一种集成式三档电驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种集成式三档电驱动系统，包括电子驻车系统、电机控制器MCU、箱体，设置在所述箱体内且依次驱动连接的驱动电机、变速系统、主减速器、差速器、离合制动装置，所述电机控制器MCU与驱动电机电气连接，所述差速器的输出端通过驱动半轴连接车轮。本发明专利技术主要用作纯电动汽车或混合动力汽车的集成式电驱动桥，可实现驱动电机调速、动力换档、电子驻车、半轴差速转动、制动能量回收等功能，实现齿圈、行星架与输出轴的机械连接与分离、行星机构齿圈和行星架元件的运动。通过离合制动装置确定驱动电机到半轴的动力传递路径，由行星机构实现三个前进档位。该系统通过TCU及执行机构使变速箱输出锁止，实现电子驻车功能。

An Integrated Three-Gear Electric Driving System

【技术实现步骤摘要】
一种集成式三档电驱动系统
本专利技术涉及集成式电驱动系统，特别是涉及一种可实现三个档位动力换档的电驱动系统，具体是一种具有电机调速、动力换档、电子驻车、半轴差速转动、制动能量回收等功能的电驱动系统。
技术介绍
在节能、环保、可持续发展受到世界各国共同关注的背景下，电动汽车等新能源汽车成为交通领域实现节能减排的重要途径之一。为了提高电动汽车的使用性能，通常需要提高电池、电控、电机驱动系统的性价比，而目前公认的技术瓶颈与研发重点在动力电池的性能提高与成本的降低。对于电动汽车驱动系统，由于驱动电机能在零转速下输出高扭矩、调速范围宽(高速可达到15000rpm)、峰值功率区间大，因此驱动电机直连单档变速器的构型即可以满足车辆行驶需求，这种构型的优点是结构简单、控制对象唯一、成本低，但单档变速要同时兼顾高低速性能，对电机的性能要求较高，同时在较低车速下，电机工作在效率仅为60—70％的低效率区。为了提升整车动力学性能与经济性，搭载多档变速系统是电驱动系统的发展趋势。多个档位可以调节电机的工作区间，使电机尽可能的工作在高效区域，同时在同样的整车动力学性能下(低速爬坡、加速性以及极限车速等)对驱动电机的要求更低，从而减小电机的尺寸与质量。目前的研究表明，多档变速系统相较于单档变速系统能提高整车的动力性能和续航里程，但档位数过多不能带来明显的动力性与经济性的提升，同时会导致电驱动系统集成难度大、质量与体积增加、控制系统复杂化等问题，因此目前研发的档位数多为2—4个。对于电机—机械变速器直连的多档位变速系统，若采取电控机械式自动变速箱(AMT)的构型，则会出现动力中断的现象，即系统切换档位时，首先会摘空档，利用同步器及电机主动同步等手段使接合部分转速差达到目标范围，而在接合完成之前，电机输出的动力无法传到驱动半轴。动力中断现象会对车辆加速性和乘坐舒适性带来不利的影响。将动力分两条路径交替输出的双离合自动变速器(DCT)可以保有AMT所固有的高效率的优点，同时避免动力中断现象的缺点，实现动力换档。但DCT构型复杂度较高，且档位数同啮合齿轮对数相同，因此三档及三档以上以上的DCT构型还需要额外的同步器实现档位切换，导致控制系统于换档执行机构复杂。为了使多档位变速系统结构紧凑，目前许多电动汽车变速箱设计为行星齿轮变速的构型，对于单排行星齿轮机构，一旦确定输入件，可以通过三种路径实现动力输出——以另外两个构件单独输出动力以及两构件耦合输出动力。但目前研发的行星齿轮变速机构均采取一个构件输出另一个构件单独输出的工作方式，该情况下最多实现两个档位，且其中一个档位速比为1，不利于速比优化。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，保持双离合变速器动力换档的优点，同时利用单排行星齿轮将动力输入分两路输出，实现三个速比不为1的档位。