CN113022227B - 一种多模式双电机耦合电动驱动桥 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多模式双电机耦合电动驱动桥,包括:主电机;副电机;差速器;壳体;前端盖;后端盖;第一半轴;第二半轴;主减速器;动力耦合机构;TV耦合机构;第一离合器,实现所述TV耦合机构的第三太阳轮和第三行星架的分与合;第二离合器,实现所述第一半轴和所述第三太阳轮的分与合;第三离合器,实现所述差速器的壳体和所述动力耦合机构的第二行星架的分与合。所述多模式双电机耦合电动驱动桥具有主电机独立驱动模式、转矩定向分配模式、双电机转矩耦合驱动模式、双电机转速耦合驱动模式四种工作模式,通过控制所述第一离合器、所述第二离合器和所述第三离合器的工作状态,能使其在各工作模式间切换,以满足汽车多工况驱动需求。

Description

一种多模式双电机耦合电动驱动桥
技术领域
本发明属于电动汽车传动领域,特别涉及一种具有转矩定向分配功能的多模式双电机耦合电动驱动桥。
背景技术
得益于排放特性好、集成度高、电机响应快、控制精确度高等优势,电动汽车近年来得到了快速发展。但与特斯拉等国外电动汽车厂商相比,国内高性能电动汽车相关技术还存在一定的差距。
目前电动汽车有集中式驱动和分布式驱动两种驱动形式。尽管分布式驱动因其显著的优点可能是未来的发展方向,但由于材料与工艺等技术限制和成本限制,集中式驱动目前以及未来一段时间内仍会是主流的驱动形式。
对于集中式驱动电动汽车,目前有单电机单减速器、单电机多挡变速器、双电机独立驱动和双电机耦合驱动等驱动方案。其中双电机耦合驱动方案包括双电机转矩耦合驱动方案和双电机转速耦合驱动方案。双电机转矩耦合驱动方案能有效提高汽车的爬坡和加速性能,使汽车获得更好的动力性;双电机转速耦合驱动方案能有效利用电机的高效区,使汽车获得更好的经济性。因而双电机耦合驱动方案是集中式驱动电动汽车的一个优选方案。
转矩定向分配技术(TV,Torque Vectoring)是一种通过对各驱动车轮的驱动转矩进行控制,以提高汽车的通过性、动力性、经济性、操纵稳定性和主动安全性的底盘技术。该技术直接对驱动转矩进行控制和分配,相比传统的ESP(电子稳定性制动控制)技术能很好的避免动力损失,使汽车具有更好的驾驶乐趣和经济性。该技术在传统燃油车上已经有所应用,近年来在分布式驱动电动汽车上得到了广泛的研究,但目前该技术在集中式驱动电动汽车上的研究与应用还很少。
因此,作为一种应用于高性能电动汽车的技术,一款基于双电机耦合驱动方案、具有转矩定向分配功能并能在多种驱动模式间切换的电动驱动桥,将兼具转矩定向分配和双电机耦合的优势,满足汽车多种行驶工况的驱动需求,有效提升电动汽车的动力性、经济性、操纵稳定性、通过性和主动安全性等诸多性能,具有重要的工程应用价值和社会意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有转矩定向分配功能的多模式双电机耦合电动驱动桥,其具有主电机独立驱动模式、转矩定向分配模式、双电机转矩耦合驱动模式和双电机转速耦合驱动模式等四种工作模式。通过控制离合器的工作状态,所述多模式双电机耦合电动驱动桥能在四种工作模式间切换。
在主电机独立驱动模式下,仅主电机输出转矩,汽车能耗较小。
在转矩定向分配模式下,所述多模式双电机耦合电动驱动桥输出的驱动转矩能在两侧半轴间任意分配,克服了传统开放式差速器“差速不差扭”的缺陷,能有效提高汽车的通过性,并能使汽车具有更好的动力性、经济性、操纵稳定性和驾驶乐趣。
在双电机转矩耦合驱动模式下,副电机起到助力电机的作用,与主电机转矩耦合,共同驱动汽车行驶,提高汽车的动力性。
在双电机转速耦合驱动模式下,副电机起到调速电机的作用,与主电机转速耦合,调节主电机的工作区间,尽可能使主电机工作在高效区,以得到更高的驱动效率,提高汽车的经济性。
为实现上述目的,采用如下技术方案:
一种多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征在于,包括:
主电机,其是一个空心轴内转子永磁同步电机,布置在所述差速器一侧,用于输出驱动转矩,驱动汽车行驶。所述主电机产生的转矩通过主电机输出轴输出。
