一种带有转矩定向分配功能的电动差速器的制作方法
本发明属于电动汽车传动技术领域，特别涉及一种带有转矩定向分配功能的电动差速器。
背景技术：
由于能源危机和对环境保护的日渐重视，新能源汽车是未来汽车的发展反向，其中电动汽车更是在世界范围内取得迅猛发展。相比于传统内燃机汽车，电动汽车具有更好的经济性和环保性，近乎于零排放的特点使得电动汽车在环境保护方面具有显著优势。同时，电动汽车由于驱动电机的响应快、低速大扭矩等特点具有更好的加速性能，电机转速、转矩易于获得，可对电动汽车进行更加精准的控制。因此，电动汽车具有极大的发展潜力。
电动汽车一般采用电机和驱动桥组成的动力总成或由电机、变速器和驱动桥组成的动力总成来驱动车辆行驶，轮毂电机驱动的电动汽车由于簧下质量大、轮毂电机散热差等缺点并未大规模量产，因此现有电动汽车的动力总成中大都含有驱动桥。
差速器是驱动桥中的重要部件，由于差速器“差速不差扭”原理，汽车的驱动转矩只能均等分布于左右车轮两侧，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，甚至在低附着一侧易造成车轮的滑转等不稳定工况，无法发挥驱动轮的附着能力。同时，由于车辆高速转弯时会发生载荷由内侧车轮转移到外侧车轮的情况，即使在地面附着良好的情况下，也会造成外侧车轮的附着能力高于内侧车轮，此时传统差速器等分扭矩至内外侧车轮则可能会造成内侧车轮达到附着极限产生滑转，使汽车失稳。若将内侧车轮的部分转矩转移到外侧车轮，则可以增加内侧车轮的侧向力裕度，防止车轮滑转，并且可以对整车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，提高了车辆转弯机动性和极限转弯能力。目前，该技术是以转矩定向分配差速器的形式应用于一些高端运动型轿车和高档suv中，如本田的超级四驱系统(sh-awd)和三菱的超级主动横摆控制系统(sayc)等，然而该技术在电动汽车上却并没有过多应用。
技术实现要素：
本发明的目的是解决差速器左右输出扭矩相等不能调节的缺陷，提供了一种带有转矩定向分配功能的电动差速器。
本发明提供的技术方案为：
一种带有转矩定向分配功能的电动差速器，包括：
主驱动机构，其设置在差速器一侧，其输出端连接差速器壳体，能够将旋转动力传递到差速器壳体，驱动车辆行驶；
tv控制驱动机构，其设置在所述差速器的另一侧，用于输出转矩分配控制动力；
第一单排行星齿轮系，其包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架以及第一齿圈，所述第一行星架与第一半轴同轴固定连接，所述第一齿圈与tv控制驱动机构的输出端连接，所述第一太阳可旋转的支撑在第一半轴上；
第二单排行星齿轮系，其包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架以及第二齿圈，所述第二齿圈固定在驱动桥壳上，第二太阳轮与第一太阳轮固定连接；第二太阳轮可旋转的支撑在第一半轴上；
第三单排行星齿轮系，其包括第三太阳轮、第三行星轮、第三行星架以及第三齿圈，所述第三太阳轮与第一半轴同轴固定连接，第三行星架与第二行星架固定连接，所述第三齿圈与差速器壳固定连接；
其中，第二单排行星齿轮系与第一单排行星齿轮系具有相同的特征参数。
优选的是，所述tv控制驱动机构包括tv控制电机和tv减速机构。
优选的是，所述tv控制电机具有空心输出轴，所述第一半轴可旋转的支撑在所述空心输出轴，并且从空心输出轴中穿出。
优选的是，所述tv减速机构包括：
第四单排行星齿轮系，其包括第四太阳轮、第四行星轮、第四行星架以及第四齿圈，所述第四太阳轮与空心输出轴固定连接，所述第四齿圈固定在驱动桥壳上；
第五单排行星齿轮系，其包括第五太阳轮、第五行星轮、第五行星架以及第五齿圈，所述第五太阳轮与第四行星架固定连接，所述第五齿圈固定在驱动桥壳上，所述第五行星架作为控制输出端与第一齿圈连接。
优选的是，所述主驱动机构包括主驱动电机和主减速机构。
