CN115891600A - 高集成模块化中央电驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高集成模块化中央电驱动桥，其中包括电驱动桥、控制所述电驱动桥工作的控制单元、轮边传动轴、两个轮组及两个悬架，所述电驱动桥吊装在车架上，所述电驱动桥的主减速器的输出齿轮两侧安装两个所述轮边传动轴，各所述轮边传动轴的外侧端分别安装有所述轮组，所述电驱动桥与各所述轮组之间分别连接有所述悬架。本发明高集成模块化中央电驱动桥的结构设计简单、免维护、占用空间小，更有利整车布置、模块化设计及车型轴数的扩展，能够满足窄体高机动越野底盘的使用需求。

Description

高集成模块化中央电驱动系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤指一种用于多轴重型特种车辆的高集成模块化中央电驱动系统。

背景技术

为了提高多轴重型车辆动力性、经济性，以及适应车辆电气化和智能化的发展趋势，整车动力驱动方案逐渐朝电驱动方向发展。

电驱动主要包括中央桥驱、轮驱和电动轮三种型式。对于窄体底盘，受整车宽度限制，轮驱的单个车轮配置一个电机或者电机加减速箱的方案难以布置。电动驱受到散热、润滑、簧下质量增大带来的影响等难题的限制，目前技术成熟度还不够成熟，应用较少。中央桥驱成为了窄体底盘首选的驱动方案。

中央电驱动桥一般包括驱动电机、主减速箱及变速箱。其优点是横向占用空间减小，可适应窄体底盘的空间布置需求；其次，其驱动模式区别于轮驱和电动驱，由于其带有主减速箱和变速箱，因此其可以大大减小驱动电机的输出扭矩需求，进而可减小驱动电机的体积，更利于整车的布置；此外，中央电驱动桥配有差速器，与传动机械驱类似，同桥左右轮之间可通过机械结构实现差速，省去了轮驱、电动轮的左右轮的协调控制部分。

鉴于此，如何设计一种采用中央电驱动桥的结构简单、免维护、占用空间小，更有利整车布置、模块化设计及车型轴数可扩展的高集成模块化中央电驱动系统是本发明人潜心研究的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高集成模块化中央电驱动系统，其结构设计简单、免维护、占用空间小，更有利整车布置、模块化设计及车型轴数的扩展，能够满足窄体高机动越野底盘的使用需求。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种高集成模块化中央电驱动系统，其中包括电驱动桥、控制所述电驱动桥工作的控制单元、轮边传动轴、两个轮组及两个悬架，所述电驱动桥吊装在车架上，所述电驱动桥的主减速器的输出齿轮两侧安装两个所述轮边传动轴，各所述轮边传动轴的外侧端分别安装有所述轮组，所述电驱动桥与各所述轮组之间分别连接有所述悬架。

本发明高集成模块化中央电驱动系统，其中所述电驱动桥通过所述主减速器的壳体吊装于所述车架下面。

本发明高集成模块化中央电驱动系统，其中所述悬架包括导向机构和减震机构，所述导向机构安装于所述主减速器与所述轮组之间，所述减震机构安装于所述车架与所述导向机构之间。

本发明高集成模块化中央电驱动系统，其中所述导向机构包括上下布置的上横臂和下横臂，所述上横臂和下横臂的内侧端分别通过销轴与所述主减速器的壳体连接，所述上横臂和下横臂的外侧端分别通过球铰与一所述轮组连接。

