一种扭矩矢量电驱装置及电动车辆的制作方法

1.本技术涉及汽车技术领域，具体而言，涉及一种扭矩矢量电驱装置及电动车辆。


背景技术：

2.目前，现有新能源汽车，为使车辆具有良好的操控性能，通常采用双电机系统，以实现后侧左右车轮扭矩单独控制。传动燃油车刻通过可断开取力器，中间传动轴，后主减速器等设计将发动机的动力分流至后桥，然后通过后桥总成设计多片离合器以实现扭矩矢量控制。或者，现有车辆扭矩矢量控制，左右侧扭矩分配方案通过整车控制器(vcu，vehicle control unit)进行计算，通过控制器局域网(can，controller area network)通讯使能双电机的目标扭矩，再通过电机控制执行电机扭矩以实现扭矩矢量控制，由于信号延迟，导致扭矩矢量控制响应较慢，对这种极限工况下的瞬态控制不利。
3.现有技术中，采用双电机以实现扭矩矢量，电磁兼容性(emc，electromagnetic compatibility)问题突出，并且零部件多，导致车辆笨重、成本高，此外，为保证续航，对电池容量要求高，不利于产品竞争；而燃油汽车扭矩矢量，该产品后桥扭矩的实现依赖于前桥取力器总成的动力传递，可传递扭矩大，后桥输出能力有限，扭矩矢量性能一般，并且该结构有差速器及两个行星排、多片离合器液压系统空间有限；而过多的can通讯传递，对极限工况下的瞬态响应及时性不利。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种扭矩矢量电驱装置及电动车辆，可以实现提高燃油经济性和车辆瞬态响应性能的技术效果。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种扭矩矢量电驱装置，包括壳体、总成控制器、驱动电机、传动机构、液压机构、离合器和差速器；
6.所述驱动电机安装于所述壳体；
7.所述总成控制器与所述驱动电机连接，所述驱动电机、所述传动机构、所述离合器和所述差速器依次传动连接；
8.所述液压机构包括电子油泵、二通阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第一液压缸和第二液压缸，所述总成控制器分别与所述电子油泵、所述二通阀、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀连接，所述电子油泵与所述二通阀连接，所述二通阀分别与所述驱动电机、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀连接，所述第一电磁阀与所述第一液压缸连通，所述第二电磁阀与所述第二液压缸连通，所述第一液压缸和所述第二液压缸分别设置于所述离合器的两侧。
9.在上述实现过程中，通过液压机构的耦合设计，通过二通阀将离合器的液压系统与驱动电机的冷却润滑系统耦合，既可实现液压系统的冷却润滑，又可实现后桥左右侧车轮扭矩单独控制，实现扭矩矢量控制，提升车辆操纵稳定性及越野通过性，同时通过系统多片离合器断开，可实现较好的燃油经济性；通过总成控制器将扭矩矢量计算液压系统驱动控制模块集成，既可实现扭矩的快速响应，又可不需要独立的扭矩矢量控制单元，高度集成
化，能显著提升车辆瞬态响应性能；从而，该扭矩矢量电驱装置可以实现提高燃油经济性和车辆瞬态响应性能的技术效果。
10.进一步地，所述装置还包括电气控制信号传输线，所述总成控制器通过所述电气控制信号传输线分别与所述电子油泵、所述二通阀、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀连接。
11.在上述实现过程中，通过电气控制信号传输线，实现总成控制器、电子油泵、二通阀、第一电磁阀、第二电磁阀之间的电连接；从而，一方面总成控制器作为电机控制器与驱动电机连接，可以控制驱动电机的运行；另一方面总成控制器刻实现扭矩矢量计算液压系统驱动控制，实现电机控制器和扭矩矢量计算液压系统驱动控制模块的集成。
12.进一步地，所述传动机构包括一级主动齿轮和一级从动齿轮，所述驱动电机包括电机转子，所述电机转子与所述一级主动齿轮传动连接，所述一级主动齿轮和所述一级从动齿轮传动连接。
