电动汽车纵向驱动自适应锥度离合自动变速系统
阅读说明：本技术 电动汽车纵向驱动自适应锥度离合自动变速系统 (Longitudinal driving self-adaptive taper clutch automatic speed changing system of electric automobile ) 是由 薛荣生 张引航 陈俊杰 王靖 陈同浩 舒雷 谭志康 邓天仪 邓云帆 梁品权 颜昌 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电动汽车纵向驱动自适应锥度离合自动变速系统,包括高速挡传动机构、低速挡传动机构、倒挡换挡机构、同轴设置的输入轴和输出轴以及与输入轴平行的副轴,其中,摩擦离合器包括同步转动地套装在螺旋滚道套上的主动摩擦盘和同步转动地套装在超越离合器的内心轮上的从动摩擦盘。采用以上技术方案,不仅能够根据阻力情况自适应换挡,而且结构相对前代产品更为简单、紧凑、可靠,零部件更少,外形尺寸更小,更易于布置,能够大幅降低装配难度和生产制造成本。(The invention discloses a longitudinal driving self-adaptive taper clutch automatic speed changing system of an electric automobile, which comprises a high-speed gear transmission mechanism, a low-speed gear transmission mechanism, a reverse gear shifting mechanism, an input shaft, an output shaft and an auxiliary shaft parallel to the input shaft, wherein a friction clutch comprises a driving friction disc and a driven friction disc, the driving friction disc is sleeved on a spiral roller way sleeve in a synchronous rotating mode, and the driven friction disc is sleeved on an inner core wheel of an overrunning clutch in a synchronous rotating mode. By adopting the technical scheme, the gear shifting device can self-adaptively shift gears according to the resistance condition, has a simpler, more compact and more reliable structure compared with the prior products, has fewer parts and smaller overall dimension, is easier to arrange, and can greatly reduce the assembly difficulty and the production and manufacturing cost.)
技术领域
本发明涉及电动汽车传动系统技术领域，具体涉及一种电动汽车纵向驱动自适应锥度离合自动变速系统。
背景技术
现有的电动交通工具由于其传动结构的限制，在行驶过程中，完全由驾驶员在不能准确知晓行驶阻力的情况下，依据经验进行操控，因此，常常不可避免地出现电机工作状态与交通工具实际行驶状况不匹配的情况，造成电机堵转。尤其是交通工具处于启动、爬坡、逆风等低速重载条件时，电机往往需要在低效率、低转速、高扭矩情况下工作，容易引起电机的意外损坏，增加维修和更换成本，同时也会直接影响到电池的续航里程。对于诸如电动物流车等对经济性要求较高的车型而言，传统的变速传动结构显然不能较好的满足其使用要求。
为了解决以上问题，本案发明人团队设计了一系列的凸轮自适应自动变速系统，利用行驶阻力驱动凸轮，达到自动换挡和根据行驶阻力自适应匹配车速输出扭矩的目的，具有较好的应用效果。
但是，本案发明人团队在实际应用过程中发现，由于现有方案的传动路径和换挡路径较为复杂，导致自适应自动变速自适应自动变速系统的结构复杂，零部件繁多，不仅装配难度极大，而且成本较高。
