一种重型新能源汽车三挡变速系统、驱动系统及其工作方法

技术领域

本发明属于电动卡车换挡技术领域，具体涉及一种有三个档位，采用高速、低扭矩电机作为驱动的重型新能源汽车三挡变速系统、驱动系统及其工作方法。

背景技术

电动汽车在货运领域发展势头强劲，由于二氧化碳排放量高，各国正在将柴油卡车中的很大一部分通过零排放的新能源汽车取代，同时电动机比柴油发动机更清洁、更安静，这将有利于环境以及城市的可持续发展。驱动电机由车辆电源提供电能，电机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置直接驱动车轮和工作装置。重型新能源汽车，尤其是重载卡车的特点是经常启动、加速、减速、停车等。重卡在起步和爬坡时需要高扭矩，在高速巡航时需要高转速。即要求驱动系统既能满足高扭矩要求，又能满足高转速要求。

目前的重型新能源汽车主要通过最高转速约3000r/min的低速大扭矩电机驱动。后接一个多挡自动变速器。由于电机转速低，工作转速范围较窄，所以一般需要变速箱具备4到6个挡位，变速系统相对复杂。而且这类电机由于扭矩大，所以尺寸大、重量大、成本较高。因此亟待设计一种新的重型新能源汽车变速系统和驱动系统，减轻重量、简化结构、降低成本。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明目的是提供一种采用高转速电机(最高转速6000-7000r/min)的驱动系统，配合结构简单的三挡变速系统，达到减轻重量、简化机构、降低成本的目标。该变速系统采用前副箱和主箱的结构，前副箱和主箱内各布置一个同步器，可组合实现三个挡位的变速切换。主箱采用双中间轴结构，减小中心距、减小齿宽，结构更紧凑、成本更低。该变速系统一挡为四级传动，可以实现大速比，从而满足重型新能源汽车的最大爬坡、起步加速性的动力性要求。二、三挡为两级传动，效率高，速比覆盖常用车速及最大车速，满足重型新能源汽车高续航里程的经济性要求。

为了实现上述目的，本发明提供一种重型新能源汽车三挡变速系统，包括前副箱、主箱，前副箱连接动力输入，主箱进行动力输出，主箱与前副箱连接且进行动力传递，

所述前副箱包括输入轴、第一同步器、第一传动轴、第二传动轴，所述输入轴与驱动器连接，通过第一同步器的连接与切换；经过或不经过第一传动轴、传动齿轮，输入轴与第二传动轴进行联接，

所述主箱包括双中间轴A、双中间轴B、第二同步器，通过第二同步器的连接与切换，所述双中间轴A、双中间轴B以输出轴为中心对称设置；经过两组速比不同的传动齿轮，所述第二传动轴与输出轴实现联接。

在上述重型新能源汽车三挡变速系统中，所述前副箱还包括固连于输入轴上的第一齿轮、固连于第一传动轴上的第二齿轮和第三齿轮、套接且不固连在第二传动轴上的第四齿轮、固连于第二传动轴上的第五齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，所述第一同步器可维持中断、与第一齿轮结合、与第四齿轮结合三种状态。

在上述重型新能源汽车三挡变速系统中，所述主箱还包括固连于双主轴A上的第六齿轮、第九齿轮和第十一齿轮、固连于双主轴B上的第七齿轮、第十齿轮和第十三齿轮、套接且不固连于输出轴上的第八齿轮和第十二齿轮，所述第六齿轮与第七齿轮以输出轴为中心对称设置且均与第五齿轮啮合，第九齿轮与第十齿轮以输出轴为中心对称设置且均与第八齿轮啮合，第十一齿轮与第十三齿轮以输出轴为中心对称设置且均与第十二齿轮啮合，所述第二同步器可维持中断、与第八齿轮结合、与第十二齿轮结合三种状态。

