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

摘要

本发明公开了一种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，包括：副电机、副减速器、TV耦合机构、双行星轮圆柱齿轮差速器、主减速器、主电机、第一半轴、第二半轴等。其中所述TV耦合机构为共用太阳轮的等特征参数的双排单级行星齿轮机构，所述双行星轮圆柱齿轮差速器的行星排特征参数为2。所述主电机、副电机分别与所述主减速器和副减速器的输入端连接；所述主减速器、副减速器的输出端分别与所述双行星轮圆柱齿轮差速器的第四齿圈、TV耦合机构的第二齿圈连接；所述TV耦合机构的第二行星架、第三行星架分别与所述第一半轴、所述双行星轮圆柱齿轮差速器的第四行星架连接。本发明可实现该驱动桥左右轮驱动力矩的任意分配。

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车传动领域，特别涉及一种具有转矩定向分配功能的电动驱动桥。

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、控制精确度高等为特色的电动汽车进入了大众的视野，并获得了大力的发展。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、甚至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其主要应用与传统燃油车型上，且使用离合器导致摩擦损耗，降低汽车动力性。另外也有部分应用于集中式驱动电动汽车的转矩定向分配差速器，但其存在结构复杂，转矩定向分配传动比不够大等问题

本发明针对上述内容，提出一种应用于集中式驱动电动汽车的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，其结构紧凑，转矩定向分配传动比大，可实现该驱动桥左右轮驱动力矩的任意比例分配。

发明内容

为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种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，其特征在于，包括：

双行星轮圆柱齿轮差速器，其主体是一个特征参数为2的单排双级行星齿轮机构，用于使两侧半轴可以以不同转速旋转；

副电机，其输出的转矩可用于实现转矩定向分配功能；

主电机，用于输出驱动转矩，驱动汽车行驶；

第一半轴；

第二半轴；

副减速器，用于增大所述副电机输出的转矩；

TV耦合机构，用于实现所述副电机输出转矩在所述第一半轴、所述第二半轴地等大反向分配；

主减速器，用于增大所述主电机输出的转矩；

主壳体，用于容置所述副减速器、所述TV耦合机构、所述双行星轮圆柱齿轮差速器以及所述主减速器等总成与零部件；

左壳体，其布置在所述主壳体左侧，与所述主壳体通过螺钉连接，用于容置所述副电机；

左隔板，其布置在所述主壳体与所述左壳体之间，用于隔开所述主壳体腔室与所述副电机；

右壳体，其布置在所述主壳体右侧，与所述主壳体通过螺钉连接，用于容置所述主电机；

右隔板，其布置在所述主壳体与所述右壳体之间，用于隔开所述主壳体腔室与所述主电机；

第一法兰；

第二法兰。

所述双行星轮圆柱齿轮差速器，包括：第四太阳轮，其内花键与所述第一半轴端部外花键连接；第四内行星轮，与所述第四太阳轮啮合传动；第四内行星齿轮轴，用于旋转支承所述第四内行星轮；第四外行星轮，与所述第四内行星轮啮合传动；第四外行星齿轮轴，用于旋转支承所述第四外行星轮；第四行星架，用于旋转支承所述第四内行星齿轮轴和第四外行星齿轮轴，其内花键与所述第二半轴端部外花键连接；第四齿圈，与所述第四外行星轮啮合传动。

优选的是，所述第四太阳轮通过推力滚针轴承与所述第四行星架右侧隔开。

所述副电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机；所述副电机与所述第一法兰、第一半轴一同布置在所述双行星轮圆柱齿轮差速器一侧，所述副电机产生的转矩通过副电机输出轴输出。

优选的是，所述副电机输出轴通过滚针轴承旋转支承在所述第一半轴上。

优选的是，所述副电机输出轴通过角接触球轴承旋转支承在所述左壳体上。

优选的是，所述副电机输出轴通过角接触球轴承旋转支承在所述左隔板上。

所述主电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机；所述主电机与所述第二法兰、第二半轴一同布置在所述双行星轮圆柱齿轮差速器另一侧，所述主电机产生的转矩通过主电机输出轴输出。

