CN102689584B - 纯电动汽车核心驱动及控制一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车核心驱动及控制一体化系统，涉及电动汽车领域。本发明的结构是：在后桥的左右两端分别对称设置有相互连接的第一制动盘和第一电机，以及第二制动盘和第二电机；制动装置分别与第一制动盘和第二制动盘连接；电控装置分别与第一电机和第二电机连接；电源和电控装置连接。本发明属纯电动汔车核心驱动系统，具有领先的电机及控制技术和优秀的整车运行性能；本发明将能方便地实现纯电动汔车研究、生产和运用；多速永磁无刷电机加软换档控制将实现纯电动汽车的高效驱动和轻便舒适的运行。

Description

纯电动汽车核心驱动及控制一体化系统

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种纯电动汽车核心驱动及控制一体化系统。

背景技术

国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》指出：“战略性新兴产业是以重大技术突破和重大发展需求为基础，对经济社会全局和长远发展具有重大引领带动作用，知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的产业。”所以，发展新能源汽车应该以“社会重大发展需求为基础”，这个需求就是减少对石油的依赖。如果人们的交通工具不再依赖石油，那么世界的经济发展将是另外一种光景。发展小型高效电动汽车将有可能成就中国汽车产业发展的历史机遇。推广高品质的小型电动车，以大量替代燃油轿车，才是实现低能耗、低污染交通的主要途径。

电动车的驱动系统(包括电源、电机和控制装置)目前存在的问题有：

1、二十世纪九十年代，日本、法国等研究4轮驱动电动汽车样车以及2000至2003年美国等国家研究的燃料电池供电的电动汽车均属于纯电动型电动汽车，驱动方式各异。其中之一，是驱动方式用双电机驱动后两轮，并带有机械传动装置，结构复杂，综合运行效率低；

2、轮边式传动结构和后两轮中轴驱动(带差速)传动同样具有综合运行效率低、耗电量大，因而有续航里程短的缺点；

3、4轮驱动电动汽车样车当前仍在研究试验中，主要存在控制的难度大、可靠性差、以及电机驱动性能差的问题。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种纯电动汽车核心驱动及控制一体化系统。

本发明的目的是这样实现的：

本系统由后桥、第一制动盘、第二制动盘、第一电机、第二电机、制动装置、电控装置和电源组成；

在后桥的左右两端分别对称设置有相互连接的第一制动盘和第一电机以及第二制动盘和第二电机；

制动装置分别与第一制动盘和第二制动盘连接；

电控装置分别与第一电机和第二电机连接；

电源和电控装置连接。

本系统的工作原理是：

当电动汽车运行时，首先，将电动汽车档位控制把手置于起动位置；打开电源，控制器检测到加速器加速电压输入后，通过逆变器输出逆变电压给电机，电机开始运行，驱动后两轮和后桥使整车向前行驶。

当平路行驶或爬坡时，可通过给出换档信号，进入加速或减速档。各档位均可通过操纵旋转手柄调节行使速度，就像燃油车一样。

电控装置控制电机运行的同时不断检测各部件发来的信号，判断是否有中断信号，并根据预设程序处理；若检测到控制器电流在某输出电压的情况下变大，并且超过设定值，则减小此加速器电压信号系数，使其输出功率变小；为满足汽车能够顺利转弯，应使内侧轮胎速度相对外侧轮胎速度低。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、本发明属纯电动汔车核心驱动系统，具有领先的电机(可变档变速高效率永磁无刷电动机结构及软换档电动装置专利见：ZL03222946.1)及控制技术(软换档控制器专利号：ZL02272897.x)和优秀的整车运行性能(指在起动和爬坡时使具有较大的力矩；而平路运行时有较快的速度，而不需要机悈变速装置，从而，使整车综合运行效率高，续行里程长，是当前新能汽车发展所急待解决的关键技术。

