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CN114439934A - 一种集成取力器的电驱桥及其取力器控制方法 - Google Patents

一种集成取力器的电驱桥及其取力器控制方法 Download PDF

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CN114439934A CN202111592794.1A CN202111592794A CN114439934A CN 114439934 A CN114439934 A CN 114439934A CN 202111592794 A CN202111592794 A CN 202111592794A CN 114439934 A CN114439934 A CN 114439934A
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刘奇正
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Abstract

本发明涉及一种电驱桥，具体涉及一种集成取力器的电驱桥及其取力器控制方法。在垂直轴电驱桥的技术上集成了取力器，将取力器集成在电机后端，取力器输入轴与电机中心轴通过内外花键啮合连接，输入轴上有与挂挡滑套啮合的齿轮，同时取力器输入轴上装有通过轴承连接的输入齿轮，输入齿轮与取力器的输出齿轮轴啮合，可将电机的动力传递到输出齿轮轴上，同时通过整车控制器VCU控制取力器，直接利用电驱桥上的电机带动取力器工作，不需要额外增加电机和相应的电机控制器，节省了上装作业电机、电机控制器以及相应的高压线束，降低生产装配成本，同时集成度较高，故障率也大大降低。克服目前对于有上装作业的车辆，集成度较低及生产装配成本较高的问题。

