CN110120721A - 一种用于车辆的电机系统和控制方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车辆的电机系统和控制方法及车辆，涉及车辆技术领域。用于车辆的电机系统包括电机，所述电机包括电机输出轴，所述电机输出轴上具有至少一个花键；减速器花键轴套，包覆在所述电机输出轴的外部，并通过键槽与所述电机输出轴的花键配合；其中，至少部分所述花键的内部设有可移动的缓冲滑块，所述缓冲滑块配置成在所述电机的扭矩换向过程中，受控地伸出所述花键，并先于所述花键与所述键槽的内壁接触，以对所述花键与所述键槽的接触进行缓冲。本发明还提供了相应的控制方法。同时，本发明还提供了一种车辆，包括上述所述的电机系统。本发明能够兼顾乘员舱的安静及舒适性和电机的动力响应。

Description

一种用于车辆的电机系统和控制方法及车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种用于车辆的电机系统和控制方法及车辆。

背景技术

随着国家和世界范围内对节能减排的提倡，越来越多的新能源车型相继面市，且批量投放市场。

但是在混动及纯电动车型上，都涉及电机扭矩过零问题，从正扭矩到负扭矩或从负扭矩到正扭矩，由于电机输出轴和减速器花键轴套存在齿隙，电机扭矩换向过程中，减速器花键轴套和电机输出轴花键刚性碰撞，从而造成异响和冲击，在纯电模式的低速段由于没有发动机的高分贝噪声覆盖，异响问题显得尤为突出，严重影响乘客的乘坐舒适性。

发明内容

本申请的发明人发现，为解决异响问题，目前均通过软件控制来实现。即在电机扭矩接近0扭矩时降电机扭矩以很小的梯度降下来，让其平缓的度过扭矩换向，再次缓慢的增加或减小电机扭矩，以避开该工况。然而通过软件来解决上述问题，车辆已经完全没有了纯电动车型该有的快速响应性，和一辆传统车的发动机扭矩响应相差无几。

为解决上述问题，本发明第一方面的一个目的是提供一种用于车辆的电机系统，其能够兼顾乘员舱的安静及舒适性和电机的动力响应。

本发明第一方面的另一个目的是提供一种能够延长电机使用寿命的用于车辆的电机系统。

本发明第二方面的一个目的是提供一种控制方法，其能够兼顾乘员舱的安静及舒适性和电机的动力响应。

本发明第三方面的一个目的是提供一种车辆，包括上述电机系统，所述电机系统能够兼顾乘员舱的安静及舒适性和电机的动力响应。

根据本发明第一方面，本发明提供了一种用于车辆的电机系统，包括：

电机，所述电机包括电机输出轴，所述电机输出轴上具有至少一个花键；

减速器花键轴套，包覆在所述电机输出轴的外部，并通过键槽与所述电机输出轴的花键配合；

其中，至少部分所述花键的内部设有可移动的缓冲滑块，所述缓冲滑块配置成在所述电机的扭矩换向过程中，受控地伸出所述花键，并先于所述花键与所述键槽的内壁接触，以对所述花键与所述键槽的接触进行缓冲。

进一步地，所述键槽设置在所述减速器花键轴套的内侧，所述花键插入所述键槽中并与所述键槽相匹配。

进一步地，还包括伺服电机和伺服电机控制器，所述伺服电机用于在所述伺服电机控制器的控制下驱动所述缓冲滑块相对所述花键移动。

进一步地，所述伺服电机包括伺服电机传动轴，所述电机输出轴内部中空，所述伺服电机传动轴位于所述电机输出轴中，并与所述缓冲滑块固定连接。

进一步地，所述伺服电机传动轴与所述电机输出轴滑动连接。

根据本发明第二方面，本发明提供了一种应用于上述所述的用于车辆的电机系统的控制方法，包括：

判断所述电机的工作状态；

若所述电机处于扭矩过零点状态，控制所述缓冲滑块伸出所述花键，并先于所述花键与所述键槽的内壁接触，以对所述花键与所述键槽的接触进行缓冲；

若所述电机处于大扭矩状态，控制所述缓冲滑块隐藏于所述花键内。

进一步地，若所述电机处于待机状态，控制所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁运动至所述键槽的另一侧内壁，以计算出所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁运动至所述键槽的另一侧内壁所需的时间，从而确定出所述缓冲滑块的磨损量以及所述缓冲滑块相对对应的所述键槽的中间位置。

进一步地，所述计算出所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁运动至所述键槽的另一侧内壁所需的时间后，还包括：

