CN106828194A - 一种纯电动汽车的辅机动力系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的纯电动汽车的辅机系统包括：驱动电机、整车控制器，以及分别与整车控制器连接的动力电池、电机控制器、动力分配机构、空气压缩系统、助力转向系统；动力电池依此连接电机控制器、驱动电机；驱动电机通过动力分配机构分别连接空气压缩系统、辅助转向系统、以及车桥。本发明减少了空气压缩系统和助力转向系统中两个动力源(即电机)以及相应的配电部件需求，采用单一动力源，实现可控性一拖三动力分配模式，大大节约了系统成本，降低了整车高压系统对低压系统的电磁干扰影响，结构简单，布置方便，节约了整车布置空间，减少了电能转化动力过程中的能量损失，大大提高了系统效率，系统部件少，增强了系统的容错率和可靠性。

Description

一种纯电动汽车的辅机动力系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及纯电动汽车领域，更具体地说，涉及一种纯电动汽车的辅机动力系统及其控制方法。

背景技术

随着全球能源和环境系统面临巨大的挑战，汽车作为石油消耗和二氧化碳排放的大户，需要进行革命性的变革。目前，全球新能源汽车发展已经形成了共识，从长期来看，纯电驱动将是新能源汽车的主要技术方向。

纯电动汽车一般采用电机直驱。相对于传统动力车辆来说，纯电动汽车没有发动机，进而没有发动机自带的辅机系统，辅机系统包括助力转向系统和空气压缩系统，因此，纯电动汽车需配备电动助力转向系统和电动空气压缩系统，以协助驾驶员进行转向驾驶、刹车制动和开关车门等操作。

目前的纯电动机车中，电动助力转向系统主要包括电动助力转向泵(交流电机和液压泵)和其控制变频器，将动力电池的电能转化为交流电机的动能，再将电动机产生的动力转化为助力转向油压力，以对转向系统施加辅助作用力；电动空气压缩系统主要包括电动空气压缩机(交流电机和空气压缩机)和其控制变频器，是将动力电池的电能转化为交流电机的动能，再将电动机产生的动力转化为压缩空气存储在储气罐中，以供刹车制动和开关门等使用。

现有的辅机系统存在多个缺点，包括气路、油路辅机均需配备交流电机和变频器，设备资源需求大，成本消耗高；设备冗余，整车安装布置空间需求大；动力源分散，对低压电气环境的电磁干扰大。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种纯电动汽车的辅机系统及其控制方法，欲实现节约系统成本，减少系统整车布置需求空间，降低电磁干扰的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种纯电动汽车的辅机系统，包括：驱动电机、整车控制器，以及分别与整车控制器连接的动力电池、电机控制器、动力分配机构、空气压缩系统、助力转向系统，

所述动力电池依此连接所述电机控制器、所述驱动电机；

所述驱动电机通过所述动力分配机构分别连接所述空气压缩系统、所述辅助转向系统、以及车桥。

优选的，所述动力分配机构具体包括：主动齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一电磁离合器、第二电磁离合器和第三电磁离合器；

