CN114929495A

CN114929495A - 安装有多个电动机的车轴，特别是机动车轴

Info

Publication number: CN114929495A
Application number: CN201980101426.7A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·巴里约; 贝特朗·科万; 让·泰拉特; 塞尔日·瓦南蒂
Original assignee: Volvo Truck Corp
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2022-08-19
Also published as: US11850929B2; US20220396136A1; EP4048539C0; WO2021078388A1; EP4048539B1; EP4048539A1

Abstract

本发明涉及一种车轴，其包括：‑差速器；‑动力总成，该动力总成包括第一电动机(EM1)和第二电动机(EM2)；‑第一传动元件，该第一传动元件在第一电动机与所述差速器之间，该第一传动元件具有可变传动比；‑第二传动元件，该第二传动元件在第二电动机与所述差速器之间；其中，控制第二电动机在第一传动元件的换档期间提供其最大动力，以至少部分地补偿在换档中固有的动力损失。

Description

安装有多个电动机的车轴，特别是机动车轴

技术领域

本发明涉及一种其上安装有多个电动机的车轴，特别是一种机动车轴。这种类型的车轴旨在用于“全电动”车辆，即，以电力作为唯一能量源运行的车辆。

本发明可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是还可用在其它车辆中，例如乘用轿车、公共汽车和建筑设备。

背景技术

在车轴领域，US 5 289 890公开了一种用于电动车辆的动力总成，其中，第一电动机和第二电动机彼此平行地布置在车辆的前部中。第一电动机和第二电动机驱动公共的电动机轴，该电动机轴使反向驱动齿轮旋转。该反向驱动齿轮接合反向从动齿轮，该反向从动齿轮进而接合齿圈，使得与电动机轴的方向相同的方向上的旋转以降低的旋转速度传递到齿圈。该齿圈联接到差速器单元，通过该差速器单元，齿圈的旋转被传递到左驱动轴和右驱动轴，从而驱动车辆的前轮。

然而，这两个电动机共享同一个变速箱。

US 2014/0332301 A1公开了一种与上述公布文本中公开的动力总成相当的动力总成。然而，存在可以关闭其中一个电动机的附加离合器。在该公开文本中，两个电动机也共享同一个变速箱。此外，变速箱传动比是不可控的。

GB 2 451 246 A公开了一种动力总成系统，其包括两个电动机，每个电动机均设有其自己的变速箱。而且，两个电动机均与车辆差速器的冠轮接合。然而，该公布文本并未解决换档(动力换档)期间的扭矩损失问题。

US 2011/0098151 A1公开了一种混合动力总成，其包括横向安装在前部的内燃发动机、两个电机和具有多个齿轮的变速器。该内燃发动机经由扭力减振器连接到第一电机，该第一电机被旋转固定地连接到变速器的变速器输入轴。根据此发明，第二电机经由正齿轮装置连接到变速器的变速器输出轴。变速器的变速器输出轴由正齿轮装置连接到差速器，用于将驱动扭矩分配到机动车辆的两个前轮。也可以规定，第一电机和/或第二电机可以通过切换元件(优选通过爪形离合器)脱离，由此进一步减小了拖曳扭矩。

US 2011/0168469A公开了一种车辆，该车辆设有第一推进源、第二推进源和接口设备。第一推进源经由离合器连接到至少一个车轮，并且它旨在为车轮提供第一扭矩。该离合器旨在通过使第一推进源与至少一个车轮脱离而在换档的时间期间选择性地从车轮移除第一扭矩。第二推进源连接到该车轮。所述接口设备用于在换档期间控制从第二推进源向至少一个车轮提供第二扭矩。

尽管该公布文本公开了在换档期间填充扭矩的基本原理，但它不涉及包括两个电动机的动力总成系统：它涉及由电动机辅助的内燃发动机。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动车轴，特别是用于全电动车辆的电动车轴，其中，换档不会引起任何扭矩损失。这里的主要挑战是设计如下一种车轴：该车轴将设有至少两个电动机以在换档期间填充扭矩，而不会降低车轴的紧凑性。最后，理念是通过掩盖(masking)换档来提高驾驶舒适性。

