CN209441177U - 车辆的动力系统、车辆、控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种车辆的动力系统、车辆、控制系统。本实用新型旨在现有单电机加电机减速箱的电动汽车存在的动力系统效率低、续航里程短的问题。为此目的，本实用新型的车辆的动力系统包括第一驱动单元和第一传动单元，第一驱动单元通过第一传动单元将动力传输至两并排的车轮以驱动其转动，第一传动单元包括第一主动齿轮、第一从动齿轮、第一中间轴、第二主动齿轮、第二从动齿轮、第二中间轴、同步器和离合器，同步器设置与第一电机的输出轴连接，离合器设置于第一中间轴与第二中间轴之间。通过上述设置方式，本发明能够提升动力系统的效率、延长电动汽车的续航里程。

Description

车辆的动力系统、车辆、控制系统

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种车辆的动力系统、车辆、控制系统。

背景技术

世界汽车工业不断向电动化、智能化、互联化、共享化的方向发展。在世界能源匮乏、环境污染日益加重的大背景下，新能源汽车以其节能环保、动力系统结构简单等优势成为各大车企的发展重点。以电动汽车为例，通常，电动汽车多采用单电机加单级变速箱的动力系统架构，这种架构相对于传动燃油机的发动机和变速箱来说，由于电机具有优良的扭矩特性，因此可以大大降低对于变速箱的要求。

这种系统架构虽然简单可靠，但是也存在着如下问题：首先，目前电机设计上很难同时在低速与高速下都实现高效率运行，因此车辆往往无法在满足能量利用效率最高的前提下同时兼顾低速和高速两方面的驾驶需求。其次，受限于电池能量密度地提升缓慢，现有单电机加单级变速箱的动力系统架构无法有效优化动力系统的运行效率而直接影响电池的续航能力，导致消费者在购买电动汽车时，对电动汽车的续航里程存在很大的顾虑。因此，如何在现有电池技术的基础上，优化动力系统的效率，增加电动汽车的续航力里程，成为电动汽车行业的研发重点。

相应地，本领域需要一种新的车辆的驱动系统来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有单电机加电机减速箱的电动汽车存在的动力系统效率低、续航里程短，操控性能差的问题，本发明提供了一种车辆的动力系统，所述动力系统包括第一驱动单元和第一传动单元，所述第一传动单元与车辆的两并排的车轮连接，所述第一驱动单元通过所述第一传动单元将动力传输至所述两并排的车轮以驱动其转动；所述第一驱动单元包括具有第一输出轴的第一电机和具有第二输出轴第二电机，所述第一传动单元包括第一主动齿轮、第一从动齿轮、第一中间轴、第二主动齿轮、第二从动齿轮、第二中间轴、同步器和离合器，所述第一主动齿轮空套于所述第一输出轴上，所述第二主动齿轮与所述第二输出轴连接，所述同步器与所述第一输出轴连接并能够与所述第一主动齿轮或所述第二主动齿轮结合，所述第一从动齿轮设置于所述第一中间轴上并且与所述第一主动齿轮啮合，所述第二从动齿轮设置于所述第二中间轴上并且与所述第二主动齿轮啮合，所述离合器设置于所述第一中间轴与所述第二中间轴之间，所述第一中间轴与所述第二中间轴能够通过所述离合器实现结合或分离。

在上述车辆的动力系统的优选技术方案中，所述第一传动单元还包括第三主动齿轮、第三从动齿轮、第一半轴、第四主动齿轮、第四从动齿轮和第二半轴，所述第三主动齿轮设置于所述第一中间轴上，所述第三从动齿轮设置于所述第一半轴上并且与所述第三主动齿轮啮合，所述第四主动齿轮设置于所述第二中间轴上，所述第四从动齿轮设置于所述第二半轴上并且与所述第四主动齿轮啮合，所述第一半轴和所述第二半轴分别与所述两并排的车轮中的一个连接。

在上述车辆的动力系统的优选技术方案中，所述第一主动齿轮和所述第二主动齿轮之间的第一传动比与所述第二主动齿轮和所述第二从动齿轮之间的第二传动比不同。

在上述车辆的动力系统的优选技术方案中，所述第三主动齿轮和所述第三从动齿轮之间的第三传动比与所述第四主动齿轮和所述第四从动齿轮之间的第四传动比相等。

在上述车辆的动力系统的优选技术方案中，所述第一电机为永磁同步电机；并且/或者所述第二电机为交流异步电机。

在上述车辆的动力系统的优选技术方案中，所述动力系统还包括第二驱动单元和第二传动单元，所述第二传动单元与所述车辆的另外两并排的车轮连接，所述第二驱动单元通过所述第二传动单元将动力传输至所述另外两并排的车轮以驱动其转动；所述第二驱动单元包括具有第三输出轴的第三电机，所述第二传动单元包括第五主动齿轮、第五从动齿轮、第三中间轴、差速装置、第三半轴和第四半轴，所述第五主动齿轮设置于所述第三输出轴上，所述第五从动齿轮设置于所述第三中间轴并与所述第五主动齿轮啮合，所述第三中间轴与所述差速装置连接，所述差速装置分别与所述第三半轴和第四半轴连接，所述第三半轴和所述第四半轴分别与所述另外两并排的车轮中的一个连接。