所述驱动电机依此连接所述主动齿轮、所述第一电磁离合器、所述车桥的主减速器；

所述第一从动齿轮通过所述第二电磁离合器与所述空气压缩系统连接；

所述第二从动齿轮通过所述第三电磁离合器与所述助力转向系统连接；

所述整车控制器分别连接所述第一电磁离合器、所述第二电磁离合器和所述第三电磁离合器。

优选的，所述空气压缩系统具体包括：空气压缩机、第一单向阀、储气罐和气压传感器；

所述空气压缩机通过所述第一单向阀连接所述储气罐，所述空气压缩机通过所述第二电磁离合器与所述第一从动齿轮连接；

所述气压传感器与所述整车控制器连接，所述气压传感器用于监测所述储气罐存储内的气压，并将监测的数据发送至所述整车控制器。

优选的，所述助力转向系统包括：转向油泵、第二单向阀、转向油存储装置、电磁阀、液压油缸和压力传感器；

所述转向油泵通过所述第二单向阀连接所述转向油存储装置、所述转向油存储装置通过所述电磁阀连接转向机构，所述转向机构通过所述液压油缸连接所述转向油泵；

所述压力传感器与所述整车控制器连接，所述压力传感器用于监测所述转向油存储装置内的油压，并将监测的数据发送至所述整车控制器。

一种控制方法，应用于上述纯电动汽车的辅机系统的所述整车控制器，所述方法，包括：

接收所述空气压缩系统和所述助力转向系统的状态信息，以及所述纯电动汽车的行驶状态信息；

根据所述状态信息和所述行驶状态信息，对所述动力电池、所述电机控制器和所述动力分配机构进行控制，将所述驱动电机输出的驱动力分配给所述空气压缩系统、所述助力转向系统和车桥。

优选的，根据所述状态信息和所述行驶状态信息，对所述动力电池、所述电机控制器和所述动力分配机构进行控制，具体包括：

若所述纯电动汽车处于行驶前准备过程、以及所述空气压缩系统和/或所述助力转向系统处于待驱动状态，则输出所述动力电池和所述电机控制器的工作指令，并通过控制所述动力分配机构将所述驱动电机的驱动力分配给处于待驱动状态的系统。

优选的，根据所述状态信息和所述行驶状态信息，对所述动力电池、所述电机控制器和所述动力分配机构进行控制，具体包括：

若所述纯电动汽车处于行驶过程、以及所述空气压缩系统和/或所述助力转向系统处于待驱动状态，则通过控制所述动力分配机构将所述驱动电机的驱动力分配给车桥的主减速器，以及处于待驱动状态的系统。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的一种纯电动汽车的辅机系统及其控制方法，系统包括：驱动电机、整车控制器，以及分别与整车控制器连接的动力电池、电机控制器、动力分配机构、空气压缩系统、助力转向系统；动力电池依此连接电机控制器、驱动电机；驱动电机通过动力分配机构分别连接空气压缩系统、辅助转向系统、以及车桥。本发明减少了空气压缩系统和助力转向系统中两个动力源(即电机)以及相应的配电部件需求，采用单一动力源，实现可控性一拖三动力分配模式，大大节约了系统成本，降低了整车高压系统对低压系统的电磁干扰影响，结构简单，布置方便，节约了整车布置空间，减少了电能转化动力过程中的能量损失，大大提高了系统效率，系统部件少，增强了系统的容错率和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种纯电动汽车的辅机系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种纯电动汽车的辅机系统的具体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种纯电动汽车的辅机系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本实施例提供一种纯电动汽车的辅机系统，请参见图1，该系统包括：驱动电机1、整车控制器2，以及分别与整车控制器2连接的动力电池3、电机控制器4、动力分配机构5、空气压缩系统6、助力转向系统7，

所述动力电池3依此连接所述电机控制器4、所述驱动电机1。为整车提供动力。

所述驱动电机1通过所述动力分配机构5分别连接所述空气压缩系统6、所述辅助转向系统7、以及车桥8。动力分配机构5将驱动电机1输出的驱动力选择性的分配给空气压缩系统6、辅助转向系统7以及车桥8，以保证整车正常行驶。空气压缩系统6主要保证整车制动系统的正常工作以及为车门开关等耗气部件提供助力。助力转向系统7主要保证整车转向机构的正常工作。

实施例提供的纯电动汽车的辅机系统，减少了空气压缩系统和助力转向系统中两个动力源(即电机)以及相应的配电部件需求，采用单一动力源，实现可控性一拖三动力分配模式，大大节约了系统成本，降低了整车高压系统对低压系统的电磁干扰影响，结构简单，布置方便，节约了整车布置空间，减少了电能转化动力过程中的能量损失，大大提高了系统效率，系统部件少，增强了系统的容错率和可靠性。

请参见图2，动力分配机构5具体的可以包括：主动齿轮51、第一从动齿轮52、第二从动齿轮53、第一电磁离合器54、第二电磁离合器55和第三电磁离合器56；所述空气压缩系统6具体的可以包括：空气压缩机61、第一单向阀62、储气罐63和气压传感器64；所述助力转向系统7包括：转向油泵71、第二单向阀72、转向油存储装置73、电磁阀74、液压油缸75和压力传感器76；

