CN108266512A - 一种集中式全时电动四驱*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种集中式全时电动四驱***，包括：主驱动机构，其动力输出轴与中央差速器的齿圈啮合；第一行星轮系，其包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架和第一齿圈；第二行星轮系，其包括第二太阳轮、第二行星轮和第二齿圈；第三行星轮系，其包括第三太阳轮、第三行星轮、第二行星架和第三齿圈第四行星轮系，其包括第四太阳轮、第四行星轮和第四齿圈；双转子电机，其两端设置有第一输出端齿轮和第二输出端齿轮，所述第一输出端齿轮与所述第二齿圈啮合，所述第二输出端齿轮与所述第四齿圈啮合。通过控制双转子电机的第一输出端和第二输出端输出转矩的大小和方向进而控制汽车前后轴和后轴轮间转矩分配的大小和方向。

Description

一种集中式全时电动四驱***
技术领域
本发明涉及汽车传动技术领域，更具体的是，本发明涉及一种集中式全时电动四驱***。
背景技术
近年来，随着人们生活水平的提高和技术的不断进步，人们对于汽车的品质也提出了越来越高的要求，由最初仅作为代步工具的需求逐步过渡到了对安全性、舒适性、经济性与驾驶乐趣等需求上，人们对于高性能汽车的需求也在逐年增加。因此，对于高性能汽车的研发投入也是十分必要。
传统汽车的驱动形式主要有两轮驱动和四驱驱动，但无论哪种驱动形式的汽车，大多在驱动的车轴上含有驱动桥，其中差速器是驱动桥中的重要部件。由于差速器的“差速不差扭”原理，导致发动机传递的驱动转矩只能平均分配到两侧车轮上，这样在路面附着不均等的情况下就无法很好的利用地面附着力，甚至在低附着一侧出现车轮打滑的情况，造成车辆失去驱动行驶能力。另外，汽车在高速转弯时，由于内侧的载荷向外侧转移，也可能造成内侧车轮达到附着极限产生滑转使汽车失稳。若驱动转矩可以在两侧车轮间任意分配，则可以极大的减少上述受困和失稳工况。当两侧车轮处在路面附着不均等时，驱动转矩可以由低附着一侧向高附着一侧转移，从而消除低附着一侧车轮打滑的工况。当汽车在高速转弯时，若驱动转矩由内侧车轮向外侧车轮转移，则可以防止内侧车轮滑转，并且增加整车的侧向力裕度，同时产生一个附加的横摆力矩，该力矩可以帮助推动和引导车辆转弯，提高车辆转弯机动性和极限转弯能力。
按照传动***布置形式驱动***可以分为集中式驱动和分布式驱动，前者在传统内燃机汽车和新能源汽车当中都有应用，而后者往往采用轮毂电机、轮边电机或轮毂液压马达放置在各个车轮内分布式直接驱动车辆。分布式驱动可以方便的实现四轮驱动，而且一般轮毂电机放置在车轮内直接驱动车轮，没有过多的传动***，故结构简单、空间占用小、传动效率高，不失为一种优异的传动形式。然而现阶段，面临轮毂电机普遍功率密度不高、电机工作环境恶劣导致可靠性差、轮毂电机增加簧下质量导致汽车平顺性降低等技术瓶颈严重影响了其大规模使用，故目前大部分电动汽车仍在采用和内燃机驱动汽车类似的中央集中式驱动形式。内燃机或集中式混合动力动力总成(Hybrid Powertrain)或驱动电机作为集中的一个动力源，往往布置在前桥发动机舱内，这种单集中式动力源(对于混合动力***一般有多个动力源，但主流都是和内燃机、变速器或耦合装置集成为一体组成一个集中的混合动力总成)只能采用传统中央集中式传动***，故中央集中式驱动车辆如果需要四轮驱动，则需要一个分动装置或耦合装置将动力分出一部分传递至其他驱动车轴(当然，电动汽车由于电机价格和体积往往远小于内燃机或混合动力总成，故目前也有一些电动四驱车型采用前后桥各用一个单一电机匹配主减速器、差速器来分别驱动前、后桥的形式，如特斯拉Model S电动汽车。该构型由于前后桥采用不同的两个动力源，不属于本专利所述集中式驱动范围)。
按照四驱***结构差异和通过能力差异将传统四轮驱动分为适时四驱、全时四驱、分时四驱。适时四驱汽车，往往采用在变速器输出轴侧同时外啮合两个相同齿轮将动力传递至前后桥，且在去往非主要驱动桥(一般为后桥)之前增加电磁多片离合器实现适时地通过传动轴将动力传递至后桥。当电磁离合器结合时，后桥一般最多可得到一半的总驱动转矩。所谓适时就是并非全部时间将离合器结合后动力传递至后桥，而一般在前轮打滑时或短时需要四驱工作时才能实现四驱；由于其传动方式为齿轮传动加电磁多片离合器的方式，导致其一般只能将最大不超过整车最大输出转矩的一半在短时间内转移输出给非主要驱动车轮，故该类汽车的通过性能一般，只能轻度越野，但行驶经济性最好。全时四驱，往往采用轴间差速器将前、后桥的传动轴连接起来，前后桥的转矩分配一般为平均分配，也有些采用不等分配，由于普通开放式差速器具有“差速不差扭”的特点，为了保证避免某个桥车轮打滑时导致另一桥驱动力也下降，通过性降低，故该类全时四驱***的轴间差速器一般选用限滑差速器或带有差速锁功能的轴间差速器来实现转矩的前后轴转移；全时四驱汽车由于全部行驶时间内都为四个车轮驱动，另外由于一般都增配有轴间限滑差速器或差速锁，故整车动力性、行驶稳定性和通过性都比适时四驱强很多，但由于其结构复杂、成本高，故一般只应用于中高端四驱SUV或高端四驱轿车，而且由于总是四轮驱动，一般不能实现主动的转矩分配直至单轴驱动方式，故行驶经济性较差。