一种双电机多模式电动汽车驱动用新型动力装置及汽车

本发明涉及电动汽车的驱动传动系统，具体涉及一种双电机多模式电动汽车驱动用新型动力装置及汽车。

背景技术：

如今，困扰纯电动汽车发展的关键性的难题“如何进一步提高整车续驶里程”依然存在。续驶里程除了依赖于蓄电池技术(提高电池功率密度和能量密度)外，还与驱动系统的构型、参数匹配以及控制方法密切相关。因此高效率的传动系统是提高纯电动汽车续驶里程及综合性能的重要研究方向。

目前用于纯电动汽车的动力传动系统主要以单电机与减速器组合为主，其具有结构简单、容易控制及技术成熟的特点，但这种构型存在低速轻载、低速重载和高速轻载工况驱动效率低的问题，由此导致续驶里程短。高效的动力传动系统构型及其控制技术不仅可有效提高纯电动汽车的续驶里程，还可在满足动力性的基础上降低对电机综合性能的要求，进而降低整车制造和运行成本。

此发明提出主要基于以下三个方面原因：

(1)为了满足不用工况条件下汽车动力系统的需求，驱动系统需要具有低速时大扭矩，较高速时大扭矩，高速时高功率的输出性能且具有较宽的调速范围和输出转矩范围，传统的纯电动汽车通常为单电机驱动，很难同时满足这些要求。

(2)传统的纯电动汽车一般情况下不采用变速器，传动比不可变。由于没有匹配变速装置，车辆的驱动性能完全取决于电机的工作特性，使车辆所能实现的最高车速和加速、爬坡性能之间出现矛盾，使得电机难以保证长期在高效区工作，对电机的驱动效率和整体性能提出更高要求，提升了电机成本，结构的可靠性、动力性和经济性都受到限制。

(3)虽然纯电动汽车采用行星齿轮机构进行动力耦合的构型具有良好的技术优势，但是目前已有的大部分构型不能同时实现转速耦合与转矩耦合，并且双电机不能独立工作；有些构型虽然可以实现这些工作模式，但是结构过于复杂，控制和制造难度极大。因此需要开发出更具优势的动力传动系统构型。例如丰田新一代prius中，将出现发电机在某些场合中作为电动机提供输出，这样就相当于是三个动力源，但由于prius的耦合机构中是将齿圈作为输出，若只存在两个动力源的前提下，其并不能同时实现转速耦合和转矩耦合的工作模式。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种双电机多模式电动汽车驱动用新型动力装置，其可以在驱动系统低速起动、爬坡时提供大转矩，又能够实现较宽速度范围内高效率运行；既能实现双电机转速耦合适应高速行驶，又能实现双电机转矩耦合适应加速、爬坡的大扭矩工况；在降低电机性能要求的前提现，反而能够适应车辆多变的行驶工况，有效提高系统驱动效率，延长行驶里程。

本发明实现上述功能的技术方案是：一种双电机多模式电动汽车驱动用新型动力装置，其特殊之处在于：

包括主电机、行星差动轮系、副电机、同步器、转速耦合齿轮、转矩耦合齿轮以及换挡执行机构；

所述主电机包括主电机轴；所述行星差动轮系包括太阳轮、行星轮、行星轮轴、行星架和齿圈，所述太阳轮固定在主电机轴上；所述行星架用于输出动力；

所述副电机包括副电机轴，同步器固定于副电机轴上，其两侧分别为转速耦合齿轮与转矩耦合齿轮，所述转速耦合齿轮与齿圈啮合，所述转矩耦合齿轮与行星架啮合；

通过换挡执行机构可实现同步器与转速耦合齿轮或转矩耦合齿轮结合。

进一步地，还包括差速器，所述差速器固定在行星架上。

进一步地，还包括制动器，所述转速耦合齿轮上固定有制动板，制动器通过制动板进而制动转速耦合齿轮。

进一步地，所述换挡执行机构包括换挡电机、蜗杆、涡轮、圆柱凸轮与换挡拨叉，圆柱凸轮上设置有供换挡拨叉嵌入的凹槽，拨叉作用于同步器的接合套上，换挡电机先经过涡轮蜗杆减速后通过圆柱凸轮带动换挡拨叉移动，执行换挡操作。

