CN206510747U - 一种分布式驱动的纯电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种分布式驱动的纯电动汽车，所述纯电动汽车包括：轮毂电机组、两个前车轮、两个后车轮以及车辆控制器；其中，轮毂电机组包括两个前轮轮毂电机和两个后轮轮毂电机，两个前轮轮毂电机分别连接一个前车轮，两个后轮轮毂电机分别连接一个后车轮，轮毂电机组与车辆控制器电连接，用于根据车辆控制器的驱动指令输出相应的扭矩到对应的车轮以驱动纯电动汽车直行、转向及制动。本实用新型提供的纯电动汽车，通过轮毂电机组直接驱动电动汽车直行、转向及制动。所述纯电动汽车删减了传动系统中的离合器、差速器、传动轴等零部件，底盘结构相对简化，整车的体积小，重量轻，有效乘用空间大，同时也为实现底盘系统高效智能化创造了有利的条件。

Description

一种分布式驱动的纯电动汽车

技术领域

本实用新型涉及纯电动汽车领域，特别是涉及一种分布式驱动的纯电动汽车领域。

背景技术

随着人们对节能环保的日益重视，电动汽车的使用逐渐增多。研究开发制造出节能、环保、安全的新型汽车，改变传统汽车模式，是汽车产业实现可持续发展的必然方向。

目前，电动汽车的电池包结构和车架结构往往采用独立设计的策略，其缺点是电动车车架与电池包结构的总体质量很大，同时很难做到对电池包安全性能的全方位保护。电动汽车在长时间工作或碰撞事故过程中，电池包结构无法保证电池单元的完整性和安全性，电池单元很容易发生相互挤压，引起电池破坏、电池自燃等现象。场地用纯电动车的车架结构过于简单，车架整体结构刚度低，安全性差，难于达到公路用车的要求。另外，现有车架都不利于电动汽车的组装，不适合发展的需求。

同时，采用传统汽车进行改装的纯电动汽车，由于受现有车型的局限，导致整车零部件布置不合理，系统匹配困难，整车的体积和重量大，有效乘用空间小，无法发挥电动汽车的优势。因此，如何提供一种体积小、重量轻、有效乘用空间大的纯电动汽车成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种分布式驱动的纯电动汽车，所述纯电动汽车体积小，重量轻，有效乘用空间大。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种分布式驱动的纯电动汽车，所述纯电动汽车包括：轮毂电机组、两个前车轮、两个后车轮以及车辆控制器；其中，

所述轮毂电机组包括两个前轮轮毂电机和两个后轮轮毂电机，所述两个前轮轮毂电机分别连接一个所述前车轮，所述两个后轮轮毂电机分别连接一个所述后车轮，

所述轮毂电机组与所述车辆控制器电连接，用于根据所述车辆控制器的驱动指令输出相应的扭矩到对应的车轮以驱动所述纯电动汽车直行、转向及制动。

可选的，所述纯电动汽车还包括防抱死制动组件和前轮主动转向机构，其中，

所述防抱死制动组件，与所述车辆控制器连接，用于根据所述车辆控制器的制动指令提供制动力，协同所述轮毂电机组进行制动；

所述前轮主动转向机构，与所述车辆控制器连接，且设置在所述两个前车轮之间，与所述两个前车轮连接，用于根据所述车辆控制器的转向指令带动所述两个前车轮转向。

可选的，所述防抱死制动组件具体包括液压制动组件和制动执行机构；其中，

所述液压制动组件与所述车辆控制器电连接，用于根据所述车辆控制器的制动指令提供制动力；

所述制动执行机构，分别与所述两个前车轮、所述两个后车轮连接，用于将所述液压制动组件提供的所述制动力传递给对应的车轮。

可选的，所述纯电动汽车还包括动力电池，分别与所述车辆控制器、所述轮毂电机组连接，用于为所述车辆控制器和所述轮毂电机供电；其中，

所述车辆控制器还用于实时检测所述动力电池的状态。

可选的，所述纯电动汽车还包括车架，所述车辆控制器和所述动力电池设置在所述车架上。

可选的，所述车架具体包括：框架式车架、密封板和地板，其中，

所述框架式车架与所述动力电池匹配设置，所述地板设置在所述框架式车架的底部，所述密封板设置在所述框架式车架的顶部及前后左右四个侧部，所述框架式车架、所述密封板和所述地板形成一个密封空腔。

