本發(fā)明涉及新能源汽車(chē)傳動(dòng)，尤其涉及一種雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)及換擋控制方法。

背景技術(shù)：

1、目前，單擋位電驅(qū)動(dòng)橋很難同時(shí)滿(mǎn)足低速大扭矩和高速高功率需求。因此，各大整車(chē)廠(chǎng)和供應(yīng)商開(kāi)始聚焦于多擋位電驅(qū)動(dòng)橋的研發(fā)。當(dāng)前電驅(qū)動(dòng)橋?qū)崿F(xiàn)多擋功能的方式主要有兩類(lèi)：

2、第一類(lèi)是沿用傳統(tǒng)變速器或基于其進(jìn)行改進(jìn)的方式，例如無(wú)離合自動(dòng)機(jī)械變速器（amt）和雙離合變速器（dct）。此類(lèi)方式具有成本較低、傳動(dòng)效率高且換擋控制相對(duì)容易的優(yōu)點(diǎn)。然而，amt在換擋過(guò)程中存在動(dòng)力中斷的問(wèn)題，而dct的扭矩傳遞能力有限，且不利于驅(qū)動(dòng)橋的集成化設(shè)計(jì)。

3、第二類(lèi)是新型變速方式，采用雙電機(jī)或多電機(jī)進(jìn)行模式切換以實(shí)現(xiàn)多擋功能，或者通過(guò)行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)合離合器、制動(dòng)器等進(jìn)行組合精確控制以實(shí)現(xiàn)多擋功能。此類(lèi)新型方式雖然能夠滿(mǎn)足多擋需求，但模式切換和換擋控制復(fù)雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且成本較高。

4、隨著電驅(qū)動(dòng)橋電機(jī)的高速化發(fā)展，當(dāng)前市場(chǎng)普遍采用的偏置式電驅(qū)動(dòng)橋和同軸電驅(qū)動(dòng)橋均面臨新的挑戰(zhàn)。偏置式電驅(qū)動(dòng)橋由于質(zhì)心偏載導(dǎo)致低頻振動(dòng)沖擊問(wèn)題日益顯著，且采用amt的電驅(qū)動(dòng)橋還需增設(shè)中間軸，進(jìn)一步加劇了偏置問(wèn)題。而行星齒輪式的同軸電驅(qū)動(dòng)橋在高速運(yùn)行時(shí)，行星輪數(shù)量多且變形大，導(dǎo)致不均載程度增加，齒輪和軸承易失效。此外，行星輪嚙合同階次，且隨行星架旋轉(zhuǎn)，nvh（汽車(chē)噪聲、振動(dòng)與舒適性）問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)重。

5、綜上所述，現(xiàn)有電驅(qū)動(dòng)橋在多擋實(shí)現(xiàn)方式以及高速運(yùn)行時(shí)均面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。因此，本發(fā)明綜合考慮上述兩類(lèi)多擋實(shí)現(xiàn)方式及其在高速運(yùn)行時(shí)面臨的問(wèn)題，提出了一種綜合利用行星齒輪機(jī)構(gòu)和amt優(yōu)勢(shì)的偏置式同軸雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，并給出了相應(yīng)的換擋控制方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的動(dòng)力中斷、控制復(fù)雜以及結(jié)構(gòu)和性能問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)及換擋控制方法，以解決現(xiàn)有電驅(qū)動(dòng)橋換擋系統(tǒng)動(dòng)力中斷、控制復(fù)雜的問(wèn)題，以及隨著電驅(qū)動(dòng)橋高速化發(fā)展，集成多擋系統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)橋面臨諸多挑戰(zhàn)的問(wèn)題，從而提高電驅(qū)動(dòng)橋運(yùn)行效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，包括：

3、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，與主軸同軸布置并通過(guò)軸承空套于主軸上；

4、一級(jí)齒輪副，其主動(dòng)齒輪連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸，其從動(dòng)齒輪連接副軸一；

5、二級(jí)齒輪副，其主動(dòng)齒輪連接副軸二；其從動(dòng)齒輪通過(guò)差速器連接主軸；

6、同步器，包括高擋同步齒輪、花鍵轂、接合套和低擋同步齒輪，所述高擋同步齒輪與所述一級(jí)齒輪副的從動(dòng)齒輪花鍵連接，所述低擋同步齒輪空套于所述副軸一并固定在殼體上，所述花鍵轂內(nèi)環(huán)連接行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈架，通過(guò)所述接合套的軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)高低擋切換；

7、行星齒輪機(jī)構(gòu)，包括太陽(yáng)輪、行星齒輪、行星架、齒圈及齒圈架，所述太陽(yáng)輪通過(guò)副軸一與一級(jí)齒輪副的從動(dòng)齒輪連接，所述行星架通過(guò)副軸二連接二級(jí)齒輪副的主動(dòng)齒輪，所述齒圈通過(guò)花鍵轂與同步器連接。