副电机,其是一个中空外转子永磁同步电机,布置在所述主电机另一侧,其输出的转矩可用于实现转矩定向分配功能、双电机转矩耦合驱动功能以及双电机转速耦合驱动功能。所述副电机产生的转矩通过副电机壳体转子输出。
差速器,其用于使两侧半轴实现不同转速,由差速器壳体接收所述主电机与所述副电机产生的转矩,由第一半轴齿轮与第二半轴齿轮输出转矩。
第一半轴,与所述第一半轴齿轮花键连接。
第二半轴,与所述第二半轴齿轮花键连接。
所述主电机、所述副电机与所述第一半轴布置在所述差速器的同一侧。
壳体,其用于容置所述多模式双电机耦合电动驱动桥的各总成和零部件。
前端盖,其布置在所述副电机外侧,与所述壳体通过螺钉连接。
优选的是,所述第一半轴通过滚针轴承旋转支承在所述前端盖上。
后端盖,其布置在所述差速器外侧,与所述壳体通过螺钉连接。
优选的是,所述差速器壳体通过滚子轴承旋转支承在所述后端盖上。
第一法兰,其用于输出所述第一半轴的转矩,与所述第一半轴花键连接。第一限位螺钉依次穿过所述第一法兰的内孔、所述第一半轴的内孔,与所述第一半轴齿轮螺纹连接,使所述第一法兰、所述第一半轴轴向固定。
优选的是,所述第一法兰与所述前端盖间通过橡胶密封圈密封。
第二法兰,其用于输出所述第二半轴的转矩,与所述第二半轴花键连接。第二限位螺钉依次穿过所述第二法兰的内孔、所述第二半轴的内孔,与所述第二半轴齿轮螺纹连接,使所述第二法兰、所述第二半轴轴向固定。
优选的是,所述第二法兰与所述后端盖间通过橡胶密封圈密封。
主减速器,其主体是一个单排单行星轮行星齿轮机构,用于接收所述主电机输出的转矩,增大转矩后输出。其包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架、第一齿圈和第一行星齿轮轴。所述第一太阳轮与所述主电机输出轴固定连接。所述第一行星轮与所述第一太阳轮啮合传动。所述第一行星轮旋转支承在所述第一行星齿轮轴上。所述第一行星齿轮轴旋转支承在所述第一行星架上。所述第一齿圈与所述第一行星轮啮合传动。所述第一齿圈与所述壳体过盈连接。
优选的是,所述第一太阳轮与所述主电机输出轴制成一体。
动力耦合机构,其主体是一个单排单行星轮行星齿轮机构。在主电机独立驱动模式、转矩定向分配模式与双电机转矩耦合驱动模式下,其用于接收所述主减速器与来自所述副电机的转矩,转矩耦合后输出转矩;在双电机转速耦合驱动模式下,其用于接收所述主减速器与来自所述副电机的转矩,转速耦合后输出转矩。其包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架、第二齿圈和第二行星齿轮轴。所述第二太阳轮旋转支承在所述第一驱动电机输出轴的内孔里。所述第二行星轮与所述第二太阳轮啮合传动。所述第二行星轮旋转支承在所述第二行星齿轮轴上。所述第二行星齿轮轴旋转支承在所述第二行星架上。所述第二齿圈与所述第二行星轮啮合传动。所述第二齿圈与所述第一行星架固定连接。所述第二行星架与所述差速器壳体固定连接。
优选的是,所述第二齿圈与所述第一行星架制成一体。
优选的是,所述第二行星架与所述差速器壳体制成一体。
TV耦合机构,其主体是一个双排单行星轮行星齿轮机构。在主电机独立驱动模式下,其用于断开副电机的动力传递;在转矩定向分配模式下,其用于接收所述副电机输出的转矩,并分别向所述第一半轴与所述动力耦合机构输出等大反向的转矩;在双电机转矩耦合驱动模式与双电机转速耦合驱动模式下,其用于接收所述副电机输出的转矩,减小转矩后输出。其包括第三太阳轮、第四太阳轮、第三行星轮、第四行星轮、第三齿圈、第四齿圈、第三行星架和第三行星齿轮轴。所述第三太阳轮旋转支承在所述第一半轴上。所述第三行星轮与所述第三太阳轮啮合传动。所述第三行星轮旋转支承在所述第三行星齿轮轴上。所述第三行星齿轮轴旋转支承在所述第三行星架上。所述第三齿圈与所述第三行星轮啮合传动。所述第三齿圈与所述副电机壳体转子固定连接。所述第四太阳轮与所述第二太阳轮花键连接。所述第四行星轮与所述第四太阳轮啮合传动。所述第四行星轮旋转支承在所述第三行星齿轮轴上。所述第四齿圈与所述第四行星轮啮合传动。所述第四齿圈与所述壳体过盈连接。
所述TV耦合机构的两级行星排具有相同的行星排特征常数。
