專利名稱：齒輪差速器、系統(tǒng)及對(duì)其輸出扭矩進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及齒輪差速器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的輪間差速器是行星齒輪的一種變形機(jī)構(gòu)，一般而言，動(dòng)力機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī)或者電動(dòng)機(jī)等)的動(dòng)力都是經(jīng)由行星架輸入的，左、右半軸連接于行星排的太陽(yáng)輪軸和齒圈軸，根據(jù)行星排的固有特性，使得輸入和輸出端的轉(zhuǎn)速有著下列的關(guān)系2N輸入＝N左+N右；相應(yīng)的扭矩關(guān)系(不考慮正負(fù))為T輸入∶T左∶T右＝2∶1∶1當(dāng)左、右車輪輪速相差不大，即沒有任何一側(cè)車輪打滑時(shí)候，車輛可以實(shí)現(xiàn)正常的扭矩輸出，實(shí)現(xiàn)期望的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)；但是，一旦一側(cè)車輪發(fā)生打滑，其對(duì)應(yīng)半軸的負(fù)載扭矩下降，直接導(dǎo)致了另一側(cè)半軸的輸出能力下降，動(dòng)力不能由路況較好的輪端最大化輸出，車輛的驅(qū)動(dòng)力就大大降低了，相應(yīng)的車輛的行駛通過(guò)性能就產(chǎn)生下降。此時(shí)在車輪上產(chǎn)生的總牽引力最大值可以達(dá)到Ftmax＝2FΦmin+Tf/rr，即最大牽引力為2倍的附著小車輪的牽引力FΦmin和差速器內(nèi)摩擦產(chǎn)生的力Tf/rr，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率發(fā)揮不出來(lái)，造成能力浪費(fèi)，所以現(xiàn)有的鎖止差速器是通過(guò)在左、右半軸間增加一套摩擦機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)扭矩的分配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)車輪左右側(cè)車輪打滑時(shí)候的輪間鎖止，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的功率可以由附著狀況較好的輪端輸出，增加動(dòng)力性。但是，這種利用摩擦機(jī)構(gòu)存在如下缺點(diǎn)1)不能實(shí)現(xiàn)差速器的可控鎖止；2)靈敏度和鎖止效率低；3)不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，可控性較低；4)能量損失大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)且響應(yīng)速度快的齒輪差速器、系統(tǒng)及對(duì)其輸出扭矩進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br> 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該齒輪差速器包括差速器外殼、行星齒輪、具有齒輪的左半軸、具有齒輪的右半軸及左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，該行星齒輪通過(guò)其齒輪軸固定在該差速器外殼上，該左、右半軸的齒輪均與該行星齒輪嚙合，還包括，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的定子為固定設(shè)置，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子分別與左、右半軸固連。
所述的左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子均具有軸向貫穿的空腔，左、右半軸分別穿過(guò)左、右補(bǔ)償電機(jī)的空腔并與空腔的腔壁緊配合。
該齒輪差速系統(tǒng)包括差速器外殼、行星齒輪、具有齒輪的左半軸、具有齒輪的右半軸及左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，該行星齒輪通過(guò)其齒輪軸固定在差速器外殼上，該左、右半軸的齒輪均與該行星齒輪嚙合，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的定子為固定設(shè)置，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子分別與左、右半軸固連，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)均與一控制單元的輸出端連接，該控制單元的輸入端與輪速傳感器連接，該輪速傳感器檢測(cè)車輪的速度，該控制單元根據(jù)該速度計(jì)算該車輪的滑移率并根據(jù)該滑移率來(lái)控制左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)。
該對(duì)齒輪差速器的輸出扭矩進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，包括如下步驟a)通過(guò)輪速傳感器獲取車輪的轉(zhuǎn)速；b)控制單元根據(jù)該轉(zhuǎn)速計(jì)算出該車輪的滑移率；c)判斷該滑移率是否處于設(shè)定的滑移率范圍之內(nèi)，如果該滑移率處于該設(shè)定的滑移率范圍之外，則控制單元控制該車輪對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)輸出扭矩而進(jìn)行扭矩補(bǔ)償。
所述的步驟c)后還包括步驟d)根據(jù)該車輪在補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的滑移率，控制單元實(shí)時(shí)調(diào)整該補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，直至滑移率處于設(shè)定的滑移率范圍之內(nèi)。
所述步驟c)還包括如果該滑移率處于設(shè)定的滑移率范圍之內(nèi)，則補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)不工作。
本發(fā)明的有益效果是，由于利用補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)來(lái)補(bǔ)償車輪打滑時(shí)不足的負(fù)載力矩，使得左、右側(cè)車輪都可以在最佳的附著狀況下工作，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高了響應(yīng)速度，而且便于進(jìn)行差速補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的剖視圖。