8、可選地，當(dāng)接合套與高擋同步齒輪嚙合時(shí)，齒圈與太陽(yáng)輪接合形成直通傳動(dòng)；當(dāng)接合套與低擋同步齒輪嚙合時(shí)，齒圈鎖止于殼體，行星齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)。

9、可選地，所述行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈通過(guò)同步器將齒圈架鎖止在殼體上時(shí)，行星齒輪機(jī)構(gòu)作為減速機(jī)構(gòu)，提供減速比，電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)工作在低擋；所述行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈通過(guò)同步器將齒圈架與一級(jí)齒輪副的從動(dòng)齒輪連接時(shí)，太陽(yáng)輪和齒圈接合為一體作為主動(dòng)件，行星齒輪作為從動(dòng)件，電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)工作在高擋。

10、可選地，電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)工作在高擋時(shí)，所述行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為1，電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)工作在低擋時(shí)，通過(guò)太陽(yáng)輪輸入、行星架輸出實(shí)現(xiàn)減速。

11、可選地，所述同步器的接合套設(shè)有u型槽，與換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合，通過(guò)軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)高擋與低擋切換；所述接合套的接合齒端部設(shè)置斜面，用于減少?lài)Ш蠜_擊。

12、可選地，所述高擋同步齒輪和低擋同步齒輪均包括接合部與摩擦部，所述接合部設(shè)有插槽，與接合齒配合傳遞扭矩；所述摩擦部與接合齒下表面接觸，用于同步轉(zhuǎn)速差。

13、可選地，所述花鍵轂外環(huán)布置有矩形外花鍵，與所述接合套的接合齒配合以傳遞扭矩，同時(shí)允許所述接合套軸向移動(dòng)，所述花鍵轂內(nèi)環(huán)通過(guò)內(nèi)花鍵固定在所述行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈架輸入端。

14、可選地，所述一級(jí)齒輪副和/或所述二級(jí)齒輪副為斜齒輪副。

15、可選地，所述副軸一、所述副軸二同軸心設(shè)置，且均與所述主軸平行，以實(shí)現(xiàn)同軸偏置。

16、可選地，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁同步電機(jī)或感應(yīng)電機(jī)，具有轉(zhuǎn)矩模式、自由模式及轉(zhuǎn)速模式三種工作狀態(tài)。

17、在另一方面，本發(fā)明還提供一種雙擋電驅(qū)動(dòng)橋換擋控制方法，基于上述任一項(xiàng)所述的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，該換擋控制方法包括升擋控制和降擋控制；

18、升檔控制包括以下步驟：

19、步驟s101、電驅(qū)動(dòng)橋接收到升擋指令后開(kāi)始換擋，花鍵轂、接合套、齒圈架及齒圈的轉(zhuǎn)速為零但扭矩不為零，驅(qū)動(dòng)電機(jī)清除扭矩至零；

20、步驟s102、同步器接合套在換擋機(jī)構(gòu)作用下向左移動(dòng)，完成摘擋；

21、步驟s103、驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使其與花鍵轂轉(zhuǎn)速差達(dá)到調(diào)速要求，完成調(diào)速；

22、步驟s104、同步器掛擋，接合套繼續(xù)向左移動(dòng)，與高擋同步齒輪摩擦同步后完全嚙合，完成掛擋；

23、步驟s105、驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)動(dòng)力需求恢復(fù)扭矩；

24、步驟s106、動(dòng)力經(jīng)一級(jí)齒輪副、行星齒輪機(jī)構(gòu)、行星架、二級(jí)齒輪副、差速器，并通過(guò)主軸輸出；

25、降檔控制包括以下步驟：

26、步驟s201、電驅(qū)動(dòng)橋接收到降擋指令后開(kāi)始換擋，齒圈和太陽(yáng)輪通過(guò)同步器接合為一體作為主動(dòng)件，花鍵轂、接合套、齒圈架及齒圈、高擋同步齒輪接合部的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均與一級(jí)齒輪副從動(dòng)齒輪相同；

27、步驟s202、同步器接合套在換擋機(jī)構(gòu)作用下向右移動(dòng)，完成摘擋；

28、步驟s203、驅(qū)動(dòng)電機(jī)清除扭矩至零；

29、步驟s204、同步器掛擋，接合套繼續(xù)向右移動(dòng)，與低擋同步齒輪摩擦同步后完全嚙合，完成掛擋；

30、步驟s205、驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)動(dòng)力需求恢復(fù)扭矩；