在上述重型新能源汽车三挡变速系统中，所述第一传动轴、双中间轴A、双中间轴B两端均连接有安装于壳体的轴承，第二传动轴后端通过轴承支撑在壳体内部。

相应地，公开一种重型新能源汽车三挡驱动系统，包括上述重型新能源汽车三挡变速系统，还包括驱动电机，所述驱动电机与上述输入轴连接，进行动力输入。

在上述的一种重型新能源汽车三挡驱动系统中，所述电机为轴向磁通盘式电机。

相应地，公开一种重型新能源汽车工作方法，包括以下工作模式，

空挡模式：所述第二同步器中断，第一同步器与第四齿轮结合，

一档爬坡模式：所述第一同步器与第四齿轮结合，第二同步器与第十二齿轮结合，

二档普通模式：所述第一同步器与第一齿轮结合，第二同步器与第十二齿轮结合，

三挡高速模式：所述第一同步器与第一齿轮结合，第二同步器与第八齿轮结合，

第十一齿轮、第十三齿轮与第十二齿轮的速比，比第九齿轮、第十齿轮与第八齿轮的速比要大。

本发明的有益效果：

本发明避免采用扭矩较大的电机，采用高速驱动电机，同样功率的情况下，体积更小、重量更轻、成本更低。变速系统采用前副箱、主箱的设计，主副箱内各布置一个同步器，两个同步器依次动作，实现三个挡位的快速切换。三个速比配合高转速电机，可以满足重型新能源汽车的最大爬坡、起步加速性的动力性要求，同时实现高续航里程的经济性目标换挡响应时间较快，可以满足重型新能源汽车的最大爬坡、起步加速性的动力性要求，同时实现高续航里程的经济性目标。

附图说明

图1为本发明所述的重型新能源汽车三挡变速系统的原理示意图；

图2为本发明所述的重型新能源汽车三挡电驱系统的原理示意图；

图3为本发明所述的重型新能源汽车三挡电驱系统在空挡模式的动力传递示意图；

图4为本发明所述的重型新能源汽车三挡电驱系统在一档模式的动力传递示意图；

图5为本发明所述的重型新能源汽车三挡电驱系统在二档模式的动力传递示意图；

图6为本发明所述的重型新能源汽车三挡电驱系统在三档模式的动力传递示意图。

图中：1、输入轴，2、第一传动轴，3、第一同步器，4、第二传动轴，5、双中间轴A，6、双中间轴B，7、第二同步器，8、输出轴，901、第一齿轮，902、第二齿轮，903、第三齿轮，904、第四齿轮，905、第五齿轮，906、第六齿轮，907、第七齿轮，908、第八齿轮，909、第九齿轮，910、第十齿轮，911、第十一齿轮，912、第十二齿轮，913、第十三齿轮，10、驱动电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：如图1所示，一种重型新能源汽车三挡变速系统，包括前副箱、主箱，前副箱连接动力输入，主箱进行动力输出，主箱与前副箱连接且进行动力传递。

前副箱包括输入轴1、第一同步器3、第一传动轴2、第二传动轴4，输入轴1与驱动器连接，通过第一同步器3的连接与切换；经过或不经过第一传动轴2、传动齿轮，输入轴1与第二传动轴4进行联接。前副箱还包括固连于输入轴1上的第一齿轮901、固连于第一传动轴2上的第二齿轮902和第三齿轮903、套接且不固连在第二传动轴4上的第四齿轮904、固连于第二传动轴4上的第五齿轮905，第一齿轮901与第二齿轮902啮合，第三齿轮903与第四齿轮904啮合，第一同步器3可维持中断、与第一齿轮901结合、与第二齿轮902结合三种状态。

主箱包括双中间轴A5、双中间轴B6、第二同步器7，通过第二同步器7的连接与切换，双中间轴A5、双中间轴B6以输出轴8为中心对称设置；经过两组速比不同的传动齿轮，第二传动轴4与输出轴8实现联接。主箱还包括固连于双主轴A上的第六齿轮906、第九齿轮909和第十一齿轮911、固连于双主轴B上的第七齿轮907、第十齿轮910和第十三齿轮913、套接且不固连于输出轴8上的第八齿轮908和第十二齿轮912，第六齿轮906与第七齿轮907以输出轴8为中心对称设置且均与第五齿轮905啮合，第九齿轮909与第十齿轮910以输出轴8为中心对称设置且均与第八齿轮908啮合，第十一齿轮911与第十三齿轮913以输出轴8为中心对称设置且均与第十二齿轮912啮合，第二同步器7可维持中断、与第八齿轮908结合、与第十二齿轮912结合三种状态。

