CN107458202A - 一种二合一纯电动汽车动力总成及控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种二合一纯电动汽车动力总成及控制系统和方法，属于电动汽车技术领域。它解决了现有技术电机和变速器分体设计、组合存在缺陷以及现有控制技术存在的缺陷等问题。本二合一纯电动汽车动力总成，包括变速器壳体，所述的变速器壳体包括一体化前半壳体及后壳体，一体化前半壳体及后壳体相连接形成腔体，腔体内安装有差速器总成，一体化前半壳体上设有电动机腔体，电动机腔体内安装有电动机，本发明具有质量轻、装配精度高、运行平稳等优点。

Description

一种二合一纯电动汽车动力总成及控制系统和方法
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，特别是涉及一种二合一纯电动汽车动力总成及电动汽车控制系统和控制方法。
背景技术
目前新能源纯电动汽车动力系统普遍采用电动机加上二级齿轮变速器(减速器)结构，电机和变速器在汽车总装厂组合在一体作为动力总成安装到汽车上。安装时电机前端法兰和变速器电机安装面用若干个螺钉联接，变速器输入和电机轴采用花键付联接。这种组合方式在电机及变速器二处都增加法兰，使整个动力总成质量增加，另外方面二个组合误差的积累使电机轴和变速器输入轴的同轴度难以保证，运转时产生噪声和振动，内外花键的间隙联接也存在可靠性安全隐患，这样影响了部件的使用可靠性和寿命，也给驾驶带来感官上的振动和噪音困扰。此外,在采用上述电机和变速器组装成一体的电动汽车，在行驶过程中，往往也会由于目前的电动汽车的控制方法不当或控制策略不够精细，也会产生额外的振动冲击和噪声，比如在汽车快速起步、紧急制动过程中，这样也加剧了由于上述组装造成的同轴度度误差和放大噪声及振动冲击，常时间的行驶也会造成电机、变速器等部件的损坏，影响使用寿命和用户的感受。
发明内容
本发明的目的是提供一种二合一纯电动汽车动力总成及电动汽车控制系统和方法,它克服了上述电机和变速器组合时固有的缺点，采用电机和变速器二合一设计方案，减轻动力总成重量，减少汽车主机厂的装配工作量，提高总装生产效率，降低整车成本。此外优化了电动汽车的控制方法，减少控制方法的因素对加剧电机和变速器等机械部件安装缺陷的进一步恶化影响，提高可靠性和使用寿命，改善了驾驶感受。
本发明的目的是这样实现的：
一种二合一纯电动汽车动力总成，包括变速器壳体，其特征在于：所述的变速器壳体包括一体化前半壳体及后壳体，一体化前半壳体及后壳体相连接形成腔体，腔体内安装有差速器总成、齿轮减速机构，一体化前半壳体上设有电动机腔体，电动机腔体内安装有电动机，位于电动机腔体的前侧设有电机端盖。所述电动机通过所述齿轮减速机构将动力传递到差速器总成。
所述齿轮减速机构包括输入轴、输出轴，输入轴上一体设置第一主动齿轮，输出轴上设置第一从动齿轮和一体设置的第二主动齿轮，第一主动齿轮和第一从动齿轮啮合，第二主动齿轮与差速器总成上的主减速齿轮啮合。所述电动机的电机轴与所述输入轴连接。在上述的一种二合一纯电动汽车动力总成中，所述的电动机腔体内安装有电机定子、电机转子及电机轴，电机轴的轴端设置莫氏锥度齿及花键，变速器的齿轮减速机构的输入轴的内孔为莫氏锥孔，内孔壁上设有花键，电机轴的轴端插入所述输入轴的内孔内并通过紧固螺栓固定连接。
在上述的一种二合一纯电动汽车动力总成中，所述的变速器的齿轮减速机构的输入轴的油封设有与电机轴配合的油封唇口。
一种纯电动汽车的控制系统和控制方法，该纯电动汽车的控制系统包括二合一纯电动汽车动力总成和控制单元，所述动力总成包括变速器壳体，所述的变速器壳体包括一体化前半壳体及后壳体，一体化前半壳体及后壳体相连接形成腔体，腔体内安装有差速器总成、齿轮减速机构，一体化前半壳体上设有电动机腔体，电动机腔体内安装有电动机，位于电动机腔体的前侧设有电机端盖，所述电动机通过所述齿轮减速机构将动力传递到差速器总成，其中，所述控制单元具备：
