CN113696676A - 使用行星排加双联齿轮的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行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，包括主电机、副电机、锥齿轮差速器、左半轴、右半轴、第一行星排、第二行星排、双联齿轮机构、第一离合器、第二离合器等。主电机和副电机分别与第一行星排和第二行星排的输入端连接；第一行星排和第二行星排的输出端分别与差速器壳体、双联齿轮机构输入端相连；双联齿轮机构输出端与差速器壳体连接；第一离合器用于使第二行星架固定或使第二行星排自锁；第二离合器用于使第二行星架或第二太阳轮与左半轴连接。本发明通过控制第一离合器和第二离合器，即可实现主电机单独驱动、双电机转矩耦合驱动以及转矩定向分配三种驱动模式。

Description

使用行星排加双联齿轮的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，特别涉及一种高集成的使用行星排加双联齿轮的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转矩定向分配机构，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，在车用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，可使得汽车在所需驱动力矩较小时，切换至主电机单独驱动；在所需驱动力矩较大时，切换至双电机转矩耦合模式。从而提高驱动电机的负载荷率，提高驱动电机的高效区间利用率，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并联耦合驱动，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”(CN106965659A)和“一种带有转矩定向分配功能的双电机耦合驱动桥”(CN106965662A)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，通过控制四组离合器的切换，使平时直线行驶闲置的TV控制电机转化为可以参与驱动的助力电机，实现两个电机的转矩耦合模式驱动。一方面，可以在汽车爬坡，急加速等转矩需求较大的工况下，用TV电机参与联合驱动，改善车辆动力性；另一方面，联合驱动时通过对两个电机转矩的分配和调节，充分发挥各自高效率区间，实现更为节能高效的驱动行驶。但是该技术方案需要共计采用四组离合器、七个行星排，存在结构复杂、轴向长度大、控制难度高的技术问题。
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行星排加双联齿轮的高集成转矩定向分配电动驱动桥，其仅采用两组可控多片离合器，配合两个行星排加双联齿轮的使用，结构紧凑、执行器少，可实现三种工作模式：主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式以及转矩定向分配模式。该驱动桥通过切换不同工作模式，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行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，其结构紧凑，可实现三种工作模式：主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式以及转矩定向分配模式。通过控制两组离合器的工作状态，所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥能在三种工作模式间切换，满足车辆多种驱动需求。
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。
在双电机转矩耦合模式下，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。且通过对两个电机驱动转矩的分配，可以充分发挥各自高效率区间，实现更为节能高效的驱动行驶。
在转矩定向分配模式下，所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥输出的驱动转矩能在两侧半轴(驱动车轮)间任意分配，克服了传统开放式差速器“差速不差扭”的缺陷，能有效根据各种工况下对整车行驶动力学需求，提高汽车的操纵稳定性、过弯经济性和驾驶乐趣、非良好路面通过性，提升电动汽车综合性能。
为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种使用行星排加双联齿轮的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，或充当助力电机，用于与主电机转矩耦合，共同驱动汽车行驶；
左法兰；
右法兰；
左半轴；
右半轴；
锥齿轮差速器，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；
双联齿轮机构，用于将传递其上的转矩减速增扭后传递至所述锥齿轮差速器上。