因此，急需设计一套全新的电动汽车纵向驱动自适应锥度离合自动变速系统，不仅能够在阻力的影响下进行自适应换挡，而且结构紧凑，零部件少，能够降低装配难度和生产制造成本。
发明内容
为解决以上的技术问题，本发明提供了一种电动汽车纵向驱动自适应锥度离合自动变速系统。
其技术方案如下：
一种电动汽车纵向驱动自适应锥度离合自动变速系统，包括高速挡传动机构、低速挡传动机构、倒挡换挡机构、同轴设置的输入轴和输出轴以及与输入轴平行的副轴，其要点在于：所述高速挡传动机构包括摩擦离合器和用于对摩擦离合器施加预紧力的弹性元件组，所述摩擦离合器包括同步转动地套装在螺旋滚道套上的主动摩擦盘和同步转动地套装在超越离合器的内心轮上的从动摩擦盘，所述螺旋滚道套套装在输入轴上，并与输入轴之间形成螺旋传动副，以能够沿输入轴轴向滑动，所述输入轴能够依次通过螺旋滚道套、主动摩擦盘和从动摩擦盘将动力传递给超越离合器的内心轮；
所述低速挡传动机构包括可转动地套装在输入轴上的内心轮套、套装在内心轮套上的超越离合器和具有所述副轴的副轴传动组件，所述内心轮与内心轮套同步转动，所述螺旋滚道套能够依次通过副轴传动组件和超越离合器将动力传递给内心轮套；
所述倒挡换挡机构包括与输出轴形成螺旋传动副的中间传动套、外套在中间传动套上的倒挡从动齿轮以及与副轴同轴转动的倒挡主动齿轮，所述倒挡主动齿轮与倒挡从动齿轮啮合，所述中间传动套能够在换挡组件的作用下与内心轮套和倒挡从动齿轮其中之一结合。
采用以上结构，不仅能够根据阻力情况，自适应匹配纯电动交通工具的实际行驶工况与电机工况，使电动汽车具有强大的爬坡和重载能力的同时，使电机始终处于高效平台上，大大提高了电机在爬坡和重载情况下的效率，降低了电机能耗，具有倒挡、前进高速挡、前进低速挡三挡变速功能，尤其是在不切断驱动力的情况下就能够自适应随行驶阻力变化自动进行前进挡的高低速换挡变速；而且整套系统结构相对前代产品更为简单、紧凑、可靠，零部件更少，外形尺寸更小，更易于布置，能够大幅降低装配难度和生产制造成本。
作为优选：所述副轴传动组件包括均套装在螺旋滚道套上的弹性元件驱动环和减速一级主动齿轮以及同步转动地套装在副轴上的减速一级从动齿轮，所述减速一级主动齿轮与减速一级从动齿轮啮合，所述弹性元件驱动环与螺旋滚道套同步转动，且弹性元件驱动环与减速一级主动齿轮相互靠近的一端凸轮型面配合，形成端面凸轮传动副；所述副轴上具有减速二级主动齿，所述超越离合器的外圈上设置有与减速二级主动齿啮合的减速二级从动齿，所述倒挡主动齿轮同步转动地套装在副轴的一端。采用以上结构，能够稳定可靠地进行动力的减速传递，传动效率高。
作为优选：所述超越离合器还包括设置在外圈与内心轮之间的滚动体，所述内心轮包括一体成型的内心轮主体和内心轮输入套，所述从动摩擦盘同步转动地套装在内心轮输入套上，所述内心轮主体同步转动地套装在内心轮套上。采用以上结构，不仅能够减少一个零部件，降低成本，而且设计巧妙，提高了零部件之间配合的稳定性和可靠性。
作为优选：所述内心轮主体与内心轮套花键配合，所述从动摩擦盘与内心轮输入套花键配合，所述主动摩擦盘焊接在螺旋滚道套上。采用以上结构，既保证了零部件之间配合的稳定性和可靠性，又易于装配。
作为优选：所述摩擦离合器还包括与从动摩擦盘同步转动的从动盘支撑套，所述从动摩擦盘与从动盘支撑套相互远离的一端均设置有轴承。采用以上结构，能够对从动摩擦盘进行可靠地定位支撑，提高摩擦离合器的稳定性和可靠性。
作为优选：所述弹性元件驱动环与螺旋滚道套键连接，并通过若干螺栓锁定在螺旋滚道套上。采用以上结构，能够将弹性元件驱动环稳定可靠地安装在螺旋滚道套上。
作为优选：所述换挡组件包括能够带动中间传动套轴向滑动的换挡结合套以及用于驱动换挡结合套的换挡拨叉，所述中间传动套与内心轮套相互靠近的一端端面上均设置有相互适配的前进挡结合齿，所述换挡结合套与倒挡从动齿轮相互靠近的一端端面上均设置有相互适配的倒挡结合齿。采用以上结构，结构简单可靠，易于换挡操作。
作为优选：所述前进挡结合齿和/或倒挡结合齿的齿顶面为斜面的棘齿结构。采用以上结构，更易于进挡。
作为优选：所述换挡结合套焊接固定在中间传动套上。采用以上结构，能够将换挡结合套稳定可靠地安装在中间传动套上。
作为优选：所述主动摩擦盘的外周面上嵌设有若干永磁铁，在变速系统壳体的内壁上设置有与永磁铁相适配的霍尔元件。采用以上结构，能够实时监测前进挡的输出转速。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
