CN103010017B - 具有主动差速功能的电驱动桥 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有主动差速功能的电驱动桥，其包括：驱动电机，用于驱动车辆行驶，差速电机，用于驱动左车轮和右车轮差速，包含第二中空转子轴；直驶行星排，用于直驶和差速两路功率流的汇流与差速；差速行星排，用于直驶和差速两路功率流的汇流与差速；左侧传动，用于减速后匹配左车轮转速；右侧传动，用于减速后匹配右车轮转速；左横轴，用于直驶行星排和差速行星排与左侧传动之间的动力传递；以及右横轴，用于直驶行星排和差速行星排与右侧传动之间的动力传递。直驶行星排的特征参数kt、差速行星排的特征参数ks、左侧传动的传动比icl和右侧传动的传动比icr满足以下条件：kt＝icl/icr和ks＝icl/icr－1。

Description

具有主动差速功能的电驱动桥

技术领域

本发明涉及驱动系统技术领域，特别涉及车辆电驱动系统技术领域，具体是指一种具有主动差速功能的电驱动桥，特别适用于乘用车辆后桥。

背景技术

近年来，乘用车辆后桥已陆续呈现出电动化的趋势。后桥电动化，不仅可以增大车辆的总驱动功率，也可以向后轮提供精确的再生制动力，控制车辆的横摆角速度，提高车辆的行驶稳定性和安全性。

目前，有三类应用于乘用车电驱动后桥的技术方案，其中一种是采用了两个轮边电机直接或减速后分别驱动两后轮。PCT专利申请WO2012/133245A1公开了一种乘用车辆的电驱动后桥，其包括旋转轴线基本与地面垂直的轮边电机、一对减速锥齿轮、轮毂、制动器和拖曳臂式后悬架。美国专利申请US2012/0248850A1公开了另外一种电驱动后桥，其包括旋转轴线与车轮轴线平行但偏置的轮边电机、中间齿轮和减速行星排、轮毂、制动器和拖曳臂式后悬架。PCT专利申请WO2012/123175A1也公开了一种电驱动后桥，其包括偏置的轮边电机、一对减速齿轮、轮毂、制动器和拖曳臂式后悬架。

另一种电驱动桥的技术方案是采用布置在车身上的两个车载电机直接或减速后通过传动轴分别驱动两后轮。与前者相比，后者没有增大了非悬挂质量，因此，在高性能的运动型车辆上得以优先采用。美国专利申请US2012/0103708A1公开了一种电驱动桥，其包括布置在车身上的两车载电机、两个由一个减速行星排和一对减速齿轮构成的减速机构和用于传递驱动力的传动轴，所匹配的悬架为独立悬架。

第三种技术方案是采用了布置在车身上的单电机，通过转矩矢量和传动轴分别驱动后轮。PCT专利申请WO2008/034520A1公开了一种电驱动后桥，其包括布置在车身上的具有中空转子轴的驱动电机、输入端和输出端分置驱动电机两侧的转矩矢量以及传动轴。由于转矩矢量具有主动差速功能，因此，上述电驱动桥具有主动差速功能。

在已公开的上述电驱动桥中存在以下问题：前两种技术方案采用了两电机分别驱动车轮，其差速是通过两电机的控制来实现的，对于协调控制要求高，此外，由于两电机之间无机械联系，也不可能实现差速锁止，即不能在一个车轮打滑时将动力更多地分配到不打滑车轮上；第三种方案中驱动电机的控制较简单，但转矩矢量结构非常复杂，没有充分利用电机小巧、灵活和响应迅速等优点来降低机械结构的复杂性。

因此，还存在着提供一种具有主动差速功能的电驱动桥的需求，其结构简单，控制要求不高，能实现差速锁止，特别适用于乘用车辆后桥。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种具有主动差速功能的电驱动桥的需求，其结构简单，控制要求不高，能实现差速锁止，特别适用于乘用车辆后桥。

本发明提供了一种具有主动差速功能的电驱动桥，其包括：驱动电机，用于驱动车辆行驶，包含第一中空转子轴；差速电机，用于驱动左车轮和右车轮差速，包含第二中空转子轴；直驶行星排，用于直驶和差速两路功率流的汇流与差速；差速行星排，用于直驶和差速两路功率流的汇流与差速；左侧传动，用于减速后匹配左车轮转速；右侧传动，用于减速后匹配右车轮转速；左横轴，用于直驶行星排和差速行星排与左侧传动之间的动力传递；以及右横轴，用于直驶行星排和差速行星排与右侧传动之间的动力传递。

根据本发明的具有主动差速功能的电驱动桥，直驶行星排的特征参数kt、差速行星排的特征参数ks、右侧传动的传动比icr和左侧传动的传动比icl满足以下条件：kt＝icl/icr和ks＝icl/icr－1。

