電動(dòng)汽車(chē)雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后輪機(jī)械式自適應(yīng)差速器的設(shè)計(jì)

付君偉

(浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，浙江紹興 312000)

電動(dòng)汽車(chē)雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后輪機(jī)械式自適應(yīng)差速器的設(shè)計(jì)

付君偉

(浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，浙江紹興 312000)

電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)采用了雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后輪的方案，通過(guò)設(shè)置在兩臺(tái)電機(jī)相對(duì)輸出軸之間的機(jī)械式自適應(yīng)差速器可以協(xié)調(diào)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎和路面顛簸時(shí)兩后輪之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。這種差速器要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩端都有輸出軸并具有足夠的過(guò)載承受能力。關(guān)鍵在于慣性環(huán)的設(shè)計(jì)，慣性環(huán)工作過(guò)程按照最小能耗原理把它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自動(dòng)分配給與左右半軸關(guān)聯(lián)的齒輪。

電動(dòng)汽車(chē)；獨(dú)立驅(qū)動(dòng)；自適應(yīng)差速器；慣性環(huán)

0 引言

現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)方案有電機(jī)集中驅(qū)動(dòng)、雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)及輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)等形式。在中速兩座電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制優(yōu)化項(xiàng)目中，作者采用了雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后輪的方案，這便產(chǎn)生汽車(chē)轉(zhuǎn)彎和路面顛簸時(shí)協(xié)調(diào)兩驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速的問(wèn)題。為了解決這樣的問(wèn)題，更多人通過(guò)采集轉(zhuǎn)向角、滑轉(zhuǎn)率[1]、電機(jī)電流等多種途徑設(shè)計(jì)了電子差速器。但從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，它們對(duì)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)兩驅(qū)動(dòng)輪間的滑移控制效果并沒(méi)有達(dá)到理想的程度，還使整車(chē)控制器的設(shè)計(jì)繁瑣復(fù)雜，投入成倍增加。為此，作者設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車(chē)雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后輪機(jī)械式自適應(yīng)差速器。

1 機(jī)械式自適應(yīng)差速器的適用條件

中速兩座電動(dòng)汽車(chē)主要為城市上班族和接送幼兒學(xué)生等群體量身定制，乘員在兩人以下，有效質(zhì)量250 kg，整備質(zhì)量不超過(guò)800 kg，巡航車(chē)速60 km/h，最高車(chē)速100 km/h，0～60 km/h加速時(shí)間為5 s，爬坡度為20%，鋰離子電池板質(zhì)量接近200 kg，續(xù)駛里程200 km左右。為了達(dá)到上述性能定位要求，電動(dòng)汽車(chē)的傳動(dòng)裝置采用了雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后輪的方案，驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用了永磁無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)。這種電機(jī)系統(tǒng)能在基速以下的恒扭矩區(qū)輸出較大扭矩，過(guò)載能力較強(qiáng)(過(guò)載系數(shù)3～4)，加速性能好，使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)車(chē)輛啟動(dòng)、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁起停等復(fù)雜工況。在基速以上的恒功率區(qū)能釋放較高轉(zhuǎn)速，以滿(mǎn)足汽車(chē)在平坦路面上高速行駛和超車(chē)需要。正是這種過(guò)載承受能力，為兩電機(jī)相對(duì)輸出軸之間設(shè)置機(jī)械式自適應(yīng)差速器提供了條件。

2 機(jī)械式自適應(yīng)差速器的設(shè)計(jì)

大家都知道，普通差速器(參見(jiàn)圖1)是由行星齒輪、行星輪架、半軸齒輪等零件組成的。

動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)軸輸入差速器，直接驅(qū)動(dòng)行星輪架，再由行星輪架上的行星齒輪帶動(dòng)左、右半軸齒輪輸出動(dòng)力，分別驅(qū)動(dòng)左、右車(chē)輪。它實(shí)質(zhì)是把一個(gè)方向傳來(lái)的動(dòng)力分配給兩根半軸，同時(shí)按照最小能耗原理自動(dòng)協(xié)調(diào)兩根半軸間的轉(zhuǎn)速關(guān)系[2]。

