專利名稱：具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法，特別是電動車的電機驅(qū)動系統(tǒng)及系統(tǒng)的控制方法。這種驅(qū)動系統(tǒng)可以用于純電動車、燃料電池電動車和混合動力電動車。本發(fā)明所述的驅(qū)動系統(tǒng)也可以應(yīng)用到一些特種車輛中，包括但不限于如下的特種車輛礦用電動輪型載重汽車、帶有電機驅(qū)動系統(tǒng)的裝甲車以及帶有電機驅(qū)動系統(tǒng)的坦克車等。
本發(fā)明將上述各種不同類型的電動車及特種電動車輛統(tǒng)稱為電動車。
背景技術(shù)：
以電機為動力的電動車，包括純電動車、燃料電池電動車和串聯(lián)型混合動力電動車，其整車的動力性必須滿足一定的要求，包括爬坡能力、最高車速、加速能力等性能指標。因此，電機驅(qū)動系統(tǒng)必須具有與整車的動力性相適應(yīng)的機械特性，而且應(yīng)具有較高的效率和較低的成本。此外，電機驅(qū)動系統(tǒng)還應(yīng)具備制動能量回饋能力，即當車輛處于滑行或制動狀態(tài)時，一部分制動能量可以通過電機驅(qū)動系統(tǒng)回饋到動力電池或超級電容等電能儲存系統(tǒng)中。為了實現(xiàn)這些要求，理想的電機驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)該具有如下的特點。
●低速時可以輸出較大的轉(zhuǎn)矩，滿足車輛爬坡對電機轉(zhuǎn)矩的要求●中、高速時具有較大的功率，滿足車輛的加速性能，并滿足最高車速對電機的功率要求●在整個速度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩具有良好的平順性●電機具有四象限運行的能力●在整個運行范圍內(nèi)具有較高的效率●在滿足車輛動力性要求的前提下，功率盡可能小，以提高電機驅(qū)動系統(tǒng)的負荷率，并降低成本，減少系統(tǒng)的質(zhì)量●性能穩(wěn)定，可靠性高●成本低，性價比高具有上述特點的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其機械特性如圖1中的曲線1所示。對于該理想的機械特性，在低速時，驅(qū)動系統(tǒng)具有較高的轉(zhuǎn)矩，能夠滿足車輛爬坡的要求；在中、高速時，驅(qū)動系統(tǒng)具有合適的功率，能夠滿足車輛牽引功率的要求。
在圖1中，與曲線1對應(yīng)的具有理想特性的電機驅(qū)動系統(tǒng)相比較，曲線2對應(yīng)的電機驅(qū)動系統(tǒng)在中、高速時具有相同的功率；曲線3對應(yīng)的電機驅(qū)動系統(tǒng)在低速時具有相同的最大轉(zhuǎn)矩。但是，曲線2對應(yīng)的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其最大轉(zhuǎn)矩較低，使用該電機驅(qū)動系統(tǒng)，車輛的爬坡能力無法達到要求。曲線3對應(yīng)的電機驅(qū)動系統(tǒng)，盡管其最大轉(zhuǎn)矩及中、高速時的功率均能夠達到要求，使用該電機驅(qū)動系統(tǒng)，車輛可以滿足動力性要求，但該電機驅(qū)動系統(tǒng)的功率要比實際的功率需求大得多。功率儲備太大，勢必會造成電機驅(qū)動系統(tǒng)的成本高、負荷率低、質(zhì)量大、效率低等問題。
綜上所述，對于由電機驅(qū)動的電動車，驅(qū)動系統(tǒng)的核心問題是實現(xiàn)具有近似于上述理想機械特性的電機驅(qū)動系統(tǒng)。車輛工作在低速時，驅(qū)動系統(tǒng)可以產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩。車輛運行在中、高速狀態(tài)時，電機驅(qū)動系統(tǒng)具有適當?shù)墓β省?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出了一種具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法，該驅(qū)動系統(tǒng)具有與上述理想的機械特性接近的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，而且其機械特性與車速相適應(yīng)，既可以滿足低速轉(zhuǎn)矩要求，又可以滿足中、高速功率的要求，電機具有適當?shù)墓β?，可以較好地解決傳統(tǒng)電機驅(qū)動系統(tǒng)存在的問題。此外，本發(fā)明提出的具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)，除了用于驅(qū)動車輛，并實現(xiàn)制動能量回饋功能外，還可以驅(qū)動空調(diào)壓縮機、制動系統(tǒng)空氣壓縮機和制動轉(zhuǎn)向泵等輔助零部件。本發(fā)明的系統(tǒng)控制方法，針對車輛的不同運行模式，對系統(tǒng)的運行實現(xiàn)有效的控制。
