CN108501704A - 一种轴间转矩全域主动分配全时四驱系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，包括：动力输入轴；前轴；后轴；第一行星轮系，其包括设有空心轴的第一太阳轮、第一行星轮、设有空心轴的可拆装式第一行星架及第一内齿圈；第二行星轮系，其包括设有空心轴的第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架及第二内齿圈；第三行星轮系，其包括第三太阳轮、第三行星轮、第三行星架及第三内齿圈；TV控制电机，其设有空套在后轴上的空心输出轴，且其通过减速机构与第三内齿圈连接；输入链轮，其与第一太阳轮的空心轴固连；输出链轮，其与输入链轮之间通过传动链传输动力，且其与前轴固连。本发明提供的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，可以实现在前后轴之间任意分配转矩的功能。

Description

一种轴间转矩全域主动分配全时四驱系统

技术领域

本发明属于四驱汽车驱动系统技术领域，特别涉及一种轴间转矩全域主动分配全时四驱系统。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的提高和技术的不断进步，人们对于汽车的品质也提出了越来越高的要求，汽车由最初仅作为代步工具的需求逐步过渡到了对安全性、舒适性、经济性与驾驶乐趣等需求上，人们对于多功能、多路况行驶和高性能汽车的需求也在逐年增加，如高性能四驱SUV或高性能四驱轿车。这些车型不仅在内燃机驱动汽车市场需求越来越高，如配备运动型差速器的奥迪Q5SUV、配备SH-AWD四驱系统的讴歌TLX中级轿车等，即使是对于混合动力汽车或电动汽车也是未来市场主流发展趋势，如沃尔沃XC60T8E驱混动和特斯拉Model S等。

按驱动轮个数分类，汽车的驱动形式主要有两轮驱动和四驱驱动。对于四轮驱动又分为适时四驱、全时四驱、分时四驱。按照传动系统布置形式又分为集中式驱动和分布式驱动，前者在传统内燃机汽车和新能源汽车当中都有应用，而后者往往采用轮毂电机或轮边电机驱动，故一般被新能源汽车、尤其是电动汽车所采用的，称之为电动轮独立驱动汽车。分布式轮毂电机驱动可以方便的实现四轮驱动，而且轮毂电机一般直接驱动车轮，没有过多的传动系统，故结构简单、空间占用小、传动效率高，不失为一种优异的传动形式。然而现阶段，面临轮毂电机普遍功率密度不高、电机工作环境恶劣导致可靠性差、轮毂电机增加簧下质量导致汽车平顺性降低等技术瓶颈严重影响其大规模使用，故目前只是一些概念车或小批量样车在使用，大部分电动汽车仍在采用和内燃机驱动汽车类似的中央集中式驱动形式。内燃机或集中式混合动力总成(Hybrid Powertrain)作为集中的一个动力源，往往布置在前桥发动机舱内，这种单集中式动力源(对于混合动力系统一般有多个动力源，但主流都是和内燃机、变速器或耦合装置集成为一体组成一个集中的混合动力总成)只能采用传统中央集中式传动系统将动力传递至车轮。正如前面所述原因，电动汽车目前也普遍采用开发成本较低的单一电机匹配传统驱动桥的中央集中式驱动桥形式驱动车轮，故无论是内燃机汽车、混合动力汽车、电动汽车，如果需要四轮驱动，则需要一个分动装置或耦合装置将动力分出一部分传递至其他驱动车轴。

