CN113400864B - 使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，包括主电机、副电机、差速器、主减速器、副减速器、TV机构、左半轴、右半轴、第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器、单向离合器、壳体等。差速器两端分别与左半轴、右半轴相连；主减速器和副减速器的输入端分别与主电机、副电机相连，输出端分别与所述差速器壳体、TV机构输入端相连；单向离合器外圈与壳体相连，内圈与第四离合器相连；TV机构分别通过第一离合器、第二离合器、第三离合器、第四离合器与左半轴、壳体、差速器壳体、主减速器调速端相连。通过控制四个离合器，可实现主电机单独、双电机转矩耦合、双电机转速耦合、转矩定向分配与倒车五种驱动模式。

Description

使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥
技术领域
本发明属于电动汽车传动领域，特别涉及一种使用单向离合器的具有多种工作模式的高集成双电机耦合转矩定向分配电动驱动桥。
背景技术
近年来，随着社会的发展与进步，以零油耗、高集成、动力响应快、驾驶性能高等为特色的电动汽车获得了大力的发展，逐渐得到市场认可。随着市场的发展与普及，电动汽车未来也将向高端高性能、多样个性化方向发展，因此对于能够改善底盘性能的先进驱动技术的需求在增加。而电动转矩定向分配技术就是其中之一。
转矩定向分配(TV)技术是一种将动力源产生的驱动转矩在左右两侧车轮之间、或者前后两轴之间进行任意分配的先进驱动技术。该技术既可以使驱动转矩从低速侧车轮(或车轴)向高速侧车轮(或车轴)转移、亦可以从高速侧向低速侧转移。因此该技术可以克服传统开放式差速器“差速不差扭”的缺陷，提高控制的灵活性与转弯的机动性，均衡了各轮胎的路面附着利用率，增加了车辆稳定性裕度，有效增加车辆行驶的操纵稳定性，还可以根据控制目标的不同，以节能为目标来分配全轮驱动转矩。
该技术目前主要分为两类：一类是应用于以轮毂电机驱动汽车为代表的分布式驱动汽车的转矩定向分配控制技术，其可以通过对各车轮轮毂电机的驱动力矩的直接控制，实现转矩在各车轮之间的定向分配；但目前受制于轮毂电机功率密度低、簧下质量增加等问题，转矩定向分配控制技术并未在汽车上获得大规模应用。另一类是应用在集中式驱动的转矩定向分配差速器(驱动桥)，其目前已应用于部分高端运动型轿车和高档SUV中，如本田的超级四驱系统(SH-AWD)、三菱的超级主动横摆控制系统(SAYC)和奥迪的运动差速器等。但是这些转矩定向分配差速器主要应用于传统燃油车型上，而且一般采用多片离合器等机械摩擦式力矩转移机构，导致系统力矩转移能力受限、机械传递效率不高、可靠性低、结构复杂成本高。
另外，在动力电池技术尚未突破的今天，提高电动汽车传动效率，减少电池能量的损耗，是保证电动汽车续航里程的重要途径。而传统的单电机驱动桥为保证汽车的动力性，只能选用大功率的电机来满足极限工况的功率需求，造成了电机的“大马拉小车”的现象，使得电机高效区间利用率小。而双电机耦合驱动技术可通过多种驱动模式的结合，大幅提高电机高效区间的利用率，从而使得汽车在原有电池容量的基础上获得更大的续驶里程。
现阶段，无论是出于高效驱动节能考虑的双电机耦合驱动，还是出于改善车辆过弯机动性和操纵稳定性的转矩定向分配驱动桥，在电动汽车上的应用都鲜有报道。目前仅有申请人在2017年申请的两项发明专利“一种带有转矩定向分配功能的双电机耦合驱动桥”(CN106965661A)和“一种带有转矩定向分配功能的双电机耦合驱动桥”(CN106965660A)涉及本领域技术内容。上述专利也可以在实现转矩定向分配功能的基础上，一方面TV控制电机可以在转矩耦合模式下起到助力电机的作用，与主驱动电机转矩耦合，共同驱动汽车行驶；另一方面TV控制电机也可以在转速耦合模式下起到调速电机的作用，与主驱动电机转速耦合，调节主驱动电机转速工作区间，改善驱动效率。但是该技术方案共计采用六组离合器、七个行星排，且存在对现有差速器改造方案较大等结构复杂、尺寸大、工艺继承性不高的技术实施问题。
本发明针对上述背景内容和已有技术缺陷，提出一种应用于集中式驱动电动汽车的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其仅采用四组可控离合器，配合机械式单向离合器的使用，可实现五种工作模式：主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式、双电机转速耦合模式、转矩定向分配模式、倒车模式。该驱动桥不仅具有工作模式多样、转矩任意定向分配的优点，而且相比现有技术具备传动比与各模式力矩需求匹配度好、结构紧凑简单、成本工艺性好的技术优势。该驱动桥通过对四组离合器的控制即可切换不同工作模式，能够有效的提高电动汽车的操纵稳定性、通过性、动力性与经济性，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应用于集中式驱动电动汽车的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其结构紧凑，可实现五种工作模式：主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式、双电机转速耦合模式、转矩定向分配模式、倒车模式。通过控制四个离合器的工作状态，所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥能在五种工作模式间切换。
