一种双电机双模耦合电动车驱动系统的制作方法

本发明涉及一种双电机双模耦合电动车驱动系统。

背景技术：

传统由于全球空气污染和能源短缺问题，电动汽车越来越受到人们的关注和青睐。电机驱动系统在电动汽车上的传动形式主要表现为多电机独立驱动和单电机集中式驱动。多电机独立驱动的车辆主要表现为轮毂电机驱动形式和轮边电机独立驱动形式。轮毂电机驱动形式可以简化传动系统结构，布置方便，但受限制于驱动电机的扭矩密度、轮毂与电机集成化制造水平，技术还不成熟；轮边电机独立驱动形式结构不紧凑，重量、体积大，功率密度优势不明显。

传统的电动汽车保留了大部分燃油汽车的机械结构，部分电动汽车仅仅将发动机替换成电动机，使汽车底盘仍然具有沉重且复杂的机械机构，不利于节能和降低成本。现在也已经有采用双电机驱动的驱动系统，但是由于采用两个相同大小的电机或者两个不同大小的电机，在驱动力的分配和能源利用效率上，略显不足，对行驶环境的适应能力有待提高。

申请号为201210024534.9的中国专利提供了一种电动汽车双电机耦合驱动及其控制系统，由一组行星齿轮机构、一组齿轮传动机构、两台驱动电机、一个锁止器、两个离合器组成、通过对两个离合器与一个锁止器的联合控制可以实现双电机的转矩耦合输出、转速耦合和主电机单独驱动输出。该方案实现了车辆行驶时的无动力传递；在低速时通过双电机转矩耦合实现大转矩输出，高速时通过双电机转速耦合实现高转速输出。但是在低速小转矩工况，汽车由主电机驱动，由于主电机负荷率较低，造成该构型在低速小转矩情况下的经济性并不明显；转速耦合模式下，两个电机的转矩分配不合理，高速工况经济性不明显；并且由于两个电机采用平行轴布置，为保证合适的轴间距，造成装置体积较大。

申请号为201010100671.7的中国专利公开了一种适合于纯电动客车的双电机转速耦合的电驱动装置，由一组简单行星齿轮机构、两台驱动电机、一个锁止器组成。低速时，锁止器将行星架锁止，一号电机动力经太阳轮由行星架输出，一号电机单独驱动；高速时，行星架解锁，第二电机与行星齿轮机构行星架连接，与第一电机通过行星齿轮机构实现转速耦合。该方案结构结构简单，通过高速情况下转速耦合，能够减少单台电机功率。缺点是工作模式少，车辆低速时只能由第一电机单独驱动，这就要求第一电机转矩容量要大；在低速小转矩工况下，由于负荷率偏低，一号电机驱动构型的经济性并不明显。

申请号为201320779634.2的中国专利提供了一种改进型的电动汽车双电机耦合驱动系统。它是由同轴布置在系统两端的主电机和辅电机、二号传动齿轮、二号离合器、三号传动齿轮、三号离合器、行星齿轮机构组成。在低速小转矩工况采用辅助电机，中高转速中转矩采用主电机驱动，低速大转矩采用双电机转矩耦合，高速工况采用双电机转速耦合。该结构虽然采用了同轴布置，但是大量采用传动齿轮，使结构复杂，体积变大。在低速小转矩采用辅电机，在中高速中转矩采用主电机，容易造成低速转矩不足，中高速转矩过大，并没有合理利用主，辅电机，还可能造成主电机使用寿命不长。

针对上述的问题，为电动汽车提供一种新型的双电机驱动系统，其结构更简单，性能更可靠，使整车布置更灵活，既能充分利用能源又能提高驱动系统电机的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双电机双模耦合电动车驱动系统，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种双电机双模耦合电动车驱动系统，包括：第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第三离合器、第一锁止器、第二锁止器以及单排行星齿轮机构；还包括一执行机构控制单元以及与该执行机构控制单元相连的传感信号获取单元、转矩信号计算处理单元、车辆状态信号获取单元以及驱动机构；所述执行机构控制单元通过所述传感信号获取单元、所述转矩信号计算处理单元以及所述车辆状态信号获取单元对于电动车当前运行模式进行识别、模式切换以及动力分配，并经所述驱动机构分别驱动所述第一电机、所述第二电机、所述第一离合器、所述第二离合器、所述第三离合器、所述第一锁止器以及所述第二锁止器，通过所述单排行星齿轮结构驱动所述传动轴，进而驱动电动汽车的车轮运转。