13.进一步地，所述传动机构还包括二级齿轮轴、二级主动齿轮和二级从动齿轮，所述一级从动齿轮和所述二级齿轮轴传动连接，所述二级主动齿轮和所述二级从动齿轮传动连接，所述二级齿轮轴和所述二级主动齿轮固定安装。
14.进一步地，所述离合器包括花键鼓、第一对偶钢片、第二对偶钢片，所述二级从动齿轮与所述花键鼓固定安装，所述花键鼓的两侧分别安装所述第一对偶钢片、所述第二对偶钢片，所述第一对偶钢片和所述第二对偶钢片同步旋转。
15.在上述实现过程中，从动齿轮的内部与离合器的花键鼓通过激光焊接连接；花键鼓左右两侧分别安装有第一对偶钢片及第二对偶钢片，通过花键鼓的内外花键连接实现同步旋转。
16.进一步地，所述离合器还包括第一离合器片和第二离合器片，所述第一离合器片设置于所述第一对偶钢片，所述第二离合器片设置于所述第二对偶钢片，所述第一离合器片与所述第一对偶钢片配合形成第一压紧力，所述第二离合器片与所述第二对偶钢片配合形成第二压紧力。
17.在上述实现过程中，第一对偶钢片、第二对偶钢片对偶布置第一离合器片、第二离合器片，从而使对偶钢片与离合器片配合形成压紧力，且第一压紧力、第二压紧力相互独立、可单独设置。
18.进一步地，所述差速器包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端配合所述第一压紧力通过所述第一液压缸形成第一正压力，所述第二输出端配合所述第二压紧力通过所述第二液压缸形成第二正压力。
19.进一步地，所述装置还包括油滤器，所述油滤器分别连接所述电子油泵、所述二通阀。
20.进一步地，所述装置还包括离合器系统液压管路和冷却系统液压管路，所述液压机构内通过所述离合器系统液压管路连接，所述二通阀与所述驱动电机通过所述冷却系统液压管路连接。
21.第二方面，本技术实施例提供了一种电动车辆，包括如第一方面任一项所述的扭矩矢量电驱装置。
22.本技术公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点
可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术公开的上述技术即可得知。
23.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本技术实施例提供的扭矩矢量电驱装置的结构示意图；
26.图2为本技术实施例提供的线性二自由度汽车模型的示意图。
27.图标：壳体1；总成控制器2；电气控制信号传输线3；驱动电机4；电机转子5；一级主动齿轮6；一级从动齿轮7；二级齿轮轴8；二级主动齿轮9；二级从动齿轮10；花键鼓11；电子油泵12；油滤器13；二通阀14；第一电磁阀15；离合器系统液压管路16；冷却系统液压管路17；第二电磁阀18；第一输出端19；第一对偶钢片20；第一液压缸21；第一离合器片22；第二输出端23；第二对偶钢片24；第二液压缸25；第二离合器片26；第一驱动轴27；第二驱动轴28；第一驱动轮29；第二驱动轮30。
具体实施方式
28.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
30.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
31.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
33.本技术实施例提供了一种扭矩矢量电驱装置及电动车辆，可以应用于电机系统的扭矩控制；该扭矩矢量电驱装置通过液压机构的耦合设计，通过二通阀将离合器的液压系统与驱动电机的冷却润滑系统耦合，既可实现液压系统的冷却润滑，又可实现后桥左右侧车轮扭矩单独控制，实现扭矩矢量控制，提升车辆操纵稳定性及越野通过性，同时通过系统多片离合器断开，可实现较好的燃油经济性；通过总成控制器将扭矩矢量计算液压系统驱动控制模块集成，既可实现扭矩的快速响应，又可不需要独立的扭矩矢量控制单元，高度集成化，能显著提升车辆瞬态响应性能；从而，该扭矩矢量电驱装置可以实现提高燃油经济性和车辆瞬态响应性能的技术效果。
34.请参见图1，图1为本技术实施例提供的扭矩矢量电驱装置的结构示意图，该扭矩矢量电驱装置包括壳体1、总成控制器2、驱动电机4、传动机构、液压机构、离合器和差速器。
