CN113415107A - 可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，包括主电机、副电机、正齿轮差速器、左半轴、右半轴、主减速器、副减速器、双行星齿轮行星排机构、第一离合器、第二离合器、主壳体等。主电机和副电机分别与主减速器和副减速器的输入端连接；主减速器和副减速器的输出端分别与正齿轮差速器的差速器壳、双行星齿轮行星排机构的齿圈连接；双行星齿轮行星排机构的行星架通过第一离合器、第二离合器分别与双行星齿轮行星排机构的太阳轮、正齿轮差速器的右齿圈连接；双行星齿轮行星排机构行星排特征参数为2。本发明通过控制第一离合器和第二离合器，即可实现主电机单独驱动、双电机转矩耦合驱动以及转矩定向分配三种驱动模式。

Description

可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥
技术领域
本发明属于电动汽车传动领域，特别涉及一种高集成可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥。
背景技术
近年来，随着社会的发展与进步，以零油耗、高集成、动力响应快、驾驶性能高等为特色的电动汽车获得了大力的发展，逐渐得到市场认可。随着市场的发展与普及，电动汽车未来也将向高端高性能、多样个性化方向发展，因此对于能够改善底盘性能的先进驱动技术的需求在增加。而电动转矩定向分配技术就是其中之一。
转矩定向分配(TV)技术是一种将动力源产生的驱动转矩在左右两侧车轮之间、或者前后两轴之间进行任意分配的先进驱动技术。该技术既可以使驱动转矩从低速侧车轮(或车轴)向高速侧车轮(或车轴)转移、亦可以从高速侧向低速侧转移。因此该技术可以克服传统开放式差速器“差速不差扭”的缺陷，提高控制的灵活性与转弯的机动性，均衡了各轮胎的路面附着利用率，增加了车辆稳定性裕度，有效增加车辆行驶的操纵稳定性，还可以根据控制目标的不同，以节能为目标来分配全轮驱动转矩。
该技术目前主要分为两类：一类是应用于以轮毂电机驱动汽车为代表的分布式驱动汽车的转矩定向分配控制技术，其可以通过对各车轮轮毂电机的驱动力矩的直接控制，实现转矩在各车轮之间的定向分配；但目前受制于轮毂电机功率密度低、簧下质量增加等问题，转矩定向分配控制技术并未在汽车上获得大规模应用。另一类是应用在集中式驱动的转矩定向分配差速器(驱动桥)，其目前已应用于部分高端运动型轿车和高档SUV中，如本田的超级四驱***(SH-AWD)、三菱的超级主动横摆控制***(SAYC)和奥迪的运动差速器等。但是这些转矩定向分配差速器主要应用于传统燃油车型上，而且一般采用多片离合器等机械摩擦式转矩定向分配机构，导致***力矩转移能力受限、机械传递效率不高、可靠性低、结构复杂成本高。
另外，在车用动力电池技术尚未突破的今天，提高电动汽车传动效率，减少电池能量的损耗，是保证电动汽车续航里程的重要途径。而传统的单电机驱动桥为保证汽车的动力性，只能选用大功率的电机来满足极限工况的功率需求，造成了电机的“大马拉小车”的现象，使得电机高效区间利用率小。而双电机耦合驱动技术，可使得汽车在所需驱动力矩较小时，切换至主电机单独驱动；在所需驱动力矩较大时，切换至双电机转矩耦合模式。从而提高驱动电机的负载荷率，提高驱动电机工高效区间利用率，使得汽车在原有电池容量的基础上获得更大的续驶里程。
现阶段，无论是出于高效驱动节能考虑的双电机并联耦合驱动，还是出于改善车辆过弯机动性和操纵稳定性的转矩定向分配驱动桥，在电动汽车上的应用都鲜有报道。目前仅有申请人在2017年申请的两项发明专利“一种带有转矩定向分配功能的双电机耦合驱动桥”(CN106965659A)和“一种带有转矩定向分配功能的双电机耦合驱动桥”(CN106965662A)涉及本领域技术内容。上述专利也可以在实现转矩定向分配功能的基础上，通过控制四组离合器的切换，使平时直线行驶闲置的TV控制电机转化为可以参与驱动的助力电机，实现两个电机的转矩耦合模式驱动，共同驱动汽车行驶，在汽车爬坡，急加速等转矩需求较大的工况改善车辆动力性。另外，通过对两个电机耦合功率的分配和调节，充分发挥各自高效率区间，实现更为节能高效的驱动行驶。但是该技术方案需要共计采用四组离合器、七个行星排，存在结构复杂、轴向长度大、控制难度高的技术问题。
