CN101486314A - 用于车辆的扭矩分配系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的扭矩分配系统，该扭矩分配系统使用行星齿轮组、电马达和扭矩传递机构以控制在车辆上的两个轴向排成一行的车轮之间的扭矩差值。该扭矩分配系统包括具有第一部件、第二部件和第三部件的行星齿轮组。扭矩传递机构可有选择地接合以使行星齿轮组的第一部件与第二部件相连接以便共同旋转。行星齿轮组的第二部件和第三部件分别持续地操作性地与第一可旋转连接元件和第二可旋转连接元件相连接。马达持续地与行星齿轮组的第一部件相连接，使得当马达被激励时该马达增加扭矩至第一部件或减少至该第一部件的扭矩，而当马达被激励且扭矩传递机构接合时该马达还增加扭矩至第二部件或减少至该第二部件的扭矩。

Description

用于车辆的扭矩分配系统
技术领域
[001]本发明涉及一种用于车辆的扭矩分配系统，尤其是用于在两个轴向对准的车轮之间的中引入扭矩的差值的扭矩分配系统。
背景技术
[002]控制在车辆车轮中的扭矩分配的能力改进了车辆牵引和车辆的控制。通过控制在两个轴向地排成一行的车轮之间的扭矩差值(例如利用电子滑动差速器)可以控制车辆横摆。扭矩分配系统，也称作扭矩偏置系统，包括具有可接合以在左车轮和右车轮之间传送扭矩的离合器的限滑差速器以及同样使用可有选择地接合以在前轮和后轮之间传送扭矩的离合器的按需启动(active-on-demand)系统。
发明内容
[003]提供用于车辆的一种扭矩分配系统，该扭矩分配系统使用行星齿轮组、电马达和扭矩传递机构以控制在车辆上的两个轴向对准的车轮之间的扭矩差值。行星齿轮组具有第一部件、第二部件和第三部件。扭矩传递机构可有选择地接合以连接行星齿轮组的第一部件和第二部件，以便共同旋转。行星齿轮组的第二部件和第三部件分别持续地操作性地与第一可旋转连接部件和第二可旋转连接部件相连接。马达持续地与行星齿轮组的第一部件相连接，以使得当马达被激励时该马达改变(也就是说，增加或减少)至第一部件的扭矩而当马达被激励且扭矩传递机构接合时该马达还同样增加至第二部件的扭矩。马达、行星齿轮组和扭矩传递机构由此被构造成，当离合器脱开时在可旋转连接元件处引起扭矩的差值。扭矩分配系统可与车辆的驱动轮(也就是说，由诸如发动机等动力源所驱动的轮)或非驱动轮相连接。当动力源关断并且扭矩传递机构接合时，马达可在纯电动模式下被使用以驱动第一可旋转连接元件和第二可旋转连接元件。当扭矩传递机构接合并且动力源接通时，该马达也可以与动力源相协力的方式被使用，以用于启动辅助，以及用于再生制动。在混合机电式布置中马达可操作性地与变速器相连接。在各种实施例中，扭矩分配系统连同差速器机构或复合行星齿轮组一起被使用以互连至轴向对准的车轮。
[004]当结合附图时，通过对用于实施本发明的最佳模式的下列详细描述，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将是显而易见的。
附图说明
[005]图1是扭矩分配系统的第一实施例的非完整截面图形式的示意性图解；
[006]图2是前轮驱动车辆的平面图形式的示意性图解，该前轮驱动车辆具有图1的扭矩分配系统，该扭矩分配系统操作性地连接至车辆的不被供以能量的后轮；
[007]图3是扭矩分配系统的第二实施例的非完整截面图形式的示意性图解；
[008]图4是后轮驱动车辆的平面图形式的示意性图解，该后轮驱动车辆具有图3的扭矩分配系统，该扭矩分配系统操作性地连接至车辆的后轮；
[009]图5是扭矩分配系统的第三实施例的非完整截面图形式的示意性图解；
[010]图6是表示图5的扭矩分配系统的杠杆图形式的示意性图解；
[011]图7是前轮驱动车辆的平面图形式的示意性图解，该前轮驱动车辆具有图5的扭矩分配系统，该扭矩分配系统操作性地连接至车辆的前轮；
