CN110509778B - 一种车辆、电驱动桥及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车辆、电驱动桥及其控制方法，其中，该电驱动桥安装于车辆底盘，包括中置的驱动机构，该驱动机构包括同轴设置的两电机，两所述电机的电机轴均连接有减速机构，并能够通过所述减速机构与两侧的车轮传动连接；还包括控制单元，所述控制单元与两所述电机均信号连接，以根据车辆行驶状况切换两所述电机的工作模式。本发明所提供电驱动桥省却了传统电驱动桥中变速箱、差速器等部件，能够大幅简化电驱动桥的结构，并节省底盘下方的空间，有利于整车构架布置的优化，还能够降低电驱动桥的重量，以降低运行能耗；驱动机构中置使得电驱动桥的重量集中在中间位置，可降低车轮的转动惯量，进而提高车辆的易操控性和平顺性。

Description

一种车辆、电驱动桥及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆、电驱动桥及其控制方法。

背景技术

当前的混合动力汽车及电动汽车的动力布置方案主要为电驱动桥。

以舍弗勒的第三代高压电驱动桥为例，其包括了两个不同尺寸的电机、减速机构、用于主动扭矩分配的扭矩矢量变速箱、变速箱驱动电机以及差速器组成。在行驶过程中，电驱动桥中一侧半轴的电机负责提供驱动力，而电驱动桥中另一侧半轴的小功率电机负责差速扭矩输出匹配，以进行扭矩矢量控制，实现扭矩在各车轮的选择性分布。如此，可显著提升车辆的驾驶动力性、安全性与舒适性。

但是，这种电驱动桥仍是由单一电机负责输出，因此，电驱动桥内部仍需保留减速机构、变速箱、差速器、差速锁等部件，电驱动桥的结构仍较为复杂，电驱动桥的尺寸较大，质量仍较为可观，不利于整车布置及整车重量的降低。

因此，如何提供一种结构较为简单的电驱动桥，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆、电驱动桥及其控制方法，其中，该电驱动桥省却了传统电驱动桥中变速箱、差速器等部件，电驱动桥的结构更为简单，重量更轻。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电驱动桥，安装于车辆底盘，包括中置的驱动机构，该驱动机构包括同轴设置的两电机，两所述电机的电机轴均连接有减速机构，并能够通过所述减速机构与两侧的车轮传动连接；还包括控制单元，所述控制单元与两所述电机均信号连接，以根据车辆行驶状况切换两所述电机的工作模式。

本发明所提供电驱动桥，其驱动机构包括两个电机，且两电机的工作模式相互独立，可分别对两侧的车轮进行单独控制。如此，可省却传统电驱动桥中变速箱、差速器等部件，能够大幅简化电驱动桥的结构，并节省底盘下方的空间，有利于整车构架布置的优化，同时，还能够降低电驱动桥的重量，以节省车辆运行的能耗；由于取消了变速箱、差速器等传动部件，驱动机构和车轮之间的动力传递路径可以大幅缩短，传动效率可以大幅提高，并能够减少传动噪音的产生；而且，采用两电机单独进行驱动的方案，对于单一电机的输出功率要求较低，无需采用超高功率的电机即可满足使用要求，有利于降低电驱动桥的制造成本。

此外，驱动机构中置可以使得电驱动桥的重量集中在中间位置，可降低车轮的转动惯量，进而可提高车辆的易操控性和平顺性；且这种方案可使得驱动机构远离车轮，驱动机构的工作环境相对较好，在生产安装时，驱动机构的密封防水、抗腐蚀、冷却散热等要求可以较低，能够进一步地降低驱动机构的制造成本。

可选地，所述减速机构为行星齿轮机构，所述行星齿轮机构的输入轴为所述电机的电机轴，所述行星齿轮机构的输出轴与所述电机轴同轴设置，且所述输出轴与所述车轮传动连接。

可选地，还包括半轴，所述半轴与所述车轮固连，所述输出轴与所述半轴通过等速万向节相连。

可选地，两所述电机封装于同一壳体内。

可选地，所述工作模式包括转矩模式和转速模式；正常行驶或者正常转弯时，所述控制单元控制两所述电机在所述转矩模式下工作，以使两所述电机能够输出相同的转矩；一侧所述车轮打滑或者存在打滑风险时，所述控制单元能够控制具有较大转速的所述电机退出所述转矩模式、进入所述转速模式，并控制具有较大转速的电机减速。