控制所述缓冲滑块运动至对应的所述花键的中间位置。

进一步地，所述若所述电机处于扭矩过零点状态，控制所述缓冲滑块伸出所述花键，并先于所述花键与所述键槽的内壁接触包括：

确定所述缓冲滑块相对对应的所述花键需移动的距离和方向；

确定所述缓冲滑块的移动速度。

根据本发明第三方面，本发明提供了一种车辆，包括车身，还包括上述所述的电机系统，所述电机系统与所述车身连接。

本发明的用于车辆的电机系统和控制方法及车辆，通过至少部分所述花键的内部设有可移动的缓冲滑块，所述缓冲滑块配置成在所述电机的扭矩换向过程中，受控地伸出所述花键，并先于所述花键与所述键槽的内壁接触，以对所述花键与所述键槽的接触进行缓冲。因此，不仅能够有效避免减速器花键轴套和电机输出轴花键刚性碰撞从而产生异响问题而影响乘客的乘坐舒适性，而且不影响电机的快速响应性，因而极大提高了车辆的性能。

进一步地，通过设置缓冲滑块来避免减速器花键轴套和电机输出轴花键刚性碰撞，因而能够避免由于刚性碰撞带来的零部件的损坏，因而能够有效延长电机的使用寿命。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于车辆的电机系统沿电机输出轴轴向的剖视示意图；

图2是根据本发明一个实施例的用于车辆的电机系统的电机输出轴部位沿输出轴径向的剖视示意图；

图3是图2中A区域的放大示意图；

图4是根据本发明一个实施例的电机扭矩换向过程中缓冲滑块与花键的相对位置图；

图5是根据本发明另一个实施例的电机扭矩换向过程中缓冲滑块与花键的相对位置图；

图6是根据本发明一个实施例的电机控制方法的流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的用于车辆的电机系统沿电机输出轴轴向的剖视示意图，图2是根据本发明一个实施例的用于车辆的电机系统的电机输出轴部位沿输出轴径向的剖视示意图，图3是图2中A区域的放大示意图。参见图2，还可以参见图1和图3，本实施例以图2为主加以说明。用于车辆的电机系统包括电机(图中未示出)和减速器花键轴套1。所述电机包括电机输出轴3，所述电机输出轴3上具有至少一个花键4。减速器花键轴套1包覆在所述电机输出轴3的外部，并通过键槽8与所述电机输出轴3的花键4配合。其中，至少部分所述花键4的内部设有可移动的缓冲滑块2，所述缓冲滑块2配置成在所述电机的扭矩换向过程中，受控地伸出所述花键4，并先于所述花键 4与所述键槽8的内壁接触，以对所述花键4与所述键槽8的接触进行缓冲。

在这里，所述缓冲滑块2具有12个，当然，在其他实施例中，所述缓冲滑块2可以具有任意个数，均根据实际情况而定，本发明并不做具体限定。同时，所述缓冲滑块2可以为耐磨材料，该材料为非金属件具有一定的缓冲作用。

本发明的用于车辆的电机系统，通过至少部分所述花键4的内部设有可移动的缓冲滑块2，所述缓冲滑块2配置成在所述电机的扭矩换向过程中，受控地伸出所述花键4，并先于所述花键4与所述键槽8的内壁接触，以对所述花键4与所述键槽8的接触进行缓冲。因此，不仅能够有效避免减速器花键轴套和电机输出轴花键刚性碰撞从而产生异响问题而影响乘客的乘坐舒适性，而且不影响电机的快速响应性，因而极大提高了车辆的性能。

进一步地，通过设置缓冲滑块2来避免减速器花键轴套1和电机输出轴3 花键4刚性碰撞，因而能够避免由于刚性碰撞带来的零部件的损坏，因而能够有效延长电机的使用寿命。

具体说来，如图3所示，所述键槽8设置在所述减速器花键轴套1的内侧，所述花键4插入所述键槽8中并与所述键槽8相匹配。同时，如图3所示，所述缓冲滑块2在所述花键4的旋转方向上的尺寸小于对应的所述花键4在所述花键的旋转方向上的尺寸。如此，在所述电机处于大扭矩状态时，所述缓冲滑块2就能够完全隐藏于所述花键4内，此时，花键齿平面与减速器花键轴套1 贴合，与传统花键与花键轴套的啮合类似。

进一步地，图4是根据本发明一个实施例的电机扭矩换向过程中缓冲滑块与花键的相对位置图。如图4所示，在起初时刻，花键4与减速器花键轴套1 均沿顺时针方向转动，缓冲滑块2位于花键4内，当电机扭矩换向时，即花键 4需要沿逆时针方向转动，此时由于减速器花键轴套1与花键4不同步(具体为减速器花键轴套1沿逆时针转动的速度小于花键4沿逆时针转动的速度)，因而花键4会撞击减速器花键轴套1上的键槽8的内壁。