本發(fā)明的具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)包括一個電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器、第一電機、第一電機控制器、第二電機、第二電機控制器，其特征是第一電機和第二電機均為雙端出軸結(jié)構(gòu)，第一電機的一個輸出軸至少通過一個減速器與第二電機的一個輸出軸聯(lián)接；電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器用信號電纜分別與第一電機控制器和第二電機控制器聯(lián)接，第一電機控制器用動力電纜與第一電機聯(lián)接，第二電機控制器用動力電纜與第二電機聯(lián)接。
本發(fā)明的具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法包括下列步驟(1)將車輛的運行狀態(tài)分為如下的工作模式起動模式、低速爬坡模式、普通行駛模式、滑行模式、制動模式、倒車模式、倒車制動模式和待行制冷模式，并將與各工作模式對應(yīng)的參數(shù)存在電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器中；(2)通過CAN總線將電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器與整車控制器相聯(lián)接；(3)在車輛運行時由整車控制器對整車的速度信號(V)、油門踏板信號(Pedal_D)、制動踏板信號(Pedal_B)、車輛的制動狀態(tài)信號(Brake)、倒車狀態(tài)信號(R)的物理量的信息進行檢測，并通過CAN總線向電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器發(fā)出指令，指令包括車速信號(V)、轉(zhuǎn)矩請求信號Tcmd、制動狀態(tài)信號(Brake)及倒車狀態(tài)信號(R)；(4)電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器按照整車控制器發(fā)出的指令，根據(jù)車速信號(V)、轉(zhuǎn)矩請求信號Tcmd、制動狀態(tài)信號(Brake)和倒車狀態(tài)信號(R)，經(jīng)過計算、判斷和分析，確定車輛的工作模式，并確定第一電機和第二電機的工作狀況，及第二電機轉(zhuǎn)矩大小、第一電機轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速大小；(5)電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器按照確定的車輛的工作模式，向第一電機控制器發(fā)出轉(zhuǎn)矩命令信號T1cmd或轉(zhuǎn)速信號SpeedM1及第一電機的轉(zhuǎn)向信號R1；電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器向第二電機控制器發(fā)出轉(zhuǎn)矩命令信號T2cmd和第二電機的轉(zhuǎn)向信號R2；(6)第一電機控制器和第二電機控制器根據(jù)從電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器得到的命令，控制第一電機和第二電機運行。
本發(fā)明的優(yōu)點是本驅(qū)動系統(tǒng)可以根據(jù)車輛的速度及功率或牽引力的需求，按照行駛工況，自動改變驅(qū)動系統(tǒng)的工作模式，以滿足車輛在低速爬坡、中高速行駛、車輛制動、倒車等各種工況下的驅(qū)動要求，使其自動適應(yīng)車輛的各種不同的運行工況；使車輛能夠達到與理想的機械特性接近的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，而且其特性與車速相適應(yīng)，既可以滿足低速轉(zhuǎn)矩要求，又可以滿足中、高速功率的要求，電機具有合適的功率，可以較好地解決傳統(tǒng)電機驅(qū)動系統(tǒng)存在的問題。此外，本發(fā)明提出的具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)，除了用于驅(qū)動車輛，并實現(xiàn)制動能量回饋功能外，還可以驅(qū)動空調(diào)壓縮機、制動系統(tǒng)空氣壓縮機和制動轉(zhuǎn)向泵等輔助零部件。


圖1是不同驅(qū)動系統(tǒng)的機械特性示意圖；圖2是具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖1；圖中1第一電機，1-1第一電機的第一輸出軸，1-2第一電機的第二輸出軸，2第一電機的控制器，3第二電機，3-1第二電機的第一輸出軸，3-2第二電機的第二輸出軸，4第二電機的控制器，5第一個減速器，5-1第一個減速器輸入軸，5-2第一個減速器輸出軸，7第一個具有扭振減振器的單向離合器，7-1第一個具有扭振減振器的單向離合器的主動端，7-2第一個具有扭振減振器的單向離合器的從動端，9第三個單向離合器，10電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器，12-1主動端空調(diào)皮帶聯(lián)接輪，12-2從動端空調(diào)皮帶聯(lián)接輪，12-3空調(diào)聯(lián)接皮帶，13空調(diào)壓縮機，14傳動軸，15主減速器與差速器，16車輪，17動力電纜，18信號電纜；圖3是具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動空調(diào)壓縮機的原理圖；圖中OWC單向離合器，Motor 