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种集成式三档电驱动系统，包括电子驻车系统、电机控制器MCU、箱体，设置在所述箱体内且依次驱动连接的驱动电机、变速系统、主减速器、差速器，所述电机控制器MCU与驱动电机电气连接；所述的差速器的输出端通过驱动半轴连接车轮，所述的变速系统包括行星齿轮机构、内啮合齿轮对、第一中间轴、外啮合齿轮对、第二中间轴、输出轴、两个分别检测驱动电机和输出轴转速的转速传感器、变速箱控制单元TCU及换档驱动机构，所述行星齿轮机构包括太阳轮、齿圈、行星架、若干行星轮，所述驱动电机的输出轴与太阳轮相连接，所述齿圈通过内啮合齿轮对依次连接第二中间轴、输出轴和主减速器，所述行星架通过所述第二中间轴、外啮合齿轮对依次连接输出轴和主减速器的输入端；所述的内啮合齿轮对与输出轴之间的传动部件上、所述行星架与输出轴之间的传动部件上均设置有与所述换档驱动机构控制连接的离合制动装置；所述电子驻车系统与所述主减速器控制连接；所述变速箱控制单元TCU分别与所述换档驱动机构、电子驻车系统、两转速传感器、所述电机控制器MCU电气连接。进一步地，所述的离合制动装置包括第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器，所述第一制动器与第一中间轴相连，控制齿圈处于旋转或固定约束状态，所述第一离合器一端连接第一中间轴，另一端连接输出轴；所述第二离合器一端与行星架连接，另一端与第二中间轴连接，所述第二中间轴的另一端通过所述外啮合齿轮对与所述输出轴相连接，所述第二制动器与行星架连接，控制行星架处于旋转或固定约束状态；所述输出轴连接所述主减速器输入端；所述换档驱动机构分别与第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器控制连接；进一步地，所述的离合制动装置包括第一双边同步器、第二双边同步器、空心轴套，所述第一中间轴上常啮合所述第一双边同步器的花键毂，所述第一双边同步器两边的接合齿圈分别固连于箱体和输出轴；所述空心轴套转动地套在所述输出轴上且与外啮合齿轮对的从动轮相连接，所述空心轴套外壁连接所述第二双边同步器的花键毂，所述第二双边同步器两边的接合齿圈分别固连于所述箱体和输出轴；所述换档驱动机构分别与第一双边同步器、第二双边同步器控制连接。进一步地，所述的电子驻车系统包括驱动连接的驻车驱动电机和驻车机械锁止机构，所述驻车驱动电机与变速箱控制单元TCU电气连接，所述驻车机械锁止机构与所述主减速器中主减速器齿轮对的主动齿锁止配合。进一步地，所述第一中间轴与所述输出轴同轴线，所述所述第二中间轴与所述输出轴平行。进一步地，所述的差速器为机械差速器、限滑差速器或电—液/电磁控制的多片离合器差速器。进一步地，所述的行星齿轮机构为单排行星机构或组合式行星齿轮机构。进一步地，所述第一离合器、第二离合器为干式、湿式或电磁离合器。进一步地，所述所述第一离合器、第二离合器为单片或多片的离合器；第一制动器、第二制动器为单片或多片的制动器。进一步地，所述换档驱动机构为液压驱动机构、气压驱动机构或电机驱动机构。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点：(1)充分利用了单排行星变速机构的工作状态，可以实现行星架/内齿圈耦合输出(一档)、行星架单独输出(高速档位1)、内齿圈单独输出(高速档位2)，相较于一般的两档位单排行星齿轮机构增加了一个档位数。(2)常规单排行星齿轮机构高速档速比必为1，本专利技术三个不同档位速比均随参数可调，有利于速比优化。(3)采用双离合构型，能够实现无动力中断档位切换，结合单排行星齿轮机构的耦合输出状态，相较于一般的两对定轴齿轮DCT增加一个档位数。(4)除了外啮合齿轮对及中间轴，多数部件均为传递动力或锁止状态，与DCT相比，空转部件少，动力传递效率高，运行噪声小。附图说明图1为本专利技术实施例1的结构原理图。图2为本专利技术实施例1中低速前进档位的功率流示意图。图3为本专利技术实施例1中高速前进档位1的功率流示意图。图4为本专利技术实施例1中高速前进档位2的功率流示意图。图5为本专利技术实施例2的结构原理图。图6为本专利技术实施例2中低速前进档位的功率流示意图。图7为本专利技术实施例2中高速前进档位1的功率流示意图。图8为本专利技术实施例2中高速前进档位2的功率流示意图。