CN113635709A - 具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥 - Google Patents

具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，包括主电机、副电机、差速器、左半轴、右半轴、主减速器、副减速器、第三行星排、双联齿轮机构、三相位执行器等。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差速器壳体、第三行星排输入端相连；第三行星排两个输出端分别与三相位执行器以及双联齿轮机构相连；双联齿轮机构输出端与差速器壳体连接；三相位执行器为同步换挡机构，工作在左、中、右三个位置可分别实现第三行星排闭锁、第三行星排解耦和第三行星排与左半轴的连接。通过控制三相位执行器，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

具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥
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的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥。
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，提高驱动电机的高效区间利用率，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具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其仅使用一个执行器，配合行星排加双联齿轮的使用，便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。结构上，该驱动桥仅仅使用一个执行器，有效降低了生产制造成本与控制难度，另外在双电机转矩耦合模式中充分利用了行星排闭锁的高效率优势，进一步提高驱动桥的传动效率；功用上，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具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，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。通过控制单个执行器的工作状态，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配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，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配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：
一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，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，用于与所述主电机转矩耦合，共同驱动汽车行驶；
左法兰；
右法兰；
左半轴；
右半轴；
差速器，用于将传递至差速器壳体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；
双联齿轮机构，用于将传递其上的转矩减速增扭后传递至所述差速器壳体上。
主减速器，用于将所述主电机输出转矩进行减速增扭后传递至所述差速器壳体上；
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；
三相位执行器，用于控制所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥切换至主电机单独驱动、双电机转矩耦合或转矩定向分配模式；
第三行星排，用于在三相位执行器的控制下，将所述副减速器输出转矩转化为一对反向不等大的力矩并分别施加到所述左半轴与所述双联齿轮机构上，或者通过行星排自锁将所述副电机输出的转矩直接输出，又或者实现自身解耦、脱离传动；
主壳体，用于容置所述主减速器、所述副减速器、所述第三行星排、所述差速器、所述双联齿轮机构和所述三相位执行器等，并固定所述主电机、所述副电机。
所述主电机，是一个空心轴内转子永磁同步电机，其包括：主电机转子输出轴、主电机定子、主电机壳体；所述主电机与所述右法兰、所述右半轴一同布置在所述差速器一侧；所述主电机产生的转矩通过所述主电机转子输出轴输出；所述主电机壳体通过螺栓固定在所述主壳体右侧，其形成的内部空腔用于容置所述主电机定子和所述主电机转子输出轴；所述右半轴从所述主电机中心空套穿出。
