一种具有分布式驱动单元的多模式驱动车的制作方法

1.本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种具有分布式驱动单元的多模式驱动车。


背景技术：

2.在国家节能减排的大政策号召下，煤矿存在减员增效、提高煤矿安全和降低事故发生率的客观要求，迫切需要实现节能减排。防爆蓄电池胶轮车在一定程度上缓解了柴油机车辆在煤矿井下造成的“四高一低”等问题，由于防爆改造后柴油机结构及参数难以达到合理配置，加之井下通风条件较差，受道路条件所限车速较低，与同等运能的地面车辆相比存在明显的“四高一低”：尾气排放高、噪声高、故障率高、运行费用高，效率低；但是现有技术状态下，由于煤矿井下工况复杂，蓄电池车辆呈现出工况适应性较差的痛点，传统的集中式驱动方式在长距离大坡度的低速大扭矩工况下，驱动系统的的功率和转矩输出十分有限，导致防爆电机及控制器易频繁过载，发热量大而频繁停机保护，整车的动力性能较差。集中式驱动的动力传动路线是：蓄电池
→
电控箱
→
电机
→
减速器
→
车轮，较长的传动链会降低系统效率，也加重了噪音污染。
3.综上，如何克服现有驱动系统的上述缺陷是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种具有分布式驱动单元的多模式驱动车，以解决上述现有技术存在的问题，提高整车的动力性能。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供了一种具有分布式驱动单元的多模式驱动车，包括车架，车架的前端设置有两个前轮，车架的后端设置有两个后轮；所述前轮内设置有第一永磁同步电机，所述后轮内设置有第二永磁同步电机；
7.所述第一永磁同步电机和所述第二永磁同步电机均包括定子总成和转子总成，所述定子总成包括定子铁芯、电枢绕组和定子支架，所述定子支架固设在车轮的轮轴上，所述轮轴与车体固连，所述定子铁芯固设在所述定子支架上，所述电枢绕组设置在所述定子铁芯上；所述转子总成包括分别与电机壳体固连的转子铁芯和磁钢，所述转子铁芯中设置有防爆腔，所述防爆腔中设置有多个防爆电池，所述防爆电池与所述定子支架固连，所述电机壳体与所述车轮的轮辋固连；所述定子铁芯上固设有控制器和电源管理单元，多个所述防爆电池串联后与所述电源管理单元电连接，所述电枢绕组和所述电源管理单元分别与所述控制器电连接，所述控制器与整车控制单元无线通讯连接；
8.所述第二永磁同步电机包括两个所述转子总成，且同一个所述第二永磁同步电机中的两个所述转子总成沿轮轴的轴向间隔分布。
9.优选的，所述前轮和所述后轮内均设置有制动器，所述制动器包括刹车片、压盘、
中间壳体和端盖，所述刹车片包括摩擦片和对偶件，所述中间壳体位于两个所述端盖之间，且两个所述端盖分别与所述中间壳体密封连接，两个所述端盖分别通过轴承与所述轮轴转动连接，动壳滑动套设在所述轮轴上，所述摩擦片固设在所述动壳上，对偶件与所述中间壳体固连，所述动壳上还固定套设有压盘，所述压盘上固设有第一活塞和第二活塞，所述第一活塞与所述中间壳体之间形成有第一油腔，所述第二活塞与所述中间壳体之间形成有第二油腔，且所述第一油腔和所述第二油腔均位于所述第一活塞和所述第二活塞之间；在所述端盖上固设有防爆电磁铁，所述防爆电磁铁能够驱动所述第一活塞靠近所述防爆电磁铁，所述防爆电磁铁还能够驱动所述第二活塞远离所述防爆电磁铁，一个所述端盖与所述电机壳体固连。
10.优选的，所述压盘固连有一插杆，所述插杆远离所述压盘的一端插入所述端盖的空腔中，所述弹簧腔中设置有套设在所述插杆上的弹簧，所述弹簧一端与所述弹簧腔的内壁抵接、另一端与所述插杆抵接。
11.优选的，所述前轮和所述后轮内均设置有旋转变压器，所述旋转变压器的旋变定子与所述轮轴固连，所述旋转边压器的转子与转子支架固连，所述转子支架与所述电机壳体固连，且所述转子支架通过轴承与所述轮轴转动配合。
12.优选的，所述前轮和所述后轮均包括位于所述电机壳体与所述转子铁芯之间的水冷机壳，所述水冷机壳与所述电机壳体固连。
