CN101519040A - 电动汽车双电机防滑差速驱动桥 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于电动汽车的双电机防滑差速驱动桥，其包括两个驱动电机、减速器和与减速器连接的输出轴。两个电机采用面对面的方式布置在驱动桥的中间，它们通过减速器壳体联结为一个整体，所述两个电机输出的动力汇流到所述减速器，进一步通过与所述减速器连接的输出轴驱动电动汽车的左右车轮转动。所述电机和减速器可安装在发动机仓内部，结构紧凑，占用空间小。同时为了解决车辆打滑问题，在减速器内还设置有防滑差速装置。

Description

电动汽车双电机防滑差速驱动桥

技术领域

本发明属于电动汽车领域，更加具体地说，涉及一种适用于驱动电动汽车的双电机防滑差速驱动桥。

背景技术

由于全球能源的日趋紧张，高效、节能、环保的电动汽车便成了未来汽车发展的趋势。相对于单电机驱动的电动汽车来说，采用双电机独立车轮驱动(以下简称为双电机驱动)方案的电动汽车有着诸多优点，例如简化了机械传动系统，提高了驱动效率，还能够充分利用车载能量来提高续驶里程；而且结构紧凑，提高了汽车的空间利用率；最关键的是双电机驱动方案可以通过独立调节两个驱动轮的转速来实现电子差速，同时依靠精确的电子控制能够有效改善车辆的行驶性能，并且容易实现汽车底盘的电子化和主动化。因此，双电机独立驱动的电动汽车具有单电机驱动方案无法比拟的优点，是电动汽车的重要发展方向。

目前，用于电动汽车的双电机驱动系统有下面三种主要结构形式：电机与减速器组合式驱动桥驱动、内转子轮毂电机经行星齿轮减速器驱动、低速外转子轮毂电机驱动。

下面将参照图1说明上述现有的双电机驱动系统的典型构成，图中，M代表电机，FG代表固定速比(fix gear)减速器。

如图1所示，第一种结构形式(即电机与减速器组合式驱动桥驱动形式)可将电机和减速器安装在车架(或车身)上，经过传动轴驱动车轮，这种结构形式可沿用传统的车轮，但占用的空间较大，配合独立悬架(未示)时轴向空间布置困难。而对于后两种结构形式(即内转子轮毂电机经行星齿轮减速器驱动和低速外转子轮毂电机驱动，有时也将它们统称为轮边驱动)，由于没有传动轴，所以整体结构紧凑，尤其适合配备独立悬架的电动汽车，甚至前后轴都可以采用轮边驱动型式，成为4WD(四轮驱动)车辆，但这种形式的电机和减速器全部为非簧载质量(即其重量没有加载在弹簧上)，从而使车轮质量过大，对整车动力学性能造成恶劣影响，且对电机疲劳寿命要求特别高，不能使用传统的车轮，制造成本高，可靠性低。

所以以上三种构型虽各具优势，但都未能得到广泛应用。

另外，电动汽车的双电机驱动系统涉及非常复杂的电机驱动控制，尤其是车轮之间的电子差速和驱动防滑控制技术。目前，解决电子差速问题的方案主要有三种：一种是采用车轮转速作为控制变量，但控制对象难以准确估算，且受外界影响太大，对电机的要求太高；第二种是以各驱动轮滑转率相等为控制目标，这种方法克服了第一种方法的不足，但不能实现小滑转率的实时检测和控制；还有一种是通过改变电机结构来实现，这种方法使驱动系统结构复杂，不能充分发挥轮边驱动的优势，且各车轮驱动力难以实现独立控制。通过上述可以发现，目前对电子差速问题的研究还存在很大缺陷，并没有得到有效的解决方案。而且现阶段，双电机驱动电动汽车的防滑控制主要是根据车轮的滑移率调节电机的驱动转矩和制动器的制动压力来实现的。但是，当车辆行驶在恶劣路面上时，若处于低附着系数路面(例如雪地)上的车轮发生打滑，则必须减小相应车轮电机的输出扭矩或调整制动器的制动压力，以使车轮恢复正常转动。与此同时，在驱动时，车辆主要靠相对路面具有高附着系数的车轮的电机驱动行驶，这浪费了打滑车轮一侧电机的驱动功率，进而若车辆正处于爬坡状态或遇到一定的障碍，车辆很可能无法通行，这一点还不如带防滑差速器的单电机驱动电动汽车或常规车辆。

