双排行星多挡位纯电动传动装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种双排行星多挡位纯电动传动装置，包括小电机(EM1)、大电机(EM2)及双排行星齿轮机构和两级减速齿轮系，双排行星齿轮机构的动力输出通过两级减速齿轮系经差速器传递至车轮，并通过控制第一制动器(B1)、第二制动器(B2)、第三制动器(B3)的闭合或打开实现三个挡位的纯电动驱动模式。本实用新型的双排行星多挡位纯电动传动装置，结构紧凑，可以实现多挡位纯电动驱动模式。
【专利说明】
双排行星多挡位纯电动传动装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种汽车用传动装置，特别涉及一种双排行星多挡位纯电动传动 装置。
【背景技术】
[0002] 随着国家新能源汽车战略的发展以及环境能源问题的加剧，驱动系统的电动化已 经成为汽车动力系统的发展趋势。目前较多的纯电动系统都采用了单电机和固定挡位的传 动方案，即电机通过固定速比的减速齿轮驱动车辆。该类方案依靠电机自身的转速范围满 足整车的速度要求，在行驶过程中电机工作点完全取决于行驶路况，无法进行优化。而如何 使得纯电动汽车的传动装置满足整车动力性的要求，并具有较高的传动装置的系统效率， 成为当前面临的课题。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型旨在提供一种结构紧凑、具有多种工作模式的双排行星多挡位纯电动 传动装置。通过以下方案实现：
[0004] -种双排行星多挡位纯电动传动装置，包括小电机EM1、大电机EM2、差速器，还包 括第一单行星排PG1、第二单行星排PG2、第一制动器B1、第二制动器B2、第三制动器B3、第一 减速齿轮Z1、大减速齿轮Z2和小减速齿轮Z3，第一单行星排PG1包括第一太阳轮S1、第一行 星轮P1、第一行星架PC1和第一外齿圈R1，第二单行星排PG2包括第二太阳轮S2、第二行星轮 P2、第二行星架PC2和第二外齿圈R2,第一单行星排PG1与第二单行星排PG2并排放置构成双 排行星齿轮机构，第一单行星排的第一行星架PC1与第二单行星排的第二太阳轮S2相连接 构成第一轴，第一单行星排的第一外齿圈R1与第二单行星排的第二行星架PC2相连接构成 第二轴，第二轴作为双排行星齿轮机构的输出轴;在第二轴上安装第一减速齿轮Z1，大减速 齿轮Z2与小减速齿轮Z3通过转轴相连接，第一减速齿轮Z1与大减速齿轮Z2相啮合形成第一 级减速齿轮系，小减速齿轮Z3与安装在差速器壳体上的差速器主减速齿轮Z4相啮合形成第 二级减速齿轮系；差速器通过整车半轴连接车轮，该传动装置的动力由差速器输出至整车 半轴驱动车轮转动;第一单行星排的第一太阳轮S1通过第三轴与小电机EM1的转子连接，第 二单行星排的第二外齿圈R2通过第四轴与大电机EM2的转子连接;第一制动器B1的一端连 接在第三轴上，第二制动器B2的一端连接在第四轴上，第三制动器B3的一端连接在第一轴 上，第一制动器B1、第二制动器B2和第三制动器B3的另一端均固定在变速箱壳体上;第四轴 为内部中空结构，第一轴穿过第四轴的内部。
[0005] 进一步地，所述小电机、双排行星齿轮机构、大电机依次同轴排列放置，第一级减 速齿轮系、第二级减速齿轮系和差速器布置在小电机与双排行星齿轮机构之间，双排行星 齿轮机构的动力输出通过两级减速齿轮系经差速器传递至车轮。
[0006] 根据现有技术可知，单行星排包括太阳轮、行星轮、行星架和外齿圈，行星轮安装 在行星架上，行星轮分别和太阳轮和外齿圈相啮合。具体至本实用新型中，第一单行星排 PG1中各部件之间的连接关系为:第一行星轮P1安装在第一行星架PCI上，第一行星轮P1分 别和第一太阳轮S1和第一外齿圈R1相啮合;第二单行星排PG2中各部件之间的连接关系为： 第二行星轮P2安装在第二行星架PC2上，第二行星轮P2分别和第二太阳轮S2和第二外齿圈 R2相啮合。