1第一電機，AC空調(diào)壓縮機，R1＝1電機1反向旋轉(zhuǎn)，OWC接合，空調(diào)壓縮機工作，R1＝0電機1正向旋轉(zhuǎn)，OWC斷開，空調(diào)壓縮機不工作；圖4是第一電機的外特性示意圖；圖5是具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖2；圖中8第二個具有扭振減振器的單向離合器；圖6是具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖3；圖中6第二個減速器；圖7是具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖4；圖中11第三個減速器；圖8是具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖5；圖9是具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖6；圖10是一個典型的電動車驅(qū)動系統(tǒng)原理圖；圖中DCU電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器，MCU1第一電機控制器，MCU2第二電機控制器，VCU整車控制器，Pedal_D油門踏板，Pedal_B制動踏板，輔助系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，減速器行星減速器；圖11是電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器在電動車中的信號傳遞關(guān)系示意圖；圖12是具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制流程圖。
具體實施例方式
1、本發(fā)明，即所說的具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)，采用雙電機驅(qū)動模式。其拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中的第一電機(1)和第二電機(3)均為雙端出軸結(jié)構(gòu)。在第一電機(1)和第二電機(3)之間，有減速器(5)和具有扭振減振器的單向離合器(7)。電機(1)的輸出端(1-1)與減速器(5)的輸入端(5-1)相聯(lián)接；減速器的輸出端(5-2)與具有扭振減振器的單向離合器(7)的主動端(7-1)相聯(lián)接；具有扭振減振器的單向離合器(7)的從動端(7-2)與電機2(3)的輸出端(3-2)相聯(lián)接。具有扭振減振器的單向離合器(7)的作用是將電機(1)和減速器(5)與電機(3)接合或分離。電機(1)和電機(3)為交流電機或直流電機。交流電機如感應(yīng)電機、永磁同步電機、永磁無刷直流電機、開關(guān)磁阻電機、同步磁阻電機等；直流電機如永磁有刷直流電機、電勵磁有刷直流電機等。減速器(5)可以選用行星減速器，也可以選用其它形式的減速器。電機控制器(2)和電機控制器(4)分別與電機(1)和電機(3)相適應(yīng)。電機(1)工作在電動狀態(tài)，且可以正、反向旋轉(zhuǎn)。當電機(1)正向旋轉(zhuǎn)時，其作用是為車輛提供較大的驅(qū)動力矩；當電機(1)反向旋轉(zhuǎn)時，其作用是帶動空調(diào)壓縮機等輔助系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。電機(1)正向旋轉(zhuǎn)，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過減速器(5)的降速增扭作用，由減速器輸出端輸出的轉(zhuǎn)矩與電機(3)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩疊加，整個電機驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，即總的輸出轉(zhuǎn)矩如下式所示。
T＝kTM1+TM2
式中，TM1和TM2分別為電機(1)和電機(3)的輸出轉(zhuǎn)矩；T為電機驅(qū)動系統(tǒng)總的輸出轉(zhuǎn)矩；k為減速器(5)的速比，其值的選取根據(jù)車輛爬坡能力、車速要求、電機(1)及電機(3)的轉(zhuǎn)速范圍等確定。由于減速增扭的作用，電機(1)的轉(zhuǎn)矩成為車輛運行在低速爬坡狀態(tài)下的主導(dǎo)轉(zhuǎn)矩。電機(1)用于驅(qū)動車輛行駛時，工作在轉(zhuǎn)矩閉環(huán)模式；電機(1)用于驅(qū)動空調(diào)壓縮機時，工作在轉(zhuǎn)速閉環(huán)模式，其轉(zhuǎn)速受車廂的內(nèi)溫度控制。電機(3)既可以工作在電動狀態(tài)，又可以工作在發(fā)電狀態(tài)；既可以正向旋轉(zhuǎn)，又可以反向旋轉(zhuǎn)。電機(1)和電機(3)的工作狀態(tài)受電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)的控制。電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)根據(jù)車輛的速度、功率或牽引力需求、前進或倒車、驅(qū)動或制動的狀態(tài)，通過信號總線向電機控制器(2)及電機控制器(4)發(fā)出指令，控制電機(1)及電機(3)的工作狀態(tài)。
