CN106004413B - 四驱电动汽车动力系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四驱电动汽车动力系统，其包括发动机、减震器、第一电动机、离合器、第二电动机、第一逆变器、第二逆变器和动力电池；所述发动机与减震器连接，减震器与第一电动机连接，第一电动机与离合器连接；所述动力电池通过第一逆变器与所述第一电动机电路连接；所述动力电池通过第二逆变器与所述第二电动机电路连接。本发明的四驱电动汽车动力系统取消变速器，传动系统大大简化，节省机舱布置空间，减少零部件数量，降低四驱电动汽车动力系统成本；采用电桥实现四驱，根据地面附着力和车辆需求扭矩，可以合理分配车辆前后轴驱动扭矩，保证整车动力性。同时，本发明还公开了一种四驱电动汽车动力系统的控制方法。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车领域，涉及一种四驱电动汽车，特别涉及一种四驱电动汽车动力系统及其控制方法。
背景技术
随着能源危机和环境恶化的进一步加剧，节能和环保已经成为现代汽车发展的主题。传统四驱汽车相比两驱汽车具有更好的动力性和越野性能，但是其油耗和排放也相对较多，因此各大汽车厂商开始争相研制燃油经济性和排放性好的四轮驱动电动汽车来取代传统四驱汽车。
专利文献1(CN104175858A)中公开了一种四驱混合动力系统，包括动力电池、前驱动单元和后驱动单元，所述前驱动单元包括发动机、ISG电机和CVT变速器，所述后驱动单元包括驱动电机，所述动力系统可以实现整车的纯电动驱动、并联驱动、行车发电、串联发电和四驱等工作模式。
专利文献2(CN103863091A)中公开了一种混合动力汽车驱动系统，包括前驱动轴、后驱动桥和分动器，所述前驱动桥包括发动机、ISG电机、变速器和电机，动力经过分动器传递至后驱动桥，实现四驱功能。
但专利文献1和专利文献2公开的系统，其前轴总成均包含一个变速器，系统结构复杂，轴向尺寸较大，机舱布置难度大，成本较高；此外，所述系统均匹配大功率级别的发动机，日常使用时，发动机负荷率低，油耗较高，排放较差。
发明内容
本发明目的是提供一种四驱电动汽车动力系统，其少了一个变速器，前轴轴向尺寸更加紧凑，而且成本更低，通过与第一电动机和第二电动机结合，采用电桥实现四驱，根据地面附着力和车辆需求扭矩，可以合理分配车辆前后轴驱动扭矩，保证整车动力性。
本发明的另一个目的是提供一种四驱电动汽车动力系统的控制方法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种四驱电动汽车动力系统，其包括发动机、减震器、第一电动机、离合器、第二电动机、第一逆变器、第二逆变器和动力电池；
所述发动机与减震器连接，减震器与第一电动机连接，第一电动机与离合器连接，离合器通过车辆前轴的主减速器及差速器输出动力至车辆前轮，所述的第二电动机通过车辆后轴的主减速器及差速器输出动力至车辆后轮；
所述动力电池通过第一逆变器与所述第一电动机电路连接；所述动力电池通过第二逆变器与所述第二电动机电路连接。
可选的，所述第一逆变器和第二逆变器均为双向逆变器。
可选的，所述发动机的最大功率根据车辆最高稳定车速而匹配，不根据车辆加速性匹配。
可选的，所述的第一电动机的额定功率根据车辆最高稳定车速匹配，所述的第二电动机的峰值功率根据车辆加速性匹配，峰值转矩根据车辆最大爬坡度匹配。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种上述的四驱电动汽车动力系统的控制方法，其包括：对控制模式进行选择，所述控制模式包括：常规模式和长途模式；
其中：在常规模式下，根据电池电量，将车辆工作模式分为电量消耗(ChargeDepleting，CD)阶段和电量维持(Charge Sustaining，CS)阶段；
其中，在电量消耗阶段，车辆工作在纯电动模式，发动机停机，第二电动机单独驱动车辆；
在电量维持阶段，当车速低于一定阈值时，车辆工作在串联模式，发动机驱动第一电动机发电，第二电动机驱动车辆；当车速大于一定阈值时，离合器接合，发动机直接驱动车轮，并通过车辆能量管理系统，保证电池电量平衡；
在长途模式下，当车速大于一定阈值时，离合器结合，发动机驱动车辆行驶；当车速小于一定阈值时，第二电动机单独驱动车辆，发动机停机或驱动第一电动机发电。
可选的，当动力电池电量高于40％时，动力系统工作在电量消耗阶段；当动力电池电量下降到小于等于40％时，动力系统进入电量维持阶段。
可选的，在电量消耗阶段时，根据驾驶员油门踏板开度、车速及地面附着力，控制第二电动机单独驱动车辆行驶，此时发动机处于停机状态。