根据不同的四驱通过能力设计需求，对于前述的三种四驱形式，上述三种动力车型其动力分动装置或耦合装置也并不相同，例如：对于适时四驱汽车，往往采用在变速器输出轴侧同时外啮合两个相同齿轮将动力传递至前后桥，且在去往非主要驱动桥(一般为后桥)之前增加电磁多片离合器实现适时地通过传动轴将动力传递至后桥。当电磁离合器结合时，后桥一般最多可得到一半的总驱动转矩。所谓适时就是并非全部时间将离合器结合后动力传递至后桥，而一般在前轮打滑时或短时需要四驱工作时才能实现四驱；而对于全时四驱，往往采用中央差速器(即轴间差速器)将前、后桥的传动轴连接起来，前后桥的转矩分配一般为平均分配，也有些采用不等分配，由于普通开放式差速器具有“差速不差扭”的特点，为了保证避免某个桥车轮打滑时导致另一桥驱动力也下降，通过性降低，故该类全时四驱系统的中央差速器一般选用限滑差速器或带有差速锁功能的中央差速器来实现转矩的前后轴转移；而对于分时四驱，往往在变速器内或变速器之后新增中央差速器，通过切换中央差速器中齿轮的啮合与退出实现动力传递至非主要驱动桥(一般为前桥)。中央差速器一般还带有低速挡将发动机转矩进一步放大，满足极限越野能力要求。虽然上述三种四驱形式采用不同的机构实现动力传递至四个车轮，但这些机构都是从原有内燃机四驱汽车上继承而来，即使是对于电动汽车，大部分单电机电动四驱汽车也都采用传统内燃机四驱汽车的分动装置或动力耦合装置实现四驱，都没有针对电动汽车的特点和市场需求针对性的开发电动四驱系统，没有任何新意可言。另外更重要的是，上述四驱机构都存在这样那样的缺点，例如：适时四驱汽车由于大部分工况都是单轴(一般为前轴)驱动，偶尔前轮进入低附着或悬空打滑时，电磁多片离合器迅速结合使部分驱动转矩转移至有附着的另一根车轴(一般为后轴)驱动车辆行驶，保证汽车动力性和行驶稳定性，也能一定程度上改善通过性能，更重要的是由于大部分时间为单轴驱动故具有很好的经济性。然而由于其传动方式为齿轮传动加电磁多片离合器的方式，导致其一般只能将最大不超过整车最大输出转矩的一半在短时间内转移输出给非主要驱动车轮，故该类汽车的通过性能一般，只能轻度越野，但行驶经济性最好。全时四驱汽车由于全部行驶时间内都为四个车轮驱动，另外由于一般都增配有轴间限滑差速器或差速锁，故整车动力性、行驶稳定性和通过性都比适时四驱强很多，但由于其结构复杂、成本高，故一般只应用于中高端四驱SUV或高端四驱轿车，而且由于总是四轮驱动，不能实现主动的转矩分配直至单轴驱动方式，故行驶经济性较差。分时四驱一般为后轮驱动形式，单轴驱动时行驶经济性好。当通过操纵中央差速器将动力同时传递至前后桥变为四轮驱动后，由于一般不具有中央差速器，故无法在正常铺装路面高速行驶，只能在非铺装路面进行低速越野。而且由于车身结构、车重、无差速器、轮胎等原因，结合四驱时行驶经济性和操纵稳定性比其他四驱汽车相差甚远，故很难应用于高端四驱轿车和高性能SUV。

综合来看，全时四驱形式相对较好，但是由于其采用的普通差速器具有“差速不差扭”的特性，当汽车前后轴路面附着不一致时，则可能导致低附着一侧车轴上的车轮滑转，造成汽车被困无法行驶。或当汽车急加速时，载荷由前轴向后轴转移，也可能造成前轴车轮达到附着极限产生滑转而使汽车失稳。虽然现有技术中各种轴间限滑差速器或轴间差速锁可以通过部分锁止或完全锁止连接前后桥的传动轴，从而实现转矩从低附着车轴转移至高附着车轴，避免车轮打滑，提高车辆通过性，但是转矩的轴间转移分配是单向的，只能从转速快的一轴往转速慢的一轴转移驱动力矩，这无法提升车辆在多种路况下的机动性能和驱动性能。传统汽车上的中央差速器只能改变两轴的转速，并不能分配转矩，而中央差速器虽然可以实现轴间转矩的分配，却无法实现任意转矩值在轴间的定向分配。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，面向四驱电动汽车、四驱混合动力汽车，以及四驱传统内燃机汽车的性能需求，提拱了一种轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其采用一个电机作为轴间转矩分配的动力源，可以使保持全时四驱的汽车的总驱动转矩在前后轴之间可以按任意比例主动分配，克服了现有全时四驱技术只能在一定比例范围内被动分配总驱动转矩的技术缺陷，提高了汽车的综合性能。