本发明高集成模块化中央电驱动系统，其中所述上横臂和下横臂的长度不相等。

本发明高集成模块化中央电驱动系统，其中所述减震机构的上端通过可拆卸连接件与所述车架连接，所述减震机构的下端通过销轴与所述下横臂连接。

本发明高集成模块化中央电驱动系统，其中所述减震机构采用螺旋弹簧减震器，所述螺旋弹簧减震器所使用的螺旋弹簧为变丝径螺旋弹簧。

本发明高集成模块化中央电驱动系统，其中还包括由所述控制单元控制的冷却系统，所述冷却系统通过管路与所述电驱动桥连通。

本发明高集成模块化中央电驱动系统，其中还包括由所述控制单元控制充放电、用于给所述电驱动桥供电的储能单元，所述储能单元通过线缆与所述电驱动桥连接。

本发明高集成模块化中央电驱动系统，其中所述冷却系统、储能单元安装于所述电驱动桥上方正对的所述车架上。

采用上述方案后，本发明高集成模块化中央电驱动系统具有以下有益效果：

1、本发明中央电驱动系统是一个独立的完整模块，可根据车辆的轴数进行任意扩展。各电驱动桥之间可独立控制，在爬坡、急加速、高速工况时全桥驱动，在驱动力需求较小时可切断某些桥的驱动，实现动力的合理配置。

2、本发明通过主减速器的壳体吊装至车架下面，通过悬架的导向机构(上横臂、下横臂)直接与主减速器的壳体连接，这种整体结构的设计省去了摆臂支架结构，其结构更加简单紧凑，集成度更高，降低了系统的重量；将悬架的导向机构外侧端通过球铰与轮组连接，实现了车轮的跳动和转向的自由度。

3、本发明省去了传统车辆传动系统的分动箱、主传动轴等系统或部件，大大精简了系统的结构，节省了整车的安装空间，提高了模块化程度。该中央电驱动系统区别于轮驱，其将单个驱动电机中置，驱动电机的动力通过减速箱、主减速器、轮边传动轴传递至轮组，实现电能向机械能的转化。左、右轮靠机械式的差速器实现左、右轮的力矩分配和转速自适应控制，省掉了轮驱的左、右轮的协同控制，降低了整车控制的难度。

4、本发明中央电驱动系统配置控制单元可实现对电驱动桥的驱动力控制、驱动冷却控制、储能单元的充放电控制、高低压配电控制。相比各部件独立控制的方案，在集成度、轻量化、布置空间、可靠性等方面具有更大的优势，简化连接电缆和冷却管路，减少故障点，提高可靠性。

5、本发明通过减速箱、主减速器以及轮边传动轴的三级减速增扭，可大大减小电机的输出扭矩指标要求，减小驱动电机的体积和重量，更有利于整车布置。单个中央电驱动系统可提供的驱动扭矩可达30000Nm，满足最高车速、爬坡、急加速等极限工况下的整车指标要求。

6、本发明的悬架采用螺旋弹簧减震器和双横臂的连接结构，其集成度高、模块化程度高。该悬架可实现全寿命周期免维护，提高电驱动桥的可靠性。

7、导向机构为不等长上、下横臂结构，轴孔内装有轴承，同时设计环形槽的润滑油道，为横臂与销轴配合处提供充分的润滑，保证横臂摆动平顺。上横臂、下横臂外侧采用球铰与转向节连接，满足转向和轮跳运动的角度需求。行车工况悬架上、下跳行程设置机械限位，保证轮跳量的同时，防止运动部件的干涉以及螺旋弹簧过载，提高了系统安全性，满足车辆高速行驶的要求。

附图说明

图1是本发明高集成模块化中央电驱动系统的工作原理图；

图2是本发明的一个实施例高集成模块化中央电驱动系统的电驱动桥、轮边传动轴、轮组及悬架的前视结构示意图；

图3是本发明的一个实施例高集成模块化中央电驱动系统的电驱动桥、轮边传动轴、轮组及悬架的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图所示实施方式阐述本发明。此次公开的实施方式可以认为在所有方面均为例示，不具限制性。本发明的范围不受以下实施方式的说明所限，仅由权利要求书的范围所示，而且包括与权利要求范围具有同样意思及权利要求范围内的所有变形。