35.示例性地，驱动电机4安装于壳体1。
36.示例性地，壳体1作为电驱系统壳体，驱动电机4安装于壳体1的内部。
37.示例性地，总成控制器2与驱动电机4连接，驱动电机4、传动机构、离合器和差速器依次传动连接。
38.示例性地，总成控制器2作为电机控制器，与驱动电机4连接，可以控制驱动电机4的运行；同时驱动电机4、传动机构、离合器和差速器依次传动连接，将驱动电机4产生的动力依次由传动机构、离合器和差速器传递，最后由差速器传递至驱动轮。
39.示例性地，液压机构包括电子油泵12、二通阀14、第一电磁阀15、第二电磁阀18、第一液压缸21和第二液压缸25，总成控制器2分别与电子油泵12、二通阀14、第一电磁阀15、第二电磁阀18连接，电子油泵12与二通阀14连接，二通阀14分别与驱动电机4、第一电磁阀15、第二电磁阀18连接，第一电磁阀15与第一液压缸21连通，第二电磁阀18与第二液压缸25连通，第一液压缸21和第二液压缸25分别设置于离合器的两侧。
40.示例性地，第一液压缸21和第二液压缸25分别设置于离合器的两侧；在一些实施方式中，所述离合器的左侧离合器片压紧力、右侧离合器片压紧力，分别通过第一液压缸21和第二液压缸25增压形成正压力，正压力的大小体现了系统传递扭矩的能力。
41.示例性地，二通阀14分别与驱动电机4、第一电磁阀15、第二电磁阀18连接，其中第一电磁阀15、第二电磁阀18连通离合器的液压系统，实现通过二通阀14将离合器的液压系统与驱动电机4的冷却润滑系统耦合；从而，既可实现液压系统的冷却润滑，又可实现后桥左右侧车轮扭矩单独控制，实现扭矩矢量控制，提升车辆操纵稳定性及越野通过性，同时通过系统多片离合器断开，可实现较好的燃油经济性。
42.在一些实施方式中，电子油泵12、二通阀14、第一电磁阀15、第二电磁阀18及驱动电机4的运行，均通过总成控制器2进行驱动及控制。
43.示例性地，该扭矩矢量电驱装置还包括电气控制信号传输线3，总成控制器2通过电气控制信号传输线3分别与电子油泵12、二通阀14、第一电磁阀15、第二电磁阀18连接。
44.示例性地，通过电气控制信号传输线3，实现总成控制器2、电子油泵12、二通阀14、第一电磁阀15、第二电磁阀18之间的电连接；从而，一方面总成控制器2作为电机控制器与驱动电机4连接，可以控制驱动电机4的运行；另一方面总成控制器2刻实现扭矩矢量计算液压系统驱动控制，实现电机控制器和扭矩矢量计算液压系统驱动控制模块的集成。
45.示例性地，传动机构包括一级主动齿轮6和一级从动齿轮7，驱动电机4包括电机转
子5，电机转子5与一级主动齿轮6传动连接，一级主动齿轮6和一级从动齿轮7传动连接。
46.示例性地，传动机构还包括二级齿轮轴8、二级主动齿轮9和二级从动齿轮10，一级从动齿轮7和二级齿轮轴8传动连接，二级主动齿轮9和二级从动齿轮10传动连接，二级齿轮轴8和二级主动齿轮9固定安装。
47.示例性地，离合器包括花键鼓11、第一对偶钢片20、第二对偶钢片24，二级从动齿轮10与花键鼓11固定安装，花键鼓11的两侧分别安装第一对偶钢片20、第二对偶钢片24，第一对偶钢片20和第二对偶钢片24同步旋转。
48.示例性地，从动齿轮10的内部与离合器的花键鼓11通过激光焊接连接；花键鼓11左右两侧分别安装有第一对偶钢片20及第二对偶钢片24，通过花键鼓11的内外花键连接实现同步旋转。
49.示例性地，离合器还包括第一离合器片22和第二离合器片26，第一离合器片22设置于第一对偶钢片20，第二离合器片26设置于第二对偶钢片24，第一离合器片22与第一对偶钢片20配合形成第一压紧力，第二离合器片26与第二对偶钢片24配合形成第二压紧力。
50.示例性地，第一对偶钢片20、第二对偶钢片24对偶布置第一离合器片22、第二离合器片26，从而使对偶钢片与离合器片配合形成压紧力，且第一压紧力、第二压紧力相互独立、可单独设置。
51.示例性地，差速器包括第一输出端19和第二输出端23，第一输出端19配合第一压紧力通过第一液压缸21形成第一正压力，第二输出端23配合第二压紧力通过第二液压缸25形成第二正压力。