所述副电机，是一个空心轴内转子永磁同步电机，其包括：副电机转子输出轴、副电机定子、副电机壳体；所述副电机与所述左法兰、所述左半轴一同布置在所述差速器另一侧；所述副电机产生的转矩通过所述副电机转子输出轴输出；所述副电机壳体通过螺栓固定在所述主壳体左侧，其形成的内部空腔用于容置所述副电机定子和所述副电机转子输出轴；所述左半轴从所述副电机中心空套穿出。
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；第一行星架，用于支撑所述第一行星齿轮轴，左侧与所述差速器壳体右侧固定连接。
优选的是，所述第一行星架左侧与所述差速器壳体右侧花键连接。
所述副减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第二太阳轮，与所述副电机转子输出轴花键连接；第二齿圈，与所述主壳体固定连接；第二行星轮，与所述第二太阳轮、所述第二齿圈同时啮合传动；第二行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第二行星轮；第二行星架，用于支撑所述第二行星齿轮轴，并作为所述副减速器输出端。
所述第三行星排，其主体是一个单排单级行星直齿齿轮机构，包括：第三太阳轮，其齿宽较宽，可用于滑动啮合；第三齿圈，与所述第二行星架右端固定连接；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；第三行星架，用于支撑所述第三行星齿轮轴。
所述双联齿轮机构，包括：第一齿轮，其与所述第三行星架右侧固定连接；第二齿轮，其与所述差速器壳体左侧固定连接；双联齿轮，其左侧小齿轮与所述第一齿轮外啮合传动，其右侧大齿轮与所述第二齿轮外啮合传动；双联齿轮轴，用于旋转支撑所述双联齿轮，并固定在所述主壳体上；
为保证当驱动桥切换至转矩矢量分配模式时，转矩增大一侧半轴的转矩增大量等于转矩减小一侧半轴的转矩减小量，对于所述双联齿轮机构齿轮齿数的要求为：
Figure BDA0003248215930000071
其中Z1为所述第一齿轮的齿数，其中Z2为所述双联齿轮左侧小齿轮的齿数，其中Z3为所述双联齿轮右侧大齿轮的齿数，其中Z4为所述第二齿轮的齿数，k3为所述第三行星排的行星排特征参数。
优选的是，所述第一齿轮与所述第三行星架制成一体，所述第二齿轮与所述差速器壳体制成一体。
所述三相位执行器，包括：
丝杠螺母装置，其包括螺母与丝杠，用于将所述丝杠旋转运动转换为所述螺母的平动，所述螺母与所述丝杠可实现逆向传动自锁；
拨叉，其叉头加工为半环状，其尾部与所述螺母固定连接；
执行电机，其动力输出端与所述丝杠固定连接；
同步器，其包括：花键毂，其外圈加工有花键，花键中间从外向内加工有盲孔，内圈旋转支撑在所述左半轴上；接合套，其为一圆筒状零件，其内圈加工有中间带有一圆弧形凹槽的内花键，所述内花键与所述花键毂外花键滑动连接，其外圈左侧与所述第三太阳轮固定连接，其外圈右侧加工有矩形凹槽，用于与所述拨叉叉头连接，可在所述拨叉叉头带动下在左、中、右三个工作相位间平动；弹簧，其安装在所述花键毂盲孔中；锁止钢珠，其安装在所述花键毂盲孔中、所述弹簧外端上，其可以卡在所述圆弧形凹槽中；左同步环，其安装在所述花键毂左侧，其左侧加工有内摩擦锥面，其外圈左侧部分加工有花键齿，可在所述拨叉带动所述接合套向左移动时与接合套内花键连接；右同步环，其安装在所述花键毂右侧，其右侧加工内摩擦锥面，其外圈右侧部分加工有花键齿，可在所述拨叉带动所述接合套向右移动时与接合套内花键连接；左结合齿圈，安装在所述左同步环左侧，其外圈右侧部分加工有花键齿，可在所述拨叉带动所述接合套向左移动时与所述接合套内花键连接，其右侧加工有外摩擦锥面，与所述左同步环的内摩擦锥面相对，其左侧与所述第二行星架固定连接；右结合齿圈，安装在所述右同步环右侧，其外圈左侧部分加工有花键齿，可在所述拨叉带动所述接合套向右移动时与所述接合套内花键连接，其左侧加工有外摩擦锥面，与所述右同步环的内摩擦锥面相对，其内圈加工有花键，与所述左半轴花键连接。
优选的是，所述接合套与所述第三太阳轮制成一体；优选的是所述左结合齿圈与所述第二行星架制成一体。
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；锁止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；锁止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。
一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，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，或用于与所述主电机转矩耦合；
左法兰；
右法兰；
左半轴；
右半轴；
差速器，用于将传递至其差速器壳体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；
