CN116498175A

CN116498175A - 一种用于电动车门的驱动装置及汽车

Info

Publication number: CN116498175A
Application number: CN202310749945.2A
Authority: CN
Inventors: 白妮; 胡金杰; 胡建锋; 赵柽; 张绪; 周雄飞
Original assignee: Ningbo Henghe Precision Industry Co ltd; Hangzhou Shansong Electrical Appliances Co ltd
Current assignee: Ningbo Henghe Precision Industry Co ltd
Priority date: 2023-04-25
Filing date: 2023-06-25
Publication date: 2023-07-28
Anticipated expiration: 2043-06-25
Also published as: CN116335506A; CN116498175B

Abstract

本发明公开了一种用于电动车门的驱动装置，包括驱动电机和减速器，减速器具有驱动轴，减速器包括设置在电机轴与驱动轴之间的传动机构，传动机构具有设定传动比i，设定传动比i满足下述公式：其中，P为驱动电机的功率，为驱动电机的热损耗，n为电机轴的转速，G为车门的质量，L为车门的力臂杆或摇臂的长度，k为变量值。还公开了安装有上述驱动装置的汽车。应用本发明可显著减少设计人员的计算工作量，同时降低实验成本，并且最终得到的驱动装置传动比适宜，可带来良好的自动开关门体验。

Description

一种用于电动车门的驱动装置及汽车

技术领域

本发明涉及驱动电机技术领域，具体涉及一种用于电动车门的驱动装置及汽车。

背景技术

汽车电动车门又称为智动门，通过驱动装置的驱动，不需要手动推拉操作即可控制车门自动开关。现有技术中的驱动装置一般包括驱动电机和减速器，驱动电机的输出轴（也即电机轴）与减速器的输入轴传动连接，减速器的输出轴（也即驱动轴）与车门连接以带动车门开关。对于不同的车型和不同的开关门需求，设计人员需要对减速器的传动比进行设计，以满足上述需求。然而，现有的此类驱动装置中的减速器的传动比往往依据个人经验进行设计，不能精准满足实际需求，导致减速器的设计制造过程耗时费力且验证试验的成本高。另外，在实际使用过程中，由于减速器的传动比与驱动电机不能高度适配，对其传动效率和磨损程度均有负面影响，使得在实际应用中开关门的体验效果达不到最优（关门过快或过慢），且会因磨损原因影响驱动装置整体的使用寿命。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种用于电动车门的驱动装置及汽车。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于电动车门的驱动装置，包括驱动电机和减速器，所述减速器具有驱动轴，所述减速器包括设置在所述电机与驱动轴之间的传动机构，所述传动机构具有设定传动比i，设定传动比i满足下述公式：

其中，P为所述驱动电机的功率，为所述驱动电机的热损耗，n为所述电机轴的转速，G为所述车门的质量，L为所述车门的力臂杆或摇臂的长度，k为变量值。

应用本发明具有以下有益效果：根据车门质量和车门的力臂杆（或摇臂）的长度数据，以及所选用的驱动电机的工作参数就可以依据上述公式推断出合理的传动比，可显著减少设计人员的计算工作量，同时减少验证试验的次数、降低实验成本，并且最终得到的传动机构的传动比合理。该驱动装置安装有传动比满足上述公式的减速器，能够较好的适配所选用的驱动电机以及相应车辆的车门，从而在开关门的过程中使得驱动电机和减速器均发挥良好，可带来良好的自动开关门体验，并且使得整个装置的使用寿命提高。

可选的，所述变量值k的计算公式为：

其中，为所述传动机构的传动效率。

可选的，所述传动机构为m级传动，其中，m≥2；

当m=2时，0.55≤≤0.8；

当m≥3时，0.45≤≤0.65。

可选的，所述传动机构为m级传动，每级传动对应的传动比为，其中，m≥2；

当m=2时，；

当m≥3时，。

可选的，m=3，所述传动机构包括依次传动连接的第一传动机构和第二传动机构，所述第一传动机构包括固定设置在所述电机轴上的蜗杆和与所述蜗杆啮合传动的输入齿轮，所述第二传动机构包括齿圈和设置于所述齿圈内的第一行星齿轮组以及第二行星齿轮组，并且所述第一行星齿轮组和第二行星齿轮组均与所述齿圈啮合传动；所述第一行星齿轮组包括跟随所述输入齿轮同步转动的第一太阳轮和与所述第一太阳轮啮合传动的第一行星齿轮；所述第二行星齿轮组包括用于带动所述输出轴同步转动的第二太阳轮和与所述第二太阳轮啮合传动的第二行星齿轮。