该目的通过根据权利要求1所述的车轴来实现。

通过提供包括两个电动机的车轴，优点是可以控制其中一个电动机在换档期间提供额外动力，以便充分补偿换档中固有的动力损失。

在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其它优点和有利特征。

附图说明

参考附图，以下是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。

在这些图中：

图1是卡车的立体图，该卡车包括至少一个根据本发明的车轴；

图2至图4是处于三种不同的运行配置中的根据本发明的车轴的示意图。

具体实施方式

图1示出了卡车2，其包括两个车轴4和6，分别是前车轴4和后车轴6。

显然，在替代实施例中，该车辆可以包括一个或多个额外的后车轴。

这两个车轴4和6中的至少一个是机动的，即，包括至少一个电动机。在本示例中，我们认为只有前车轴4是机动的，即，车辆2是牵引车辆(其中，只有前车轴是机动的)。然而，本发明显然也适用于全轮驱动车辆和推进车辆(其中，只有后车轴是机动的)。

车轴4包括动力总成，该动力总成包括第一电动机EM1和第二电动机EM2。在本示例中，这两个电动机EM1和EM2是相同的，即，它们具有相同的特性(供电电压、运行电流、扭矩-速度特性等)。

有利地，电动机EM1和EM2是AC型电动机(同步的或异步的)。替代地，电动机EM1和EM2也可以是DC型电动机(有刷的)。更通常地，任何电动机都是合适的。

优选地，车轴4具有细长车轴主体(又名“车轴壳体”)。该车轴壳体是中空的。它包括一个中央部分和两个侧向部分，差速器(未示出)被容纳在该中央部分内，这两个侧向部分在该中央部分的两侧延伸。这两个侧向部分容纳连接到车轮W1和W2的两个输出轴。这种车轴壳体本身是已知的，这就是它未在附图中示出的原因。

通常，电动机EM1和EM2通过任何适当的手段(特别是通过螺栓连接)附接到车轴壳体。这样的紧固手段本身是已知的，这就是它们未在附图中示出的原因。替代地，电动机EM1和EM2的壳体与车轴壳体集成在一起：这两个壳体是一体的。

有利地，第一电动机EM1和第二电动机EM2相对于车轴4的纵向轴线X4偏移。

优选地，每个电动机EM1和EM2的旋转轴线平行于车轴4的纵向轴线X4。

第一传动元件8设置在第一电动机EM1与差速器之间，该第一传动元件8具有可变传动比。在本示例中，该第一传动元件8是具有齿轮减速机构的变速箱。

第一传动元件8包括位于电动机EM1的输出轴的端部处的小齿轮10。该小齿轮10与另一个更大直径的小齿轮12啮合。小齿轮12安装在平行连接的轴14(中间轴)的端部处，并且该轴14在相反端处包括另一个较小直径的小齿轮16。该另一个小齿轮16与更大直径的小齿轮18啮合。小齿轮18安装在轴20的端部处，沿着该轴20布置有第一小齿轮22和第二小齿轮24(在轴20的端部处)。

齿式离合器机构使轴20的旋转能够传递到小齿轮22或小齿轮24。该机构包括与轴20旋转地联接的环26。而且，环26能够沿着轴20在如图2所示的第一位置与如图3和图4所示的第二位置之间平移移动，在该第一位置，环26与小齿轮22旋转地连接，在该第二位置，环26与小齿轮24旋转地连接。

小齿轮24直接啮合在差速器的冠轮30上，而小齿轮22与副轴(或平行的)的端部处的小齿轮32啮合。该副轴在另一端部处具有与小齿轮24接合的小齿轮34，并因此形成额外的减速级。

在本示例中，第一传动元件8因此具有两个传动比(双速变速箱)。然而，很显然，在未示出的变型例中，变速箱8可以具有严格大于两个的齿轮数。

在图2的配置中，传动元件8的传动比(又名“速比”或“齿轮比”)相对重要，因为它适用于相当低的车辆速度。该传动比正是车辆开始移动或低速移动时选择的传动比。

相比之下，在图4的配置中，传动元件8的传动比较低，因为它适用于较高的车辆速度。该传动比正是在行驶情况下选择的传动比。

第二传动元件40设置在第二电动机EM2与差速器之间。

因此，应当理解，这两个电动机EM1和EM2与同一个差速器接合，即，由这两个电动机分别提供的两个扭矩都被传递到差速器的冠轮30。以本身已知的方式，该差速器以与遇到的阻力扭矩成比例的方式将由这两个电动机EM1和EM2传递的运动分配到与轮毂联接的输出轴。

