CN108146423B - 一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，包括：双转子电机，其外转子输出端连接车轮，内转子输出端连接主动齿轮；防倾齿轮，其位于所述主动齿轮的一侧，并与所述主动齿轮啮合；L形防倾杆，其一端通过第一离合器固定连接所述防倾齿轮，另一端连接悬架；直线电机，其固定在所述双转子电机一侧，所述直线电机的次级端连接转向横拉杆，用于驱动转向横拉杆移动实现转向；其中，当第一离合器结合时，所述内转子输出端产生阻止悬架上下跳动的阻力矩，实现防倾。本发明提供的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，提高了***的集成性，节省了空间，便于整车布置。

Description

一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***及控制方法

技术领域

本发明属于汽车轮边驱动技术领域，特别涉及一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***及控制方法。

背景技术

传统的集中驱动式纯电动汽车采用由单一电机和驱动桥组成的动力总成或由单一电机、变速器和驱动桥组成的动力总成来驱动车辆行驶，传动零件多，传动效率不高，占用空间大。

轮毂驱动或轮边驱动其结构特征为将驱动电机直接安装在驱动车轮内或者驱动车轮附近，电机直接驱动车轮或者经减速机构。与传统汽车相比，省去了差速器等机械传动部件，传动效率高，结构紧凑，车身空间利用率高，同时各个驱动车轮可独立控制，便于实现复杂的动力性与稳定性控制。然而，对于轮毂驱动或驱动电机布置在车轮支架的轮边驱动形式，由于驱动电机增加了簧下质量，导致汽车平顺性不佳。因而，采用布置在车架上的驱动电机轮边独立驱动形式，可以在现阶段有效解决此问题。

同时，现有的轮边驱动***往往还是与传统转向***和悬架***匹配使用，轮边驱动***与转向***以及悬架***的设计和布置是相对独立的。在将传统驱动形式改为轮边驱动形式时往往存在三***间的空间和运动干涉问题，为此整车底盘***的设计难度大、周期长。另外，悬架***中的传统的横向稳定杆需连接左右独立悬架减振器臂，虽能有效的防止车身侧倾，但也牺牲了部分乘坐舒适性，且增加空间布置难度。现有的独立防倾技术多为分别为各个悬架增加防倾电机，占用空间大，结构复杂。除此之外，虽然现在存在各车轮独立转向的技术，但现有独立转向技术都未考虑独立转向执行部件失效问题，当一侧车轮独立转向失效，则整个车辆无法继续完成转向动作，具有很大的安全隐患。

发明内容

本发明目的是提供一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，利用双转子电机和直线电机这两种特种电机作为两个执行机构来实现车轮的独立线控驱动、独立线控转向以及独立线控防倾三个功能；提高了***的集成性，节省了空间，便于整车布置，同时实现了各车轮的独立转向控制，使转向更为灵活。

本发明还有一个目的是提供一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***控制方法，当转向直线电机失效时，通过控制双转子电机以及离合器的通断实现线控转向的冗余保证可靠的转向安全性。

本发明提供的技术方案为：

双转子电机，其外转子输出端连接车轮，内转子输出端连接主动齿轮；

防倾齿轮，其位于所述主动齿轮的一侧，并与所述主动齿轮啮合；

L形防倾杆，其一端通过第一离合器固定连接所述防倾齿轮，另一端连接悬架；

直线电机，其固定在所述双转子电机一侧，所述直线电机的次级端连接转向横拉杆，用于驱动转向横拉杆移动实现转向；

其中，当第一离合器结合时，所述内转子输出端产生阻止悬架上下跳动的阻力矩，实现防倾。

优选的是，所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，还包括失效保护机构，其包括：

转向齿轮，其位于所述主动齿轮的另一侧，并与所述主动齿轮啮合；

第二离合器，其主动端与转向齿轮的伸出端连接；

螺母，其与所述第二离合器从动端连接；

丝杠轴，其与直线电机的次级靠近转向齿轮的一端固定连接；

其中，当第二离合器闭合时，转向齿轮转动能够带动所述转向横拉杆移动。

优选的是，所述转向齿轮通过滚针轴承空套在所述螺母上。

优选的是，所述L形防倾杆包括相互垂直的第一段及第二段，所述第二段能够绕第一段转动；所述第一段连接所述第一离合器，所述第二段连接减振器。

优选的是，所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，还包括防倾连接杆，所述防倾连接杆的下端与所述第二段的端部铰接，上端与所述减振器铰接。

