CN102555772A - 具有动力吸振作用的减速式轮边驱动*** - Google Patents

具有动力吸振作用的减速式轮边驱动*** Download PDF

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陈辛波
唐峰
陆承超
余卓平
陈更
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Abstract

本发明公开了一种具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***，动力由电机通过电机输出轴输出至第一级减速小圆柱齿轮，第一级减速小圆柱齿轮与第一级减速大圆柱齿轮啮合以传递动力，第一级减速大圆柱齿轮与第二级减速小圆锥齿轮固接且中心轴线同轴，第二级减速小圆锥齿轮通过与第二级减速大圆锥齿轮啮合，将动力输出至半轴，半轴伸入轮毂段制有外花键，通过轮毂将动力传递至轮辋；电机通过动力吸振器阻尼元件和动力吸振器弹性元件悬置于固接在一起的减速箱体-转向节-导向套管上，电机除输出动力外还充当动力吸振器质量块的作用，通过适当调整动力吸振器阻尼元件和动力吸振器弹性元件参数改善车辆垂向性能。本发明的优点是电机质量由簧下质量转化为了动力吸振器质量，具有制造成本低、传动效率高，且有利于发挥高速电机效率高、功率密度大的优势。

Description

具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***
技术领域
本发明涉及电动汽车底盘与传动领域，特别涉及一种具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***。
背景技术
目前，以电动轮为代表的轮边电驱动***其主要结构特征是将驱动电机安装在驱动轮内或驱动轮附近，具有驱动传动链短、传动高效、结构紧凑等优点。同时，轮边驱动***各驱动轮转矩可独立控制，轮边电机既是汽车的信息单元，又是快速反应的控制执行单元，有利于实现传统汽车上难以实现的高性能控制功能，从而提高恶劣路面条件下的行驶性能。
但一般的轮边驱动***，因在轮边/轮内引入了驱动电机、减速器等部件，致使整车簧下质量显著增加，直接影响到车轮接地性、车身平顺性。在车轮上加装动力吸振器是解决簧下质量过大引起的车辆垂向负效应的一种有效方法。但传统的动力吸振器方式，需要额外在车轮上悬置一质量块，这一方面占用了空间，也增加了整车整备质量，从而降低续驶里程。此外，受到上述因素的影响，加装的动力吸振器质量不宜过大，因而起到的吸振作用有限。
普利司通公司申请的专利US7614467B2 In-wheel motor system having damping mechanism 通过将电机悬置于车轮，以柔性耦合器将电机动力直接传递至车轮，这不但减小了簧下质量，而且电机质量还转化为吸振器质量，但不带轮内减速器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***，在该***中电机悬置于车轮，因而电机质量由簧下质量转化为了动力吸振器质量。本发明采用减速式驱动方式，为一对普通定轴圆柱齿轮与普通定轴圆锥齿轮副，具有制造成本低、传动效率高，且有利于发挥高速电机效率高、功率密度大的优势。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***，包含吸振器导向杆、电机输出轴、第一级减速大圆柱齿轮、第二级减速小圆锥齿轮、制动***非旋转元件、制动***旋转元件、第二级减速大圆锥齿轮、动力吸振器弹性元件、动力吸振器阻尼元件、电机、第一级减速小圆柱齿轮和导向套管；动力由电机通过电机输出轴输出至第一级减速小圆柱齿轮，第一级减速小圆柱齿轮与第一级减速大圆柱齿轮啮合以传递动力，第一级减速大圆柱齿轮与第二级减速小圆锥齿轮固接且中心轴线同轴，第二级减速小圆锥齿轮通过与第二级减速大圆锥齿轮啮合，将动力输出至半轴，半轴伸入轮毂段制有外花键，通过制有内花键的轮毂将动力传递至轮辋；轮毂与轮辋及制动***旋转元件固接并一起转动。电机输出轴与第一级减速小圆柱齿轮相配合，用以传递动力，且电机输出轴可沿第一级减速小圆柱齿轮的中心轴线方向相对滑动。第一级减速小圆柱齿轮通过两个轴承支承于减速箱体上，其相对于减速箱体能且仅能作绕自身中心轴线的转动。第一级减速大圆柱齿轮与第二级减速小圆锥齿轮固接且中心轴线同轴，并通过两个轴承支承于减速箱体上，其相对于减速箱体能且仅能作绕自身中心轴线的转动。
所述电机通过动力吸振器阻尼元件和动力吸振器弹性元件悬置于固接在一起的减速箱体-转向节-导向套管上，电机除输出动力外还充当动力吸振器质量块的作用，通过适当调整动力吸振器阻尼元件和动力吸振器弹性元件参数改善车辆垂向性能。
