车轮驱动系统的制作方法

本发明涉及电动汽车的底盘驱动技术领域，尤其涉及一种车轮驱动系统。

背景技术：

通常情况下，电动汽车的车轮驱动系统中均设有机械制动装置，和轮内电机一起提供车辆所需的制动转矩，并用于在轮内电机不能提供再生制动转矩时提供全部所需的制动转矩，以保证车辆的制动功能和性能。其中，车轮、轮内电机、制动装置的质量等构成了车轮驱动系统总质量。

现有技术中，轮内电机的环形转子和制动装置的制动盘固定在转子托架上，转子托架与车轮连接以传递驱动力和制动力，用于驱动和制动电动汽车。其中，由于轮内电机的质量较大，从而导致电动汽车的非悬挂质量较大，因此当电动汽车在不平路面上行驶时，非悬挂质量产生的冲击载荷就会很大，降低了车辆行驶安全性和平顺性。

技术实现要素：

本发明提供一种车轮驱动系统，用于解决现有技术中车辆行驶安全性和平顺性不高的问题。

本发明实施例提供一种车轮驱动系统，包括：轮内电机、制动装置以及车轮；车轮，包括轮辋和轮毂盘，轮辋与轮毂盘相联接，其中，轮毂盘将轮辋的内腔分隔成相互隔离的两个腔室；轮内电机安设在所述两个腔室的其中一个腔室中，制动装置安设在所述两个腔室的另一个腔室中；所述轮内电机包括环形转子，所述环形转子安设在所述轮辋上；所述制动装置包括制动盘，所述制动盘安设在所述轮辋上。

如上所述，上述车轮驱动系统的轮内电机，还包括：环形定子和定子托架；环形转子安设在轮辋的转子凸台上，环形定子安设在定子托架上。

如上所述，上述车轮驱动系统还包括：轮毂单元，轮毂单元与车轮托架 联接；

轮毂单元，包括：转动圈和固定圈，转动圈套设在固定圈上；

转动圈和轮毂盘固定联接；固定圈和定子托架固定联接。

如上所述，上述车轮驱动系统的车轮，还包括：外轮缘，外轮缘与轮辋可拆卸联接。

如上所述，上述外轮缘的内缘延伸到定子托架附近，且在外轮缘的内缘与定子托架之间设有密封圈。

如上所述，上述车轮驱动系统的轮毂盘内设有多个盘内空腔；盘内空腔与轮胎气腔相连通。

如上所述，上述车轮驱动系统的轮毂单元，还包括O型密封圈；固定圈上设有固定凸台，转动圈上对应设有转动凹槽，O型密封圈设置在固定凸台和转动凹槽之间；

固定圈上设有第一气孔，转动圈上对应设有与第一气孔位置对应的第二气孔，轮毂盘上设有对应第二气孔位置对应并与盘内空腔相连通的第三气孔。

如上所述，上述车轮驱动系统的轮毂单元，第一气孔与车载气路相连接。

如上所述，上述车轮驱动系统的两个腔室包括：内腔室和外腔室，内腔室比外腔室接近车轮托架；轮内电机安设在外腔室中，制动装置安设在内腔室中。

如上所述，上述车轮驱动系统的制动盘安设在轮辋的制动盘凸台上，上述车轮驱动系统的制动装置还包括：制动卡钳；制动卡钳安设在车轮托架上。

本发明提供的车轮驱动系统，包括轮内电机、制动装置以及车轮，其中，车轮包括：轮辋和轮毂盘，其中通过轮毂盘将轮辋的内腔分隔成不连通的两个腔室，轮内电机安设在其中一个腔室中，制动装置安设在另一个腔室中，当制动装置工作时产生的热空气不能从其中一个腔室穿过轮毂盘流通到另一个腔室加热轮内电机，而且使得轮内电机和制动装置的零件无法直接接触，完全消除了制动装置工作时产生的热量对轮内电机的直接影响，提高了轮内电机的热性能以及延长其使用寿命，另外通过轮内电机的环形转子和制动装置的制动盘安设在轮辋上，可以直接驱动和直接制动轮辋，取消了转子托架等中间传力构件并且缩短了传力路径，减小了轮内电机的质量，也从而减轻了车轮驱动系统总质量，进一步提高了车辆行驶安全性和平顺性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明车轮驱动系统实施例一的整体结构示意图；

