一种电动汽车的动力输出系统、方法和电动汽车与流程

本发明实施方式涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的动力输出系统、方法和电动汽车。

背景技术：

国家最新标准《汽车和挂车类型的术语和定义》(gb/t3730.1-2001)中对汽车有如下定义：由动力驱动，具有4个或4个以上车轮的非轨道承载的车辆，主要用于：载运人员和(或)货物；牵引载运人员和(或)货物的车辆；特殊用途。能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。

电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。

目前，受制于变速器性能，前后轴独立驱动的电动汽车一般不使用变速器而选择更高规格的电机，使之满足中低速和高速行驶需求。

然而，如果受制于某些条件，更高规格的电机无法取得或需要付出极大的成本，则产品设计无法开展。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电动汽车的动力输出系统、方法和电动汽车。

本发明实施方式的技术方案如下：

一种电动汽车的动力输出系统，包括：

前轴；

后轴；

前轴变速箱，包含两档且与所述前轴连接；

后轴减速器，与所述后轴连接；

第一电机，与所述前轴变速箱连接；

第二电机，与所述后轴减速器连接；

其中所述第一电机的输出功率小于所述第二电机的输出功率。

在一个实施方式中，所述前轴变速箱包含同步器、一档从动齿轮和二档从动齿轮；

同步器，用于基于一档切换指令和一档从动齿轮结合以切换到一档，或基于二档切换指令和二档从动齿轮结合以切换到二档。

在一个实施方式中，还包括：

整车控制器，与所述前轴变速箱和所述第二电机连接，用于当所述电动汽车的当前车速低于等于所述预定门限值时，生成所述一档切换指令且控制第二电机向所述后轴输出功率；当所述电动汽车的当前车速高于所述预定门限值时，生成所述二档切换指令且控制第二电机向所述后轴输出功率。

在一个实施方式中，所述后轴减速器包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；

所述第二电机的输出轴与所述一级减速齿轮的主动轮的输入轴连接；所述一级减速齿轮的从动轮经由中间轴与二级减速齿轮的主动轮连接；二级减速齿轮的从动轮与差速器的外壳连接；二级减速齿轮的从动轮与二级减速齿轮的主动轮啮合；差速器的两个输出半轴分别连接所述后轴的后左半轴和后右半轴。

在一个实施方式中，所述第一电机的输出功率为所述第二电机的输出功率的一半。

在一个实施方式中，所述后轴减速器为单级减速器。

一种电动汽车的动力输出方法，所述方法适用于电动汽车的动力输出系统，所述电动汽车的动力输出系统包括：前轴；后轴；第一电机，与包含两档的前轴变速箱连接，其中所述前轴变速箱与所述前轴连接；第二电机，与后轴减速器连接，其中所述后轴减速器与所述后轴连接；所述第一电机的输出功率小于所述第二电机的输出功率；所述前轴变速箱包含同步器、一档从动齿轮和二档从动齿轮；该方法包括：

在当前车速低于等于预定门限值时，生成一档切换指令，使能同步器基于一档切换指令和一档从动齿轮结合以切换到一档，并控制第二电机向所述后轴输出功率；

当所述电动汽车的当前车速高于预定门限值时，生成二档切换指令，使能同步器基于二档切换指令和二档从动齿轮结合以切换到二档，并控制第二电机向所述后轴输出功率。

在一个实施方式中，所述第一电机的输出功率为所述第二电机的输出功率的一半。

在一个实施方式中，所述后轴减速器包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；

所述控制第二电机向所述后轴输出功率包括：

使能第二电机经由输出轴向一级减速齿轮的主动轮的输入轴提供功率；

使能一级减速齿轮的从动轮经由中间轴向二级减速齿轮的主动轮提供所述功率；

使能二级减速齿轮的从动轮经由差速器向后左半轴和后右半轴提供所述功率。

一种电动汽车，包括如上所述的电动汽车的动力输出系统。

从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，系统包括：前轴；后轴；第一电机，与包含两档的前轴变速箱连接，其中前轴变速箱与前轴连接；第二电机，与后轴减速器连接，其中后轴减速器与后轴连接；其中第一电机的输出功率小于第二电机的输出功率。由此可见，本发明实施方式通过在前轴布置小电机和变速箱，在后轴布置大电机和单级减速器，分别满足车辆高低速行驶需求，回避缺少大功率电机对整车开发的影响。

而且，本发明实施方式可以充分利用电机功率转矩，降低整车成本。另外，本发明实施方式倾向于增大前轴荷，有利于增加整车的转向不足倾向。尤其是，当高速行驶时电动汽车为四驱，稳定性好。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明电动汽车的动力输出系统的结构图。