在主电机单独驱动模式下，仅主电机输出转矩，主要应用于汽车行驶需求转矩较小的工况，以提高主电机的负载率，使主电机工作在高效区间，减少电机的效率损失。
在转矩定向分配模式下，所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配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，能有效提高汽车的操纵稳定性，提高驾驶员的驾驶乐趣，并能使汽车具有更好的经济性、通过性。
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，主要用于汽车爬坡，急加速等转矩需求较大的工况。
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，使主电机尽可能的工作在高效区间，以提高汽车的经济性，主要应用于汽车高速行驶等工况。
在倒车模式下，主电机单独工作，反向输出转矩，此时通过调节离合器状态，使得主减速器行星排自锁，主电机输出的转矩不经减速增扭直接施加到差速器壳体上，这也与汽车倒车行驶时，所需驱动力矩较小的工况相符合。
为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，包括：
主电机，用于输出驱动转矩，驱动汽车行驶；
副电机，其输出的转矩可用于实现转矩定向分配功能，或用于与主电机耦合驱动汽车行驶；
左法兰；
右法兰；
左半轴；
右半轴；
正齿轮差速器，用于将传递至其上的转矩平均分配至所述左半轴与所述右半轴；并使所述左半轴、所述右半轴可以以不同角速度旋转；
主减速器，用于将所述主电机输出转矩进行减速增扭后输出；
副减速器，用于将所述副电机输出转矩进行减速增扭后输出；
TV机构，用于将所述副减速器输出的转矩转化为一对等大反向的力矩，并分别施加到所述左半轴与所述正齿轮差速器上，或者充当减速装置，用于对所述副电机输出的转矩进一步减速增扭；
第一离合器，用于控制所述TV机构对左半轴的动力输出；
第二离合器，当其闭合时，且所述第一离合器断开时，所述TV机构充当减速装置；
第三离合器，用于控制所述TV机构对所述正齿轮差速器的动力输出；
第四离合器，用于控制所述TV机构对所述主减速器的动力输出；
单向离合器；
主壳体，用于容置所述主减速器、所述正齿轮差速器等，并固定所述主电机；
副壳体，布置在所述主壳体左侧，与所述主壳体螺栓连接，用于容置所述副减速器、所述TV机构等，并固定所述副电机。
所述主电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与所述右法兰、所述右半轴一同布置在所述正齿轮差速器一侧；所述主电机产生的转矩通过主电机转子输出轴输出；所述右半轴从所述主电机中心空套穿出。
优选的是，所述主电机转子输出轴与主电机壳体通过橡胶密封圈密封。
所述副电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与所述左法兰、所述左半轴一同布置在所述正齿轮差速器另一侧；所述副电机产生的转矩通过副电机转子输出轴输出；所述左半轴从所述副电机中心空套穿出。
优选的是，所述副电机转子输出轴与副电机壳体通过橡胶密封圈密封。
所述正齿轮差速器，是一个采用圆柱行星齿轮的紧凑型差速器，其包括：左太阳轮，与所述左半轴内端花键连接；右太阳轮，与所述右半轴内端花键连接；左行星轮，与所述左太阳轮外啮合传动；右行星轮，与所述右太阳轮外啮合传动，同时与所述左行星轮外啮合传动；左行星架，用于旋转支撑所述左行星轮、所述右行星轮；右行星架，用于旋转支撑所述左行星轮、所述右行星轮；所述左行星架和所述右行星架通过销钉固连为一体，组成差速器壳；推力滚针轴承，安装在所述左太阳轮与所述右太阳轮之间。
所述主减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第一太阳轮，与所述主电机转子输出轴花键连接；第一行星轮，与所述第一太阳轮外啮合；第一齿圈，与所述第一行星轮内啮合；第一行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第一行星轮；第一左行星架，用于旋转支撑所述第一行星齿轮轴，并与所述右行星架固定连接；第一右行星架，用于旋转支撑所述第一行星齿轮轴，并旋转支撑在所述主电机壳体上；所述第一左行星架与所述第一右行星架通过销钉固定连接为一体。
优选的是，第一左行星架与所述右行星架通过花键固定连接。
所述副减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，其包括：第四太阳轮，与所述副电机转子输出轴花键连接；第四齿圈，与所述副壳体固定连接；第四行星轮，与所述第四太阳轮、所述第四齿圈同时啮合传动；第四行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第四行星轮；第四左行星架，用于旋转支撑所述第四行星齿轮轴，并旋转支撑在所述副电机壳体上；第四右行星架，用于旋转支撑所述第四行星齿轮轴；所述第四左行星架与所述第四右行星架通过销钉固定连接为一体。
优选的是，所述第四齿圈与所述副壳体通过花键固定连接。