图2为本发明车轮驱动系统实施例二的外侧结构示意图；

图3为图2所示车轮驱动系统实施例二的内侧结构示意图；

图4为图2所示车轮驱动系统实施例二的外侧结构示意图；

图5为图2所示车轮驱动系统实施例二的A-A旋转剖视图；

图6为图2所示车轮驱动系统实施例二的B-B半剖视图；

图7为本发明车轮驱动系统实施例三的内侧结构示意图；

图8为图7所示车轮驱动系统实施例三的C-C旋转剖视图；

图9为图8所示车轮驱动系统实施例三的D-D局部放大视图。

附图标记说明：

1：轮内电机；

2：轮毂单元；

3：制动装置；

4：车轮；

6：车轮托架；

7：空气动力学罩；

8：悬架；

9：车载气路；

11：环形转子；

13：环形定子；

14：定子托架；

15：电机控制器；

16：密封圈；

21：转动圈；

22：固定圈；

23：O型密封圈；

31：制动盘；

32：制动卡钳；

41：轮辋；

42：轮毂盘；

43：内腔室；

44：外腔室；

45：轮胎；

46：轮胎气腔；

47：外轮缘；

48：盘内空腔；

51：车轮螺栓；

52：车轮螺母；

71：摄像头；

91：空气压缩机；

92：储气罐；

93：电磁阀；

94：气管；

95：胎压传感器；

96：电子控制器；

211：转动凹槽；

221：固定凸台；

222：第一气孔；

212：第二气孔；

311：制动盘凸耳；

411：制动盘凸台；

412：转子凸台；

421：第三气孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明车轮驱动系统实施例一的整体结构示意图，如图1所示，本实施例的一种车轮驱动系统可以包括：轮内电机1、制动装置3以及车轮4，其中车轮4，包括轮辋41和轮毂盘42，轮辋41与轮毂盘42相联接，其中轮毂盘42将轮辋41的内腔分隔成相互隔离的两个腔室；轮内电机1安设在两个腔室的其中一个腔室中，制动装置3安设在两个腔室的另一个腔室中；轮内电机1包括环形转子11，环形转子11安设在轮辋41上；制动装置3包括制动盘31，制动盘31安设在轮辋41上。

具体的，上述轮辋41与轮毂盘42可以分开制造后以可拆卸或不可拆卸方式联接成一体，或者两者也可以一体制成，例如在配用轮胎为非充气轮胎时，由于轮胎不会漏气无须更换，则轮辋41与轮毂盘42就可以联接成或制成一体。而对于充气轮胎，由于环形转子11安和制动盘31安设在轮辋41上使得轮辋41难以拆卸，因而不能通过拆卸轮辋41来更换备胎，可以另设置可拆卸轮缘以满足轮胎漏气时更换备胎之所需。

本发明实施例提供的车轮驱动系统，包括：轮内电机、制动装置以及车轮，其中，车轮包括：轮辋和轮毂盘，其中通过轮毂盘将轮辋的内腔分隔成不连通的两个腔室，当制动装置工作时产生的热空气不能从其中的一个腔室穿过轮毂盘流通到另一个腔室加热轮内电机，而且使得轮内电机和制动装置的零件无法直接接触，完全消除了制动装置工作时产生的热量对轮内电机的直接影响，提高了轮内电机的热性能以及延长其使用寿命；另外通过轮内电机的环形转子以及制动装置的制动盘安设在轮辋上，可以直接驱动和直接制动轮辋，取消了中间传力构件，减小了轮内电机的质量，因而减轻了电动汽车的非悬挂质量，从而进一步地提高了车辆行驶安全性和平顺性。

进一步地，本发明实施例中，轮毂盘42上不再设置轮辐，也没有可供空气穿行其中的轮辐孔，因此消除了空气对流的通道，使得制动装置3工作时 产生的热空气不能通过对流这种最重要的传热方式对轮内电机1产生直接影响。

同时，还可以在轮毂盘42上设置减重孔、减重槽或者空腔等，只要其不为将两个腔室连通的通孔方式即可。

另外，轮毂盘42与其他零件联接配合时所涉及的螺栓孔和中心孔，但这些属于非开放式通孔，在车轮驱动系统装配好后将不允许空气自由流通，并且不再设置有其他允许空气自由流通的开放式通孔，因此，并不会影响上述技术效果。

图2为本发明车轮驱动系统实施例二的外侧结构示意图；图3为图2所示车轮驱动系统实施例二的内侧结构示意图；图4为图2所示车轮驱动系统实施例二的外侧结构示意图；图5为图2所示车轮驱动系统实施例二的A-A旋转剖视图；图6为图2所示车轮驱动系统实施例二的B-B半剖视图；

