本发明涉及电动汽车变速器领域，特别是涉及一种单控互锁式电动汽车变速器换档机构及变速器。
背景技术：
为了兼顾电动汽车的输出扭矩与最高行驶时速，现有的电动汽车通常会设置变速器，变速器的输入端连接于驱动电机，输出端通过传动机构连接于驱动轮,驱动电机的输出转速经变速器变速后由驱动轮输出，驱动汽车行驶。现有的电动汽车变速器多采用平行轴结构，或单减速比，因此变速器在控制换档时，需要控制换档执行元件(离合器、单向离合器或制动器)的工作状态来实现档位切换功能。换档执行元件中湿式多片离合器或制动器工作原理相近，分别利用各自活塞的推力实现多个钢片和摩擦片互相压紧而结合变速器内2个旋转元件，以及利用回位弹簧实现所述旋转元件的分离，从而实现变速器的档位切换。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在如下问题：当变速器采用两个或更多个离合器或制动器等换档执行元件控制换档时，就需要分别为每个换档执行设置对应的活塞及其流体压力系统实现换档。不仅增加了加工装配工艺要求和制造成本，增大变速器体积和重量，同时在升降档位时需要精确的时间差控制不同的换档执行元件动作，否则将导致换档执行机构冲击、损坏而失效等问题。并且现有的多片离合器或制动器在回转中心轴中设置油道并设置相应的旋转密封零件。为此，增加了成本、也有密封失效的风险。
技术实现要素：
为此，需要提供一种新的电动汽车变速器换档执行机构及变速器，用于解决现有电动汽车用变速器装配工艺要求高、制造成本高以及换档控制精确要求高的技术问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种单控互锁式电动汽车变速器换档执行机构，所述变速器换档执行机构包括：第一执行元件、第二执行元件、作动器和压力弹簧；
所述第一执行元件和第二执行元件为制动器、离合器中的一种，包括摩擦片以及与摩擦片相对设置的摩擦盘；
所述第一执行元件的摩擦片与变速器内的第一旋转元件连接，摩擦盘与壳体键连接并可相对摩擦片轴向滑动；
所述第二执行元件的摩擦片与变速器内的第二旋转元件连接，摩擦盘与所述第一旋转元件键连接并可相对摩擦片轴向滑动；
所述压力弹簧与所述第二执行元件的摩擦盘连接，用于互锁控制所述第一执行元件常开所述第二执行元件常闭，或所述第一执行元件常闭所述第二执行元件常开；
所述作动器与所述第一执行元件的摩擦盘相对，用于互锁控制所述第一执行元件结合所述第二执行元件分离，或所述第一执行元件分离所述第二执行元件结合。
进一步的，所述第一执行元件和第二执行元件还包括限位件；
所述第一执行元件的限位件与所述作动器相对的设置于摩擦盘的侧面；
所述第二执行元件的限位件与所述压力弹簧相对的设置于摩擦盘的侧面。
进一步的，所述限位件为环形挡圈，所述第一执行元件的环形挡圈固连于壳体上，所述第二执行元件的环形挡圈固连于所述第一旋转元件上。
进一步的，所述第一旋转元件的轴向上分别设置有与所述第一执行元件的摩擦片连接的第一花键毂，以及与所述第二执行元件的摩擦盘键连接的第二花键毂；
所述第一执行元件的摩擦片与所述第一花键毂键连接，且可轴向滑动；
所述第二执行元件的摩擦盘与所述第二花键毂键连接，且可轴向滑动。
进一步的，所述第一执行元件和第二执行元件的包括两个以上摩擦片和两个以上摩擦盘，所述摩擦片与摩擦盘相间设置。
进一步的，还包括推杆；所述作动器设置于第一执行元件的一侧，所述压力弹簧设置于与所述作动器相对的另一侧；
所述推杆设置于第一花键毂的键槽内，一端与所述第一执行元件的摩擦片连接，另一端与所述第二执行元件的摩擦盘相对，用于将推动第二执行元件的摩擦盘轴向滑动。
进一步的，所述作动器为气动作动器、液压作动器、电磁作动器或机电传动作动器中的一种。
为解决上述问题，本发明还提供了另一技术方案：
一种单控互锁式电动汽车变速器，包括传动机构和换档执行机构；
所述传动机构包括第一旋转元件和第二旋转元件，所述换档执行机构为以上任一所述的变速器换档执行机构，所述变速器换档执行机构的第一执行元件与所述第一旋转元件连接，所述第二执行元件与所述第二旋转元件连接；
