CN107054036A - 一种纯电动汽车驱动装置及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纯电动汽车驱动装置及驱动方法，该驱动装置由主电动机、行星轮系机构、辅助电动机、车辆主控制器及二级控制器组成；行星轮系机构对称地连接于主电动机两侧，所述行星轮系机构的行星轮系齿圈与主电动机的输出轴同轴连接；辅助电动机的动力输出端分别与两组行星轮系机构的太阳轮传动连接，主电动机和辅助电动机均安装有电机制动机构；电动机、电机制动机构和控制器均分别连接至总线；所述驱动方法包括主动差速过程、再生制动过程、变速过程和失效保护过程。本发明实现对左右两侧车轮速度的独立可控；有效改善了起步加速过程“低速重载”的工况，且提高了最高车速；提高了车辆的机动性能，有效节约能源。

Description

一种纯电动汽车驱动装置及驱动方法

技术领域

本发明属于电动汽车驱动技术领域，尤其适用于由车载电脑控制驱动系统的纯电动汽车，具体涉及一种纯电动汽车驱动装置及驱动方法。

背景技术

以化石燃料为主要燃料的传统汽车已经非常普及，给人们的生产生活带来了极大的便利。但是，伴随着大量化石燃料的燃烧，传统汽车依然存在诸多弊端，如空气污染，温室气体排放等问题。为了解决化石燃料汽车对环境的危害，电动汽车应运而生。电动汽车在保证动力性的前提下具有零排放、效率高等优点，大范围推广电动汽车是解决因化石燃料汽车造成的环境问题极佳的解决方案。

纯电动汽车以电动机作为唯一动力源。由于电动机通过线控的方式实现转速控制、并且转速大范围可控，另外相较于内燃机，电动机能以极低的转速运转并提供足够转矩。基于这些特点，电动汽车可省去大部分变速与传动机构。在后驱纯电动汽车上，可将电动机直接置于后桥以提供动力，并通过信号线与车辆主控制器ECU进行连接。目前电动汽车驱动技术大多将电动机置于驱动桥中上部，通过简单的减速机构，将动力传输到传统的差速机构。

而传统的差速机构在两侧车轮附着系数不同的情况下，低附着系数一侧车轮很容易因打滑而失去驱动能力。虽然出现了各种形式的自锁差速器，但是车辆转向过程中，所有的差速器都使弯道内侧车轮减速，外侧车轮加速，以此达到转向过程中两侧车轮均为纯滚动的目的。

电动汽车相较于内燃机汽车，在启动过程中(低转速下)加速能力优于内燃机汽车，但是输出同等扭矩的情况下电动机的最高转速一般低于内燃机。由于这种原因，目前电动汽车在加速性能上优于内燃机汽车，而最高车速往往比内燃机汽车要低。目前电动汽车领域的变速机构主要分为两种：一种是传统的“变速器+离合器”方式，另一种是电动机直接连接主减速器机构。前者一定程度上解决了最高车速低的问题，但是机械结构复杂；后者大大简化了机械结构，虽然最高车速有所牺牲，但是基于城市路况已经满足驾驶者对车速的要求。所以现在很多电动车采用电动机直接连接主减速器的机构。但是采用电动机直接连接主减速器的方式会造成启动过程中电动机低速高负载的工况，这种工况下会产生大量热量，不但降低效率，还对电动机有伤害。

目前电动汽车大多采用单电动机的驱动方式，一旦电机失效，整个车辆将陷入瘫痪。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种纯电动汽车驱动装置及驱动方法， 以实现对左右两侧车轮速度的独立可控，主动控制差速过程。结合说明书附图，本发名的技术方案如下：

一种纯电动汽车驱动装置，其中，该驱动装置由一台主电动机、两组行星轮系机构、两台辅助电动机、一个车辆主控制器以及两个二级控制器组成；

两组行星轮系机构对称地连接于主电动机转子两端，其中一端：所述行星轮系机构的行星轮系齿圈与主电动机的一端输出轴同轴连接；同样地，电动机另一端：所述行星轮系机构的行星轮系齿圈与主电动机的另一端输出轴同轴连接。

两台辅助电动机的动力输出端分别与两组行星轮系机构的太阳轮传动连接，且在两台辅助电动机的动力输出端均安装有电机制动机构；

在主电动机的一侧还安装有电机制动机构；

所有电动机、电机制动机构和控制器均分别连接至总线，车辆主控制器通过总线与主电动机双向信号连接，两个二级控制器通过总线分别与两台辅助电动机双向信号连接，控制器通过总线分别与对应的电机制动机构单向控制连接；

