【技术实现步骤摘要】
本专利技术大体上涉及一种具备差速器主动控制功能的车辆驱动桥及其控制方法，尤其可以在复杂路面环境下主动控制差速器以使车辆具备更好的驾驶性能。
技术介绍
1、发动机的动力经过传动装置传递给驱动轮，这些传动装置包括离合器、变速器、传动轴以及驱动桥。其中驱动桥是传动链的最后一个总成，驱动桥一般由减速器和差速器组成。
2、当汽车在进行转弯时，由于内外侧车轮的转弯半径不同，所以要求在转弯时内外侧车轮的转速不同且外侧车轮转速要高于内侧车轮转速。因此差速器就是让内外侧车轮在转弯时转速产生差异的传动装置，并且在转弯时合理将扭矩分配给左右车轮使得车辆顺畅地转弯。
3、差速器的主要功能是将动力源传入的驱动力分配给两侧的驱动车轮。当车辆在直线行驶时，两侧车轮会被分配相同的驱动力，因此两侧车轮也会拥有相同的转速。而当车辆转弯时，差速器进行差速使得左右车轮获得不同的转速，从而保证车辆能够顺利地转弯。
4、通常，差速器由行星齿轮、行星架或差速器壳、半轴齿轮等部件构成，发动机所输入的动力传入差速器，直接作用在差速器壳上，然后再经由行星轮传递给左右半轴，进而驱动车轮。一般差速器的设计要满足左右半轴的转速和等于两倍的差速器壳转速。当车辆直线行驶时，左右半轴转速与差速器壳相等，左右车轮相当于由一根轴刚性连接。而当车辆转弯时，差速器内齿轮发生相对运动，使得外侧车轮转速提升，内侧车轮转速降低。
5、而普通的差速器有着一个明显的缺点，即当一侧车轮打滑或空转时，差速器会将大部分动力传递给打滑或者空转的车轮，使得车辆无法正常行驶
6、当前差速器所存在的问题主要是：需要手动操控的限滑差速器虽然技术简单、工作可靠，但是造价昂贵、使用寿命短且使用不方便。而主动限滑差速器只有当两侧车轮转速差达到设定值时才能发挥作用，无法预防车辆打滑。
7、随着电机控制技术的飞速发展，使得利用电机对差速器进行控制成为可能。利用电机控制差速器相比一般机械式限滑差速器可以减少工作时产生的冲击，并且相对于主动限滑差速器的可以提前预防车辆打滑。
技术实现思路
1、为解决现有限滑差速器所存在的问题，本专利技术提供一种具备差速器主动控制功能的车辆驱动桥及其控制方法，使得车辆能在复杂路面环境和多变天气状况下调节差速器的工作特性，根据实际情况判断出车辆的打滑趋势从而令电机提前控制差速器限滑，进而实现预防车辆打滑。此外电机控制差速不仅可以控制差速器防滑，还能协助车辆转弯，这是一般差速器锁所不具备的功能。
2、根据本专利技术的一方面，提供了一种具备差速器主动控制功能的车辆驱动桥，所述驱动桥包括辅助电机；传动装置，所述传动装置为一种差速器，输出与半轴相连，输入端与辅助电机相联系，以及控制单元。并且依据车速和两轮转速差所述控制单元控制所述辅助电机对所述传动装置进行控制。
3、根据本专利技术的另一方面，还提供了一种差速器主动控制的控制方法，根据不同情况调节辅助电机转速和方向，进而控制差速器中差速齿轮的工作状况，实现主动对差速器分配给左右半轴扭矩进行分配，所述的方法如下：
4、确定当前车速和两侧车轮的转速差。
5、在所述车速不为零、两侧车轮有较大转速差且在设置允许范围之内，辅助电机将协助差速器进行差速，一起驱动差速齿轮旋转，并且将扭矩从低速侧半轴转移至高速侧半轴，从而改善车辆的转向特性。辅助电机所提供的转矩随两侧车轮转速差增大而增大，同样也随其减小而减小。
6、在所述车速不为零、两侧车轮有较大转速差且逼近设置的允许临界值，辅助电机将运转阻碍差速器差速，使得差速齿轮的转速下降，提前改善差速器的限滑性能，从而帮助车辆预防打滑。辅助电机所提供的转矩随两侧车轮转速差增大而增大，同样也随其减小而减小。
7、在所述车速为零、两侧车轮有较大转速差且超过设定值时,辅助电机将快速运转阻碍差速器差速，使得两差速齿轮的转速降为零，这时两侧半轴没有转速差，相当于两侧半轴刚性连接，扭矩平均分配给左右半轴，使得车辆具备较好的防滑性能，尽快摆脱打滑的情况。
8、可选的，当差速器处于稳定运行状态时，差速齿轮的转速恒定，所有载荷对差速齿轮的驱动扭矩之和为零。而通过在差速齿轮上施加一个额外的驱动扭矩来改变两侧半轴所受的力的大小可以实现差速器的左右输出轴扭矩分配。差速器在运转过程中，差速齿轮受到左右半轴给它的力、左右半轴驱动差速齿轮的扭矩、摩擦阻力矩和额外的驱动扭矩。其中左右半轴驱动差速齿轮的扭矩和额外的驱动扭矩的大小和方向会影响差速器的工作特性，因此对额外的驱动扭矩采用不同的控制方法，能够实现差速器的各种附加功能。
