CN104175862A - 一种电动汽车轮边驱动系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车轮边驱动系统及其控制方法，将小型高速电机与行星齿轮减速机构的优势结合起来，在满足正常动力性需求的同时，降低汽车整车重量，简化传动机构，节约制造及使用成本。

Description

一种电动汽车轮边驱动系统及其控制方法
技术领域
本发明属于电动汽车的设计与制造领域，尤其涉及一种电动汽车轮边驱动系统及其控制方法。
背景技术
电动汽车在节能、环保和性能上具有传统汽车无法比拟的优势，是社会经济利益和能源、环保要求共同作用下的产物，已经成为世界公认的新能源汽车发展的方向。轮毂式电驱动系统直接将电机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变速箱、主减速器及差速器等部件，大大简化了汽车底盘结构，提高了传动效率，并且能通过控制技术实现对电动轮的电子差速控制，因而采用轮边减速驱动系统结构形式将是未来电动车的主要发展方向。
轮边减速驱动系统可广泛运用于各种交通系统中，如：电动自行车、电动摩托车、电动轮椅、矿用车辆、电动轿车等；不同的应用场合对轮边驱动系统的结构形式和技术性能会提出不同的要求，相应的会产生各种轮边驱动系统及其特色技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种满足正常动力性需求的同时，降低汽车整车重量，简化传动机构，提高机械传动效率，节省空间，节约制造及使用成本的电动汽车轮边驱动系统及其控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电动汽车轮边驱动系统，包括总装内壳、电动机和传动轴，所述电动机与总装内壳固定连接，电动机轴伸入总装内壳内并固定安装电动机驱动齿轮，
所述总装内壳内设有行星齿轮减速机构，所述行星齿轮减速机构包括齿圈、行星齿轮和太阳轮，所述齿圈上设有内齿圈，所述电动机驱动齿轮与内齿圈相啮合；所述行星齿轮通过行星齿轮轴承可转动地安装在总装内壳内的轴上，行星齿轮与内齿圈相啮合；所述太阳轮位于齿圈的中央，太阳轮与传动轴固定连接，传动轴通过太阳轮轴承可转动地安装在总装内壳上，太阳轮与行星齿轮相啮合。
还包括制动系统，所述制动系统包括制动盘和制动钳，所述制动钳与总装内壳固定连接，所述传动轴末端与制动盘固定连接，所述制动盘上设有制动盘凸台，制动盘凸台通过螺栓与轮毂外壳固定连接。
所述齿圈外周设有齿槽，齿槽中缠绕可通电的线圈，所述轮毂外壳的内圈设有一个磁场。
所述电动机共有三组，电动机驱动齿轮在内齿圈周向均匀分布；所述行星齿轮有三个，在内齿圈周向均匀分布并分别位于相邻的两个电动机驱动齿轮之间。防止干涉。
所述电动机上设有电动机法兰，电动机法兰与总装内壳螺纹连接。
所述总装内壳中心设有摆臂架。
所述电动机为小功率电动机，即折算到1500r/min时，额定功率不超过1.5kW的电动机。
一种上述的电动汽车轮边驱动系统的控制方法，
1)整车的驱动控制中心为车载电子控制单元ECU，每个驱动轮都有一个独立的驱动电机控制器，接收来自电子控制单元ECU的指令，控制驱动轮的工作状态；
2)当ECU收到启动信号后，首先开启整车电路及控制系统错误检测程序，确认所有元器件正常无损后，ECU发出指令信号给电源控制器和驱动电机控制器；电源控制器打开电路，将蓄电池中的电流输送到驱动电机控制器，驱动电机控制器根据ECU发出的启动信号，将电流输送到电动机，使驱动轮运转，驱动汽车完成启动工作；
