CN112977096A - 一种集成电动轮的模块化车桥和车辆 - Google Patents

Abstract

一种集成电动轮的模块化电驱动车桥，该模块化电驱动车桥包括车桥架、电动轮、电池系统、高压配电箱、电机集成驱动器(MCU)、车桥综合控制器、液压系统、冷却系统、悬架系统和转向系统等，其中电动轮集成了轮毂电机、制动器、减速器和车轮。该模块化电驱动车桥高压电能经电池系统流出，通过高压配电箱输送到电机集成驱动器，电机集成驱动器控制电动轮轮毂电机、液压系统油泵电机和转向系统转向电机等输出，车桥综合控制器协调控制车桥两侧轮毂电机驱动、车桥制动、转向、悬架、冷却，实现车辆可靠行驶的目的。该模块化电驱动车桥也是个独立的整体，具有较高的适配性，电驱动整车的装配可简化为模块化车桥的组合，有利于提高整车装配和维修效率。

Description

一种集成电动轮的模块化车桥和车辆

技术领域

本发明属于电动汽车电驱动技术领域，具体得涉及一种集成电动轮的模块化电驱动车桥以及具有其的车辆。

技术背景

分布式电驱动作为电动车领域一个崭新的驱动技术越来越受到业内人士的青睐和重视，分布式电驱动技术主要分为轮边电驱动和轮毂电驱动，每个车轮可以通过单独对轮边/轮毂电机进行驱/制动控制，该技术可使整车拥有更好的动力性和机动性，尤其适用于重型电传动车辆。其中轮毂电驱动技术，即电动轮技术，它集成了轮毂电机、制动器、减速器和车轮等，使得电动车辆的机械传动装置得到最大化的简化，相较于普通电传动技术，车辆不再需要差速器、半轴、万向节等部件，具有传动链短、传动效率高和布置灵活等优势，重型电传动车辆也因此有了足够的空间对各电驱动子系统进行布置。但是对于不同型号车辆仍然需要对整车进行设计以及重新适配，这是一个相对繁琐的过程；同时重型电传动车辆由于其行驶条件较为严苛以及动力需求较为极端等原因，各部件一旦发生故障便不易进行故障定位及维修。

CN207311087U提供了一种低地板模块化电动车桥，然而其集成度不够完备，其车桥只包括车桥、盘式轮毂电机、轮毂和轮辋在机械方面的集成，未包含电气方面的集成，不能满足整车所需的各子系统的需求，不能真正满足模块化组装的需求。

为解决以上问题，本发明提出了一种集成电动轮的模块化电驱动车桥，该模块化电驱动车桥利用有限的车桥架空间集成了整车所需的各子系统包括车桥架、电动轮、电池系统、高压配电箱、电机集成驱动器、车桥综合控制器、液压系统、冷却系统、悬架系统和转向系统等，子系统各司其职，模块化电驱动车桥以整车功能需求为落脚点，在功能上具有完备性。对于重型电驱动车辆，可根据不同需求通过若干模块化电驱动车桥对整车进行组合搭建，大大提高了整车研发以及装配的效率，同时在维修时也更灵活和简便。模块化电驱动车桥是在电动轮基础上一个多功能的集合，该发明也是整车高机动性的一个体现和升级。

发明内容

为了克服现有技术和方案的不足，本发明提供了一种集成了车桥架、电动轮、电池系统、高压配电箱、电机集成驱动器、车桥综合控制器、液压系统、冷却系统、悬架系统和转向系统等的模块化电驱动桥。该方案在车桥有限的空间合理对各子系统进行结构排布，充分体现了电驱动车桥功能的完备性，实现底盘电驱动技术的高度集成。

