绕线式异步电机牵引的四轮全驱电动汽车驱动系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种绕线式异步电机牵引的四轮全驱电动汽车驱动系统，其特征在于：该系统包括驾驶员操纵机构、车辆转向机构、差速控制机构、能量管理系统、蓄电池、四个独立的牵引控制系统、四个功率变换单元和四个绕线式异步牵引电机；驾驶员操纵机构一方面连接至车辆转向机构，另一方面连接至差速控制系统，车辆转向机构也连接至差速控制系统，差速控制系统分别连接四个独立的牵引控制系统，四个独立的牵引控制系统一对一对应连接至四个功率变换单元，四个功率变换单元一对一对应连接四个绕线式异步牵引电机；能量管理系统和蓄电池均连接至四个功率变换单元。本发明专利技术能够更加有效地提升汽车的操纵能力及稳定性。

【技术实现步骤摘要】
绕线式异步电机牵引的四轮全驱电动汽车驱动系统及方法
本专利技术专利属于一种四轮全驱电动汽车牵引及差速控制系统。
技术介绍
目前四轮全驱电动汽车多采用永磁电机、开关磁阻电机及鼠笼式异步电机牵引，其能量传递方式为：蓄电池——逆变器——牵引电机，能量只能在蓄电池和电机之间传递，电动状态时蓄电池为电机提供能量，制动状态时电机将能量回馈给蓄电池。当汽车需要大转矩升速或制动时，所需动态能量大幅度增加，因蓄电池对馈送电流的严格限制，使系统瞬态能量难以满足车辆驱动性能要求。并且这种蓄电池与电机间的频繁充放电更使蓄电池的使用寿命减短。绕线式异步电机动态响应快、起动、制动、加速、减速各工况下能量分配灵活，制造技术成熟，但由于绕线式异步电机因需要两套功率变换装置，控制成本高因此难以运用于电动汽车的牵引。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种采用绕线式异步电机牵引的四轮全驱电动汽车驱动系统及方法，其目的是提出一种新型的牵引系统，提高车辆转向时的差速控制性能，加快转向时左、右轮牵引电机的速度调节，提高能量回收率，解决以往的控制系统控制效果不理想的问题。技术方案：本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种绕线式异步电机牵引的四轮全驱电动汽车驱动系统，其特征在于：该系统包括驾驶员操纵机构、车辆转向机构、差速控制机构、能量管理系统、蓄电池、四个独立的牵引控制系统、四个功率变换单元和四个绕线式异步牵引电机；驾驶员操纵机构一方面连接至车辆转向机构，另一方面连接至差速控制系统，车辆转向机构也连接至差速控制系统，差速控制系统分别连接四个独立的牵引控制系统，四个独立的牵引控制系统一对一对应连接至四个功率变换单元，四个功率变换单元一对一对应连接四个绕线式异步牵引电机；能量管理系统和蓄电池均连接至四个功率变换单元。四个独立的牵引控制系统分为左前轮电机牵引控制系统、右前轮电机牵引控制系统、左后轮电机牵引控制系统和右后轮电机牵引控制系统；四个功率变换单元为左前轮功率变换单元、右前轮功率变换单元、左后轮功率变换单元和右后轮功率变换单元；四个绕线式异步牵引电机为左前轮绕线式异步牵引电机、右前轮绕线式异步牵引电机、左后轮绕线式异步牵引电机和右后轮绕线式异步牵引电机；差速控制系统分别连接至左前轮电机牵引控制系统、右前轮电机牵引控制系统、左后轮电机牵引控制系统和右后轮电机牵引控制系统，左前轮电机牵引控制系统、右前轮电机牵引控制系统、左后轮电机牵引控制系统和右后轮电机牵引控制系统分别对应连接左前轮功率变换单元、右前轮功率变换单元、左后轮功率变换单元和右后轮功率变换单元，左前轮功率变换单元、右前轮功率变换单元、左后轮功率变换单元和右后轮功率变换单元分别对应连接左前轮绕线式异步牵引电机、右前轮绕线式异步牵引电机、左后轮绕线式异步牵引电机和右后轮绕线式异步牵引电机。