圖3是本發(fā)明的電路框圖。
圖4是本發(fā)明的流程框圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1至圖4，本發(fā)明齒輪差速器為一種輪間差速器，其包括行星齒輪1、具有齒輪51的左半軸5、具有齒輪41的右半軸4、左補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)6及右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)3，該行星齒輪1固套在齒輪軸11上，該齒輪軸11固定在差速器外殼8上，該差速器外殼8接受動(dòng)力機(jī)傳遞來(lái)的動(dòng)力。該左半軸5傳動(dòng)左側(cè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒輪51與該行星齒輪1嚙合。該右半軸4傳動(dòng)該右側(cè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒輪41與該行星齒輪1嚙合。該左補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)6包括左補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)定子60和左補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子61，該左補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)定子60固定設(shè)置(如固定在車身上)，該左補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子61具有軸向貫穿的空腔611，該左半軸5與該空腔611腔壁通過(guò)齒輪花鍵的配合而固連一體。該右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)3包括右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)定子30和右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子31，該右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)定子30固定設(shè)置(如固定在車身上)，該右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子31具有軸向貫穿的空腔311，該右半軸4與該空腔311腔壁通過(guò)齒輪花鍵的配合而固連一體。當(dāng)差速器外殼8接收到動(dòng)力輸入時(shí)，行星齒輪軸11和行星齒輪1同步旋轉(zhuǎn)，則行星齒輪1將動(dòng)力分別傳遞到左、右半軸5、4。
該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)6、3均與車輛的控制單元(即ECU)的輸出端連接，該控制單元的輸入端與輪速傳感器的輸出端連接，該輪速傳感器檢測(cè)車輪的速度信號(hào)。
按照前面介紹的行星排的固有特性，相應(yīng)的公式為2N8＝N5+N4；T8∶T5∶T4＝2∶1∶1其中，N8表示差速器外殼8的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，N5表示左半軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，N4表示右半軸4的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，T8表示自差速器外殼8輸入的扭矩，T5表示左半軸5的輸出扭矩，T4表示右半軸4的輸出扭矩。
當(dāng)車輛正常行駛，該齒輪差速器的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有的齒輪差速器是一樣的。當(dāng)左側(cè)車輪發(fā)生打滑時(shí)候，此時(shí)，控制單元啟動(dòng)左補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)6，該補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)6工作在發(fā)電狀態(tài)，相當(dāng)于增加左側(cè)車輪輪端的負(fù)載，這樣左半軸5的輸出扭矩相當(dāng)于為輪端扭矩和該補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)6的輸出扭矩之和，即T5＝T6+T輪端，其中，T5表示左半軸的輸出扭矩，T6表示左補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，T輪端表示左側(cè)車輪的輪端扭矩。
這樣由上面的行星排固有特性，可以看出隨著左側(cè)車輪打滑，輸送到車輪的扭矩T輪端變小，但是通過(guò)調(diào)整左補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的扭矩T6的大小，可以在有限的范圍內(nèi)對(duì)左半軸的輸出扭矩T5進(jìn)行補(bǔ)充，從而保證未打滑側(cè)的右半軸4的輸出扭矩T4依然具有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力，這樣對(duì)整車的動(dòng)力性會(huì)有所補(bǔ)償，增強(qiáng)車輛的通過(guò)性。同樣的，若右側(cè)車輪打滑，該齒輪差速器也可進(jìn)行同樣的補(bǔ)償操作。
該齒輪差速器的控制方法包括如下步驟1)位于車輪處的輪速傳感器檢測(cè)車輪的轉(zhuǎn)速信號(hào)并將該信號(hào)反饋到控制單元；2)該控制單元根據(jù)該車輪的實(shí)際行使車速(平動(dòng)速度)和車輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的理論速度(根據(jù)車輪的轉(zhuǎn)速計(jì)算出)來(lái)計(jì)算出車輪的當(dāng)前滑移率；3)判斷該滑移率是否處于設(shè)定的滑移率范圍之外，如果當(dāng)前滑移率處于設(shè)定的滑移率范圍之外，則判斷該車輪打滑，控制單元控制該車輪對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)施加動(dòng)作信號(hào)，使得該補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，增加由于車輪打滑而減少的負(fù)載；如果當(dāng)前滑移率處于設(shè)定的滑移率范圍之內(nèi)，則判斷車輛未打滑而處于正常行駛狀態(tài)，此時(shí)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)不工作。
