CN107650692A - 分布式动力系统及具有该系统的越野车 - Google Patents

分布式动力系统及具有该系统的越野车 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种分布式动力系统及越野车，包括增程器、动力电池、功率配电单元、总控单元、驱动单元及车轮，所述增程器、所述动力电池、所述功率配电单元及所述驱动单元均与所述总控单元相连，并根据所述总控单元的信号进行工作，所述增程器及所述动力电池与所述功率配电单元的电流输入端相连，所述驱动单元与所述功率配电单元的电流输出端相连，所述每一车轮均与一个所述驱动单元相连，所述功率配电单元同时控制一个或多个增程器以相同或不同的功率为所述驱动单元提供动力。

Description

分布式动力系统及具有该系统的越野车
技术领域
本发明涉及车辆动力领域，尤其是一种分布式动力系统及具有该分布式动力系统的越野车。
背景技术
越野车需要有超强的动力性、越野性及机动性，同时，其行驶道路及工作环境极其复杂，上述的特性对越野车的动力系统有着极高的要求。在吸纳有技术中，越野车一般均采用集中式动力系统，即通过单一的发动机经过传动系统将动力传递至各个车轮，继而驱动车辆行驶，在该中方法下，其动力性、越野性、机动性、可靠性及经济性均受到一定的限制，同时无法满足越野车对多种工况的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式动力系统，及具有该动力系统的越野车，该分布式动力系统能够提高车辆动力系统的性能，能够使车辆根据需要采用多种工作模式进行工作。
本发明提供一种分布式动力系统，其特征在于：包括增程器、动力电池、功率配电单元、总控单元、驱动单元及车轮，所述增程器、所述动力电池、所述功率配电单元及所述驱动单元均与所述总控单元相连，并根据所述总控单元的信号进行工作，所述增程器及所述动力电池与所述功率配电单元的电流输入端相连，所述驱动单元与所述功率配电单元的电流输出端相连，所述每一车轮均与一个所述驱动单元相连，所述功率配电单元同时控制一个或多个增程器以相同或不同的功率为所述驱动单元提供动力。
进一步地，所述驱动单元包括电机控制器及电机，所述功率配电单元输出的电流通过所述电机控制器进入所述电机，所述车轮与所述电机相连，所述电机控制器与所述总控单元相连。
进一步地，所述电机与所述车轮之间设置有轮边差速器及轮边传动轴，所述车轮通过所述轮边传动轴与所述轮边差速器相连。
进一步地，所述每一增程器至少包括一个发动机及一个发电机，所述发动机产生的动力经过所述发电机转变为电能后经过所述功率配电单元为所述驱动单元或所述动力电池提供动力。
进一步地，所述总控单元控制多个所述增程器以最优效率点模式为车辆提供动力，在该模式下，所述总控单元预先存储有发动机工作的恒定工作功率kcon，所述总控单元不断采集电池实际剩余电量SOC，若电池实际剩余电量SOC小于下限剩余电量SOCmin时，所述总控单元启动所述增程器为车辆提供动力，所述总控单元控制所有所述增程器中的发动机以恒定功率kcon向车辆输出动力，并使所述发动机在所述恒定功率kcon对应的最优效率点上进行工作；在该模式下，所述增程器产生的多余电能进入所述动力电池中。
进一步地，所述总控单元控制多个所述增程器采用功率点跟随模式为车辆提供动力，在该模式下，所述总控单元内预先划分有多个发动机的预设功率区间，所述总控单元不断采集电池实际剩余电量SOC，若所述电池实际剩余电量SOC小于下限剩余电量SOCmin时，所述总控单元通过如下步骤控制所述增程器为车辆提供动力：
实时计算车辆需求功率K；
根据车辆需求功率K以及所述增程器的个数n，计算出每个所述增程器需要提供的平均功率kave；
确定所述平均功率kave位于的所述预设功率区间，选取该功率区间的最大值为每一所述增程器中发动机的工作功率kmax；
控制每一所述增程器中的发动机以所述工作功率kmax向车辆输出动力，并使所述发动机在该工作功率kmax对应的最优效率点上进行工作；
在该模式下，所述增程器产生的多余电能进入所述动力电池中。
进一步地，所述总控单元控制多个所述增程器采用多功率点功率跟随模式为车辆提供动力，在该模式下，所述总控单元预先存储有发动机工作的恒定工作功率kcon，以及预先划分有多个发动机的预设功率区间，所述总控单元不断采集电池实际剩余电量SOC，若所述电池实际剩余电量SOC小于下限剩余电量SOCmin时，所述总控单元会通过如下步骤控制所述增程器为车辆提供动力：