优选的是，所述第一离合器的主动端与所述防倾齿轮的伸出端连接，从动端与所述L形防倾杆的第一段端部相连接。

优选的是，所述防倾齿轮通过滚针轴承空套在所述L形防倾杆第一段的端部。

一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的控制方法，包括如下步骤：

ECU读取自检信号，判断直线电机是否存在故障；

直线电机故障，且有转向信号输入时，第二离合器受控闭合，双转子电机内转子驱动工作，并按照驾驶员需求输出转矩，转向齿轮转动，驱动转向车轮转向；

直线电机故障，无转向信号输入时，第二离合器受控闭合，双转子电机内转子输出保持静止的堵转力矩，锁止转向车轮，维持汽车直线行驶。

优选的是，所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的控制方法，还包括：当***无故障时，直线电机根据驾驶员转向需求控制汽车转向；双转子电机的外转子输出段输出转矩驱动车辆行驶或输出电磁制动力矩电制动汽车减速；双转子电机的内转子输出端能够产生阻止悬架上下跳动的阻力矩实现防倾。

优选的是，所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的控制方法，还包括根据行驶路面模式开关信号判定路面状况，并根据路面状况控制悬架刚度；

如果路面良好，第一离合器保持常闭结合状态或半联动，控制悬架侧倾刚度和本侧悬架线刚度，此时悬架刚度大或较大；

如果路面不好，第一离合器受控断开，第二离合器恢复常断开状态，此时悬架刚度小。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***通过使用双转子电机和直线电机在实现传统的轮边驱动***的驱动功能之外，同时实现了转向功能与独立防倾功能的集成，***集成性好。

2、本发明提供的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***相比较传统机械式后轮转向***省却了一系列复杂的转向传动机构；相比现有的独立防倾***，省去了执行电机或液压***，大大简化了***结构，节约了整车可利用空间和成本。

3、本发明提供的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***可根据整车布置空间和选用的驱动方式，实现单轴、双轴或多轴各轮独立转向和独立驱动以及独立防倾的集成一体化，实现电动化底盘。

4、本发明提供的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***同时独立控制左右两侧悬架刚度，能向左右悬架提供独立的防侧倾扭转力矩，实现对防止车身侧倾的精确控制；同时可进一步实现对悬架刚度的控制，同时无需机械结构即可实现左右悬架的自动解耦，使整车具备更佳的舒适性；同时本发明实现两边悬架的独立防倾以及独立悬架刚度调节，可根据路面状况以及车身状态及时准确的调整悬架刚度，有效的提高舒适性。

5、本发明提供的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***与方向盘无机械连接，为线控转向***，可根据车速及车辆状态等因素灵活调整转向***角传动比，大大提高了汽车的操纵性能。此外，为保证线控转向***的可靠性，采用双转子电机和转向用直线电机两套机构并联工作实现冗余线控转向，确保转向安全性。

附图说明

图1为本发明所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的总体结构示意图。

图2为本发明所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的结构原理简图。

图3为本发明所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的防倾连接杆的结构示意图。

图4为本发明所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的防倾齿轮的结构示意图。

图5为本发明所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的滚珠丝杠机构的结构示意图。

图6为本发明所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的双转子电机的外转子结构示意图。

图7为本发明所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的电连接关系简图。

图8为本发明所述的一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的控制方法流程图。

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。

如图1-2所示，本发明提供了一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，其包括L形防倾杆200、防倾连接杆210、双转子电机600、直线电机400、行星齿轮减速装置800、滚珠丝杠机构500、主动齿轮700、转向齿轮560、防倾齿轮230、第一离合器220、第二离合器550、转向节110、内万向节150、外万向节130、内半轴140、外半轴120、转向横拉杆300、减振器160以及轮边驱动装置壳体900。

如图2所示，所述双转子电机600为双端输出型结构，所述的双转子电机外转子640输出端通过花键与行星齿轮减速装置800的太阳轮820相连接，内转子630输出端通过花键连接主动齿轮700。行星齿轮减速装置800的行星架840中心与内万向节150输入端相连接，行星齿轮减速装置800的齿圈830固定在轮边驱动装置壳体900上。内万向节150的输出端连接内半轴140，内半轴140与外半轴120通过外万向节130相连。所述的内万向节150和外万向节130都为等角速万向节。转向节110的轴颈部分做成中空的，外半轴120从转向节110中空的轴颈中心穿过，以便于外半轴120穿过其中与车轮100的轮毂连接传递转矩。外半轴120的外端加工有凸缘，凸缘上加工有六个均布的螺栓，通过螺栓及螺母将外半轴120的凸缘与车轮100的轮毂固定连接，使外半轴120能驱动车轮100转动。

所述L形防倾杆200包括相互垂直的第一段及第二段，所述第二段能够绕第一段转动；所述第一段部分***并支撑在轮边驱动装置壳体900内，并能够相对轮边驱动装置壳体900自由转动。所述第一段与所述第一离合器220的从动端连接，同时所述第一段的端部还通过滚针轴承空套有防倾齿轮230，防倾齿轮230可在L形防倾杆200上自由转动。所述第二段端部通过球头销与防倾连接杆210的下端相连接，防倾连接杆210的上端通过球头销与减振器160臂下端的凸耳部相连接。L形防倾杆200的材料采用弹簧钢或其他合金材料。

