电驱动系统及车辆

技术领域

本发明属于车辆动力技术领域，具体涉及一种电驱动系统及车辆。

背景技术

汽车电动化已经成为汽车行业的重要发展趋势之一，电驱动总成作为核心模块，对整车相关性能的达成至关重要。电驱动总成的输出转速、功率影响车辆的最高车速，电驱动总成的最大输出扭矩影响车辆的爬坡、加速性能，电机和减速箱的匹配、控制策略的优化影响整车经济性和续驶里程。

相对于公路等良好的铺装路面，越野汽车会面对更加复杂的行驶工况，在泥沼、沙地、岩石等复杂路况下对动力的需求更加多样化，更加精准，要求电驱动能够按需实现动力的分配和转移，提升车辆的通过性能。

电机的高效区间较传统内燃机覆盖的范围更广，采用单档减速箱，选择合适的速比和电机参数，基本可以满足日常驾驶的需求，为了平衡最高车速、爬坡的要求，匹配一个档位减速箱的电驱动总成仍然存在低效运行的区间，有改善和提升的空间。

同步器式换挡系统广泛的应用在手动变速箱、机械自动变速箱、双离合自动变速箱等领域，成熟可靠、成本低、效率高，但在减速箱中应用存在动力中断的问题，驾驶性不好。同时在减速箱应用领域电机转子等主动部分的转动惯量大，换挡过程中对电机的调速、调扭能力要求高，对换挡平顺性、换挡噪声、换档电机的能力、同步器的寿命都有不利的影响。

为实现P档配置，一般在减速箱上集成P档模块，占用更大的空间、重量，不利于电驱动总成的小型化和整体功率密度的提升，另外成本更高，对电驱动产品的竞争力也存在影响。

与减速箱刚性连接的的双电机系统的控制不够灵活，无论是否需要两个电机同时输出，两个电机总是同步旋转的，在特定的一些工况下反而会降低整个电驱动系统的综合效率，在故障应对方面也缺乏必要的降级应对措施。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电驱动系统及车辆，解决匹配档位减速箱的电驱动效率低，换档时动力中断，换挡过程中对电机的调速、调扭能力要求高，减速箱上集成P档模块占用更大的空间、重量，以及故障应对方面缺乏必要的降级应对措施的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电驱动系统，包括左电机、左离合装置、左输入轴、输入轴离合装置、右输入轴、右离合装置和右电机；左电机轴、左输入轴、右输入轴和右电机轴依次通过左离合装置、输入轴离合装置和右离合装置相连；左离合装置、输入轴离合装置和右离合装置设置成在接合和断开之间切换；

该电驱动系统还包括中间轴、连接中间轴与左输入轴的具有第一减速比的第一齿组、连接中间轴与右输入轴的具有第二减速比的第二齿组以及由中间轴驱动的差速装置；第一齿组和第二齿组设置成在接合和断开之间切换。

在一些可选的实施方案中，该电驱动系统包括：

双电机第一减速比模式：左离合装置、输入轴离合装置和右离合装置接合，第一齿组接合、第二齿组断开；

双电机第二减速比模式：左离合装置、输入轴离合装置和右离合装置接合，第一齿组断开、第二齿组接合；

单电机第一减速比模式：第一齿组接合、第二齿组断开，左离合装置接合且输入轴离合装置断开或左离合装置断开且输入轴离合装置和右离合装置接合；

单电机第二减速比模式：第一齿组断开、第二齿组接合，右离合装置接合且输入轴离合装置断开或左离合装置和输入轴离合装置接合且右离合装置断开；

驻车模式：左离合装置、输入轴离合装置和右离合装置接合，第一齿组和第二齿组接合；

空电机模式：第一齿组和第二齿组断开。

在一些可选的实施方案中，双电机第一减速比模式向双电机第二减速比模式切换依次包括：输入轴离合装置和右离合装置断开；第二齿组接合，右离合装置接合，左离合装置断开；第一齿组断开，左离合装置和输入轴离合装置接合；

双电机第二减速比模式向双电机第一减速比模式切换同理；

单电机某一减速比模式向单电机另一减速比模式切换、单电机某一减速比模式向双电机同一减速比模式以及双电机某一减速比模式向单电机同一减速比模式切换时，只需同时接合和断开相应的离合和齿组即可。