在上述车辆的动力系统的优选技术方案中，所述差速装置为差速器活差速锁。

在上述车辆的动力系统的优选技术方案中，所述第三电机为交流异步电机。

在上述车辆的动力系统的优选技术方案中，所述第一传动单元与所述车辆的两后轮连接，并且/或者所述第二传动单元与所述车辆的两前轮连接。

在上述车辆的动力系统的优选技术方案中，所述第三电机设置于所述车辆的前桥上。

本发明还提供了一种车辆，所述车辆包括上述优选技术方案中任一项所述的车辆的动力系统。

本发明还提供了一种车辆的控制系统，所述车辆包括上述优选技术方案中任一项所述的车辆的动力系统，所述控制系统分别与所述第一电机、所述第二电机、所述同步器和所述离合器连接，所述控制系统配置成根据所述车辆的行驶状态和/或行驶参数分别控制所述第一电机和所述第二电机的启停、以及所述同步器的和所述离合器的工作位置。

在上述车辆的控制系统的优选技术方案中，所述控制系统被实现在所述车辆的车身控制器或整车控制器。

本发明还提供了一种车辆的控制系统，所述车辆包括上述优选技术方案中任一项所述的车辆的动力系统，所述控制系统分别与所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述同步器和所述离合器连接，所述控制系统配置成根据所述车辆的行驶状态和/或行驶参数分别控制所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机的启停、以及所述同步器和所述离合器的工作位置。

在上述车辆的控制系统的优选技术方案中，所述控制系统被实现在所述车辆的车身控制器或整车控制器。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，车辆的动力系统包括第一驱动单元和第一传动单元，第一传动单元与车辆的两并排的车轮连接，第一驱动单元通过第一传动单元将动力传输至两并排的车轮以驱动其转动；第一驱动单元包括具有第一输出轴的第一电机和具有第二输出轴第二电机，第一传动单元包括第一主动齿轮、第一从动齿轮、第一中间轴、第二主动齿轮、第二从动齿轮、第二中间轴、同步器和离合器，第一主动齿轮空套于第一输出轴上，第二主动齿轮与第二输出轴连接，同步器与第一输出轴连接并能够与第一主动齿轮或第二主动齿轮结合，第一从动齿轮设置于第一中间轴上并且与第一主动齿轮啮合，第二从动齿轮设置于第二中间轴上并且与第二主动齿轮啮合，离合器设置于第一中间轴与第二中间轴之间，第一中间轴与第二中间轴能够通过离合器实现结合或分离。其中，第一电机为永磁同步电机，第二电机为交流异步电机。

通过上述设置方式，本发明的车辆的动力系统能够大幅提高系统效率，从而有效提高续航里程和操控性能。具体而言，通过设置第一电机和第二电机，并且第一电机设置为具有较高的运行效率的永磁同步电机，第二电机设置为具有较高的扭矩和调速范围的交流异步电机，本发明的动力系统能够在不同工况下有针对性地控制不同电机工作，从而充分利用第一电机和第二电机的特点，大幅提高系统效率和续航里程。例如，在车辆起步或低速行驶等工况时，通过控制第一电机单独工作，从而利用永磁同步电机高效率的特性，达到省电的目的。再如，在车辆高速行驶或巡航行驶等工况下，通过控制第二电机单独工作，从而利用交流异步电动机高调速范围的特性，达到省电的目的。再如，在制动工况下，通过控制第一电机和第二电机成发电机运转，利用车辆的惯性带动电动机转子旋转而产生反转力矩，还能够将部分动能或势能转化为电能并加以储存，实现车辆的再生制动和电能的回收。

进一步地，通过在第一中间轴和第二中间轴之间设置离合器，通过离合器的结合和分离，再配合第一电机和第二电机的通断电控制，能够实现电子差速和扭矩的矢量控制，大幅提升车辆的操控性能，从而提升用户的操控体验。例如，在加速工况时，通过控制第一电机和第二电机共同工作，从而利用两个电机扭矩的叠加，达到提高操控性能的目的。再如在转向工况时，通过控制第一电机和第二电机分别工作，从而利用两个电机分别以不同的转速和扭矩驱动两个车轮转动，达到电子差速和扭矩的矢量控制的目的。

再进一步地，在不同工作模式的切换过程中，通过控制离合器和同步器协同工作，还能够实现切换过程无动力中断，从而使换挡过程无顿挫，提高车辆的运行平稳性和驾驶体验。

方案1、一种车辆的动力系统，其特征在于，所述动力系统包括第一驱动单元和第一传动单元，所述第一传动单元与车辆的两并排的车轮连接，所述第一驱动单元通过所述第一传动单元将动力传输至所述两并排的车轮以驱动其转动；

所述第一驱动单元包括具有第一输出轴的第一电机和具有第二输出轴第二电机，

所述第一传动单元包括第一主动齿轮、第一从动齿轮、第一中间轴、第二主动齿轮、第二从动齿轮、第二中间轴、同步器和离合器，

所述第一主动齿轮空套于所述第一输出轴上，所述第二主动齿轮与所述第二输出轴连接，所述同步器与所述第一输出轴连接并能够与所述第一主动齿轮或所述第二主动齿轮结合，所述第一从动齿轮设置于所述第一中间轴上并且与所述第一主动齿轮啮合，所述第二从动齿轮设置于所述第二中间轴上并且与所述第二主动齿轮啮合，所述离合器设置于所述第一中间轴与所述第二中间轴之间，所述第一中间轴与所述第二中间轴能够通过所述离合器实现结合或分离。

方案2、根据方案1所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第一传动单元还包括第三主动齿轮、第三从动齿轮、第一半轴、第四主动齿轮、第四从动齿轮和第二半轴，所述第三主动齿轮设置于所述第一中间轴上，所述第三从动齿轮设置于所述第一半轴上并且与所述第三主动齿轮啮合，所述第四主动齿轮设置于所述第二中间轴上，所述第四从动齿轮设置于所述第二半轴上并且与所述第四主动齿轮啮合，所述第一半轴和所述第二半轴分别与所述两并排的车轮中的一个连接。