主减速器，用于将所述主电机输出转矩进行减速增扭后传递至所述差速器壳体上；
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；
第三行星排，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第三太阳轮，其齿宽较宽，可用于滑动啮合；第三行星轮，与所述第三太阳轮啮合传动；第三齿圈，与所述第三行星轮啮合传动；第三行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第三行星轮；第三行星架，用于支撑所述第三行星齿轮轴，并与所述副减速器输出端固定连接；
三相位执行器，其可工作在左、中、右三个工作相位，包括：
其工作于所述左工作相位时，可实现所述第三行星架与所述第三太阳轮的连接，此时所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥切换至双电机转矩耦合驱动模式；
其工作于所述中工作相位时，可实现所述第三行星架与所述第三太阳轮的脱离，此时所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥切换至主电机单独驱动模式；
其工作于所述右工作相位时，可实现所述第三太阳轮与所述左半轴的连接，此时所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥切换至转矩定向分配模式。
双联齿轮机构，用于将传递其上的矩改变大小与方向后传递至所述差速器上，包括：第四齿圈，其与所述第三齿圈固定连接；第二齿轮，其与所述差速器壳体左侧固定连接；双联齿轮，其左侧小齿轮与所述第四齿圈内啮合传动，其右侧大齿轮与所述第二齿轮外啮合传动；双联齿轮轴，用于旋转支撑所述双联齿轮，并固定在所述主壳体上；为保证当驱动桥切换至转矩矢量分配模式时，转矩增大一侧半轴的转矩增大量等于转矩减小一侧半轴的转矩减小量，对于所述双联齿轮机构齿轮齿数的要求为：
Figure BDA0003248215930000111
其中Z1为所述第四齿圈的齿数，其中Z2为所述双联齿轮左侧小齿轮的齿数，其中Z3为所述双联齿轮右侧大齿轮的齿数，其中Z4为所述第二齿轮的齿数，k3为所述第三行星排的行星排特征参数。
一种具有单个执行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。通过控制三相位执行器的工作状态，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥能在三种工作模式间切换。其工作原理如下：
当所述执行电机工作，带动所述丝杠转动，从而使得所述螺母带动所述拨叉平移，与所述拨叉连接的所述结合套也会沿着半轴轴向方向平移。而所述接合套在所述同步器的“同步”作用下，可向左或向右移动，分别与所述左接合齿圈或所述右接合齿圈结合，也可位于正中间，不与所述左结合齿圈或右结合齿圈结合。
当所述接合套位于正中间，不与所述左结合齿圈或右结合齿圈结合时，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在主电机单独驱动模式，此时所述主电机输出转矩，所述副电机不参与传动，维持静止状态。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差速器壳体上，并经所述锥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 BDA0003248215930000121
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。
当所述接合套向左平移，与所述左结合齿圈结合时，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式，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正向旋转输出正向转矩(假设汽车前进时，主电机的旋转方向为正)，输出的转矩经所述主减速器减速增扭后传递至所述差速器壳体上，并经所述锥齿轮差速器平均分配给左右半轴；所述副电机输出的转矩经所述副减速器、所述第三行星排(闭锁)、所述双联齿轮机构后传递至所述差速器壳体上，并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 BDA0003248215930000122
其中，Z1为所述第一齿轮(所述第四齿圈)的齿数，Z2为所述双联齿轮左侧小齿轮的齿数，Z3为所述双联齿轮右侧大齿轮的齿数，Z4为所述第二齿轮的齿数，k2为所述副减速器的行星排特征参数，Tm2为所述副电机输出的转矩。