本发明提供的技术方案为：

一种轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，包括：

动力输入轴；

前轴；

后轴；

第一行星轮系，其包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架及第一内齿圈；

其中，所述第一行星架与所述动力输入轴固定连接，且其设有空心轴，所述第一行星架的空心轴空套在所述后轴上；所述第一内齿圈与所述后轴固定连接，所述第一太阳轮设有空心轴，所述第一太阳轮的空心轴空套在所述第一行星架的空心轴上；

第二行星轮系，其包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架及第二内齿圈；

其中，所述第二太阳轮设有空心轴，所述第二太阳轮的空心轴空套在所述后轴上，所述第二行星架与所述第一行星架的空心轴固定连接，所述第二内齿圈与四驱系统壳体固定连接；

第三行星轮系，其包括第三太阳轮、第三行星轮、第三行星架及第三内齿圈；

其中，所述第三太阳轮与所述第二太阳轮的空心轴固定连接；所述第三行星架与所述后轴固定连接；

TV控制电机，其设有空心输出轴，所述空心输出轴空套在所述后轴上，且所述空心输出轴通过减速机构与所述第三内齿圈连接；

输入链轮，其中心固定连接在所述第一太阳轮的空心轴上；

输出链轮，其与所述前轴固定连接；

其中，所述输入链轮和所述输出链轮通过传动链进行动力传动。

优选的是，所述第二行星轮系与所述第三行星轮系具有相同的行星排特征参数和行星排类型。

优选的是，所述减速机构包括第四行星轮系，其包括第四太阳轮、第四行星轮、第四行星架及第四内齿圈；

其中，所述第四太阳轮与所述空心输出轴固定连接；所述第四行星架与所述第三内齿圈固定连接；所述第四内齿圈与所述四驱系统壳体固定连接。

优选的是，所述输入链轮与所述输出链轮的传动比为1。

优选的是，所述第一行星架为可拆装式行星架，其可拆分为若干部分，装配时各部分可分开进行，然后再将各部分组装固连为一体，从而将所述第一内齿圈包裹在其内部。

优选的是，所述第一行星架的空心轴与所述后轴之间通过轴承连接。

优选的是，所述第一太阳轮的空心轴与所述第一行星架的空心轴之间通过轴承连接。

优选的是，所述第二太阳轮的空心轴与所述后轴之间通过轴承连接。

优选的是，所述TV控制电机为空心轴式内转子电机。

优选的是，所述空心输出轴与所述后轴之间通过轴承连接。

优选的是，所述的TV控制电机的定子及壳体与所述四驱系统壳体固定连接。

优选的是，所述TV控制电机的空心输出轴与所述第四太阳轮的中心孔通过花键连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，克服了现有全时四驱系统只能在一定范围内改变前后轴转矩分配比例的技术缺陷，可以实现在前后轴之间任意分配转矩的功能，且响应迅速；极限情况在单轴出现打滑时将全部动力总成输出转矩转移至有良好附着的另一轴，实现单轴驱动，相比轮毂电机驱动可以不用降低总输出功率，保证整车动力性。

2、本发明提供的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，克服了现有全时四驱系统只能根据前后轴的转速差或差速器内摩擦力矩被动的改变前后轴转矩分配的技术缺陷，可以实现在前后轴之间随时随量主动改变转矩分配比的功能，且响应迅速。

3、本发明提供的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，克服了现有全时四驱系统只能在转矩分配时将驱动转矩从转速快的一轴单向转移至转速慢的另一轴的技术缺陷，可以实现在转速快、慢两轴之间任意方向的主动分配转矩的功能，即可以从转速快的一轴转移至转速慢的一轴，亦可从转速慢的一轴转移至转速快的一轴的功能。

4、本发明提供的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，相比于轮毂电机独立驱动，不需要对每个轮毂电机单独控制，而只需要对一个电机进行控制即可调整各轴驱动转矩，控制系统简单可靠，控制容易实现。

5、本发明提供的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，结构紧凑，布局合理，相比于轮毂电机独立驱动，布置为簧上质量，对汽车平顺性影响较小。

6、本发明提供的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其转矩全域主动定向分配的根本技术特征，可兼顾改善整车动力性、经济性、转弯机动性、操纵稳定性和通过性的需求，提高整车综合性能。

