CN111890922B - 一种汽车加速跑偏控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车加速跑偏控制装置，左输出轴通过传动轴、第一联轴器和行星轮系的太阳轮相连，右输出轴通过万向节和短轴相连，变速器通过相互啮合的主减速器主动锥齿轮和主减速器从动锥齿轮与差速器传动连接，在太阳轮外周环绕数个行星轮，行星轮间由行星架连接，各行星轮同时与太阳轮和外侧的齿圈啮合，行星架中心设有输出轴并通过万向节和长轴传动相连，驱动齿轮和齿圈的外齿啮合，驱动齿轮一侧固定连接有齿轮轴，齿轮轴通过第二联轴器和一侧的电机传动连接。该控制装置的结构简单，根据实时测得的左输出轴转速即可得出电机转速值，在电机转速调整至相应转速值后即可消除原车上左、右半轴之间的扭矩差，以解决汽车起步加速跑偏的问题。

Description

一种汽车加速跑偏控制装置

技术领域

本发明涉及汽车配件技术领域，具体涉及一种汽车加速跑偏控制装置。

背景技术

对于传统发动机横置前驱的汽车，由于其变速器与主减速器、差速器为一体式结构，其左、右半轴不等长，使得左、右半轴与水平面之间的夹角不相等。因而当汽车加大油门起步或行驶时，汽车会有向一侧跑偏的趋势。具体的夹角如图1所示，汽车直线行驶时，差速器将发动机的功率及转矩T平均分配给汽车左、右半轴，左半轴(长轴)及右半轴(短轴)上的转矩都是T/2，由于短轴与水平面间的夹角α_R以及长轴与水平面间的夹角α_L大小不一样，导致传动扭矩分解到两侧轮胎处的扭矩不相等，两侧车轮的转速出现明显差异，引起在汽车起步时、方向盘回正状态下、汽车行驶跑偏，影响行车安全。

发明内容

本发明的目的在于分析现有技术中汽车加速跑偏问题存在的原因并提出解决该问题的一种汽车加速跑偏控制装置，通过装置来达到直接控制输出到长轴的转速、转矩，防止汽车在起步或行驶中突然加大油门时汽车出现跑偏现象。

为了实现上述技术目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：本发明提供一种汽车加速跑偏控制装置，与差速器的左侧半轴齿轮传动连接的左输出轴通过传动轴、第一联轴器和行星轮系的太阳轮相连，与差速器的右侧半轴齿轮传动连接的右输出轴通过第一万向节和短轴相连，变速器通过相互啮合的主减速器主动锥齿轮和主减速器从动锥齿轮与差速器传动连接；在太阳轮外周环绕数个行星轮，行星轮间由行星架连接，各行星轮同时与太阳轮和外侧的齿圈啮合，行星架中心设有输出轴并通过第二万向节和长轴传动相连，齿圈外侧周向设置有外齿，一个驱动齿轮和齿圈的外齿啮合，驱动齿轮一侧固定连接有齿轮轴，齿轮轴通过第二联轴器和一侧的电机传动连接；所述电机适于驱动齿圈来调节由左输出轴传递至长轴上的转矩，使其与传递至短轴的转矩同步。

进一步地，传动轴、输出轴和齿轮轴均分别通过固定轴承支撑于汽车底部。

进一步地，在左输出轴的一侧设有转速传感器。

本发明的有益效果为：

本发明公开的汽车加速跑偏控制装置的结构简单，装配便捷，在传统发动机横置前驱的汽车上装配该装置后，根据实时测得的左输出轴转速即可得出电机转速值，在电机转速调整至相应转速值后即可消除原车上左、右半轴之间的扭矩差，以解决汽车起步或行驶中突然加速时跑偏的问题，提升行车安全；

传动轴、输出轴和齿轮轴分别通过固定轴承支撑于汽车底部，可避免出现工作轴跳动以影响操控准确性的问题，有利于保证使用稳定性。

附图说明

图1为传统发动机横置前驱的汽车的跑偏原理图；

图2为一种汽车加速跑偏控制装置的结构示意图；

图3为一种汽车加速跑偏控制装置的俯视示意图；

图4为图2中A部分的放大图；

图5为差速器与行星轮系的连接细节图；

图6为常规行星轮系的结构原理图；

图7为电机输出转速和长轴转速的倍率K与左、右半轴的角度α_L、α_R之间的关系曲线；

图8为控制系统的连接关系图。

其中，1-差速器，2-左输出轴，3-传动轴，4-第一联轴器，5-太阳轮，6-右输出轴，71-第一万向节，72-第二万向节，8-短轴，9-变速器，10-主减速器主动锥齿轮，11-主减速器从动锥齿轮，12-行星轮，13-行星架，14-齿圈，15-输出轴，16-长轴，17-外齿，18-驱动齿轮，19-齿轮轴，20-第二联轴器，21-电机，22-固定轴承，23-转速传感器。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

