CN106809054B

CN106809054B - 一种转矩定向分配电动驱动桥设计方法

Info

Publication number: CN106809054B
Application number: CN201710056278.4A
Authority: CN
Inventors: 王军年; 孙娜娜; 杨斌; 李修森; 张垚
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2017-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2037-01-25
Also published as: CN106809054A

Abstract

本发明提供了一种转矩定向分配电动驱动桥设计方法，包括以下步骤：依据整车动力性指标完成转矩定向分配电动驱动桥的主驱动电机的参数匹配计算，并根据巡航车速计算转矩定向分配电动驱动桥的圆柱齿轮主减速器速比，并确定主减速器级数；计算双排行星齿轮TV机构特征参数k₁、k₂和单排双行星齿轮耦合机构的特征参数k₀；计算转矩定向分配器的最大差动转矩ΔT_max；确定TV控制电机峰值转矩T_1038max范围，以及TV控制电机峰值转速n_1038max范围，并据此选取TV控制电机；根据ΔT_max和T_1038max计算行星齿轮减速机构传动比C，并确定转矩定向分配电动驱动桥的行星齿轮减速机构的排数、根据各排行星齿轮减速机构特征参数差异化最小的优化目标确定各排特征参数k₃、(k₄)、(k₅)。

Description

一种转矩定向分配电动驱动桥设计方法

技术领域

本发明属于电动汽车驱动领域，具体涉及一种具有转矩定向分配功能的电动驱动桥的设计方法。

背景技术

电动汽车是未来汽车发展方向。近年来，电动汽车在国内外发展迅速，越来越多的企业和高校对电动汽车进行了深入的研究。相对传统的内燃机汽车，电动汽车不仅具有较高的能源利用率，而且具有非常低的污染排放水平，所产生的振动噪声也很小，可以说几乎是“零污染”的汽车。此外，电动汽车由于转速和转矩易于获得，能够进行更加精准的控制，又由于电机响应迅速，使得电动汽车具有更好的加速性能好，是高端轿跑的首选，如特斯拉MODEL S等。

电动汽车一般采用由单一电机和驱动桥组成的动力总成或由单一电机、变速器和驱动桥组成的动力总成来驱动车辆行驶。能够实现转矩任意轴间和轮间定向分配的四轮电动轮独立驱动电动汽车构型由于轮毂电机功率密度不高、簧下质量增加较多、平顺性受影响等因素，故在现阶段应用并不普遍。

差速器是驱动桥中的核心部件，由于具备‘差速不差扭’的特征，在不考虑其内摩擦阻力的情况下，在汽车行驶时总是将驱动转矩平均分配给两侧的驱动轮。但是驱动转矩的平均分配势必会造成汽车的行驶能力依赖于附着较差的驱动轮，从而牺牲了最佳的控制性能，无法充分发挥驱动轮的附着能力。

然而实际上，在汽车转弯时，由于载荷转移，地面附着良好的情况下，弯道外侧车轮附着能力大于内侧车轮，所以为了降低该驱动轴的平均滑转率，在弯道外侧的驱动轮应比在弯道内侧的相应的驱动轮输出更大的转矩。另外，增加作用在弯道外侧的驱动轮上的转矩、减少弯道内侧驱动轮的转矩，可以对整车产生一个横摆力偶矩，该力矩可以帮助推动和引导车辆转弯，对于提高车辆中高速转弯时的转弯极限特别有益，可以大大减小转向不足，提高转弯机动性和极限转弯能力，增加驾驶乐趣。目前该技术是以转矩定向分配差速器的形式应用于少数传统运动型轿车和高档SUV。然而在电动汽车上该技术并未有应用的先例，所以高性能电动汽车的品质和产品竞争力无法充分展现。

本发明在中国专利申请号201510072654X“带有双排行星齿轮转矩定向分配机构的电动差速器”，以及美国发明专利15/018716“Drive Axle of Electric DistributionTorque”的基础上，提供了相应的应用于电动汽车的转矩定向分配电动驱动桥的设计方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种转矩定向分配电动驱动桥设计方法，通过对控制电机的选取，满足转矩定向分配要求。