但是，电动汽车具备电子控制的先天优势，如果能开发一种机电系统相结合的新型防滑差速系统用于电动汽车上，必然会减轻对双电机精确控制的依赖性，同时能够提高车辆的行驶稳定性、操纵稳定性和通过性。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而提出的，更加具体地说，本发明的目的是提供一种用于电动汽车电机驱动系统的双电机防滑差速驱动桥，其结构紧凑，占用空间小，并能解决现有技术中存在的车辆打滑问题。

本发明的上述目的之一是通过提供一种用于电动汽车的双电机驱动桥实现的。所述双电机驱动桥包括两个驱动电机、与所述两个驱动电机耦接的减速器、和与减速器连接的输出轴，其中，所述两个驱动电机采用面对面的方式布置在驱动桥的中间，它们通过减速器壳体联结为一个整体，所述两个驱动电机输出的动力汇流到所述减速器，进一步通过与所述减速器连接的输出轴驱动电动汽车的左右车轮转动。

优选地，所述两个驱动电机采用双高速电机。

优选地，所述减速器采用二级减速器，每个驱动电机通过四个齿轮实现二级减速；所述四个齿轮包括输入轴齿轮、中间被动齿轮、中间主动齿轮、和输出轴齿轮，其中，输入轴齿轮与一个电机轴固接并与中间被动齿轮啮合，所述中间被动齿轮与中间主动齿轮同轴设置，进一步中间主动齿轮与输出轴齿轮啮合，而输出轴齿轮固定在所述输出轴上。

优选地，所述减速器是少齿差大速比减速器。

优选地，除了减速器之外，所述减速器还可采用下述减速传动形式：带传动、链传动、行星齿轮传动。其中，所述减速器的输出轴与驱动电机轴平行布置。

根据本发明的一个实施例，在所述减速器中还设置有防滑差速装置。所述防滑差速装置设置在减速器的两个输出齿轮之间，并与所述输出轴同轴设置。所述防滑差速装置可以采用粘性联轴器、液力耦合器、电动离合器、硅油离合器、电磁离合器或机械式离合器等。

采用本发明的方案，在具备双电机独立驱动的优点的同时，将电机和减速器安装在发动机舱里，使其全部变为簧载质量，避免了图1所示第二、三种方案中轮毂电机驱动所带来的缺陷，有利于改善车辆的动力学性能。采用二级减速器和将防滑差速装置装于第一级减速齿轮之间，能有效减小传动系统尺寸，方便整车布置。本发明适用性强、成本低，独特的传动路线解决了图1所示第一种方案存在的轴向空间布置难题，适合装备采用独立悬架的电动车辆，减少了传统轿车的电动化改型的难度，原则上只要移除现有发动机及传动系统总成，用该系统进行替换即可，空间紧凑合理，利用率高。

同时，由于采用二级减速而可以选用高速电机，减少了电机尺寸，提高了驱动效率，相对延长了整车续驶里程。该方案可用于纯电动汽车、燃料电池汽车和部分混合动力汽车。为实现电动汽车产业化，提供非常适用的关键部件。

本发明还提供一种包括前述双电机防滑差速驱动桥的电动汽车。所述双电机防滑差速驱动桥可设置在电动汽车的前轴和/或后轴上。其中，在所述电动汽车的前、后轴上分别设置一个所述双电机驱动桥，从而成为四轮驱动车辆。