图2为本发明电动汽车的动力输出系统的示范性结构图。

图3为本发明电动汽车的动力输出方法的流程图。

图4为本发明电动汽车的牵引力曲线示意图。

图5为本发明电动汽车的功率平衡曲线示意图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

本发明实施方式通过在前轴布置小电机和变速箱，在后轴布置大电机和减速器，分别满足车辆高低速行驶需求，回避缺少大功率电机对整车开发的影响。

图1为本发明电动汽车的动力输出系统的结构图。

如图1所示，箭头所示方向为车辆前进方向。电动汽车的动力输出系统包括：

前轴；

后轴；

前轴变速箱，包含两档且与前轴连接；

后轴减速器，与后轴连接；

第一电机，与前轴变速箱连接；

第二电机，与后轴减速器连接；

其中第一电机的输出功率小于第二电机的输出功率。

可见，前置的第一电机输出功率相比后置的第二电机的输出功率要小。而且，前置的第一电机使用变速箱向前轴输出功率，而后置的第二电机使用减速器(优选为单级减速器)向后轴输出功率。第一电机配合变速箱，低档位适用于中低速行驶(例如0～140km/h)，高档位用于中高速行驶(例如100～260km/h)，其中高低档对应车速可以有重叠。第二电机使用减速器在车辆的全速度范围工作(例如0～260km/h)。

在一个实施方式中，动力输出系统还包括：

整车控制器，与前轴变速箱和第二电机连接，用于当电动汽车的当前车速低于等于预定门限值时，生成一档切换指令且控制第二电机向后轴输出功率；当电动汽车的当前车速高于预定门限值时，生成二档切换指令且控制第二电机向所述后轴输出功率。

其中，可以采用多种类型的前轴变速箱和后轴减速器(优选为单级减速器)。

在一个实施方式中，前轴变速箱包含同步器、一档从动齿轮和二档从动齿轮；同步器，用于基于一档切换指令和一档从动齿轮结合以切换到一档，或基于二档切换指令和二档从动齿轮结合以切换到二档。

在一个实施方式中，后轴减速器包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；第二电机的输出轴与一级减速齿轮的主动轮的输入轴连接；一级减速齿轮的从动轮经由中间轴与二级减速齿轮的主动轮连接；二级减速齿轮的从动轮与差速器的外壳连接；二级减速齿轮的从动轮与二级减速齿轮的主动轮啮合；差速器的两个输出半轴分别连接所述后轴的后左半轴和后右半轴。

优选的，第一电机的输出功率为所述第二电机的输出功率的一半。比如，第一电机的输出功率为50千瓦，第二电机的输出功率为100千瓦。

以上示范性描述了第一电机和第二电机的工作速度范围和输出功率实例，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。

基于图1所示系统，在车辆前轴布置可满足车辆高速行驶需求前置小电机(即第一电机)和与之匹配的前轴变速箱的高挡位传动比，以及相应的后置大电机(即第二电机)和相应的后轴单级减速器。根据整车性能需求，确定在中低速时后置大电机的功率和转矩缺口，以此为基础，对前置小电机和与之匹配的前轴变速箱的低档传动比进行设计，使前后电机同时工作时，整车的中低速行驶需求得到满足。

图2为本发明电动汽车的动力输出系统的示范性结构图。

如图2所示，动力输出系统包括：

前轴3；

后轴4；

前轴变速箱1，包含两档且与前轴3连接；

后轴减速器2，与后轴2连接；

第一电机，与前轴变速箱1连接；

第二电机，与后轴减速器2连接；

其中第一电机的输出功率小于第二电机的输出功率。

在图2中，后轴减速器2包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；第二电机的输出轴与一级减速齿轮的主动轮的输入轴连接；一级减速齿轮的从动轮经由中间轴与二级减速齿轮的主动轮连接；二级减速齿轮的从动轮与差速器的外壳连接；二级减速齿轮的从动轮与二级减速齿轮的主动轮啮合；差速器的两个输出半轴分别连接所述后轴的后左半轴和后右半轴。

在图3中，前轴变速箱1包含一档输入齿轮、一档主动齿轮和一档从动齿轮。第一电机的输出轴与一档输入齿轮结合，一档主动齿轮经由二轴与二档主动齿轮结合。前轴变速箱1还包含同步器、一档从动齿轮和二档从动齿轮。同步器基于一档切换指令和一档从动齿轮结合以切换到一档，并基于二档切换指令和二档从动齿轮结合以切换到二档。切换到一档后，结合后的一档从动齿轮与同步器经由三轴和差速器输出一档功率；切换到二档后，结合后的二档从动齿轮与同步器经由三轴和差速器输出二档功率。差速器的两个输出半轴分别连接前轴3的后左半轴和后右半轴。