可选的，所述动力电池设置在所述空腔内。

可选的，所述驱动指令包括：前驱指令、后驱指令和四驱指令中的任一种，车辆控制器根据动力性需求和经济性需求发出前驱指令、后驱指令或者四驱指令。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型提供的分布式驱动的纯电动汽车，通过轮毂电机组直接驱动电动汽车直行、转向及制动。所述纯电动汽车删减了传动系统中的离合器、差速器、传动轴等零部件，底盘结构相对简化，整车的体积小，重量轻，有效乘用空间大，同时也为实现底盘系统高效智能化创造了有利的条件。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1纯电动汽车的电气原理图；

图2为本实用新型实施例2纯电动汽车的底盘结构图；

图3为本实用新型实施例2纯电动汽车的整车结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种分布式驱动的纯电动汽车，所述纯电动汽车体积小，重量轻，有效乘用空间大。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示为纯电动汽车的电气原理图，本实用新型提供的分布式驱动的纯电动汽车除包括汽车底盘、电气等传统电动汽车的零部件之外，还包括：车架，两个前车轮101、两个后车轮102，动力电池103、前轮主动转向机构104、防抱死制动组件(Anti-lock BrakeSystem，ABS)，轮毂电机组以及车辆控制器。车辆控制器和动力电池103设置在车架上。其中，表示电气高压连接，表示液压连接，表示机械连接，表示控制器局部网(Controller Area Network，CAN)总线连接。

防抱死制动组件包括液压制动组105和制动执行机构(制动器)106，防抱死制动组件与车辆控制器连接，用于根据车辆控制器的制动指令提供制动力，协同轮毂电机组进行制动。具体地，液压制动组件105与车辆控制器电连接，用于根据所述车辆控制器的制动指令提供制动力。制动执行机构106，分别与两个前车轮101、两个后车轮102连接，将液压制动组件105提供的制动力传递给对应的车轮。

车辆控制器具体包括：整车控制器107、四个电机控制器108、防抱死制动控制器(ABS控制器)109、转向机构控制器110和动力电池控制器(Battery Management System，BMS)111。所述整车控制器107通过CAN总线分别与所述电机控制器108、防抱死制动控制器109和转向机构控制器110、动力电池控制器111连接，且整车控制器107预留有智能接口。轮毂电机组具体包括两个前轮轮毂电机112和两个后轮轮毂电机113。四个电机控制器108根据整车控制器107的指令，分别控制对应的前轮轮毂电机112和后轮轮毂电机113输出相应的扭矩到对应的车轮。防抱死制动控制器109根据整车控制器107的指令控制液压制动组105输出制动力。

电机控制器108根据整车控制器107的转向指令，利用前轮轮毂电机转矩差实现转向指令。转向机构控制器110根据整车控制器的指令，通过控制前轮转向角来补偿差动转向。前轮主动转向机构104与车辆控制器中的转向机构控制器110连接，且设置在两个前车轮101之间，与两个前车轮101连接。整车控制器107将转向指令发送给转向机构控制器110，前轮主动转向机构104根据转向机构控制器110的转向指令带动两个前车轮101转向，通过控制前轮转向角来补偿差动转向。前轮主动转向机构104和四台轮毂电机根据车辆控制系统指令对车辆进行差动转向和主动转向协调控制转向操作。

车辆控制器根据动力性需求和经济性需求发出前驱指令、后驱指令或者四驱指令。动力电池103分别与车辆控制器、所述轮毂电机组连接，为车辆控制器和所述轮毂电机供电。动力电池控制器111检测动力电池状态，并将动力电池103的信息通过CAN纵向实时发送给整车控制器107。