[012]图8是扭矩分配系统的第四实施例的非完整截面图形式的示意性图解；和
[013]图9是表示图8的扭矩分配系统的杠杆图形式的示意性图解。
具体实施方式
[014]参考附图，其中，相同的标号指代相同的零部件，图1显示了扭矩分配系统10，其操作性地连接到两个轴向对准的可旋转连接元件12和14(例如轮轴)上，可旋转连接元件各自操作性地连接至相对的车轮(例如在图2中的车辆40上的后轮13和后轮15)，以用于控制可旋转连接元件12，14之间的扭矩差值。扭矩分配系统10包括电马达16、行星齿轮组18和扭矩传递机构20，该电马达16优选地但不是必须地可作发电机运行。在该实施例中，扭矩传递机构20是摩擦离合器。电马达16包括可旋转的转子21和不可旋转的定子22。定子22固定到静止部件24(例如车架)上。行星齿轮组18包括太阳齿轮部件32、环形齿轮部件34和托架部件36，该托架部件36可旋转地支撑与太阳齿轮部件32和环形齿轮部件34两者都相啮合的小齿轮37。在此，将太阳齿轮部件32、环形齿轮部件34和托架部件36分别称作行星齿轮组18的第一部件、第二部件和第三部件。转子21与太阳齿轮部件32持续地相连接以便共同旋转。扭矩传递机构20可有选择地接合以使转子21及太阳齿轮部件32与环形齿轮部件34相连接，以便共同旋转。
[015]当扭矩传递机构20脱开且马达16被电激励时，马达16以由环形齿轮部件34和太阳齿轮部件32的齿轮齿数所确定的扭矩比而增加扭矩至可旋转连接元件14。这引入了在可旋转连接元件12和14之间的扭矩中的差值，其被探测为在车辆横摆角中的变化，通常称为扭矩矢量控制(torque vectoring)。如果扭矩传递机构20接合，那么行星齿轮组18被锁定，其中，所有部件以相同的速度旋转，并且，马达16可被激励以增加扭矩至可旋转连接元件12，14两者上。这引起转向不足。通过使扭矩传递机构20接合，马达16可被用于辅助车辆40的启动及改进低牵引驱动(low traction driving)。当动力源(例如发动机)关断时，马达16可以在纯电动模式下驱动车辆。备选地，马达16可被控制以作发电机运行，将可旋转连接元件14处的扭矩转变成被传送到诸如连接到定子22上的电池(图未示)等的储存装置处的电能。上述情形可在当图2的车辆40制动时在再生制动模式期间发生，以帮助减慢车轮13，15。
[016]参考图2，扭矩分配系统10显示成安装在车辆40上。车辆40是前轮驱动车辆，具有作为动力源42的发动机，该发动机通过变速器48和被连接到可旋转连接元件(即，轮轴或车轴)52，54上的差速器机构50来为前轮44和前轮46提供动力。备选地，动力源42可以是燃料电池。在该实施例中，扭矩分配系统10运行以增加、移去和控制(左轮13至右轮15)至非驱动的后轮13，15上的扭矩。
[017]参考图3，扭矩分配系统10A的备选实施例构造成安装在图4的后轮驱动车辆40A上，以增加扭矩至后驱动轮13A，15A。图3的扭矩分配系统10A包括行星齿轮组18A、马达16A和扭矩传递机构20A，每一个都构造成起到和图1的扭矩分配系统10的相应部件大致相同的功能。行星齿轮组18A包括与马达16A的转子持续地相连接以便旋转的太阳齿轮部件32A、与可旋转连接元件12A持续地相连接以便旋转的环形齿轮部件34A以及可旋转地支撑着与太阳齿轮部件32A和环形齿轮部件34A两者相啮合的小齿轮37A的托架部件36A。托架部件36A与可旋转连接部件14A相连接以便共同旋转。如在图4中所图解的，车辆40A是带有后差速器56A的后轮驱动车辆，该后差速器56A把经由驱动轴58A所接收的动力传送到后轮13A，15A上，该驱动轴58A由动力源42A通过变速器48A所驱动。