CN106882026B - 一种双电机无同步多挡动力耦合装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双电机无同步多挡动力耦合装置及其控制方法，所述装置包括主驱动电机（17）、次驱动电机（16）、动力耦合器（100）、动力控制单元（2）和动力耦合控制单元（10），主驱动电机（17）的输出端和次驱动电机（16）的输出端分别与动力耦合器（100）的输入端相连接，动力控制单元（2）分别与主驱动电机（17）输出端、次驱动电机（16）输出端和动力耦合器（100）输出端相连接，取消机械同步器和电机调速控制单元。本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明在任意挡位切换时均无需进行同步过程，所述同步包括机械式同步器、电子同步、摩擦式离合器同步等任何形式的同步过程，大幅简化整体装置的结构，降低生产成本，且无需对同步器进行维护。

Description

一种双电机无同步多挡动力耦合装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及双电机多挡动力耦合装置，尤其涉及一种用于纯电动客车的双电机无同步多挡动力耦合装置及其控制方法。
背景技术
为了进一步优化整车的动力性和经济性，在纯电动车辆上搭载变速器装置或者多模式动力耦合装置已经逐渐成为一种趋势。目前，人们已经尝试在纯电动客车上加装AMT变速装置，常设置低挡作为爬坡起步挡，高挡作为满足最高车速及一般行车挡。但是，传统的AMT装置在换挡时需要使用离合器，其作用后必然会产生动力中断。该动力中断现象会导致在换档时产生顿挫感甚至明显的冲击，影响汽车行驶中的平顺性和乘坐舒适性。同时，为了配合离合过程，在换档时还需要驱动电机进行精密、快速的调速等电子同步处理工作，甚至仍然需要使用机械同步器。这种情况就势必要求电机必须能够在大转速范围内进行精确调速，而供调速的时间又极短，因此无疑增加了控制难度；而使用同步器则将进一步增加机械结构的复杂程度，再加上同步器在滑磨过程中又必然会产生机械磨损，因此无疑也增大了维护难度。在现有技术中，一般的动力耦合器虽然能衍生出较多的工作模式，但其并未考虑车辆动态行驶过程中模式切换的实际情况。在传动系有负载、有转速的前提下，不同驱动模式间的切换将对离合器、执行器提出苛刻要求，同时该过程必须要经历复杂的电子同步和机械同步过程，仍然会产生电机高精度控制难以实现、机械同步器维护难度增大等技术问题。而动力耦合器如果仅能在停驶状态下进行模式切换，又无法满足车辆行驶的实际需要。可以说，现有的动力耦合器由于依赖于电机调速、机械同步器等同步过程的优劣，因而其实用性较差，亟待改进。
专利号为ZL201520671900.9的中国实用新型专利公开了一种电动汽车双电机动力耦合装置，包括主驱电机、辅助电机、行星轮系、离合器；主驱电机的转轴与行星轮系的太阳轮连接，行星轮系的行星架为动力输出端，离合器的主动部分连接于行星轮系的齿圈，离合器的从动部分连接于行星轮系的太阳轮；辅助电机的转轴连接于行星轮系的齿圈，所述制动器用于制动所述辅助电机转轴和齿圈。该实用新型电动汽车双电机动力耦合装置结构简单，可实现转矩耦合和转速耦合驱动模式。但该实用新型仍然沿用现有的机械同步器和电机调速器进行动力耦合。因此，在传动系有负载、有转速的前提下，该双电机动力耦合装置在不同驱动模式间的切换过程中将对离合器、执行器提出苛刻要求，该操作过程必然要经历复杂的电子同步和机械同步过程，仍然会产生电机高精度控制难以实现、机械同步器维护难度增大的技术缺陷，亟待改进。
