CN100526683C - 齿轮差速器、***及对其输出扭矩进行补偿的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种齿轮差速器，它包括差速器外壳、行星齿轮、具有齿轮的左半轴、具有齿轮的右半轴及左、右补偿电动机，该行星齿轮通过其齿轮轴固定在该差速器外壳上，该左、右半轴的齿轮均与该行星齿轮啮合，还包括，该左、右补偿电动机的定子为固定设置，该左、右补偿电动机的转子分别与左、右半轴固连。由于利用补偿电动机来补偿车轮打滑时不足的负载力矩，使得左、右侧车轮都可以在最佳的附着状况下工作，提高***稳定性，提高了响应速度，而且便于进行差速补偿的动态调节。

Description

齿轮差速器、***及对其输出扭矩进行补偿的方法
技术领域
本发明涉及齿轮差速器领域。
背景技术
现有的轮间差速器是行星齿轮的一种变形机构，一般而言，动力机(发动机或者电动机等)的动力都是经由行星架输入的，左、右半轴连接于行星排的太阳轮轴和齿圈轴，根据行星排的固有特性，使得输入和输出端的转速有着下列的关系：
2N输入＝N左+N右；
相应的扭矩关系(不考虑正负)为：
T输入：T左：T右＝2：1：1
当左、右车轮轮速相差不大，即没有任何一侧车轮打滑时候，车辆可以实现正常的扭矩输出，实现期望的驱动状态；但是，一旦一侧车轮发生打滑，其对应半轴的负载扭矩下降，直接导致了另一侧半轴的输出能力下降，动力不能由路况较好的轮端最大化输出，车辆的驱动力就大大降低了，相应的车辆的行驶通过性能就产生下降。此时在车轮上产生的总牵引力最大值可以达到：Ftmax＝2FΦmin+Tf/rr，即：最大牵引力为2倍的附着小车轮的牵引力FΦmin和差速器内摩擦产生的力Tf/rr，此时发动机的功率发挥不出来，造成能力浪费，所以现有的锁止差速器是通过在左、右半轴间增加一套摩擦机构来实现驱动扭矩的分配关系，实现车轮左右侧车轮打滑时候的轮间锁止，使得发动机的功率可以由附着状况较好的轮端输出，增加动力性。但是，这种利用摩擦机构存在如下缺点：1)不能实现差速器的可控锁止；2)灵敏度和锁止效率低；3)不能进行动态调节，可控性较低；4)能量损失大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能进行动态调节且响应速度快的齿轮差速器、***及对其输出扭矩进行补偿的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该齿轮差速器包括差速器外壳、行星齿轮、具有齿轮的左半轴、具有齿轮的右半轴及左、右补偿电动机，该行星齿轮通过其齿轮轴固定在该差速器外壳上，该左、右半轴的齿轮均与该行星齿轮啮合，还包括，该左、右补偿电动机的定子为固定设置，该左、右补偿电动机的转子分别与左、右半轴固连。
所述的左、右补偿电动机的转子均具有轴向贯穿的空腔，左、右半轴分别穿过左、右补偿电动机的空腔并与空腔的腔壁紧配合。
该齿轮差速***包括差速器外壳、行星齿轮、具有齿轮的左半轴、具有齿轮的右半轴及左、右补偿电动机，该行星齿轮通过其齿轮轴固定在差速器外壳上，该左、右半轴的齿轮均与该行星齿轮啮合，该左、右补偿电动机的定子为固定设置，该左、右补偿电动机的转子分别与左、右半轴固连，该左、右补偿电动机均与一控制单元的输出端连接，该控制单元的输入端与轮速传感器连接，该轮速传感器检测车轮的速度，该控制单元根据该速度计算该车轮的滑移率并根据该滑移率来控制左、右补偿电动机。
该对齿轮差速器的输出扭矩进行补偿的方法，包括如下步骤：