在本发明一实施例中，所述传感信号获取单元包括一车速传感器、一转速传感器、分别与所述车速传感器以及所述转速传感器相连的第一模拟信号输入电路、一加速踏板传感器、一制动踏板传感器、分别与所述加速踏板传感器以及所述制动踏板传感器相连的第二模拟信号输入电路、分别与所述第一模拟信号输入电路以及所述第二模拟信号输入电路相连的信号处理电路。在本发明一实施例中，所述第一电机与所述第二电机同轴设置，且通过单排行星齿轮机构与传动轴相连；所述第一电机通过所述第一离合器与所述单排行星齿轮机构中的太阳轮相连；所述第二电机通过所述第二离合器以及所述第三离合器与所述太阳轮相连，且所述第二电机通过所述第三离合器与所述单排行星齿轮机构的行星架相连；所述第一锁止机构设置于所述行星架上，所述第二锁止机构设置于所述太阳轮上。

在本发明一实施例中，所述传动轴为所述电动汽车的前传动轴，所述前传动轴通过驱动桥将动力传输至电动汽车前轴的左右车轮。

在本发明一实施例中，所述电动车当前运行模式识别、模式切换以及动力分配过程如下：

（1）当电动汽车启动、爬坡或加速，所述执行机构控制单元根据所述加速踏板传感器提供的信号，获取该信号对应的当前单电机需求转矩，并与电动汽车当前单电机提供的最大转矩进行比较；若当前单电机提供的最大转矩与该当前单电机需求转矩不匹配时，则所述第一电机与所述第二电机同时运行，采用转矩耦合，也即tc模式；

（2）当电动汽车平稳运行，所述执行机构控制单元根据所述转速传感器以及所述车速传感器提供的转速信号以及车速信号，获取与该转速信号与车速信号匹配对应的当前单电机需求转速，并与电动汽车当前单电机提供的最大转速进行比较；若当前单电机提供的最大转速与该当前单电机需求转速不匹配时，所述第一电机与所述第二电机同时运行同时运行，采用转速耦合，也即sc模式；

（3）当电动汽车平稳运行，所述执行机构控制单元根据所述转速传感器以及所述车速传感器提供的转速信号以及车速信号，获取与该转速信号与车速信号匹配对应的当前单电机需求转速，并与电动汽车当前单电机提供的最大转速进行比较；若当前单电机提供的最大转速与该当前单电机需求转速匹配时，采用单电机运行模式，也即sm1模式或sm2模式，且所述sm1模式与sm2模式可切换。

在本发明一实施例中，采用所述tc模式时，所述第一离合器以及所述第二离合器闭合，所述第三离合器断开，所述第一锁止器闭合，所述第二锁止器断开，所述第一电机与所述第二电机同时运转，并同时与所述太阳轮连接，此时转矩耦合，所述行星架固定，所述太阳轮为主动件，带动所述行星轮转动；所述行星轮作为被动件，将动力传输至传动轴。

在本发明一实施例中，采用所述sc模式时，所述第一离合器闭合，所述第三离合器闭合，所述第一电机通过所述第一离合器与所述太阳轮相连，所述第二电机通过所述第三离合器与所述行星架连接，所述第二离合器断开，所述第一锁止器与所述第二锁止器断开，所述第一电机与所述第二电机同时运转，同时驱动所述行星轮运转，此时转速耦合，将动力传输至传动轴。

在本发明一实施例中，采用所述sm1模式时，所述第一离合器闭合，第一锁止器闭合，所述第二锁止器断开，所述行星架固定，所述第一电机通过所述第一离合器与所述太阳轮相连，通过所述第一电机带动所述太阳轮运转，所述太阳轮驱动是行星轮运转，将动力传输至传动轴。