实时计算车辆需求功率K；
将车辆需求功率K及恒定功率kcon带入公式K/kcon＝A……B中，其中A为K除以kcon的商数，B为K除以kcon的余数；
控制所有所述增程器中的A个增程器中的发动机以所述恒定功率kcon向车辆输出动力，并使上述A个所述增程器中的发动机在所述恒定功率kcon对应的最优效率点上进行工作；
判断B位于的预设功率区间，选取该功率区间的最大值为所述增程器中发动机的工作效率kmax；
控制所有所述增程器中处理上除了上述A个增程器外的任意一个增程器中的发动机以所述工作功率kmax向车辆输出动力，并使该增程器的发动机在该工作效率kmax对应的最优效率点下工作。
进一步地，若所述车辆需求功率K小于所述恒定功率kcon，所述总控单元直接判断所述需求功率K位于的所述预设功率区间，选取该预设功率区间的最大值为所述增程器中发动机的工作效率kmax，使任意一个所述增程器中的发动机以工作功率kmax向车辆输出动力，并使发动机在该工作功率kmax对应的最优效率点上进行工作。
进一步地，当所述动力电池内电池实际剩余电量SOC大于上限剩余电量SOCmax时，所述总控单元控制所有所述增程器停机，所述动力电池为车辆提供动力。
本发明还提供了一种越野车，包括上述的分布式动力系统。
在本发明提供的分布式动力系统中，由于采用动力电池及多个增程器，采用多个动力源为动力系统提供动力，因此，能够根据工况选择合适的动力源，提高了车辆动力系统的性能，能够使车辆根据需要采用多种工作模式进行工作；由于取消了差速器，因此增加了底盘的离地间隙，提高了车辆的通过性能；由于各车轮独立驱动，能够基于不同的法向符合提供不同的驱动力，能够最大限度地发挥车辆的驱动能力，同时不同驱动单元至车轮的动力传递能够采用不同的传动比，可以提高电机高效区间的工作范围，能够实现车辆的原地转向，提高机动性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例提供的分布式动力系统的控制原理示意图。
图2为图1所示的分布式动力系统的动力传递原理示意图。
图3为轮边传动轴的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的分布式动力系统转向时的控制原理示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如下。
本发明的目的在于提供一种分布式动力系统，及具有该动力系统的越野车，该分布式动力系统能够提高车辆动力系统的性能，能够使车辆根据需要采用多种工作模式进行工作。
图1为本发明实施例提供的分布式动力系统的控制原理示意图，图2为图1所示的分布式动力系统的动力传递原理示意图，如图1及图2所示，在本发明提供的实施例中，分布式动力系统包括多个增程器10、动力电池20、功率配电单元30、驱动单元40、总控单元50及车轮60，多个增程器10、动力电池20、功率配电单元30及驱动单元40均与总控单元50相连，并根据总控单元50的信号进行工作，多个增程器10及动力电池20与功率配电单元30的电流输入端相连，驱动单元40与功率配电单元30的电流输出端相连，增程器10及动力电池20产生的电流经过功率配电单元30后进入驱动单元40，每一个车轮60均与一个驱动单元40相连。
在本实施例中，驱动单元40包括电机控制器41及电机42，功率配电单元30输出的电流通过电机控制器41进入电机42，车轮60与电机42相连，电机控制器41与总控单元50相连，并根据总控单元50的信号进行工作，电机控制器41根据总控单元50的信号控制电机42带动车轮60进行正向或反向转动。
在本发明中，增程器10、动力电池20、功率配电单元30及电机控制器41均可以通过CAN总线(见图1中虚线)与总控单元相连。
为了增加车辆的离地间隙，减少分布式动力系统的零部件，在本实施例中，分布式动力系统还包括轮边差速器70及轮边传动轴71，车轮60通过轮边传动轴71与轮边差速器70相连，在电机42输出的动力经过轮边差速器70及轮边传动轴71后带动车轮60旋转。
进一步地，图3为轮边传动轴的结构示意图，如图3所示，轮边传动轴71包括依次相连的第一万向节十字轴总成711、传动轴712及第二万向节十字轴总成713，第一万向节十字轴总成711与轮边差速器70相连，第二万向节十字轴总成713与车轮60相连。
