一种纠缠同步动态变档式变速箱及其控制方法与流程

1.本发明涉及变速箱技术领域，尤其是涉及一种纠缠同步动态变档式变速箱及其控制方法。


背景技术：

2.现有的电动汽车均采用一级减速箱原理，即将高速旋转的驱动电机通过减速放大扭矩的方式解决电动汽车的驱动力，此类设计为了提高大扭矩的同时保证高速行驶效率，就不断的对电动机进行高转速设计，以传统电机为例，从12,000转到16,000转，依然未能完全解决高速效率问题，今天的电动机已经往2万转发展，从而此类设计原理，给电动汽车用的电动机及驱动器提出了很高的要求，使得成本高、可靠性无法保证的问题。
3.同时还有一种发展方向是低速大扭距轮毂电机，虽然在低速运行中有一定的优势，但轮毂电机由于极对数较多，很难有效提高转速，特别是在高转速下的效率，电动机虽然较传统的燃油发动机宽的多，但是，多年来的实践证明，电动机依然不足以同时覆盖低速大扭矩效率和高速高效。
4.因此，研发一种纠缠同步动态变档式变速箱及其控制方法，用于解决上述至少一种技术问题，成为一种必需。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种纠缠同步动态变档式变速箱，以提高电动机的工作效率。
6.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
7.本发明提供一种纠缠同步动态变档式变速箱，包括：
8.低速齿轮组，所述低速齿轮组包括第一主动轮和与所述第一主动轮相啮合的第一从动轮；
9.高速齿轮组，所述高速齿轮组包括第二主动轮和与所述第二主动轮相啮合的第二从动轮，所述第二从动轮上设有第一正向单向器；
10.输入轴，所述第一主动轮和所述第二主动轮间隔设置于所述输入轴，所述第一主动轮连接于所述输入轴上，所述第二主动轮转动连接于所述输入轴上；
11.输出轴，所述第一从动轮和所述第二从动轮间隔设置于所述输出轴，所述第一从动轮通过第二正向单向器连接于所述输出轴上，所述第二从动轮通过第一反向单向器连接于所述输出轴上，所述第一正向单向器转动连接于所述输出轴上；
12.变档组件，所述变档组件包括第一调节滑块和第二调节滑块，所述第一调节滑块可移动地设置在所述输入轴上以使所述第一调节滑块可拆卸地与所述第二主动轮相配合，所述第二调节滑块可移动地设置在所述输出轴上以使所述第二调节滑块可拆卸地与所述第一从动轮相连并可拆卸地与所述第一正向单向器相连。
13.在本发明的一些实施例中，所述变档组件还包括拨叉，所述第一调节滑块和所述
第二调节滑块分别转动连接于所述拨叉上，驱动所述拨叉以带动所述第一调节滑块在所述输入轴上移动、所述第二调节滑块在所述输出轴上移动。
14.在本发明的一些实施例中，所述第一调节滑块和所述第二调节滑块分别转动连接于所述拨叉上。
15.在本发明的一些实施例中，所述第一调节滑块朝向所述第二主动轮的一侧设有第一花键凸，所述第二主动轮上设有第一花键槽，所述第一花键凸可伸入所述第一花键槽内。
16.在本发明的一些实施例中，所述第二调节滑块朝向所述第二从动轮的一侧设有第二花键凸，所述第一正向单向器上设有第二花键槽，所述第二花键凸可伸入所述第二花键槽内。
17.在本发明的一些实施例中，所述所述第二调节滑块朝向所述第一从动轮的一侧设有第三花键凸，所述第一从动轮上设有第三花键槽，所述第三花键凸可伸入所述第三花键槽内。
18.在本发明的一些实施例中，所述第一主动轮的直径小于所述第二主动轮的直径，所述第二主动轮的直径小于所述第二从动轮的直径，所述第二从动轮的直径小于所述第一从动轮的直径。
19.在本发明的一些实施例中，所述第二主动轮和所述输入轴之间设有第一支撑轴承。
20.在本发明的一些实施例中，所述第一正向单向器和所述输出轴之间设有第二支撑轴承。
21.本发明还提供了一种根据本发明上述任一项所述的纠缠同步动态变档式变速箱的控制方法，包括以下控制模式：
22.在一档输出控制模式下：所述第一调节滑块与所述第二主动轮相配合，所述第二调节滑块位于所述第一从动轮和所述第二从动轮之间，所述输入轴转动时，驱动所述第一主动轮转动，所述第一主动轮转动以带动所述第一从动轮转动，所述第一从动轮转动以通过所述第二正向单向器带动所述输出轴转动；