防倾齿轮230位于所述主动齿轮700水平方向的一侧，防倾齿轮230的伸出端与第一离合器220的主动端222相连接。防倾齿轮230与主动齿轮700相啮合，双转子电机600的内转子630输出端通过花键与主动齿轮700相连。

如图1和3所示，在本实施例中，所述的防倾连接杆210为直杆，两端有凸耳，同时，两端的凸耳结构中心都加工有销孔。所述的防倾连接杆210上端通过球头销与减振器160臂上的凸耳相连接，下端通过球头销与L形防倾杆200的外侧端部相连接。

如图4所示，在本实施例中，所述防倾齿轮230为圆柱直齿齿轮，其一侧加工有伸出端，伸出端及齿轮本体中心加工有通孔，伸出端端部外径加工有花键，用以和第一离合器220主动端222摩擦片花键配合。所述防倾齿轮与主动齿轮700相啮合。防倾齿轮230通过滚针轴承空套在L形防倾杆200上。

所述第一离合器220为电控常闭式离合器，第一离合器220结合时，L形防倾杆200的转动即会带动防倾齿轮230的转动，实现了双转子电机600与L形防倾杆200的连接。当第一离合器220断开时，防倾齿轮230可在L形防倾杆200上自由转动。

所述的第一离合器220可按需选用电磁多片离合器、电控液压离合器等电控离合器，此项不构成对本发明所述权利要求保护范围的限制。

在本实施例中，所述的主动齿轮700与防倾齿轮230组成减速增扭装置，即采用定齿轮传动实现减速增扭。在其他实施例中，按需在L形防倾杆200和双转子电机600的内转子630输出端选择二级定齿轮传动或行星齿轮机构等其他的减速装置或机构。

所述的直线电机400包括次级和初级，初级中通以交流，次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动。直线电机400固定在轮边驱动装置壳体900上，转向横拉杆300的一端与直线电机400的次级的一端通过球头相连接，另一端通过球头销连接着转向节110，可控制直线电机400使次级做直线运动，从而拉动转向横拉杆300水平移动，转向横拉杆300的移动可使车轮100转动。

在本实施例中，还包括由滚珠丝杠机构500、第二离合器550及转向齿轮560组成转向失效保护机构。转向齿轮560为直齿圆柱齿轮，其位于所述主动齿轮700水平方向的另一侧(与防倾齿轮230相对的一侧)，转向齿轮560的结构与防倾齿轮230相同。转向齿轮560与主动齿轮700相啮合，并通过滚针轴承空套在滚珠丝杠机构螺母510上。同时转向齿轮560的伸出端与第二离合器550的主动端552连接。

如图2和5所示，所述滚珠丝杠机构500包括滚珠520、丝杠轴530、滚珠丝杠机构螺母510。丝杠滚珠丝杠机构螺母510通过端部法兰与螺栓与第二离合器550的从动端551相连接，同时滚珠丝杠机构螺母510上还通过滚针轴承空套有转向齿轮560，转向齿轮560可在滚珠丝杠机构螺母510上自由转动。同时转向齿轮560的伸出端与第二离合器的主动端552通过花键相连接。所述的滚珠丝杠机构螺母510被限制沿丝杠530的移动自由度，滚珠丝杠机构螺母510只能绕其轴线转动，这样即将滚珠丝杠机构螺母510的旋转运动转化为丝杠轴530的直线运动。丝杠轴530与直线电机400的次级另一端(未连接转向横拉杆300的一端)为一体化结构，同时丝杠轴530上加工有半圆回转螺旋槽，作为滚珠520滚动的轨道；滚珠丝杠机构螺母510中心内壁加工有与丝杠轴530对应相同的半圆回转螺旋槽，用于装配滚珠520以及作为滚珠520滑动的轨道。同时，螺母510内壁沿轴向中还加工有滚珠520的内循环通道，通道入口和出口分别在半圆螺旋槽的靠近起点处及终点处，滚珠循环通道使滚珠520能在轨道中循环滚动，实现将滚珠丝杠机构螺母510的转动转化为丝杠轴530的直线运动。除此之外，滚珠丝杠机构螺母510一端加工有法兰盘，法兰盘上沿轴向圆周均布加工有六个通孔，用以通过螺栓和第二离合器550从动端实现连接。

所述第二离合器550为电控常开式离合器，第二离合器550断开时，转向齿轮560可在滚珠丝杠机构螺母510上自由转动，当第二离合器550结合时，转向齿轮560的转动即会带动滚动丝杠机构螺母510的转动，从而带动丝杠轴530水平移动。

所述的第二离合器550可按需选用电磁多片离合器、电控液压离合器等电控离合器，此项不构成对本发明所述权利要求保护范围的限制。

所述的主动齿轮700与转向齿轮560组成减速增扭装置，本发明选择的定齿轮传动为双转子电机600的内转子630驱动车轮100绕其主销发生转向运动的减速增扭装置，也可按需在转向齿轮560和双转子电机600的内转子630输出端选择其他的减速装置或机构，此项不构成对本发明所述权利要求保护范围的限制。

