一种轮边驱动结构及其转矩实时检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电动汽车驱/传动系统领域，具体设及一种轮边驱动结构及其转矩实 时检测方法。
【背景技术】
[0002] 转矩是各种工程机械传动轴的基本载荷形式，与动力机械的工作能力、能源消耗、 效率、运转寿命及安全性能等元素紧密联系，转矩检测对传动轴承受动载荷的监测与控制、 传动系统各零部件的强度设计、故障的诊断、原动机容量的选择等都具有重要的意义。
[0003] 目前转矩检测方法主要包括平衡力法、能量转换法和传递法。平衡力法转矩测量 装置又称作测功器，一般由旋转机、平衡支承和平衡力测量机构组成，按照安装在平衡支承 上的机器种类，可分为电力测功器、水力测功器等。平衡支承有滚动支承、双滚动支承、扇形 支承、液压支承及气压支承等。平衡力法直接从机体上测扭矩，不存在从旋转件到静止件的 扭矩传递问题，但它仅适合检测匀速工作情况下的扭矩，不能测量动态扭矩。能量转化法是 依据能量守恒定律，通过测量其他形式的能量如电能、热能参数来测量旋转机械的机械能， 进而获得与扭矩有关的能量系数巧日电能系数）来确定被测扭矩大小的方法，测量误差比较 大，一般只在电机和液机扭矩测量方面有较多的应用。传递法大多采用非接触式测量，使用 方便，结构简单，但非接触式测量由于温度、算法等因素的影响W及相关信号的采集困难， 精度还需进一步提高。
[0004] 电动汽车的车辆稳定系统和动力驱动系统都需要使用转矩信号，转矩信号的获取 对驱动系统的优化控制有着重要的意义。电动汽车转矩信号的获得通常是根据电机电压、 电流及转速信号，按照能量转换法间接估计出电机瞬时转矩，该方法受到电机实际工作特 性的影响，精度较差。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在提出一种轮边驱动结构及其转矩实时检测方法。通过在轮边减速器上 合理布置转矩检测机构，在保证基本传动要求的前提下，可实时检测出轮边减速器输入轴 的转矩，并W电信号的形式输出，从而用于驱动系统的优化控制，该方法用于转矩实时检测 精度高、稳定性好、通用性强、成本低。
[0006] 为达到上述发明目的，本发明的提供的技术方案是： 一种轮边驱动结构，包括减速器壳体、中间齿轮轴、第一级从动齿轮、第二级从动齿轮、 套筒、力传感器、支承轴承；所述中间齿轮轴的一端通过轴承内圈支撑于所述减速器壳体， 所述中间齿轮轴的另一端通过轴承内圈支撑于所述套筒的内孔；所述套筒有螺纹孔，按照 一定角度通过力传感器与减速器壳体联接。
[0007] 中间齿轮轴与第二级主动齿轮一体设计成齿轮轴的结构，第一级从动齿轮与中间 齿轮轴通过键联接，中间齿轮轴右端通过轴承内圈支撑于减速器壳体，左端通过支承轴承 内圈支撑于套筒的内孔；第二级从动齿轮与输出轴通过键连接，输出轴两端通过轴承内圈 支撑于减速器壳体。
[0008] 所述的力传感器两端都有螺柱，可分别梓入套筒和减速器壳体相应的螺纹孔内， 力传感器可同时承受拉力和压力，当其受到力的作用时，将会有电压信号输出。
[0009] 所述的套筒为半剖圆柱筒结构，其半剖面与减速器壳体贴合。
[0010] 当轮边减速器正常工作时，支承轴承将受到中间齿轮轴作用的支反力，可分解为X 方向和Y方向，轴承支反力与Y方向分力的夹角为a，布置传感器时，传感器的轴线方向与 Y方向的夹角也为a,即支承轴承只受到中间齿轮轴作用的支反力与套筒的支撑力作用，处 于二力平衡状态，从而保证齿轮的正常传动。通过计算推导可知a为一定值。
[0011] 根据中间齿轮轴受力及力矩平衡关系，可得中间齿轮轴左端支承轴承处的受力：
