CN110481341A - 一种电动汽车双电机驱动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电动汽车双电机驱动系统及其控制方法，采用一个永磁同步电机后置与感应电机前置相互组合的，优势互补的前后四驱的动力方案，动力分配原则为：永磁同步电机工作在它的额定转速附件，额定转速之后的动力来源于感应电机，对大扭矩需求时两电机也可同时工作，一个永磁同步电机加上一个感应电机方案，更为安全、稳定可靠。

Description

一种电动汽车双电机驱动系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车动力领域。

背景技术

目前电动汽车驱动用电机主流有两种。正弦波永磁同步、感应电机。在驱动方式又分为三种：单个前驱永磁同步电机、两个永磁同步电机分别前后驱动、两个感应电机分别前后驱动。

现有的驱动方式为了平衡电机效率、转速、扭矩三者之间的矛盾性，需要采用大减速比让电机长时间工作弱磁提速区间，造成永磁同步电机的性能衰退风险。

问题分析：

电机方面：

永磁同步电机，关键原材料稀土是一种不可再生资源，且制造需要充磁等复杂工艺，所以造价成本高。维修也相对困。虽然永磁同步电机具有高效的效率表现，但是其在额定转速后需要大量比例的弱磁电流去磁通升速。此时效率也大大降低，同时电机也快速升温。长期的弱磁升速使得电机永磁退磁性能衰退，而电机控器中的参数还是出厂时的电机参数，所以性能与安全性安有所降低。感应电机，功率密度低，体积大，效率比永磁同步电机低下，需要更好的散热系统，后桥布置需要跟大的空间。

驱动方式方面：

单个电机能够给车辆提供的动力有限，双电机具有良好的动力表现。但采用两个永磁同步电机驱动，永磁同步电机相对异步电机贵，增加了采购成本，且高速时需要大量弱磁，加快电机的老化。而采用两个感应电机，而虽然成本低，但是整体效率不如永磁同步电机，给两个感应电机扇热需要更高效的散热系统。与永磁电机相比体积大一些，后桥布置无优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种永磁同步电机后置与感应电机前置相互组合的电动汽车驱动系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电动汽车双电机驱动系统，电动汽车设有两个用于分别驱动前轮和后轮工作的电机，两个所述电机分别通过减速器输出动能，驱动前轮的电机为感应电机，所述感应电机由感应电机控制器控制，所述感应电机的输出轴连接前桥减速器的动力输入端，驱动后轮的电机为永磁同步电机，所述永磁同步电机由永磁同步电机控制器控制，所述永磁同步电机电机的输出轴连接后桥减速器的动力输入端，所述永磁同步电机控制器和感应电机控制器分别连接电动汽车动力电池和VCU(整车控制器)。

所述前桥减速器和后桥减速器均为固定速比减速器。

基于所述电动汽车双电机驱动系统的控制方法，包括以下步骤：

1)VCU根据驾驶员油门意图获取当前扭力需求F；

2)永磁同步电机控制器和感应电机控制器分别获取永磁同步电机与感应电机当前电机最大能力值F_1max和F_2max并输送至VCU；

3)VCU比较F与F_1max、F_2max的大小；

4)若3)中比较结果是F小于等于F_1max时，仅永磁同步电机响应当前扭力需求F；

5)若3)中比较结果是F大于F_1max时，永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

6)当执行仅永磁同步电机响应当前扭力需求F过程中；

如果需求力矩F<F_1max且当前速度V＜80km/h，或者F<0且当前速度V＞0，馈电执行永磁同步电机响应驱动；

如果需求力矩F<F_2max且当前速度V＞80km/h，切换到仅感应电机响应当前扭力需求F；

如果需求力矩F<F_1max或F＞F_2max时，执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

7)当执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F过程中；

如果需求力矩F<F_1max且当前速度V＜80km/h，或者F<0且当前速度V＞0，馈电执行永磁同步电机响应驱动；

如果需求力矩F<F_2max且当前速度V＞80km/h，切换到仅感应电机响应当前扭力需求F；

如果需求力矩F<F_1max或F＞F_2max时，执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

8)当6)或7)步骤中切换至感应电机单独响应驱动时；

如果需求力矩F<F_2max且当前速度V＞80km/h，维持感应电机单独响应驱动；

如果需求力矩F<F_1max且当前速度V＜80km/h，或者F<0且当前速度V＞0，馈电切换至执行仅永磁同步电机响应驱动；

如果需求力矩F<F_1max或F＞F_2max时，执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

9)重复执行6)、7)、8)。

本发明采用一个永磁同步电机后置与感应电机前置相互组合的，优势互补的前后四驱的动力方案，动力分配原则为：永磁同步电机工作在它的额定转速附件，额定转速之后的动力来源于感应电机，对大扭矩需求时两电机也可同时工作；