优选地，电动机EM1和EM2及相关联的传动元件8和40被封装在车轴壳体内。替代地，它们可以在车轴壳体的外部：在这种情况下，该壳体将包括用于组装这些电动机的标准接口。

在本示例中，该第二传动元件40具有固定传动比。另一方面，作为一种变型例，可以想象第二传动元件40也将以变速箱的形式被提供，并且具有多个传动比(像第一传动元件8一样)。

有利地，第二传动元件40也是变速箱，但作为替代方案，可以想象任何其它类型的传动元件，例如滑轮-皮带系统、链传动系统等。这也适用于第一传动元件8。

优选地，该车轴还包括电源，例如电池或任何其它类型的电源，例如燃料电池(未示出)，以向电动机EM1和EM2二者提供电力。

当启动时，该车轴处于图2中所示的配置。在该配置中，两个电动机EM1和EM2旋转(参见图2上的箭头A1和A3)并将扭矩传递到差速器(参见箭头A2)，该扭矩是一方面由电动机EM1和另一方面由电动机EM2传递的两个扭矩的总和。变速箱8以其第一齿轮比运行。

当车辆加速时(即，在图3的配置中)，变速箱8自动改变齿轮比：环26因此从其第一位置移动到其第二位置。换言之，第一传动元件8的传动比根据车辆速度而自动变化(变速箱8不是手动变速箱)。

在该换档期间，控制第二电动机EM2提供额外动力，以便充分补偿换档中固有的动力损失(实际上，并且如图3所示，在换档期间，电动机EM1不向差速器传递任何扭矩)。这意味着，在换档期间，控制第二电动机EM2以提供比换档之前更多的动力。

有利地，所述额外动力约等于刚好在换档之前由第一电动机EM1提供(或输送)的动力，这意味着，换档不会产生任何不连续的点(由车轴动力总成提供的动力曲线保持平稳)并且驾驶员甚至感觉不到换档。换言之，如果在时间t1发生换档，则所述额外动力约等于由电动机EM1在时间t1-Δt时提供的动力。我们说“额外动力”是因为它在换档之前(在时间t1-Δt)被添加到已由电动机EM2提供的动力上。Δt的值取决于计算器的精度。

在实践中，控制第二电动机EM2以在第一传动元件8的换档期间提供过扭矩(over-torque)，所述过扭矩约等于刚好在换档之前由第一电动机EM1提供的扭矩。

然后，“刚好在换档之前”由第一电动机EM1供应的扭矩是在此考虑用于扭矩补偿(或扭矩填充)的扭矩。在显示扭矩相对于时间的演变的曲线上，它对应于在扭矩由于离合器脱开(unclutching)而降低到零或几乎为零之前的最后的点。换言之，它是离合器脱离之前一会儿(例如几毫秒)的电动机扭矩。

供应到第二电动机EM2的电流在换档期间增加，以便在第一传动元件8的换档期间提供所述过扭矩。通常，已知由电动机提供的扭矩与该电动机所吸收的电流的值成正比。

此外，并且鉴于换档通常发生在车辆加速时，供应到第二电动机EM2的电压在换档期间也增加，以便使车辆保持加速。

因此，在实践中，提供了ECU(未示出)来控制供应到第二电动机EM2的电流和/或电压的值。

提供同一个ECU(或另一个独立的ECU)来控制第一电动机EM1。这意味着电动机EM1和EM2的参数(例如速度、扭矩、所吸收的电流和电压)由ECU固定，这取决于驾驶员请求(油门)、路况(坡度等)和车辆的负载条件(重量)。

通常，电动机具有所谓的“标称动力”和“最大动力”(又名“峰值动力”)，该标称动力是能够在长时间段内提供的动力，该最大动力是不能超过的动力。通常，最大动力仅在很短的时间段(几秒钟的量级)内使用，以避免过度过热和损坏电动机部件。

通常不建议超过标称动力。在我们的应用中，它仅在扭矩要求很高的情况下(现在是在换档以补偿动力损失期间)被超过。换言之，在正常行驶条件下，由电动机EM1和EM2提供的各自动力保持低于或等于对应的标称动力。