如图2所示，所述双转子电机600包括外壳670、外转子640、内转子630、永磁体660、励磁绕组620、定子620、电枢绕组650。其中，外壳670用于容置所述外转子640和内转子630；成组均布的永磁体660贴在外转子640内、外侧表面上；定子610固定在所述外壳670内壁上；励磁绕组620安装在所述定子610上：电枢绕组650安装在所述内转子630上。如图6所示，在本实施例中，所述双转子电机600的外转子640包括采用牙嵌式相互配合的主体641和端盖642。主体641的端面中心设有一个由内径较大的轴承孔和内径较小的光孔组成的阶梯通孔，轴承孔用来安装内转子630的右支承轴承，内转子630的输出端从所述阶梯通孔中伸出。端盖642底部内侧加工有轴承沉孔，用于安装内转子630右支撑轴承。内转子630嵌套在所述牙嵌式相互配合的主体641、端盖642形成的容置空间中。

安装时，先将内转子630左、右支撑轴承安装至外转子640主体641和端盖642底部对应的轴承孔内，再将内转子630放入外转子640主体641内部，再套上外转子端盖642，再将外转子640和内转子630整体安装至双转子转向电机外壳670中。双转子电机外壳670固定在轮边驱动装置壳体900内，整体固定在汽车副车架上，属于簧上质量。

在另一实施例中，如图6所示，双转子电机的外转子640的主体641一端与端盖642配合处圆周加工有六个圆弧梯形凹槽齿，即凹槽齿在径向近圆心端尺寸小于远圆心端，主体641的凹槽齿的齿根平面还加工有圆环弧状小凹槽；端盖642与主体641六个圆弧梯形凹槽对应处加工有六个圆弧梯形凸起齿，凸起齿在径向近圆心端尺寸小于远圆心端，端盖642的圆弧梯形凸起齿的齿顶平面还加工有对应于主体圆弧梯形凹槽齿齿跟处小凹槽的圆环弧状凸起，圆弧梯形凸起和圆弧梯形凹槽基本尺寸相同。主体641和端盖642组合成外转子640时，主体641的圆弧梯形凹槽齿和对应的端盖圆梯形凸起齿的齿形两侧配合定位，起到径向定位的作用，使两者中心对中，且各自齿根的小凹槽和齿顶圆环弧状凸起两两对应间隙配合，起到辅助径向限位和轴向定位的作用，保证主体641和端盖642牙嵌配合时可靠定心。

行星齿轮机构减速装置800包括太阳轮820、齿圈830、行星轮840以及行星架810。所述的太阳轮820通过花键与双转子电机600的内转子630输出端相连接，行星架810作为输出，行星架810的中心通过花键与内万向节150的输入端相连接。齿圈830固定在轮边驱动装置的壳体900上。行星架810上安装有行星轮840，优选的是，本发明安装有3个行星轮840，

行星轮840可自转，同时可在太阳轮820和齿圈830之间绕太阳轮820公转。所述的行星齿轮减速装置800对双转子电机的外转子640输出转矩起减速增扭的作用。

本实施例选择行星齿轮减速装置800作为双转子电机600的外转子640驱动车轮100的减速增扭装置。在其他实施例中，可按需在车轮100和双转子电机600之间选用其他的减速装置和机构，此项不构成对本发明所述权利要求保护范围的限制。

所述的轮边驱动装置壳体900分为左右两部分腔体，左侧腔体用以容置并支撑所述的双转子电机600、直线电机400，右侧腔体用以容置并支撑所述的滚珠丝杠机构500、第一离合器220、第二离合器550、主动齿轮700、防倾齿轮230以及转向齿轮560。左侧腔体采用多处镂空设计，并在壳体实体部分铸造散热筋条，以便车辆行驶时外界空气流入壳体内腔，为双转子电机600和直线电机400冷却。右侧腔体采用封闭式设计，内装齿轮油，用以为上述齿轮组搅油润滑，同时为第一离合器220和第二离合器550冷却和提供工作压力油(图中油泵未示出)。轮边驱动装置壳体900固定至车架或副车架上，属于簧上质量，不增加簧下质量，整车行驶平顺性不受任何影响。

