴M(38)上的齿轮A(5)和齿轮E(9)、通过花键连接在变速器输入轴M(38)上的啮合套T(7)、与变速器输出轴N(34)做成一体的齿轮B(36)、与变速器输出轴N(34)通过键连接的齿轮F(30)，齿轮A(5)与齿轮B(36)组成一档齿轮对，齿轮E(9)与齿轮F(30)组成二档齿轮对，所述变速器输入轴M(38)一端由电动机(1)驱动，所述离合器(28)通过齿轮E(9)装在变速器输入轴M(38)的另一端；

所述两档机械自动变速器还包括差速器(31)、由装在变速器输出轴N(34)上的齿轮G(35)和装在差速器(31)上的齿轮H(32)组成的主减速器，啮合套T(7)与变速器输入轴M(38)上的齿轮A(5)结合齿接合或分离，换档时，通过操纵啮合套T(7)和离合器(28)实现无动力中断换档，通过差速器(31)输出动力。

2.一种2档机械自动变速器的纯电动汽车的横置式动力驱动装置，包括一个电动机(1)、一个两档机械自动变速器、一个干式离合器，主减速器和差速器，其特征在于：所述两档机械自动变速器包括：空套在变速器输入轴M(38)上的齿轮A(5)和齿轮E(9)、通过花键连接在变速器输入轴M(38)上的啮合套T(7)、与变速器输出轴N(34)做成一体的齿轮B(36)、与变速器输出轴N(34)通过键连接的齿轮F(30)，齿轮A(5)与齿轮B(36)组成一档齿轮对，所述变速器输入轴M(42)一端由电动机(1)驱动，所述离合器(28)通过齿轮E(9)装在变速器输入轴M(42)的另一端；

所述两档机械自动变速器还包括差速器(31)、由装在变速器输出轴N(34)上的齿轮G(35)和装在差速器(31)上的齿轮H(32)组成的主减速器、由装在变速器输入轴M(38)上的齿轮E(9)和装在变速器输出轴N(34)上的齿轮F(30)组成二档齿轮对，啮合套T(7)在变速器输入轴M(38)上的齿轮A(5)和齿轮C(8)之间切换，换档时，通过操纵啮合套T(7)和离合器(28)实现无动力中断换档，通过差速器(31)输出动力。 

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