CN108263185A - 一种纯电动手动档轿车动力总成及其控制策略 - Google Patents

一种纯电动手动档轿车动力总成及其控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纯电动手动档轿车动力总成及其控制策略，其特征在于：动力总成部分包含电动车特有的驱动电机和其控制器，变速箱采用5档手动变速箱；DCDC和充电机借用成熟产品，匹配相应的空压机和高压配电盒、真空助力系统和电动转向系统，保证动力总成系统可实施。控制策略共有6种模式,分别是初始模式、静止模式、空载怠速模式、带载怠速模式、动力模式和熄火模式。车辆从静止状态到打火启动，再到车辆的正常行驶以及后续的正常换挡等不同模式的策略研究，保证车辆的静止、起步、换挡等模式下和传统汽油机车辆相一致。

Description

一种纯电动手动档轿车动力总成及其控制策略
技术领域
本发明涉及一种纯电动手动档轿车动力总成及其控制策略，属于车辆工程的驱动动力技术领域。
背景技术
随着世界能源短缺和环境污染问题的加重，节能环保成为现代汽车的发展方向，驾驶培训行业是交通运输行业的重要组成部分，既是资源占有型又是能源消耗型行业，并且对环境产生很大危害；并且，室内驾驶培训架构作为行业未来发展方向，对手动档电动也就有较为广阔的市场前景。而目前国内市场上几乎没有可作为手动档驾校车的电动轿车。其核心动力总车及换挡的控制策略也无相应的设计。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种纯电动手动档轿车动力总成，是一种手动档驾校车的电动轿车，是选择合适的平台基础上进行纯电动手动档的动力总成；使用电动驾校车可以降低驾校的运营成本，实现室内练车、考试的最佳选择，同时减少排放和污染，对全行业的电动车起到推广的作用。
本发明的技术方案是这样实现的：一种纯电动手动档轿车动力总成，其特征在于：驱动电机右侧通过右悬置支架连接在右悬置上，左侧通过转接盘与变速箱螺接在一起，变速箱左侧与左悬置支架连接；变速箱下部与后悬置支架连接够固定在前悬架上；动力通过驱动电机输出轴花键传递到联轴器；联轴器右侧通过花键套配合，左侧通过螺栓与飞轮螺接，将动力输出到飞轮；飞轮与离合器从动盘连接后，通过压盘将动力传输到变速箱；变速箱通过主减速器将动力传递到驱动半轴，从而将动力最终传递到车轮；其中联轴器为中空设计，通过加强螺栓与电机输出轴螺接；驱动电机和减速器之间由转接盘连接，用于固定驱动电机和减速器的外部结构，内部通过联轴器连接电机输出轴和飞轮，联轴器与驱动电机通过电机输出轴花键传输动力，通过输出轴与联轴器的中间螺栓防止轴向的窜动，联轴器和飞轮通过6个螺栓固定在一起，离合器压盘螺接在飞轮上，离合器执行机构固定在减速器壳体上。
所述的驱动电机的额定功率/转速/转矩为40kW /3350r/min /114/N.m；电动汽车驱动电机峰值功率/转速/转矩为80kW /12000r/min /228N.m。
所述的变速箱为5MT，Ⅰ:3.462,Ⅱ:1.913,Ⅲ:1.258,Ⅳ:0.943,Ⅴ:0.763/R:3.25；主减速比：4.158作为动力总成的核心零部件；匹配相应的电机控制器、DCDC、充电机以及相应的空调和水冷系统。
一种纯电动手动档轿车动力总成的控制策略为：HCU采集空挡开关信号、倒挡开关信号、离合器上位和下位开关，通过离合器上位和下位开关校验判断离合器处于开启关闭状态；如果空挡信号有效，认为当前档位为N档；如果倒挡开关信号有效，认为当前档位为R档，其他情况认为为前进挡（1-5档）；具体步骤如下：
整车控制器上电后，车辆模式进入初始模式
Ø 当车辆模式为初始模式时，高压上电完成车辆Ready且钥匙门KeyStart后，车辆模式进入静止模式。
Ø 当车辆Ready=0时，车辆模式进入初始模式。
Ø 当车辆模式为静止模式时，如果满足条件电机转速小于怠速转速下限值，则车辆模式进入怠速模式，默认进入空载怠速模式。
Ø 当车辆模式为空载怠速模式时，如果满足条件离合器状态不为Open且换挡手柄位置不为空挡，则进入带载怠速模式。
Ø 当车辆模式为带载怠速模式时，如果满足条件离合器状态为Open或换挡手柄位置为空挡，则进入空载怠速模式。
Ø 当车辆模式为怠速模式时，如果满足以下任一条件，则车辆模式进入动力模式。
1) 离合器状态不为Open且换挡手柄位置不为空挡且电机转速大于怠速转速上限值；
2) 离合器状态不为Open且换挡手柄位置不为空挡且动力扭矩需求模块计算的动力扭矩需求值大于当前怠速时电机实际扭矩值。