在另一实施例中，如图7所示，所述的一种转向、放倾与驱动集成式轮边电驱动***还包括电子控制器(ECU)950，ECU950可单独设置、也可集成在整车控制器中。ECU950电连接双转子电机600、直线电机400、第一离合器220、第二离合器550，可控制上述四个执行器的工作。ECU可读取双转子电机600及直线电机400中的检测信号，判断是否故障。同时ECU950可接入整车CAN总线，与整车控制器通信，可接收CAN总线中的驱动、转向及驾驶员根据路面条件选择的汽车行驶模式开关等驾驶员需求信号，以及车速、侧向加速度、车体侧倾角等车辆状态信号。依据驾驶员需求信号决策多套本发明所述轮边电驱动***的双转子电机外转子驱动转矩、直线电机力矩和位移量；依据驾驶员输入的行驶模式开关信号和车速、侧向加速度等信号来判断行驶路况，并决策第一离合器的结合、半联动或断开状态和第二离合器的结合与断开，并依据车速、车体侧倾角、侧向加速度信号来决策本发明所述***的双转子电机内转子驱动或堵转力矩。

本发明所述的一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***根据执行机构是否失效和失效种类呈现多种工作模式，具体如下表所示：

具体各模式下工作原理如下：

正常工作模式时，双转子电机600的外转子640受控产生驱动力矩，驱动力矩经过行星齿轮减速装置800、内万向节150、内半轴140、外万向节130及外半轴120传递至车轮100的轮毂上，从而驱动车轮100转动。

本发明提供的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***中，由于执行器双转子电机600的外转子640属于相对独立的驱动***，在双转子电机600的外转子640出现单独失效时，如上表所示本发明所述的四个执行器(双转子电机外转子、直线电机、第一离合器、第二离合器)的工作并不受其影响。对于此类驱动***失效情况，应通过控制多轮独立驱动(即布置在全部车轮边上的多套本发明所述轮边驱动***)的整车驱动控制器协调控制多个车轮的转矩输出，实现降低功率的跛行控制，确保安全行车至故障维修地点。

正常工作模式时，第二离合器550保持常开断开，转向齿轮560在滚珠丝杠机构螺母510上空转，第一离合器220保持常闭结合，防倾齿轮230的转动即带动L形防倾杆200的转动。当需要转向时，直线电机400受控使次级直线运动，从而拉动转向横拉杆300，转向横拉杆300带动转向节110从而使车轮100转动，完成转向动作。当车身发生侧倾或需调节悬架刚度时，此时悬架的上下跳动转化为防倾连接杆210的上下移动，然后转化为L形防倾杆200的转动，双转子电机600的内转子630受控输出阻力矩，经主动齿轮700、防倾齿轮230、第一离合器220的作用至L形防倾杆200上，有效的抑制车身侧倾或者调整悬架刚度。

当***的电子控制器ECU950检测到直线电机400存在故障失效时，第二离合器550受控结合，转向齿轮560转动则可以带动滚珠丝杠机构螺母510旋转。直线电机400故障时存在两种情况：

第一种情况是如果此时需要转向时，双转子电机600的内转子630输出转动力矩(内转子630能够输出比直线电机400更大力矩)。一方面，此时第二离合器550受控结合该力矩，作为驱动力矩通过第二离合器550用于控制车轮转向，具体动力传递路径为：该力矩经过主动齿轮700、转向齿轮560以及第二离合器550传递至滚珠丝杠机构螺母510上，从而驱动滚珠丝杠机构螺母510转动，滚珠丝杠机构500将滚珠丝杠机构螺母510的转动转化为丝杠轴530的直线运动，从而拉动转向横拉杆300水平移动，转向横拉杆300再拉动转向节110摆动，从而使车轮100完成转向动作，有效的保障了直线电机400失效后的整车转向安全。另一方面，由于此时第一离合器220常闭结合，双转子电机600的内转子630输出转矩作为反向阻力矩通过第一离合器220抑制转向造成的车体侧倾。具体动力传递路径为：该力矩经过主动齿轮700、防倾齿轮230以及第一离合器220传递至L形防倾杆200迫使L形防倾杆200的第二段绕第一段摆动，从而通过球头销带动防倾连接杆210上下移动，从而带动悬架的伸张或压缩。需要说明的是，滚珠丝杠机构500的滚珠滚道螺旋线的旋向应保证车轮在双转子电机600作用下驱使车轮向右侧转向运动时L形防倾杆200角速度方向指向车体内侧，即防倾连接杆210在L形防倾杆200转动的带动下向上运动将该侧悬架伸张，支撑车体向该侧倾斜。在同轴的两侧车轮上分别安装所述的转向、防倾与驱动集成轮边电驱动***，配置在同轴两侧的两个车轮上配合使用时，另一侧双转子电机输出的力矩向下拉悬架，抑制车体向另一侧倾斜。汽车向左侧转向时原理相同不再赘述。两侧双转子电机的共同作用可以有效主动抑制汽车转向运动时的车体侧倾运动，甚至可以实现零侧倾角，提高汽车转弯行驶安全性和侧倾舒适性。