优选的是，所述主驱动电机具有空心输出轴，所述第二半轴可旋转的支撑在所述空心输出轴，并且从空心输出轴中穿出。
优选的是，所述主减速机构包括：
第七单排行星齿轮系，其包括第七太阳轮、第七行星轮、第七行星架以及第七齿圈，所述第七太阳轮与主驱动电机输出轴固定连接，所述第七齿圈固定在驱动桥壳上；
第六单排行星齿轮系，其包括第六太阳轮、第六行星轮、第六行星架以及第六齿圈，所述第六太阳轮与第七行星架固定连接，所述第六齿圈固定在驱动桥壳上，所述第六行星架与差速器壳固定连接。
一种带有转矩定向分配功能的电动差速器，包括：
主驱动机构，其设置在差速器一侧，其输出端连接差速器壳体，能够将旋转动力传递到差速器壳体，驱动车辆行驶；
tv控制驱动机构，其设置在所述差速器的另一侧，用于输出转矩分配控制动力；
第一单排双级行星齿轮系，其包括第一太阳轮、第一双级行星轮、第一行星架以及第一齿圈，所述第一行星架与第一半轴同轴固定连接，所述第一齿圈与tv控制驱动机构的输出端连接，所述第一太阳可旋转的支撑在第一半轴上；
第二单排双级行星齿轮系，其包括第二太阳轮、第二行双级星轮、第二行星架以及第二齿圈，所述第二齿圈固定在驱动桥壳上，第二太阳轮与第一太阳轮固定连接；第二太阳轮可旋转的支撑在第一半轴上；
第三单排行星齿轮系，其包括第三太阳轮、第三行星轮、第三行星架以及第三齿圈，所述第三太阳轮与第一半轴同轴固定连接，第三行星架与第二行星架固定连接，所述第三齿圈与差速器壳固定连接；
其中，第二单排行星齿轮系与第一单排行星齿轮系具有相同的特征参数。
一种带有转矩定向分配功能的电动差速器，包括：
主驱动机构，其设置在差速器一侧，其输出端连接差速器壳体，能够将旋转动力传递到差速器壳体，驱动车辆行驶；
tv控制驱动机构，其设置在所述差速器的另一侧，用于输出转矩分配控制动力；
第一单排行星齿轮系，其包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架以及第一齿圈，所述第一行星架与第一半轴同轴固定连接，所述第一齿圈与tv控制驱动机构的输出端连接，所述第一太阳可旋转的支撑在第一半轴上；
第二单排行星齿轮系，其包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架以及第二齿圈，所述第二齿圈固定在驱动桥壳上，第二太阳轮与第一太阳轮固定连接；第二太阳轮可旋转的支撑在第一半轴上；
第三单排双级行星齿轮系，其包括第三太阳轮、第三双级行星轮、第三行星架以及第三齿圈，所述第三太阳轮与第一半轴同轴固定连接，第三行星架与第二行星架固定连接，所述第三齿圈与差速器壳固定连接；
其中，第二单排行星齿轮系与第一单排行星齿轮系具有相同的特征参数。
一种带有转矩定向分配功能的电动差速器，包括：
主驱动机构，其设置在差速器一侧，其输出端连接差速器壳体，能够将旋转动力传递到差速器壳体，驱动车辆行驶；
tv控制驱动机构，其设置在所述差速器的另一侧，用于输出转矩分配控制动力；
第一单排双级行星齿轮系，其包括第一太阳轮、第一双级行星轮、第一行星架以及第一齿圈，所述第一行星架与第一半轴同轴固定连接，所述第一齿圈与tv控制驱动机构的输出端连接，所述第一太阳可旋转的支撑在第一半轴上；
第二单排双级行星齿轮系，其包括第二太阳轮、第二双级行星轮、第二行星架以及第二齿圈，所述第二齿圈固定在驱动桥壳上，第二太阳轮与第一太阳轮固定连接；第二太阳轮可旋转的支撑在第一半轴上；
第三单排双级行星齿轮系，其包括第三太阳轮、第三双级行星轮、第三行星架以及第三齿圈，所述第三太阳轮与第一半轴同轴固定连接，第三行星架与第二行星架固定连接，所述第三齿圈与差速器壳固定连接；
其中，第二单排行星齿轮系与第一单排行星齿轮系具有相同的特征参数。
本发明的有益效果体现在以下几个方面：
1、本发明提供的带有转矩定向分配功能的电动差速器，解决了传统驱动桥中差速器“差速不差扭”的弊端，使得汽车的驱动转矩可以按照控制逻辑的控制需求定向的分配到左右两侧车轮，在不改变纵向总驱动转矩的前提下实现了左右侧车轮转矩不等分配的功能，提高了车辆的转弯机动性和驾驶乐趣。