2、本发明将能方便地实现纯电动汔车研究、生产和运用。

3、多速永磁无刷电机加软换档控制将实现纯电动汽车高效驱动，轻便舒适的运行。

附图说明

图1是本系统的结构方框图，图中：

000—后桥；      100—第1制动盘；  200—第2制动盘；  300—第一电机；

400—第二电机；  500—制动装置；   600—电控装置；   700—电源。

图2是电机的盘刹制动机械连接图，图3是电机的鼓刹制动机械连接图，

图中：

301—第1法兰，     302—第2法兰，     303—钢圈，    304—磁钢，

305—电机轴，      306—铁芯支架，    307—铁芯，    308—绕组，

309—第1孔用挡圈，    310—轴用挡圈，    311—第1轴承，

312—第2孔用挡圈，    313—隔套，        314—第2轴承。

图4是电控装置的结构方框图，图5是控制器的结构方框图，图中：

610—第1控制器，             620—第2控制器，

     611—中央控制单元，     612—位置传感器，        613—逆变器，

     614—电压电流比较器，   615—加速器；

630—脚踏电子油门，          640—直流斩波器，

P—电源总开关，     F—保险丝，      K—KM线圈

A—前进线圈，       B—后退线圈，    C—钥匙开关，     D—档位开关，

KA—前进线圈开关，  KB—后退线圈开关。

具体实施方式

一、总体

如图1，本系统由后桥000、第一制动盘100、第二制动盘200、第一电机300、第二电机400、制动装置500、电控装置600和电源700组成；

在后桥000的左右两端分别对称设置有相互连接的第一制动盘100和第一电机300以及第二制动盘200和第二电机400；

制动装置500分别与第一制动盘100和第二制动盘200连接；

电控装置600分别与第一电机300和第二电机400连接；

电源700和电控装置600连接。

二、功能块

0、后桥000

后桥000是一种通用件。

1、第一制动盘100

第一制动盘100是一种通用件，或为盘刹制动盘，如图2；或为鼓刹制动盘，如图3。

2、第二制动盘200

第二制动盘200同第一制动盘100。

3、第一电机300

第一电机300选用软换挡电机，见：

①ZL 03222946.1

申请人：陈贤珍；实用新型名称：软换挡控制器。

②ZL02272897.X

申请人：陈贤珍；实用新型名称：软换挡驱动装置及采用该装置的电动车。

具体结构是：

如图2、3，第一电机300包括第1法兰301、第2法兰302、钢圈303、磁钢304、电机轴305、铁芯支架306、铁芯307、绕组308；

还包括第1孔用挡圈309、轴用挡圈310、第1轴承311；第2孔用挡圈312、隔套313、第2轴承314；

其连接关系是：

①第一电机300的转子

第1法兰301、第2法兰302和钢圈303通过螺钉紧固为一种密封体；

在述密封体内，磁钢304和钢圈303通过胶水连接为一体；

第2法兰302外通过螺钉连接有左轮胎；

第一电机300的转子的中心两端分别通过第1孔用挡圈309、轴用挡圈310、第1轴承311；第2孔用挡圈312、隔套313、第2轴承314与电机轴305连接；

②第一电机300的定子

电机轴305插入铁芯支架306的中孔内，通过键定位固定；

在铁芯支架306的圈外设置有铁芯307，铁芯支架306圈内设置有绕组308。

绕组308或为通用绕组；

绕组308或为换档变速无刷永磁电机绕组，例如用分层绕组构成的多档绕组，祥见专利：《多速永磁无刷电机》及《软换档电动装置及采用该装置的电动车》：ZL03222946.1。

第一制动盘100通过螺钉和第1法兰301外紧固为一体；

制动装置500和后桥000通过螺钉紧固为一体，制动装置500与第一制动盘100位置对应。

其工作原理是：

通电后，电机(外转子)旋转，带动轮胎一起旋转，驱动后桥前进或后退。当电机需要制动时，通过制动装置500实现轮胎的制动。

4、第二电机400

第二电机400同第一电机300

5、制动器500

制动器500是一种通用件。

6、电控装置600

1)电控装置600的结构

如图4，电控装置600包括第1控制器610、第2控制器620、脚踏电子油门630、直流斩波器640、电源总开关P、保险丝F、KM线圈K、前进线圈A、后退线圈B、钥匙开关C、档位开关D、前进线圈开关KA和后退线圈开关KB；

其连接关系是：

第1支路，KM线圈K和电源总开关P串联，保险丝F和电源700串联，前述二者并联后再和KM线圈K的KM开关串联，实现总电路电源开启关断作用；

第2支路，第1控制器610和第2控制器620的电源输入端并联，第1控制器601的输出端和第一电机300的输入端连接，第2控制器620的输出端和第二电机400输入端连接，第1控制器610和第2控制器620的黑、灰、白端对应连接(黑、灰、白端分别为信号输入、正转信号、反转信号)，第1控制器610的黑端通过前进线圈开关KA和第2控制器602的白端连接，第1控制器610的黑端通过后退线圈开关KB和第2控制器602的灰端连接，实现汽车档位控制；