专利号为ZL201510573696.1的中国发明专利公开了一种电动汽车多模式动力***，包括控制器、主驱电机、辅助电机、行星轮系、第一离合器和第二离合器；主驱电机的转轴与行星轮系的太阳轮连接，行星轮系的行星架为动力输出端，离合器的主动部分连接于行星轮系的齿圈，离合器的从动部分连接于行星轮系的太阳轮；辅助电机的转轴连接于行星轮系的齿圈，所述齿圈上设置有齿圈制动器。该发明电动汽车多模式动力***结构简单，可实现转矩耦合和转速耦合驱动模式。但该发明在进行不同驱动模式间的切换时将对离合器、执行器提出苛刻要求，同时该过程仍然必须要经历复杂的电子同步和机械同步过程，进而会产生电机高精度控制难以实现、机械同步器维护难度增大的技术问题缺陷，亟待改进。
专利号为ZL201510573820.4的中国发明专利公开了一种电动汽车双电机动力装置，包括控制器、主驱电机、辅助电机、行星轮系、离合器；主驱电机的转轴与行星轮系的太阳轮连接，行星轮系的行星架为动力输出端，离合器的主动部分连接于行星轮系的齿圈，离合器的从动部分连接于行星轮系的太阳轮；辅助电机的转轴连接于行星轮系的齿圈，所述制动器用于制动所述辅助电机转轴和齿圈。该发明电动汽车双电机动力装置结构简单，可实现转矩耦合和转速耦合驱动模式。但该发明仍然沿用现有的机械同步器和电机调速器进行动力耦合。因此，在传动系有负载、有转速的前提下，该双电机动力耦合装置在不同驱动模式间的切换过程中将对离合器、执行器提出苛刻要求，该操作过程必然要经历复杂的电子同步和机械同步过程，仍然会产生电机高精度控制难以实现、机械同步器维护难度增大的技术缺陷，亟待改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种实用性强、功能集成度高、可靠性好的用于纯电动客车是双电机无同步多挡动力耦合装置及其控制方法，既能满足纯电动客车行驶的需求，又无需进行精确的电子同步、无需使用复杂的同步器结构，使得整个电驱动装置控制简单、免于维护、可靠性高、实用性强。为了实现上述发明目的，对传统双电机耦合驱动形式进行改进，相比于一般的传统单电机形式，使用行星齿轮机构作为汇流装置，将双电机的动力汇流耦合后输出，两个电机峰值功率之和应近似等于相应单个电机峰值功率；两个电机峰值扭矩之和近似等于相应单电机峰值扭矩，本发明的动力耦合器可根据控制需要进行转矩耦合和转速耦合。因此，为了解决上述现有双电机多挡动力耦合装置存在的技术缺陷，本发明采用的技术方案如下：
一种双电机无同步多挡动力耦合装置，包括主驱动电机、次驱动电机、动力耦合器、动力控制单元和动力耦合控制单元，所述主驱动电机的输出端和次驱动电机的输出端分别与所述动力耦合器的输入端相连接，所述动力控制单元分别与所述主驱动电机输出端、次驱动电机输出端和动力耦合器输出端相连接，取消机械同步器和电机调速控制单元。
将两个电机中功率较大者定义为所述主驱动电机，另一个定义为次驱动电机，其中：所述主驱动电机的高效率区间应在中速、中扭矩段，一般驱动电机的效率特性均可满足该要求；所述次驱动电机主要用于提供特定工况下所需的额外扭矩值，仅需考虑其扭矩特性，对转速特性无过多要求。
所述动力耦合器控制单元(Coupling Control Unit,CCU)，用来控制动力耦合器中的制动器和驱动离合器工作的执行器；同时，它能监测到离合器位置及制动器制动与否等信号。