扭矩分配系统10A安装在后差速器56A和右后轮15A之间，其中，可旋转连接元件12A是在扭矩分配系统10A和差速器56A之间的连接部件，而可旋转连接元件14A是在扭矩分配系统10A和右后轮15A之间的轮轴。未被供以动力的前轮44A，46A并非操作性地互相连接，而是经由轴承(图未示)和额外部件而与车辆40A相连接，对于非驱动轮而言该额外部件是已知的。扭矩分配系统10A的马达16A可以是这样的马达/发电机，其可在当扭矩传递机构20A接合时在制动以减慢车轮13A，15A期间运行在再生制动模式下，以把可旋转连接元件12A，14A的扭矩转变成被储存的电能。在扭矩传递机构20A接合的情况下，可以使用马达16A来辅助车辆40A的启动以及改进低牵引驱动。此外，当动力源42A切断且扭矩传递机构20A接合时，马达16A可以在纯电动模式下驱动车辆40A。扭矩分配系统10A的马达16A可操作性地与变速器48A相连接并被控制以与动力源42A协作从而建立不同的模式，例如电动可变模式，或纯电动模式，以建立混合式纯电动变速器48A。
[018]参考图5，图解了扭矩分配系统100的另一个实施例。扭矩分配系统100操作性地连接到两个可旋转连接元件112和114上，该可旋转连接元件112和114各自操作性地连接至相应的轴向对准的相对而置的车轮(例如图7中车辆140上的前轮144和146)，以用于控制可旋转连接元件112，114之间的扭矩差值。扭矩分配系统100包括电马达116，行星齿轮组118和扭矩传递机构120，该电马达116也可作发电机运行，该扭矩传递机构120在该实施例中为摩擦离合器。电马达116包括可旋转的转子121和不可旋转的定子122。定子122固定到静止部件124上，例如固定到车架上。行星齿轮组118包括太阳齿轮部件132、环形齿轮部件134以及可旋转地支撑着与太阳齿轮部件132和环形齿轮部件134两者都相啮合的小齿轮137的托架部件136。在此，将太阳齿轮部件132、环形齿轮部件134，以及托架部件136分别称作行星齿轮组118的第一部件、第二部件和第三部件。转子121与太阳齿轮部件132持续地相连接，以便共同旋转。扭矩传递机构120可有选择地接合以使转子121和太阳齿轮部件132与环形齿轮部件134相连接，以便共同旋转。备选地，托架部件136可以支撑两小齿轮组，第一组与太阳齿轮部件132啮合，而第二组与第一组啮合并与环形齿轮部件134啮合，使得行星齿轮组118成为与图8的行星齿轮组250相似的双小齿轮齿轮组。
[019]扭矩分配系统100连接至差速器机构150，该差速器机构150包括作为差速器托架部件的可旋转连接元件112，该差速器托架部件支撑左侧齿轮160和右侧齿轮164，该左侧齿轮160与驱动轴162相连接，以便旋转，而该右侧齿轮164与可旋转连接元件114(用作为右驱动轴)连接，以便旋转。驱动扭矩(例如来自图7的变速器148)与小齿轮轴166相连接，以便旋转，与侧齿轮160，164啮合的小齿轮168在该小齿轮轴166上旋转。
[020]当扭矩传递机构120脱开并且马达116被电激励时，马达116按由环形齿轮部件134和太阳齿轮部件132的齿轮齿数所确定的扭矩比增加扭矩至可旋转连接元件114，从而引入了可旋转连接元件和驱动轴162之间的扭矩差值。如果扭矩传递机构120接合，则行星齿轮组118锁定成所有部件以相同的速度旋转，且马达116可被激励以增加扭矩至可旋转连接元件112，114两者上。扭矩分配系统100的马达116可以是这样的马达/发电机，即，当扭矩传递机构120接合时在制动以减慢车轮144，146期间，其可在再生制动模式下作发电机运行以把可旋转连接元件112，114的扭矩转变成被储存的电能。在扭矩传递机构120接合的情形下可使用马达116来辅助车辆140的启动及改进低牵引驱动。此外，当动力源142(例如发动机)关断且扭矩传递机构120接合时，马达116可以在纯电动模式下驱动车辆140。变速器148和马达116可被操作性地相连接以使得变速器148可作为带有不同的运行模式(例如由动力源142和马达116两者所提供动力的电动可变运行模式)的混合式机电式变速器来运行。