13.优选的，所述定子铁芯上还固设有无线通讯模块，所述控制器通过所述无线通讯模块与所述整车控制单元无线通讯连接。
14.优选的，所述车轮上设置有轮胎，所述轮胎采用橡胶空气胎；所述定子铁芯上设置有斜槽，所述电枢绕组设置在所述斜槽内。
15.优选的，所述车架上设置有驾驶室和主控箱，所述整车控制单元设置在所述主控箱内；所述整车控制单元包括传感器系统、第一控制器和第二控制器，所述传感器系统包括方向盘转角传感器、前轮转角传感器、制动踏板位移传感器、车速传感器、压力传感器、编码器和霍尔传感器，所述方向盘转角传感器、所述前轮转角传感器、所述制动踏板位移传感器、所述车速传感器、所述压力传感器和所述第二控制器分别与所述第一控制器电连接，每个所述前轮和每个所述后轮中均设置有所述编码器和所述霍尔传感器，所述编码器和所述霍尔传感器分别与所述第二控制器电连接。
16.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
17.本发明的具有分布式驱动单元的多模式驱动车整车的动力性能好。本发明的具有分布式驱动单元的多模式驱动车的前轮和后轮均为电动轮，前轮中设置有单转子的第一永磁同步电机，后轮中设置有双转子的第二永磁同步电机，通过选择性的开启第一永磁同步电机和第二永磁同步电机中的两个子电机，能够具有多种驱动模式，从而能够具有较高的输出转矩，且由于电机驱动系统分布在各个车轮中，实现了分散式驱动，有效避免了集中式驱动的功率和转矩输出有限，且容易过载、停机的问题。
附图说明
18.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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明具有分布式驱动单元的多模式驱动车的结构示意图一；
20.图2为本发明具有分布式驱动单元的多模式驱动车的结构示意图二；
21.图3为本发明具有分布式驱动单元的多模式驱动车中前轮的结构示意图；
22.图4为本发明具有分布式驱动单元的多模式驱动车中前轮的部分结构示意图；
23.图5为本发明具有分布式驱动单元的多模式驱动车中后轮的结构示意图；
24.图6为本发明具有分布式驱动单元的多模式驱动车中后轮的部分结构示意图一；
25.图7为本发明具有分布式驱动单元的多模式驱动车中后轮的部分结构示意图二；
26.图8为本发明具有分布式驱动单元的多模式驱动车中制动器的结构示意图；
27.图9为本发明具有分布式驱动单元的多模式驱动车的系统控制架构图；
28.其中：1、轮轴；2、轮辋；3、定子支架；4、第一o型圈；5、第一深沟球轴承；6、内六角螺钉；7、垫圈；8、压环；9、螺钉；10、第二o型圈；11、电机壳体；12、水冷机壳；13、防爆电池；14、磁钢；15、第一转子总成；16、定子铁芯；17、防爆腔；18、第二转子总成；19、隔磁材料；20、轮盖；21、后轴承盖；22、旋转变压器；23、平键；24、弹性挡圈；25、第二深沟球轴承；26、转子支架；27、电枢绕组；28、无线通讯模块；29、制动器；30、第一转子铁芯；31、第二转子铁芯；32、电源管理单元；33、控制器；34、橡胶空气胎；35、转子总成；36、转子铁芯；291、动壳；292、中间壳体；293、第二活塞；294、端盖；295、第二油腔；296、压盘；297、防爆电磁铁；298、第一油腔；299、摩擦片；2910、对偶件；2911、第一活塞；111、车架；112、驾驶室；113、踏板；114、方向盘；115、主控箱；116、左前轮；117、右前轮；118、左后轮；119、右后轮。
具体实施方式
29.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，所描述的实施例仅仅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付出创造性劳动的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。
