一种电动车辆及其集成驱动系统的制作方法

[0001]
本发明涉及电动车辆领域，尤其涉及一种电动车辆及其集成驱动系统。


背景技术：

[0002]
目前，我国的电动汽车动力系统多采用单电机直驱+驱动桥、单电机+单级减速器、单电机+两挡amt变速箱方案。采用单电机直驱+驱动桥、单电机+单级减速器方案的电动汽车，为了兼顾动力性和高速行驶两种性能要求，电机功率需要足够大，而大功率电机成本高且重量大，同时电机很难维持在高效区工作，使得车辆电量消耗大、行驶里程短，严重影响整车经济性和动力性。对于采用单电机+两挡amt变速箱方案的电动汽车，虽然能使电机维持在高效区工作，但所采用的电机依然存在功率较大、成本较高的问题，且换挡过程动力中断带来车辆顿挫，舒适性差。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于提供一种集成驱动系统，用以解决目前现有的集成驱动系统中电机功率要求较高、功效较低的问题。同时，本发明的目的还在于提供一种兼顾动力性和高速行驶的电动车辆。
[0004]
本发明的集成驱动系统包括：第一电机；第二电机；变速机构，包括差速机构、换挡机构及行星减速机构；第一电机的第一电机轴与行星减速机构的太阳轮连接，行星减速机构的齿圈与差速机构的输入端连接；第二电机的第二电机轴通过换挡机构与差速机构的输入端连接；差速机构的两输出端用于分别连接左半轴和右半轴，并通过左、右半轴带动车轮转动；行星减速机构的行星架固定设置。
[0005]
本发明的集成驱动系统在使用于电动车辆上时，在需求输出功率较大时可通过两个电机驱动车轮转动，这样单个电机的功率要求较低，降低了电机成本和重量；根据不同的功率需求，可以控制一个电机单独工作或两个电机同时工作，通过换挡机构能够使电机维持在高效区工作，兼顾了车辆动力性和高速行驶的要求；而且，在换挡过程中，可以通过第一电机进行转矩补偿，避免出现动力中断、车辆顿挫的问题。采用本发明的集成驱动系统的电动车辆动力性、经济性及舒适性都得到了提升。
[0006]
进一步地，第一电机和第二电机布置在变速机构的相对两侧，第一电机轴和第二电机轴均为空心轴以分别供左半轴和右半轴穿过。两个电机左右对称布置，更容易控制整个机构的重心，在安装于电动车辆上时，更容易保证整体重心处于车宽中部位置，提升了车辆的稳定性。
[0007]
在以上两种方案任意一种的基础上，所述换挡机构为单中间轴换挡机构，这种换
挡机构结构紧凑、占用空间小。
[0008]
具体地，所述换挡机构为两挡换挡机构，所述换挡机构包括中间轴，中间轴上装配有换挡同步机构，中间轴上空套装配有一挡从动齿轮、二挡从动齿轮，一挡从动齿轮和二挡从动齿轮分别与第二电机轴上的一挡主动齿轮和二挡主动齿轮对应啮合，换挡同步机构用于实现中间轴分别与一挡从动齿轮和二挡从动齿轮结合，进而实现动力的一二挡位切换。这种单中间轴的两挡换挡机构相对简单，可靠性好，且可通过增加/减少齿轮及换挡同步机构实现挡位的增减。
[0009]
或者，所述换挡机构是具有两个以上中间轴的多中间轴换挡机构，且中间轴的数量与挡位数相等。这种换挡机构每根中间轴的轴向长度较短，占用轴向空间小，更适宜布置在车宽尺寸有要求的车辆上。
[0010]
具体地，所述换挡机构为两挡换挡机构，所述换挡机构包括第一中间轴和第二中间轴，第一中间轴上装配有换挡同步机构、一挡减速齿轮，第二中间轴上装配有换挡同步机构、二挡减速齿轮，两中间轴分别空套装配有从动齿轮，从动齿轮与第二电机轴传动连接，一挡、二挡减速齿轮与差速机构传动连接，换挡同步机构用于实现中间轴与从动齿轮的同步转动。这种双中间轴的两挡换挡机构简单可靠，中间轴上的随转齿轮数量较少，电机效率较高。
[0011]