当所述接合套向右平移，与所述右结合齿圈结合时，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在转矩定向分配模式。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差速器壳体上，并平均分配给左右半轴；所述副电机输出的转矩经所述副减速器减速增扭后传递至所述第三行星排上，然后经所述第三行星排转化为一对不等大反向(不等大同向)的力矩，其中一个力矩直接传递至所述左半轴，另一个力矩经所述双联齿轮机构中两对同时外啮合(或一对内啮合、一对外啮合)的齿轮后转化为与传递至所述左半轴的力矩等大反向的力矩后，施加到所述差速器壳体上，经所述锥齿轮差速器平均分配给左右半轴，由此实现左右半轴的转矩定向分配。此时左右半轴力矩定向分配方向取决于副电机输出的转矩方向。
本发明的有益效果是：
1.本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，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.本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，可通过一个执行器的控制，实现三种工作模式，有效降低了生产制造成本与控制难度，且只使用三个行星排加一个双联齿轮机构，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.本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，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，并且充分利用了行星排闭锁的高效率优势，进一步提高驱动效率；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。
附图说明
图1为本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥实施例一的结构简图。
图2为本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥实施例一的结构图。
图3为本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥实施例一的局部结构图。
图4为本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥实施例二的结构简图。
图5为本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥实施例一在主电机单独驱动模式下的转矩流示意图。
图6为本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥实施例一在双电机转矩耦合模式下的转矩流示意图。
图7为本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥实施例一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8为本发明所述的具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥实施例一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。
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。
实施例一
如图1、图2、图3所示，所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥，主要包括：主电机100、副电机200、左法兰903、右法兰904、左半轴901、右半轴902、锥齿轮差速器800、双联齿轮机构600、主减速器300、副减速器400、第三行星排500、三相位执行器700、主壳体1001。
主壳体1001，用于容置主减速器300、副减速器400、第三行星排500、锥齿轮差速器800、双联齿轮机构600、三相位执行器700等，并固定主电机100、副电机200。
主电机100是一个空心轴内转子永磁同步电机，与右法兰904、右半轴902一同布置在锥齿轮差速器800右侧；主电机100产生的转矩通过主电机转子输出轴103输出；主电机壳体101通过螺栓1003固定在主壳体1001右侧，其形成的内部空腔用于容置主电机定子102和主电机转子输出轴103；右半轴902从主电机100中心空套穿出，主电机转子输出轴103与主电机壳体101左侧中心通孔通过橡胶密封圈三909密封。
副电机200是一个空心轴内转子永磁同步电机，与左法兰903、左半轴901一同布置在锥齿轮差速器800左侧；副电机200产生的转矩通过副电机转子输出轴203输出；副电机壳体201通过螺栓1002固定在主壳体1001左侧，其形成的内部空腔用于容置副电机定子202和副电机转子输出轴203；左半轴901从副电机200中心空套穿出，副电机转子输出轴203与副电机壳体201右侧中心通孔通过橡胶密封圈二908密封。