第一行星排，用于将所述主电机输出转矩进行减速增扭后输出；
第一离合器，用于控制所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥切换至双电机转矩耦合模式；
第二离合器，用于控制所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥切换至转矩定向分配模式；
第二行星排，用于在所述第一离合器和所述第二离合器的联合控制下，将所述副电机输出转矩转化为一对反向不等大的力矩后分别施加到所述左半轴与所述双联齿轮机构上，或者将所述副电机输出转矩减速增扭后传递至所述双联齿轮机构上；
主壳体，用于容置所述第一行星排、所述第二行星排、所述锥齿轮差速器、所述双联齿轮机构等，并固定所述主电机和所述副电机。
所述主电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，其包括：主电机转子输出轴、主电机定子、主电机壳体；所述主电机与所述右法兰、所述右半轴一同布置在所述锥齿轮差速器一侧；所述主电机产生的转矩通过所述主电机转子输出轴输出；所述主电机壳体通过螺栓固定在所述主壳体右侧，其形成的内部空腔用于容置所述主电机定子和所述主电机转子输出轴；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所述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，其包括：副电机转子输出轴、副电机定子、副电机壳体；所述副电机与所述左法兰、所述左半轴一同布置在所述锥齿轮差速器另一侧；所述副电机产生的转矩通过所述副电机转子输出轴输出；所述副电机壳体通过螺栓固定在所述主壳体左侧，其形成的内部空腔用于容置所述副电机定子和所述副电机转子输出轴；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所述副电机壳体通过橡胶密封圈密封。
所述锥齿轮差速器，其主体是一个由行星圆锥齿轮机构所构成的差速器，包括：左太阳锥齿轮，与所述左半轴内端花键连接；右太阳锥齿轮，与所述右半轴内端花键连接；行星锥齿轮，圆周均匀布置偶数个，并与所述左太阳锥齿轮、所述右太阳锥齿轮啮合传动；十字行星架，用于旋转支撑所述行星锥齿轮；差速器壳体，用于固定所述十字行星架。
所述第一行星排，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；第一齿圈，与所述主壳体固定连接；第一行星轮，与所述第一太阳轮、所述第一齿圈同时啮合传动；第一行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第一行星轮；第一行星架，右侧旋转支撑在所述主电机壳体上，用于旋转支撑所述第一行星齿轮轴，左侧与所述差速器壳体固定连接。
优选的是，所述第一齿圈与所述主壳体花键连接。
优选的是，所述第一行星架与所述差速器壳体右侧花键连接。
所述第二行星排，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第二太阳轮，与所述副电机转子输出轴花键连接；第二行星轮，与所述第二太阳轮外啮合传动；第二齿圈，与所述第二行星轮内啮合传动；第二行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第二行星轮；第二行星架，用于旋转支撑所述第二行星齿轮轴。
所述双联齿轮机构，包括第一齿轮，其与所述第二齿圈固定连接；第二齿轮，其与所述差速器壳体左侧固定连接；双联齿轮，其左侧大齿轮与所述第一齿轮外啮合传动，右侧小齿轮与所述第二齿轮外啮合传动；双联齿轮轴，用于旋转支撑所述双联齿轮，并固定在所述主壳体上；为保证当驱动桥切换至转矩矢量分配模式时，转矩增大一侧半轴的转矩增大量等于转矩减小一侧半轴的转矩减小量，对于所述双联齿轮机构齿轮齿数的要求为：
Figure BDA0003248745370000071
其中Z1为所述第一齿轮的齿数，其中Z2为所述双联齿轮左侧大齿轮的齿数，其中Z3为所述双联齿轮右侧小齿轮的齿数，其中Z4为所述第二齿轮的齿数，k2为所述第二行星排的行星排特征参数。
优选的是，所述第一齿轮与所述第二齿圈通过螺栓固定连接，所述第二齿轮与所述差速器壳体制成一体。
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，所述右法兰与所述主电机壳体间通过橡胶密封圈密封。
所述第一离合器，其主动部分与所述副电机壳体固定连接，其从动部分与所述第二行星架左侧制成一体；
所述第二离合器，其主动部分与所述左半轴花键连接，其从动部分与所述第二行星架右侧制成一体。
一种使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，可实现三种工作模式：主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式以及转矩定向分配模式。通过控制离合器的工作状态，所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥能在三种工作模式间切换。其工作原理如下：