[0007] 本实用新型的双排行星多挡位纯电动传动装置，所采用的动力耦合装置为由第一 单行星排与第二单行星排并排放置构成的双排行星齿轮机构，第一单行星排和第二单行星 排之间的传动比设置不受彼此制约，结构设计更加灵活，同时单行星排的结构简单更有利 于降低齿轮传动噪声。本实用新型的双排行星多挡位纯电动传动装置，其动力由双排行星 齿轮机构的输出轴即第二轴输出经由两级减速齿轮系到差速器传递至车轮从而驱动车辆 行驶。
[0008] 本实用新型的双排行星多挡位纯电动传动装置，第一制动器B1、第二制动器B2、第 三制动器B3为常见的湿式换挡元件。当闭合第二制动器B2时，小电机EM1单独驱动，可以实 现第一挡位纯电动驱动模式；当闭合第三制动器B3时，小电机EM1和大电机EM2同时驱动，可 以实现第二挡位纯电动驱动模式；当闭合第一制动器B1时，大电机EM2单独驱动，可以实现 第三挡位纯电动驱动模式。在第一制动器B1、第二制动器B2和第三制动器B3全部都打开时， 小电机EM1和大电机EM2同时输出正扭矩驱动车辆，当小电机EM1、大电机EM2的转速相等时， 行星排各元件转速也相等，此时可以获得高车速而不会导致电机转速过高。
[0009] 本实用新型的双排行星多挡位纯电动传动装置，结构紧凑，可实现四个挡位的纯 电动驱动模式，可根据路况切换电机的工作状态，满足纯电动驱动的车速和扭矩要求，同时 可实现对大电机、小电机两个电机的优化控制，具有较高的传动装置的系统效率。
【附图说明】
[0010] 图1:双排行星多挡位纯电动传动装置的整体结构示意图
[0011] 图2(a):第一挡位纯电动驱动模式的等效杠杆图
[0012] 图2(b):第二挡位纯电动驱动模式的等效杠杆图 [0013]图2(c):第三挡位纯电动驱动模式的等效杠杆图
[0014] 图2(d):第四挡位纯电动驱动模式的等效杠杆图
[0015] 图3:纯电动倒车模式的等效杠杆图
【具体实施方式】
[0016] 实施例只是为了说明本实用新型的一种实现方式，不作为对本实用新型保护范围 的限制性说明。
[0017] 实施例1
[0018] -种双排行星多挡位纯电动传动装置，如图1所示，包括小电机EM1、大电机EM2、差 速器1、第一单行星排PG1、第二单行星排PG2、第一制动器B1、第二制动器B2、第三制动器B3、 第一减速齿轮Z1、大减速齿轮Z2和小减速齿轮Z3,第一单行星排PG1包括第一太阳轮S1、第 一行星轮P1、第一行星架PC1和第一外齿圈R1，第一行星轮P1安装在第一行星架PC1上，第一 行星轮P1分别和第一太阳轮S1和第一外齿圈R1相啮合;第二单行星排PG2包括第二太阳轮 S2、第二行星轮P2、第二行星架PC2和第二外齿圈R2,第二行星轮P2安装在第二行星架PC2 上，第二行星轮P2分别和第二太阳轮S2和第二外齿圈R2相啮合;第一单行星排PG1与第二单 行星排PG2并排放置构成双排行星齿轮机构3,第一单行星排PG1的第一行星架PC1与第二单 行星排PG2的第二太阳轮S2相连接构成第一轴4,第一单行星排PG1的第一外齿圈R1与第二 单行星排PG2的第二行星架PC2相连接构成第二轴5,第二轴5作为双排行星齿轮机构3的输 出轴;在第二轴5上安装第一减速齿轮Z1，大减速齿轮Z2与小减速齿轮Z3通过转轴6相连接， 第一减速齿轮Z1与大减速齿轮Z2相啮合形成第一级减速齿轮系7,小减速齿轮Z3与安装在 差速器1壳体上的差速器主减速齿轮Z4相啮合形成第二级减速齿轮系8;差速器1通过整车 半轴9连接车轮10，该传动装置的动力由差速器输出至整车半轴驱动车轮转动;第一单行星 排PG1的第一太阳轮S1通过第三轴11与小电机EM1的转子12连接，第二单行星排PG2的第二 外齿圈R2通过第四轴13与大电机EM2的转子14连接;第一制动器B1的一端连接在第三轴11 上，第二制动器B2的一端连接在第四轴13上，第三制动器B3的一端连接在第一轴4上，第一 制动器B1、第二制动器B2和第三制动器B3的另一端均固定在变速箱壳体2上;第四轴13为内 部中空结构，第一轴4穿过第四轴13的内部。本实施例中的小电机EM1、双排行星齿轮机构3、 大电机EM2依次同轴排列放置，第一级减速齿轮系7、第二级减速齿轮系8和差速器1布置在 小电机EM1与双排行星齿轮机构3之间。