进一步地，所述同步器包括花键毂、同步环、接合套，同步器通过花键毂固定于副电机轴上。

所述主电机还包括主电机定子、主电机转子与编码器。

所述副电机还包括副电机定子、副电机转子与编码器。

另外，本发明还提出一种电动汽车，其特殊之处在于：包括上述一种双电机多模式电动汽车驱动用新型动力装置。

进一步地，所述一种双电机多模式电动汽车驱动用新型动力装置用于对前轮和/或后轮提供动力。

本发明的优点：

(1)本发明为多动力源驱动系统，能够满足不用工况条件下汽车动力系统的需求，能够实现低速时大扭矩，较高速时大扭矩，高速时高功率的输出性能要求且具有较宽的调速范围和输出转矩范围；

(2)本发明所提出的双电机多模式电动汽车驱动用新型动力装置拥有变速装置，在换挡执行机构的作用下，能够匹配出多种传动比；此外，两电机在转速耦合工作模式时，实现动力传动系统的无级变速，突破有级变速器挡位数对动力源运行区域的制约，避免车辆在最高车速和加速、爬坡性能之间出现矛盾，使得电机保证长期在高效区工作，提升结构可靠性、动力性和经济性；

(3)本发明所提出的双电机多模式电动汽车驱动用新型动力装置拥有多种驱动模式，既能实现双电机分别独立驱动，也能实现双电机转速耦合驱动与转矩耦合驱动，更能适应车辆多变的行驶工况，有效提高系统驱动效率，从而延长电动汽车行驶里程；

(4)本发明所提出的新型动力装置能够实现多种布置形式，首先其可以分别集成在前驱动桥和后驱动桥中实现前驱或者后驱，也能够采用两套驱动装置实现四驱功能，所以此新型驱动装置能够匹配前驱、后驱和四驱等各种车型。

附图说明

图1是本发明的纵向剖视图；

图2是本发明的等轴测图；

图3是本发明的换挡执行机构立体图；

图4是本发明的前驱布置结构图；

图5是本发明的后驱布置结构图；

图6是本发明的四驱布置结构图；

图7是本发明驱动工作模式一；

图8是本发明驱动工作模式二；

图9是本发明驱动工作模式三；

图10是本发明驱动工作模式四；

图11是本发明驱动工作模式五。

图中标号说明：1、主电机；102、主电机定子；103、主电机转子；104、主电机轴；105、主电机编码器；2、行星差动轮系；22、太阳轮；23、行星轮；24、行星轮轴；25、齿圈；26、行星架；3、制动器；4、转速耦合齿轮；5、同步器；52、花键毂；53、接合套；54、同步环；6、换挡执行机构；61蜗杆；62、换挡电机；63、涡轮；64、圆柱凸轮；65、换挡拨叉；7、转矩耦合齿轮；8、副电机；82、副电机定子；83、副电机转子；84、副电机轴；85、副电机编码器；9、差速器；10、第一轴承；11、制动板；12、支撑轴；13、第二轴承；14、第三轴承；15、第四轴承；16、第五轴承；17、第六轴承；18、箱体。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

参见图1至3，一种双电机多模式电动汽车驱动用新型动力装置，包括主电机1、副电机8、同步器5、换挡执行机构6以及行星差动轮系2。

所述主电机1，主电机1是一种交流伺服永磁同步电机，包括主电机定子102、主电机转子103、主电机轴104与编码器105，行星差动轮系2设置在主电机轴104上。

所述副电机8是一种交流伺服永磁同步电机，包括副电机定子82、副电机转子83、副电机轴84与编码器85，同步器5、转速耦合齿轮4与转矩耦合齿轮7均设置在副电机轴84上。

所述换挡执行机构6包括换挡电机62、蜗杆61、涡轮63、圆柱凸轮64与换挡拨叉65，涡轮63与圆柱凸轮64通过支撑轴12旋转固定于箱体18上，圆柱凸轮64上设置有供换挡拨叉65嵌入的凹槽，拨叉65作用于同步器5的接合套53上，换挡电机62先经过涡轮63蜗杆61减速后通过圆柱凸轮64带动换挡拨叉65移动，执行换挡操作。

所述同步器5包括花键毂52、同步环54、接合套53，同步器5通过花键毂52固定于副电机轴84上，其两侧分别为转速耦合齿轮4与转矩耦合齿轮7，转速耦合齿轮4与转矩耦合齿轮7通过滚针轴承旋转支撑于副电机轴84上；转速耦合齿轮4一侧固定有制动板11，制动器3固定在箱体18上并且能够通过制动转速耦合齿轮4进而制动齿圈25。