一种纯电动汽车驱动装置，其中，所述行星轮系机构由行星轮系齿圈、行星轮、行星轮支架、太阳轮和半轴组成；所述行星轮系齿圈与主电动机的输出轴同轴连接，三个所述行星轮啮合于行星轮齿圈内，并通过行星轮支架与半轴连接，太阳轮一端啮合于三个行星轮之间，太阳轮另一端与左侧辅助电动机的输出轴传动连接；

所述主电动机一侧安装的电机制动机构为齿圈锁死机构，齿圈锁死机构与该侧的行星轮系齿圈相匹配。

进一步地，所述主电动机和两台辅助电动机皆为同步电动机。

一种纯电动汽车驱动装置，其中，所述车辆主控制器通过总线与整车信息采集系统信号连接，并接收整车信息采集系统传输的整车信号；

所述整车信息采集系统包括采集驾驶员驾驶意图的驾驶员操作意图采集单元、采集整车运行状态的整车运行状态采集单元，以及采集车辆行驶路况信息的路面信息采集单元；

整车运行状态采集单元所采集电动机运转信息包括电动机转速以及电动机正常运转诊断信息；

所述车辆主控制器根据所接收到的整车信号，对各级电动机和电机制动机构进行协调控制，实现主动差速、再生制动、变速和失效保护功能。

一种纯电动汽车驱动装置的驱动方法，所述驱动方法包括主动差速过程、再生制动过程、变速过程和失效保护过程；

所述主动差速过程为：车辆主控制器通过接收驾驶员驾驶意图信息、整车运行状态信息和路面信息，对主电动机和左、右两个对称设置的辅助电动机进行协调控制，主电动机连接行星轮系齿圈，半轴连接行星轮系的行星轮支架，辅助电动机连接行星轮系的太阳轮，由于行星支架的转速取决于齿圈转速和太阳轮转速，在主电动机的转速固定的情况下，改变辅助 电动机转速就可改变对应一侧半轴的转速，进而实现使两侧车轮以不同的转速运转，且两侧的车轮转速控制相对独立；

所述再生制动过程为：

当驾驶员踩下制动踏板时，车辆主控制器180根据制动踏板位移以及制动踏板位移的变化速度计算出驾驶员驾驶意图信号；车辆主控制器180根据驱动轴所需的总制动力控制主电动机120产生一个反向的力矩；车辆主控制器180根据当前车速、车辆偏摆角速度计算出驱动轴两侧车轮分别需要的制动力大小，并将制动力信息通过总线160传递给左、右两个二级控制器和主电动机，主电动机以及两个辅助电动机所需的制动力需求由主控制器计算得到，控制器根据制动力需求产生相应的控制电流，其中主电动机所需的控制电流由主控制器提供，辅助电动机的控制电流由各自二级控制器提供，左、右两个二级控制器根据接收到的所需制动力信号计算并分别控制与之对应的辅助电动机产生反向力矩，实现再生制动；

所述变速过程为：

由于行星支架的转速取决于齿圈转速和太阳轮转速，与行星支架相连的半轴的转速则取决于主电动机的转速和相应一侧辅助电动机的转速，当主电动机和两侧的辅助电动机之间的转速保持确定的比例关系时，该行星轮系就相当于一个变速器，实现变速过程；

所述失效保护过程为：

所述失效包括主电动机失效或单侧的辅助电动机失效，当主电动机失效时，车辆主控制器启动主电动机的电机制动机构，此时，左右两侧车轮的动力由两个辅助电动机提供，实现主电动机失效保护；

当一侧辅助电动机失效时，失效侧辅助电动机制动机构在车辆主控制器的控制下锁死该侧辅助电动机，此时，主电动机正常运转，另一侧未失效辅助电动机进行差速调节，从而实现单侧的辅助电动机失效保护。

一种纯电动汽车驱动装置的驱动方法，其中，所述主动差速过程分为两种：一种为非转弯情况下由于路面不平或轮胎半径不同造成的差速；另一种为转弯情况下由于内外侧车轮转速不同造成的差速；