電機(1)通過空調(diào)聯(lián)接皮帶輪(12-1)、(12-2)和空調(diào)聯(lián)接皮帶(12-3)，與一個單向離合器(9)的主動端相聯(lián)接，該單向離合器(9)的從動端聯(lián)接到空調(diào)壓縮機(13)。當電機(1)正向旋轉(zhuǎn)，即用于驅(qū)動車輛行駛時，單向離合器(9)處于超越狀態(tài)，其主動端與從動端分離，空調(diào)壓縮機(13)停止；當電機(1)反向旋轉(zhuǎn)時，具有扭振減速器的單向離合器(7)處于超越狀態(tài)，電機(1)與電機(3)處于分離狀態(tài)，而單向離合器(9)處于接合狀態(tài)，電機(1)帶動空調(diào)壓縮機旋轉(zhuǎn)，空調(diào)系統(tǒng)工作。本發(fā)明中，利用上述具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動空調(diào)壓縮機的原理如圖3所示。其中，電機(1)既可以驅(qū)動車輛，又可以驅(qū)動空調(diào)壓縮機等輔助系統(tǒng)，其機械特性如圖4所示。
電機(1)也可以帶動制動系統(tǒng)空壓機和電液助力轉(zhuǎn)向(EHPS)系統(tǒng)液壓泵，其結(jié)構(gòu)及工作原理與帶動空調(diào)壓縮機相同。對于轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)，當電機正向旋轉(zhuǎn)時，需要增加輔助電動轉(zhuǎn)向油泵，以確保當車輛運行在低速爬坡模式時，電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然可以由本系統(tǒng)外的其它電機帶動工作。
具有扭振減振器的單向離合器(7)和下面結(jié)構(gòu)中的具有扭振減振器的單向離合器(8)，均具有兩種結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)構(gòu)是，其輸入端為扭振減振器的主動端，輸出端為單向離合器的從動端，扭振減振器的從動端與單向離合器的主動端相聯(lián)接；第二種結(jié)構(gòu)是，其輸入端為單向離合器的主動端，輸出端為扭振減振器的從動端，單向離合器的從動端與扭振減振器的主動端相聯(lián)接。針對不同車輛，考慮布置、安裝工藝等因素，可以采用這二種結(jié)構(gòu)中的一種。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性變化為了適應(yīng)不同的車輛，可以在電機(1)與減速器(5)之間增加具有扭振減振器的單向離合器(8)，保留或者取消位于減速器(5)與電機(3)之間的具有扭振減振器的單向離合器(7)。具有扭振減振器的單向離合器(8)的作用是將減速器(5)及電機(3)與電機(1)接合或分離。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。
在圖2所示的電機驅(qū)動系統(tǒng)中，電機(3)的轉(zhuǎn)子可以先與減速器(6)的輸入端(6-1)聯(lián)接，減速器(6)的輸出端(6-2)再與具有扭振減振器的單向離合器(7)的從動端(7-2)相聯(lián)接，再聯(lián)接到傳動軸(14)。具有扭振減振器的單向離合器(7)的主動端(7-1)仍然聯(lián)接到減速器(5)的輸出端(5-2)。經(jīng)過減速器(6)的減速增扭作用，可以降低電機(3)的體積和質(zhì)量。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。
在圖2所示的電機驅(qū)動系統(tǒng)中，可以在驅(qū)動系統(tǒng)的輸出軸處增加一個減速器(11)，如圖7所示。增加減速器(11)，可以降低驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量和體積。
對于一些特殊車輛，第一或第二個具有扭振減振器的單向離合器(7)、(8)均可以取消，如圖8所示。
另外，對于沖擊不大的應(yīng)用場合，可以取消具有扭振減振器的單向離合器(7)或(8)中的扭振減振器，只保留單向離合器，如圖9所示。
2、本發(fā)明的系統(tǒng)的工作方式和控制方法2.1具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的工作模式針對電動車的運行情況，本發(fā)明將車輛的運行狀態(tài)分為如下的工作模式起動模式、低速爬坡模式、普通行駛模式、滑行模式、制動模式、倒車模式、倒車制動模式和待行制冷模式。