所述行星差动轮系2包括太阳轮22、行星轮23、行星轮轴24、行星架26和齿圈25；太阳轮22固定在主电机轴104上，行星轮23与太阳轮22啮合并通过第三轴承14可旋转的支撑于行星轮轴24上，行星轮轴24固定在行星架26上，齿圈25通过第五轴承16可旋转的支撑于行星架26上，差速器9固定在行星架26上，并分别通过第四轴承15、二轴承13可旋转地支撑于主电机轴104与箱体18上。

参见图4至6，本发明还提出一种电动汽车，其包括上述双电机多模式电动汽车驱动用新型动力装置，所述新型动力装置能够实现多种布置形式，首先其可以分别集成在前驱动桥和后驱动桥中实现前驱或者后驱，也能够采用两套驱动装置实现四驱功能，所以此新型驱动装置能够匹配前驱、后驱和四驱等各种车型。

本发明的工作原理为：

本发明所提出的新型动力装置拥有多种驱动工作模式的原理为：

1)参见图7，当制动器3工作制动，通过制动板11制动转速耦合齿轮4进而制动齿圈25，主电机1单独工作，此时本发明的差动轮系转化为单自由度的行星轮系，动力由主电机1经太阳轮22输入，由行星架26输出。

此时系统减速比为：

取k＝zb/za

输出扭矩：tc＝i·ts

输出转速：nc＝ns/i

式中，ns：太阳轮22的转速(即主电机1转速)

nc：行星架26的转速

za：太阳轮22的齿数

zb：齿圈25的齿数

ts：太阳轮22的转矩(主电机1输出转矩)

tc：行星架26的转矩

2)参见图8，当制动器3松开，同步器5的接合套53在换挡拨叉65的作用下向左移动并与转速耦合齿轮4上的结合齿相啮合，主电机1制动，副电机8单独工作，此时动力由副电机8经同步器5将动力传递到转速耦合齿轮4，进而通过转速耦合齿轮4将动力传递到齿圈25，最终由行星架26输出。

此时系统减速比为：

取i1＝ze/zf

输出扭矩：tc＝i^*·tm

输出转速：nc＝nm/i^*

式中，nm：转速耦合齿轮4的转速(即副电机8转速)

tm：转速耦合齿轮4的转矩(即副电机8转矩)

nc：行星架26的转速

tc：行星架26的转矩

ze：齿圈25的外圈齿数

zf：转速耦合齿轮4的齿数

参见图9，当制动器3松开，同步器5的接合套53在换挡拨叉65的作用下向右移动并与转矩耦合齿轮7上的结合齿相啮合，副电机8单独工作，此时动力由副电机8经同步器5将动力传递到转矩耦合齿轮7，进而通过转矩耦合齿轮7将动力传递到行星架26并最终由行星架26输出。

此时系统的减速比为：i2＝zc/zd

输出扭矩：tc＝i2·tm

输出转速：nc＝nm/i2

式中，nm：转矩耦合齿轮7的转速(即副电机8转速)

nc：行星架26的转速

zc：行星架26的齿数

zd：转矩耦合齿轮7的齿数

tm：转矩耦合齿轮7的转矩(即副电机8转矩)

tc：行星架26的转矩

3)参见图10，当制动器3松开，同步器5的接合套53在换挡拨叉65的作用下向左移动并与转速耦合齿轮4上的结合齿相啮合，主电机1与副电机8同时工作，此时新型动力装置处于转速耦合工作模式，动力分别由主电机1通过太阳轮22输入和副电机8经同步器5将动力传递到转速耦合齿轮4，进而通过转速耦合齿轮4将动力传递到齿圈25，由行星架26输出。

i1＝ze/zf

此时取k＝zb/za，有：

输出扭矩：tc＝-(1+k)·ts＝-(1+k)·tmi1/k

输出转速：

式中，ze：齿圈25的外圈齿数

zf：转速耦合齿轮4的齿数

4)参见图11，当制动器3制动工作，通过制动板11制动转速耦合齿轮4进而制动齿圈25，同步器5的接合套53在换挡拨叉65的作用下向右移动并与转矩耦合齿轮7上的结合齿相啮合，主电机1与副电机8同时工作，此时新型动力装置处于转矩耦合工作模式，动力分别由主电机1通过太阳轮22输入和副电机8经同步器5将动力传递到转矩耦合齿轮7，由行星架26输出。

输出扭矩：tc＝(1+k)·ts+tm·i2

输出转速：

综上，本发明所提出的新型动力装置拥有多种驱动工作模式。

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。