本发明针对上述背景内容和已有技术缺陷，提出一种应用于集中式驱动电动汽车的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其仅采用两组可控离合器，配合三个行星排的使用，结构紧凑、执行器少，可实现三种工作模式：主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式以及转矩定向分配模式。该驱动桥通过切换不同工作模式，能够有效的提高电动汽车的操纵稳定性、通过性、动力性与经济性，具有重要的工程应用价值和社会意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种应用于集中式驱动电动汽车的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其结构紧凑，可实现三种工作模式：主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式以及转矩定向分配模式。通过控制两组离合器的工作状态，所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥能在三种工作模式间切换。
在主电机单独驱动模式下，仅主电机输出转矩，主要应用于汽车行驶需求转矩较小的工况，以提高主电机的负载率，使主电机工作在高效区间，减少电机的效率损失。
在双电机转矩耦合模式下，副电机起到助力电机的作用，与主电机转矩耦合，共同驱动汽车行驶，提高汽车的动力性，主要用于汽车爬坡，急加速等转矩需求较大的工况。另外，通过对两个电机耦合功率的分配和调节，充分发挥各自高效率区间，实现更为节能高效的驱动行驶。
在转矩定向分配模式下，所述使可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥输出的驱动转矩能在两侧半轴间任意分配，克服了传统开放式差速器“差速不差扭”的缺陷，能有效提高汽车的操纵稳定性，提高驾驶员的驾驶乐趣，并能使汽车具有更好的经济性、通过性。
为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其特征在于，包括：
主电机，用于输出驱动转矩，驱动汽车行驶；
副电机，其输出的转矩可用于实现转矩定向分配功能，或充当助力电机，用于与主电机转矩耦合，共同驱动汽车行驶；
左法兰；
右法兰；
左半轴；
右半轴；
正齿轮差速器，用于将传递至其上的转矩平均分配至所述左半轴与所述右半轴，并使所述左半轴、所述右半轴可以以不同角速度旋转，也可接受来自所述副电机的转矩，实现转矩耦合或转矩定向分配功能；
主减速器，用于将所述主电机输出转矩进行减速增扭后输出；
副减速器，用于将所述副电机输出转矩进行减速增扭后输出；
双行星齿轮行星排机构，用于将所述副减速器输出的转矩转化为一对等大同向的力矩；
第一离合器，用于控制所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥切换至转矩定向分配模式；
第二离合器，用于控制所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥切换至双电机转矩耦合模式；
主壳体，用于容置所述主减速器、所述正齿轮差速器等，并固定所述主电机；
副壳体，布置在所述主壳体左侧，与所述主壳体螺栓连接，用于容置所述副减速器、所述双行星齿轮行星排机构等，并固定所述副电机。
所述主电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与所述右法兰、所述右半轴一同布置在所述正齿轮差速器一侧；所述主电机产生的转矩通过主电机转子输出轴输出；所述右半轴从所述主电机中心空套穿出。
优选的是，所述主电机转子输出轴与所述主电机壳体通过橡胶密封圈密封。
所述副电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与所述左法兰、所述左半轴一同布置在所述正齿轮差速器另一侧；所述副电机产生的转矩通过副电机转子输出轴输出；所述左半轴从所述副电机中心空套穿出。
优选的是，所述副电机转子输出轴与所述副电机壳体通过橡胶密封圈密封。
所述正齿轮差速器，，其主体是一个采用圆柱行星齿轮的紧凑型差速器，由两个行星排组成，包括：左太阳轮，与所述左半轴内端花键连接；右太阳轮，与所述右半轴内端花键连接；左行星轮，与所述左太阳轮外啮合传动；右行星轮，与所述右太阳轮外啮合传动，同时与所述左行星轮外啮合传动；左齿圈，与所述左行星轮内啮合传动；右齿圈，与所述右行星轮内啮合传动；左行星架，用于旋转支撑所述左行星轮、所述右行星轮；右行星架，用于旋转支撑所述左行星轮、所述右行星轮；所述左行星架和所述右行星架通过销钉固连为一体，组成差速器壳；推力滚针轴承，安装在所述左太阳轮与所述右太阳轮之间。