起動模式車輛的起動模式，定義為車輛以靜止狀態(tài)在平路或坡度不陡的坡道上加速行駛的模式。車輛處于起動模式時，需要一定的牽引力。
低速爬坡模式低速爬坡模式，定義為車輛以靜止(或低速行駛)狀態(tài)，在坡度較陡的坡道上向上加速行駛的工作模式。車輛處于低速爬坡模式時，其受到的坡道阻力很大，因此車輛所需的牽引力比車輛運行在起動模式時更大。
普通行駛模式車輛的普通行駛模式，定義為車輛在起動之后向前進方向行駛，并且車速超過一個設(shè)定值V0(該速度值可以根據(jù)不同的車輛，選取不同的值)時的工作模式。
車輛滑行模式車輛滑行模式，定義為駕駛員主動踩踏制動踏板，期望車輛減速或抑制車速增加的工作模式。車輛滑行模式的特征是，傳動系統(tǒng)不提供驅(qū)動力，車輛完全靠其動能維持行駛；車輛的機械制動系統(tǒng)不工作。車輛滑行模式主要包括車輛下坡行駛工況和車輛緩慢減速工況。
車輛制動模式車輛制動模式，定義為駕駛員主動深度踩踏制動踏板，期望車輛停止、減速或抑制車速的工作模式。車輛制動模式的特征是，傳動系統(tǒng)不提供驅(qū)動力；車輛的機械制動系統(tǒng)工作。車輛制動模式包括車輛減速行駛工況和緊急制動工況。
倒車行駛模式倒車行駛模式定義為車輛向后行駛的工作模式。
倒車制動模式倒車制動模式定義為車輛向后減速行駛的工作模式。
待行制冷模式待行制冷模式定義為車輛停止，但是空調(diào)工作的運行模式。
2.2具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的工作方式和控制方法2.2.1系統(tǒng)的工作方式圖10為一個典型的電動車驅(qū)動系統(tǒng)的原理圖，其中使用了上述具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)。圖中，VCU為電動車的整車控制器；Pedal_D為油門踏板；Pedal_B為制動踏板。Pedal_D為油門踏板信號；Pedal_B為制動踏板信號。
上述典型電動車的結(jié)構(gòu)只是作為本專利應(yīng)用的一個示例，本專利的應(yīng)用不只局限在該示例所示的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所說的具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其工作過程如下。
整車控制器(VCU)根據(jù)測得的整車的速度信號(V)、油門踏板信號(Pedal_D)、制動踏板信號(Pedal_B)、車輛的制動狀態(tài)信號(Brake)、倒車狀態(tài)信號(R)等物理量的信息，通過CAN總線向電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(DCU)(10)發(fā)出指令，指令包括車速信號(V)、轉(zhuǎn)矩請求信號Tcmd、制動狀態(tài)信號(Brake)和倒車狀態(tài)信號(R)等。電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(DCU)(10)按照VCU發(fā)出的指令，根據(jù)車速信號(V)、轉(zhuǎn)矩請求信號Tcmd、制動狀態(tài)信號(Brake)和倒車狀態(tài)信號(R)等，經(jīng)過計算、判斷和分析，可以確定車輛的工作模式，并可以確定電機(1)和電機(3)的工作狀況，及電機(3)的轉(zhuǎn)矩大小和電機(1)的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的大小。DCU按照確定的車輛的工作模式，向電機控制器(2)發(fā)出轉(zhuǎn)矩命令信號T1cmd或轉(zhuǎn)速信號SpeedM1及電機(1)的轉(zhuǎn)向信號R1；DCU向電機控制器(4)發(fā)出轉(zhuǎn)矩命令信號T2cmd和電機(3)的轉(zhuǎn)向信號R2。電機控制器(2)和電機控制器(4)根據(jù)從DCU得到的命令，控制電機(1)和電機(3)運行。
2.2.2系統(tǒng)的控制方法圖11為本發(fā)明所說的具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)在電動車中控制信號的傳遞及各部分的邏輯關(guān)系。
上述8種工作模式及其控制策略如下所述。具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)，控制流程如圖12所示。
起動模式的控制策略車輛工作在起動模式時，電機驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩需求Tcmd小于電機(3)的峰值轉(zhuǎn)矩T2-M，只靠電機(3)就可以按照一定的加速度起動車輛。在這種工作模式下，電機(1)不直接參與驅(qū)動車輛的行駛，車輛只由電機(3)提供動力。