3)驱动电机控制器收到来自ECU的工作信号后，使电动机通电，与电动机轴相连的电动机驱动齿轮带动与之啮合的齿圈旋转，然后齿圈带动行星齿轮旋转，最后把动力传到太阳轮上，实现减速增矩；
4)传动轴的一端固定连接太阳轮，另一端固定连接制动盘，使得制动盘能与太阳轮同时旋转；制动盘凸台将动力传至轮毂外壳，这样电动机输出的动力就能经过行星齿轮减速机构的减速增矩作用，传递到轮毂外壳，带动车轮转动，驱动汽车行驶；
5)齿圈外围齿槽中缠绕的线圈可以作为电动机的转子，轮毂外壳的内圈设计成一个恒定的磁场；在汽车非紧急制动时，ECU控制驱动电机控制器断开电动机的电流，行星减速装置和车轮都仍还在转动，且此时齿圈的转速低于车轮的转速，驱动电机控制器给齿圈外部齿槽中的线圈通电形成磁场，则齿圈与轮毂外壳的相对转动就会切割磁力线，形成反力矩，在此过程中和太阳轮连接的传动轴就会产生反转力矩作用在轮毂外壳，使得车轮减速。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，1、采用电动机直接驱动车轮，省去了传统的传动系统，取消了变速器、离合器等部件，为汽车减轻了重量，节省了空间；2、轮边驱动系统的所有部件集中于车轮，使得汽车底盘外的车身设计更加灵活多样；3、省去了传统传动机构，采用行星齿轮减速机构，精简结构，减小占用空间，使得机械传动效率提高，同时由于没有了这些传动机构，汽车运行的噪音也会减小；4、制动方便，便于直接采用电子控制系统对驱动轮进行制动控制，并实现制动能量回收；5、设置了辅助制动系统，利用齿圈与轮毂外壳的相对转动切割磁力线，形成反力矩，在此过程中和太阳轮连接的传动轴就会产生反转力矩作用在轮毂外壳，使得车轮减速。线圈与轮毂配合形成电磁制动器，以起到辅助制动功能。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的电动汽车轮边驱动系统；
图2为图1的轮毂外壳的结构示意图；
图3为图1的行星齿轮减速机构的结构示意图；
图4为图1的驱动、减速和制动机构示意图；
图5为图1的电动机的结构示意图；
图6为图1的齿圈的结构示意图；
图7为图1的制动盘的结构示意图；
图8为图7的A-A剖视图；
上述图中的标记均为：1、电动机法兰；2、电动机；3、总装内壳；4、摆臂架；5、齿圈；6、行星齿轮；7、行星齿轮轴承；8、轮毂外壳；9、电动机驱动齿轮；10、制动盘；11、太阳轮；12、太阳轮轴承；13、传动轴；14、制动钳；15、制动盘凸台；16、电动机轴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1，一种电动汽车轮边驱动系统，包括总装内壳3、电动机2和传动轴13，电动机2与总装内壳3固定连接，电动机轴16伸入总装内壳3内并固定安装电动机驱动齿轮9。
总装内壳3内设有行星齿轮减速机构，如图3和图4所示，行星齿轮减速机构包括齿圈5、行星齿轮6和太阳轮11，齿圈5上设有内齿圈，电动机驱动齿轮9与内齿圈相啮合；行星齿轮6通过行星齿轮轴承7可转动地安装在总装内壳3内的轴上，行星齿轮6与内齿圈相啮合；太阳轮11位于齿圈5的中央，太阳轮11与传动轴13固定连接，传动轴13通过太阳轮轴承12可转动地安装在总装内壳3上，太阳轮11与行星齿轮6相啮合，电动机驱动齿轮9带动齿圈5旋转，然后齿圈5带动行星齿轮6旋转，最后把动力传到太阳轮11上，实现减速增矩。
行星齿轮6中心安装有行星齿轮轴承7，行星齿轮轴承7固定在总装内壳3内；传动轴13固定连接太阳轮11，通过传动轴13轴承连接总装内壳3。传动轴13末端与制动盘10连接。
传动轴13伸出总装内壳3。
