CN105620307B - 纯电动汽车的驱动系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯电动汽车的驱动系统，包括电机驱动器、无刷直流电机、无级变速器、整车控制器、电机控制器、以及变速控制器，该无刷直流电机内设有分别用以测量以下至少部分参数的第一组传感器：转速、电压、电流、转矩，该电机控制器的输入端连接该第一组传感器；该无级变速器内设有分别用以测量以下至少部分参数的第二组传感器：离合、主动和从动轮转速和压力、档位位置开关，该整车控制器实时获得包含ABS车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和负载电流的一组参数，根据该组参数确定该纯电动汽车所处的工况，及该工况对应的变速比和变扭矩，指令该变速控制器控制该换档执行器执行。

Description

纯电动汽车的驱动系统和方法

技术领域

本发明涉及纯电动汽车领域，尤其是涉及纯电动汽车的驱动系统和方法。

背景技术

汽车作为现代人的重要交通工具，在全世界有很大的保有量。汽车传统上使用的能源为汽油或者柴油。由于汽油和柴油均来自石油这样的不可再生资源，而且在燃烧时会排放一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫等各种气体污染物，人们一直希望能够以其他更为清洁的能源代替汽油和柴油。纯电动汽车就是其中的一种新能源汽车，它仅需使用电能，而无需使用汽油或柴油。

随着电池技术的持续进步，近年来已经出现了商业化的纯电动汽车。然而目前纯电动汽车仍然面临许多影响普及的问题。例如，因电池容量的限制，纯电动汽车的续航里程较短，引起所谓“里程焦虑”问题。在电池技术暂时难以逾越的瓶颈下，如何提高电能的使用效率，成为纯电动汽车领域的一个重要课题。

目前纯电动汽车普遍采用的电驱动方式是由电机驱动固定减速器和差速器。根据这一驱动方式，电机在恒速比驱动下运行。由于复杂工况对转矩的要求不同，恒速比驱动方式是通过改变电机转速来输出不同转矩的。举例来说，对于大转矩，需要电机增大转速来实现，而增大转速需要电池在更大的电流下放电。

尽管已经认识到纯电动汽车不采用变速器可能的缺点，例如车辆的加速时间和最高车速性能往往相互制约。但是通常认为通过合理设计电机特性曲线，匹配减速器减速比，大部分纯电动汽车最高车速也可以设计在时速150公里以上，基本上能够满足市场需求。由此得出从性能角度来看，纯电动车没有必要加装变速器的观点。

具体来说，大部分常规混合动力汽车一般加装内燃机并匹配相应的变速器，是认为发动机在不同转速、负荷下的工作效率差别很大。通过加装变速器，可以使发动机工作在高效区，其效率提高的幅度明显大于加装变速器带来传动系统效率降低幅度，从而使车辆动力传动系统总体效率提高，提高车辆燃油经济性总体水平。但是同时也注意到电动机高效区效率可达到95％以上，而其低效区效率也可以达到70％以上，因此电动机在其效率场内效率变化没有发动机那么明显，其高效区比例远大于发动机高效区比例，从而认为纯电动汽车不是非常必要加装变速器。

然而实践中发现已知恒速比驱动方式通过改变电机转速来输出不同扭矩的做法存在着严重的弊端。对于大转矩来说，需要电机增大转速来实现。增大转速需要电池在更大的电流下放电，这容易对电池造成损害。极端情况下，需要利用电机峰值功率和峰值扭矩和峰值大电流驱动电机材能获得相应的转矩以满足实际工况的需要。这种做法造成的后果包括：电机发热，使用效率下降；使有限并珍贵的电池组电容量急剧下降，同时峰值大电流放电使电池急剧升温、升温引起电芯内阻急剧增大，电池受到极大的冲击；充电循环次数快速减少、蓄电容量和电芯寿命锐减、放电持续时间下降，不符合动力电池组的放电特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纯电动汽车的驱动系统和方法，可以减少电池的电量消耗和所受损害。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种纯电动汽车的驱动系统，包括电机驱动器、无刷直流电机、无级变速器、整车控制器、电机控制器、以及变速控制器，其中，该电机驱动器电连接该无刷直流电机，该无刷直流电机的输出轴连接该无级变速器的输入端，该无级变速器的输出端连接驱动轮的轮轴；该无刷直流电机内设有分别用以测量以下至少部分参数的第一组传感器：转速、电压、电流、转矩，该电机控制器的输入端连接该第一组传感器；该电机驱动器的信号输入端连接该电机控制器的控制信号输出端；该整车控制器的信号输入端与该纯电动汽车的加速踏板主驱动信号输出端连接；该无级变速器内设有分别用以测量以下至少部分参数的第二组传感器：离合、主动和从动轮转速和压力、档位位置开关，该变速控制器的输入端连接该第二组传感器，该变速控制器的输出端与该无级变速器的换档执行器输入端连接；该整车控制器、电机控制器、变速控制器以及纯电动汽车的ABS控制器经车载通信总线相连；其中整车控制器同时和该变速控制器、该电机控制器及ABS控制器通过车载总线双向通信实时获得包含ABS车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和负载电流的一组参数，根据该组参数确定该纯电动汽车所处的工况，及该工况对应的变速比和变扭矩，指令该变速控制器控制该换档执行器执行。