参考图1，传统的发动机横置前驱的汽车在直线行驶时，差速器将发动机的功率及转矩T平均分配给汽车左、右半轴，左半轴(长轴)及右半轴(短轴)上的转矩都为T/2，短轴与水平面之间的夹角为α_R，长轴与水平面之间的夹角为α_L，左、右车轮上的扭矩分别为M_ZL、M_ZR具体计算方法见下述公式(1)和(2)，由于差速器并非对称地布置在汽车中央，导致左半轴与右半轴长度不等，使得汽车在水平路面行驶时、α_R和α_L的角度值不一样，导致差速器的输出扭矩通过左、右半轴分解到两侧车轮处的扭矩数值也不同，这一现象会导致汽车直线行驶时、两侧车轮的转速出现明显差异，特别是当汽车大油门起步或行驶中突然深踩油门踏板时，发动机向车轮输出的扭矩在瞬间产生一个跃升，使得两侧车轮上的扭矩差值与转速差值更大，引发方向盘回正状态下、汽车行驶方向偏向一侧的现象(即行驶跑偏)，影响行车安全，左右半轴的转矩差见下述公式(3)。

为了避免这种跑偏现象的发生，应保证M_ZL＝M_ZR，具体可以通过改变长轴上的转矩来实现，本实施方式中公开一种汽车加速跑偏控制装置，具体结构如图2-5所示，图2中箭头所指代表汽车行驶方向，在该装置中，原来汽车上的左半轴成为长轴16，右半轴成为短轴8，其外端仍然与相邻的车轮传动连接。与原来汽车上的差速器1的左侧半轴齿轮传动连接的部件是新的左输出轴2，与差速器1的右侧半轴齿轮传动连接的部件是新的右输出轴6。

左输出轴2通过传动轴3、第一联轴器4和行星轮系的太阳轮5相连，右输出轴6通过第一万向节71和短轴8相连，原车的变速器9通过原车的相互啮合的主减速器主动锥齿轮10和主减速器从动锥齿轮11与所述差速器1传动连接。在行星轮系中，太阳轮5外周环绕数个行星轮12，行星轮12间由行星架13连接，各行星轮12同时与太阳轮5和外侧的齿圈14啮合，与普通行星轮系不同之处在于，本发明中的齿圈14的外侧周向设有外齿17，即齿圈14的内外两侧周向都设有用于啮合传动的齿，行星架13中心设有输出轴15并通过第二万向节72和长轴16传动相连，一个驱动齿轮18和齿圈14的外齿17啮合，驱动齿轮18一侧固定连接有齿轮轴19，齿轮轴19通过第二联轴器20和一侧的电机21传动连接，电机21通过驱动齿轮18来控制齿圈14的正反转及转速。

为了防止传动轴3、第一联轴器4跳动，该传动轴3通过固定轴承22支撑于汽车底部，同理，为了防止运行过程中输出轴15和齿轮轴19跳动，输出轴15和齿轮轴19也分别通过一个固定轴承22支撑于汽车底部。

在左输出轴2的一侧设有一个转速传感器23，用于实时地监测左输出轴2及左侧半轴齿轮的转速。

基于该装置的基础上，为了使M_ZL＝M_ZR，首先假设长轴上的转矩不再是T/2，而是X/2，此时：

解得

即差速器传递到长轴上的转矩由原来的T/2变为

时，可以保证两侧车轮上的扭矩M_ZL、M_ZR相等。

转速、转矩、功率三者的公式为：

在任意瞬间发动机输出到长轴的功率为一设定值，即P的数值一定，转矩T与转速n呈反比，基于该关系，则可将差速器传到长轴的转速由原来的值n变为

即可改变输出到长轴的转矩，使其变为

本装置在差速器左侧半轴齿轮处通过左输出轴2、第一联轴器4、传动轴3和行星轮系的太阳轮5相连，由电机21控制齿圈14的转动方向与转速来达到改变差速器1分配给长轴的转速的目的，进而实现改变输出到长轴的转矩这一技术效果。设定左侧半轴齿轮及左输出轴2的转速为n₁，转速传感器23用于实时地检测其转速，太阳轮5与左输出轴2相连，从而使得太阳轮5的转速为n₁，根据上述分析，为了改变长轴的转矩，行星架最后的输出转速应为