Description

一种集成取力器的电驱桥及其取力器控制方法
技术领域
本发明涉及一种电驱桥，具体涉及一种集成取力器的电驱桥及其取力器控制方法。
背景技术
随着对环境保护日益重视，加快建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系成为当前社会发展的一项重要课题。传统动力的商用车消耗了大量的石油，是世界主要经济交通运输业中最大的CO2排放源之一。公路交通运输消耗的成品油中，占比较少的柴油车(主要为载重货车和客车)约占成品油消耗总重近60％。另一方面，柴油车也是大气污染的主要来源，柴油车颗粒排放占汽车颗粒排放的90％以上，NOx占70％以上。
目前纯电动中重卡商用车的动力系统多使用电机替换发动机，采用电机+变速箱+传动轴+驱动桥的方案，此方案常用传统燃油车车桥改制，改制工作量小，容易实现。然而，随着电动汽车技术的不断演进，集成化设计将无可争辩地成为未来发展的趋势，分散的零部件走向集成化，一方面简化了主机厂的装配内容，降低了装配难度、提高了产品合格率；另一方面由于产品集成化，大规模缩减了供应商数量，节省了管理成本，并且由于多个零部件集成在供应商内部，也避免了责任纠纷和扯皮推诿现象。
将电机和变速箱集成到驱动桥的电驱桥方案由于集成度高、结构紧凑、无传动轴、轻量化以及效率高等特点受到了各大厂家的研究，并且已在轻卡上广泛使用。但是目前电驱桥只用于整车的驱动，而对于有上装作业的车辆往往需要通过单独的电机驱动，需要额外增加电机和相应的电机控制器，具有较低集成度及较高的生产装配成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成取力器的电驱桥及其取力器控制方法，克服目前对于有上装作业的车辆，集成度较低及生产装配成本较高的问题，既能满足整车驱动需求，又可通过电驱桥上的电机带动取力器工作，从而实现上装作业。
本发明的技术方案是：
一种集成取力器的电驱桥，包括垂直轴电驱桥，上述垂直轴电驱桥包括集成化设置的电机、两档变速箱和后桥，其特殊之处在于：还包括取力器；
上述取力器包括输入轴、挂挡滑套啮合齿轮、挂档滑套、输入齿轮、输出齿轮轴、输出接口及挂挡拨叉；
上述取力器的输入轴与电机中心轴通过内外花键啮合连接；
上述挂挡滑套啮合齿轮与挂档滑套啮合，安装在取力器的输入轴上，与取力器的输入轴同步转动；
上述输入齿轮通过轴承安装在取力器输入轴上，并与输出齿轮轴啮合；
上述挂挡拨叉用于推动挂挡滑套，使挂挡滑套与输入齿轮啮合，将电机的动力传递到输出齿轮轴上，通过输出接口输出；
取力器的翘板开关、压力开关、电磁阀均与整车控制器VCU连接。
进一步地，取力器的输出接口有内花键和法兰盘两种，支持泵直接连接和通过传动轴连接两种方式。
进一步地，挂挡滑套啮合齿轮与取力器的输入轴是一体式结构。
本发明还提供一种上述集成取力器的电驱桥中取力器的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、停车取力时，整车控制器VCU接收到取力器的翘板开关信号时，采集脚刹信号、变速箱挡位信号、整车状态信号、电机扭矩信号、电机转速信号和油门开度信号；
步骤2、判断所采集信号是否满足取力要求，若满足，则输出取力器电磁阀使能信号，控制取力器电磁阀开且将气路导通到取力器进气口，取力器的挂挡拨叉推动挂挡滑套，与输入齿轮啮合，将驱动电机的扭矩传递到输入齿轮，通过输出齿轮轴输出。
进一步地，步骤2中取力要求为：
踩脚刹、变速箱处于空挡状态、整车处于Ready状态、电机转速小于60rpm 及无油门开度。
进一步地，步骤2中通过油门踏板控制电机转速，也可以设置为恒转速转动，从而控制上装作业的速度。
本发明还提供一种上述集成取力器的电驱桥中取力器的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、行车取力时，整车控制器VCU接收到取力器的翘板开关信号时，发送指令至MCU，使电机扭矩清为0Nm后控制变速箱换档机构挂到空挡位置；
步骤2、整车控制器VCU采集变速箱挡位信号，若变速器挡位为空挡，则通过MCU将电机转速下拉到60rpm并发送取力器电磁阀使能信号；控制取力器电磁阀开且将气路导通到取力器进气口，取力器的挂挡拨叉推动挂挡滑套，与输入齿轮啮合；
步骤3、整车控制器VCU采集取力器压力开关信号，若取力器压力开关闭合，则控制变速箱换档机构挂档；整车控制器VCU采集变速箱挡位信号，当变速箱档位不是空挡时，整车控制器VCU根据油门开度控制电机转速，从而控制上装作业的速度。
本发明的有益效果是：
1、本发明在垂直轴电驱桥的技术上集成了取力器，将取力器集成在电机后端，取力器输入轴与电机中心轴通过内外花键啮合连接，取力器输入轴上有与挂挡滑套啮合的齿轮，同时取力器输入轴上装有通过轴承连接的输入齿轮，输入齿轮与取力器的输出齿轮轴啮合，可将电机的动力传递到输出齿轮轴上，同时取力器的控制通过整车控制器VCU实现，直接利用垂直轴电驱桥上的电机带动取力器工作，不需要额外增加电机和相应的电机控制器，节省了上装作业电机、电机控制器以及相应的高压线束，降低生产装配成本，同时集成度较高，故障率也大大降低。
2、本发明取力器的输出接口有内花键和法兰盘两种，支持泵直接连接和通过传动轴连接两种方式，适用于不同的上装作业。
3、本发明的集成取力器的电驱桥支持停车取力和行车取力，可满足多种作业车辆使用。
附图说明
图1为实施例中垂直轴电驱桥与取力器的安装关系结构示意图；
图2为实施例中垂直轴电驱桥内电机与取力器的安装关系结构示意图；
图3为实施例中整车控制器VCU控制取力器动作时，信号输入输出框图；
图中附图标记为：
1-主减速器，2-两档变速箱，3-电机，4-取力器，5-后桥；
31-电机中心轴，41-输入轴，42-挂挡滑套，43-输入齿轮，44-输出齿轮轴， 45-输出接口，46-挂挡滑套啮合齿轮。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
垂直轴电驱桥是电机3、两档变速箱2和后桥5高度集成化，其动力性强，占用空间小，系统效率高，节约成本。本实施例在垂直轴电驱桥上集成了取力器4，既能满足整车行车需求，又能支持多种车辆的上装作业，适用性强。
从图1可以看出，本实施例取力器4集成在电机3后端，取力器4的输入轴41 与电机中心轴31通过内外花键啮合连接；取力器4的输入轴41集成着与挂档滑套 42啮合的挂挡滑套啮合齿轮46，挂挡滑套啮合齿轮46与取力器4的输入轴41同步转动；取力器4的输入轴41还通过轴承连接输入齿轮43，该输入齿轮43与取力器 4的输出齿轮轴44啮合，可将电机3的动力传递到输出齿轮轴44上。输出齿轮轴 44的输出端作为取力器的输出接口45，可采用内花键和法兰盘两种，支持泵直接连接和通过传动轴连接两种方式。
取力器4的控制通过整车控制器VCU实现，如图3所示，取力器4的翘板开关、压力开关、电磁阀均与整车控制器VCU连接。VCU采集取力器4翘板开关信号、取力器4压力开关信号、脚刹信号、变速箱挡位信号、整车状态信号、电机3扭矩信号、电机3转速信号和油门开度信号，对相应信号判断，若满足取力条件，则输出取力器4电磁阀使能信号，控制取力器4的开关，并与MCU通讯控制电机3 转速，同时可控制变速箱换档机构进行挂档。
本实施例集成取力器的电驱桥支持停车取力和行车取力：
停车取力时，按下取力器4翘板开关时，VCU采集脚刹信号、变速箱挡位信号、整车状态信号、电机3转速信号和油门开度信号，判断信号是否满足：踩脚刹、变速箱处于空挡状态、整车处于Ready状态、电机3转速小于60rpm 和无油门开度，若满足，VCU给取力器4电磁阀发送使能信号，取力器4电磁阀开且将气路导通到取力器4进气口，取力器4的挂挡拨叉将挂挡滑套42推动到与输入齿轮43啮合，将驱动电机3的扭矩传递到输入齿轮43，输入齿轮43与输出齿轮轴44啮合，从而将扭矩传递到泵，带动上装作业，此时可通过油门踏板控制电机3转速，也可以设置为恒转速转动。
行车取力时，需要先踩刹车使整车车速小于10Km/h，打开取力器4翘板开关，VCU给MCU发送指令使电机3扭矩清为0Nm左右后控制变速箱换档机构挂到空挡位置，当VCU收到变速器挡位为空挡时通过MCU将电机3转速下拉到60rpm并发送取力器4电磁阀使能信号，控制取力器4电磁阀开且将气路导通到取力器进气口，取力器4的挂挡拨叉推动挂挡滑套，与输入齿轮啮合；当取力器4压力开关反馈为闭合时，VCU控制变速箱换档机构挂档；整车控制器VCU采集变速箱挡位信号，当变速箱档位不是空挡时，VCU根据油门开度控制电机3转速，从而控制上装作业的速度。因为上装作业所用泵的输入转速较小，因此行车取力和无取力行车为两种控制模式，行车取力要求车速较低，可通过电机3的转速控制实现行车以及取力的稳定运行。