在实践中，电动机EM1和EM2在车辆的整个运行范围内不在它们的标称动力下被使用。这意味着，在第一传动元件8的换档期间，由第二电动机EM2供应的动力并不总是等于其最大动力。它通常在标称动力与最大动力之间。只有在非常特殊的驾驶条件下(例如当车辆负载很大时或者当在斜坡上行驶时)才达到最大动力。

此外，在换档期间，第一电动机EM1并未完全停止，而是继续空转运行(无负载)。控制电动机EM1的所述ECU还执行速度同步，该速度同步的目的是使小齿轮24或22的速度与轴20的速度同步，从而能够使所述齿式离合器机构再次接合。在未示出的变型例中，所述齿式离合器机构包括同步器机构或同步器以实现速度的同步。

在换档完成之后，电动机EM1再次开始提供一定的动力，并且，由电动机EM1提供的动力减小。准确地说，如果在时间t2完成换档，则由电动机EM1提供的动力下降到一定动力，该动力等于由电动机EM2在时间t2-Δt处提供的动力减去由电动机EM1在时间t2处提供的动力。

应当理解，电动机EM1和EM2被控制以避免任何不连续的点(由车轴动力总成(即，由电动机EM1和EM1)提供的动力曲线保持平稳)。

而且，在本示例中，两个传动元件8和40具有不同的传动比。这意味着变速箱8的两个传动比均不同于变速箱40的传动比。对应的优点是该动力总成(包括两个电动机EM1、EM2以及传动元件8和40)提供了宽范围的速度和/或扭矩。

具体地，第二传动元件40的传动比高于第一传动元件8的第一传动比且低于第一传动元件8的第二传动比。

在本示例中，车辆2仅具有一个动力总成。替代地，在车辆将具有多个动力总成的情况下，车辆中的每个动力总成将优选是电动类型的，即，该车辆优选是“全电动的”。

应当理解，本发明不限于上文描述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。

Claims

1.车轴(2)，包括：

-差速器；

-动力总成，所述动力总成包括第一电动机(EM1)和第二电动机(EM2)；

-第一传动元件(8)，所述第一传动元件在所述第一电动机与所述差速器之间，所述第一传动元件具有可变传动比；

-第二传动元件(40)，所述第二传动元件在所述第二电动机与所述差速器之间；

其特征在于，所述第二电动机(EM2)被控制以在所述第一传动元件的换档期间提供额外动力，从而充分补偿在换档中固有的动力损失。

2.根据权利要求1所述的车轴，其特征在于，所述额外动力约等于刚好在所述换档之前由所述第一电动机(EM1)提供的动力。

3.根据权利要求1或2所述的车轴，其特征在于，所述第二电动机(EM2)被控制以在所述第一传动元件的换档期间提供过扭矩，所述过扭矩约等于刚好在所述换档之前由所述第一电动机(EM1)提供的扭矩。

4.根据任一前述权利要求所述的车轴，其特征在于，在换档期间，供应到所述第二电动机(EM2)的电流增加，以在所述第一传动元件的换档期间提供过扭矩。

5.根据任一前述权利要求所述的车轴，其特征在于，所述第二传动元件(40)具有固定传动比。

6.根据任一前述权利要求所述的车轴，其特征在于，两个传动元件(8，40)具有不同的传动比。

7.根据任一前述权利要求所述的车轴，其特征在于，所述第一传动元件(8)具有两个传动比。

8.根据前一权利要求所述的车轴，其特征在于，所述第二传动元件(40)具有在所述第一传动元件(8)的第一传动比和第二传动比之间的传动比。

9.根据任一前述权利要求所述的车轴，其特征在于，所述第一电动机(EM1)和所述第二电动机(EM2)相对于所述车轴的纵向轴线(X4)偏移。

10.根据前述权利要求中的一项所述的车轴，其特征在于，所述第一电动机(EM1)和所述第二电动机(EM2)布置在车轴壳体的内部。

11.根据前述权利要求中的一项所述的车轴，其特征在于，所述第一传动元件(8)的传动比根据所述车辆的速度而自动变化。

12.根据上述权利要求中的一项所述的车轴，其特征在于，每个电动机(EM1，EM2)的旋转轴线平行于所述车轴的纵向轴线(X4)。

13.车辆(2)，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的车轴(4)。

14.根据前一权利要求所述的车辆，其特征在于，所述车辆的每个动力总成均是电动类型的。