车架具体包括框架式车架、密封板和地板。其中，框架式车架与所述动力电池103匹配设置，地板设置在所述框架式车架的底部，密封板设置在框架式车架的顶部及前后左右四个侧部，所述框架式车架、密封板和地板形成一个密封空腔，动力电池103设置在密封空腔内。

本实用新型提供的纯电动汽车，有效地简化了汽车结构，提高了车辆的动力性、操纵稳定性、制动性等性能，延长续航里程。相比传统内燃机或集中驱动式纯电动汽车，上述电动汽车具有以下明显优势：

(1)相比传统内燃机或集中驱动式纯电动汽车，利用轮毂电机快速、精确的响应特性，能大幅度改善系统工作时的响应特性，系统性提高整车性能。

(2)分布式驱动电动汽车具有四轮独立驱动、转速转矩易于测得等优势，且便于采用线控转向、线控制动等系统，分布式驱动电动汽车是汽车底盘集成控制的理想载体。

(3)车辆控制系统通过合理的控制策略控制动力系统、制动系统、转向系统，从而实现整车达到最优的经济性、安全性、操纵稳定性和驾驶性能。

(4)在车辆控制系统预留智能接口，为后续的智能汽车的加载提供接口。

(5)本实用新型的车架结构，合理地设计了电机、电机控制器、电池组的安装位置和合理的空间。

实施例2：

本实施例的动力由四台轮毂电机和动力电池提供。其中，轮毂电机与制动盘集成在一起，同时轮毂电机也与动力电池通过高压线束相连，由动力电池提供电力。该四台轮毂电机与车轮直接相连，轮毂电机的输出扭矩直接传递给车轮以驱动车辆。

本实施例中，采用ABS与四台轮毂电机联合制动。ABS通过执行机构连接到四个制动盘。同时，四个制动盘分别与四个车轮连接，通过控制制动力进行制动操作，四台轮毂电机通过电机阻力矩进行制动操作。在驾驶员踩下制动踏板，或者整车控制器中的车辆控制器计算出需要进行制动时，根据车辆控制器的制动命令，利用ABS和四台轮毂电机协调工作进行制动。

转向时，转向机构控制器根据整车控制器转向指令控制前轮主动转向机构协同轮毂电机差动转向进行前轮主动转向操作。当驾驶员进行转向操作，或者整车控制器中的车辆控制系统发出转向指令给前轮轮毂电机对应的电机控制器时，两台前轮轮毂电机接收电机控制器的转矩指令，利用两个轮毂电机的转矩差完成转向指令。同时前轮主动转向机构通过控制前车轮主动转向，对车辆的转向角进行补偿。

整车控制器根据传感器获得车辆状态和模型预测的车辆状态进行信息融合，基于车辆的经济性、安全性、操纵稳定性制定车辆需求功率和期望运动轨迹，实时计算各个控制器的控制指令，即整车控制器确定四个车轮需要的驱动力、制动力以及转向角控制指令，并通过轮毂电机控制器和ABS控制器将驱动力、制动力分别分配给四台轮毂电机以及ABS，并将转向角指令通过转向机构控制器发送给前轮主动转向机构，从而保证车辆始终工作在最优状态。

ABS控制器根据整车控制器分配的制动力命令，控制ABS中的液压制动组件执行制动力指令。转向机构控制器根据整车控制器发送的转向角指令，控制车轮的主动转向机构实现转向角指令。

本实施例的车架，主要包括车身框架式车架、前车架、后车架，在车架上设计有用于固定悬架、电池组等部件的支撑部位。框架式车架由若干个横梁和纵梁组成，中间部分用于电池组的放置。密封板和地板利用密封胶条、镶嵌于正交吸能结构内部的拉铆螺母以及螺栓与正交吸能结构进行紧固连接，密封板和地板对于电池箱起到密封作用。