采用以上技术方案的电动汽车纵向驱动自适应锥度离合自动变速系统，结构新颖，设计巧妙，易于实现，不仅能够根据阻力情况，自适应匹配纯电动交通工具的实际行驶工况与电机工况，使电动汽车具有强大的爬坡和重载能力的同时，使电机始终处于高效平台上，大大提高了电机在爬坡和重载情况下的效率，降低了电机能耗，具有倒挡、前进高速挡、前进低速挡三挡变速功能，尤其是在不切断驱动力的情况下就能够自适应随行驶阻力变化自动进行前进挡的高低速换挡变速；而且结构相对前代产品更为简单、紧凑、可靠，零部件更少，外形尺寸更小，更易于布置，能够大幅降低装配难度和生产制造成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明局部一的配合关系示意图；
图3为本发明局部二的配合关系示意图；
图4为超越离合器的内部结构示意图；
图5为前进挡结合齿或倒挡结合齿的展开图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种电动汽车纵向驱动自适应锥度离合自动变速系统，其主要包括其主要包括高速挡传动机构、低速挡传动机构、倒挡换挡机构、同轴设置的输入轴1和输出轴3以及与输入轴1平行的副轴4。
请参见图1-图3，高速挡传动机构包括摩擦离合器5和用于对摩擦离合器5施加预紧力的弹性元件组6，摩擦离合器5包括同步转动地套装在螺旋滚道套7上的主动摩擦盘5a和同步转动地套装在超越离合器9的内心轮9c上的从动摩擦盘5b，螺旋滚道套7套装在输入轴1上，并与输入轴1之间形成螺旋传动副，以能够沿输入轴1轴向滑动，输入轴1能够依次通过螺旋滚道套7、主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b将动力传递给超越离合器9的内心轮9c。
主动摩擦盘5a焊接在螺旋滚道套7，螺旋滚道套7与输入轴1之间形成螺旋传动副，使螺旋滚道套7能够沿输入轴1轴向滑动，从而带动弹性元件驱动环13压缩弹性元件组6，以主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b。具体地说，螺旋传动副包括沿周向分布在螺旋滚道套7内壁上的内螺旋滚道以及沿周向分布在输入轴1外壁上的外螺旋滚道，在每个外螺旋滚道中均嵌设有若干向外凸出的滚珠，各个滚珠分别能够在对应的内螺旋滚道和外螺旋滚道中滚动。当螺旋滚道套相对输入轴转动时，能够相对输入轴进行轴向移动，从而能够压紧或释放摩擦离合器5即主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b，使摩擦离合器5处于结合或分离状态。
弹性元件组6能够对螺旋滚道套7施加预紧力，以压紧主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b，使摩擦离合器5保持结合状态。本实施例中，弹性元件组6优选采用碟簧，稳定可靠，成本低廉。
进一步地，摩擦离合器5还包括与从动摩擦盘5b同步转动的从动盘支撑套5c，从动摩擦盘5b与从动盘支撑套5c相互远离的一端均设置有轴承，以可靠地支撑从动摩擦盘5b，保证摩擦离合器5结合或分离的稳定性和可靠性。
请参见图1-图4，低速挡传动机构包括可转动地套装在输入轴1上的内心轮套8、套装在内心轮套8上的超越离合器9和具有副轴4的副轴传动组件，内心轮9c与内心轮套8同步转动，螺旋滚道套7能够依次通过副轴传动组件和超越离合器9将动力传递给内心轮套8。
副轴传动组件包括均套装在螺旋滚道套7上的弹性元件驱动环13和减速一级主动齿轮14以及同步转动地套装在副轴4上的减速一级从动齿轮15，弹性元件驱动环13与螺旋滚道套7同步转动，减速一级主动齿轮14与减速一级从动齿轮15啮合，弹性元件驱动环13与减速一级主动齿轮14相互靠近的一端凸轮型面配合，形成端面凸轮传动副；副轴4上具有减速二级主动齿4a，超越离合器9的外圈9a上设置有与减速二级主动齿4a啮合的减速二级从动齿9b，倒挡主动齿轮12同步转动地套装在副轴4的一端。
本实施例中，弹性元件驱动环13通过螺栓固定在螺旋滚道套7上。既便于装配，又稳定可靠。
超越离合器9还包括设置在外圈9a与内心轮9c之间的滚动体，内心轮9c包括一体成型的内心轮主体9c1和内心轮输入套9c2，从动摩擦盘5b同步转动地套装在内心轮输入套9c2上，内心轮主体9c1同步转动地套装在内心轮套8上。其中，内心轮主体9c1与内心轮套8花键配合，从动摩擦盘5b与内心轮输入套9c2花键配合。
内心轮套8采用高强度抗扭材料制成，内心轮9c采用抗压耐磨材料制成，具体地说，内心轮套8的材质为合金钢，内心轮9c的材质为轴承钢或合金钢或硬质合金。本实施例中，内心轮套8的材质优选采用20CrMnTi，抗扭能力强，成本较低，性价比高，内心轮9c的材质优选采用GCr15，耐磨抗压性能好，成本较低，性价比高。内心轮套8抗扭抗压能力高，能够保证传动的可靠性和稳定性，内心轮9c耐磨抗压能力强，从而通过将内心轮套8和内心轮9c采用两种不同的材料进行制造，不但有效节约了生产成本，而且大幅延长了多排浮动组合式重载超越离合器的使用寿命。