a)通过轮速传感器获取车轮的转速；
b)控制单元根据该转速计算出该车轮的滑移率；
c)判断该滑移率是否处于设定的滑移率范围之内，如果该滑移率处于该设定的滑移率范围之外，则控制单元控制该车轮对应的左补偿电动机或右补偿电动机输出扭矩而进行扭矩补偿。
所述的步骤c)后还包括步骤d)：根据该车轮在补偿电动机工作时的滑移率，控制单元实时调整该补偿电动机的输出扭矩，直至滑移率处于设定的滑移率范围之内。
所述步骤c)还包括：如果该滑移率处于设定的滑移率范围之内，则控制该车轮对应的左补偿电动机或右补偿电动机不工作。
本发明的有益效果是，由于利用补偿电动机来补偿车轮打滑时不足的负载力矩，使得左、右侧车轮都可以在最佳的附着状况下工作，提高***稳定性，提高了响应速度，而且便于进行差速补偿的动态调节。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的剖视图。
图3是本发明的电路框图。
图4是本发明的流程框图。
具体实施方式
请参阅图1至图4，本发明齿轮差速器为一种轮间差速器，其包括行星齿轮1、具有齿轮51的左半轴5、具有齿轮41的右半轴4、左补偿电动机6及右补偿电动机3，该行星齿轮1固套在齿轮轴11上，该齿轮轴11固定在差速器外壳8上，该差速器外壳8接受动力机传递来的动力。该左半轴5传动左侧车轮转动，其齿轮51与该行星齿轮1啮合。该右半轴4传动该右侧车轮转动，其齿轮41与该行星齿轮1啮合。该左补偿电动机6包括左补偿电动机定子60和左补偿电动机转子61，该左补偿电动机定子60固定设置(如固定在车身上)，该左补偿电动机转子61具有轴向贯穿的空腔611，该左半轴5与该空腔611腔壁通过齿轮花键的配合而固连一体。该右补偿电动机3包括右补偿电动机定子30和右补偿电动机转子31，该右补偿电动机定子30固定设置(如固定在车身上)，该右补偿电动机转子31具有轴向贯穿的空腔311，该右半轴4与该空腔311腔壁通过齿轮花键的配合而固连一体。当差速器外壳8接收到动力输入时，行星齿轮轴11和行星齿轮1同步旋转，则行星齿轮1将动力分别传递到左、右半轴5、4。
该左、右补偿电动机6、3均与车辆的控制单元(即ECU)的输出端连接，该控制单元的输入端与轮速传感器的输出端连接，该轮速传感器检测车轮的速度信号。
按照前面介绍的行星排的固有特性，相应的公式为：
2N8＝N5+N4；
T8：T5：T4＝2：1：1
其中，N8表示差速器外壳8的转动角速度，N5表示左半轴5的转动角速度，N4表示右半轴4的转动角速度，T8表示自差速器外壳8输入的扭矩，T5表示左半轴5的输出扭矩，T4表示右半轴4的输出扭矩。
当车辆正常行驶，该齿轮差速器的结构和现有的齿轮差速器是一样的。当左侧车轮发生打滑时候，此时，控制单元启动左补偿电动机6，该补偿电动机6工作在发电状态，相当于增加左侧车轮轮端的负载，这样左半轴5的输出扭矩相当于为轮端扭矩和该补偿电动机6的输出扭矩之和，即：
T5＝T6+T轮端，其中，T5表示左半轴的输出扭矩，T6表示左补偿电动机的输出扭矩，T轮端表示左侧车轮的轮端扭矩。
这样由上面的行星排固有特性，可以看出：随着左侧车轮打滑，输送到车轮的扭矩T轮端变小，但是通过调整左补偿电动机的扭矩T6的大小，可以在有限的范围内对左半轴的输出扭矩T5进行补充，从而保证未打滑侧的右半轴4的输出扭矩T4依然具有相当的驱动能力，这样对整车的动力性会有所补偿，增强车辆的通过性。同样的，若右侧车轮打滑，该齿轮差速器也可进行同样的补偿操作。