如图2-图6所示，轮内电机1还包括：环形定子13和定子托架14；环形转子11安设在轮辋41的转子凸台412上，环形定子13安设在定子托架14上。

环形转子11直接安设在轮辋41上，取消了中间传力构件，即取消了专门用于安设环形转子11的转子托架，并且缩短了传力路径，即车轮的轮辐部位不再承受驱动转矩，实现了直接驱动轮辋41，因此可以减轻了轮内电机的质量，也减轻了车轮驱动系统的总质量，从而减轻了电动汽车的非悬挂质量。

进一步地，上述车轮驱动系统还可以包括：轮毂单元2，轮毂单元2与车轮托架6联接；

其中，车轮托架6与悬架8连接。图2-3中的悬架8为麦弗逊式悬架，其他类型的悬架也是可以的，例如双横臂悬架等，并不以此为限。

轮毂单元2，包括：转动圈21和固定圈22，转动圈21套设在固定圈22上。

转动圈21和轮毂盘42固定联接，具体地，可以采用联接螺栓穿过设置在轮毂盘42上的通孔将轮毂盘42固接到转动圈21上，还可以通过其他方式将转动圈21和轮毂盘42固定联接，以使得转动圈21可以支撑轮毂盘42，但并不以此为限。

固定圈22和定子托架14固定联接，具体地，可以在固定圈22的外端设 置外花键段和螺纹段，在定子托架14的安装孔内对应设置内花键段，定子托架14通过安装孔套设在固定圈22的外花键段上并通过锁紧螺母固接在固定圈22上，还可以通过其他方式将固定圈22和定子托架14固定联接，以使得固定圈22可以支撑定子托架14，但并不以此为限。

进一步地，车轮4还包括外轮缘47，外轮缘47与轮辋41可拆卸联接。

如前所述，为了保证充气轮胎在漏气时更换备胎，而轮辋41上由于安设有环形转子11和制动盘31而难以拆卸，因此设置了可拆卸的外轮缘47。

外轮缘47和轮辋41之间通过车轮螺栓51和车轮螺母52相联接，在轮胎漏气需要更换备胎时，只需将车轮螺母52拆下，将外轮缘47从轮辋41和车轮螺栓51上退出即可。

显然，备胎也只需要包括轮胎，而轮胎的质量可以比常规车轮的轻四分之三，因此减小了更换备胎的工作强度。

为了保证车轮4的气密性，在外轮缘47和轮辋41之间还设有O形密封圈。在更换备胎取下外轮缘47时，也可以更换新的O形密封圈。显然，其他的密封方法和装置也是可以的，例如密封胶，但并不以此为限。

进一步地，上述外轮缘47的内缘延伸到定子托架14附近，且在外轮缘47的内缘与定子托架14之间设有密封圈16。

外轮缘47延伸到定子托架14附近，不仅可以起到轮内电机1的端盖作用，而且在他们之间设置密封圈16，以防止泥沙、灰尘和水侵入轮内电机1的内部。由于线速度过高而容易导致密封圈16过早失效，因此，上述密封圈16应设置在半径较小线速度较小的位置处。

显然，也可以为轮内电机1设置一专门的转子挡盖，而外轮缘47只起到支撑轮胎的作用。转子挡盖与轮辋41联接，其外缘夹设于轮辋41和外轮缘43之间，其内缘延伸到定子托架14附近，在转子挡盖内缘和定子托架14之间设有密封圈16即可。

为了提高适配性，也可以采用尺寸规格较小的车轮4。但另一方面，也尽可能增大环形转子11的外径，以提高轮内电机1的转矩密度。同时，车轮4的槽底可以更深以便能够充入更多的空气，以降低轮胎径向刚度。因此，外轮缘47的尺寸受到了限制。而另一方面，转子挡盖需要与轮辋41相联接，但外轮缘47附近的可用空间较小，因此，将转子挡盖的外缘夹设于轮辋41 和外轮缘47之间，通过螺钉进行联接，同时在外轮缘47上开设有相应的盲孔或者通孔，以容纳螺钉头部。

进一步地，轮毂盘42内设有多个盘内空腔48；

盘内空腔48与轮胎气腔46相连通。

具体的，一体制成的轮辋41和轮毂盘42易于实现盘内空腔48与轮胎气腔46相连通，只要在轮辋41与轮毂盘42的连接部位制出延伸到轮毂盘42内部的凹槽即可。显然，盘内空腔48将显著增大可充入轮胎内的空气，与常规车轮相比，可充入轮胎45内的空气容积至少增大30％，如此可在不降低轮胎侧向刚度的条件下显著减小轮胎径向刚度，从而大大改善车轮接地安全性和车辆平顺性。