整車控制器(VCU)根據(jù)測得的油門踏板信號(Pedal_D)、制動踏板信號(Pedal_B)及車輛的速度(V)等物理量的信息，通過CAN總線向電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(DCU)(10)發(fā)出指令；電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(DCU)(10)根據(jù)從VCU接收到電機驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩需求Tcmd的信息，經(jīng)過運算，判斷為車輛處于起動模式。在起動模式下，電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(DCU)(10)向電機控制器(4)發(fā)出指令，控制電機(3)的轉(zhuǎn)矩。此時，如果空調(diào)等附件需要工作，即AUX＝1，則DCU向電機控制器(2)發(fā)出電機(1)反向旋轉(zhuǎn)(R1＝1)的指令，電機(1)反向旋轉(zhuǎn)，單向離合器(9)接合，電機(1)帶動空調(diào)壓縮機。如果空調(diào)等附件不需要工作，即AUX＝0，則DCU向電機控制器(2)發(fā)出期望轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速均為零的指令(T1cmd＝0，Speed1M＝0)，電機(1)不工作。
低速爬坡模式及其控制策略車輛處于低速爬坡模式時，其受到的坡道阻力很大，因此車輛所需的牽引力比車輛運行在起動模式時更大，單靠電機(3)不能滿足車輛的牽引力需求，電機(1)與電機(3)必須同時工作，共同驅(qū)動車輛行駛。在這種模式下，整車控制器(VCU)根據(jù)測得的油門踏板(Pedal_D)、制動踏板(Pedal_B)及車輛的速度等物理量的信息，通過CAN總線向電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)發(fā)出指令；電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)根據(jù)從VCU接收到的信息，經(jīng)過運算，產(chǎn)生電機(1)和電機(3)的動力分配信息，并向電機控制器(2)和電機控制器(4)發(fā)出指令，使得電機(1)及電機(3)產(chǎn)生所需的轉(zhuǎn)矩。其中，電機(1)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過減速器(5)后，輸出的轉(zhuǎn)矩得到大幅度的提高。輸出的轉(zhuǎn)矩與電機(3)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩疊加，驅(qū)動車輛加速。
在低速爬坡模式下，電機(1)正向旋轉(zhuǎn)，即R1＝0，與空調(diào)壓縮機相聯(lián)的單向離合器處于超越狀態(tài)，電機(1)與空調(diào)壓縮機分離，此時空調(diào)系統(tǒng)不工作。
普通行駛模式車輛處于普通行駛模式時，整車控制器(VCU)根據(jù)測得的車速信息及油門踏板(Pedal_D)和制動踏板(Pedal_B)的信息，通過信號總線向電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)發(fā)出指令。電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)根據(jù)從VCU接收到的信息，可以確定車輛處于中高速行駛狀態(tài)。此時，電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)向電機(3)發(fā)出指令，控制器電機(3)產(chǎn)生車輛行駛所需的轉(zhuǎn)矩，并由電機(3)獨自驅(qū)動車輛行駛。
車輛運行在普通行駛模式下，具有扭振減振器的單向離合器(7)的主動端的轉(zhuǎn)速低于從動端的轉(zhuǎn)速，因此單向離合器處于超越狀態(tài)，即分離狀態(tài)，電機(1)的動力不能傳遞到單向離合器的從動端。
在普通行駛模式下，電機(1)反向旋轉(zhuǎn)，與空調(diào)壓縮機相聯(lián)的單向離合器接合，電機(1)帶動空調(diào)壓縮機工作。
車輛滑行模式車輛處于滑行狀態(tài)時，整車控制器(VCU)根據(jù)測得的制動踏板(Pedal_B)的信息，向電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)發(fā)出指令。電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)向電機(3)發(fā)出指令，使得電機(3)工作在制動狀態(tài)，車輛行駛動能的一部分可以通過電機(3)及電機控制器(4)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，為車載動力電池、超級電容等儲能系統(tǒng)充電。此時，電機(1)根據(jù)輔助空調(diào)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，要么停止，要么反向旋轉(zhuǎn)，并按照速度模式運行，帶動空調(diào)壓縮機。
車輛處于滑行狀態(tài)時，具有扭振減振器的單向離合器(7)的主動端的轉(zhuǎn)速小于從動端的轉(zhuǎn)速，單向離合器(7)處于超越狀態(tài)，即分離狀態(tài)。
