电动汽车独立四轮毂电驱动系统、各驱动单元的电压和功率设计方法及其控制方法
【专利摘要】电动汽车独立四轮毂电驱动系统、各驱动单元的电压和功率设计方法及其控制方法，涉及短途纯电动乘用车【技术领域】，包括四个毂电机、四个驱动系统、整车控制器和仪表显示及驾驶员输入系统，四个驱动系统分别与四个毂电机相连，用于驱动轮毂电机；其特征在于设有四个动力电池组及管理系统、四个动力电池组及管理系统分别与四个驱动系统相连，为其提供直流电能，并给出了四个驱动系统不同工作状态下的控制方法。本发明具有四个动力电池组的单体电池总数少、单元电池组的寿命长、能量回收效率高、充电时间更短更易于实现电动汽车的模块化、标准化生产，可以有效的降低成本，提高整车的可靠性的优点。
【专利说明】电动汽车独立四轮毂电驱动系统、各驱动单元的电压和功率设计方法及其控制方法【技术领域】
[0001]本发明涉及短途纯电动乘用车【技术领域】，详细讲是一种电池单元数量少，使用寿命长，充电速度快，能量回收效率高的电动汽车独立四轮毂电驱动系统结构及其控制方法。
【背景技术】
[0002]短途纯电动乘用车满足《纯电动乘用车技术条件》(GB/T 28382-2012)的下限，定位为取代目前市场上的低速纯电动乘用车。根据《纯电动乘用车技术条件》，短途纯电动乘用车的最高车速的下限为80km/h，结合短途纯电动乘用车的用途，主要在城乡道路行驶，不考虑高速公路行驶需求，最高车速一般略大于80km/h即可。
[0003]独立驱动技术被称为“电动汽车驱动系统的发展方向”和“适合电动汽车的底盘技术”。由于短途纯电动乘用车的最高车速较低，可以不考虑非簧载质量对整车平顺性的影响，独立四轮毂电驱动系统将是短途纯电动乘用车优选的驱动系统。
[0004]目前，公开资料显示的分布式独立四轮毂电驱动系统的结构为:
(I)系统包括四个轮毂电机，四个轮毂电机的转子分别与四个车轮连接。包括四个轮毂电机驱动系统，分别用于驱动四个轮毂电机旋转，通过轮毂电机带动车轮旋转。包括一个整车控制器，用于根据驾驶员输入以及整车状态反馈来确定传送至四个轮毂电机驱动系统的目标转矩。
[0005](2)系统包括一个动力电池组及管理系统，统一为四个轮毂电机驱动系统提供直流电能，同时监控动力电池组及单体电池的电压、电流和温度等运行参数，并实时计算动力电池组的剩余电量。动力电池组到四个轮毂电机驱动系统的接线方式为:从动力电池组的正极引出四根导线，分别连接到四个轮毂电机驱动系统的正极，从动力电池组的负极引出四根导线，分别连接到四个轮毂电机驱动系统的负极，即，四个轮毂电机驱动系统的正负极并联到动力电池组的正负极。
[0006](3)系统包括一个仪表显示及驾驶员输入系统，用于实时地显示整车状态以及采集驾驶员的输入信息。系统包含的四个轮毂电机驱动系统、动力电池组管理系统、整车控制器及仪表显示及驾驶员输入系统之间的数据传输采用通讯总线的连接方式。
[0007]上述结构的独立四轮毂电驱动系统虽然解决了四轮独立驱动的问题，但是由于采用单一的电池组同时给四轮毂电驱动系统供电，在电源系统上存在如下问题:电池组的电池单元数量大、使用寿命短，电池组在外接充电时，仅能通过一个充电机充电，充电时间长；制动能量回收时，四个 轮毂电机驱动系统同时向电池组充电，四个轮毂电机驱动系统均会对电池组的直流母线电压产生影响，充电电流的大小受电压差的影响，造成四个轮毂电机驱动系统的制动能量回收过程互相影响，影响制动能量回收效率。传统四轮毂电驱动系统各个轮毂电机的功率和电压大小一致，汽车整体结构设计受限，整车结构不合理；各个驱动单元的功率受其他驱动单元的约束，各个驱动单元的功率设计单一。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种电池单元数量小，使用寿命长，充电速度快，能量回收效率高，各驱动单元的电压和功率单独设计、汽车整体结构设计自由度高，整车结构合理；各个驱动单元的功率不受其他驱动单元的约束的电动汽车独立四轮毂电驱动系统、各驱动单元的电压和功率设计方法及其控制方法。
[0009]本发明解决上述技术的不足所采用的技术方案是:
一种电动汽车独立四轮毂电驱动系统，包括第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机、第四轮毂电机、第一驱动系统、第二驱动系统、第三驱动系统、第四驱动系统、整车控制器和仪表显示及驾驶员输入系统，第一驱动系统、第二驱动系统、第三驱动系统、第四驱动系统分别与第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机、第四轮毂电机相连，用于驱动轮毂电机；其特征在于设有第一动力电池组及管理系统、第二动力电池组及管理系统、第三动力电池组及管理系统和第四动力电池组及管理系统，第一动力电池组及管理系统、第二动力电池组及管理系统、第三动力电池组及管理系统和第四动力电池组及管理系统分别与第一驱动系统、第二驱动系统、第三驱动系统和第四驱动系统相连，为其提供直流电能。