所述换档执行机构的作动器和压力弹簧通过所述第一执行单元和第二执行单元互锁控制所述第一旋转元件和第二旋转元件状态切换，进行档位切换。
进一步的，所述传动机构为双排行星轮结构，由动力输入轴、动力输出轴、第一太阳轮、第一行星轮、第二太阳轮、第二行星轮和行星架组成，所述第一太阳轮与所述第一旋转元件连接，所述动力输入轴与第二旋转元件连接，或第一太阳轮为所述第一旋转元件，所述动力输入轴为第二旋转元件；
所述第一太阳轮和第二太阳轮前后并排设置，第二太阳轮与第二行星轮啮合，第二行星轮和第一太阳轮分别与所述第一行星轮啮合，第一太阳轮通过第一执行元件与壳体连接，并通过第二执行元件与动力输入轴连接，第一行星轮和第二行星轮可旋转的设置于所述行星架上，行星架连接动力输出轴；
所述电动汽车变速器包括两个档位；
档位一为：第一执行元件结合，第二执行元件分离，动力输入轴通过第二太阳轮和行星轮与动力输出轴连接；
档位二为：第一执行元件分离，第二执行元件结合，第一太阳轮和第二太阳轮挟持行星架同转速转动，使动力输入轴与动力输出轴同速旋转。
进一步的，所述第一执行元件为制动器，第二执行元件为离合器。
区别于现有技术，上述技术方案单控互锁式电动汽车变速器换档执行机构通过单个作动器即可互锁控制第一执行元件和第二执行元件结合或分离，从而控制第一旋转元件和第二旋转元件状态切换，实现变速器档位切换，相对现有的变速器至少减少了一套作动器装置，大大减小了变速器的结构，降低了变速器的成本和装配工艺难度，同时通过单个作动器控制两个执行元件，便于控制两个执行元件动作的同步性，有效避免了由执行元件动作时间差而导致的冲击、损坏而失效等问题，有效提高了换档的平顺性；并且通过单个作动器控制两个执行元件还具有防呆作用，可避免现有技术中两个作动器其中一个作动器失效而导致变速器内旋转元件撞击毁损，进一步提高了变速器的可靠性；而且在本技术方案中当所述作动器失效时，所述压力弹簧可互锁控制所述第一执行元件常开所述第二执行元件常闭，或所述第一执行元件常闭所述第二执行元件常开，从而使变速器稳定在一个档位，使车辆仍能够行驶。
附图说明
图1、为具体实施方式所述单控互锁式电动汽车变速器换档执行机构的结构示意图；
图1-1、为具体实施方式所述单控互锁式电动汽车变速器换档执行机构中第二执行元件位于第一执行元件与作动器中间的结构示意图；
图1-2、为具体实施方式所述单控互锁式电动汽车变速器换档执行机构中作动器位于第一执行元件和第二执行元件中间的结构示意图；
图2、为具体实施方式所述换档执行机构第一执行元件分离第二执行元件结合的状态图；
图2-1、为具体实施方式所述换档执行机构第一执行元件结合第二执行元件分离的状态图；
图2-2、为具体实施方式所述推杆170的安装位置示意图；
图3、为具体实施方式所述单控互锁式电动汽车变速器；
图3-1、为具体实施方式所述单控互锁式电动汽车变速器1档时的动力传递示意图；
图3-2、为具体实施方式所述单控互锁式电动汽车变速器2档时的动力传递示意图。
附图标记说明：
100、变速器换档执行机构；
1、壳体；
110、第一执行元件；110-1、摩擦盘；110-2摩擦片；
110-3、挡圈；
120、第二执行元件；120-1、摩擦盘；120-2摩擦片；
120-3、挡圈；
130、作动器；1310、作动器推杆；
140、第一旋转元件；
150、第二旋转元件；
160、动力输入轴；
170、推杆；
1200、压力弹簧；
200、双排行星轮系；
210、第一太阳轮；220、第二太阳轮；230、第二行星轮；
240、第一行星轮；250、行星架；
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1至图2-2，本实施例提供了一种单控互锁式电动汽车变速器换档执行机构。
如图1所示，所述变速器换档执行机构100包括：第一执行元件110、第二执行元件120、作动器130和压力弹簧1200。