車輛制動模式車輛處于制動狀態(tài)時，整車控制器(VCU)根據(jù)測得的車速及制動踏板(Pedal_B)的信號(Pedal_B)，確定出再生制動轉(zhuǎn)矩和機械制動轉(zhuǎn)矩的分配，并向電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)發(fā)出指令。電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)向電機控制器(4)發(fā)出指令，使得電機(3)工作在制動狀態(tài)，車輛行駛動能的一部分可以通過電機(3)及電機控制器(4)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，為動力電池、超級電容等儲能系統(tǒng)充電。車輛的剩余動能由機械制動系統(tǒng)消耗。此時，電機(1)根據(jù)輔助系統(tǒng)的工作狀態(tài)，要么停止，要么反向旋轉(zhuǎn)，并按照速度模式運行，帶動空調(diào)壓縮機。
車輛處于制動狀態(tài)時，具有扭振減振器的單向離合器(7)的主動端的轉(zhuǎn)速小于從動端的轉(zhuǎn)速，單向離合器(7)處于超越狀態(tài)，即分離狀態(tài)。
倒車行駛模式當車輛處于倒車狀態(tài)時，整車控制器(VCU)根據(jù)駕駛員發(fā)出的指令，向電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)發(fā)出指令，此時倒車狀態(tài)信號R＝1，制動狀態(tài)信號Brake＝0。電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)根據(jù)得到的指令，向電機(3)發(fā)出指令，使得電機(3)工作在反向驅(qū)動狀態(tài)，其旋轉(zhuǎn)方向與車輛前進時的方向相反。如果AUX＝1，電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)向電機控制器(3)發(fā)出指令，使電機(1)反向旋轉(zhuǎn)，且具有扭矩減振器的單向離合器(7)處于超越狀態(tài)，該單向離合器處于分離狀態(tài)，單向離合器(9)接合，電機(1)帶動空調(diào)壓縮機旋轉(zhuǎn)。如果AUX＝0，電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)向電機控制器(3)發(fā)出指令，使得電機(1)的命令轉(zhuǎn)矩為零，電機(1)被電機(3)反向拖動。
倒車制動模式當車輛處于倒車制動狀態(tài)時，整車控制器(VCU)根據(jù)駕駛員發(fā)出的指令，向電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)發(fā)出指令，此時倒車狀態(tài)信號R＝1，制動狀態(tài)信號Brake＝1。電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器(10)根據(jù)得到的指令，向電機(3)發(fā)出指令，使得電機(3)工作在反向制動狀態(tài)，其旋轉(zhuǎn)方向與車輛前進時的方向相反。空調(diào)等系統(tǒng)的工作方式與倒車行駛模式相同。
待行制冷模式在待行制冷模式下，電機(3)不工作，電機(1)按照轉(zhuǎn)速閉環(huán)方式反向旋轉(zhuǎn)，具有扭振減振器的單向離合器(7)處于超越狀態(tài)，電機(1)的動力不能傳遞到傳動軸。與空調(diào)壓縮機相聯(lián)的單向離合器(9)處于接合狀態(tài)，電機(1)帶動空調(diào)壓縮機運行，實現(xiàn)停車時空調(diào)工作狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)，包括一個電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器、第一電機、第一電機控制器、第二電機、第二電機控制器，其特征是第一電機和第二電機均為雙端出軸結(jié)構(gòu)，第一電機的一個輸出軸至少通過一個減速器與第二電機的一個輸出軸聯(lián)接；電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器用信號電纜分別與第一電機控制器和第二電機控制器聯(lián)接，第一電機控制器用動力電纜與第一電機聯(lián)接，第二電機控制器用動力電纜與第二電機聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是第一電機的一個輸出軸通過一個減速器與第二電機的一個輸出軸聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是第一電機的一個輸出軸通過一個減速器和一個單向離合器與第二電機的一個輸出軸聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是第二電機的一個輸出軸通過一個減速器和一個單向離合器與第一電機的一個輸出軸聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是