第一传动轴2、双中间轴A5、双中间轴B6两端均连接有安装于壳体的轴承，第二传动轴4后端通过轴承支撑在壳体内部。

实施例二：

如图2所示，一种重型新能源汽车三挡驱动系统，包括实施例一中上述重型新能源汽车三挡变速系统，还包括驱动电机10，驱动电机10与上述输入轴1连接，进行动力输入。电机优选为轴向磁通盘式电机。

相应地，公开一种重型新能源汽车工作方法，包括以下工作模式，

如图3所示，空挡模式：第二同步器7中断，第一同步器3与第四齿轮904结合，

如图4所示，一档爬坡模式：第一同步器3与第四齿轮904结合，第二同步器7与第十二齿轮912结合，

如图5所示，二档普通模式：第一同步器3与第一齿轮901结合，第二同步器7与第十二齿轮912结合，

如图6所示，三挡高速模式：第一同步器3与第一齿轮901结合，第二同步器7与第八齿轮908结合，

第十一齿轮911、第十三齿轮913与第十二912齿轮的速比，比第九齿轮909、第十齿轮910与第八齿轮908的速比要大。

本发明的工作原理：

本发明公开可匹配重型新能源汽车的电驱系统和多挡变速系统。区别于传统低转速、高扭矩的电驱系统，本发明公开的电驱系统采用转速更高的新型电机，转速达7000r/min以上；优选轴向磁通盘式电机，同功率下，电机的转速提高一倍，体积和重量减小一半，成本更低。

多挡变速系统采用前副箱和主箱的结构，前副箱和主箱内各布置一个同步器，可组合实现三个挡位的变速切换。主箱采用双中间轴结构，减小中心距、减小齿宽，结构更紧凑、成本更低。变速系统一挡为四级传动，可以实现大速比，从而满足重型新能源汽车的最大爬坡、起步加速性的动力性要求。二、三挡为两级传动，效率高，速比覆盖常用车速及最大车速，满足重型新能源汽车高续航里程的经济性要求。

如说明书附图3-6所示，变速器各挡位对应同步器位置及动力传递路线具体如下：

空挡：第一同步器3与第四齿轮904结合，第二同步器7不结合，动力传递路线为输入轴1、第一齿轮901、第二齿轮902、第一传动轴2、第三齿轮903、第四齿轮904、第一同步器3、第二传动轴4，如双中间轴A5、双中间轴B6加装取力器，此时可以停车工作；

一挡：采用四级传动，速比较大，第一同步器3与第四齿轮904结合，第二同步器7与第十二齿轮912结合，动力传递路线为输入轴1、第一齿轮901、第二齿轮902、第一传动轴2、第三齿轮903、第四齿轮904、第一同步器3、第二传动轴4，然后通过第六齿轮906连接双中间轴A5、第七齿轮907连接双中间轴B6，分两路通过第十一齿轮911、第十三齿轮913共同驱动第十二齿轮912，再通过第二同步器7驱动输出轴8；

二挡：为两级传动，第一同步器3与第一齿轮901结合，第二同步器7与第十二齿轮912结合，动力传递路线为输入轴1、第一齿轮901、第一同步器3、第二传动轴4，然后通过第六齿轮906连接双中间轴A5、第七齿轮907连接双中间轴B6，分两路通过第十一齿轮911、第十三齿轮913共同驱动第十二齿轮912，再通过第二同步器7驱动输出轴8；

三挡：为两级传动，第一同步器3与第一齿轮901结合，第二同步器7与第八齿轮908结合，动力传递路线为输入轴1、第一齿轮901、第一同步器3、第二传动轴4，然后通过第六齿轮906连接双中间轴A5、第七齿轮907连接双中间轴B6，分两路通过第九齿轮909、第十齿轮910共同驱动第八齿轮908，再通过第二同步器7驱动输出轴8。

本发明的主副箱各布置一个同步器，通过组合实现三个挡位的切换。相邻挡位之间的切换，只有一个同步器动作，从而避免了两个同步器联动的控制复杂性以及动力中断时间长的问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。