另外，由于转向力矩需求的重要性和优先性，上述双转子电机600的内转子630输出的力矩无法根据侧倾抑制的需求调节大小，此时可以通过控制第一离合器220的结合程度，即半联动状态(电流控制电磁力或液压控制压紧力实现)来调节该侧悬架的刚度，从而兼顾不同车速和路况条件下的侧倾控制需求和悬架平顺性需求。如果行驶路面条件良好，汽车在较高车速行驶，此时第一离合器220结合程度较大，该侧悬架刚度较大，汽车高速行驶稳定性好；如果行驶路面条件较差，如越野路面低速行驶，此时第一离合器220结合程度小，甚至完全断开，该侧悬架刚度较小或最小，汽车轮胎接地性好、乘坐舒适性好。

第二种情况是如果此时不需要转向时，双转子电机600的内转子630输出保持静止的堵转力矩。由于此时第二离合器550受控结合该力矩一方面作为堵转力矩通过第二离合器550用于抵御外界干扰造成的不必要的车轮转向，确保直线行驶稳定性。具体动力传递路径与需要转向的情况相同。另一方面，由于此时第一离合器220常闭结合，该力矩同样作为堵转力矩通过第一离合器220抑制悬架变形。具体动力传递路径与需要转向的情况相同，不再赘述。双转子电机600的内转子630输出的堵转转矩迫使L形防倾杆200的内端固定不动，L形防倾杆200的扭转刚度可以增加悬架刚度，抑制悬架压缩或伸张。同样本发明所述的***配置在同轴两侧的两个车轮上配合使用时，另一侧双转子电机输出的堵转力矩可以抑制悬架伸张或压缩，两侧双转子电机的共同作用可以有效抑制汽车直线行驶时受到侧向风干扰时的车体侧倾运动，提高汽车直线行驶安全性。与需要转向时的情况稍有不同，此时为被动抑制车体侧倾，侧倾角相比较需要转向时稍大。需要补充说明的是，由于抑制干扰转向力矩保持直线行驶的需求的重要性和优先性，上述双转子电机600的内转子630输出的堵转力矩无法根据侧倾抑制的需求调节大小，此时可以通过控制第一离合器220的结合程度(电流控制电磁力或液压控制压紧力实现)调节该侧悬架的刚度，从而兼顾不同车速和路况条件下的侧倾控制需求和悬架平顺性需求。极限情况时，如低速行走在非铺装路面等道路条件较差时，可以控制第一离合器220完全断开，此时L形防倾杆200不起作用，悬架刚度下降至最小，悬架呈现软特性，用以提高烂路行驶的行驶平顺性。

当***的电子控制器ECU950检测到双转子电机600的内转子630存在故障失效时，且通过CAN总线检测到驾驶员通过转向盘输入转向需求指令时，第二离合器550受控结合。此时电子控制器ECU950根据驾驶员输入控制直线电机400输出转向力矩。具体动力传递路径为：直线电机400的经转向横拉杆300拖拽转向节110和车轮100绕车轮主销转动。此外直线电机400输出的转向力矩也拖拽固连的滚珠丝杠机构500的丝杠轴530平动，经滚珠丝杠机构500的运动转换变为对螺母510的转动。在第二离合器550的结合下，螺母510带动转向齿轮560转动，并通过主动齿轮700充当惰轮作用驱动防倾齿轮230转动，再经常闭的第一离合器220驱动L形防倾杆200主动绕其轴线摆动，从而带动防倾连接杆210上下移动，从而带动悬架的伸张或压缩。同样，滚珠丝杠机构500的滚珠滚道螺旋线的旋向应保证车轮在直线电机400作用下驱使车轮向右侧转向运动时L形防倾杆200角速度方向指向车体内侧，即防倾连接杆210在L形防倾杆200转动的带动下向上运动将该侧悬架伸张，支撑车体向该侧倾斜。本发明所述的两套***配置在同轴两侧的两个车轮上配合使用时，另一侧双转子电机输出的力矩(如果另一侧双转子电机也失效时，同样可以用另一侧的直线电机输出主动防倾力矩)向下拉悬架，抑制车体向另一侧倾斜。汽车向左侧转向时原理相同不再赘述。两侧直线电机经齿轮机构的共同作用可以有效主动抑制汽车转向运动时的车体侧倾运动，甚至可以实现零侧倾角，提高汽车转弯行驶安全性和侧倾舒适性。需要补充说明的是，由于转向力矩需求的重要性和优先性，上述直线电机400输出的力矩无法根据侧倾抑制的需求调节大小，此时可以通过控制第一离合器220的结合程度，即半联动状态(电流控制电磁力或液压控制压紧力实现)来调节该侧悬架的刚度，从而兼顾不同车速和路况条件下的侧倾控制需求和悬架平顺性需求。另外，由于在此模式下直线电机400驱动控制转向时同时需要经过一系列传动部件驱动L形防倾杆200动作实现主动防倾，会影响转向控制的动态响应速度，故对于转向动态响应性要求较高的场合，可以控制第二离合器550断开，减少直线电机400动作时的转动惯量。此时侧倾控制受一定影响，具体需要在控制***软件层面依据使用工况和匹配车型标定设计。如果行驶路面条件良好，汽车在较高车速行驶，此时第一离合器220恢复常闭合状态，控制第二离合器550闭合，该侧悬架刚度得以保证，以满足侧倾控制和汽车高速行驶稳定性需求；如果行驶路面条件较差，如越野路面低速行驶，此时控制第一离合器220结合程度小，甚至完全断开，控制第二离合器550恢复常断开状态，该侧悬架刚度较小或最小，汽车轮胎接地性好、乘坐舒适性好。

