本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，具體為電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)系統(tǒng)的2個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速機(jī)構(gòu)及其控制單元構(gòu)成及控制方法。

背景技術(shù)：

隨著電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展，人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)最高車(chē)速、加速度、爬坡度及舒適性提出了更高的要求，國(guó)內(nèi)外也針對(duì)這些指標(biāo)制定了更為嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)方式及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)作為其核心決定著電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性，由于受到電機(jī)特性的限制，傳統(tǒng)的單電機(jī)直驅(qū)的模式只能通過(guò)增大電機(jī)功率的方法適應(yīng)人們的使用需求和法律法規(guī)的要求，不僅增加了電機(jī)的成本、增大電機(jī)的體積，而且造成電機(jī)多數(shù)時(shí)間工作在低效區(qū)，降低了電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程。

為了解決以上問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)始采用變速機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足最大牽引力和最高車(chē)速的需求，由于電機(jī)四象限運(yùn)行的特點(diǎn)使能量回饋制動(dòng)成為其節(jié)能的重要手段，要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在具有較高的傳統(tǒng)效率的同時(shí)具備雙向扭矩傳遞的功能，因此在傳統(tǒng)燃油車(chē)上應(yīng)用較多的自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)（AT）并不適用于電動(dòng)汽車(chē)，目前應(yīng)用較多的是兩檔機(jī)械式自動(dòng)變速箱（AMT）技術(shù)。

然而，機(jī)械式自動(dòng)變速箱的換擋過(guò)程為自動(dòng)控制，駕駛員無(wú)法了解具體換擋時(shí)間，換擋過(guò)程車(chē)輛驅(qū)動(dòng)力缺失，不僅降低了駕駛的舒適性，而且給車(chē)輛的安全性帶來(lái)較大的隱患。

行星排傳動(dòng)技術(shù)在工業(yè)減速機(jī)及混合動(dòng)力汽車(chē)上有大量的應(yīng)用，然而在工業(yè)領(lǐng)域行星排只是代替齒輪起到固定減速比減速的作用，在混合動(dòng)力車(chē)輛中起到對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出能量在驅(qū)動(dòng)和發(fā)電之間的分配作用，本發(fā)明中的行星排作為動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，起到對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速和車(chē)速之間解耦的作用，使車(chē)速不依賴(lài)于某個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在減小電機(jī)總功率的同時(shí)，達(dá)到滿(mǎn)足車(chē)輛對(duì)最大扭矩和最高車(chē)速的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的目的在于提供一種電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)的控制方法，旨在解決以上電動(dòng)汽車(chē)在經(jīng)濟(jì)性、舒適性、安全性和動(dòng)力性上存在的問(wèn)題，所述電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)由整車(chē)控制器、第一電機(jī)、第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)、第二電機(jī)控制器、行星排、離合器組成。

動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)部連接方式包括機(jī)械連接、電氣連接和通信接口：

其中機(jī)械連接包括：第一電機(jī)輸出軸與行星排齒圈連接，第二電機(jī)輸出軸與行星排太陽(yáng)輪連接，離合器一端與第二電機(jī)輸出軸連接、另一端與車(chē)體連接；

電氣連接包括：第一電機(jī)控制器與第一電機(jī)之間的高壓驅(qū)動(dòng)線路，第二電機(jī)控制器與第二電機(jī)之間的高壓驅(qū)動(dòng)線路；

通信接口為第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器、整車(chē)控制器之間的高壓CAN總線接口；

動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)外接口也包括機(jī)械連接、電氣連接和通信接口：

其中機(jī)械接口為行星排行星架與電動(dòng)汽車(chē)主軸之間的連接；

電氣連接包括第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器與動(dòng)力電池之間的高壓供電線路，第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器、整車(chē)控制器的低壓供電線路；

通信接口包括整車(chē)控制器與儀表、ABS、行車(chē)記錄儀、空調(diào)的低壓CAN總線接口及與內(nèi)部通信接口共用的連接動(dòng)力電池、DC/DC、DC/AC的高壓CAN總線接口。