本发明的另一个目的是提供一种转矩定向分配电动驱动桥中转矩定向分配器的设计方法，以满足整车以转弯机动性为目的的转矩定向分配功能需求。

本发明提供的技术方案为：

一种转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取主驱动机构的峰值转矩T_{M_max}以及额定转速n_{M_nom}；

获取整车巡航车速V_c，以及车轮半径r_w，计算圆柱齿轮主减速器速比

计算双排行星齿轮TV机构特征参数k₁、k₂和单排双行星齿轮耦合机构的特征参数k₀

k_单min为工程上单行星齿轮机构的最小特征参数；k_双min为工程上双行星齿轮机构的最小特征参数；

计算转矩定向分配器的最大差动转矩ΔT_max

或ΔT_max＝T_{M_max}i_g；

B为车辆轮距；

确定TV控制电机峰值转矩T_1038max范围，以及TV控制电机峰值转速n_1038max范围：

其中，R_min为车辆的最小转弯半径；

根据TV控制电机的峰值转速n_1038max和峰值转矩T_1038max，选取TV控制电机；

计算行星齿轮减速机构传动比C

优选的是，若i_g≤7，则采用单级圆柱齿轮主减速器；若7＜i_g≤12，则采用两级圆柱齿轮主减速器。

优选的是，所述主驱动机构采用主驱动电机，采用如下公式计算车辆最高车速V_max决定的驱动功率P_M1、最大爬坡度i_max决定的驱动功率P_M2、以及加速时间t_a决定的驱动功率P_M3：

式中，η_t为总传动效率，m为汽车质量，g为重力加速度，f为轮胎滚动阻力系数，V_s为平均爬坡车速，V_a为加速时的汽车末速度，C_D为空气阻力系数，A为汽车迎风面积，δ为汽车旋转质量换算系数；

取P_M1、P_M2、P_M3中最大者作为主驱动电机峰值功率P_{M_max}，根据P_{M_max}选取主驱动电机。

优选的是，差速器最大设计输入转矩T_d为

T_d＝i_gT_{M_max}。

优选的是，若C≤8，行星齿轮减速机构采用单排行星齿轮机构；

若8＜C≤40，行星齿轮减速机构采用双排行星齿轮机构，包括低速级行星齿轮机构和高速级行星齿轮机构；

若C＞40，行星齿轮减速机构采用三排行星齿轮机构，包括低速级行星齿轮机构、中速级行星齿轮机构和高速级行星齿轮机构。

优选的是，若C≤8，则单排行星齿轮机构特征参数为k₃＝C-1。

优选的是，若8＜C≤40，低速级行星齿轮机构的特征参数k₃和高速级行星齿轮机构的特征参数k₄满足

且满足优化设计目标：min|k₃-k₄|。

优选的是，若C＞40，则低速级行星齿轮机构的特征参数k₃、中速级行星齿轮机构的特征参数k₄、高速级行星齿轮机构的特征参数k₅满足

且满足优化设计目标：

优选的是，计算特征参数一致性因子

且i≠j

其中，λ为定义的特征参数一致性因子，k_i、k_j为转矩定向分配器的各排行星齿轮特征参数；

若λ≤50％，则说明转矩定向分配器的各排行星齿轮特征参数一致性较好。

优选的是，计算径向尺寸一致性因子

其中，d_m、d_n为转矩定向分配器中包括TV控制电机和各排行星齿轮齿圈外径在内的各主要大尺寸零件的径向尺寸；

若ζ≤50％，则说明转矩定向分配器的径向尺寸一致性较好。

本发明的有益效果为：本发明提供的转矩定向分配电动驱动桥设计方法，为转矩定向分配电动驱动桥的结构设计与布置提供了理论参考和依据，本发明清楚地阐述了所述的转矩定向分配电动驱动桥的各主要部件的设计方法流程，能够实现整车以转弯机动性为目的的转矩定向分配功能需求，同时实现提高汽车极限转弯能力和转弯机动性。

附图说明

图1是本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥的结构简图。

图2是本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥的主设计流程。

图3是本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥中的转矩定向分配器的参数设计流程。

图4是本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥中的转矩定向分配器行星齿轮减速机构的参数设计流程。

