電動汽車雙電機獨立驅(qū)動后輪機械式自適應(yīng)差速器的設(shè)計

付君偉

(浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學院，浙江紹興 312000)

電動汽車雙電機獨立驅(qū)動后輪機械式自適應(yīng)差速器的設(shè)計

付君偉

(浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學院，浙江紹興 312000)

電動汽車的驅(qū)動傳動系統(tǒng)采用了雙電機獨立驅(qū)動后輪的方案，通過設(shè)置在兩臺電機相對輸出軸之間的機械式自適應(yīng)差速器可以協(xié)調(diào)汽車轉(zhuǎn)彎和路面顛簸時兩后輪之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。這種差速器要求驅(qū)動電機兩端都有輸出軸并具有足夠的過載承受能力。關(guān)鍵在于慣性環(huán)的設(shè)計，慣性環(huán)工作過程按照最小能耗原理把它的轉(zhuǎn)動慣量自動分配給與左右半軸關(guān)聯(lián)的齒輪。

電動汽車；獨立驅(qū)動；自適應(yīng)差速器；慣性環(huán)

0 引言

現(xiàn)代電動汽車驅(qū)動方案有電機集中驅(qū)動、雙電機獨立驅(qū)動及輪轂電機驅(qū)動等形式。在中速兩座電動汽車傳動裝置和驅(qū)動電機及控制優(yōu)化項目中，作者采用了雙電機獨立驅(qū)動后輪的方案，這便產(chǎn)生汽車轉(zhuǎn)彎和路面顛簸時協(xié)調(diào)兩驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速的問題。為了解決這樣的問題，更多人通過采集轉(zhuǎn)向角、滑轉(zhuǎn)率[1]、電機電流等多種途徑設(shè)計了電子差速器。但從實際應(yīng)用來看，它們對汽車轉(zhuǎn)彎時兩驅(qū)動輪間的滑移控制效果并沒有達到理想的程度，還使整車控制器的設(shè)計繁瑣復雜，投入成倍增加。為此，作者設(shè)計了電動汽車雙電機獨立驅(qū)動后輪機械式自適應(yīng)差速器。

1 機械式自適應(yīng)差速器的適用條件

中速兩座電動汽車主要為城市上班族和接送幼兒學生等群體量身定制，乘員在兩人以下，有效質(zhì)量250 kg，整備質(zhì)量不超過800 kg，巡航車速60 km/h，最高車速100 km/h，0～60 km/h加速時間為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。為了達到上述性能定位要求，電動汽車的傳動裝置采用了雙電機獨立驅(qū)動后輪的方案，驅(qū)動電機選用了永磁無刷直流電機系統(tǒng)。這種電機系統(tǒng)能在基速以下的恒扭矩區(qū)輸出較大扭矩，過載能力較強(過載系數(shù)3～4)，加速性能好，使用壽命長，適應(yīng)車輛啟動、加速、負荷爬坡、頻繁起停等復雜工況。在基速以上的恒功率區(qū)能釋放較高轉(zhuǎn)速，以滿足汽車在平坦路面上高速行駛和超車需要。正是這種過載承受能力，為兩電機相對輸出軸之間設(shè)置機械式自適應(yīng)差速器提供了條件。

2 機械式自適應(yīng)差速器的設(shè)計

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

動力經(jīng)傳動軸輸入差速器，直接驅(qū)動行星輪架，再由行星輪架上的行星齒輪帶動左、右半軸齒輪輸出動力，分別驅(qū)動左、右車輪。它實質(zhì)是把一個方向傳來的動力分配給兩根半軸，同時按照最小能耗原理自動協(xié)調(diào)兩根半軸間的轉(zhuǎn)速關(guān)系[2]。

當雙電機獨立驅(qū)動左、右半軸輸出動力時，為了協(xié)調(diào)兩驅(qū)動輪間的轉(zhuǎn)速關(guān)系，就需要電機兩端都要有輸出軸。電機一端的降速增扭輸出軸驅(qū)動半軸和車輪，另一端的高速輸出軸接入機械式自適應(yīng)差速器(參見圖2)。機械式自適應(yīng)差速器工作過程如下：

(1)當汽車兩后輪的滾動阻力相等時，差速器上的齒輪1、齒輪2的轉(zhuǎn)速相同，一起帶動行星齒輪和慣性環(huán)同向同速旋轉(zhuǎn)，行星齒輪不自轉(zhuǎn)，即n1=n2=n3。這時慣性環(huán)有利于維持兩電機當前的運行狀態(tài)。

(2)一旦汽車向左轉(zhuǎn)彎時，則左側(cè)驅(qū)動輪的滾動阻力必然大于右側(cè)，導致齒輪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)如果汽車出現(xiàn)左側(cè)驅(qū)動輪堵轉(zhuǎn)、右側(cè)驅(qū)動輪懸空(比如右側(cè)驅(qū)動輪陷入泥潭)的極端情況，則對應(yīng)左側(cè)電機的限流保護功能就會讓電機處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，而右側(cè)的齒輪2正常轉(zhuǎn)動，行星齒輪發(fā)生自轉(zhuǎn)，帶動慣性環(huán)同向轉(zhuǎn)動，即n1=0，n3=n2，同樣不會燒毀電機。

3 總結(jié)

很顯然,這種差速器能夠很好地解決雙電機獨立驅(qū)動后輪時轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)問題，擺脫了電子差速器開發(fā)的道道難關(guān)，降低了研發(fā)成本，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，維修方便，對于電動汽車上類似的驅(qū)動傳動裝置具有很好的適用性。在采用這種差速器時，一定要優(yōu)先選擇永磁無刷這類過載承受能力較強的驅(qū)動電機，否則可能燒毀一側(cè)的電機。同時還要根據(jù)汽車的整備質(zhì)量、再生制動或電磁剎車器等因素合理設(shè)計慣性環(huán)的大小。因為慣性環(huán)的轉(zhuǎn)動慣量太小，則起不到協(xié)調(diào)兩驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速的作用；如果慣性環(huán)的轉(zhuǎn)動慣量過大，有可能削弱啟動、加速時的動力性。

【1】譚國俊，錢苗旺.雙電機獨立驅(qū)動電動車輛電子差速控制[J].微特電機，2009(6)：33-34.

【2】何洪文.電動汽車原理與構(gòu)造[M].北京：機械工業(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，高級工程師，主要研究方向為自動控制技術(shù)在現(xiàn)代汽車制造過程中的應(yīng)用。E-mail:justinfoo@163.com。