图中：10-箱体；11-电机控制器MCU；12-驱动电机；13-变速箱控制单元TCU13；14-换档驱动机构；15-驻车驱动电机；16-驻车机械锁止机构；17-转速传感器；21-太阳轮；22-齿圈；23-行星本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成式三档电驱动系统，包括电子驻车系统、电机控制器MCU、箱体(10)，设置在所述箱体(10)内且依次驱动连接的驱动电机(12)、变速系统、主减速器、差速器(52)，所述电机控制器MCU(11)与驱动电机(12)电气连接；所述的差速器(52)的输出端通过驱动半轴(53)连接车轮(54)，其特征在于：所述的变速系统包括行星齿轮机构、内啮合齿轮对(41)、第一中间轴(42)、外啮合齿轮对(44)、第二中间轴(43)、输出轴(45)、两个分别检测驱动电机(12)和输出轴(45)转速的转速传感器(17)、变速箱控制单元TCU及换档驱动机构(14)，所述行星齿轮机构包括太阳轮(21)、齿圈(22)、行星架(23)、若干行星轮，所述驱动电机(12)的输出轴与太阳轮(21)相连接，所述齿圈(22)通过内啮合齿轮对(41)依次连接第二中间轴(42)、输出轴(45)和主减速器，所述行星架(23)通过所述第二中间轴(43)、外啮合齿轮对(44)依次连接输出轴(45)和主减速器的输入端；所述的内啮合齿轮对(41)与输出轴(45)之间的传动部件上、所述行星架(23)与输出轴(45)之间的传动部件上均设置有与所述换档驱动机构(14)控制连接的离合制动装置；所述电子驻车系统与所述主减速器控制连接；所述变速箱控制单元TCU分别与所述换档驱动机构(14)、电子驻车系统、两转速传感器(17)、所述电机控制器MCU(11)电气连接。...

【技术特征摘要】
1.一种集成式三档电驱动系统，包括电子驻车系统、电机控制器MCU、箱体(10)，设置在所述箱体(10)内且依次驱动连接的驱动电机(12)、变速系统、主减速器、差速器(52)，所述电机控制器MCU(11)与驱动电机(12)电气连接；所述的差速器(52)的输出端通过驱动半轴(53)连接车轮(54)，其特征在于：所述的变速系统包括行星齿轮机构、内啮合齿轮对(41)、第一中间轴(42)、外啮合齿轮对(44)、第二中间轴(43)、输出轴(45)、两个分别检测驱动电机(12)和输出轴(45)转速的转速传感器(17)、变速箱控制单元TCU及换档驱动机构(14)，所述行星齿轮机构包括太阳轮(21)、齿圈(22)、行星架(23)、若干行星轮，所述驱动电机(12)的输出轴与太阳轮(21)相连接，所述齿圈(22)通过内啮合齿轮对(41)依次连接第二中间轴(42)、输出轴(45)和主减速器，所述行星架(23)通过所述第二中间轴(43)、外啮合齿轮对(44)依次连接输出轴(45)和主减速器的输入端；所述的内啮合齿轮对(41)与输出轴(45)之间的传动部件上、所述行星架(23)与输出轴(45)之间的传动部件上均设置有与所述换档驱动机构(14)控制连接的离合制动装置；所述电子驻车系统与所述主减速器控制连接；所述变速箱控制单元TCU分别与所述换档驱动机构(14)、电子驻车系统、两转速传感器(17)、所述电机控制器MCU(11)电气连接。2.根据权利要求1所述的集成式三档电驱动系统，其特征在于：所述的离合制动装置包括第一离合器(32)、第二离合器(34)、第一制动器(31)、第二制动器(33)，所述第一制动器(31)与第一中间轴(42)相连，控制齿圈(22)处于旋转或固定约束状态，所述第一离合器(32)一端连接第一中间轴(42)，另一端连接输出轴(45)；所述第二离合器(34)一端与行星架(23)连接，另一端与第二中间轴(43)连接，所述第二中间轴(43)的另一端通过所述外啮合齿轮对(44)与所述输出轴(45)相连接，所述第二制动器(33)与行星架(23)连接，控制行星架(23)处于旋转或固定约束状态；所述输出轴(45)连接所述主减速器输入端；所述换...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗玉涛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44