优选的是，所述主电机输出轴通过滚针轴承旋转支承在所述第二半轴上。

优选的是，所述主电机输出轴通过角接触球轴承旋转支承在所述右壳体上。

优选的是，所述主电机输出轴通过角接触球轴承旋转支承在所述右隔板上。

所述副减速器，其布置在所述副电机靠近所述双行星轮圆柱齿轮差速器一侧，主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第一太阳轮，与所述副电机输出轴花键连接；第一齿圈，与所述主壳体固定连接；第一行星轮，与所述第一太阳轮和第一齿圈同时啮合传动；第一行星齿轮轴，用于旋转支承所述第一行星轮；第一行星架，用于旋转支承所述第一行星齿轮轴。

优选的是，所述第一行星架通过一个推力滚针轴承与所述第一太阳轮隔开。

所述主减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，用于接收所述主电机输出的转矩，包括：第五太阳轮，与所述主电机输出轴花键连接；第五齿圈，与所述主壳体固定连接；第五行星轮，与所述第五太阳轮和第五齿圈同时啮合传动；第五行星齿轮轴，用于旋转支承所述第五行星轮；第五行星架，用于旋转支承所述第五行星齿轮轴，并与所述第四齿圈固定连接。

优选的是，所述第五行星架与所述第四齿圈制成一体。

优选的是，所述第五行星架分别通过左右各一个推力滚针轴承与所述第四行星架以及所述第五太阳轮隔开。

所述TV耦合机构，包括：第二太阳轮，其旋转支承在所述第一半轴上；第二齿圈，与所述第一行星架固定连接；第二行星轮，与所述第二太阳轮和第二齿圈同时啮合传动；第二行星齿轮轴，用于旋转支承所述第二行星轮；第二行星架，用于旋转支承所述第二行星齿轮轴，并与第一半轴花键连接；第三太阳轮，与所述第二太阳轮固定连接；第三齿圈，与所述主壳体固定连接；第三行星轮，与所述第三太阳轮和第三齿圈同时啮合传动；第三行星齿轮轴，用于旋转支承所述第三行星轮；第三行星架，用于旋转支承所述第三行星齿轮轴，并与所述第四行星架固定连接。

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，所述第二行星架分别通过一个推力滚针轴承与所述第一行星架隔开。

所述的TV耦合机构，其主体是一个等特征参数的双排单极行星齿轮机构，并布置在所述副减速器与所述双行星轮圆柱齿轮差速器之间。

优选的是，所述第二齿圈与所述第一行星架制成一体。

所述第一法兰，与所述第一半轴另一端部花键连接，将所述第一半轴的转矩输出至汽车左侧车轮；第一固定螺母在所述第一法兰外侧中心与所述第一半轴螺纹连接，使所述第一法兰轴向固定。

优选的是，所述第一法兰与所述左壳体间通过橡胶密封圈密封。

所述第二法兰，与所述第二半轴另一端部花键连接，将所述第二半轴的转矩输出至汽车右侧车轮；第二固定螺母在所述第二法兰外侧中心与所述第二半轴螺纹连接，使所述第二法兰轴向固定。

优选的是，所述第二法兰与所述右壳体间通过橡胶密封圈密封。

一种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，其工作原理如下，包括：

当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工作在主电机独立驱动模式时，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第四齿圈上，并平均分配给第四太阳轮与第四行星架；所述副电机不输出转矩。此时，所述第一半轴与所述第二半轴输出的转矩为：

当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工作在转矩定向分配模式时，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第四齿圈上，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耦合机构输出两个等大反向的转矩，其中，一个转矩与直接施加到所述第一半轴上，另一个转矩则通过所述双行星轮圆柱齿轮差速器的第四行星架施加到所述第二半轴上，这使得一侧半轴的转矩减小，另一侧半轴的转矩增大。此时，所述第一半轴与所述第二半轴输出的转矩分别为：

该发明将TV耦合机构输出的两个等大反向转矩分别全部直接施加到驱动桥的左右半轴上。相比于之前提出的构型方案(将TV耦合机构输出两个等大反向的转矩分别施加到第一半轴与差速器壳上，其中施加到差速器壳体上的力矩再平均分配到第一半轴与第二半轴上，使得了第一半轴上两个反向的力矩相互抵消，造成了功率内循环浪费)，本构型避免了功率的内循环，使得在采用相似TV耦合机构且副电机输出相同转矩的情况下，驱动桥获得的左右半轴的转矩差增大为原来的两倍。这意味着：相比于之前提出的构型，在采用相似TV耦合机构且获得相同左右半轴转矩差的前提下，副电机输出的扭矩仅为原来的二分之一，这使得对副电机的峰值转矩需求降低，对副减速器行星排以及TV耦合机构行星排等传动部件的强度要求降低。

