CN109484163A - 一种双电机的动力驱动装置及其扭矩分配控制方法 - Google Patents

一种双电机的动力驱动装置及其扭矩分配控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双电机的动力驱动装置及其扭矩分配控制方法，能够根据车辆需求功率调节电机工作点合理进行能量管理，同时在不同制动力下可以实现单电机制动能量回收和双电机制动能量回收，提高车辆的经济性。根据双电机耦合特点提出最小功率评价指标作为车辆模式切换的评价标准，根据车辆需求功率调节工作模式使两个电机工作在最佳工作点，兼顾车辆动力性和经济性。整车控制过程中为加快相应过程，根据主电机、辅助电机的特性计算每种模式下的对应功率和电机转速、转矩，将数据以表格形式存储在存储单元中，在车辆实际运行中通过查表的方式快速识别对应的工作模式，提高整车的响应速度。

Description

一种双电机的动力驱动装置及其扭矩分配控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种双电机的动力驱动装置及其扭矩分配控制方法。
背景技术
随着全球能源危机加剧和普遍的环保意识提高，纯电动汽车作为零排放车辆具有广泛的发展前景。然而受限于续航里程和整车价格等因素，纯电动车辆在实际推广中还面临着巨大的挑战。
为了提高车辆续航里程本发明采用双电机单轴驱动系统，根据车辆不同工作状况可以选择主电机独立驱动、辅助电机独立驱动、双电机转速耦合驱动和双电机转矩耦合驱动四种方式实现车辆高效快速启动和加速性能。
例如，申请号为201711024843.5的中国发明专利申请，公开了一种双电机单行星轮系电驱动装置，包括第一驱动电机(16)、行星轮系(100)、第二驱动电机(13)和湿式离合器(104)，行星轮系(100)包括太阳轮(101)、齿圈(102)、行星架(103)和行星轮系壳体，第一驱动电机(16)与太阳轮(101)相连接，齿圈(102)与所述行星轮系壳体之间固定连接，第二驱动电机(13)与行星架(103)相连接，湿式离合器(104)一端与太阳轮(101)相连接，其另一端与行星架(103)相连接。
又例如，申请号为201720457851.8的中国实用新型专利，公开了一种双电机驱动装置，包括支撑板，加固板，电机固定板，驱动主轴，升降机支撑板，太阳轮，行星轮，轴承座，夹具固定板，轴承，工作轴，在电机固定板上设置有中间套，在中间套与驱动主轴之间设置有一主轴轴承，在主轴轴承上还设置有一轴承法兰，在中间套与太阳轮之间还设置有一转动轴承；若干行星轮的其中一个行星轮上设置有一附加电机驱动齿轮。
上述现有技术的不足是：不能实现单电机制动能量回收和双电机制动能量回，运行模式单一，不能有效延长电动汽车的续航。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种新型双电机动力驱动装置及其扭矩分配控制方法，能够根据车辆需求功率调节电机工作点合理进行能量管理，同时在不同制动力下可以实现单电机制动能量回收和双电机制动能量回收，提高车辆的经济性。根据双电机耦合特点提出最小功率评价指标作为车辆模式切换的评价标准，根据车辆需求功率调节工作模式使两个电机工作在最佳工作点，兼顾车辆动力性和经济性。
本发明的技术方案是：一种双电机的动力驱动装置，所述驱动装置包括双行星排、主电机、辅助电机、主输入轴、辅输入轴、输出轴和若干个离合器，其中，主电机通过主输入轴与双行星排连接，辅助电机通过辅输入轴与双行星排连接，双行星排采用辛普森式结构，第七离合器连接在双行星排的行星架上，第八离合器连接在双行星排的太阳轮上，第一锁止器和第二锁止器设置在双行星排的齿圈上，第一离合器、第二离合器、第三离合器依次设置在输出轴的左侧并通过花键与输出轴连接，第一离合器、第二离合器、第三离合器分别与主输入轴通过齿轮啮合连接，第四离合器、第五离合器、第六离合器依次设置在输出轴的左侧并通过花键与输出轴连接，第四离合器、第五离合器、第六离合器分别与辅输入轴通过齿轮啮合连接。