30.本发明的目的是提供一种具有分布式驱动单元的多模式驱动车，以解决上述现有技术存在的问题，提高整车的动力性能。
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
32.如图1至图9所示：本实施例提供了一种具有分布式驱动单元的多模式驱动车，包括车架111，车架111的前端设置有两个前轮，分别为左前轮116和右前轮117，车架111的后端设置有两个后轮，分别为左后轮118和右后轮119；前轮内设置有第一永磁同步电机，后轮内设置有第二永磁同步电机；前轮和后轮均包括轮轴1、轮辋2、轮盖20和设置在轮辋2上的橡胶空气胎34，轮盖20通过螺栓与轮辋2可拆卸连接，设置可拆卸的轮盖20能够方便安装和拆卸第一永磁同步电机或第二永磁同步电机。
33.第一永磁同步电机和第二永磁同步电机均包括定子总成和转子总成35；定子总成包括定子铁芯16、电枢绕组27和定子支架3，定子支架3固设在车轮的轮轴1上，轮轴1与车体固连，定子铁芯16固设在定子支架3上，电枢绕组27设置在定子铁芯16上；具体的，定子铁芯
16上设置有斜槽，电枢绕组27设置在斜槽内。旋转变压器22的旋变定子通过平键23与轮轴1键连接，轮轴1上设置有弹性挡圈24和台阶对旋转变压器22进行轴向限位。旋转变压器22的旋变转子与转子支架26固连，转子支架26与电机壳体固连，且转子支架26通过轴承与轮轴转动配合；旋转变压器22为无刷磁阻式旋变，由旋变定子、旋变转子及解码芯片组成，旋变转子与旋变定子分离无接触。旋变定子和旋转转子间的空气隙内的磁通分布呈正(余)弦规律，当给旋变定子一个绕组加上励磁电压，通过电磁耦合，旋变转子将产生电压，其输出电压的大小取决于旋变定子和旋变转子两个绕组轴线在空间的相对位置。两者平行时其值最大，两者垂直时其值为零，电压值大小随着转子偏转角度呈正(余)弦变化；旋转变压器22内设置专用的转换芯片解码，将旋变输出的模拟信号转为数字信号，旋变转子与电机的输出部分相连，用以检测电机转速，在电机参与传动需要反馈实时速度时，完成速度反馈功能。
34.轮辋2通过第一深沟球轴承5与轮轴1转动连接，转子支架26通过第二深沟球轴承25与轮轴1转动连接，转子支架26上还连接有后轴承盖21。
35.转子总成35包括转子铁芯36和磁钢14，转子铁芯36中设置有防爆腔17，防爆腔17中设置有多个防爆电池13，防爆电池13与定子支架3固连，且防爆电池13与防爆腔17的内壁之间具有间隙，即防爆电池13与防爆腔17之间无接触，且在防爆腔17的内壁上敷设有隔磁材料19，以防止转子15的磁性对防爆电池13造成影响；双转子永磁同步电机的电机壳体11通过内六角螺钉6、垫圈7与轮辋2固定连接。轮辋2与电机壳体11之间夹设有第一o型圈4，转子总成35还包括位于电机壳体11与转子铁芯36之间的水冷机壳12，转子总成35固定设置在水冷机壳12上，水冷机壳12通过压环8、第二o型圈10及螺钉9与电机壳体11连接在一起，第二o型圈10夹设在压环8与电机壳体11之间，螺钉9将压环8固定在水冷机壳12上。
36.在定子铁芯16上固设有控制器33和电源管理单元32，多个防爆电池13串联后与电源管理单元32电连接，电枢绕组27和电源管理单元32分别与控制器33电连接，定子铁芯16上还固设有无线通讯模块28，控制器33通过无线通讯模块28与整车控制单元无线通讯连接。
37.需要说明的是，第二永磁同步电机中包括两个转子总成35，分别为第一转子总成15和第二转子总成18，第一转子总成15中的转子铁芯36为第一转子铁芯30，第二转子总成18的转子铁芯36为第二转子铁芯31。第二永磁同步电机中电枢绕组27分为两个相互独立的子电枢绕组，其中一个子电枢绕组与第一转子总成15相互对应，另一个子电枢绕组与第二转子总成18相互对应，通过控制器33控制两个子电枢绕组的通断电，来控制两个转子总成是否工作，只有在对应的子电枢绕组通电时，对应的转子总成才会被驱动进行转动；两个转子总成可以同时工作，也可以一个工作、另一个不工作。