分时四驱，往往在变速器内或变速器之后新增分动器，通过切换分动器中齿轮的啮合与退出实现动力传递至非主要驱动桥(一般为前桥)。分动器一般还带有低速挡将发动机转矩进一步放大，满足极限越野能力要求。分时四驱单轴驱动时行驶经济性好。但是当通过操纵分动器将动力传递同时至前后桥变为四轮驱动后，由于其一般不具有轴间差速器，故无法在正常铺装路面高速行驶，只能在非铺装路面进行低速越野。而且由于车身结构、车重、无差速器、轮胎等原因，四驱工作时整车行驶经济性和操纵稳定性与全时四驱或适时四驱相差甚远。
综合来看，全时四驱形式相对较好，但是对于现有技术中的全时四驱***，由于其采用的普通差速器具有“差速不差扭”的特性，当汽车前后轴路面附着不一致时，则可能导致低附着一侧车轴上的车轮滑转，造成汽车被困无法行驶。或当汽车急加速时，载荷由前轴向后轴转移，也可能造成前轴车轮达到附着极限产生滑转而使汽车失稳。虽然现有技术中各种轴间限滑差速器或轴间差速锁可以通过部分锁止或完全锁止连接前后桥的传动轴来实现转矩从低附着车轴转移至高附着车轴、避免车轮打滑、提高车辆通过性，但是转矩的轴间转移分配是单向的，即只能从转速快的一轴往转速慢的一轴转移驱动力矩。这无法提升车辆在多种路况下的机动性能和驱动性能。另外，限滑差速器中多组摩擦片在压紧和断开时存在机械滑动摩擦，这增加了无功功耗。
因此，本发明旨在克服上述现有技术的缺点，提出一种兼具轴间与轮间转矩定向分配功能的集中式全时电动四驱***，该全时电动四驱***即可应用于四驱电动汽车，亦可通过改变动力源应用于四驱混合动力汽车或四驱内燃机动力汽车。
发明内容
本发明的目的是解决目前四轮驱动汽车上驱动转矩无法同时实现在轴间主动定向分配和轮间主动定向分配的问题，通过控制双转子电机的第一输出端和第二输出端输出转矩的大小和方向进而控制汽车前后轴和后轴轮间转矩分配的大小和方向。
本发明提供的技术方案为：
一种集中式全时电动四驱***，包括：
主驱动机构，其动力输出轴与中央差速器的齿圈啮合；
其中，所述中央差速器的太阳轮与第一输出轴连接，所述中央差速器的行星架与第二输出轴连接，所述第一输出轴通过减速机构与第一锥齿轮差速器的壳体连接，第二输出轴通过减速机构与第二锥齿轮差速器的壳体连接；
第一行星轮系，其包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架和第一齿圈；
第二行星轮系，其包括第二太阳轮、第二行星轮和第二齿圈；
其中，所述第一太阳轮与所述中央差速器的行星架连接，并且空套在所述第一输出轴上，所述第二太阳轮与所述第一输出轴连接，所述第一行星轮和第二行星轮同轴设置所述第一行星架上，所述第二齿圈空套在所述第一输出轴上；
第三行星轮系，其包括第三太阳轮、第三行星轮、第二行星架和第三齿圈
第四行星轮系，其包括第四太阳轮、第四行星轮和第四齿圈；
其中，所述第三太阳轮与后轴第二半轴连接，所述第四太阳轮与所述第一锥齿轮差速器的壳体连接，并且空套在所述后轴第二半轴上，所述第三行星轮和第四行星轮同轴设置在所述第二行星架上，所述第一锥齿轮差速器的第一半轴齿轮与后轴第一半轴连接，所述第一锥齿轮差速器的第二半轴齿轮与后轴第二半轴连接；
双转子电机，其两端设置有第一输出端齿轮和第二输出端齿轮，所述第一输出端齿轮与所述第二齿圈啮合，所述第二输出端齿轮与所述第四齿圈啮合。
优选的是，所述中央差速器还包括第五行星轮，其绕所述中央差速器的行星架周向均匀分布且中心空套支撑在所述中央差速器的行星架上，相邻两个所述第五行星轮啮合，所述第五行星轮内侧与所述中央差速器的太阳轮啮合，外侧与所述中央差速器的齿圈啮合。
优选的是，所述第一锥齿轮差速器还包括：
第一行星齿轮轴，其穿过所述第一锥齿轮差速器壳体中心，并可旋转的支撑在所述第一锥齿轮差速器的壳体上；
第一圆锥行星齿轮，其固定安装在所述第一行星齿轮轴上，并同时与所述第一半轴齿轮和所述第二半轴齿轮外啮合；
第二圆锥行星齿轮，其固定安装在所述第一行星齿轮轴上，并同时与所述第一半轴齿轮和所述第二半轴齿轮外啮合；
其中，所述第一圆锥行星齿轮和所述第二圆锥行星齿轮对称设置。
优选的是，所述第二锥齿轮差速器的第三半轴齿轮与前轴第一半轴连接，所述第二锥齿轮差速器的第四半轴齿轮与前轴第二半轴连接
优选的是，所述第二锥齿轮差速器还包括：
第二行星齿轮轴，其穿过所述第二锥齿轮差速器壳体中心，并可旋转的支撑在所述第二锥齿轮差速器的壳体上；
第三圆锥行星齿轮，其固定安装在所述第二行星齿轮轴上，并同时与所述第三半轴齿轮和所述第四半轴齿轮外啮合；
第四圆锥行星齿轮，其固定安装在所述第二行星齿轮轴上，并同时与所述第三半轴齿轮和所述第四半轴齿轮外啮合；
其中，所述第三圆锥行星齿轮和所述第四圆锥行星齿轮对称设置。