所述非转弯情况下的差速过程为：车辆主控制器根据左、右两个车轮的轮速传感器反馈的数据以及当前车速计算出左、右两边车轮的滑动率；车辆主控制器将计算得到车轮滑动率分别发送给左、右两侧对应的二级控制器；所述二级控制器根据驾驶员驾驶意图、主电动机转速和左、右两侧车轮滑动率分别计算出左、右两个辅助电动机的转速，并控制左、右两个辅助电动机运转，实现非转弯情况下的差速控制；

所述转弯情况下的差速：驾驶员转动转向盘，车辆主控制器接收转向盘转角信息，并产生驾驶员转向意图信号，且只有处于转弯外侧对应的二级控制器接收驾驶员转向意图信号，转弯外侧对应的二级控制器根据当前车速以及转向意图信号计算出相应一侧的辅助电动机的转速，并将该侧辅助电动机进行加速，使外侧转向车轮加速，从而实现在转往过程中内侧 车轮不减速的快速过弯，并且通过主动控制内、外侧转向车轮的转速，进而减小转弯半径。

一种纯电动汽车驱动装置的驱动方法，其中，在所述失效保护过程中，当主电动机失效时，车辆主控制器检测到主电动机失效信号；车辆主控制器通过总线控制主电动机制动机构，将主电动机锁死；车辆主控制器和左、右两侧的二级控制器同时进入主电动机失效模式；车辆主控制器接收到驾驶员的驾驶意图信号，并计算出左、右车轮所需的转速；车辆主控制器将左、右车轮所需的转速通过总线分别传输给左、右两侧的二级控制器；左、右两侧的二级控制器在主电动机失效模式下计算辅助电动机转速时，默认行星轮系齿圈的转速为零，此时左、右两侧车轮的动力完全由两个辅助电动机提供，实现主电动机失效保护；

在所述失效保护过程中，当单侧的辅助电动机失效时，车辆主控制器检测到一侧的辅助电动机失效信号，失效侧辅助电动机制动机构在车辆主控制器的控制下锁死失效侧辅助电动机；车辆主控制器和左、右两侧的二级控制器同时进入辅助电动机失效模式；该模式下车辆主控制器计算主电动机转速；未失效侧的二级控制器根据主电动机转速，计算未失效侧辅助电动机的转速，此时失效侧车轮动力完全由主电动机提供，未失效侧车轮的动力由主电动机和未失效侧辅助电动机同时提供，从而实现单侧的辅助电动机失效保护。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述纯电动汽车驱动装置实现了左右两侧车轮速度独立可控，差速过程可主动控制；

2、在一侧车轮附着条件非常差的情况下(如冰面、泥潭)，本发明所述纯电动汽车驱动装置还能实现另一侧车轮提供足够的驱动力，进而改善车辆的通过性；

3、由于本发明所述纯电动汽车驱动装置实现了左右两侧车轮独立可控，所以，在不改变前后轴距的情况下，通过控制左右两侧车轮的转速，可以有效减小转弯半径，提高机动性；

4、通过本发明所述纯电动汽车驱动装置，在过弯的时，可在内侧车轮不减速的情况下，加速外侧车轮，实现快速过弯；

5、通过本发明所述纯电动汽车驱动装置，再生制动时，可重新分配左右两侧车轮的制动力，与ESP结合保证制动的方向稳定性；

6、电动机在低速重载的情况下发热量大，效率急剧下降，本发明所述纯电动汽车驱动装置中设有两个辅助电动机，所以，主电动机的尺寸、功率可以相应取得小一些，低速时行星轮系可以起到减速器的作用，实现减速增扭，保证电动机始终工作在最佳效率区；此外，启动时，本发明所述纯电动汽车驱动装置中的行星轮系增大传动比，在扭矩不变的情况下减少了发热和电动机的损耗；而当高速行驶时，行星轮系减小传动比，提升了最高车速。