锥齿轮差速器800是一个由行星圆锥齿轮机构所构成的差速器，主要包括：左太阳锥齿轮801，与左半轴901内端花键连接；右太阳锥齿轮802，与右半轴902内端花键连接；行星锥齿轮803，数量为四，均匀布置在十字行星架804上，并与左太阳锥齿轮801、右太阳锥齿轮802啮合传动；十字行星架804，用于旋转支撑行星锥齿轮803；差速器壳体805，中间加工有通孔用于安装固定十字行星架804，壳体左侧加工为第二齿轮602，壳体右侧加工有外花键。
主减速器300是一个单排单级行星齿轮机构，主要包括：第一太阳轮301，与主电机转子输出轴103花键连接；第一齿圈303，与主壳体1001通过花键固定连接；第一行星轮302，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，用于旋转支撑第一行星轮302；第一行星架305，右侧旋转支撑在主电机壳体103上，用于旋转支撑第一行星齿轮轴304，左侧加工有内花键与差速器壳体805右侧外花键连接。
副减速器400是一个单排单级行星齿轮机构，主要包括：第二太阳轮401，与副电机转子输出轴203花键连接；第二齿圈403，与主壳体1001通过花键固定连接；第二行星轮402，与第二太阳轮401、第二齿圈403同时啮合传动；第二行星齿轮轴404，用于旋转支撑第二行星轮402；第二行星架405，左侧旋转支撑在副电机壳体203上，用于旋转支撑第二行星齿轮轴404，右侧外端加工为第三齿圈503，右侧内端加工为左结合齿圈701。
第三行星排500是一个单排单级行星直齿齿轮机构，主要包括：第三太阳轮501，其齿宽较与其啮合的第三行星轮502更宽，且齿面加工质量良好，可用于滑动啮合；第三齿圈503；第三行星轮502，与第三太阳轮501、第三齿圈503同时啮合传动；第三行星齿轮轴504，用于旋转支撑第三行星轮502；第三行星架505，用于支撑第三行星齿轮轴504，其右端加工为第一齿轮601。
双联齿轮机构600，包括第一齿轮601；第二齿轮602，其与差速器壳体805制成一体；双联齿轮603，通过滚针轴承一605与滚针轴承二606旋转支撑在双联齿轮轴604上，另外其左侧小齿轮与第一齿轮601外啮合连接，右侧大齿轮与第二齿轮602外啮合传动；双联齿轮轴604固定在主壳体1001上；为保证当驱动桥切换至转矩矢量分配模式时，转矩增大一侧半轴的转矩增大量等于转矩减小一侧半轴的转矩减小量，对于双联齿轮机构600齿轮齿数的要求为：
Figure BDA0003248215930000181
其中Z1为第一齿轮601的齿数，Z2为双联齿轮603左侧小齿轮的齿数，Z3为双联齿轮603右侧大齿轮的齿数，Z4为第二齿轮602的齿数，k3为第三行星排500的行星排特征参数。
三相位执行器700，包括：同步器、拨叉709、丝杠螺母装置以及执行电机712；丝杠螺母装置，由螺母710与丝杠711组成，螺母710中间通孔加工有内滚丝，并与丝杠711的外滚丝连接，另外螺母710与丝杠711可实现自锁；拨叉709的叉头加工为半环状，尾部与螺母710固定连接；执行电机712，其输出端与丝杠711固定连接。
同步器，包括：花键毂705，其外圈加工有花键，花键中间从外向内加工有盲孔，内圈通过滚针轴承四714旋转支撑在左半轴901上；接合套708，其为一圆筒状零件，其内圈加工有内花键，且内花键部分中间加工有凹槽，该内花键与花键毂705外花键滑动连接，其外圈左侧与第三太阳轮501制为一体，其外圈右侧加工有凹槽，与拨叉709叉头连接；弹簧707，其安装在花键毂705盲孔中；锁止钢珠706，其安装在花键毂705盲孔中、弹簧707外端上，其可以卡在接合套708内花键凹槽中；左同步环703，其安装在花键毂705左侧，左侧加工有摩擦锥面；右同步环704，其安装在花键毂705右侧，右侧加工摩擦锥面；左结合齿圈701，其安装在左同步环703左侧，右侧加工有摩擦锥面，与左同步环703的摩擦锥面相对；右结合齿圈702，其安装在右同步环704右侧，左侧加工有摩擦锥面，与右同步环704的摩擦锥面相对，内端加工有花键，与左半轴901花键连接。
左法兰903，与左半轴901外端花键连接，将左半轴901的转矩输出至汽车左侧车轮；左端固定螺母905在左法兰903外侧中心与左半轴901螺纹连接，使左法兰903轴向固定；左法兰903与副电机壳体201左侧中心通孔间通过橡胶密封圈一907密封。
右法兰904，与右半轴902外端花键连接，将右半轴902的转矩输出至汽车右侧车轮；右端固定螺母906在右法兰904外侧中心与右半轴902螺纹连接，使右法兰904轴向固定；右法兰904与主电机壳体101右侧中心通孔间通过橡胶密封圈四910密封。
实施例二
如图4所示
第三行星架505与第二行星架405右侧固定连接；第三齿圈503与第四齿圈601固定连接。
双联齿轮机构600中的双联齿轮603，其左侧小齿轮与第四齿圈601内啮合传动，右侧大齿轮与第二齿轮602外啮合传动；为保证当驱动桥切换至转矩矢量分配模式时，转矩增大一侧半轴的转矩增大量等于转矩减小一侧半轴的转矩减小量，对于双联齿轮机构600齿轮齿数的要求为：
