CN106004521A - 一种多元分布推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多元分布推进系统，该系统包括车辆控制单元、动力控制单元、推进控制单元、多个驱动单元和多个动力辅助单元。多元分布推进系统中将驱动单元分布设置在车轮中或轮边，实现驱动单元对车轮的单独驱动，提高每一个驱动单元的能率，可以根据车辆的具体行驶工况，改变驱动单元的输出。系统的整体结构简单，且通过设置动力辅助单元，可以将车轮的动能储存并在需要时释放，一方面将制动能量回收，降低了能量损失，另一方面，可以在启动和加速工况下提供额外的动力输出，提升车辆整体动力性。相比传统集中驱动的车辆，无需额外的动力储备，减小动力系统的重量，降低整车制造成本。

Description

一种多元分布推进系统

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体而言，涉及一种多元分布推进系统。

背景技术

新能源汽车一般包括混合动力汽车和电动汽车，可以减少对传统化石能源的使用，降低碳排放量，对环境更友好。但现有的新能源汽车采用中央式电机驱动，利用一中央式电机，将中央式电机的驱动力通过减速器和差速器传输到各个驱动轮中，实现车辆的行驶。这样的驱动方式能量损失较大，动力系统的能效低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多元分布推进系统，能够实现车辆高效的分布驱动。

本发明提供的技术方案如下：

一种多元分布推进系统，应用于汽车，用于确定所述汽车的行驶工况并生成相应的控制指令的车辆控制单元；

用于根据所述控制指令输出相应的电功率信号的动力控制单元；

用于根据所述电功率信号输出相应的转矩信号的推进控制单元；

设置在所述汽车的驱动轮内部或轮边，根据所述转矩信号驱动所述驱动轮的驱动单元，所述驱动单元包括驱动电机和传动装置，所述驱动电机通过传动装置与所述驱动轮连接，所述驱动电机根据所述转矩信号输出相应转矩，驱动所述驱动轮旋转；

设置在所述驱动轮内部或轮边用于储存所述驱动轮转动的动能，并在接收到所述车辆控制单元的启动信号时，将所述动力辅助单元储存的动能传递到所述驱动轮中的动力辅助单元。

进一步的，每个所述动力辅助单元包括飞轮和调速电机，所述飞轮和调速电机分别与所述驱动轮相连接，所述驱动轮在转动时驱动所述飞轮旋转，所述动力辅助单元在接收到所述启动信号时，控制所述飞轮驱动所述调速电机旋转，并通过所述调速电机驱动所述驱动轮转动。

进一步的，所述飞轮、驱动电机、调速电机通过行星齿轮机构与所述驱动轮耦合，所述行星齿轮机构用于切换所述驱动电机、调速电机与所述驱动轮的驱动连接状态，及将所述飞轮的动能传递至所述调速电机。

进一步的，所述动力辅助单元包括飞轮容器，所述飞轮安装在所述飞轮容器中。

进一步的，所述飞轮容器为真空容器。

进一步的，还包括：

用于平衡所述汽车的车辆行驶动态的车身悬挂单元。

进一步的，所述驱动电机与所述传动装置之间还设置有减速器。

进一步的，还包括用于检测油门踏板的位置和踩踏油门踏板的速度，生成油门踏板位置信号和油门踏板速度信号的油门踏板传感器；

所述车辆控制单元根据所述油门踏板位置信号和油门踏板速度信号确定所述车辆的行驶工况。

进一步的，还包括为所述驱动单元提供电能的动力电池组。

进一步的，所述动力电池组与所述驱动单元之间还设置有用于向多个所述驱动电机分配电能的高压控制盒。

利用本申请提供的多元分布推进系统，将驱动单元分布设置在车轮中或轮边，实现驱动单元对车轮的单独驱动，提高每一个驱动单元的能效，可以根据车辆的具体行驶工况，改变驱动单元的输出。系统整体结构简单，并且通过设置动力辅助单元，可以将车轮的动能储存并在需要时释放，一方面将能量回收，降低了能量损失，另一方面，可以在特殊工况下提供额外的动力输出，提升车辆整体动力性。相比传统集中驱动的车辆，无需额外的动力储备，减小动力系统的重量，降低整车制造成本。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，不应被看作是对本发明范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的多元分布推进系统的示意图。

