一種帶有轉矩定向分配功能的電動差速器的製作方法

2023-10-27 18:33:32 2

本發明屬於電動汽車傳動技術領域，特別涉及一種帶有轉矩定向分配功能的電動差速器。

背景技術：

由於能源危機和對環境保護的日漸重視，新能源汽車是未來汽車的發展反向，其中電動汽車更是在世界範圍內取得迅猛發展。相比於傳統內燃機汽車，電動汽車具有更好的經濟性和環保性，近乎於零排放的特點使得電動汽車在環境保護方面具有顯著優勢。同時，電動汽車由於驅動電機的響應快、低速大扭矩等特點具有更好的加速性能，電機轉速、轉矩易於獲得，可對電動汽車進行更加精準的控制。因此，電動汽車具有極大的發展潛力。

電動汽車一般採用電機和驅動橋組成的動力總成或由電機、變速器和驅動橋組成的動力總成來驅動車輛行駛，輪轂電機驅動的電動汽車由於簧下質量大、輪轂電機散熱差等缺點並未大規模量產，因此現有電動汽車的動力總成中大都含有驅動橋。

差速器是驅動橋中的重要部件，由於差速器「差速不差扭」原理，汽車的驅動轉矩只能均等分布於左右車輪兩側，這樣在路面附著不均等的情況下就無法很好的利用地面附著力，甚至在低附著一側易造成車輪的滑轉等不穩定工況，無法發揮驅動輪的附著能力。同時，由於車輛高速轉彎時會發生載荷由內側車輪轉移到外側車輪的情況，即使在地面附著良好的情況下，也會造成外側車輪的附著能力高於內側車輪，此時傳統差速器等分扭矩至內外側車輪則可能會造成內側車輪達到附著極限產生滑轉，使汽車失穩。若將內側車輪的部分轉矩轉移到外側車輪，則可以增加內側車輪的側向力裕度，防止車輪滑轉，並且可以對整車產生一個附加的橫擺力矩，該力矩可以幫助推動和引導車輛轉彎，提高了車輛轉彎機動性和極限轉彎能力。目前，該技術是以轉矩定向分配差速器的形式應用於一些高端運動型轎車和高檔SUV中，如本田的超級四驅系統(SH-AWD)和三菱的超級主動橫擺控制系統(SAYC)等，然而該技術在電動汽車上卻並沒有過多應用。

技術實現要素：

本發明的目的是解決差速器左右輸出扭矩相等不能調節的缺陷，提供了一種帶有轉矩定向分配功能的電動差速器。

本發明提供的技術方案為：

一種帶有轉矩定向分配功能的電動差速器，包括：

主驅動機構，其設置在差速器一側，其輸出端連接差速器殼體，能夠將旋轉動力傳遞到差速器殼體，驅動車輛行駛；

TV控制驅動機構，其設置在所述差速器的另一側，用於輸出轉矩分配控制動力；

第一單排行星齒輪系，其包括第一太陽輪、第一行星輪、第一行星架以及第一齒圈，所述第一太陽輪可旋轉的支撐在第一半軸上，所述第一齒圈與第一半軸同軸固定連接，所述第一行星架與TV控制驅動機構的輸出端連接；

第二單排行星齒輪系，其包括第二太陽輪、第二行星輪、第二行星架以及第二齒圈，所述第二行星架定在驅動橋殼上，第二太陽輪與第一太陽輪固定連接；第二太陽輪可旋轉的支撐在第一半軸上；

第三單排行星齒輪系，其包括第三太陽輪、第三行星輪、第三行星架以及第三齒圈，所述第三太陽輪與第一半軸固定連接，第三行星架與第二內齒圈固定連接，所述第三齒圈與差速器殼固定連接；