在一些可选的实施方案中，第一齿组包括1档同步器、1档主动齿轮和与1档主动齿轮啮合的1档被动齿轮；1档同步器固定安装在左输入轴或中间轴上，1档主动齿轮和1档被动齿轮分别安装在左输入轴和中间轴上；1档主动齿轮和1档被动齿轮中与1档同步器安装轴相同的齿轮的安装方式为空套，另一个齿轮的安装方式为固定安装；

第二齿组包括2档同步器、2档主动齿轮和与2档主动齿轮啮合的2档被动齿轮；2档同步器固定安装在左输入轴或中间轴上，2档主动齿轮和2档被动齿轮分别安装在左输入轴和中间轴上；2档主动齿轮和2档被动齿轮中与2档同步器安装轴相同的齿轮的安装方式为空套，另一个齿轮的安装方式为固定安装。

在一些可选的实施方案中，中间轴上设有主减主动齿轮，差速装置上设有与主减主动齿轮相配合的主减被动齿圈，中间轴通过主减主动齿轮和主减被动齿圈驱动差速装置。

在一些可选的实施方案中，差速装置上设有左半轴和右半轴，左半轴和右半轴分别连有左车轮和右车轮。

在一些可选的实施方案中，第一减速比大于第二减速比。

在一些可选的实施方案中，左离合装置、输入轴离合装置和右离合装置为干式离合器或湿式离合器。

在一些可选的实施方案中，差速装置集成有差速锁或限滑差速器，差速锁为牙嵌式、多片离合器式、托森或电磁离合器。

一种车辆，包括上述的电驱动系统。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

①通过左右双电机，3个离合以及2个齿组，能够实现左、右单电机，双电机和两个档位的组合，实现多种动力输出路径和方式，满足不同的动力需求；

②通过3个离合器与2个齿组的配合，实现动力换挡，能够避免动力中断，且降低了电机调速、调扭要求，缩短换档时间，提升车辆动力性和驾驶性；通过离合装置的断开，保证在同步器换档过程中有比较小的同步冲量，提升同步器寿命，降低换档冲击；

③通过差速装置根据轮胎打滑情况动态调整左右半轴的扭矩分配，在极端情况下实现左右半轴的机械锁止，满足车辆在附着不良路面的性能，提升车辆通过性，同时可以与底盘系统协同提升车辆的操控性能；

④通过2个齿组，即两个档位同步器的同时挂入，在不增加额外零件的情况下实现电驱动总成的驻车功能，进而实现P档功能，由此取消了专用的P档机构，提升了电驱动总成的功率密度，降低布置上的要求和零件成本；

⑤在电驱动总成局部出现故障的情况下，提供降级的动力输出方案——单电机模式，减少车辆抛锚，在一定的限定条件下确保车辆可以自主行驶到维修点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电驱动系统的结构示意图。

图中：1-左电机，2-左电机轴，3-左离合装置，4-左输入轴，5-1档主动齿轮，6-1档同步器，7-输入轴离合装置，8-2档同步器，9-2档主动齿轮，10-右输入轴，11-右离合装置，12-右电机轴，13-右电机，14-中间轴，15-1档被动齿轮，16-主减主动齿轮，17-2档被动齿轮，18-左车轮，19-左半轴，20-主减被动齿圈，21-差速装置，22-右半轴，23-右车轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明所要解决的技术问题包括：

①面向客户需求，采用双电机多档化的电驱动方案，满足多样化的整车动力需求，提供多样、灵活的电机与档位协同方案，最大限度的提升系统效率和性能；

②通过离合器、同步装置的配合实现电驱动总成的动力换挡，降低电机调速、调扭要求，缩短换档时间，提升车辆动力性和驾驶性；

③满足电动越野车的需求，能够实现动力输出的矢量分配和左右半轴的机械锁止；

④通过减速箱内部同步器档位的配合，取消专用的P档模块，实现P档驻车，提升电驱动总成的功率密度，大幅降低成本；

⑤通过电机和不同档位的配合，实现故障的降级处理，减少车辆抛锚故障，给客户提供更为可靠的产品，更为灵活故障处理方式和更为充裕的维修时间。

本发明实施例的电驱动系统，如图1所示，包括左电机1、左离合装置3、左输入轴4、输入轴离合装置7、右输入轴10、右离合装置11和右电机13；左电机轴2、左输入轴4、右输入轴10和右电机轴12依次通过左离合装置3、输入轴离合装置7和右离合装置11相连；左离合装置3、输入轴离合装置7和右离合装置11设置成在接合和断开之间切换。