图2为本发明实施例提供的多元分布推进系统的功能模块示意图。

图3为本发明实施例提供的多元分布推进系统的驱动单元、动力辅助单元与行星齿轮机构的连接示意图。

图4为本发明实施例提供的多元分布推进系统的另一种功能模块示意图。

其中，附图标记汇总如下：

多元分布推进系统100；

车辆控制单元101；

动力控制单元102；

推进控制单元103；

驱动单元104；

动力辅助单元105；

行星齿轮机构106；

车身悬挂单元107；

油门踏板传感器108；

驱动电机1041；

传动装置1042；

飞轮1051；

调速电机1052。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部件实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部件实施例。基于本发明中的实 施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

现有的新能源汽车采用中央式电机驱动，将中央式电机的驱动力通过减速器传递到各个驱动轮中，实现车辆的行驶。但这样的集中驱动的形式，驱动效率虽较内燃机的效率要高，但仍有很大一部分的能量在由中央式电机传递到每个驱动轮的过程中损失，综合能效仍有待提高。

由于车辆行驶的路况多种多样，车辆中动力源的动力在普通工况下是不需要全部释放的，只有在一些特殊路况下，动力源的动力才会被较多的使用。造成普通工况下，动力源动力的浪费，提高整车成本，降低了动力系统的能效。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种多元分布推进系统100，如图1和图2所示，该系统包括车辆控制单元101、多个驱动单元104、动力 控制单元102、推进控制单元103、多个动力辅助单元105。

所述车辆控制单元101确定所述汽车的行驶工况并生成相应的控制指令。车辆控制单元101可以根据汽车上的各种传感器确定汽车的行驶工况，例如通过油门信号确定车辆需要的动力大小，确定车辆是怠速状态、加速状态还是处于其他行驶工况。

在车辆控制单元101确定了车辆当前行驶工况后，可以根据形式工况生成控制指令，以控制其他单元工作，满足当前行驶工况的动力要求。所述动力控制单元102根据所述车辆控制单元101生成的控制指令输出相应的电功率信号。

所述推进控制单元103与所述驱动单元104相连接，根据所述电功率信号输出相应的转矩信号。

所述驱动单元104可以设置在所述汽车的驱动轮中或驱动轮的轮边，所述驱动单元104包括驱动电机1041和传动装置1042，所述驱动电机1041通过传动装置1042与车轮连接，所述驱动电机1041根据所述转矩信号输出相应转矩，驱动所述驱动轮旋转。

驱动电机1041根据转矩信号确定电机输出的具体转矩大小，从而实现对驱动轮的驱动。驱动电机1041可以设置在驱动轮的轮毂中，也可以设置在驱动轮的轮边，驱动电机1041的设置数量可以根据汽车的具体情况设定，例如在汽车为前驱、后驱或全驱等不同形式时，驱动单元104的设置位置因驱动形式不同而有所区别。

本申请实施中的推进系统将动力源分布在驱动轮中或轮边，不采用集中驱动的形式，使得每一个驱动单元104可以根据对应的转矩信号输出对应的转矩，针对驱动轮的具体工况针对性驱动。例如，车辆在一些地形下，如果某一个轮胎失去了与底面的附着，如果车辆需要继续行驶， 脱离当前的地形。车辆控制单元101可以检测到该轮胎的状态，控制失去附着力的轮胎对应的驱动单元104停止输出转矩，并控制其他没有失去附着力的驱动轮对应的驱动单元104增大输出转矩，从而帮助车辆脱困。