左前轮功率变换单元、右前轮功率变换单元、左后轮功率变换单元和右后轮功率变换单元连接能量管理系统和蓄电池。左前轮绕线式异步牵引电机和右前轮绕线式异步牵引电机的转子直接对接在一起，左后轮绕线式异步牵引电机和右后轮绕线式异步牵引电机的转子也直接对接在一起。每个功率变换单元均配备了含有超级电容的双向DC/DC斩波电路和逆变器；双向DC/DC斩波电路连接至逆变器，逆变器连接至绕线式异步牵引电机，双向DC/DC斩波电路连接蓄电池，电机牵引控制系统连接双向DC/DC斩波电路和逆变器。利用上述的绕线式异步电机牵引的四轮全驱电动汽车驱动系统所实施的采用绕线式异步电机牵引的四轮全驱电动汽车驱动方法，其特征在于：该方法的步骤如下：利用四个绕线式异步牵引电机分别用于牵引电动汽车的四个车轮，利用四个功率变换单元将蓄电池的直流供电电源转化成四个绕线式异步牵引电机所需的三相交流电源，利用差速控制系统根据驾驶员发出的车速及转向指令计算出四个车轮所需的轮速，再利用四个电机牵引控制系统分别独立控制四个绕线式异步牵引电机的定子电压频率及幅值。将左前轮绕线式异步牵引电机和右前轮绕线式异步牵引电机的转子直接对接在一起，将左后轮绕线式异步牵引电机和右后轮绕线式异步牵引电机的转子直接对接在一起；直行时，四个绕线式异步牵引电机相当于普通异步电机，而转向时，左前轮绕线式异步牵引电机和右前轮绕线式异步牵引电机通过对接的转子进行能量传递，左后轮绕线式异步牵引电机和右后轮绕线式异步牵引电机通过对接的转子进行能量传递。所述方法的具体步骤如下：①、利用驾驶员操纵机构输出方向盘转向信号和车速信号，将方向盘转向信号传给转向机构,将车速信号传递给差速控制机构，使得转向机构输出的前轮转向信号与驾驶员操纵机构输出的车速信号共同作为差速控制机构的输入信号；②、利用差速控制机构根据前轮转向信号和车速信号计算出四个驱动轮各自的线速度，并将这四个线速度信号分别输出到左前轮电机牵引控制系统、右前轮电机牵引控制系统、左后轮电机牵引控制系统和右后轮电机牵引控制系统；③、四个电机牵引控制系统根据差速控制机构提供的线速度轮速指令，分别生成四轮功率变换单元逆变器的PWM控制信号，并将这四组PWM信号分别输出到左前轮电机功率变换单元、右前轮电机功率变换单元、左后轮电机功率变换单元和右后轮电机功率变换单元；④、利用能量管理系统输出控制信号给四个功率变换单元控制能流方向；利用四个功率变换单元牵引各自的绕线式异步牵引电机电动运行，电机电动运行时，通过蓄电池5将输出的直流电源经功率变换单元内的双向DC/DC变换机构进行斩波升压，升压后作为功率变换单元内的逆变器的母线电压，当功率变换单元牵引各自的绕线式异步牵引电机回馈制动运行时，双向DC/DC变换机构将逆变器输出的直流电压进行斩波降压，由此制动能量回馈给蓄电池；⑤、利用四个功率变换单元根据各自电机牵引控制系统输出的PWM控制信号分别生成左前轮绕线式牵引电机的定子电压、右前轮绕线式牵引电机的定子电压、左后轮绕线式牵引电机（16）的定子电压和右后轮绕线式牵引电机的定子电压，以调节各绕线式异步牵引电机的转速，使其跟踪差速控制系统的轮速指令；⑥、将左前轮绕线式异步牵引电机的转子三相绕组分别与右前轮绕线式异步牵引电机的转子三相绕组对接，当车辆直行左前轮绕线式异步牵引电机和右前轮绕线式异步牵引电机的转速相同时，两电机的转子电压相同，对接后的转子电流为零，两电机分别只通过定子进行能量输入与输出；而车辆转向行驶，前轮两绕线式异步牵引电机出现转速差后，两电机的转子电压不同，产生转子电流，一个电机通过转子吸收另一个电机通过转子输入的能量，此时左右前轮两绕线式异步牵引电机低速的一个通过对接的转子向高速的另一个电机输出能量，同时左右前轮绕线式异步牵引电机亦通过定子与蓄电池进行能量交换；⑦、将左后轮绕线式异步牵引电机的转子三相绕组分别与右后轮绕线式异步牵引电机的转子三相绕组对接，当车辆直行两后轮绕线式异步牵引电机转速相同时，两电机的转子电压相同，对接后的转子电流为零，两电机分别只通过定子进行能量输入与输出；而车辆转向行驶，后轮两绕线式异步牵引电机出现转速差后，两电机的转子电压不同，转子电流不为零，此时左右轮两绕线式异步牵引电机低速的一个通过对接的转子向高速的另一个电机输出能量，同时左右后轮绕线式异步牵引电机亦通过定子与蓄电池进行能量交换。