行驶状态检测部，其能根据电动汽车行驶信息判定当前电动汽车是否为即将加速起动或再生制动状态；所述汽车行驶信息包括当前的行驶速度、加速度、加速踏板开度和电动机驱动扭矩；
扭矩分配装置，在所述行驶状态检测部判定电动汽车处于即将加速起动状态时，能够在与加速踏板开度变化量与时间的比值成比例的加速参数大于或等于第1阈值时，将基于汽车行驶信息的行驶用的第1目标扭矩值设定为电动机驱动扭矩值，直到与行驶速度成比例的速度参数增加至大于或等于第2阈值时，将基于汽车行驶信息的行驶用的第2目标扭矩值设定为电动机驱动扭矩值，所述第2目标扭矩值为当前加速踏板开度对应的行驶所需的电动机驱动扭矩值，所述第1目标扭矩值小于第2目标扭矩值；
所述扭矩分配装置在所述行驶状态检测部判定电动汽车处于再生制动状态时，能够在与行驶速度成比例的速度参数降低至小于或等于第3阈值之前，将基于汽车行驶信息的行驶用的第3目标扭矩值设定为电动机驱动扭矩值，如果所述速度参数变为小于或等于第3阈值，则该扭矩分配装置将使汽车制动停车并维持停车状态的第4目标扭矩值设定为所述电动机驱动扭矩值；以及
电动机控制部，其基于所述电动机驱动扭矩对所述电动机进行控制，
如果所述速度参数变为小于或等于第3阈值，则所述电动机控制部利用作为所述电动机驱动扭矩值的所述第4目标扭矩值使汽车制动停车并维持停车状态。
还包括补偿控制部，所述补偿控制部在电动汽车处于倾斜道路上坡时将补偿系数设定为正值，在下坡时将所述补偿系数设定为负值，在平坦道路上时将补偿系数设定为0；所述补偿控制部能够利用补偿系数与所述电动机驱动扭矩值的乘积确定补偿扭矩值，从而对电动机驱动扭矩值进行补偿。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
1、本发明取消了独立的电动机壳体设计，将电动机壳体与变速器壳体一体设计，其中取消了电动机前端盖，有效减轻了整体重量,同时由于一体化的设计，避免了传统独立安装时产生的同轴度较难保证，容易产生噪声和振动的缺陷，提高了部件使用寿命和可靠性。本发明二合一的动力总成的设计减少了轴向尺寸，极大的节省安装空间，也有利于整车布置。本发明取消电机前盖轴承，一体化设计，提高了装配精度，使运转理平稳。电机轴和输入轴采用莫氏锥孔和莫氏锥齿的连接结构，使得连接更可靠，提高了动力总成可靠性和耐久性。油封唇口直径减少，降低了唇口线速度，有利于电机采用更高转速。
2、本发明对汽车控制进行了优化，通过针对不同行驶状态对电动机扭矩进行优化控制，很好的减少了在行驶过程中，由于目前的电动汽车的控制方法不当或控制策略不够精细，产生的额外的振动冲击和噪声，比如在汽车快速起步、紧急制动过程中，同时，这样也减少了对车辆动力总成和造成的额外振动冲击，延长了使用寿命和可靠性，也给驾驶者太累较好的驾驶体验。
附图说明
图1是本发明的部分结构半剖图。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述：本发明的一个实施方式的电动汽车具备控制装置、动力机构以及其它控制部件等装置，其中包括下文即将提到的二合一纯电动汽车动力总成。特别是本实施方式的电动汽车的控制装置，能够响应于通过加速踏板的操作而对汽车进行起动、加减速、停止控制。
参见图1，一种二合一纯电动汽车动力总成，包括变速器壳体，所述的变速器壳体包括一体化前半壳体2及后壳体3，一体化前半壳体2及后壳体3相连接形成腔体4，腔体内安装有差速器总成5、齿轮减速机构，一体化前半壳体2上设有电动机腔体6，电动机腔体6内安装有电动机7，位于电动机腔体6的前侧设有电机端盖8。所述电动机7通过所述齿轮减速机构将动力传递到差速器总成5。所述齿轮减速机构包括输入轴17、输出轴18，输入轴上一体设置第一主动齿轮1，输出轴18上设置第一从动齿轮19和一体设置的第二主动齿轮20，第一主动齿轮1和第一从动齿轮19啮合，第二主动齿轮20与差速器总成5上的主减速齿轮21(或称作齿圈)啮合。所述电动机7的电机轴11与所述输入轴17连接。