可选地，还包括位置传感器，用于监测所述电机的转子的位置信号，所述控制单元与所述位置传感器信号连接，所述控制单元能够接收并依据所述位置信号计算得到所述电机的转速，进而能够依据两所述电机的转速计算滑转率，所述滑转率为两所述电机的转速差的绝对值与较小的转速的比值；所述滑转率大于或等于安全滑转率，或者，所述滑转率大于或等于预警滑转率且处于增大趋势时，所述控制单元能够控制具有较大转速的所述电机减速，直至所述滑转率小于所述预警滑转率。

本发明还提供一种电驱动桥的控制方法，适用于上述的电驱动桥，包括如下步骤：步骤S1，获取能够表征同轴的两所述车轮转速的两个特征量，并计算滑转率；步骤S2，判断所述滑转率是否大于或等于安全滑转率，若是，执行步骤S3，若否，执行步骤S4；步骤S3，控制特征量较大侧的所述电机减速；步骤S4，控制两所述电机输出相同的转矩；其中，所述滑转率为两所述特征量的差值的绝对值与较小的特征量的比值。

可选地，所述特征量为所述电机的转速。

可选地，所述步骤S2之后、所述步骤S4之前还包括：步骤S21，判断所述滑转率是否大于或等于预警滑转率，若是，执行步骤S22，若否，执行步骤S4；步骤S22，判断所述滑转率是否随时间具有增大趋势，若是，执行步骤S3，若否，执行步骤S4。

可选地，所述步骤S3具体为：控制特征量较大侧的所述电机减速，直至所述滑转率小于所述预警滑转率。

可选地，所述步骤S4之前还包括：步骤S23，判断两所述特征量的差值的绝对值是否大于或等于等转矩输出时的最大允许差值，若是，执行步骤S24，若否，执行步骤S4；步骤S24，控制特征量较大侧的所述电机减速，直至两所述特征量的差值的绝对值小于所述最大允许差值。

本发明还提供一种车辆，包括电驱动桥，所述电驱动桥为上述的电驱动桥。

附图说明

图1为本发明所提供电驱动桥的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1中驱动机构的结构示意图；

图3为本发明所提供电驱动桥的控制方法的流程图。

图1-3中的附图标记说明如下：

1 驱动机构、11 电机轴、12 筒状壳壁、13 端盖、14 转子铁芯、15 定子铁芯、16定子绕组、17 磁钢插片、18 位置传感器；

2 减速机构、21 输出轴；

3 车轮、31 半轴；

4 等速万向节；

5 控制单元；

n₁/n₂ 两电机的转速、△n_M 最大允许转速差、S 滑转率、S_M 安全滑转率、S_W 预警滑转率。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

请参考图1-2，图1为本发明所提供电驱动桥的一种具体实施方式的结构示意图，图2为图1中驱动机构的结构示意图。

如图1所示，本发明提供一种电驱动桥，安装于车辆底盘，该电驱动桥包括中置的驱动机构1，驱动机构1包括同轴设置的两电机，两电机的电机轴11均连接有减速机构2，并能够通过减速机构2与两侧的车轮3(并非电驱动桥的部件)传动连接；还包括控制单元5，控制单元5与两电机均信号连接，以便根据车辆行驶状况切换两电机的工作模式。

上述电驱动桥的驱动机构1包括了两个电机，且两电机的工作模式相互独立，可分别对两侧的车轮3进行单独控制。如此，可省却传统电驱动桥中变速箱、差速器等部件，能够大幅简化电驱动桥的结构，并节省底盘下方的空间，有利于整车构架布置的优化，同时，还能够降低电驱动桥的重量，本发明中电驱动桥预计只有传统电驱动桥重量的70％左右，尤其是当整车选用后置后驱或者四驱的驱动方式时，还可直接省略分动箱、粘性联轴节等部件，可更大程度地降低整车重量，以节省车辆运行的能耗，并提高电动汽车的续航；由于取消了变速箱、差速器等传动部件，驱动机构1与车轮3之间的动力传递路径可以大幅缩短，传动效率可以大幅提高，能够进一步地提高车辆运行的经济性，并减少传动噪音的产生；而且，采用两电机单独进行驱动的方案，对于单一电机的输出功率要求较低，相比于现有技术，电机最大输出功率的设计值可降低50％左右，也就是说，无需采用超高功率的电机即可满足使用要求，可降低电驱动桥的制造成本。

此外，驱动机构1中置可以使得该电驱动桥的重量集中在中间位置，可避免车轮3转动惯量的大幅增加，进而可提高车辆的易操控性和平顺性；且这种方案可使得驱动机构1远离车轮3，能够为驱动机构1营造一个相对优异的工作环境，在生产安装时，驱动机构1的密封防水、抗腐蚀、冷却散热等要求可以降低，能够进一步地降低驱动机构1的制造成本。