下面结合具体实施例阐述本发明高集成模块化中央电驱动系统的结构。

参考图1所示，本发明高集成模块化中央电驱动系统包括电驱动桥1、控制单元2、轮边传动轴3、两个轮组4、两个悬架5、冷却系统6及储能单元7。

参考图2、图3所示，电驱动桥1包括驱动电机8、减速箱9和主减速器10。驱动电机8的输出轴与减速箱9的输入齿轮连接，减速箱9的输出齿轮与主减速器10的输入齿轮啮合。电驱动桥1通过主减速器10的壳体上的螺栓孔吊装于车架11的纵梁上。电驱动桥1的主减速器10的输出齿轮两侧安装有两个轮边传动轴3，各轮边传动轴3的外侧端分别安装有轮组4，电驱动桥1与各轮组4之间分别连接有悬架5。轮边传动轴3具有高转速、高扭矩的特点，连接驱动电机8和轮组7，实现动力的传递。轮组4具有高承载、高转速、高扭矩的特点，采用轮边行星减速，配备盘式制动器。

悬架5包括导向机构和减震机构，导向机构安装于主减速器10与轮组4之间，减震机构安装于车架11与导向机构之间。

导向机构包括上下布置的上横臂12和下横臂13，上横臂12和下横臂13的长度设置为不相等。上横臂12和下横臂13的内侧端分别通过销轴与主减速器10的壳体连接，上横臂12和下横臂13的外侧端分别通过球铰与一轮组4连接。

减震机构采用螺旋弹簧减震器14，螺旋弹簧减震器14所使用的螺旋弹簧15为变丝径螺旋弹簧。螺旋弹簧减震器14的上端通过螺栓与车架11连接，下端通过销轴与下横臂13连接。

悬架5采用螺旋弹簧减震器14与双横臂的独立结构，高集成、免维护、系统简单、可靠性高。

冷却系统6通过管路与电驱动桥1连通，用于给电驱动桥1水降温。储能单元7通过线缆与电驱动桥1连接，用于给驱动电机8供电。冷却系统6、储能单元7安装于电驱动桥1上方正对的车架11上。

控制单元2为多合一集成单元，其可实现对电驱动桥1的驱动电机8的充电、驱动力的控制、减速箱9换挡控制，对冷却系统6的冷却驱动控制，对储能单元7的充放电控制、高低压配电控制，以及电驱动桥1与整车的通讯。

参考图1，本发明工作时的整个驱动传动链是：驱动电机8---减速箱9---主减速器10---轮边传动轴3---轮组4。驱动电机8的输出扭矩经减速箱9、主减速器10、轮边传动轴3的三级减速，最后到轮组4，减速箱9分“高”、“低”两个挡位。

本发明尤其适用于9t轴荷级高机动越野车辆。针对重型高机动越野底盘，本发明高集成模块化中央电驱动系统能实现的指标主要包括承载能力不小于10t，最高车速不低于100km/h，最大爬坡度不低于50％，平均越野车速不低于20km/h。