方案3、根据方案2所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第一主动齿轮和所述第二主动齿轮之间的第一传动比与所述第二主动齿轮和所述第二从动齿轮之间的第二传动比不同。

方案4、根据方案3所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第三主动齿轮和所述第三从动齿轮之间的第三传动比与所述第四主动齿轮和所述第四从动齿轮之间的第四传动比相等。

方案5、根据方案1所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第一电机为永磁同步电机；并且/或者所述第二电机为交流异步电机。

方案6、根据方案1至5中任一项所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括第二驱动单元和第二传动单元，所述第二传动单元与所述车辆的另外两并排的车轮连接，所述第二驱动单元通过所述第二传动单元将动力传输至所述另外两并排的车轮以驱动其转动；

所述第二驱动单元包括具有第三输出轴的第三电机，所述第二传动单元包括第五主动齿轮、第五从动齿轮、第三中间轴、差速装置、第三半轴和第四半轴，所述第五主动齿轮设置于所述第三输出轴上，所述第五从动齿轮设置于所述第三中间轴并与所述第五主动齿轮啮合，所述第三中间轴与所述差速装置连接，所述差速装置分别与所述第三半轴和第四半轴连接，所述第三半轴和所述第四半轴分别与所述另外两并排的车轮中的一个连接。

方案7、根据方案6所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述差速装置为差速器活差速锁。

方案8、根据方案6所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第三电机为交流异步电机。

方案9、根据方案6所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第一传动单元与所述车辆的两后轮连接，并且/或者所述第二传动单元与所述车辆的两前轮连接。

方案10、根据方案9所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第三电机设置于所述车辆的前桥上。

方案11、一种车辆，其特征在于，所述车辆包括方案1-10中任一项所述的车辆的动力系统。

方案12、一种车辆的控制系统，其特征在于，所述车辆包括方案1至5中任一项所述的车辆的动力系统，所述控制系统分别与所述第一电机、所述第二电机、所述同步器和所述离合器连接，所述控制系统配置成根据所述车辆的行驶状态和/或行驶参数分别控制所述第一电机和所述第二电机的启停、以及所述同步器的和所述离合器的工作位置。

方案13、根据方案12所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述控制系统被实现在所述车辆的车身控制器或整车控制器。

方案14、一种车辆的控制系统，其特征在于，所述车辆包括方案6至10中任一项所述的车辆的动力系统，所述控制系统分别与所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述同步器和所述离合器连接，所述控制系统配置成根据所述车辆的行驶状态和/或行驶参数分别控制所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机的启停、以及所述同步器和所述离合器的工作位置。

方案15、根据方案14所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述控制系统被实现在所述车辆的车身控制器或整车控制器。

附图说明

下面参照附图并结合电动汽车来描述本发明的车辆的动力系统、车辆、控制系统。附图中：

图1为本发明的第一种实施方式中电动汽车的动力系统的架构图；

图2为本发明的用于电动汽车的动力系统的电气图；

图3为本发明的电动汽车的控制方法的流程图；

图4为本发明的第二种实施方式中电动汽车的动力系统的架构图。

附图标记列表

11、第一电机；12、第二电机；13、第三电机；

21、第一输出轴；22、第二输出轴；23、第三输出轴；

31、第一主动齿轮；32、第二主动齿轮；33、第三主动齿轮；34、第四主动齿轮；35、第五主动齿轮；

41、第一从动齿轮；42、第二从动齿轮；43、第三从动齿轮；44、第四从动齿轮；45、第五从动齿轮；

61第一中间轴；62、第二中间轴；63、第三中间轴；

71、第一半轴；72、第二半轴；73、第三半轴；74、第四半轴；

8、同步器；9、离合器；10、差速器；100、车轮。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，虽然本实施方式是结合电动汽车进行描述的，但是这种应用场景并不是限制性的，本发明显然还可以应用于其他车辆，只要该车辆具有电池并且能够由电池驱动行驶即可。例如，本发明显然还可以应用于混合动力车辆等。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先参照图1，对本发明的电动汽车的动力系统进行描述。其中，图1为本发明的电动汽车的动力系统的架构图。

如图1所示，为了解决现有单电机加电机减速箱的电动汽车存在的动力系统效率低、续航里程短，操控性能差的问题，本发明的电动汽车的动力系统(以下或简称动力系统)包括第一驱动单元(图中未示出)和第一传动单元(图中未示出)，第一传动单元与电动汽车的两并排的车轮10连接，第一驱动单元通过第一传动单元将动力传输至两并排的车轮10以驱动其转动。其中，“两并排的车轮”在本申请中指的是电动汽车的两个前轮或两个后轮。

具体而言，第一驱动单元包括具有第一输出轴21的第一电机11和具有第二输出轴22的第二电机12，第一传动单元包括设置于第一输出轴21上且与第一输出轴21同步转动的同步器8、空套于第一输出轴21上的第一主动齿轮31、与第一主动齿轮31啮合且设置于第一中间轴61一端的第一从动齿轮41、设置于第一中间轴61另一端的第三主动齿轮33、与第三主动齿轮33啮合且设置于第一半轴71上的第三从动齿轮43，第一半轴71与电动汽车的一个后轮连接。第一传动单元还包括设置于固定连接于第二输出轴22上的第二主动齿轮32、与第二主动齿轮32啮合且设置于第二中间轴62一端的第二从动齿轮42、设置于第二中间轴62另一端的第四主动齿轮34、与第四主动齿轮34啮合且设置于第二半轴72上的第四从动齿轮44，第二半轴72与电动汽车的另一个后轮连接。其中，同步器8能够通过在左、中、右三个位置之间切换分别实现第一输出轴21与第一主动齿轮31的结合、同步器8与第一主动齿轮31和第二主动齿轮32都分离、以及第一输出轴21与第二主动齿轮32的结合。其中，第一主动齿轮31空套于第一输出轴21上是指第一主动齿轮31与第一输出轴21无啮合关系、可以相对于第一输出轴21自由转动，只有在同步器8与第一主动齿轮31结合时第一主动齿轮31与第一输出轴21才能够实现同步转动。此外，第一传动单元还包括设置于第一中间轴61和第二中间轴62之间的离合器9，第一中间轴61和第二中间轴62能够通过离合器9实现结合和脱开，从而实现两个后轮的单独驱动或同轴驱动。