图5是本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥在汽车直行转矩定向分配器不工作时的功率流向示意图。

图6是本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥在汽车转弯转矩定向分配器不工作时的功率流向示意图。

图7是本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥在汽车右转弯转矩定向分配器工作时的功率流向示意图。

图8是本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥在汽车左转弯转矩定向分配器工作时的功率流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，所述转矩定向分配电动驱动桥包括主驱动机构，所述主驱动机构可以采用主驱动电机1036或者发动机等其他驱动行驶。本实施例中采用主驱动电机1036为例进行阐述。所述转矩定向分配电动驱动桥还包括圆柱齿轮主减速器、传统圆锥齿轮差速器1019和转矩定向分配器1040组成。如图1所示，所述的主驱动电机1036是一个包含内花键输出轴的永磁同步电机，其轴线与所设计的转矩定向分配电动驱动桥轴线平行布置。如图1所示，所述的圆柱齿轮主减速器是一个两级圆柱齿轮主减速器，主要由主减速器一轴 1021、一级主动齿轮1021b、主减速器二轴1025、一级从动齿轮1041、二级主动齿轮1042、二级从动齿轮1201组成，其中，主减速器一轴1021的一端通过花键与主驱动电机1036的输出轴相连。如图1所示，传统圆锥齿轮差速器1019主要由差速器壳1112、左右两个圆锥半轴齿轮1116和1124、行星齿轮轴1118、两个圆锥行星齿轮1119和1122、连左侧车轮的左半轴1076和连右侧车轮的右半轴1027组成，其中，圆柱齿轮主减速器中的二级从动齿轮 1201与传统圆锥齿轮差速器1019的差速器壳1112通过螺栓连接的方式固连在一起。如图1所示，所述的转矩定向分配器1040位于转矩定向分配电动驱动桥左侧，由单排双行星齿轮耦合机构1205、双排行星齿轮TV机构1039、行星齿轮减速机构1202、TV控制电机1038等组成。

如图1所示，所述的转矩定向分配器1040的单排双行星齿轮耦合机构 1205包括太阳轮1061b，三对彼此相互啮合圆周均布的行星齿轮1057和1064、行星架1056和连差速器壳齿圈1058。其中太阳轮1061b与连左侧车轮的左半轴1076花键连接，所有行星齿轮共用一个行星架1056，连差速器壳齿圈 1058与传统圆锥齿轮差速器的差速器壳1112作为一体。

如图1所示，所述的转矩定向分配器1040的双排行星齿轮TV机构1039 由共用一个双联太阳轮1050并且拥有相同行星排特征参数的右行星齿轮系 1204和左行星齿轮系1203组成。其中，所述的右行星齿轮系1204是由双联太阳轮1050、三个圆周均布的行星齿轮1055、行星架1056及固定不动的内齿圈1054构成的。其中，所述的右行星齿轮系1204的行星架1056与前述的单排双行星齿轮耦合机构的行星架1056为一体设计。所述的左行星齿轮系1203是由双联太阳轮1050、三个圆周均布的行星齿轮1082、行星架1081及内齿圈1075b构成的。其中，所述的左行星齿轮系1203的行星架1081与连左侧车轮的左半轴1076花键连接。

如图1所示，所述的转矩定向分配器1040的行星齿轮减速机构1202由左、右两排行星齿轮系构成的。其中，所述的右行星齿轮系是由太阳轮1072b、三个圆周均布的行星齿轮1074、行星架1075a和固定不动的内齿圈1077构成的。其中，所述的右行星齿轮系的行星架1075a与前述的双排行星齿轮TV 机构1039的左行星齿轮系1203的内齿圈1075b花键连接。所述的左行星齿轮系是由太阳轮1095b、三个圆周均布的行星齿轮1071、行星架1072a和固定的内齿圈1070构成的。其中，所述的左行星齿轮系的行星架1072a与所述的右行星齿轮系的太阳轮1072b花键连接。