进一步地，在本实施例中，车轮60可以为三组，即车辆的每侧均设置有三个车轮60，两侧车轮60的位置相对应，可以理解地，驱动单元40的位置也同样对应，为了便于理解，在下文将对应的两个驱动单元40称为一对驱动单元40。
进一步地，每一增程器10至少包括一个发动机11及一个发电机12，发动机11产生的动力经过发电机12转变为电能后通过功率配电单元30根据需要为驱动单元40或为动力电池20提供动力。在本实施例中，增程器10至少为三个，总控单元50可以根据需要控制一个或多个增程器10为驱动单元40提供动力，也可以为动力电池20充电。
进一步地，图4为本发明实施例提供的分布式动力系统转向时的控制原理示意图，如图4所示，分布式动力系统还包括转向器(图未示)及转向传动轴81，转向器通过转向传动轴81与车轮60相连，具体地，转向器通过转向传动轴81与车辆前部的两组车轮60相连。在本实施例中，分布式动力系统还包括原地转向开关(图未示)，通过原地转向开关、驱动单元40及转向器的配合，能够使车辆原地进行转向，当车速为零、原地转向开关开启且转向器转动时，驱动单元控制内侧车轮60反向转动，即向后转动，并控制外侧车轮60正向转动，即向前转动，使车辆实现原地转向。
本发明提供的分布式动力系统能够使车辆具有多种工作模式，其工作模式如下：
静默行驶模式：在此模式中，总控单元50控制所有增程器10均不参与工作，动力电池20参与工作，电流从动力电池20出发，经过功率配电单元30后，根据需要流入对应的一对或多对驱动单元40中，控制相应的车轮60进行行驶。此时，由于没有增程器10参与工作，因此其噪声较小，红外辐射也较小。
加速超车模式：在此模式中，总控单元50控制所有增程器10参与工作，动力电池20不参与工作，电流从增程器10出发，经过功率配电单元30后，进入所有驱动单元40中，同时，总控单元50逐渐提升车轮60转速，车轮60转速逐渐加快，实现超车。
爬坡模式：在此模式中，总控单元50控制所有增程器10参与工作，动力电池20不参与工作，电流从增程器10出发，经过功率配电单元30后，进入所有驱动单元40中，同时，总控单元50逐渐提升电机42的扭矩，车轮60转速较慢，扭矩加大，从而实现爬坡。
越野模式：在此模式中，总控单元50控制所有增程器10参与工作，动力电池20不参与工作，电流从增程器10出发，经过功率配电单元30后，进入所有驱动单元40中，同时，总控单元50增大电机42的扭矩，车轮60转速较慢，并根据路况改变电流的大小。
下坡模式：在此模式中，总控单元50控制所有增程器10不参与工作，动力电池20参与工作，所有电机42均处于发电模式，向动力电池20充电。
高速行驶模式：在此模式中，总控单元50控制单一增程器10或若干增程器10工作，动力电池20不参与工作，同时中间、后面总计四个驱动单元40内的电机42同时工作，车轮60转速较高，实现较高速度行驶。
雪地行驶模式：在此模式下，总控单元50控制单一增程器10工作，动力电池20不参与工作，所有驱动单元40内的电机42同时工作，此时电流较小，车轮60转速较慢。
停车充电模式：在此模式下，总控单元50控制一个或多个增程器10向动力电池20发电。
动力电源模式：在此模式下，总控单元50控制一个或多个增程器10发电，并通过车辆上的接口，与外部用电器件连通，为外部用电器件提供动力电源。
故障模式：当在行驶过程中，一个或多个增程器10损坏，总控单元50会关闭损坏的增程器10，并切断增程器10与功率配电单元30的连接，在车辆的运行中，若需要增程器10提供电能，总控单元50启动正常的增程器10，为驱动单元40提供电能，以满足车辆行驶的需要。
进一步地，在本发明中，总控单元50可以控制一个或多个增程器10以相同或不同的功率为驱动单元40提供动力，具体地，总控单元可以以最优效率点模式、功率点功率跟随模式以及多功率点功率跟随模式为驱动单元40提供动力。
若总控单元50控制多个增程器10采用最优效率点模式为车辆提供动力时，总控单元50预先存储有一发动机11工作的恒定功率kcon，总控单元50需要不断采集电池实际剩余SOC，若电池实际剩余电量SOC小于下限剩余电量SOCmin时，即SOC<SOCmin时，总控单元50启动增程器10为车辆提供动力，总控单元50控制增程器10中的发动机11以恒定功率kcon向车辆输出动力，并使发动机11在恒定功率kcon对应的最优效率点上进行工作，增程器10产生的多余电能会进入动力电池20中，为动力电池20充电，当电池实际剩余电量SOC大于上限剩余电量SOCmax时，即SOC>SOCmax时，总控单元50控制所有增程器10停机，动力电池20为车辆提供动力。