其中，第二單排行星齒輪系與第一單排行星齒輪系具有相同的特徵參數。

優選的是，所述TV控制驅動機構包括TV控制電機和TV減速機構。

優選的是，所述TV控制電機具有空心輸出軸，所述第一半軸可旋轉的支撐在所述空心輸出軸，並且從空心輸出軸中穿出。

優選的是，所述TV減速機構包括：

第四單排行星齒輪系，其包括第四太陽輪、第四行星輪、第四行星架以及第四齒圈，所述第四太陽輪與空心輸出軸固定連接，所述第四齒圈固定在驅動橋殼上；

第五單排行星齒輪系，其包括第五太陽輪、第五行星輪、第五行星架以及第五齒圈，所述第五太陽輪與第四行星架固定連接，所述第五齒圈固定在驅動橋殼上，所述第五行星架作為控制輸出端與第一行星架連接。

優選的是，所述主驅動機構包括主驅動電機和主減速機構。

優選的是，所述主驅動電機具有空心輸出軸，所述第二半軸可旋轉的支撐在所述空心輸出軸，並且從空心輸出軸中穿出。

優選的是，所述主減速機構包括：

第七單排行星齒輪系，其包括第七太陽輪、第七行星輪、第七行星架以及第七齒圈，所述第七太陽輪與主驅動電機輸出軸固定連接，所述第七齒圈固定在驅動橋殼上；

第六單排行星齒輪系，其包括第六太陽輪、第六行星輪、第六行星架以及第六齒圈，所述第六太陽輪與第七行星架固定連接，所述第六齒圈固定在驅動橋殼上，所述第六行星架與差速器殼固定連接。

一種帶有轉矩定向分配功能的電動差速器，包括：

主驅動機構，其設置在差速器一側，其輸出端連接差速器殼體，能夠將旋轉動力傳遞到差速器殼體，驅動車輛行駛；

TV控制驅動機構，其設置在所述差速器的另一側，用於輸出轉矩分配控制動力；

第一單排雙級行星齒輪系，其包括第一太陽輪、第一雙級行星輪、第一行星架以及第一齒圈，所述第一太陽輪可旋轉的支撐在第一半軸上，所述第一齒圈與第一半軸同軸固定連接，所述第一行星架與TV控制驅動機構的輸出端連接；

第二單排雙級行星齒輪系，其包括第二太陽輪、第二行雙級星輪、第二行星架以及第二齒圈，所述第二行星架定在驅動橋殼上，第二太陽輪與第一太陽輪固定連接；第二太陽輪可旋轉的支撐在第一半軸上；

第三單排行星齒輪系，其包括第三太陽輪、第三行星輪、第三行星架以及第三齒圈，所述第三太陽輪與第一半軸固定連接，第三行星架與第二內齒圈固定連接，所述第三齒圈與差速器殼固定連接；

其中，第二單排行星齒輪系與第一單排行星齒輪系具有相同的特徵參數。

一種帶有轉矩定向分配功能的電動差速器，包括：

主驅動機構，其設置在差速器一側，其輸出端連接差速器殼體，能夠將旋轉動力傳遞到差速器殼體，驅動車輛行駛；

TV控制驅動機構，其設置在所述差速器的另一側，用於輸出轉矩分配控制動力；

第一單排行星齒輪系，其包括第一太陽輪、第一行星輪、第一行星架以及第一齒圈，所述第一太陽輪可旋轉的支撐在第一半軸上，所述第一齒圈與第一半軸同軸固定連接，所述第一行星架與TV控制驅動機構的輸出端連接；

第二單排行星齒輪系，其包括第二太陽輪、第二行星輪、第二行星架以及第二齒圈，所述第二行星架定在驅動橋殼上，第二太陽輪與第一太陽輪固定連接；第二太陽輪可旋轉的支撐在第一半軸上；

第三單排雙級行星齒輪系，其包括第三太陽輪、第三雙級行星輪、第三行星架以及第三齒圈，所述第三太陽輪與第一半軸固定連接，第三行星架與第二內齒圈固定連接，所述第三齒圈與差速器殼固定連接；

