一种多档位可旋转轮毂动力总成

技术领域

本发明属于电动汽车驱动和转向领域，具体涉及一种多档位可旋转轮毂动力总成。

背景技术

随着新能源汽车技术的不断发展，电驱动技术越来越多地应用于汽车当中，其中轮毂电机成为电动汽车的驱动装置之一。所谓的轮毂电机，即将电动机、传动齿轮和制动装置均放置于车轮之中，通过转子直接驱动车轮行驶。轮毂电机的出现减少了纯电动车中的变速器、驱动轴、差速器和半轴的结构，减少了各装置对整车的内部占用空间，更加有利于整车布置，并且动力从车轮内产生，又由车轮直接输出，减少中间传动造成的能量损失，有效地解决了新能源汽车的成本和能耗问题，并且具有效率高、节省空间、易于控制等优点。

传统的汽车轮毂电机分为外转子式和内转子式，其中外转子式车轮直接与转子固联，采用低速电机，车轮和电机转速相同；内转子式采用高速电机，通过行星齿轮减速器将动力传给车轮，具有固定传动比。无论是外转子式还是内转子式，都只有单一传动比，难以满足汽车对于不同路况下的复杂动力需求。因此，增加轮毂电机传动档位，满足不同的动力需求，对于推动轮毂电机在电动汽车上更广泛的应用具有很大意义。

此外，由于近些年我国经济发展迅速，汽车生产制造水平的提高引起的成本价格下降，以及人们的消费水平不断提高，私家车的数量激增，造成道路拥堵、停车困难等诸多问题。当在遇到停车位狭窄时，往往需要多次调整才能将车辆停好，这对于驾驶员的技术有很高要求，若能够提高车辆行驶的灵活性，将可以很好的解决这一问题。

专利CN105799503A公开了一种具有四轮轮边电机驱动和四轮独立转向的电动汽车底盘总成，其特征包括车架、转向电机、驱动电机、弹簧减振器总成和转向架，驱动电机直接驱动车轮，并与车轮一起固定在转向架上由转向电机驱动转向；该发明可进行四轮独立控制、车轮自由转向，实现车辆横向行走和原地转向，极大地提高了车辆行驶的灵活性。但由于该发明中驱动电机处于悬空状态，轮胎转向过程中会产生摆动力，对车辆转向稳定性造成影响，并且没有考虑车轮的转向角度控制，在较高速度行驶或转弯时，若车轮转向角度较大，会造成车辆侧翻，产生严重后果。

专利CN111376708A公开了一种轮毂电机及电动汽车，其特征包括驱动装置和减速装置；一方面，其采用一对圆柱齿轮和一个行星轮系组成的减速装置代替了如专利CN108242866A等使用的常规的两级行星轮系减速装置，减小了轴向占用空间；另一方面，将输出轴与轮毂的轴线非对心放置，避免了输出轴与悬架及转向拉杆之间的干涉，增大了汽车轮胎的最大转向角度。但该发明仍存在传动档位单一，轮毂电机内装置的安装固定不便和车辆转向角度限制等问题。

申请人在2015年曾获得了一项轮毂电机发明专利CN104786824A，该专利公开了一种电动汽车轮边驱动装置，其特征包括电机、轮边减速装置；该发明的轮毂电机中传动装置采用一组行星轮系，结构紧凑，轴向尺寸小，优化了整车的空间布置。但其只具有一个档位，对于不同路况的通过和适应能力差。

因此，本发明在此基础上增加一组行星轮系传动，增加了轮毂电机传动档位，更好的满足了电动汽车在不同路况行驶的动力需求，并提出一种新式转向机构，使车辆转向能力大大提高，并可实现车辆横向行驶，进一步提高电动机车的驱动和行驶能力。

发明内容

针对现有汽车轮毂电机传动比及运行工况单一，不能满足复杂多变的运行需求和车辆行驶灵活性差等问题，本发明利用两组行星轮系进行传动，实现齿圈的多档位输出，并采用一组电动推杆实现轮胎地90°转向，从而实现车辆横向行走。传动平稳、换档操作简便，为轮毂电机的技术改进提供了独特、可靠的参考。

本发明为实现上述目的采用如下技术方案：

本发明一种多档位可旋转轮毂动力总成，其特点在于：多档位可旋转轮毂动力总成由主体传动模块、转向与支撑模块和双制动器模块构成。具体包括：电机轴、左太阳轮、左行星架、左行星轮、左齿圈、轮毂、电动机、右齿圈、右行星轮、右行星架、右太阳轮、前电动推杆、上支撑活塞缸、下支撑活塞缸、后电动推杆、轮胎支架、车架、第一制动器、第二制动器；

所述主体传动模块主要由两行星轮系组成；所述电机轴与所述电动机定子固联，所述左太阳轮与所述电动机转子左端固联，所述左行星架与所述左行星轮形成转动副，所述左行星轮与所述左太阳轮外啮合，同时与所述左齿圈内啮合，所述左齿圈与所述轮毂固联；所述右太阳轮与所述电动机转子右端固联，所述右行星架与所述右行星轮形成转动副，所述右行星轮与所述右太阳轮外啮合，同时所述右齿圈内啮合，所述右齿圈与所述轮毂固联。