附图说明

图1为本发明所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统结构示意图(以将TV控制电机置于后轴为例)。

图2为本发明所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统在TV控制电机不起作用时的转矩流向示意图。

图3为本发明所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统在TV控制电机起作用时的转矩流向示意图。

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，本发明提供了一种轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其主要由中央差速器2000、双行星排TV耦合机构3000、TV控制电机减速机构4000和TV控制电机5001构成。

所述中央差速器2000位于动力输入端附近，主要由第一行星轮系2010构成，包括太阳轮2011、三个沿圆周方向均匀分布的行星轮2012、内齿圈2013和行星架2014。其中，内齿圈2013的中心和后轴5002通过花键固连在一起。行星架2014为可拆装式行星架，可以拆分为若干部分，装配时各部分可分开进行，然后再将各部分组装固连为一体，从而将内齿圈2013包裹在行星架2014内部。行星架2014向后延伸部分直径变小变为中空的阶梯空心轴，后轴5002从空心轴内部从前至后穿过，并在两者之间布置成对轴承起到减少两者之间相对转动时的摩擦和相互支撑作用。空心轴外径中间部位直径大于端部直径，端部外径加工有花键。行星架2014的左端中心和动力输入轴5003通过花键固连在一起，动力输入轴5003为整车的动力输入端，可以接入由传统内燃机或包括电动机在内的其他旋转动力源来提供动力。当动力源为传统内燃机时，动力输入轴5003与内燃机和匹配的变速器组成的动力总成输出端相连；当动力源为电动机时可直接与电动机输出端相连，亦可与电动机和少档位变速器组成的动力总成输出端相连。太阳轮2011与输入链轮1000固连在一起，太阳轮2011与输入链轮1000之间为中空的空心轴，行星架2014延伸部位空心轴从太阳轮2011与输入链轮1000之间的空心轴的内部从前至后穿过，并在两者之间布置成对轴承起到减少两者之间相对转动时的摩擦和相互支撑作用。

双行星排TV耦合机构3000主要包括两个单排行星轮系：第二行星轮系3020和第三行星轮系3030。这两个单排行星轮系具有相同的行星排特征参数和行星排类型，且特征参数大于1(所述的行星排特征参数为机械领域通常定义，即指的是行星排中内齿圈与太阳轮的齿数之比)。所述第二行星轮系3020包括太阳轮3021、三个沿圆周方向均匀分布的行星轮3022、内齿圈3023和行星架3024。其中，行星架3024中心与第一行星轮系2010的行星架2014向后延伸的空心轴端部通过花键固连在一起。内齿圈3023与四驱系统壳体6003固连。所述第三行星轮系3030包括太阳轮3031、三个沿圆周方向均匀分布的行星轮3032、内齿圈3033和行星架3034。其中，太阳轮3031与第二行星轮系3020的太阳轮3021固连，太阳轮3031与太阳轮3021之间为中空的空心轴，后轴5002从空心轴内部从前至后穿过，并在两者之间布置成对轴承起到减少两者之间相对转动时的摩擦和相互支撑作用。行星架3034和从其中心穿过延伸至后方的后轴5002通过花键连接在一起。

TV控制电机减速机构4000主要由第四行星轮系4040构成。所述第四行星轮系4040包括太阳轮4041、三个沿圆周方向均匀分布的行星轮4042、内齿圈4043和行星架4044。其中，内齿圈4043与四驱系统壳体6003固连，行星架4044与第三行星轮系3030的内齿圈3033固连在一起。需要说明的是，本实施例中TV控制电机减速机构4000采用的是单排行星轮系，选用其他种类的行星轮系或多排行星轮系组成的减速机构并不构成有别于本发明的新结构。

所述TV控制电机5001是一个空心轴式内转子电机，连接后驱动桥的后轴5002从其空心内转子轴中心孔不接触穿出，并在两者之间布置成对轴承起到减少两者之间相对转动时的摩擦和相互支撑作用。空心轴式内转子前侧端部外径加工有花键，与第四行星轮系4040的太阳轮4041中心孔通过花键连接在一起，从而可以将TV控制电机5001的输出转矩传递到第四行星轮系4040。所述的TV控制电机5001的定子及其壳体与四驱系统壳体6003固连在一起，通过四驱系统壳体6003支撑和固定。