第3支路，直流斩波器640和钥匙开关C串联，起到开启或者关断控制电路的作用。

上述第1、2、3支路相互并联：

直流斩波器640的一端分别连接前进线圈A和后退线圈B的一端，前进线圈A和后退线圈B的另一端分别通过档位开关D和直流斩波器640的一端连接，开启或关断档位功能；

脚踏电子油门630的红、黄、绿端分别与第一电机300和第二电机400连接，实现汽车速度的线性调节。

2)电控装置600的工作原理：

总电源700接通后，电控装置600进行调速检测、电池电压检测、霍尔信号检测和电流检测；然后控制器开启，检测霍尔加速器信号，电机开始运行，此时又开始过流中断检测和欠压中断检测，若检测正常则电机可正常运行；在汽车转弯时，由于控制器采用矢量控制，内侧的轮胎受力将会增加，外侧相对减少，此时控制器通过电流大小，判断并调节控制器的速度，是外侧轮胎电机电流增加，内测轮胎电机减小，由此汽车可完成转弯。

3)电控装置600的功能部件

(01)第1控制器610

A、第1控制器610的结构

如图5，第1控制器610包括中央控制单元611、位置传感器612、逆变器613、电压电流比较器614和加速器615；

其位置和连接关系是：

位置传感器612、逆变器613、电压电流比较器614和加速器615分别与中央控制单元611连接；

位置传感器612位于第一电机300的定子上，其与中央控制单元611相连，将位置信号传给中央控制单元611；

逆变器613属于控制器部分，直流电源经过逆变器613后输出给第一电机300，逆变器613的3根输出线，与第一电机300的3根相线相应连接；

电流电压比较器614和中央控制单元611连接，其将主电路电压电流信息，输送给中央控制单元611，然后按照预设指令，控制第一电机300运行；

加速器615与中央控制单元611连接，根据加速电压信号，第1控制器610的输出功率将相应变化。

B、第1控制器610的工作原理是：

第1控制器610开始运行后，检测位置传感器612位置，传送给中央控制单元611，确定输出相序；中央控制单元611根据加速器615信号，控制逆变器613输出电压的大小；电机开始转动，第1控制器610不断检测位置信号的变化，根据位置信号的变化，输出电流的相序也相应变化，这样第一电机300就可以正常转动，在第一电机300转动时检测主电路的电压电流大小并传送给中央控制单元611，确定是否出现中断情况，并根据中断条件的不同作出处理。

C、第1控制器610的元器件

a、中央控制单元611

中央控制单元611的硬件选用Pic单片机。

中央控制单元611的软件的工作流程是：

①检测控制器输入电压是否欠压或者过压；

②检测位置传感器信号；

③检测加速器加速电压信号；

④根据加速信号的大小控制逆变器输出相应电压；

⑤检测主电路是否出现过流，并做相应处理；

⑥检测主电路部分电压是否出现欠压情况，并作相应处理；

⑦检测主电路电流变化情况，判断汽车是否出现转弯情况，若出现转弯情况时，则减小加速比例系数，减小此控制器的输出电压，使汽车转弯时内侧轮胎速度相对于外侧轮胎速度差合适，使汽车此时顺利转弯；

⑧不断接收信号，判断是否出现中断条件，并分别作出处理。

b、位置传感器612

位置传感器612是一种通用件，由开关型霍尔元件等组成；

其功能是根据磁场的变化输出电压信号，并传送给中央控制单元611，中央控制单元611根据信号的变化输出相应相序电压。

c、逆变器613

逆变器613是一种通用件，由MOS开关管、二极管和储能元件等组成；

其功能是把直流电变成交流电输出。

d、电压电流比较器614

电压电流比较器614是一种通用件，由信号采集部件和单片机等组成；

其功能是判断是否过压、过流和是否出现相应中断情况，并把信号传给中央控制单元611。

e、加速器615

加速器615是一种通用件，由线性霍尔元件等组成；

其功能是输出加速电压并传送给中央控制单元611。

(02)第2控制器620

第2控制器602和第1控制器620的结构、功能相同。

(03)脚踏电子油门630

脚踏电子油门630是一种通用件；

其功能是控制电机加速的作用。

(04)直流斩波器604

直流斩波器604是一种直流变换器；

其功能是提供稳定的直流48V、24V和12V直流电源。

(05)电源总开关P

电源总开关P是一种通用件，起开关作用。

(06)保险丝F

保险丝F是一种通用件，对整个电路起过流保护作用。

(07)KM线圈K

KM线圈K是一种通用件，还包括KM开关。

(08)前进线圈A

前进线圈A是一种通用件，开启电机前进转动。

(09)后退线圈B

后退线圈B是一种通用件，开启电机后退转动。

(10)钥匙开关C

钥匙开关C是一种通用件，控制电路开关。

(11)档位开关D

档位开关D是一种通用件，控制前进、后退和停止。

(12)前进线圈开关KA

前进线圈开关KA是一种通用件，前进线圈A接通后，前进线圈开关KA闭合。

(13)后退线圈开关KB

后退线圈开关KB是一种通用件，后退线圈B接通后，后退线圈开关KB闭合。

Claims (2)