第一電機的一個輸出軸通過一個減速器、一個單向離合器和第二個減速器與第二電機的一個輸出軸聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是所述單向離合器為單一的單向離合器或是一個具有扭振減振器的單向離合器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是具有扭振減振器的單向離合器是下述兩種結(jié)構(gòu)中的一種第一種結(jié)構(gòu)是，其輸入端為扭振減振器的主動端，輸出端為單向離合器的從動端，扭振減振器的從動端與單向離合器的主動端相聯(lián)接；第二種結(jié)構(gòu)是，其輸入端為單向離合器的主動端，輸出端為扭振減振器的從動端，單向離合器的從動端與扭振減振器的主動端相聯(lián)接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征是在第二電機的第二輸出軸上連接有一個減速器。
9.本發(fā)明的具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法，其特征是，該控制方法包括下列步驟(1)將車輛的運行狀態(tài)分為如下的工作模式起動模式、低速爬坡模式、普通行駛模式、滑行模式、制動模式、倒車模式、倒車制動模式和待行制冷模式，并將與各工作模式對應(yīng)的參數(shù)存在電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器中；(2)通過CAN總線將電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器與整車控制器相聯(lián)接；(3)在車輛運行時由整車控制器對整車的速度信號(V)、油門踏板信號(Pedal_D)、制動踏板信號(Pedal_B)、車輛的制動狀態(tài)信號(Brake)、倒車狀態(tài)信號(R)的物理量的信息進行檢測，并通過CAN總線向電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器發(fā)出指令，指令包括車速信號(V)、轉(zhuǎn)矩請求信號Tcmd、制動狀態(tài)信號(Brake)及倒車狀態(tài)信號(R)；(4)電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器按照整車控制器發(fā)出的指令，根據(jù)車速信號(V)、轉(zhuǎn)矩請求信號Tcmd、制動狀態(tài)信號(Brake)和倒車狀態(tài)信號(R)，經(jīng)過計算、判斷和分析，確定車輛的工作模式，并確定第一電機和第二電機的工作狀況，及第二電機轉(zhuǎn)矩大小、第一電機轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速大?。?5)電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器按照確定的車輛的工作模式，向第一電機控制器發(fā)出轉(zhuǎn)矩命令信號T1cmd或轉(zhuǎn)速信號SpeedM1及第一電機的轉(zhuǎn)向信號R1；電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器向第二電機控制器發(fā)出轉(zhuǎn)矩命令信號T2cmd和第二電機的轉(zhuǎn)向信號R2；(6)第一電機控制器和第二電機控制器根據(jù)從電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器得到的命令，控制第一電機和第二電機運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有車速適應(yīng)能力的電機驅(qū)動系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法，該系統(tǒng)包括一個電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器、第一電機、第一電機控制器、第二電機、第二電機控制器，其特征是第一電機和第二電機均為雙端出軸結(jié)構(gòu)，第一電機的一個輸出軸至少通過一個減速器與第二電機的一個輸出軸聯(lián)接；電機驅(qū)動系統(tǒng)控制器用信號電纜分別與第一電機控制器和第二電機控制器聯(lián)接，第一電機控制器用動力電纜與第一電機聯(lián)接，第二電機控制器用動力電纜與第二電機聯(lián)接。其優(yōu)點是可以根據(jù)車輛的速度及功率或牽引力的需求，按照行駛工況，自動改變驅(qū)動系統(tǒng)的工作模式，以滿足車輛在低速爬坡、中高速行駛、車輛制動、倒車等各種工況下的驅(qū)動要求，使其自動適應(yīng)車輛的各種不同的運行工況。該驅(qū)動系統(tǒng)可以用于純電動車、燃料電池電動車和混合動力電動車，以及各種由電機驅(qū)動的其它車輛。
文檔編號B60K6/02GK1927609SQ200610139118
公開日2007年3月14日 申請日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者蘆曉民 申請人:蘆曉民