一种单行星排结构电动汽车动力总成及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种单行星排结构电动汽车动力总成及其控制方法。包括单排行星齿轮传动机构、第一电机、第一电机控制器、第二电机、第二电机控制器、离合器、整车控制器，所述单排行星齿轮传动机构的齿圈与所述第一电机连接，所述单排行星齿轮传动机构的太阳轮与所述第二电机连接，所述离合器安装在所述第二电机输出轴与第二电机壳体之间，所述单排行星齿轮传动机构的行星架作为驱动电动汽车的动力输出端。本申请提供 的单行星排结构电动汽车动力总成，通过增加单行星排结构和离合器、利用整车控制器实现双电机有机配合，在满足电动汽车总体动力性能的同时，有效降低了驱动电机的总体功率，使电机工作在高效区的时间更长，并提高了车辆的舒适性。

【技术实现步骤摘要】
一种单行星排结构电动汽车动力总成及其控制方法
本专利技术属于电动汽车领域，具体为电动汽车驱动及传动系统的2个驱动电机、变速机构及其控制单元构成及控制方法。
技术介绍
随着电动汽车的快速发展，人们对电动汽车最高车速、加速度、爬坡度及舒适性提出了更高的要求，国内外也针对这些指标制定了更为严苛的标准。电动汽车的驱动方式及传动结构作为其核心决定着电动汽车的动力性、经济性和舒适性，由于受到电机特性的限制，传统的单电机直驱的模式只能通过增大电机功率的方法适应人们的使用需求和法律法规的要求，不仅增加了电机的成本、增大电机的体积，而且造成电机多数时间工作在低效区，降低了电动汽车续航里程。为了解决以上问题，电动汽车的动力系统开始采用变速机构满足最大牵引力和最高车速的需求，由于电机四象限运行的特点使能量回馈制动成为其节能的重要手段，要求传动机构在具有较高的传统效率的同时具备双向扭矩传递的功能，因此在传统燃油车上应用较多的自动变速机构（AT）并不适用于电动汽车，目前应用较多的是两档机械式自动变速箱（AMT）技术。然而，机械式自动变速箱的换挡过程为自动控制，驾驶员无法了解具体换挡时间，换挡过程车辆驱动力缺失，不仅降低了驾驶的舒适性，而且给车辆的安全性带来较大的隐患。行星排传动技术在工业减速机及混合动力汽车上有大量的应用，然而在工业领域行星排只是代替齿轮起到固定减速比减速的作用，在混合动力车辆中起到对发动机输出能量在驱动和发电之间的分配作用，本专利技术中的行星排作为动力系统的一个组成部分，起到对两个驱动电机转速和车速之间解耦的作用，使车速不依赖于某个电机的转速，在减小电机总功率的同时，达到满足车辆对最大扭矩和最高车速的需求。
技术实现思路
本专利技术提出的目的在于提供一种电动汽车动力系统的结构和驱动的控制方法，旨在解决以上电动汽车在经济性、舒适性、安全性和动力性上存在的问题，所述电动汽车动力系统由整车控制器、第一电机、第一电机控制器、第二电机、第二电机控制器、行星排、离合器组成。动力系统内部连接方式包括机械连接、电气连接和通信接口：其中机械连接包括：第一电机输出轴与行星排齿圈连接，第二电机输出轴与行星排太阳轮连接，离合器一端与第二电机输出轴连接、另一端与车体连接；电气连接包括：第一电机控制器与第一电机之间的高压驱动线路，第二电机控制器与第二电机之间的高压驱动线路；通信接口为第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器之间的高压CAN总线接口；动力系统对外接口也包括机械连接、电气连接和通信接口：其中机械接口为行星排行星架与电动汽车主轴之间的连接；电气连接包括第一电机控制器、第二电机控制器与动力电池之间的高压供电线路，第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器的低压供电线路；通信接口包括整车控制器与仪表、ABS、行车记录仪、空调的低压CAN总线接口及与内部通信接口共用的连接动力电池、DC/DC、DC/AC的高压CAN总线接口。传动系统中行星排的太阳轮、齿圈和行星架三个构件的角速度及转速满足下式：式中，kp为行星排齿数比；z1为太阳轮齿数；z2为齿圈齿数；ωs、ωR、ωC分别为太阳轮、齿圈、行星架的旋转角速度，ns、nR、nC分别为太阳轮、齿圈、行星架的转速。太阳轮、齿圈和行星架三个构件的转矩关系满足下式：式中，Ts、TR、TC分别为太阳轮、齿圈、行星架的旋转角速度。由以上关系式可推导出电动汽车需求与第一电机、第二电机的功率、速度、扭矩关系，式中：Pveh_dem为整车需求功率，PMG1为第一电机输出功率，PMG2为第二电机功率，nTM2为第二电机转速，nTM1为第一电机转速，i1为主减速比，V为车速，r为车轮半径，F为整车牵引力，TMG2为第二电机输出扭矩，TMG1为第一电机输出扭矩。本专利技术根据以上公式匹配计算行星排传动参数及第一电机和第二电机功率、扭矩和转速参数。优选的，确定行星排功率及扭矩不小于整车需求，传动比Kp介于2-4之间。根据车辆及工况参数确定不同车速下整车所需最大牵引力F及最高车速。