第一离合器,其用于控制所述TV耦合机构是否闭锁。其主动部分与所述第三太阳轮花键连接;其从动部分与所述第三行星架花键连接。
第二离合器,其用于控制所述TV耦合机构与所述第一半轴的分合。其主动部分与所述第一半轴花键连接;其从动部分与所述第三太阳轮花键连接。
优选的是,所述第一离合器与所述第二离合器选用湿式多片摩擦电磁离合器。
所述第一离合器与所述第二离合器的控制信号线与电源线依次穿过所述副电机与所述第三太阳轮的轴向间隙、所述前端盖上的轴向走线孔、所述前端盖与所述第一法兰的轴向间隙、所述前端盖上的径向走线孔与外界连接。
第三离合器,其用于控制所述动力耦合机构是否闭锁。其主动部分与所述差速器壳体花键连接;其从动部分与所述第二齿圈花键连接。
优选的是,所述第三离合器选用湿式多片摩擦电磁离合器。
所述第三离合器的控制信号线与电源线依次穿过所述第三离合器与所述后端盖的轴向间隙、所述后端盖上的走线孔与外界连接。
一种具有转矩定向分配功能的多模式双电机耦合电动驱动桥,具有主电机独立驱动模式、转矩定向分配模式、双电机转矩耦合驱动模式、双电机转速耦合驱动模式等四种工作模式,通过控制所述第一离合器、所述第二离合器和所述第三离合器的工作状态,能使其在四种工作模式间切换。其特征还在于,包括:
当所述多模式双电机耦合电动驱动桥工作在主电机独立驱动模式时,所述第一离合器与所述第二离合器处于断开状态,所述第三离合器处于接合状态。在该模式下,所述主电机输出的转矩直接传递到差速器壳体上,所述副电机不参与传动。此时,所述第一半轴与所述第二半轴输出的转矩为:其中,To1为所述第一半轴输出的转矩,To2为所述第二半轴输出的转矩,Ti1为所述主电机输出的转矩,i为所述主减速器的传动比,且i=k1+1,其中k1为所述主减速器的行星排特征常数。
当所述多模式双电机耦合电动驱动桥工作在转矩定向分配模式时,所述第一离合器处于断开状态,所述第二离合器与所述第三离合器处于接合状态。在该模式下,所述主电机输出的转矩直接传递到所述差速器壳体上,所述副电机输出的转矩使一侧半轴的转矩减小,另一侧半轴的转矩增大。此时,所述第一半轴与所述第二半轴输出的转矩分别为:其中,Ti2为所述副电机输出的转矩,k3为所述TV耦合机构的行星排特征常数。此时,所述副电机、所述第一半轴、所述第二半轴和所述差速器壳体的转速关系为:其中,ni2为所述副电机的转速,no1为所述第一半轴的转速,no2为所述第二半轴的转速,nd为所述差速器壳体的转速。
在转矩定向分配模式下,所述副电机输出正向转矩时,由定向分配的转矩产生的横摆力矩能增大汽车横摆;所述副电机输出负向转矩时,由定向分配的转矩产生的横摆力矩能减小汽车横摆。
当所述多模式双电机耦合电动驱动桥工作在双电机转矩耦合驱动模式时,所述第一离合器与所述第三离合器处于接合状态,所述第二离合器处于断开状态。在该模式下,所述主电机输出的转矩与所述副电机输出的转矩均直接传递到所述差速器壳体上。此时,所述第一半轴与所述第二半轴输出的转矩为:所述主电机与所述副电机的转速关系为:其中,ni1为所述主电机的转速。
当所述多模式双电机耦合电动驱动桥工作在双电机转速耦合驱动模式时,所述第一离合器处于接合状态,所述第二离合器与所述第三离合器处于断开状态。在该模式下,所述主电机输出的转矩与所述副电机输出的转矩经所述动力耦合机构耦合后,传递到所述差速器壳体上。此时,所述第一半轴与所述第二半轴输出的转矩为:其中,k2为所述动力耦合机构的行星排特征常数。所述主电机、所述副电机与所述差速器壳体的转速关系为:
本发明的有益效果是:
1.本发明所述的具有转矩定向分配功能的多模式双电机耦合电动驱动桥,能通过控制副电机的输出转矩,实现驱动转矩在汽车左右车轮间的任意分配,相比传统的ESP技术,避免了动力损失,能有效提高汽车的动力性、经济性、操纵稳定性、主动安全性和驾驶乐趣。
2.本发明所述的具有转矩定向分配功能的多模式双电机耦合电动驱动桥,能在集中式驱动的电动汽车上实现转矩定向分配功能,使集中式驱动电动汽车具有与分布式驱动电动汽车相同的优良动力学控制特性。另外,由于本发明所述的带有转矩定向分配功能的多模式双电机耦合电动驱动桥在汽车中属于簧上质量,相比于轮毂电机,轮胎接地性更好,同时悬架共振频率更大,共振风险更小。
