一、 eAWD概述

博格华纳提出一款eAWD双电机扭矩矢量控制电驱系统，实际上是一个驱动电机（TM）和一个扭矩分配电机（TV），并不是两个电机都用于驱动。整体布置上，驱动电机位于电桥中间，两端分别用一个NGW行星排作为减速器，扭矩分配机构也是一个NGW行星排。该系统的可能的结构是TV行星排的行星架和作为减速机构的NGW行星排的齿圈连接在一起。

驱动电机TM采用PMSM类型，转速12000rpm，功率60kW，扭矩180Nm；扭矩矢量分配电机采用SRM开关磁阻电机，转速24000rpm，功率6.5kW，扭矩39Nm，如图2

博格华纳的eAWD电驱系统结构新颖紧凑，没有传统的开式差速器，而是采用了三个直齿圆柱齿轮来实现差速的功能，如下图

图3 eAWD的直齿圆柱齿轮“差速器”

此外，该传动系统作为P4电桥使用还带有脱开机构。

研究表明，脱开机构可使整个系统提高2%~3%的效率，不过本文不讨论脱开机构，而是重点阐述eAWD是如何仅通过一套NGW行星排和一个SRM电机实现扭矩分配的。

二、 原理分析

该系统的差速器和减速器由两个NGW行星排和三个直齿圆柱齿轮共同构成，两个NGW行星排均分驱动电机TM传递过来的扭矩，三个直齿圆柱齿轮实现差速的功能，它们是一个整体，缺一不可。eAWD的结构简图如下

2.1、TV电机转速控制

当车辆直行时，TM电机驱动NGW减速行星排的两个太阳轮，动力经行星架传递到半轴，此时齿圈R1和R2转速为0，所以TV电机的转速也为0，表现在杠杆图上如下：

图4 直行时模拟杠杆图

当车辆行驶于颠簸路面或拐弯时，两半轴的转速不再相同，假设存在2Δn的转速差，那么TV电机的转速如何控制才能保证系统协调呢？利用图5来分析差速时的转速。

根据图4车辆直行时的杠杆图，行星架和驱动电机之间的转速关系为：

在图5中，当PC1有Δn的增速时，有如下关系：

将上式化简并将式（1）代入后得：

此时扭矩矢量控制行星排的模拟杠杆如图6

nR1的转速和nPC相同，所以

式（3）即为差速时TV电机应该控制的转速，它表明TV电机的转速是减速行星排和矢量控制行星排特性参数i、k以及转速差Δn的函数。

2.2、TV电机扭矩控制

eAWD系统中，TV电机的扭矩如何分配呢？分析图7的扭矩分配功率流，TV电机的扭矩经过行星架PC后在齿圈R1上分成两路，一路流入行星排R1-PC1-S1，一路经过具有差速功能的三个外啮合齿轮后流入另一端的减速行星排R2-PC2-S2。我们分成三步来分析扭矩分配的规律。

首先，分析扭矩矢量分配行星排输入扭矩和输出扭矩之间的关系，可参考图6：

上式中Tpc和Ttv的方向相反。

其次，分析Tpc流入行星排后各元件的扭矩，见图8的模拟杠杆

设Tpc流入行星排R1-PC1-S1的扭矩比例为α，则其流入行星排R2-PC2-S2的扭矩占比为1-α

在行星排R1-PC1-S1中，根据杠杆平衡，得：

第三步，分析行星排R2-PC2-S2。图8中间“S1-S2”模拟杆，TS1和TS2必然大小相等方向相反（否则杠杆不平衡），所以由式（6）得：

于是由式（7）和杠杆平衡得：

将式（4）代入式（5）和（8）即为TV电机分配到两个半轴上的扭矩，显然它们大小相等方向相反。

现在还有一个问题未解决，系数α究竟等于多少？

观察图7，齿圈R2除了受到行星排R2-PC2-S2的作用外，还受到一个Tpc的分量的作用：（1-α）Tpc，它们表现在杠杆上如图8所示的R2杆，当杠杆平衡时，（1-α）Tpc和式（9）必然大小相等方向相反，所以

α=1/2

将该值连同式（4）代入（5）、（8）得：

三、 模拟验证

可以用相关软件对公式（3）和（10）进行验证，建立模型如图9所示

图9模型中及表1中的参数为任意给出，不具有实际意义，仅供原理验证使用，其共涉及两个参数一样的NGW行星排以及一个用于扭矩矢量分配的NGW行星排，它们的参数见下表：

3.1、直行工况

车辆直行时，假设输入转速6000rpm，输入扭矩150Nm，则左右半轴的转速为：

左右半轴的扭矩为：

软件模拟时，控制TV电机的转速和扭矩都为0，计算数据如下：

计算结果和软件模拟一致。

3.2、差速工况

差速时，假设左半轴降低5rpm，右半轴增加5rpm，根据公式（3），此时需要控制TV电机的转速为：（1+71/31）*（1+23/67）*5=22.0992rpm，同时控制TV电机的扭矩为0。设此时输入转速仍然为6000rpm，输入扭矩为150Nm，则转弯前一时刻左右半轴的转速为：

所以

软件计算结果如下：

3.3、扭矩分配工况

还是以输入转速6000rpm输入扭矩150Nm为例，则驱动电机输出到左右半轴的扭矩为：

此时若想对左右半轴进行扭矩矢量控制，例如左半轴需要减小50Nm，相应的右半轴增加50Nm，根据公式（10），TV电机需要出扭：

左半轴的总扭矩为：

右半轴的总扭矩为：

软件计算结果如下：

四、 总结

扭矩矢量分配并不是什么新技术，黑科技，它最早由美国人发明，但是玩的最娴熟肯定还是奥迪，当然还有日系的丰田、本田、三菱、斯巴鲁等等。扭矩矢量分配能够提升车辆的操纵性稳定性，增加牵引力和越野性能，它一般被用于高端性能的车上，价格不菲。早期的扭矩矢量分配装置都是基于湿式多片离合器开发，利用离合器的滑磨，油压的大小来实现扭矩的控制。而运用行星排对扭矩进行分配则是近几年的事情，它的好处是显而易见的，没有湿式离合器的滑磨，提升了系统效率；没有复杂的液压系统，提升了可靠性等等。