继续参照图1，在一种可能的实施方式中，第一电机11为永磁同步电机，第二电机12为交流异步电机。永磁同步电机具有较高的运行效率，因此车辆在起步、低速运行等运行工况时，可以控制第一电机11工作，以充分利用第一电机11的运行效率。而交流异步电机具有较高的扭矩和调速范围，因此车辆在中高速行驶的工况时，可以控制第二电机12工作，充分利用第二电机12高调速范围的优势。

继续参照图1，在一种可能的实施方式中，设第一主动齿轮31与第一从动齿轮41之间的传动比为第一传动比i₁、第二主动齿轮32与第二从动齿轮42之间的传动比为第二传动比i₂、第三主动齿轮33与第三从动齿轮43之间的传动比为第三传动比i₃、第四主动齿轮34和第四从动齿轮44之间的传动比为第四传动比i₄。在本发明中，我们可以令第一传动比i₁≠i₂且i₁<i₂，而令i₃＝i₄。以下实施方式中将参照上述设置方式进行阐述。

基于上述设置方式，本发明的动力系统能够通过同步器8和离合器9的不同工作位置实现至少五种不同的工作模式，下面对其一一进行介绍。

工作模式一：在该模式下，第一电机11单独工作，离合器9处于结合状态、即第一中间轴61与第二中间轴62结合，同步器8向右滑动与第二主动齿轮32结合。此时，第一电机11通过第一输出轴21输出扭矩，该扭矩经过第二主动齿轮32、第二从动齿轮42之后分为两路，一路通过第一中间轴61、第三主动齿轮33、第三从动齿轮43、第一半轴71后，驱动左边的后轮转动，另一路依次经过第二中间轴62，第四主动齿轮34、第四从动齿轮44、第二半轴72后，驱动右边的后轮同步转动。由于永磁同步电机在低速、负载较小时效率较高，因此，该模式主要用于低速工况，如静止起步和低速前进时。

工作模式二：在该模式下，第一电机11和第二电机12共同工作，离合器9处于结合状态、即第一中间轴61与第二中间轴62结合，同步器8向右滑动与第二主动齿轮32结合。此时，第一电机11通过第一输出轴21输出扭矩、第二电机12通过第二输出轴22输出扭矩与第一电机11的扭矩叠加，从而共同带动第二主动齿轮32转动，该叠加后的扭矩经过第二主动齿轮32、第二从动齿轮42之后分为两路，一路通过第一中间轴61、第三主动齿轮33、第三从动齿轮43、第一半轴71后，驱动左边的后轮转动，另一路依次经过第二中间轴62，第四主动齿轮34、第四从动齿轮44、第二半轴72后，驱动右边的后轮同步转动。由于永磁同步电机和交流异步电机在此模式下能够同时输出扭矩，因此此模式主要用于扭矩需求较大的工况，如加速工况和爬坡工况等。同时，基于第一电机11和第二电机12的自身特点的不同，还可以进一步分配两个电机输出的扭矩，以达到系统效率最优。

工作模式三：在该模式下，第二电机12单独工作，离合器9处于结合状态、即第一中间轴61与第二中间轴62结合，同步器8向中间滑动与第一主动齿轮31和第二主动齿轮32都分离。此时，第二电机12通过第二输出轴22输出扭矩，该扭矩经过第二主动齿轮32、第二从动齿轮42之后分为两路，一路通过第一中间轴61、第三主动齿轮33、第三从动齿轮43、第一半轴71后，驱动左边的后轮转动，另一路依次经过第二中间轴62，第四主动齿轮34、第四从动齿轮44、第二半轴72后，驱动右边的后轮同步转动。由于交流异步电机在高速中载工况下效率较高，因此，该模式主要用于车速较高的工况，如高速巡航等。

工作模式四：在该模式下，第一电机11单独工作，离合器9处于结合状态、即第一中间轴61与第二中间轴62结合，同步器8向左滑动与第一主动齿轮31结合。此时，第一电机11通过第一输出轴21输出扭矩，该扭矩经过第一主动齿轮31、第一从动齿轮41之后分为两路，一路通过第一中间轴61、第三主动齿轮33、第三从动齿轮43、第一半轴71后，驱动左边的后轮转动，另一路依次经过第二中间轴62，第四主动齿轮34、第四从动齿轮44、第二半轴72后，驱动右边的后轮同步转动。与第一模式类似地，由于永磁同步电机在低速、负载较小时效率较高，因此，该模式主要用于低速工况，如静止起步和低速前进时。