基于上述情况，设置了缓冲滑块2，所述缓冲滑块2能够沿着所述花键4 的旋转方向相对所述花键4移动，以在所述电机的扭矩换向过程中，能够先于所述花键4与所述减速器花键轴套1接触。在这里，缓冲滑块2沿着逆时针方向先于花键4与相应的减速器花键轴套1上的键槽8的内壁接触，如此，就能够避免花键4直接撞击减速器花键轴套1上的键槽8的内壁。也就是，缓冲滑块2起到了缓冲作用。如此，不仅解决了乘员对于乘员舱的安静及舒适性要求问题，也不影响电机的动力响应速度。

图5是根据本发明另一个实施例的电机扭矩换向过程中缓冲滑块与花键的相对位置图。与图4类似的，如图4所示，在起初时刻，花键4与减速器花键轴套1均沿逆时针方向转动，缓冲滑块2位于花键4内，当电机扭矩换向时，即花键4需要沿顺时针方向转动。此时，缓冲滑块2沿着顺时针方向先于花键 4与相应的减速器花键轴套1上的键槽8的内壁接触，如此，就能够避免花键 4直接撞击减速器花键轴套1上的键槽8的内壁。因而，缓冲滑块2起到了缓冲作用。如此，不仅解决了乘员对于乘员舱的安静及舒适性要求问题，也不影响电机的动力响应速度。

进一步地，如图1所示，所述用于车辆的电机系统还包括伺服电机9和伺服电机控制器91，所述伺服电机9用于在所述伺服电机控制器91的控制下驱动所述缓冲滑块2相对所述花键4移动。所述伺服电机控制器91通过对工况的判断，来识别电机扭矩是正向过零点或负向过零点，以及过零点的速率，伺服电机控制器91通过不同的工况，来发不同的占空比给伺服电机9，从而实现对缓冲滑块2的精确控制。

具体地，所述伺服电机包括伺服电机传动轴5(如图1和图2所示)，所述电机的输出轴3内部中空，所述伺服电机传动轴5位于所述电机的输出轴3 中，并与所述缓冲滑块2固定连接。如此，伺服电机就能够控制缓冲滑块2相对花键4移动。

在这里，如图2所示，伺服电机传动轴5与12个缓冲滑块2固定连接，当伺服电机传动轴5转动时，能够带动12个缓冲滑块2一起转动。如此，12 个缓冲滑块2就先于对应的花键4与对应的减速器花键轴套1上的键槽8的内壁接触，从而起到缓冲作用。

同时，如图2所示，所述伺服电机传动轴5与所述电机的输出轴3滑动连接。如此，缓冲滑块2才能相对花键4移动。

进一步地，在本发明一个实施例中，还提供了一种应用于上述所述的用于车辆的电机系统的控制方法。图6是根据本发明一个实施例的电机控制方法的流程图。如图6所示，所述控制方法包括：

判断所述电机的工作状态；

若所述电机处于扭矩过零点状态，控制所述缓冲滑块伸出所述花键，并先于所述花键与所述键槽的内壁接触，以对所述花键与所述键槽的接触进行缓冲；

若所述电机处于大扭矩状态，控制所述缓冲滑块隐藏于所述花键内。

如此，不仅能够有效避免减速器花键轴套和电机输出轴花键刚性碰撞从而产生异响问题而影响乘客的乘坐舒适性，而且不影响电机的快速响应性，因而极大提高了车辆的性能。

具体地，当电机处于扭矩过零点状态，伺服电机控制器根据电机扭矩下降的斜率，计算缓冲滑块位移出的距离和速率，让电机扭矩在快速过零点过程中，缓冲滑块位移出花键先于花键与减速器花键轴套接触，从而起到缓冲作用。

当电机处于大扭矩状态，为保证花键和减速器花键轴套结合稳固，平稳传递扭矩，缓冲滑块位移至花键内，花键齿平面与减速器花键轴套贴合，与传统花键与花键套的啮合类似。

进一步地，如图6所示，所述控制方法还包括：

若所述电机处于待机状态，控制所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁运动至所述键槽的另一侧内壁，以计算出所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁运动至所述键槽的另一侧内壁所需的时间，从而确定出所述缓冲滑块的磨损量以及所述缓冲滑块相对对应的所述键槽的中间位置。

可以理解，当缓冲滑块先于花键与键槽的内壁接触时，由于猛烈的撞击，因而缓冲滑块具有一定的磨损量。若伺服电机控制器不能准确得知缓冲滑块的磨损量以及不能确定出缓冲滑块相对对应的键槽的中间位置，那么在电机处于过零点状态时，就不能准确控制缓冲滑块以精确的位移和速度凸出对应的花键来先于花键与键槽的内壁接触。

基于上述考虑，设置了上述的电机处于待机状态的步骤，通过控制所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁6(如图3所述)运动至所述键槽的另一侧内壁 7(如图3所述)，以计算出所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁运动至所述键槽的另一侧内壁所需的时间(其中在这一过程中，缓冲滑块的速率是预定设置好的)，从而能够确定出所述缓冲滑块的磨损量以及所述缓冲滑块相对对应的所述键槽的中间位置。因而，在后续的电机处于工作状态时，特别是电机处于扭矩过零点状态时，就能够根据事先确定出的上述信息来精准控制缓冲滑块的位移和速率，使之顺利起到缓冲作用。

