CN105383274A - 车辆驱动系统以及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆驱动系统及其控制方法。车辆驱动系统包括：第一电动机；第二电动机；设置在所述第一电动机的第一转轴与所述第二电动机的第二转轴之间、并且用于使所述第一转轴与所述第二转轴耦合在一起或者分离的离合机构；与所述第一电动机、所述第二电动机以及所述离合机构相连的控制单元；以及与所述控制单元连接并且用于感测车辆行驶状况的传感器；其中，所述控制单元被构置成基于传感器输出的表示车辆行驶状况的信号确定并且控制所述离合机构的运行模式、和/或所述第一电动机和所述第二电动机的运行模式和负载。根据本发明，车辆驱动系统不仅具有更高的效率、安全性、操控性，而且体积相对较小、成本较低。

Description

车辆驱动系统以及其控制方法
技术领域
本发明涉及车辆驱动系统，尤其涉及一种车辆电力驱动系统及其控制方法。
背景技术
在诸如电动汽车或者混合动力汽车的车辆中需要采用电力驱动的马达来驱动车辆轮子，包括电马达的驱动系统通常有两种类型。第一种类型是中心驱动系统，这又包括两种情况：一是采用一个电动机加上一个速比变速箱，这种布局的驱动系统通常效率较低；另一种是采用一个电动机加上两个或更多个速比变速箱，这种布局的驱动系统不仅成本较高，而且车辆的操控性较差。第二种类型是直接驱动系统，这也包括两种情况：一是采用四个电动机分别独立地直接驱动车辆的四个轮子，这种布局的驱动系统不仅成本较高，而且耐用性以及安全性较差；另一种是采用四个电动机加上四个速比变速箱分别独立地直接驱动车辆的四个轮子，这种布局的驱动系统不仅成本较高、效率较低，而且由于体积庞大而无法与车轮集成。近来，也基于中心驱动系统和直接驱动系统开发出了组合型的驱动系统，但是仍然存在效率较低、成本较高或者安全性较差的问题。
因而，需要对现有的车辆驱动系统以及控制方法进行改进。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术中的至少一种缺陷，提出一种车辆驱动系统及其控制方法，它不仅具有更高的效率、安全性、操控性，而且体积相对较小、成本较低。
为此，根据本发明的一方面，提供一种车辆驱动系统，包括：
第一电动机；
第二电动机；
设置在所述第一电动机的第一转轴与所述第二电动机的第二转轴之间、并且用于使所述第一转轴与所述第二转轴耦合在一起或者分离的离合机构；
与所述第一电动机、所述第二电动机以及所述离合机构相连的控制单元；以及
与所述控制单元连接并且用于感测车辆行驶状况的传感器；
其中，所述控制单元被构置成基于传感器输出的表示车辆行驶状况的信号确定并且控制所述离合机构的运行模式、和/或所述第一电动机和所述第二电动机的运行模式和负载。
优选地，所述第一电动机的输出功率和输出转矩大于所述第二电动机的输出功率和输出转矩，所述控制单元确定并且控制仅所述第一电动机以驱动模式运行、所述第一电动机和所述第二电动机一起以驱动模式运行、仅所述第一电动机以发电模式运行、或所述第一电动机和所述第二电动机一起以发电模式运行。
优选地，所述控制单元确定并且控制所述离合机构以啮合、滑摩或者分离的模式运行。
优选地，所述第一电动机和所述第二电动机具有共用壳体。
优选地，所述壳体上形成有多个冷却流体通道，以便在车辆驱动系统运行时冷却流体能够从其流过。
优选地，所述车辆驱动系统还包括位于所述壳体中并且设置在所述第一转轴上靠近输出端的第一扭矩阻尼部件，以及位于所述壳体中并且设置在所述第二转轴上靠近输出端的第二扭矩阻尼部件。
优选地，所述车辆是电动车辆或者混合动力车辆。
根据本发明的一方面，提供一种如上所述车辆驱动系统的控制方法，包括：
基于传感器输出的表示车辆行驶状况的信号，由所述控制单元确定并且控制所述离合机构的运行模式、以及所述第一电动机和所述第二电动机的运行模式和负载。