工作模式五：在该模式下，第一电机11和第二电机12共同工作，离合器9处于分离状态，同步器8向左滑动与第一主动齿轮31结合。此时第一电机11和第二电机12各驱动一个后轮工作，其中，第一电机11通过第一输出轴21输出扭矩，该扭矩经过第一主动齿轮31、第一从动齿轮41、第一中间轴61、第三主动齿轮33、第三从动齿轮43和第一半轴71后，驱动左边的后轮转动。第二电机12通过第二输出轴22输出扭矩，该扭矩经过第二主动齿轮32、第二从动齿轮42、第二中间轴62、第四主动齿轮34、第四从动齿轮44和第二半轴72后，驱动右边的后轮转动。由于此模式下永磁同步电机和交流异步电机各驱动一个后轮转动，因此，此模式既可以用于扭矩较大的工况，如加速工况和爬坡工况、也可以适用于扭矩不同的工况，如转向工况等。不过需要说明的是，在本模式应用于加速工况和爬坡工况等需要两后轮的扭矩、转速都相等的工况时，由于i₁≠i₂、i₃＝i₄，因此两电机的输出转速和输出扭矩需要满足以下关系式(1)和(2)：

T₁×i₁＝T₂×i₂ (2)

在关系式(1)和(2)中，n₁、n₂分别代表第一电机11和第二电机12的输出转速，T₁、T₂分别代表第一电机11和第二电机12的输出扭矩。

通过上述设置方式，本发明的动力系统能够能够大幅提高系统效率，从而有效提高续航里程和操控性能。具体而言，通过设置第一电机11和第二电机12，并且第一电机11设置为具有较高的运行效率的永磁同步电机，第二电机12设置为具有较高的扭矩和调速范围的交流异步电机，本发明的动力系统能够在不同工况下有针对性地控制不同电机工作，从而充分利用第一电机11和第二电机12的特点，大幅提高系统效率和续航里程。例如，在电动汽车起步或低速行驶等工况时，通过控制动力系统进入第一电机11单独工作的工作模式一或工作模式四，从而利用永磁同步电机高效率的特性，达到省电的目的。再如，在电动汽车高速行驶或巡航行驶等工况下，通过控制动力系统进入第二电机12单独工作的工作模式三，从而利用交流异步电动机高调速范围的特性，达到省电的目的。再如，在制动工况下，通过控制第一电机11和第二电机12转换成发电机运转，利用电动汽车的惯性带动电动机转子旋转而产生反转力矩，还能够将部分动能或势能转化为电能并加以储存，实现电动汽车的再生制动和电能的回收。

进一步地，通过在第一中间轴61和第二中间轴62之间设置离合器9，通过离合器9的结合和分离，再配合第一电机11和第二电机12的通断电控制，能够实现电子差速和扭矩的矢量控制，大幅提升电动汽车的操控性能，从而提升用户的操控体验。例如，在加速工况时，通过控制动力系统进入第一电机11和第二电机12共同工作的工作模式二或工作模式五，从而利用两个电机扭矩的叠加，达到提高操控性能的目的。再如在转向工况时，通过控制动力系统进入第一电机11和第二电机12共同工作的工作模式五，从而利用两个电机分别以不同的转速和扭矩驱动两个车轮10转动，达到电子差速和扭矩的矢量控制的目的。

再进一步地，在不同工作模式的切换过程中，通过控制离合器9和同步器8协同工作，还能够实现切换过程无动力中断，从而使换挡过程无顿挫，提高电动汽车的运行平稳性和驾驶体验。

继续参照图1，在一种可能的实施方式中，动力系统还包括第二驱动单元、第二传动单元，第二传动单元与电动汽车的另外两并排的车轮10连接，第二驱动单元通过第二传动单元将动力传输至另外两并排的车轮10以驱动其转动。具体地，第二驱动单元包括具有第三输出轴23的第三电机13，并且第三电机13设置于电动汽车的前桥上。第二传动单元包括与第三输出轴23连接的第五主动齿轮35、与第五主动齿轮35啮合且设置于第三中间轴63一端的第五从动齿轮45、设置于第三中间轴63另一端的差速器10、与差速器10连接的第三半轴73和第四半轴74，第三半轴73和第四半轴74分别与电动汽车的一个前轮连接，从而第三电机13通过第五主动齿轮35、第五从动齿轮45和差速器10的传动实现对两个前轮的驱动。其中，第三电机13可以为永磁同步电机或交流异步电机。

通过第二驱动单元和第二传动单元的设置，与第一驱动单元和第二驱动单元相配合，能够实现前驱、后驱和四驱等不同的驾驶模式，进一步提升驾驶体验。

下面参照图2，对本发明的用于电动汽车的控制系统进行描述。其中，图2为本发明的用于电动汽车的动力系统的电气图。

如图2所示，在一种可能的实施方式中，与电动汽车的动力系统对应地，本发明还提供了一种用于电动汽车的控制系统，该控制系统分别与动力系统中的第一电机11、第二电机12、第三电机13、同步器8和离合器9连接，以控制上述各部件的通断电和工作位置的切换，从而实现整车控制。其中，控制系统可以实现为电动汽车的整车控制器(VehicleControl Unit，简称VCU)，VCU通过获取制动踏板、加速踏板、以及电动汽车上的各种传感器(如车速传感器、电机转速传感器、电流传感器、温度传感器等)的输入信号和/或参数数据来判断当前电动汽车的行驶工况，从而根据当前的行驶工况决策电动汽车应该切换的模式，并控制各电机的通断、扭矩分配、以及同步器8和离合器9的工作位置。当然，除了整车控制器VCU外，控制系统还可以为能够实现同样功能的任何功能器件，例如，控制系统还可以实现为电动汽车的车身控制器(body control module，简称BCM)，车辆的车机系统、甚至是设置于车辆的控制系统中的用于专门控制动力系统的功能部件或功能模块等。