具体地，如图2和图3所示，车架具体包括：后悬横臂1、后纵梁2、后悬纵臂3、后悬支撑板4、后悬支撑架5、后横梁6、地板7、电池仓8、方向盘安装架9、前悬纵臂10、前纵梁11、前悬支撑板12、整车控制器支架13、正交吸能横梁14、前座椅支座15、固定支座16、后座椅支座17、车身连接口18、后车身架19、车身架顶纵梁20、车身架顶横梁21和前车身架22。

其中，前车架位于框架式车架的前端，后车架位于所述框架式车架的后部位置，前车架与后车架通过位于正交吸能结构的左右两侧的纵向吸能结构相连接，门槛结构与所述正交吸能结构通过薄壁管结构过渡连接。密封板和地板通过密封胶条、镶嵌于正交吸能结构内部的拉铆螺母以及螺栓，与正交吸能结构进行紧固连接。动力电池布置在所述框架式车架、地板与密封板形成的密封空腔中。

前车架位于所述框架车架的前端，后车架位于所述框架式车架的后部位置，前车架与后车架通过位于正交吸能结构的左右两侧的纵向吸能结构相连接，门槛结构与正交吸能结构通过薄壁管结构过渡连接；

前车架由车架前纵梁、横梁、减震器固定板、减震器固定支撑梁、前围、上层纵梁、横梁、加强梁构成，前车架纵梁上固定连接前保险杠；后车架由后纵梁、减震器固定板、减震器固定支撑梁、横梁构成，后保险杠固定连接在横梁上。

前车架满足了悬架减震器、保险杠、轮毂电机、各种电机控制器、整车控制器的布置和固定，主体框架承载了座椅、乘员、电池组、车身，后车架满足了后减震器、保险杠等的布置及安装。同时悬架、轮毂电机、转向机构等采用橡胶悬置与前、后车架相连接。

采用本实用新型提供的车辆控制系统，分布式驱动的电动汽车可以实现以下功能：

差动转向功能：驾驶员根据驾驶意图执行转向操作过程中，车辆控制系统根据传感器测得转向盘转矩、转向盘转角、各轮转速、电子加速踏板输出电压等信号，由车辆控制系统制定四台轮毂电机需求的驱动力矩和制动力矩，同时向转向机构控制器发出转向指令，转向机构控制器驱动前轮主动转向机构动作，四台轮毂电机和转向机构控制器协调完成转向操作。差动转向功能在同样的转向半径可以有效减小方向盘转角输入，提高车辆转向性能。在转向过程中，当出现车速降低时，通过控制后轮两台轮毂电机的转矩增加，进行动力性能的补偿。

液电复合制动功能：驾驶员根据驾驶意图执行制动操作过程中，车辆控制系统根据传感器测得转向盘转角、轮速、车速、踏板行程、横摆角速度、制动主缸、轮缸压力等信号，将这些信号传输给车辆控制系统，由车辆控制系统进行综合分析判断，计算出在当前状态下应发出的控制指令，即估算的需求制动转矩给ABS控制器和电机控制器，ABS控制器将该指令发送给制动执行机构，电机控制器切换轮毂电机的工作状态并将该指令发送给轮毂电机。动力电池控制器实时检测动力电池的工作状态，主要获得动力电池的剩余电量(StateOf Capacity，SOC)，为复合制动控制策略提供参考要素。车辆控制系统通过CAN总线与电机控制器、动力电池控制器实时通讯，从而实现车辆液电复合制动过程中液压制动转矩和电机制动转矩的实时分配。

驱动控制功能：驾驶员根据驾驶意图执行驱动操作过程中，车辆控制系统根据传感器测得加速踏板输入、方向盘转角、车速、纵向加速度、侧向加速度等信号，将这些信号传输给车辆控制系统，由车辆控制系统进行综合分析判断，计算出在当前状态下驾驶员的驱动需求、识别车辆运行状态并选择构型形式(前驱、后驱、四驱)和功能模式(动力性、经济性)，向四个电机控制器发送转矩指令以满足不同功能模式下的整车转矩需求，四个电机控制器分别向四台轮毂电机发送转矩指令，实现转矩闭环控制。