当所述使用行星排加双联齿轮的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，所述第二离合器均处于断开状态，此时所述主电机输出转矩驱动汽车行驶，所述副电机不参与传动，维持静止状态；在该模式下所述主电机输出的转矩经所述第一行星排减速增扭后传递至所述锥齿轮差速器上，并经所述锥齿轮差速器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均为
Figure BDA0003248745370000091
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。
当所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式时，所述第一离合器处于结合状态，所述第二离合器处于断开状态，所述主电机与所述副电机同时输出转矩，经耦合叠加后共同驱动汽车行驶；在该模式下所述主电机正向旋转输出正转矩，输出的转矩经所述第一行星排减速增扭后传递至所述锥齿轮差速器上，并经所述锥齿轮差速器平均分配给左右半轴；所述副电机反向旋转输出负转矩，输出的转矩经所述第二行星排、所述双联齿轮机构后传递至所述锥齿轮差速器上，并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均为
Figure BDA0003248745370000092
其中，Z1为所述第一齿轮的齿数，Z2为所述双联齿轮左侧大齿轮的齿数，Z3为所述双联齿轮右侧小齿轮的齿数，Z4为所述第二齿轮的齿数，k2为所述第二行星排的行星排特征参数，Tm2为所述副电机输出的转矩(此时Tm2为负)。
当所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥工作在转矩定向分配模式时，所述第二离合器处于结合状态，所述第一离合器处于断开状态。在该模式下，所述主电机输出的转矩经所述第一行星排减速增扭后传递到所述锥齿轮差速器上，并平均分配给左右半轴驱动汽车行驶；所述副电机输出的转矩经过所述第二行星排转化为一对不等大反向的力矩，其中一个力矩直接传递至所述左半轴，另一个力矩经所述双联齿轮机构中两对同时外啮合的齿轮后转化为与传递至所述左半轴的力矩等大反向的力矩后，施加到所述差速器壳体上，经所述锥齿轮差速器平均分配给左右半轴，由此实现左右半轴的转矩定向分配。此时，所述左半轴输出的转矩为
Figure BDA0003248745370000101
所述右半轴输出的转矩为：
Figure BDA0003248745370000102
所述左半轴转矩和所述右半轴转矩增量大小相等、方向相反。此时左右半轴力矩定向分配方向取决于副电机200输出的转矩方向，当副电机200输出正向转矩时(设汽车前进时主电机100的旋转方向为正)，左半轴801转矩增大，右半轴820转矩减小；当副电机200输出反向转矩时，左半轴801转矩减小，右半轴820转矩增大。
本发明的有益效果是：
1.本发明所述的使用行星排加双联齿轮的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.本发明所述的使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，使用单个行星排加一个双联齿轮机构，且仅仅通过对两个离合器的控制，即可实现三种工作模式，整体集成度高、结构紧凑、执行元件少，提高了汽车的底盘空间利用率和工作可靠性。
3.本发明所述的使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，还能实现主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式两种工作模式。在汽车所需驱动力矩较小的工况下，所述驱动桥切换至主电机单独驱动模式，主电机单独驱动汽车行驶，可有效提高主电机的负载率，使主电机工作在高效区间，提高汽车的经济性。在汽车所需驱动力矩较大的工况下，所述驱动桥切换至双电机转矩耦合模式，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，另外，通过对两个电机耦合功率的分配和调节，充分发挥各自高效率区间，实现更为节能高效的驱动行驶。
附图说明
图1为本发明所述的使用行星排加双联齿轮的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行星排加双联齿轮的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行星排加双联齿轮的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行星排加双联齿轮的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行星排加双联齿轮的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增大转矩时的转矩流示意图。