[0019]本实施例采用的动力耦合装置为由第一单行星排与第二单行星排并排放置构成 的双排行星齿轮机构，小电机EM1和大电机EM2两个动力源输入的转矩耦合后传递到减速齿 轮，并通过差速器经整车半轴传递到车轮。车辆在实际行驶过程中，各动力源与各换挡元件 (离合器、制动器)组合使用将产生多种不同的工作模式。该传动装置可以实现四种工作模 式，分别为第一挡位纯电动驱动模式EV-1、第二挡位纯电动驱动模式EV-2、第三挡位纯电动 驱动模式EV-3、第四挡位纯电动驱动模式EV-4,各工作模式和换挡元件之间的控制关系如 表1所示，其中〇表示打开状态，?表示闭合状态。
[0020]表1传动装置各工作模式和换挡元件之间的控制关系
[0023]在车辆低速起步时，当第二制动器B2闭合时，采用小电机EM1单独驱动车辆，该模 式定义为第一挡位纯电动驱动模式EV-1，该模式为低速大扭矩输出模式，第一挡位纯电动 驱动模式的等效杜杆图如图2 (a)所示，图中Temi表示小电机EM1的扭矩，?Υ表示传递到第二 轴上的车辆行驶阻力，图中箭头表示各轴上的扭矩，向上表示正扭矩，向下表示负扭矩。该 模式下传动装置的传动比即小电机EM1到车轮边的传动比为：
[0025]其中，iEv-iS第一挡位纯电动驱动模式下传动装置的传动比，^为第一单行星排 PG1的传动比（数值等于第一外齿圈R1与第一太阳轮S1的齿数之比，数值为负），12为第二单 行星排PG2的传动比(数值等于第二外齿圈R2与第二太阳轮S2的齿数之比，数值为负），i FD为 两级减速齿轮总的减速比。例如选择行星齿轮设计常用的传动比和主减速比，即：第一单行 星排PG1的传动比ii = -2.6,第二单行星排PG2的传动比i2 = _l .6,两级减速齿轮总的减速比 i? = 4,将数据代入上述公式中计算得到第一挡位纯电动模式下传动装置的传动比4^为 28，即当小电机输出扭矩为lOONm时，车轮将获得2800Nm的驱动扭矩。
[0026] 当第三制动器B3闭合时，采用小电机EM1和大电机EM2同时驱动，小电机EM1负转速 输出负扭矩，大电机EM2正转速输出正扭矩，该模式定义为第二挡位纯电动驱动模式EV-2， 第二挡位纯电动模式的等效杜杆图如图2 (b)所不，图中Temi表不小电机EM1的扭矩，Tem2表不 大电机EM2的扭矩，TL表示传递到第二轴上的车辆行驶阻力，图中箭头表示各轴上的扭矩， 向上表示正扭矩，向下表示负扭矩。该挡位下小电机EM1和大电机EM2到轮边的传动比分别 为：
[0027] ? EV-2EM1 = - ? 1* 1FD
[0029] 其中，iEV-2_EM1为第二挡位纯电动驱动模式下小电机EM1的传动比，iEV-2_EM2为第二 挡位纯电动驱动模式下大电机EM2的传动比，^为第一单行星排PG1的传动比（数值等于第 一外齿圈R1与第一太阳轮S1的齿数之比，数值为负），12为第二单行星排PG2的传动比（数值 等于第二外齿圈R2与第二太阳轮S2的齿数之比，数值为负），i FD为两级减速齿轮总的减速 比。
[0030]当第一制动器B1闭合时，采用大电机EM2单独驱动，该模式定义为第三挡位纯电动 驱动模式EV-3，该模式可以获得较高的车速。第三挡位纯电动驱动模式的等效杠杆图如图2 (c)所示，图中TEM2表示大电机EM2的扭矩，T L表示传递到第二轴上的车辆行驶阻力，图中箭 头表示各轴上的扭矩，向上表示正扭矩，向下表示负扭矩。该挡位下传动装置的传动比，即 大电机EM2到轮边的传动比为：
[0032]其中，iEV-3_EM2为第三挡位纯电动驱动模式下传动装置的传动比，il为第一单行星 排PG1的传动比（数值等于第一外齿圈R1与第一太阳轮S1的齿数之比，数值为负），i2为第二 单行星排PG2的传动比(数值等于第二外齿圈R2与第二太阳轮S2的齿数之比，数值为负），i FD 为两级减速齿轮总的减速比。