优选的是，所述第一行星轮和第二行星轮分别绕所述第一行星架周向均匀分布且中心空套支撑在所述第一行星架上；相邻两个所述第一行星轮啮合，所述第一行星轮内侧与第一太阳轮啮合，外侧与第一齿圈啮合；相邻两个所述第二行星轮啮合，所述第二行星轮内侧与第二太阳轮啮合，外侧与第二齿圈啮合。
优选的是，所述第三行星轮和第四行星轮分别绕所述第二行星架周向均匀分布且中心空套支撑在所述第二行星架上；相邻两个所述第三行星轮啮合，所述第三行星轮内侧与第三太阳轮啮合，外侧与第三齿圈啮合；相邻两个所述第四行星轮啮合，所述第四行星轮内侧与第四太阳轮啮合，外侧与第四齿圈啮合。
优选的是，所述主驱动机构的动力输出轴通过输出齿轮与所述中央差速器的齿圈啮合；所述第一输出轴连接所述减速机构的主动锥齿轮，所述第一锥齿轮差速器的壳体连接所述减速机构的从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合传动。
优选的是，所述第二输出轴通过传动轴与所述第二锥齿轮差速器连接，所述传动轴两端设置有万向传动装置。
优选的是，所述中央差速器的行星排特性参数为2；所述第一行星轮系和第二行星轮系的行星排特性参数相同；所述第三行星轮系和第四行星轮系的行星排特性参数相同。
本发明所述的有益效果为：
(1)本发明提供的集中式全时电动四驱***，解决了传统差速器“差速不差扭”的弊端，可以实现“差速差扭”功能，即差速的同时转矩可以实现在差速器两边任意数额绝对值相同的增、减分配，实现两侧或前后轴不等功率输出。该根本技术特征，可兼顾改善整车动力性、经济性、转弯机动性、操纵稳定性和通过性的需求，提高整车综合性能。
(2)本发明提供的集中式全时电动四驱***，解决了现有全时四驱***只能在一定范围内改变前后轴转矩分配比例的技术瓶颈，可以实现在前后轴之间任意分配转矩的功能，且响应迅速；极限情况在单轴出现打滑时可将全部动力总成输出转矩转移至有良好附着的另一轴，实现单轴驱动，相比轮毂电机驱动可以不用降低总输出功率，保证整车动力性。
(3)本发明提供的集中式全时电动四驱***，解决了现有全时四驱***只能根据前后轴的转速差或差速器内摩擦力矩被动的改变前后轴转矩分配的技术瓶颈，可以实现在前后轴之间随时随量主动改变转矩分配比的功能，且响应迅速。
(4)本发明提供的集中式全时电动四驱***，解决了现有全时四驱***在转矩分配时只能将驱动转矩从转速快的一侧单向转移至转速慢的另一侧的技术瓶颈，既可以实现转矩从转速快一侧车轮或一轴转移至转速慢的一侧或一轴，亦可以实现转矩从转速慢一侧车轮或一轴转移至转速快的一侧或一轴的功能。
(5)本发明提供的集中式全时电动四驱***，集动力源、传动***、转矩分配机构于一体，采用集中式一个动力源完成四个车轮的驱动，结构紧凑，集成度高、平台工艺继承性好。且相比较分布式四驱***，本发明不需要对每个轮毂电机单独控制，而只需要对一个双转子电机进行控制即可同时完成轴间、后轮间的转矩定向分配，执行机构少，控制***简单可靠，控制容易实现，***成本低。
(6)本发明提供的集中式全时电动四驱***，相比较轮毂电机分布式四驱***没有增加簧下质量，不会影响汽车的平顺性。
(7)本发明提供的集中式全时电动四驱***即可应用于四驱电动汽车，亦可通过改变动力源应用于集中驱动式四驱混合动力汽车或四驱内燃机动力汽车。
附图说明
图1为本发明所述的集中式全时电动四驱***整体结构示意图。
图2为本发明所述的集中式全时电动四驱***动力总成部分结构示意图。
图3为本发明所述的集中式全时电动四驱***在没有转矩主动定向分配需求下的转矩流向示意图。
图4为本发明所述的集中式全时电动四驱***在驱动转矩由后轴向前轴轴间主动分配时的转矩流向示意图。
图5为本发明所述的集中式全时电动四驱***在驱动转矩由前轴向后轴轴间主动分配时的转矩流向示意图。
图6为本发明所述的集中式全时电动四驱***在驱动转矩在由后轴第二半轴向后轴第一半轴主动分配时的转矩流向示意图。
图7为本发明所述的集中式全时电动四驱***在驱动转矩在由后轴第一半轴向后轴第二半轴主动分配时的转矩流向示意图。
图8为本发明所述的集中式全时电动四驱***在驱动转矩由后轴向前轴轴间主动分配和后轴第二半轴向后轴第一半轴轮间主动分配同时发生时的转矩流向示意图。
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。
参见图1，本发明提供了一种集中式全时电动四驱***，主要包括前轴驱动桥总成10、传动轴总成20和电动四驱***动力总成30。电动四驱***动力总成30通过传动轴总成20与前轴驱动桥总成10连接，传递动力至前轴。
