新能源汽车创新的电差速器及驱动桥.doc

新能源汽车创新的电差速器及驱动桥--电动汽车的实践研究 来源：舍弗勒贸易(上海)有限公司 发布时间：2012-09-05 分享到: 新浪微博腾讯微博豆瓣网开心网搜狐微博网易微博 摘要：本文介绍了一种用于混合动力汽车和电动汽车的创新的电动主动差速器，该产品已经过台架测试，并安装到某项目中的纯电动汽车上测试。根据 FZG 的原理的电差速器不仅能实现纯电动驱动，也使主动横向转矩分配成为可能。开发电驱动差速器的目的在于优化电力驱动系统，包括使效率达到最高，以及设计的产业化实现和电驱动转矩分配的功能性验证。 关键词：轻量化差速器，电动主动差速器，电动汽车 1、前言 由于全球变暖以及化石燃料的缺乏，电动汽车驱动装置的开发成为新能源汽车研究的领跑者。联邦德国政府希望在未来的十年内本国成为电动汽车领域的市场领先者。 即使没有电动车，我们汽车保有量在持续增加，也导致交通密度不断升高。因此为了降低事故率，欧盟发起 eSafety 运动来实现一个大胆的目标，既把2010 年未来十年的道路交通死亡率降低一半。但仅仅通过改善道路条件是不可能实现这个目标的。车辆传动系统及控制系统必须更加智能化从而可以主动修正驾驶者所犯的错误。有别于已经有或正在开发中的一些驾驶辅助系统；本文提出的用于在纯电动驱动系统的装置是一个全新的发明。 舍弗勒在早期开发正齿轮差速器的时候，就已经激发了将速差控制电机同轴的安装到差速器上的灵感。最初的设计表明这是一种非常紧凑的传动系统。如果差速器能把集成式的减速器和辅助电机组合到一起实现车辆之间的横向转矩高校分配，驾驶的操控性、舒适性、安全性将得到显著提升。 舍弗勒在Herzogenaurach的前期开发团队设计了这种被称为主动电差速器的系统的原型，并且在台架上进行了深入的测试和研究。然后该团队将两个主动电差速器系统安装在一辆的AWD电动汽车上，进一步验证电驱动转矩定向分配系统在汽车前桥、后桥以及共作用模式下的优点和局限性。 2、舍弗勒轻量化差速器 传统的差速器有平衡两轮间的不同转速的功能，比如在车辆转弯的时候。在这种情况下轨迹半径大的车轮旋转速度要快于轨迹半径小的车轮。但转矩的分配比率是固定的 50：50%。 舍弗勒应用行星齿轮技术开发出优化体积和重量的正齿轮差速器，我们称之为量轻化差速器（图 1）。该差速器有对称齿轮、非对称齿轮两种不同型号，见图 1 中的（a）和(B)。 （a）型差速器有 2 组行星齿轮副，每组行星齿轮副有 3 个行星轮，因此有 3 对行星轮。在左右两边，同一个行星齿轮副的 3 个行星齿轮对其对应的太阳轮啮合；而在中间区域上属于不同行星副的 3 对行星轮相互啮合。这种设计要在两个太阳齿轮中间留有间隙。 （B）型差速器的设计初衷是为了最大化利用（a）型号差速器两个太阳齿轮之间的横向空间，进一步的减少差速器的体积和重量。该设计把行星齿轮啮合平面移动到行星轮与太阳轮之间的啮合平面。采取舍弗勒轻化差速器代替传统的锥型齿轮差速器可以为中级车的后桥减轻30%以上的重量和几乎70%的横轴空间。 图1：舍弗勒量轻化差速器(a、对称太阳齿轮和行星齿轮；B、非对称齿轮） 3、主动差速系统 与前述传统的差速器不同，所谓的主动差速器不仅平衡两轮的转速差，而且可以把驱动转矩独立的分配到每个车轮。这就是转矩定向分配技术。由于车轮上不同的圆周力，在车辆竖直轴上会产生一个偏转转矩，该力矩直接影响驾驶的动力性和稳定性。与 ESP 系统不同，主动转矩分配控制系统干预时并不会使车辆减速。具有转矩定向分配功能的主动差速器安装在后桥上，能产生与目前的 ESP 系统相同的效果，即防止车辆前轮转向不足；并因此提高车辆安全性和动力性能, 见图 2。 同轴的不同车轮受到不同的驱动/制动转矩在车辆垂直轴线上产生偏转转矩。主动的横向运动可显著提升车辆转弯和变向过程中的动力性能。敏捷的驾驶表现不仅仅能提高驾驶的舒适度，还提升了驾驶安全性，比如在车辆做变道动作。 通过合理的车桥运动设计，作用在转向桥两侧车轮上的不同的驱动力将在转向杆方向上产生一个偏转转矩。因而可通过设定横向转矩分配来实现转向锁定或转向助力。 更多的比如由于横向风和路面沟槽等因素造成的负面影响，可以通过动态的横向转矩分配控制来纠正，获得更忧的驾驶感觉。此外偏转转矩可以实现一致的驾驶表现，例如对于一个给定的转向角产生的转弯半径是一定的，和车的载荷、速度无关；这一点至少在原理上是可行的。 图 2：主动横向转矩分配的优点 轮边转矩的控制是通过控制车轮的转速实现。根据预设的滑差率曲线，可使车轮之间产生转矩差。图3 显示了车轮转速和驱动转矩之间的关系。 如图 3，在最初的(a)状态下，车辆直线行驶，两个后轮都以同样的速度和驱动转矩行驶，两个后轮上产生的滑动率相同。我们假设现在左轮制动，由于整车驱