电动汽车双电机独立驱动后轮机械式自适应差速器的设计

付君伟

(浙江农业商贸职业学院，浙江绍兴 312000)

电动汽车双电机独立驱动后轮机械式自适应差速器的设计

付君伟

(浙江农业商贸职业学院，浙江绍兴 312000)

电动汽车的驱动传动系统采用了双电机独立驱动后轮的方案，通过设置在两台电机相对输出轴之间的机械式自适应差速器可以协调汽车转弯和路面颠簸时两后轮之间的转速关系。这种差速器要求驱动电机两端都有输出轴并具有足够的过载承受能力。关键在于惯性环的设计，惯性环工作过程按照最小能耗原理把它的转动惯量自动分配给与左右半轴关联的齿轮。

电动汽车；独立驱动；自适应差速器；惯性环

0 引言

现代电动汽车驱动方案有电机集中驱动、双电机独立驱动及轮毂电机驱动等形式。在中速两座电动汽车传动装置和驱动电机及控制优化项目中，作者采用了双电机独立驱动后轮的方案，这便产生汽车转弯和路面颠簸时协调两驱动轮转速的问题。为了解决这样的问题，更多人通过采集转向角、滑转率[1]、电机电流等多种途径设计了电子差速器。但从实际应用来看，它们对汽车转弯时两驱动轮间的滑移控制效果并没有达到理想的程度，还使整车控制器的设计繁琐复杂，投入成倍增加。为此，作者设计了电动汽车双电机独立驱动后轮机械式自适应差速器。

1 机械式自适应差速器的适用条件

中速两座电动汽车主要为城市上班族和接送幼儿学生等群体量身定制，乘员在两人以下，有效质量250 kg，整备质量不超过800 kg，巡航车速60 km/h，最高车速100 km/h，0～60 km/h加速时间为5 s，爬坡度为20%，锂离子电池板质量接近200 kg，续驶里程200 km左右。为了达到上述性能定位要求，电动汽车的传动装置采用了双电机独立驱动后轮的方案，驱动电机选用了永磁无刷直流电机系统。这种电机系统能在基速以下的恒扭矩区输出较大扭矩，过载能力较强(过载系数3～4)，加速性能好，使用寿命长，适应车辆启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况。在基速以上的恒功率区能释放较高转速，以满足汽车在平坦路面上高速行驶和超车需要。正是这种过载承受能力，为两电机相对输出轴之间设置机械式自适应差速器提供了条件。

2 机械式自适应差速器的设计

大家都知道，普通差速器(参见图1)是由行星齿轮、行星轮架、半轴齿轮等零件组成的。

动力经传动轴输入差速器，直接驱动行星轮架，再由行星轮架上的行星齿轮带动左、右半轴齿轮输出动力，分别驱动左、右车轮。它实质是把一个方向传来的动力分配给两根半轴，同时按照最小能耗原理自动协调两根半轴间的转速关系[2]。

当双电机独立驱动左、右半轴输出动力时，为了协调两驱动轮间的转速关系，就需要电机两端都要有输出轴。电机一端的降速增扭输出轴驱动半轴和车轮，另一端的高速输出轴接入机械式自适应差速器(参见图2)。机械式自适应差速器工作过程如下：

(1)当汽车两后轮的滚动阻力相等时，差速器上的齿轮1、齿轮2的转速相同，一起带动行星齿轮和惯性环同向同速旋转，行星齿轮不自转，即n1=n2=n3。这时惯性环有利于维持两电机当前的运行状态。

(2)一旦汽车向左转弯时，则左侧驱动轮的滚动阻力必然大于右侧，导致齿轮1的转速n1小于齿轮2的转速n2，行星齿轮发生自转，促使惯性环改变转速，即n1

(3)如果汽车出现左侧驱动轮堵转、右侧驱动轮悬空(比如右侧驱动轮陷入泥潭)的极端情况，则对应左侧电机的限流保护功能就会让电机处于停转状态，而右侧的齿轮2正常转动，行星齿轮发生自转，带动惯性环同向转动，即n1=0，n3=n2，同样不会烧毁电机。

3 总结

很显然,这种差速器能够很好地解决双电机独立驱动后轮时转速协调问题，摆脱了电子差速器开发的道道难关，降低了研发成本，结构简单，性能可靠，维修方便，对于电动汽车上类似的驱动传动装置具有很好的适用性。在采用这种差速器时，一定要优先选择永磁无刷这类过载承受能力较强的驱动电机，否则可能烧毁一侧的电机。同时还要根据汽车的整备质量、再生制动或电磁刹车器等因素合理设计惯性环的大小。因为惯性环的转动惯量太小，则起不到协调两驱动轮转速的作用；如果惯性环的转动惯量过大，有可能削弱启动、加速时的动力性。

【1】谭国俊，钱苗旺.双电机独立驱动电动车辆电子差速控制[J].微特电机，2009(6)：33-34.

【2】何洪文.电动汽车原理与构造[M].北京：机械工业出版社，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

付君伟(1964—)，男，硕士,教授，高级工程师，主要研究方向为自动控制技术在现代汽车制造过程中的应用。E-mail:justinfoo@163.com。