一种基于本发明所述驱动装置的扭矩分配控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1、当主电机单独工作时的需求功率为Pmod1、辅助电机单独工作时的需求功率为Pmod2、主电机与辅助电机采用转矩耦合输出时的需求功率为Pmod3、主电机与辅助电机采用转速耦合时的需求功率为Pmod4，通过计算主电机与辅助电机的四种模式下的需求功率，选取需求功率最小的模式作为主电机与辅助电机的驱动模式，主电机与辅助电机的实际工作需求功率POut如计算公式(1)：
POut＝min(Pmod1、Pmod2、Pmod3、Pmod4)……(1)
步骤2、主电机或辅助电机需求功率Preq根据需求扭矩T、需求角速度ω以及传动效率η求得，当采用单电机独立驱动时，电机扭矩和转速根据车速和需求扭矩求得，带入主电机和辅助电机的扭矩和转速求得主电机、辅助电机单独驱动时的需求功率，需求功率根据公式(2)如下：
步骤3、当主电机或辅助电机采用转矩耦合驱动时锁止器锁止，行星排作为动力耦合装置，电机输入动力经过齿轮和齿圈的传递至太阳轮耦合后由行星架输出，此时转速关系是解耦，转矩是耦合关系，电机转速、电机转矩关系如公式(3)与公式(4)所示：
nMG1＝nMG2＝ns＝(1+k)nc……(3)
公式(3)、公式(4)中：nMG1、nMG2分别为主电机和辅助电机的转速，TMG1、TMG2分别为主电机和辅助电机的扭矩，ns为行星排的太阳轮转速、nc为行星排的行星架转速、nr为行星排的齿圈转速，Tr、Tc分别为行星排的齿圈和行星架的扭矩，k为行星架的特性常数，根据行星架结构参数确定。
步骤4、当主电机或辅助电机采用转速耦合驱动时锁止器分离，行星排作为动力耦合装置，电机输入动力经过太阳轮和齿圈耦合后由行星架轮输出，此时转速关系是耦合关系，转矩是解耦关系，电机转速、转矩关系满足公式(5)与公式(6)：
公式(5)、公式(6)中：ig为行星排太阳轮与齿圈的速比，其它符号的含义与公式(3)、公式(4)中的符号含义相同。
步骤5采用主电机与辅助电机同时工作模式时，在满足车辆动力性需求的同时，使主电机和辅助电机都工作在最佳工作点，根据动力耦合装置的不同结合方式对扭矩进行分配计算，当采用转矩耦合模式时电机转速关系是解耦的，需求转速根据车速求得，根据求得的转速判断是否超出辅助电机的最大转速，当转速大于辅助电机最高转速，则进一步判断转速是否超过主电机最高转速，当转速大于主电机最高转速，转矩耦合模式不能满足车辆功率要求，需要满足主电机或辅助电机最高转速的要求，则控制对应的离合器结合，在电机负载特性场中调节主电机与辅助电机的输出扭矩，遍历计算特性场中每一个满足关系的电机工作位置保证总需求功率最小，两个电机的输出扭矩如公式(7)所示：
Treqt＝T1+T2……(7)
公式(7)中，Treqt为车辆需求扭矩、T1为主电机扭矩、T2为辅助电机扭矩。
本发明所述双电机的动力驱动装置及其扭矩分配控制方法的有益效果是：整车控制过程中为加快相应过程，根据主电机、辅助电机的特性计算每种模式下的对应功率和电机转速、转矩，将数据以表格形式存储在存储单元中，在车辆实际运行中通过查表的方式快速识别对应的工作模式，提高整车的响应速度。
附图说明
图1为本发明所述动力驱动系统的结构示意图。