所述主减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第一太阳轮，与所述主电机转子输出轴花键连接；第一齿圈，与所述主壳体固定连接；第一行星轮，与所述第一太阳轮、所述第一齿圈同时啮合传动；第一行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第一行星轮；第一左行星架，用于旋转支撑所述第一行星齿轮轴，并与所述右行星架固定连接；第一右行星架，用于旋转支撑所述第一行星齿轮轴，并旋转支撑在所述主电机壳体上；所述第一左行星架与所述第一右行星架通过销钉固定连接为一体。
优选的是，所述第一齿圈与所述主壳体花键连接。
优选的是，所述第一左行星架与所述右行星架花键连接。
所述副减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第三太阳轮，与所述副电机转子输出轴花键连接；第三齿圈，与所述副壳体固定连接；第三行星轮，与所述第三太阳轮、所述第三齿圈同时啮合传动；第三行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第三行星轮；第三左行星架，用于旋转支撑所述第三行星齿轮轴，并旋转支撑在所述副电机壳体上；第三右行星架，用于旋转支撑所述第三行星齿轮轴；所述第三左行星架与所述第三右行星架通过销钉固定连接为一体。
优选的是，所述第三齿圈与所述副壳体通过花键连接。
所述双行星齿轮行星排机构，其主体是一个特征参数为2的单排双级行星齿轮机构，包括：第二太阳轮，其通过滚针轴承旋转支撑在所述左半轴上，并与所述左齿圈固定连接；第二内行星轮，与所述第二太阳轮外啮合传动；第二内行星齿轮轴，用于旋转支承所述第二内行星轮；第二外行星轮，与所述第二内行星轮外啮合传动；第二外行星齿轮轴，用于旋转支承所述第二外行星轮；第二齿圈，与所述第二外行星轮内啮合传动，并与所述第三右行星架花键连接；第二左行星架，用于旋转支承所述第二内行星齿轮轴和所述第二外行星齿轮轴；第二右行星架，用于旋转支承所述第二内行星齿轮轴和所述第二外行星齿轮轴；第二左行星架与第二右行星架通过销钉固定连接为一体。
优选的是，所述第二太阳轮与所述左齿圈通过花键连接。
优选的是，所述第二齿圈与所述第三右行星架通过花键连接。
所述左法兰，与所述左半轴外端花键连接，将所述左半轴的转矩输出至汽车左侧车轮；左端固定螺母在所述左法兰外侧中心与所述左半轴螺纹连接，使所述左法兰轴向固定。
优选的是，所述左法兰与所述副电机壳体间通过橡胶密封圈密封。
所述右法兰，与所述右半轴外端花键连接，将所述右半轴的转矩输出至汽车右侧车轮；右端固定螺母在所述右法兰外侧中心与所述右半轴螺纹连接，使所述右法兰轴向固定。
优选的是，所述右法兰与所述副电机壳体间通过橡胶密封圈密封。
所述第一离合器，其主动部分与所述第二右行星架花键连接，其从动部分与所述第二太阳轮花键连接；
所述第二离合器，其主动部分与所述第一离合器主动部分制成一体，其从动部分与所述右齿圈制成一体。
一种使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，可实现三种工作模式：主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式以及转矩定向分配模式。通过控制离合器的工作状态，所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥能在三种工作模式间切换。其工作原理如下：
当所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥工作在主电机单独驱动模式时，所述第一离合器，所述第二离合器均处于断开状态，此时所述主电机输出转矩，所述副电机不参与传动,维持精致状态。在该模式下所述主电机输出的转矩经所述主减速器减速增扭后传递至所述正齿轮差速器上，并经所述正齿轮差速器平均分配给左右半轴。此时，所述左半轴与所述右半轴输出的转矩为
Figure BDA0003208694250000091
其中，Tl为所述左半轴输出的转矩，Tr为所述右半轴输出的转矩，k1为所述主减速器行星排特征参数，Tm1为所述主电机输出的转矩。
当所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式时，所述第一离合器处于断开状态，所述第二离合器处于结合状态，此时所述主电机与所述副电机输出转矩。在该模式下所述主电机输出的转矩经所述主减速器减速增扭后传递至所述正齿轮差速器上，并经所述正齿轮差速器平均分配给左右半轴；所述副电机正向转动，并输出正向转矩，输出的转矩经所述副减速器减速增扭后传递至所述第二齿圈上，并经所述双行星齿轮行星排机构转化为一对等大同向的力矩，其中一个力矩经所述第二太阳轮、所述左齿圈传递至所述正齿轮差速器的左行星轮上，另一个力矩经所述第二右行星架、所述第二离合器、所述右齿圈传递至所述正齿轮差速器的右行星轮上，而传递至所述正齿轮差速器左右行星轮的力矩，平均分配给左右半轴。另外所述双行星齿轮行星排机构在此模式下具有“差速”作用，从而保证在左右半轴转速不同时，所述副电机的转矩依旧能够平均分配给左右半轴。此时，所述左半轴与所述右半轴输出的转矩为
