CN112046201A - 一种实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥及其控制方法 - Google Patents

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靳立强
田梦杰
肖峰
褚学聪
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Automobile Power Transmission Research Institute Of Taizhou Jilin University
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Abstract

本发明公开了一种实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥及其控制方法，包括设置在传动轴输出端的主减速器、设置在主减速器输出端的差速器、与车轮连接的半轴，设置在差速器外侧的力矩控制器，力矩控制器包括左力矩控制器和右力矩控制器，半轴包括左半轴和右半轴，车轮包括左车轮和右车轮，左力矩控制器和右力矩控制器分别设置在差速器的两侧，左力矩控制器通过左半轴连接左车轮，右力矩控制器通过右半轴连接右车轮。本发明在驱动桥上增加两个力矩控制器，对差速器壳进行相应改动，使左右半轴的驱动力矩可以实现定量分配，实现“既差速又差扭”的效果，提高汽车转向时的操纵稳定性，以及汽车在较差路面和的通过性和安全性，有广泛的应用前景。

Description

一种实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥及其控制方法
技术领域
本发明属于电动汽车底盘驱动技术领域，具体涉及一种实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥及其控制方法。
背景技术
由于能源的更新换代和政策的扶持，未来的汽车越来越趋向于电动化。电动汽车具有较高的经济性，能够实现节能减排的效果。同时，由于电机的输出特性，电动汽车起步时就能获得较大的驱动力矩，因此动力性较好。除此之外，电动汽车噪声小，整体结构较为简单，有很大的发展前景。
传统燃油汽车的动力传递路线一般是发动机，离合器，变速器，传动轴，驱动桥，车轮。常规的单电机电动汽车只是将发动机改为电动机，将变速器换为减速器，而驱动桥的结构基本没有改变，也能实现电机驱动，可以实现上述的优点。
传统驱动桥一般包括主减速器，差速器，半轴，和驱动桥壳等部件，可实现减速增扭，左右车轮差速等功能。一般差速器能实现“差速不差扭”的效果，两边车轮受到的驱动力矩几乎相等。当汽车在转向时，会发生转向不足或者转向过度，这时可以通过调整驱动轮的驱动力矩，提高汽车的操纵稳定性。除此之外，当汽车行驶在较差路面上时，两侧车轮对应的地面的附着系数并不相同，所需要的驱动力矩并不相同，而差速器分配给两侧车轮的扭矩都是相同的，因此低附着路面的车轮可能发生打滑，从而影响了汽车的通过性和安全性。若将低附着路面车轮的驱动力矩分一部分给高附着路面的车轮，就可以避免危险工况的发生。该技术大部分应用于高档汽车上，并没有在普通的电动汽车上推广。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥及其控制方法，通过在驱动桥上增加两个力矩控制器，对差速器壳进行相应改动，使左右半轴的驱动力矩可以实现定量分配，实现“既差速又差扭”的效果，提高汽车转向时的操纵稳定性，以及汽车在较差路面和的通过性和安全性，有广泛的应用前景。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥，包括设置在传动轴输出端的主减速器、设置在所述主减速器输出端的差速器、与车轮连接的半轴，还包括设置在所述差速器外侧的力矩控制器，所述力矩控制器包括左力矩控制器和右力矩控制器，所述半轴包括左半轴和右半轴，所述车轮包括左车轮和右车轮，所述左力矩控制器和所述右力矩控制器分别设置在所述差速器的两侧，所述左力矩控制器通过所述左半轴连接所述左车轮，所述右力矩控制器通过所述右半轴连接所述右车轮。
进一步的，所述主减速器包括相互啮合的主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述主动锥齿轮设置在所述传动轴的末端，与所述传动轴通过花键连接。
进一步的，所述差速器包括差速器壳、两端固定在所述差速器壳上的行星齿轮轴、设置在所述行星齿轮轴上的行星齿轮和与所述行星齿轮啮合的半轴齿轮，所述行星齿轮为两组，分别设置在所述差速器壳内的两侧，所述从动锥齿轮与所述差速器壳固联。
进一步的，所述左力矩控制器和所述右力矩控制器结构一样，呈对称设置在所述差速器壳外的两端，所述右力矩控制器包括力矩控制器壳体、与所述力矩控制器壳体固联的第四外齿轮、与所述第四外齿轮相啮合的第三外齿轮、与所述第三外齿轮同轴的第二外齿轮、与所述第二外齿轮啮合的第一外齿轮、设置在所述力矩控制器壳体内部的第一摩擦片组、活塞杆、活塞和第二摩擦片组；所述第一外齿轮与所述差速器壳固联，所述第一摩擦片组端面为摩擦面，侧面与所述力矩控制器壳体固联；所述第二摩擦片组与所述右半轴连接；所述活塞设置在所述力矩控制器壳体内部靠近所述右车轮的一侧，内端面为摩擦面，外端面与所述活塞杆固联。