优选地，在所述传感器感测到所述车辆在起步和直线加速阶段，所述控制单元控制所述离合机构以啮合模式运行，使得车辆的两个驱动轮子同步；以及
在所述传感器感测到所述车辆在转弯阶段或者在对开道路(即，车辆两侧的轮子在其上附着系数不同的道路)上行驶阶段，所述控制单元控制所述离合机构以滑摩和/或分离模式运行，使得车辆的两个驱动轮子不同步。
优选地，在所述传感器感测到所述车辆在城市路况下的起动、加速和定速巡航阶段，所述控制单元仅控制所述第一电动机和所述第二电动机中的一个电动机以驱动模式运行；
在所述传感器感测到所述车辆在城市路况下低速行驶的制动阶段，所述控制单元仅控制所述第一电动机和所述第二电动机中的一个电动机以发电模式运行以制动车辆并且从制动过程回收能量；以及
在所述传感器感测到所述车辆在城市路况下中高速行驶的制动阶段，所述控制单元控制所述第一电动机和所述第二电动机一起以发电模式运行以制动车辆并且从制动过程回收能量。
优选地，在只有一个电动机以驱动模式或发电模式运行时，所述一个电动机是所述第一电动机和所述第二电动机中输出功率和输出转矩较大的电动机。
根据本发明，通过所述控制单元确定并且控制所述离合机构的运行模式、以及所述第一电动机和所述第二电动机的运行模式和负载，车辆驱动系统不仅具有更高的效率、安全性、操控性，而且体积相对较小、成本较低。
附图说明
图1是根据本发明的车辆驱动系统的示意图；
图2示意地显示了在特定行驶状况下离合机构运行模式；以及
图3示意地显示了在特定行驶状况下各个电动机的运行模式。
具体实施方式
下面结合示例详细描述本发明的各优选实施例。本领域技术人员应理解的是，该实施例是示例性的，它并不意味着对本发明形成任何限制。
图1是根据本发明的车辆驱动系统的示意图。根据本发明的车辆驱动系统1包括第一电动机3和第二电动机5。第一电动机3包括第一转子9和第一定子11，其中，包括第一转轴7的第一转子9能够在第一定子11中转动。第二电动机5包括第二转子15和第二定子17，其中，包括第二转轴13的第二转子15能够在第二定子17中转动。第一转轴7和第二转轴13优选地是实心的并且是刚硬的。尽管第一电动机3和第二电动机5可以具有封装各自转子和定子的单独壳体，但优选地是第一电动机3和第二电动机5具有封装第一转子9和第一定子11以及第二转子15和第二定子17的共用壳体19。壳体19上优选地形成有多个冷却流体通道(未示出)，以便在车辆驱动系统运行时冷却流体能够从其流过，从而冷却第一电动机3和第二电动机5运行时的发热部件。优选地，第一电动机3还可以包括位于壳体19中并且设置在第一转轴7上靠近输出端的第一扭矩阻尼部件21，以及第二电动机5还可以包括位于壳体19中并且设置在第二转轴13上靠近输出端的第二扭矩阻尼部件23。在车辆运行时，第一扭矩阻尼部件21和第二扭矩阻尼部件23可以抑制第一电动机3和第二电动机5产生的振动，使车辆能够更平稳地行驶。第一电动机3的第一转轴7的输出端可以装有车辆的一个轮子25、而第二电动机5的第二转轴13的输出端可以装有车辆的另一个轮子27。
车辆驱动系统1还包括设置在第一电动机3的第一转轴7与第二电动机5的第二转轴13之间并且用于使第一转轴7与第二转轴13耦合在一起或者分离的离合机构29。离合机构29能够以啮合、滑摩或者分离的模式运行。
车辆驱动系统1还包括与第一电动机3、第二电动机5以及离合机构29相连的控制单元31。控制单元31是电动机控制板、控制供给电动机的电流的驱动板、车辆控制板以及离合机构控制板的集成单元。车辆驱动系统1也还包括与控制单元31连接并且用于感测车辆行驶状况的传感器(未示出)。基于传感器输出的表示车辆行驶状况的信号，控制单元31确定并且控制第一电动机3和第二电动机5的运行模式和负载、以及离合机构29的运行模式，以确保在满足车辆行驶员的要求的同时能量消耗最小。