优选的是，所述动力耦合器包括行星齿轮机构、双向梯形牙嵌式离合器、离合执行器和制动器，所述双向梯形牙嵌式离合器与所述离合执行器相连接，所述动力耦合控制单元分别与所述离合执行器和制动器相连接。
所述双向梯形牙嵌式离合器由一能够提供足够驱动力的所述离合执行器驱动，使其能沿轴线方向移动。
在上述任一方案中优选的是，所述行星齿轮机构包括行星架、太阳轮和齿圈，所述主驱动电机的输出轴与所述太阳轮相连接，所述主驱动电机的输出轴上同轴安装有扭矩耦合小齿轮，所述次驱动电机的输出端与所述双向梯形牙嵌式离合器相连接，所述双向梯形牙嵌式离合器一侧装有扭矩耦合大齿轮，所述扭矩耦合大齿轮与所述扭矩耦合小齿轮相啮合且齿数之比大于1，其另一侧装有齿圈啮合齿轮，所述齿圈啮合齿轮与所述齿圈相啮合，所述齿圈上装有制动器，所述制动器能够快速将所述齿圈锁止或者释放，即所述齿圈的自由度可控。
在上述任一方案中优选的是，包括车辆主减速器，所述行星齿轮机构的输出端与所述车辆主减速器的输入端相连接。
在上述任一方案中优选的是，所述双向梯形牙嵌式离合器包括转速耦合离合器和扭矩耦合离合器。
在上述任一方案中优选的是，所述离合执行器的动力源采用电磁吸合式、电机驱动式、液压传动式和气压传动式中的任意一种。
在上述任一方案中优选的是，所述动力控制单元在所述主驱动电机输出端、次驱动电机输出端和动力耦合器输出端分别设置有主驱动电机输出轴转速传感器、次驱动电机输出轴转速传感器和耦合器输出轴转速传感器，所述转速传感器封装在所述动力耦合装置的内部空间。所述转速传感器所采集的各轴转速是耦合形式决策时所需参考的信号。
在上述任一方案中优选的是，包括整车控制单元和电机控制单元，所述动力控制单元分别与所述整车控制单元和电机控制单元相连接。
所述动力控制单元(Traction Control Unit,TCU)能与所述整车控制单元(Vehicle Control Unit,VCU)通讯，接收来自VCU的控制命令、踏板开度等信息后综合判断当前驱动力分配及驱动模式策略，并反馈当前整车驱动状态信息；同时，它能与所述电机控制单元(Motor Control Unit,MCU)和动力耦合器控制单元(CCU)通讯，向所述电机及动力耦合器发送控制命令，并能接收所述电机和耦合器反馈的状态信息。
在上述任一方案中优选的是，包括整车CAN通讯网络、内部CAN通讯网络、电池管理***、仪表控制单元、整车其它模块，所述内部CAN通讯网络接入的节点有所述动力控制单元、电机控制单元、动力耦合控制单元和整车控制单元，其中所述动力控制单元为所述内部CAN通讯网络的主要控制节点；所述整车CAN通讯网络接入的节点有所述整车控制单元、电池管理***、仪表控制单元和整车其它模块。
本发明使用独立的所述内部CAN通讯网络(CAN2)，其可以与原有的所述整车CAN通讯网络(CAN1)形成良好的关联度，并且不会产生通讯冗余，VCU可以实现CAN1，CAN2上信息的转发。
在上述任一方案中优选的是，所述整车其它模块包括加速踏板模块和制动踏板模块。
在上述任一方案中优选的是，包括动力电池，所述动力电池分别与所述电池管理***和电机控制单元相连接。
在上述任一方案中优选的是，包括车辆驱动轮、车辆驱动桥和车辆传动轴，所述动力耦合器的输出端与所述车辆传动轴相连接，所述车辆传动轴与所述车辆驱动桥相连接，所述车辆驱动桥与所述车辆驱动轮相连接。
为了解决上述现有双电机多挡动力耦合控制方法存在的技术缺陷，本发明采用的技术方案如下：