所述TV机构，其主体是一个等特征参数的双排单级行星齿轮机构，并布置在所述副减速器与所述正齿轮差速器之间，包括：第三太阳轮，通过滚针轴承旋转支撑在所述左半轴上；第三齿圈，与所述第四右行星架固定连接；第三行星轮，与所述第三太阳轮、所述第三齿圈同时啮合传动；第三行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第三行星轮；第三左行星架，用于旋转支撑所述第三行星齿轮轴；第三右行星架，用于旋转支撑所述第三行星齿轮轴；第二太阳轮，通过滚针轴承旋转支撑在所述左半轴上，并与所述第三太阳轮尺寸参数完全一致，且整体制造成一双联齿轮轴；第二齿圈，与所述副壳体固定连接；第二行星轮，与所述第二太阳轮、所述第二齿圈同时啮合传动；第二行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第二行星轮；第二左行星架，用于旋转支撑所述第二行星齿轮轴；第二右行星架，用于旋转支撑所述第二行星齿轮轴；所述第二左行星架与所述第二右行星架通过销钉固定连接为一体。
优选的是，所述第三齿圈与所述第四右行星架通过花键连接。
优选的是，所述第二太阳轮与所述第三太阳轮制成一体。
优选的是，所述第二齿圈与所述副壳体通过花键连接。
所述左法兰，与所述左半轴外端花键连接，将所述左半轴的转矩输出至汽车左侧车轮；左端固定螺母在所述左法兰外侧中心与所述左半轴螺纹连接，使所述左法兰轴向固定。
优选的是，所述左法兰与所述副电机壳体间通过橡胶密封圈密封。
所述右法兰，与所述右半轴外端花键连接，将所述右半轴的转矩输出至汽车右侧车轮；右端固定螺母在所述右法兰外侧中心与所述右半轴螺纹连接，使所述右法兰轴向固定。
优选的是，所述右法兰与所述副电机壳体间通过橡胶密封圈密封。
所述第一离合器，其主动部分与所述左半轴花键连接；其从动部分与所述第三左行星架固定连接。
优选的是，所述第一离合器从动部分与所述第三左行星架制成一体。
所述第二离合器，其主动部分与所述副壳体固定连接；其从动部分与所述第三右行星架固定连接。
优选的是，所述第二离合器主动部分与所述副壳体通过螺栓固定连接；优选的是，所述第二离合器从动部分与所述第三右行星架制成一体。
所述第三离合器，其主动部分与所述第二右行星架固定连接；其从动部分与所述左行星架固定连接。
优选的是，所述第三离合器主动部分与所述第二右行星架通过螺栓固定连接；优选的是，所述第三离合器从动部分与所述右行星架制成一体。
所述第四离合器，其主动部分与所述第三离合器主动部分固定连接，其从动部分与所述第一齿圈固定连接。
优选的是，所述第四离合器主动部分与所述第三离合器主动部分制成一体，所述第四离合器从动部分与所述第一齿圈花键连接。
所述单向离合器，其内圈与所述第四离合器从动部分花键连接，其外圈与所述主壳体花键连接。
一种使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，可实现五种工作模式：主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式、双电机转速耦合模式、转矩定向分配模式、倒车模式。通过控制离合器的工作状态，所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥能在五种工作模式间切换。其工作原理如下：
当所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在主电机单独驱动模式时，所述第一离合器，所述第二离合器，所述第三离合器以及所述第四离合器均处于断开状态，此时所述主电机输出正向转矩(此时假设驱动汽车前进的主电机的转动方向为正)，所述单向离合器内圈相对外圈有反向转动的趋势，所述单向离合器锁死。在该模式下所述主电机输出的转矩经所述主减速器减速增扭后传递至所述正齿轮差速器外圈上，并经所述正齿轮差速器平均分配给左右半轴，所述副电机不参与传动。此时，所述左半轴与所述右半轴输出的转矩为
Figure BDA0003209189250000101
其中，Tl为所述左半轴输出的转矩，Tr为所述右半轴输出的转矩，k1为所述主减速器行星排特征参数，Tm1为所述主电机输出的转矩。
当所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式时，所述第一离合器与所述第四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结合状态，此时所述主电机输出正向转矩，所述单向离合器内圈相对外圈有反向转动的趋势，所述单向离合器锁死；所述副电机输出反向转矩。在该模式下所述主电机输出的转矩经所述主减速器减速增扭后传递至所述正齿轮差速器外圈上，所述副电机输出的转矩经所述副减速器与所述TV机构减速增扭后传递至所述正齿轮差速器左行星架上，而传递至所述正齿轮差速器上的转矩平均分配给左右半轴。此时，所述左半轴与所述右半轴输出的转矩为
Figure BDA0003209189250000111
其中，k2为所述TV机构行星排特征参数，k4为所述副减速器行星排特征参数，Tm2为所述副电机输出的转矩。
当所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转速耦合模式时，所述第一离合器与所述第三离合器处于断开状态，所述第二离合器与所述第四离合器处于结合状态，此时所述主电机输出正向转矩，所述副电机输出反向转矩，此时所述单向离合器内圈相对外圈正向转动，所述单向离合器分离。在该模式下所述主电机输出的转矩传递至所述第一太阳轮上，所述副电机输出的转矩经所述副减速器与所述TV机构减速增扭后传递至所述第一齿圈上，主、副电机在所述主减速器行星排上进行转速耦合。此时，所述左半轴与所述右半轴输出的转矩为
Figure BDA0003209189250000112
所述左半轴与所述右半轴输出的转速为：(假设汽车在平直道路上直线行驶，左右轮转速相同)
Figure BDA0003209189250000113