其中，第二單排行星齒輪系與第一單排行星齒輪系具有相同的特徵參數。

一種帶有轉矩定向分配功能的電動差速器，包括：

主驅動機構，其設置在差速器一側，其輸出端連接差速器殼體，能夠將旋轉動力傳遞到差速器殼體，驅動車輛行駛；

TV控制驅動機構，其設置在所述差速器的另一側，用於輸出轉矩分配控制動力；

第一單排雙級行星齒輪系，其包括第一太陽輪、第一雙級行星輪、第一行星架以及第一齒圈，所述第一太陽輪可旋轉的支撐在第一半軸上，所述第一齒圈與第一半軸同軸固定連接，所述第一行星架與TV控制驅動機構的輸出端連接；

第二單排雙級行星齒輪系，其包括第二太陽輪、第二雙級行星輪、第二行星架以及第二齒圈，所述第二行星架定在驅動橋殼上，第二太陽輪與第一太陽輪固定連接；第二太陽輪可旋轉的支撐在第一半軸上；

第三單排雙級行星齒輪系，其包括第三太陽輪、第三雙級行星輪、第三行星架以及第三齒圈，所述第三太陽輪與第一半軸固定連接，第三行星架與第二內齒圈固定連接，所述第三齒圈與差速器殼固定連接；

其中，第二單排行星齒輪系與第一單排行星齒輪系具有相同的特徵參數。

本發明的有益效果體現在以下幾個方面：

1、本發明提供的帶有轉矩定向分配功能的電動差速器，解決了傳統驅動橋中差速器「差速不差扭」的弊端，使得汽車的驅動轉矩可以按照控制邏輯的控制需求定向的分配到左右兩側車輪，在不改變縱向總驅動轉矩的前提下實現了左右側車輪轉矩不等分配的功能，提高了車輛的轉彎機動性和駕駛樂趣。

2、本發明提供的帶有轉矩定向分配功能的電動差速器，TV控制電機與主驅動電機同軸布置，結構更加緊湊，減少布置空間。

3、本發明提供的帶有轉矩定向分配功能的電動差速器，屬於簧上質量，因此不會像輪轂電機一樣顯著增加簧下質量，對汽車行駛時平順性影響小。

附圖說明

圖1為本發明所述的帶有轉矩定向分配功能電動差速器實施例一結構示意圖。

圖2為本發明所述的帶有轉矩定向分配功能電動差速器實施例二結構示意圖。

圖3為本發明所述的帶有轉矩定向分配功能電動差速器實施例三結構示意圖。

圖4為本發明所述的帶有轉矩定向分配功能電動差速器實施例四結構示意圖。

圖5為本發明所述的帶有轉矩定向分配功能電動差速器在汽車直行時的轉矩流向示意圖。

圖6為本發明所述的帶有轉矩定向分配功能電動差速器在汽車正常轉彎時的轉矩流向示意圖。

圖7為本發明所述的帶有轉矩定向分配功能電動差速器在汽車左轉、且轉矩定向分配器工作時的轉矩流向示意圖。

圖8為本發明所述的帶有轉矩定向分配功能電動差速器在汽車右轉、且轉矩定向分配器工作時的轉矩流向示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

實施例一

如圖1所示，本發明提供了一種帶有轉矩分配功能的電動差速器，主要由轉矩定向分配器2000、傳統錐齒輪差速器1400，主驅動電機減速機構1500和主驅動電機1002構成。

在本實施例中，所述轉矩定向分配器2000位於驅動橋左側(亦可和主驅動電機1002調換位置，將其布置在驅動橋右側)，主要由TV控制電機1001、TV減速機構1100、雙行星排TV耦合機構1200和單行星排差速器耦合機構1300構成。

所述TV控制電機1001是一個空心軸式內轉子電機，連接左側車輪的第一半軸1402從其空心轉子軸內孔穿出，空心軸式內轉子與第四行星輪系1010的太陽輪1014花鍵連接，將TV控制電機1001的輸出轉矩輸入至第四行星輪系1010。所述TV控制電機1001通過軸承支撐在第一半軸1402上，其定子及其殼體與驅動橋殼固定。

