专利名称：自调节式电子差速器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动汽车系统，尤其涉及电动汽车的驱动结构及电子控 制系统。
背景技术：
申请号为02136498. 2、发明名称为"四轮电子差速转向控制系统"的专 利公开了一种四轮电子差速转向控制系统，包括有电机(l)、刹车机构(7)、 转向机构(8)和加速电门(5),它还包括有电机控制器(2)、角位移传感器(6)、 转速传感器(3)和中央处理器(4)，所述电机控制器(2)、角位移传感器(6)、 转速传感器(3)、刹车机构(7)、转向机构(8)和加速电门(5)分别连接到中央 处理器(4)各相应端口，该中央处理器采集各传感器和车载部件的信号，并进 行计算得出各车轮相应的目标转速，然后通过向电机控制器发出电压指令， 调整车轮转速。本四轮电子差速转向控制系统，能保证行驶时各车轮与地面 间保持纯滚动状态，减小车轮与地面的摩擦力，延长汽车各部件的使用寿命。
申请号为200320105577. 6、实用新型名称为"电动差速器"的专利公开 了一种玩具车模的电动差速器，由电容C1、C2，电阻R1、R2等电气原件组成， 一号电机一端接正电源此电源由接收电路的输出控制，并与电阻R1—端连接， 电阻Rl另一端接可变电阻Rx， Rx的另一端接电阻R2, R2另一端接电源负极， 一号电机另一端接滑片，滑片与可变电阻Rx滑动接触；二号电机一端接滑片， 二号电机另一端与电源负极连接。本实用新型的有益效果是，能使车模在转 变时，可自动调节驱动轮各自为不同转数，实现了转弯的灵活性，提高了性 能，结构简单，安装方便。
申请号为200320123856. 5、实用新型名称为"电动车自动转向差速装置"
的专利公开了一种自动电动车转向差速装置。现有的电动车(电动汽车、道路 型电动三轮车)使用机械差速器，笨重、成本高，有的电动车没有差速，不安 全、转弯不灵活，还有的电动车用控制杆或摁钮、开关控制，不安全、不方 便。本电动车左右双电机驱动，方向盘或方向把的传动连杆处安放感测系统， 感测转向角度大小，其感测信号输往控制器或直接输往调速转把(或脚踏调速)的感测系统，使电动车转弯时两电机转速不相同而达到差速效果。
申请号为200720107279. 9、实用新型名称为"一种电动汽车转向电子差 速控制器"的专利公开了一种电动汽车转向电子差速控制器。该电子差速控 制器包括方向盘的左差速信号产生装置、方向盘的右差速信号产生装置、加 速踏板总速度信号产生装置、左轮比较电路模块和右轮比较电路模块。本实 用新型通过左轮比较电路模块对方向盘的左差速信号与加速踏板总速度信号 进行比较实现了左轮差速控制信号的输出；右轮比较电路模块对方向盘的右 差速信号与加速踏板总速度信号进行比较实现了右轮差速控制信号的输出， 具有精确、安全的特点。
申请号为200810020544. 9、发明名称为"双轮驱动电动车辆的差速控制 系统"的专利公开了一种双轮驱动电动车辆的差速控制系统，包括左、右驱 动模块和协调模块，协调模块接收外部控制信号，输出相应的工作信号控制 左、右驱动模块的输出功率，左、右驱动模块将两个驱动轮的转矩信号不断 传输给协调模块，协调模块根据两驱动轮转矩相等的原则判断是否调整两驱 动模块的工作信号，协调模块通过PID控制器调整左、右驱动模块的工作信 号。本发明系统结构简单，易于实现，防止车辆出现滑移，减少轮胎的磨损， 保证车辆行驶的稳定性，用单片机处理信息精度高，速度快，能实时对驱动 轮转矩进行调整，不再需要传动机构和差速齿轮，节省了空间，提高了传动 系统的效率。
现在的电子差速系统，需要有方向盘的转向角信号及加速器的位置信号， 经过智能处理，控制内、外驱动轮的转速及电流，实现差速的功能。本实用 新型的自调节式电子差速器，不需要有方向盘的转向角信号，通过滑转率进 行调节，实现电子差速的自调节功能。
实用新型内容