电机输出轴与第一级减速小圆柱齿轮相配合，用以传递动力，电机输出轴沿第一级减速小圆柱齿轮的中心轴线方向相对滑动。
所述吸振器导向杆固接于电机，沿导向套管中心轴线方向滑动，导向套管与减速箱体、制动***非旋转元件及转向节相固接，导向套管中心轴线平行于电机输出轴中心轴线，以避免在电机沿导向套管中心轴线滑动时与电机输出轴和第一级减速小圆柱齿轮传动之间的干涉。电机在沿导向套管中心轴线方向滑动时，在垂向方向有运动，起到垂向动力吸振器作用。
所述电机充当动力吸振器的减速式轮边驱动***制动***采用盘式制动器或鼓式制动器。
第二级减速大圆锥齿轮与半轴相接，二者不可做相对运动，第二级减速大圆锥齿轮中心轴线与半轴中心轴线相重合。半轴通过两轴承支承于减速箱体上，相对于减速箱体可且仅可作绕自身中心轴线的旋转运动。半轴与轮毂之间以花键相连，不可做相对运动，仅起到传递动力的作用。轮辋、轮毂、制动***旋转元件、半轴、第二级减速大圆锥齿轮之间不存在相对运动，它们可且仅可绕车轮中心轴线相对于减速箱体作角速度相同的旋转运动。
车轮所承受的各向力经由轮辋传递至与其固接的轮毂。轮毂的外圈与轮毂轴承的内圈相配合，不存在相对运动。轮毂轴承的外圈与转向节的内圈相配合，不存在相对运动。车轮传递至轮毂的各向力经由轮毂轴承传递至转向节。轮毂轴承内圈与外圈可且仅可相对转动，故轮辋、轮毂、制动***旋转元件、半轴及第二级减速大圆锥齿轮与固结于一起的减速箱体-转向节-导向套管之间可且仅可相对转动。
电机及第一级减速小圆柱齿轮可绕以第一级减速大圆柱齿轮中心轴线为轴线，第一级减速小圆柱齿轮与第一级减速大圆柱齿轮中心距为半径的圆弧呈周向布置，这有利于避免与悬架安装布置之间的干涉。
具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***须左右成套使用。
具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***根据转向节具体结构形式的不同，可以匹配多种悬架类型。
本发明的优越功效在于：
1）电机质量不属于簧下质量，故簧下质量远小于传统轮边驱动电动车的簧下质量；
2）采用普通定轴圆柱齿轮副与普通定轴圆锥齿轮副减速传动，制造成本低、传动效率高，有利于发挥高速电机效率高、功率密度大的优势；
3）大质量的电机充当动力吸振器质量，通过适当设置动力吸振器悬置于车轮的阻尼与刚度，极大改善车辆的垂向性能；
4）大质量的电机充当动力吸振器质量，不需要额外引入吸振器质量块，从而不增加整车的整备质量；
5）根据转向节具体结构形式不同，可以匹配多种悬架；
6）转向轮与非转向轮均适用；
7）电机、减速器位于轮边，不占用车身空间；
8）电机及第一级减速小圆柱齿轮可绕以第一级减速大圆柱齿轮中心轴线为轴线，第一级减速小圆柱齿轮与第一级减速大圆柱齿轮中心距为半径的圆弧呈周向布置，有利于避免与悬架安装布置之间的干涉。
附图说明
图1为传统轮边驱动电动汽车1/4车辆二自由度振动模型图；
图2为本发明的1/4车辆三自由度振动模型图；
图3为本发明不包含悬架的具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***结构示意图；
图中标号说明
1－吸振器导向杆；                   2－轴承；
3－电机输出轴；                     4－第一级减速大圆柱齿轮；
5－第二级减速小圆锥齿轮；           6－轴承；
7－轴承；                           8－减速箱体；
9－轮辋；                           10－制动***非旋转元件；
11－制动***旋转元件；              12－轮毂轴承；
13－轮毂；                           14－半轴；
15－转向节；                         16－轴承；
17－第二级减速大圆锥齿轮；           18－轴承；
19－动力吸振器弹性元件；             20－动力吸振器阻尼元件；
21－电机；                           22－轴承；
23－第一级减速小圆柱齿轮；           24－导向套管。
具体实施方式
请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。
图1为传统轮边驱动电动汽车1/4车辆二自由度振动模型图，电机质量m3为簧下质量。