所述的输入链轮1000通过采用传动链6002实现输入链轮1000与输出链轮6000的动力传递。相比较齿轮啮合传动方式，此种链传动方式可以实现前轴6001与后轴5002在不增加齿轮直径的条件下有一定间距的平行布置。输入链轮1000与输出链轮6000齿数和直径完全相同。输出链轮6000通过中心孔花键与前轴6001花键连接；输入链轮1000与第一行星轮系2010的太阳轮2011固连为一体。

此外，本发明所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统所包含的所有行星轮系，其特征参数均大于1。

本发明所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统通过设置不等转矩分配的中央差速器2000、共太阳轮式双行星排TV耦合机构3000以及链传动实现了与核心部件为发动机或电动机的动力总成相连的动力输入轴5003与前轴6001和后轴5002的连接，前轴6001再将动力传递至汽车前桥，后轴5002再将动力传递至汽车后桥，于是车辆实现了四驱工作。通过TV控制电机5001的正向或反向的转矩输出可以控制从动力输入轴5003输入的总驱动转矩在前桥或后桥任意分配，极限情况可以将总输入转矩全部分配至一个驱动桥实现单桥驱动。上述结构和连接关系实现了动力总成总输入转矩在前后桥之间的全域主动任意定向分配。

所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统主要涉及四种工况：直线行驶TV控制电机5001不启动，转弯行驶TV控制电机5001不启动，直线行驶TV控制电机5001启动，以及转弯行驶TV控制电机5001启动。下面分别对四种工况进行说明：

(1)直线行驶TV控制电机5001不启动。

当汽车在水平良好路面上匀速行驶时，前后轴驱动轮与路面附着良好，且轴荷不会发生明显变化，因此，前后轴之间无需进行转矩的定向分配，此时TV控制电机5001中没有控制电信号，TV控制电机5001不起作用，动力总成经动力输入轴5003输入的转矩经过中央差速器2000将动力传递至第一行星轮系2010的太阳轮2011和内齿圈2013，内齿圈2013再将转矩传递给后轴5002，使汽车后轴驱动轮获得驱动转矩。同时，太阳轮2011将转矩传递到输入链轮1000上，输入链轮1000再经过传动链6002将转矩传递到输出链轮6000上，再进一步传递给前轴6001，从而使汽车前轴驱动轮获得驱动转矩。此时汽车为全时四轮驱动状态。

转速关系方面，设定驱动汽车前进时前轴与后轴的旋转方向为正方向，倒退时为负方向。设汽车前后轴转速均为n，即第一行星轮系2010的太阳轮2011的转速n_S1和内齿圈2013的转速n_R1均相等，即n_S1＝n_R1＝n。为了尽可能减少电机空转带来的惯性损失和反电动势能量消耗，应避免TV控制电机5001空转，即让与TV控制电机5001的空心内转子相连的第四行星轮系4040的太阳轮4041的转速n_S4＝0。由于第四行星轮系4040的内齿圈4043与四驱系统壳体6003固连，其转速n_R4＝0，故第四行星轮系4040的行星架4044的转速n_H4＝0。由于第三行星轮系3030的内齿圈3033与第四行星轮系4040的行星架4044固连，则内齿圈3033的转速n_R3＝0。又因为第二行星轮系3020的内齿圈3023与四驱系统壳体6003固连，故内齿圈3023的转速n_R2＝0。又由于第二行星轮系3020的太阳轮3021与第三行星轮系3030的太阳轮3031固连为一体，故太阳轮3021的转速n_S2与太阳轮3031的转速n_S3相同，即n_S2＝n_S3，且由于第二行星轮系3020和第三行星轮系3030具有相同的行星排特征参数和行星排类型，则可得两行星轮系的行星架3024的转速n_H2和行星架3034的转速n_H3相同，即n_H2＝n_H3。又因为第三行星轮系3030的行星架3034和第一行星轮系2010的内齿圈2013通过后轴5002连接为一体，故两者转速相同，即n_R1＝n_H3，则可得n_R1＝n_H2。因为第一行星轮系2010的行星架2014与第二行星轮系3020的行星架3024固连为一体，故行星架2014的转速n_H1与行星架3024的转速n_H2相同，即n_H1＝n_H2，则n_H1＝n_R1。根据单行星排转速公式，得第一行星轮系2010的太阳轮2011的转速n_S1与内齿圈2013的转速n_R1完全相同，即n_S1＝n_R1。另外由于输入链轮1000与输出链轮6000的传动比为1，故此时汽车前后轴转速完全相同。这与上面推导的汽车直线行驶时前后轴转速相同的结论吻合，故此时可以保证TV控制电机5001不会产生空转，节省能量。