在本发明的一实施例中，该工况包括启动、正常行驶、慢速、中速、快速、上坡、坡道起步。

在本发明的一实施例中，该第一组传感器还测量以下参数：温度。

在本发明的一实施例中，该第二组传感器还测量以下参数：油压、油温。

在本发明的一实施例中，该无刷直流电机的转速为0-3500rmp/min。

在本发明的一实施例中，各个工况对应不同的档位，最大变速比0-10km/h。最小变速比为60km/h的车速。

在本发明的一实施例中，进、退换档响应速度为小于0.3s。

本发明还提出一种纯电动汽车的驱动方法，适用于一驱动系统，该驱动系统包括电机驱动器、无刷直流电机、无级变速器、整车控制器、电机控制器、以及变速控制器，其中，该电机驱动器电连接该无刷直流电机，该无刷直流电机的输出轴连接该无级变速器的输入端，该无级变速器的输出端连接驱动轮的轮轴；该无刷直流电机内设有分别用以测量以下至少部分参数的第一组传感器：转速、电压、电流、转矩，该电机控制器的输入端连接该第一组传感器；该电机驱动器的信号输入端连接该电机控制器的控制信号输出端；该整车控制器的信号输入端与该纯电动汽车的加速踏板主驱动信号输出端连接；该无级变速器内设有分别用以测量以下至少部分参数的第二组传感器：离合、主动和从动轮转速和压力、档位位置开关，该变速控制器的输入端连接该第二组传感器，该变速控制器的输出端与该无级变速器的换档执行器输入端连接；该整车控制器、电机控制器、变速控制器以及纯电动汽车的ABS控制器经车载通信总线相连，该方法包括：利用该整车控制器同时和该变速控制器、该电机控制器及ABS控制器通过车载总线双向通信实时获得包含ABS车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和负载电流的一组参数，根据该组参数确定该纯电动汽车所处的工况，及该工况对应的变速比和变扭矩，指令该变速控制器控制该换档执行器执行。

在本发明的一实施例中，该工况包括启动、正常行驶、慢速、中速、快速、上坡、坡道起步。

在本发明的一实施例中，各个工况对应不同的档位，最大变速比0-10km/h。最小变速比为60km/h的车速。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，由于无级变速器在全工况内放大了电机的输出转矩，节能驱动，使电机始终工作在最佳高效转矩区内，彻底杜绝克服了电机以峰值功率、峰值扭矩、峰值大电流高速高能耗的驱动方式和工作状态，从而提高了整车经济性和动力性。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明一实施例的纯电动汽车驱动系统总成。

图2示出本发明一实施例的驱动方法流程图。

具体实施方式

本发明的下述实施例描述一种纯电动汽车的驱动系统和方法，可以减少电池的电量消耗。

纯电动汽车主要用于城市交通，车辆大部分时间处于启动、加速、制动的工作状态，因此电驱动总成的起步性能、启动转矩、启动电流、加速性、低速时的效率、制动及滑行时的能量再生能力、电驱动总成的过载能力，和全工况节能驱动是衡量电动汽车技术发展成熟度的极为重要的依据和标志。

已知纯电动汽车的电机是在恒速比驱动下运行。尽管复杂工况对转矩的要求不同，但由于电机可以根据需要输出不同扭矩，因此通常认为恒速比驱动是更适合于纯电动汽车的。恒速比驱动方式是通过改变电机转速来输出不同转矩的。

根据本发明的实施例，提出一种使用无级变速器的纯电动汽车驱动系统及其驱动方法。根据本发明的实施例所提出纯电动车驱动系统和方法，它既符合电池组的放电特性，又符合车辆负载特性，还符合整车的动力性和经济性。

图1示出本发明一实施例的纯电动汽车驱动系统总成。参考图1所示，一种纯电动汽车的驱动系统100，包括电机驱动器110、无刷直流电机120、无级变速器130、电池组140、配电箱150、电机控制器(MCU)161、电池管理系统(Battery Management System,BMS)162、整车控制器(VCU)163、防抱死(Anti-lock Braking System,ABS)164以及变速控制器(TCU)165。