Figure BDA0003248215930000191
其中Z1为第四齿圈601的齿数，Z2为双联齿轮603左侧小齿轮的齿数，Z3为双联齿轮603右侧大齿轮的齿数，Z4为第二齿轮602的齿数，k3为第三行星排500的行星排特征参数。
本实施例中其他结构与实施例一完全相同。
图1、图3与图4所示的方案简图均为本发明所述的使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥的可实现的实施例结构方案，但是考虑到传动比、结构布置等因素，图1所示的实施例一方案为最佳优选方案。
下面以实施例一为例，结合附图对本发明所述使用行星排加双联齿轮的转矩定向分配电动驱动桥的工作原理做进一步的详细说明。
如图所示，当执行电机712工作，带动丝杠711转动，从而使得螺母710带动拨叉709平移，与拨叉709连接的结合套708也会沿着半轴轴向方向平移。而接合套708在同步器的“同步”作用下，可向左或向右移动，分别与左接合齿圈701或右接合齿圈702结合，也可位于正中间，不与左结合齿圈701或右结合齿圈702结合。
当接合套708位于正中间，不与左结合齿圈701或右结合齿圈702结合时，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在主电机单独驱动模式，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减速增扭后传递至差速器壳体805上，并经锥齿轮差速器800平均分配给左右半轴。此时，左半轴901与右半轴902输出的转矩为
Figure BDA0003248215930000201
其中，Tl为所述左半轴901输出的转矩，Tr为右半轴902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。
当接合套708向左平移，与左结合齿圈701结合时，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式，主电机100与副电机200输出转矩。在该模式下主电机100正向旋转输出正向转矩(假设汽车前进时，主电机的旋转方向为正)，输出的转矩经主减速器300减速增扭后传递至差速器壳体805上，并经锥齿轮差速器800平均分配给左右半轴；副电机200正向旋转输出正向转矩，经副减速器400、第三行星排500、双联齿轮机构600后传递至差速器壳体805上，并平均分配给左右半轴。此时，左半轴901与右半轴902输出的转矩为
Figure BDA0003248215930000211
其中，Z1为第一齿轮601的齿数，Z2为双联齿轮603左侧大齿轮的齿数，Z3为双联齿轮603右侧小齿轮的齿数，Z4为第二齿轮602的齿数，k2为副减速器400的行星排特征参数，Tm2为副电机200输出的转矩。
当接合套708向右平移，与右结合齿圈702结合时，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在转矩定向分配模式。在该模式下，主电机100输出的转矩经主减速器300减速增扭后传递到差速器壳体805上，并平均分配给左右半轴；副电机200输出的转矩经副减速器400减速增扭后传递至第三行星排500上，然后经第三行星排500转化为一对不等大反向的力矩，其中一个力矩直接传递至左半轴901，另一个力矩经双联齿轮机构600中两对同时外啮合的齿轮后转化为与传递至左半轴901的力矩等大反向的力矩后，施加到差速器壳体805上，经锥齿轮差速器800平均分配给左右半轴，由此实现左右半轴的转矩定向分配。此时，左半轴901输出的转矩为：
Figure BDA0003248215930000212
右半轴902输出的力矩为：
Figure BDA0003248215930000213
此时左右半轴力矩定向分配方向取决于副电机200输出的转矩方向。当副电机200输出反向转矩，则左半轴901转矩增大，右半轴902转矩减小；当副电机200输出正向转矩，则左半轴901转矩减小，右半轴902转矩增大。
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 (10)

1.一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，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，用于与所述主电机转矩耦合，共同驱动汽车行驶；
左法兰；
右法兰；
左半轴；
右半轴；
差速器，用于将传递至其差速器壳体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；
双联齿轮机构，用于将传递其上的转矩减速增扭后传递至所述差速器壳体上；
主减速器，用于将所述主电机输出转矩进行减速增扭后传递至所述差速器壳体上；