而对于分开制造后连接成一体的轮辋41和轮毂盘42，可在轮毂盘42内制出盘内空腔48，并在轮毂盘42和轮辋41的连接部位对应设置一对通气孔即可将盘内空腔48与轮胎气腔46相连通。

显然，一体制成的轮辋41和轮毂盘42可以保证充入轮胎的空气更多，质量更轻且结构更简单，因此，优选采用在一体制成的轮辋41和轮毂盘42上设有盘内空腔48并与轮胎气腔46相连通。

进一步地，轮毂单元2还包括O型密封圈23，固定圈22上设有固定凸台221，转动圈21上对应设有转动凹槽211，O型密封圈23设置在固定凸台221和转动凹槽211之间；

固定圈22上设有第一气孔222，转动圈21上设有与第一气孔222位置对应的第二气孔212，轮毂盘42上设有与第二气孔212位置对应并与盘内空腔48相连通的第三气孔421。

如前所述，如果外轮缘47附近可用空间受到限制时，气门芯可以安装在轮毂盘42上。进一步，如果将气门芯的位置内移到轮毂盘42与转动圈21接触的部位，则可以考虑采用车载气路9对轮胎45进行充放气，实现更多功能。

由于轮毂单元2的固定圈22的内孔用于轮内电机1的直流动力电缆、水冷管路和控制线过线，因此可以通过固定圈22供气，并在转动圈21和轮毂盘42的对应部位设置气孔，以将气体打入车轮4内。为了保证气密性，在各气孔的接口处可以设置O型密封圈或者其他密封装置。

进一步地，第一气孔222与车载气路9相连接；

车载气路9包括相连接的空气压缩机91、储气罐92、电磁阀93、气管94、胎压传感器95以及电子控制器96。

外轮缘47的可拆卸性能可以满足轮胎漏气时更换备胎之所需，而备胎并不如常规备胎那样自带车轮并充好气，由此带来了备胎充气的问题。可以在后备箱里配备电动空气压缩机，在备胎和外轮缘47安装到位后用于给备胎充气。

也可以通过车载气路9，包括相连接的空气压缩机91、储气罐92、电磁阀93、气管94、胎压传感器95以及电子控制器96，如此不仅可以给备胎充气，而且还可以实现轮胎胎压调节功能。

图7为本发明车轮驱动系统实施例三的内侧结构示意图；图8为图7所示车轮驱动系统实施例三的C-C旋转剖视图；图9为图8所示车轮驱动系统实施例三的D-D局部放大视图。如图7-图9所示，图中示出了两根气管94，根据箭头符号所示可知，其中之一用于轮胎充气，空气压缩机91和储气罐92通过充气用的电磁阀93后将空气打入轮胎45内；另一根用于轮胎放气，放气用的电磁阀93打开后，轮胎45内的空气可以排出到大气中。

如此可根据行驶车速或者其他条件对轮胎气压进行调整，例如，在高速行车时可以对轮胎进行充气，提高胎压以防止轮胎驻波现象的发生，或者在轮胎缓慢但比较明显漏气时，可以对轮胎进行充气，维持行驶到修车点，或者在轮胎温度较高且胎压也较高时，可以对轮胎进行放气，以免发生爆胎。

轮胎胎压调节功能也可以用于克服轮内电机1安设在车轮4内增大非悬挂质量所带来的车轮接地安全性和车辆平顺性问题。例如，可以通过传感器感知前方道路状况，据此对轮胎气压进行调整，在良好路面上可以调高胎压，而在崎岖不平的路面或者过隔离带时可以调低胎压，以保证车轮接地安全性和车辆平顺性。

进一步地，上述两个腔室包括：内腔室43和外腔室44，内腔室43比外腔室44接近车轮托架6；

轮内电机1安设在外腔室44中，制动装置3安设在内腔室43中。

进一步地，上述轮内电机1的环形转子11套设在环形定子13的外侧。

具体的，轮内电机1为径向磁场电机，环形转子11设置在环形定子13的径向外侧，即轮内电机1采用外转子电机来实现。与内转子电机相比，外 转子电机的输出转矩约大15％左右，因此，优选地采用外转子电机作为轮内电机1。此外，轮内电机1不仅可以采用径向磁场电机来实现，也可以选用功率密度更高的轴向磁场电机或横向磁场电机来实现。

进一步地，上述轮内电机1还包括电机控制器15，电机控制器15设置在定子托架14上。

具体的，电机控制器15可以设计成包含多个小逆变器，可对每个线圈或由数个线圈构成的分绕组进行单独控制，由此提高了轮内电机1的可靠性和故障容错能力。电机控制器15可以布置在定子托架14上靠近定子绕组的位置上，也可布置在轮内电机1的其他合适位置处，但并不以此为限。