所述前轴驱动桥总成10主要包括前轴驱动桥壳体1001、第二锥齿轮差速器组件1002、前轴第一半轴1003和前轴第二半轴1004。第二锥齿轮差速器组件1002为普通开放式锥齿轮差速器，其主要由差速器壳体10021、第二行星齿轮轴10022、第三圆锥行星齿轮10023、第四圆锥行星齿轮轴10024、第三半轴齿轮10025、第四半轴齿轮10026等零件组成，第二行星齿轮轴10022穿过第二锥齿轮差速器壳体10021中心并可旋转的支撑在所述第二锥齿轮差速器的壳体10021上；第三圆锥行星齿轮10023固定安装在所述第二行星齿轮轴10022上，并同时与所述第三半轴齿轮10025和所述第四半轴齿轮10026外啮合；第四圆锥行星齿轮10024固定安装在所述第二行星齿轮轴10022上，并同时与所述第三半轴齿轮10025和所述第四半轴齿轮10026外啮合；所述第三圆锥行星齿轮10023和所述第四圆锥行星齿轮10024对称设置，第三半轴齿轮10025与前轴第一半轴1003花键连接，第四半轴齿轮10026与前轴第二半轴1004花键连接，前轴第一、第二半轴1003和1004与左右前轴驱动车轮相连，将动力分别输出至左右前轴驱动车轮，第二输出轴3205通过传动轴总成20连接所述减速机构的主动锥齿轮10027，所述第二锥齿轮差速器组件1002的壳体连接所述减速机构的从动锥齿轮10028，所述主动锥齿轮10027与所述从动锥齿轮10028啮合传动。
所述传动轴总成20主要包括传动轴2001、万向传动装置2002和万向传动装置2003。传动轴2001两端分别连接万向传动装置2002和万向传动装置2003。万向传动装置2002连接前轴驱动桥总成10。万向传动装置2003连接电动四驱***动力总成30。万向传动装置可以在前轴驱动桥总成10输入端和电动四驱***动力总成30输出端轴线存在不同轴情况时确保两者基本等速转动，并自适应两者轴线夹角或高低变化。
参见图1和图2，所述电动四驱***动力总成30，主要由动力输出单元(主驱动机构)310，中央差速器320，轴间转矩分配耦合性行星轮系330，轮间转矩分配耦合行星轮系340，第一锥齿轮差速器组件370，双转子电机输出单元380和电动四驱***动力总成壳体3001构成。
所述动力输出单元310，主要由动力源3101和输出齿轮3102构成。所述动力源3101固定在动力总成壳体3001上，可以为电动机、内燃机或混合动力总成等推进动力源，动力源3101的输出端与输出齿轮3102连接，可由输出齿轮3102向外输出动力。需要说明的是，在动力源3101的输出端增加任何的齿轮传动装置(即变速器)、离合器或变矩器均不能对本发明构成实质性创新。
所述中央差速器320主要由第五行星轮系3200和第二输出轴3205和第一输出轴3206构成。所述第五行星轮系3200为双级行星轮系，包括第五齿圈3201、第三行星架3202、第五太阳轮3203和两组三对共6个圆周均布的第五行星轮3204。其中第五齿圈3201可旋转地支撑在第三行星架3202的轴上，第五齿圈3201外侧固连有圆周均布的传动齿轮，并与输出齿轮3102外啮合，使得动力输出单元310输出的动力可传入中央差速器320。第三行星架3202的第一端与第二输出轴3205固定连接或花键连接传递动力，第二端与第一行星轮系3300的第一太阳轮3303固定连接或花键连接传递动力。第五太阳轮3203与第一输出轴3206固定连接或花键连接传递动力。两组三对共6个圆周均布的第五行星轮3204的中心全部空套支撑在第三行星架3202上，一方面可以随着第三行星架3202的自转围绕第二输出轴3205和第一输出轴3206的共同轴线公转，另一方面亦可围绕穿过其中心孔的与第三行星架3202固连的轴(称为行星轮轴)自转。位置接近的每对两个第五行星轮3204相互外啮合，且靠近内侧的第五行星轮3204与第五太阳轮3203外啮合，同时靠近外侧的第五行星轮3204与第五齿圈3201内啮合。第二输出轴3205可旋转地支撑在动力总成壳体3001内，并与万向传动装置2003连接，可通过传动轴总成20将驱动转矩传递至前轴；第一输出轴3206可旋转地支撑在第三行星架3202中孔轴内，并从中伸出与第二行星轮系3400的第二太阳轮3403以及主减速主动锥齿轮3709固定连接或花键连接传递动力。为保证中央差速器320能够将动力输出单元310输出的驱动转矩1比1分配到汽车的前轴与后轴，第五行星齿轮系3200的行星排特性参数须等于2。
所述轴间转矩分配耦合行星轮系330主要由第一行星轮系3300和第二行星轮系3400构成，它们的行星排特性参数必须相同，行星排的类型必须一致。所述第一行星轮系3300包括第一齿圈3301、第一行星架3302、第一太阳轮3303和三个圆周均布的第一行星轮3304。其中第一齿圈3301固定在电动四驱***动力总成壳体3001上，第一行星架3302与第二行星轮系3400的行星架3402为一体，第一太阳轮3303为空心轴，与中央差速器的第三行星架3202固定连接或花键连接，并可旋转地支撑在中央差速器第一输出轴3206上。三个圆周均布的第一行星轮3304布置在第一齿圈3301和第一太阳轮3303之间并同时和第一齿圈和第一太阳轮啮合，三个第一行星轮3304各自中心全部空套支撑在第一行星架3402上，既可绕其自身中心轴线自转，又可绕第一输出轴3206轴线公转。所述第二行星轮系3400包括第二齿圈3401、行星架3402(即第一行星架3302)、第二太阳轮3403和三个圆周均布的第二行星轮3404。第二齿圈3401外侧固定有传动锥齿轮，并与双转子电机第一输出端齿轮3803啮合，使得双转子电机第一输出端输出的转矩可传入第二行星轮系3400，第二太阳轮3403与第一输出轴3206花键连接。三个圆周均布的第二行星轮3404布置在第二齿圈3401和第二太阳轮3403之间并同时和第二齿圈和第二太阳轮啮合，三个第一行星轮3304各自中心全部空套支撑在行星架3402上，既可绕其自身中心轴线自转，又可绕第一输出轴3206轴线公转。