當(dāng)需要補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)輸出時(shí)，根據(jù)前期的測(cè)試數(shù)據(jù)積累(即為根據(jù)積累數(shù)據(jù)得出的滑移率和所需輸出扭矩之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系)，先施加一個(gè)初始扭矩，然后利用對(duì)車輪滑移率的反饋來(lái)調(diào)整此扭矩的變化，使得車輪的滑移率處于允許范圍。由于電動(dòng)機(jī)的輸出特性在一定范圍內(nèi)可調(diào)，所以可以對(duì)多種附著條件的單側(cè)輪端打滑狀態(tài)進(jìn)行補(bǔ)償，可以有效的提高車輛的動(dòng)力性和通過(guò)性。
對(duì)于雙軸驅(qū)動(dòng)的車輛，也可利用上述結(jié)構(gòu)的齒輪差速器，其只需要將左、右半軸變成前、后軸的動(dòng)力輸入端，從而實(shí)現(xiàn)前、后軸之間的差速補(bǔ)償，然后對(duì)于單個(gè)的前軸和后軸，則可利用本發(fā)明齒輪差速器進(jìn)行左、右間的差速補(bǔ)償。
本發(fā)明中，當(dāng)補(bǔ)償電機(jī)啟動(dòng)后，發(fā)出的電能可以存儲(chǔ)到車載電池中，也可以直接給車輛的電機(jī)供電，這樣在增加通過(guò)性的同時(shí)，也利用了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中摩擦損失的能量，提高了能量的利用率。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種齒輪差速器，包括差速器外殼、行星齒輪、具有齒輪的左半軸及具有齒輪的右半軸，該行星齒輪通過(guò)其齒輪軸固定在該差速器外殼上，該左、右半軸的齒輪均與該行星齒輪嚙合，其特征在于還包括左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的定子為固定設(shè)置，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子分別與左、右半軸固連。
2.按照權(quán)利要求1所述的齒輪差速器，其特征在于所述的左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子均具有軸向貫穿的空腔，左、右半軸分別穿過(guò)左、右補(bǔ)償電機(jī)的空腔并與空腔的腔壁緊配合。
3.一種齒輪差速系統(tǒng)，包括差速器外殼、行星齒輪、具有齒輪的左半軸及具有齒輪的右半軸，該行星齒輪通過(guò)其齒輪軸固定在差速器外殼上，該左、右半軸的齒輪均與該行星齒輪嚙合，其特征在于還包括左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的定子為固定設(shè)置，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子分別與左、右半軸固連，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)均與一控制單元的輸出端連接，該控制單元的輸入端與輪速傳感器連接，該輪速傳感器檢測(cè)車輪的速度，該控制單元根據(jù)該速度計(jì)算該車輪的滑移率并根據(jù)該滑移率來(lái)控制左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)。
4.一種對(duì)齒輪差速器的輸出扭矩進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，其特征在于包括如下步驟a)通過(guò)輪速傳感器獲取車輪的轉(zhuǎn)速；b)控制單元根據(jù)該轉(zhuǎn)速計(jì)算出該車輪的滑移率；c)判斷該滑移率是否處于設(shè)定的滑移率范圍之內(nèi)，如果該滑移率處于該設(shè)定的滑移率范圍之外，則控制單元控制該車輪對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)輸出扭矩而進(jìn)行扭矩補(bǔ)償。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種對(duì)齒輪差速器的輸出扭矩進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟谒龅牟襟Ec)后還包括步驟d)根據(jù)該車輪在補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的滑移率，控制單元實(shí)時(shí)調(diào)整該補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，直至滑移率處于設(shè)定的滑移率范圍之內(nèi)。
6.按照權(quán)利要求4所述的一種對(duì)齒輪差速器的輸出扭矩進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟谒霾襟Ec)還包括如果該滑移率處于設(shè)定的滑移率范圍之內(nèi)，則補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)不工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種齒輪差速器，它包括差速器外殼、行星齒輪、具有齒輪的左半軸、具有齒輪的右半軸及左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，該行星齒輪通過(guò)其齒輪軸固定在該差速器外殼上，該左、右半軸的齒輪均與該行星齒輪嚙合，還包括，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的定子為固定設(shè)置，該左、右補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子分別與左、右半軸固連。由于利用補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)來(lái)補(bǔ)償車輪打滑時(shí)不足的負(fù)載力矩，使得左、右側(cè)車輪都可以在最佳的附著狀況下工作，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高了響應(yīng)速度，而且便于進(jìn)行差速補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)F16H48/06GK101074724SQ20061003555
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2006年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者陳偉, 張麗君 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司