23.在二档输出控制模式下：所述第一调节滑块与所述第二主动轮相配合，所述第二调节滑块与所述第一正向单向器相配合，所述输入轴转动时，驱动所述第一主动轮转动，所述第一主动轮转动以带动所述第二主动轮转动，所述第二主动轮转动以通过所述第一正向单向器带动所述第二调节滑块转动，所述第二调节滑块转动以带动所述输出轴转动；
24.在倒挡输出控制模式下：所述第二调节滑块与所述第一从动轮相配合，所述第一调节滑块位于所述第一主动轮和所述第二主动轮之间，所述输入轴反向转动时，驱动所述第一主动轮转动，所述第一主动轮转动以带动所述第一从动轮转动，所述第一从动轮转动以通过所述第二正向单向器带动所述输出轴反向转动。
25.本发明的纠缠同步动态变档式变速箱的特点及优点是：通过四个齿轮构成全部功能，可靠性可以充分保障，变档箱成本较低，在充分利用惯性拖拽的前提下，换挡所产生的冲击力均由电动机方面消纳。整个换挡所消耗时间不超过500毫秒，对驾驶人员而言，几乎没有任何顿挫感。且由于各部件之间独特的同步原理，实际换挡中没有相关的冲击，也不会出现锁死状态，有利于实现自动变速控制，从而提高电动机的工作效率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为根据本发明实施例的变速箱在一档输出控制模式下的示意图；
28.图2为根据本发明实施例的变速箱在二档输出控制模式下的示意图；
29.图3为根据本发明实施例的变速箱在倒挡输出控制模式下的示意图；
30.图4为根据本发明实施例的拨叉的示意图。
31.附图标号说明：
32.1、低速齿轮组；11、第一主动轮；12、第一从动轮；121、第三花键槽；13、第二正向单向器；
33.2、高速齿轮组；21、第二主动轮；211、第一花键槽；22、第二从动轮；23、第一正向单向器；231、第二花键槽；232、第二支撑轴承；24、第一反向单向器；25、第一支撑轴承；
34.3、输入轴；
35.4、输出轴；
36.5、变档组件；51、第一调节滑块；511、第一花键凸；52、第二调节滑块；521、第二花键凸；522、第三花键凸；53、拨叉；531、第一平面轴承；532、第二平面轴承；533、穿孔；534、弧形配合部。
具体实施方式
37.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.如图1至图4所示，本发明提供了一种纠缠同步动态变档式变速箱，包括：低速齿轮组1，所述低速齿轮组1包括第一主动轮11和与所述第一主动轮11相啮合的第一从动轮12；高速齿轮组2，所述高速齿轮组2包括第二主动轮21和与所述第二主动轮21相啮合的第二从
动轮22，所述第二从动轮22上设有第一正向单向器23；输入轴3，所述第一主动轮11和所述第二主动轮21间隔设置于所述输入轴3，所述第一主动轮11连接于所述输入轴3上，所述第二主动轮21转动连接于所述输入轴3上；输出轴4，所述第一从动轮12和所述第二从动轮22间隔设置于所述输出轴4，所述第一从动轮12通过第二正向单向器13连接于所述输出轴4上，所述第二从动轮22通过第一反向单向器24连接于所述输出轴4上，所述第一正向单向器23转动连接于所述输出轴4上；变档组件5，所述变档组件5包括第一调节滑块51和第二调节滑块52，所述第一调节滑块51可移动地设置在所述输入轴3上以使所述第一调节滑块51可拆卸地与所述第二主动轮21相配合，所述第二调节滑块52可移动地设置在所述输出轴4上以使所述第二调节滑块52可拆卸地与所述第一从动轮12相连并可拆卸地与所述第一正向单向器23相连。
41.根据本发明的纠缠同步动态变档式变速箱，具有以下工作模式：
42.在一档输出控制模式下：所述第一调节滑块51与所述第二主动轮21相配合，所述第二调节滑块52位于所述第一从动轮12和所述第二从动轮22之间，所述输入轴3转动时，驱动所述第一主动轮11转动，所述第一主动轮11转动以带动所述第一从动轮12转动，所述第一从动轮12转动以通过所述第二正向单向器13带动所述输出轴4转动；
43.需要说明的是，在该一档输出控制模式下，第一调节滑块51与所述第二主动轮21相配合以使第二主动轮21正常旋转，而第二从动轮22通过第一反向单向器24带动实现带空，从而使得输出轴4可以稳定地实现低速大扭矩的输出。