在本发明一实施例中，采用所述sm2模式时，所述第三离合器闭合，所述第一锁止器断开，所述第二锁止器闭合，所述太阳轮固定，所述第二电机通过所述第三离合器与所述行星架相连，通过所述第二电机带动所述行星架运转，所述行星架带动所述行星轮运转，将动力传输至传动轴。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、可以根据汽车行驶状态适时调整电机的工作状态，能提高车辆对行驶环境的适应力。

2、两电机仅仅使用一套单排行星齿轮机构，结构更简单，而且采用水平轴布置，整车布置更加灵活。

3、两电机可以随意选择，无主次之分，可以交替单独运行，提高了电机的使用寿命。

4、可以单独使用另外一个电机驱动后轴，提高汽车的动力性，实现四轮驱动。

附图说明

图1为本发明一种双电机驱动系统的结构示意图。

图2为本发明一种双电机驱动系统的流程示意图。

图3为本发明机构的双电机简化模型。

图4为本发明机构tc工作状态下执行机构的动力传递图。

图5为本发明机构sc工作状态下执行机构的动力传递图。

图6为本发明机构sm1工作状态下执行机构的动力传递图。

图7为本发明机构sm2工作状态下执行机构的动力传递图。

图8为本发明一种新型双电机驱动系统的控制策略软件图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供一种双电机双模耦合电动汽车驱动系统，如图1所示，包括电机（m1）、电机（m2）、离合器（c1）、离合器（c2）、离合器（c3）、锁止器（l1）、锁止器（l2）、行星齿轮机构。双电机同轴布置，仅通过单排行星齿轮机构与传动轴相连，动力经传动轴传到车辆车轮。电机（m1）通过离合器（c1）与单排行星齿轮机构的太阳轮相连，电机（m2）通过离合器（c3）、离合器（c2）与太阳轮相连，并且电机（m2）通过离合器（c3）与单排行星齿轮机构的行星架相连。单排行星齿轮机构的行星架上有锁止机构（l1），太阳轮上有锁止机构（l2），行星轮将动力通过传动轴传到驱动桥，驱动汽车运转。

进一步的，传动轴为电动汽车的前传动轴。传动轴通过驱动桥将动力分别传送到汽车前轴的左右车轮。

进一步的，如图3以及图8所示，还包括一执行机构控制单元以及与该执行机构控制单元相连的传感信号获取单元、转矩信号计算处理单元、车辆状态信号获取单元以及驱动机构；执行机构控制单元通过传感信号获取单元、所述转矩信号计算处理单元以及所述车辆状态信号获取单元对于电动车当前运行模式进行识别、模式切换以及动力分配，并经驱动机构分别驱动所述第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第三离合器、第一锁止器以及第二锁止器，通过单排行星齿轮结构驱动传动轴，进而驱动电动汽车的车轮运转。传感信号获取单元包括一车速传感器、一转速传感器、分别与车速传感器以及转速传感器相连的第一模拟信号输入电路、一加速踏板传感器、一制动踏板传感器、分别与加速踏板传感器以及制动踏板传感器相连的第二模拟信号输入电路、分别与第一模拟信号输入电路以及第二模拟信号输入电路相连的信号处理电路。

进一步的，如表1以及图2所示，当电动汽车启动，爬坡或加速时，由于需要较大的动力和转矩，双电机同时工作，采用转矩耦合，也即tc模式。当汽车需要较高转速时，双电机同时工作，采用转速耦合，也即sc模式。当汽车平稳行驶时，由一个电机单独工作，也即sm1模式或sm2模式。当需要急加速时，两电机同时运行，为电动汽车提供动力。使汽车可以满足中低速中小负荷率、低速大负荷率、高速运行工况的要求。在中小负荷下采用单电机驱动，可以提高负荷率，达到节能的目的。在大扭矩和高速工况下，采用双电机耦合，以便达到节能的目的。

表1

进一步的，当处于tc模式时，所涉及的机构包括电机（1）、电机（2）、离合器（c1）、离合器（c2）、离合器（c3）、锁止器（l1）、锁止器（l2）、行星齿轮机构。电机（1）和电机（2）串联，一起工作，提供较大的转矩，为双电机转矩耦合工作模式。