图中标记所示：1-主电机，2-辅助电机，3-主输入轴，4-辅输入轴，5-输出轴，6-双行星排，7-第一离合器，8-第二离合器，9-第三离合器，10-第四离合器，11-第五离合器，12-第六离合器，13-第七离合器，14-第八离合器，15-第一锁止器，16-第二锁止器，17-双行星排。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述动力驱动装置包括双行星排17、主电机1、辅助电机2、主输入轴3、辅输入轴4、输出轴5和若干个离合器，其中，主电机1通过主输入轴3与双行星排17连接，辅助电机2通过辅输入轴4与双行星排17连接，双行星排17采用辛普森式结构，第七离合器13连接在双行星排17的行星架上，第八离合器14连接在双行星排17的太阳轮上，第一锁止器15和第二锁止器16设置在双行星排17的齿圈上，第一离合器7、第二离合器8、第三离合器9依次设置在输出轴5的左侧并通过花键与输出轴连接，第一离合器7、第二离合器8、第三离合器9分别与主输入轴3通过齿轮啮合连接，第四离合器10、第五离合器11、第六离合器12依次设置在输出轴5的左侧并通过花键与输出轴5连接，第四离合器10、第五离合器11、第六离合器12分别与辅输入轴4通过齿轮啮合连接。
一种基于本发明所述驱动装置的扭矩分配控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1、当主电机单独工作时的需求功率为Pmod1、辅助电机单独工作时的需求功率为Pmod2、主电机与辅助电机采用转矩耦合输出时的需求功率为Pmod3、主电机与辅助电机采用转速耦合时的需求功率为Pmod4，通过计算主电机与辅助电机的四种模式下的需求功率，选取需求功率最小的模式作为主电机与辅助电机的驱动模式，主电机与辅助电机的实际工作需求功率POut如计算公式(1)：
POut＝min(Pmod1、Pmod2、Pmod3、Pmod4)……(1)
步骤2、主电机或辅助电机需求功率Preq根据需求扭矩T、需求角速度ω以及传动效率η求得，当采用单电机独立驱动时，电机扭矩和转速根据车速和需求扭矩求得，带入主电机和辅助电机的扭矩和转速求得主电机、辅助电机单独驱动时的需求功率，需求功率根据公式(2)如下：
步骤3、当主电机或辅助电机采用转矩耦合驱动时锁止器锁止，行星排作为动力耦合装置，电机输入动力经过齿轮和齿圈的传递至太阳轮耦合后由行星架输出，此时转速关系是解耦，转矩是耦合关系，电机转速、电机转矩关系如公式(3)与公式(4)所示：
nMG1＝nMG2＝ns＝(1+k)nc……(3)
公式(3)、公式(4)中：nMG1、nMG2分别为主电机和辅助电机的转速，TMG1、TMG2分别为主电机和辅助电机的扭矩，ns为行星排的太阳轮转速、nc为行星排的行星架转速、nr为行星排的齿圈转速，Tr、Tc分别为行星排的齿圈和行星架的扭矩，k为行星架的特性常数，根据行星架结构参数确定。
步骤4、当主电机或辅助电机采用转速耦合驱动时锁止器分离，行星排作为动力耦合装置，电机输入动力经过太阳轮和齿圈耦合后由行星架轮输出，此时转速关系是耦合关系，转矩是解耦关系，电机转速、转矩关系满足公式(5)与公式(6)：
公式(5)、公式(6)中：ig为行星排太阳轮与齿圈的速比，其它符号的含义与公式(3)、公式(4)中的符号含义相同。
步骤5采用主电机与辅助电机同时工作模式时，在满足车辆动力性需求的同时，使主电机和辅助电机都工作在最佳工作点，根据动力耦合装置的不同结合方式对扭矩进行分配计算，当采用转矩耦合模式时电机转速关系是解耦的，需求转速根据车速求得，根据求得的转速判断是否超出辅助电机的最大转速，当转速大于辅助电机最高转速，则进一步判断转速是否超过主电机最高转速，当转速大于主电机最高转速，转矩耦合模式不能满足车辆功率要求，需要满足主电机或辅助电机最高转速的要求，则控制对应的离合器结合，在电机负载特性场中调节主电机与辅助电机的输出扭矩，遍历计算特性场中每一个满足关系的电机工作位置保证总需求功率最小，两个电机的输出扭矩如公式(7)所示：