其中，左电机1和右电机13作为电驱动总成的动力源，可以一起或者分别单独通过与离合器装置、同步器、档位齿轮的配合按照车辆需要实现动力输出。

左离合装置3，输入轴离合器装置7和右离合装置11，可以采用干式离合器，也可以采用湿式离合器。采用干式离合器无液压系统的功耗，有利于系统效率的提升；采用湿式离合器可以对扭矩的传递，温度的控制更加精确，提升离合器的使用寿命，降低过热保护的风险。

差速装置21，集成差速锁，正常驾驶的情况下通过行星齿轮实现左半轴19和右半轴22的差速功能，在越野及其它必要的工况下可以集成的差速锁或限滑差速器实现左半轴19和右半轴的机械锁止以及扭矩的左右动态分配。差速锁可以采用牙嵌式、多片离合器式、托森、电磁离合器等多种形式，可以结合匹配车型的定位的功能需要来选择。

该电驱动系统还包括中间轴14、连接中间轴14与左输入轴4的具有第一减速比的第一齿组、连接中间轴14与右输入轴10的具有第二减速比的第二齿组以及由中间轴14驱动的差速装置21；第一齿组和第二齿组设置成在接合和断开之间切换。第一减速比大于第二减速比时，第一齿组对应1档，第二齿组对应2档。档位可以在此基础上拓展，提升电机工作在高效区间的占比，改善系统效率

其中，第一齿组包括1档同步器6、1档主动齿轮5和与1档主动齿轮5啮合的1档被动齿轮15；1档同步器6固定安装在左输入轴4上，1档主动齿轮6空套在左输入轴4上，1档被动齿轮15固定安装在中间轴14上。同理，第二齿组包括2档同步器8、2档主动齿轮9和与2档主动齿轮9啮合的2档被动齿轮17；2档同步器8固定安装在右输入轴10上，2档主动齿轮9空套在右输入轴10上，2档被动齿轮17固定安装在中间轴14上。1档同步器6和2档同步器8与输入轴连接，可以分别与空套在输入轴上的1档主动齿轮5和2档主动齿轮9同步接合或者断开，与中间轴14上的1档被动齿轮15和2档被动齿轮17配合，实现不同的档位传递动力。此外，同步器也可以根据整车或者电驱动尺寸、效率等方面的要求综合考虑，布置在中间轴14，与1档被动齿轮15和2档被动齿轮17配合。

中间轴14上设有主减主动齿轮16，差速装置21上设有与主减主动齿轮16相配合的主减被动齿圈20，中间轴14通过主减主动齿轮16和主减被动齿圈20驱动差速装置21。差速装置21上还设有左半轴19和右半轴22，左半轴19和右半轴22分别连有左车轮18和右车轮23。

该电驱动系统的工作模式及功能：

1、双电机1档：左离合装置3、右离合器装置11、输入轴离合装置7结合，1档同步器6与1档主动齿轮接合，2档同步器8断开，左电机1和右电机13的动力通过左输入轴4，右输入轴10通过1档主动齿轮5，1档被动齿轮15，中间轴14，主减主动齿轮16，主减被动齿圈20，差速装置21分别传递到左半轴19，左车轮18和右半轴22，右车轮23。

2、双电机2档：与在双电机1档模式类似，仅1档同步器断开，2档同步器接合。

3、单电机1档：1档同步器6与1档主动齿轮接合，2档同步器8断开，左电机1和右电机13的动力通过左输入轴4，右输入轴10通过1档主动齿轮5，1档被动齿轮15，中间轴14，主减主动齿轮16，主减齿圈20，差速装置21分别传递到左半轴19，左车轮18和右半轴22，右车轮23。在此基础上左离合器装置3接合，输入轴离合器装置7断开，可以实现左电机的单电机1档工作；左离合器装置3断开，输入轴离合装置7接合，右离合装置11接合，可以实现右电机13的单电机1档工作。

4、单电机2档：与在单电机1档模式类似，1档同步器断开，2档同步器接合；与此同时，左离合装置3接合，输入轴离合装置7接合，右离合装置11断开，实现左电机1单电机2档工作；左离合装置3断开，输入轴离合装置7断开，右离合装置11接合，实现右电机13的单电机2档工作。