3.本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥,能实现双电机转矩耦合驱动和双电机转速耦合驱动等两种双电机耦合驱动模式。在双电机转矩耦合驱动模式下,主电机与副电机转矩耦合,共同驱动汽车行驶,使汽车具有更好的加速能力和爬坡能力,动力性更好。在双电机转速耦合驱动模式下,主电机与副电机转速耦合,此时副电机起到调速电机的作用,能使主电机尽可能的工作在高效区,提高主电机的驱动效率,从而使汽车具有更好的经济性。
4.本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥,将主电机、副电机、差速器、主减速器、动力耦合机构、TV耦合机构集成到一起,且仅通过三个离合器实现了四种工作模式的切换。其中主电机采用了空心轴内转子永磁同步电机,副电机采用了中空外转子永磁同步电机,两个电机布置在差速器的同一侧。电动驱动桥的整体集成度高、结构紧凑且尺寸较小,提高了汽车的底盘空间利用率,便于底盘的空间布置。
附图说明
图1为本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥的结构示意图。
图2为本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥的结构图。
图3为本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥的离合器走线示意图。
图4为本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥的离合器走线结构图。
图5为本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥在主电机独立驱动模式下的转矩流示意图。
图6为本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥在转矩定向分配模式下的转矩流示意图。
图7为本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥的副电机工作象限图。
图8为后轴搭载本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥的汽车转向时的转矩定向分配作用效果示意图。
图9为本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥在双电机转矩耦合驱动模式下的转矩流示意图。
图10为本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥在双电机转速耦合驱动模式下的转矩流示意图。
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。
下面结合附图给出本发明所述的多模式双电机耦合电动驱动桥的一种实施例。
如图1、图2所示,一种多模式双电机耦合电动驱动桥,主要由主电机100、副电机200、差速器700、第一半轴911、第二半轴912、壳体801、前端盖802、后端盖803、第一法兰901、第二法兰902、主减速器300、动力耦合机构400、TV耦合机构500、第一离合器610、第二离合器620、第三离合器630等组成。
主电机100是一个空心轴内转子永磁同步电机,布置在差速器700左侧,通过主电机输出轴101输出转矩。主电机输出轴101的一端加工有外齿轮,可兼作主减速器300的太阳轮。
副电机200是一个中空外转子永磁同步电机,布置在主电机100左侧,通过副电机壳体转子201输出转矩。副电机壳体转子201的一端加工有内齿轮,可兼作TV耦合机构500第一级行星排的齿圈。
差速器700是一个锥齿轮差速器,其由差速器壳体701接收主电机100和副电机200产生的转矩,由第一半轴齿轮702和第二半轴齿轮703输出转矩。差速器壳体701上加工有外花键,其一端加工有一腔体,可兼作动力耦合机构400的行星架。第一半轴齿轮702与第二半轴齿轮703的内孔均加工有内花键和内螺纹。
第一半轴911两端和中间各加工有外花键,与第一半轴齿轮702花键连接。