进一步的，所述传动轴通过联轴器设置在减速器的输出端。
进一步的，所述减速器设置在电动机的输出端。
进一步的，所述电动机设置在所述驱动桥的外侧，固定在车体上。
一种实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥的控制方法，假设所述电动机输出转矩为M,所述减速器的传动比为i1，所述主减速器的传动比为i2,按照传统没有力矩控制器的驱动桥计算两个半轴获得总的驱动力矩M′＝Mi1i2，本发明增加了力矩控制器后，假设右侧的所述右力矩控制器作用，而左侧的所述左力矩控制器没有作用，假设所述第一外齿轮与所述第二外齿轮的传动比为i3，所述第三外齿轮与所述第四外齿轮的传动比为i4,所述活塞的驱动力为F，所述第一摩擦片组和所述第二摩擦片组摩擦面共有n个，摩擦系数为μ，摩擦面半径为r，则单个力矩控制器消耗的力矩M2＝Fμrn，换算到所述差速器壳处的力矩即所述右力矩控制器对总力矩M′分担的力矩
Figure BDA0002644026100000041
此时两个半轴总的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000042
由于所述左力矩控制器没有作用，所述左半轴获得的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000051
由于所述右半轴有所述右力矩控制器作用，因此所述右半轴获得的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000052
此时就实现了驱动桥的力矩重新分配的效果；控制方法为：
当汽车直线行驶时，判断所述车轮是否打滑；
若所述左车轮打滑，而所述右车轮不打滑，则所述右力矩控制器工作，所述左力矩控制器不工作，此时，所述右半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000053
所述左半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000054
若所述右车轮打滑，而所述左车轮不打滑，则所述左力矩控制器工作，而所述右力矩控制器不工作，所述右半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000061
所述左半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000062
若所述左车轮和所述右车轮都打滑或都不打滑，所述左力矩控制器和所述右力矩控制器都不工作，左右半轴驱动力矩相同，即
Figure BDA0002644026100000063
当汽车转向行驶时，判断运动状态；
当汽车向左转向行驶，并处于转向不足状态时：所述右力矩控制器工作，而所述左力矩控制器不工作，此时，所述右半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000064
所述左半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000065
当汽车向左转向行驶，并处于转向过度状态时：所述左力矩控制器工作，而所述右力矩控制器不工作，所述右半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000071
所述左半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000072
当汽车向右转向行驶，并处于转向不足状态时：所述左力矩控制器转向工作，而所述右力矩控制器不工作，所述右半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000073
所述左半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000074
当汽车向右行驶，并处于转向过度状态时：所述右力矩控制器工作，而所述左力矩控制器不工作，此时，所述右半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000075
所述左半轴的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000076
本发明的有益效果是：
本发明通过在驱动桥上增加两个力矩控制器，对差速器壳进行相应改动，使左右半轴的驱动力矩可以实现定量分配，实现“既差速又差扭”的效果，提高汽车转向时的操纵稳定性，以及汽车在较差路面和的通过性和安全性；不仅可以应用电动汽车，也可以应用在燃油汽车上，而且结构简单，成本较低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
图1为本发明的布置图；
图2为本发明的控制流程图；
图3为本发明的结构示意图。
图中标号说明：