2、本发明提供的带有转矩定向分配功能的电动差速器，tv控制电机与主驱动电机同轴布置，结构更加紧凑，减少布置空间。
3、本发明提供的带有转矩定向分配功能的电动差速器，属于簧上质量，因此不会像轮毂电机一样显著增加簧下质量，对汽车行驶时平顺性影响小。
附图说明
图1为本发明所述的带有转矩定向分配功能电动差速器实施例一结构示意图。
图2为本发明所述的带有转矩定向分配功能电动差速器实施例二结构示意图。
图3为本发明所述的带有转矩定向分配功能电动差速器实施例三结构示意图。
图4为本发明所述的带有转矩定向分配功能电动差速器实施例四结构示意图。
图5为本发明所述的带有转矩定向分配功能电动差速器在汽车直行时的转矩流向示意图。
图6为本发明所述的带有转矩定向分配功能电动差速器在汽车正常转弯时的转矩流向示意图。
图7为本发明所述的带有转矩定向分配功能电动差速器在汽车左转、且转矩定向分配器工作时的转矩流向示意图。
图8为本发明所述的带有转矩定向分配功能电动差速器在汽车右转、且转矩定向分配器工作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。
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种带有转矩分配功能的电动差速器，主要由转矩定向分配器2000、传统锥齿轮差速器1400，主驱动电机减速机构1500和主驱动电机1002构成。
在本实施例中，所述转矩定向分配器2000位于驱动桥左侧(亦可和主驱动电机1002调换位置，将其布置在驱动桥右侧)，主要由tv控制电机1001、tv减速机构1100、双行星排tv耦合机构1200和单行星排差速器耦合机构1300构成。
所述tv控制电机1001是一个空心轴式内转子电机，连接左侧车轮的第一半轴1402从其空心转子轴内孔穿出，空心轴式内转子与第四行星轮系1010的太阳轮1014花键连接，将tv控制电机1001的输出转矩输入至第四行星轮系1010。所述tv控制电机1001通过轴承支撑在第一半轴1402上，其定子及其壳体与驱动桥壳固定。
所述tv减速机构1100主要包括第四行星轮系1010和第五行星轮系1020。所述第四行星轮系1010包括太阳轮1014、三个圆周均布的行星齿轮1012、行星架1013和固定在驱动桥壳上的内齿圈1011。其中太阳轮1014与tv控制电机1001的空心轴式内转子花键连接，行星架1013与第五行星轮系1020的太阳轮1024为一体。所述第五行星轮系1020包括太阳轮1024、三个圆周均布的行星齿轮1022、行星架1023和固定在驱动桥壳上的内齿圈1021。其中太阳轮1024通过轴承支撑在第一半轴1402上，行星架1023与第一行星轮系1030的内齿圈1031为一体。
优选的是tv减速机构1100可由单排行星轮系、多排行星轮系或其它形式的减速机构构成，因此变换减速机构1100的形式并不视为对本发明的创新。
所述双行星排tv耦合机构1200主要包括第一行星轮系1030和第二行星轮系1040，它们的行星排特征参数必须相同，行星排的类型必须一致。所述第一行星轮系1030包括太阳轮1034、三个圆周均布的行星轮1032、行星架1033和内齿圈1031。其中内齿圈1031与第五行星轮系1020的行星架1023为一体，行星架1033与第一半轴1402花键连接，太阳轮1034与第二行星轮系1040的太阳轮1044为一体，太阳轮1034通过轴承支撑在第一半轴1402上。所述第二行星轮系1040包括太阳轮1044、三个圆周均布的行星轮1042、行星架1043和固定在驱动桥壳上的内齿圈1041。其中行星架1043和第三行星轮系1050的行星架1053为一体，太阳轮1044通过轴承支撑在第一半轴1402上。
所述单行星排差速器耦合机构1300主要由第三行星轮系1050构成。所述第三行星轮系1050包括太阳轮1054、三个圆周均布的行星轮1052、行星架1053，以及与差速器壳1401为一体的内齿圈1051。其中太阳轮1054与第一半轴1402花键连接，行星架1053与第二行星轮系1040的行星架1043为一体。