其中，nl为所述左半轴的转速，nr为所述右半轴输出的转矩，nm1为所述主电机输出的转速，nm2为所述副电机输出的转速。
当所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在转矩定向分配模式时，所述第二离合器与所述第四离合器处于断开状态，所述第一离合器与所述第三离合器处于结合状态。在该模式下，所述主电机输出正向转矩，此时所述单向离合器内圈相对外圈有反向转动的趋势，所述单向离合器锁死。所述主电机输出的转矩经所述主减速器减速增扭后传递到所述正齿轮差速器外圈上，并平均分配给左右半轴；所述副电机输出的转矩经过所述副减速器减速增扭后通过所述TV机构输出一对等大反向的转矩，其中，一个转矩与直接施加到所述左半轴上，另一个转矩则施加到所述正齿轮差速器上，并平均分配给左右半轴，这使得一侧半轴的转矩减小，另一侧半轴的转矩增大。此时所述左半轴与所述右半轴输出的转矩为：
Figure BDA0003209189250000121
所述副电机、所述左半轴以及所述右半轴的转速关系为：/>
Figure BDA0003209189250000122
当所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在倒车模式时，所述第一离合器与所述第二离合器处于断开状态，所述第三离合器与所述第四离合器处于结合状态，此时所述主电机输出反向转动，所述单向离合器内圈相对外圈正向转动，所述单向离合器分离。在该模式下所述主电机输出的转矩传递至所述第一太阳轮上，所述副电机不参与传动，而所述第一齿圈通过所述第三离合器和所述第四离合器与所述左行星架连接，所述第一左行星架与所述正齿轮差速器外圈连接，则所述主减速器行星排实现自锁，则所述主电机输出的转矩不经减速增扭直接传递至所述正齿轮差速器上，从而驱动汽车倒车行驶，这也与汽车倒车行驶所需的驱动力矩较小的工况相符合。
本发明的有益效果是：
1.本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，能通过控制副电机的输出转矩，实现在集中式驱动的电动汽车上左右轮转矩的定向分配功能，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.本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，通过四个离合器，可实现五种工作模式，且整体集成度高、结构紧凑、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。
3.本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，能实现主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式和双电机转速耦合模式。在主电机单独驱动模式下，主电机单独驱动汽车行驶，可有效提高主电机的负荷率，使主电机工作在高效区间，提高汽车的经济性。在双电机转矩耦合模式下，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。
附图说明
图1为本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥的结构简图。
图2为本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥的结构图。
图3为本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥在主电机单独驱动模式下的转矩流示意图。
图4为本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥在双电机转矩耦合模式下的转矩流示意图。
图5为本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥在双电机转速耦合模式下的功率流示意图。
图6为本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥在转矩定向分配模式下向左侧车轮转移转矩时转矩流示意图。
图7为本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥在转矩定向分配模式下向右侧车轮转移转矩时转矩流示意图。
图8为本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥在倒车模式下的转矩流示意图。
图9为本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥在右转弯时，三种力矩分配方案下的汽车转弯路线示意图。
图10为本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥在左转弯时，三种力矩分配方案下的汽车转弯路线示意图。
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。
下面结合附图实施例，阐述本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥的具体实施方式。
如图1、图2所示，一种使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，主要有主电机100、副电机200、正齿轮差速器600、左法兰803、右法兰804、左半轴801、右半轴802、主减速器300、副减速器400、TV机构500、第一离合器710、第二离合器720、第三离合器730、第四离合器740、单向离合器750、主壳体905、副壳体904等组成。