当汽车启动、爬坡、或加速时，执行机构控制单元根据加速踏板传感器提供的信号，获取该信号对应的当前单电机需求转矩，并与电动汽车当前单电机提供的最大转矩进行比较；若当前单电机提供的最大转矩与该当前单电机需求转矩不匹配时，则说明电动汽车当前需要较大的动力和转矩，且当前单个电机最大转矩不足以满足要求，则电机（1）和电机（2）同时运转，离合器（c1）和离合器（c2）闭合，离合器（c3）断开，锁止器（l1）闭合，锁止器（l2）断开，电机（1）和电机（2）同时与太阳轮连接，此时行星架固定，太阳轮作为主动件，带动行星轮运转。行星轮作为被动件，将动力传到前传动轴，进而传到前驱动桥，传递给前轴左右车轮。其动力传递示意图如图4所示。

进一步的，当处于sc模式时，所涉及的机构包括包括电机（1）、电机（2）、离合器（c1）、离合器（c2）、离合器（c3）、锁止器（l1）、锁止器（l2）、行星齿轮机构。电机（1）和电机（2）并联，一起工作，提供较大的转速，为双电机转速耦合模式。

当汽车平稳运行，执行机构控制单元根据转速传感器以及车速传感器提供的转速信号以及车速信号，获取与该转速信号与车速信号匹配对应的当前单电机需求转速，并与电动汽车当前单电机提供的最大转速进行比较；若当前单电机提供的最大转速与该当前单电机需求转速不匹配时，则说明电动汽车当前需要较高转速，且当前单个电机最大转速不足以满足要求，则电机（1）通过离合器（c1）与太阳轮相连，电机（2）通过离合器（c3）与行星架相连，离合器（c2）断开，锁止器（l1）和锁止器（l2）断开，此时两电机同时驱动行星轮运转，此时转速耦合，使汽车具有较高转速，通过前传动轴，将动力传递给汽车前轴左右车轮。其动力传递示意图如图5所示。

当电动汽车平稳运行，执行机构控制单元根据转速传感器以及车速传感器提供的转速信号以及车速信号，获取与该转速信号与车速信号匹配对应的当前单电机需求转速，并与电动汽车当前单电机提供的最大转速进行比较；若当前单电机提供的最大转速与该当前单电机需求转速匹配时，则说明电动汽车当前不需要较高转速，当前单个电机提供的最大转速满足要求，则采用单电机运行模式，也即sm1模式或sm2模式，且sm1模式与sm2模式可切换。

进一步的，当处于sm1模式时，所涉及的机构包括电机（1）、离合器（c1）、锁止器（l1）、锁止器（l2）、行星齿轮机构。电机（1）通过离合器c1与太阳轮相连，运转工作时，锁止器（l1）闭合，行星架固定，锁止器（l2）断开，电机（1）带动太阳轮运转，太阳轮驱动行星轮运转，行星轮将动力传到驱动桥驱动汽车运转。其动力传递示意图如图6所示。

当汽车所需功率较小，所需转速较小时，根据汽车行驶状态及运行情况，可实现单电机运转，提高能源利用效率及汽车行驶环境适应性，例如当汽车在城市中心运行时。

进一步的，当处于sm2模式时，所涉及的机构包括电机（2）、离合器（c3）、锁止器（l1）、锁止器（l2）、行星齿轮机构。电机（2）通过离合器（c3）与行星架相连，运转工作，锁止器（l1）断开，锁止器（l2）闭合太阳轮固定，电机（m2）带动行星架运转，行星架带动行星轮运转，行星轮将动力传到驱动桥驱动汽车运行。其动力传递示意图如图7所示。

根据汽车行驶状态及运行情况，实现单电机运转，提高能源利用效率及汽车行驶环境适应性。

进一步的，当汽车采用单电机工作时，电机（1）和电机（2）可以随意切换，有利于提高电机使用寿命；也可以根据使用环境和使用条件的不同，选择功率不同的电机，提高电机工作效率。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。