所述第一执行元件110和第二执行元件120为制动器、离合器中的一种，所述第一执行元件110和第二执行元件120均包括了摩擦片以及与摩擦片相对设置的摩擦盘，其中摩擦片与摩擦盘可相互分离或压紧结合在一起。具体的，所述第一执行元件和第二执行元件可以都是离合器；或者所述第一执行元件和第二执行元件可以都是制器；再或者所述第一执行元件和第二执行元件其中之一为离合器，另一个为制动器。
在本实施例中，所述第一执行元件110为制动器，第二执行元件120为离合器，所述第一执行元件110的摩擦片110-2与变速器内的第一旋转元件140连接，摩擦盘110-1与壳体1键连接，其中，所述第一执行元件110的摩擦盘110-1可沿连接键长度方向相对壳体1滑动(即图1中的左右方向滑动)。所述第二执行元件120的摩擦片120-2与变速器内的第二旋转元件150连接，第二执行元件120摩擦盘120-1与所述第一旋转元件140键连接。同理，所述第二执行元件120摩擦盘120-1可沿连接键长度方向相对第一旋转元件140滑动。优选的，所述第一执行元件和第二执行元件的包括两个以上摩擦片和两个以上摩擦盘，所述摩擦盘优选为钢盘，所述摩擦片与摩擦盘相间设置。
所述第一执行元件的摩擦盘110-1通过花键与壳体1连接，并可沿轴向滑动(即图1中的左右方向)，所述第一旋转元件上设置有与第一执行元件的摩擦片110-2的内齿配合的第一花键毂，以及与第二执行元件的摩擦盘120-1(钢片)外齿配合的第二花键鼓；第一执行元件的摩擦片110-2通过内齿与所述第一花键毂连接，且可沿第一花键毂轴向滑动，所述第二执行元件的摩擦盘120-1通过内齿与第二花键毂连接，且可沿第二花键毂轴向滑动。第二旋转元件120上设置有与第二执行元件的摩擦片120-2内齿配合的第三花键毂，第二执行元件的摩擦片120-2通过内齿与第三花键毂连接，且可沿第三花键毂轴向滑动。其中，第一执行元件的摩擦片110-2与第二执行元件的摩擦盘120-1与第一旋转元件同速旋转，第二执行元件的摩擦片120-2可与第二旋转元件同速旋转。
为了限制所述第一执行元件110的摩擦盘110-1和第二执行元件120的摩擦盘120-1的滑动范围，所述换档执行机构在第一执行元件和第二执行元件均设置了限位件。在本实施例中，在所述第一执行元件的限位件为环形的挡圈110-3，固连于壳体1上，挡圈110-3与所述活塞相对的设置于摩擦盘110-1的侧面；所述第二执行元件的限位件也为图1中所述的环形的挡圈120-3，固连于所述第一旋转元件140上，与所述压力弹簧1200相对的设置于摩擦盘120-1的侧面。
所述作动器130设置于所述第一执行元件110的一侧，为所述第一执行元件110和第二执行元件结合或分离提供驱动力，用于互锁控制所述第一执行元件110结合所述第二执行元件120分离。所述作动器为气动作动器、液压作动器、电磁作动器或机电传动作动器中的一种。其中，所述气动作动器是指以压缩气体为动力源推动作动器内的活塞运动的作动器，从而控制第一执行元件和第二执行元件结合或分离，同理，所述液压作动器，是以高压液压油作为动力源推动作动器内的活塞运动的作动器，所述电磁作动器是以电磁阀等电磁元件推动作动器活塞运动的作动器。所述机电传动作动器包括有电机和传动结构，传动结构用于将电机转轴的周向旋转转变为轴向伸缩运动，从而驱动第一执行元件和第二执行元件结合或分离，所述传动结构可以为螺杆组件。如图1所示，在本实施例中，所述作动器为油压作动器，在所述壳体1的侧壁上设置有用于活塞管路穿过的开孔，油压作动器由外部的高压油驱动活塞左右伸缩；从而驱动第一执行元件和第二执行元件结合或分离。
如图1所示，在本实施例中，所述作动器推杆1310与第一执行元件110的摩擦盘110-1相对，用于推动所述摩擦盘110-1压紧摩擦片110-2，从而使第一执行元件110结合，从而第一旋转元件140被制动。
