一种双电机双模耦合动力装置及控制方法_2

文档序号:9363116阅读:来源:国知局
[0038]5、行星轮系;6、十字万向节;7、差速器;8、驱动轮;
[0039]9、辅助电机控制器;10、动力电池组;11、驱动电机控制器。
【具体实施方式】
[0040]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果,以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0041]请参阅图2,本发明实施方式双电机双模耦合动力装置包括辅助电机1、单向离合器2(即第二离合器)、离合器3(即第一离合器)、主驱电机4、行星轮系5、十字万向节6、减速器7、驱动轮8和动力电池组10,所述辅助电机I包括辅助电机控制器9,主驱电机包括驱动电机控制器11。所述行星轮系5包括太阳轮、行星轮、齿圈和连接于各行星轮的行星架,其中,太阳轮齿数为Zs、齿圈的齿数为Zr、k = Zr/Zs为行星轮系的特征参数。
[0042]辅助电机I与行星轮系5的齿圈连接;主驱电机与行星轮系5的太阳轮连接;行星轮系5的行星架通过万向节和差速器将动力传递到驱动轮。单向离合器外圈固定,内圈与辅助电机转轴连接,从而使辅助电机转轴(即齿圈)只能单向转动。离合器3的主动部分与辅助电机转轴(即齿圈)连接,从动部分与驱动电机转轴(即太阳轮)相连。驱动电机控制器11和辅助电机控制器9分别与动力电池组10电连接。
[0043]在小型车辆上根据其安装空间和传递力矩的实际情况,图2所示的动力系统中的离合器应优先选用电磁离合器,易于完成组装和控制;在大中型车辆如公交车等,为了保证离合器寿命和传递大扭矩需求,图2所示的动力系统中的离合器应优先选用湿式多片离合器。
[0044]本双电机双模耦合动力装置可同时实现双电机转矩耦合和转速耦合驱动模式,SP双电机双模耦合动力系统:在车辆低速或爬坡时采用转矩耦合模式提高整车动力性;在车辆中高速时采用转速耦合模式,通过动态调整辅助电机转速,使主驱电机的速度与车辆速度解耦从而稳定运行在高效区间,从而有效解决现有双电机动力系统中动力性能与整体效率无法兼顾的问题。其中,转矩耦合指的是2台电机输出的转矩可以线性叠加,可用公式T3= A.T !+B.T2,说明:所述T1指的是电机I输出的转矩;T 2指的是电机2输出的转矩;Τ 3指的是系统输出的转矩;Α和B为比例系数,在本动力装置里面A和B的值均为1,即T3 =T^T20这是因为当离合器3结合时,行星轮系因各元件转速一致可当作一个元件处理,2台电机的转矩直接叠加。此时,动力装置输出的驱动转矩是2台电机的转矩叠加耦合之后得到的。转速親合指的是2台电机输出的转速可以线性叠加,可用公式n3= C.η !+D ^说明:Ii1指的是电机I输出的转速;η 2指的是电机2输出的转速;η 3指的是系统输出的转速;C和D为比例系数。此时,动力装置输出的转速可由2台电机的转速线性叠加耦合得到。同时,转速耦合模式下Ii1的取值不是由η 3单独确定,这样就可以实现转速解耦功能:即当η 3的值变化时,可以通过匹配112的值来达到n i的值不改变,η 3的取值不会导致n i必须变化。)
[0045]本双电机双模耦合动力装置至少可工作于以下五种工作模式:
[0046]I)主驱电机单独驱动模式:此时离合器3处于分离状态、单向离合器处于工作状态(即结合状态)。当主驱电机4的转轴顺时针转动(对应车辆前进行驶)时,由于单向离合器迫使齿圈不能逆时针转动,此时行星轮系的作用如同减速器(传动比为Ι+k),即主驱电机的动力从太阳轮传递到行星架带动车辆运行。该模式适用于车辆平地起步和低速巡航运行模式,主驱电机的功率足以满足车辆的动力需求。此外,该模式适用于辅助电机出故障时保证车辆仍然可以行驶,提高安全性和维修便利性。