基于上述描述，本发明实施方式还提出了一种电动汽车的动力输出方法。

图3为本发明电动汽车的动力输出方法的流程图。该方法适用于电动汽车的动力输出系统，述电动汽车的动力输出系统包括：前轴；后轴；第一电机，与包含两档的前轴变速箱连接，其中所述前轴变速箱与所述前轴连接；第二电机，与后轴减速器连接，其中所述后轴减速器与所述后轴连接；所述第一电机的输出功率小于所述第二电机的输出功率；所述前轴变速箱包含同步器、一档从动齿轮和二档从动齿轮。

如图3所示，该方法包括：

步骤301：在当前车速低于等于预定门限值时，生成一档切换指令，使能同步器基于一档切换指令和一档从动齿轮结合以切换到一档，并控制第二电机向所述后轴输出功率。

步骤302：当电动汽车的当前车速高于预定门限值时，生成二档切换指令，使能同步器基于二档切换指令和二档从动齿轮结合以切换到二档，并控制第二电机向后轴输出功率。

在一个实施方式中，第一电机的输出功率为所述第二电机的输出功率的一半。

优选的，后轴减速器包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器。控制第二电机向所述后轴输出功率包括：使能第二电机经由输出轴向一级减速齿轮的主动轮的输入轴提供功率；使能一级减速齿轮的从动轮经由中间轴向二级减速齿轮的主动轮提供功率；使能二级减速齿轮的从动轮经由差速器向后左半轴和后右半轴提供功率。

优选的，后轴减速器2为单级减速器。

图4为本发明电动汽车的牵引力曲线示意图。图5为本发明电动汽车的功率平衡曲线示意图。

在图4中，曲线41为前轴牵引力曲线；曲线42为后轴牵引力曲线；曲线43为总牵引力曲线；曲线44为理想牵引力曲线；曲线45为阻力曲线。在图5中，曲线51为前轴功率曲线；曲线52为后轴功率曲线；曲线53为总功率曲线；曲线54为阻力功率曲线。

在图4和图5中，前后电机分别驱动前后轴提供牵引力，当车速低于v4时，前电机使用低挡工作，当车速高于v4时，前电机使用高挡工作。需要注意的是，由于前轴小电机在高档时的工况是按照车辆高速行驶需求设计的，所以其在车速v4以上时，车辆的总牵引力(此时等于前轴牵引力)符合理想牵引力曲线，具备良好的动力性。

如图5所示，总功率曲线是前后轴电机功率曲线的和，其与阻力功率的交点的横坐标就是最高车速v_max。如图4所示的前轴2挡牵引力曲线所示，对于特定的前轴2档传动比i2，前轴2档牵引力曲线会在左图中左右移动。当更改后前轴2档传动比i2，使得前轴电机达到最高转速时对应的2挡最高车速v2＝v_max时，这个传动比i2就确定为匹配后的前轴变速器2挡的传动比。同理，当更改后的后轴传动比ir，使得后轴电机达到最高转速时对应的最高车速vr＝v_max时，该传动比ir就确定为匹配后的后轴减速器的传动比。

如图4所示，对于特定的前轴1档传动比i1，前轴1档牵引力曲线会在图4中左右移动，前轴1档牵引力曲线加上已匹配好的后轴牵引力曲线，即是总牵引力曲线。总牵引力曲线的水平段的纵坐标就是前轴1档传动比i1对应的整车在1挡的最大牵引力。最大牵引力是定值是一项设计指标。当更改前轴1档传动比i1(不需要再改前轴2挡传动比和后轴传动比，因为之前已经匹配好了)，使得整车的最大牵引力满足设计要求，这个传动比i1就确定为匹配后的前轴1档传动比。

可以将本发明实施方式提出的电动汽车的动力输出系统和方法应用到各种类型的电动汽车中。比如，可以应用到混合动力电动汽车(hev)、纯电动汽车(bev)、燃料电池电动汽车(fcev)和其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)汽车等。

综上所述，系统包括：前轴；后轴；第一电机，与包含两档的前轴变速箱连接，其中所述前轴变速箱与所述前轴连接；第二电机，与后轴减速器连接，其中所述后轴减速器与所述后轴连接；其中所述第一电机的输出功率小于所述第二电机的输出功率。本发明实施方式通过在前轴布置小电机和变速箱，在后轴布置大电机和单级减速器，分别满足车辆高低速行驶需求，回避缺少大功率电机对整车开发的影响，降低设计开发难度。而且，本发明实施方式可以充分利用电机功率转矩，降低整车成本。

另外，本发明实施方式倾向于增大前轴荷，有利于增加整车的转向不足倾向。尤其是，当高速行驶时电动汽车为四驱，稳定性好。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。