所述转向与支撑模块包括前电动推杆、上支撑活塞缸、下支撑活塞缸、后电动推杆、轮胎支架、车架；所述前电动推杆左端与所述轮胎支架前端铰接，所述后电动推杆左端与所述轮胎支架后端铰接；所述上支撑活塞缸左端与所述轮胎支架中线上端铰接，所述下支撑活塞缸左端与所述轮胎支架中线下端铰接；所述前电动推杆、后电动推杆右端与所述车架铰接，所述上支撑活塞缸、下支撑活塞缸右端与所述车架固联；其中所述上支撑活塞缸和下支撑活塞缸呈上下空间分布，且活塞缸数量不仅限于两个，其他数量的支撑活塞缸的布置均在本发明范围内。

所述双制动器模块包括第一制动器、第二制动器；所述第一制动器外圈与所述电机轴键连接，所述第一制动器内圈与所述左行星架固联，所述第二制动器外圈与所述电机轴键连接，所述第二制动器内圈与所述右行星架固联。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明使用两电动推杆分别铰接在轮胎支架和车架上，可在前后电动推杆的配合下使轮胎进行转向，并可达到垂直状态，实现车辆横向行走，减小车辆的转弯半径，并且可控制四车轮同步转动，实现车辆以更小空间进行掉头，从而提高车辆行驶的灵活性与适应不同路况的能力。

2、采用一个电机、两个制动器、两个行星轮系布局，具有换挡操控方面，安全可靠等优点。可以通过两制动器配合可实现空挡和两档固定传动比传动，能够满足多种动力需求，适应能力强，可产生较大传动比和扭矩，且传动平稳噪声小。并且在进行换挡操作时，只需对两离合器进行控制，换挡过程中齿轮间冲击和磨损小，使得齿轮寿命得以延长。

3、本发明使用控制器对电动推杆电机进行配合控制，使轮胎转动，实现车辆转向，并且可根据速度传感器，检测车轮转速，从而限制车轮转向的最大角度，防止车辆侧翻，提高车辆转向的稳定性。

4、本发明减少了转向机构在车内占用的空间，同时将动力、减速和制动装置均设置于车轮内，极大的减少了各装置在车内的占用空间，更加有利于整车布置。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明传动路线图；

图3为本发明轮胎转向及转向模块安装尺寸图；

图4为本发明所述多档位可旋转轮毂动力总成轴测图；

其中：1电机轴、2左太阳轮、3左行星架、4左行星轮、5左齿圈、6轮毂、7电动机、8右齿圈、9右行星轮、10右行星架、11右太阳轮、12前电动推杆、13上支撑活塞缸、14下支撑活塞缸、15后电动推杆、16轮胎支架、17车架、B

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明一种多档位可旋转轮毂动力总成作进一步说明。

实施例：参见图1，一种多档位可旋转轮毂动力总成包括电动机7、两行星齿轮系、电动推杆12与15、支撑活塞缸13与14、第一制动器B

对于传动模块，一方面，电动机7转子左端与左行星轮系中太阳轮2固联，将动力直接传给太阳轮2，太阳轮2与行星轮4外啮合，行星架3与行星轮4通过轴承形成转动副，行星轮4与齿圈5内啮合，齿圈5固联在轮毂6内部，将动力以一定传动比进行输出；另一方面，电动机7转子右端与右行星轮系中太阳轮11固联，将动力直接传给太阳轮11，太阳轮11与行星轮9外啮合，行星架10与行星轮9通过轴承形成转动副，行星轮9与齿圈8内啮合，齿圈8固联在轮毂6内部，将动力以另一传动比进行输出。其中第一制动器B

对于轮胎转向模块，前电动推杆12左端与轮胎支架16前端铰接，后电动推杆15左端与轮胎支架16后端铰接；上支撑活塞缸13左端与轮胎支架16中线上端铰接，下支撑活塞缸14左端与轮胎支架16中线下端铰接；其中前电动推杆12、后电动推杆15右端与车架17铰接，上支撑活塞缸13、下支撑活塞缸14右端与车架17固联；

本发明的具体工作原理说明如下：

1、多档位输出工作原理

根据目前电动汽车行驶动力和时速需求，并满足在车辆起步或特殊路况时大传动比大扭矩的需求，设计的齿数如表1所示：

表1齿轮齿数表

如附图1所示，本实施例一种多档位可旋转轮毂动力总成的换挡执行元件使用了两制动器。各个档位的执行元件如表2所示。

表2换档执行元件工作表

注：表中“●”表示结合，“○”表示分离；

结合图2及表2，各档传递路线说明如下：

(1)空挡(N档)

如图2所示，当第一制动器B

(2)前进一档(D1档)

如图2所示，当第二制动器B

(3)前进二档(D2档)

如图2所示，当第一制动器B

2、轮胎转向工作原理

在本发明中，通过两电动推杆和两支撑活塞缸的共同配合，可使轮胎在0°至90°之间转动，具体通过前后电动推杆的伸缩来实现。下面结合图2与图3，对直行0°和横行90°两个工况进行说明：

如图4，取轮胎滚动半径为250mm，轮胎支架上铰链间水平间距100mm，车架上铰链间水平间距40mm，轮胎支架与车架间水平间距150mm。两工况下各杆长度如下表：

表3两工况下各杆长度

单位：mm