44.在二档输出控制模式下：所述第一调节滑块51与所述第二主动轮21相配合，所述第二调节滑块52与所述第一正向单向器23相配合，所述输入轴3转动时，驱动所述第一主动轮11转动，所述第一主动轮11转动以带动所述第二主动轮21转动，所述第二主动轮21转动以通过所述第一正向单向器23带动所述第二调节滑块52转动，所述第二调节滑块52转动以带动所述输出轴4转动；
45.需要说明的是，在换挡过程中，电机断电，电池系统回馈电机能量，让电机瞬间减速，第二从动轮22的第一反向单向器24通过惯性反传递，实现输出轴4和第二从动轮22同步，从而实现惯性纠缠同步，此时，第二调节滑块52朝向第二从动轮22滑动并与第一正向单向器23配合，从而完成换挡，使得输出轴4可以稳定地实现高速高效的输出。
46.在倒挡输出控制模式下：所述第二调节滑块52与所述第一从动轮12相配合，所述第一调节滑块51位于所述第一主动轮11和所述第二主动轮21之间，所述输入轴3反向转动时，驱动所述第一主动轮11转动，所述第一主动轮11转动以带动所述第一从动轮12转动，所述第一从动轮12转动以通过所述第二正向单向器13带动所述输出轴4反向转动。
47.需要说明的是，在该倒挡输出控制模式下，整个高速齿轮组2被放空，通过电机的反转实现倒车，从而避免出现相关的冲击和出现锁死状态。
48.综上所述，本发明的纠缠同步动态变档式变速箱通过四个齿轮构成全部功能，可靠性可以充分保障，变档箱成本较低，在充分利用惯性拖拽的前提下，换挡所产生的冲击力均由电动机方面消纳。整个换挡所消耗时间不超过500毫秒，对驾驶人员而言，几乎没有任何顿挫感。且由于各部件之间独特的同步原理，实际换挡中没有相关的冲击，也不会出现锁死状态，有利于实现自动变速控制，从而提高电动机的工作效率。
49.在本发明的一些实施例中，所述变档组件5还包括拨叉53，所述第一调节滑块51和
所述第二调节滑块52分别转动连接于所述拨叉53上，驱动所述拨叉53以带动所述第一调节滑块51在所述输入轴3上移动、所述第二调节滑块52在所述输出轴4上移动。可以理解的是，通过拨动拨叉53实现调节第一调节滑块51和所述第二调节滑块52的位置，从而使得本发明的纠缠同步动态变档式变速箱可以有效地支持自动变档，提高换挡效率。
50.需要说明的是，拨动拨叉53的结构可以根据实际使用情况进行限定，只要能实现调节第一调节滑块51和所述第二调节滑块52的位置即可，在此不做限制，在一些实施例中，可以通过电子阀驱动或步进电机驱动拨叉53，以使拨动拨叉53的结构更简单可靠。
51.在本发明的一些实施例中，所述第一调节滑块51和所述第二调节滑块52分别转动连接于所述拨叉53上。可以理解的是，通过使第一调节滑块51和所述第二调节滑块52分别转动连接于所述拨叉53上，从而避免出现相互干扰现象。
52.在一些实施例中，拨叉53的上端的相对侧面上均设有第一平面轴承531，拨叉53通过两个第一平面轴承531与第一调节滑块51转动相连，拨叉53的下端的相对侧面上均设有第二平面轴承532，拨叉53通过两个第二平面轴承532与第二调节滑块52转动相连，由此使得转动连接结构更简单可靠。
53.在一些实施例中，拨叉53的上端设有穿孔533，第一调节滑块51转动设置于该穿孔533内，拨叉53的下端设有弧形配合部534，第二调节滑块52转动设置在弧形配合部534内，以使第一调节滑块51和第二调节滑块52与拨叉53的配合结构更可靠。
54.在本发明的一些实施例中，所述第一调节滑块51朝向所述第二主动轮21的一侧设有第一花键凸511，所述第二主动轮21上设有第一花键槽211，所述第一花键凸511可伸入所述第一花键槽211内。由此，通过使第一花键凸511伸入或脱离所述第一花键槽211内，从而控制第一调节滑块51是否与第二主动轮21相配合，以使第一调节滑块51和第二主动轮21之间的可拆卸连接结构更可靠，从而保证换挡的可靠性。
55.在一些实施例中，第一花键凸511和第一花键槽211均为多个，多个第一花键凸511沿输入轴3的周向间隔设置，多个第一花键凸511和多个第一花键槽211一一对应设置，从而提高配合的稳定性。
56.在本发明的一些实施例中，所述第二调节滑块52朝向所述第二从动轮22的一侧设有第二花键凸521，所述第一正向单向器23上设有第二花键槽231，所述第二花键凸521可伸入所述第二花键槽231内。由此，通过使第二花键凸521伸入或脱离所述第二花键槽231内，从而控制第二调节滑块52是否与第二从动轮22相配合，以使第二调节滑块52和第二从动轮22之间的可拆卸连接结构更可靠，从而保证换挡的可靠性。
