CN108638846B - 一种动力传动装置及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力传动装置及车辆，包括传动组件，传动组件包括均与电机轴同轴布置的纵向前轴、纵向后轴、电控离合器C0和爪形离合器K1；电控离合器C0，用于控制电机轴与纵向后轴之间传动的离与合；又或用于控制电机轴与纵向前轴之间传动的离与合；爪形离合器K1，用于控制电机轴与纵向前轴建立传动连接、与纵向后轴建立传动连接和自身处于空转的三个状态之间切换。上述动力传动装置及车辆，能够实现前驱、后驱和四驱的适时切换，进而驾驶者能够根据路况需求进行选择，使得纯电动车辆的动力传动装置兼顾安全性和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及车辆传动技术领域，尤其涉及一种动力传动装置及车辆。
背景技术
纯电驱动汽车是一款新型车辆，纯电驱动是指车辆的驱动力来自电机，纯电力的驱动模式，大大减少了传统能源驱动模式中车辆尾气的排放，目前已成为目前家用车辆研究方向的主流。
而目前纯电驱动车辆中主要以前驱为主，部分采用后驱，极少采用四轮驱动，后驱车辆大幅增加车辆驾驶乐趣。对于雪地工况下，前驱车辆存在难以满足行驶稳定性和行驶安全需求，四驱车辆能增加行驶稳定和安全性；但在平坦工况下，四驱车辆又会造成不必要的能源浪费，致使续航里程变短。因此，目前的纯电动车辆普遍存在安全性和经济性无法兼顾的问题。
综上所述，如何解决纯电动车辆的动力传动装置存在安全性和经济性不能兼顾的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力传动装置，以使纯电动车辆的动力传动装置兼顾安全性和经济性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种动力传动装置，包括传动组件，所述传动组件包括均与电机轴同轴布置的纵向前轴、纵向后轴、电控离合器C0和爪形离合器K1；
所述电控离合器C0，用于控制所述电机轴与所述纵向后轴之间传动的离与合；又或用于控制所述电机轴与所述纵向前轴之间传动的离与合；
所述爪形离合器K1，用于控制所述电机轴与所述纵向前轴建立传动连接、与所述纵向后轴建立传动连接和自身处于空转的三个状态之间切换。
优选地，所述传动组件还包括与所述电机轴同轴布置的行星齿轮系，所述行星齿轮系的太阳轮固定在所述电机轴上，所述行星齿轮系的行星轮连接有行星架，所述行星架用于与所述电控离合器C0连接。
优选地，所述纵向前轴上设置有第一齿轮，所述纵向后轴上设置有第二齿轮；
所述爪形离合器K1能够沿所述电机轴的轴心方向滑动，且所述爪形离合器K1上设置有第一离合齿和第二离合齿，所述第一离合齿与所述电机轴上设置的固定齿轮常啮合；
当所述爪形离合器K1滑动至第一预设位置时，所述第二离合齿仅与所述第一齿轮啮合；当所述爪形离合器K1滑动至第二预设位置时，所述第二离合齿仅与所述第二齿轮啮合；当所述爪形离合器K1滑动至所述第一预设位置与所述第二预设位置之间的第三预设位置时，所述第二离合齿均与所述第一齿轮和所述第二齿轮保持脱离。
优选地，所述纵向前轴通过第一锥齿轮系将动力传动至前输出半轴。
优选地，所述前输出半轴上设置有前差速器。
优选地，所述纵向后轴通过第二锥齿轮系将动力传动至后输出半轴。
优选地，所述第二锥齿轮系的后输出锥齿轮上还固定设置有输出斜齿轮，所述输出斜齿轮用于将所述输出锥齿轮的动力传递至所述后输出半轴。
优选地，所述后输出半轴上设置有减速齿轮，所述减速齿轮与所述输出斜齿轮啮合。
优选地，所述后输出半轴上还设置有后差速器。