所述轮间转矩分配耦合行星轮系340主要由第四行星轮系3500和第三行星轮系3600构成，它们的行星排特性参数必须相同，行星排的类型必须一致。所述第四行星轮系3500包括第四齿圈3501、行星架3502、第四太阳轮3503和三个圆周均布的第四行星轮3504。其中第四齿圈3501外侧固连有传动齿轮，并与双转子电机第二输出端的第二输出齿轮3801外啮合，使得双转子电机第二输出端输出的转矩可传入第四行星轮系3500。行星架3502(即第二行星架3602)与第三行星轮系3600的第二行星架3602为一体。第四太阳轮3503为空心轴，与第一锥齿轮差速器组件370的差速器壳体3710固定连接或花键连接，三个圆周均布的第四行星轮3504布置在第四齿圈3501和第四太阳轮3503之间并同时和第四齿圈和第四太阳轮啮合，三个第四行星轮3504各自中心全部空套支撑在行星架3502上，既可绕其自身中心轴线自转，又可绕汽车后桥轴线公转，所述第四齿圈3501空套在所述第四太阳轮3503的空心轴上。所述第三行星轮系3600包括第三齿圈3601、第二行星架3602、第三太阳轮3603和三个圆周均布的第三行星轮3604。其中第三齿圈3601固定在电动四驱***动力总成壳体3001上，第三太阳轮3603与后轴第二半轴3702花键连接。三个圆周均布的第三行星轮3604布置在第三齿圈3601和第三太阳轮3603之间并同时和第三齿圈和第三太阳轮啮合，三个第三行星轮3604各自中心全部空套支撑在第二行星架3602上，既可绕其自身中心轴线自转，又可绕后轴轴线即后轴第二半轴3702轴线公转。
所述第一锥齿轮差速器组件370主要由后轴第一半轴3701、后轴第二半轴3702、第一半轴齿轮3703、第二半轴齿轮3704、第一、第二圆锥行星齿轮3705和3706、第一行星齿轮轴3707、主减速从动锥齿轮3708、主减速主动锥齿轮3709和差速器壳体3710构成。其中第一半轴齿轮3703与后轴第一半轴3701花键连接，后轴第一半轴3701可旋转地支撑在动力总成壳体3001内，第二半轴齿轮3704与后轴第二半轴3702花键连接，后轴第二半轴3702可选择地支撑在动力总成壳体3001内，差速器壳体3710可旋转地支撑在第后轴一半轴3701和后轴第二半轴3702上。差速器壳体3710右端面与主减速从动锥齿轮3708固定连接，所述主减速从动锥齿轮3708与主减速主动锥齿轮3709啮合。第一行星齿轮轴3707从差速器壳体3710中心穿过并可旋转的支撑在差速器壳体3710上，其中部安装第一、第二圆锥行星齿轮3705和3706。两个圆锥行星齿轮3705和3706对称布置在差速器中心两侧，并分别与布置在其左右两侧的第一半轴齿轮3703和第二半轴齿轮3704外啮合。第一半轴齿轮3703和第二半轴齿轮3704中心分别通过花键与后轴第一半轴3701和后轴第二半轴3702连接，后轴第一半轴3701和后轴第二半轴3702分别从差速器壳体3710两侧中心孔穿出并通过等速万向节将动力出至后轴左右两侧车轮。
所述双转子电机输出单元380主要由双转子电机3802、第二输出端齿轮3801和第一输出端锥齿轮3803构成。其中双转子电机3802固定在动力总成壳体3001上，需要说明的是，双转子电机3802可以为任何形式的双转子电机，只需具有两个独立的动力输出端即可，因此，改变双转子电机的类型不构成对本发明的实质性创新。双转子电机3802的第二输出端与第二输出端齿轮3801相连，可由第二输出端齿轮3801向外输出动力。双转子电机3802的第一输出端与第一输出端锥齿轮3803相连，可由第一输出端齿轮3803向外输出动力。
本发明所述的集中式全时电动四驱***工作原理如下：
以图1和图2所示的集中式全时电动四驱***的实施例结构简图为例，说明工作原理。
(1)当所述集中式全时电动四驱***工作在正常直线行驶工况，没有转矩分配需求时，双转子电机3802中没有控制信号，双转子电机不起动，第一输出端与第二输出端均不输出转矩，此时汽车动力输出单元310输出的总驱动转矩经过中央差速器320，等分到汽车前轴和后轴上，并通过前轴和后轴上的锥齿轮差速器组件1002和370将分配给各自的前轴驱动转矩和后轴驱动转矩各等分到前后轴两侧的驱动车轮上，最终四个车轮获得的驱动转矩大小相同。转矩分配流如图3所示。