5、跛行模式(主要用于电机出现故障)：

当一个电机出现故障时，可以运行到工作正常电机的单电机模式下，应对单电机故障；

当左离合装置3，右离合装置11，输入轴离合装置7其中一个，或两个或者全部无法分离时，电驱动总成将无法换档，电机的工作区间比较宽，可以采用保持当前档位的策略应对故障，车辆跛行到维修地点；

当左离合装置3，右离合装置11其中一个无法接合时，车辆利用可以接合的离合装置对应的电机进入单电机模式应对故障；

当输入轴离合器7无法接合时，电驱动总成无法实现双电机模式，无法实现动力换挡，采用单电机模式，允许车辆换档；

当1档同步器6或者2档同步器8其中一个无法分离时，可以维持在无法分离同步器对应的档位，通过单、双电机工作模式的切换对电驱动的动力进行调配和补充；

当1档同步器6或者2档同步器8其中一个无法接合时，可以使用功能正常的同步器对应的档位，通过单、双电机工作模式的切换对电驱动的动力进行调配和补充。

6、驻车模式：当车辆停止需要驻车的时候，电驱动总成接受P档(驻车档)信号，1档同步器6和2档同步器8同时挂入接合，同时输入轴离合装置7接合，电驱动内部齿轮机构锁死，实现P档的驻车功能。

7、差速限制模式：当左车轮18、右车轮23的路面附着情况差异较大，导致两侧车轮的附着力差异较大，出现轮胎打滑的情况，可以采用差速装置21的内集成的差速限制装置、差速锁实现左半轴19、右半轴22的扭矩的动态分配，必要的时候可以实现两侧半轴的机械锁止，提升车辆的动态响应性能和通过性。

8、双电机动力升档：电驱动总成工作在双电机1档工作状态，根据车辆的状态和驾驶员的需求，车辆具备换档条件；此时，右离合装置11，输入轴离合装置7断开，同时右电机13调速，2档同步器8接合，右离合装置11开始接合，处于滑摩状态，接合程度逐渐提升，同时左离合装置3开始滑摩，接合程度逐渐降低；右离合装置11接合完毕，左离合装置3断开，1档同步器6断开，左电机1调速，输入轴离合装置7、左离合装置3逐渐接合，接合完毕之后进入双电机2档工作模式，升档完毕。

双电机动力降档：电驱动总成工作在双电机2档工作状态，根据车辆的状态和驾驶员的需求，车辆具备换档条件；此时，左离合装置3，输入轴离合装置7打开，同时左电机1调速，1档同步器6接合，左离合装置3开始接合，处于滑摩状态，接合程度逐渐提升，同时右离合装置11开始滑摩，接合程度逐渐降低；左离合装置3接合完毕，右离合装置11断开，2档同步器8断开，右电机13调速，输入轴离合装置7、左离合装置11逐渐接合，接合完毕之后进入双电机1档工作模式，降档完毕。

单电机某一减速比模式向单电机另一减速比模式切换、单电机某一减速比模式向双电机同一减速比模式以及双电机某一减速比模式向单电机同一减速比模式切换时，只需同时接合和断开相应的离合和齿组即可。当单电机某一减速比模式向双电机另一减速比模式切换时，可先从单电机某一减速比模式向单电机另一减速比模式切换，再由单电机另一减速比模式向双电机另一减速比模式切换；当然亦可直接切换，即同时接合和断开相应的离合和齿组。当双电机某一减速比模式向单电机另一减速比模式切换同理。

本发明还提供一种车辆，包括上述的电驱动系统。

综上所述，本发明①通过离合装置的断开，保证在同步器换档过程中有比较小的同步冲量，提升同步器寿命，降低换档冲击；②通过减速箱内部离合装置、同步器的协同工作，实现动力换档，使得车辆具备更好的动力性和驾驶性；③通过离合器装置实现单电机和双电机模式的自由切换，更灵活的满足和适配车辆的动力需求，同时在单电机模式下实现两个电机的机械分离，避免不必要的功率损耗，通过单电机模式能够更好的应对部分故障，减少车辆抛锚故障；④通过两个同步器和输入轴离合器装置实现变速箱两个档位的自锁，进而实现P档功能，取消了专用的P档机构，提升电驱动总成的功率密度，降低布置上的要求和零件成本；⑤通过集成不同的差速器、差速锁实现左右半轴扭矩的动态分配和左右半轴的机械锁止，满足车辆在附着不良路面的性能，提升车辆通过性，同事可以与底盘系统协同提升车辆的操控性能。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。