根据本发明的具有主动差速功能的电驱动桥，构成电驱动的上述部件从左到右依次同轴配置和布置为：左侧传动、驱动电机、直驶行星排、差速行星排、差速电机和右侧传动。

根据本发明的具有主动差速功能的电驱动桥，左横轴配置和布置成贯穿于驱动电机的第一中空转子轴；以及右横轴配置和布置成贯穿于差速电机的第二中空转子轴。

根据本发明的具有主动差速功能的电驱动桥，驱动电机的输出端与直驶行星排的直驶行星架相连接，差速电机的输出端与差速行星排的差速齿圈相连接，直驶行星排的直驶齿圈和差速行星排的差速行星架相连接，差速行星排的差速行星架通过右横轴与右侧传动的输入端相连接，右侧传动的输出端通过右侧传动轴与右车轮相连接，直驶行星排的直驶太阳轮和差速行星排的差速太阳轮与左侧传动的输入端通过左横轴连接，左侧传动的输出端通过左侧传动轴与左车轮相连接。

根据本发明的具有主动差速功能的电驱动桥，差速电机具有锁止模式和正转或反转电动模式。

根据本发明的具有主动差速功能的电驱动桥，当差速电机工作在锁止模式，制动抱死差速行星排的差速齿圈，左侧传动和右侧传动的输出转速相等，左车轮和右车轮转速相同。

根据本发明的具有主动差速功能的电驱动桥，当差速电机工作在正转或反转电动模式，驱动差速行星排的差速齿圈转动，左侧传动和右侧传动的输出转速不等，左车轮和右车轮转速不同，且其中一个车轮转速的增加量等于另一个车轮转速的减小量。

因此，根据本发明可以得到一种具有主动差速功能的电驱动桥的需求，其结构简单，控制要求不高，能实现差速锁止，特别适用于乘用车辆后桥。

附图说明

图1是本发明的实施例所涉及的具有主动差速功能的电驱动桥的结构示意图。

图中：1、1r驱动电机及其第一中空转子轴；2、2r差速电机及其第二中空转子轴；3直驶行星排；4差速行星排；5左侧传动；6右侧传动；7左横轴；8右横轴；9左传动轴；10右传动轴；11左车轮；12右车轮。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。应理解，实施例仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。

图1是本发明的实施例所涉及的具有主动差速功能的电驱动桥的结构示意图。参照图1，电驱动桥包括：驱动电机1，用于驱动车辆行驶，包含第一中空转子轴1r；差速电机2，用于驱动左车轮11和右车轮12差速，包含第二中空转子轴2r；直驶行星排3，用于直驶和差速两路功率流的汇流与差速；差速行星排4，用于直驶和差速两路功率流的汇流与差速；左侧传动5，用于减速后匹配左车轮11转速；右侧传动6，用于减速后匹配右车轮12转速；左横轴7，用于直驶行星排3和差速行星排4与左侧传动5之间的动力传递；以及右横轴8，用于直驶行星排3和差速行星排4与右侧传动6之间的动力传递。

采用特征参数k≠1的普通行星排代替k＝1的等轴差速器，可获得更简单的减速和差速机构。但是，采用普通行星排得到的是左右不对称的输出效果，不能满足车辆直驶和差速的需求，需要在两侧匹配不同的侧传动比来使两侧输出效果相同。

直驶时两车轮的转速和输出转矩应相等，据此可导出直驶行星排3的特征参数kt、差速行星排4的特征参数ks、左侧传动5的传动比icl和右侧传动6的传动比icr应满足以下条件：

kt＝icl/icr    ……（1）

ks＝icl/icr-1  ……（2）

在以上条件得到满足的前提下，其它工况下的左车轮11和右车轮12的输出效果与采用等轴差速器的输出效果相同，而且性能优良。

一般地，行星排特征参数k的可选范围为1.5~4.5。对（1）和（2）的进一步分析可得到以下结论：车辆直线行驶时，直驶行星排3和差速行星排4可实现的减速比接近2，左侧传动5的传动比icl和右侧传动6的传动比icr的比值在2.5~4.5之间。如果右侧传动6的传动比icr设定在4~5左右，则直驶时的总传动比接近8~10，驱动电机1的最高转速接近16000~20000rpm。由于采用的是高速电机，因此，驱动电机1的直径比较小而长度较长，可以很好地满足布置的要求。差速电机2也有类似的特点，于此不再赘述。

参考图1，构成电驱动桥的上述部件从左到右依次同轴配置和布置为：左侧传动5、驱动电机1、直驶行星排3、差速行星排4、差速电机2和右侧传动6。显然，也可以从左到右依次同轴配置和布置为：左侧传动5、差速电机2、差速行星排4、直驶行星排3、驱动电机1和右侧传动6。