还包括制动系统，制动系统包括制动盘10和制动钳14，如图4、图7、图8所示，制动钳14与总装内壳3固定连接，传动轴13末端与制动盘10固定连接，制动盘10上设有制动盘凸台15，制动盘凸台15通过螺栓与轮毂外壳8固定连接。轮毂外壳8如图2所示。盘式制动系统为液压制动系统，主要起紧急制动或电磁制动失效的安全保障作用。
齿圈5外周设有齿槽，如图6所示，齿槽中缠绕可通电的线圈，轮毂外壳8的内圈设有一个磁场。齿槽中可缠绕多组线圈。
电动机2共有三组，电动机驱动齿轮9在内齿圈周向均匀分布；行星齿轮6有三个，在内齿圈周向均匀分布并分别位于相邻的两个电动机驱动齿轮9之间，采用三组电动机2和行星齿轮6，动力充足，传动稳定可靠。
电动机2上设有电动机法兰1，如图5所示，电动机法兰1与总装内壳3螺纹连接。总共有3个电动机2均布在总装内壳3上。总装内壳3外侧面上钻有三个孔，电动机2的电动机轴16可通过这些孔连接总装内壳3内的电动机驱动齿轮9。
总装内壳3中心设有摆臂架4。
电动机2为小功率电动机，即折算到1500r/min时，额定功率不超过1.5kW的电动机。
一种上述的电动汽车轮边驱动系统的控制方法，
1)整车的驱动控制中心为车载电子控制单元ECU，每个驱动轮都有一个独立的驱动电机控制器，接收来自电子控制单元ECU的指令，控制驱动轮的工作状态；
2)当ECU收到启动信号后，首先开启整车电路及控制系统错误检测程序，确认所有元器件正常无损后，ECU发出指令信号给电源控制器和驱动电机控制器；电源控制器打开电路，将蓄电池中的电流输送到驱动电机控制器，驱动电机控制器根据ECU发出的启动信号，将电流输送到电动机2，使驱动轮运转，驱动汽车完成启动工作；
3)驱动电机控制器收到来自ECU的工作信号后，使电动机2通电，与电动机轴16相连的电动机驱动齿轮9带动与之啮合的齿圈5旋转，然后齿圈5带动行星齿轮6旋转，最后把动力传到太阳轮11上，实现减速增矩；
4)传动轴13的一端固定连接太阳轮11，另一端固定连接制动盘10，使得制动盘10能与太阳轮11同时旋转；制动盘凸台15将动力传至轮毂外壳8，这样电动机2输出的动力就能经过行星齿轮减速机构的减速增矩作用，传递到轮毂外壳8，带动车轮转动，驱动汽车行驶；
5)齿圈5外围齿槽中缠绕的线圈可以作为电动机2的转子，轮毂外壳8的内圈设计成一个恒定的磁场；在汽车非紧急制动时，ECU控制驱动电机控制器断开电动机2的电流，行星减速装置和车轮都仍还在转动，且此时齿圈5的转速低于车轮的转速，驱动电机控制器给齿圈5外部齿槽中的线圈通电形成磁场，则齿圈5与轮毂外壳8的相对转动就会切割磁力线，形成反力矩，在此过程中和太阳轮11连接的传动轴13就会产生反转力矩作用在轮毂外壳8，使得车轮减速。
采用上述的方案后，1、采用电动机2直接驱动车轮，省去了传统的传动系统，取消了变速器、离合器等部件，为汽车减轻了重量，节省了空间；2、轮边驱动系统的所有部件集中于车轮，使得汽车底盘外的车身设计更加灵活多样；3、省去了传统传动机构，采用行星齿轮减速机构，精简结构，减小占用空间，使得机械传动效率提高，同时由于没有了这些传动机构，汽车运行的噪音也会减小；4、制动方便，便于直接采用电子控制系统对驱动轮进行制动控制，并实现制动能量回收；5、设置了辅助制动系统，利用齿圈5与轮毂外壳8的相对转动切割磁力线，形成反力矩，在此过程中和太阳轮11连接的传动轴13就会产生反转力矩作用在轮毂外壳8，使得车轮减速。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车轮边驱动系统，其特征在于，包括总装内壳(3)、电动机(2)和传动轴(13)，所述电动机(2)与总装内壳(3)固定连接，电动机轴(16)伸入总装内壳(3)内并固定安装电动机驱动齿轮(9)，