下面结合图1和图2，对本发明的五种工作模式之间的切换过程进行介绍。

1)工作模式一与工作模式二之间的相互切换过程为：在第一电机11以工作模式一工作的过程中，控制系统启动第二电机12，并把需求扭矩输出给第二电机12，从而实现工作模式一向工作模式二的切换。在第一电机11和第二电机12以工作模式二同时工作的过程中，控制系统把输出给第二电机12扭矩设置为零，并且当第二电机12的输出扭矩为零时，关闭第二电机12，从而实现工作模式二向工作模式一的切换。

2)工作模式一与工作模式三之间的相互切换过程为：在第一电机11以工作模式一工作的过程中，控制系统启动第二电机12，根据当前的需求扭矩，逐渐增加第二电机12的输出扭矩，同时逐渐减小第一电机11的输出扭矩，当第一电机11的输出扭矩为零时，将同步器8滑动到中间位置，从而实现工作模式一向工作模式二的切换。在第二电机12以工作模式三工作的过程中，控制系统启动第一电机11，通过转速传感器测量第二电机12的转速输入给控制系统，控制系统基于该转速向第一电机11施加调节扭矩以调节第一电机11的转速，其中T为调节扭矩，I为第一电机11旋转部件的转动惯量，dw＝n₁-n₂为第一电机11和第二电机12的转速差。当第一电机11和第二电机12的转速相等时，控制同步器8与第二主动齿轮32结合。之后根据当前的需求扭矩，逐渐增加第一电机11的输出扭矩，同时逐渐减小第二电机12的输出扭矩，当第二电机12的输出扭矩为零时，关闭第二电机12，从而实现工作模式三向工作模式一的切换。

3)工作模式三与工作模式四之间的切换过程为：在第二电机12以工作模式三工作过程中，控制系统启动第一电机11，通过转速传感器测量的第二电机12的转速输入给控制系统，控制系统基于该转速向第一电机11施加调节扭矩以调节第一电机11的转速，其中T为调节扭矩，I为第一电机11旋转部件的转动惯量，dw＝n₁-n₂为第一电机11和第二电机12的转速差。当第一电机11和第二电机12的转速相等时，使同步器8与第一主动齿轮31结合。之后根据当前的需求扭矩，逐渐增加第一电机11的输出扭矩，同时逐渐减小第二电机12的输出扭矩，当第二电机12的输出扭矩为零时，关闭第二电机12，从而实现工作模式三向工作模式四的切换。当第一电机11以工作模式四工作过程中，控制系统启动第二电机12，根据当前的需求扭矩，逐渐增加第二电机12的输出扭矩，同时逐渐减小第一电机11的输出扭矩，当第一电机11的输出扭矩为零时，将同步器8滑动到中间位置，从而实现工作模式四向工作模式三的切换。

4)工作模式三与工作模式二之间的切换过称为：在第二电机12以工作模式三工作的过程中，控制系统启动第一电机11，通过转速传感器测量的第二电机12的转速输入给控制系统，控制系统基于该转速向第一电机11施加调节扭矩以调节第一电机11的转速，其中T为调节扭矩，I为第一电机11旋转部件的转动惯量，dw＝n₁-n₂为第一电机11和第二电机12的转速差。当第一电机11和第二电机12的转速相等时，使同步器8与第二主动齿轮32结合。之后根据当前的需求扭矩，逐渐增加第一电机11的输出扭矩，从而实现工作模式三向工作模式二的切换。在第一电机11和第二电机12以工作模式二同时工作的过程中，控制系统将第一电机11的输出扭矩设置为零，当第一电机11的输出扭矩为零时，向第一电机11施加调节扭矩以调节第一电机11的转速，其中T为调节扭矩，I为第一电机11旋转部件的转动惯量，dw＝n₁-n₂为第一电机11和第二电机12的转速差。当第一电机11和第二电机12的转速相等时，将同步器8向中间滑动，使同步器8和第二主动齿轮32分开，关闭第一电机11，从而实现工作模式二向工作模式三的切换。

5)工作模式四与工作模式五之间的切换过程为：在电动汽车直线行驶状态、且第一电机11以工作模式四工作的过程中，控制系统启动第二电机12，逐渐减小第一电机11的扭矩，同时逐渐增加第二电机12的扭矩，若此时后轮边的需求扭矩为T₃，则第一电机11的扭矩T₁和第二电机12的扭矩T₂应同时满足T₁·i₁+T₂·i₂＝T₃/i₃。而在离合器9两边的扭矩相等时离合器9最容易结合或分离，因此，在满足上述T₁·i₁+T₂·i₂＝T₃/i₃的条件下，当第一从动齿轮41的扭矩与第二从动此轮上的扭矩相等、即当第一电机11的扭矩T₁＝T₃/(2i₁i₃)、且第二电机12扭矩T₂＝T₃/(2i₂i₄)时，控制系统控制离合器9分离，从而实现工作模式四向工作模式五的切换。在电动汽车直线行驶状态、且第一电机11和第二电机12以第五模式同时工作的过程中，第一中间轴61和第二中间轴62的转速和扭矩始终处于相等状态，此时控制系统控制离合器9结合，并将第二电机12的输出扭矩设置为零，当第二电机12的输出扭矩为零时，关闭第二电机12，从而实现第五模式向第四模式的切换。在电动汽车转向时，控制系统先按照上述切换过程将动力系统切换至工作模式五，然后控制系统根据方向盘转角、车速等计算需求后内外车轮10的转速，进而计算第一电机11和第二电机12的转速，并将转速命令发送给两电机，以实现电子差速。

从上述描述可以看出，在不同工作模式的切换过程中，通过控制第一电机11、第二电机12、离合器9以及同步器8协同工作，计算和确定通断电时机和切换时机，可以实现车辆切换过程无顿挫和无动力中断的目的，从而大幅提高切换过程的平顺性和行驶的稳定性，为用户带来良好的驾驶体验。