31、步驟s206、行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈鎖止，動(dòng)力經(jīng)一級(jí)齒輪副、行星齒輪機(jī)構(gòu)太陽(yáng)輪、行星齒輪、行星架、二級(jí)齒輪副、差速器，并通過(guò)主軸輸出。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少公開(kāi)以下有益效果：

33、本發(fā)明提出了一種改進(jìn)型的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)及換擋控制方法，綜合選用amt變速器同步器和行星齒輪機(jī)構(gòu)多模式功能，具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制，且具有結(jié)構(gòu)緊湊和動(dòng)力不中斷優(yōu)勢(shì)。同時(shí)驅(qū)動(dòng)橋采用副軸進(jìn)行同軸偏置布置，緩解多擋偏置電驅(qū)動(dòng)橋質(zhì)心偏置加劇問(wèn)題，避免高速電機(jī)與行星齒輪機(jī)構(gòu)直連，改善行星齒輪不均載和nvh問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)接合套（43）與高擋同步齒輪（41）嚙合時(shí)，齒圈（54）與太陽(yáng)輪（51）接合形成直通傳動(dòng)；當(dāng)接合套（43）與低擋同步齒輪（44）嚙合時(shí)，齒圈（54）鎖止于殼體，行星齒輪機(jī)構(gòu)（5）實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，其特征在于，所述行星齒輪機(jī)構(gòu)（5）的齒圈（54）通過(guò)同步器（4）將齒圈架（55）鎖止在殼體上時(shí)，行星齒輪機(jī)構(gòu)（5）作為減速機(jī)構(gòu)，提供減速比，電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)工作在低擋；所述行星齒輪機(jī)構(gòu)（5）的齒圈（54）通過(guò)同步器（4）將齒圈架（55）與一級(jí)齒輪副（2）的從動(dòng)齒輪連接時(shí)，太陽(yáng)輪（51）和齒圈（54）接合為一體作為主動(dòng)件，行星齒輪（52）作為從動(dòng)件，電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)工作在高擋。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，其特征在于，電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)工作在高擋時(shí)，所述行星齒輪機(jī)構(gòu)（5）的傳動(dòng)比為1，電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)工作在低擋時(shí)，通過(guò)太陽(yáng)輪（51）輸入、行星架（53）輸出實(shí)現(xiàn)減速。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，其特征在于，所述同步器（4）的接合套（43）設(shè)有u型槽（432），與換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合，通過(guò)軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)高擋與低擋切換；所述接合套（43）的接合齒（431）端部設(shè)置斜面，用于減少?lài)Ш蠜_擊。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，其特征在于，所述高擋同步齒輪（41）和低擋同步齒輪（44）均包括接合部與摩擦部，所述接合部設(shè)有插槽，與接合齒（431）配合傳遞扭矩；所述摩擦部與接合齒（431）下表面接觸，用于同步轉(zhuǎn)速差。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，其特征在于，所述花鍵轂（42）外環(huán)布置有矩形外花鍵，與所述接合套（43）的接合齒（431）配合以傳遞扭矩，同時(shí)允許所述接合套（43）軸向移動(dòng)，所述花鍵轂（42）內(nèi)環(huán)通過(guò)內(nèi)花鍵固定在所述行星齒輪機(jī)構(gòu)（5）的齒圈架（55）輸入端。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，其特征在于，所述一級(jí)齒輪副（2）和/或所述二級(jí)齒輪副（6）為斜齒輪副。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，其特征在于，所述副軸一（3）、所述副軸二（9）同軸心設(shè)置，且均與所述主軸（8）平行，以實(shí)現(xiàn)同軸偏置。

10.一種雙擋電驅(qū)動(dòng)橋換擋控制方法，根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)，其特征在于，包括升擋控制和降擋控制；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于新能源汽車(chē)傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)一種雙擋電驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)及換擋控制方法，該系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、一級(jí)齒輪副、二級(jí)齒輪副、同步器及行星齒輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)同步器的軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)高低擋切換。高擋時(shí)，行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈與太陽(yáng)輪接合，傳動(dòng)比為1；低擋時(shí)，齒圈鎖止，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)。換擋控制方法包括升擋和降擋流程，通過(guò)清除扭矩、摘擋、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、掛擋及恢復(fù)扭矩等步驟，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力不中斷換擋。本發(fā)明具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于控制、動(dòng)力不中斷等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)橋采用副軸進(jìn)行同軸偏置布置，緩解多擋偏置電驅(qū)動(dòng)橋質(zhì)心偏置加劇問(wèn)題，避免高速電機(jī)與行星齒輪機(jī)構(gòu)直連，改善行星齒輪不均載和NVH問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：黃志超,高小林,胡義華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華東交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15