當(dāng)雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)左、右半軸輸出動(dòng)力時(shí)，為了協(xié)調(diào)兩驅(qū)動(dòng)輪間的轉(zhuǎn)速關(guān)系，就需要電機(jī)兩端都要有輸出軸。電機(jī)一端的降速增扭輸出軸驅(qū)動(dòng)半軸和車(chē)輪，另一端的高速輸出軸接入機(jī)械式自適應(yīng)差速器(參見(jiàn)圖2)。機(jī)械式自適應(yīng)差速器工作過(guò)程如下：

(1)當(dāng)汽車(chē)兩后輪的滾動(dòng)阻力相等時(shí)，差速器上的齒輪1、齒輪2的轉(zhuǎn)速相同，一起帶動(dòng)行星齒輪和慣性環(huán)同向同速旋轉(zhuǎn)，行星齒輪不自轉(zhuǎn)，即n1=n2=n3。這時(shí)慣性環(huán)有利于維持兩電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。

(2)一旦汽車(chē)向左轉(zhuǎn)彎時(shí)，則左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力必然大于右側(cè)，導(dǎo)致齒輪1的轉(zhuǎn)速n1小于齒輪2的轉(zhuǎn)速n2，行星齒輪發(fā)生自轉(zhuǎn)，促使慣性環(huán)改變轉(zhuǎn)速，即n1

(3)如果汽車(chē)出現(xiàn)左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪堵轉(zhuǎn)、右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪懸空(比如右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪陷入泥潭)的極端情況，則對(duì)應(yīng)左側(cè)電機(jī)的限流保護(hù)功能就會(huì)讓電機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，而右側(cè)的齒輪2正常轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪發(fā)生自轉(zhuǎn)，帶動(dòng)慣性環(huán)同向轉(zhuǎn)動(dòng)，即n1=0，n3=n2，同樣不會(huì)燒毀電機(jī)。

3 總結(jié)

很顯然,這種差速器能夠很好地解決雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后輪時(shí)轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)問(wèn)題，擺脫了電子差速器開(kāi)發(fā)的道道難關(guān)，降低了研發(fā)成本，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，維修方便，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)上類(lèi)似的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置具有很好的適用性。在采用這種差速器時(shí)，一定要優(yōu)先選擇永磁無(wú)刷這類(lèi)過(guò)載承受能力較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，否則可能燒毀一側(cè)的電機(jī)。同時(shí)還要根據(jù)汽車(chē)的整備質(zhì)量、再生制動(dòng)或電磁剎車(chē)器等因素合理設(shè)計(jì)慣性環(huán)的大小。因?yàn)閼T性環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太小，則起不到協(xié)調(diào)兩驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速的作用；如果慣性環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過(guò)大，有可能削弱啟動(dòng)、加速時(shí)的動(dòng)力性。

【1】譚國(guó)俊，錢(qián)苗旺.雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)輛電子差速控制[J].微特電機(jī)，2009(6)：33-34.

【2】何洪文.電動(dòng)汽車(chē)原理與構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013:55-56.

Design of Mechanical Adaptive Differential Gear for Electric Vehicle with DoubleMotors to Drive Rear Wheels Independently

FU Junwei

(Zhejiang Agriculture Trade Vocation College, Shaoxing Zhejiang 312000, China)

The scheme of double motors to drive rear wheels independently was adopted in the drive system of electric vehicle. Though setting the mechanical adaptive differential gear between the relative output shafts of the two motors, the rotate speed relation between the two rear wheels could be coordinated, when the car made a turn or ran on bump road. It needed output shafts at both ends of motor had enough overload capacity. The inertia ring design was the key. According to the principle of minimum energy consumption, the inertia moment of the ring was automatically assigned to gears associated half shafts.

Electric vehicle; Independent drive; Adaptive differential gear; Inertia ring

2015-09-22

付君偉(1964—)，男，碩士,教授，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制技術(shù)在現(xiàn)代汽車(chē)制造過(guò)程中的應(yīng)用。E-mail:justinfoo@163.com。