[发明专利]一种单行星排结构电动汽车动力总成及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车领域，具体为电动汽车驱动及传动系统的2个驱动电机、变速机构及其控制单元构成及控制方法。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，人们对电动汽车最高车速、加速度、爬坡度及舒适性提出了更高的要求，国内外也针对这些指标制定了更为严苛的标准。电动汽车的驱动方式及传动结构作为其核心决定着电动汽车的动力性、经济性和舒适性，由于受到电机特性的限制，传统的单电机直驱的模式只能通过增大电机功率的方法适应人们的使用需求和法律法规的要求，不仅增加了电机的成本、增大电机的体积，而且造成电机多数时间工作在低效区，降低了电动汽车续航里程。

为了解决以上问题，电动汽车的动力系统开始采用变速机构满足最大牵引力和最高车速的需求，由于电机四象限运行的特点使能量回馈制动成为其节能的重要手段，要求传动机构在具有较高的传统效率的同时具备双向扭矩传递的功能，因此在传统燃油车上应用较多的自动变速机构（AT）并不适用于电动汽车，目前应用较多的是两档机械式自动变速箱（AMT）技术。

然而，机械式自动变速箱的换挡过程为自动控制，驾驶员无法了解具体换挡时间，换挡过程车辆驱动力缺失，不仅降低了驾驶的舒适性，而且给车辆的安全性带来较大的隐患。

行星排传动技术在工业减速机及混合动力汽车上有大量的应用，然而在工业领域行星排只是代替齿轮起到固定减速比减速的作用，在混合动力车辆中起到对发动机输出能量在驱动和发电之间的分配作用，本发明中的行星排作为动力系统的一个组成部分，起到对两个驱动电机转速和车速之间解耦的作用，使车速不依赖于某个电机的转速，在减小电机总功率的同时，达到满足车辆对最大扭矩和最高车速的需求。

发明内容

本发明提出的目的在于提供一种电动汽车动力系统的结构和驱动的控制方法，旨在解决以上电动汽车在经济性、舒适性、安全性和动力性上存在的问题，所述电动汽车动力系统由整车控制器、第一电机、第一电机控制器、第二电机、第二电机控制器、行星排、离合器组成。

动力系统内部连接方式包括机械连接、电气连接和通信接口：

其中机械连接包括：第一电机输出轴与行星排齿圈连接，第二电机输出轴与行星排太阳轮连接，离合器一端与第二电机输出轴连接、另一端与车体连接；

电气连接包括：第一电机控制器与第一电机之间的高压驱动线路，第二电机控制器与第二电机之间的高压驱动线路；

通信接口为第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器之间的高压CAN总线接口；

动力系统对外接口也包括机械连接、电气连接和通信接口：

其中机械接口为行星排行星架与电动汽车主轴之间的连接；

电气连接包括第一电机控制器、第二电机控制器与动力电池之间的高压供电线路，第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器的低压供电线路；

通信接口包括整车控制器与仪表、ABS、行车记录仪、空调的低压CAN总线接口及与内部通信接口共用的连接动力电池、DC/DC、DC/AC的高压CAN总线接口。

传动系统中行星排的太阳轮、齿圈和行星架三个构件的角速度及转速满足下式：

式中，k_p为行星排齿数比；z₁为太阳轮齿数；z₂为齿圈齿数；ω_s、ω_R、ω_C分别为太阳轮、齿圈、行星架的旋转角速度，n_s、n_R、n_C分别为太阳轮、齿圈、行星架的转速。

太阳轮、齿圈和行星架三个构件的转矩关系满足下式：

式中，T_s、T_R、T_C分别为太阳轮、齿圈、行星架的旋转角速度。

由以上关系式可推导出电动汽车需求与第一电机、第二电机的功率、速度、扭矩关系，

式中：P_{veh_dem}为整车需求功率，P_MG1为第一电机输出功率，P_MG2为第二电机功率，n_TM2为第二电机转速，n_TM1为第一电机转速，i₁为主减速比，V为车速，r为车轮半径，F为整车牵引力，T_MG2为第二电机输出扭矩，T_MG1为第一电机输出扭矩。

本发明根据以上公式匹配计算行星排传动参数及第一电机和第二电机功率、扭矩和转速参数。