38.在前轮和后轮中均集成有制动器29，制动器29包括刹车片、压盘296、中间壳体292和端盖294，刹车片包括摩擦片299和对偶件2910，中间壳体292位于两个端盖294之间，且两个端盖294分别与中间壳体292密封连接，两个端盖294分别通过轴承与轮轴1转动连接，动壳291滑动套设在轮轴1上，摩擦片299固设在动壳291上，对偶件2910与中间壳体292固连，动壳291上还固定套设有压盘296，压盘296上固设有第一活塞2911和第二活塞293，第一活塞2911与中间壳体292之间形成有第一油腔298，第二活塞293与中间壳体292之间形成有第二油腔295，且第一油腔298和第二油腔295均位于第一活塞2911和第二活塞293之间；在端盖294上固设有防爆电磁铁297，防爆电磁铁297能够驱动第一活塞2911靠近防爆电磁铁
297，防爆电磁铁297还能够驱动第二活塞293远离防爆电磁铁297，一个端盖294与电机壳体11固连。
39.压盘296固连有一插杆，插杆远离压盘296的一端插入端盖294的空腔中，弹簧腔中设置有套设在插杆上的弹簧，弹簧一端与弹簧腔的内壁抵接、另一端与插杆抵接。
40.制动器29采用闭式油冷却湿式制动，刹车片(对偶件2910，摩擦片299)浸在循环油液里，制动器29的热量通过油液进行冷却，使用寿命长，免维护。制动器29内有两组活塞，其中一组小活塞采用电制动和液压释放工作方式实现车辆驻车制动和紧急制动，摩擦片299与动壳291通过花键与轮轴1连接一起转动，对偶件2910与中间壳体292用花键连接，而中间壳体292用螺栓与两侧端盖294相固定。小活塞在防爆电磁铁297作用下向右运动压紧刹车片产生制动力矩，解除制动时，压力油经脚踏制动阀进入第二油腔295，推动小活塞向左运动，使制动器29松闸；另一组大活塞采用液压制动和电释放工作方式实现车辆行车制动及力矩控制，压力油经脚踏制动阀进入第一油腔298，大活塞在压力油的作用下向右运动压紧刹车片产生制动力矩，解除制动时，脚踏制动阀动作切断压力油，大活塞在防爆电磁铁297的作用下向左运动返回，使制动器29松闸。湿式制动器29两套功能共用一套防爆电磁铁297和刹车片(对偶件2910，摩擦片299)，刹车片、在油腔内接合。电液制动器29封闭安装在电机壳体11内的一侧，其转速与与电机外转子转速一致，制动器29与轮轴1连接。
41.车架111上设置有驾驶室112和主控箱115，整车控制单元设置在主控箱115内；整车控制单元包括传感器系统、第一控制器和第二控制器，传感器系统包括方向盘转角传感器、前轮转角传感器、制动踏板位移传感器、车速传感器、压力传感器、编码器和霍尔传感器，方向盘转角传感器、前轮转角传感器、制动踏板位移传感器、车速传感器、压力传感器和第二控制器分别与第一控制器电连接，压力传感器设置在制动回路中，用于检测制动系统的工作压力，反馈压力跟踪效果；每个前轮和每个后轮中均设置有编码器和霍尔传感器，编码器和霍尔传感器分别与第二控制器电连接，编码器固定在车辆轮毂的中心孔位置，编码器的连杆通过真空吸盘吸附在车身上；霍尔传感器，由磁感应传感头和齿圈组成，传感头安装在车轮轮毂上，齿圈安装在车轮轮轴上，与车轮一起旋转，从而测出车轮转动的圈数。
42.参照图9，第一控制器通过方向盘转角传感器、前轮转角传感器、制动踏板位移传感器及压力传感器接收来自驾驶员模型中的踏板113开度及方向盘114转角信息，并通过车速传感器采集当前车速信息，最终计算出期望的横摆力矩及总驱动力目标值，作为第二控制器的的控制目标；具体的，制动踏板位移传感器及方向盘转角传感器接收来自驾驶员模型中的踏板113开度(θ)及方向盘114转角(δ)信息，并通过车速传感器采集当前车速v等状态信息，第一控制器最终计算出期望的横摆力矩(m)及总驱动力目标值，作为第二控制的的控制目标；综上制动踏板位移传感器检测到的数据用于研究电回馈制动转矩对车辆制动平顺性、稳定性的影响关系，通过制动踏板特性来识别驾驶员制动意图得出总的制动力需求，保证压力跟踪效果。第二控制器计算出合理的电机输出转矩，基于控制目标的驱动力进行一次分配，并通过电机编码器测量防爆永磁同步电机的转速，霍尔传感器测量防爆永磁同步的输出电流并计算出左前轮116的扭矩值、右前轮117的扭矩值、左后轮118的扭矩值及右后轮119的扭矩值，再进行基于“故障诊断+失效控制”的驱动力二次分配，最终将第一控制器的输出力矩有效地分配至各个车轮，达到最佳分配效果，使得车辆在行驶中更为稳定可靠。