需要说明的是，虽然本实施方式中只介绍了上述五种切换过程，但是其他各模式间的切换均与上述切换过程类似，并且均可以实现切换过程无动力中断，切换平稳无顿挫的目的，从而大幅提升用户的驾驶体验。

下面参照图3，对本发明的电动汽车的控制方法进行描述。其中，图3为本发明的电动汽车的控制方法的流程图。

如图3所示，本发明还提供了一种电动汽车的控制方法，该方法主要包括：

S100、判断所述车辆的行驶工况，例如，在一种可能的实施方式中，车辆的行驶工况包括低速工况(如启动阶段或低速行驶阶段)、加速工况、爬坡工况、高速工况、巡航工况、转向工况、制动工况和倒车工况等，该行驶工况可以基于车辆的行驶参数确定，如行驶参数包括电动汽车行驶的速度、加速度、坡度、转向角度，以及所述第一电机11和/或所述第二电机12的运行电流、扭矩、转速等，控制系统可以通过获取制动踏板、加速踏板、以及电动汽车上的各种传感器(如车速传感器、电机转速传感器、电流传感器、温度传感器等)的输入信号来获取当前电动汽车行驶参数；

S200、基于行驶工况，确定动力系统的工作模式，例如，确定动力系统的工作模式为：通过确定第一电机11和/或第二电机12的转动方向、转速和/或扭矩、以及同步器8和离合器9的工作位置；

S300、基于工作模式，控制动力系统工作，例如，在确定第一电机11和/或第二电机12的转动方向、转速和/或扭矩、以及同步器8和离合器9的工作位置后，控制系统控制上述各部件完成相应的动作，如控制电机通断电，控制同步器8和离合器9移动到相应的工作位置等。

在一种可能的实施方式中，步骤S300又可以进一步包括下列情况：

1)当行驶工况为低速工况时，控制动力系统进入第一电机11单独工作的工作模式一或工作模式四，以利用第一电机11的高效率的特点，节省电量。即首先，确定第一电机11的转速和/或扭矩；然后，基于转速和/或扭矩，控制第一电机11正向转动，并且控制同步器8与第一主动齿轮31或第二主动齿轮32结合，以及控制离合器9结合。

2)当行驶工况为高速工况或巡航工况时，控制动力系统进入第二电机12单独工作的工作模式三，以利用第二电机12的高转速范围的特点，节省电量。即首先，确定第二电机12的转速和/或扭矩；然后，基于转速和/或扭矩，控制第二电机12正向转动，并且控制同步器8与第一主动齿轮31和第二主动齿轮32都分离，以及控制离合器9结合。

3)当行驶工况为加速工况或爬坡工况时，控制动力系统进入第一电机11和第二电机12共同工作的工作模式二或工作模式五，以利用第一电机11和第二电机12的输出扭矩共同驱动车轮10，提升车辆的操控性能。其中，在进入工作模式五时，首先分别确定第一电机11和第二电机12的转速和/或扭矩；然后基于转速和/或扭矩，控制第一电机11和第二电机12正向转动，并且控制同步器8与第一主动齿轮31结合，以及控制离合器9分离；在进入工作模式二时，首先，分别确定第一电机11和第二电机12的转速和/或扭矩；然后基于转速和/或扭矩，控制第一电机11和第二电机12正向转动，并且控制同步器8与第二主动齿轮32结合，以及控制离合器9结合。在进入工作模式二时，还可以通过计算分配两电机的扭矩，使得动力系统的工作效率最优，进一步节省电量。

4)当行驶工况为转向工况时，控制动力系统进入第一电机11和第二电机12共同工作的工作模式五，以利用第一电机11和第二电机12分别驱动两个车轮10实现电子差速和扭矩的矢量控制。即首先，根据方向盘的转动角度，分别确定第一电机11和第二电机12的转速和/或扭矩；然后，基于转速和/或扭矩，控制第一电机11和第二电机12正向转动，并且控制同步器8与第一主动齿轮31结合，以及控制离合器9分离。此外，第一电机11和第二电机12的设置，还能在电动汽车在转向不足运行时，控制系统通过控制电机提高转速/扭矩，将更多的转速/扭矩给外侧车轮10，以提高电动汽车的操控性能，优化电动汽车的转向能力。同样地，如果电动汽车转向过度，控制系统通过控制电机提高转速/扭矩，将更多扭矩传递给内侧车轮10，以修正转向，优化电动汽车的转向能力。

5)当行驶工况为倒车工况时，即控制第一电机11和/或第二电机12反转，实现倒车的目的。较为优选地，由于倒车属于低速工况，因此可以通过控制第一电机11反转的方式控制电动汽车倒车，还能够达到节省电量的效果。

6)当行驶工况为制动工况时，控制动力系统进入再生制动模式，即控制第一电机11和/或第二电机12和/或第三电机13成发电机运转，利用电动汽车的惯性带动电动机转子旋转而产生反转力矩，将部分动能或势能转化为电能并加以储存，实现车辆的再生制动和电能的回收。

需要说明的是，上述实施方式仅仅用于阐述本发明的原理，并非旨在于限制本发明的保护范围，在不偏离本发明原理的条件下，本领域技术人员可以对上述设置方式进行调整，以便本发明能够适用于更加具体的应用场景。

例如，参照图4，图4为本发明的第二种实施方式中电动汽车的动力系统的架构图。如图4所示，在一种可替换的实施方式中，可以对第一传动单元的结构进行简化，省略第三主动齿轮33、第三从动齿轮43、第四主动齿轮34、第四从动齿轮44、第一半轴71和第二半轴72，而使用第一中间轴61和第二中间轴62直接和两个后轮连接，同时调整第一传动比i1和第二传动比i2，同样可以实现上述的五种工作模式之间的切换。