本发明的有益效果是：

1.本发明所述的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，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，整体集成度高、结构紧凑且尺寸较小，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，TV耦合机构输出的两个等大反向的转矩分别全部直接施加到车辆的左右半轴上，相比于两个等大反向的转矩分别作用在差速器壳体和一侧半轴的构型，避免了转矩的内循环，使得在采用相似TV耦合机构且副电机输出相同转矩的情况下，本驱动桥获得的左右半轴的转矩差增大为原来的两倍。

4.本发明所述的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，相比于两个等大反向的转矩分别作用在差速器壳体和一侧半轴的构型，在获得相同左右半轴转矩差的情况下，副电机输出的转矩减小一半，这意味着：一方面，对副电机的峰值转矩需求低，可降低副电机生产制造成本、空间尺寸以及质量；另一方面，对副减速器行星排以及TV耦合机构行星排等传动部件的强度要求降低，可降低其尺寸、重量与成本。

附图说明

图1为本发明所述的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的结构简图。

图2为本发明所述的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的结构图。

图3为本发明所述的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在主电机独立驱动模式下的转矩流示意图。

图4为本发明所述的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在转矩定向分配模式下向左侧车轮增大转矩时转矩流示意图。

图5为本发明所述的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在转矩定向分配模式下向右侧车轮增大转矩时转矩流示意图。

图6为本发明所述的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在右转弯时，汽车转弯路线示意图。

图7为本发明所述的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在左转弯时，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。

下面结合附图给出本发明所述的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的一种实施例。

如图1、图2所示，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，主要由副电机100、副减速器200、TV耦合机构300、双行星轮圆柱齿轮差速器400、主减速器500、主电机600、左壳体701、左隔板702、主壳体703、右隔板704、右壳体705、第一法兰901、第一半轴902、第二法兰904、第二半轴905等组成。

双行星轮圆柱齿轮差速器400是一个特征参数为2单排双行星轮行星齿轮机构。第四太阳轮401与第四内行星轮402轮啮合传动。第四内行星402轮旋转支承在第四内行星齿轮轴406上。第四内行星齿轮轴406旋转支承在第四行星架405上。第四内行星轮402与第四外行星轮轮403啮合传动。第四外行星轮403旋转支承在第四外行星齿轮轴407上。第四外行星齿轮轴407旋转支承在第四行星架405上。第四齿圈404与第四外行星轮403啮合传动。由第四齿圈404右端加工为架体，充当主减速器500的行星架。双行星轮圆柱齿轮差速器400通过第四齿圈接收主电机500产生的转矩，并由第四太阳轮401与第四行星架400输出转矩。第四太阳轮401与第四行星架400右侧部分的内孔处加工有内花键，并且第四太阳轮401与第四行星架400右侧部分通过推力滚针轴承806轴向分离隔开。另外第四行星架400左侧部分加工有外花键。

副电机100是一个空心轴内转子永磁同步电机，布置在所述双行星轮圆柱齿轮差速器400一侧。副电机外转子101固定在左壳体701上，副电机内转子102与副电机输出轴103固定连接。副电机输出轴103通过滚针轴承802旋转支承在所述第一半轴902上，其一端加工有外花键。

主电机600是一个空心轴内转子永磁同步电机，布置在所述双行星轮圆柱齿轮差速器400另一侧。主电机外转子601固定在左壳体705上，主电机内转子602与主电机输出轴603固定连接。主电机输出轴603通过滚针轴承810旋转支承在所述第二半轴905上，其一端加工有外花键。

第一半轴902左端、中端以及右端分别加工有外花键，其中右端的外花键与第四太阳轮401的内花键连接。第一半轴902最左端加工有外螺纹。

第二半轴905左端以及右端分别加工有外花键，其中左端的外花键与第四行星架405的内花键连接。第一半轴905最右端加工有外螺纹.