相比于背景技术介绍内容，上述动力传动装置，包括传动组件，传动组件包括均与电机轴同轴布置的纵向前轴、纵向后轴、电控离合器C0和爪形离合器K1；电控离合器C0，用于控制电机轴与纵向后轴之间传动的离与合；又或用于控制电机轴与纵向前轴之间传动的离与合；爪形离合器K1，用于控制电机轴与纵向前轴建立传动连接、与纵向后轴建立传动连接和自身处于空转的三个状态之间切换。上述动力传动装置在前驱、后驱和四驱的切换过程中，以电控离合器C0用于控制电机轴与纵向前轴之间传动的离与合为例(也即电机轴套设在纵向后轴的外侧)进行说明，电机输出动力至电机轴(电机轴为空心轴以实现与纵向前轴、纵向后轴和爪形离合器K1的同轴布置)，电机轴输出动力至爪形离合器K1，当爪形离合器K1保持电机轴与纵向后轴建立传动连接的状态时，可将动力传动至纵向后轴，进而实现后轮的驱动，若此时电控离合器C0结合，使电机轴与纵向前轴之间建立传动连接将电机轴的动力传递至纵向前轴，从而实现了四驱模式；当电控离合器C0断开，爪形离合器K1仍保持电机轴与纵向后轴建立传动连接的状态时，电机轴的动力仅传动至纵向后轴，此时即可实现后驱模式；当电控离合器C0结合，爪形离合器K1保持电机轴自身处于空转状态时，电机轴的动力仅通过电控离合器C0传递至纵向前轴，此时即可实现前驱模式，又或者，当电控离合器C0断开，爪形离合器K1仅保持电机轴与纵向前轴建立传动连接时，可将电机轴的动力传递至纵向前轴，此时也可以实现前驱模式。同理，当电控离合器C0位于电机轴与纵向后轴之间时，也即电控离合器C0用于控制电机轴与纵向后轴之间传动的离与合(也即电机轴套设在纵向前轴的外侧)时，此时的布置方式相对于电控离合器C0位于电机轴与纵向前轴之间时，正好是将上述纵向前轴和纵向后轴倒换位置即可实现，同样能够实现前驱、后驱和四驱模式，在此不再赘述。由于上述动力传动装置，能够实现前驱、后驱和四驱的适时切换，进而驾驶者能够根据路况需求进行选择，使得纯电动车辆的动力传动装置兼顾安全性和经济性。
另外本发明还提供了一种车辆，包括动力传动装置，所述动力传动装置为上述任一方案所描述的动力传动装置。由于上述动力传动装置具有上述技术效果，因此具有上述动力传动装置的车辆也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例提供的动力传动装置的原理结构示意图；
图2为本发明实施例提供的动力传动装置的传动组件的放大结构示意图。
上图1和图2中，
1-电机、2-电机轴、3-传动组件、4-齿圈、5-行星轮、6-太阳轮、7-行星架、8-纵向前轴、9-前输出锥齿轮、10-前差速器、11-前输出半轴、12-前轮、13-纵向后轴、14-后输出锥齿轮、15-输出斜齿轮、16-减速齿轮、17-后差速器、18-后输出半轴、19-后轮、20-电控离合器、21-爪形离合器、第一预设位置t2、第二预设位置t1、第三预设位置t0。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种动力传动装置，以使纯电动车辆的动力传动装置兼顾安全性和经济性。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种动力传动装置，包括传动组件3，传动组件3包括均与电机轴2同轴布置的纵向前轴8、纵向后轴13、电控离合器C020和爪形离合器K121；电控离合器C020，用于控制电机轴2与纵向后轴13之间传动的离与合；又或用于控制电机轴2与纵向前轴8之间传动的离与合；爪形离合器K121，用于控制电机轴2与纵向前轴8建立传动连接、与纵向后轴13建立传动连接和自身处于空转的三个状态之间切换。
上述动力传动装置在前驱、后驱和四驱的切换过程中，以电控离合器C0用于控制电机轴与纵向前轴之间传动的离与合为例(也即电机轴套设在纵向后轴的外侧)进行说明，电机输出动力至电机轴(电机轴为空心轴以实现与纵向前轴、纵向后轴和爪形离合器K1的同轴布置)，电机轴输出动力至爪形离合器K1，当爪形离合器K1保持电机轴与纵向后轴建立传动连接的状态时，可将动力传动至纵向后轴，进而实现后轮的驱动，若此时电控离合器C0结合，使电机轴与纵向前轴之间建立传动连接将电机轴的动力传递至纵向前轴，从而实现了四驱模式；当电控离合器C0断开，爪形离合器K1仍保持电机轴与纵向后轴建立传动连接的状态时，电机轴的动力仅传动至纵向后轴，此时即可实现后驱模式；当电控离合器C0结合，爪形离合器K1保持电机轴自身处于空转状态时，电机轴的动力仅通过电控离合器C0传递至纵向前轴，此时即可实现前驱模式，又或者，当电控离合器C0断开，爪形离合器K1仅保持电机轴与纵向前轴建立传动连接时，可将电机轴的动力传递至纵向前轴，此时也可以实现前驱模式。同理，当电控离合器C0位于电机轴与纵向后轴之间时，也即电控离合器C0用于控制电机轴与纵向后轴之间传动的离与合(也即电机轴套设在纵向前轴的外侧)时，此时的布置方式相对于电控离合器C0位于电机轴与纵向前轴之间时，正好是将上述纵向前轴和纵向后轴倒换位置即可实现，同样能够实现前驱、后驱和四驱模式，在此不再赘述。由于上述动力传动装置，能够实现前驱、后驱和四驱的适时切换，进而驾驶者能够根据路况需求进行选择，使得纯电动车辆的动力传动装置兼顾安全性和经济性。