7、本发明所述纯电动汽车驱动装置中设有两个辅助电动机，所述两个辅助电动机在爬坡和加速过程中可以提供额外的扭矩支持；

8、本发明所述纯电动汽车驱动装置中设有两个辅助电动机，在轻载、良好路面的情况下，可以只启动辅助电动机进行驱动，实现节约能源；

9、本发明所述纯电动汽车驱动装置中，在任意一个电动机失效的情况下，车辆依然可以依靠其他两个电动机继续运转，提供了失效保护功能；

10、本发明所述纯电动汽车驱动装置中，在不减小底盘最小离地间隙的情况下，车内留有更大的空间，提高使用舒适性；

11、本发明所述纯电动汽车驱动装置中，由于驱动结构左右对称分布，辅助电动机位置也可通过调整齿轮参数的方式灵活控制，使质量分配更佳合理。

附图说明

图1为本发明所述纯电动汽车驱动装置的结构示意图；

图2为本发明所述纯电动汽车驱动装置中，行星轮系机构的结构示意图；

图3为本发明所述纯电动汽车驱动装置中，行星轮系机构内的齿轮啮合关系示意图；

图4为本发明所述纯电动汽车驱动装置中，行星轮系机构内的受力分析简图。

图中：

110-行星轮系机构， 111-太阳轮， 112-齿圈，

113-行星轮， 114-行星轮支架， 115-半轴；

120-主电动机； 130-齿圈锁死机构；

141-左侧辅助电动机制动机构； 142-右侧辅助电动机制动机构；

151-左侧辅助电动机； 152-右侧辅助电动机；

160-总线； 171-左侧二级控制器， 172-右侧二级控制器；

180-车辆主控制器。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的技术方案，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

如图1所示，本发明公开了一种纯电动汽车驱动装置，所述驱动装置由一台主电动机120提供主要动力，并通过两组行星轮系机构110与两组辅助电动机的协调控制实现驱动，两组辅助电动机分别为：左侧辅助电动机151和右侧辅助电动机152；两组行星轮系机构110对称地连接于主电动机120两端输出轴处；与之相对应地，所述驱动装置还包含一个车辆主控制器180和两个二级控制器，两个二级控制器分别为：左侧二级控制器171和右侧二级控制器172，以接收、处理并发送与之对应的电动机的运转及控制信号，即车辆主控制器180控制主电动机120的转速，左侧二级控制器171控制左侧辅助电动机151，右侧二级控制器172控制右侧辅助电动机152。

所述主电动机120、左侧辅助电动机151和右侧辅助电动机152皆为同步电动机，兼具发电机的功能。

关于传动部分，以其中一端的行星轮系机构为例，如图2和图3所示，所述行星轮系机 构110由行星轮系齿圈112、行星轮113、行星轮支架114、太阳轮111和半轴115组成。其中，所述行星轮系齿圈112与主电动机120的输出轴同轴连接，有三个行星轮113啮合于行星轮齿圈112内，并通过行星轮支架114与半轴115连接，太阳轮111一端啮合于三个行星轮113之间，太阳轮111另一端与左侧辅助电动机151的动力输出端传动连接；

关于控制部分，所述车辆主控制器180、左侧二级控制器171和右侧二级控制器172均分别连接至总线160；主电动机120、左侧辅助电动机151和右侧辅助电动机152均分别连接至总线160；

所述左侧辅助电动机151的动力输出端安装有左侧辅助电动机制动机构141，右侧辅助电动机152的动力输出端安装有右侧辅助电动机制动机构142；左侧辅助电动机制动机构141和右侧辅助电动机制动机构142均分别连接至总线160；

所述主电动机120的一侧还安装一个点击制动机构，该电机制动机构为齿圈锁死机构130，所述齿圈锁死机构130与同侧的行星轮系齿圈相配合，工作时，通过将行星轮系齿圈锁死，从而达到电机制动功能。所述齿圈锁死机构130为一个类似卡钳的结构，触发工作后会卡紧行星轮系齿圈，阻止行星轮系齿圈转动，又由于行星轮系齿圈与主电动机的动力输出端相连接，齿圈锁死机构130进而实现对主电动机的制动。

所述车辆主控制器180能够从总线160接收整车信息采集系统采集的相应信号信息，所述整车信息采集系统包括采集驾驶员驾驶意图的驾驶员操作意图采集单元、采集整车运行状态的整车运行状态采集单元，以及采集车辆行驶路况信息的路面信息采集单元；整车运行状态采集单元所采集电动机运转信息包括电动机转速以及电动机正常运转诊断信息；

左侧二级控制器171接收左侧辅助电动机151的运转信息以及主车辆控制器180的控制指令；右侧二级控制器172接收右侧辅助电动机152的运转信息以及车辆主控制器180的控制指令；