车辆控制单元101能够结合车辆各处的传感器了解车辆的具体行驶工况，例如通过底盘上的传感器了解底盘在行驶过程中的具体情况。或通过设置在各个车轮上的传感器了解车轮的运转情况。通过各个传感器的数据确定车辆的具体行驶工况。

多元分布推进系统100还包括动力辅助单元105，所述动力辅助单元105设置在所述驱动轮内部或轮边，用于将所述驱动轮转动的动能储存在所述动力辅助单元105中，并在接收到所述车辆控制单元101的启动信号时，将所述动力辅助单元105储存的动能传递到所述驱动轮中。

动力辅助单元105可以将驱动轮转动的动能储存起来，并在需要时释放.具体的，如图3所示，每个所述动力辅助单元105包括飞轮1051和调速电机1052。所述飞轮1051和调速电机1052分别与所述驱动轮相连接，所述驱动轮在转动时驱动所述飞轮1051旋转。所述动力辅助单元105在接收到所述启动信号时，控制所述飞轮1051驱动所述调速电机1052旋转，并通过所述调速电机1052驱动所述驱动轮转动。

一辆汽车上可以设置多个动力辅助单元105，驱动轮在驱动电机1041的驱动下旋转，驱动轮在旋转的同时带动动力辅助单元105的飞轮1051旋转，飞轮1051为一中空的圆柱体，可以在驱动轮的带动下旋转。飞轮1051可以设置在一飞轮容器中，飞轮容器可以为真空，避免旋转时的空气阻力造成的能量损失。车辆在行驶过程中，驱动轮带动飞轮1051旋转，实现将驱动轮旋转的动能转换为飞轮1051旋转的动能。

动力辅助单元105在接收到车辆控制单元101的启动信号时，旋转的飞轮驱动调速电机1052旋转，进而带动驱动轮旋转，实现回收的动能重复使用。车辆在行驶过程中，尤其在停止后重新前进时，需要消耗较大的能量，需要动力系统输出较大的功率才能实现车辆的启动。利用动力辅助单元105就可以在车辆启动时，将飞轮1051储存的能量释放出来，辅助车辆启动。在停止后重新启动的工况下，是驱动单元104效率较低的状态，应用动力辅助单元105可以显著提高能量的利用效率。降低动力系统对总能量和储备功率的要求，降低动力系统的重量，减少成本，同时提高了动力系统工作的效率。

进一步的，继续参考图3，所述飞轮1051、驱动电机1041、调速电机1052通过行星齿轮机构106与所述驱动轮耦合，所述行星齿轮机构106用于切换所述驱动电机1041、调速电机1052与所述驱动轮的驱动连接状态，及将所述飞轮1051的动能传递至所述调速电机1052。

本申请并不限制飞轮1051、驱动电机1041、调速电机1052与行星齿轮机构106的具体连接关系，本领域技术人员可以根据实际情况去你的各个部件的连接关系。行星齿轮机构106可以实现动力辅助单元105、驱动单元104与驱动轮的驱动连接关系的切换。

由于车辆的整体结构的限制，动力辅助单元105的整体形状不能过大，且动力辅助单元105中的飞轮的重量也不宜过重，在飞轮1051质量有限制的情况下，为了更多的储存驱动轮的能量，飞轮1051的转速就会较快，一般情况下可以达到每分钟六万转或更高的转速。相比飞轮1051的转速，驱动轮的转速很小，通过设置行星齿轮机构106，可以将转速较高的飞轮1051的能量传递至调速电机1052，并使飞轮1051较高的转速不会影响调速电机1052的正常运转。