1、电动机，2、减速器，3、传动轴，4、主动锥齿轮，5、从动锥齿轮，6、差速器壳，7、第二外齿轮，8、第三外齿轮，9、力矩控制器壳体，10、第一摩擦片组，11、活塞杆，12、右车轮，13、右半轴，14、活塞，15、第二摩擦片组，16、第四外齿轮，17、第一外齿轮，18、行星齿轮轴，19、行星齿轮，20、半轴齿轮，21、左力矩控制器，22、左半轴，23、左车轮，24、主减速器，26、差速器，27、右力矩控制器。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参见图1、图3所示，一种实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥，包括设置在传动轴3输出端的主减速器24、设置在主减速器 24输出端的差速器26、与车轮连接的半轴，还包括设置在差速器 26外侧的力矩控制器，力矩控制器包括左力矩控制器21和右力矩控制器27，半轴包括左半轴22和右半轴13，车轮包括左车轮23 和右车轮12，左力矩控制器21和右力矩控制器27分别设置在差速器26的两侧，左力矩控制器21通过左半轴22连接左车轮23，右力矩控制器27通过右半轴13连接右车轮12。
进一步的，主减速器24将传动轴3传递的动力改变方向并传递给差速器26，进一步减速增扭，包括相互啮合的主动锥齿轮4和从动锥齿轮5，主动锥齿轮4设置在传动轴3的末端，与传动轴3 通过花键连接，分度圆直径较小。
进一步的，差速器26包括差速器壳6、两端固定在差速器壳6 上的行星齿轮轴18、设置在行星齿轮轴18上的行星齿轮19和与行星齿轮19啮合的半轴齿轮20，行星齿轮19为两组，分别设置在差速器壳6内的两侧，从动锥齿轮5与差速器壳6固联，差速器壳6 转动带动行星齿轮轴18上的行星齿轮19转动进而带动半轴齿轮20 转动，半轴齿轮20与半轴连接，带动半轴一起旋转，然后动力传递给车轮，将主减速器24传来的动力分配给两个半轴，实现差速效果。
进一步的，左力矩控制器21和右力矩控制器27结构一样，呈对称设置在差速器壳6外的两端，右力矩控制器27包括力矩控制器壳体9、与力矩控制器壳体9固联的第四外齿轮16、与第四外齿轮16相啮合的第三外齿轮8、与第三外齿轮8同轴的第二外齿轮7、与第二外齿轮7啮合的第一外齿轮17、设置在力矩控制器壳体9内部的第一摩擦片组10、活塞杆11、活塞14和第二摩擦片组15；第一外齿轮17与差速器壳6固联，第一摩擦片组10端面为摩擦面，侧面与力矩控制器壳体9固联，可以随着差速器26旋转；第二摩擦片组15与右半轴13连接，可以随着右半轴13旋转，并且可以轴向移动；活塞14设置在力矩控制器壳体9内部靠近右车轮12的一侧，内端面为摩擦面，外端面与活塞杆11固联，可以推动第二摩擦片组15轴向移动与第一摩擦片组10相接触，产生摩擦力矩，就可以调节右半轴13的力矩大小，实现左右半轴的力矩分配。
进一步的，传动轴3通过联轴器设置在减速器2的输出端，将减速增扭的动力传递给主减速器24。
进一步的，减速器2设置在电动机1的输出端，与电动机1集成，通过相应的壳体将减速器2和电动机1连接，保证同轴度，使电动机1输出的动力达到减速增扭的效果。
进一步的，电动机1设置在驱动桥的外侧，固定在车体上，为驱动桥提供动力。
一种实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥的控制方法，假设电动机1输出转矩为M,减速器2的传动比为i1，主减速器24的传动比为i2,按照传统没有力矩控制器的驱动桥计算两个半轴获得总的驱动力矩M′＝Mi1i2，本发明增加了力矩控制器后，假设右侧的右力矩控制器27作用，而左侧的左力矩控制器21没有作用，假设第一外齿轮17与第二外齿轮7的传动比为i3，第三外齿轮8与第四外齿轮16的传动比为i4,活塞14的驱动力为F，第一摩擦片组10 和第二摩擦片组15摩擦面共有n个，摩擦系数为μ，摩擦面半径为r，则单个力矩控制器消耗的力矩M2＝Fμrn，换算到差速器壳6处的力矩即右力矩控制器27对总力矩M′分担的力矩
Figure BDA0002644026100000111
此时两个半轴总的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000112
由于左力矩控制器21没有作用，左半轴22获得的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000113
由于右半轴13有右力矩控制器27 作用，因此右半轴13获得的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000121
此时就实现了驱动桥的力矩重新分配的效果；控制方法为：
参见图2所示，当汽车直线行驶时，判断车轮是否打滑；
若左车轮23打滑，而右车轮12不打滑，则右力矩控制器27 工作，左力矩控制器21不工作，此时，右半轴13的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000122
左半轴22的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000123