本实用新型的目的是，用于双电机独立而直接驱动方式的电动汽车的电 子差速系统，不需要有方向盘的转向角信号，只是依据路面的状况、转向时 驱动轮的所需转速，当两个驱动轮的转速不同时，由于结构特点及电机的特 性，通过滑转率进行调节，实现电子差速的自调节功能，达到电子差速的目 的。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案本实用新型的自调节式电子差速器，由加速器、控制器、驱动电机、驱 动轮、传动轴、传动轴万向套等部件组成，其特征在于所述加速器由加速 器踏板、加速器踏板连杆及加速器体组成，加速器信号线分左右两根，分别 与左右控制器连接，所述控制器的输出线是驱动电机的控制线，左右控制器 的输出线分别与左右驱动电机连接，所述驱动电机通过万向套连接驱动轮的 传动轴，传动轴连接驱动轮。
根据所述的自调节式电子差速器，其特征在于所述的左右电机分别连 接左右驱动轮传动轴，所述的左右驱动轮传动轴分别连接左右驱动轮传动轴 的万向套，所述的左右驱动轮传动轴的万向套分别连接左右驱动轮，实现独 立而直接驱动的结构形式。
根据所述的自调节式电子差速器，其特征在于所述的左右控制器由并 联的两根加速器信号线控制，所述的两根加速器信号线输出相同的信号。
根据所述的自调节式电子差速器，其特征在于所述的左右控制器的输 出信号是相互独立的，并独立而直接控制左右驱动电机。
本实用新型的优点效果
本实用新型的自调节式电子差速器，主要用于双电机独立驱动方式的电 动汽车，所述的双电机组成左右电机结构，本实用新型的结构特点是，左右 驱动轮由左右电机分别直接驱动，所述的左右电机由两个相同规格的控制器 分别控制，在同一电源下、由同一加速器控制各控制器，实现了双电机独立 而直接驱动方式。由于结构特点及电机的特性，通过滑转率进行调节，实现 电子差速的自调节功能。
控制信号的作用加速器踏板的位置转换为加速器信号线的信号电压， 踏板的位置与信号电压是一一对应的关系。同一个加速器控制左右两个控制 器，因此，加速器踏板的位置与左右两个控制器的输出信号电压是一一对应 的关系，两个控制器的输出信号电压相同。
电机的特性因为左右两个控制器的输出信号电压相同，因此，加在左 右两电机的工作电压是相同的。在相同的工作电压下，在其余条件相同时， 电机的转速、转矩是相同的，否则，是不同的；当条件不同，使左右电机的 转速不同时，转速小的电机的反电动势小，则工作电流大，转矩大，转速增 加；转速大的电机的反电动势大，则工作电流小，转矩小，转速减小，这样,使左右电机的转速趋于相近，但不能相同，有一定的转速差，表现为，两驱 动轮的滑转率不相同。
由于结构特点及电机的特性，在转向或不同的路面状况时，左右两个驱 动轮的转速不同，转速小的驱动轮的驱动转矩大于转速大的驱动轮的驱动转 矩，出现了滑转率不相同，转速小的驱动轮的滑转率大于转速大的驱动轮的 滑转率，通过滑转率的调节，实现电子差速的自调节功能。
图l为本实用新型的视图。
附图中1、加速器踏板；2、加速器踏板连杆；3、加速器；4、加速器 信号线；5、左、右控制器；6、左、右驱动轮；7、左、右驱动轮传动轴；8、 左、右驱动轮传动轴的万向套；9、左、右驱动轮传动轴的万向套的轴承；10、 左、右驱动电机；11、左、右驱动电机的控制线；12、左、右驱动电机轴的 定位槽。
具体实施方式
本实用新型的自调节式电子差速器，如图1所示，加速器3由加速器踏 板1和加速器踏板连杆2及加速器体组成，加速器信号线4分左、右两根， 分别与左、右驱动电机IO相连，控制电机的工作。左、右驱动轮6分别由左、 右驱动轮传动轴7驱动，左、右驱动轮传动轴7与左、右驱动轮传动轴的万 向套8通过齿形花键连接，左、右驱动轮传动轴的万向套8的轴安放在左、 右驱动轮传动轴的万向套的轴承9中，左、右驱动轮传动轴的万向套8的轴 与左、右驱动电机10的转动壳体相连，左、右驱动电机10的定子轴安放在 左、右驱动电机轴的定位槽12内，起支撑、定位作用。
所述的自调节式电子差速器，左右两个驱动轮通过双电机独立而直接驱 动，驱动轮的转速，由电源电压及控制电压决定，并依据路面的状况所产生 的阻力、驱动轮达到一定的转速，在理想情况下，当路面状况相同时，左右 两个驱动轮的转速是相同的，但是，左右两个驱动轮的实际工作半径不同， 路面状况不同，使左右两个驱动轮的转速不同，在同一个电源电压及相同的 控制信号下，驱动轮转速低的驱动电机的电流大、转矩大，滑转率大；驱动 轮转速高的驱动电机的电流小、转矩小，滑转率小。通过滑转率进行调节， 实现电子差速的自调节功能。本实用新型的设计原理如下
1自调节式电子差速的基础条件
本方案的电动汽车的总质量为ma-1200kg:最小转弯半径Rmin=10m, 质心高度H=0.55m，轮距为B=1.380m，轴距为L-2.340m。驱动轮半径为 r=0.26m。