第一电机和第二电机输出功率之和大于整车最大需求功率。电动汽车低速运行时时，第一电机为整车提供的最大牵引力不小于给定车速下整车最大牵引力需求。第一电机与第二电机最高转速与最高车速之间满足速度关系式。优选的，以第一电机与第二电机功率之和为优化目标，以各车速下最大需求牵引力为约束条件，优化计算出第一电机与第二电机最为匹配的功率、转速和扭矩等参数。优选的，第一电机采用扭矩控制模式，第二电机采用转速控制模式并限定输出扭矩。优选的，整车控制器具有连接高压设备控制单元的高压CAN总线接口、连接低压设备控制单元的低压CAN总线接口和标定设备的标定CAN总线接口本专利技术的优点包括以下五点。1.本专利技术匹配的两个电机总功率小于电机直驱模式中电机的功率，降低系统成本。2.本专利技术的两个电机通过行星齿轮传动，实现无极变速，提高驾驶舒适性和安全性。3.本专利技术通过对离合器和电机的协调控制，使离合器在接合和断开时不受其他外力的作用，有效提高传动部件的使用寿命。4.本专利技术实现车速与电机转速的解耦，可使电机更多的工作在高效区，降低能量损失，提高车辆续航里程。5.本专利技术可根据车辆不同工况需求调整两个电机的参数匹配关系，无需更改传动部件的结构，减少系统设计验证的工作，提高可靠性。附图说明图1是本专利技术一实施例的动力系统架构示意图。图2是本专利技术一实施例的控制流程图。图3是本专利技术一实施例动力系统部件扭矩转速关系图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了能够更为清晰的描述本专利技术所述动力系统，附图1所示为在本专利技术所述电动汽车动力系统基本机械及电气构成基础上增加了与车辆相关的主轴、驱动轴、主减速器及车轮，并增加了为系统供电的动力电池组。粗实线9代表动力电能传输路径，细实线10代表机械能量传输路径，虚线8代表CAN总线控制数据传输路径。第一电机51输出轴与行星排4的齿圈42相连接，第二电机50的输出轴与行星排4的太阳轮40相连接，并在此处对机体11设置有电磁离合器6与机体11连接，行星排4的行星架41作为动力系统动力输出，与电动汽车主轴、驱动轴及车轮连接，驱动车辆。第一电机51和第二电机50驱动车辆所需电能及能量回馈的电能由动力电池2提供或存储，动力电池2的电能经过第一电机控制器71转换后提供给第一电机51，动力电池2的电能经过第二电机控制器70转换后提供给第二电机50，电能的是双向传输的。第一电机控制器71、第二电机控制器70、动力电池2与整车控制器1通过CAN总线连接，交换控制指令和状态信息。整车控制器1采集电动汽车油门踏板、制动踏板、档位、空调的信息，并根据这些信息实时控制第一电机51、第二电机50的转速和扭矩及离合器6与机体11的结合与断开。参照附图2，整车控制器对动力系统及电动汽车的控制过程具体描述如下。步骤一，系统运行后，首先根据档位、车速、钥匙开关、充电开关判断电动汽车是否进入到驱动模式，如不是驱动模式则执行其它模式的工作，本专利技术关注驱动模式下动力系统协调工作过程，非驱动模式的工作过程不再赘述。如电动汽车进入驱动模式，则整车控制器1根据油门本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单行星排结构电动汽车动力总成,其特征在于:包括单排行星齿轮传动机构、第一电机、第一电机控制器、第二电机、第二电机控制器、离合器、整车控制器，所述单排行星齿轮传动机构的齿圈与所述第一电机连接，所述单排行星齿轮传动机构的太阳轮与所述第二电机连接，所述离合器安装在所述第二电机输出轴与第二电机壳体之间，所述单排行星齿轮传动机构的行星架作为驱动电动汽车的动力输出端。

【技术特征摘要】
1.一种单行星排结构电动汽车动力总成,其特征在于:包括单排行星齿轮传动机构、第一电机、第一电机控制器、第二电机、第二电机控制器、离合器、整车控制器，所述单排行星齿轮传动机构的齿圈与所述第一电机连接，所述单排行星齿轮传动机构的太阳轮与所述第二电机连接，所述离合器安装在所述第二电机输出轴与第二电机壳体之间，所述单排行星齿轮传动机构的行星架作为驱动电动汽车的动力输出端。2.根据权利要求1所述的单行星排结构电动汽车动力总成，其特征在于，所述整车控制器通过控制所述第一电机控制器、所述第二电机控制器及离合器，协调所述第一电机和第二电机的运行。3.根据权利要求2所述的整车控制器协调所述第一电机及第二电机运行，其特征在于，所述整车控制器向所述第一电机控制器发送扭矩控制指令，向所述第二电机控制器发送转速控制指令。4.所述控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：电动汽车处于低速运行时，所述离合器处于接合状态，所述第二电机、单排行星齿轮的太阳轮处...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永富，齐晗，张曦文，张化锴，
申请(专利权)人：张化锴，
类型：发明
国别省市：辽宁,21