这里需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是，纵向前轴8用于向前轮12传递动力，纵向后轴13用于向后轮19传递动力。
在一些具体的实施方案中，上述传动组件还包括与电机轴2同轴布置的行星齿轮系，行星齿轮系的太阳轮6固定在电机轴2上，行星齿轮系的行星轮5连接有行星架7，行星架7用于与电控离合器C020连接。当电控离合器C020设置于行星架7与纵向前轴8之间时，行星架7用于向纵向前轴8传递动力；当电控离合器C020设置于行星架7与纵向后轴13之间时，行星架7用于向纵向后轴13传递动力。当然可以理解的是，上述采用行星齿轮系将电机轴与电控离合器C020建立传动连接的方式仅仅是本发明实施例的优选举例而已，实际应用过程中，还可以采用本领域技术人员常用的其他传动机构。
在一些更具体的实施方案中，上述纵向前轴8上设置有第一齿轮，纵向后轴13上设置有第二齿轮；爪形离合器K121能够沿电机轴2的轴心方向滑动，且爪形离合器K121上设置有第一离合齿和第二离合齿，第一离合齿与电机轴2上设置的固定齿轮常啮合；当爪形离合器K121滑动至第一预设位置t2时，第二离合齿仅与第一齿轮啮合；当爪形离合器K121滑动至第二预设位置t1时，第二离合齿仅与第二齿轮啮合；当爪形离合器K121滑动至第一预设位置t2与第二预设位置t1之间的第三预设位置t0时，第二离合齿均与第一齿轮和第二齿轮保持脱离。上述爪形离合器K1的结构在实际工作过程中，以电控离合器C0布置在电机轴2与纵向前轴8之间为例进行说明，通过电机轴输出动力至爪形离合器K1，当爪形离合器K1位于第二预设位置时，第二离合齿与第二齿轮啮合，从而将动力传动至纵向后轴，进而实现后轮的驱动，由于电控离合器C0布置在电机轴2与纵向前轴8之间，因此电控离合器C0结合时，可将电机轴的动力同时传递至纵向前轴，从而实现了四驱模式；当电控离合器C0断开，爪形离合器K1仍位于第二预设位置时，第二离合齿与第二齿轮啮合，从而将动力传动至纵向后轴，此时即可实现后驱模式；当电控离合器C0结合，爪形离合器K1处于第三预设位置时，电机轴仅向纵向前轴传递动力，即可实现前驱模式，又或者，当电控离合器C0断开，爪形离合器K1处于第一预设位置时，仅通过第二离合齿与第一齿轮啮合，从而将动力传递至纵向前轴，此时也可以实现前驱模式。同理，当电控离合器C0布置在电机轴2与纵向后轴13之间，相对于电控离合器C0布置在电机轴2与纵向前轴8之间，正好是将上述纵向前轴和纵向后轴倒换位置即可实现，同样能够实现前驱、后驱和四驱模式，在此不再赘述。当然可以理解的是，上述仅仅是本发明实施例对于爪形离合器K1具体结构的优选举例而已，实际应用过程中，还可以根据实际需求选择对应的其他结构形式，只要能够实现控制电机轴2与纵向前轴8建立传动连接、与纵向后轴13建立传动连接和自身处于空转的三个状态之间切换即可。
这里需要说明的是，行星齿轮系，一般除了包括行星轮5、太阳轮6和行星架7之外，本领域技术人员都应该能够理解的是，一般还包括齿圈4，行星轮5分别与太阳轮6和齿圈4啮合，其中齿圈4保持固定不动，行星轮5通过行星架7将动力传递至纵向前轴8或传递至纵向后轴13。
在一些具体的实施方案中，上述爪形离合器K1 21优选为电控式离合器，通过设计成电控式离合器使得爪形离合器K1更加方便布置。
另外需要说明的是，为了实现纵向轴与输出半轴的动力转换，上述纵向前轴8通过第一锥齿轮系将动力传动至前输出半轴11；上述纵向后轴13通过第二锥齿轮系将动力传动至后输出半轴。此外，为了实现前输出半轴11上的两个轮子能够实现不同的转速，对应前输出半轴11上设置有前差速器10；为了实现后输出半轴18上的两个轮子能够实现不同的转速，对应后输出半轴18上设置有后差速器17。