所述驱动电机1依此连接所述主动齿轮51、所述第一电磁离合器53、所述车桥8的主减速器(未示出)；

所述第一从动齿轮52通过所述第二电磁离合器55与所述空气压缩系统连接；

所述第二从动齿轮53通过所述第三电磁离合器56与所述助力转向系统7中的转向油泵71连接；

所述整车控制器2分别连接所述第一电磁离合器54、所述第二电磁离合器55和所述第三电磁离合器56。

所述空气压缩机61通过所述第一单向阀62连接所述储气罐63，所述空气压缩机61通过所述第二电磁离合器55与所述第一从动齿轮52连接；

所述气压传感器64与所述整车控制器2连接，所述气压传感器64用于监测所述储气罐63存储内的气压，并将监测的数据发送至所述整车控制器2。

所述转向油泵71通过所述第二单向阀72连接所述转向油存储装置73、所述转向油存储装置73通过所述电磁阀74连接转向机构，所述转向机构通过所述液压油缸75连接所述转向油泵71；

所述压力传感器76与所述整车控制器2连接，所述压力传感器76用于监测所述转向油存储装置73内的油压，并将监测的数据发送至所述整车控制器2。

储气罐63和转向油存储装置73的选型说明：储气罐63和转向油存储装置73的匹配选型需根据车辆运行道路工况来设定，若该车辆多运行在城市工况下，需选取较大容量的储气罐63和转向油存储装置73，若该车辆多运行在城郊工况下，可选取较小容量的储气罐63和转向油存储装置73。

整车控制器2通过CAN线与动力电池3、电机控制器4相互通信，同时接收气压传感器64、压力传感器76的硬线电压信号，通过整车控制器2内部逻辑处理，输出第一电磁离合器54、第二电磁离合器55、第三电磁离合器56的闭合状态命令，输出电磁阀74的通断状态命令，同时输出动力电池3以及电机控制器4的工作状态指令。

空气压缩系统6的工作原理：当储气罐63中气压低于最低需求气压设定值时，第二电磁离合器55结合，驱动电机1通过第一从动齿轮52、第二电磁离合器55将驱动力分配给空气压缩机61，空气压缩机61工作，经过第一单向阀62向储气罐63内打气，当储气罐63中气压高于最高需求气压设定值时，第二电磁离合器55分离，空气压缩机61停止工作，当制动系统或车门开关系统需要用气时，从储气罐63向外取气。

助力转向系统7工作原理：当转向油储能装置73中油压低于最低需求油压设定值时，第三电磁离合器56闭合，驱动电机1通过第二从动齿轮53、第三电磁离合器56将驱动力分配给转向油泵71，转向油泵71工作，经过第二单向阀72向转向油存储装置73内泵油，当转向油存储装置73中油压高于最高需求油压设定值时，第三电磁离合器56分离，转向油泵71停止工作。当驾驶员有转向操作时，整车控制器2控制电磁阀74通路，转向油储能装置73为转向机构提供助力，液压油回流到液压油缸75，当驾驶员无转向操作，整车控制器2控制电磁阀74断路。

本实施例还提供一种上述纯电动汽车的辅机系统的控制方法，该方法应用于上述纯电动汽车的辅机系统的整车控制器，请参见图3，该方法包括：

步骤S11：接收所述空气压缩系统6和所述助力转向系统7的状态信息，以及所述纯电动汽车的行驶状态信息；

步骤S12：根据所述状态信息和所述行驶状态信息，对所述动力电池3、所述电机控制器4和所述动力分配机构5进行控制，将所述驱动电机1输出的驱动力分配给所述空气压缩系统6、所述助力转向系统7和车桥8。

空气压缩系统6和助力转向系统7的状态包括待驱动状态、驱动完成状态。纯电动汽车的行驶状态包括行驶前准备过程和行驶过程。

若所述纯电动汽车处于行驶前准备过程、以及所述空气压缩系统6和/或所述助力转向系统7处于待驱动状态，则输出所述动力电池3和所述电机控制器4的工作指令，并通过控制所述动力分配机构5将所述驱动电机1的驱动力分配给处于待驱动状态的系统。

