CN108099594B - 一种双电机多模纯电动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双电机多模纯电动系统，它包括动力耦合装置、第一电机、第二电机、动力电池、第一电机控制器、第二电机控制器和传动轴；其中的动力耦合装置包括前排行星齿轮机构、后排行星齿轮机构、第一模式离合器、第二模式离合器和锁止离合器。本发明通过两个模式离合器、一个锁止离合器的分离结合可实现四种纯电动工作模式，可以实现多模切换，在满足整车爬坡及加速性能要求的同时可以减少第一电机和第二电机的峰值转矩；在满足整车最高车速要求的同时可以降低第二电机的峰值转速。

Description

一种双电机多模纯电动系统
技术领域
本发明涉及纯电动系统，特别涉及一种双电机多模纯电动系统。
背景技术
随着能源与环境问题日益严重，国家大力发展新能源汽车，尤其是纯电动系统近期市场推广较快。目前国内主流纯电动系统以直驱为主，直驱系统虽然结构简单，但是因为没有换挡机构，因此动力性较差；双电机直驱系统因为电机尺寸较大，整车布置比较麻烦，而且价格较高，同时系统存在电机转速与整车车速强相关等先天性的缺点。搭载AMT变速器的纯电动系统，换挡期间动力中断较为明显，车辆驾驶舒适性较差，推广起来存在较大问题。
发明内容
本发明的目的，就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种双电机多模纯电动系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种双电机多模纯电动系统，包括动力耦合装置、第一电机、第二电机、动力电池、第一电机控制器、第二电机控制器和传动轴；
所述动力耦合装置包括前排行星齿轮机构、后排行星齿轮机构、第一模式离合器、第二模式离合器和锁止离合器；
所述前排行星齿轮机构包括前排太阳轮、前排齿圈和前排行星架，后排行星齿轮机构包括后排太阳轮、后排齿圈和后排行星架；
所述第一电机连接前排太阳轮；
所述第二电机连接后排太阳轮；
所述动力电池分别连接第一电机控制器和第二电机控制器，第一电机控制器与第一电机电气连接，第二电机控制器与第二电机电气连接；
所述第一模式离合器设置在前排齿圈与后排太阳轮之间；
所述第二模式离合器设置在后排太阳轮与后排行星架之间；
所述锁止离合器与后排齿圈连接；
所述传动轴与后排行星架连接输出整车动力至车轮。
本发明的工作过程是：
EV1：第一模式离合器、锁止离合器结合，第二模式离合器分离，第一电机和第二电机同时参与纯电驱动。第一电机输出扭矩通过前排齿圈降速增扭以后输出至后排行星架，第二电机输出扭矩通过后排降速增扭后输出至后排行星架，与前排齿圈输出扭矩耦合后由后排行星架输出至传动轴；
EV2：当车辆行驶至较高车速时，整车需求扭矩降低，第一模式离合器、第二模式离合器分离，锁止离合器结合以后实现前后行星齿轮机构断开，由第二电机单独驱动。后排齿圈锁止形成降速增扭效果，第二电机输出扭矩通过后排降速增扭后输出至后排行星架，由后排行星架输出至传动轴；
EV3：当车辆行驶在高速工况时，第二模式离合器结合，第一模式离合器、锁止离合器分离，系统实现直接档模式。第一电机不参与驱动，第二电机输出扭矩直接输出至后排行星架，由后排行星架输出至传动轴；
EV4：当车辆行驶在高速工况需要爬坡时，第一模式离合器、第二模式离合器结合，锁止离合器分离，系统实现直接档模式。第一电机输出扭矩通过前排齿圈降速增扭以后输出至后排行星架，第二电机输出扭矩直接输出至后排行星架，与前排齿圈输出扭矩耦合由后排行星架输出至传动轴。
本发明的双电机多模纯电动系统，通过多模设计有效解决原有系统存在的诸多缺陷，在有效解决搭载动力耦合装置的纯电动系统效率问题的同时满足整车的动力需求。更是在高速工况下不仅可以保证电机工作在合理的转速范围内，同时满足高速行驶过程中的爬坡需求。本发明因为其特殊的双行星排构型设计可以实现多模切换，在满足整车爬坡及加速性能要求的同时可以减少第一电机和第二电机的峰值转矩；在满足整车最高车速要求的同时可以降低第二电机的峰值转速。基于上述优势本发明一种双电机多模纯电动系统从设计上可以减小电机系统的尺寸，成本相对较低，而且该动力耦合装置集成设计相对简单，具有较大的推广优势。
附图说明
图1是本发明双电机多模纯电动系统示意图。
图2是本发明双电机多模纯电动系统杆模型示意图。
图3是本发明双电机多模纯电动系统不同工作模式下车速与最大输出转矩示意图。
具体实施方式
参见图1，配合参见图2、图3。本发明的一种双电机多模纯电动系统，该系统构型包括第一电机1、第二电机2、第一电机控制器3、第二电机控制器4、动力电池5、动力耦合装置包括前排太阳轮6、前排行星架7、前排齿圈8、后排太阳轮9、后排行星架10、后排齿圈11、第一模式离合器12、第二模式离合器13、锁止离合器14、传动轴15。其中前排特征参数k值为k1，后排特征参数k值为k2。
第一电机1连接前排太阳轮6，第二电机2连接后排太阳轮9。
前排齿圈8通过第一模式离合器12与后排行星架10连接，后排齿圈11与锁止离合器14连接，后排太阳轮9通过第二模式离合器13与后排行星架10连接。
第一电机1与第一电机控制器3电气连接，第一电机控制器3与动力电池5电气连接，第二电机2与第二电机控制器4电气连接，第二电机控制器4与动力电池5电气连接。
前排行星架7锁止，后排行星架10与传动轴15连接传递整车动力。
本发明的工件过程原理结合图1、图2和表1说明如下。表1列出了本发明双电机多模纯电动系统不同工作模式下的离合器状态。
表1
EV1：车辆起步时，车辆需要低速大扭矩，此时第一模式离合器12、锁止离合器14结合，第二模式离合器13分离，前排形成一个k1的速比，后排齿圈11锁止，后排形成一个1+k2的速比，第一电机1与第二电机2同时参与纯电驱动。第一电机1输出扭矩通过前排齿圈8降速增扭以后输出至后排行星架10，第二电机2输出扭矩通过后排降速增扭后输出至后排行星架10，与前排齿圈8输出扭矩耦合后由后排行星架10输出至传动轴15。在EV1模式下，第一电机1与第二电机2同时参与纯电动行驶，因此纯电动爬坡能力大大提高。
EV2：当车辆行驶至较高车速时，整车需求扭矩降低，此时第一模式离合器12、第二模式离合器13分离，锁止离合器14结合。前后行星齿轮机构断开，后排形成一个1+k2的速比，由第二电机2单独驱动。第二电机2输出扭矩通过后排降速增扭后输出至后排行星架10，由后排行星架10输出至传动轴15。在EV2模式下，因为前后行星齿轮机构断开，因此纯电动效率大大提高。
EV3：当车辆行驶在高速工况时，第二模式离合器13结合，第一模式离合器12、锁止离合器14分离，系统实现直接档模式。第一电机1不参与驱动，第二电机2输出扭矩直接输出至后排行星架10，由后排行星架10输出至传动轴15。在EV3模式下，第二电机2工作在额定转速附近，不会因为高车速而导致电机温升过快，从而保证高速工况下系统可靠性及效率。
EV4：当车辆行驶在高速工况需要爬坡时，第一模式离合器12、第二模式离合器13结合，锁止离合器14分离，系统实现直接档模式。第一电机1输出扭矩通过前排齿圈8降速增扭以后输出至后排行星架10，第二电机2输出扭矩直接输出至后排行星架10，与前排齿圈8输出扭矩耦合由后排行星架10输出至传动轴15。在EV4模式下，不仅可以保证电机工作在合理的转速范围内，同时满足整车动力需求。
从上述执行过程可以看出，本专利所述的双电机多模纯电动系统所具备的四种纯电动工作模式有着各自不同的优势。从图3可以看出，同一车速下不同工作模式均有自己对应的最大输出扭矩，在实际的行驶过程中根据具体工况及车辆需求选择合适的工作模式。
EV1：解决纯电动系统低速爬坡能力的问题；
EV2：解决搭载动力耦合装置的纯电动系统效率较低的问题；
EV3：解决高速工况下电机转速过高的问题，保证系统可以适应高速工况；
EV4：解决高速工况下的爬坡能力问题，在保证电机工作在合理的转速范围内的同时满足整车动力需求。