进一步的实施方案中，为了降低噪音和传动的稳定性，上述第二锥齿轮系的后输出锥齿轮14上还固定设置有输出斜齿轮15，输出斜齿轮15用于将后输出锥齿轮的动力传递至后输出半轴18。一般来说，第一锥齿轮系的前输出锥齿轮9直接集成在前差速器10上。
此外需要说明的是，一般对应后输出半轴18上设置有减速齿轮16，减速齿轮16与输出斜齿轮15啮合。通过布置减速齿轮16，更容易实现四驱时，前轮与后轮驱动转速和方向的一致性。
另外本发明还提供了一种车辆，包括动力传动装置，所述动力传动装置为上述任一方案所描述的动力传动装置。由于上述动力传动装置具有上述技术效果，因此具有上述动力传动装置的车辆也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
为了本领域技术人员更好的理解本发明提供的技术方案，下面结合电机轴套设在纵向后轴的外侧，也即行星架用于向所述纵向前轴传递动力为例的方案进行具体说明：
首先，爪形离合器K1 21相连设有第一预设位置t2、第二预设位置t1、第三预设位置t0三个位置可调，为了方便描述电控离合器C0、爪形离合器K1以及三个预设位置，分别用其对应的代号进行代替。
当K1在t1位置时，太阳轮6与纵向后轴13连接，同时纵向后轴与后输出椎齿轮14啮合，后输出锥齿轮14与输出斜齿轮15同轴连接，输出斜齿轮15与减速齿轮16啮合，减速齿轮16与后差速器17集成，后差速器17与后输出半轴18相连，后输出半轴18同后轮19相连。当K1在t2位置时，太阳轮6与纵向前轴8相连，纵向前轴8与前输出锥齿轮9啮合，前输出锥齿轮9同前差速器10集成，前差速器10与前输出半轴11相连，前输出半轴11同前轮12相连。当K1在t0位置，太阳轮6与前后纵轴均无连接。
为了保证动力传动装置传动的协调性，尤其是四驱时保证前后轮动力输出的一致性，本领域技术人员应当能够理解的是，速比应当满足以下关系：
首先设行星轮系速比为a，a＝齿圈齿数/太阳轮齿数,因此当C0结合时，动力通过行星架7输出，则此时输出速比为i1＝a+1，设第一锥齿轮系输出速比为i2，第二锥齿轮系输出速比为i3，输出斜齿轮的输出速比为i4。
当C0结合，同时K1在t1位置时，前后轴实现动力耦合，行驶为四轮驱动模式，此时输出总速比满足i总1＝i1×i2＝i3×i4，以保证前后轮速一致，此时为四轮驱动模式；
当C0断开，K1在位置t0时，无动力输出，此时为空挡模式；
当C0断开，K1在t1位置时，此时输出总速比i总2＝i3×i4，行驶为后轮驱动模式；
当C0结合，K1在t0位置时，此时为一种前轮驱动模式，此时输出总速比i总3＝i1×i2；
当C0断开，K1在t2位置时，此时为另一种前轮驱动模式，总速比为i总4＝i2；可知i总1＝i总2＝i总3＞i总4。
四轮驱动模式：正常模式下当车辆起步、倒车、路面低附着时，电机1(一般是指同轴电机)处于驱动模式，电控离合器C0 20结合，电控式的爪形离合器K1在t1位置，电机1部分动力通过行星架7输出到前轮12，同时部分动力通过K1将电机轴的动力传递至纵向后轴，从而也带动后轮19。此时通过匹配的速比关系i总1＝i1×i2＝i3×i4，以保证最大速比且前后转速一致，通过在后输出半轴18上增加输出斜齿轮15与减速齿轮16啮合，保证前后转速方向均一致。
后轮驱动模式：运动模式下路面高附着时，电机1处于驱动模式，电控离合器C0 20断开，电控式爪形离合器K1 21在t1位置，行星架7此时不输出动力到纵向前轴8，电机轴上的固定齿轮此时通过电控式爪形离合器K1 21与纵向后轴13相连，并最终输出到后轮19。
第一种前轮驱动模式：正常模式下，车辆在高附着面中速行驶时，电机1处于驱动模式，电控离合器C020结合，电控式爪形离合器K1 21在t0位置，行星架7此时输出动力到纵向前轴8，电机轴上的固定齿轮此时与电控式爪形离合器K1 21空转，动力并最终输出到前轮12；第二种前轮驱动模式：正常模式下，车辆高速巡航时，电机1处于驱动模式，电控离合器C0 20断开，电控式爪形离合器K1 21在t2位置，行星架7此时无动力到纵向前轴8，电机轴上的固定齿轮此时通过电控式爪形离合器K1 21与纵向前轴8相连，并最终输出到前轮12。