转矩关系方面，设此时动力总成经动力输入轴5003输入的转矩为T₀(T₀为正值)，则第一行星轮系2010的行星架2014的转矩T_H1＝T₀，于是根据单行星排转矩公式，得第一行星轮系2010的太阳轮2011和内齿圈2013的转矩分别为(其中k₁为第一行星轮系2010的行星排特征参数，且k₁＞1)，则前、后轴所获得的输入转矩T_前、T_后分别为且T_前＜T_后，可见本发明所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统在正常四驱时，后桥为主要驱动桥。此时转矩分配流向如图2所示。

(2)转弯行驶TV控制电机5001不启动。

这种工况下，由于汽车转弯时汽车前后驱动轮距离汽车转弯瞬心的距离即前后桥的平均转弯半径并不相同，前桥两个车轮的平均转速略高于后桥两个车轮的平均转速，这导致连接前后桥的本发明中的前后轴转速也会略有转速差。该转速差由中央差速器2000来实现不改变前后轴转矩分配的前提下实现自适应差速，即连接前轴6001的第一行星轮系2010的太阳轮2011和连接后轴5002的第一行星轮系2010的内齿圈2013两者转速有一定转速差，即n_S1≠n_R1，则根据单行星排转速公式，可得第一行星轮系2010的内齿圈2013和行星架2014两者转速有一定转速差，即n_R1≠n_H1，由于第一行星轮系2010的行星架2014和内齿圈2013分别与第二行星轮系3020的行星架3024和第三行星轮系3030的行星架3034花键连接，故此时，第二行星轮系3020的行星架3024与第三行星轮系3030的行星架3034会有一个极小的转速差，即n_H2≠n_H3。又因为第二行星轮系3020和第三行星轮系3030特征参数完全相同且两个太阳轮3021和3031固连为一体，即两者转速n_S2＝n_S3，则根据单行星排转速公式，可得第二行星轮系3020的内齿圈3023和第三行星轮系3030的内齿圈3033两者转速有一定转速差，即n_R2≠n_R3，因为第二行星轮系3020的内齿圈3023与四驱系统壳体6003固连，故n_R2＝0，则可得第三行星轮系3030的内齿圈3033的转速n_R3≠0。由于第四行星轮系4040的行星架4044与第三行星轮系3030的内齿圈3033固连，则第四行星轮系4040的行星架4044的转速n_H4＝n_R3≠0，此时由于第四行星轮系4040的内齿圈4043与四驱系统壳体6003固连，故第四行星轮系4040的太阳轮4041的转速n_S4≠0，即与太阳轮4041花键连接的TV控制电机5001的空心内转子会产生轻微空转。但因为空转转速极小，因此其产生的能耗也极小，基本可以忽略，而且一般转弯过程相比较直线行驶工况出现频率和时间相对较少，故当转弯过程结束后，前后轴转速变为相同，TV控制电机5001转速会迅速恢复为0，不再产生空转，因此，并不影响整车的经济性。

转弯行驶TV控制电机5001不启动时，尽管前后轴的转速有一定转速差存在，但所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统的转矩分配关系，与直线行驶TV控制电机5001不启动的工况完全相同，即且T_前＜T_后，此时后桥仍旧为主要驱动桥。此时的转矩分配流向如图2所示。