上述减速机构2可以为行星齿轮机构，具体可以为渐开线式或者其他形式的行星齿轮机构，行星齿轮机构具有集成度高、传动比大、承载能力强等优点，可更好地发挥减速增扭的作用。该行星齿轮机构的输入轴可以为电机的电机轴11，行星齿轮机构的输出轴21可以与电机轴11同轴设置，以缩减本发明所提供电驱动桥的径向占用空间，提高电驱动桥结构的紧凑性。

车轮3与输出轴21可以直接相连，也可以通过等速万向节4相连，在本发明实施例中，优选采用等速万向节4进行过渡连接的方案，以降低输出轴21的抗弯、抗剪能力要求。

详细而言，上述电驱动桥还可以包括半轴31，半轴31与车轮3固连，进而可通过等速万向节4连接输出轴21与半轴31。如此设置，在车辆运行过程中，半轴31和输出轴21之间可以产生轴间夹角，甚至产生径向错位，都不会影响二者之间动力传递的可靠性，半轴31和输出轴21可以始终以相同的角速度传递动力，不仅能够保证输出轴21与车轮3的可靠连接，还能够降低车辆运行过程中的噪音。

如图2所示，上述两电机可以封装于同一壳体内，该壳体可以包括筒状壳壁12和两端盖13，两电机可以对称地设置于筒状壳壁12内。

电机轴11上可以设置位置传感器18，以便实时监测相应电机的转子的位置信号，该位置传感器18具体可以为旋转变压器等可以监测角位置的部件。前述的控制单元5可以与位置传感器18信号连接，控制单元5可以接收位置传感器18测得的位置信号，并能够依据该位置信号计算得到电机的转速，进而能够根据车辆行驶状况对两电机的转速进行调控。

上述两电机均可以为永磁同步电机，如图2所示，两电机均可以包括固定于电机轴11的转子铁芯14、定子铁芯15、定子绕组16以及磁钢插片17等，通过改变定子绕组16输入电流的频率可以改变电机轴11的转速。永磁同步电机具有功率大、体积小的优点，额定转速以下，可实现恒转矩的输出，额定转速以上，可实现恒功率输出，在外特性的范围内，采用矢量控制算法，可以实现转矩闭环控制和转速闭环控制，以在转矩模式和转速模式之间切换，在两种工作模式的切换过程中可以采用零扭矩模式控制，此时，电机不对外输出转矩。

上述的车辆行驶状况包括正常行驶(直行无打滑以及打滑风险、无倾翻等故障)、正常转弯(无打滑以及打滑风险、无倾翻等故障)、一侧车轮3打滑以及存在打滑风险等状况。

在正常行驶时，控制单元5可以控制两电机在转矩模式下工作，以使两电机能够输出相同的转矩，此时，两车轮3的转速n₁、n₂相同。在正常转弯时，两电机仍可以工作于转矩模式，所不同的是，两车轮3的转速n₁、n₂不同，转弯内侧车轮3的转速要小于转弯外侧车轮3的转速，以实现差速器的作用。

在一侧车轮3打滑或者存在打滑风险时，控制单元5能够控制具有较大转速的电机退出转矩模式、进入转速模式，并控制具有较大转速的电机减速，以实现差速锁的作用。

在判断是否存在一侧车轮3打滑或者存在打滑风险(即将发生打滑)时，可依据两电机的转速n₁、n₂进行判断，也可以依据两车轮3的转速进行判断，具体可依据实际情况而定。

以通过两电机的转速n₁、n₂进行判断为例：首先，控制单元5可依据两电机的转速n₁、n₂计算滑转率S，滑转率S为两电机的转速差的绝对值与较小的转速的比值，即S＝|n₁-n₂|/min(n₁、n₂)，或者，也可以分别计算|n₁-n₂|/n₁、|n₁-n₂|/n₂，之后取其中较大者作为滑转率S；然后，判断滑转率S是否大于或等于安全滑转率S_M，若是，即表示车辆已经出现单侧车轮3打滑，可直接由控制单元5控制打滑侧(具有较大转速)的电机减速；而如果滑转率S小于安全滑转率S_M，可进一步地判断滑转率S是否大于或等于预警滑转率S_W且滑转率S是否具有增大趋势，若均是，即表示较大转速侧的车轮3存在较大的打滑风险，控制单元5可直接控制具有较大转速的电机减速，直至滑转率S小于预警滑转率S_W，以消除单侧车轮3打滑的风险。

