CN104477051A - 一种双驱轴双电机纯电动车驱动电机功率差异化匹配方法 - Google Patents

Abstract

一种针对双驱轴双电机纯电动车驱动电机功率差异化匹配方法，其特征在于：对小电机M1和大电机M2额定功率进行分段差异化匹配，形成分别对应于车辆低、中、高巡航车速的M1、M2、M1+M2三段高效功率等级，实现电机在整个巡航车速范围内的高效运行；对M1、M2外特性功率进行分段差异化匹配，形成分别对应于车辆低、中、高动力性需求的M1、M2、M1+M2三段外特性功率等级，即可以保证车辆动力性要求，又能提高驱动电机利用效率。

Description

一种双驱轴双电机纯电动车驱动电机功率差异化匹配方法

技术领域

本发明属于电动车动力驱动***技术领域，涉及一种纯电动车驱动电机与整车的功率匹配，尤其是一类双驱轴双电机纯电动车驱动电机的功率差异化匹配。

背景技术

近年来，面对能源危机和环境污染双重压力，世界汽车产业面临战略转型，纯电动汽车已成为我国汽车工业战略发展方向之一。目前市场上成熟的纯电动大都采用单电机单轴驱动技术方案，针对此类技术方案，国内外已在驱动电机与整车的参数匹配方面开展了大量研究。但基于该类技术方案所匹配的电机大都具有较大的功率，其质量和尺寸也相应较大。为使电机在部分区域高效运行，该类技术方案大都需要匹配相应的变速***，这样一方面增加了整车质量，另一方面缩小了整车布置空间。

一种新型的双驱轴双电机纯电动车技术方案，通过对双驱电机进行合理匹配，一方面，可以减小每台电机的功率值，均衡电机的尺寸和质量，另一方面，可以充分发挥电机的宽裕调速特性，在改善整车动力性、经济性的同时，可以降低整车质量，优化布置空间。与传统单电机单轴驱动技术方案下的电机参数匹配相比，该类双驱轴双电机纯电动车驱动电机的参数匹配有着不同的要求和特点，为保证车辆在不同行驶条件下的动力性要求，实现驱动电机在整个车辆巡航范围内的高效运行。

发明内容

根据现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提出一种针对双驱轴双电机纯电动车驱动电机参数的差异化匹配方法，以车辆常用巡航车速为基础，对小电机M1和大电机M2额定功率进行分段差异化匹配，形成对应于车辆常用低、中、高巡航车速的M1、M2、M1+M2三段高效功率等级，实现驱动电机在整个车辆巡航范围内的高效运行；以车辆动力性要求为依据，对M1、M2外特性功率进行分段差异化匹配，可以形成对应于车辆低、中、高动力性需求的M1、M2、M1+M2三段外特性功率等级，即可以保证车辆动力性要求，又能提高驱动电机的利用效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：对一种双驱轴双电机纯电动车的前、后电机参数进行差异化匹配，其特征在于：

车辆前、后桥均为驱动桥，并依据整车轴荷分布，匹配安装外特性功率和额定功率均不相同的驱动电机，轴荷较小的轴安装小功率电机，本专利称其为M1，轴荷较大的轴安装大功率电机，本专利称其为M2。

根据双驱轴双电机纯电动车的用途和常用工况，确定车辆常用的低、中、高巡航车速，并基于该分段式常用巡航车速，对双电机额定功率进行分段差异化匹配：匹配M1时，应保证其额定功率可以单独满足电动车在常用低速巡航行驶工况下的功率需求，当双驱轴双电机纯电动车在低巡航车速下行驶时，采用M1单轴驱动车辆运行，可以使M1工作于较高负荷率驱动状态，实现M1的高效运行；匹配M2时，应保证其额定功率可以单独满足电动车中速巡航行驶功率需求，当双驱轴双电机纯电动车在中巡航车速下行驶时，采用M2单轴驱动车辆运行，可以使M2工作于较高负荷率驱动状态，实现电机2的高效运行；此外，对M1和M2的额定功率进行匹配时，需同时考虑M1在高效运行区的功率输出与 M2在高效运行区的功率输出之和应可以满足车辆高速巡航行驶时所需要的功率，当双驱轴双电机纯电动车在高巡航车速下行驶时，采用双电机混合驱动，实现大功率需求条件下的双电机功率组合输出，在保证双电机输出总功率满足行车所需功率要求的前提下，通过对双电机***进行实时功率分配控制，可以实现电机驱动***的高效运行。以车辆常用巡航车速为基础，对驱动M1和M2额定功率进行分段差异化匹配，最终可以形成对应于车辆常用低、中、高巡航车速的M1、M2、M1+M2三段高效功率等级，实现驱动电机驱动在整个车辆巡航范围内的高效运行。