进一步地，上述制动盘31安设在轮辋的制动盘凸台411上，制动装置3还包括制动卡钳32；制动卡钳32安设在车轮托架6上。

制动盘31直接安设在轮辋41上，取消了中间传力构件，即取消了用于安设制动盘31的转子托架，并且缩短了传力路径，即常规车轮的轮辐部位不再传递制动转矩，实现了直接制动轮辋41，因此可以减轻车轮驱动系统总质量。

具体的，在制动盘31上设置制动盘凸耳311，通过浮动螺栓安装在制动盘凸台411上，以克服制动盘31发热时引起的热膨胀。显然，也可以选择其他浮动安装方式来实现制动盘31和轮辋41之间的联接，并不以此为限。

具体的，上述制动盘31可以为环形制动盘，制动卡钳32为内制动卡钳，这种方式可以获得的有效摩擦半径比常规的内盘外卡钳方式大约15％，也减小了制动卡钳32所需提供的夹紧力，如此使得尺寸较小的制动卡钳32也能满足要求，但并不以此为限。

具体的，上述制动卡钳32可以采用液压式、气压式或者机电式卡钳来实现。特别地，对于尚在研发中还没有大规模应用的机电式卡钳，由于采用的环形制动盘31具有较大的有效摩擦半径，机电式卡钳所需提供的夹紧力较小，所需车载低压电源提供的电功率较小，现有的车载12V铅酸蓄电池即可满足供电要求，而不必非得升级到36V，但并不以此为限。

制动装置3也可以采用鼓式制动器来实现，制动鼓安装在制动盘凸台411上，包含制动蹄等零件的底板安设在车轮托架6上即可。出于轻量化目的，也可以采用两件复合式制动鼓，即制动盘凸台411由铝合金制成，在制动盘凸台 411的内腔里铸入或嵌入一个灰铸铁环，以提供合适的摩擦副，但并不以此为限。

进一步地，车轮驱动系统还包括：空气动力学罩7；

空气动力学罩7罩设在外腔室44的开口外侧，与外腔室44中的非旋转部件固定联接。

进一步地，上述空气动力学罩7上包括：至少一种指示灯，和/或至少一种传感器。具体地，由于空气动力学罩7不随车轮4转动，因此其还可以作为一个平台，在该空气动力学罩7上设置各种指示灯、传感器等辅助器件，例如可以设置用于观察车轮前方道路的摄像头71，识别出道路状况后据此调整轮胎胎压，从而提高车轮接地安全性和车辆平顺性。

具体的，上述车轮驱动系统还包括空气动力学罩7，固接在外腔室44中的定子托架14上，其中，可以选用螺栓联接或弹性卡口来固接空气动力学罩7，当然，其他可拆卸联接方式也是可选的，并不以此为限。

轮内电机1设置在外腔室44中，则空气动力学罩7可以固接在定子托架14上。如果制动装置3设置在外腔室44中，则空气动力学罩7固接在用于安设制动卡钳32的支架上。此外，空气动力学罩7还可以固接在外腔室44中的任何其他非旋转部件上，例如轮毂单元2的固定圈22上，并不以此为限。

另外，与用于装饰目的且固接到车轮上的车轮装饰盖根本不同，空气动力学罩7是不随车轮4一起转动的，主要用于改善车轮4附近的空气流场以减小车轮风阻，而前者随车轮一起转动，不能起到有效减小车轮风阻的目的。此外，由于液压管路或者动力电缆、水冷管路和控制线等外露设置在外腔室44中，因此空气动力学罩7还可以对这些零部件起到保护作用，避免有意或者无意的损害。

进一步地，上述空气动力学罩7可以具有圆盘形状，也可以具有其他合适的形状，但并不以此为限。例如，如果制动装置3设置在外腔室44中，则上述空气动力学罩7上还设置有进气口和排气口，进气口将外界空气导入空气动力学罩7内对制动装置3进行冷却，排气口将空气动力学罩7内的热空气导出。如果轮内电机1设置在外腔室44中，由于通常采用的是水冷电机以提高功率密度，并不需要借助于外界空气对其进行冷却，因此空气动力学罩7上也可以不设置进气口和排气口。

上述空气动力学罩7可以选用工程塑料、碳纤维、镁铝合金或薄钢板等材料制成，以实现减小车轮风阻、对制动装置3进行冷却、保护外腔室44中外露的各种管路和电缆等零部件、安装指示灯和/或传感器等功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。