一种纯电动汽车动力系统构型及其控制方法及纯电动汽车与流程

本发明涉及一种纯电动汽车动力系统构型及其控制方法及纯电动汽车。

背景技术：

纯电动汽车能够较好的解决石化能源紧缺和环境污染问题，目前纯电动汽车的动力系统构型主要有电机直驱、电机加变速箱驱动以及轮边分布式驱动等三种构型。从目前市场表现来看，带变速箱的构型由于需要频繁换挡，挡位变动引起的顿挫感较强、故障率较高，影响客户驾车感受；电机直驱构型是由驱动电机直接作用在后桥上，虽故障率低，但是爬坡、最高车速不能兼顾；轮边分布式驱动构型需要在轮边设置电机、减速器以及制动器等部件，受布置空间的限制，设计难度较大。因此，特别需要一种高可靠性、高效率以及高适应性的纯电动汽车动力系统构型。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够满足车辆低故障率、高爬坡度、高车速、系统效率对工况匹配度高的纯电动汽车动力系统构型；本发明的目的还在于提供一种专用于控制该纯电动汽车动力系统构型的控制方法；本发明的目的还在于提供一种使用该纯电动汽车动力系统构型的纯电动汽车。

为了解决上述技术问题，本发明中纯电动汽车动力系统构型的技术方案为：

一种纯电动汽车动力系统构型，包括用于单独驱动前轮或后轮的轮边电机，轮边电机与相应轮之间设置有轮边减速器，纯电动汽车动力系统构型还包括用于设置在后轮或前轮之间的驱动桥，所述驱动桥上设置有差速器，差速器的上游依次连接有主减速器和集中电机，纯电动汽车动力系统构型还包括与轮边电机和集中电机信号相连的用于控制轮边电机和集中电机各自单独工作或者同时工作的整车控制器。

所述轮边电机有两个并分别用于与两个前轮相连，所述驱动桥用于连接两个后轮之间。

本发明中专用于控制上述纯电动汽车动力系统构型的控制方法的技术方案为：

一种专用于控制上述纯电动汽车动力系统构型的控制方法，当车速小于akm/h、爬坡度小于b％时，由整车控制器控制轮边电机工作或者轮边电机和集中电机同时工作；当车速小于akm/h、爬坡度大于b％时，由整车控制器控制轮边电机和集中电机同时工作；当车速大于akm/h时，由整车控制器控制集中电机工作，轮边电机和轮边减速器随动不输出扭矩。

a的取值范围为65～75，b的取值范围为10～14。

a的优选取值是70，b的优选取值是12。

本发明中纯电动汽车的技术方案为：

一种纯电动汽车，包括前轮、后轮、用于与前轮和后轮相连的纯电动汽车动力系统构型，纯电动汽车动力系统构型包括单独驱动前轮或后轮的轮边电机，轮边电机与相应轮之间设置有轮边减速器，纯电动汽车动力系统构型还包括设置在后轮或前轮之间的驱动桥，所述驱动桥上设置有差速器，差速器的上游依次连接有主减速器和集中电机，纯电动汽车动力系统构型还包括与轮边电机和集中电机信号相连的用于控制轮边电机和集中电机各自单独工作或者同时工作的整车控制器。

所述轮边电机有两个并分别用于与两个前轮相连，所述驱动桥用于连接两个后轮之间。

本发明的有益效果在于：由于前轮或后轮上设置的是轮边电机，而后轮或前轮上设置的是驱动桥、差速器、主减速器和集中电机，因此本发明的纯电动汽车动力系统构型相当于将直驱系统和轮边分布式系统相结合，不过直驱系统这一部分不包括变速箱，因此也就避免了频繁换挡而导致的顿挫感，降低了系统故障率，而车速以及输出扭矩的调整完全是靠集中电机本身的性能，再加以整车控制器的控制来实现的。同时，由于在前轮或后轮上保留了轮边分布式系统，因此使得前轮或后轮具有轮边分布式驱动的驱动防滑、操稳性改善和高转向灵活性的独特优势。另外，集中电机和轮边电机可以协同作用，例如在低速大扭矩爬坡时，只需轮边电机工作即可，当爬坡度超过轮边电机的极限时，可以使集中电机和轮边电机同时工作，从而满足高爬坡度需求，而当车速超过轮边电机的极限时，可以只使集中电机工作，从而满足高车速高功率需求，因此该系统构型的系统效率对工况匹配度比较高，可以兼顾整车工作全工况下的效率最优，最大限度减少系统损失，并提升系统利用效率，提高车辆的环境适应性，能够满足用户多种需求。

附图说明

图1为本发明中纯电动汽车动力系统构型的结构示意图；

图2为本发明中纯电动汽车动力系统构型的工作模式示意图。

图中：1.轮边电机；2.集中电机；3.轮边减速器；4.主减速器；5.差速器；6.半轴；7.前轮；8.后轮；i.爬坡度；v.车速；t.整车输出扭矩。

具体实施方式

纯电动汽车动力系统构型的实施例如图1～图2所示，包括用于单独驱动前轮7的轮边电机1(m1)，两个前轮7上均设置有轮边电机1，各轮边电机1与相应前轮之间均设置有轮边减速器3，轮边减速器3可以起到减速增扭的作用，从而使汽车具有较好的爬坡能力。由于两个前轮7上均设置有轮边电机1，因此使得前轮7具有分布式驱动的驱动防滑、操稳性改善和高转向灵活性的独特优势。