主电机100，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与右法兰804、所述右半轴802一同布置在正齿轮差速器600一侧；主电机100产生的转矩通过主电机转子输出轴103输出；右半轴802从主电机转子输出轴103的中心孔空套穿出；主电机转子输出轴103与主电机壳体101之间通过橡胶密封圈三809密封。
副电机200，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与左法兰803、左半轴801一同布置在正齿轮差速器600另一侧；副电机200产生的转矩通过副电机转子输出轴203输出；左半轴801从副电机转子输出轴203的中心孔空套穿出；副电机转子输出轴203与副电机壳体201通过橡胶密封圈二808密封。
正齿轮差速器600，是一个采用圆柱行星齿轮的紧凑型差速器，其包括：左太阳轮601，其与左半轴801内端花键连接；右太阳轮602，其与右半轴802内端花键连接；左行星轮603，其与左太阳轮601外啮合传动；右行星轮604，与右太阳轮602外啮合传动，同时与左行星轮603外啮合传动；左行星架605，其用于旋转支撑左行星轮603、右行星轮604；右行星架606，其用于旋转支撑左行星轮603、右行星轮604；左行星架605和右行星架606通过销钉固连为一体，组成差速器壳；推力滚针轴承608，安装在左太阳轮601与右太阳轮602之间，用于减少两者之间的摩擦阻力。
主减速器300，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第一太阳轮301，其与主电机转子输出轴103花键连接；第一行星轮302，其与第一太阳轮301外啮合；第一齿圈303，其与第一行星轮302内啮合；第一行星齿轮轴304，其用于旋转支撑所述第一行星轮302；第一左行星架305，其用于旋转支撑第一行星齿轮轴304；作为优选实施例，第一左行星架305与正齿轮差速器600的右行星架606通过花键固定连接；第一右行星架306，其用于旋转支撑第一行星齿轮轴304，并用轴承旋转支撑在主电机壳体101上；第一左行星架305与第一右行星架306通过销钉固定连接为一体。
副减速器400，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，其包括：第四太阳轮401，其与副电机转子输出轴203花键连接；第四齿圈403，其与副壳体904矩形花键固定连接；第四行星轮402，其与第四太阳轮401、第四齿圈403同时啮合传动；第四行星齿轮轴404，其用于旋转支撑第四行星轮402；第四左行星架405，其用于旋转支撑第四行星齿轮轴404，并用轴承旋转支撑在副电机壳体201上；第四右行星架406，其用于旋转支撑第四行星齿轮轴404；第四左行星架405与第四右行星架406通过销钉固定连接为一体。
TV机构500，其主体是一个等特征参数的双排单级行星齿轮机构，并布置在副减速器400与正齿轮差速器600之间，其包括：第三太阳轮501，其结构为具有两个等尺寸太阳轮的双联齿轮轴，其通过滚针轴承一512和滚针轴承二513旋转支撑在左半轴801上；第三齿圈503，与第四右行星架406花键连接；第三行星轮502，与第三太阳轮501、第三齿圈503同时啮合传动；第三行星齿轮轴504，用于旋转支撑第三行星轮502；第三左行星架505，用于旋转支撑第三行星齿轮轴504；第三右行星架506，用于旋转支撑第三行星齿轮轴504；第三左行星架505与第三右行星架506销钉固定连接为一体；第二太阳轮514，其与第三太阳轮501尺寸参数完全一致，两者制成一体双联齿轮轴；第二齿圈508，与副壳体904花键固定连接；第二行星轮507，与第二太阳轮501、第二齿圈508同时啮合传动；第二行星齿轮轴509，用于旋转支撑第二行星轮507；第二左行星架510，用于旋转支撑第二行星齿轮轴509；第二右行星架511，用于旋转支撑第二行星齿轮轴509；第二左行星架510与第二右行星架511销钉固定连接为一体。
左法兰803，与左半轴801外端花键连接，将左半轴801的转矩输出至汽车左侧车轮；左端固定螺母805在左法兰803外侧中心与左半轴801螺纹连接，使左法兰803轴向固定；左法兰803与副电机壳体201间通过橡胶密封圈一807密封。
右法兰804，与右半轴802外端花键连接，将右半轴802的转矩输出至汽车右侧车轮；右端固定螺母806在右法兰804外侧中心与右半轴802螺纹连接，使右法兰轴804向固定；右法兰803与副电机壳体101间通过橡胶密封圈四810密封。
第一离合器710，其主动部分与左半轴801花键连接；其从动部分与第三左行星架505制成一体。
第二离合器720，其主动部分与副壳体904通过螺栓固定连接；其从动部分与第三右行星架506制成一体。
第三离合器730，其主动部分与第二右行星架511通过螺栓固定连接；其从动部分与左行星架605制成一体。
第四离合器740，其主动部分与第三离合器主动部分制成一体，其从动部分为一齿鼓741，其大口端内壁通过加工的矩形花键齿与第一齿圈303花键连接。
单向离合器750，其布置在齿鼓741的小口端外圆柱面上，其内圈与齿鼓741花键连接，其外圈与主壳体905花键连接。
下面结合附图对本发明所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥的工作原理做进一步的详细说明。