傳動(dòng)系統(tǒng)中行星排的太陽(yáng)輪、齒圈和行星架三個(gè)構(gòu)件的角速度及轉(zhuǎn)速滿(mǎn)足下式：

式中，k_p為行星排齒數(shù)比；z₁為太陽(yáng)輪齒數(shù)；z₂為齒圈齒數(shù)；ω_s、ω_R、ω_C分別為太陽(yáng)輪、齒圈、行星架的旋轉(zhuǎn)角速度，n_s、n_R、n_C分別為太陽(yáng)輪、齒圈、行星架的轉(zhuǎn)速。

太陽(yáng)輪、齒圈和行星架三個(gè)構(gòu)件的轉(zhuǎn)矩關(guān)系滿(mǎn)足下式：

式中，T_s、T_R、T_C分別為太陽(yáng)輪、齒圈、行星架的旋轉(zhuǎn)角速度。

由以上關(guān)系式可推導(dǎo)出電動(dòng)汽車(chē)需求與第一電機(jī)、第二電機(jī)的功率、速度、扭矩關(guān)系，

式中：P_{veh_dem}為整車(chē)需求功率，P_MG1為第一電機(jī)輸出功率，P_MG2為第二電機(jī)功率，n_TM2為第二電機(jī)轉(zhuǎn)速，n_TM1為第一電機(jī)轉(zhuǎn)速，i₁為主減速比，V為車(chē)速，r為車(chē)輪半徑，F(xiàn)為整車(chē)牽引力，T_MG2為第二電機(jī)輸出扭矩，T_MG1為第一電機(jī)輸出扭矩。

本發(fā)明根據(jù)以上公式匹配計(jì)算行星排傳動(dòng)參數(shù)及第一電機(jī)和第二電機(jī)功率、扭矩和轉(zhuǎn)速參數(shù)。

優(yōu)選的，確定行星排功率及扭矩不小于整車(chē)需求，傳動(dòng)比Kp介于2-4之間。

根據(jù)車(chē)輛及工況參數(shù)確定不同車(chē)速下整車(chē)所需最大牽引力F及最高車(chē)速。

第一電機(jī)和第二電機(jī)輸出功率之和大于整車(chē)最大需求功率。

電動(dòng)汽車(chē)低速運(yùn)行時(shí)時(shí)，第一電機(jī)為整車(chē)提供的最大牽引力不小于給定車(chē)速下整車(chē)最大牽引力需求。

第一電機(jī)與第二電機(jī)最高轉(zhuǎn)速與最高車(chē)速之間滿(mǎn)足速度關(guān)系式。

優(yōu)選的，以第一電機(jī)與第二電機(jī)功率之和為優(yōu)化目標(biāo)，以各車(chē)速下最大需求牽引力為約束條件，優(yōu)化計(jì)算出第一電機(jī)與第二電機(jī)最為匹配的功率、轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)。

優(yōu)選的，第一電機(jī)采用扭矩控制模式，第二電機(jī)采用轉(zhuǎn)速控制模式并限定輸出扭矩。

優(yōu)選的，整車(chē)控制器具有連接高壓設(shè)備控制單元的高壓CAN總線接口、連接低壓設(shè)備控制單元的低壓CAN總線接口和標(biāo)定設(shè)備的標(biāo)定CAN總線接口

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括以下五點(diǎn)。

1.本發(fā)明匹配的兩個(gè)電機(jī)總功率小于電機(jī)直驅(qū)模式中電機(jī)的功率，降低系統(tǒng)成本。

2.本發(fā)明的兩個(gè)電機(jī)通過(guò)行星齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，提高駕駛舒適性和安全性。

3.本發(fā)明通過(guò)對(duì)離合器和電機(jī)的協(xié)調(diào)控制，使離合器在接合和斷開(kāi)時(shí)不受其他外力的作用，有效提高傳動(dòng)部件的使用壽命。

4.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)車(chē)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速的解耦，可使電機(jī)更多的工作在高效區(qū)，降低能量損失，提高車(chē)輛續(xù)航里程。