可选的，所述蜗杆为多头蜗杆，所述蜗杆的头数为，所述输入齿轮的齿数为/>，其中，1≤/>≤3，15≤/>≤50；

。

可选的，所述齿圈的齿数为，所述第一太阳轮的齿数为/>，所述第二太阳轮的齿数为/>，其中，30≤/>≤80，8≤/>≤20，8≤/>≤20；

，/>。

此外，本发明还提供了一种汽车，包括车身和车门，还包括如上述技术方案中任一项所述的用于电动车门的驱动装置，其中，所述驱动轴与所述车门连接以驱动车门开闭。本发明所提供的汽车与前述驱动装置的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的一种用于电动车门的驱动装置的结构示意图一；

图2为实施例提供的一种用于电动车门的驱动装置的结构示意图二。

其中，1.驱动电机，10.电机轴，2.减速器，20.驱动轴，21.蜗杆，22.输入齿轮，23.齿圈，24.第一太阳轮，25.第一行星齿轮，26.第二太阳轮，27.第二行星齿轮。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。基于实施方式中的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。

实施例：本实施例提供了一种用于电动车门的驱动装置，如图1和图2所示，该驱动装置包括驱动电机1和减速器2，驱动电机1具有电机轴10，减速器2具有驱动轴20，减速器2包括设置在电机轴10与驱动轴20之间的传动机构，传动机构具有设定传动比i，设定传动比i满足下述公式：

其中，P为驱动电机1的功率，为驱动电机1的热损耗，n为电机轴10的转速，G为车门的质量，L为车门的力臂杆或摇臂的长度，k为变量值。

对于技术人员而言，由于本实施例提供的该驱动装置中的减速器的传动机构具有满足上述公式的传动比，一方面便于通过车辆参数和需求快速计算出合理的传动比，显著减少设计人员的计算工作量，减少验证实验的次数、降低实验成本；另一方面由于传动比合理，应用该驱动装置时可带来良好的自动开关门体验。本实施例中的变量值k的计算公式为：

其中，为传动机构的传动效率。可以理解的是，/>受传动机构的工作原理、加工精度等因素影响，其为变化值，但其变化范围受控。具体的，当传动机构为两级传动时，传动效率一般为0.55至0.8之间；当传动机构为三级传动或以上的多级传动时，传动效率一般为0.45至0.65之间。因此，设计人员在确定所选用的传动机构之后，可大致得出/>的范围，再通过对产品部件加工精度的控制，可得到/>的计算用理论值。

现有技术中在设计此类驱动装置时，往往会因为需要考虑的因素过多而导致设计工作量很大，例如需要选择工作参数适宜的驱动电机、传动比和传动效率适宜的减速器（传动机构），传动机构设计为几级，每级传动机构如何分配传动比。最为重要的是，依据什么来设计驱动电机或传动机构？现阶段本领域技术人员往往依靠经验和大量的实验验证来进行设计，最终确定所使用的驱动电机和减速器的参数。然而在实际应用中，由于路况环境和实验环境不同，往往设计出的驱动电机和减速器不能够与车辆较好地适配，就容易出现开关门操作体验不好（开门过快或过慢）、驱动电机运行过程中传动机构的各部件磨损明显等问题。经过发明人的研究和实验发现，车门的重量是驱动电机在设计时需要重点考虑的因素。设定应用该驱动电机的汽车的车门的质量为G（单位kg），并且在此类电动车门的开关门机构里，一般会在输出轴与车门之间设置一个中间连接件，以实现车门滑动或摆动或转动的开关动作。无论该连接件采用什么原理，其都是起到传递力矩的作用，本实施例中将其统称为力臂杆，其具有一个力臂长度L。那么为了使得质量为G的车门能够顺畅开关，则需要的力矩为T=9.8G*L。T为输出轴的输出力矩，可以理解的是，输出轴的输出力矩T与电机轴的的输出力矩T₁之间存在下述关系：