当***的电子控制器ECU950检测到双转子电机600的内转子630存在故障失效时，且未检测到驾驶员的转向需求指令时，第二离合器550受控结合。此时电子控制器ECU950控制直线电机400输出保持静止的堵转力矩。该堵转力矩一方面经转向横拉杆300拖拽转向节110和车轮100抵御外界转向干扰力矩、保持车轮不转动，确保直线行驶稳定性；另一方面该堵转转矩在第二离合器550结合时经第二离合器550、转向齿轮560和充当惰轮的主动齿轮700传递至防倾齿轮230，再经常闭的第一离合器220迫使L形防倾杆200的第一段固定不动，L形防倾杆200的扭转刚度可以增加悬架刚度，抑制悬架压缩或伸张。同样本发明所述的***配置在同轴两侧的两个车轮上配合使用时，另一侧双转子电机输出的堵转力矩(如果另一侧双转子电机也失效时，同样可以用另一侧的直线电机输出被动堵转防倾力矩)可以抑制悬架伸张或压缩，两侧直线电机经齿轮机构的共同作用可以有效抑制汽车直线行驶时受到侧向风干扰时的车体侧倾运动，提高汽车直线行驶安全性。与需要转向时的情况稍有不同，此时为被动抑制车体侧倾，侧倾角相比较需要转向时稍大。需要补充说明的是，由于抑制干扰转向力矩保持直线行驶的需求的重要性和优先性，上述直线电机400输出的堵转力矩无法根据侧倾抑制的需求调节大小，此时可以通过控制第一离合器220的结合程度，即半联动状态(电流控制电磁力或液压控制压紧力实现)来调节该侧悬架的刚度，从而兼顾不同车速和路况条件下的侧倾控制需求和悬架平顺性需求。极限情况时，如低速行走在非铺装路面等道路条件较差时，可以控制第一离合器220完全断开，此时L形防倾杆200不起作用，悬架刚度下降至最小，悬架呈现软特性，用以提高烂路行驶的行驶平顺性。当控制第一离合器220完全断开时，第二离合器550也恢复常开断开状态，以减少直线电机400堵转转动惯量，以提高维持直线行驶的快速控制响应性。

本发明还提供一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的失效保护控制方法，如图8所示，包括以下步骤：

步骤1：***程序开始，初始化。

步骤2：ECU读取自检信号。

步骤3：判定***是否有故障，如果有故障，进行步骤4；若否，进行步骤22。

步骤4：判定双转子电机故障否，如果有故障，进行步骤5；若否，进行步骤16。

步骤5：判定双转子电机是否是内转子故障，如果是，进行步骤6；若否，进行步骤9。

步骤6：判定直线电机是否同时有故障，如果是，进行步骤7；若否，进行步骤8。

步骤7：ECU启动***故障报警，并控制整车减速直至安全停车，并跳转至最后步骤23。

步骤8：判定双转子电机是否外转子也故障，如果是，进行步骤9；若否，进行步骤10。

步骤9：ECU启动整车跛行控制，使布置在一个驱动轮侧的本发明所述轮边驱动***停机，由其他无故障本发明所述***在确保稳定性前提下驱动车辆安全继续行驶至维修站。此时整车总驱动功率无法满足驾驶员需求，降低功率输出以确保安全。最终跳转至最后步骤23。