9、当左右半轴齿轮驱动差速齿轮的扭矩和额外的驱动扭矩的方向相反时，额外的驱动扭矩抵消部分了差速齿轮上的驱动力矩，差速齿轮的转速下降，半轴齿轮的转速差减小，从而实现限滑或差速锁功能。在这一情况下，当左右半轴驱动差速齿轮的扭矩大于额外的驱动扭矩时，两侧半轴的驱动扭矩差值减小，左右半轴转速差减小，这时差速器具有限滑功能；当左右半轴驱动差速齿轮的扭矩等于额外的驱动扭矩时，两侧半轴无转速差，相当于两侧半轴刚性连接；当左右半轴驱动差速齿轮的扭矩小于额外的驱动扭矩，差速齿轮将反向旋转，这与实际应用不符。
10、当左右半轴齿轮驱动差速齿轮的扭矩和额外的驱动扭矩的方向相同时，额外的扭矩和左右半轴驱动差速器的扭矩一起驱动差速齿轮旋转，并且将扭矩从低速半轴转移至高速半轴，从而改善车辆的转向特性。在这一情况下，当左右半轴驱动差速齿轮的扭矩大于额外的驱动扭矩时，作用在两侧半轴的差速齿轮给半轴的力的大小减小，部分扭矩由低速侧转移到高速侧，但高速侧车轮获得的驱动力仍旧小于低速侧车轮；当左右半轴驱动差速齿轮的扭矩等于额外的驱动扭矩时，作用在两侧半轴的差速齿轮给半轴的力的大小变为零，部分扭矩由低速侧转移至高速侧，两侧车轮获得的扭矩大小相等；当左右半轴驱动差速齿轮的扭矩小于额外的驱动扭矩，作用在两侧半轴的差速齿轮给半轴的力的方向改变，部分扭矩由低速侧转移至高速侧，差速齿轮将辅助驱动高速侧车轮，在转弯的工况下外侧车轮将比内侧车轮获得更大的驱动力，使车辆转弯半径减小。
11、优选地，所述方法中额外的驱动扭矩由辅助电机提供。
12、优选地，所述方法对汽车的行驶速度以及两轮的转速差已预定时间间隔进行测量。
13、可选地，所选方法在所述汽车出厂时事先完成并针对不同的车速和两侧车轮转速差控制辅助电机的转向以及所提供转矩。
14、采用本专利技术这种差速器主动控制方法，可实时优化汽车的差速器工作性能，从而提高车辆的驾驶性能，改善转弯性能并且预防车辆打滑。
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1.一种具备差速器主动控制功能的车辆驱动桥及其控制方法，所述车辆驱动桥包括差速器辅助电机；驱动轮；以及用于将动力传递给驱动轮的传动装置；传动装置包括差速齿轮和半轴齿轮，差速齿轮相互啮合并且与各自对应的半轴齿轮相互啮合，所述辅助电机则通过行星轮系与差速齿轮相连。所述辅助电机能根据所述控制方法调节输出转矩和转向，从而主动控制差速器。
2.根据权利要求1其特征在于，在传动装置中半轴齿轮18与差速齿轮1啮合，差速齿轮1与差速齿轮4啮合。差速齿轮4与行星齿轮5固连，差速齿轮4与半轴齿轮16啮合，行星齿轮5与齿圈6和齿圈14啮合，齿圈6还与行星齿轮7啮合，行星齿轮7与太阳轮12啮合，而太阳轮12与车身固连，行星齿轮7与行星架8相连，齿圈14与行星齿轮9啮合，行星齿轮9与和辅助电机11相连的太阳轮啮合，行星齿轮9与行星架8相连。差速齿轮1和差速齿轮4都安装在差速器壳15上。这样扭矩能从差速器壳15经由差速齿轮1和差速齿轮4、半轴齿轮16和半轴齿轮18传递到驱动轮10和驱动轮19上。其中，行星齿轮7和行星齿轮9参数相同，太阳轮12和与辅助电机11相连的太阳轮参数相同。
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4.根据权利要求2所述传动装置，其特征在于，齿圈7既有内齿圈又有外齿圈。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为解决现有限滑差速器所存在的问题，本专利技术提供一种具备差速器主动控制功能的车辆驱动桥及其控制方法，使得车辆能在复杂路面环境和多变天气状况下主动控制差速器，从而提升车辆的驾驶性能。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述控制方法根据不同情况调节电机转速和方向，进而控制差速器中行星齿轮的工作状况，实现主动对差速器分配给左右半轴扭矩进行分配，所述的方法如下：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当差速器处于稳定运行状态时，差速齿轮的转速恒定，所有载荷对差速齿轮的驱动扭矩之和为零。而通过在差速齿轮上施加一个额外的驱动扭矩来改变两侧半轴所受的力的大小可以实现差速器的左右输出轴扭矩分配。差速器在运转过程中，差速齿轮受到左右半轴驱动差速齿轮的扭矩、摩擦阻力矩和额外的驱动扭矩。其中左右半轴驱动差速齿轮的扭矩和额外的驱动扭矩的大小和方向会影响差速器的工作特性，因此对额外的驱动扭矩采用不同的控制方法，能够实现差速器的各种附加功能。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法中额外的驱动扭矩由辅助电机提供。