再如，在另一种可替换的实施方式中，第一电机11和第二电机12可以相互交换，只要将相应的工作模式也进行相应地调整即可。

再如，在另一种可替换的实施方式中，动力系统也可以不设置第二驱动单元和第二传动单元，而是只设置第一驱动单元和第一传动单元，以简化动力系统的复杂度。此时，只需相应地调整控制系统连接关系和控制逻辑即可。

再如，在另一种可替换的实施方式中，差速器10还可以使用差速锁等可以实现两前轮差速的装置代替。

再如，在另一种可替换的实施方式中，第一驱动单元和第一传动单元还可以用于驱动电动汽车的两个前轮，相应地第二驱动单元和第二传动单元用于驱动电动汽车的两后轮。

当然，上述可以替换的实施方式之间、以及可以替换的实施方式和前述第一种实施方式之间还可以交叉配合使用，从而组合出新的实施方式以适用于更加具体的应用场景。例如，可以在第一种实施方式的基础上，将第一电机11和第二电机12相互交换，再省略第二驱动单元和第二传动单元，从而组合出一种新的实施方式。

此外，本发明还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括上述任一技术方案中的动力系统。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种车辆的动力系统，其特征在于，所述动力系统包括第一驱动单元和第一传动单元，所述第一传动单元与车辆的两并排的车轮连接，所述第一驱动单元通过所述第一传动单元将动力传输至所述两并排的车轮以驱动其转动；

所述第一驱动单元包括具有第一输出轴的第一电机和具有第二输出轴第二电机，

所述第一传动单元包括第一主动齿轮、第一从动齿轮、第一中间轴、第二主动齿轮、第二从动齿轮、第二中间轴、同步器和离合器，

所述第一主动齿轮空套于所述第一输出轴上，所述第二主动齿轮与所述第二输出轴连接，所述同步器与所述第一输出轴连接并能够与所述第一主动齿轮或所述第二主动齿轮结合，所述第一从动齿轮设置于所述第一中间轴上并且与所述第一主动齿轮啮合，所述第二从动齿轮设置于所述第二中间轴上并且与所述第二主动齿轮啮合，所述离合器设置于所述第一中间轴与所述第二中间轴之间，所述第一中间轴与所述第二中间轴能够通过所述离合器实现结合或分离。

2.根据权利要求1所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第一传动单元还包括第三主动齿轮、第三从动齿轮、第一半轴、第四主动齿轮、第四从动齿轮和第二半轴，所述第三主动齿轮设置于所述第一中间轴上，所述第三从动齿轮设置于所述第一半轴上并且与所述第三主动齿轮啮合，所述第四主动齿轮设置于所述第二中间轴上，所述第四从动齿轮设置于所述第二半轴上并且与所述第四主动齿轮啮合，所述第一半轴和所述第二半轴分别与所述两并排的车轮中的一个连接。

3.根据权利要求2所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第一主动齿轮和所述第二主动齿轮之间的第一传动比与所述第二主动齿轮和所述第二从动齿轮之间的第二传动比不同。

4.根据权利要求3所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第三主动齿轮和所述第三从动齿轮之间的第三传动比与所述第四主动齿轮和所述第四从动齿轮之间的第四传动比相等。

5.根据权利要求1所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第一电机为永磁同步电机；并且/或者所述第二电机为交流异步电机。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括第二驱动单元和第二传动单元，所述第二传动单元与所述车辆的另外两并排的车轮连接，所述第二驱动单元通过所述第二传动单元将动力传输至所述另外两并排的车轮以驱动其转动；

所述第二驱动单元包括具有第三输出轴的第三电机，所述第二传动单元包括第五主动齿轮、第五从动齿轮、第三中间轴、差速装置、第三半轴和第四半轴，所述第五主动齿轮设置于所述第三输出轴上，所述第五从动齿轮设置于所述第三中间轴并与所述第五主动齿轮啮合，所述第三中间轴与所述差速装置连接，所述差速装置分别与所述第三半轴和第四半轴连接，所述第三半轴和所述第四半轴分别与所述另外两并排的车轮中的一个连接。

7.根据权利要求6所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述差速装置为差速器活差速锁。

8.根据权利要求6所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第三电机为交流异步电机。

9.根据权利要求6所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第一传动单元与所述车辆的两后轮连接，并且/或者所述第二传动单元与所述车辆的两前轮连接。

10.根据权利要求9所述的车辆的动力系统，其特征在于，所述第三电机设置于所述车辆的前桥上。

11.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1-10中任一项所述的车辆的动力系统。

12.一种车辆的控制系统，其特征在于，所述车辆包括权利要求1至5中任一项所述的车辆的动力系统，所述控制系统分别与所述第一电机、所述第二电机、所述同步器和所述离合器连接，所述控制系统配置成根据所述车辆的行驶状态和/或行驶参数分别控制所述第一电机和所述第二电机的启停、以及所述同步器的和所述离合器的工作位置。

13.根据权利要求12所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述控制系统被实现在所述车辆的车身控制器或整车控制器。

14.一种车辆的控制系统，其特征在于，所述车辆包括权利要求6至10中任一项所述的车辆的动力系统，所述控制系统分别与所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述同步器和所述离合器连接，所述控制系统配置成根据所述车辆的行驶状态和/或行驶参数分别控制所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机的启停、以及所述同步器和所述离合器的工作位置。

15.根据权利要求14所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述控制系统被实现在所述车辆的车身控制器或整车控制器。