(3)直线行驶TV控制电机5001启动。

汽车在行驶过程中，如果汽车的轴荷前移，或后轴驱动轮与地面的附着系数较小，则可能出现后轴驱动轮由于转矩过大发生滑转、前轴驱动轮由于转矩不足而无法充分发挥与地面之间的附着作用的现象。此时为了提高汽车的动力性和通过性，需要在保证总驱动转矩不变的情况下，增大前轴6001的驱动转矩，减小后轴5002的驱动转矩，即将动力总成经中央差速器2000分配至汽车后轴5002的驱动转矩部分定向转移至汽车前轴6001。相反如果汽车因起步加速导致轴荷后移，或前轴驱动轮与地面的附着系数较小导致可能出现的前轴驱动轮由于转矩过大发生滑转现象时，此时为了提高汽车动力性和通过性，同样需要在保证总驱动转矩不变的情况下，增大后轴5002的驱动转矩，减小前轴6001的驱动转矩，即将动力总成经中央差速器2000分配至汽车前轴6001的驱动转矩部分定向转移至汽车后轴5002。

在任何状态下，动力输入轴5003输入的转矩经中央差速器2000始终按一定比例分配给前轴6001和后轴5002，即如果需要按上述工况要求实现前后轴间转矩的定向分配，此时就需由TV控制电机5001来完成。现以汽车轴荷后移，或前轴驱动轮与地面的附着系数较小的工况需求为例进行分析，来说明本发明所述轴间转矩全域主动分配全时四驱系统在汽车直线行驶时前后轴间转矩定向分配工作原理。

当汽车轴荷后移，或前轴驱动轮与地面的附着系数较小时，应将汽车前轴6001的部分驱动转矩定向分配至汽车后轴5002。此时电信号控制TV控制电机5001输出正向转矩T(T为正值)，则与TV控制电机5001的空心内转子花键连接的第四行星轮系4040的太阳轮4041的转矩T_S4＝T，根据单行星排转矩公式，得第四行星轮系4040的行星架4044的转矩T_H4＝-(k₄+1)T(其中k₄为第四行星轮系4040的行星排特征参数)，则第四行星轮系4040的行星架4044输出给第三行星轮系3030的内齿圈3033的转矩为T_R3＝(k₄+1)T。设第二行星轮系3020和第三行星轮系3030的行星排特征参数均为k，即k₂＝k₃＝k，则根据单行星排转矩公式，得第三行星轮系3030的太阳轮3031和行星架3034的转矩分别为所以第三行星轮系3030中行星架3034输出的转矩为则输入到后轴5002的转矩增量为太阳轮3031输出的转矩为则第二行星轮系3020中太阳轮3021的输入转矩为根据单行星排转矩公式，得第二行星轮系3020的行星架3024的转矩则行星架3024输出的转矩为则输入到第一行星轮系2010的行星架2014的转矩为根据单行星排转矩公式，得第一行星轮系2010的太阳轮2011和内齿圈2013的转矩分别为则第一行星轮系2010中内齿圈2013的输出转矩为则输入到后轴5002的转矩增量为因此输入给后轴5002的总转矩增量T_后′为第三行星轮系3030的行星架3034输入给后轴5002的转矩增量T_后1′、第一行星轮系2010的内齿圈2013输入给后轴5002的转矩增量T_后2′两部分之和，即太阳轮2011的输出转矩为则输入到输入链轮1000的转矩增量为因此，传递到前轴6001的转矩增量为由此可见，TV控制电机5001经TV控制电机减速机构4000、双行星排TV耦合机构3000和中央差速器2000输入到前轴和后轴的转矩增量等大反向(其转矩增量的正负号如图3所示TV控制电机5001至前后轴转矩分配流上标注的正、负号所示)，即T_前′＝-T_后′。上述转矩增量与动力总成经中央差速器2000分配给前后轴的转矩合成后，可得此时前轴6001的驱动转矩变为后轴5002的驱动转矩变为由此可见，相比较TV控制电机5001不工作状态，此时后轴5002驱动转矩增加，前轴6001驱动转矩下降，即实现了不改变总的驱动转矩的条件下，转矩从前轴6001向后轴5002的定向转移分配。此时的转矩分配流向如图3所示。极限情况下，控制TV控制电机5001的输出转矩可以实现将动力总成经中央差速器2000分配给前轴6001的转矩全部转移至后轴5002，从而实现单轴驱动，即后驱状态。