优点及效果：本专利技术提供一种采用绕线式异本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绕线式异步电机牵引的四轮全驱电动汽车驱动系统，其特征在于：该系统包括驾驶员操纵机构（1）、车辆转向机构（2）、差速控制机构（3）、能量管理系统（4）、蓄电池（5）、四个独立的牵引控制系统、四个功率变换单元和四个绕线式异步牵引电机；驾驶员操纵机构（1）一方面连接至车辆转向机构（2），另一方面连接至差速控制系统（3），车辆转向机构（2）也连接至差速控制系统（3），差速控制系统（3）分别连接四个独立的牵引控制系统，四个独立的牵引控制系统一对一对应连接至四个功率变换单元，四个功率变换单元一对一对应连接四个绕线式异步牵引电机；能量管理系统（4）和蓄电池（5）均连接至四个功率变换单元。

【技术特征摘要】
1.采用绕线式异步电机牵引的四轮全驱电动汽车驱动方法，其特征在于：该方法利用下述系统实现：该系统包括驾驶员操纵机构（1）、车辆转向机构（2）、差速控制机构（3）、能量管理系统（4）、蓄电池（5）、四个独立的牵引控制系统、四个功率变换单元和四个绕线式异步牵引电机；驾驶员操纵机构（1）一方面连接至车辆转向机构（2），另一方面连接至差速控制机构（3），车辆转向机构（2）也连接至差速控制机构（3），差速控制机构（3）分别连接四个独立的牵引控制系统，四个独立的牵引控制系统一对一对应连接至四个功率变换单元，四个功率变换单元一对一对应连接四个绕线式异步牵引电机；能量管理系统（4）和蓄电池（5）均连接至四个功率变换单元；所述方法的具体步骤如下：①、利用驾驶员操纵机构（1）输出方向盘转向信号和车速信号，将方向盘转向信号传给转向机构（2）,将车速信号传递给差速控制机构（3），使得转向机构（2）输出的前轮转向信号与驾驶员操纵机构（1）输出的车速信号共同作为差速控制机构（3）的输入信号；②、利用差速控制机构（3）根据前轮转向信号和车速信号计算出四个驱动轮各自的线速度，并将这四个线速度信号分别输出到左前轮电机牵引控制系统（6）、右前轮电机牵引控制系统（7）、左后轮电机牵引控制系统（8）和右后轮电机牵引控制系统（9）；③、四个电机牵引控制系统根据差速控制机构（3）提供的线速度轮速指令，分别生成四轮功率变换单元逆变器的PWM控制信号，并将这四组PWM信号分别输出到左前轮电机功率变换单元（10）、右前轮电机功率变换单元（11）、左后轮电机功率变换单元（12）和右后轮电机功率变换单元（13）；④、利用能量管理系统（4）输出控制信号给四个功率变换单元控制能流方向；利用四个功率变换单元牵引各自的绕线式异步牵引电机电动运行，电机电动运行时，通过蓄电池5将输出的直流电源经功率变换单元内的双向DC/DC变换机构进行斩波升压，升压后作为功率变换单元内的逆变器的母线电压，当功率变换单元牵引各自的绕线式异步牵引电机回馈制动运行时，双向DC/DC变换机构将逆变...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁惜瀛，张泽宇，王晶晶，刘德阳，裴延亮，张洪月，于华，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：