一种双电机无同步多挡动力耦合控制方法，实施该方法的装置包括上述任一项的双电机无同步多挡动力耦合装置，包括车辆加速过程控制流程和车辆制动过程控制流程，以踏板状态作为车辆控制条件，当仅有加速踏板踩下时为车辆加速模式有效；当仅有制动踏板踩下、加速踏板和制动踏板同时踩下、加速踏板和制动踏板同时不踩下时均为车辆制动模式有效。
优选的是，所述车辆加速过程控制流程包括以下步骤：
步骤一：车辆停驶时，所述扭矩耦合离合器常啮合，所述制动器常制动，即常处于扭矩挡，所述整车控制单元检测到车辆加速模式有效时，向所述动力控制单元发送命令，所述动力控制单元控制所述电机控制单元使所述主驱动电机和次驱动电机的扭矩均增大，车辆加速行驶；当车速大于设定的速度值V1时，所述主驱动电机增大扭矩，所述次驱动电机减小扭矩，并保持其总扭矩满足当前需求的驱动扭矩值；当所述次驱动电机扭矩值小于接近零的较小扭矩值M1时，即可认定所述次驱动电机已经卸载完成，所述离合执行器将所述扭矩耦合离合器脱开，进入悬空挡。
在上述任一方案中优选的是，步骤二：在悬空挡时，仅有所述主驱动电机输出动力，整车处于中等车速段，所述主驱动电机也相应工作于中速、中扭矩段，属于一般电机的高效区，当车速大于设定的速度值V2时，由于所述齿圈被所述制动器制动转速为零，所述次驱动电机停机转速为零，因此所述离合执行器直接动作使所述转速耦合离合器接合，接合后，所述次驱动电机增大扭矩，当其扭矩大于设定的扭矩值M2时，即可认定所述次驱动电机已经加载成功，所述制动器释放，进入转速挡。
在上述任一方案中优选的是，步骤三：在转速挡时，所述主驱动电机和次驱动电机的扭矩通过所述行星齿轮机构叠加输出，其转速能够耦合使得输出轴转速进一步提高，随着车辆速度继续增大直至达到最高车速限制时，即以最高车速行驶。
在上述任一方案中优选的是，所述车辆制动过程控制流程包括以下步骤：
步骤一：车辆以最高车速行驶时，所述转速耦合离合器啮合，所述制动器释放，所述整车控制单元检测到车辆制动模式有效且当前车速小于设定的速度值V3时，向所述动力控制单元发送命令，所述动力控制单元控制所述电机控制单元使所述主驱动电机保持当前扭矩，所述次驱动电机进行制动能量回馈，即产生负扭矩，由于所述次驱动电机的制动扭矩作用，所述齿圈转速会降低，所述次驱动电机转速会降低，所述动力耦合器的输出轴转速会降低，使得车辆减速；当所述次驱动电机的转速小于接近零的较小值N1时，即认定所述次驱动电机以及所述齿圈已经制动成功，此时所述次驱动电机取消制动能量回馈并保持停机，所述制动器将所述齿圈彻底制动，此时所述离合执行器动作将所述转速耦合离合器脱开，进入悬空挡。
在上述任一方案中优选的是，步骤二：在悬空挡时，所述主驱动电机进行制动能量回馈，所述次驱动电机保持停机状态，车辆速度继续降低；当车速小于设定的较小车速值V4时，由所述整车控制单元进行驾驶员制动意图判断，若判定驾驶员驾驶意图为车辆停驶，则向所述动力控制单元发送命令，使得所述主驱动电机继续进行制动能量回馈，所述次驱动电机仍保持停机状态，其余执行机构不进行任何操作，车辆速度继续减小至车辆停驶，此时所述离合执行器动作使所述扭矩耦合离合器接合，进入扭矩挡；若判定驾驶员驾驶意图为低速行驶，则所述离合执行器动作使所述扭矩耦合离合器接合，进入扭矩挡，所述主驱动电机和次驱动电机均进行制动能量回馈，车辆速度减小至车辆停驶。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明能够良好地应用于纯电动车辆，尤其是纯电动客车领域，所使用的主驱动电机和次驱动电机相互配合，能够良好地拓宽整车驱动力、转速可调区间，优化了驱动外特性，提高了整车性能。本发明能够同时发挥变速器、耦合器、减速器三大整车核心部件的功能，并且在满足基础功能的同时，能良好地克服现有部件的固有缺陷，本发明结构简单，布置紧凑，相比于现有的上述三个部件，本发明变速器、耦合器、减速器的质量和体积均大幅减小，有利于整车布置和轻量化设计。