辅机系统具体的包括图2所示部件时，控制过程为：

若整车控制器2判断纯电动汽车处于行驶前准备过程、储气罐63内气压低于最低需求气压设定值，转向油存储装置73内油压高于最低需求油压设定值时，控制第一电磁离合器54分离、第三电磁离合器56分离，第二电磁离合器55结合，驱动电机1通过主动齿轮51、第一从动齿轮52、第二电磁离合器55将驱动力传递给空气压缩机61；当检测气压高于最高需求气压设定值时，控制第二电磁离合器55分离，驱动电机1停止工作，第一电磁离合器54结合，整车处于准备行驶状态。

若整车控制器2判断纯电动汽车处于行驶前准备过程、转向油存储装置73内油压低于最低需求油压设定值，储气罐63内气压高于最低需求气压设定值时，控制第一电磁离合器54分离、第二电磁离合器55分离，第三电磁离合器56结合，驱动电机1通过主动齿轮51、第二从动齿轮53、第三电磁离合器56将驱动力传递给转向油泵71；当检测油压高于最高需求油压设定值时，控制第三电磁离合器56分离，驱动电机1停止工作，第一电磁离合器54结合，整车处于准备行驶状态。

若整车控制器2判断纯电动汽车处于行驶前准备过程、转向油存储装置73内油压低于最低需求油压设定值、储气罐63内气压低于最低需求气压设定值时，控制第一电磁离合器54分离、第二电磁离合器55结合、第三电磁离合器56结合，驱动电机1通过主动齿轮51、第二从动齿轮53、第三电磁离合器56将驱动力传递给转向油泵71；同时通过主动齿轮51、第一从动齿轮52、第二电磁离合器55将驱动力传递给空气压缩机61，当检测油压高于最高需求油压设定值时，控制第三电磁离合器56分离，当检测气压高于最高需求气压设定值时，控制第二电磁离合器55分离，此后驱动电机1停止工作(即两个系统均不需要驱动时，驱动电机1停止工作)，第一电磁离合器54结合，整车处于准备行驶状态。

若所述纯电动汽车处于行驶过程、以及所述空气压缩系统6和/或所述助力转向系统7处于待驱动状态，则通过控制所述动力分配机构5将所述驱动电机1的驱动力分配给车桥8的主减速器，以及处于待驱动状态的系统。

辅机系统具体的包括图2所示部件时，控制过程为：

若整车控制器2判断纯电动汽车处于行驶过程(包括前进挡行驶过程和倒车档行驶过程)，控制驱动电机1按照驾驶员操作需求正常工作，第一电磁离合器54持续结合，驱动电机1通过第一电磁离合器54将驱动力传递给车桥8的主减速器；

在电动汽车处于行驶过程中，若整车控制器2检测到储气罐63内气压低于最低需求气压设定值，转向油存储装置73内油压高于最低需求油压设定值时，控制第三电磁离合器56分离，第二电磁离合器55结合，驱动电机1通过主动齿轮、第一从动齿轮1、第二电磁离合器55将一部分驱动力分配给空气压缩机61，当检测气压高于最高需求气压设定值时，控制第二电磁离合器55分离；

在电动汽车处于行驶过程中，若整车控制器2检测到转向油存储装置73内油压低于最低需求油压设定值，储气罐63内气压高于最低需求气压设定值时，控制第二电磁离合器55分离，第三电磁离合器56结合，驱动电机1通过主动齿轮51、第二从动齿轮53、第三电磁离合器56将一部分驱动力分配给转向油泵71，当检测油压高于最高需求油压设定值时，控制第三电磁离合器56分离；

在电动汽车处于行驶过程中，若整车控制器2检测到储气罐63内气压低于最低需求气压设定值，同时，转向油存储装置73内油压低于最低需求油压设定值时，控制第二电磁离合器55结合，第三电磁离合器56结合，驱动电机1通过主动齿轮51、第一从动齿轮52、第二电磁离合器55将一部分驱动力分配给空气压缩机51，通过主动齿轮51、第二从动齿轮53、第三电磁离合器56将一部分驱动力分配给转向油泵71，当检测气压高于最高需求气压设定值时，控制第二电磁离合器55分离，当检测油压高于最高需求油压设定值时，控制第三电磁离合器56分离。