Claims (5)

1.一种双电机多模纯电动系统，其特征在于：包括动力耦合装置、第一电机、第二电机、动力电池、第一电机控制器、第二电机控制器和传动轴；
所述动力耦合装置包括前排行星齿轮机构、后排行星齿轮机构、第一模式离合器、第二模式离合器和锁止离合器；
所述前排行星齿轮机构包括前排太阳轮、前排齿圈和前排行星架，后排行星齿轮机构包括后排太阳轮、后排齿圈和后排行星架；
所述第一电机连接前排太阳轮；
所述第二电机连接后排太阳轮；
所述动力电池分别连接第一电机控制器和第二电机控制器，第一电机控制器与第一电机电气连接，第二电机控制器与第二电机电气连接；
所述第一模式离合器设置在前排齿圈与后排太阳轮之间；
所述第二模式离合器设置在后排太阳轮与后排行星架之间；
所述锁止离合器与后排齿圈连接；
所述传动轴与后排行星架连接输出整车动力至车轮；
第一模式离合器、第二模式离合器分离，锁止离合器结合以后实现前排行星齿轮机构和后排行星齿轮机构断开，后排齿圈锁止形成降速增扭效果，第二电机输出扭矩通过后排降速增扭后输出至后排行星架，由后排行星架输出至传动轴；
第一模式离合器、锁止离合器结合，第二模式离合器分离，第一电机输出扭矩通过前排齿圈降速增扭以后输出至后排行星架，第二电机输出扭矩通过后排降速增扭后输出至后排行星架，与前排齿圈输出扭矩耦合后由后排行星架输出至传动轴；
第二模式离合器结合，第一模式离合器、锁止离合器分离，实现直接档模式；第一电机不参与驱动，第二电机输出扭矩直接输出至后排行星架，由后排行星架输出至传动轴；
第一模式离合器、第二模式离合器结合，锁止离合器分离，实现直接档模式；第一电机输出扭矩通过前排齿圈降速增扭以后输出至后排行星架，第二电机输出扭矩直接输出至后排行星架，与前排齿圈输出扭矩耦合由后排行星架输出至传动轴。
2.如权利要求1所述的双电机多模纯电动系统，其特征在于：第一模式离合器分离以后实现前后行星齿轮机构断开。
3.如权利要求1所述的双电机多模纯电动系统，其特征在于：通过第二模式离合器的结合实现后排太阳轮与后排行星架连接。
4.如权利要求1所述的双电机多模纯电动系统，其特征在于：通过锁止离合器的结合实现后排降速增扭效果。
5.如权利要求1所述的双电机多模纯电动系统，其特征在于：通过第二模式离合器结合、锁止离合器分离实现直接档模式。
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