Figure BDA0003208694250000101
其中，k3为所述副减速器行星排特征参数，Tm2为所述副电机输出的转矩。
当所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥工作在转矩定向分配模式时，所述第二离合器处于断开状态，所述第一离合器处于结合状态。在该模式下，所述主电机输出的转矩经所述主减速器减速增扭后传递到所述正齿轮差速器上，并平均分配给左右半轴；所述副电机输出的转矩经过所述副减速器减速增扭后传递至所述第二齿圈上，此时所述第一离合器结合，所述第二右行星架通过所述第一离合器与所述第二太阳轮连接，所述双行星齿轮行星排机构自锁，传递至所述第二齿圈上的力矩经所述双行星齿轮行星排机构、所述第一离合器、所述左齿圈传递至所述正齿轮差速器左行星轮上，这使得一侧半轴的转矩减小，另一侧半轴的转矩增大。此时所述左半轴与所述右半轴输出的转矩为：
Figure BDA0003208694250000102
Figure BDA0003208694250000103
其中k0为所述正齿轮差速器行星排特征参数。
本发明的有益效果是：
1.本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，能通过控制副电机的输出转矩，实现在集中式驱动的电动汽车上左右轮转矩的定向分配功能，使集中式驱动电动汽车具有与分布式驱动电动汽车相同的优良动力学控制特性；另外相比传统的ESP技术，避免了动力损失，能有效提高汽车的动力性、经济性、操纵稳定性、主动安全性和驾驶乐趣。
2.本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，通过两个离合器的控制，可实现三种工作模式，且整体集成度高、结构紧凑、尺寸较小，提高了汽车的底盘空间利用率，便于底盘的空间布置。
3.本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，还能实现主电机单独驱动模式、双电机转矩耦合模式两种工作模式。在汽车所需驱动力矩较小的工况下，所述驱动桥切换至主电机单独驱动模式，主电机单独驱动汽车行驶，可有效提高主电机的负载率，使主电机工作在高效区间，提高汽车的经济性。在汽车所需驱动力矩较大的工况下，所述驱动桥切换至双电机转矩耦合模式，主电机与副电机转矩耦合，共同驱动汽车行驶，使汽车具有更好的加速能力和爬坡能力，动力性更好。
附图说明
图1为本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥的结构简图。
图2为本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥的结构图。
图3为本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥在主电机单独驱动模式下的转矩流示意图。
图4为本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥在双电机转矩耦合模式下的转矩流示意图。
图5为本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥在转矩定向分配模式下向左侧车轮增大转矩时的转矩流示意图。
图6为本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥在转矩定向分配模式下向右侧车轮增大转矩时的转矩流示意图。
图7为本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥在右转弯时，汽车转弯路线示意图。
图8为本发明所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥在左转弯时，汽车转弯路线示意图。
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。
下面结合附图给出本发明所述的使用单向离合器的多模式转矩定向分配电动驱动桥的一种实施例。