图6为现有技术中的行星轮系结构原理图，行星轮系的太阳轮和齿圈之间的传动比i₁₃的计算公式为：

式中，n₁为太阳轮转速，n₃为齿圈转速，n_H为行星架转速，z₁为太阳轮的齿数、z₂为行星轮的齿数、z₃为齿圈的内齿数。

将n_H用

代入，求得齿圈转速

因为齿圈转速由电机控制，即电机所控制的齿圈的转速为

时可以保证输入到长轴的转速为

进而实现将原来差速器传递到长轴的转矩由T/2变为

实现两侧车轮上的扭矩M_ZL、M_ZR相等。

需要注意的是，由于齿圈的外齿17和驱动齿轮18啮合，假设齿圈的外齿数为Z₄，驱动齿轮18的齿数为Z₅，则电机转速v为

时即可调节输出到长轴的转速、转矩，从而消除长短轴之间的扭矩差，以解决汽车起步或行驶时加速跑偏的问题。

原车在采用本发明所述的控制装置后，为了消除上述左、右半轴之间的转矩差，需要利用电机来驱动上述行星齿轮系工作，因此，需要根据转速传感器23检测得到的左输出轴2的转速来计算得出电机的控制驱动转速及转向。当计算出v的数值大于0时，电机的转向与左输出轴2的转向相同；当计算出v的数值小于0时，电机的转向与左输出轴2的转向相反，即通过v的数值正负来判断并控制电机的转动方向。

将上述式(8)中的电机转速v与左输出轴的转速n₁相除得到倍率K，其计算公式如下：

假设汽车的发动机瞬时输出功率为90kw，忽略传动系统的机械损耗，则发动机通过变速器传递到差速器上的功率也是90kw，根据实时的车速计算得出差速器上的扭矩是400N.m，当汽车在平路上行驶，设定长轴与水平面间的夹角α_L范围在为2-6度，短轴与水平面间的夹角α_R范围在3-8度内变化。

设定齿数Z₁、Z₃、Z₄、Z₅分别为20、50、25、15，将此时的长轴、短轴不同的夹角组合α_L与α_R以及检测得出的左输出轴转速n₁带入式(9)中，得到不同夹角组合下电机输出转速和左输出轴转速的倍率K，所述K值与左、右半轴的角度α_L、α_R之间的关系曲线如图7所示，该曲线组是由无数个不同的曲线组成，在所述α_L与α_R的角度变化范围内，任意组合的α_L与α_R都能在图中找到对应的坐标点落在相应的曲线上，而该曲线上标注的数值即为K值。由于需要保证图中曲线显示的清晰度，图7中只显示部分曲线，实际曲线数量为无穷个。

为了更加方便控制，本实施方式中设有控制系统，控制系统中包括控制器，该控制器分别与转速传感器23、发动机控制电脑ECU、设置于左前轮悬架处的左前轮高度传感器及设置于右前轮悬架处的右前轮高度传感器进行信号连接(现有技术)，从ABS电脑实时采集车速，从转速传感器23实时采集左输出轴(或左侧半轴齿轮)的转速；从发动机控制电脑ECU采集发动机转速、进气流量、进气温度、喷油量及节气门开度值等参数，从而根据该款发动机特性，计算出发动机实时的输出功率及扭矩；从左、右前轮高度传感器采集车轮相对于车身的间距，计算出实时的车轮相于车身的位置，从而根据长、短轴的长度及安装位置参数，实时地计算出α_L以及α_R。该控制器同时能够控制上述电机的正反转及转速。

任意组合的α_L与α_R通过公式(9)得相应的倍率K值后，根据实时测得的左输出轴转速即可得出电机转速值，在电机转速调整至相应转速值后即可消除原车上左、右半轴之间的扭矩差，以解决汽车起步加速跑偏的问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (3)

1.一种汽车加速跑偏控制装置，其特征在于，与差速器(1)的左侧半轴齿轮传动连接的左输出轴(2)通过传动轴(3)、第一联轴器(4)和行星轮系的太阳轮(5)相连，与差速器(1)的右侧半轴齿轮传动连接的右输出轴(6)通过第一万向节(71)和短轴(8)相连，变速器(9)通过相互啮合的主减速器主动锥齿轮(10)和主减速器从动锥齿轮(11)与差速器(1)传动连接；在太阳轮(5)外周环绕数个行星轮(12)，行星轮(12)间由行星架(13)连接，各行星轮(12)同时与太阳轮(5)和外侧的齿圈(14)啮合，行星架(13)中心设有输出轴(15)并通过第二万向节(72)和长轴(16)传动相连，齿圈(14)外侧周向设置有外齿(17)，一个驱动齿轮(18)和齿圈(14)的外齿(17)啮合，驱动齿轮(18)一侧固定连接有齿轮轴(19)，齿轮轴(19)通过第二联轴器(20)和一侧的电机(21)传动连接；所述电机(21)适于驱动齿圈(14)来调节由左输出轴(2)传递至长轴(16)上的转矩，使其与传递至短轴(8)的转矩同步。

2.如权利要求1所述的一种汽车加速跑偏控制装置，其特征在于，传动轴(3)、输出轴(15)和齿轮轴(19)均分别通过固定轴承(22)支撑于汽车底部。

3.如权利要求1所述的一种汽车加速跑偏控制装置，其特征在于，在左输出轴(2)的一侧设有转速传感器(23)。

Images