进一步地，所述计算出所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁运动至所述键槽的另一侧内壁所需的时间后，还包括：

控制所述缓冲滑块运动至对应的所述花键的中间位置。

如此，确定好缓冲滑块在电机待机状态时相对花键的位置，在加之之前确定的缓冲滑块相对对应的所述键槽的中间位置，伺服电机控制器就可以根据电机的具体工况，准确计算缓冲滑块需要相对花键移动的距离和速率，从而顺利起到缓冲作用。

因此，所述若所述电机处于扭矩过零点状态，控制所述缓冲滑块伸出所述花键，并先于所述花键与所述键槽的内壁接触包括；

确定所述缓冲滑块相对对应的所述花键需移动的距离和方向；

确定所述缓冲滑块的移动速度。

如此，缓冲滑块就在电机处于扭矩过零点状态时先于花键与所述键槽的内壁接触，因而顺利起到缓冲作用。

此外，在本发明一个实施例中，还提供了一种车辆，包括车身，还包括上述所述的电机系统，所述电机系统与所述车身连接。

由于所述车辆包括上述电机系统，因此通过至少部分所述花键4的内部设有可移动的缓冲滑块2，所述缓冲滑块2配置成在所述电机的扭矩换向过程中，受控地伸出所述花键4，并先于所述花键4与所述键槽8的内壁接触，以对所述花键4与所述键槽8的接触进行缓冲。因此，不仅能够有效避免减速器花键轴套和电机输出轴花键刚性碰撞从而产生异响问题而影响乘客的乘坐舒适性，而且不影响电机的快速响应性，因而极大提高了车辆的性能。

进一步地，通过设置缓冲滑块2来避免减速器花键轴套1和电机输出轴3 花键4刚性碰撞，因而能够避免由于刚性碰撞带来的零部件的损坏，因而能够有效延长电机的使用寿命。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于车辆的电机系统，其特征在于，包括：

电机，所述电机包括电机输出轴，所述电机输出轴上具有至少一个花键；

减速器花键轴套，包覆在所述电机输出轴的外部，并通过键槽与所述电机输出轴的花键配合；

其中，至少部分所述花键的内部设有可移动的缓冲滑块，所述缓冲滑块配置成在所述电机的扭矩换向过程中，受控地伸出所述花键，并先于所述花键与所述键槽的内壁接触，以对所述花键与所述键槽的接触进行缓冲。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的电机系统，其特征在于，所述键槽设置在所述减速器花键轴套的内侧，所述花键插入所述键槽中并与所述键槽相匹配。

3.根据权利要求1所述的用于车辆的电机系统，其特征在于，还包括伺服电机和伺服电机控制器，所述伺服电机用于在所述伺服电机控制器的控制下驱动所述缓冲滑块相对所述花键移动。

4.根据权利要求3所述的用于车辆的电机系统，其特征在于，所述伺服电机包括伺服电机传动轴，所述电机输出轴内部中空，所述伺服电机传动轴位于所述电机输出轴中，并与所述缓冲滑块固定连接。

5.根据权利要求4所述的用于车辆的电机系统，其特征在于，所述伺服电机传动轴与所述电机输出轴滑动连接。

6.一种应用于如权利要求1-5中任一项所述的用于车辆的电机系统的控制方法，其特征在于，包括：

判断所述电机的工作状态；

若所述电机处于扭矩过零点状态，控制所述缓冲滑块伸出所述花键，并先于所述花键与所述键槽的内壁接触，以对所述花键与所述键槽的接触进行缓冲；

若所述电机处于大扭矩状态，控制所述缓冲滑块隐藏于所述花键内。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，若所述电机处于待机状态，控制所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁运动至所述键槽的另一侧内壁，以计算出所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁运动至所述键槽的另一侧内壁所需的时间，从而确定出所述缓冲滑块的磨损量以及所述缓冲滑块相对对应的所述键槽的中间位置。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述计算出所述缓冲滑块由所述键槽的一侧内壁运动至所述键槽的另一侧内壁所需的时间后，还包括：

控制所述缓冲滑块运动至对应的所述花键的中间位置。

9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述若所述电机处于扭矩过零点状态，控制所述缓冲滑块伸出所述花键，并先于所述花键与所述键槽的内壁接触包括：

确定所述缓冲滑块相对对应的所述花键需移动的距离和方向；

确定所述缓冲滑块的移动速度。

10.一种车辆，包括车身，其特征在于，还包括如权利要求1-5中任一项所述的电机系统，所述电机系统与所述车身连接。