根据本发明的车辆驱动系统1的输出功率和输出转矩的大小根据车辆的行驶状况而变化。通常，在车辆日常使用中大部分时候主要是在城市路况下行驶，在这种路况下车辆行驶速度一般在例如80KM/小时以下。而在郊区路况车辆行驶速度可达到例如80-120KM/小时或甚至更高。尽管在本发明中，第一电动机3和第二电动机5可以设置成相同的电动机，因而具有相同大小的输出功率和输出转矩，但更优选地是其中一个电动机的输出功率和输出转矩高于另一个电动机的输出功率和输出转矩，并且使得在城市路况下行驶时主要是使用其中具有更高输出功率和输出转矩的电动机。为了便于描述，在本发明中假定第一电动机3的输出功率和输出转矩大于第二电动机5的输出功率和输出转矩。
以下结合图2和3来描述根据本发明的车辆驱动系统的控制方法。
图2示意地显示了在特定行驶状况下离合机构的运行模式。如上所述，离合机构29能够以啮合、滑摩或者分离的模式运行，但是，在通常情况下离合机构29是啮合的。如图2所示，在起步和直线加速阶段，控制单元31控制离合机构29以啮合模式运行，这样车辆的两个驱动轮子25和27是同步的。当车辆在行驶过程中转弯时，车辆的两个驱动轮子25和27的速度应当是不同步的，否则车辆的一个驱动轮子可能会打滑，从而使得车辆处于高度危险状态。因此，在这种情况下，控制单元31控制离合机构29以滑摩模式并且随后甚至以分离模式运行，这样,第一电动机3和第二电动机5将分别驱动相应的一个驱动轮子25，27，实现车辆的主动稳定性，从而提高车辆的安全性能。
当车辆在对开道路上行驶时，尤其是在加速过程中，两个驱动轮子25和27具有不同的驱动力以改进操控性，因而两个驱动轮子25和27需要不同步，否则车辆的一个驱动轮子可能会打滑、车辆操控性变差、以及更糟糕的是车辆处于高度危险状态。在这种情况下，根据路况，控制单元31也控制离合机构29以滑摩模式并且随后甚至以分离模式运行。通常，较短距离的对开道路仅导致离合机构29以滑摩模式运行，相对较长距离的对开道路导致离合机构29以分离模式运行。
通过控制单元31控制离合机构29，除了提高驱动系统效率并且改善车辆操控性，还可以提高车辆的整体安全水平。例如，当一个电动机具有故障、不能运行或者以非命令的转矩状态运行，例如一个电动机的失控加速，离合机构29需要以啮合模式运行以确保车辆处于安全操控状态。控制单元31控制离合机构29以实现车辆的安全失效模式(即，车辆的一个或多个部件出现故障或者失效仍然能够安全行驶的模式)，从而使得车辆以跛行回家模式运行。
图3示意地显示了在特定行驶状况下各个电动机的运行模式。如图3所述，在城市路况下行驶时，在车辆的起动、加速和定速巡航阶段，控制单元31仅控制第一电动机3以驱动模式运行，从而单独地驱动车辆的各个驱动轮。在城市路况下低速行驶的制动阶段，控制单元31仅控制第一电动机3按照公知方式以发电模式运行以制动车辆，从而从制动过程回收能量；而在城市路况下中高速行驶的制动阶段，控制单元31控制第一电动机3和第二电动机5一起按照公知方式以发电模式运行以制动车辆，从而从制动过程回收能量。
在郊区路况下行驶时，在车辆的低速范围区间，控制单元31仅控制第一电动机3以驱动模式运行，从而以更高效率单独地驱动车辆的各个驱动轮。在车辆的中高速范围区间，控制单元31控制第一电动机3和第二电动机5一起以驱动模式运行，从而优化车辆驱动系统的效率。在郊区路况行驶的制动阶段，控制单元31控制第一电动机3和第二电动机5一起按照公知方式以发电模式运行以制动车辆，从而从制动过程回收能量。
以上结合具体实施例对本发明进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本发明的限制。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本发明的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本发明的范围。

Claims (11)

1.一种车辆驱动系统(1)，包括：
第一电动机(3)；
第二电动机(5)；