电池组140的供电输出端与配电箱150的输入端经绝缘高压导线相连通，配电箱的输出端与电机驱动器110的输入端经绝缘高压导线相连通。

电机驱动器110电连接无刷直流电机120。举例来说，无刷直流电机120的高压输入端和电机驱动器110的高压输出端相对应，经绝缘高压导线相连通。

无刷直流电机120的输出轴连接无级变速器130的输入端，无级变速器130的输出端连接驱动轮的轮轴。在一实施例中，无刷直流电机120的输出轴通过花键插入无级变速器130的输入端。无刷直流电机120的电机座可由螺栓固接在变速器130的外壳对应的螺纹孔内。

在一实施例中，无刷直流电机120的特性为低转速/大扭矩(0-3500rmp/min)。

在一实施例中，无级变速器130可以是金属带式无级变速器。无级变速器130的内部结构如图1所示，可包括飞轮131、变矩器132、高压油泵133、离合器134、主动轮和从动轮组合135、换档执行器136、主减速器137和差速器138。无刷直流电机120的输出轴与变矩器132的连接盘同心固接为一体。

无级变速器130的驱动输出孔两端内的花键套与左右两根半轴相对插入固接。左右半轴外端外花键轴分别插入左右驱动轮中心的内花键套内紧固。

无刷直流电机120内可设有分别用以测量以下参数的第一组传感器(图中未示)：温度、转速、电压、电流、以及转矩。可以理解，这些参数可以根据需要来选定一部分或者全部。

无级变速器130内设有分别用以测量以下参数的第二组传感器(图中未示)：油压、油温、离合、主动和从动轮转速和压力、档位位置开关。可以理解，这些参数可以根据需要来选定一部分或者全部。

电机控制器161的输入端连接无刷直流电机120内的第一组传感器，以获取所需的电机的各种参数。电机控制器161的一个的控制信号输出端则连接电机驱动器110的信号输入端。电机驱动器110受电机控制器161的程序管理控制。

整车控制器163的信号输入端与纯电动汽车的加速踏板的主驱动信号输出端连接。ABS控制器164的输入端与刹车踏板制动信号输出端经导线相连通。变速控制器165的输入端连接第二组传感器。变速控制器165的输出端与无级变速器130的换档执行器136的输入端连接。

电机控制器161、整车控制器163、变速控制器165以及ABS控制器164经车载通信总线相连。车载通信总线例如是现场总线(CAN总线)。

根据一实施例，由整车控制器163同时和变速控制器165、电机控制器161及ABS控制器164通过车载总线双向通信实时获得ABS车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和负载电流等信号参数，整车控制器163根据该信息参数确定该纯电动汽车所处的工况，及该工况对应的变速比和变扭矩，指令变速控制器165控制换档执行器136执行。

更具体地说，整车控制器163同时和变速控制器165、电机控制器161及ABS控制器164通过车载总线双向通信实时获得包含ABS车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和负载电流等信号参数，整车控制器163可以根据ABS车速信号使变速点(档)与车速(km/h)在变速比范围内，全工况实现实时动态伺服变速比变扭矩。作为举例而非限制，各种工况可包括启动、正常行驶、慢速、中速、快速、上坡、坡道起步等。

另外，需要设定汽车在各种工况下变速比。举例来说，1档为最大变速比，对应0-10km/h的车速；10档为最小变速比，对应为60km/h的车速。其余的变速点(档)可以按车速值等分相对应，依序进档。退档对应的车速值小于进档车速值。举例来说，进、退换档响应速度为小于0.3s。因此，实现了智能自学习循环变速比控制。

整车控制器163经车载通信总线车载网络与电机控制器161、变速控制器165、ABS控制器164、BMS 162相连通，各司其职，协同实时控制，实现内部数据双向交换通信和资源共享。整车控制器163可以根据电机外特性实时伺服动态匹配输出，通过无级变速器130变速比变扭矩，使电机工作在最佳经济高效转速/转矩区内，以达到增强电机驱动总成的转矩和效率。换句话说，在满足整车动力性要求的前提下，由整车控制器163、电机控制器161、变速控制器165伺服匹配控制的无级变速器130在全工况内放大了电机的输出转矩，节能驱动，使电机始终工作在最佳高效转矩区内，彻底杜绝克服了电机以峰值功率、峰值扭矩、峰值大电流高速高能耗的驱动方式和工作状态，从而提高了整车经济性和动力性。

图2示出本发明一实施例的驱动方法流程图。参考图2所示，从另一个角度看，本发明实施例的驱动方法包括以下步骤：

步骤21，由整车控制器163同时和变速控制器165、电机控制器161及ABS控制器162通过车载总线双向通信实时获得包含ABS车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和负载电流等的一组信号参数；