相对于现有的双电机驱动结构形式，根据本发明的双电机防滑差速驱动桥所取得的效果是显著的。

1、本发明采用双电机汇流减速驱动型式：双电机采用面对面的方式布置在驱动桥的中间，动力汇流到减速器，分别通过各自的减速齿轮系驱动左右车轮，左右输出轴与电机轴平行布置。该驱动型式将两个电机通过减速器壳体联结为一个整体，结构紧凑。电机和减速器可安装在发动机仓内部，使其全部变为簧载质量，车辆平顺性好，优选采用高速电机能使布置空间更小。发动机车型电动化改装时，更换车辆原有的动力总成，即可安装本驱动系统，其他总成不变。

2、本发明采用防滑差速装置：在减速器的被动减速齿轮副(即左、右半轴齿轮)之间安装防滑差速装置，在单个车轮发生滑转时，其能使电机功率流向附着条件好的车轮，提高了驱动效率和通过性能，简化了电机驱动协调控制策略，可靠性高。

3、具有标准化条件：减速器优选采用少齿差大速比减速器，从而使结合更具有平稳和舒适性能。减速器的左右输出法兰盘可与各种型号的汽车半轴联结，具有显著的通用化、系列化、标准化条件，对传统车改装具有很好的继承性。

4、采用双电机综合控制器：双电机综合控制器能协调两部电机动力输出，采用等扭矩基本控制策略，按照直线行驶工况、转向工况、极限工况，根据方向盘角位移、车速和横摆角速度等信号，调整双电机输出转矩，从而实现整车行驶稳定性，操纵稳定性和主动安全动力学控制。例如，当整车动力学状态出现异常时，能够通过调整左右驱动车轮的力矩，产生附加横摆力偶，由此完成主动安全控制。

5、方便扩展：本发明可扩展为两轴四轮驱动车辆(4WD)，前后都采用双电机防滑差速驱动桥，单个电机功率更小，用四电机综合控制器协调控制，实现全时四驱。

附图说明

本发明的上述和/或其它优点通过下面结合附图对实施例的详细说明将变得显而易见。其中：

图1为表示现有的电动汽车双电机驱动系统的构型示意图；

图2为表示包括根据本发明的新型双电机防滑差速驱动桥的电动车原理图；

图3-1、3-2、3-3、3-4为表示根据本发明的电动车双电机防滑差速驱动桥的外形图；

图4-1、4-2为根据本发明的双电机防滑差速驱动桥的传动系统图；

图5-1、5-2为表示根据本发明的减速器的外形图；

图6为硅油防滑离合器分解图。

具体实施方式

如图2所示，本发明是基于下列原理做出的：采用双高速电机和二级减速器组合式结构，并采用半轴传动，在减速齿轮箱内安装一个防滑差速装置，当一侧车轮发生打滑时，可通过防滑差速装置，利用另一侧地面的高附着力对打滑进行辅助控制，起到ASR(驱动防滑)部分的作用。当轮速差很大时，防滑差速装置自动实现两侧传动齿轮柔性结合，提高了车辆的通过性能。

下面将参照附图详细说明根据本发明的双电机防滑差速驱动桥的具体实施例。

图3-1、3-2、3-3、3-4为表示根据本发明的电动车双电机防滑差速驱动桥的外形图。如图所示，根据本发明的电动车双电机防滑差速驱动桥S主要是由双电机1、1’和减速器总成4构成，其中双电机1、1’采用面对面的方式布置在驱动桥的中间，双电机1、1’输出的动力汇流到减速器4，分别通过各自的减速齿轮副并借助传动轴3、3’(例如，半轴)驱动左右车轮2、2’。左右输出轴(即传动轴3、3’)与电机轴平行布置。优选的，双电机1、1’采用高速电机。