如图1所示，所述的转矩定向分配器1040的TV控制电机1038是一个空心轴式内转子电机，连左侧车轮的左半轴1076从其空心转子轴孔内穿出。 TV控制电机1038的内转子与前述行星齿轮减速机构1202的左行星齿轮系的太阳轮1095b加工成一体，并通过滚

针轴承支撑在连左侧车轮的左半轴1076上。

如图2所示，本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥的主设计流程如下：

第一步：输入整车动力性指标。

动力性指标按照现有技术包括最高车速V_max、最大爬坡度i_max和加速时间 t_a。

第二步：主驱动电机1036的参数匹配。

首先，根据动力性指标按如下公式计算主驱动电机1036峰值功率。

P_{M_max}＝max(P_M1,P_M2,P_M3)

即，取P_M1、P_M2、P_M3中最大者作为主驱动电机峰值功率P_{M_max}。式中，P_M1为最高车速V_max决定的驱动功率；P_M2为最大爬坡度i_max决定的驱动功率；P_M3为加速时间t_a决定的驱动功率。P_M1、P_M2、P_M3分别如下公式计算得到：

式中，η_t为总传动效率，m为汽车质量，g为重力加速度，f为轮胎滚动阻力系数，V_s为平均爬坡车速，V_a为加速时的汽车末速度，C_D为空气阻力系数，A为汽车迎风面积，δ为汽车旋转质量换算系数。

最后主驱动电机可由以上公式确定的峰值功率及市面电机部件资源进行初选，得到主驱动电机的峰值功率P_{M_max}、峰值转速n_{M_max}、峰值转矩T_{M_max}以及电机的额定功率P_{M_nom}、额定转速n_{M_nom}、额定转矩T_{M_nom}。

第三步：圆柱齿轮主减速器速比设计。

首先，为保证长时间行驶的经济性，根据主驱动电机额定转速n_{M_nom}和整车巡航车速V_c按公式计算圆柱齿轮主减速器速比：

式中，r_w为车轮半径。

其次，按照现有技术分配主减速器速比，即确定主减速器级数。即若i_g≤7，则采用单级圆柱齿轮主减速器；若7＜i_g≤12，则采用两级圆柱齿轮主减速器。具体来说，一级减速齿轮的传动比(也是单级圆柱齿轮主减速器的传动比)i_g1和二级减速齿轮的传动比i_g2按公式计算得到：

第四步：传统圆锥齿轮差速器1019参数设计。

由于现今市面上的多数汽车的差速器均为普通的对称式圆锥齿轮差速器，因此，本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥也采用这种普通的对称式圆锥齿轮差速器，不仅有利于前期的设计开发，而且有利于工艺继承性，节省研发成本。而所述的差速器1019与传统差速器的不同点在于，所述差速器壳1112不再只起传统差速器壳的作用，而且通过相互外啮合的三对圆周均布的行星齿轮1057和1064实现了差速器壳1112与左半轴1076的耦合，即作为转矩定向分配器1040的一部分——单排双行星齿轮耦合机构1205参与实现转矩定向分配的功能。

首先，差速器最大设计输入转矩T_d按下式计算得到：

T_d＝i_gT_{M_max}

最后，可以根据差速器计算转矩T_d及现有技术来进行传统圆锥齿轮差速器1019的参数设计。

第五步：调用转矩定向分配器1040的参数设计流程。

第六步：根据现有机械轴齿设计方法完成转矩定向分配电动驱动桥所有轮系轴齿及其他系统设计。

在完成转矩定向分配器1040的参数设计后，根据现有技术对转矩定向分配电动驱动桥所有轮系轴齿进行设计，从而获得各轴齿的基本尺寸。

第七步：计算径向尺寸一致性因子。

按公式计算径向尺寸一致性因子：

其中，ζ为定义的径向尺寸一致性因子，d_m、d_n为转矩定向分配器中包括TV控制电机和各排行星齿轮齿圈外径在内的各主要大尺寸零件的径向尺寸。

第八步：径向尺寸一致性检验。

完成所有轮系的轴齿设计后，还需要对转矩定向分配电动驱动桥中转矩定向分配器1040的径向尺寸(包括TV控制电机1038的径向尺寸、转矩定向分配器1040的各排行星齿轮齿圈的径向尺寸)进行一致性检验，以确保所设计的转矩定向分配电动驱动桥外廓尺寸紧凑、空间占用小。