Ø 当车辆模式为动力模式时，如果满足以下任一条件，则车辆模式进入怠速模式，默认进入空载怠速模式。
1) 离合器状态为Open；
2) 换挡手柄位置为空挡；
3) 电机转速小于怠速转速下限值。
Ø 当车辆模式为带载怠速模式时，如果电机转速小于熄火转速限值，则车辆模式进入熄火模式。
当车辆模式为熄火模式时，如果电机转速为0，且档位为空挡或离合器分离，Keystart，则车辆模式进入静止模式。
本发明的积极效果是选择合适的平台基础上进行纯电动手动档的动力总成的电动驾校车可以降低驾校的运营成本，实现室内练车、考试的最佳选择，同时减少排放和污染，对全行业的电动车起到推广的作用。
附图说明
图1为此纯电动手动档车型的动力总成。
图2为本发明的动力总成的结构示意图。
图3为动力总成内部核心部件，电机和飞轮、离合器、变速箱的连接方式示意图。
图4是电机扭矩与发动机扭矩的Map模拟。
图5是控制策略的6种模式间的关系。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。如图1-3所示，一种纯电动手动档轿车动力总成，其特征在于：驱动电机1右侧通过右悬置支架连接在右悬置7上，左侧通过转接盘3与变速箱5螺接在一起，变速箱5左侧与左悬置支架连接；变速箱5下部与后悬置支架连接后固定在前悬架上；动力通过驱动电机1输出轴花键传递到联轴器2；联轴器2右侧通过花键套配合，左侧通过螺栓与飞轮6螺接，将动力输出到飞轮6；飞轮6与离合器从动盘连接后，通过压盘将动力传输到变速箱5；变速箱5通过主减速器将动力传递到驱动半轴，从而将动力最终传递到车轮；其中联轴器2为中空设计，通过加强螺栓与电机输出轴螺接；驱动电机1和减速器之间由转接盘3连接，用于固定驱动电机1和减速器的外部结构，内部通过联轴器2连接电机输出轴和飞轮6，联轴器2与驱动电机1通过电机输出轴花键传输动力，通过输出轴与联轴器2的中间螺栓防止轴向的窜动，联轴器和飞轮6通过6个螺栓固定在一起，离合器4压盘螺接在飞轮上，离合器4执行机构固定在减速器壳体上。
所述的驱动电机1的额定功率/转速/转矩为40 kW /3350 r/min /114/N.m；电动汽车驱动电机峰值功率/转速/转矩为80 kW /12000 r/min /228 N.m。
所述的变速箱5为5MT，Ⅰ:3.462,Ⅱ:1.913,Ⅲ:1.258,Ⅳ:0.943,Ⅴ:0.763/R:3.25；主减速比：4.158作为动力总成的核心零部件；匹配相应的电机控制器、DCDC、充电机以及相应的空调和水冷系统。
图1中电机系统模拟传统车的发动机，作为动力输出系统，通过连接结构将动力传导到离合器；变速箱及驱动轴沿用传统车的构造，将动力作用到车轮。通过控制电机的转速和扭矩来模拟发动机怠速工况、熄火工况和正常运转工况；通过手动换挡其实现各档位间的切换。冷却系统为电机、电机控制器8、DCDC9以及充电机10进行冷却，冷却方式为水冷。整个动力总成由左、右、后三点悬置固定在前机舱内。
图2、3是动力输出机构的结构简图，速箱通过主减速器将动力传递到驱动半轴，从而将动力最终传递到车轮。联轴器为中空设计，通过加强螺栓与电机输出轴螺接，防止其轴向移动。在加工过程中，注意花键及花键套的尺寸精度，尽可能减少飞轮在转动过程中出现的轴向力；在装配和制造过程中保证端面的平面度，避免误差对动力输出效率的损耗。
图4是动力扭矩需求由油门踏板开度和电机转速查表得到，通过标定MAP模拟发动机扭矩特性，并限制最高转速为6000Rpm，并在0油门时增加一定电机副扭矩，模拟发动机反拖力矩。
图5是6种模式间的相互关系，比如熄火状态暨从动力模式直接切换到初始模式。若初始力矩不能满足车辆行驶需求，直接从带载怠速直接切换到熄火模式。各个模式模拟传统手动档汽油机的各个状态，保证其一致性。
换挡控制策略方案是这样实现的：
HCU采集空挡开关信号、倒挡开关信号、离合器上位和下位开关。
通过离合器上位和下位开关校验判断离合器处于开启关闭状态；如果空挡信号有效，认为当前档位为N档；如果倒挡开关信号有效，认为当前档位为R档，其他情况认为为前进挡（1-5档）。
整车控制器上电后，车辆模式进入初始模式
Ø 当车辆模式为初始模式时，高压上电完成车辆Ready且钥匙门KeyStart后，车辆模式进入静止模式。
Ø 当车辆Ready=0时，车辆模式进入初始模式。
Ø 当车辆模式为静止模式时，如果满足条件电机转速小于怠速转速下限值，则车辆模式进入怠速模式，默认进入空载怠速模式。