[021]参考图7，扭矩分配系统100显示成安装在车辆140上。车辆140是前轮驱动车辆，具有通过变速器148和差速器机构150来驱动前轮144和前轮146的动力源142(例如发动机)。在该实施例中，运行扭矩分配系统100从而或者以相等的方式(如果扭矩传递机构120接合的话)或者以带有在其间的扭矩差值的方式(如果扭矩传递机构120未接合的话)来增加扭矩至后驱动轮144，146上。
[022]参考图6，如汽车动力系设计领域中的那些技术人员所理解的那样，以杠杆图的形式显示了扭矩分配系统100和差速器机构150。扭矩分配系统100表示成三节点杠杆(three-node lever)，其中，太阳齿轮部件132、环形齿轮部件134和托架部件136建立节点。差速器机构150也可表示成三节点杠杆，其中，小齿轮轴166和侧齿轮160，164建立杠杆的节点。可旋转连接元件112使环形齿轮部件134和小齿轮轴166相连接，动力源同样可通过变速器148而增加扭矩至该小齿轮轴166。托架部件136随侧齿轮164旋转。
[023]参考图8，扭矩分配系统200的另一个实施例显示成操作性地连接至复合行星齿轮组250，其例如可被使用以将来自动力源242和变速器248的驱动扭矩分配到两个可旋转连接元件212，214上。扭矩分配系统200包括电马达216、行星齿轮组218和扭矩传递机构220，该电马达216同样可作发电机运行，在该实施例中扭矩传递机构220是摩擦离合器。电马达216包括可旋转的转子221和不可旋转的定子222。定子222固定到静止部件224，例如车架上。行星齿轮组218包括太阳齿轮部件232、环形齿轮部件234和可旋转地支撑着与太阳齿轮部件232和环形齿轮部件234两者都啮合的小齿轮237的托架部件236。在此把太阳齿轮部件232、环形齿轮部件234和托架部件236分别称为行星齿轮组218的第一部件、第二部件和第三部件。转子221与太阳齿轮部件232持续地相连接，以便共同旋转。扭矩传递机构可有选择地接合220以使转子221和太阳齿轮部件232与环形齿轮部件234相连接，以便共同旋转。
[024]当扭矩传递机构220脱离接合并且马达216被电激励时，马达216增加扭矩至可旋转连接元件214(按由环形齿轮部件234和太阳齿轮部件232的齿轮齿数所确定的扭矩比)。如果扭矩传递机构220接合，那么行星齿轮组218锁定成所有部件以相同的速度旋转，并且马达216可被激励以增加扭矩至可旋转连接元件212，214两者上。
[025]在车辆上，扭矩分配系统200连接到复合行星齿轮组250上，其中，可旋转连接元件212操作性地与可旋转地支撑着两小齿轮组277，278的托架部件276相连接，以便旋转。托架部件276与轮轴262连接，以便共同旋转，该轮轴262与可旋转连接元件214轴向对准。小齿轮277和环形齿轮部件274啮合并与小齿轮278啮合。小齿轮278与太阳齿轮部件272啮合，该太阳齿轮部件272与托架部件236及可旋转连接元件214持续地相连接，以便旋转。
[026]参考图9，以杠杆图的形式显示扭矩分配系统200和复合行星齿轮组250，其各建立三节点杠杆。环形齿轮部件234、托架部件236和太阳齿轮部件232确立三个节点。表示行星齿轮组250的杠杆具有由太阳齿轮部件272、环形齿轮部件274和托架部件276所建立的三个节点。