若右车轮12打滑，而左车轮23不打滑，则左力矩控制器21 工作，而右力矩控制器27不工作，右半轴13的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000124
左半轴22的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000125
若左车轮23和右车轮12都打滑或都不打滑，左力矩控制器21 和右力矩控制器27都不工作，左右半轴驱动力矩相同，即
Figure BDA0002644026100000131
当汽车转向行驶时，判断运动状态；
当汽车向左转向行驶，并处于转向不足状态时：右力矩控制器 27工作，而左力矩控制器21不工作，此时，右半轴13的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000132
左半轴22的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000133
当汽车向左转向行驶，并处于转向过度状态时：左力矩控制器 21工作，而右力矩控制器27不工作，右半轴13的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000134
左半轴22的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000135
当汽车向右转向行驶，并处于转向不足状态时：左力矩控制器 21转向工作，而右力矩控制器27不工作，右半轴13的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000141
左半轴22的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000142
当汽车向右行驶，并处于转向过度状态时：右力矩控制器27 工作，而左力矩控制器21不工作，此时，右半轴13的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000143
左半轴22的驱动力矩
Figure BDA0002644026100000144
以上仅为发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥，包括设置在传动轴(3)输出端的主减速器(24)、设置在所述主减速器(24)输出端的差速器(26)、与车轮连接的半轴，其特征在于：还包括设置在所述差速器(26)外侧的力矩控制器，所述力矩控制器包括左力矩控制器(21)和右力矩控制器(27)，所述半轴包括左半轴(22)和右半轴(13)，所述车轮包括左车轮(23)和右车轮(12)，所述左力矩控制器(21)和所述右力矩控制器(27)分别设置在所述差速器(26)的两侧，所述左力矩控制器(21)通过所述左半轴(22)连接所述左车轮(23)，所述右力矩控制器(27)通过所述右半轴(13)连接所述右车轮(12)。
2.根据权利要求1所述的实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥，其特征在于：所述主减速器(24)包括相互啮合的主动锥齿轮(4)和从动锥齿轮(5)，所述主动锥齿轮(4)设置在所述传动轴(3)的末端，与所述传动轴(3)通过花键连接。
3.根据权利要求2所述的实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥，其特征在于：所述差速器(26)包括差速器壳(6)、两端固定在所述差速器壳(6)上的行星齿轮轴(18)、设置在所述行星齿轮轴(18)上的行星齿轮(19)和与所述行星齿轮(19)啮合的半轴齿轮(20)，所述行星齿轮(19)为两组，分别设置在所述差速器壳(6)内的两侧，所述从动锥齿轮(5)与所述差速器壳(6)固联。
4.根据权利要求3所述的实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥，其特征在于：所述左力矩控制器(21)和所述右力矩控制器(27)结构一样，呈对称设置在所述差速器壳(6)外的两端，所述右力矩控制器(27)包括力矩控制器壳体(9)、与所述力矩控制器壳体(9)固联的第四外齿轮(16)、与所述第四外齿轮(16)相啮合的第三外齿轮(8)、与所述第三外齿轮(8)同轴的第二外齿轮(7)、与所述第二外齿轮(7)啮合的第一外齿轮(17)、设置在所述力矩控制器壳体(9)内部的第一摩擦片组(10)、活塞杆(11)、活塞(14)和第二摩擦片组(15)；所述第一外齿轮(17)与所述差速器壳(6)固联，所述第一摩擦片组(10)端面为摩擦面，侧面与所述力矩控制器壳体(9)固联；所述第二摩擦片组(15)与所述右半轴(13)连接；所述活塞(14)设置在所述力矩控制器壳体(9)内部靠近所述右车轮(12)的一侧，内端面为摩擦面，外端面与所述活塞杆(11)固联。
5.根据权利要求4所述的实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥，其特征在于：所述传动轴(3)通过联轴器设置在减速器(2)的输出端。
6.根据权利要求5所述的实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥，其特征在于：所述减速器(2)设置在电动机(1)的输出端。