本发明高集成模块化中央电驱动系统是一个独立的完整模块，可根据车辆的轴数进行任意扩展。各电驱动桥1之间可独立控制，在爬坡、急加速、高速工况时全桥驱动，在驱动力需求较小时可切断某些桥的驱动，实现动力的合理配置。通过主减速器10的壳体吊装至车架11的下面，通过悬架的导向机构(上横臂12、下横臂13)直接与主减速器10的壳体连接，这种整体结构的设计省去了摆臂支架结构，其结构更加简单紧凑，集成度更高，降低了系统的重量；将悬架的导向机构外侧端通过球铰与轮组4连接，实现了车轮的跳动和转向的自由度。本发明省去了传统车辆传动系统的分动箱、主传动轴等系统或部件，大大精简了系统的结构，节省了整车的安装空间，提高了模块化程度。该中央电驱动系统区别于轮驱，其将单个驱动电机8中置，驱动电机8的动力通过减速箱9、主减速器10、轮边传动轴3传递至轮组4，实现电能向机械能的转化。左、右轮靠机械式的差速器实现左、右轮的力矩分配和转速自适应控制，省掉了轮驱的左、右轮的协同控制，降低了整车控制的难度。本发明可实现对电驱动桥1的驱动力控制、驱动冷却控制、储能单元7的充放电控制、高低压配电控制。相比各部件独立控制的方案，在集成度、轻量化、布置空间、可靠性等方面具有更大的优势，简化连接电缆和冷却管路，减少故障点，提高可靠性。本发明通过减速箱9、主减速器10以及轮边传动轴3的三级减速增扭，可大大减小驱动电机8的输出扭矩指标要求，减小驱动电机8的体积和重量，更有利于整车布置。单个中央电驱动系统可提供的驱动扭矩可达30000Nm，满足最高车速、爬坡、急加速等极限工况下的整车指标要求。本发明的悬架采用螺旋弹簧减震器14和双横臂的连接结构，其集成度高、模块化程度高。该悬架可实现全寿命周期免维护，提高电驱动桥的可靠性。导向机构为不等长上横臂12、下横臂13的结构，轴孔内装有轴承，同时设计环形槽的润滑油道，为横臂与销轴配合处提供充分的润滑，保证横臂摆动平顺。上横臂12、下横臂13的外侧采用球铰与转向节连接，满足转向和轮跳运动的角度需求。行车工况悬架上、下跳行程设置机械限位，保证轮跳量的同时，防止运动部件的干涉以及螺旋弹簧15过载，提高了系统安全性，满足车辆高速行驶的要求。综合考虑弹簧载荷大、行程大、布置空间小的约束条件，采用变丝径螺旋弹簧15的方案，解决了承载能力、有效行程、布置空间的矛盾。变丝径螺旋弹簧15刚度特性为两段线性刚度，通过合理设计刚度拐点位置，使满载状态、空载状态的车辆具有良好的行驶平顺性。该弹簧采用热卷成型，两端采用磨平并紧的工艺，减小支撑圈以及变丝径段的应力集中，提高螺旋弹簧15的疲劳寿命及可靠性。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高集成模块化中央电驱动系统，其特征在于，包括电驱动桥、控制所述电驱动桥工作的控制单元、轮边传动轴、两个轮组及两个悬架，所述电驱动桥吊装在车架上，所述电驱动桥的主减速器的输出齿轮两侧安装两个所述轮边传动轴，各所述轮边传动轴的外侧端分别安装有所述轮组，所述电驱动桥与各所述轮组之间分别连接有所述悬架。

2.如权利要求1所述的高集成模块化中央电驱动系统，其特征在于，所述电驱动桥通过所述主减速器的壳体吊装于所述车架下面。

3.如权利要求1所述的高集成模块化中央电驱动系统，其特征在于，所述悬架包括导向机构和减震机构，所述导向机构安装于所述主减速器与所述轮组之间，所述减震机构安装于所述车架与所述导向机构之间。

4.如权利要求3所述的高集成模块化中央电驱动系统，其特征在于，所述导向机构包括上下布置的上横臂和下横臂，所述上横臂和下横臂的内侧端分别通过销轴与所述主减速器的壳体连接，所述上横臂和下横臂的外侧端分别通过球铰与一所述轮组连接。

5.如权利要求4所述的高集成模块化中央电驱动系统，其特征在于，所述上横臂和下横臂的长度不相等。

6.如权利要求3所述的高集成模块化中央电驱动系统，其特征在于，所述减震机构的上端通过可拆卸连接件与所述车架连接，所述减震机构的下端通过销轴与所述下横臂连接。

7.如权利要求6所述的高集成模块化中央电驱动系统，其特征在于，所述减震机构采用螺旋弹簧减震器，所述螺旋弹簧减震器所使用的螺旋弹簧为变丝径螺旋弹簧。

8.如权利要求1所述的高集成模块化中央电驱动系统，其特征在于，还包括由所述控制单元控制的冷却系统，所述冷却系统通过管路与所述电驱动桥连通。

9.如权利要求8所述的高集成模块化中央电驱动系统，其特征在于，还包括由所述控制单元控制充放电、用于给所述电驱动桥供电的储能单元，所述储能单元通过线缆与所述电驱动桥连接。

10.如权利要求9所述的高集成模块化中央电驱动系统，其特征在于，所述冷却系统、储能单元安装于所述电驱动桥上方正对的所述车架上。

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