沿各内心轮9c外周分布的滚动体由交替设置的粗滚动体9d和细滚动体9e组成，在内心轮9c的外周面上设置有两个相对的保持架9f，在每个保持架9f的内壁上均开设有一圈环形槽9f1，各个细滚动体9e的两端分别均可滑动地插入对应的环形槽9f1中。采用以上结构，使各个细滚动体9e能够随动，提高了整体的稳定性和可靠性，增加了使用寿命。
外圈9a的外壁上具有沿周向设置的减速二级从动齿9b。内心轮套8的外壁与内心轮主体9c1的内壁花键配合。通过上述结构，能够可靠地进行动力传递。
内心轮9c的外周上设置有与粗滚动体9d相适应的外齿9c3，内心轮9c的内花键齿数为外齿9c3齿数的两倍。便于安装和调试，以解决各个内圈不同步的问题。
外齿9c3包括顶弧段9c32以及分别位于顶弧段9c32两侧的短边段9c31和长边段9c33，短边段9c31为向内凹陷的弧形结构，长边段9c33为向外凸出的弧形结构，短边段9c31的曲率小于长边段9c33的曲率。采用以上结构，能够保证单向传动功能的稳定性和可靠性。
请参见图1、图3和图5，倒挡换挡机构包括与输出轴3形成螺旋传动副的中间传动套10、外套在中间传动套10上的倒挡从动齿轮11以及与副轴4同轴转动的倒挡主动齿轮12，中间传动套10能够在换挡组件的作用下与内心轮套8和倒挡从动齿轮11其中之一结合，其中，中间传动套10与输出轴3之间形成螺旋传动副的结构同螺旋滚道套7与输入轴1之间形成螺旋传动副的结构相同。
换挡组件包括能够带动中间传动套10轴向滑动的换挡结合套16以及用于驱动换挡结合套16的换挡拨叉17。具体地说，换挡结合套16套装在中间传动套10上，并通过焊接固定。中间传动套10与内心轮套8相互靠近的一端端面上均设置有相互适配的前进挡结合齿a，换挡结合套16与倒挡从动齿轮11相互靠近的一端端面上均设置有相互适配的倒挡结合齿b。
进一步地，为了能够更容易进挡，前进挡结合齿a和/或倒挡结合齿b的齿顶面为斜面的棘齿结构。
本实施例中，换挡拨叉17带动换挡结合套16使中间传动套10与内心轮套8的前进挡结合齿a结合时，处于前进挡传动状态。
弹性元件组6对内片螺旋滚道套7施加压力，压紧摩擦离合器5的主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b，此时摩擦离合器5在弹性元件组6的压力下处于结合状态，动力处于高速挡动力传递路线：
输入轴1→内片螺旋滚道套7→摩擦离合器5→内心轮9c→内心轮套8→中间传动套10→输出轴3输出动力。
此时，弹性元件组6未被压缩。当输入轴1传递给摩擦离合器5的阻力矩大于等于摩擦离合器5的预设载荷极限时，内心轮凸轮套7压缩弹性元件组6，摩擦离合器5的主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b之间出现间隙，即分离，动力改为通过下述路线传递，即低速挡动力传递路线：
输入轴1→内片螺旋滚道套7→弹性元件驱动环13→减速一级主动齿轮14→减速一级从动齿轮15→副轴4→超越离合器9→内心轮套8→中间传动套10→输出轴3输出动力。
此时，弹性元件组6被压缩。从上述传递路线可以看出，本发明在运行时，形成一个保持一定压力的自动变速机构。
换挡拨叉17带动换挡结合套16使换挡结合套16与倒挡从动齿轮11的倒挡结合齿b结合时，处于倒挡传动状态。倒挡动力传递路线：
输入轴1→内片螺旋滚道套7→弹性元件驱动环13→减速一级主动齿轮14→减速一级从动齿轮15→副轴4→倒挡主动齿轮12→倒挡从动齿轮11→换挡结合套16→中间传动套10→输出轴3输出动力。
本实施例以电动汽车为例，整车在启动时阻力大于驱动力，阻力迫使输入轴1相对内片螺旋滚道套7转动一定角度，在螺旋传动副的作用下，内片螺旋滚道套7通压缩弹性元件组6，外摩擦片5c和从动摩擦盘5b分离，即摩擦离合器5处于断开状态，动力以低速挡速度转动；因此，自动实现了低速挡起动，缩短了起动时间。与此同时，弹性元件组6吸收运动阻力矩能量，为恢复高速挡挡位传递动力储备势能。
启动成功后，行驶阻力减少，当分力减少到小于弹性元件组6所产生的压力时，因被运动阻力压缩而产生弹性元件组6压力迅速释放的推动下，摩擦离合器5的主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b恢复紧密贴合状态，动力以高速挡速度转动。
行驶过程中，随着运动阻力的变化自动换挡原理同上，在不需要切断动力的情况下实现变挡，使整车运行平稳，安全低耗，而且传递路线简单化，提高传动效率。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。