本发明方案如下：

一种集成了电动轮的模块化电驱动车桥，包括车桥架、电动轮、多个子系统、悬架系统和转向系统；

所述电动轮装配于车桥架两侧并连接车桥架左右两侧的上下桥臂，所述上下桥臂和车桥架铰接；

多个子系统包括电池系统、电机集成驱动器、车桥综合控制器、液压系统；

所述电机集成驱动器实现对双侧电动轮的轮毂电机、液压系统的油泵电机和/或转向系统中转向电机的驱动控制；

所述车桥综合控制器协调控制车桥两侧电动轮、液压系统、悬架系统和转向系统；

所述车桥架形成容纳并装配全部所述子系统的内部空间。

车桥架的内部空间沿车辆的高度方向被分为N层，N大于等于2，各所述子系统按照故障发生概率分为多个等级，其中N层中的顶层至底层按照故障发生概率等级由高至低排布。

所述电池系统装配于最底层，车桥架的内部空间的底部或者侧面的底端预留电池系统更换窗/门/口，当电池系统需要更换的时候，只需将电池系统从车桥架内部空间的底部落到地面或者从车桥架内部空间的侧面的底端抽出。

沿车桥架的经过车轴的地面的铅垂面的剖视图上看，车桥架的两侧高中间低，其两侧高中间低的结构围成了下沉式的所述内部空间。

所述多个子系统还容纳高压配电箱，高压配电箱包括：

预充电回路，用于高压母线端到电机集成驱动器端的高压供给；

绝缘检测装置，用于检测配电箱输入和输出端各设备的绝缘故障。

所述多个子系统还容纳冷却系统，所述冷却系统对所述电池系统、电动轮、电机集成驱动器、液压系统、或转向系统进行冷却。

车桥架的内部空间沿车辆的高度方向被分为三层，电池系统装配于最底层或最下方两层，高压配电箱装配于第二层，车桥综合控制器、电机集成驱动器、液压系统和冷却系统装配于最上层。

所述液压系统是悬架系统、电动轮的制动器以及转向系统的转向液压锁止机构的动力源；

所述电池系统包括低压蓄电池、高压电池本体、低压DC-DC以及电池管理系统(BMS)。

本发明还涉及一种车辆，包括两个以上如前所述的模块化电驱动车桥进行组合，所述多个车桥架组成车辆的车架。

多个子系统还容纳高压配电箱，所述高压配电箱包括高压电池均压电路，用于组合模块化电驱动车桥时各电池系统的并联均压；

若所述单个模块化电驱动车桥的冷却系统发生故障，可通过对相邻电驱动车桥的冷却管路进行整合，串联使用；

若所述单个模块化电驱动车桥的液压系统发生故障，可通过对相邻电驱动车桥的液压系统进行整合，串联使用。

本方案的有益效果是：

1、在单个车桥及有限的车桥架空间内集成了包括电动轮、电池系统、电机集成驱动器、车桥综合控制器、悬架系统、转向系统等子系统，实现了驱动/制动/转向悬架/承载的集成，保证了电驱动系统功能层面的完备性；

2、依照子系统的故障概率布置各子系统的空间位置；

3、有利于维修方便；最底层布置电池系统，有利于实现换电。

4、模块化电驱动车桥可通过组合的方式完成对整车的装配，重新定义了整车，其适用性尤其给重型电传动车辆的设计及装配工作带来极大的便利性；

5、整车层面，模块化车桥的组合，同时也是整车各系统的组合，每个独立车桥的子系统可单独工作，也可协同其他车桥子系统工作，增加了整车对故障的鲁棒性；

6、模块化电驱动车桥可降低整车对于各部件的依赖性，一旦有故障的发生，维修人员可以精确对故障进行定位，并快速对模块化车桥进行更换，大大简化了维修工作，尤其对于重型电传动车辆可提高其执行运输工作的效率，这也是机动性的一种表现。

附图说明

图1为本发明集成电动轮的模块化电驱动车桥的结构示意图；

图2为本发明由模块化电驱动车桥组成的车辆示意图；

1—车桥架；2—电动轮；3—电池系统；4—高压配电箱；5—电机集成驱动器；6—车桥综合控制器；7—液压系统；8—冷却系统；9—悬架系统；10—转向系统；2-1—轮毂电机；2-2—盘式制动器；2-3—减速器；2-4—车轮。

具体实施方式

本发明的模块化电驱动车桥可以应用于采用电动轮驱动技术的各种车辆，尤其对于重型电动轮传动车辆，因为该类型车辆才有足够的车身空间对电动车辆多个子系统进行集中式排布设计。如图1，本发明核心为将多个系统集成到电驱动车桥中，本发明集成电动轮的模块化电驱动车桥包括