2 自调节差速功能分析
2.1、转向行驶时驱动轮的转速在转向时，左、右驱动轮以内、外驱动 轮来描述，内、外驱动轮的转向半径不同，外驱动轮的转向半径大、转速大， 内驱动轮的转向半径小、转速小。由以下公式表示
i 内=
(V^ 4)+丄2 ，凡卜="*2-丄2+寻)+丄
1 W i\L a 乂 ' h 'jv外 、
5、
2
=4x^xZx,_=J^x!xZl。可得"内理〈"外理
W内理-"T : H , W外理及r;r 3.6 电机的电压平衡方程式为
U—AU=E,+IRd,. / =
几 几
转矩系数为KM = 0.85,电动势常量KE=0.85,理论反电动势 ￡ = ^.w = 0.85", ^《,^〖？^pA.K, f,0.鄉，则，
￡ = 0.908]7V, E实^0.089"实，理论工作电压l7 =:Kr = 1.18^ 。实际工作电
压为U实，其值受加速电门踏板的行程的影响，由公式五"f/可知，它的变化 又改变了Eg,最终改变电动机的转速。而双电机是工作在同一
输入电压下，即^/内理=^/外理，也就是，五内理>仏卜理-￡外理，"^^"，可得卜訓0A^ (U实一0.089"实)_ 500仏x(U实-0.089w实) ， 2 x"理x(U理—E理)1.18j^x(U8「r-0駕「》
"她^加1557.8^ x(U*—0.089Wst) 化简后得/=-"9 、"-^。
因此，/rt>L， NU>1VU，进一步可得，所以，各驱动轮的
实际转速^f^-^x4x兰xZx， 内实1-& 1-5内*^ 3.6
M 一 W外理_ 1 ::凡卜:;30 fr "外实u外*^ 3.6
2.2驱动转矩
M碑= ="(K +尺)=0.26 (192 + " v2) = 0.26 (192 + 0.0517力
M,ATa^，贝'j， m^L.L,内，m《外-^:w加外。
A/g内=《w X /m内 ,A/g外=X /, 外°
可得Mj(Uf 0.,^)，及M一〉M^，也就是，转速小的驱动轮
的转矩大，转速大的驱动轮的转矩小。因此，在转向时，内驱动轮的输出转 矩大，外驱动轮的输出转矩小。
2.3滑转率内驱动轮的电流大、转矩大，滑转率大；外驱动轮的电流 小、转矩小，滑转率小。
利用线性差值(弦位法)的近似方法近似表示对应转向半径时的滑转率-
内轮的转向半径与滑转率的关系(R， 6 )，对应的二点为(10，10%)，(50， 5%)。则ru内-0.1125—0.00125R
外轮对应的二点为(10，3%)， (50， 5%)。
q s外-0.025+0.0005R
一 2tt
.,W内理〈"外理。又."=^'^0.85"， " = ^"，.'.五内理〈五外理，而双电机是工作在同一输入电压下，即[/内理=^/外理，也就是，仏理-￡内理>仏^-￡外理， f/一 /T Ayf
"f，因此，^>JU，线内〉M掛，？尺=，，人K内〉K外，因此，
在转向时，当VT=20km/h，转向半径R=15m，则向心加速度
。=L , = 2.06m//，向心力f=ma=2.472N。外驱动轮增重G产100kg, 及3,&*及
内驱动轮减重G^100kgo ^/^ = 3l.8N.m, 7i/^ = 23.4N.m。 S内=9.4。/0， S外 =3.3%。
由上述分析可得，因为，内侧重量减轻，而驱动力却增大了，外侧重量 增加，而驱动力却减小了，所以，内驱动轮的滑转率大于外驱动轮的滑转率， 即S rt> S ，卜。通过牺牲滑转率来实现差速的自调节功能。
2.4 直线行驶的差速功能-
2.4.1在直线行驶中，两驱动轮转速很难达到完全一致，导致二个电机 的转速不一致，总是会存在一定的转速差An，表示为A^，由￡ = 1￡* 可知，
二个电机的反电动势不同，有一较小的差值，则电流/ ^^也不同，转速
兄
大的电机的工作电流小，转矩小，滑转率变小，转速降低，转速小的电机的 工作电流大，转矩大，滑转率变大，转速增大，由结构特点及电机的特性调 节各电机的转速，对各轮转速调节。实现了自调节式差速功能，增强了车辆 稳定直线行驶的可靠性。
2.4.2驱动轮的回转瞬心轴的不同有效滚动半径的大小不同。
五-i^, — iG.PV(3.6")及"-I^T^"，当有效滚动半径大的，转速小即n小，反电动势小即E的值小，U-E的差值就大，/ ^^,电流大，