所述第一电机和第二电机均为isg电机，这样在车辆制动时，能够更加灵活的实现动能回收。
[0012]
在结构上，变速机构所包括的差速机构、换挡机构及行星减速机构集成在变速箱壳体内，这样提高了集成驱动系统的集成化程度，不仅能够减小体积，对于各传动齿轮的密封和防护效果较好。
[0013]
本发明的电动车辆包括：车架；电源；控制系统；及集成驱动系统；集成驱动系统包括：第一电机；第二电机；变速机构，包括差速机构、换挡机构及行星减速机构；第一电机的第一电机轴与行星减速机构的太阳轮连接，行星减速机构的齿圈与差速机构的输入端连接；第二电机的第二电机轴通过换挡机构与差速机构的输入端连接；差速机构的两输出端用于分别连接左半轴和右半轴，并通过左、右半轴带动车轮转动；行星减速机构的行星架相对车架固定设置；车架上安装有车轮，电源与控制系统连接，控制系统与集成驱动系统连接。
[0014]
本发明的电动车辆通过两个电机驱动车轮转动，这样单个电机的功率要求较低，降低了电机成本和重量；根据不同的功率需求，可以通过控制系统控制一个电机单独工作或两个电机同时工作，通过换挡机构能够使电机维持在高效区工作，兼顾了车辆动力性和
高速行驶的要求；而且，在换挡过程中，可以通过第一电机进行转矩补偿，避免出现动力中断、车辆顿挫的问题，最终使得电动车辆动力性、经济性及舒适性都得到了提升。
[0015]
进一步地，第一电机和第二电机布置在变速机构的相对两侧，第一电机轴和第二电机轴均为空心轴以分别供左半轴和右半轴穿过。两个电机左右对称布置，更容易控制整个机构的重心，在安装于电动车辆上时，更容易保证整体重心处于车宽中部位置，提升了车辆的稳定性。
[0016]
在以上两种方案任意一种的基础上，所述换挡机构为单中间轴换挡机构，这种换挡机构结构紧凑、占用空间小。
[0017]
具体地，所述换挡机构为两挡换挡机构，所述换挡机构包括中间轴，中间轴上装配有换挡同步机构，中间轴上转动套装有一挡从动齿轮、二挡从动齿轮，一挡从动齿轮和二挡从动齿轮分别与第二电机轴上的一挡主动齿轮和二挡主动齿轮对应啮合，换挡同步机构用于实现中间轴分别与一挡从动齿轮和二挡从动齿轮结合，进而实现动力的一二挡位切换。这种单中间轴的两挡换挡机构相对简单，可靠性好，且可通过增加/减少齿轮及换挡同步机构实现挡位的增减。
[0018]
或者，所述换挡机构是具有两个以上中间轴的多中间轴换挡机构，且中间轴的数量与挡位数相等。这种换挡机构每根中间轴的轴向长度较短，占用轴向空间小，更适宜布置在车宽尺寸有要求的车辆上。具体地，所述换挡机构为两挡换挡机构，所述换挡机构包括第一中间轴和第二中间轴，第一中间轴上装配有换挡同步机构、一挡减速齿轮，第二中间轴上装配有换挡同步机构、二挡减速齿轮，两中间轴分别空套装配有从动齿轮，从动齿轮与第二电机轴传动连接，一挡、二挡减速齿轮与差速机构传动连接，换挡同步机构用于实现中间轴与从动齿轮的同步转动。这种双中间轴的两挡换挡机构简单可靠，中间轴上的随转齿轮数量较少，电机效率较高。
[0019]
所述第一电机和第二电机均为isg电机，这样在车辆制动时，能够更加灵活的实现动能回收。
[0020]
在结构上，变速机构所包括的差速机构、换挡机构及行星减速机构集成在变速箱壳体内，这样提高了集成驱动系统的集成化程度，不仅能够减小体积，对于各传动齿轮的密封和防护效果较好。
[0021]
在具体布置时，集成驱动系统通过悬置安装在车架上，避免集成驱动系统总成振动直接传递至车架上引起nvh问题。
附图说明
[0022]
图1为本发明的集成驱动系统的简图；图2为本发明的集成驱动系统的传动构型图。
[0023]