[0010]本发明中所述的第一驱动系统、第二驱动系统、第三驱动系统、第四驱动系统、第一动力电池组及管理系统、第二动力电池组及管理系统、第三动力电池组及管理系统、第四动力电池组及管理系统、整车控制器和仪表显示及驾驶员输入系统之间采用总线连接的方式进行连接、数据传输。
[0011]本发明中第一轮毂电机、第一驱动系统和第一动力电池组及管理系统组成第一驱动单元，用于独立驱动右前车轮；第二轮毂电机、第二驱动系统和第二动力电池组及管理系统组成第二驱动单元，用于独立驱动右后车轮；第三轮毂电机、第三驱动系统和第三动力电池组及管理系统组成第三驱动单元，用于独立驱动左前车轮；第四轮毂电机、第四驱动系统和第四动力电池组及管理系统组成第四驱动单元，用于独立驱动左后车轮。
[0012]本发明中各个驱动单元的电压和功率的设计方法如下:
当四个车轮的负载相同，均为整备质量的1/4时，定义各个车轮的负载均为Gs ,各个驱动单元的功率均为Ws ,电压均力Vs 组成电池箱的单体电池额定电压为Vds。根据实车测得对应第一驱动单元的右前车轧的负载为Gl，对应第二驱动单元的右后车轮的负载为G2，对应第三驱动单元的左前车轮的负载为G3 ,对应第四驱动单元的左后车轮的负载为G4 ；
第一驱动单元的电压V1，功率wl,第二驱动单元的电压V2 ,功率W2，第三驱动单元的电压V3，功率W3，第四驱动单元的电压V4功率W4，按照如下方法确定:
(1)第一驱动单元的电压IH:
如果 G1/Os <1
【权利要求】
1.一种电动汽车独立四轮毂电驱动系统，包括第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机、第四轮毂电机、第一驱动系统、第二驱动系统、第三驱动系统、第四驱动系统、整车控制器和仪表显示及驾驶员输入系统，第一驱动系统、第二驱动系统、第三驱动系统、第四驱动系统分别与第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机、第四轮毂电机相连，用于驱动轮毂电机；其特征在于设有第一动力电池组及管理系统、第二动力电池组及管理系统、第三动力电池组及管理系统和第四动力电池组及管理系统，第一动力电池组及管理系统、第二动力电池组及管理系统、第三动力电池组及管理系统和第四动力电池组及管理系统分别与第一驱动系统、第二驱动系统、第三驱动系统和第四驱动系统相连，为其提供直流电能。
2.根据权利要求1所述的电动汽车独立四轮毂电驱动系统，其特征在于所述的第一驱动系统、第二驱动系统、第三驱动系统、第四驱动系统、第一动力电池组及管理系统、第二动力电池组及管理系统、第三动力电池组及管理系统、第四动力电池组及管理系统、整车控制器和仪表显示及驾驶员输入系统之间采用总线连接的方式进行连接、数据传输。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车独立四轮毂电驱动系统的各驱动单元的电压和功率设计方法，其特征在于:第一轮毂电机、第一驱动系统和第一动力电池组及管理系统组成第一驱动单元，用于独立驱动右前车轮；第二轮毂电机、第二驱动系统和第二动力电池组及管理系统组成第二驱动单元，用于独立驱动右后车轮；第三轮毂电机、第三驱动系统和第三动力电池组及管理系统组成第三驱动单元，用于独立驱动左前车轮；第四轮毂电机、第四驱动系统和第四动力电池组及管理系统组成第四驱动单元，用于独立驱动左后车轮； 各个驱动单元的电压和功率的设计方法如下: 当四个车轮的负载相同，均为整备质量的1/4时，定义各个车轮的负载均为Os,各个驱动单元的功率均为Iffe，电压均为Fs ;组成电池箱的单体电池额定电压为Kfe ；根据实车测得对应第一驱动单元的右前车轮的负载为Gl，对应第二驱动单元的右后车轮的负载为G2 ,对应第三驱动单元的左前车轮的负载为G3 ,对应第四驱动单元的左后车轮的负载为04 ; 第一驱动单元的电压Π，功率!Tl,第二驱动单元的电压v2 ,功率iF2，第三驱动单元的电压F3，功率?Τ3，第四驱动单元的电压F4功率，按照如下方法确定: (1)第一驱动单元的电压Fl: 如果 Gl/Os <1Vl=Fs-[(1-(Gl/Os))/0.05」X Vds
如果 Gl/Os > IFl: /'s-[(1- (Gi / Gs)) /0.05] X Vds (2)第一驱动单元的功率WH:m = Ws X(GlfOs) (3)第二驱动单元的电压F2: 如果 02/Gs < I