另一方面，行星齿轮机构106可以切换调速电机1052、驱动电机 1041与驱动轮的驱动连接关系。在同一时刻，可以使调速电机1052和驱动电机1041中的至少一个与驱动轮驱动连接。例如在车辆开始启动的工况下，可以将调速电机1052和驱动电机1041同时驱动驱动轮，使飞轮1051中储存的动能得到释放，减少驱动电机1041的转矩输出。而在车辆正常行驶过程中，可以仅使驱动电机1041与驱动轮连接，而调速电机1052不与驱动轮连接。当车辆需要加速时，再将调速电机1052和驱动电机1041同时驱动驱动轮，减少加速时间，提高加速效率。另外，也可以仅使调速电机1052驱动车辆行驶。行星齿轮机构106切换调速电机1052和驱动电机1041的具体连接关系可以根据实际情况确定。

进一步的，所述动力辅助单元105包括与所述驱动轮连接的超级电容，所述驱动轮旋转时为所述超级电容充电，所述超级电容在接收到所述启动信号时驱动所述驱动电机。超级电容具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽的优点，动力辅助单元105可以包括多个超级电容。在驱动轮旋转的过程中，通过充电装置为超级电容充电，并在需要时放电，将驱动轮旋转的动能进行回收并重复利用，一方面提高能量的利用效率，同时超级电容放电时，可以提高驱动功率，使车辆的瞬时工作功率更高。

在本申请实施例中，为车辆行驶提供动力的驱动单元104分布在车轮内或轮边，呈多元分布形式，使得每一个驱动单元104都可以独立控制，具有不同于其他驱动单元104的动力特性。在车辆行驶过程中面对的复杂工况，多元分布的驱动单元104可以以多种动态方式组合，输出不同的转矩，驱动对应的车轮行驶。这样的多元分布推进系统100可以保证每一个驱动单元104都可以输出高效的动力，满足车辆复杂工况下对动力的需求，同时保证每一个驱动单元104都尽可能的工作在高效率 区间。

进一步的，如图4所示，该系统还包括与所述车辆控制单元101相连接，用于平衡车辆行驶姿态的车身悬挂单元107。通过设置车身悬挂单元107可以平衡车辆的行驶姿态，包括多元分布推进系统100，避免多元分布推进系统100影响车辆行驶的平衡。

此外，所述驱动电机1041与所述传动装置1042之间还设置有减速器。驱动电机1041工作时的转速较高，不能直接传递至传动装置1042上，通过设置减速器可以将驱动电机1041较高的转速转换为满足传动装置1042要求的转速，以实现对传动装置1042的正常驱动。

更进一步的，该系统还包括用于检测油门踏板的位置和踩踏油门踏板的速度，生成油门踏板位置信号和油门踏板速度信号的油门踏板传感器108。所述车辆控制单元101根据所述油门踏板位置信号和油门踏板速度信号确定所述车辆的行驶工况。

油门踏板作为改变车辆行驶状态的重要部分，驾驶员通过控制踩踏油门踏板的快慢和油门踏板的当前位置，实现改变车辆行驶工况的目的。例如，驾驶员用较快的速度将油门踏板踩到一位置，表明驾驶员希望车辆在短时间内加速。或者驾驶员将油门踏板踩到一位置后固定，则表明驾驶员希望车辆以当前速度持续行驶。这些都是车辆行驶工况的具体形式，通过油门踏板可以了解到车辆的行驶工况，车辆控制单元101即可根据油门踏板位置信号和油门踏板速度信号生成相应的控制指令，以控制车辆满足当前的行驶工况要求。

所述汽车包括为所述驱动单元104提供电能的动力电池组。所述动力电池组与所述驱动单元104之间还设置有用于向多个所述驱动电机1041分配电能的高压控制盒。通过高压控制盒可以实现驱动电机1041 输出不同驱动转矩所需电能的分配管理，保证驱动电机1041的正常工作。

在本申请实施例中，还可以利用仿真设计工具评估多元分布系统的性能，根据车辆的具体参数，确定电池容量、推进系统的参数和整体系统的性能等。并可以根据车辆动力总成悬置系统六自由度力学模型，分析动力振动传递率和能量解耦的悬置系统优化。传统内燃机的效率只在30％左右，电动机在高效区的效率可以达到95％以上，传统单动力源集中电驱动系统的综合效率只有62％，多元分布推进系统100的综合效率可以达到80％，能效提高显著。