具体来说具有以下有益效果：

1、相对于单个永磁同步电机驱动有更好的动力表现，单个电机能够输出的动力有限。并且，不管是前驱还是后驱，单个电机的动力收到轮胎抓地力的限制。两个电机可将扭力分配到四个轮子上。感应电机在高速下拥有比永磁同步电机更好的扭力表现，过载能力。

2布置优势，两个电机工作在不同的优势区间，匹配相应优势的减速比，且速比减小。缩小减速器体积，给整车布置与轻量化带来优势。相对于两个感应电机方案，我们永磁同步电机布置在后面可更好利用空间，应为后桥空间有限，相同能力的感应电机比永磁同步电机大。

3、相对于两个永磁同步电机，可以节省成本，感应电机发展时间更长，技术更为成熟，结构简单，价格便宜，而同步电机需要稀土提炼原材料，生产工艺复杂价格较贵。

4、相对于两个感应电机效率更好。感应电机在低速轻载时效率比永磁同步电机低很多。一个永磁同步电机加上一个感应电机方案，让永磁同步电机工作在额定转速以来，匹配相应的减速比，覆盖永磁同步电机的高效区间，可以保证车速达到80KM/h以上，能够覆盖车辆的城市工况，提供更长的续航能力。高速段启用感应电机，选用适当的功率性能的感应电机，让它不至于工作在轻载区间，避免大马拉小车，能够保证感应电机的效率，且高速工况时，同步电机与感应电机效率相差不大，车辆能耗受风阻的影响远大于电机。

5、相对于两个感应电机能量回收效率高，控制器要求低。能量回收一般车速不会太高，所以低速工况的永磁同步电机，利用永磁磁场切割导线产生电能完成能量回收，而感应电机需要额外能量建立磁场才能完成能量回收，所以效率低下。且异步电机低速转矩时脉动比较大，对控制器要求高。

6、一个永磁同步电机加上一个感应电机方案，更为安全、稳定可靠。感应电机抗振能力起强，稳定可靠，高速同样采用弱磁提速，但是他没有永磁体不存在性能衰退。而永磁同步机工作在低速段，不需要大量的弱磁，避免永磁体的退化，保证了寿命，在长久的使用过程后能够保证电机性能参数与控制器匹配。两个不同类型的电机相当于给车辆提供了动力冗余，保证任何时候都有动力。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为电动汽车双电机驱动系统原理图；

图2为电动汽车双电机驱动系统控制流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，电动汽车双电机驱动系统设有两个用于分别驱动前轮和后轮工作的电机，两个所述电机分别通过减速器输出动能，其中驱动前轮的电机为感应电机，感应电机由感应电机控制器控制，感应电机的输出轴连接前桥减速器的动力输入端，其中驱动后轮的电机为永磁同步电机，永磁同步电机由永磁同步电机控制器控制，永磁同步电机电机的输出轴连接后桥减速器的动力输入端，前桥减速器和后桥减速器均为固定速比减速器。本发明关键构思是永磁同步电机与感应电机的结合使用，并且感应电机工作在车辆的低速段同时回收能量，感应电机工作在车辆的高速段。

永磁同步电机控制器和感应电机控制器分别连接电动汽车动力电池和VCU。双电机的四驱控制系统，感应电机布置在前舱，永磁同步电机布置在后桥。配合相应的减速器与电机控制器驱动车辆，永磁同步电机电机工作在车辆低速段，感应电机工作在高速段，急加速时双电机同时工作，以达到节约成本、避免永磁同步电机性能衰退与平衡车辆效率的同时能也能提供足够动力的目的。

以17寸轮胎的suv车型电机选择为例：

永磁同步电机选择额定转速在4000转左右的永磁同步电机，匹配系数为6～7左右减速比的减速器，能够覆盖车辆时速的城市工况。

感应电机选择，车子时速80KM/h～120KM/h左右是常用的高速巡航速度，120KM/h时车辆轮边转速为900RPM,需求功率为P,阻力F，减速比为K。我们可以选择额定功率为P，额定转速小于900*K的转速值，额定扭力大于F/K的扭力值的感应电机。这样感应电机高速巡航时可以工作在满载区的高效区，且额定点附近的转速恒速效果好。