同理可得，当汽车轴荷前移，或后轴驱动轮与地面的附着系数较小时，应将汽车后轴5002的驱动转矩部分定向分配至汽车前轴6001。此时电信号控制TV控制电机5001输出负向转矩，经过TV控制电机减速机构4000、双行星排TV耦合机构3000、中央差速器2000、输入链轮1000，最终分配给前轴6001一个正向转矩增量，分配给后轴5002一个负向转矩增量，且两者大小相等，即在不改变总的驱动转矩的前提下，可以使汽车前轴6001的驱动转矩增加，后轴5002的驱动转矩减小。该工况下的工作过程与汽车轴荷后移，或前轴驱动轮与地面的附着系数较小时的工作过程相似，在此不再复述。

(4)转弯行驶TV控制电机5001启动。

这种工况下，所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统的转速关系及动力总成经中央差速器2000按固定比例分配至前轴6001和后轴5002的转矩分配关系，与转弯行驶TV控制电机5001不启动的工况相同，在此不再复述。TV控制电机5001的输出转矩对于前后轴转矩的等大相反的转矩增量也与直线行驶TV控制电机5001启动的工况完全相同，在此也不再复述。此时的转矩分配流向如图3所示。

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，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 (10)

1.一种轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其特征在于，包括：

动力输入轴；

前轴；

后轴；

第一行星轮系，其包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架及第一内齿圈；

其中，所述第一行星架与所述动力输入轴固定连接，且其设有空心轴，所述第一行星架的空心轴空套在所述后轴上；所述第一内齿圈与所述后轴固定连接，所述第一太阳轮设有空心轴，所述第一太阳轮的空心轴空套在所述第一行星架的空心轴上；

第二行星轮系，其包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架及第二内齿圈；

其中，所述第二太阳轮设有空心轴，所述第二太阳轮的空心轴空套在所述后轴上，所述第二行星架与所述第一行星架的空心轴固定连接，所述第二内齿圈与四驱系统壳体固定连接；

第三行星轮系，其包括第三太阳轮、第三行星轮、第三行星架及第三内齿圈；

其中，所述第三太阳轮与所述第二太阳轮的空心轴固定连接；所述第三行星架与所述后轴固定连接；

其中，所述第二行星轮系与所述第三行星轮系具有相同的行星排特征参数和行星排类型；

TV控制电机，其设有空心输出轴，所述空心输出轴空套在所述后轴上，且所述空心输出轴通过减速机构与所述第三内齿圈连接；

输入链轮，其中心固定连接在所述第一太阳轮的空心轴上；

输出链轮，其与所述前轴固定连接；

其中，所述输入链轮和所述输出链轮通过传动链进行动力传动。

2.根据权利要求1所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其特征在于，所述减速机构包括第四行星轮系，其包括第四太阳轮、第四行星轮、第四行星架及第四内齿圈；

其中，所述第四太阳轮与所述空心输出轴固定连接；所述第四行星架与所述第三内齿圈固定连接；所述第四内齿圈与所述四驱系统壳体固定连接。

3.根据权利要求1所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其特征在于，所述输入链轮与所述输出链轮的传动比为1。

4.根据权利要求1所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其特征在于，所述第一行星架为可拆装式行星架，其可拆分为若干部分，装配时各部分可分开进行，然后再将各部分组装固连为一体，从而将所述第一内齿圈包裹在其内部。

5.根据权利要求4所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其特征在于，所述第一行星架的空心轴与所述后轴之间通过轴承连接；所述第一太阳轮的空心轴与所述第一行星架的空心轴之间通过轴承连接。

6.根据权利要求1所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其特征在于，所述第二太阳轮的空心轴与所述后轴之间通过轴承连接。

7.根据权利要求1所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其特征在于，所述TV控制电机为空心轴式内转子电机。

8.根据权利要求7所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其特征在于，所述空心输出轴与所述后轴之间通过轴承连接。

9.根据权利要求8所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其特征在于，所述的TV控制电机的定子及壳体与所述四驱系统壳体固定连接。

10.根据权利要求9所述的轴间转矩全域主动分配全时四驱系统，其特征在于，所述TV控制电机的空心输出轴与所述第四太阳轮的中心孔通过花键连接。