如图3所示，当所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在主电机单独驱动模式时，第一离合器710，第二离合器720，第三离合器730以及第四离合器740均处于断开状态，此时主电机100输出正向转矩(此时假设驱动汽车前进的主电机的转动方向为正方向)，单向离合器750内圈相对外圈有反向转动的趋势，单向离合器750内外圈固连，故将第一齿圈303与主壳体905锁止固连。在该模式下主电机100输出的转矩经主减速器300减速增扭后传递至正齿轮差速器差速器壳上，并经正齿轮差速器600平均分配给左右半轴，此时副电机200不参与传动，维持静止状态。此时，左半轴801与右半轴802输出的转矩为
Figure BDA0003209189250000191
其中，Tl为左半轴801输出的转矩，Tr为右半轴802输出的转矩，k1为主减速器300行星排特征参数，Tm1为主电机100输出的转矩。
如图4所示，当所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式时，第一离合器710与第四离合器740处于断开状态，第二离合器720与第三离合器730处于结合状态，此时主电机100输出正向转矩，此时单向离合器750内圈相对外圈有反向转动的趋势，单向离合器750内外圈固连，故将第一齿圈303与主壳体905锁止固连；副电机200反方向旋转输出反向转矩(指副电机转子输出轴203输出转矩和转速方向与主电机100转动方向相反，此时副电机为正常电动模式，该转矩经副减速器400和TV机构500传递后转变为与主电机100转动方向相同的力矩)。在该模式下主电机100输出的转矩经主减速器300减速增扭后传递至正齿轮差速器600的差速器壳上，副电机200输出的转矩经副减速器400与TV机构500减速增扭后传递至正齿轮差速器的差速器壳上，最后一起经正齿轮差速器600平均分配后给左右半轴。此时，左半轴801与右半轴802输出的转矩为
Figure BDA0003209189250000201
其中，k2为TV机构500行星排共有特征参数，k4为副减速器400行星排特征参数，Tm2为副电机200输出的转矩。
如图5所示，当所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转速耦合模式时，第一离合器710与第三离合器730处于断开状态，第二离合器720与第四离合器730处于结合状态，此时主电机100输出正向转矩，副电机200反方向旋转输出正向转矩(指副电机转子输出轴203输出转矩方向与主电机100转动方向相同、旋转方向相反，此时副电机为发电模式，该转矩经副减速器400和TV机构500传递后转变为与主电机100转动方向相反的力矩)，此时单向离合器750内圈相对外圈正向转动，单向离合器750分离。在该模式下主电机100输出的转矩传递至第一太阳轮301上，副电机200输出的转矩经副减速器400与TV机构500减速增扭后传递至第一齿圈303上，主副电机在主减速器300行星排上进行转速耦合。此时，左半轴801与右半轴802输出的转矩为
Figure BDA0003209189250000202
左半轴801与右半轴802输出的转速为：(假设汽车在平直道路上直线行驶，左右轮转速相同)
Figure BDA0003209189250000203
其中，nl为左半轴801的转速，nr为右半轴802输出的转矩，nm1为主电机100输出的转速，nm2为副电机200输出的转速；由此转速关系式可见，调节副电机200的输出转速即可以保证主电机100的输出转速不变的情况下自适应汽车车速的连续变化，从而实现无级变速功能。
如图6、图7所示，当所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在转矩定向分配模式时，第二离合器720与第四离合器740处于断开状态，第一离合器710与第三离合器730处于结合状态。在该模式下，主电机100输出正向转矩，此时单向离合器750内圈相对外圈反向转动，内外圈固连，故将第一齿圈303与主壳体905锁止固连。主电机100输出的转矩经主减速器300减速增扭后传递到正齿轮差速器600的差速器壳上，并平均分配给左右半轴；副电机300输出的转矩经过副减速器400减速增扭后通过TV机构500输出一对等大反向的转矩，其中，一个转矩经过第一离合器710直接施加到左半轴801上，另一个转矩则经过第三离合器730施加到正齿轮差速器600的差速器壳上，并再次平均分配给左右半轴，这使得一侧半轴的转矩减小，另一侧半轴的转矩增大。此时左半轴801与右半轴802输出的转矩分别为：
Figure BDA0003209189250000211
Figure BDA0003209189250000212
控制副电机200的输出转矩方向，即可改变左半轴801和右半轴802转矩增量的正负号，从而决定了力矩在左右车轮转移的方向，以适应汽车的左转弯或右转弯时的驱动转矩横向转移需求。副电机200、左半轴801以及右半轴802的转速关系为：/>
Figure BDA0003209189250000213