第二半轴912两端加工有外花键,与第二半轴齿轮703花键连接。
壳体801是一个工字型壳体,主电机100与副电机200分别布置在其左右两个腔体内。前端盖802布置在副电机200左侧。后端盖803布置在差速器700右侧。前端盖802通过前端盖固定螺钉905与壳体801固定连接,后端盖803通过后端盖固定螺钉906与壳体801固定连接。前端盖802上加工有轴向走线孔和径向走线孔。后端盖803上加工有走线孔。
差速器壳体701通过滚子轴承910旋转支承在后端盖803上,第一半轴911通过滚针轴承920旋转支承在前端盖802上。
第一法兰901的内孔加工有内花键,与第一半轴911花键连接。第一限位螺钉903依次穿过第一法兰901的内孔与第一半轴911的内孔,与第一半轴齿轮702螺纹连接,使第一法兰901、第一半轴911轴向固定。第一法兰901与前端盖802通过第一橡胶密封圈907密封。
第二法兰902的内孔加工有内花键,与第二半轴912花键连接。第二限位螺钉904依次穿过第二法兰902的内孔与第二半轴912的内孔,与第二半轴齿轮703螺纹连接,使第二法兰902、第二半轴912轴向固定。第二法兰902与后端盖803通过第二橡胶密封圈908密封。
主减速器300的主体是一个单排单行星轮行星齿轮机构。主电机输出轴101与第一行星轮301啮合传动。第一行星轮301旋转支承在第一行星齿轮轴304上。第一行星齿轮轴304旋转支承在第一行星架302上。第一行星架302上加工有内齿轮,可兼作动力耦合机构400的齿圈。第一行星轮301与第一齿圈303啮合传动。第一齿圈303与壳体801过盈连接。
需要说明的是,主减速器300可由单排单行星轮行星齿轮机构、单排双行星轮行星齿轮机构、多排行星齿轮机构或其它形式的减速机构构成,且各种结构形式的减速机构均可实现相同的功能,因此变换主减速器300的形式并不视为对本发明的创新。
动力耦合机构400的主体是一个单排单行星轮行星齿轮机构。第一行星架301与第二行星轮402啮合传动。第二行星轮402旋转支承在第二行星齿轮轴403上。第二行星齿轮轴403旋转支承在差速器壳体701上。第二行星轮402与第二太阳轮401啮合传动。第二太阳轮401旋转支承在主电机输出轴101的内孔里,其一端加工有外花键。
TV耦合机构500的主体是一个双排单行星轮行星齿轮机构。副电机壳体转子201与第三行星轮503啮合传动。第三行星轮503、第四行星轮504旋转支承在第三行星齿轮轴507上。第三行星齿轮轴507旋转支承在第三行星架506上。第三行星架506的一端加工有内花键。第三行星轮504与第三太阳轮501啮合传动。第三太阳轮501一端的内圈与外圈分别加工有内花键和外花键。第四行星轮504与第四齿圈505啮合传动。第四齿圈505与壳体801过盈连接。第四行星轮504与第四太阳轮502啮合传动。第四太阳轮504的内孔加工有内花键,与第二太阳轮401花键连接。
第一离合器610是一个湿式多片摩擦电磁离合器,其主动部分与第三太阳轮501花键连接,其从动部分与第三行星架506花键连接。
第二离合器620是一个湿式多片摩擦电磁离合器,其主动部分与第一半轴911花键连接,其从动部分与第三太阳轮501花键连接。
第三离合器630是一个湿式多片摩擦电磁离合器,其主动部分与差速器壳体701花键连接,其从动部分与第一行星架302花键连接。
如图3、图4所示,第一离合器610和第二离合器620的控制信号线与电源线依次穿过副电机200与第三太阳轮501的轴向间隙、前端盖802上的轴向走线孔、前端盖802与第一法兰901的轴向间隙、前端盖802上的径向走线孔与外界连接。第三离合器630的控制信号线与电源线依次穿过第三离合器630与后端盖803的轴向间隙、后端盖803上的走线孔与外界连接。
需要说明的是,更换第一离合器610、第二离合器620、第三离合器630的种类或接合方式,并不视为对本发明的创新。
下面结合附图对本发明所述的具有转矩定向分配功能的多模式双电机耦合电动驱动桥的工作模式做进一步的详细说明。