本方案减少了空气压缩系统和助力转向系统中两个动力源以及相应的配电部件需求，采用单一动力源实现可控性一拖三动力分配模式，具体有以下优点：

1、采用辅机集成式设计，空气压缩系统和助力转向系统无需额外的电动机提供动力，降低了电源分配模块的复杂性，减少了高压线束的数量，大大节约了系统成本；

2、减少了高压电力系统部件和线束的数量，大大降低了整车高压系统对低压系统的电磁干扰影响；

3、采用单一动力源和机械式动力分配机构，减少了电能转化动力过程中的能量损失，大大提高了系统效率；

4、减少了空气压缩系统和助力转向系统两个动力源以及相应的配电部件，降低了系统故障的发生率，大大提高了系统的容错率和可靠性；

5、减少了空气压缩系统和助力转向系统两个动力源以及相应的配电部件，简化了系统的维修保养方式。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种纯电动汽车的辅机系统，其特征在于，包括：驱动电机、整车控制器，以及分别与整车控制器连接的动力电池、电机控制器、动力分配机构、空气压缩系统、助力转向系统，

所述动力电池依此连接所述电机控制器、所述驱动电机；

所述驱动电机通过所述动力分配机构分别连接所述空气压缩系统、所述辅助转向系统、以及车桥。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动力分配机构具体包括：主动齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮、第一电磁离合器、第二电磁离合器和第三电磁离合器；

所述驱动电机依此连接所述主动齿轮、所述第一电磁离合器、所述车桥的主减速器；

所述第一从动齿轮通过所述第二电磁离合器与所述空气压缩系统连接；

所述第二从动齿轮通过所述第三电磁离合器与所述助力转向系统连接；

所述整车控制器分别连接所述第一电磁离合器、所述第二电磁离合器和所述第三电磁离合器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述空气压缩系统具体包括：空气压缩机、第一单向阀、储气罐和气压传感器；

所述空气压缩机通过所述第一单向阀连接所述储气罐，所述空气压缩机通过所述第二电磁离合器与所述第一从动齿轮连接；

所述气压传感器与所述整车控制器连接，所述气压传感器用于监测所述储气罐存储内的气压，并将监测的数据发送至所述整车控制器。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述助力转向系统包括：转向油泵、第二单向阀、转向油存储装置、电磁阀、液压油缸和压力传感器；

所述转向油泵通过所述第二单向阀连接所述转向油存储装置、所述转向油存储装置通过所述电磁阀连接转向机构，所述转向机构通过所述液压油缸连接所述转向油泵；

所述压力传感器与所述整车控制器连接，所述压力传感器用于监测所述转向油存储装置内的油压，并将监测的数据发送至所述整车控制器。

5.一种控制方法，其特征在于，应用于权利要求1～4任意一项所述的纯电动汽车的辅机系统的所述整车控制器，所述方法，包括：

接收所述空气压缩系统和所述助力转向系统的状态信息，以及所述纯电动汽车的行驶状态信息；

根据所述状态信息和所述行驶状态信息，对所述动力电池、所述电机控制器和所述动力分配机构进行控制，将所述驱动电机输出的驱动力分配给所述空气压缩系统、所述助力转向系统和车桥。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述状态信息和所述行驶状态信息，对所述动力电池、所述电机控制器和所述动力分配机构进行控制，具体包括：

若所述纯电动汽车处于行驶前准备过程、以及所述空气压缩系统和/或所述助力转向系统处于待驱动状态，则输出所述动力电池和所述电机控制器的工作指令，并通过控制所述动力分配机构将所述驱动电机的驱动力分配给处于待驱动状态的系统。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述状态信息和所述行驶状态信息，对所述动力电池、所述电机控制器和所述动力分配机构进行控制，具体包括：

若所述纯电动汽车处于行驶过程、以及所述空气压缩系统和/或所述助力转向系统处于待驱动状态，则通过控制所述动力分配机构将所述驱动电机的驱动力分配给车桥的主减速器，以及处于待驱动状态的系统。