[027]扭矩分配系统200和复合行星齿轮组250可安装在车辆上，操作性地连接到驱动轮上，例如，代替扭矩分配系统100和差速器机构150而安装在图7的车辆140上，成前轮驱动布置。备选地，扭矩分配系统200和复合行星齿轮组250可以安装在图4的车辆40A上，代替扭矩分配系统10A和后差速器56A，成后轮驱动布置。
[028]当扭矩传递机构200接合时，扭矩分配系统200的马达216可以是这样的马达/发电机，即，在制动以减慢车辆车轮(该扭矩分配系统200连接至该车辆车轮)期间，其可在再生制动的模式下作发电机运行，以把可旋转元件212，214的扭矩转变成被储存的电能。在扭矩传递机构220接合的情况下，可以使用马达216来辅助车辆的启动以及改进低牵引驱动。此外，当发动机或其它动力源关断且扭矩传递机构220接合时，马达216可在纯电动模式下驱动车辆。备选地，马达216可被控制以作发电机运行，从而将可旋转连接元件214处的扭矩转变成电能，该电能被送至储存装置，例如被送至连接到定子222上的电池(图未示)。
[029]尽管已经详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但是那些熟悉本发明所涉及领域的技术人员将认出在所附权利要求的范围中的用于实现本发明的各种备选设计和实施例。

Claims (13)

1.一种用于车辆的扭矩分配系统，所述车辆具有彼此轴向对准的第一车轮和第二车轮，以及分别持续地操作性地与所述第一车轮及所述第二车轮相连接以便旋转的第一可旋转连接元件和第二可旋转连接元件，所述扭矩分配系统包括：
具有第一部件、第二部件和第三部件的行星齿轮组；
电马达；
扭矩传递机构，所述扭矩传递机构可有选择地接合以使所述行星齿轮组的所述第一部件与所述第二部件相连接以便共同旋转；其中，所述行星齿轮组的所述第二部件和所述第三部件分别持续地操作性地与所述第一可旋转连接元件和所述第二可旋转连接元件相连接；且其中，所述马达持续地连接到所述行星齿轮组的所述第一部件上，以使得当所述马达被激励时所述马达增加扭矩至所述第一部件或减少至所述第一部件的扭矩，而当所述马达被激励且所述扭矩传递机构接合时所述马达增加扭矩至所述第一部件和所述第二部件两者上或减少至所述第一部件和所述第二部件两者的扭矩；所述马达、所述行星齿轮组和所述扭矩传递机构由此构造成当所述离合器脱开时在所述可旋转连接元件之间引起扭矩中的差值。
2.根据权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述车辆还包括彼此轴向对准的第三车轮和第四车轮，以及动力源；且其中，所述动力源驱动式地与所述第三车轮和所述第四车轮相连接以用于在所述第三车轮和所述第四车轮处提供扭矩，且并不被连接用于在该第一和第二可旋转连接元件及第一和第二车轮处提供扭矩。
3.根据权利要求2所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述车辆还包括操作性地连接在所述第三车轮及所述第四车轮与所述动力源之间的变速器；且其中，所述马达同样可作发电机运行且操作性地连接至所述变速器，以使得所述变速器为混合式机电式变速器。
4.根据权利要求3所述的扭矩分配系统，其特征在于，当所述发动机未被激励时，所述马达/发电机可运行以在纯电动模式下驱动所述第三车轮和所述第四车轮。
5.根据权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述车辆还包括动力源；且其中，所述动力源驱动式地被连接，以用于增加在该第一和第二可旋转连接元件及第一和第二车轮处的扭矩。
6.根据权利要求5所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述车辆还包括操作性地连接在所述动力源与所述第一可旋转连接元件及所述第二可旋转连接元件之间的变速器；且其中，所述马达同样可作发电机运行且操作性地连接至所述变速器以使得所述变速器成为混合式机电式变速器。