左横轴7配置和布置成贯穿于驱动电机1的第一中空转子轴1r，右横轴8配置和布置成贯穿于差速电机2的第二中空转子轴2r。

驱动电机1的输出端与直驶行星排3的直驶行星架相连接，差速电机2的输出端与差速行星排4的差速齿圈相连接，直驶行星排3的直驶齿圈和差速行星排4的差速行星架相连接，差速行星排4的差速行星架通过右横轴8与右侧传动6的输入端相连接，右侧传动6的输出端通过右传动轴10与右车轮12相连接，直驶行星排3的直驶太阳轮和差速行星排4的差速太阳轮与左侧传动5的输入端通过左横轴7连接，左侧传动5的输出端通过左传动轴9与左车轮11相连接。

差速电机2具有锁止模式和正转或反转电动模式。差速电机2工作在锁止模式，制动抱死差速行星排4的差速齿圈；差速电机2工作在正转或反转电动模式，驱动差速行星排4的差速齿圈正转或反转。

差速电机2的锁止模式是指其转速为零，但向电机通入电流产生驱动转矩以克服外界施加在差速行星排4的差速齿圈上的转矩，将其保持在静止状态。差速行星排4的差速齿圈被制动抱死，左侧传动5和右侧传动6的输出转速相等，即左车轮11和右车轮12的转速相等。当车辆在正常的水泥或柏油路面行驶时，上述差速锁止特性可以保证车辆直线行驶的稳定性；当车辆在具有不同附着系数的对开路面上行驶时，或者在越野坑陷驶出时，上述差速锁止特性可以保证车辆发挥出最大牵引力。

差速电机2的正转或反转电动模式用于驱动差速行星排4的差速齿圈正转或反转，左侧传动5和右侧传动6的输出转速不等，左车轮11和右车轮12产生速差，且其中一个车轮转速的增加量等于另一个车轮转速的减小量，以满足转向差速的要求。显然，差速电机2的转速越高，差速的效果越明显。此外，由于差速电机2可以根据需要正转或反转，因此，可以根据行驶的需要设定以下工况：外侧车轮转速比内侧车轮转速高，或者内侧车轮转速比外侧车轮转速高。这也提供了一种可能，即通过差速电机2的控制，实现车辆具有不同的转向特性，例如，过度转向、中性转向或不足转向。

此外，由于差速的实现过程中，只需要对差速电机2进行控制，即可保证车轮差速的运动学要求，因此，对于电驱动桥的控制要求不高。

因此，本发明实施例的具有主动差速功能的电驱动桥的需求，其结构简单，控制要求不高，能实现差速锁止，特别适用于乘用车辆后桥。

本发明并不局限于上述实施例，而是覆盖在不脱离本发明的精神和范围的情况下所进行的所有改变和修改。这些改变和修改不应被认为是脱离了本发明的精神和范围，并且所有诸如对于本领域技术人员来说显而易见的修改均应被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (3)

1.一种具有主动差速功能的电驱动桥，其包括：

驱动电机，用于驱动车辆行驶，包含第一中空转子轴；

差速电机，用于驱动左车轮和右车轮差速，包含第二中空转子轴；

直驶行星排，用于直驶和差速两路功率流的汇流与差速；

差速行星排，用于直驶和差速两路功率流的汇流与差速；

左侧传动，用于减速后匹配左车轮转速；

右侧传动，用于减速后匹配右车轮转速；

左横轴，用于直驶行星排和差速行星排与左侧传动之间的动力传递；以及

右横轴，用于直驶行星排和差速行星排与右侧传动之间的动力传递；

直驶行星排的特征参数kt、差速行星排的特征参数ks、右侧传动的传动比icr和左侧传动的传动比icl满足以下条件：kt＝icl/icr和ks＝icl/icr－1；

差速电机具有锁止模式和正转或反转电动模式；

其特征在于，

驱动电机的输出端与直驶行星排的直驶行星架相连接，差速电机的输出端与差速行星排的差速齿圈相连接，直驶行星排的直驶齿圈和差速行星排的差速行星架相连接，差速行星排的差速行星架通过右横轴与右侧传动的输入端相连接，右侧传动的输出端通过右侧传动轴与右车轮相连接，直驶行星排的直驶太阳轮和差速行星排的差速太阳轮与左侧传动的输入端通过左横轴连接，左侧传动的输出端通过左侧传动轴与左车轮相连接；

当差速电机工作在锁止模式，制动抱死差速行星排的差速齿圈，左侧传动和右侧传动的输出转速相等，左车轮和右车轮转速相同；

当差速电机工作在正转或反转电动模式，驱动差速行星排的差速齿圈转动，左侧传动和右侧传动的输出转速不等，左车轮和右车轮转速不同，且其中一个车轮转速的增加量等于另一个车轮转速的减小量。

2.根据权利要求1所述的具有主动差速功能的电驱动桥，其特征在于，

构成电驱动桥的上述部件从左到右依次同轴配置和布置为：左侧传动、驱动电机、直驶行星排、差速行星排、差速电机和右侧传动。

3.根据权利要求1所述的具有主动差速功能的电驱动桥，其特征在于，

左横轴配置和布置成贯穿于驱动电机的第一中空转子轴；以及

右横轴配置和布置成贯穿于差速电机的第二中空转子轴。