电机***具有短时过载能力，在已匹配的额定功率基础上，根据双驱轴双电机纯电动车所要求的动力性能，对双电机的外特性驱动功率进行分段式差异化匹配：首先需根据车辆的最大加速度和最大爬坡度设计要求，对双电机***，即M1+M2的外特性功率进行匹配，以保证其可以同时满足车辆的最大加速度和最大爬坡度设计要求，对于动力性要求高的双驱轴双电机纯电动车， M1和M2可以采用较大的过载系数，以保证整车具有较大的后备功率，对于动力性要求一般的纯电动车，M1和M2可以采用较小的过载系数；进一步，对M2外特性功率进行匹配，以保证其可以满足车辆在起步或中等车速下的中等动力性能要求，若纯电动车要求更大的动力性能时，可以切换到后备功率更大的M1+M2双电机加速模式；对M1外特性功率进行匹配，以保证其可以满足车辆在起步或低速下的小动力性能要求，若纯电动车要求更大的动力性能时，可以切换到M2或M1+M2加速模式。以车辆动力性要求为依据，对M1、M2的外特性功率进行分段差异化匹配，可以形成对应于车辆低、中、高动力性需求的M1、M2、M1+M2三段外特性功率等级，即可以保证车辆动力性要求，又能提高驱动电机的利用效率。

本发明的优点在于：

1、一种针对双驱轴双电机纯电动车驱动电机功率差异化匹配方法，以车辆常用巡航车速为基础，对双电机额定功率进行分段差异化匹配，可以形成分别对应于车辆低、中、高巡航车速的M1、M2、M1+M2三段高效功率等级，实现电机在整个巡航车速范围内的高效运行；

2、一种新型双驱轴双电机纯电动车驱动电机功率差异化匹配方法，以车辆动力性要求为依据，对双电机外特性功率进行分段差异化匹配，可以形成分别对应于车辆低、中、高动力性需求的M1、M2、M1+M2三段外特性功率等级，即可以保证车辆动力性要求，又能提高驱动电机利用效率；

3、一种针对双驱轴双电机纯电动车驱动电机功率差异化匹配方法，可以减小每台电机的功率值，均衡电机的尺寸和质量。

附图说明

图1为双驱轴双电机纯电动车结构及控制***示意图。

图2为双驱轴双电机纯电动车行驶时驱动功率和行驶阻力功率图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

图1所示的双驱轴双电机纯电动车结构及控制***包括：整车控制器、前轴电机控制器、前轴电机、后轴电机控制器、后轴电机、电池管理***、动力电池、前主减速器、前差速器、后主减速器、后差速器、前车轮、后车轮。

图2分别给出了M1额定功率、外特性驱动功率及其高效运行区域， M2额定功率、外特性驱动功率及其高效运行区域，双电机混合驱动***的额定功率、外特性驱动功率及其高效运行区域。

1、车辆前、后桥均为驱动桥，并依据整车轴荷分布，匹配安装外特性功率和额定功率均不相同的驱动电机，轴荷较小的轴安装小功率电机M1，轴荷较大的轴安装大功率电机M2。

2、依据常用车速对电机额定功率进行差异化匹配，以保证电机驱动***的高效运行。为此，根据双驱轴双电机纯电动车的用途和常用循环工况，确定车辆常用的低巡航车速V₁、中巡航车速V₂及高巡航车速V₃，并基于该分段式常用巡航车速，对电机进行额定功率匹配，如方程组（1）所示。即车辆在无坡度良好的道路上巡航行驶所需要的功率：

                                                                  （1）

式中，P_e1、P_e2、P_e3分别为M1、M2及双电机混合***的额定功率；为动力传动***效率；为滚动阻力系数；C_n为空气阻力系数；A为迎风截面积，m为整车质量；g为重力加速度。

如图2所示，根据车辆在无坡度良好的道路上巡航行驶时的功率平衡曲线可以看出，匹配设计后的M1、M2及双电机驱动***的额定功率曲线在车速分别为V₁、V₂及V₃时与车辆行驶阻力功率曲线相交。

根据上述分段式电机进行额定功率匹配方法，可以看出，当纯电动车运行于低速巡航工况时，即V≤V₁车速工况，车辆行驶所需要的功率相对较小，此时采用M1单轴驱动车辆运行，可以使M1工作于高负荷率驱动状态，实现M1的高效运行；当双驱轴双电机纯电动车在中速巡航工况下运行时，即V₁≤V≤V₂车速工况，车辆行驶所需要的功率相应地增大，此时M1无法满足整车驱动要求，可以采用M2单轴驱动车辆运行，使M2工作于高负荷率驱动状态，实现电机2的高效运行；当双驱轴双电机纯电动车在高速巡航工况下运行时，即V₂≤V≤V₃车速工况，车辆行驶所需要的功率较大，此时M2无法满足整车驱动要求，可以采用双电机混合驱动，实现大功率需求条件下的双电机大功率组合输出，在保证双电机输出总功率满足行车所需功率要求的前提下，通过对双电机***进行实时功率分配控制，可以实现双电机的高效运行。由图2可见，以车辆常用巡航车速为基础，对双电机额定功率进行分段差异化匹配，可以形成分别对应于车辆低、中、高巡航车速的M1、M2、M1+M2三段高效功率等级，使整车行驶阻力功率曲线穿过不同电机工作模式下的高效运行区。