车辆主控制器180根据所接收到的信息，对主电动机120、左侧二级控制器171和右侧二级控制器172进行协调控制，实现主动差速、再生制动、变速、失效保护等功能。

本发明的设计原理如下：

本发明所述纯电动汽车驱动装置，通过两组行星齿轮系机构同时替代了减速器与差速器，通过两个辅助电动机的协调控制，实现左右两驱动轮速度的解耦与可控。

取行星轮系齿圈转速为ωr、行星轮支架转速为ωh、太阳轮转速为ωs。

我们假定行星轮支架固定，则整个行星轮系的转速为-ωh；

此时行星轮支架的转速为：

这相当于行星轮支架固定不动，行星轮系中各部件的相对运动关系保持不变；

取顺时针方向为正，得到：

其中：

—为行星支架固定，太阳轮主动，齿圈从动的传动比；

Zr—为齿圈齿数；

Zs—为太阳轮齿数；

—行星支架固定，齿圈的转速；

—行星支架固定，太阳轮的转速；

由公式(1)得到：

ωs-(1+a)ωh+aωr＝0 (2)

其中：

a—为齿圈与太阳轮的齿数比。

行星轮系机构110在工作过程中，如图4所示，施加在行星轮齿圈112上的力为Fr、施加在行星轮支架114的力为Fh、施加在太阳轮的力为Fs；取齿圈半径Rr、行星轮支架半径Rh、太阳轮半径Rs；那么施加在齿圈、太阳轮、行星轮支架的力矩分别为：

Mr＝Fr·Rr (3)

Ms＝Fs·Rs (4)

Mh＝Fh·Rh (5)

其中：

Mr—为齿圈所受力矩；

Ms—为太阳轮所受力矩；

Mh—为行星轮支架所受力矩。

根据：

Rr＝a·Rs、Rh＝0.5(Rs+Rr)

得到：

由行星齿轮的力矩平衡条件(匀速转动)

得到：

Fs＝Fr (7)

Fh＝-2Fs (8)

由公式(3)、(4)、(5)、(7)、(8)得到：

Ms＝Fs·Rs (9)

Mr＝aFs·Rs (10)

Mh＝-(1+a)Fs·Rs (11)

由公式(2)及公式(9)、(10)、(11)我们可以清晰地得到行星轮系中齿圈112、太阳轮111、行星轮支架114的转速与力矩关系，依据这些关系，就可以实现对驱动装置进行控制。

在车辆行驶的过程中，驾驶员踩加速踏板，加速踏板的位移传感器将加速踏板位移信号传输给车辆主控制器180，车辆主控制器180根据加速踏板的位移以及加速踏板位移的变化速度产生一个驾驶员车速需求信号，车辆主控制器180据此计算一个主电动机转速并控制主电动机120以该转速运转；

结合上述纯电动汽车驱动装置的结构，本发明还提供了所述纯电动汽车驱动装置的驱动方法，该方法能够实现包括主动差速过程、再生制动过程、变速过程以及失效保护过程等多种功能过程。分别具体阐述如下：

一、主动差速过程

不同于传统差速器在转向和不平路面上行驶时差速器被动的调整左右车轮的速度，本发明车辆主控制器通过接收到的驾驶员意图、整车运转信息、路面信息等信息对主电动机120以及左侧辅助电动机151和右侧辅助电动机152进行协调控制，实现可控的主动差速过程。本发明中，主电动机120连接行星轮系的齿圈112，半轴115连接行星轮系的行星轮支架114，辅助电动机151连接行星轮系的太阳轮111。位于主动电机120两侧的行星轮系机构完全对称。根据现有技术，行星齿轮系中，行星支架的转速取决于两个因素：齿圈转速和太阳轮转速。由此可知，在主电动机120的转速一定的情况下，改变左侧辅助电动机151和右侧辅助电动机152的转速就可改变对应一侧半轴的转速，通过左右两边的辅助电动机的协调控制，就可以实现使左右两侧车轮以不同的转速运转。并且，左右两侧的车轮转速独立可控。

所述主电动机转速与加速踏板的位移以及踏板位移的变化速度存在一定的函数关系，即通过PD控制，比例和微分控制。每一段踏板位移区间对应一个主电动机转速范围。当踏板位移的变化速度为零时，即踏板保持位置不动时取所述速度范围的下限；踏板位移的变化速度，越靠近所属速度范围的上限；具体量化指标可由程序设计者预设。