若总控单元50控制多个增程器10采用功率点跟随模式为车辆提供动力时，总控单元50内预先划分有多个发动机11的预设功率区间，[k1，k2]、[k2，k3]、[k3，k4]、[k4，k5]……[kn，kn+1]，总控单元50不断采集电池实际剩余电量SOC，若电池实际剩余电量SOC小于下限剩余电量SOCmin时，总控单元50会通过如下步骤控制增程器10为车辆提供动力：
实时计算车辆需求功率K；
根据车辆需求功率K以及增程器10的个数n，计算出每个增程器10需要提供的平均功率kave，kave＝K/n；
确定平均功率kave位于的预设功率区间，选取该功率区间的最大值为每一增程器10中发动机11的工作功率kmax；
控制每一增程器10的发动机11以工作功率kmax向车辆输出动力，并使发动机11在该工作功率kmax对应的最优效率点上进行工作。
在该模式中，增程器10产生的多余电能会进入动力电池20中，为动力电池20充电，当动力电池内电池实际剩余电量SOC大于上限剩余电量SOCmax时，总控单元50控制所有增程器10停机，动力电池20为车辆提供动力。
若总控单元50控制多个增程器10采用多功率点功率跟随模式为车辆提供动力时，总控单元50预先存储有一发动机11工作的恒定功率kcon，以及预先划分有多个发动机11的预设功率区间，[k1，k2]、[k2，k3]、[k3，k4]、[k4，k5]……[kn，kn+1]，总控单元50不断采集电池实际剩余电量SOC，若电池实际剩余电量SOC小于下限剩余电量SOCmin时，总控单元50会通过如下步骤控制增程器10为车辆提供动力：
实时计算车辆需求功率K；
将车辆需求功率K及恒定功率kcon带入公式K/kcon＝A……B中，其中A为K除以kcon的商数，B为K除以kcon的余数；
控制所有增程器10中的A个增程器10的发动机11以恒定功率kcon向车辆输出动力，并使上述A个增程器10的发动机11在恒定功率kcon对应的最优效率点上进行工作；
判断B位于的预设功率区间，选取该功率区间的上限值为增程器10中发动机的工作功率kmax；
控制所有增程器10中除了上述A个增程器外的任意一个增程器中的发动机11以工作功率kmax向车辆输出动力，并使该增程器10的发动机11在该工作功率kmax对应的最优效率点上进行工作。
在该模式中，增程器10产生的多余电能会进入动力电池20中，为动力电池20充电，当动力电池20内电池实际剩余电量SOC大于上限剩余电量SOCmax时，总控单元50控制所有增程器10停机，动力电池20为车辆提供动力。
进一步地，在上述模式中，若车辆需求功率K小于恒定功率kcon，总控单元50直接判断需求功率K位于的预设功率区间，选取该预设功率区间的上限值为增程器10的工作功率kmax，使任意一个增程器10中的发动机11以功率kmax向车辆输出动力，并使该增程器10的发动机11在该工作功率kmax对应的最优效率点下工作。
在本发明提供的分布式动力系统中，由于采用动力电池20及多个增程器10为动力系统提供动力，因此，能够根据工况选择合适的动力源，提高了车辆动力系统的性能，能够使车辆根据需要采用多种工作模式进行工作；由于取消了差速器，因此增加了底盘的离地间隙，提高了车辆的通过性能；由于各车轮60独立驱动，能够基于不同的法向符合提供不同的驱动力，能够最大限度地发挥车辆的驱动能力，同时不同驱动单元40至车轮60的动力传递能够采用不同的传动比，可以提高电机42高效区间的工作范围，能够实现车辆的原地转向，提高机动性能。
本发明还提供了一种越野车，该越野车包括本发明提供的分布式动力系统，关于该越野车的其它技术特征，请参见现有技术，在此不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种分布式动力系统，其特征在于：包括增程器、动力电池、功率配电单元、总控单元、驱动单元及车轮，所述增程器、所述动力电池、所述功率配电单元及所述驱动单元均与所述总控单元相连，并根据所述总控单元的信号进行工作，所述增程器及所述动力电池与所述功率配电单元的电流输入端相连，所述驱动单元与所述功率配电单元的电流输出端相连，所述每一车轮均与一个所述驱动单元相连，所述功率配电单元同时控制一个或多个增程器以相同或不同的功率为所述驱动单元提供动力。