如图1、图2所示，一种可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，主要由主电机100、副电机200、正齿轮差速器600、左法兰803、右法兰804、左半轴801、右半轴802、主减速器300、副减速器400、双行星齿轮行星排机构500、第一离合器710、第二离合器720、主壳体901、副壳体902等组成。
主电机100，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与右法兰804、所述右半轴802一同布置在正齿轮差速器600一侧；主电机100产生的转矩通过主电机转子输出轴102输出；右半轴802从主电机转子输出轴102的中心孔空套穿出；主电机转子输出轴102与主电机壳体101之间通过橡胶密封圈三809密封。
副电机200，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与左法兰803、左半轴801一同布置在正齿轮差速器600另一侧；副电机200产生的转矩通过副电机转子输出轴202输出；左半轴801从副电机转子输出轴202的中心孔空套穿出；副电机转子输出轴202与副电机壳体201之间通过橡胶密封圈二808密封。
正齿轮差速器600是一个采用圆柱行星齿轮的紧凑型差速器，其由两个行星排组成，包括：左太阳轮601，其与左半轴801内端花键连接；右太阳轮602，其与右半轴802内端花键连接；左行星轮603，其与左太阳轮601外啮合传动；右行星轮604，与右太阳轮602外啮合传动，同时与左行星轮603外啮合传动；左齿圈605，与左行星轮603内啮合传动；右齿圈606，与右行星轮604内啮合传动；左行星架607，其用于旋转支撑左行星轮603、右行星轮604；右行星架608，其用于旋转支撑左行星轮603、右行星轮604；左行星架607和右行星架608通过销钉固连为一体，组成差速器壳；推力滚针轴承609，安装在左太阳轮601与右太阳轮602之间，用于减少两者之间的摩擦阻力。
主减速器300，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第一太阳轮301，其与主电机转子输出轴102花键连接；第一齿圈303，与主壳体901花键固定连接；第一行星轮302，其与第一太阳轮301、第一齿圈303同时啮合传动；第一行星齿轮轴304，其用于旋转支撑所述第一行星轮302；第一左行星架305，其用于旋转支撑第一行星齿轮轴304，并与所述右行星架608花键连接；第一右行星架306，其用于旋转支撑第一行星齿轮轴304，并旋转支撑在主电机壳体101上；第一左行星架305和第一右行星架306通过销钉固定连接为一体。
副减速器400，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第三太阳轮401，其与副电机转子输出轴202花键连接；第三齿圈403，其与副壳体902花键固定连接；第三行星轮402，其与第三太阳轮401、第三齿圈403同时啮合传动；第三行星齿轮轴404，其用于旋转支撑第三行星轮402；第三左行星架405，其用于旋转支撑第三行星齿轮轴404，并旋转支撑在副电机壳体201上；第三右行星架406，其用于旋转支撑第三行星齿轮轴404；第三左行星架405与第三右行星架406通过销钉固定连接为一体。
双行星齿轮行星排机构，其主体是一个特征参数为2的单排双级行星齿轮机构，包括：第二太阳轮501，其通过滚针轴承一509和滚针轴承二510旋转支撑在左半轴801上，并与左齿圈605花键连接；第二内行星轮502，与第二太阳轮501外啮合传动；第二内行星齿轮轴505，用于旋转支承第二内行星轮502；第二外行星轮503，与第二内行星轮502外啮合传动；第二外行星齿轮轴506，用于旋转支承第二外行星轮503；第二齿圈504，与第二外行星轮503内啮合传动，并与第三右行星架406通过花键连接；第二左行星架507，用于旋转支承第二内行星齿轮轴505和第二外行星齿轮轴506；第二右行星架508，用于旋转支承第二内行星齿轮轴505和第二外行星齿轮轴506；第二左行星架507与第二右行星架508通过销钉固定连接为一体。
左法兰803，与左半轴801外端花键连接，将左半轴801的转矩输出至汽车左侧车轮；左端固定螺母805在左法兰803外侧中心与左半轴801螺纹连接，使左法兰803轴向固定；左法兰803与副电机壳体201间通过橡胶密封圈一807密封。
右法兰804，与右半轴802外端花键连接，将右半轴802的转矩输出至汽车右侧车轮；右端固定螺母806在右法兰804外侧中心与右半轴802螺纹连接，使右法兰轴804向固定；右法兰803与副电机壳体101间通过橡胶密封圈四810密封。