7.根据权利要求6所述的扭矩分配系统，其特征在于，当所述动力源不被激励时，所述马达可运行以在纯电动模式下驱动所述第一可旋转连接元件和所述第二可旋转连接元件。
8.根据权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述行星齿轮组构造成如下形式，即，使得当所述扭矩传递机构接合时所述马达增加相同的扭矩至所述第一可旋转连接元件和所述第二可旋转连接元件或减少至所述第一可旋转连接元件和所述第二可旋转连接元件的相同的扭矩。
9.根据权利要求1所述扭矩分配系统，其特征在于，所述车辆还包括差速器，所述差速器具有操作性地被连接以用于自发动机处接收驱动扭矩的第一差速器部件、被操作性地连接以用于借助于通过所述第一差速器部件所接收的驱动扭矩来驱动所述第一可旋转连接元件的第二差速器部件、以及被操作性地连接以用于借助于通过所述第一差速器部件所接收的驱动扭矩来驱动所述第二可旋转连接元件的第三差速器部件；其中，所述行星齿轮组的第二部件与第二差速器部件持续地相连接，以便共同旋转；而其中，所述行星齿轮组的第三部件与第一差速器部件持续地相连接，以便共同旋转。
10.根据权利要求1所述的扭矩分配系统，其特征在于，所述马达可在再生制动模式下作发电机运行以把所述第一可旋转连接元件和所述第二可旋转连接元件的机械能转换成电能。
11.一种用于控制在车辆的轴向对准的两个车轮之间的扭矩差值的设备，所述设备包括：
具有第一部件、第二部件和第三部件的行星齿轮组，所述部件中的所述第二部件和所述第三部件各持续地操作性地与所述车轮中的不同的相应的一个车轮相连接；
电马达，所述电马达持续地操作性地连接到所述部件中的第一部件上且可有选择地供以能量以在所述第一部件处提供扭矩；以及
扭矩传递机构，所述扭矩传递机构可有选择地接合以将所述电马达连接至所述部件的其它部件中的一个部件，所述马达因此而可运行以引入在所述两个轮之间的扭矩的差值。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述行星齿轮组是第一行星齿轮组，所述第一部件是第一太阳齿轮部件，所述第二部件是第一环形齿轮部件，而所述第三部件是可旋转地支撑着第一小齿轮组的第一托架部件，所述第一小齿轮组与所述第一太阳齿轮部件及所述第一环形齿轮部件互啮合；且其中，所述车辆包括具有第二太阳齿轮部件、第二环形齿轮部件和第二托架部件的第二复合行星齿轮组，所述第二托架部件可旋转地支撑着第二小齿轮组和第三小齿轮组；其中，所述第二小齿轮组与所述第二环形齿轮及所述第三小齿轮组啮合；而其中，所述第三小齿轮组与所述第二太阳齿轮部件啮合；
其中，所述第一环形齿轮部件与所述第二托架部件持续地相连接，以便共同旋转；其中，所述第一托架部件与所述第二太阳齿轮部件持续地相连接，以便共同旋转；而其中，所述第二环形齿轮部件构造成用以接收驱动扭矩。
13.一种车辆，所述车辆包括：
经由差速器机构而操作性地连接至一对轴向对准的车轮的动力源；
扭矩分配系统，所述扭矩分配系统具有：
带有第一部件、第二部件和第三部件的行星齿轮组；
马达，所述马达与所述第一部件持续地相连接以便旋转；
扭矩传递机构，所述扭矩传递机构可有选择地接合以使所述第一部件与所述第二部件相连接以便共同旋转；其中，所述第二部件与所述差速器机构的部件并与所述车轮中的一个车轮持续地相连接，以便共同旋转；而其中，所述第三部件与所述车轮中的另一个车轮持续地相连接，以便共同旋转；所述马达因此可运行以用于在所述扭矩传递机构未接合时在所述车轮之间提供扭矩的差值及用于在离合器接合的情况下在所述车轮中的两个车轮处提供扭矩。
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