1.一种纯电动汽车核心驱动及控制一体化系统，由后桥(000)、第一制动盘(100)、第二制动盘(200)、第一电机(300)、第二电机(400)、制动装置(500)、电控装置(600)和电源(700)组成；

在后桥(000)的左右两端分别对称设置有相互连接的第一制动盘(100)和第一电机(300)，以及相互连接的第二制动盘(200)和第二电机(400)；

制动装置(500)分别与第一制动盘(100)和第二制动盘(200)连接；

电控装置(600)分别与第一电机(300)和第二电机(400)连接；

电源(700)和电控装置(600)连接；

所述的第一电机(300)包括第1法兰(301)、第2法兰(302)、钢圈(303)、磁钢(304)、电机轴(305)、铁芯支架(306)、铁芯(307)、绕组(308)；

还包括第1孔用挡圈(309)、轴用挡圈(310)、第1轴承(311)；第2孔用挡圈(312)、隔套(313)、第2轴承(314)；

其连接关系是：

①第一电机(300)的转子

第1法兰(301)、第2法兰(302)和钢圈(303)通过螺钉紧固为一种密封体；

在密封体内，磁钢(304)和钢圈(303)通过胶水连接为一体；

第2法兰(302)外通过螺钉连接有左轮胎；

第一电机(300)的转子的中心两端分别通过第1孔用挡圈(309)、轴用挡圈(310)、第1轴承(311)；第2孔用挡圈(312)、隔套(313)、第2轴承(314)与电机轴(305)连接；

②第一电机(300)的定子

电机轴(305)插入铁芯支架(306)的中孔内，通过键条定位固定；

在铁芯支架(306)的圈外设置有铁芯(307)，铁芯支架(306)圈内设置有绕组(308)；

第一制动盘(100)通过螺钉和第1法兰(301)外紧固为一体；

制动装置(500)和后桥(000)通过螺钉紧固为一体，制动装置(500)与第一制动盘(100)位置对应；

其特征在于：

所述的电控装置(600)包括第1控制器(610)、第2控制器(620)、脚踏电子油门(630)、直流斩波器(640)、电源总开关(P)、保险丝(F)、KM线圈(K)、前进线圈(A)、后退线圈(B)、钥匙开关(C)、档位开关(D)、前进线圈开关(KA)和后退线圈开关(KB)；

其连接关系是：

第1支路，KM线圈(K)和电源总开关(P)串联，保险丝(F)和电源(700)串联，前述二者并联后再和KM线圈(K)的KM开关串联，实现总电路电源开启关断作用；

第2支路，第1控制器(610)和第2控制器(620)的电源输入端并联，第1控制器(601)的输出端和第一电机(300)的输入端连接，第2控制器(620)的输出端和第二电机(400)输入端连接，第1控制器(610)和第2控制器(620)的黑、灰、白端对应连接，第1控制器(610)的黑端通过前进线圈开关(KA)和第2控制器(602)的白端连接，第1控制器(610)的黑端通过后退线圈开关(KB)和第2控制器(602)的灰端连接，实现汽车档位控制；

第3支路，直流斩波器(640)和钥匙开关(C)串联，起到开启或者关断控制电路的作用；

上述第1、2、3支路相互并联：

直流斩波器(640)的一端分别连接前进线圈(A)和后退线圈(B)的一端，前进线圈(A)和后退线圈(B)的另一端分别通过档位开关(D)和直流斩波器(640)的一端连接，开启或关断档位功能；

脚踏电子油门(630)的红、黄、绿端分别与第一电机(300)和第二电机(400)连接，实现汽车速度的线性调节。

2.按权利要求1所述的一种纯电动汽车核心驱动及控制一体化系统，其特征在于：

所述的第1控制器(610)包括中央控制单元(611)、位置传感器(612)、逆变器(613)、电压电流比较器(614)和加速器(615)；

其位置和连接关系是：

位置传感器(612)、逆变器(613)、电压电流比较器(614)和加速器(615)分别与中央控制单元(611)连接；

所述的中央控制单元(611)的软件的工作流程是：

①检测控制器输入电压是否欠压或者过压；

②检测位置传感器信号；

③检测加速器加速电压信号；

④根据加速信号的大小控制逆变器输出相应电压；

⑤检测主电路是否出现过流，并做相应处理；

⑥检测主电路部分电压是否出现欠压情况，并作相应处理；

⑦检测主电路电流变化情况，判断汽车是否出现转弯情况，若出现转弯情况时，则减小加速比例系数，减小此控制器的输出电压，使汽车转弯时内侧轮胎速度相对于外侧轮胎速度差合适，使汽车此时顺利转弯；

⑧不断接收信号，判断是否出现中断条件，并分别作出处理。