图2为本发明加装吸振器的1/4车辆三自由度振动模型图，具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***，其振动模型可简化为如图2，其中m2为1/4车身质量，m1为簧下质量，主要包括车轮、轮辋9、制动***旋转元件11、制动***非旋转元件10、半轴14、转向节15、制有内花键的第一级减速小圆柱齿轮23、第一级减速大圆柱齿轮4、第二级减速小圆锥齿轮5、第二级减速大圆锥齿轮17、减速箱体8等质量，m3为动力吸振器质量，即由电机21质量充当。通过适当设置动力吸振器阻尼元件20的阻尼系数C3及动力吸振器弹性元件19的刚度k3能极大改善车辆的垂向性能。
如图3所示，本发明提供了一种具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***，包含吸振器导向杆1、轴承2、制有外花键的电机输出轴3、第一级减速大圆柱齿轮4、第二级减速小圆锥齿轮5、轴承6、轴承7、减速箱体8、轮辋9、制动***非旋转元件10、制动***旋转元件11、轮毂轴承12、轮毂13、半轴14、转向节15、轴承16、第二级减速大圆锥齿轮17、轴承18、动力吸振器弹性元件19、动力吸振器阻尼元件20、电机21、轴承22、制有内花键的第一级减速小圆柱齿轮23和导向套管24。
动力由电机21通过制有外花键的电机输出轴3输出至制有内花键第一级减速小圆柱齿轮23，制有内花键的第一级减速小圆柱齿轮23与第一级减速大圆柱齿轮4啮合以传递动力，第一级减速大圆柱齿轮4与第二级减速小圆锥齿轮5固接且中心轴线同轴，第二级减速小圆锥齿轮5通过与第二级减速大圆锥齿轮17啮合，从而将动力输出至半轴14，半轴14伸入轮毂13段制有外花键，通过制有内花键的轮毂13将动力传递至轮辋9。轮毂13与轮辋9及制动***旋转元件11固接并一起转动。制有外花键的电机输出轴3与制有内花键的第一级减速小圆柱齿轮23相配合，用以传递动力，且制有外花键的电机输出轴3可沿制有内花键的第一级减速小圆柱齿轮23的中心轴线方向相对滑动。制有内花键的第一级减速小圆柱齿轮23通过轴承2、轴承22支承于减速箱体8上，其相对于减速箱体8能且仅能作绕自身中心轴线的转动。第一级减速大圆柱齿轮4与第二级减速小圆锥齿轮5固接且中心轴线同轴，并通过轴承7支承于减速箱体8上，其相对于减速箱体8能且仅能作绕自身中心轴线的转动。
所述电机21除输出动力外还起到动力吸振器作用。吸振器导向杆1固接于电机21，并且仅可沿导向套管24中心轴线方向滑动，即电机21仅可沿导向套管24中心轴线方向滑动。导向套管24与减速箱体8、制动***非旋转元件10及转向节15相固接。导向套管24中心轴线须与制有外花键的电机输出轴3中心轴线相平行，以避免在电机21沿导向套管24中心轴线滑动时与制有外花键的电机输出轴3和制有内花键的第一级减速小圆柱齿轮23传动之间的干涉。电机21与固接于一起的减速箱体8-导向套管24-转向节15之间安装有动力吸振器阻尼元件20及动力吸振器弹性元件19。故，电机21在沿导向套管24中心轴线方向滑动时，在垂向方向有运动，由此起到垂向动力吸振器作用。
第二级减速大圆锥齿轮17与半轴14相接，二者不可做相对运动，第二级减速大圆锥齿轮17中心轴线与半轴14中心轴线相重合。半轴14通过轴承16、轴承18支承于减速箱体8上，相对于减速箱体8仅可作绕自身中心轴线的旋转运动。半轴14与轮毂13之间以花键相连，不可做相对运动，仅起到传递动力的作用。即轮辋9、轮毂13、制动***旋转元件11、半轴14、第二级减速大圆锥齿轮17之间不存在相对运动，它们仅可绕车轮中心轴线相对于减速箱体8作角速度相同的旋转运动。
车轮所承受的各向力经由轮辋9传递至与其固接的轮毂13。轮毂13的外圈与轮毂轴承12的内圈相配合，不存在相对运动。轮毂轴承12的外圈与转向节15的内圈相配合，不存在相对运动。车轮传递至轮毂13的各向力经由轮毂轴承12传递至转向节15。轮毂轴承12内圈与外圈可且仅可相对转动，故轮辋9、轮毂13、制动***旋转元件11、半轴14及第二级减速大圆锥齿轮17与固结于一起的减速箱体8-转向节15-导向套管24之间仅可相对转动。
电机21及制有内花键的第一级减速小圆柱齿轮23绕以第一级减速大圆柱齿轮4中心轴线为轴线，制有内花键的第一级减速小圆柱齿轮23与第一级减速大圆柱齿轮4中心距为半径的圆弧呈周向布置，这有利于避免与悬架安装布置之间的干涉。
具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***须左右成套使用。
具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***根据转向节15具体结构形式的不同，可以匹配多种悬架类型。
具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***制动***采用盘式制动器或鼓式制动器。