副减速器200其布置在副电机100靠近双行星轮圆柱齿轮差速器400的一侧，是一个单排单行星轮行星齿轮机构。第一太阳轮201的内孔加工有内花键与副电机输出轴103外花键连接。第一行星轮202与第一太阳轮201啮合传动。第一行星轮202旋转支承在第一行星齿轮轴205上。第一行星齿轮轴205旋转支承在第一行星架204上。第一行星架204小端分别通过左右各一个推力滚针轴承804、805与第一太阳轮201以及第二行星架303隔开，第一行星架204大端加工有内轮齿，充当TV耦合机构300第二齿圈。第一齿圈203与第一行星轮202啮合传动。第一齿圈203外端加工有花键，与主壳体703左端内花键连接，并在一端使用卡簧206轴向定位。

TV耦合机构300，其布置在所述副减速器与所述双行星轮圆柱齿轮差速器之间，是一个等特征参数的双排单行星轮行星齿轮机构。第二太阳301两端为轮齿中间为光轴，轮旋转支承在第一半轴902上。第二行星轮302与第二太阳轮301左端轮齿啮合传动。第二行星302轮旋转支承在第二行星齿轮轴304上。第二行星齿轮轴304旋转支承在第二行星架303上。第二行星架303上加工有内花键与第一半轴902中端外花键连接。第二齿圈204与第二行星轮302啮合传动。第三行星轮305与第二太阳轮301右端轮齿啮合传动。第三行星轮305旋转支承在第三行星齿轮轴308上。第三行星齿轮轴308旋转支承在第三行星架307上。第三齿圈306与第三行星轮305啮合传动。第三齿圈306加工有外花键，与主壳体703中端内花键连接，花键一端通过卡簧309轴向定位。第三行星架307一端加工有内花键与第四行星架405左侧的外花键连接。

主减速器500是一个单排单行星轮行星齿轮机构。第五太阳轮501加工有内花键与主电机输出轴603的外花键连接。第五行星轮502与第五太阳轮501啮合传动。第五行星轮502旋转支承在第五行星齿轮轴504上。第五行星齿轮轴504旋转支承在第五行星架404上，第五行星架404小端分别通过左右各一个推力滚针轴承807、808与第四行星架405以及第五太阳轮501隔开。第五齿圈503与第五行星轮502啮合传动。第五齿圈503外端加工有花键与主壳体703右端内花键连接，花键一侧通过卡簧505轴向定位。

主壳体703为圆筒形壳体，其左端、中端、右端分别加工有内花键。

左壳体701，其布置在主壳体703左侧，与主壳体703通过螺钉706连接。副电机输出轴103通过角接触球轴承801旋转支承在左壳体701上。

左隔板702，其布置在主壳体703与左壳体701之间。副电机输出轴103通过角接触球轴承803旋转支承在左隔板702上。

右壳体705，其布置在主壳体703右侧，与主壳体703通过螺钉707连接，主电机输出轴603通过角接触球轴承811旋转支承在右壳体705上。

右隔板704，其布置在主壳体703与右壳体705之间。主电机输出轴603通过角接触球轴承809旋转支承在所述右隔板704上。

第一法兰901加工有内花键，与第一半轴902左端外花键连接。第一固定螺母903在第一法兰901外侧与第一半轴902螺纹连接，使第一法兰901轴向固定。第一法兰901与左壳体701之间通过橡胶密封圈907密封。

第二法兰904加工有内花键，与第二半轴904右端外花键连接。第二固定螺母906在第二法兰904外侧与第二半轴905螺纹连接，使第二法兰904轴向固定。第二法兰904与右壳体705之间通过橡胶密封圈908密封。

下面结合附图对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的工作原理做进一步的详细说明。

如图3所示，当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工作在主电机独立驱动模式时，主电机600输出的转矩经主减速器500减速增扭后传递到第四齿圈404上，并平均分配给第四太阳轮401与第四行星架405；副电机100不输出转矩。此时，第一半轴902与第二半轴905输出的转矩为：

如图4、图5所示当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工作在转矩定向分配模式时，主电机600输出的转矩经主减速器500减速增扭后传递到第四齿圈404上，并平均分配给第一半轴902与第二半轴905上。副电机100输出的转矩经过副减速器200减速增扭后通过TV耦合机构300输出等大反向力矩，其中，一个转矩与直接施加到第一半轴上902，另一个转矩则通过双行星轮圆柱齿轮差速器的第四行星架施405加到第二半轴905上，使一侧半轴的转矩减小，另一侧半轴的转矩增大。此时，第一半轴902与第二半轴905输出的转矩分别为：

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6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(n

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，即(n

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。