此时，由于汽车正常直线行驶，四个车轮转速基本相同，因此中央差速器第二输出轴3205与中央差速器第一输出轴3206转速相同，又由于第二输出轴3205与第五行星轮系3200的第三行星架3202的一端固定连接或花键连接，第三行星架3202的另一端又与第一行星轮系3300的第一太阳轮3303固定连接，因此第一太阳轮3303的转速与中央差速器第以输出轴3206的转速相同。又由于第二行星轮系3400的第二太阳轮3403与第一输出轴3206花键连接，因此，第二太阳轮3403与第一输出轴3206的转速相同，即第一太阳轮3303与第二太阳轮3403转速相同。又第一行星轮系3300与第二行星轮系3400共行星架，因此第一齿圈3301与第二齿圈3401的转速相同。又因为第一齿圈3301固定在动力总成壳体3001上，转速为0，因此第二齿圈3401转速也为0。所以，双转子电机第一输出端锥齿轮3803转速也为0，双转子电机3802的第一输出端不旋转。即双转子电机3802的第第一输出端不起动、不输出转矩。
汽车正常直线行驶时，后轴左右两侧车轮转速相同，后轴第二半轴3702与差速器壳体3710的转速也相同，又由于第四行星轮系3500的第四太阳轮3503与差速器壳体3710固定连接或花键连接，因此第四太阳轮3503与后轴第二半轴3702的转速相同。又由于第三行星轮系3600的第三太阳轮3603与后轴第二半轴3702花键连接，转速相同，因此第三太阳轮3603与第四太阳轮3503的转速相同。因为第四行星轮系3500与第三行星轮系3600共行星架，因此第四齿圈3501与第三齿圈3601的转速也相同。因为第三齿圈3601固定在动力总成壳体3001上，转速为0，所以与双转子电机第二输出端齿轮3801外啮合的第四齿圈3501的转速也为0，故双转子电机第二输出端齿轮3801转速也为0，双转子电机3802的第二输出端不旋转，双转子第二输出端不起动、不输出转矩。
(2)当所述集中式全时电动四驱***工作在驱动转矩由后轴向前轴分配时的工况时，若设定汽车向前行驶时车轮的旋转方向为正方向，反之为负方向，第一行星轮系3300与第二行星轮系3400的行星排特性参数都为k1。此时双转子电机3802第二输出端不起动，双转子电机3802第一输出端输出转矩为T1(T1为正值)，该转矩通过第一输出端齿轮3803与第二齿圈3401固连的锥齿轮啮合传动后，输入进第二齿圈3401的转矩增量为i1T1，其中i1为第一输出端锥齿轮3803与第二齿圈3401外侧锥齿轮的传动比。所以第二行星轮系3400的第二太阳轮3403输入进中央差速器第一输出轴3206的转矩增量为第一行星轮系3300的第一太阳轮3303输入进中央差速器320行星架3202的转矩，也就是输入进中央差速器第二输出轴3205的转矩增量为因此，前轴驱动转矩增加后轴驱动转矩减少在总驱动转矩维持不变的情况下，实现了驱动转矩由后轴向前轴的分配，驱动转矩分配量为转矩分配流如图4所示。
(3)当所述集中式全时电动四驱***工作在驱动转矩由前轴向后轴分配时的工况时，同理可得，此时双转子电机3802第二输出端不起动，双转子电机3802第一输出端输出转矩为-T1(T0为正值)，该转矩通过第一输出端锥齿轮3803与第二齿圈3410固连锥齿轮啮合传动后，输入进第二齿圈3401的转矩增量为-i1T1。所以第而行星轮系3400的第二太阳轮3403输入进中央差速器第一输出轴3206的转矩增量为第一行星轮系3300的第一太阳轮3303输入进中央差速器320行星架3202的转矩，也就是输入进中央差速器第二输出轴3205的转矩增量为因此，前轴驱动转矩减少后轴驱动转矩增加在总驱动转矩维持不变的情况下，实现了驱动转矩由前轴向后轴的分配，驱动转矩分配量为转矩分配流如图5所示。
(4)当所述集中式全时电动四驱***工作在后轴驱动转矩由后轴第二半轴向后轴第一半轴分配时工况时，若设定汽车向前行驶时车轮的旋转方向为正方向，反之为负方向。设第四行星轮系3500与第三行星轮系3600的行星排特性参数都为k2。此时双转子电机3802第一输出端不起动，双转子电机3802第二输出端输出转矩为T2(T2为正值)，该转矩通过第二输出端齿轮3801与第四齿圈3501外侧齿轮外啮合传动后，输入进第四齿圈3501的转矩增量为-i2T2，其中i2为第二输出端齿轮3801与第四齿圈3501外侧齿轮的传动比。所以第四行星轮系3500的第四太阳轮3503输入进差速器壳体3710的转矩增量为第三行星轮系3600的第三太阳轮3603输入进后轴第二半轴3702的转矩增量为差速器壳体3710再将获得的转矩增量等分至后轴第一半轴3701和后轴第二半轴3702，因此最终后轴第一半轴3701获得的转矩增量为后轴第二半轴3702获得的总转矩增量为由此可见，后轴第一半轴3701的转矩增加后轴第二半轴3702的转矩减少在总驱动转矩维持不变的情况下，实现了驱动转矩由后轴第二半轴3702向第后轴一半轴3701的分配，驱动转矩分配量为转矩分配流如图6所示。