所述TV減速機構1100主要包括第四行星輪系1010和第五行星輪系1020。所述第四行星輪系1010包括太陽輪1014、三個圓周均布的行星齒輪1012、行星架1013和固定在驅動橋殼上的內齒圈1011。其中太陽輪1014與TV控制電機1001的空心軸式內轉子花鍵連接，行星架1013與第五行星輪系1020的太陽輪1024為一體。所述第五行星輪系1020包括太陽輪1024、三個圓周均布的行星齒輪1022、行星架1023和固定在驅動橋殼上的內齒圈1021。其中太陽輪1024通過軸承支撐在第一半軸1402上，行星架1023與第一行星輪系1030的行星架1033為一體。

優選的是TV減速機構1100可由單排行星輪系、多排行星輪系或其它形式的減速機構構成，因此變換減速機構1100的形式並不視為對本發明的創新。

所述雙行星排TV耦合機構1200主要包括第一行星輪系1030和第二行星輪系1040，它們的行星排特徵參數必須相同，行星排的類型必須一致。所述第一行星輪系1030包括太陽輪1034、三個圓周均布的行星輪1032、行星架1033和內齒圈1031。其中行星架1033與第五行星輪系1020的行星架1023為一體，內齒圈1031與第一半軸1402花鍵連接，太陽輪1034與第二行星輪系1040的太陽輪1044為一體，並通過軸承支撐在第一半軸上。所述第二行星輪系1040包括太陽輪1044、三個圓周均布的行星輪1042、行星架1043和內齒圈1041。其中行星架1043固定在驅動橋殼上，太陽輪1044和第一太陽輪1034為一體，並通過軸承支撐在第一半軸1402上，內齒圈1041與第三行星輪系1050的行星架1053為一體。

所述單行星排差速器耦合機構1300主要由第三行星輪系1050構成。所述第三行星輪系1050包括太陽輪1054、三個圓周均布的行星輪1052、行星架1053，以及與差速器殼1401為一體的內齒圈1051。其中太陽輪1054與第一半軸1402花鍵連接，行星架1053與第二行星輪系1040的內齒圈1041為一體。

所述傳統錐齒輪差速器1400主要由差速器殼1401、第一半軸1402、第二半軸1403、第一半軸齒輪1404、第二半軸齒輪1405、兩個圓錐行星齒輪1406和1407、行星齒輪軸1408構成。其中第一半軸齒輪1404與第一半軸1402花鍵連接，第二半軸齒輪1405與第二半軸1403花鍵連接，差速器殼1401通過軸承支撐在第二半軸1403上。

所述主驅動電機減速機構1500位於驅動橋的右側，主要由第六行星輪系1060和第七行星輪系1070構成。所述第六行星輪系1060包括太陽輪1064、三個圓周均布的行星輪1062、行星架1063和固定在驅動橋殼上的內齒圈1061。其中行星架1063與差速器殼1401為一體，太陽輪1064與第七行星輪系1070的行星架1073為一體，太陽輪1064通過軸承支撐在第二半軸1403上。所述第七排行星輪系1070包括太陽輪1074、三個圓周均布的行星輪1072、行星架1073和固定在驅動橋殼上的內齒圈1071。其中太陽輪1074與主驅動電機1002的空心內轉子軸花鍵連接。

優選的是主驅動電機減速機構1500可由單排行星輪系、多排行星輪系或其它形式的減速機構構成，因此變換主驅動電機減速機構1500的形式並不視為對本發明的創新。

所述主驅動電機1002位於驅動橋的右側，其是一個空心軸式內轉子電機，連接右側車輪的第二半軸1403從其空心轉子軸內孔穿出。空心軸式內轉子與第七行星輪系1070的太陽輪1074花鍵連接，主驅動電機1002可通過太陽輪1074將驅動轉矩輸入主驅動電機減速機構1500內，並作用到差速器殼1401上，最終等分到第一半軸1402和第二半軸1403上。所述主驅動電機1002通過軸承支撐在第二半軸1403上，其定子及其殼體與驅動橋殼固定。

實施例二

如圖2所示，本實施例中，雙行星排TV耦合機構1200中的第一行星輪系1030和第二行星輪系1040均為單行星輪行星排，單行星排差速器耦合機構1300中的第三行星輪系1050為雙級行星輪行星排，結構簡圖如圖所示。