兄
M,A^x/，转矩大，滑转率变大，使转速向增大方向变化；有效滚动半
径小的，转速大，电流小，转矩小，滑转率变小，则使转速向减小方向变化；
由于结构特点及电机特性决定，使驱动轮的转速趋于一致，实现了差速功能。
2.4.3在路面的附着力系数不同路面的附着力系数小的，滑转率大， 转速大、转矩小，使转速向减小方向变化；路面的附着力系数大的，滑转率 小，转速小、转矩大，使转速向增大方向变化。起到差速作用。
2.5通过不同的滑转率来实现电子差速的自调节功能
滑转效率77 =^^xl00% , "F瑰论
《 h "
电动机的效率q=85%，讨论滑转率S=9.4%。 整车的传动效率H《=7x(l-。 = 0.77。
总功率w = J_,_L*F*Zl，有用功率w ,l"，Zl。 u "卞"g 1000 "实 3.6 1000 3.6
转速大的驱动轮的阻力矩大于转速小的驱动轮的阻力矩。而在自动调节 状态时，转速大的驱动轮的力矩小于转速小的驱动轮的力矩。当转向半径为 15m，车速为20km/h时，向心加速为a-2.06m.s-2，向心力为F=ma=2469N， 质心高度为40%则为0.55m,则力矩M20-1358N.m。轮距为1380mm，则转 速大的驱动轮的压力增加980N，增重为100Kg,转速小的驱动轮的压力减少 为980N,减重为100Kg。摩擦系数为0.4,转速大的驱动轮可增大摩擦力为 40N，转速小的驱动轮可减小摩擦力为40N。车体的重量为1200Kg，单个转速大的前驱动轮所承受的车体的重量为250Kg，重量增加了 40%,单个转速小
的前驱动轮重量减少了 40%。这样，转速小的驱动轮的滑转率变大，转速大
的驱动轮的滑转率变小了。
在同一个工作电压下，在相同的路况时，没有转向角度时，左、右驱动 轮的转速是基本相同的，滑转率相同。有转向角度时，内驱动轮的转速变小， 滑转率变大，外驱动轮的转速变大，滑转率变小。通过滑转率的不同来实现 差速的功能。
只要左、右两侧驱动轮之间存在转速差，左、右两侧的电机的工作电流 就不同，而且与方向盘转角无关，也就是说，由结构特点及电机特性，不必 检测方向盘转角就可以实现机械差速器的功能。
权利要求1、一种自调节式电子差速器，由加速器、控制器、驱动电机、驱动轮、传动轴、传动轴万向套等部件组成，其特征在于所述加速器由加速器踏板、加速器踏板连杆及加速器体组成，加速器信号线分左右两根，分别与左右控制器连接，所述控制器的输出线是驱动电机的控制线，左右控制器的输出线分别与左右驱动电机连接，所述驱动电机通过万向套连接驱动轮的传动轴，传动轴连接驱动轮。
2、 根据权利请求l所述的自调节式电子差速器，其特征在于所述的左右 电机分别连接左右驱动轮传动轴，所述的左右驱动轮传动轴分别连接左右驱动 轮传动轴的万向套，所述的左右驱动轮传动轴的万向套分别连接左右驱动轮， 实现独立而直接驱动的结构形式。
3、 根据权利请求l所述的自调节式电子差速器，其特征在于所述的左右 控制器由并联的两根加速器信号线控制，所述的两根加速器信号线输出相同的 信号。
4、 根据权利请求l所述的自调节式电子差速器，其特征在于所述的左右 控制器的输出信号是相互独立的，并独立而直接控制左右驱动电机。
专利摘要一种自调节式电子差速器，由加速器、控制器、驱动电机、驱动轮、传动轴、传动轴万向套等部件组成，其特征在于所述加速器由加速器踏板、加速器踏板连杆及加速器体组成，加速器信号线分左右两根，分别与左右控制器连接，所述控制器的输出线是驱动电机的控制线，左右控制器的输出线分别与左右驱动电机连接，所述驱动电机通过万向套连接驱动轮的传动轴，传动轴连接驱动轮。本实用新型的自调节式电子差速器，主要用于双电机独立而直接驱动方式的电动汽车。两个驱动轮分别由两个电机直接驱动，驱动电机分别由两个相同规格的控制器控制，实现了双电机独立而直接驱动方式，实现电子差速的自调节功能。两个控制器，通过同一个加速器控制，使两个电机工作在相同的电源电压下。由于电机的特性，通过不同的滑转率的调节，实现电子差速的自调节功能。
文档编号B60L15/20GK201354017SQ20082018825
公开日2009年12月2日 申请日期2008年9月11日 优先权日2008年9月11日
发明者刘宗锋 申请人:刘宗锋