轮边驱动装置技术

NSK公司根据该设想开发出了一种轮边驱动装置。该驱动单元由两个紧凑的电机、1个自由轮离合器、1个两档变速器和带有整体式变速级的车轮轴承组成(图2)。开发的目标是：

(1) 小型化,配备有两个紧凑的电动机和1个两档变速器；

(2)  具有较高的扭矩和足够高的终端转速；

(3)  换档过程中无较大冲击。

变速器由2个行星齿轮总成(单排和双排小齿轮行星齿轮总成)组成，而单排小齿轮总成的内齿环与双排小齿轮变速器的行星齿轮架结合在一起。具有2个支承轴承的自由轮离合器使变速器更为完整，其在换档时可使单排小齿轮行星齿轮架调整转动方向。车轮轴承配备了一个整体式减速器，可提高变速器的输出扭矩。这种驱动装置按照表1所列的技术规格开发，不仅达到了较高的扭矩，而且具有足够高的终端转速。

这种轮边驱动装置具有两个前进档和1个倒车档。电动机A和B由电控单元控制，能同时或彼此相互独立地调节2个电机(图3)。在第一档时电机A和B以相反方向旋转，然后与自由轮离合器相结合，并使单排小齿轮行星齿轮架停止转动。如果电机B的旋转方向改变的话，那么自由轮离合器将脱开，变速器就从第一档转换到第二档。

工作原理

在第一档时，电机A和B以扭矩调节模式进行运作。如果电机B的调节算法从扭矩调节转换到速度调节的话，那么变速器就从第一档转换至第二档，但是电机A的调节算法保持不变，而电机B的额定值则是电机A在第二档时的转速，这就意味着电机B将通过调节而赶上电机A。该变速器的结构型式无需液压技术和机械式执行机构，通过调节两个电机的旋转方向和转速就能实现换档，而且以该方式换档较为平稳，驾驶员和乘客都几乎察觉不到换档过程。该类变速器结构为提高紧凑性和减轻质量的驱动设计提供了前提条件。

第一档时较高的驱动扭矩在两套行星齿轮总成之间进行功率分流，而在第二档时又可达到足够高的终端转速。在倒档时电机A和B同样以相反的旋转方向运作，但是旋转方向的组合并不与第一档时相对应，而是电机A向后旋转，电机B向前旋转，其原因是自由轮离合器仅允许单排小齿轮行星齿轮架朝单一方向旋转。

轮边驱动装置仅在倒车档时电机A和电机B的转速比才保持恒定不变地运行，此时转速比受到限制。而倒车的上下转速极限则是由行星齿轮总成的齿数所决定的。

试验车辆

NSK公司已建造了1辆装有轮边驱动装置的试验车辆(图4)，以便能进行实际行驶试验。在两个前车轮上各配备了1个轮边驱动装置(图5)。控制系统由操纵装置(加速踏板、换档开关、向前行驶和倒车行驶)、数字模块化硬件串联式车载专用机箱和转换器组成。操纵装置的信号由专用车载机箱进行评估分析计算，算出当前所期望的转换器运行模式及由行驶指令得到的转速和扭矩值，并将其作为指令传递给转换器。转换器由2个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块、1个微型计算机和多个冷却体组成。微型计算机能够同时控制2个IGBT模块，即2个电机，两者被各集成为1个驱动单元。轮边驱动装置具有3个运行模式，包括第一档、第二档和倒车档。

汽车结构由1个中央车架及前后各1个副车架组成。中央车架上装有蓄电池组(布置于座位下)、蓄电池管理系统(布置于座位后)和车载专用机箱(布置于车辆尾部)。车载专用机箱作为中央控制和调节单元并用于数据收集和贮存。除了驾驶员座位之外，还有一个试验工程师座位。另外，转换器被安装在可拆卸的副车架上，此类模块化结构被允许用于各种不同试验用途的车辆。

实验结果

NSK公司已用上述的试验车辆开展了行驶试验,并且查明了该类新型轮边驱动装置在各种不同行驶状况和每一种运行模式下的功率。图6示出了换高档和换低档的试验结果。电机A和B以相反方向旋转，车轮向前滚动。2个电机以扭矩调节模式进行工作，电机B跟随电机A的转速，使车轮加速。此外，试验证实第一档的加速度至少是第二档的2倍。

该轮边驱动装置的性能特点是换档过程无冲击。其由2个电机组成，并通过具有2套行星齿轮总成的变速器将功率汇聚在一起。如果2个电机的转速和扭矩可进行精确调节的话，即使在加速和减速期间驾驶员也能切换至高档或低档，该功能同样也在行驶试验中得到了证实(见图6)，以此可在换档过程中实现连续加速和减速，或者保持车速恒定不变。

结论与展望

NSK公司采用轮边马达为电动车开发了一种结构紧凑且功率强劲的新型驱动方案，不仅提供了较高的扭矩并且具有足够高的终端转速，同时在试验车辆上证实了此类电驱动装置的实用性。NSK公司并未计划将该驱动装置商业化，此项进程将留给有一定资质的OEM制造商或达到Tier1等级的零部件供应商去完成，而NSK公司的目的是要将该集成在车轮上的电驱动装置的机械零部件先投入批量生产，从而提高高效环保的电驱动的吸引力。