可选的，在长途模式下，首先根据车速将四驱电动汽车动力系统工作模式分为发动机驱动模式和电机驱动模式，当车速高于一定阈值时，四驱电动汽车动力系统工作在发动机驱动模式，发动机直接驱动车辆，第二电动机可参与驱动，实现四驱，保证整车加速性能；当车速低于一定阈值时，四驱电动汽车动力系统工作在电机驱动模式，第二电动机单独驱动，发动机和第一电动机根据电池电量和运行工况适时启动，保证电池电量平衡。
本发明具有如下有益效果：本发明的四驱电动汽车动力系统取消变速器，传动系统大大简化，节省机舱布置空间，减少零部件数量，降低四驱电动汽车动力系统成本；采用电桥实现四驱，根据地面附着力和车辆需求扭矩，可以合理分配车辆前后轴驱动扭矩，保证整车动力性；将四驱电动汽车动力系统主模式分为常规模式和长途模式，用户可以根据需要自由选择，在长途行驶时可以选择长途模式，发动机一直工作，保证电池电量不下降，当车速高于某一阈值时，发动机直接驱动车轮，当车速低于某一阈值时，发动机串联发电，第二电动机驱动车辆；在短途行驶时，可以选择常规模式，尽量多用电，少启动发动机，从而降低油耗及排放。
本发明的控制方法不仅可以满足用户不同的使用需求，而且增加了驾驶乐趣；相对于现有技术(上述专利文献1和专利文献2)，本发明的四驱电动汽车动力系统少了一个变速器，前轴轴向尺寸更加紧凑，而且成本更低，此外采用一个小功率级别的发动机，能够提高发动机的负荷率，降低发动机损耗，而且在低车速低电池电量时，能够采用串联功能，控制发动机工作在最佳工作点，发动机驱动第一电动机发电，第二电动机驱动车辆，这样能够提高发动机负荷率，降低整车油耗。
附图说明
图1为四驱电动汽车动力系统的结构示意图；
图中标记示意为：1-发动机；2-减震器；3-第一电动机；4-离合器；5-第二电动机；6-第一逆变器；7-第二逆变器；8-动力电池。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种四驱电动汽车动力系统，其包括发动机1，减震器2，第一电动机3，离合器4，第二电动机5，第一逆变器6，第二逆变器7和动力电池8。
所述发动机与减震器连接，减震器与第一电动机连接，第一电动机与离合器连接，离合器通过车辆前轴的主减速器及差速器输出动力至车辆前轮，所述的第二电动机通过车辆后轴的主减速器及差速器输出动力至车辆后轮。
所述的发动机最大功率根据车辆最高稳定车速而匹配，不根据车辆加速性匹配，例如其功率可以为20-80KW。所述发动机可直接驱动车轮，所述的第一电动机额定功率根据车辆最高稳定车速匹配，所述的第二电动机峰值功率根据车辆加速性匹配，峰值转矩根据车辆最大爬坡度匹配。
本实施例中，所述减震器可以与所述第一电动机集成设计，即所述减震器2可以与所述第一电动机3设置在同一个机壳内。
所述动力电池通过第一逆变器与所述第一电动机电路连接，即所述动力电池可以通过第一逆变器对所述第一电动机供电，以驱动第一电动机转动；而且所述第一电动机发电时，所述第一电动机所发出的电可以通过第一逆变器对所述动力电池进行充电。同样地，所述动力电池通过第二逆变器与所述第二电动机电路连接，即所述动力电池可以通过第二逆变器对所述第二电动机供电，以驱动第二电动机转动；而且当所述第二电动机发电时，所述第二电动机所发出的电可以通过第二逆变器对所述动力电池进行充电。
即，当第二电动机驱动车辆时，第二电动机均处于电动状态，动力电池通过第二逆变器向第二电动机供电；当第一电动机发电时，第一电动机通过第一逆变器向动力电池充电；当第二电动机发电时，第二电动机通过第二逆变器向动力电池充电。
在车辆停止运行时，可以通过外接电网对动力电池进行充电，动力电池为锂离子电池。
实施例2
本实施例提供了一种实施例1中所述的四驱电动汽车动力系统的控制方法，其包括以下步骤：
S10、对控制模式进行选择，所述控制模式包括：常规模式和长途模式；
其中：在常规模式下，根据电池电量，将车辆工作模式分为电量消耗(ChargeDepleting，CD)阶段和电量维持(Charge Sustaining，CS)阶段；当电池电量大于一定阈值时，动力系统处在CD阶段，当电池电量小于等于一定阈值时，动力系统处在CS阶段；例如当动力电池电量高于40％时，动力系统工作在CD阶段；当动力电池电量下降到40％或者35％以下时，动力系统进入CS阶段。
其中，在CD阶段，车辆工作在纯电动模式，发动机停机，第二电动机单独驱动车辆；在CD阶段时，根据驾驶员油门踏板开度、车速及地面附着力，控制第二电动机单独驱动车辆行驶，此时发动机处于停机状态。