[0047](2)辅助电机单独驱动模式:此时离合器3处于结合状态、单向离合器处于非工作状态(即分开状态)。由于离合器3的结合,使太阳轮与齿圈连接在一起,二者的同向同转速运行导致行星架被挟持同向同转速运行,此时行星轮系的作用如同传动轴(传动比为I) ο当辅助电机I的转轴顺时针转动(对应车辆前进行驶)时,其动力从太阳轮传递到行星架带动车辆运行。该模式适用于主动电机出故障时保证车辆仍然可以行驶,提高安全性和维修便利性。
[0048](3)双电机转矩耦合驱动模式:此时离合器3处于结合状态、单向离合器处于非工作状态。由于离合器3的结合,使太阳轮与齿圈连接在一起,二者的同向同转速运行导致行星架被挟持同向同转速运行,此时行星轮系的作用如同传动轴(传动比为I)。此时,主驱电机与辅助电机的功率可叠加输出,在同转速下,二者实现了转矩耦合。另外,采用转矩耦合驱动模式,利用行星轮系的转速特性机理可以动态地适应2台电机及其控制器所要求的转速同步需求,这是其他专利采用定轴轮系实现转矩耦合时无法解决的转速动态波动问题。该模式下,可以有效利用双电机的扭矩叠加提高车辆的动力性,适用于车辆爬坡和急加速工况。
[0049](4)双电机转速耦合驱动模式:此时离合器3处于分离状态、单向离合器处于非工作状态。利用行星轮系的差动原理(即系统有双自由度),通过辅助电机的调速可实现主驱电机的转速和车辆运行车速的解耦(即车速的改变不会直接导致主驱电机的转矩改变),使主驱电机运行于高效区提高整车动力系统运行效率。根据行星轮系的转速特性公式mjknr-d+k)]^= 0(其中:ns为太阳轮转速;rir为齿圈转速;n ^为行星架转速;k为行星轮系的特征参数),当主驱电机的转速稳定在电机的高效区时,只要对辅助电机进行动态调速(即对齿圈调速)就可以匹配不同车速下对应的行星架转速。(即当车速改变所对应η。的值变化时,可以通过匹配辅助电机的值来达到主驱电机n s的值不改变,此时主驱电机ns的取值处在电机的高效转速区。)该模式适用于车辆中高速巡航行驶模式。
[0050](5)制动能回收模式:此时离合器3处于结合状态、单向离合器处于非工作状态。由于行星轮系的作用如同从动轴,车辆反拖2台电机,驱动系统的2台电机可同时参与再生制动,最大程度地回收制动能量。该模式使用于刹车制动模式。
[0051]本双电机双模耦合动力装置同样可以较好地应用于工程机械、机床设备、轻纺等电力驱动领域
[0052]请参阅图3,本实施方式还公开了所述双电机双模耦合动力装置的控制方法,包括以下步骤:
[0053]S1、获取所述双电机双模耦合动力装置的输出转速和负载参数;
[0054]S2、根据所述输出转速和负载参数判断所述双电机双模耦合动力装置的运行状态;
[0055]S3、若所述双电机双模耦合动力装置处于低转速、高负载状态,则控制第一离合器处于结合状态、第二离合器处于非工作状态,使主驱电机和辅助电机处于转矩耦合驱动模式;
[0056]S4、若所述双电机双模耦合动力装置处于高转速状态,则控制第一离合器处于分离状态、第二离合器处于非工作状态,并通过辅助电机的调速主驱电机的转速和负载的转速的解耦。
[0057]所述“低转速、高负载状态”是指动力装置的输出转速低于预设的低转速阈值,并且负载大于预设的高负载阈值,所述“高转速状态”是指动力装置的输出转速设于预设的高转速阈值,所述低转速阈值小于所述高转速阈值。
[0058]以电动公交汽车的较优实施方式为例,所述低转速阈值为2000转/分钟,高负载阈值为400牛顿米,高转速阈值为4500转/分钟。在该低转速阈值、高负载阈值和高转速阈值下,所述双电机双模耦合动力装置不仅能利用转矩耦合提高电动公交汽车的动力性,同时也在高速状态时通过转速耦合充分发挥了双电机的整体效率。
[0059]在实际应用或其他实施方式中,所述低转速阈值、高负载阈值和高转速阈值可根据主驱电机和辅助电机的具体参数以及动力装置所装备的负载进行相应的修改。
[0060]在本发明,除了根据动力装置的输出转速和负载参数等运行状态切换不同的工作模式,还可结合动力装
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