设置在所述第一电动机(3)的第一转轴(7)与所述第二电动机(5)的第二转轴(13)之间、并且用于使所述第一转轴(7)与所述第二转轴(13)耦合在一起或者分离的离合机构(29)；
与所述第一电动机(3)、所述第二电动机(5)以及所述离合机构(29)相连的控制单元(31)；以及
与所述控制单元(31)连接并且用于感测车辆行驶状况的传感器；
其中，所述控制单元(31)被构置成基于传感器输出的表示车辆行驶状况的信号确定并且控制所述离合机构(29)的运行模式、和/或所述第一电动机(3)和所述第二电动机(5)的运行模式和负载。
2.根据权利要求1所述的车辆驱动系统(1)，其特征在于，所述控制单元(31)确定并且控制所述离合机构(29)以啮合、滑摩或者分离的模式运行。
3.根据权利要求1所述的车辆驱动系统(1)，其特征在于，所述第一电动机(3)的输出功率和输出转矩大于所述第二电动机(5)的输出功率和输出转矩，所述控制单元(31)确定并且控制仅所述第一电动机(3)以驱动模式运行、所述第一电动机(3)和所述第二电动机(5)一起以驱动模式运行、仅所述第一电动机(3)以发电模式运行、或所述第一电动机(3)和所述第二电动机(5)一起以发电模式运行。
4.根据权利要求1所述的车辆驱动系统(1)，其特征在于，所述第一电动机(3)和所述第二电动机(5)具有共用壳体(19)。
5.根据权利要求4所述的车辆驱动系统(1)，其特征在于，所述壳体(19)上形成有多个冷却流体通道，以便在车辆驱动系统运行时冷却流体能够从其流过。
6.根据权利要求4所述的车辆驱动系统(1)，其特征在于，还包括位于所述壳体(19)中并且设置在所述第一转轴(7)上靠近输出端的第一扭矩阻尼部件(21)，以及位于所述壳体(19)中并且设置在所述第二转轴(13)上靠近输出端的第二扭矩阻尼部件(23)。
7.根据权利要求1所述的车辆驱动系统(1)，其特征在于，所述车辆是电动车辆或者混合动力车辆。
8.一种如权利要求1-7任一所述车辆驱动系统(1)的控制方法，包括：
基于传感器输出的表示车辆行驶状况的信号，由所述控制单元(31)确定并且控制所述离合机构(29)的运行模式、和/或所述第一电动机(3)和所述第二电动机(5)的运行模式和负载。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：
在所述传感器感测到所述车辆在起步和直线加速阶段，所述控制单元(31)控制所述离合机构(29)以啮合模式运行，使得车辆的两个驱动轮子(25，27)同步；
在所述传感器感测到所述车辆在转弯阶段或者在对开道路上行驶阶段，所述控制单元(31)控制所述离合机构(29)以滑摩和/或分离模式运行，使得车辆的两个驱动轮子(25，27)不同步。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：
在所述传感器感测到所述车辆在城市路况下的起动、加速和定速巡航阶段，所述控制单元(31)仅控制所述第一电动机(3)和所述第二电动机(5)中的一个电动机以驱动模式运行；
在所述传感器感测到所述车辆在城市路况下低速行驶的制动阶段，所述控制单元(31)仅控制所述第一电动机(3)和所述第二电动机(5)中的一个电动机以发电模式运行，以制动车辆并且从制动过程回收能量；以及
在所述传感器感测到所述车辆在城市路况下中高速行驶的制动阶段，所述控制单元(31)控制所述第一电动机(3)和所述第二电动机(5)一起以发电模式运行，以制动车辆并且从制动过程回收能量。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：在只有一个电动机以驱动模式或发电模式运行时，所述一个电动机是所述第一电动机(3)和所述第二电动机(5)中输出功率和输出转矩较大的电动机。
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