车桥架1；

供配电系统，所述供配电系统包括电池系统3和高压配电箱4；

驱动控制系统，所述驱动控制系统包括电机集成驱动器5和车桥综合控制系统6；

驱/制动系统，所述驱/制动系统是电动轮2，包括轮毂电机和轮毂制动器，轮毂制动器优选实盘式制动器；

悬架系统9和转向系统10；

以及液压系统7和冷却系统8。

模块化电驱动车桥包含了电传动车辆工作所需的各子系统，涉及从整车供配电到安全行驶等环节，具有整车系统的完备性。

所述电动轮装配于车桥架两侧，车桥架左右两侧的上下桥臂和电动轮的电机端盖通过球形连接，以确保电动轮可以进行平面内的旋转运动；上下桥臂和车桥架铰接，上下桥臂和电动轮相对车桥架在垂向有运动自由度；并且两侧电动轮通过梯形臂和转向横拉杆进行连接；

所述车桥架结构构造为形成容纳电池系统3、高压配电箱4、电机集成驱动器5、车桥综合控制器6、液压系统7和冷却系统8的内部空间；所述车桥架即为车辆载荷的承担者，同时又作为多个子系统装配的场所，其空间需尽量大且规整，优选地，沿车桥架的经过车轴的地面的铅垂面的剖视图上看，车桥架设计为两侧高中间低，其两侧高中间低的结构围成了下沉式内部空间。

如图1所示，车桥架的内部空间沿车辆的高度方向被分为三层，其中电池系统3装配于底下两层，可选地电池系统仅装配于最底层，这是由于电池系统相较于其他系统的拥有更好的稳定性，车桥架的内部空间的底部或者侧面的底端预留电池箱更换窗/门，当电池箱需要更换的时候，只需将电池箱从车桥架内部空间的底部落到地面或者从车桥架内部空间的侧面的底端抽出。考虑到高压配电箱4结构相对车桥控制器和电机集成驱动器简单且较为稳定，因此将高压配电箱装配于空间中的第二层。电机集成驱动器5、液压系统7和冷却系统8三大系统，由于系统结构较高压配电箱4复杂且包含部件较多，其故障率也相对较高。因此，电机集成驱动器5、液压系统7和冷却系统8装配于所述内部空间的最上层，以方便对电机集成驱动器5、液压系统7和冷却系统8进行维修和保养。车桥综合控制器6其所占用空间较小，和电机集成驱动器5一样装配于上层。

对于此模块化车桥的各子系统的结构布置，不仅限于上述优选的三层排布方式，各子系统的结构布置遵循的原则为：车桥架的内部空间沿车辆的高度方向被分为N层，N大于等于2，各子系统的按照故障发生概率分为多个等级，其中N层中的顶层至底层按照故障发生概率等级由高至低等级排布；例如故障发生概率较低的系统，如电池系统装配于底层，其他故障发生概率相对高的子系统，各层中多个系统在水平空间方向的布局可结合实际需求而规划。

所述车桥架为承载式车桥架，集中承载整车所受载荷，满足重型车辆承载需求；

电动轮2主要集成了轮毂电机2-1、盘式制动器2-2、减速器2-3和车轮2-4，电动轮2通过上下桥臂装配于车身两侧，且两侧电动轮通过梯形臂和转向横拉杆连接。电动轮集成了轮毂电机、盘式制动器、减速器和车轮，结构紧凑，各部件符合轻量化标准，同时达到散热要求；电动轮能够实现低速大扭矩驱动，同时可实现机电联合制动；轮毂电机采用水冷却方式；

转向系统作用于转向横拉杆，以控制左右两侧电动轮的转向运动，转向系统由转向电机和转向液压锁止机构组成，所述转向电机通过齿轮齿条作用于转向横拉杆，实现对两侧电动轮转向的精准控制；转向液压锁止机构同样作用于转向横拉杆，可实现无转向需求时对两侧电动轮的转向锁止。转向电机直接通过所述电机集成驱动器进行驱动控制，以达到两侧电动轮同步、精准转向；转向液压锁止机构和车桥架固连，受液压系统对应液压阀的控制，通过机构作用于转向横拉杆，以实现在无转向条件时对两侧电动轮的转向锁止，避免行驶过程不安全的摆动发生；转向电机采用水循环冷却；