2.根据权利要求1所述的分布式动力系统，其特征在于：所述驱动单元包括电机控制器及电机，所述功率配电单元输出的电流通过所述电机控制器进入所述电机，所述车轮与所述电机相连，所述电机控制器与所述总控单元相连。
3.根据权利要求1所述的分布式动力系统，其特征在于：所述电机与所述车轮之间设置有轮边差速器及轮边传动轴，所述车轮通过所述轮边传动轴与所述轮边差速器相连。
4.根据权利要求1所述的分布式动力系统，其特征在于所述每一增程器至少包括一个发动机及一个发电机，所述发动机产生的动力经过所述发电机转变为电能后经过所述功率配电单元为所述驱动单元或所述动力电池提供动力。
5.根据权利要求4所述的分布式动力系统，其特征在于：所述总控单元控制多个所述增程器以最优效率点模式为车辆提供动力，在该模式下，所述总控单元预先存储有发动机工作的恒定工作功率kcon，所述总控单元不断采集电池实际剩余电量SOC，若电池实际剩余电量SOC小于下限剩余电量SOCmin时，所述总控单元启动所述增程器为车辆提供动力，所述总控单元控制所有所述增程器中的发动机以恒定功率kcon向车辆输出动力，并使所述发动机在所述恒定功率kcon对应的最优效率点上进行工作；在该模式下，所述增程器产生的多余电能进入所述动力电池中。
6.根据权利要求4所述的分布式动力系统，其特征在于：所述总控单元控制多个所述增程器采用功率点跟随模式为车辆提供动力，在该模式下，所述总控单元内预先划分有多个发动机的预设功率区间，所述总控单元不断采集电池实际剩余电量SOC，若所述电池实际剩余电量SOC小于下限剩余电量SOCmin时，所述总控单元通过如下步骤控制所述增程器为车辆提供动力：
实时计算车辆需求功率K；
根据车辆需求功率K以及所述增程器的个数n，计算出每个所述增程器需要提供的平均功率kave；
确定所述平均功率kave位于的所述预设功率区间，选取该功率区间的最大值为每一所述增程器中发动机的工作功率kmax；
控制每一所述增程器中的发动机以所述工作功率kmax向车辆输出动力，并使所述发动机在该工作功率kmax对应的最优效率点上进行工作；
在该模式下，所述增程器产生的多余电能进入所述动力电池中。
7.根据权利要求4所述的分布式动力系统，其特征在于：所述总控单元控制多个所述增程器采用多功率点功率跟随模式为车辆提供动力，在该模式下，所述总控单元预先存储有发动机工作的恒定工作功率kcon，以及预先划分有多个发动机的预设功率区间，所述总控单元不断采集电池实际剩余电量SOC，若所述电池实际剩余电量SOC小于下限剩余电量SOCmin时，所述总控单元会通过如下步骤控制所述增程器为车辆提供动力：
实时计算车辆需求功率K；
将车辆需求功率K及恒定功率kcon带入公式K/kcon＝A……B中，其中A为K除以kcon的商数，B为K除以kcon的余数；
控制所有所述增程器中的A个增程器中的发动机以所述恒定功率kcon向车辆输出动力，并使上述A个所述增程器中的发动机在所述恒定功率kcon对应的最优效率点上进行工作；
判断B位于的预设功率区间，选取该功率区间的最大值为所述增程器中发动机的工作效率kmax；
控制所有所述增程器中处理上除了上述A个增程器外的任意一个增程器中的发动机以所述工作功率kmax向车辆输出动力，并使该增程器的发动机在该工作效率kmax对应的最优效率点下工作。
8.根据权利要求7所述的分布式动力系统，其特征在于：若所述车辆需求功率K小于所述恒定功率kcon，所述总控单元直接判断所述需求功率K位于的所述预设功率区间，选取该预设功率区间的最大值为所述增程器中发动机的工作效率kmax，使任意一个所述增程器中的发动机以工作功率kmax向车辆输出动力，并使发动机在该工作功率kmax对应的最优效率点上进行工作。
9.根据权利要求5至8中任意一项所述的分布式动力系统，其特征在于：当所述动力电池内电池实际剩余电量SOC大于上限剩余电量SOCmax时，所述总控单元控制所有所述增程器停机，所述动力电池为车辆提供动力。
10.一种越野车，其特征在于：所述越野车包括权利要求1至9中任意一项所述的分布式动力系统。
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