一种具有转矩定向分配功能的多模式双电机耦合电动驱动桥,具有主电机独立驱动模式、转矩定向分配模式、双电机转矩耦合驱动模式、双电机转速耦合驱动模式等四种工作模式,其各工作模式与各离合器工作状态的对应关系如下表所示。当所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于主电机独立驱动模式时,第一离合器610和第二离合器620处于断开状态,第三离合器630处于接合状态;当所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于转矩定向分配模式时,第一离合器610处于断开状态,第二离合器620和第三离合器630处于接合状态;当所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于双电机转矩耦合驱动模式时,第一离合器610和第三离合器630处于接合状态,第二离合器620处于接合状态;当所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于双电机转速耦合驱动模式时,第一离合器610处于接合状态,第二离合器620和第三离合器630处于断开状态。
如图6所示,当所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于主电机独立驱动模式时,主电机100输出的转矩直接传递到差速器壳体701上,而后通过差速器700平均分配到第一半轴911与第二半轴912上;副电机200不参与传动。此时,第一半轴911与第二半轴912输出的转矩为:其中,Tl为第一半轴911输出的转矩,Tr为第二半轴912输出的转矩,T1为主电机100输出的转矩,i为主减速器300的传动比,且i=k1+1,其中k1为主减速器300的行星排特征常数。
所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于主电机独立驱动模式,主电机作为唯一的动力源,可以在汽车低负荷功率行驶要求工况时,增加主电机负荷率,使其尽可能工作在其高效率区间,从而提高整车驱动效率。
如图6所示,当所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于转矩定向分配模式时,主电机100输出的转矩直接传递到差速器壳体701上,而后通过差速器700均分到第一半轴100与第二半轴200上;副电机200输出的转矩使一侧半轴的转矩减小,另一侧半轴的转矩增大。此时,第一半轴911与第二半轴912输出的转矩分别为:其中,T2为副电机200输出的转矩,k3为TV耦合机构500的行星排特征常数。此时,副电机200、第一半轴911、第二半轴702和差速器壳体701的转速关系为:其中,n2为副电机200的转速,nl为第一半轴701的转速,nr为第二半轴702的转速,nd为差速器壳体701的转速。
作为一种转矩定向分配模式应用场景实施例,下面以后轴搭载所述具有转矩定向分配功能的多模式双电机耦合电动驱动桥的汽车为例,对其转向时转矩定向分配的作用效果做进一步说明。
如图7、图8所示,当汽车左转时,副电机转速为正,若此时副电机输出正向转矩,能减小汽车左后轮驱动转矩,增大汽车右后轮驱动转矩,使汽车左后轮的驱动力Fl减小,使汽车右后轮的驱动力Fr增大,从而产生一个与汽车横摆角速度方向相同的额外横摆力矩M,该力矩能增大汽车横摆,从而提高汽车操控性和过弯机动性;若此时副电机输出负向转矩,能增大汽车左后轮的驱动转矩,减小汽车右后轮的驱动转矩,使汽车左后轮的驱动力Fl增大,使汽车右后轮的驱动力Fr减小,从而产生一个与汽车横摆角速度方向相反的额外横摆力矩M,该力矩能减小汽车横摆,从而确保车辆转向稳定性,提高主动安全。汽车右转时同样可以实现上述性能的改善。当汽车右转时,副电机转速为负,此时若副电机输出正向转矩,能增大汽车左后轮的驱动转矩,减小汽车右后轮的驱动转矩,使汽车左后轮的驱动力Fl增大,使汽车右后轮的驱动力Fr减小,从而产生一个与汽车横摆角速度方向相同的额外横摆力矩M,该力矩能增大汽车横摆,从而提高汽车操控性和过弯机动性;此时若副电机输出负向转矩,能减小汽车左后轮的驱动转矩,增大汽车右后轮的驱动转矩,使汽车左后轮的驱动力Fl减小,使汽车右后轮的驱动力Fr增大,从而产生一个与汽车横摆角速度方向相反的额外横摆力矩M,该力矩能减小汽车横摆,从而确保车辆转向稳定性,提高主动安全。