其中，i为传动机构的传动比、为驱动电机1的热损耗，/>为传动机构的传动效率。

进一步的，电机轴的输出力矩T₁应为力与力臂的乘积，也即T₁=F*r，而电机功率P为力与速度的乘积，因此P=F*V，而电机速度V=2*π*r*n/60。由此将F与r代入上述T₁=F*r公式可得：

其中，P为驱动电机的额定功率，V为电机轴的线速度，n为驱动电机的转速。

由此推导出：

由于目前电机外部关于功率的标识参数一般将单位写为千瓦时，因此上述公式还可以更改为：

将上述T₁代入公式：

即可得到：

结合T=9.8G*L，即可得到：

其中，受传动机构的工作原理、加工精度等因素影响，其为变化值，但其变化范围受控，因此可将/>作为受控的变量值，得到最终的公式：

本实施例提供的该驱动装置中的减速器的传动机构采用的是三级传动，也即m=3。具体的，传动机构包括依次传动连接的第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构包括固定设置在电机轴10上的蜗杆21和与蜗杆21啮合传动的输入齿轮22，通过蜗杆21和输入齿轮22形成一级传动。第二传动机构包括齿圈23和设置于齿圈23内的第一行星齿轮组以及第二行星齿轮组，并且第一行星齿轮组和第二行星齿轮组均与齿圈23啮合传动；第一行星齿轮组包括跟随输入齿轮22同步转动的第一太阳轮24和与第一太阳轮24啮合传动的第一行星齿轮25；第二行星齿轮组包括用于带动输出轴同步转动的第二太阳轮26和与第二太阳轮26啮合传动的第二行星齿轮27。其中，第一行星齿轮组与齿圈形成二级传动，齿圈与第二行星齿轮组形成三级传动。可以理解的是，为降低成本，本实施例中第一行星齿轮组和第二行星齿轮组共用同一个齿圈，在其它的实施方式中，也可以分别使用一个齿圈。因此，本实施例中二级传动和三级传动中齿圈的齿数相同，然而在其它的实施方式中也可以不同。另外如前所述，m也可以为2，或者m也可以为大于3的整数，相应的，在m=2时，蜗杆和输入齿轮形成一级传动，一个行星齿轮组和一个齿圈形成二级传动。在m大于3时，例如m=4时，蜗杆和输入齿轮形成一级传动，三个行星齿轮组和三个齿圈分别形成二级传动、三级传动和四级传动。另外，在m=4时，二级传动、三级传动和四级传动中的齿圈既可以分别设置，也可以一体设置为一个。

如前所述，本实施例中传动机构为三级传动，相应的，一级传动对应的传动比为，二级传动对应的传动比/>，三级传动对应的传动比/>，，具体到本实施例中/>。可以理解的是，在其它的实施方式中，当m=2时，/>即可。

在制造本实施例提供的该驱动装置时，首先根据车辆参数和需求（例如车门质量和预期车门开关时间）等约束条件选择具有适宜工作参数的驱动电机，在驱动电机选择好后，驱动电机的工作参数P，n和的值确定，再确定驱动电机中的减速器的传动机构的级数，例如采用二级传动方案或三级传动方案，则能对应地大致确定出/>的值。代入下述公式：

即可计算得到适宜的传动比，也即本实施例中上述的设定传动比i。以设定传动比i为依据，由于传动机构的级数已确定，例如本实施例中选定为三级传动机构，则在i值确定的情况下，就可以为分别分配一个值。然后相应的，就可以大致确定一级传动机构中蜗杆的头数、输入齿轮的齿数；二级传动机构中齿圈的齿数、第一太阳轮的齿数；以及三级传动机构中齿圈的齿数、第二太阳轮的齿数。从而快速地完成减速器部件参数的设计，且能确保上述设计大致符合要求、在完成装配后能够得到适宜的传动比。

如上述制造过程所述，假设应用该驱动装置的汽车的车门的质量为50kg，所使用的力臂杆长度为0.4m，选用的驱动电机的额定功率为0.2KW、热损耗为60%、转速为4000rpm，如本实施例中选用三级传动机构，设计传动效率为0.5，代入上述公式即可计算得到设定传动比i=1368。