所述传统锥齿轮差速器1400主要由差速器壳1401、第一半轴1402、第二半轴1403、第一半轴齿轮1404、第二半轴齿轮1405、两个圆锥行星齿轮1406和1407、行星齿轮轴1408构成。其中第一半轴齿轮1404与第一半轴1402花键连接，第二半轴齿轮1405与第二半轴1403花键连接，差速器壳1401通过轴承支撑在第二半轴1403上。
所述主驱动电机减速机构1500位于驱动桥的右侧，主要由第六行星轮系1060和第七行星轮系1070构成。所述第六行星轮系1060包括太阳轮1064、三个圆周均布的行星轮1062、行星架1063和固定在驱动桥壳上的内齿圈1061。其中行星架1063与差速器壳1401为一体，太阳轮1064与第七行星轮系1070的行星架1073为一体，太阳轮1064通过轴承支撑在第二半轴1403上。所述第七排行星轮系1070包括太阳轮1074、三个圆周均布的行星轮1072、行星架1073和固定在驱动桥壳上的内齿圈1071。其中太阳轮1074与主驱动电机1002的空心内转子轴花键连接。
优选的是主驱动电机减速机构1500可由单排行星轮系、多排行星轮系或其它形式的减速机构构成，因此变换主驱动电机减速机构1500的形式并不视为对本发明的创新。
所述主驱动电机1002位于驱动桥的右侧，其是一个空心轴式内转子电机，连接右侧车轮的第二半轴1403从其空心转子轴内孔穿出。空心轴式内转子与第七行星轮系1070的太阳轮1074花键连接，主驱动电机1002可通过太阳轮1074将驱动转矩输入主驱动电机减速机构1500内，并作用到差速器壳1401上，最终等分到第一半轴1402和第二半轴1403上。所述主驱动电机1002通过轴承支撑在第二半轴1403上，其定子及其壳体与驱动桥壳固定。
实施例二
如图2所示，本实施例中，双行星排tv耦合机构1200中的第一行星轮系1030和第二行星轮系1040均为单行星轮行星排，单行星排差速器耦合机构1300中的第三行星轮系1050为双级行星轮行星排，结构简图如图所示。
实施例三
如图3所示，本实施例中，双行星排tv耦合机构1200中的第一行星轮系1030和第二行星轮系1040均为双级行星轮行星排，单行星排差速器耦合机构1300中的第三行星轮系1050为单行星轮行星排，结构简图如图所示。
实施例四，
如图4所示，本实施例中，双行星排tv耦合机构1200中的第一行星轮系1030和第二行星轮系1040均为双级行星轮行星排，单行星排差速器耦合机构1300中的第第三行星轮系1050为双级行星轮行星排，结构简图如图所示。
图1至图4所示的方案均为本发明所述的带有转矩定向分配功能的电动差速器的可实现的实施例结构方案，但是考虑到系统惯量损失、运转效率，图1所示的实施例方案为最佳优选方案，其次是图3所示方案，再次是图2和图4所示方案。
本发明所述的带有转矩定向分配功能的电动差速器工作原理如下：
以图1所示的带有转矩定向分配功能的电动差速器的实施例结构简图为例，说明工作原理。
当汽车直线行驶时，左右两侧车轮驱动转矩相同，无需转矩分配，因此tv控制电机1001中没有控制电信号，tv控制电机不起动，汽车仅由主驱动电机1002驱动，主驱动电机1002输出的扭矩经过主驱动电机减速机构1500扭矩增加作用到差速器壳1401上，由于传统锥齿轮差速器机构1400等分扭矩的原理，作用在差速器壳1401上的扭矩等分到第一半轴1402和第二半轴1403上，驱动汽车行驶。若设定汽车驱动时车轮的旋转方向为正方向，反之为负方向。此时，差速器壳1401、第一半轴1402和第二半轴1403的旋转速度相同，第三行星轮系1050的行星轮1052只随差速器壳1401公转而不自转，因此，行星架1053与太阳轮1054等速旋转。又由于第一行星轮系1030的行星架1033与第三行星轮系1050的太阳轮1054的旋转速度相同，第二行星轮系1040的行星架1043与第三行星轮系1050的行星架1053为一体，所以第一行星轮系1030中的行星架1033与第二行星轮系1040中的行星架1043等速旋转。因为第一行星轮系1030与第二行星轮系1040共太阳轮，两个行星架转速也相同，所以内齿圈1031的转速与内齿圈1041的转速也相同，内齿圈1041固定，转速为0，所以内齿圈1031转速也为0。由于tv减速机构1100只改变tv控制电机1001输出的扭矩大小，不改变输出的扭矩正负方向，因此，当汽车直行时，tv控制电机1001的内转子转速也为0，tv控制电机不起动、不输出转矩，汽车仅由主驱动电机1002驱动，转矩分配流如图5所示。