Claims (7)

1.一种集成取力器的电驱桥，包括垂直轴电驱桥，所述垂直轴电驱桥包括集成化设置的电机(3)、两档变速箱(2)和后桥(5)，其特征在于：还包括取力器(4)；
所述取力器(4)包括输入轴(41)、挂挡滑套啮合齿轮(46)、挂档滑套(42)、输入齿轮(43)、输出齿轮轴(44)、输出接口(45)及挂挡拨叉；
所述取力器(4)的输入轴(41)与电机中心轴(31)通过内外花键啮合连接；
所述挂挡滑套啮合齿轮(46)与挂档滑套(42)啮合，安装在取力器(4)的输入轴(41)上，与取力器(4)的输入轴(41)同步转动；
所述输入齿轮(43)通过轴承安装在取力器(4)的输入轴(41)上，并与输出齿轮轴(44)啮合；
所述挂挡拨叉用于推动挂挡滑套(42)，使挂挡滑套(42)与输入齿轮(43)啮合，将电机(3)的动力传递到输出齿轮轴(44)上，通过输出接口(45)输出；
取力器(4)的翘板开关、压力开关、电磁阀均与整车控制器VCU连接。
2.根据权利要求1所述的集成取力器的电驱桥，其特征在于：输出接口(45)具有内花键或法兰盘两种接口。
3.根据权利要求2所述的集成取力器的电驱桥，其特征在于：挂挡滑套啮合齿轮(46)与取力器(4)的输入轴(41)为一体式结构。
4.一种权利要求1-3任一所述集成取力器的电驱桥中取力器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、停车取力时，整车控制器VCU接收到取力器的翘板开关信号时，采集脚刹信号、变速箱挡位信号、整车状态信号、电机转速信号和油门开度信号；
步骤2、整车控制器VCU判断所采集信号是否满足取力要求，若满足，则输出取力器电磁阀使能信号，控制取力器电磁阀开且将气路导通到取力器进气口，取力器的挂挡拨叉推动挂挡滑套，与输入齿轮啮合，将驱动电机的扭矩传递到输入齿轮，通过输出齿轮轴输出。
5.根据权利要求4所述的集成取力器的电驱桥中取力器控制方法，其特征在于，步骤2中取力要求为：
踩脚刹、变速箱处于空挡状态、整车处于Ready状态、电机转速小于60rpm及无油门开度。
6.根据权利要求5所述的集成取力器的电驱桥中取力器控制方法，其特征在于：步骤2中通过油门踏板控制电机转速或将电机转速设置为恒转速转动，控制上装作业的速度。
7.一种权利要求1-3任一所述集成取力器的电驱桥中取力器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、行车取力时，整车控制器VCU接收到取力器的翘板开关信号时，发送指令至MCU，使电机扭矩清为0Nm后控制变速箱换档机构挂到空挡位置；
步骤2、整车控制器VCU采集变速箱挡位信号，若变速器挡位为空挡，则通过MCU将电机转速下拉到60rpm并发送取力器电磁阀使能信号；控制取力器电磁阀开且将气路导通到取力器进气口，取力器的挂挡拨叉推动挂挡滑套，与输入齿轮啮合；
步骤3、整车控制器VCU采集取力器压力开关信号，若取力器压力开关闭合，则控制变速箱换档机构挂档；整车控制器VCU采集变速箱挡位信号，当变速箱档位不是空挡时，根据油门开度控制电机转速，控制上装作业的速度。
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