4.根据权利要求1或3所述的电动汽车独立四轮毂电驱动系统的控制方法，其特征在于: (1)当四个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元及第四驱动单元发出目标转矩，第一驱动单元和第三驱动单元的目标转矩相同，第二驱动单元和第四驱动单元的目标转矩相同； (2)当第一驱动单元处于故障状态，另外三个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第二驱动单元、第三驱动单元及第四驱动单元发出目标转矩；第三驱动单元和第四驱动单元的目标转矩之和与第二驱动单元的目标转矩相同；整车速度上限设置为60km/h ； (3)当第二驱动单元处于故障状态，另外三个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第一驱动单元、第三驱动单元及第四驱动单元发出目标转矩；第三驱动单元和第四驱动单元的目标转矩之和与第一驱动单元的目标转矩相同；整车速度上限设置为60km/h ；(4)当第三驱动单元处于故障状态，另外三个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第一驱动单元、第二驱动单元及第四驱动单元发出目标转矩；第一驱动单元和第二驱动单元的目标转矩之和与第四驱动单元的目标转矩相同；整车速度上限设置为60km/h ； (5)当第四驱动单元处于故障状态，另外三个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第一驱动单元、第二驱动单元及第三驱动单元发出目标转矩；第一驱动单元和第二驱动单元的目标转矩之和与第三驱动单元的目标转矩相同；整车速度上限设置为60km/h ； (6)当第一驱动单元和第三驱动单元处于故障状态，另外两个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第二驱动单元和第四驱动单元发出目标转矩；第二驱动单元和第四驱动单元的目标转矩相同；整车速度上限设置为40km/h ； (7)当第二驱动单元和第四驱动单元处于故障状态，另外两个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器 根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第一驱动单元和第三驱动单元发出目标转矩；第一驱动单元和第三驱动单元的目标转矩相同；整车速度上限设置为40km/h ； (8)当第一驱动单元和第四驱动单元处于故障状态，另外两个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第二驱动单元和第三驱动单元发出目标转矩；第二驱动单元和第三驱动单元的目标转矩相同；整车速度上限设置为30km/h ； (9)当第二驱动单元和第三驱动单元处于故障状态，另外两个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第一驱动单元和第四驱动单元发出目标转矩；第一驱动单元和第四驱动单元的目标转矩相同；整车速度上限设置为30km/h ； (10)当第一驱动单元和第二驱动单元处于故障状态，另外两个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第三驱动单元和第四驱动单元发出目标转矩；整车速度上限设置为20km/h ； (11)当第三驱动单元和第四驱动单元处于故障状态，另外两个驱动单元均处于正常工作状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向第一驱动单元和第二驱动单元发出目标转矩；整车速度上限设置为20km/h ； (12)当只有一个驱动单元处于正常工作状态，另外三个驱动单元均处于故障状态时，整车控制器根据驾驶员输入以及整车状态反馈实时向处于正常工作状态的驱动单元发出目标转矩；整车速度上限设置为10km/h ； (13)当四个驱动单元均处于故障状态时，车辆无法行驶。
5.根据权利要求4所述的电动汽车独立四轮毂电驱动系统的控制方法，其特征在于:整车控制器发送给各个驱动单元的目标转矩不大于由路面附着条件限制决定的转矩极限。
【文档编号】B60L11/18GK103963662SQ201410230194
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】王大方, 杨博文, 周传炜, 廖江敏, 林日升, 吴晓壮, 王明玉 申请人:王大方