52.在一些实施方式中，通过花键鼓11的内外花键，第一离合器片22、第二离合器片26分别与差速器的第一输出端19、第二输出端23连接，所述第一离合器片22的压紧力、第二离合器片26的压紧力分别通过第一液压缸21及第二液压缸25增压形成正压力，正压力的大小体现了系统传递扭矩的能力，最后将独立的动力通过第一驱动轴27、第二驱动轴28分别传递至第一驱动轮29、第二驱动轮30中。
53.示例性地，该扭矩矢量电驱装置还包括油滤器13，油滤器13分别连接电子油泵12、二通阀14。
54.示例性地，油滤器13安装在电子油泵12、二通阀14的管道上，能除去流体中的较大固体杂质，使扭矩矢量电驱装置能正常工作和运转，达到稳定工艺过程，保障安全的作用。
55.示例性地，该扭矩矢量电驱装置还包括离合器系统液压管路16和冷却系统液压管路17，液压机构内通过离合器系统液压管路16连接，二通阀14与驱动电机4通过冷却系统液压管路17连接。
56.示例性地，针对现有技术中的问题，本技术实施例提供了一种扭矩矢量电驱装置，可以实现高性能的扭矩矢量电驱系统，通过液压系统耦合设计，将扭矩多片离合器液压系统与电驱系统冷却润滑系统耦合，既可实现液压系统的冷却润滑，又可实现后桥左右侧车轮扭矩单独控制，实现扭矩矢量控制，提升车辆操纵稳定性及越野通过性，同时通过系统多片离合器断开，可实现较好的燃油经济性。通过将扭矩矢量计算液压系统驱动控制模块集成到电机控制器中，既可实现扭矩的快速响应，又可不需要独立的扭矩矢量控制单元，高度集成化，能显著提升车辆瞬态响应性能。
57.示例性地，本技术实施例提供的扭矩矢量电驱装置，通过减速器第二级从动齿轮
端左右侧液压多片离合器设计，可取消常规差速器，通过左右侧液压系统独立控制，可实现单电机驱动下的扭矩矢量控制；通过二通阀设计，可将离合器液压控制系统与电驱系统润滑冷却系统耦合；通过扭矩矢量计算单元，电子油泵控制，二通阀控制及液压电磁阀集成到总成控制系统中，可实现电驱系统的高效集成控制。
58.在一些实施场景中，电动车辆在常规四轮直线行驶时，为满足动力性及燃油经济性，在不追求车辆动态性能时，整车控制器根据指令需要后桥扭矩输出时，此时总成控制器2控制第一离合器片22、第二离合器片26的结合，后桥辅助驱动，具体为：总成控制器2接收到整车控制器的扭矩模式指令(vcu_icu_modeset＝＝trq mode)，驱动电机4进入扭矩模式，总成控制器2开启二通阀14，同时开启第一电磁阀15、第二电磁阀18，液压缸压离合器片，当液压缸达到一定压力时，二通阀14及电磁阀关闭，液压系统进入保压状态，后轮左侧驱动力(trr)、右侧驱动力(trl)：trr＝trl＝vcu_icu_trq/2。
59.在一些实施场景中，电动车辆常规四轮转弯行驶时，即在四轮驱动状态下转弯行驶，在不需要车辆动态性能时，此时总成控制器2控制第一离合器片22、第二离合器片26根据方向盘转角大小修正压力值，电机小扭矩辅助驱动，具体为：总成控制器2接收到整车控制器的扭矩模式指令(vcu_icu_modeset＝＝trq mode)，驱动电机4进入扭矩模式，总成控制器2开启二通阀14，同时开启第一电磁阀15、第二电磁阀18、第一液压缸21和第二液压缸25，液压缸压离合器片，当液压缸达到预定压力时，二通阀14及电磁阀关闭，液压系统进入保压状态，车辆动力车辆正常驱动，预定压力根据整车方向盘转角及车速等修正，经过标定过后，离合器片可正常滑摩，不会存在轮间转向干涉现象。
60.请参见图2，图2为本技术实施例提供的线性二自由度汽车模型的示意图。
61.在一些实施场景中，电动车辆处于运动跟踪扭矩矢量控制模式并左转向：当车辆需要较好的操纵稳定性动态性能时，为改善车辆的转向特性，可根据预定的控制策略在车身稳定性系统响应之前，通过后桥左右扭矩单独控制实现扭矩矢量分配，修正车辆状态，改善操纵稳定性。
62.示例性地，为说明系统的性能，以2自由度汽车模型横摆角速度跟随控制为例进行说明(参见图2)，计算所需车辆横摆力矩需求，通过扭矩矢量实现横摆力矩控制。建立汽车二自由度模型：
[0063][0064][0065]
考虑路面附着系数的限制，其质心侧偏角与横摆角速度需满足如下约束条件：
[0066][0067]
上式中，k1、k2为前、后轮轮胎侧偏刚度，μ为路面附着系数，w
rd
为名义横摆角速度，βd为名义质心侧偏角。
[0068]