7.根据权利要求6所述的实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥，其特征在于：所述电动机(1)设置在所述驱动桥的外侧，固定在车体上。
8.一种权利要求7所述的实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥的控制方法，其特征在于：假设所述电动机(1)输出转矩为M, 所述减速器(2)的传动比为i1，所述主减速器(24)的传动比为i2,按照传统没有力矩控制器的驱动桥计算两个半轴获得总的驱动力矩M′＝Mi1i2，本发明增加了力矩控制器后，假设右侧的所述右力矩控制器(27)作用，而左侧的所述左力矩控制器(21)没有作用，假设所述第一外齿轮(17)与所述第二外齿轮(7)的传动比为i3，所述第三外齿轮(8)与所述第四外齿轮(16)的传动比为i4,所述活塞(14)的驱动力为F，所述第一摩擦片组(10)和所述第二摩擦片组(15)摩擦面共有n个，摩擦系数为μ，摩擦面半径为r，则单个力矩控制器消耗的力矩M2＝Fμrn，换算到所述差速器壳(6)处的力矩即所述右力矩控制器(27)对总力矩M′分担的力矩
Figure FDA0002644026090000031
此时两个半轴总的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000041
由于所述左力矩控制器(21)没有作用，所述左半轴(22)获得的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000042
由于所述右半轴(13)有所述右力矩控制器(27)作用，因此所述右半轴(13)获得的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000043
此时就实现了驱动桥的力矩重新分配的效果。
9.根据权利要求8所述的实现扭矩分配控制的电动汽车驱动桥的控制方法，其特征在于：
当汽车直线行驶时，判断所述车轮是否打滑；
若所述左车轮(23)打滑，而所述右车轮(12)不打滑，则所述右力矩控制器(27)工作，所述左力矩控制器(21)不工作，此时，所述右半轴(13)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000044
所述左半轴(22)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000045
若所述右车轮(12)打滑，而所述左车轮(23)不打滑，则所述左力矩控制器(21)工作，而所述右力矩控制器(27)不工作，所述右半轴(13)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000051
所述左半轴(22)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000052
若所述左车轮(23)和所述右车轮(12)都打滑或都不打滑，所述左力矩控制器(21)和所述右力矩控制器(27)都不工作，
左右半轴驱动力矩相同，即
Figure FDA0002644026090000053
当汽车转向行驶时，判断运动状态；
当汽车向左转向行驶，并处于转向不足状态时：所述右力矩控制器(27)工作，而所述左力矩控制器(21)不工作，此时，所述右半轴(13)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000054
所述左半轴(22)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000055
当汽车向左转向行驶，并处于转向过度状态时：所述左力矩控制器(21)工作，而所述右力矩控制器(27)不工作，所述右半轴(13)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000061
所述左半轴(22)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000062
当汽车向右转向行驶，并处于转向不足状态时：所述左力矩控制器(21)转向工作，而所述右力矩控制器(27)不工作，所述右半轴(13)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000063
所述左半轴(22)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000064
当汽车向右行驶，并处于转向过度状态时：所述右力矩控制器(27)工作，而所述左力矩控制器(21)不工作，此时，所述右半轴(13)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000065
所述左半轴(22)的驱动力矩
Figure FDA0002644026090000066
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