图中：1-左半轴；2-第一电机；3-太阳轮；4-差速机构；5-主减主动齿轮；6-中间轴；7-二挡从动齿轮；8-换挡同步机构；9-一挡从动齿轮；10-变速机构；11-第二电机；12-右半轴；13-第二电机轴；14-一挡主动齿轮；15-二挡主动齿轮；16-主减从动齿轮；17-齿圈；18-行星轮；19-第一电机轴；20-车轮；21-电机控制器；22-电源。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0025]
本发明的电动车辆的具体实施例，包括车架，车架上通过悬架安装有车轮。车架上还配置有电源、集成驱动系统以及控制系统。
[0026]
如图1所示的为本发明的电动车辆的集成驱动系统的简图，从图中可以清楚的看出，集成驱动系统主要包括第一电机2、第二电机11以及变速机构10，第一电机2、第二电机11均传动连接于变速机构10并通过变速机构10向车轮20输出转矩。第一电机2和第二电机11布置在变速机构10的相对两侧，第一电机轴19和第二电机轴13均为空心轴以分别供左半轴1和右半轴12穿过并传动连接于车轮20。控制系统主要包括电机控制器21，以分别用于控制第一、第二电机。其中，第一电机2和第二电机11均为isg电机，这样在车辆制动时，能够更加灵活的实现动能回收。电源22与控制系统供电连接，控制系统与集成驱动系统供电连接，在控制系统的控制下，集成驱动系统可实现多种工作模式。
[0027]
从图2中可以清楚的看出第一、第二电机与变速机构之间的传动关系。具体地，变速机构10包括差速机构4、换挡机构以及行星减速机构。第一电机2的第一电机轴19与行星减速机构的太阳轮3连接，行星减速机构的齿圈17与差速机构4的输入端（即框架主齿轮）连接，行星减速机构的行星架上装配有行星轮18，第二电机11的第二电机轴13通过两挡换挡机构与差速机构4的输入端（即框架主齿轮）连接，差速机构4的两输出端分别连接左半轴1和右半轴12，并通过左、右半轴带动车轮20转动。
[0028]
本实施例中的两挡换挡机构为单中间轴换挡机构。如图2所示，中间轴6上装配有换挡同步机构8，中间轴6上空套装配有一挡从动齿轮9、二挡从动齿轮7，一挡从动齿轮9和二挡从动齿轮7分别与第二电机轴13上的一挡主动齿轮14和二挡主动齿轮15对应啮合，换挡同步机构8用于实现中间轴6分别与一挡从动齿轮9和二挡从动齿轮7结合，进而实现动力的一二挡位切换。在换挡同步机构8实现中间轴6与一挡从动齿轮9或二挡从动齿轮7的同步转动时，中间轴6转动，并通过主减主动齿轮5向与其啮合的主减从动齿轮16传递转矩，主减从动齿轮16作为差速机构的框架主齿轮向差速机构输入转矩。
[0029]
两挡换挡机构的中间轴与右半轴前后布置，这样使得变速机构不占用高度方向的空间，方便车辆底盘的设置。
[0030]
构成变速机构10的行星减速机构、差速机构4及换挡机构集成设计，处于变速箱壳体内，第一电机2和第二电机11的壳体与变速箱壳体通过螺栓连接成一体，第一电机2的第一电机轴19与行星减速机构的太阳轮3通过花键止转连接，第二电机11的第二电机轴13与一挡主动齿轮14、二挡主动齿轮15通过花键止转连接。整个集成驱动系统总成通过悬置安装于车架之上，通过左、右半轴驱动车辆行驶，避免集成驱动系统总成振动直接传递至车架上引起nvh问题。
[0031]
本实施例中，第二电机11作为车辆的主驱电机，第一电机2作为辅助驱动电机。本发明的车辆可通过其集成驱动系统实现以下九种工作模式。
[0032]
单电机一挡模式：车辆起步至升挡转速之前，变速机构10挂入一挡，换挡同步机构8与一挡从动齿轮9结合，第二电机11提供动力经中间轴6、主减齿轮副、差速机构4及左右半轴驱动车辆行驶，第一电机2随转；单电机二挡模式：车辆车速超过升挡转速之后，变速机构10挂入二挡，换挡同步机构8