作为另一种应用场景实施例,如果出现汽车左右单侧车轮任意车轮因陷入泥坑或因驶入冰雪等低附着路面导致车轮打滑、汽车失去动力无法前行脱困问题,本发明所述多模式双电机耦合电动驱动桥同样可以在此转矩定向分配工作模式,通过控制副电极的正向或反向力矩输出,实现驱动轴转矩从低附着一侧打滑车轮向高附着一侧非打滑车轮转移,从而回复整车驱动力实现前行脱困,改善整车通过性。
如图9所示,当所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于双电机转矩耦合驱动模式时,主电机100输出的转矩与副电机200输出的转矩均直接传递到差速器壳体701上,而后通过差速器700均分到第一半轴911与第二半轴912上。此时,第一半轴911与第二半轴912输出的转矩为:主电机100与副电机200的转速关系为:其中,n1为主电机100的转速。
所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于双电机转矩耦合驱动模式时,主电机与副电机转矩耦合,一方面可以共同驱动汽车行驶,使汽车具有更好的加速能力和爬坡能力,动力性更好;另一方面可以通过主电机和副电机的合理匹配,降低主电机匹配功率,利用副电机的削峰填谷功率补充和吸收作用,减少主电机功率波动,最大化整车驱动效率,提高整车行驶经济性。
如图10所示,当所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于双电机转速耦合驱动模式时,主电机100输出的转矩与副电机200输出的转矩通过动力耦合机构400耦合后,传递到差速器壳体701上,而后通过差速器700均分到第一半轴911与第二半轴912上。此时,第一半轴911与第二半轴912输出的转矩为:其中,k2为动力耦合机构400的行星排特征常数。主电机100、副电机200和差速器壳体701的转速关系为:
所述多模式双电机耦合电动驱动桥处于双电机转速耦合驱动模式时,主电机与副电机转速耦合,此时副电机工作在发电模式,起到调速电机的作用,能使主电机尽可能的工作在高效区,避免进入弱磁低效率区,维持主电机较高的驱动效率;且能通过副电机的无极调速作用,实现电子无级变速器,以适应主电机工作点基本保持在高效率区域不动下的汽车车速的连续变化需求,从而使汽车具有更好的高速行驶经济性。
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,对熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外地修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定地一般概念下,本发明并不限于特定地细节和这里出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征在于,包括:
主电机,其用于输出驱动转矩;
副电机,其输出的转矩可用于实现转矩定向分配功能、双电机转矩耦合驱动功能以及双电机转速耦合驱动功能;
差速器,其由差速器壳体接收所述主电机与所述副电机产生的转矩,由第一半轴齿轮与第二半轴齿轮输出转矩;
第一半轴,与所述第一半轴齿轮花键连接;
第二半轴,与所述第二半轴齿轮花键连接;
壳体,其用于容置所述多模式双电机耦合电动驱动桥的各总成和零部件;所述壳体是一个工字型壳体,所述主电机和所述副电机分别布置在其两个腔体内;
前端盖,布置在所述副电机的外侧,其与所述壳体通过螺钉连接;
后端盖,布置在所述差速器的外侧,其与所述壳体通过螺钉连接;
第一法兰,其用于输出所述第一半轴的转矩,与所述第一半轴花键连接;
第二法兰,其用于输出所述第二半轴的转矩,与所述第二半轴花键连接;
主减速器,其主体是一个单排单行星轮行星齿轮机构,用于接收所述主电机输出的转矩,增大转矩后输出;
动力耦合机构;
TV耦合机构;
第一离合器,其用于控制所述TV耦合机构是否闭锁;
第二离合器,其用于控制所述TV耦合机构与所述第一半轴的分合;
第三离合器,其用于控制所述动力耦合机构是否闭锁;