如图8所示，当所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在倒车模式时，第一离合器710与第二离合器720处于断开状态，第三离合器730与第四离合器740处于结合状态，此时主电机100输出反向转矩，副电机200不参与传动，处于静止状态；此时单向离合器750内圈相对外圈正向转动，单向离合器750分离。在该模式下所述主电机输出的转矩传递至第一太阳轮301上，而第一齿圈303通过第三离合器730与第四离合器740与左行星架605连接，由于第一左行星架305与右行星架606为固定连接，从而使第一齿圈303与第一左行星架305连接为一体，则主减速器300行星排实现自锁，则主电机100输出的转矩不经减速增扭直接传递至正齿轮差速器600上，并平均分配给左右半轴，从而驱动汽车倒车行驶，尽管没有主减速器300的减速增扭作用，但这也与汽车倒车行驶所需的驱动力矩较小的工况相符合。
作为一种转矩定向分配模式应用场景实施例，下面结合附图对汽车转向时转矩定向分配的作用效果做进一步说明。
如图9所示，当汽车右转弯时，受转弯几何的约束，左轮的转速高于右轮的转速，即(nl-nr)＞0，则此时副电机转速为正，若此时副电机输出正向转矩，则能增大汽车左轮驱动转矩，减小汽车右轮驱动转矩，使汽车左轮的驱动力Fl增大，使汽车右轮的驱动力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；若此时副电机输出负向转矩，则能减小汽车左轮的驱动转矩，增大汽车右轮的驱动转矩，使汽车左轮的驱动力Fl减小，使汽车右轮的驱动力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，从而增加汽车不足转向程度，确保车辆转向稳定性，提高主动安全；若此时副电机不工作，则主电机产生的力矩平均分配给左右驱动轮，汽车正常转弯。
同理，如图10所示，当汽车左转弯时，受转弯几何的约束，右轮的转速高于左轮的转速，即(nl-nr)＜0，则此时副电机转速为负，若此时副电机输出负向转矩，则能增大汽车右轮驱动转矩，减小汽车左轮驱动转矩，使汽车右轮的驱动力Fr增大，使汽车左轮的驱动力Fl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；若此时副电机输出正向转矩，则能减小汽车右轮的驱动转矩，增大汽车左轮的驱动转矩，使汽车右轮的驱动力Fl减小，使汽车左轮的驱动力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，从而汽车不足转向程度，确保车辆转向稳定性，提高主动安全；；若此时副电机不工作，则主电机产生的力矩平均分配给左右驱动轮，汽车正常转弯。
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，本发明所述采用双行星轮圆柱齿轮差速器的转矩定向分配电动驱动桥同样可以切换到转矩定向分配工作模式，通过控制副电机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。
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的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，包括：
主电机，用于输出驱动转矩，驱动汽车行驶；
副电机，其输出的转矩可用于实现转矩定向分配功能，或用于与主电机耦合驱动汽车行驶；
左法兰；
右法兰；
左半轴；
右半轴；
正齿轮差速器，用于将传递至其上的转矩平均分配至所述左半轴与所述右半轴，并使所述左半轴、所述右半轴可以以不同角速度旋转；
主减速器，用于将所述主电机输出转矩进行减速增扭后输出；
副减速器，用于将所述副电机输出转矩进行减速增扭后输出；
TV机构，用于将所述副减速器输出的转矩转化为一对等大反向的力矩，并分别施加到所述左半轴与所述正齿轮差速器上，或者充当减速装置，用于对所述副电机输出的转矩进一步减速增扭；
第一离合器，用于控制所述TV机构对左半轴的动力输出；
第二离合器，当其闭合时，且所述第一离合器断开时，所述TV机构充当减速装置；
第三离合器，用于控制所述TV机构对所述正齿轮差速器的动力输出；
第四离合器，用于控制所述TV机构对所述主减速器的动力输出；
单向离合器；
主壳体，用于容置所述主减速器、所述正齿轮差速器，并固定所述主电机；
副壳体，布置在所述主壳体左侧，与所述主壳体螺栓连接，用于容置所述副减速器、所述TV机构，并固定所述副电机；
所述第一离合器，其主动部分与所述左半轴花键连接；其从动部分与所述TV机构的第三左行星架固定连接；
所述第二离合器，其主动部分与所述副壳体固定连接；其从动部分与所述TV机构的第三右行星架固定连接；
所述第三离合器，其主动部分与所述TV机构的第二右行星架固定连接；其从动部分与所述正齿轮差速器左行星架固定连接；
所述第四离合器，其主动部分与所述第三离合器主动部分固定连接，其从动部分与所述主减速器第一齿圈固定连接；
所述单向离合器，其内圈与所述第四离合器从动部分花键连接，其外圈与所述主壳体花键连接；
当所述第一离合器，所述第二离合器，所述第三离合器以及所述第四离合器均处于断开状态时，所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在主电机单独驱动模式；
当所述第一离合器与所述第四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结合状态时，所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式；
当所述第一离合器与所述第三离合器处于断开状态，所述第二离合器与所述第四离合器处于结合状态时，所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转速耦合模式；
当所述第二离合器与所述第四离合器处于断开状态，所述第一离合器与所述第三离合器处于结合状态时，所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在转矩定向分配模式；