图6为本发明所述的使用行星排加双联齿轮的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增大转矩时的转矩流示意图。
图7为本发明所述的使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥在转矩定向分配模式下副电机工作模式的四象限图。
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使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥的一种实施例。
如图1、图2所示，所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，主要包括：主电机100、副电机200、左法兰803、右法兰804、左半轴801、右半轴802、锥齿轮差速器600、双联齿轮机构500、第一行星排300、第二行星排400、第一离合器710、第二离合器720、主壳体901。
主壳体901，用于容置第一行星排300、第二行星排400、锥齿轮差速器600、双联齿轮机构500等，并固定主电机100、副电机200。
主电机100是一个空心轴内转子永磁同步电机，与右法兰804、右半轴802一同布置在锥齿轮差速器600右侧；主电机100产生的转矩通过主电机转子输出轴103输出；主电机壳体101通过螺栓903固定在主壳体901右侧，内部容置主电机定子102和主电机转子输出轴103；右半轴802从主电机100中心空套穿出，主电机转子输出轴103与主电机壳体101左侧中心通孔通过橡胶密封圈三809密封。
副电机200是一个空心轴内转子永磁同步电机，与左法兰803、左半轴801一同布置在锥齿轮差速器600左侧；副电机200产生的转矩通过副电机转子输出轴203输出；副电机壳体201通过螺栓902固定在主壳体901左侧，内部容置副电机定子202和副电机转子输出轴203；左半轴801从副电机200中心空套穿出，副电机转子输出轴203与副电机壳体201右侧中心通孔通过橡胶密封圈二808密封。
锥齿轮差速器600是一个由行星圆锥齿轮机构所构成的差速器，主要包括：左太阳锥齿轮601，与左半轴801内端花键连接；右太阳锥齿轮602，与右半轴802内端花键连接；行星锥齿轮603，数量为四，均匀布置在十字行星架604上，并与左太阳锥齿轮601、右太阳锥齿轮602啮合传动；十字行星架604，用于旋转支撑行星锥齿轮603；差速器壳体605，中间加工有通孔用于安装固定十字行星架604，壳体左侧加工为第二齿轮502，壳体右侧加工有外花键。
第一行星排300是一个单排单级行星齿轮机构，主要包括：第一太阳轮301，与主电机转子输出轴103花键连接；第一齿圈303，与主壳体901通过花键固定连接；第一行星轮302，与第一太阳轮301、第一齿圈303同时啮合传动；第一行星齿轮轴304，用于旋转支撑第一行星轮302；第一行星架305，右侧旋转支撑在主电机壳体103上，用于旋转支撑第一行星齿轮轴304，左侧加工有内花键与差速器壳体605右侧外花键连接。
第二行星排400是一个单排单级行星齿轮机构，主要包括：第二太阳轮401，与副电机转子输出轴203花键连接；第二行星轮402，与第二太阳轮401外啮合传动；第二齿圈403，其左侧加工为齿圈与第二行星轮402内啮合传动，右侧加工有螺纹孔；第二行星齿轮轴404，用于旋转支撑第二行星轮402；第二行星架405，用于旋转支撑第二行星齿轮轴404，另外，其左侧加工有内花键，充当第一离合器710从动部分，其右侧加工有内花键，充当第二离合器720从动部分。
双联齿轮机构500，包括第一齿轮501，其与第二齿圈403右侧的螺纹孔通过螺栓506固定连接；第二齿轮502，其与差速器壳体605制成一体；双联齿轮503，通过滚针轴承一505与滚针轴承二506旋转支撑在双联齿轮轴504上，另外其左侧大齿轮与第一齿轮501外啮合连接，右侧小齿轮与第二齿轮502外啮合传动；双联齿轮轴504固定在主壳体901上；为保证当驱动桥切换至转矩矢量分配模式时，转矩增大一侧半轴的转矩增大量等于转矩减小一侧半轴的转矩减小量，对于双联齿轮机构500齿轮齿数的要求为：
Figure BDA0003248745370000141
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左侧中心通孔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804轴向固定；右法兰804与主电机壳体101右侧中心通孔间通过橡胶密封圈四810密封。
第一离合器710，其主动部分711与副电机壳体201右侧固定连接，其从动部分与第二行星架405左侧制成一体；
第二离合器720，其主动部分721与左半轴801花键连接，其从动部分与第二行星架405右侧制成一体。
下面结合附图对本发明所述使用行星排加双联齿轮的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，当所述使用行星排加双联齿轮的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均处于断开状态，此时主电机100输出转矩，副电机200不参与传动,维持静止状态。在该模式下主电机100输出的转矩经第一行星排300减速增扭后传递至锥齿轮差速器600上，并经锥齿轮差速器600平均分配给左右半轴。此时，左半轴801与右半轴802输出的转矩为