该齿轮差速器的控制方法包括如下步骤：1)位于车轮处的轮速传感器检测车轮的转速信号并将该信号反馈到控制单元；2)该控制单元根据该车轮的实际行使车速(平动速度)和车轮转动产生的理论速度(根据车轮的转速计算出)来计算出车轮的当前滑移率；3)判断该滑移率是否处于设定的滑移率范围之外，如果当前滑移率处于设定的滑移率范围之外，则判断该车轮打滑，控制单元控制该车轮对应的补偿电动机施加动作信号，使得该补偿电动机处于发电状态，增加由于车轮打滑而减少的负载；如果当前滑移率处于设定的滑移率范围之内，则判断车辆未打滑而处于正常行驶状态，此时补偿电动机不工作。
当需要补偿电动机输出时，根据前期的测试数据积累(即为根据积累数据得出的滑移率和所需输出扭矩之间的对应关系)，先施加一个初始扭矩，然后利用对车轮滑移率的反馈来调整此扭矩的变化，使得车轮的滑移率处于允许范围。由于电动机的输出特性在一定范围内可调，所以可以对多种附着条件的单侧轮端打滑状态进行补偿，可以有效的提高车辆的动力性和通过性。
对于双轴驱动的车辆，也可利用上述结构的齿轮差速器，其只需要将左、右半轴变成前、后轴的动力输入端，从而实现前、后轴之间的差速补偿，然后对于单个的前轴和后轴，则可利用本发明齿轮差速器进行左、右间的差速补偿。
本发明中，当补偿电机启动后，发出的电能可以存储到车载电池中，也可以直接给车辆的电机供电，这样在增加通过性的同时，也利用了传统结构中摩擦损失的能量，提高了能量的利用率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种齿轮差速器，包括差速器外壳、行星齿轮、具有齿轮的左半轴及具有齿轮的右半轴，该行星齿轮通过其齿轮轴固定在该差速器外壳上，该左、右半轴的齿轮均与该行星齿轮啮合，其特征在于：还包括左、右补偿电动机，该左、右补偿电动机的定子为固定设置，该左、右补偿电动机的转子分别与左、右半轴固连。
2.按照权利要求1所述的齿轮差速器，其特征在于：所述的左、右补偿电动机的转子均具有轴向贯穿的空腔，左、右半轴分别穿过左、右补偿电动机的空腔并与空腔的腔壁紧配合。
3.一种齿轮差速***，包括差速器外壳、行星齿轮、具有齿轮的左半轴及具有齿轮的右半轴，该行星齿轮通过其齿轮轴固定在差速器外壳上，该左、右半轴的齿轮均与该行星齿轮啮合，其特征在于：还包括左、右补偿电动机，该左、右补偿电动机的定子为固定设置，该左、右补偿电动机的转子分别与左、右半轴固连，该左、右补偿电动机均与一控制单元的输出端连接，该控制单元的输入端与轮速传感器连接，该轮速传感器检测车轮的速度，该控制单元根据该速度计算该车轮的滑移率并根据该滑移率来控制左、右补偿电动机。
4.一种对齿轮差速器的输出扭矩进行补偿的方法，其特征在于：包括如下步骤：
a)通过轮速传感器获取车轮的转速；
b)控制单元根据该转速计算出该车轮的滑移率；
c)判断该滑移率是否处于设定的滑移率范围之内，如果该滑移率处于该设定的滑移率范围之外，则控制单元控制该车轮对应的左补偿电动机或右补偿电动机输出扭矩而进行扭矩补偿。
5.按照权利要求4所述的一种对齿轮差速器的输出扭矩进行补偿的方法，其特征在于：所述的步骤c)后还包括步骤d)：根据该车轮在补偿电动机工作时的滑移率，控制单元实时调整该补偿电动机的输出扭矩，直至滑移率处于设定的滑移率范围之内。
6.按照权利要求4所述的一种对齿轮差速器的输出扭矩进行补偿的方法，其特征在于：所述步骤c)还包括：如果该滑移率处于设定的滑移率范围之内，则控制该车轮对应的左补偿电动机或右补偿电动机不工作。
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