所述主动差速过程的工况分为两种：一种为非转弯情况下由于路面不平或轮胎半径不同造成的差速；另一种为转弯情况下由于内外侧车轮转速不同造成的差速。分别说明如下：

1、非转弯情况下的差速：左、右车轮的轮速传感器将采集到的轮速信号发送给车辆主控制器180；车辆主控制器180根据两个轮速传感器反馈的数据以及当前车速计算出左右两边车轮的滑动率；车辆主控制器180将计算得到的左侧车轮滑动率发送给左侧二级控制器171；车辆主控制器180将计算得到的右侧车轮滑动率发送给右侧二级控制器172；左侧二级控制器171和右侧二级控制器172根据驾驶员车速需求、主电动机120的转速、左右车轮的滑动率分别计算出左右两个辅助电动机的转速，并控制左右两个辅助电动机运转，实现非转弯情况下的差速控制。其中，驾驶员车速需求是指驾驶员想要得到的车速，其取决于加速踏板的位移和踏板位移的变化速度这两个量，踏板位移越大，速度需求越大；踏板位移相同的情况下，踏板位移的变化速度越大，速度的需求越大。

2、转弯情况下的差速：驾驶员转动转向盘，车辆主控制器180接收转向盘转角信息，并产生一个驾驶员转向意图信号，且只有处于转弯外侧对应的二级控制器接收驾驶员的转向意图信号，(即：如果是向左侧转向，只有右侧二级控制器172收到驾驶员转向意图信号；如果是向右侧转向，只有左侧二级控制器171收到驾驶员转向意图信号；)转弯外侧对应的二级控制器根据当前车速以及转向意图信号计算出相应一侧的辅助电动机的转速，迅速将该侧辅助电动机进行加速，使外向转向车轮加速，从而实现在转往过程中内侧车轮不减速的快速过弯。

另外，当低车速下驾驶员可以手动启动转向增益功能，在该功能开启的状态下，转向盘的转角增益加大；同时转向内侧驱动轮会主动降低轮速，甚至提供负轮速；转向外侧车轮主动加速，从而在不改变轴距的情况下减小转弯半径。

二、再生制动过程

由于所述主电动机120、左侧辅助电动机151和右侧辅助电动机152兼具发电机的功能；当需要对车辆进行制动的时候，所述主电动机120、左侧辅助电动机151和右侧辅助电动机152不再提供动力，转而提供阻力矩，并利用阻力矩进行发电。再生制动过程具体如下：

当驾驶员踩下制动踏板的时候，制动踏板位移传感器将制动踏板位移信号传输给车辆主控制器180；车辆主控制器180根据制动踏板位移以及制动踏板位移的变化速度计算出一个驾驶员制动意图信号；并根据当前车速、车辆偏摆角速度等信息计算出驱动轴左右两侧车轮分别需要的制动力大小；并根据驱动轴所需的总制动力计算并控制主电动机120产生一个反向的力矩；车辆主控制器180还将所需制动力大小信息通过总线160传递给左侧二级控制器171和右侧二级控制器172；左侧二级控制器171和右侧二级控制器17根据接收到的所需制动力信号计算并分别控制所对应的左侧辅助电动机151和右侧辅助电动机152产生反向力矩，实现再生制动。

三、变速过程

根据现有技术，行星轮系行星支架的转速取决于两个因素：齿圈转速和太阳轮转速。由此可知，本发明中半轴的转速取决于两个因素：主电动机120的转速以及与半轴对应侧的辅 助电动机的转速。主电动机120、左侧辅助电动机151和右侧辅助电动机152的转速保持某一确定的比例关系时，该行星轮系就相当于一个变速器，以实现变速过程。

四、失效保护过程

本发明中失效形式分为：主电动机120失效和单侧辅助电动机失效。当主电动机120失效的时候，车辆主控制器180启动齿圈锁死机构130，将齿圈锁死。此时左右两侧车轮的动力完全由两个辅助电动机151和152提供。由于两侧辅助电动机同时失效为小概率事件，所以只考虑单侧辅助电动机失效的情况。当一侧辅助电动机失效的时候，失效侧辅助电动机制动机构在车辆主控制器180的控制下，失效侧辅助电动机上的辅助电机制动机构锁死该侧辅助电动机。主电动机120正常运转，另一侧未失效辅助电动机进行差速调节。两种失效形式具体说明如下：