可以理解，在正常行驶时，驾驶者可通过加速踏板、方向盘等部件对车辆进行操控，而一旦控制单元5检测到单侧车轮3打滑或者存在打滑风险时，控制单元5将切断驾驶者对车辆进行的无益于解除打滑状态的操作(如继续猛踩加速踏板等)，并直接对打滑侧的电机进行控制，以帮助车辆迅速脱离打滑状态。

实施例2

请参考图3，图3为本发明所提供电驱动桥的控制方法的流程图。

如图3所示，针对实施例1中所涉及的电驱动桥，本发明实施例还提供一种电驱动桥的控制方法，具体包括如下步骤：

步骤S1，获取能够表征同轴的两车轮3转速的两个特征量，并计算滑转率S。

上述特征量可以直接采用车轮3转速，也可以采用电机的转速，本实施例中是通过两电机的转速n₁、n₂来作为特征量以计算滑转率S，并进行后续控制，相应地，步骤S1可以具体为：获取两电机的转速n₁、n₂，并计算滑转率S。采用车轮3转速进行控制的方案与采用电机转速进行控制的方案基本类似，只需将后续描述中的n₁、n₂替换为同轴两车轮3的转速v₁、v₂，并对相应的安全滑转率S_M、预警滑转率S_W、最大允许差值△n_M等参数的具体值进行适应性的调整即可，故在此不再做重复性的描述。

两电机的转速n₁、n₂可以通过实施例1中所述的控制单元5以及位置传感器18得出，滑转率S为两电机的转速差的绝对值与较小的转速的比值，即S＝|n₁-n₂|/min(n₁、n₂)，或者，也可以分别计算|n₁-n₂|/n₁、|n₁-n₂|/n₂，之后取其较大者作为滑转率S。

步骤S2，判断滑转率S是否大于或等于安全滑转率S_M，若是，执行步骤S3，若否，执行步骤S4；步骤S3，控制具有较大转速的电机减速；步骤S4，控制两电机输出相同的转矩；

当滑转率S大于或等于安全滑转率S_M，即表示车辆当前已经处于打滑状态，可立即控制打滑侧(具有较大转速)的电机减速，以使车辆尽快脱离当前的打滑状态。

事实上，在滑转率S小于安全滑转率S_M时，也并非表示车辆可以安全运行，还需要进一步地确定车辆是否存在打滑风险，为此，还可以设置预警滑转率S_W，预警滑转率S_W小于安全滑转率S_M。

具体而言，在上述的步骤S2之后、步骤S4之前还可以增加对预警滑转率S_W的判断，即增加步骤S21，判断滑转率S是否大于或等于预警滑转率S_W，若不是，可以基本确定车辆无打滑风险，可执行步骤S4，控制两电机以相同的转矩进行输出；如果是，则需要执行步骤S22，以判断滑转率S是否随时间具有增大趋势，若具有增大趋势，则滑转率S随时可能超过安全滑转率S_M，此时，需要执行步骤S3，以降低存在打滑风险一侧的电机转速，若不具有增大趋势，也可以基本确定车辆暂时无打滑风险，可执行步骤S4。

基于上述预警滑转率S_W的设置，步骤S3可以具体为：控制具有较大转速的电机减速，直至滑转率S小于预警滑转率S_W。或者，在步骤S3中，也可以控制具有较大转速的电机以特定的斜率P进行持续减速，直至与另一侧的电机转速相同，以实现两电机的等转速输出。

在步骤S4之前，即控制两电机以等转矩的方式进行输出之前，还需要判断当前是否具备以转矩模式进行输出的条件，具体可以包括如下步骤：步骤S23，判断两电机的转速差的绝对值是否大于或等于等转矩输出时的最大允许转速差△n_M，若是，执行步骤S24，若否，即表示满足切换转矩模式的条件，可以直接执行步骤S4；步骤S24，控制具有较大转速的电机减速，直至转速差的绝对值小于最大允许转速差△n_M，然后再执行步骤S4。

需要说明，在本实施例中并未对安全滑转率S_M、预警滑转率S_W、最大允许转速差△n_M以及斜率P等参数的具体值进行限定，在具体实施时，本领域技术人员可以根据实际情况对上述各参数进行标定。

实施例3

本发明还提供一种车辆，包括电驱动桥，电驱动桥为实施例1中各实施方式所涉及的电驱动桥，且该电驱动桥可以采用实施例2中所涉及的控制方法。

由于实施例1中电驱动桥以及实施例2中电驱动桥的控制方法已经具备了如上的技术效果，那么，具有该电驱动桥的车辆亦当具备相类似的技术效果，故在此不做赘述。

以上仅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 (10)