Figure BDA0003248745370000151
如图4所示，当所述使用行星排加双联齿轮的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处于结合状态，第二离合器720处于断开状态，此时主电机100与副电机200同时输出转矩。在该模式下主电机100正向旋转输出的正向(设汽车前进时主电机100的旋转方向为正)转矩经第一行星排300减速增扭后传递至锥齿轮差速器600上，并经锥齿轮差速器600平均分配给左右半轴；副电机200反向旋转输出的反向转矩经第二行星排400、双联齿轮机构500减速增扭后传递至锥齿轮差速器600上，并平均分配给左右半轴。此时，左半轴801与右半轴802输出的转矩为
Figure BDA0003248745370000161
其中，Tm2为所述副电机输出的转矩(此时Tm2为负)。
如图5、图6所示，当所述使用行星排加双联齿轮的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处于结合状态，第一离合器710处于断开状态。在该模式下，主电机100输出的转矩经第一行星排300减速增扭后传递到锥齿轮差速器600上，并平均分配给左右半轴；而副电机200输出的转矩经过第二行星排400转化为一对不等大反向的力矩，其中一个从第二行星架405右侧传出的力矩经第二离合器720直接传递至左半轴801上，另一个从第二齿圈403传出的力矩，经双联齿轮机构500中两对同时外啮合的齿轮后，转化为与上述传递至左半轴801上的力矩等大反向的力矩后，施加到差速器壳体605上，然后经锥齿轮差速器600平均分配给左右半轴，由此实现左右半轴的转矩定向分配。此时，左半轴801输出的转矩为
Figure BDA0003248745370000162
右半轴802输出的转矩为：
Figure BDA0003248745370000163
此时左右半轴力矩定向分配方向取决于副电机200输出的转矩方向，当副电机200正向旋转输出正向转矩时(设汽车前进时主电机100的旋转方向为正)，左半轴801力矩增大，右半轴820力矩减小；当副电机200反向旋转输出反向转矩时，左半轴801力矩减小，右半轴820力矩增大。
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7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。此时启动转矩定向分配模式，则副电机的转速为正，若此时副电机输出正向转矩，则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。
同理，如图7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。此时启动转矩定向分配模式，则副电机的转速为负，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。
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 (10)

1.一种使用行星排加双联齿轮的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，或充当助力电机，用于与所述主电机转矩耦合，共同驱动汽车行驶；
左法兰；
右法兰；
左半轴；
右半轴；
锥齿轮差速器，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；
双联齿轮机构，用于将传递其上的转矩减速增扭后传递至所述锥齿轮差速器上；
第一行星排，用于将所述主电机输出转矩进行减速增扭后输出；
第一离合器，用于控制所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥切换至双电机转矩耦合模式；
第二离合器，用于控制所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥切换至转矩定向分配模式；
第二行星排，用于在所述第一离合器和所述第二离合器的联合控制下，将所述副电机输出转矩转化为一对反向不等大的力矩后分别施加到所述左半轴与所述双联齿轮机构上，或者将所述副电机输出转矩减速增扭后传递至所述双联齿轮机构上；
主壳体，用于容置所述第一行星排、所述第二行星排、所述锥齿轮差速器、所述双联齿轮机构等，并固定所述主电机和所述副电机。
2.如权利要求1所述一种使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，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，其包括：主电机转子输出轴、主电机定子、主电机壳体；所述主电机与所述右法兰、所述右半轴一同布置在所述锥齿轮差速器一侧；所述主电机产生的转矩通过所述主电机转子输出轴输出；所述主电机壳体通过螺栓固定在所述主壳体右侧，其形成的内部空腔用于容置所述主电机定子和所述主电机转子输出轴；所述右半轴从所述主电机中心空套穿出。