与二挡从动齿轮7结合，第二电机11提供动力经中间轴6、主减齿轮副、差速机构4及左右半轴驱动车辆行驶，第一电机2随转；双电机助力一挡模式：车辆起步至升挡转速之前，当整车扭矩需求较大时，变速机构10挂入一挡，换挡同步机构8与一挡从动齿轮9结合，第二电机11提供动力经中间轴6、主减齿轮副、差速机构4到左右半轴，第一电机2提供辅助动力经行星减速机构、差速机构4到左右半轴，二者动力之和驱动车辆行驶；双电机助力二挡模式：车辆车速超过升挡转速之后，当整车扭矩需求较大时，变速机构10挂入二挡，换挡同步机构8与二挡从动齿轮7结合，第二电机11提供动力经中间轴6、主减齿轮副、差速机构4到左右半轴，第一电机2提供辅助动力经行星减速机构、差速机构4到左右半轴，二者动力之和驱动车辆行驶；高速巡航模式：当车速超过高速巡航起始车速后，且整车需求扭矩不大时，变速机构10挂入空挡，第一电机2提供动力经行星减速机构、差速机构4到左右半轴驱动车辆高速巡航行驶；单电机制动回收模式：当车速超过高速巡航起始车速且整车制动扭矩不大时，变速机构10在空挡位，第一电机2直接回收制动功率；当车速超过升挡转速且整车制动扭矩不大时，变速机构10在二挡位，第二电机11直接回收制动功率；当车速低于升挡转速且整车制动扭矩不大时，变速机构10在一挡位，第二电机11直接回收制动功率；双电机一挡制动回收模式：当车速低于升挡转速且整车制动扭矩较大时，变速机构10在一挡位。一部分制动功率由差速机构4经主减齿轮副、中间轴6及一挡齿轮副被第二电机11回收；另一部分制动功率由差速机构4经行星减速机构被第一电机2回收；双电机二挡制动回收模式：当车速超过升挡转速且整车制动扭矩较大时，变速机构10在二挡位。一部分制动功率由差速机构4经主减齿轮副、中间轴6及二挡齿轮副被第二电机11回收；另一部分制动功率由差速机构4经行星减速机构被第一电机2回收；换挡模式：第二电机11撤扭调速，由第一电机2提供扭矩补偿，避免动力中断及其带来的车辆顿挫。
[0033]
本发明的电动车辆将双电机与两挡变速机构同轴布置，实现双电机、两挡变速机构及驱动桥三者之间的高度集成，简化了结构并有效减少零部件数量，实现轻量化；采用双电机驱动，大大降低了电机功率和成本；采用两挡变速机构，使主驱动电机始终工作在高效区，提升了电机效率，车辆动力性和经济性可显著提升；换挡过程由第一电机提供扭矩补偿，避免主驱动电机因换挡带来的扭矩中断及车辆顿挫，提升车辆舒适性。
[0034]
当然，本发明的车辆并不仅限于以上所描述的实施例。例如在其他实施方式中，第一电机和第二电机分别出于变速箱壳体的前后两侧，或者两个电机中的一个与变速箱壳体前后布置，另一个与变速箱壳体左右布置。
[0035]
例如，换挡机构可以是具有两个以上中间轴的多中间轴换挡机构，且中间轴的数量与挡位数相等。以两挡换挡机构为例，换挡机构包括第一中间轴和第二中间轴，第一中间轴上装配有换挡同步机构、一挡减速齿轮，第二中间轴上装配有换挡同步机构、二挡减速齿轮，两中间轴分别空套装配有一二挡从动齿轮，从动齿轮与第二电机轴传动连接，一挡、二挡主减速齿轮与差速机构传动连接，换挡同步机构用于实现中间轴与从动齿轮的同步转动。此时，两个中间轴可布置在右半轴的前后两侧。
[0036]
或者在其他实施方式中，换挡机构可以为三挡换挡机构或四挡换挡机构。
[0037]
或者在其他实施方式中，差速机构、换挡机构以及行星减速机构可以均具有独自的壳体，三者通过壳体件的相对固定固连在一起；电驱动系统也可以直接固定安装在车架上。
[0038]
本发明的集成驱动系统的实施例：其具体结构与上述电动车辆的实施例中的集成驱动系统的结构相同，不再重复描述。

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