所述总装内壳(3)内设有行星齿轮减速机构，所述行星齿轮减速机构包括齿圈(5)、行星齿轮(6)和太阳轮(11)，所述齿圈(5)上设有内齿圈，所述电动机驱动齿轮(9)与内齿圈相啮合；所述行星齿轮(6)通过行星齿轮轴承(7)可转动地安装在总装内壳(3)内的轴上，行星齿轮(6)与内齿圈相啮合；所述太阳轮(11)位于齿圈(5)的中央，太阳轮(11)与传动轴(13)固定连接，传动轴(13)通过太阳轮轴承(12)可转动地安装在总装内壳(3)上，太阳轮(11)与行星齿轮(6)相啮合。
2.如权利要求1所述的电动汽车轮边驱动系统，其特征在于，还包括制动系统，所述制动系统包括制动盘(10)和制动钳(14)，所述制动钳(14)与总装内壳(3)固定连接，所述传动轴(13)末端与制动盘(10)固定连接，所述制动盘(10)上设有制动盘凸台(15)，制动盘凸台(15)通过螺栓与轮毂外壳(8)固定连接。
3.如权利要求2所述的电动汽车轮边驱动系统，其特征在于，所述齿圈(5)外周设有齿槽，齿槽中缠绕可通电的线圈，所述轮毂外壳(8)的内圈设有一个磁场。
4.如权利要求3所述的电动汽车轮边驱动系统，其特征在于，所述电动机(2)共有三组，电动机驱动齿轮(9)在内齿圈周向均匀分布；所述行星齿轮(6)有三个，在内齿圈周向均匀分布并分别位于相邻的两个电动机驱动齿轮(9)之间。
5.如权利要求3所述的电动汽车轮边驱动系统，其特征在于，所述电动机(2)上设有电动机法兰(1)，电动机法兰(1)与总装内壳(3)螺纹连接。
6.如权利要求4所述的电动汽车轮边驱动系统，其特征在于，所述总装内壳(3)中心设有摆臂架(4)。
7.如权利要求6所述的电动汽车轮边驱动系统，其特征在于，所述电动机(2)为小功率电动机，即折算到1500r/min时，额定功率不超过1.5kW的电动机。
8.一种如权利要求7所述的电动汽车轮边驱动系统的控制方法，其特征在于，
1)整车的驱动控制中心为车载电子控制单元ECU，每个驱动轮都有一个独立的驱动电机控制器，接收来自电子控制单元ECU的指令，控制驱动轮的工作状态；
2)当ECU收到启动信号后，首先开启整车电路及控制系统错误检测程序，确认所有元器件正常无损后，ECU发出指令信号给电源控制器和驱动电机控制器；电源控制器打开电路，将蓄电池中的电流输送到驱动电机控制器，驱动电机控制器根据ECU发出的启动信号，将电流输送到电动机(2)，使驱动轮运转，驱动汽车完成启动工作；
3)驱动电机控制器收到来自ECU的工作信号后，使电动机(2)通电，与电动机轴(16)相连的电动机驱动齿轮(9)带动与之啮合的齿圈(5)旋转，然后齿圈(5)带动行星齿轮(6)旋转，最后把动力传到太阳轮(11)上，实现减速增矩；
4)传动轴(13)的一端固定连接太阳轮(11)，另一端固定连接制动盘(10)，使得制动盘(10)能与太阳轮(11)同时旋转；制动盘凸台(15)将动力传至轮毂外壳(8)，这样电动机(2)输出的动力就能经过行星齿轮减速机构的减速增矩作用，传递到轮毂外壳(8)，带动车轮转动，驱动汽车行驶；
5)齿圈(5)外围齿槽中缠绕的线圈可以作为电动机(2)的转子，轮毂外壳(8)的内圈设计成一个恒定的磁场；在汽车非紧急制动时，ECU控制驱动电机控制器断开电动机(2)的电流，行星减速装置和车轮都仍还在转动，且此时齿圈(5)的转速低于车轮的转速，驱动电机控制器给齿圈(5)外部齿槽中的线圈通电形成磁场，则齿圈(5)与轮毂外壳(8)的相对转动就会切割磁力线，形成反力矩，在此过程中和太阳轮(11)连接的传动轴(13)就会产生反转力矩作用在轮毂外壳(8)，使得车轮减速。
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