實施例三

如圖3所示，本實施例中，雙行星排TV耦合機構1200中的第一行星輪系1030和第二行星輪系1040均為雙級行星輪行星排，單行星排差速器耦合機構1300中的第三行星輪系1050為單行星輪行星排，結構簡圖如圖所示。

實施例四，

如圖4所示，本實施例中，雙行星排TV耦合機構1200中的第一行星輪系1030和第二行星輪系1040均為雙級行星輪行星排，單行星排差速器耦合機構1300中的第第三行星輪系1050為雙級行星輪行星排，結構簡圖如圖所示。

圖1至圖4所示的方案均為本發明所述的帶有轉矩定向分配功能的電動差速器的可實現的實施例結構方案，但是考慮到系統慣量損失、運轉效率，圖1所示的實施例方案為最佳優選方案，其次是圖3所示方案，再次是圖2和圖4所示方案。

本發明所述的帶有轉矩定向分配功能的電動差速器工作原理如下：

以圖1所示的帶有轉矩定向分配功能的電動差速器的實施例結構簡圖為例，說明工作原理。

當汽車直線行駛時，左右兩側車輪驅動轉矩相同，無需轉矩分配，因此TV控制電機1001中沒有控制電信號，TV控制電機不起動，汽車僅由主驅動電機1002驅動，主驅動電機1002輸出的扭矩經過主驅動電機減速機構1500扭矩增加作用到差速器殼1401上，由於傳統錐齒輪差速器機構1400等分扭矩的原理，作用在差速器殼1401上的扭矩等分到第一半軸1402和第二半軸1403上，驅動汽車行駛。若設定汽車驅動時車輪的旋轉方向為正方向，反之為負方向。此時，差速器殼1401、第一半軸1402和第二半軸1403的旋轉速度相同，第三行星輪系1050的行星輪1052隻隨差速器殼1401公轉而不自轉，因此，行星架1053與太陽輪1054等速旋轉。又由於第一行星輪系1030的內齒圈1031與第三行星輪系1050的太陽輪1054的旋轉速度相同，第二行星輪系1040的內齒圈1041與第三行星輪系1050的行星架1053為一體，所以第一行星輪系1030中的內齒圈1031與第二行星輪系1040中的內齒圈1041等速旋轉。因為第一行星輪系1030與第二行星輪系1040共太陽輪，兩個內齒圈轉速也相同，所以行星架1033的轉速與行星架1043的轉速也相同，行星架1043固定，轉速為0，所以行星架1033轉速也為0。由於TV減速機構1100隻改變TV控制電機1001輸出的扭矩大小，不改變輸出的扭矩正負方向，因此，當汽車直行時，TV控制電機1001的內轉子轉速也為0，TV控制電機不起動、不輸出轉矩，汽車僅由主驅動電機1002驅動，轉矩分配流如圖5所示。

當汽車正常差速轉彎時，左右兩側車輪驅動轉矩相同，無需轉矩分配，因此TV控制電機1001中沒有控制電信號，TV控制電機不起動，汽車僅由主驅動電機1002驅動，主驅動電機1002輸出的扭矩經過主驅動電機減速機構1500扭矩增加作用到差速器殼1401上，由於傳統錐齒輪差速器機構1400等分扭矩的原理，作用在差速器殼1401上的扭矩等分到第一半軸1402和第二半軸1403上，驅動汽車行駛。

以汽車正常差速左轉為例，若設定汽車驅動時車輪的旋轉方向為正方向，反之為負方向。則對單行星排差速器耦合機構1050由單行星輪行星排轉速公式得：

nS5+k5nR5-(k5+1)nPC5＝0

式中nS5為第三行星輪系1050太陽輪1054轉速，nR5為第三行星輪系1051內齒圈轉速，nPC5為第三行星輪系1053行星架轉速，k5為第三行星輪系行星排特徵參數。由於汽車左轉，所以差速器殼1401轉速大於第一半軸1402轉速，所以：