所述的电动机腔体6内安装有电机定子10、电机转子9及电机轴11，电机轴11的轴端设置莫氏锥度齿12及花键13，所述齿轮减速机构的输入轴17的内孔为莫氏锥孔，内孔壁上设有花键，电机轴11的轴端插入所述输入轴17的内孔内并通过紧固螺栓14固定连接。
所述齿轮减速机构的输入轴17的油封15设有与电机轴11配合的油封唇口16。
下面对发明的控制方法作进一步描述：
一种纯电动汽车的控制装置和控制方法，该纯电动汽车包括二合一纯电动汽车动力总成和控制单元，所述动力总成包括变速器壳体，所述的变速器壳体包括一体化前半壳体2及后壳体3，一体化前半壳体2及后壳体3相连接形成腔体4，腔体内安装有差速器总成5、齿轮减速机构，一体化前半壳体2上设有电动机腔体6，电动机腔体6内安装有电动机7，位于电动机腔体6的前侧设有电机端盖8，所述电动机7通过所述齿轮减速机构将动力传递到差速器总成5，其中，所述控制单元具备：
行驶状态检测部，其能根据电动汽车行驶信息判定当前电动汽车是否为即将加速起动或再生制动状态；所述汽车行驶信息包括当前的行驶速度、加速度、加速踏板开度和电动机驱动扭矩；
扭矩分配装置，在所述行驶状态检测部判定电动汽车处于即将加速起动状态时，能够在与加速踏板开度变化量与时间的比值成比例的加速参数大于或等于第1阈值时，将基于汽车行驶信息的行驶用的第1目标扭矩值设定为电动机驱动扭矩值，直到与行驶速度成比例的速度参数增加至大于或等于第2阈值时，将基于汽车行驶信息的行驶用的第2目标扭矩值设定为电动机驱动扭矩值，所述第2目标扭矩值为当前加速踏板开度对应的行驶所需的电动机驱动扭矩值，所述第1目标扭矩值小于第2目标扭矩值；
所述扭矩分配装置在所述行驶状态检测部判定电动汽车处于再生制动状态时，能够在与行驶速度成比例的速度参数降低至小于或等于第3阈值之前，将基于汽车行驶信息的行驶用的第3目标扭矩值设定为电动机驱动扭矩值，如果所述速度参数变为小于或等于第3阈值，则该扭矩分配装置将使汽车制动停车并维持停车状态的第4目标扭矩值设定为所述电动机驱动扭矩值；以及
电动机控制部，其基于所述电动机驱动扭矩对所述电动机进行控制，
如果所述速度参数变为小于或等于第3阈值，则所述电动机控制部利用作为所述电动机驱动扭矩值的所述第4目标扭矩值使汽车制动停车并维持停车状态；
补偿控制部，所述补偿控制部在电动汽车处于倾斜道路上坡时将补偿系数设定为正值，在下坡时将所述补偿系数设定为负值，在平坦道路上时将补偿系数设定为0；所述补偿控制部能够利用补偿系数与所述电动机驱动扭矩值的乘积确定补偿扭矩值，从而对电动机驱动扭矩值进行补偿。
现有技术中，当汽车起动时，驾驶员快速加速需求会造成纯电动汽车快速响应，进而产生加速冲击振动和噪声，也给电动机产生较大的功率负担，容易损坏电动机或传动部件，也会带来不快的驾驶感。本申请显然注意到了这一点，需要对加速起动过程进行优化控制，而采用加速踏板的开度变化量不能准确或更精确获取驾驶者的加速快慢意图，因此采取加速踏板开度变化量与时间的比值来准确获取加速快慢的意图更为精确。同样，在减速制动过程中，在汽车速度将要为0的附近时刻也存在的振动冲击的可能，也给汽车动力总成等传动部件和驾驶者带来危害，显然也需要对其进行优化控制。显然，本申请根据加速起动和减速制动阶段产生的不利因素进行上述优化控制，获得了较好的效果。此外发明人也考虑到了车辆行驶工况的复杂状况对车辆控制的影响，如上坡、下坡等复杂工况，采用补偿控制部电动机驱动扭矩分工况进行补偿，消除了由于路况不同带来的控制效果差异。
此外，对于上坡或者下坡路段，为了更好的停车和起动，也可进一步计算提供给车辆驱动轮以使得车辆保持静止地位于倾斜的路面上的电动机目标驱动扭矩，控制电动机提供使车辆保持静止地位于倾斜的路面上所需的目标驱动扭矩，以使得驾驶员能够及时介入踩踏刹车驻车或加速起步以避免车辆在倾斜的路面上的发生不期望的后退或前进。