根据本发明的电动车双电机防滑差速驱动桥S一般被安装在汽车前轴上，当然根据需要也可将其安装在后轴上，或者在前、后轴上都安装而成为四驱车。

根据本发明的电动车双电机防滑差速驱动桥S可在各种传统轿车上实施，对于前横置和纵置发动机的汽车都适用。例如，在上海桑塔纳轿车上，可将原车的发动机及其油箱、水箱、进排气系统等部件拆去，然后按照图3-1、3-2、3-3、3-4中电机和减速器的安装孔5和6将本发明的驱动系统安装在汽车车身上，将原车传动半轴进行长短改制，与减速器输出半轴的法兰盘相联结(后面将会参照附图详细说明)。另外，由于两个驱动电机的减速器安装在一个减速器壳体7中，并且将两个电机通过减速器壳体联结为一个整体，所以本发明的驱动桥系统占用空间小，结构紧凑，从而可将控制器等电器部件装在前机舱内，为配重可将备胎及其他配重部件装在前机舱内。电池组可装在原备胎前面经过改装的地板位置。按着电动车标准规范要求再对其他相关驱动系统部件进行局部完善，驱动系统的改装是容易实施的，这些装配技术已比较成熟，在此不再多说明。而对于电池管理系统、辅助电源系统、仪表电器及空调系统等其他总成的改装与本申请无关，因此这里省略了对它们的详细说明。

虽然上面说明了通过在现有汽车上进行改装来实施本发明的过程，但根据设计需求也可在制造厂中进行整车批量生产，而无需改装。

采用上述的设计，解决了现有技术中存在的驱动桥占用空间大、空间布置困难的问题。另外，为了解决车辆打滑的问题，在本发明的驱动桥的减速器壳体内还设置有防滑差速装置，下面将会参照附图对其进行详细说明。

图4-1、4-2为根据本发明的双电机防滑差速驱动桥的传动系统图，具体地说，图4-1、4-2示出了图3-1、3-2、3-3、3-4中的减速器总成的详细结构。优选的，根据本发明的减速器采用少齿差大速比的减速器。如图4-1、4-2所示，左侧电机1和右侧电机1’分别通过紧固螺栓46面对面的安装在减速器壳体7的左侧端盖46和右侧端盖46’上，并且左输入轴齿轮41和右输入轴齿轮41’分别与左侧电机1和右侧电机1’的输出轴同轴安装，并且左、右侧电机的转动可带动左、右输入轴齿轮41、41’旋转。进一步，左、右输入轴齿轮41、41’驱动左、右中间被动齿轮42、42’，而齿轮42、42’与左、右中间主动齿轮43、43分别作为一个整体固定在减速器壳体7上并可同轴转动。左、右中间主动齿轮43、43’再驱动左、右半轴齿轮44、44’，由此齿轮44、44’便将动力传递给与其耦接的左、右输出半轴32、32’。而左、右输出半轴32、32’例如借助螺栓等部件而分别与左、右传动半轴31、31’连接，从而就能够驱动车轮前进。

左、右传动半轴31、31’是在需要改装电动车辆半轴的基础上改制或新制的。左、右输出半轴32、32’是减速器S的输出标准接口，其外形如图5-1、5-2所示。左、右输出半轴32、32’的法兰盘34、34’可做成标准联接件，满足通用化和系列化的条件。从而，通过法兰盘34、34’例如借助螺栓等便可将左、右输出半轴32、32’与左、右传动半轴31、31’耦接。

虽然在本实施例中，减速器4是由包括四个齿轮的齿轮系构成的，但本发明并不局限于此。例如，根据设计要求，可设置六个、八个或其它数量的齿轮构成三级减速器、四级减速器等。并且可对各齿轮的齿数和各齿轮之间的传动比进行设置，以满足减速器的需要。除此以外，本发明的减速器也可以采用其他的减速装置，例如，带传动、链传动、行星齿轮传动等减速方式。

另外，为了解决车辆打滑问题，本发明在减速器壳体7内设置了防滑差速装置，即防滑离合器8。防滑离合器8装在左、右输出半轴32和32’的中间并同轴转动。防滑差速装置的工作特性非常重要，应该既能满足转向的差速要求，又能在单侧车轮出现滑转时发挥传递转矩作用，并能协调两侧电机驱动。根据本发明的一个优选实施例，防滑离合器8可以选择采用粘性联轴器、液力耦合器、电动离合器、硅油离合器等方案，根据不同车型及使用要求进行参数匹配和结构优化工作就可满足使用要求。另外，还可以采用电磁离合器、黏液(硅油)离合器、及其他机械式离合器。由于上述这些离合器在本领域都是公知的，所以在此只以硅油离合器为例来说明本发明的原理，而省略了对其它离合器的详细说明。