nS5＜nR5

所以：

nS5＜nPC5

即第三行星輪系1050中的太陽輪1054轉速小於行星架1053的轉速，所以對於雙行星排TV耦合機構1200中，第一行星輪系1030中的內齒圈1031轉速小於第二行星輪系1040中的內齒圈1041轉速。又因為第一行星輪系1030與第二行星輪系1040共太陽輪，所以雙行星排TV耦合機構1200則有：

knR3-(k+1)nPC3＝knR4-(k+1)nPC4

式中nPC3為第一行星輪系1030行星架1033轉速，nR3為第一行星輪系1030內齒圈1031轉速，nPC4為第二行星輪系1040行星架1043轉速，nR4為第二行星輪系1040內齒圈1041轉速，k為第一行星輪系1030和第二行星輪系1040的行星排特徵參數。又因為：

nR3＜nR4，且nPC4＝0

所以：

nPC3＜0

即第一行星輪系1030的行星架1033轉速為負，所以TV控制電機1001的內轉子轉速也為負。因此，當汽車正常差速左轉時，TV控制電機1001無電信號輸入，沒有扭矩輸出，TV控制電機的空心軸式內轉子被轉矩分配器2000拖拽以負方向旋轉。轉矩分配流如圖6所示。

同理可得當汽車正常差速右轉時，TV控制電機1001無電信號輸入，沒有扭矩輸出，TV控制電機的空心軸式內轉子被轉矩分配器2000拖拽以正方向旋轉。轉矩分配流同樣如圖6所示。

當汽車中高速轉彎時，需要將內側車輪轉矩定向分配到外側車輪以提高轉彎機動性時。若設定汽車驅動時車輪的旋轉方向為正方向，反之為負方向，以汽車左轉彎為例分析。此時電機控制器控制TV控制電機1001輸出轉矩-T0(T0為正值),該轉矩通過TV減速機構1100減速增扭後，輸入雙行星排TV耦合機構1200中行星架1033的力矩為-iT0，其中i為TV減速機構1100的傳動比。所以第一行星輪系1030中內齒圈1031輸入第一半軸1402的力矩為則TV控制電機1001輸入進單行星排差速器耦合機構1300中的行星架1053的力矩為所以第三行星輪系1050中的太陽輪1054輸入第一半軸1402的力矩為內齒圈1051輸入進差速器殼1401的力矩為由差速器殼1401等分至第一半軸1402和第二半軸1403的力矩為所以最終由控制電機1001輸入第一半軸1402的力矩是由第一行星輪系1030中內齒圈1031輸入第一半軸1402的力矩、第三行星輪系1050中太陽輪1054輸入第一半軸1402的力矩、差速器殼1401等分至第一半軸1402的力矩三部分之和構成，其結果為為由TV控制電機1001最終輸入第二半軸1403的力矩為如上可以看出，由TV控制電機1001輸入進第一半軸1402和第二半軸1403的力矩等大反向，因此不改變總的縱向驅動轉矩，且與第一半軸1402相連的左側車輪轉矩減少，與第二半軸1403相連的右側車輪轉矩增加，可以產生一個有助於左轉的橫擺力矩，提高了汽車的左轉彎機動性。需要說明的是，此時TV控制電機1001的轉速與正常差速左轉時相同。此時的轉矩分配流如圖7所示。需要說明的是，若TV控制電機在此時輸出正向轉矩，則驅動轉矩將定向的由右側車輪分配到左側車輪，將產生一個防止車輛過度轉向的橫擺力矩，用於保持汽車穩定性。

同理可得，當汽車中高速右轉彎時，電機控制器控制TV控制電機1001輸出正向轉矩，在不改變總的縱向驅動轉矩的前提下可以產生一個有助於右轉的橫擺力矩，提高了汽車的右轉彎機動性。需要說明的是，此時TV控制電機1001的轉速與正常差速右轉時相同。此時的轉矩分配流如圖8所示。需要說明的是，若TV控制電機在此時輸出負向轉矩，則驅動轉矩將定向的由左側車輪分配到右側車輪，將產生一個防止車輛過度轉向的橫擺力矩，用於保持汽車穩定性。

儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。