(5)当所述集中式全时电动四驱***工作在后轴驱动转矩由后轴第一半轴向后轴第二半轴分配时工况时，同理可得，此时双转子电机3802第一输出端不起动，双转子电机3802第二输出端输出转矩为-T2(T2为正值)，该转矩通过第二输出端齿轮3801与齿圈3501外侧齿轮啮合传动后，输入进齿圈3501的转矩增量为i2T2，所以第四行星轮系3500的太阳轮3503输入进差速器壳体3710的转矩增量为第三行星轮系3600的太阳轮3603输入进后轴第二半轴3702的转矩增量为差速器壳体3710再将获得的转矩增量等分至后轴第一半轴3701和后轴第二半轴3702，因此最终后轴第一半轴3701获得的转矩增量为后轴第二半轴3702获得的总转矩增量为由此可见，后轴第一半轴3701的转矩减少后轴第二半轴3702的转矩增加在总驱动转矩维持不变的情况下，实现了驱动转矩由后轴第一半轴3701向后轴第二半轴3702的分配，驱动转矩分配量为转矩分配流如图7所示。
(6)当所述集中式全时电动四驱***工作在驱动转矩既需轴间转矩分配又需轮间转矩分配的工况下，举例如，驱动转矩由后轴向前轴分配和后轴转矩由后轴第二半轴向后轴第一半轴分配同时发生时的工况。若设定汽车向前行驶时车轮的旋转方向为正方向，反之为负方向，第一行星轮系3300与第二行星轮系3400的行星排特性参数都为k1，第四行星轮系3500与第三行星轮系3600的行星排特性参数都为k2。此时双转子电机3802第一输出端输出转矩为T1(T1为正值)，双转子电机3802第二输出端输出转矩为T2(T2为正值)。
所述双转子电机3802第一输出端输出转矩为T1(T1为正值)时，该转矩通过第一输出端锥齿轮3803与齿圈3401固连锥齿轮啮合传动后，输入进齿圈3401的转矩增量为i1T1，其中i1为第一输出端锥齿轮3803与齿圈3401外侧锥齿轮的传动比。所以第二行星轮系3400的太阳轮3403输入进中央差速器第一输出轴3206的转矩增量为第一行星轮系3300的太阳轮3303输入进中央差速器320行星架3202的转矩增量，也就是输入进中央差速器第二输出轴3205的转矩增量为因此，前轴驱动转矩增加后轴驱动转矩减少所述双转子电机3802第二输出端输出转矩为T2(T2为正值)时，该转矩通过第二输出端齿轮3801与齿圈3501外侧齿轮啮合传动后，输入进齿圈3501的转矩增量为-i2T2，其中i2为第二输出端齿轮3801与齿圈3501外侧齿轮的传动比。所以第四行星轮系3500的太阳轮3503输入进差速器壳体3710的转矩增量为第三行星轮系3600的太阳轮3603输入进后轴第二半轴3702的转矩增量为差速器壳体3710再将获得的转矩增量等分至后轴第一半轴3701和后轴第二半轴3702，后轴第一半轴3701获得的转矩增量为后轴第二半轴3702获得的总转矩增量为再考虑到后轴向前轴转移的转矩为因此，最终后轴第一半轴3701的转矩变化量为后轴第二半轴3702的转矩变化量为在总驱动转矩维持不变的情况下，实现了驱动转矩既由后轴向前轴分配又由后轴第二半轴向后轴第一半轴分配。转矩分配流如图8所示。
由上述集中式全时电动四驱***的工作原理可知，该电动四驱***轴间转矩分配耦合行星轮系和轮间转矩分配耦合行星轮系二者相互独立，能够实现轴间转矩分配和轮间转矩分配的单独控制。通过控制双转子电机3802的第二输出端输出转矩的大小和方向，则能够控制汽车后轴轮间转矩分配的大小和方向。通过控制双转子电机3802的第一输出端输出转矩的大小和方向，则能够控制汽车轴间转矩分配的大小和方向。因此，本发明所述的转矩定向分配功能的电动四驱***具有四种工作模式，分别为无转矩分配模式，轴间转矩分配模式，轮间转矩分配模式和四轮协同转矩分配模式。所述无转矩分配模式为双转子电机3802的第一输出端和第二输出端均不输出转矩，仅由动力源3101驱动汽车行驶。所述轴间转矩分配模式为双转子电机3802的第二输出端不输出转矩，第一输出端输出转矩，控制汽车的轴间转矩分配。所述轮间转矩分配模式为双转子电机3802的第二输出端输出转矩，第一输出端不输出转矩，控制汽车的后轴轮间转矩分配。所述四轮协同转矩分配模式为双转子电机3802的第一输出端和第二输出端同时输出不同转矩，控制汽车的轴间转矩分配和后轴轮间转矩分配。双转子电机3802的两个输出端输出转矩T1、T2可由整车控制器通过总线发送指令决定。作为优选的是整车控制器(图中未示出)可以根据驾驶员模式选择、汽车运行工况(直线加速起步、直线匀速行驶、转弯匀速行驶或转弯加速行驶等)、前后轴的滑转情况、汽车车速和动力学参数(横摆角速度、质心侧偏角等)以及双转子电机最大转矩参数来综合确定双转子电机3802的两个输出端输出转矩指令。其目的是满足驾驶员在各种特定工况下对于整车不同性能的需求，如动力性、经济性、转弯机动性、操纵稳定性或通过性，亦或满足整车在常用工况下的上述整车综合性能。
本发明提供的集中式全时电动四驱***，解决了传统差速器“差速不差扭”的弊端，可以实现“差速差扭”功能，即差速的同时转矩可以实现在差速器两边任意数额绝对值相同的增、减分配，实现两侧或前后轴不等功率输出。该根本技术特征，可兼顾改善整车动力性、经济性、转弯机动性、操纵稳定性和通过性的需求，提高整车综合性能。