57.在一些实施例中，第一花键凸511的长度大于第二花键凸521的长度，从而当从一档变为二档时，第一花键凸511可继续深入第一花键槽211，以使第二花键凸521伸入所述第二花键槽231内。
58.在一些实施例中，第二花键凸521和第二花键槽231均为多个，多个第二花键凸521沿输出轴4的周向间隔设置，多个第二花键凸521和多个第二花键槽231一一对应设置，从而提高配合的稳定性。
59.在本发明的一些实施例中，所述所述第二调节滑块52朝向所述第一从动轮12的一侧设有第三花键凸522，所述第一从动轮12上设有第三花键槽121，所述第三花键凸522可伸入所述第三花键槽121内。由此，通过使第三花键凸522伸入或脱离所述第三花键槽121内，
从而控制第二调节滑块52是否与第一从动轮12相配合，以使第而调节滑块和第一从动轮12之间的可拆卸连接结构更可靠，从而保证换挡的可靠性。
60.在一些实施例中，第三花键凸522和第三花键槽121均为多个，多个第三花键凸522沿输出轴4的周向间隔设置，多个第三花键凸522和多个第三花键槽121一一对应设置，从而提高配合的稳定性。
61.在本发明的一些实施例中，所述第一主动轮11的直径小于所述第二主动轮21的直径，所述第二主动轮21的直径小于所述第二从动轮22的直径，所述第二从动轮22的直径小于所述第一从动轮12的直径。由此，使得低速齿轮组1的传动比大于高速齿轮组2的传动比，从而通过控制第一调节滑块51和第二调节滑块52的位置，实现多个档位的输出，有利于实现自动变速控制，从而提高电动机的工作效率。
62.在一些实施例中，各个齿轮的直径、模数、低速齿轮组1的传动比、高速齿轮组2的传动比，可根据车辆扭矩需求进行限定，在此不做限制。
63.在本发明的一些实施例中，所述第二主动轮21和所述输入轴3之间设有第一支撑轴承25。由此，使得第二主动轮21可相对于输入轴3转动，避免出现干扰现象。
64.在本发明的一些实施例中，所述第一正向单向器23和所述输出轴4之间设有第二支撑轴承232。由此，使得第一正向单向器23可相对于输出轴4转动，避免出现干扰现象。
65.本发明还提供了一种根据本发明上述任一项所述的纠缠同步动态变档式变速箱的控制方法，包括以下控制模式：
66.在一档输出控制模式下：所述第一调节滑块51与所述第二主动轮21相配合，所述第二调节滑块52位于所述第一从动轮12和所述第二从动轮22之间，所述输入轴3转动时，驱动所述第一主动轮11转动，所述第一主动轮11转动以带动所述第一从动轮12转动，所述第一从动轮12转动以通过所述第二正向单向器13带动所述输出轴4转动；
67.在二档输出控制模式下：所述第一调节滑块51与所述第二主动轮21相配合，所述第二调节滑块52与所述第一正向单向器23相配合，所述输入轴3转动时，驱动所述第一主动轮11转动，所述第一主动轮11转动以带动所述第二主动轮21转动，所述第二主动轮21转动以通过所述第一正向单向器23带动所述第二调节滑块52转动，所述第二调节滑块52转动以带动所述输出轴4转动；
68.在倒挡输出控制模式下：所述第二调节滑块52与所述第一从动轮12相配合，所述第一调节滑块51位于所述第一主动轮11和所述第二主动轮21之间，所述输入轴3反向转动时，驱动所述第一主动轮11转动，所述第一主动轮11转动以带动所述第一从动轮12转动，所述第一从动轮12转动以通过所述第二正向单向器13带动所述输出轴4反向转动。
69.综上所述，本发明的控制方法通过四个齿轮构成全部功能，可靠性可以充分保障，变档箱成本较低，在充分利用惯性拖拽的前提下，换挡所产生的冲击力均由电动机方面消纳。整个换挡所消耗时间不超过500毫秒，对驾驶人员而言，几乎没有任何顿挫感。且由于各部件之间独特的同步原理，实际换挡中没有相关的冲击，也不会出现锁死状态，有利于实现自动变速控制，从而提高电动机的工作效率。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的
示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
71.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。