计算需求横摆力矩时，采用车辆横摆角速度跟踪控制方法计算横摆力矩，确定性能指标：
[0069][0070]
其中，w为实际横摆角速度，wrd为目标横摆角速度，w为权重系数，mz为目标横摆力矩。为使j最小计算横摆角速度，有：
[0071]
mz＝frl*r*b-frr*r*b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)；
[0072]
vcu_icu_trq＝frl+frr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)；
[0073]
由公式(9)、(10)得，在vcu_icu_trq需求扭矩一定时，通过总成控制器2根据性能指标j最小，分别计算frl及frr的扭力分配，再根据需要传递的动力，通过总成控制器2控制二通阀14、电磁阀的开启，以控制液压缸的压紧力，从而控制左右侧的扭矩传递，以改善车辆的动态特性。具体为：总成控制器2根据vcu_icu_trq及计算所需的mz，计算出后桥左侧车轮转矩mrl、右侧车轮转矩mrr，然后在根据所需传递的力矩计算出当前电子油泵12转速下，二通阀14的开启量，并控制二通阀14开启，同时，计算第一电磁阀15、第二电磁阀18的开启度，控制电磁阀开启，当两侧液压缸达到预定压力时，二通阀14关闭、电磁阀关闭，液压系统进入保压状态，系统可靠的传递扭矩。
[0074]
在一些实施场景中，同理，右转向时，通过扭矩矢量控制实现使得整车以质心为中心的顺时针旋转力矩mz，改善车辆不足转向，提升车辆性能。
[0075]
在一些实施场景中，车辆打滑脱困(单侧打滑脱困)：当后桥轮间打滑时，如在对开路面上行驶时，由扭矩矢量控制系统迅速结合，快速脱困。后桥左右两侧相当于刚性连接，最大化后桥附着力。以左侧在高附，右侧在低附路面为例，当系统检测到右侧车轮打滑时，迅速压紧两侧离合器片，这时后桥左右车轮相当于刚性连接，增大后桥扭矩输出，可使系统充分利用左侧车轮附着，使车辆迅脱困。
[0076]
在一些实施场景中，车辆前桥打滑脱困时，同理，整车控制器控制增大后桥输出扭矩，并通过扭矩矢量实现后桥最大扭矩输出，提车车辆脱困性能。
[0077]
在一些实施场景中，当车辆速度较高时，可断开控制：根据最优经济性准则，无需后桥扭矩输出，此时总成控制器2控制左右液压多片的离合器断开。具体为：当车速＞v时，总成控制器2接收到整车控制器的模式指令(vcu_icu_modeset＝＝disconnect)，总成控制器2控制二通阀14关闭向第一电磁阀15、第二电磁阀18的液压传递，第一电磁阀15、第二电磁阀18关闭，液压缸不压紧离合器片，此时离合器片与对偶钢片之间分离，差速器输出端与驱动轴空转，驱动电机、减速箱、离合器鼓、离合器片等静止，降低电机的开关损耗，从而降低传动系统空转损耗。
[0078]
综上，本技术实施例提供的扭矩矢量电驱装置实现了常规电驱系统难以实现的矢量控制，单侧打滑控制及可断开控制功能。以上功能的实现，均需在低附，高附，越野路等各种路面对急加速，单移线、双移线、高速转弯、对开对接爬坡等路面上进行标定。
[0079]
示例性地，本技术实施例提供了一种电动车辆，包括如图1所示的扭矩矢量电驱装置。
[0080]
在本技术所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本技术实施例不再多加赘述。
[0081]
应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本技术实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实
施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本技术实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
[0082]
在本技术的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0083]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应与权利要求的保护范围为准。