当汽车正常差速转弯时，左右两侧车轮驱动转矩相同，无需转矩分配，因此tv控制电机1001中没有控制电信号，tv控制电机不起动，汽车仅由主驱动电机1002驱动，主驱动电机1002输出的扭矩经过主驱动电机减速机构1500扭矩增加作用到差速器壳1401上，由于传统锥齿轮差速器机构1400等分扭矩的原理，作用在差速器壳1401上的扭矩等分到第一半轴1402和第二半轴1403上，驱动汽车行驶。
以汽车正常差速左转为例，若设定汽车驱动时车轮的旋转方向为正方向，反之为负方向。则对单行星排差速器耦合机构1050由单行星轮行星排转速公式得：
ns5+k5nr5-(k5+1)npc5＝0
式中ns5为第三行星轮系1050太阳轮1054转速，nr5为第三行星轮系1051内齿圈转速，npc5为第三行星轮系1053行星架转速，k5为第三行星轮系行星排特征参数。由于汽车左转，所以差速器壳1401转速大于第一半轴1402转速，所以：
ns5＜nr5
所以：
ns5＜npc5
即第三行星轮系1050中的太阳轮1054转速小于行星架1053的转速，所以对于双行星排tv耦合机构1200中，第一行星轮系1030中的行星架1033转速小于第二行星轮系1040中的行星架1043转速。又因为第一行星轮系1030与第二行星轮系1040共太阳轮，所以双行星排tv耦合机构1200则有：
knr3-(k+1)npc3＝knr4-(k+1)npc4
式中npc3为第一行星轮系1030行星架1033转速，nr3为第一行星轮系1030内齿圈1031转速，npc4为第二行星轮系1040行星架1043转速，nr4为第二行星轮系1040内齿圈1041转速，k为第一行星轮系1030和第二行星轮系1040的行星排特征参数。又因为：
npc3＜npc4，且nr4＝0
所以：
nr3＜0
即第一行星轮系1030的内齿圈1031转速为负，所以tv控制电机1001的内转子转速也为负。因此，当汽车正常差速左转时，tv控制电机1001无电信号输入，没有扭矩输出，tv控制电机的空心轴式内转子被转矩分配器2000拖拽以负方向旋转。转矩分配流如图6所示。
同理可得当汽车正常差速右转时，tv控制电机1001无电信号输入，没有扭矩输出，tv控制电机的空心轴式内转子被转矩分配器2000拖拽以正方向旋转。转矩分配流同样如图6所示。
当汽车中高速转弯时，需要将内侧车轮转矩定向分配到外侧车轮以提高转弯机动性时。若设定汽车驱动时车轮的旋转方向为正方向，反之为负方向，以汽车左转弯为例分析。此时电机控制器控制tv控制电机1001输出转矩-t0(t0为正值),该转矩通过tv减速机构1100减速增扭后，输入双行星排tv耦合机构1200中内齿圈1031的力矩为-it0，其中i为tv减速机构1100的传动比。所以第一行星轮系1030中行星架1033输入第一半轴1402的力矩为
同理可得，当汽车中高速右转弯时，电机控制器控制tv控制电机1001输出正向转矩，在不改变总的纵向驱动转矩的前提下可以产生一个有助于右转的横摆力矩，提高了汽车的右转弯机动性。需要说明的是，此时tv控制电机1001的转速与正常差速右转时相同。此时的转矩分配流如图8所示。需要说明的是，若tv控制电机在此时输出负向转矩，则驱动转矩将定向的由左侧车轮分配到右侧车轮，将产生一个防止车辆过度转向的横摆力矩，用于保持汽车稳定性。
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。
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