本实施例中，整车控制器、转向机构控制器、ABS控制器、电机控制器和动力电池控制器均可采用单片机实现。

与传统内燃机汽车和集中驱动式电动汽车相比，采用轮毂电机驱动的电动汽车，其每个车轮可以通过轮毂电机进行快速驱动和制动，利用差动转向控制大大地增加了转向灵敏性。由于删减了传动系统离合器、差速器、传动轴等零部件，底盘结构相对简化，整车质量大幅减轻，最大程度上达到了整车的轻量化，同时也为实现底盘系统高效智能化创造了有利的条件。另外轮毂电机具有响应迅速、易于测得的优势，利用轮毂电机及电机控制器便能实现单个或多个车轮驱动及制动的精确控制。从而便可实现车辆的直线行驶、转弯行驶以及加减速运动。采用轮毂电机驱动的电动汽车易实现电动汽车车轮的再生能量回馈等功能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种分布式驱动的纯电动汽车，其特征在于，所述纯电动汽车包括：轮毂电机组、两个前车轮、两个后车轮以及车辆控制器；其中，

所述轮毂电机组包括两个前轮轮毂电机和两个后轮轮毂电机，所述两个前轮轮毂电机分别连接一个所述前车轮，所述两个后轮轮毂电机分别连接一个所述后车轮，

所述轮毂电机组与所述车辆控制器电连接，用于根据所述车辆控制器的驱动指令输出相应的扭矩到对应的车轮以驱动所述纯电动汽车直行、转向及制动。

2.根据权利要求1所述的分布式驱动的纯电动汽车，其特征在于，所述纯电动汽车还包括防抱死制动组件和前轮主动转向机构，其中，

所述防抱死制动组件，与所述车辆控制器连接，用于根据所述车辆控制器的制动指令提供制动力，协同所述轮毂电机组进行制动；

所述前轮主动转向机构，与所述车辆控制器连接，且设置在所述两个前车轮之间，与所述两个前车轮连接，用于根据所述车辆控制器的转向指令带动所述两个前车轮转向。

3.根据权利要求2所述的分布式驱动的纯电动汽车，其特征在于，所述防抱死制动组件具体包括液压制动组件和制动执行机构；其中，

所述液压制动组件与所述车辆控制器电连接，用于根据所述车辆控制器的制动指令提供制动力；

所述制动执行机构，分别与所述两个前车轮、所述两个后车轮连接，用于将所述液压制动组件提供的所述制动力传递给对应的车轮。

4.根据权利要求1所述的分布式驱动的纯电动汽车，其特征在于，所述纯电动汽车还包括动力电池，分别与所述车辆控制器、所述轮毂电机组连接，用于为所述车辆控制器和所述轮毂电机供电；其中，

所述车辆控制器还用于实时检测所述动力电池的状态。

5.根据权利要求4所述的分布式驱动的纯电动汽车，其特征在于，所述纯电动汽车还包括车架，所述车辆控制器和所述动力电池设置在所述车架上。

6.根据权利要求5所述的分布式驱动的纯电动汽车，其特征在于，所述车架具体包括：框架式车架、密封板和地板，其中，

所述框架式车架与所述动力电池匹配设置，所述地板设置在所述框架式车架的底部，所述密封板设置在所述框架式车架的顶部及前后左右四个侧部，所述框架式车架、所述密封板和所述地板形成一个密封空腔。

7.根据权利要求6所述的分布式驱动的纯电动汽车，其特征在于，所述动力电池设置在所述密封空腔内。

8.根据权利要求1所述的分布式驱动的纯电动汽车，其特征在于，所述驱动指令包括：前驱指令、后驱指令和四驱指令中的任一种，车辆控制器根据动力性需求和经济性需求发出前驱指令、后驱指令或者四驱指令。