当所述第一离合器与所述第二离合器处于断开状态，所述第三离合器与所述第四离合器处于结合状态时，所述使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在倒车模式；
使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其仅采用四组可控离合器，配合机械式单向离合器的使用，可实现五种工作模式：主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式、双电机转速耦合模式、转矩定向分配模式、倒车模式。
2.如权利要求1所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述主电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与所述右法兰、所述右半轴一同布置在所述正齿轮差速器一侧；所述主电机产生的转矩通过主电机转子输出轴输出；所述右半轴从所述主电机中心空套穿出；所述副电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与所述左法兰、所述左半轴一同布置在所述正齿轮差速器另一侧；所述副电机产生的转矩通过副电机转子输出轴输出；所述左半轴从所述副电机中心空套穿出。
3.如权利要求2所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述正齿轮差速器，是一个采用圆柱行星齿轮的紧凑型差速器，其包括：左太阳轮，与所述左半轴内端花键连接；右太阳轮，与所述右半轴内端花键连接；左行星轮，与所述左太阳轮外啮合传动；右行星轮，与所述右太阳轮外啮合传动，同时与所述左行星轮外啮合传动；左行星架，用于旋转支撑所述左行星轮、所述右行星轮；右行星架，用于旋转支撑所述左行星轮、所述右行星轮；所述左行星架和所述右行星架通过销钉固连为一体，组成差速器壳；推力滚针轴承，安装在所述左太阳轮与所述右太阳轮之间。
4.如权利要求3所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述主减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第一太阳轮，与所述主电机转子输出轴花键连接；第一行星轮，与所述第一太阳轮外啮合；第一齿圈，与所述第一行星轮内啮合；第一行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第一行星轮；第一左行星架，用于旋转支撑所述第一行星齿轮轴，并与所述右行星架固定连接；第一右行星架，用于旋转支撑所述第一行星齿轮轴，并旋转支撑在主电机壳体上；所述第一左行星架与所述第一右行星架通过销钉固定连接为一体。
5.如权利要求4所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述副减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，其包括：第四太阳轮，与所述副电机转子输出轴花键连接；第四齿圈，与所述副壳体固定连接；第四行星轮，与所述第四太阳轮、所述第四齿圈同时啮合传动；第四行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第四行星轮；第四左行星架，用于旋转支撑所述第四行星齿轮轴，并旋转支撑在副电机壳体上；第四右行星架，用于旋转支撑所述第四行星齿轮轴；所述第四左行星架与所述第四右行星架通过销钉固定连接为一体。
6.如权利要求5所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述TV机构，其主体是一个等特征参数的双排单级行星齿轮机构，并布置在所述副减速器与所述正齿轮差速器之间，包括：第三太阳轮，通过滚针轴承旋转支撑在所述左半轴上；第三齿圈，与所述第四右行星架固定连接；第三行星轮，与所述第三太阳轮、所述第三齿圈同时啮合传动；第三行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第三行星轮；第三左行星架，用于旋转支撑所述第三行星齿轮轴；第三右行星架，用于旋转支撑所述第三行星齿轮轴；第二太阳轮，通过滚针轴承旋转支撑在所述左半轴上，并与所述第三太阳轮尺寸参数完全一致，且整体制造成一双联齿轮轴；第二齿圈，与所述副壳体固定连接；第二行星轮，与所述第二太阳轮、所述第二齿圈同时啮合传动；第二行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第二行星轮；第二左行星架，用于旋转支撑所述第二行星齿轮轴；第二右行星架，用于旋转支撑所述第二行星齿轮轴；所述第二左行星架与所述第二右行星架通过销钉固定连接为一体。
7.如权利要求1所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述左法兰，与所述左半轴外端花键连接，将所述左半轴的转矩输出至汽车左侧车轮；左端固定螺母在所述左法兰外侧中心与所述左半轴螺纹连接，使所述左法兰轴向固定；所述右法兰，与所述右半轴外端花键连接，将所述右半轴的转矩输出至汽车右侧车轮；右端固定螺母在所述右法兰外侧中心与所述右半轴螺纹连接，使所述右法兰轴向固定。
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