若ζ≤50％，则说明转矩定向分配器1040的径向尺寸一致性较好，转入第九步。

否则，说明转矩定向分配电动驱动桥的转矩定向分配器1040的径向尺寸一致性较差，转入第五步，重新调用转矩定向分配器1040的设计流程，并对转矩定向分配器1040的轴齿重新进行优化设计，再对转矩定向分配器1040 径向尺寸的一致性检验，直至转矩定向分配电动驱动桥的转矩定向分配器 1040的径向尺寸一致性较好，即满足ζ≤50％时，再转入第九步。

第九步：轴承、润滑系统设计

按照现有机械设计技术完成转矩定向分配电动驱动桥的所有轴承和润滑系统设计。

第十步：壳体强度、散热设计

按照现有机械设计技术完成转矩定向分配电动驱动桥的壳体剖分、强度和散热筋条设计。

至此，完成整个转矩定向分配电动驱动桥的设计。

如图3所示，本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥中的转矩定向分配器1040的参数设计流程如下：

第一步：转矩定向分配器1040最大差动转矩ΔT_max的确定。

差动转矩ΔT定义为转矩定向分配电动驱动桥左、右两侧车轮驱动转矩之差的绝对值，即：

ΔT＝|T_L-T_R|

其中，T_L为左侧车轮的驱动转矩，T_R为左侧车轮的驱动转矩。为了提高车辆的极限转弯能力和转弯机动性，一般要求外侧车轮驱动转矩(即距离转弯瞬心远的车轮)大于内侧车轮(即距离转弯瞬心近的车轮)驱动转矩。即如果汽车向左侧转弯，那么右侧车轮即为外侧车轮、左侧车轮即为内侧车轮，此时要求T_L＜T_R；如果汽车向右转弯，那么左侧车轮即为外侧车轮、右侧车轮即为内侧车轮，此时要求T_L＞T_R。

左、右差动转矩ΔT的最大值即最大差动转矩ΔT_max。原则上，转矩定向分配器1040的最大差动转矩ΔT_max应该根据匹配车型为了提高极限转弯能力或维持行驶稳定性确定的最大横摆力偶矩需求M_r计算得到：

其中，B为车辆轮距。

如果设计之初并不知道匹配车型的最大横摆力偶矩需求M_r，那么，最大差动转矩ΔT_max也可以简单的先根据驱动电机峰值转矩和圆柱齿轮主减速器速比按公式计算得到：

ΔT_max＝T_{M_max}i_g

需要补充说明的是，后者依据T_{M_max}计算得到的ΔT_max大于前者依据M_r计算得到的ΔT_max。后者为极限使用要求，在实际应用中一般按照前者进行转矩定向分配使用。

第二步：TV控制电机1038峰值转矩、转速范围初选。

TV控制电机1038峰值转矩的初选范围可由公式进行确定：

TV控制电机1038的峰值转速的初选范围可由公式进行确定：

其中，R_min为车辆的最小转弯半径。

第三步：输入TV控制电机1038的最大径向尺寸B_max和最大轴向尺寸d_max设计要求。

根据底盘的布置形式和驱动桥的实际布置空间大小，可以确定所选择的 TV控制电机的最大径向尺寸B_max和最大轴向尺寸d_max设计要求。

第四步：TV控制电机1038选取。

根据以上两个尺寸及TV控制电机1038的峰值转矩和峰值转速初选范围，结合市面上部件资源选取可对TV控制电机1038进行选取，得到初选的 TV控制电机1038的峰值转速n_1038max和峰值转矩T_1038max。