所述悬架系统上连接车桥架，下连接下桥臂；以达到行驶过程垂向载荷传递和减震作用；悬架系统9为主动悬架，其连接车桥架1和下桥臂，可实现车辆悬架调高和行驶过程中的减震。

所述电池系统4包括低压蓄电池、高压电池本体、低压DC-DC以及电池管理系统(BMS)；高压电池本体在工作过程中可通过低压DC-DC给低压蓄电池充电；电池箱之间通过串联方式连接以保证整车的电压等级及车桥驱动行驶的功率需求；所述电池系统装配于车桥架下方位置，有利于电池装卸采用下沉式设计。

所述高压配电箱5作为高压电从电池系统到达电机集成驱动器的传递枢纽，集成了供配电一体化的功能；所述高压配电箱包括高压电池均压电路，用于模块化车桥组合时各电池系统的并联均压；预充电回路，用于高压母线端到电机集成驱动器端的高压供给；绝缘检测装置，用于检测配电箱输入和输出端各设备的绝缘故障。

所述电机集成驱动器(MCU)5实现对双侧电动轮的轮毂电机、液压系统的油泵电机和/或转向系统中转向电机的驱动控制；所述电机集成驱动器，包括电机控制模块、驱动器模块和功率变换模块；电机控制模块，由电机控制电路和控制软件组成；驱动器模块，将电机控制信号转换为驱动功率变换器的驱动信号，并实现功率信号和控制信号的隔离；功率变换模块，可对电机电流进行控制，常使用的功率器件有大功率晶体管、门极可关断晶闸管、功率场效应管等；所述电机集成驱动器通过水循环冷却。

所述车桥综合控制器6协调控制车桥两侧轮毂电机驱动、车桥制动、转向、悬架减震、冷却，实现车辆可靠行驶的目的；所述车桥综合控制器接收来自整车控制器VCU的控制指令，并将控制指令下发给电池系统中的BMS、电机集成驱动器的电机控制模块、液压系统控制器和冷却系统控制器；同时，所述车桥综合控制器也接收来自车桥各系统控制器的信息，并转发给整车VCU进行处理。

所述液压系统7是悬架系统、盘式制动器以及转向系统的转向液压锁止机构的动力源，由液压系统控制器、油泵电机、油泵和若干液压阀组成；液压系统控制转向横拉杆液压锁止和液压致动。油泵电机受所述电机集成驱动器进行驱动控制，通过水循环冷却；液压系统控制器接收来自所述车桥综合控制器的控制指令，分别对多个液压阀进行控制；多个液压阀的能量源由所述电池系统的低压蓄电池进行供给，多个液压阀可分别通过相应液压管路对两侧电动轮中的盘式制动器、悬架系统和转向系统的液压锁止机构进行控制。

所述冷却系统，对所述电池系统、电动轮、电机集成驱动器、液压系统、转向系统进行冷却，由冷却系统控制器、水泵、风扇、冷却管路等组成；水泵及风扇的能量来源由所述电池系统的低压蓄电池进行供给；冷却系统控制器接收来自所述车桥综合控制器的控制指令，可对风扇进行转速控制。

所述高压配电箱、电机集成驱动器、车桥综合控制器、液压系统和冷却系统所需的低压供电由所述电池系统的低压蓄电池提供；所述高压配电箱、电机集成驱动器、车桥综合控制器、液压系统、冷却系统分别和电池系统之间有低压线路排布。

所述电池系统、高压配电箱和电机集成驱动器之间有高压线路排布；所述电机集成驱动器、电动轮、液压系统和转向系统之间有高压线路的排布；所述车桥综合控制器、电机集成驱动器(MCU)、液压系统、冷却系统之间有通信线路的排布；

如图2所示，本发明还涉及一种车辆，包括四个所述的模块化电驱动车桥；所述电池系统可通过所述高压配电箱内部的均压电路进行连接使用，以保证整车的供电系统的稳定和统一性；