图2中标记当前车速：V，永磁同步电机：M1，感应电机：M2油门需求扭矩：F，M1当前能力最大值：F_1max，M2当前能力最大值：F_2max。

如图2所示，基于所述电动汽车双电机驱动系统的控制方法，包括以下步骤：

1)VCU根据驾驶员油门意图获取当前扭力需求F；

2)永磁同步电机控制器和感应电机控制器分别获取永磁同步电机与感应电机当前电机最大能力值F_1max和F_2max并输送至VCU；

3)VCU比较F与F_1max、F_2max的大小；

4)若3)中比较结果是F小于等于F_1max时，仅永磁同步电机响应当前扭力需求F；

5)若3)中比较结果是F大于F_1max时，永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

6)当执行仅永磁同步电机响应当前扭力需求F过程中；

如果需求力矩F<F_1max且当前速度V＜80km/h，或者F<0且当前速度V＞0，馈电执行永磁同步电机响应驱动；

如果需求力矩F<F_2max且当前速度V＞80km/h，切换到仅感应电机响应当前扭力需求F；

如果需求力矩F<F_1max或F＞F_2max时，执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

7)当执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F过程中；

如果需求力矩F<F_1max且当前速度V＜80km/h，或者F<0且当前速度V＞0，馈电执行永磁同步电机响应驱动；

如果需求力矩F<F_2max且当前速度V＞80km/h，切换到仅感应电机响应当前扭力需求F；

如果需求力矩F<F_1max或F＞F_2max时，执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

8)当6)或7)步骤中切换至感应电机单独响应驱动时；

如果需求力矩F<F_2max且当前速度V＞80km/h，维持感应电机单独响应驱动；

如果需求力矩F<F_1max且当前速度V＜80km/h，或者F<0且当前速度V＞0，馈电切换至执行仅永磁同步电机响应驱动；

如果需求力矩F<F_1max或F＞F_2max时，执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

9)重复执行6)、7)、8)。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动汽车双电机驱动系统，电动汽车设有两个用于分别驱动前轮和后轮工作的电机，两个所述电机分别通过减速器输出动能，其特征在于：驱动前轮的电机为感应电机，所述感应电机由感应电机控制器控制，所述感应电机的输出轴连接前桥减速器的动力输入端，驱动后轮的电机为永磁同步电机，所述永磁同步电机由永磁同步电机控制器控制，所述永磁同步电机电机的输出轴连接后桥减速器的动力输入端，所述永磁同步电机控制器和感应电机控制器分别连接电动汽车动力电池和VCU。

2.根据权利要求1所述的电动汽车双电机驱动系统，其特征在于：所述前桥减速器和后桥减速器均为固定速比减速器。

3.基于权利要求1或2所述电动汽车双电机驱动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)VCU根据驾驶员油门意图获取当前扭力需求F；

2)永磁同步电机控制器和感应电机控制器分别获取永磁同步电机与感应电机当前电机最大能力值F_1max和F_2max并输送至VCU；

3)VCU比较F与F_1max、F_2max的大小；

4)若3)中比较结果是F小于等于F_1max时，仅永磁同步电机响应当前扭力需求F；

5)若3)中比较结果是F大于F_1max时，永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括以下步骤：

6)当执行仅永磁同步电机响应当前扭力需求F过程中；

如果需求力矩F<F_1max且当前速度V＜80km/h，或者F<0且当前速度V＞0，馈电执行永磁同步电机响应驱动；

如果需求力矩F<F_2max且当前速度V＞80km/h，切换到仅感应电机响应当前扭力需求F；

如果需求力矩F<F_1max或F＞F_2max时，执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括以下步骤：

7)当执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F过程中；

如果需求力矩F<F_1max且当前速度V＜80km/h，或者F<0且当前速度V＞0，馈电执行永磁同步电机响应驱动；

如果需求力矩F<F_2max且当前速度V＞80km/h，切换到仅感应电机响应当前扭力需求F；

如果需求力矩F<F_1max或F＞F_2max时，执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括以下步骤：

8)当6)或7)步骤中切换至感应电机单独响应驱动时；

如果需求力矩F<F_2max且当前速度V＞80km/h，维持感应电机单独响应驱动；

如果需求力矩F<F_1max且当前速度V＜80km/h，或者F<0且当前速度V＞0，馈电切换至执行仅永磁同步电机响应驱动；

如果需求力矩F<F_1max或F＞F_2max时，执行永磁同步电机与感应电机同时响应当前扭力需求F。

7.根据权利要求3、4、5或6所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括以下步骤：9)重复执行6)、7)、8)。