【主权项】
1. 一种轮边驱动结构，其特征在于：包括减速器壳体、中间齿轮轴、第一级从动齿轮、 第二级从动齿轮、套筒、力传感器、支承轴承；所述中间齿轮轴的一端通过轴承内圈支撑于 所述减速器壳体，所述中间齿轮轴的另一端通过轴承内圈支撑于所述套筒的内孔；所述套 筒有螺纹孔，按照一定角度通过力传感器与减速器壳体联接。
2. 根据权利要求1所述的一种轮边驱动结构，其特征在于：中间齿轮轴与第二级主动 齿轮一体设计成齿轮轴的结构，第一级从动齿轮与中间齿轮轴通过键联接，中间齿轮轴右 端通过轴承内圈支撑于减速器壳体，左端通过支承轴承内圈支撑于套筒的内孔；第二级从 动齿轮与输出轴通过键连接，输出轴两端通过轴承内圈支撑于减速器壳体。
3. 根据权利要求1所述的一种轮边驱动结构，其特征在于：所述的力传感器两端都有 螺柱，可分别拧入套筒和减速器壳体相应的螺纹孔内，力传感器可同时承受拉力和压力，当 其受到力的作用时，将会有电压信号输出。
4. 根据权利要求1所述的一种轮边驱动结构，其特征在于：所述的套筒为半剖圆柱筒 结构，其半剖面与减速器壳体贴合。
5. -种如任一权利要求1至4所述的一种轮边驱动结构的转矩实时检测方法，其特征 在于：当减速器正常工作时，支承轴承只受到中间齿轮轴作用的支反力与套筒的支撑力作 用，处于二力平衡状态，从而保证齿轮的正常传动；力传感器受到的力与减速器输入轴转矩 之间为线性比例关系，力传感器受到的力以电信号的形式输出，经检测、计算后可得到减速 器的实时转矩： 根据中间齿轮轴受力及力矩平衡关系，可得中间齿轮轴左端支承轴承处的受力：
其中，一一中间齿轮轴左端支承轴承受到的与齿轮径向力平行的力 ^一一中间齿轮轴左端支承轴承受到的与齿轮周向平行的力 R一一齿轮分度圆半径 Ft一一齿轮受到的周向力 K一一齿轮受到的径向力 Fa一一齿轮受到的轴向力 L--中间齿轮轴左右轴承宽度中心距尚 L1一一第一级从动齿轮齿宽中心到中间齿轮轴右端轴承宽度中心距离 j-2--第一级从动齿轮齿宽中心到中间齿轮轴右端轴承宽度中心距1? 再，根据作用力与反作用力的关系，可得支承轴承受到来自中间齿轮轴的支反力F，其 可分解为X和Y两个方向的分力4、耳，F与4的夹角为《 ;同时支承轴承还受到套筒的 支撑力巧:，力传感器两端分别安装在套筒和减速器壳体的螺纹孔中，因为传感器轴线方向 与Y方向的夹角也为G，故支承轴承处于二力平衡状态；力传感器中测试力即套筒对支承 轴承支撑力在，由支承轴承受力平衡可得： 其中
zI--输入齿轮轴齿数 z2--第一级从动齿轮齿数 R1一一输入齿轮轴分度圆半径 ^3--中间齿轮轴分度圆半径 T-输入齿轮轴转矩 换算后可得：
由公式6可知，比例系数i仅与轮边减速器布置形式和齿轮参数有关，当轮边减速器设 计确定后，比例系数为定值。
【专利摘要】转矩实时信号对电动汽车稳定系统和驱动系统控制具有非常重要的意义，而现在轮边驱动电机的转矩大多采用能量转换法间接换算得到，精度较差。本发明提出了一种轮边驱动转矩实时检测方法，通过将转矩检测机构合理布置于轮边减速器上，在保证基本传动要求的前提下，可检测减速器传递的转矩，并以电信号的形式输出，从而用于驱动系统的优化控制，该方法用于转矩实时检测精度高、稳定性好、通用性强、成本低。
【IPC分类】G01L3-00, B60K17-04
【公开号】CN104748899
【申请号】CN201510129001
【发明人】陈辛波, 杭鹏, 王叶枫, 王弦弦, 王威
【申请人】同济大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月20日