此外若所述单个模块化电驱动车桥的冷却系统发生故障，可通过对相邻电驱动车桥的冷却管路进行整合，串联使用，以保证冷却系统发生故障的电驱动车桥也能够有效冷却；

此外若所述单个模块化电驱动车桥的液压系统发生故障，可通过对相邻电驱动车桥的液压系统进行整合，串联使用，以保证液压系统发生故障的电驱动车桥也能够有效对液压执行机构进行控制；

本发明所提及的一种集成电动轮的模块化电驱动车桥的具体结构布置形式，其核心为将多个系统集成到电驱动车桥中。该发明旨在使电驱动车桥的系统结构完整化和统一化，使各系统装配和工作不再受整车结构限制，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成电动轮的模块化电驱动车桥，包括车桥架、电动轮、多个子系统和悬架系统；

所述电动轮装配于车桥架两侧并连接车桥架左右两侧的上下桥臂，所述上下桥臂和车桥架铰接；

多个子系统包括电池系统、电机集成驱动器、车桥综合控制器、液压系统；

所述电机集成驱动器实现对双侧电动轮的轮毂电机和液压系统的油泵电机的驱动控制；

所述车桥综合控制器协调控制车桥两侧电动轮、液压系统和悬架系统；

所述车桥架形成容纳并装配全部所述子系统的内部空间。

2.如权利要求1所述的电驱动车桥，其特征在于：车桥架的内部空间沿车辆的高度方向被分为N层，N大于等于2，各所述子系统按照故障发生概率分为多个等级，其中N层中的顶层至底层按照故障发生概率等级由高至低排布。

3.如权利要求1所述的电驱动车桥，其特征在于：所述电池系统装配于最底层，车桥架的内部空间的底部或者侧面的底端预留电池系统更换窗/门/口，当电池系统需要更换的时候，只需将电池系统从车桥架内部空间的底部落到地面或者从车桥架内部空间的侧面的底端抽出。

4.如权利要求1所述的电驱动车桥，其特征在于：沿车桥架的经过车轴的地面的铅垂面的剖视图上看，车桥架的两侧高中间低，其两侧高中间低的结构围成了下沉式的所述内部空间。

5.如权利要求1至4所述的电驱动车桥，其特征在于：

还包括转向系统，所述电机集成驱动器实现转向系统中转向电机的驱动控制；所述车桥综合控制器还协调控制转向系统；

所述多个子系统还容纳高压配电箱，高压配电箱包括：

预充电回路，用于高压母线端到电机集成驱动器端的高压供给；

绝缘检测装置，用于检测配电箱输入和输出端各设备的绝缘故障。

6.如权利要求5所述的电驱动车桥，其特征在于：所述多个子系统还容纳冷却系统，所述冷却系统对所述电池系统、电动轮、电机集成驱动器、液压系统、或转向系统进行冷却。

7.如权利要求6所述的电驱动车桥，其特征在于：车桥架的内部空间沿车辆的高度方向被分为三层，电池系统装配于最底层或最下方两层，高压配电箱装配于第二层，车桥综合控制器、电机集成驱动器、液压系统和冷却系统装配于最上层。

8.如权利要求7所述的电驱动车桥，其特征在于：

所述液压系统是悬架系统、电动轮的制动器以及转向系统的转向液压锁止机构的动力源；

所述电池系统包括低压蓄电池、高压电池本体、低压DC-DC以及电池管理系统(BMS)。

9.一种车辆，包括两个以上如权利要求1至8任一项所述的模块化电驱动车桥进行组合，所述多个车桥架组成车辆的车架。

10.如权利要求9所述的车辆，多个子系统还容纳高压配电箱，所述高压配电箱包括高压电池均压电路，用于组合模块化电驱动车桥时各电池系统的并联均压；

若所述单个模块化电驱动车桥的冷却系统发生故障，可通过对相邻电驱动车桥的冷却管路进行整合，串联使用；

若所述单个模块化电驱动车桥的液压系统发生故障，可通过对相邻电驱动车桥的液压系统进行整合，串联使用。

Images