纯电动汽车动力系统构型还包括设置在两个后轮8之间的驱动桥，驱动桥上设置有差速器5，所述驱动桥包括分别与后轮8相连的半轴6，差速器5设置在两个半轴6之间。差速器5的上游依次连接有主减速器4和集中电机2(m2)，轮边电机1和集中电机2均与整车控制器(图中未示出)信号相连，也就是说，集中电机2通过主减速器4、差速器5以及半轴6一次性对两个后轮8提供驱动力，而且在后轮8的驱动方式上，只是在差速器和集中电机之间设置一个主减速器4，而没有设置变速箱，这样就不需要通过频繁换挡来调速调扭，消除了挡位变动时引起的顿挫感，降低了故障率。

在本发明中，车速以及输出扭矩的调整完全是靠集中电机2本身的性能，再加以整车控制器的控制，使电机可以自动输出电动汽车克服阻力所需要的扭矩，同时获取该阻力下的最高转速，集中电机2相当于具备了变速箱的特性，当然这种控制方式对于集中电机2、整车控制器、甚至动力电池的性能要求是比较高的。

本实施例中的轮边电机1设计成所能满足的最高车速为70km/h、最大爬坡度为12％，这样不但能够满足低速爬坡大扭矩的需求，而且轮边电机1的规格不大，占用空间小，从而能够降低布置难度。实际应用时，轮边电机1和轮边减速器3的动力系统综合高效区设计为满足车辆半载时速20km/h及爬坡度6％左右的公交客车常用的低速低扭区域，当车速超过最高时速70km/h时不输出扭矩，从而可以降低对轮边电机轴承和电机功率的要求。

本实施例中的集中电机2通过主减速器4输出的系统高效区设计在车辆半载时速70km/h左右的客运车常用高速区域，三个电机协调工作，既满足车辆动力性需求也兼顾整车工作全工况下的效率最优。

纯电动汽车动力系统构型的具体控制方法，即三个电机的具体工作模式是，如图2所示，当车速小于70km/h、爬坡度小于12％时，尤其是在车辆半载时速20km/h及爬坡度6％左右时，由整车控制器只控制轮边电机1工作即可，此时轮边电机1和轮边减速器3的输出扭矩即可满足整车扭矩和车速需求，集中电机2不需要输出扭矩，当然在其他实施例中，也可以使轮边电机1和集中电机2同时工作；当车速小于70km/h、爬坡度大于12％时，此时只有轮边电机1不能满足大爬坡度的扭矩需求，因此由整车控制器控制轮边电机1和集中电机2同时工作，以此满足低速爬坡和加速工况时整车的大输出扭矩需求；当车速在大于70km/h的高速工况下，由整车控制器控制集中电机2工作以满足整车扭矩需求，这时电机转速要求较高，轮边电机1和轮边减速器3随动不输出扭矩。

其中，在70km/h车速以下的多电机效率最优转矩优化实现方案为：动力性满足需求的前提下的经济性驱动力分配模式目标函数：其中ki为驱动电机的转矩值占总驱动转矩值的比例系数，txi为各驱动系统输出转矩值，ni为驱动系统输出的转速，ηm1为轮边电机和轮边减速器构成的轮边驱动系统在当前转矩和转速下的效率，ηm2为集中电机和车桥构成的驱动系统在当前转矩和转速下的效率。其物理意义在于对分配给各电机的驱动转矩进行最优分配，以达到整车系统系统综合效率最优，从而提高电动车辆的经济性。驱动系统的效率可以根据当前的转速、转矩通过对前期台架测试的数据查表得到。

约束条件是：2tx1+tx2≥txreq&&u≤70km/h，表示分配给各个车轮的纵向驱动转矩之和要满足驾驶员的纵向需求txreq并且车速u低于70km/h。

当然，根据汽车的实际运行工况，轮边电机以及集中电机的性能参数也可做相应的调整，即上述动力系统构型的控制方法也是可以调整的，比如轮边电机设计的所能满足的最高车速可以在65～75km/h的范围内进行选取，该取值定为a，当然a除了70以外，也可以是65或75或其他值；轮边电机设计的所能满足的最大爬坡度可以在10～14％的范围内进行选取，该取值定为b，当然b除了12以外，也可以是10或14或其他值。

本发明中的纯电动汽车动力系统构型采用直驱系统和轮边分布式系统相结合的系统构型，并且对直驱系统进行了改进，省去了减速箱，避免了频繁换挡而导致的顿挫感，降低了系统故障率，同时由于在前轮上保留了轮边分布式系统，因此使得前轮具有轮边分布式驱动的驱动防滑、操稳性改善和高转向灵活性的独特优势。同时，三个电机协调作用，既能满足低速爬坡大扭矩需求、也能满足高速高功率需求，兼顾整车工作全工况下的效率最优，最大限度减少系统损失，并提升系统利用效率，提高了车辆的环境适应性，能够满足用户多种需求。另外，多电机协调工作，还提高了车辆的可靠性，当单电机出现问题时，其他电机还可以继续协调工作，车辆可以继续行驶。

在纯电动汽车动力系统构型的其他实施例中：两个轮边电机也可以设置在后轮上，此时驱动桥设置在两个前轮之间。

专用于控制上述纯电动汽车动力系统构型的控制方法的实施例与上述实施例中所述的控制方法相同，在此不再详述。

纯电动汽车的实施例如图1～图2所示，包括前轮、后轮、用于与前轮和后轮相连的纯电动汽车动力系统构型，纯电动汽车动力系统构型与上述实施例中的相同，在此不再详述。