[0033]随着车速进一步增加，在上述各挡位下小电机EM1、大电机EM2两个电机的转速都 有可能过高，此时第一制动器B1、第二制动器B2和第三制动器B3全部为打开状态，采用小电 机EM1和大电机EM2同时驱动，该模式定义为第四挡位纯电驱动模式EV-4，第四挡位纯电动 驱动模式的等效杜杆图如图2(d)所不，图中Temi表不小电机EM1的扭矩，Tem2表不大电机EM2 的扭矩，TL表示传递到第二轴上的车辆行驶阻力，图中箭头表示各轴上的扭矩，向上表示正 扭矩，向下表示负扭矩。该模式下轮边获得驱动扭矩为：
[0034] TwheelEV-4= (TEMi+TEM2)*iFD
[0035] 其中，TwheelEV-4为第四挡位纯电动驱动模式下轮边获得驱动扭矩，TmS小电机 EM1的扭矩，TEM2为大电机EM2的扭矩，iFD为两级减速齿轮总的减速比。当小电机EM1、大电机 EM2转速相等时，各行星齿轮元件转速也相等，此时车辆可获得最高车速而不会导致小电机 EM1、大电机EM2两个电机自身转速过高。
[0036]在纯电动倒车时，采用第一挡位纯电动驱动模式EV-1，控制小电机EM1负转速输出 负扭矩，纯电动倒车模式的等效杜杆图如图3所不，图中Temi表不小电机EM1的扭矩，Tl表不 传递到第二轴上的车辆行驶阻力，图中箭头表示各轴上的扭矩，向上表示正扭矩，向下表示 负扭矩。
[0037] 在整车行驶过程中，各驱动模式之间的切换，需要经过第四挡位纯电动驱动模式 EV-4进行过渡，当各轴转速进入相应制动器的闭合转速范围时执行闭合操作。该换挡模式 利用对小电机EM1、大电机EM2两个电机的转速控制，避免了采用复杂的换挡元件滑动控制 实现换挡。在车辆起步到加速过程中，各驱动模式的工作顺序为：
[0038] EV-1 -EV-44EV-24EV-4-EV-34EV-4。
【主权项】
1. 一种双排行星多挡位纯电动传动装置，包括小电机(EMI)、大电机(EM2)、差速器，其 特征在于:还包括第一单行星排(PG1)、第二单行星排(PG2)、第一制动器(B1)、第二制动器 (B2)、第三制动器(B3)、第一减速齿轮(Z1)、大减速齿轮(Z2)和小减速齿轮(Z3)，第一单行 星排(PG1)包括第一太阳轮(S1)、第一行星轮(P1)、第一行星架(PC1)和第一外齿圈(R1)，第 二单行星排(PG2)包括第二太阳轮(S2)、第二行星轮(P2)、第二行星架(PC2)和第二外齿圈 (R2)，第一单行星排(PG1)与第二单行星排(PG2)并排放置构成双排行星齿轮机构，第一单 行星排的第一行星架(PC1)与第二单行星排的第二太阳轮(S2)相连接构成第一轴，第一单 行星排的第一外齿圈（R1)与所述第二单行星排的第二行星架(PC2)相连接构成第二轴，在 第二轴上安装第一减速齿轮(Z1)，大减速齿轮(Z2)与小减速齿轮(Z3)通过转轴相连接，第 一减速齿轮(Z1)与大减速齿轮(Z2)相啮合形成第一级减速齿轮系，小减速齿轮(Z3)与安装 在差速器壳体上的差速器主减速齿轮(Z4)相啮合形成第二级减速齿轮系；差速器通过整车 半轴连接车轮，该传动装置的动力由差速器输出至整车半轴驱动车轮转动;第一单行星排 的第一太阳轮（S1)通过第三轴与小电机(EM1)的转子连接，第二单行星排的第二外齿圈 (R2)通过第四轴与大电机(EM2)的转子连接;第一制动器(B1)的一端连接在第三轴上，第二 制动器(B2)的一端连接在第四轴上，第三制动器(B3)的一端连接在第一轴上，第一制动器 (B1)、第二制动器(B2)和第三制动器(B3)的另一端均固定在变速箱壳体上;第四轴为内部 中空结构，第一轴穿过第四轴的内部。2. 如权利要求1所述的双排行星多挡位纯电动传动装置，其特征在于:所述小电机、双 排行星齿轮机构、大电机依次同轴排列放置，第一级减速齿轮系、第二级减速齿轮系和差速 器布置在小电机与双排行星齿轮机构之间。
【文档编号】B60K17/08GK205706166SQ201620570026
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】韩兵, 钟发平, 张彤
【申请人】科力远混合动力技术有限公司