第五步：输入TV控制电机1038参数和左右两侧最大差动转矩。

输入已选择的TV控制电机1038的峰值转速n_1038max和峰值转矩T_1038max，以及最大差动转矩ΔT_max。

第六步：计算双排行星齿轮TV机构1039和单排双行星齿轮耦合机构 1205的特征参数。

如图1所示，由于本发明所述的转矩定向分配器采用双排行星齿轮TV 机构，故要求双排行星齿轮TV机构1039的两个行星排(即图1中双排行星齿轮TV机构1039的左、右两个行星排)的特征参数必须完全一致，即

k₁＝k₂

其中，k₁为双排行星齿轮TV机构1039右侧行星排的特征参数，k₂为双排行星齿轮TV机构1039左侧行星排的特征参数。

双排行星齿轮TV机构1039和单排双行星齿轮耦合机构1205的特征参数可由公式计算得到：

其中，k₀为单排双行星齿轮耦合机构1205的特征参数； k_单min为工程上单行星齿轮机构的最小特征参数，如常用的k_单min＝3；k_双min为工程上双行星齿轮机构的最小特征参数，如常用的k_双min＝3。

第七步：调用转矩定向分配器1040的行星齿轮减速机构1202参数设计流程。

第八步：按公式计算特征参数一致性因子。

按公式(13)计算特征参数一致性因子：

且i≠j

其中，λ为定义的特征参数一致性因子，k_i、k_j为转矩定向分配器的各排行星齿轮特征参数。

第九步：行星齿轮特征参数一致性检验。

完成上述参数选取后，还需要对转矩定向分配器1040的各排行星齿轮特征参数进行一致性检验，以确保强度满足要求的前提下结构尺寸更加紧凑。

若λ≤50％，则说明转矩定向分配器1040的各排行星齿轮特征参数一致性较好，转入第十步。

否则，说明转矩定向分配器1040的各排行星齿轮特征参数一致性较差，转入第六步，需对转矩定向分配器1040的各排行星齿轮特征参数重新优化设计，再由公式对转矩定向分配器1040的各排行星齿轮特征参数一致性进行检验，直至满足λ≤50％再转入第十步。

第十步：输出转矩定向分配器1040所有设计参数

输出所有上面计算得到的转矩定向分配器1040的TV控制电机参数、行星齿轮减速机构1202参数、双排行星齿轮TV机构参数和单排双行星齿轮耦合机构参数。

如图4所示，本发明所述的转矩定向分配电动驱动桥中的转矩定向分配器1040行星齿轮减速机构1202的参数设计流程主要包括行星齿轮机构排数的设计和每排行星齿轮机构特征参数的设计两部分内容。具体步骤如下：

第一步：输入ΔT_max、T_1038max、k₀和k₂。

输入转矩定向分配器1040最大差动转矩ΔT_max、TV控制电机1038的峰值转矩T_1038max、单排双行星齿轮耦合机构1205的特征参数k₀和双排行星齿轮TV 机构1039的特征参数k₂。

第二步：计算传动比C

按公式计算转矩定向分配器1040的行星齿轮减速机构1202的传动比C：

第三步：判断C的数值区间。

若C≤8则转入第四步；若8＜C≤40，则进行第五步；若C＞40，则进行第六步。

第四步：转矩定向分配器1040减速机构1202采用单排行星齿轮机构。

转矩定向分配器1040减速机构1202采用单排行星齿轮机构，即p＝1，p 为排数。其行星齿轮机构特征参数采用公式计算得到：

k₃＝C-1

第五步：转矩定向分配器1040减速机构1202采用双排行星齿轮机构。

转矩定向分配器1040减速机构1202采用双排行星齿轮机构，即p＝2，其低速级行星齿轮机构(即如图1所示的转矩定向分配器1040行星齿轮减速机构1202中的右行星齿轮系)的特征参数k₃、高速级行星齿轮机构(如图1 所示，转矩定向分配器1040减速机构1202中的左行星排)的特征参数k₄采用如下优化目标公式计算得到：

J＝min|k₃-k₄|

即，确保此双排行星齿轮机构结构紧凑、布局合理。式中，特征参数k₃、 k₄满足条件：

第六步：转矩定向分配器1040减速机构采用三排行星齿轮机构。

转矩定向分配器1040减速机构采用三排行星齿轮机构，即p＝3，其低速级行星齿轮机构的特征参数k₃、中速级行星齿轮机构的特征参数k₄、高速级行星齿轮机构的特征参数k₅采用如下优化目标公式计算得到：