为了便于作动器130控制第二执行元件120分离，在本实施例中，所述换档执行机构还包括了推杆170，如图1以及图2-2，所述推杆170有多个，且均匀的分布于第一旋转元件140外圈的第一花键槽内，推杆170的一端与所述第一执行元件110的摩擦片110-2连接，另一端与所述第二执行元件的摩擦盘120-1相对。所述推杆170用于推动第二执行元件的摩擦盘120-1轴向滑动。如图2所示，当作动器130推动第一执行元件的摩擦盘110-1与摩擦片110-2结合时(即摩擦盘110-1左移)，所述推杆170与所述摩擦盘110-1一同移动，从而使推杆170推动第二执行元件的摩擦盘120-1与摩擦片120-2分离。采用所述推杆170可将作动器130的推力有效的作用于第二执行元件上，使其分离，并且推动第二执行元件分离时，所述推杆170、第一执行元件的摩擦盘110-1以及第二执行元件的摩擦盘120-1始终是同速旋转的，从而可避免他们之间的相互摩擦。
所述压力弹簧1200设置于与所述作动器130相对的另一侧，压力弹簧的一端固定，另一端与所述第二执行元件120的摩擦盘120-1相对，用于互锁控制所述第一执行元件110常开所述第二执行元件120常闭。
如图2所示，当作动器推杆1310推动摩擦盘110-1左移时，第一执行元件的摩擦盘110-1通过所述推杆170带动第二执行元件的摩擦盘120-1一同左移(克服压力弹簧的弹力)，使第二执行元件的摩擦盘120-1与摩擦片120-2分离，从而使第二执行元件处于分离状态，从而使第二旋转元件被释放可自由旋转。作动器推杆1310推动摩擦盘110-1左移的同时，推动第一执行元件的摩擦盘110-1压紧摩擦片110-2，使第一执行元件结合，从而使第一旋转元件被锁止。
可见通过所述作动器130可互锁地控制第一执行元件110结合所述第二执行元件120分离，即第一旋转元件锁止第二旋转元件旋转，变速器处于档位1状态，具体的状态图如图2所示(图2中第一执行元件110结合第二执行元件120分离)。
如图2-1所示，为所述换档执行机构第一执行元件110分离第二执行元件120结合的状态图。而当所述作动器130右移时(即卸压时)，由于压力弹簧1200向第二执行元件摩擦盘120-1的弹力作用，使第二执行元件120结合，从而使第二旋转元件被锁止；而第二执行元件的摩擦盘120-1向右移动时通过所述推杆170带动第一执行元件的摩擦盘110-1一同右移，从而使第一执行元件的摩擦盘110-1与摩擦片110-2分离，第一执行元件分离，因此第一旋转元件被释放可自由旋转，变速器处于档位2状态。可见所述压力弹簧1200可互锁控制所述第一执行元件分离所述第二执行元件结合。
所述换档执行机构100除了上述档位1和档位2还可具有第三种状态，即在档位1和档位2切换过渡阶段，所述第一执行元件和第二执行元件均分离，所述第一旋转元件和第二执行元件均处于自由旋转状态，使变速器处于空档状态。
可见，只要控制图1中作动器130右侧的外作用力施加或撤除，所述换档执行机构100即可实现第一执行元件结合/第二执行元件分离，或第一执行元件分离/第二执行元件结合的2种工作状态，进而控制变速器档位切换。相对现有的变速器至少减少了一套活塞装置，大大减小了变速器的结构，降低了变速器的成本和装配工艺难度，同时通过单个作动器控制两个执行元件，便于控制两个执行元件动作的同步性，有效避免了由执行元件动作时间差而导致的冲击、损坏而失效等问题，有效提高了换档的平顺性；并且通过单个作动器控制两个执行元件还具有防呆作用，可避免现有技术中两个作动器其中之一失效而导致变速器内旋转元件撞击毁损，进一步提高了变速器的可靠性；而且在本技术方案中当所述作动器失效时，所述压力弹簧可互锁控制所述第一执行元件常开所述第二执行元件常闭，或所述第一执行元件常闭所述第二执行元件常开，从而使变速器稳定在一个档位，使车辆仍能够行驶。上述实施方式中，换档执行机构100的作动器采用气动作动器或液压作动器时，作动器的流体管路无须通过中心轴(动力输入轴或动力输出轴)，从而降低了旋转密封成本，也避免了高速时密封失效的风险。
在其他实施例中，可将所述作动器130与压力弹簧1200的位置对调，使所述作动器130互锁控制第一执行元件分离所述第二执行元件结合，所述压力弹簧互锁控制所述第一执行元件结合所述第二执行元件分离，其具体的工作原理与过程与以上实施方式记载的相似，这里就不再赘述。