Claims (4)

1.一种具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***，包含吸振器导向杆、电机输出轴、第一级减速大圆柱齿轮、第二级减速小圆锥齿轮、制动***非旋转元件、制动***旋转元件、第二级减速大圆锥齿轮、动力吸振器弹性元件、动力吸振器阻尼元件、电机、第一级减速小圆柱齿轮和导向套管；其特征在于：动力由电机通过电机输出轴输出至第一级减速小圆柱齿轮，第一级减速小圆柱齿轮与第一级减速大圆柱齿轮啮合以传递动力，第一级减速大圆柱齿轮与第二级减速小圆锥齿轮固接且中心轴线同轴，第二级减速小圆锥齿轮通过与第二级减速大圆锥齿轮啮合，将动力输出至半轴，半轴伸入轮毂段制有外花键，通过制有内花键的轮毂将动力传递至轮辋；所述电机通过动力吸振器阻尼元件和动力吸振器弹性元件悬置于固接在一起的减速箱体-转向节-导向套管上，电机除输出动力外还充当动力吸振器质量块的作用，通过适当调整动力吸振器阻尼元件和动力吸振器弹性元件参数改善车辆垂向性能。
2.根据权利要求1所述的一种具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***，其特征在于：电机输出轴与第一级减速小圆柱齿轮相配合，用以传递动力，电机输出轴沿第一级减速小圆柱齿轮的中心轴线方向相对滑动。
3.根据权利要求1所述的一种具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***，其特征在于：所述吸振器导向杆固接于电机，沿导向套管中心轴线方向滑动，导向套管中心轴线平行于电机输出轴中心轴线。
4.根据权利要求1所述的一种具有动力吸振作用的减速式轮边驱动***，其特征在于：所述电机充当动力吸振器的减速式轮边驱动***制动***采用盘式制动器或鼓式制动器。
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