即，确保此三排行星齿轮机构结构紧凑、布局合理。式中，特征参数k₃、 k₄、k₅满足条件：

事实上，根据实际的车辆转弯工况需求与市面上可选的TV控制电机 1038，转矩定向分配器1040行星齿轮减速机构1202最多采用双排行星齿轮机构就已经能够完全满足工程需要。

第七步：输出p、k₃、(k₄)、(k₅)。

输出计算得到的行星齿轮减速机构1202排数p和对应的各排行星齿轮机构的特征参数k₃、(k₄)、(k₅)。注：‘()’表示该参数是否需要取决于选取的转矩定向分配器1040减速机构1202的排数。

至此，完成转矩定向分配器行星齿轮减速机构1202的参数设计。

最后，对本发明的工作原理进行描述。

当车辆直行时，其功率流如图5所示，此时TV控制电机1038不启动，即T₁₀₃₈＝0，n₁₀₃₈＝0，功率流由主驱动电机1036经由齿轮1021b、1041、1042、 1201组成的圆柱齿轮主减速器、传统圆锥齿轮差速器1019等大的平均分配给左右半轴1076和1027。

其中，n₁₀₃₈为TV控制电机1038的输出转矩；T₁₀₃₈为TV控制电机1038 的输出转速。

需要说明的是，T₁₀₃₈为正值表示其方向与汽车向前行驶时的驱动转矩方向相同，为负值表示其方向与汽车向前行驶时的驱动转矩方向相反；n₁₀₃₈为正值表示其方向与汽车向前行驶时的半轴转动方向相同，n₁₀₃₈为负值表示其方向与汽车向前行驶时的半轴转动方向相反。

此时，左半轴1076的转矩与右半轴1027的转矩满足转矩关系：

其中，T₁₀₇₆为左半轴1076上的驱动转矩；T₁₀₂₇为右半轴1027上的驱动转矩；T_d为驱动电机1036通过由齿轮1021b、1041、1042、1201组成的圆柱齿轮主减速器对差速器壳1112施加的输入转矩。

在车辆转弯时，若TV控制电机1038不启动，其功率流如图6所示，功率流由主驱动电机1036经由齿轮1021b、1041、1042、1201组成的圆柱齿轮主减速器、传统圆锥齿轮差速器1019等大的平均分配给左右半轴1076和 1027。此时，双排行星齿轮减速机构1202、双排行星齿轮TV机构1039以及单排双行星齿轮耦合机构1205中未附加任何的额外转矩，左半轴1076的转矩与右半轴1027的转矩依旧满足上述公式。

在车辆转弯(以右转为例)时，若TV控制电机1038启动，其功率流如图7所示，常规功率流经主驱动电机1036经由齿轮1021b、1041、1042、1201 组成的圆柱齿轮主减速器、传统圆锥齿轮差速器1019等大的分配给左右半轴 1076和1027，定向分配功率流从右半轴1027流向左半轴1076，从而使得左半轴1076的总功率流大于右半轴1027的总功率流。此时假设TV控制电机 1038的输出转矩为T₁₀₃₈，输出转速为n₁₀₃₈，则所发明的转矩定向分配电动驱动桥的左右两轮之间的差动转矩ΔT为

其中，k₀为单排双行星齿轮耦合机构1205的特征参数；k₂为双排行星齿轮TV机构1039的行星排特征参数；C为转矩定向分配器1040的减速机构 1202的传动比，对于图1中所设计的双排行星齿轮减速机构1202而言，

C＝(1+k₃)(1+k₄)

其中，k₃为图1中双排行星齿轮减速机构1202的低速级行星齿轮机构(右行星齿轮机构)特征参数；k₄为图1中转矩定向分配器1040中双排行星齿轮减速机构1202的高速级行星齿轮机构(左行星齿轮机构)特征参数。

同理可得，车辆左转时，若TV控制电机1038启动，其功率流如图8所示，常规功率流经主驱动电机1036经由齿轮1021b、1041、1042、1201组成的圆柱齿轮主减速器、传统圆锥齿轮差速器1019等大的分配给左右半轴1076 和1027，定向分配功率流从左半轴1076流向右半轴1027，从而使得右半轴 1027的总功率流大于左半轴1076的总功率流。