5.本發(fā)明可根據(jù)車(chē)輛不同工況需求調(diào)整兩個(gè)電機(jī)的參數(shù)匹配關(guān)系，無(wú)需更改傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的工作，提高可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的控制流程圖。

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例動(dòng)力系統(tǒng)部件扭矩轉(zhuǎn)速關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

為了能夠更為清晰的描述本發(fā)明所述動(dòng)力系統(tǒng)，附圖1所示為在本發(fā)明所述電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)基本機(jī)械及電氣構(gòu)成基礎(chǔ)上增加了與車(chē)輛相關(guān)的主軸、驅(qū)動(dòng)軸、主減速器及車(chē)輪，并增加了為系統(tǒng)供電的動(dòng)力電池組。

粗實(shí)線9代表動(dòng)力電能傳輸路徑，細(xì)實(shí)線10代表機(jī)械能量傳輸路徑，虛線8代表CAN總線控制數(shù)據(jù)傳輸路徑。

第一電機(jī)51輸出軸與行星排4的齒圈42相連接，第二電機(jī)50的輸出軸與行星排4的太陽(yáng)輪40相連接，并在此處對(duì)機(jī)體11設(shè)置有電磁離合器6與機(jī)體11連接，行星排4的行星架41作為動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力輸出，與電動(dòng)汽車(chē)主軸、驅(qū)動(dòng)軸及車(chē)輪連接，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。

第一電機(jī)51和第二電機(jī)50驅(qū)動(dòng)車(chē)輛所需電能及能量回饋的電能由動(dòng)力電池2提供或存儲(chǔ)，動(dòng)力電池2的電能經(jīng)過(guò)第一電機(jī)控制器71轉(zhuǎn)換后提供給第一電機(jī)51，動(dòng)力電池2的電能經(jīng)過(guò)第二電機(jī)控制器70轉(zhuǎn)換后提供給第二電機(jī)50，電能的是雙向傳輸?shù)摹?/p>

第一電機(jī)控制器71、第二電機(jī)控制器70、動(dòng)力電池2與整車(chē)控制器1通過(guò)CAN總線連接，交換控制指令和狀態(tài)信息。

整車(chē)控制器1采集電動(dòng)汽車(chē)油門(mén)踏板、制動(dòng)踏板、檔位、空調(diào)的信息，并根據(jù)這些信息實(shí)時(shí)控制第一電機(jī)51、第二電機(jī)50的轉(zhuǎn)速和扭矩及離合器6與機(jī)體11的結(jié)合與斷開(kāi)。

參照附圖2，整車(chē)控制器對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)及電動(dòng)汽車(chē)的控制過(guò)程具體描述如下。

步驟一，系統(tǒng)運(yùn)行后，首先根據(jù)檔位、車(chē)速、鑰匙開(kāi)關(guān)、充電開(kāi)關(guān)判斷電動(dòng)汽車(chē)是否進(jìn)入到驅(qū)動(dòng)模式，如不是驅(qū)動(dòng)模式則執(zhí)行其它模式的工作，本發(fā)明關(guān)注驅(qū)動(dòng)模式下動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作過(guò)程，非驅(qū)動(dòng)模式的工作過(guò)程不再贅述。

如電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)模式，則整車(chē)控制器1根據(jù)油門(mén)踏板開(kāi)度、制動(dòng)踏板開(kāi)度、車(chē)速、空調(diào)及其它車(chē)內(nèi)負(fù)載計(jì)算出整車(chē)需求扭矩。

步驟二，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)前一時(shí)刻狀態(tài)確定是否處于雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，如是則執(zhí)行步驟三，如否則執(zhí)行步驟七。

步驟三，判定當(dāng)前車(chē)速是否小于V02，如不小于V02則執(zhí)行步驟十，電動(dòng)汽車(chē)?yán)^續(xù)工作在雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，如小于V02，則執(zhí)行步驟四，進(jìn)行雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)到單電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的切換。

步驟四，將第二電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為0，并采集第二電機(jī)50轉(zhuǎn)速，直至第二電機(jī)50實(shí)際轉(zhuǎn)速為0。