1.一种电驱动桥，安装于车辆底盘，其特征在于，包括中置的驱动机构（1），该驱动机构（1）包括同轴设置的两电机，两所述电机的工作模式相互独立，两所述电机的电机轴（11）均连接有减速机构（2），并能够通过所述减速机构（2）与两侧的车轮（3）传动连接；

还包括控制单元（5），所述控制单元（5）与两所述电机均信号连接，以根据车辆行驶状况切换两所述电机的工作模式；

所述工作模式包括转矩模式和转速模式；正常行驶或者正常转弯时，所述控制单元（5）控制两所述电机在所述转矩模式下工作，以使两所述电机能够输出相同的转矩；一侧所述车轮（3）打滑或者存在打滑风险时，所述控制单元（5）能够控制具有较大转速的所述电机退出所述转矩模式、进入所述转速模式，并控制具有较大转速的电机减速；

所述控制单元（5）能够获取表征同轴的两所述车轮（3）转速的两个特征量，并计算滑转率（S），所述滑转率（S）为两所述特征量的差值的绝对值与较小的特征量的比值；所述控制单元（5）在判断所述滑转率（S）大于或等于安全滑转率（S_M），或者所述滑转率（S）大于或等于预警滑转率（S_W）、且随时间具有增大趋势时，所述控制单元（5）能够控制具有较大转速的所述电机减速，直至所述滑转率（S）小于所述预警滑转率（S_W）。

2.根据权利要求1所述电驱动桥，其特征在于，所述减速机构（2）为行星齿轮机构，所述行星齿轮机构的输入轴为所述电机轴（11），所述行星齿轮机构的输出轴（21）与所述电机轴（11）同轴设置，且所述输出轴（21）与所述车轮（3）传动连接。

3.根据权利要求2所述电驱动桥，其特征在于，还包括半轴（31），所述半轴（31）与所述车轮（3）固连，所述输出轴（21）与所述半轴（31）通过等速万向节（4）相连。

4.根据权利要求1所述电驱动桥，其特征在于，两所述电机封装于同一壳体内。

5.根据权利要求1-4中任一项所述电驱动桥，其特征在于，还包括位置传感器（18），用于监测所述电机的转子的位置信号；

所述控制单元（5）与所述位置传感器（18）信号连接，所述控制单元（5）能够接收并依据所述位置信号计算得到所述电机的转速，所述转速为所述特征量，所述控制单元（5）能够依据两所述电机的转速（n₁、n₂）计算滑转率（S），所述滑转率（S）为两所述电机的转速差的绝对值与较小的转速的比值。

6.一种电驱动桥的控制方法，其特征在于，适用于如权利要求1-5中任一项所述电驱动桥，包括如下步骤：

步骤S1，获取能够表征同轴的两所述车轮（3）转速的两个特征量，并计算滑转率（S）；

步骤S2，判断所述滑转率（S）是否大于或等于安全滑转率（S_M），若是，执行步骤S3，若否，执行步骤S4；

步骤S3，控制特征量较大侧的所述电机减速；

步骤S4，控制两所述电机输出相同的转矩；

所述步骤S2之后、所述步骤S4之前还包括：步骤S21，判断所述滑转率（S）是否大于或等于预警滑转率（S_W），若是，执行步骤S22，若否，执行步骤S4；步骤S22，判断所述滑转率（S）是否随时间具有增大趋势，若是，执行步骤S3，若否，执行步骤S4；

其中，所述滑转率（S）为两所述特征量的差值的绝对值与较小的特征量的比值。

7.根据权利要求6所述电驱动桥的控制方法，其特征在于，所述特征量为所述电机的转速。

8.根据权利要求6所述电驱动桥的控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：控制特征量较大侧的所述电机减速，直至所述滑转率（S）小于所述预警滑转率（S_W）。

9.根据权利要求6所述电驱动桥的控制方法，其特征在于，所述步骤S4之前还包括：

步骤S23，判断两所述特征量的差值的绝对值是否大于或等于等转矩输出时的最大允许差值，若是，执行步骤S24，若否，执行步骤S4；

步骤S24，控制特征量较大侧的所述电机减速，直至两所述特征量的差值的绝对值小于所述最大允许差值。

10.一种车辆，包括电驱动桥，其特征在于，所述电驱动桥为权利要求1-5中任一项所述电驱动桥。

Images