图6为硅油防滑离合器的分解图。如图6所示，硅油离合器8包括端盖81、与输出轴(例如，右输出半轴32’)连接的花键套82、带有外齿的摩擦片83、带有内齿的摩擦片84和与输入轴(例如左输出半轴32)连接的壳体85，其中花键套82、摩擦片83和84包含在壳体85和端盖81形成的空间中，并且在壳体内注有硅胶，当带有内齿的摩擦片84和带有外齿的摩擦片83具有相对转速时，硅油凝固而可将二摩擦片黏结在一起，由此就能够实现同步转动。也就是，当摩擦片83和摩擦片84分离时，就是通过两路传递动力，而当它们结合时，便可使左、右输出半轴32、32’的动力部分的或全部的汇集。

由于防滑离合器8与左、右输出半轴32和32’的连接方式是本领域公知的(例如，采用螺栓、焊接等方式)，所以在此省略了对其的详细说明。

采用本发明可满足高、中、低档各种汽车改装成电动车的布置要求、结构紧凑、易于实施、普及性强、性能安全可靠，易于形成标准化、通用化和系列化，对电动汽车的产业化发展将起到重要的意义和作用。

虽然上面已经结合附图详细说明了本发明，但本领域技术人员应该意识到上述说明仅仅是对具体实施方式的示意阐述，本发明的范围并不限制于上述的特定实施例。

Claims (12)

1、一种适用于电动汽车的双电机驱动桥，所述双电机驱动桥包括两个驱动电机、与所述两个驱动电机耦接的减速器、和与减速器连接的输出轴，其中，所述两个驱动电机采用面对面的方式布置在驱动桥的中间，它们通过减速器壳体联结为一个整体，所述两个驱动电机输出的动力汇流到所述减速器，进一步通过与所述减速器连接的输出轴驱动电动汽车的左右车轮转动。

2、根据权利要求1所述的双电机驱动桥，其中，所述两个驱动电机采用双高速电机。

3、根据权利要求1所述的双电机驱动桥，其中，所述减速器采用二级减速器，每个驱动电机通过四个齿轮实现二级减速；所述四个齿轮包括输入轴齿轮、中间被动齿轮、中间主动齿轮、和输出轴齿轮，其中，输入轴齿轮与一个电机轴固接并与中间被动齿轮啮合，所述中间被动齿轮与中间主动齿轮同轴设置，进一步中间主动齿轮与输出轴齿轮啮合，而输出轴齿轮固定在所述输出轴上。

4、根据权利要求3所述的双电机驱动桥，其中，所述减速器是少齿差大速比减速器。

5、根据权利要求3所述的双电机驱动桥，其中，所述减速器还可采用下述减速传动形式：带传动、链传动、行星齿轮传动。

6、根据权利要求3所述的双电机驱动桥，其中，所述减速器的输出轴与驱动电机轴平行布置。

7、根据权利要求3所述的双电机驱动桥，其中，还包括设置在所述减速器中的防滑差速装置。

8、根据权利要求7所述的双电机驱动桥，其中，所述防滑差速装置设置在减速器的两个输出轴齿轮之间，并与所述输出轴同轴设置。

9、根据权利要求7或8所述的双电机驱动桥，其中，所述防滑差速装置可以采用粘性联轴器、液力耦合器、电动离合器、硅油离合器、电磁离合器、或机械式离合器。

10、一种电动汽车，其包括权利要求1-9中的任意一个所述的双电机驱动桥。

11、根据权利要求10所述的电动汽车，其中，所述双电机驱动桥设置在电动汽车的前轴和/或后轴上。

12、根据权利要求10所述的电动汽车，其中，在所述电动汽车的前、后轴上分别设置一个所述双电机驱动桥，从而成为四轮驱动车辆。

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