3、在上述所匹配的额定功率基础上，根据双驱轴双电机纯电动车所要求的动力性能，对电机的外特性驱动功率进行分段式差异化匹配。

首先需根据车辆的最大加速度和最大爬坡度设计要求，对电机双电机***，即M1+M2的外特性功率进行匹配，以保证其可以同时满足车辆的最大加速度和最大爬坡度设计要求。如图2所示，M1+M2外特性功率曲线与P_r整车行驶阻力功率曲线所围区域为车辆后备功率，对于动力性要求高的双驱轴双电机纯电动车， M1和M2可以采用较大的过载系数，以保证整车具有较大的后备功率；对于动力性要求一般的纯电动车，M1和M2可以采用较小的过载系数。外特性功率匹配过程涉及到的功率关系如方程组（3）所示：

                                   （2）

式中，P_a、P_i、P_max1、P_max2分别为车辆加速时阻力功率、车辆爬坡时阻力功率、M1外特性功率及M2外特性功率；V_m为加速末期车速；V为实际车速；为转换系数；i₀为最大坡度； ₁、 ₂分别为M1、M2过载系数。

对M2外特性功率进行匹配，以保证其可以满足车辆在起步或中等车速下的中等动力性要求以，如方程组（3）所示。基于此类匹配方法对M2进行外特性功率匹配设计，可以保证电机在中等动力性要求下以较高的负荷率状态工作，实现M2的高效运行，若纯电动车需要更大的动力时，可以切换到后备功率更大的M1+M2双电机模式：

                                               （3）

式中，V_mm为起步或中等车速工况下加速末期车速。

对M1外特性功率进行匹配，以保证其可以满足车辆在起步或低速下的小动力性要求，如方程组（4）所示。基于此类匹配方法对M1进行外特性功率匹配设计，可以保证电机在小动力性要求下以较高的负荷率状态工作，实现M1的高效运行；若纯电动车要求更大的动力时，可以分别切换到M2或M1+M2模式。通过对电机进行外特性功率差异化匹配，在保证整车起步或中低车速工况下加速性能的同时，可以实现M1的高效运行：

                                                    （4）

式中，V_lm起步或低车速工况下加速末期车速。

Claims (5)

1.对一种双驱轴双电机纯电动车的前、后电机功率进行差异化匹配，其特征在于：车辆前、后桥均为驱动桥，并依据整车轴荷分布，匹配额定功率、外特性功率均不相同的驱动电机，轴荷较小的轴匹配小功率电机M1，轴荷较大的轴匹配大功率电机M2。

2.根据权利要求1所述的双驱轴双电机纯电动车电机匹配方法，对电机额定功率进行分段差异化匹配，其特征在于：根据双驱轴双电机纯电动车的用途和常用循环工况，确定车辆常用的低巡航车速V₁、中巡航车速V₂及高巡航车速V₃，并基于该分段式常用巡航车速，对车辆在无坡度良好的道路上巡航行驶所需要的电机额定功率进行匹配，如方程组（1）所示：

                                                                    （1）

式中，P_e1、P_e2、P_e3分别为M1、M2及双电机混合***的额定功率；为动力传动***效率；为滚动阻力系数；C_n为空气阻力系数；A为迎风截面积；m为整车质量；g为重力加速度。

3.根据权利要求1和2所述的双驱轴双电机纯电动车电机匹配方法，对双电机外特性功率进行分段差异化匹配，其特征在于：根据车辆最大加速度和最大爬坡度设计要求，对双电机***，即M1+M2的外特性功率进行匹配，对于动力性要求高的双驱轴双电机纯电动车，M1和M2可以采用较大的过载系数，以保证整车具有较大的后备功率；对于动力性要求一般的纯电动车，M1和M2可以采用较小的过载系数，匹配过程涉及到的功率关系如方程组（2）所示：

                                   （2）

式中，P_a、P_i、P_max1、P_max2分别为车辆加速时阻力功率、车辆爬坡时阻力功率、M1外特性功率及M2外特性功率；V_m为加速末期车速；V为实际车速；为转换系数；i₀为最大坡度；、分别为M1、M2过载系数。

4.根据权利要求1、2和3所述的双驱轴双电机纯电动车电机匹配方法，对M2外特性功率进行匹配，以保证其可以满足车辆在起步或中等车速下的中等动力性要求以，如方程组（3）所示：

                                                （3）

式中，V_mm为起步或中等车速工况下加速末期车速。

5.根据权利要求1、2、3和4所述的双驱轴双电机纯电动车电机匹配方法，对M1外特性功率进行匹配，以保证其可以满足车辆在起步或低速下的小动力性要求，如方程组（4）所示：

                                                         （4）

式中，V_lm为起步或低车速工况下加速末期车速。