空挡模式：当车辆处于停车状态时，通过C0断开，K1在t0位置，实现空挡模式，此时电机轴与前后纵轴均无动力输出。
第一种制动回收模式：当车辆在运动模式下行驶过程中断开加速踏板或者踩下制动踏板，电控离合器C0 20断开，电控式爪形离合器K1 21在t1位置，此时动力通过后轮19传递到后输出半轴18，后输出半轴18传递至后差速器17，并通过纵向后轴带动电机1发电，此时回收速比满足i总＝1/(i3×i4)，保证电机转速在高速高效发电区间；第二种制动回收模式：当车辆在正常模式下行驶过程中断开加速踏板或者踩下制动踏板，电控离合器C0 20结合，电控式爪形离合器K1 21在t0位置，此时动力通过前轮12传递到前输出半轴11，前输出半轴11传递至前差速器10，并通过纵向前轴8带动行星架7转动，最终带动太阳轮6带动同轴电机1发电，此时速比满足i总＝1/(i1×i2)，保证电机转速在高速高效发电区间。
以上对本发明所提供的动力传动装置及其车辆进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种动力传动装置，包括传动组件(3)，其特征在于，所述传动组件(3)包括均与电机轴(2)同轴布置的纵向前轴(8)、纵向后轴(13)、电控离合器C0(20)和爪形离合器K1(21)；
所述电控离合器C0(20)，用于控制所述电机轴(2)与所述纵向后轴(13)之间传动的离与合；又或用于控制所述电机轴(2)与所述纵向前轴(8)之间传动的离与合；
所述爪形离合器K1(21)，用于控制所述电机轴(2)与所述纵向前轴(8)建立传动连接、与所述纵向后轴(13)建立传动连接和自身处于空转的三个状态之间切换；
所述纵向前轴(8)上设置有第一齿轮，所述纵向后轴(13)上设置有第二齿轮；
所述爪形离合器K1(21)能够沿所述电机轴(2)的轴心方向滑动，且所述爪形离合器K1(21)上设置有第一离合齿和第二离合齿，所述第一离合齿与所述电机轴(2)上设置的固定齿轮常啮合；
当所述爪形离合器K1(21)滑动至第一预设位置(t2)时，所述第二离合齿仅与所述第一齿轮啮合；当所述爪形离合器K1(21)滑动至第二预设位置(t1)时，所述第二离合齿仅与所述第二齿轮啮合；当所述爪形离合器K1(21)滑动至所述第一预设位置(t2)与所述第二预设位置(t1)之间的第三预设位置(t0)时，所述第二离合齿均与所述第一齿轮和所述第二齿轮保持脱离。
2.如权利要求1所述的动力传动装置，其特征在于，所述传动组件还包括与所述电机轴(2)同轴布置的行星齿轮系，所述行星齿轮系的太阳轮(6)固定在所述电机轴(2)上，所述行星齿轮系的行星轮(5)连接有行星架(7)，所述行星架(7)用于与所述电控离合器C0(20)连接。
3.如权利要求1所述的动力传动装置，其特征在于，所述纵向前轴(8)通过第一锥齿轮系将动力传动至前输出半轴(11)。
4.如权利要求3所述的动力传动装置，其特征在于，所述前输出半轴(11)上设置有前差速器(10)。
5.如权利要求1所述的动力传动装置，其特征在于，所述纵向后轴(13)通过第二锥齿轮系将动力传动至后输出半轴(18)。
6.如权利要求5所述的动力传动装置，其特征在于，所述第二锥齿轮系的后输出锥齿轮(14)上还固定设置有输出斜齿轮(15)，所述输出斜齿轮(15)用于将所述后输出锥齿轮的动力传递至所述后输出半轴(18)。
7.如权利要求6所述的动力传动装置，其特征在于，所述后输出半轴(18)上设置有减速齿轮(16)，所述减速齿轮(16)与所述输出斜齿轮(15)啮合。
8.如权利要求5-7中任一项所述的动力传动装置，其特征在于，所述后输出半轴(18)上还设置有后差速器(17)。
9.一种车辆，包括动力传动装置，其特征在于，所述动力传动装置为如上述权利要求1-8中任一项所述的动力传动装置。
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