步骤10：判定驾驶员是否有转向输入，如果是，进行步骤11；若否，进行步骤12。

步骤11：直线电机驱动工作，并按照驾驶员需求输出转矩驱动转向车轮转向，并跳转至步骤13。

步骤12：直线电机堵转工作，锁止转向车轮，维持汽车直线行驶，并跳转至步骤13。

步骤13：根据驾驶员选择的行驶路面模式开关信号判定是否是良好路面，如果是，进行步骤14；若否，进行步骤15。

步骤14：第一离合器恢复常闭结合状态或半联动，控制悬架侧倾刚度和本侧悬架线刚度，此时悬架刚度大或较大。最后跳转至最后步骤23。

步骤15：第一离合器受控断开，第二离合器恢复常断开状态，此时悬架刚度小。最后跳转至最后步骤23。

步骤16：判定驾驶员是否有转向输入，如果是，进行步骤17；若否，进行步骤18。

步骤17：第二离合器受控闭合，双转子电机内转子驱动工作，并按照驾驶员需求输出转矩驱动转向车轮转向，并跳转至步骤19。

步骤18：第二离合器受控闭合，双转子电机内转子堵转工作，锁止转向车轮，维持汽车直线行驶，并跳转至步骤19。

步骤19：根据驾驶员选择的行驶路面模式开关信号判定是否是良好路面，如果是，进行步骤20；若否，进行步骤21。

步骤20：第一离合器恢复常闭结合状态或半联动，控制悬架侧倾刚度和本侧悬架线刚度，此时悬架刚度大或较大。最后跳转至最后步骤23。

步骤21：第一离合器受控断开，第二离合器恢复常断开状态，此时悬架刚度小。最后跳转至最后步骤23。

步骤22：***正常工作。直线电机400根据驾驶员转向需求控制汽车转向；双转子电机600外转子640输出转矩驱动车辆行驶或输出电磁制动力矩电制动汽车减速；双转子电机600内转子630控制悬架横向稳定杆扭转刚度，控制本侧悬架线刚度以满足整车平顺性要求，还可布置两侧的本发明所述两套***配合工作可以控制本车轴悬架侧倾角刚度，以降低侧倾角满足高速行驶稳定性要求。

步骤23：结束。

本发明提供的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，利用双转子电机和直线电机这两种特种电机作为两个执行机构来实现车轮的独立线控驱动、独立线控转向以及独立线控防倾三个功能。省去了传统汽车中的转向器、差速器等部件，提高了***的集成性，节省了空间，便于整车布置，同时实现了各车轮的独立转向控制，使转向更为灵活。实现了两侧车轮独立防倾控制，提高乘坐舒适性的同时能有效防止车身侧倾，同时还可实现主动促使车身侧倾的控制，用以提高车身侧面撞击被动安全性。

本发明提供的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的控制方法，当转向直线电机失效时，通过控制双转子电机以及离合器的通断实现线控转向的冗余保证可靠的转向安全性。

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，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，其特征在于，包括：

双转子电机，其外转子输出端连接车轮，内转子输出端连接主动齿轮；

防倾齿轮，其位于所述主动齿轮的一侧，并与所述主动齿轮啮合；

L形防倾杆，其一端通过第一离合器固定连接所述防倾齿轮，另一端连接悬架；

直线电机，其固定在所述双转子电机一侧，所述直线电机的次级端连接转向横拉杆，用于驱动转向横拉杆移动实现转向；

其中，当第一离合器结合时，所述内转子输出端产生阻止悬架上下跳动的阻力矩，实现防倾；

所述L形防倾杆包括相互垂直的第一段及第二段，所述第二段能够绕第一段转动；所述第一段连接所述第一离合器，所述第二段连接减振器；

防倾连接杆，其下端与所述第二段的端部铰接，上端与所述减振器铰接；

还包括失效保护机构，其包括：

转向齿轮，其位于所述主动齿轮的另一侧，并与所述主动齿轮啮合；

第二离合器，其主动端与转向齿轮的伸出端连接；

螺母，其与所述第二离合器从动端连接；

丝杠轴，其与直线电机的次级靠近转向齿轮的一端固定连接；

其中，当第二离合器闭合时，转向齿轮转动能够带动所述转向横拉杆移动。

2.根据权利要求1所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，其特征在于，所述转向齿轮通过滚针轴承空套在所述螺母上。

3.根据权利要求1所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，其特征在于，所述第一离合器的主动端与所述防倾齿轮的伸出端连接，从动端与所述L形防倾杆的第一段端部相连接。

4.根据权利要求3所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，其特征在于，所述防倾齿轮通过滚针轴承空套在所述L形防倾杆第一段的端部。

5.一种转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的控制方法，用于控制如权利要求1-4任意一项所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***，其特征在于，包括如下步骤：

ECU读取自检信号，判断直线电机是否存在故障；

直线电机故障，且有转向信号输入时，第二离合器受控闭合，双转子电机内转子驱动工作，并按照驾驶员需求输出转矩，转向齿轮转动，驱动转向车轮转向；

直线电机故障，无转向信号输入时，第二离合器受控闭合，双转子电机内转子输出保持静止的堵转力矩，锁止转向车轮，维持汽车直线行驶；

当***无故障时，直线电机根据驾驶员转向需求控制汽车转向；双转子电机的外转子输出段输出转矩驱动车辆行驶或输出电磁制动力矩电制动汽车减速；双转子电机的内转子输出端能够产生阻止悬架上下跳动的阻力矩实现防倾。

6.根据权利要求5所述的转向、防倾与驱动集成式轮边电驱动***的控制方法，其特征在于，还包括根据行驶路面模式开关信号判定路面状况，并根据路面状况控制悬架刚度；

如果路面良好，第一离合器保持常闭结合状态或半联动，控制悬架侧倾刚度和本侧悬架线刚度，此时悬架刚度大或较大；

如果路面不好，第一离合器受控断开，第二离合器恢复常断开状态，此时悬架刚度小。