1、当主电动机120失效的时候，车辆主控制器180检测到主电动机失效信号；车辆主控制器180通过总线160控制齿圈锁死机构130，将主电动机120锁死；车辆主控制器180和左侧二级控制器171和右侧二级控制器172同时进入“主电动机失效模式”，在该模式下，车速被限制在一个较低的范围；车辆主控制器180接收到驾驶员的驾驶意图，并计算出左右车轮所需的转速；车辆主控制器180将左右车轮所需的转速通过总线160分别传输给左侧二级控制器171和右侧二级控制器172；左侧二级控制器171和右侧二级控制器172在“主电动机失效模式”下计算辅助电动机转速时，默认行星轮系齿圈112的转速为0；此时左右两侧车轮的动力完全由两个辅助电动机提供。

2、当一侧辅助电动机失效的时候，车辆主控制器180检测到一侧的辅助电动机失效信号，失效侧辅助电动机制动机构在车辆主控制器180的控制下锁死失效侧辅助电动机。车辆主控制器180、左侧二级控制器171和右侧二级控制器172同时进入“辅助电动机失效模式”；该模式下车辆主控制器180重新计算主电动机120转速；未失效侧二级控制器根据重新计算的主电动机转速，重新计算未失效侧辅助电动机的转速。此时失效侧车轮动力完全由主电动机120提供，未失效侧车轮的动力由主电动机120和未失效侧辅助电动机同时提供。

在所述“主电动机失效模式”和“辅助电动机失效模式”下，都会向驾驶者发出警告信息。

Claims (7)

1.一种纯电动汽车驱动装置，其特征在于：

该驱动装置由一台主电动机、两组行星轮系机构、两台辅助电动机、一个车辆主控制器以及两个二级控制器组成；

两组行星轮系机构对称地连接于主电动机两侧，其中一侧：所述行星轮系机构的行星轮系齿圈与主电动机的输出轴同轴连接；

两台辅助电动机的动力输出端分别与两组行星轮系机构的太阳轮传动连接，且在两台辅助电动机的动力输出端均安装有电机制动机构；

在主电动机的一侧还安装有电机制动机构；

所有电动机、电机制动机构和控制器均分别连接至总线，车辆主控制器通过总线与主电动机双向信号连接，两个二级控制器通过总线分别与两台辅助电动机双向信号连接，控制器通过总线分别与对应的电机制动机构单向控制连接。

2.如权利要求1所述一种纯电动汽车驱动装置，其特征在于：

所述行星轮系机构由行星轮系齿圈、行星轮、行星轮支架、太阳轮和半轴组成；所述行星轮系齿圈与主电动机的输出轴同轴连接，三个所述行星轮啮合于行星轮齿圈内，并通过行星轮支架与半轴连接，太阳轮一端啮合于三个行星轮之间，太阳轮另一端与左侧辅助电动机的输出轴传动连接；

所述主电动机一侧安装的电机制动机构为齿圈锁死机构，齿圈锁死机构与该侧的行星轮系齿圈相匹配。

3.如权利要求1或2所述一种纯电动汽车驱动装置，其特征在于：

所述主电动机和两台辅助电动机皆为同步电动机。

4.如权利要求1所述一种纯电动汽车驱动装置，其特征在于：

所述车辆主控制器通过总线与整车信息采集系统信号连接，并接收整车信息采集系统传输的整车信号；

所述整车信息采集系统包括采集驾驶员驾驶意图的驾驶员操作意图采集单元、采集整车运行状态的整车运行状态采集单元，以及采集车辆行驶路况信息的路面信息采集单元；

整车运行状态采集单元所采集电动机运转信息包括电动机转速以及电动机正常运转诊断信息；

所述车辆主控制器根据所接收到的整车信号，对各级电动机和电机制动机构进行协调控制，实现主动差速、再生制动、变速和失效保护功能。

5.如权利要求1所述一种纯电动汽车驱动装置的驱动方法，其特征在于：所述驱动方法包括主动差速过程、再生制动过程、变速过程和失效保护过程；

所述主动差速过程为：车辆主控制器通过接收驾驶员驾驶意图信息、整车运行状态信息和路面信息，对主电动机和左、右两个对称设置的辅助电动机进行协调控制，主电动机连接行星轮系齿圈，半轴连接行星轮系的行星轮支架，辅助电动机连接行星轮系的太阳轮，由于行星支架的转速取决于齿圈转速和太阳轮转速，在主电动机的转速固定的情况下，改变辅助电动机转速就可改变对应一侧半轴的转速，进而实现使两侧车轮以不同的转速运转，且两侧的车轮转速控制相对独立；