第一离合器710，其主动部分711与第二右行星架508花键连接；其从动部分712与第二太阳轮501花键连接。
第二离合器720，其主动部分与第一离合器主动部分711制成一体；其从动部分与右齿圈606制成一体。
下面结合附图对本发明所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥的工作原理做进一步的详细说明。
如图3所示，当所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥工作在主电机单独驱动模式时，第一离合器710，第二离合器720均处于断开状态，此时主电机100输出转矩，副电机200不参与传动，维持静止状态。在该模式下主电机100输出的转矩经主减速器300减速增扭后传递至正齿轮差速器600上，并经正齿轮差速器600平均分配给左右半轴801、802。此时，左半轴801与右半轴802输出的转矩为
Figure BDA0003208694250000161
其中，Tl为左半轴801输出的转矩，Tr为右半轴802输出的转矩，k1为主减速器300行星排特征参数，Tm1为主电机100输出的转矩。
如图4所示，当所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式时，第一离合器710处于断开状态，第二离合器720处于结合状态，此时主电机100与副电机200输出转矩。在该模式下主电机100输出的转矩经主减速器300减速增扭后传递至正齿轮差速器600上，并经正齿轮差速器600平均分配给左半轴801和右半轴802；副电机200正向转动，并输出正向转矩，其输出的转矩经副减速器400减速增扭后传递至第二齿圈504上，并经双行星齿轮行星排机构500转化为一对等大同向的力矩，其中一个力矩经第二太阳轮501、左齿圈605传递至正齿轮差速器的左行星轮603上，另一个力矩经第二右行星架508、第二离合器720、右齿圈606传递至正齿轮差速器的右行星轮604上，而传递至正齿轮差速器左右行星轮603、604的力矩，再次平均分配给左半轴801和右半轴802。这与主电机100输出的转矩经主减速器300传递至左半轴801和右半轴802的力矩叠加后共同输出。另外双行星齿轮行星排机构500在此模式下具有“差速”作用，从而保证即使在左右半轴转速不同时，副电机200输出的转矩依旧能够平均分配给左右半轴，依旧能够实现主副电机转矩在正齿轮差速器上的叠加。此时，左半轴801与右半轴802输出的转矩为
Figure BDA0003208694250000171
其中，k3为副减速器400行星排特征参数，Tm2为副电机200输出的转矩。
如图5、图6所示，当所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥工作在转矩定向分配模式时，第二离合器720处于断开状态，第一离合器710处于结合状态。在该模式下，主电机100输出的转矩经主减速器300减速增扭后传递到正齿轮差速器600上，并平均分配给左右半轴801、802；副电机200输出的转矩经过副减速器400减速增扭后传递至第二齿圈504上，此时由于第一离合器710结合，导致第二右行星架508通过第一离合器710与第二太阳轮501连接，故双行星齿轮行星排机构500自锁、实现直接传动(速比为1)，此时传递至第二齿圈504上的力矩经双行星齿轮行星排机构500、第一离合器710、左齿圈605传递至正齿轮差速器左行星轮603上，这使得一侧半轴的转矩减小，另一侧半轴的转矩增大。此时左半轴801与右半轴802输出的转矩为：
Figure BDA0003208694250000172
Figure BDA0003208694250000173
其中，k0为左齿圈605与左行星轮603的传动比。作为实施例，如果副电机200输出转矩Tm2为正(正方向以和主电机100输出转矩同向为正)，则左半轴801力矩下降，右半轴802力矩等大增加。
作为一种转矩定向分配模式应用场景实施例，下面结合附图对汽车转向时转矩定向分配的作用效果做进一步说明。
如图7所示，当汽车右转弯时，受转弯几何的约束，左轮的转速高于右轮的转速，此时与左轮连接的正齿轮差速器左太阳轮转速增大，左齿圈转速变小，但正齿轮差速器左行星轮公转速度远大于自转速度，则左齿圈转速依旧为正，则此时副电机转速为正。若此时启动转矩定向分配模式，若此时副电机输出负向转矩，则能增大汽车左轮驱动转矩，减小汽车右轮驱动转矩，使汽车左轮的驱动力Fl增大，使汽车右轮的驱动力Fr减小，从而产生一个与汽车横摆角速度方向相同的额外横摆力矩M，该力矩能增大汽车横摆，从而提高汽车操控性和过弯机动性；若此时副电机输出正向转矩，则能减小汽车左轮的驱动转矩，增大汽车右轮的驱动转矩，使汽车左轮的驱动力Fl减小，使汽车右轮的驱动力Fr增大，从而产生一个与汽车横摆角速度方向相反的额外横摆力矩M，该力矩能减小汽车横摆，从而增加汽车不足转向程度，确保车辆转向稳定性，提高主动安全。