在为三级传动机构分配传动比时，按照经验进行分配，本实施例中二级传动和三级传动共用同一齿圈，为简化设计方案，将二级传动和三级传动的传动比设计为相同，另外，将一级传动机构的传动比设计为14。综上，本实施例中的蜗杆21最终确定为三头蜗杆，多头蜗杆可得到较大的传动比，且传动稳定、噪音小。这样根据可计算得到与之配合的输入齿轮22的齿数为42。相应的可计算出二级传动和三级传动的传动比大致为9.8，再分别将本实施例中齿圈23的齿数设计为70，这样根据/>、/>可计算得到第一太阳轮24的齿数设计为8，第二太阳轮26的齿数也设计为8。

可以理解的是，设定蜗杆的头数为，输入齿轮22的齿数为/>，其中，/>和/>的范围被设计为处于下述范围：1≤/>≤3，15≤/>≤50。可以理解的是，设定齿圈23的齿数为/>，第一太阳轮24的齿数为/>，第二太阳轮26的齿数为/>，其中，/>、/>和/>的范围被设计为处于下述范围：30≤/>≤80，8≤/>≤20，8≤/>≤20。

应用本实施例提供的该驱动装置时，将该驱动装置安装在汽车的车身内，并且，将该驱动装置的驱动轴20与汽车的车门连接，这样当用户按下开关或遥控器时，就能够通过驱动装置控制驱动轴20转动并驱动车门开闭。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims

1.用于电动车门的驱动装置，包括驱动电机（1）和减速器（2），所述减速器（2）具有驱动轴（20），所述减速器（2）包括设置在所述电机（1）与驱动轴（20）之间的传动机构，其特征在于，所述传动机构具有设定传动比i，设定传动比i满足下述公式：

其中，P为所述驱动电机（1）的功率，为所述驱动电机（1）的热损耗，n为所述电机轴（10）的转速，G为所述车门的质量，L为所述车门的力臂杆或摇臂的长度，k为变量值。

2.如权利要求1所述的用于电动车门的驱动装置，其特征在于，所述变量值k的计算公式为：

其中，为所述传动机构的传动效率。

3.如权利要求2所述的用于电动车门的驱动装置，其特征在于，所述传动机构为m级传动，其中，m≥2；

当m=2时，0.55≤≤0.8；

当m≥3时，0.45≤≤0.65。

4.如权利要求1或2所述的用于电动车门的驱动装置，其特征在于，所述传动机构为m级传动，每级传动对应的传动比为，其中，m≥2；

当m=2时，；

当m≥3时，。

5.如权利要求4所述的用于电动车门的驱动装置，其特征在于，m=3，所述传动机构包括依次传动连接的第一传动机构和第二传动机构，所述第一传动机构包括固定设置在所述电机轴（10）上的蜗杆（21）和与所述蜗杆（21）啮合传动的输入齿轮（22），所述第二传动机构包括齿圈（23）和设置于所述齿圈（23）内的第一行星齿轮组以及第二行星齿轮组，并且所述第一行星齿轮组和第二行星齿轮组均与所述齿圈（23）啮合传动；

所述第一行星齿轮组包括跟随所述输入齿轮（22）同步转动的第一太阳轮（24）和与所述第一太阳轮（24）啮合传动的第一行星齿轮（25）；

所述第二行星齿轮组包括用于带动所述输出轴同步转动的第二太阳轮（26）和与所述第二太阳轮（26）啮合传动的第二行星齿轮（27）。

6.如权利要求5所述的用于电动车门的驱动装置，其特征在于，所述蜗杆（21）为多头蜗杆（21），所述蜗杆（21）的头数为，所述输入齿轮（22）的齿数为/>，其中，1≤/>≤3，15≤/>≤50；

。

7.如权利要求5所述的用于电动车门的驱动装置，其特征在于，所述齿圈（23）的齿数为，所述第一太阳轮（24）的齿数为/>，所述第二太阳轮（26）的齿数为/>，其中，30≤/>≤80，8≤/>≤20，8≤/>≤20；

，/>。

8.一种汽车，包括车身和车门，其特征在于，还包括如权利要求1至7中任一项所述的用于电动车门的驱动装置，其中，所述驱动轴（20）与所述车门连接以驱动车门开闭。