所述再生制动过程为：

当驾驶员踩下制动踏板时，车辆主控制器根据制动踏板位移以及制动踏板位移的变化速度计算出驾驶员驾驶意图信号；车辆主控制器根据驱动轴所需的总制动力控制主电动机产生一个反向的力矩；车辆主控制器根据当前车速、车辆偏摆角速度计算出驱动轴两侧车轮分别需要的制动力大小，并将制动力信息通过总线传递给左、右两个二级控制器，和主电动机，主电动机以及两个辅助电动机所需的制动力需求由主控制器计算得到，控制器根据制动力需求产生相应的控制电流，其中主电动机所需的控制电流由主控制器提供，辅助电动机的控制电流由各自二级控制器提供，左、右两个二级控制器根据接收到的所需制动力信号计算并分别控制与之对应的辅助电动机产生反向力矩，实现再生制动；

所述变速过程为：

由于行星支架的转速取决于齿圈转速和太阳轮转速，与行星支架相连的半轴的转速则取决于主电动机的转速和相应一侧辅助电动机的转速，当主电动机和两侧的辅助电动机之间的转速保持确定的比例关系时，该行星轮系就相当于一个变速器，实现变速过程；

所述失效保护过程为：

所述失效包括主电动机失效或单侧的辅助电动机失效，当主电动机失效时，车辆主控制器启动主电动机的电机制动机构，此时，左右两侧车轮的动力由两个辅助电动机提供，实现主电动机失效保护；

当一侧辅助电动机失效时，失效侧辅助电动机制动机构在车辆主控制器的控制下锁死该侧辅助电动机，此时，主电动机正常运转，另一侧未失效辅助电动机进行差速调节，从而实现单侧的辅助电动机失效保护。

6.如权利要求5所述一种纯电动汽车驱动装置的驱动方法，其特征在于：

所述主动差速过程分为两种：一种为非转弯情况下由于路面不平或轮胎半径不同造成的差速；另一种为转弯情况下由于内外侧车轮转速不同造成的差速；

所述非转弯情况下的差速过程为：车辆主控制器根据左、右两个车轮的轮速传感器反馈的数据以及当前车速计算出左、右两边车轮的滑动率；车辆主控制器将计算得到车轮滑动率分别发送给左、右两侧对应的二级控制器；所述二级控制器根据驾驶员驾驶意图、主电动机转速和左、右两侧车轮滑动率分别计算出左、右两个辅助电动机的转速，并控制左、右两个辅助电动机运转，实现非转弯情况下的差速控制；

所述转弯情况下的差速：驾驶员转动转向盘，车辆主控制器接收转向盘转角信息，并产生驾驶员转向意图信号，且只有处于转弯外侧对应的二级控制器接收驾驶员转向意图信号，转弯外侧对应的二级控制器根据当前车速以及转向意图信号计算出相应一侧的辅助电动机的转速，并将该侧辅助电动机进行加速，使外侧转向车轮加速，从而实现在转往过程中内侧车轮不减速的快速过弯，并且通过主动控制内、外侧转向车轮的转速，进而减小转弯半径。

7.如权利要求5所述一种纯电动汽车驱动装置的驱动方法，其特征在于：

在所述失效保护过程中，当主电动机失效时，车辆主控制器检测到主电动机失效信号；车辆主控制器通过总线控制主电动机制动机构，将主电动机锁死；车辆主控制器和左、右两侧的二级控制器同时进入主电动机失效模式；车辆主控制器接收到驾驶员的驾驶意图信号，并计算出左、右车轮所需的转速；车辆主控制器将左、右车轮所需的转速通过总线分别传输给左、右两侧的二级控制器；左、右两侧的二级控制器在主电动机失效模式下计算辅助电动机转速时，默认行星轮系齿圈的转速为零，此时左、右两侧车轮的动力完全由两个辅助电动机提供，实现主电动机失效保护；

在所述失效保护过程中，当单侧的辅助电动机失效时，车辆主控制器检测到一侧的辅助电动机失效信号，失效侧辅助电动机制动机构在车辆主控制器的控制下锁死失效侧辅助电动机；车辆主控制器和左、右两侧的二级控制器同时进入辅助电动机失效模式；该模式下车辆主控制器计算主电动机转速；未失效侧的二级控制器根据主电动机转速，计算未失效侧辅助电动机的转速，此时失效侧车轮动力完全由主电动机提供，未失效侧车轮的动力由主电动机和未失效侧辅助电动机同时提供，从而实现单侧的辅助电动机失效保护。