同理，如图8所示，当汽车左转弯时，受转弯几何的约束，右轮的转速高于左轮的转速，此时与左轮连接的正齿轮差速器左太阳轮转速减小，左齿圈转速增大，且左齿圈转速为正，则此时副电机转速为正。若此时启动转矩定向分配模式，若此时副电机输出正向转矩，则能增大汽车右轮驱动转矩，减小汽车左轮驱动转矩，使汽车右轮的驱动力Fr增大，使汽车左轮的驱动力Fl减小，从而产生一个与汽车横摆角速度方向相同的额外横摆力矩M，该力矩能增大汽车横摆，从而提高汽车操控性和过弯机动性；若此时副电机输出负向转矩，则能减小汽车右轮的驱动转矩，增大汽车左轮的驱动转矩，使汽车右轮的驱动力Fl减小，使汽车左轮的驱动力Fr增大，从而产生一个与汽车横摆角速度方向相反的额外横摆力矩M，该力矩能减小汽车横摆，从而汽车不足转向程度，确保车辆转向稳定性，提高主动安全。
作为另一种应用场景实施例，如果出现汽车左右单侧车轮任意车轮因陷入泥坑或因驶入冰雪等低附着路面导致车轮打滑、汽车失去动力无法前行脱困问题，本发明所述采用双行星轮圆柱齿轮差速器的转矩定向分配电动驱动桥同样可以切换到转矩定向分配工作模式，通过控制副电机的正向或反向力矩输出，实现驱动轴转矩从低附着一侧打滑车轮向高附着一侧非打滑车轮转移，从而回复整车驱动力实现前行脱困，改善整车通过性。
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，对熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外地修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定地一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其特征在于，包括：
主电机，用于输出驱动转矩，驱动汽车行驶；
副电机，其输出的转矩可用于实现转矩定向分配功能，或充当助力电机，用于与主电机转矩耦合，共同驱动汽车行驶；
左法兰；
右法兰；
左半轴；
右半轴；
正齿轮差速器，用于将传递至其上的转矩平均分配至所述左半轴与所述右半轴，并使所述左半轴、所述右半轴可以以不同角速度旋转，也可接受来自所述副电机的转矩，实现转矩耦合或转矩定向分配功能；
主减速器，用于将所述主电机输出转矩进行减速增扭后输出；
副减速器，用于将所述副电机输出转矩进行减速增扭后输出；
双行星齿轮行星排机构，用于将所述副减速器输出的转矩转化为一对等大同向的力矩；
第一离合器，用于控制所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥切换至转矩定向分配模式；
第二离合器，用于控制所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥切换至双电机转矩耦合模式；
主壳体，用于容置所述主减速器、所述正齿轮差速器等，并固定所述主电机；
副壳体，布置在所述主壳体左侧，与所述主壳体螺栓连接，用于容置所述副减速器、所述双行星齿轮行星排机构等，并固定所述副电机。
2.如权利要求1所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其特征在于，所述主电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与所述右法兰、所述右半轴一同布置在所述正齿轮差速器一侧，所述主电机产生的转矩通过主电机转子输出轴输出；所述右半轴从所述主电机中心空套穿出；
所述副电机，其是一个空心轴内转子永磁同步电机，与所述左法兰、所述左半轴一同布置在所述正齿轮差速器另一侧，所述副电机产生的转矩通过副电机转子输出轴输出；所述左半轴从所述副电机中心空套穿出。
3.如权利要求1所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其特征在于，所述正齿轮差速器，其主体是一个采用圆柱行星齿轮的紧凑型差速器，由两个行星排组成，包括：左太阳轮，与所述左半轴内端花键连接；右太阳轮，与所述右半轴内端花键连接；左行星轮，与所述左太阳轮外啮合传动；右行星轮，与所述右太阳轮外啮合传动，同时与所述左行星轮外啮合传动；左齿圈，与所述左行星轮内啮合传动；右齿圈，与所述右行星轮内啮合传动；左行星架，用于旋转支撑所述左行星轮、所述右行星轮；右行星架，用于旋转支撑所述左行星轮、所述右行星轮；所述左行星架和所述右行星架通过销钉固连为一体，组成差速器壳；推力滚针轴承，安装在所述左太阳轮与所述右太阳轮之间。