43.该车的驱动模式主要包括：
44.1)前轮驱动时；左前轮116、右前轮117中的第一永磁同步电机内的电机定子和电机转子工作，左后轮118、右后轮119的第二永磁同步电机中的公用定子和第一转子总成15、第二转子总成18断电，第二永磁同步电机转子自由旋转，该车为前轮驱动模式；
45.2)后轮驱动ⅰ时：左后轮118、右后轮119第二永磁同步电机的公用定子和第一转子总成15配合工作，左前轮116、右前轮117中的第一永磁同步电机内的电机定子和电机转子断电，第一永磁同步电机内的电机转子自由旋转，该车为后轮驱动ⅰ模式；
46.3)后轮驱动ⅱ时：左后轮118、右后轮119第二永磁同步电机的公用定子和第二转子总成18配合工作，左前轮116、右前轮117中的第一永磁同步电机内的电机定子和电机转子断电，第一永磁同步电机内的电机转子自由旋转，该车为后轮驱动ⅱ模式；
47.4)后全轮驱动时：左后轮118、右后轮119第二永磁同步电机的公用定子和第一转子总成15、第二转子总成18均处于工作状态，左前轮116、右前轮117中的第一永磁同步电机内的电机定子和电机转子断电、电机转子自由旋转，该车为后全轮驱动模式；
48.5)前后轮驱动ⅰ：左前轮116、右前轮117中的第一永磁同步电机内的电机定子和电机转子工作，左后轮118、右后轮119第二永磁同步电机的公用定子和第一转子总成15配合工作，第二转子总成18断电，第二转子自由旋转，该车为前后轮驱动ⅰ模式；
49.6)前后轮驱动ⅱ：左前轮116、右前轮117中的第一永磁同步电机内的电机定子和电机转子工作，左后轮118、右后轮119第二永磁同步电机的公用定子和第二转子总成18工作，第一转子总成15断电，第一转子总成15自由旋转，该车为前后轮驱动ⅱ模式；
50.7)全轮驱动：左前轮116、右前轮117中的第一永磁同步电机内的电机定子和电机转子处于工作状态，左后轮118、右后轮119第二永磁同步电机的公用定子和第一转子总成15、第二转总成子同时工作，该车为全轮驱动模式。
51.本实施例具有分布式驱动单元的多模式驱动车驱动车采用故障诊断+失效控制，包括以下内容：
52.车辆直线行驶或转角转向工况下，单电机出现故障时：减小故障电机输出转矩上限并减小其对角线电机输出转矩，增大其余电机的输出转矩，当故障电机输出转矩均变为0时，其余电机输出转矩增加为原来的2倍；
53.车辆直线行驶或转角转向工况下，同轴电机出现故障时：减小故障轴电机输出转矩上限并减小其对角线电机输出转矩，增大其余电机的输出转矩，当故障轴电机输出转矩均变为0时，其余电机输出转矩增加为原来的2倍；
54.车辆直线行驶或转角转向工况下，同侧电机出现故障时：根据车辆行驶状态相应减小故障侧电机输出转矩上限，并随之调整正常轴电机的输出转矩，当同侧电机输出转矩均变为0时，尽快停车；
55.车辆直线行驶或转角转向工况下，异轴异侧两电机出现故障时：减小对角线故障电机的输出转矩上限，增大剩余电机的输出转矩上限，当故障轴电机输出转矩均变为0时，其余电机输出转矩按比例增加；
56.车辆直线行驶或转角转向工况下，多电机出现故障时：根据车辆行驶状态相应减小故障多电机输出转矩上限，并随之调整正常电机的输出转矩，当多电机输出转矩均变为0时，尽快靠边停车。
57.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
58.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。