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；
三相位执行器，用于控制所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥切换至主电机单独驱动、双电机转矩耦合或转矩定向分配模式；
第三行星排，用于在所述三相位执行器的控制下，将所述副减速器输出转矩转化为一对反向不等大的力矩并分别施加到所述左半轴与所述双联齿轮机构上，或者通过行星排闭锁的方式将所述副电机输出的转矩直接输出至所述双联齿轮机构上，又或者实现自身解耦、脱离传动；
主壳体，用于容置所述主减速器、所述副减速器、所述第三行星排、所述差速器、所述双联齿轮机构和所述三相位执行器，并固定所述主电机、所述副电机。
2.如权利要求1所述一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述主电机，是一个空心轴内转子永磁同步电机，其包括：主电机转子输出轴、主电机定子、主电机壳体；所述主电机与所述右法兰、所述右半轴一同布置在所述差速器一侧；所述主电机产生的转矩通过所述主电机转子输出轴输出；所述主电机壳体通过螺栓固定在所述主壳体右侧，其形成的内部空腔用于容置所述主电机定子和所述主电机转子输出轴；所述右半轴从所述主电机中心空套穿出；
所述副电机，是一个空心轴内转子永磁同步电机，其包括：副电机转子输出轴、副电机定子、副电机壳体；所述副电机与所述左法兰、所述左半轴一同布置在所述差速器另一侧；所述副电机产生的转矩通过所述副电机转子输出轴输出；所述副电机壳体通过螺栓固定在所述主壳体左侧，其形成的内部空腔用于容置所述副电机定子和所述副电机转子输出轴；所述左半轴从所述副电机中心空套穿出。
3.如权利要求1所述一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，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；第一行星架，用于支撑所述第一行星齿轮轴，左侧与所述差速器壳体右侧固定连接；
所述副减速器，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第二太阳轮，与所述副电机转子输出轴花键连接；第二齿圈，与所述主壳体固定连接；第二行星轮，与所述第二太阳轮、所述第二齿圈同时啮合传动；第二行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第二行星轮；第二行星架，用于支撑所述第二行星齿轮轴，并作为所述副减速器输出端。
4.如权利要求1所述一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述第三行星排，其主体是一个单排单级行星直齿齿轮机构，包括：第三太阳轮，其齿宽较宽，可用于滑动啮合；第三齿圈，与所述第二行星架右端固定连接；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；第三行星架，用于支撑所述第三行星齿轮轴。
5.如权利要求1所述一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述双联齿轮机构，包括：第一齿轮，其与所述第三行星架右侧固定连接；第二齿轮，其与所述差速器壳体左侧固定连接；双联齿轮，其左侧小齿轮与所述第一齿轮外啮合传动，其右侧大齿轮与所述第二齿轮外啮合传动；双联齿轮轴，用于旋转支撑所述双联齿轮，并固定在所述主壳体上；
为保证当驱动桥切换至转矩矢量分配模式时，转矩增大一侧半轴的转矩增大量等于转矩减小一侧半轴的转矩减小量，对于所述双联齿轮机构齿轮齿数的要求为：
Figure FDA0003248215920000041
其中Z1为所述第一齿轮的齿数，其中Z2为所述双联齿轮左侧小齿轮的齿数，其中Z3为所述双联齿轮右侧大齿轮的齿数，其中Z4为所述第二齿轮的齿数，k3为所述第三行星排的行星排特征参数。
6.如权利要求1所述一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述三相位执行器，包括：
同步器；
丝杠螺母装置，其包括螺母与丝杠，用于将所述丝杠旋转运动转换为所述螺母的平动，所述螺母与所述丝杠可实现逆向传动自锁；
拨叉，其叉头加工为半环状，其尾部与所述螺母固定连接；
执行电机，其动力输出端与所述丝杠固定连接。
7.如权利要求6所述一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，所述同步器，包括：
花键毂，其外圈加工有花键，花键中间从外向内加工有盲孔，内圈旋转支撑在所述左半轴上；
接合套，其为一圆筒状零件，其内圈加工有中间带有一圆弧形凹槽的内花键，所述内花键与所述花键毂外花键滑动连接，其外圈左侧与所述第三太阳轮固连为一体，其外圈右侧加工有矩形凹槽，用于与所述拨叉叉头连接，可在所述拨叉叉头带动下在左、中、右三个工作相位间平动；