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种二合一纯电动汽车动力总成，包括变速器壳体，其特征在于：所述的变速器壳体包括一体化前半壳体及后壳体，一体化前半壳体及后壳体相连接形成腔体，所述腔体内安装有差速器总成、齿轮减速机构，一体化前半壳体上设有电动机腔体，电动机腔体内安装有电动机，位于电动机腔体的前侧设有电机端盖；所述电动机通过所述齿轮减速机构将动力传递到差速器总成；所述齿轮减速机构包括输入轴、输出轴，所述输入轴上一体设置第一主动齿轮，所述输出轴上设置第一从动齿轮和第二主动齿轮，第一主动齿轮和第一从动齿轮啮合，第二主动齿轮与差速器总成上的主减速齿轮啮合；所述电动机的电机轴与所述输入轴连接；所述的电动机腔体内安装有电机定子、电机转子及电机轴，电机轴的轴端设置莫氏锥度齿及花键，所述齿轮减速机构的输入轴的内孔为莫氏锥孔，内孔壁上设有花键，电机轴的轴端插入所述输入轴的内孔内并通过紧固螺栓固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种二合一纯电动汽车动力总成，其特征在于：所述齿轮减速机构的输入轴的油封设有与电机轴配合的油封唇口。
3.一种纯电动汽车的控制系统，该控制系统包括二合一纯电动汽车动力总成和控制单元，其特征在于：所述动力总成包括变速器壳体，所述的变速器壳体包括一体化前半壳体及后壳体，一体化前半壳体及后壳体相连接形成腔体，所述腔体内安装有差速器总成、齿轮减速机构，一体化前半壳体上设有电动机腔体，电动机腔体内安装有电动机，位于电动机腔体的前侧设有电机端盖，所述电动机通过所述齿轮减速机构将动力传递到差速器总成；其中，所述控制单元具备：
行驶状态检测部，其能根据电动汽车行驶信息判定当前电动汽车是否为即将加速起动或再生制动状态；所述汽车行驶信息包括当前的行驶速度、加速度、加速踏板开度和电动机驱动扭矩；
扭矩分配装置，在所述行驶状态检测部判定电动汽车处于即将加速起动状态时，能够在与加速踏板开度变化量与时间的比值成比例的加速参数大于或等于第1阈值时，将基于汽车行驶信息的行驶用的第1目标扭矩值设定为电动机驱动扭矩值，直到与行驶速度成比例的速度参数增加至大于或等于第2阈值时，将基于汽车行驶信息的行驶用的第2目标扭矩值设定为电动机驱动扭矩值，所述第2目标扭矩值为当前加速踏板开度对应的行驶所需的电动机驱动扭矩值，所述第1目标扭矩值小于第2目标扭矩值；
所述扭矩分配装置在所述行驶状态检测部判定电动汽车处于再生制动状态时，能够在与行驶速度成比例的速度参数降低至小于或等于第3阈值之前，将基于汽车行驶信息的行驶用的第3目标扭矩值设定为电动机驱动扭矩值，如果所述速度参数变为小于或等于第3阈值，则该扭矩分配装置将使汽车制动停车并维持停车状态的第4目标扭矩值设定为所述电动机驱动扭矩值；以及
电动机控制部，其基于所述电动机驱动扭矩对所述电动机进行控制，如果所述速度参数变为小于或等于第3阈值，则所述电动机控制部利用作为所述电动机驱动扭矩值的所述第4目标扭矩值使汽车制动停车并维持停车状态。
4.根据权利要求3所述的一种纯电动汽车的控制系统，其特征在于：还包括补偿控制部，所述补偿控制部在电动汽车处于倾斜道路上坡时将补偿系数设定为正值，在下坡时将所述补偿系数设定为负值，在平坦道路上时将补偿系数设定为0；所述补偿控制部能够利用补偿系数与所述电动机驱动扭矩值的乘积确定补偿扭矩值，从而对电动机驱动扭矩值进行补偿。
5.根据权利要求5所述的一种纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述齿轮减速机构包括输入轴、输出轴，输入轴上一体设置第一主动齿轮，输出轴上设置第一从动齿轮和一体设置的第二主动齿轮，第一主动齿轮和第一从动齿轮啮合，第二主动齿轮与差速器总成上的主减速齿轮啮合，所述电动机的电机轴与所述输入轴连接。
6.根据权利要求3-6任一项所述的一种纯电动汽车的控制系统，其特征在于：所述的电动机腔体内安装有电机定子、电机转子及电机轴，电机轴的轴端设置莫氏锥度齿及花键，所述齿轮减速机构的输入轴的内孔为莫氏锥孔，内孔壁上设有花键。电机轴的轴端插入所述输入轴的内孔内并通过紧固螺栓固定连接。
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