3.如权利要求1所述一种使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述副电机，是一个空心轴内转子永磁同步电机，其包括：副电机转子输出轴、副电机定子、副电机壳体；所述副电机与所述左法兰、所述左半轴一同布置在所述锥齿轮差速器另一侧；所述副电机产生的转矩通过所述副电机转子输出轴输出；所述副电机壳体通过螺栓固定在所述主壳体左侧，其形成的内部空腔用于容置所述副电机定子和所述副电机转子输出轴；所述左半轴从所述副电机中心空套穿出。
4.如权利要求1所述一种使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述锥齿轮差速器，其主体是一个由行星圆锥齿轮机构所构成的差速器，其包括：左太阳锥齿轮，与所述左半轴内端花键连接；右太阳锥齿轮，与所述右半轴内端花键连接；行星锥齿轮，圆周均匀布置偶数个，并与所述左太阳锥齿轮、所述右太阳锥齿轮同时啮合传动；十字行星架，用于旋转支撑所述行星锥齿轮；差速器壳体，用于固定所述十字行星架。
5.如权利要求1所述一种使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述第一行星排，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，其包括：第一太阳轮，与所述主电机转子输出轴花键连接；第一齿圈，与所述主壳体固定连接；第一行星轮，与所述第一太阳轮、所述第一齿圈同时啮合传动；第一行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第一行星轮；第一行星架，右侧旋转支撑在所述主电机壳体上，用于旋转支撑所述第一行星齿轮轴，左侧与所述差速器壳体固定连接。
6.如权利要求1所述一种使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述第二行星排，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，其包括：第二太阳轮，与所述副电机转子输出轴花键连接；第二行星轮，与所述第二太阳轮外啮合传动；第二齿圈，与所述第二行星轮内啮合传动；第二行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第二行星轮；第二行星架，用于旋转支撑所述第二行星齿轮轴。
7.如权利要求1所述一种使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述双联齿轮机构，其包括：第一齿轮，其与所述第二齿圈固定连接；第二齿轮，其与所述差速器壳体左侧固定连接；双联齿轮，其左侧大齿轮与所述第一齿轮外啮合传动，其右侧小齿轮与所述第二齿轮外啮合传动；双联齿轮轴，用于旋转支撑所述双联齿轮，并固定在所述主壳体上；
为保证当驱动桥切换至转矩矢量分配模式时，转矩增大一侧半轴的转矩增大量等于转矩减小一侧半轴的转矩减小量，对于所述双联齿轮机构齿轮齿数的要求为：
Figure FDA0003248745360000041
其中Z1为所述第一齿轮的齿数，其中Z2为所述双联齿轮左侧大齿轮的齿数，其中Z3为所述双联齿轮右侧小齿轮的齿数，其中Z4为所述第二齿轮的齿数，k2为所述第二行星排的行星排特征参数。
8.如权利要求1所述一种使用行星排加双联齿轮的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。
9.如权利要求1所述一种使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述第一离合器，其主动部分与所述副电机壳体固定连接，其从动部分与所述第二行星架左侧制成一体；所述第二离合器，其主动部分与所述左半轴花键连接，其从动部分与所述第二行星架右侧制成一体。
10.如权利要求1所述一种使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，其特征还在于，包括：
当所述使用行星排加双联齿轮的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，所述第二离合器均处于断开状态，此时所述主电机输出转矩驱动汽车行驶，所述副电机不参与驱动，维持静止状态；
当所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式时，所述第一离合器处于结合状态，所述第二离合器处于断开状态，此时所述主电机与所述副电机同时输出转矩，共同驱动汽车行驶；
当所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥工作在转矩定向分配模式时，所述第二离合器处于结合状态，所述第一离合器处于断开状态，此时所述主电机输出转矩驱动汽车行驶，所述副电机转速随动，但其输出转矩实现转矩在左右驱动轮间的转移，转移的方向取决于所述副电机输出转矩的正负。
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