在CS阶段，当车速低于一定阈值时，车辆工作在串联模式，发动机驱动第一电动机发电，第二电动机驱动车辆，当车速大于一定阈值时，离合器接合，发动机直接驱动车轮，并通过车辆能量管理系统，保证电池电量平衡；即在CS阶段时，车辆处于混合动力工作模式，第二电动机单独驱动车辆行驶，发动机和第一电动机根据电池电量和运行工况适时启动，保证电池电量平衡。
在长途模式下，当车速大于一定阈值时，离合器结合，发动机驱动车辆行驶；当车速小于一定阈值时，第二电动机单独驱动车辆，发动机停机或驱动第一电动机发电。
也就是说，在长途模式下，首先根据车速将动力系统工作模式分为发动机驱动模式和电机驱动模式，例如当车速高于一定阈值时，例如60km/h，动力系统工作在发动机驱动模式，发动机直接驱动车辆，第二电动机5可参与驱动，实现四驱，保证整车加速性能；当车速低于一定阈值时，例如60km/h，动力系统工作在电机驱动模式，第二电动机单独驱动，发动机和第一电动机根据电池电量和运行工况适时启动，保证电池电量平衡。
动力系统工作模式及各模式下各部件的工作状态具体如表1所示：
表1：
本发明的四驱电动汽车动力系统取消变速器，传动系统大大简化，节省机舱布置空间，减少零部件数量，降低四驱电动汽车动力系统成本；采用电桥实现四驱，根据地面附着力和车辆需求扭矩，可以合理分配车辆前后轴驱动扭矩，保证整车动力性；将四驱电动汽车动力系统主模式分为常规模式和长途模式，用户可以根据需要自由选择，在长途行驶时可以选择长途模式，发动机一直工作，保证电池电量不下降，当车速高于某一阈值时，发动机直接驱动车轮，当车速低于某一阈值时，发动机串联发电，第二电动机驱动车辆；在短途行驶时，可以选择常规模式，尽量多用电，少启动发动机，从而降低油耗及排放。可见本发明的控制方法不仅可以满足用户不同的使用需求，而且增加了驾驶乐趣；相对于现有技术(上述专利文献1和专利文献2)，本发明的四驱电动汽车动力系统少了一个变速器，前轴轴向尺寸更加紧凑，而且成本更低，此外采用一个小功率级别的发动机，能够提高发动机的负荷率，降低发动机损耗，而且在低车速低电池电量时，能够采用串联功能，控制发动机工作在最佳工作点，发动机驱动第一电动机发电，第二电动机驱动车辆，这样能够提高发动机负荷率，降低整车油耗。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种四驱电动汽车动力系统的控制方法，其特征在于，所述四驱电动汽车动力系统包括发动机、减震器、第一电动机、离合器、第二电动机、第一逆变器、第二逆变器和动力电池；所述发动机与减震器连接，减震器与第一电动机连接，第一电动机与离合器连接，离合器通过车辆前轴的主减速器及差速器输出动力至车辆前轮，所述的第二电动机通过车辆后轴的主减速器及差速器输出动力至车辆后轮；所述动力电池通过第一逆变器与所述第一电动机电路连接；所述动力电池通过第二逆变器与所述第二电动机电路连接；所述控制方法包括：对控制模式进行选择，所述控制模式包括：常规模式和长途模式；
其中：在常规模式下，根据电池电量，将车辆工作模式分为电量消耗阶段和电量维持阶段；
其中，在电量消耗阶段，车辆工作在纯电动模式，发动机停机，第二电动机单独驱动车辆；
在电量维持阶段，当车速低于一定阈值时，车辆工作在串联模式，发动机驱动第一电动机发电，第二电动机驱动车辆；当车速大于一定阈值时，离合器接合，发动机直接驱动车轮，并通过车辆能量管理系统，保证电池电量平衡；
在长途模式下，当车速大于一定阈值时，离合器结合，发动机驱动车辆行驶；当车速小于一定阈值时，第二电动机单独驱动车辆，发动机停机或驱动第一电动机发电。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当动力电池电量高于40％时，动力系统工作在电量消耗阶段；当动力电池电量下降到小于等于40％时，动力系统进入电量维持阶段。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，在电量消耗阶段时，根据驾驶员油门踏板开度、车速及地面附着力，控制第二电动机单独驱动车辆行驶，此时发动机处于停机状态。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在长途模式下，首先根据车速将四驱电动汽车动力系统工作模式分为发动机驱动模式和电机驱动模式，当车速高于一定阈值时，四驱电动汽车动力系统工作在发动机驱动模式，发动机直接驱动车辆，第二电动机参与驱动，实现四驱，保证整车加速性能；当车速低于一定阈值时，四驱电动汽车动力系统工作在电机驱动模式，第二电动机单独驱动，发动机和第一电动机根据电池电量和运行工况适时启动，保证电池电量平衡。
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