所述多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征还在于:所述主电机、所述主减速器、所述副电机、所述TV耦合机构、所述动力耦合机构与所述第一半轴均布置在所述差速器的同一侧。
2.如权利要求1所述的多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征在于,所述主电机是一个空心轴内转子永磁同步电机,其产生的转矩通过主电机输出轴输出;所述副电机是一个中空外转子永磁同步电机,其产生的转矩通过副电机壳体转子输出。
3.如权利要求1所述的多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征在于,所述主减速器的主体是一个单排单行星轮行星齿轮机构;其具体包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架、第一齿圈和第一行星齿轮轴;所述第一太阳轮与所述主电机输出轴固定连接;所述第一齿圈与所述壳体固定连接。
4.如权利要求1所述的多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征在于,所述动力耦合机构的主体是一个单排单行星轮行星齿轮机构;其具体包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架、第二齿圈和第二行星齿轮轴;所述第二太阳轮旋转支承在所述主电机输出轴的内孔里;所述第二齿圈与第一行星架固定连接;所述第二行星架与所述差速器壳体固定连接。
5.如权利要求1所述的多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征在于,所述TV耦合机构的主体是一个双排单行星轮行星齿轮机构,且两个行星排的特征常数相同;其具体包括第三太阳轮、第四太阳轮、第三行星轮、第四行星轮、第三齿圈、第四齿圈、第三行星架和第三行星齿轮轴;所述第三太阳轮旋转支承在所述第一半轴上;所述第三齿圈与所述副电机壳体转子固定连接;所述第四太阳轮与第二太阳轮花键连接;所述第四齿圈与所述壳体过盈连接。
6.如权利要求1或5所述的多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征在于,所述第一离合器的主动部分与第三太阳轮花键连接,其从动部分与第三行星架花键连接;所述第二离合器的主动部分与所述第一半轴花键连接,其从动部分与所述第三太阳轮花键连接;所述第三离合器的主动部分与所述差速器壳体花键连接,其从动部分与第二齿圈花键连接。
7.如权利要求1或5所述的多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征在于,所述第一离合器与所述第二离合器的控制信号线与电源线依次穿过所述副电机与第三太阳轮的轴向间隙、所述前端盖上的轴向走线孔、所述前端盖与所述第一法兰的轴向间隙、所述前端盖上的径向走线孔与外界连接;所述第三离合器的控制信号线与电源线依次穿过所述第三离合器与所述后端盖的轴向间隙、所述后端盖上的走线孔与外界连接。
8.一种多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征在于,其具有主电机独立驱动模式、转矩定向分配模式、双电机转矩耦合驱动模式、双电机转速耦合驱动模式等四种工作模式,通过控制第一离合器、第二离合器、第三离合器的工作状态,能使其在四种工作模式间切换。
9.如权利要求8所述的多模式双电机耦合电动驱动桥,其特征在于,当其工作在主电机独立驱动模式时,所述第一离合器与所述第二离合器处于断开状态,所述第三离合器处于接合状态;当其工作在转矩定向分配模式时,所述第一离合器处于断开状态,所述第二离合器与所述第三离合器处于接合状态;当其工作在双电机转矩耦合驱动模式时,所述第一离合器与所述第三离合器处于接合状态,所述第二离合器处于断开状态;当其工作在双电机转速耦合驱动模式时,所述第一离合器处于接合状态,所述第二离合器与所述第三离合器处于断开状态。
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