弹簧，其安装在所述花键毂盲孔中；
锁止钢珠，其安装在所述花键毂盲孔中、所述弹簧外端上，其可以卡在所述圆弧形凹槽中；
左同步环，其安装在所述花键毂左侧，其左侧加工有内摩擦锥面，其外圈左侧部分加工有花键齿，可在所述拨叉带动所述接合套向左移动时与接合套内花键连接；
右同步环，其安装在所述花键毂右侧，其右侧加工内摩擦锥面，其外圈右侧部分加工有花键齿，可在所述拨叉带动所述接合套向右移动时与接合套内花键连接；
左结合齿圈，安装在所述左同步环左侧，其外圈右侧部分加工有花键齿，可在所述拨叉带动所述接合套向左移动时与所述接合套内花键连接，其右侧加工有外摩擦锥面，与所述左同步环的内摩擦锥面相对，其左侧与所述第二行星架固定连接；
右结合齿圈，安装在所述右同步环右侧，其外圈左侧部分加工有花键齿，可在所述拨叉带动所述接合套向右移动时与所述接合套内花键连接，其左侧加工有外摩擦锥面，与所述右同步环的内摩擦锥面相对，其内圈加工有花键，与所述左半轴花键连接。
8.如权利要求1所述一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，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；所述左法兰通过锁止螺母被轴向锁止在所述左半轴上；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；所述右法兰通过锁止螺母被轴向锁止在所述右半轴上。
9.如权利要求7所述一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，其特征在于，
当所述接合套位于正中间，不与所述左结合齿圈或所述右结合齿圈结合时，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在主电机单独驱动模式；
当所述接合套向左平移，与所述左结合齿圈结合时，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在双电机转矩耦合模式；
当所述接合套向右平移，与所述右结合齿圈结合时，所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥工作在转矩定向分配模式。
10.一种具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥，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，或用于与所述主电机转矩耦合；
左法兰；
右法兰；
左半轴；
右半轴；
差速器，用于将传递至其差速器壳体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；
主减速器，用于将所述主电机输出转矩进行减速增扭后传递至所述差速器壳体上；
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；
第三行星排，其主体是一个单排单级行星齿轮机构，包括：第三太阳轮，其齿宽较宽，可用于滑动啮合；第三行星轮，与所述第三太阳轮啮合传动；第三齿圈，与所述第三行星轮啮合传动；第三行星齿轮轴，用于旋转支撑所述第三行星轮；第三行星架，用于支撑所述第三行星齿轮轴，并与所述副减速器输出端固定连接；
三相位执行器，其可工作在左、中、右三个工作相位，包括：
其工作于所述左工作相位时，可实现所述第三行星架与所述第三太阳轮的连接，此时所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥切换至双电机转矩耦合驱动模式；
其工作于所述中工作相位时，可实现所述第三行星架与所述第三太阳轮的脱离，此时所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥切换至主电机单独驱动模式；
其工作于所述右工作相位时，可实现所述第三太阳轮与所述左半轴的连接，此时所述具有单个执行器的多模式转矩定向分配电动驱动桥切换至转矩定向分配模式；
双联齿轮机构，用于将传递其上的矩改变大小与方向后传递至所述差速器上，包括：第四齿圈，其与所述第三齿圈固定连接；第二齿轮，其与所述差速器壳体左侧固定连接；双联齿轮，其左侧小齿轮与所述第四齿圈内啮合传动，其右侧大齿轮与所述第二齿轮外啮合传动；双联齿轮轴，用于旋转支撑所述双联齿轮，并固定在所述主壳体上；为保证当驱动桥切换至转矩矢量分配模式时，转矩增大一侧半轴的转矩增大量等于转矩减小一侧半轴的转矩减小量，对于所述双联齿轮机构齿轮齿数的要求为：
Figure FDA0003248215920000081
其中Z1为所述第四齿圈的齿数，其中Z2为所述双联齿轮左侧小齿轮的齿数，其中Z3为所述双联齿轮右侧大齿轮的齿数，其中Z4为所述第二齿轮的齿数，k3为所述第三行星排的行星排特征参数。
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