Ø 当车辆模式为空载怠速模式时，如果满足条件离合器状态不为Open且换挡手柄位置不为空挡，则进入带载怠速模式。
Ø 当车辆模式为带载怠速模式时，如果满足条件离合器状态为Open或换挡手柄位置为空挡，则进入空载怠速模式。
Ø 当车辆模式为怠速模式时，如果满足以下任一条件，则车辆模式进入动力模式。
1) 离合器状态不为Open且换挡手柄位置不为空挡且电机转速大于怠速转速上限值；
2) 离合器状态不为Open且换挡手柄位置不为空挡且动力扭矩需求模块计算的动力扭矩需求值大于当前怠速时电机实际扭矩值。
Ø 当车辆模式为动力模式时，如果满足以下任一条件，则车辆模式进入怠速模式，默认进入空载怠速模式。
1) 离合器状态为Open；
2) 换挡手柄位置为空挡；
3) 电机转速小于怠速转速下限值。
Ø 当车辆模式为带载怠速模式时，如果电机转速小于熄火转速限值，则车辆模式进入熄火模式。
Ø 当车辆模式为熄火模式时，如果电机转速为0，且档位为空挡或离合器分离，Keystart，则车辆模式进入静止模式。详见图4。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种纯电动手动档轿车动力总成，其特征在于：驱动电机右侧通过右悬置支架连接在右悬置上，左侧通过连接盘与变速箱螺接在一起，变速箱左侧与左悬置支架连接；变速箱下部与后悬置支架连接够固定在前悬架上；动力通过驱动电机输出轴花键传递到联轴器；联轴器右侧通过花键套配合，左侧通过螺栓与飞轮螺接，将动力输出到飞轮；飞轮与离合器从动盘连接后，通过压盘将动力传输到变速箱；变速箱通过主减速器将动力传递到驱动半轴，从而将动力最终传递到车轮；其中联轴器为中空设计，通过加强螺栓与电机输出轴螺接；驱动电机和减速器之间由转接盘连接，用于固定驱动电机和减速器的外部结构，内部通过联轴器连接电机输出轴和飞轮，联轴器与驱动电机通过电机输出轴花键传输动力，通过输出轴与联轴器的中间螺栓防止轴向的窜动，联轴器和飞轮通过6个螺栓固定在一起，离合器压盘螺接在飞轮上，离合器执行机构固定在减速器壳体上。
2.根据权利要求1所述的一种纯电动手动档轿车动力总成，其特征在于所述的驱动电机的额定功率/转速/转矩为40kW /3350r/min /114/N.m；电动汽车驱动电机峰值功率/转速/转矩为80kW /12000r/min /228N.m。
3.根据权利要求1所述的一种纯电动手动档轿车动力总成，其特征在于所述的变速箱为5MT，Ⅰ:3.462,Ⅱ:1.913,Ⅲ:1.258,Ⅳ:0.943,Ⅴ:0.763/R:3.25；主减速比：4.158作为动力总成的核心零部件；匹配相应的电机控制器、DCDC、充电机以及相应的空调和水冷系统。
4.一种纯电动手动档轿车动力总成的控制策略，其特征在于：HCU采集空挡开关信号、倒挡开关信号、离合器上位和下位开关，通过离合器上位和下位开关校验判断离合器处于开启关闭状态；如果空挡信号有效，认为当前档位为N档；如果倒挡开关信号有效，认为当前档位为R档，其他情况认为为前进挡（1-5档）；具体步骤如下：
整车控制器上电后，车辆模式进入初始模式
当车辆模式为初始模式时，高压上电完成车辆Ready且钥匙门KeyStart后，车辆模式进入静止模式；
当车辆Ready=0时，车辆模式进入初始模式；
当车辆模式为静止模式时，如果满足条件电机转速小于怠速转速下限值，则车辆模式进入怠速模式，默认进入空载怠速模式；
当车辆模式为空载怠速模式时，如果满足条件离合器状态不为Open且换挡手柄位置不为空挡，则进入带载怠速模式；
当车辆模式为带载怠速模式时，如果满足条件离合器状态为Open或换挡手柄位置为空挡，则进入空载怠速模式；
当车辆模式为怠速模式时，如果满足以下任一条件，则车辆模式进入动力模式；
1)离合器状态不为Open且换挡手柄位置不为空挡且电机转速大于怠速转速上限值；
2)离合器状态不为Open且换挡手柄位置不为空挡且动力扭矩需求模块计算的动力扭矩需求值大于当前怠速时电机实际扭矩值；
当车辆模式为动力模式时，如果满足以下任一条件，则车辆模式进入怠速模式，默认进入空载怠速模式；
1)离合器状态为Open；
2)换挡手柄位置为空挡；
3)电机转速小于怠速转速下限值；
当车辆模式为带载怠速模式时，如果电机转速小于熄火转速限值，则车辆模式进入熄火模式；
当车辆模式为熄火模式时，如果电机转速为0，且档位为空挡或离合器分离，Keystart，则车辆模式进入静止模式。
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