4.如权利要求1所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其特征在于，所述主减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第一太阳轮，与所述主电机转子输出轴花键连接；第一齿圈，与所述主壳体固定连接；第一行星轮，与所述第一太阳轮、所述第一齿圈同时啮合传动；第一行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第一行星轮；第一左行星架，用于旋转支撑所述第一行星齿轮轴，并与所述右行星架固定连接；第一右行星架，用于旋转支撑所述第一行星齿轮轴，并旋转支撑在所述主电机壳体上；所述第一左行星架与所述第一右行星架通过销钉固定连接为一体。
5.如权利要求1所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其特征在于，所述副减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第三太阳轮，与所述副电机转子输出轴花键连接；第三齿圈，与所述副壳体固定连接；第三行星轮，与所述第三太阳轮、所述第三齿圈同时啮合传动；第三行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第三行星轮；第三左行星架，用于旋转支撑所述第三行星齿轮轴，并旋转支撑在所述副电机壳体上；第三右行星架，用于旋转支撑所述第三行星齿轮轴；所述第三左行星架与所述第三右行星架通过销钉固定连接为一体。
6.如权利要求1所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其特征在于，所述双行星齿轮行星排机构，其主体是一个特征参数为2的单排双级行星齿轮机构，包括：第二太阳轮，其通过滚针轴承旋转支撑在所述左半轴上，并与所述左齿圈固定连接；第二内行星轮，与所述第二太阳轮外啮合传动；第二内行星齿轮轴，用于旋转支承所述第二内行星轮；第二外行星轮，与所述第二内行星轮外啮合传动；第二外行星齿轮轴，用于旋转支承所述第二外行星轮；第二齿圈，与所述第二外行星轮内啮合传动，并与所述第三右行星架花键连接；第二左行星架，用于旋转支承所述第二内行星齿轮轴和所述第二外行星齿轮轴；第二右行星架，用于旋转支承所述第二内行星齿轮轴和所述第二外行星齿轮轴；第二左行星架与第二右行星架通过销钉固定连接为一体。
7.如权利要求1所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其特征在于，所述左法兰，与所述左半轴外端花键连接，将所述左半轴的转矩输出至汽车左侧车轮；左端固定螺母在所述左法兰外侧中心与所述左半轴螺纹连接，使所述左法兰轴向固定；
所述右法兰，与所述右半轴外端花键连接，将所述右半轴的转矩输出至汽车右侧车轮；右端固定螺母在所述右法兰外侧中心与所述右半轴螺纹连接，使所述右法兰轴向固定。
8.如权利要求1所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其特征在于，所述第一离合器，其主动部分与所述第二右行星架花键连接，其从动部分与所述第二太阳轮花键连接；
所述第二离合器，其主动部分与所述第一离合器主动部分制成一体，其从动部分与所述右齿圈制成一体。
9.如权利要求1所述的可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥，其特征在于：
当所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥工作在主电机单独驱动模式时，所述第一离合器，所述第二离合器均处于断开状态，此时所述主电机输出转矩驱动车辆行驶，所述副电机不参与传动，维持静止状态；
当所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式时，所述第一离合器处于断开状态，所述第二离合器处于结合状态，此时所述主电机与所述副电机都输出转矩，共同驱动车辆行驶；
当所述可进行转矩并联和转矩定向分配的双模式电动驱动桥工作在转矩定向分配模式时，所述第二离合器处于断开状态，所述第一离合器处于结合状态，此时所述主电机输出转矩驱动车辆行驶，所述副电机输出转矩实现左右车轮转矩横向转移。
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