9.根据权利要求6所述的方法，所述方法对汽车的行驶速度以及两轮的转速差已预定时间间隔进行测量。
10.根据权利要求6所述的方法，所述方法在所述汽车出厂时事先完成并针对不同的车速和两侧车轮转速差控制辅助电机的转向以及所提供转矩。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制单元控制电机的转向和扭矩。
12.根据权利要求6所述的方法，根据本专利技术的另一方面，还提供了一种车辆差速器主动控制系统，所述系统包括辅助电机；传动装置，所述传动装置为一种驱动桥，所述传动装置中差速器输出与半轴相连，差速器输入端与辅助电机相联系，以及控制单元。并且依据车速和两轮转速差所述控制单元控制所述辅助电机对差速器进行控制。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述传动装置为齿轮传动装置。
14.一种具备差速器主动控制功能的车辆驱动桥及其控制方法，所述车辆驱动桥包括差速器辅助电机；驱动轮；以及用于将动力传递给驱动轮的传动装置和将辅助电机扭矩传递给差速齿轮的行星轮系；所述传动装置包括差速齿轮和半轴齿轮，差速齿轮相互啮合并且与各自对应的半轴齿轮相互啮合，所述辅助电机则通过行星轮系与差速齿轮相连。所述辅助电机能根据所述控制方法调节输出转矩和转向，从而主动控制差速器。其特征在于所述车辆可以是燃油汽车、混合动力汽车以及纯电动汽车。
...【技术特征摘要】
1.一种具备差速器主动控制功能的车辆驱动桥及其控制方法，所述车辆驱动桥包括差速器辅助电机；驱动轮；以及用于将动力传递给驱动轮的传动装置；传动装置包括差速齿轮和半轴齿轮，差速齿轮相互啮合并且与各自对应的半轴齿轮相互啮合，所述辅助电机则通过行星轮系与差速齿轮相连。所述辅助电机能根据所述控制方法调节输出转矩和转向，从而主动控制差速器。
2.根据权利要求1其特征在于，在传动装置中半轴齿轮18与差速齿轮1啮合，差速齿轮1与差速齿轮4啮合。差速齿轮4与行星齿轮5固连，差速齿轮4与半轴齿轮16啮合，行星齿轮5与齿圈6和齿圈14啮合，齿圈6还与行星齿轮7啮合，行星齿轮7与太阳轮12啮合，而太阳轮12与车身固连，行星齿轮7与行星架8相连，齿圈14与行星齿轮9啮合，行星齿轮9与和辅助电机11相连的太阳轮啮合，行星齿轮9与行星架8相连。差速齿轮1和差速齿轮4都安装在差速器壳15上。这样扭矩能从差速器壳15经由差速齿轮1和差速齿轮4、半轴齿轮16和半轴齿轮18传递到驱动轮10和驱动轮19上。其中，行星齿轮7和行星齿轮9参数相同，太阳轮12和与辅助电机11相连的太阳轮参数相同。
3.根据权利要求1所述传动装置，其特征在于当驱动轮10和驱动轮19转速相同时差速齿轮1和差速齿轮4只随差速器壳一起公转而不自转，则此时行星齿轮5相当于和齿圈14和齿圈6固连，从而使得行星齿轮6和行星齿轮8运动情况相同，太阳轮12和与辅助电机11相连的太阳齿轮的运动情况相同，而由于太阳轮12与车体固连转速为零，所以与辅助电机11相连的太阳轮转速也为零。从而保证了当差速齿轮1和和差速齿轮4不自转时，辅助电机11不工作。当辅助电机11工作时，辅助电机11的扭矩传递给行星齿轮9，再由行星齿轮9传递给齿圈14，再由齿圈14传给行星齿轮5，最后再由差速齿轮4传递给半轴齿轮16和半轴齿轮18。
4.根据权利要求2所述传动装置，其特征在于，齿圈7既有内齿圈又有外齿圈。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为解决现有限滑差速器所存在的问题，本发明提供一种具备差速器主动控制功能的车辆驱动桥及其控制方法，使得车辆能在复杂路面环境和多变天气状况下主动控制差速器，从而提升车辆的驾驶性能。
6.根据权利要求1所述的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅兵，艾伟豪，刘金刚，刘祥环，卜磊，张广杰，林慧明，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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