步驟五，接合離合器6，將第二電機(jī)50設(shè)定為不使能，由第一電機(jī)51單獨(dú)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)。

步驟六，將電動(dòng)汽車(chē)當(dāng)前狀態(tài)切換到單電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，全部整車(chē)需求扭矩由第一電機(jī)提供，返回步驟一，重復(fù)步驟一到步驟六，直至電動(dòng)汽車(chē)退出驅(qū)動(dòng)模式或切換到雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式。

步驟七，電動(dòng)汽車(chē)處于單電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)前車(chē)速大于V01，執(zhí)行步驟八，當(dāng)前車(chē)速不大于V01執(zhí)行步驟六。

步驟八，電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入單電機(jī)驅(qū)動(dòng)到雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換過(guò)程，根據(jù)當(dāng)前第一電機(jī)51實(shí)際輸出扭矩，接合行星排4扭矩的杠桿平衡關(guān)系，計(jì)算滿(mǎn)足扭矩平衡時(shí)第二電機(jī)50應(yīng)輸出扭矩，控制第二電機(jī)50限制扭矩為滿(mǎn)足這一關(guān)系的扭矩值，直至第二電機(jī)50實(shí)際輸出扭矩達(dá)到目標(biāo)值。

步驟九，斷開(kāi)離合器6。

步驟十，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)扭矩需求確定第一電機(jī)51和第二電機(jī)50目標(biāo)輸出扭矩，根據(jù)當(dāng)前車(chē)速結(jié)合第一電機(jī)51和第二電機(jī)50效率特性曲線確定第一電機(jī)51和第二電機(jī)50的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

在單電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下，第一電機(jī)51采用扭矩控制。

在雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式及雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式向單電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式過(guò)渡過(guò)程中，第一電機(jī)51采用扭矩控制，第二電機(jī)50采用轉(zhuǎn)速控制。

在單電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式向雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式過(guò)渡過(guò)程中，第一電機(jī)51采用扭矩控制，第二電機(jī)50采用限制扭矩下的轉(zhuǎn)速控制。

單電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式向雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式切換時(shí)判定的閾值V02和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式向單電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式切換時(shí)判定的閾值V01，由第一電機(jī)51、第二電機(jī)50的功率及行星排4傳動(dòng)速比參數(shù)共同決定，假定第一電機(jī)51在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下最大可輸出扭矩為T(mén)_{M1_MAX}，第二電機(jī)50零轉(zhuǎn)速下最大可輸出扭矩為T(mén)_{M2_MAX},行星排齒圈與太陽(yáng)輪齒數(shù)比為Kp，V01設(shè)定值應(yīng)滿(mǎn)足關(guān)系式：T_{M1_MAX}/Kp≤T_{M2_MAX},且V01與V02應(yīng)滿(mǎn)足V02≤V01。

參照附圖3所示電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)各部件動(dòng)力作用關(guān)系如下。

動(dòng)力系統(tǒng)中第一電機(jī)51、第二電機(jī)50及行星排4的行星架41輸出軸之間扭矩和轉(zhuǎn)速滿(mǎn)足杠桿平衡關(guān)系。

在單電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下，作用在行星排太陽(yáng)輪42上的扭矩由離合器6提供，在雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式及過(guò)渡過(guò)程中，作用在行星排太陽(yáng)輪42上的扭矩由第二電機(jī)50提供。

電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的確定可首先確定行星排4傳動(dòng)比，在行星排4參數(shù)Kp確定后，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)自身參數(shù)：車(chē)重、迎風(fēng)面積、主減速比、輪徑及工況性能參數(shù)：摩擦阻力系數(shù)、最高車(chē)速、加速度、爬坡度確定電機(jī)總功率，并進(jìn)一步確定第一電機(jī)51和第二電機(jī)50的功率和轉(zhuǎn)速范圍，選取電壓等級(jí)，并根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)最大功率需求和續(xù)航里程確定動(dòng)力電池的容量和充放電倍率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。