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 (10)

1.一种集中式全时电动四驱***，其特征在于，包括：
主驱动机构，其动力输出轴与中央差速器的齿圈啮合；
其中，所述中央差速器的太阳轮与第一输出轴连接，所述中央差速器的行星架与第二输出轴连接，所述第一输出轴通过减速机构与第一锥齿轮差速器的壳体连接，第二输出轴通过减速机构与第二锥齿轮差速器的壳体连接；
第一行星轮系，其包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架和第一齿圈；
第二行星轮系，其包括第二太阳轮、第二行星轮和第二齿圈；
其中，所述第一太阳轮与所述中央差速器的行星架连接，并且空套在所述第一输出轴上，所述第二太阳轮与所述第一输出轴连接，所述第一行星轮和第二行星轮同轴设置所述第一行星架上，所述第二齿圈空套在所述第一输出轴上；
第三行星轮系，其包括第三太阳轮、第三行星轮、第二行星架和第三齿圈
第四行星轮系，其包括第四太阳轮、第四行星轮和第四齿圈；
其中，所述第三太阳轮与后轴第二半轴连接，所述第四太阳轮与所述第一锥齿轮差速器的壳体连接，并且空套在所述后轴第二半轴上，所述第三行星轮和第四行星轮同轴设置在所述第二行星架上，所述第一锥齿轮差速器的第一半轴齿轮与后轴第一半轴连接，所述第一锥齿轮差速器的第二半轴齿轮与后轴第二半轴连接；
双转子电机，其两端设置有第一输出端齿轮和第二输出端齿轮，所述第一输出端齿轮与所述第二齿圈啮合，所述第二输出端齿轮与所述第四齿圈啮合。
2.如权利要求1所述的集中式全时电动四驱***，其特征在于，所述中央差速器还包括第五行星轮，其绕所述中央差速器的行星架周向均匀分布且中心空套支撑在所述中央差速器的行星架上，相邻两个所述第五行星轮啮合，所述第五行星轮内侧与所述中央差速器的太阳轮啮合，外侧与所述中央差速器的齿圈啮合。
3.如权利要求1所述的集中式全时电动四驱***，其特征在于，所述第一锥齿轮差速器还包括：
第一行星齿轮轴，其穿过所述第一锥齿轮差速器壳体中心，并可旋转的支撑在所述第一锥齿轮差速器的壳体上；
第一圆锥行星齿轮，其固定安装在所述第一行星齿轮轴上，并同时与所述第一半轴齿轮和所述第二半轴齿轮外啮合；
第二圆锥行星齿轮，其固定安装在所述第一行星齿轮轴上，并同时与所述第一半轴齿轮和所述第二半轴齿轮外啮合；
其中，所述第一圆锥行星齿轮和所述第二圆锥行星齿轮对称设置。
4.如权利要求1所述的集中式全时电动四驱***，其特征在于，所述第二锥齿轮差速器的第三半轴齿轮与前轴第一半轴连接，所述第二锥齿轮差速器的第四半轴齿轮与前轴第二半轴连接。
5.如权利要求4所述的集中式全时电动四驱***，其特征在于，所述第二锥齿轮差速器还包括：
第二行星齿轮轴，其穿过所述第二锥齿轮差速器壳体中心，并可旋转的支撑在所述第二锥齿轮差速器的壳体上；
第三圆锥行星齿轮，其固定安装在所述第二行星齿轮轴上，并同时与所述第三半轴齿轮和所述第四半轴齿轮外啮合；
第四圆锥行星齿轮，其固定安装在所述第二行星齿轮轴上，并同时与所述第三半轴齿轮和所述第四半轴齿轮外啮合；
其中，所述第三圆锥行星齿轮和所述第四圆锥行星齿轮对称设置。
6.如权利要求1所述的集中式全时电动四驱***，其特征在于，所述第一行星轮和第二行星轮分别绕所述第一行星架周向均匀分布且中心空套支撑在所述第一行星架上；相邻两个所述第一行星轮啮合，所述第一行星轮内侧与第一太阳轮啮合，外侧与第一齿圈啮合；相邻两个所述第二行星轮啮合，所述第二行星轮内侧与第二太阳轮啮合，外侧与第二齿圈啮合。
7.如权利要求1所述的集中式全时电动四驱***，其特征在于，所述第三行星轮和第四行星轮分别绕所述第二行星架周向均匀分布且中心空套支撑在所述第二行星架上；相邻两个所述第三行星轮啮合，所述第三行星轮内侧与第三太阳轮啮合，外侧与第三齿圈啮合；相邻两个所述第四行星轮啮合，所述第四行星轮内侧与第四太阳轮啮合，外侧与第四齿圈啮合。
8.如权利要求1-7任意一项所述的集中式全时电动四驱***，其特征在于，所述主驱动机构的动力输出轴通过输出齿轮与所述中央差速器的齿圈啮合；所述第一输出轴连接所述减速机构的主动锥齿轮，所述第一锥齿轮差速器的壳体连接所述减速机构的从动锥齿轮，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合传动。
9.如权利要求1-7任意一项所述的集中式全时电动四驱***，其特征在于，所述第二输出轴通过传动轴与所述第二锥齿轮差速器连接，所述传动轴两端设置有万向传动装置。
10.如权利要求1-7任意一项所述的集中式全时电动四驱***，其特征在于，所述中央差速器的行星排特性参数为2；所述第一行星轮系和第二行星轮系的行星排特性参数相同；所述第三行星轮系和第四行星轮系的行星排特性参数相同。
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