Treqt＝T1+T2……(7)
公式(7)中，Treqt为车辆需求扭矩、T1为主电机扭矩、T2为辅助电机扭矩。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种双电机的动力驱动装置，包括双行星排(17)、主电机(1)、辅助电机(2)、主输入轴(3)、辅输入轴(4)、输出轴(5)和若干个离合器，其特征在于，主电机(1)通过主输入轴(3)与双行星排(17)连接，辅助电机(2)通过辅输入轴(4)与双行星排(17)连接，双行星排(17)采用辛普森式结构，第七离合器(13)连接在双行星排(17)的行星架上，第八离合器(14)连接在双行星排(17)的太阳轮上，第一锁止器(15)和第二锁止器(16)设置在双行星排(17)的齿圈上，第一离合器(7)、第二离合器(8)、第三离合器(9)依次设置在输出轴(5)的左侧并通过花键与输出轴连接，第一离合器(7)、第二离合器(8)、第三离合器(9)分别与主输入轴(3)通过齿轮啮合连接，第四离合器(10)、第五离合器(11)、第六离合器(12)依次设置在输出轴(5)的左侧并通过花键与输出轴(5)连接，第四离合器(10)、第五离合器(11)、第六离合器(12)分别与辅输入轴(4)通过齿轮啮合连接。
2.基于权利要求1所述动力驱动装置的扭矩分配控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、当主电机单独工作时的需求功率为Pmod1、辅助电机单独工作时的需求功率为Pmod2、主电机与辅助电机采用转矩耦合输出时的需求功率为Pmod3、主电机与辅助电机采用转速耦合时的需求功率为Pmod4，通过计算主电机与辅助电机的四种模式下的需求功率，选取需求功率最小的模式作为主电机与辅助电机的驱动模式，主电机与辅助电机的实际工作需求功率POut如计算公式(1)：
POut＝min(Pmod1、Pmod2、Pmod3、Pmod4)……(1)；
步骤2、主电机或辅助电机需求功率Preq根据需求扭矩T、需求角速度ω以及传动效率η求得，当采用单电机独立驱动时，电机扭矩和转速根据车速和需求扭矩求得，带入主电机与辅助电机的扭矩和转速求得主电机、辅助电机单独驱动时的需求功率，需求功率根据公式(2)如下：
步骤3、当主电机或辅助电机采用转矩耦合驱动时锁止器锁止，行星排作为动力耦合装置，电机输入动力经过齿轮和齿圈的传递至太阳轮耦合后由行星架输出，转速关系是解耦，转矩是耦合关系，电机转速、电机转矩关系如公式(3)与公式(4)所示：
nMG1＝nMG2＝ns＝(1+k)nc……(3)
步骤4、当主电机或辅助电机采用转速耦合驱动时锁止器分离，行星排作为动力耦合装置，电机输入动力经过太阳轮和齿圈耦合后由行星架轮输出，转速关系是耦合关系，转矩是解耦关系，电机转速、转矩关系满足公式(5)与公式(6)：
步骤5采用主电机与辅助电机同时工作模式时，在满足车辆动力性需求的同时，使主电机与辅助电机都工作在最佳工作点，根据动力耦合装置的不同结合方式对扭矩进行分配计算，当采用转矩耦合模式时，电机转速关系是解耦的，需求转速根据车速求得，根据求得的转速判断是否超出辅助电机的最大转速，当转速大于辅助电机最高转速，则进一步判断转速是否超过主电机最高转速，当转速大于主电机最高转速，转矩耦合模式不能满足车辆功率要求，需要满足主电机或辅助电机最高转速的要求，则控制对应的离合器结合，在电机负载特性场中调节主电机和辅助电机的输出扭矩，遍历计算特性场中每一个满足关系的电机工作位置保证总需求功率最小，主电机与辅助电机的输出扭矩如公式(7)所示：
Treqt＝T1+T2……(7)。
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