综上所述，利用本申请提供的多元分布推进系统100，将驱动单元104分布设置在车轮中或轮边，实现驱动单元104对车轮的单独驱动，提高每一个驱动单元104的工作效率，可以根据车辆的具体行驶工况，改变驱动单元104的输出。整体结构简单，并且通过设置动力辅助单元105，可以将车轮的动能储存并在需要时释放，一方面将能量回收，降低了能量损失，另一方面，可以在特殊工况下提供额外的动力输出，提升车辆整体动力性。相比传统集中驱动的车辆，无需额外的动力储备，减小动力系统的重量，降低整车制造成本。

以上所述仅为本发明的部件实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以 是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语。

Claims (10)

1.一种多元分布推进系统，其特征在于，应用于汽车，该系统包括：

用于确定所述汽车的行驶工况并生成相应控制指令的车辆控制单元；

用于根据所述控制指令输出相应的电功率信号的动力控制单元；

用于根据所述电功率信号输出相应的转矩信号的推进控制单元；

设置在所述汽车的驱动轮内部或轮边，根据所述转矩信号驱动所述驱动轮的驱动单元，所述驱动单元包括驱动电机和传动装置，所述驱动电机通过传动装置与所述驱动轮连接，所述驱动电机根据所述转矩信号输出相应转矩，驱动所述驱动轮旋转；

设置在所述驱动轮内部或轮边用于储存所述驱动轮转动的动能，并在接收到所述车辆控制单元的启动信号时，将所述动力辅助单元储存的动能传递到所述驱动轮中的动力辅助单元。

2.根据权利要求1所述的多元分布推进系统，其特征在于，所述动力辅助单元包括飞轮和调速电机，所述飞轮和调速电机分别与所述驱动轮相连接，所述驱动轮在转动时驱动所述飞轮旋转，所述动力辅助单元在接收到所述启动信号时，控制所述飞轮驱动所述调速电机旋转，并通过所述调速电机驱动所述驱动轮转动。

3.根据权利要求2所述的多元分布推进系统，其特征在于，所述飞轮、驱动电机、调速电机通过行星齿轮机构与所述驱动轮耦合，所述行星齿轮机构用于切换所述驱动电机、调速电机与所述驱动轮的驱动连接状态，及将所述飞轮的动能传递至所述调速电机。

4.根据权利要求2所述的多元分布推进系统，其特征在于，所述动力辅助单元包括飞轮容器，所述飞轮安装在所述飞轮容器中。

5.根据权利要求1所述的多元分布推进系统，其特征在于，所述动力辅助单元包括与所述驱动轮连接的超级电容，所述驱动轮旋转时为所述超级电容充电，所述超级电容在接收到所述启动信号时驱动所述驱动电机。

6.根据权利要求1所述的多元分布推进系统，其特征在于，还包括：

用于平衡所述汽车的车辆行驶动态的车身悬挂单元。

7.根据权利要求1所述的多元分布推进系统，其特征在于，所述驱动电机与所述传动装置之间还设置有减速器。

8.根据权利要求1所述的多元分布推进系统，其特征在于，还包括：

用于检测油门踏板的位置和踩踏油门踏板的速度，生成油门踏板位置信号和油门踏板速度信号的油门踏板传感器；

所述车辆控制单元根据所述油门踏板位置信号和油门踏板速度信号确定所述车辆的行驶工况。

9.根据权利要求1所述的多元分布推进系统，其特征在于，还包括：为所述驱动单元提供电能的动力电池组。

10.根据权利要求9所述的多元分布推进系统，所述动力电池组与所述驱动单元之间还设置有用于向多个所述驱动电机分配电能的高压控制盒。