如图1和图2所示，在上述实施例中，所述第一执行元件110和第二执行元件120在纵向位于相同位置，而在其他实施例中，所述第一执行元件110、第二执行元件120以及活塞130的位置可以有多种不同的方式。
如图1-1所示，所述单控互锁式电动汽车变速器换档执行机构中第二执行元件120位于第一执行元件110与作动器130中间；
如图1-2所示，所述单控互锁式电动汽车变速器换档执行机构中作动器130位于第一执行元件110和第二执行元件120中间。
在图1-1到图1-2所示的实施中，所述换档执行机构的工作原理与图1所示的换档执行机构相似，均是通过所述作动器130与压力弹簧1200互锁控制所述第一执行元件110和第二执行元件120状态切换，从而实现档位切换，因此这里就不再赘述具体过程。
如图3所示，在一实施方式中公开了一种单控互锁式电动汽车变速器。该单控互锁式电动汽车变速器包括传动机构和换档执行机构100，其中，所述传动机构为双排行星轮系200。所述换档执行机构100为以上实施方式任一所述的变速器换档执行机构。
所述传动机构为双排行星轮系200，由动力输入轴160、动力输出轴(与行星架250连接)、第一太阳轮210、第一行星轮240、第二太阳轮220、第二行星轮和行星架250组成，第一太阳轮210为所述第一旋转元件，所述动力输入轴160为第二旋转元件；所述第一太阳轮210和第二太阳轮220前后并排设置，第二太阳轮220与第二行星轮230啮合；所述第一行星轮240为长行星轮，第一行星轮240和第二行星轮230可旋转的设置于所述行星架250上，所述行星架250连接动力输出轴，第二行星轮230和第一太阳轮210分别与所述第一行星轮240啮合。第一太阳轮210通过第一执行元件110与壳体1连接，并通过第二执行元件120与动力输入轴160以及第二太阳轮220连接。
在其他实施方式中，所述第一太阳轮210与所述第一旋转元件连接，与第一旋转元件一同旋转；所述动力输入轴160与第二旋转元件连接，与第发给旋转元件一同旋转。
上述电动汽车变速器包括3个档位；
如3-1所示，档位一为：第一执行元件110结合，第二执行元件120分离，动力输入轴通过第二太阳轮220和第二行星轮230与动力输出轴160连接；其传动比为：
其中，zs1为前排太阳轮齿数，zs2为后排太阳轮齿数。
如图3-2所示，档位二为：第一执行元件110分离，第二执行元件120结合，第一太阳轮210和第二太阳轮220挟持行星架250同速旋转，使动力输入轴160与动力输出轴同速旋转，其传动比为：1:1。
在图3-1和图3-2中，加粗虚线与线头为动力传输线路与方向。
在其他实施例中，所述传动机构还可以是单排行星轮系，所述第一旋转元件和第二旋转元件为变速器进行档位切换时，变速器内需要控制状态改变的对象。在不同的实施例中，所述第一旋转元件与第二旋转元件为变速器内不同的部件。例如在有些实施例中，所述第一旋转元件为行星轮系中的太阳轮或动力输入轴，第二旋转元件为动力输出轴、或行星轮系中的行星架或齿圈。
表1为2档变速器的常规控制策略方案和本发明的对比。
表1
根据表1可知，现有技术中电动汽车变速器换档时，需要分别控制2个外作用力来控制第一执行元件和第二执行元件的工作状态。采用本发明的单控互锁式结构，只要控制单个作动器的作用力的施加或撤除，即可分别实现变速器的1档、2档或r档切换。施加外作用力时，活塞可联动互锁地控制制动器结合/离合器分离；撤除外作用力时，膜片弹簧力可联动互锁地控制制动器分离/离合器结合。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或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，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。