由此可见，当车辆右转时，可以控制TV控制电机1038正转驱动，即 T₁₀₃₈>0，n₁₀₃₈＞0，使得左侧车轮的驱动转矩大于右侧车轮的驱动转矩，加速车辆转弯，提高车辆的转弯机动性。同理，当车辆左转时，可以控制TV控制电机1038反转驱动，即T₁₀₃₈<0，n₁₀₃₈＜0，则会使得右侧车轮的驱动转矩大于左侧车轮的驱动转矩，加速车辆转弯，提高车辆的转弯机动性。

因此，只要匹配一台适合的TV控制电机1038、设计好转矩定向分配器 1040的单排双行星齿轮耦合机构1205、双排行星齿轮TV机构1039、行星齿轮减速机构1202的结构，就可以实现整车以转弯机动性为目的的转矩定向分配功能需求。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，例如，采用类似本发明所述的转矩定向分配器结构的传统内燃机动力源或其他类型动力源的汽车驱动桥。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取主驱动机构的峰值转矩T_{M_max}以及额定转速n_{M_nom}；

其中，T_{M_max}为主驱动机构的峰值转矩，r_w为车轮半径；

计算转矩定向分配器的最大差动转矩ΔT_max

或ΔT_max＝T_{M_max}i_g；

M_r为最大横摆力偶矩需求，B为车辆轮距；

<mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&Delta;T</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mn>4</mn> </mfrac> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mn>1038</mn> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&Delta;T</mi> <mi>max</mi> </msub> </mrow> <mn>40</mn> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>

其中，R_min为车辆的最小转弯半径，V_max为车辆最高车速；

计算行星齿轮减速机构传动比C

<mrow> <mi>C</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&Delta;T</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mn>1038</mn> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>

2.根据权利要求1所述的转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，若i_g≤7，则采用单级圆柱齿轮主减速器；若7＜i_g≤12，则采用两级圆柱齿轮主减速器。

3.根据权利要求2所述的转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，所述主驱动机构采用主驱动电机，采用如下公式计算车辆最高车速V_max决定的驱动功率P_M1、最大爬坡度i_max决定的驱动功率P_M2、以及加速时间t_a决定的驱动功率P_M3：

<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>M</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>3600</mn> <msub> <mi>t</mi> <mi>a</mi> </msub> <msub> <mi>&eta;</mi> <mi>t</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&delta;</mi> <mi>m</mi> <mfrac> <msubsup> <mi>V</mi> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>mgft</mi> <mi>a</mi> </msub> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>a</mi> </msub> <mn>1.5</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>D</mi> </msub> <msubsup> <mi>AV</mi> <mi>a</mi> <mn>3</mn> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>21.15</mn> <mo>&times;</mo> <mn>2.5</mn> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>t</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

4.根据权利要求3所述的转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，差速器最大设计输入转矩T_d为

T_d＝i_gT_{M_max}。

5.根据权利要求4所述的转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，若C≤8，行星齿轮减速机构采用单排行星齿轮机构；

6.根据权利要求5所述的转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，若C≤8，则单排行星齿轮机构特征参数为k₃＝C-1。

7.根据权利要求6所述的转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，若8＜C≤40，低速级行星齿轮机构的特征参数k₃和高速级行星齿轮机构的特征参数k₄满足

且满足优化设计目标：min|k₃-k₄|。

8.根据权利要求7所述的转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，若C＞40，则低速级行星齿轮机构的特征参数k₃、中速级行星齿轮机构的特征参数k₄、高速级行星齿轮机构的特征参数k₅满足

且满足优化设计目标：

9.根据权利要求8所述的转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，计算特征参数一致性因子

且i≠j

10.根据权利要求8所述的转矩定向分配电动驱动桥设计方法，其特征在于，计算径向尺寸一致性因子

<mrow> <mi>&zeta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <mrow> <msub> <mi>d</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mi>min</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> <mi>m</mi> <mo>&NotEqual;</mo> <mi>n</mi> </mrow>

若ζ≤50％，则说明转矩定向分配器的径向尺寸一致性较好。