步骤22，整车控制器163根据该组信号参数确定该纯电动汽车所处的工况，及该工况对应的变速比和变扭矩，指令变速控制器165控制换档执行器136执行。

试验证明，采用本发明的上述实施例，节能增程平均能耗为0.10～0.12kwh/km，即10～12kwh/100公里左右。采用本发明的技术方案比对固定减速比的驱动方法，在全工况运行条件下，具有综合节省电能大于25％～50％的积极效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车的驱动系统，包括电机驱动器、无刷直流电机、无级变速器、整车控制器(VCU)、电机控制器(MCU)、以及变速控制器(TCU)，其中，

该电机驱动器电连接该无刷直流电机，该无刷直流电机的输出轴连接该无级变速器的输入端，该无级变速器的输出端连接驱动轮的轮轴；

该无刷直流电机内设有分别用以测量以下至少部分参数的第一组传感器：转速、电压、电流、转矩，该电机控制器的输入端连接该第一组传感器；

该电机驱动器的信号输入端连接该电机控制器的控制信号输出端；

该整车控制器的信号输入端与该纯电动汽车的加速踏板主驱动信号输出端连接；

该无级变速器内设有分别用以测量以下至少部分参数的第二组传感器：离合、主动和从动轮转速和压力、档位位置开关，该变速控制器的输入端连接该第二组传感器，该变速控制器的输出端与该无级变速器的换档执行器输入端连接；

该整车控制器、电机控制器、变速控制器以及纯电动汽车的ABS控制器经车载通信总线相连，

其中该整车控制器同时和该变速控制器、该电机控制器及ABS控制器通过车载总线双向通信实时获得包含ABS车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和负载电流的一组参数，根据该组参数确定该纯电动汽车所处的工况，及该工况对应的变速比和变扭矩，指令该变速控制器控制该换档执行器执行，且该整车控制器根据该无刷直流电机外特性实时伺服动态匹配输出，通过该无级变速器变速比变扭矩，使该无刷直流电机工作在最佳经济高效转速/转矩区内。

2.如权利要求1所述的纯电动汽车的驱动系统，其特征在于，该工况包括启动、正常行驶、慢速、中速、快速、上坡、坡道起步。

3.如权利要求1所述的纯电动汽车的驱动系统，其特征在于，该第一组传感器还测量以下参数：温度。

4.如权利要求1所述的纯电动汽车的驱动系统，其特征在于，该第二组传感器还测量以下参数：油压、油温。

5.如权利要求1所述的纯电动汽车的驱动系统，其特征在于，该无刷直流电机的转速为0-3500rmp/min。

6.如权利要求1所述的纯电动汽车的驱动系统，其特征在于，各个工况对应不同的档位，最大变速比0-10km/h、最小变速比为60km/h的车速。

7.如权利要求6所述的纯电动汽车的驱动系统，其特征在于，进、退换档响应速度为小于0.3s。

8.一种纯电动汽车的驱动方法，适用于一驱动系统，该驱动系统包括电机驱动器、无刷直流电机、无级变速器、整车控制器、电机控制器、以及变速控制器，其中，该电机驱动器电连接该无刷直流电机，该无刷直流电机的输出轴连接该无级变速器的输入端，该无级变速器的输出端连接驱动轮的轮轴；该无刷直流电机内设有分别用以测量以下至少部分参数的第一组传感器：转速、电压、电流、转矩，该电机控制器的输入端连接该第一组传感器；该电机驱动器的信号输入端连接该电机控制器的控制信号输出端；该整车控制器的信号输入端与该纯电动汽车的加速踏板主驱动信号输出端连接；该无级变速器内设有分别用以测量以下至少部分参数的第二组传感器：离合、主动和从动轮转速和压力、档位位置开关，该变速控制器的输入端连接该第二组传感器，该变速控制器的输出端与该无级变速器的换档执行器输入端连接；该电机控制器、整车控制器、变速控制器以及纯电动汽车的ABS控制器经车载通信总线相连，该方法包括：

由该整车控制器同时和该变速控制器、该电机控制器及ABS控制器通过车载总线双向通信实时获得包含ABS车速信号、加速踏板主驱动信号、制动信号、电机转速和负载电流的一组参数，根据该组参数确定该纯电动汽车所处的工况，及该工况对应的变速比和变扭矩，指令该变速控制器控制该换档执行器执行，且该整车控制器根据该无刷直流电机外特性实时伺服动态匹配输出，通过该无级变速器变速比变扭矩，使该无刷直流电机工作在最佳经济高效转速/转矩区内。

9.如权利要求8所述的驱动方法，该工况包括启动、正常行驶、慢速、中速、快速、上坡、坡道起步。

10.如权利要求9所述的纯电动汽车的驱动方法，其特征在于，各个工况对应不同的档位，最大变速比0-10km/h、最小变速比为60km/h的车速。