本发明相比于一般的变速器装置(如AMT)，具有如下几个方面的技术效果：
1.在驱动换挡时无动力中断、无动力波动的技术效果。在驱动过程中主驱动电机可以一直向整车输出动力，不会出现任何动力中断现象；次驱动电机可以配合制动器作用平顺地接入传动系，其不仅有充足时间匹配扭矩，且电机本身便易于快速精准调扭，传动系上不会有突变载荷。因此，车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性可以大幅提升，并进一步消除一般变速器因传动轴上扭矩归零又加载所产生的扭震等危害，从而进一步提高各零部件的工作寿命。
2.在制动降挡时，次驱动电机、主驱动电机依次有序地进行制动能量回馈，且每一瞬时均有电机在进行制动能量回馈，能够最大限度地将制动时的能量进行回收，甚至可以将部分传动系上的能量也进行有效回收。
3.在任意挡位切换时均无需进行同步过程，所述同步包括机械式同步器、电子同步、摩擦式离合器同步等任何形式的同步过程。即本发明无需使用机械式同步器，大幅简化整体装置的结构，降低生产成本，且无需对同步器进行维护；由于本发明无需进行电子同步，即无需电机进行繁琐的调速换挡匹配过程，从而大幅降低了电机控制难度，也无需对电机控制精度提出苛刻要求；本发明无需使用复杂的摩擦式离合器，无需考虑润滑、散热、维护等复杂技术问题，对离合执行器也无特殊要求，只要提供足够轴向移动驱动力即可。
本发明相比于一般动力耦合装置具有的技术效果是：本发明充分考虑了车辆在行驶中的各种状态及需求，能够根据车辆实际需要进行合理的挡位切换控制。而一般的动力耦合装置，有的只能在车辆停驶状态下进行模式切换，有的则需要使用复杂的如湿式离合器、超越离合器、同步器、精密电子调速等才能完成动态模式切换。本发明则能够在满足车辆行驶中动态模式切换的基础上，仅使用了所述牙嵌式离合器，其结构和控制均较为简单，易于实现换挡操作。
本发明在降入扭矩挡时考虑了驾驶员制动意图，一旦判定当前驾驶意图为使车辆停驶，则会在车辆停驶即在传动系零转速、零负载的情况下再使扭矩耦合离合器接合，这样可以进一步减少所述梯形牙嵌式离合器的动态挂挡次数，有利于提高所述梯形牙嵌式离合器的工作寿命。
本发明所涉及的传动方式包括齿轮啮合传动、牙嵌式离合器啮合传动、行星齿轮传动，其可传递扭矩均较大，传动效率均较高，且对润滑、散热要求低，在所述工作模式下能够实现免维护的技术效果。
本发明所提出的双电机耦合驱动模式，解除了单电机在在功率、扭矩方面的限制；在同功率、同扭矩的情况下，使得成本大大降低；同时，双电机的耦合驱动也提高了电驱动***的容错性。
本发明的所述动力耦合器进一步区分为扭矩挡、悬空挡和转速挡。在起步时，所述两个驱动电机直接进行扭矩耦合，可使车辆起步加速性能、爬坡性能得到提高，且两个电机互相协调，尽可能在高效区工作；当车辆起步后，所述主驱动电机恰好工作在中速、中扭段，即可在效率高效区进行工作；当车速需要进一步提高时，所述两驱动电机进行转速耦合，使车辆最高车速得到进一步提升。因此，所述主驱动电机一直在有效地输出动力，所述次驱动电机则根据车辆状态对动力进行适时补充，两个电机均可工作在高效区间，可简化电机设计，优化电机效率特性。
本发明中进行相关信号采集的所述转速传感器均封装在整个动力耦合装置内部，无需在现有结构中增加传感器；本发明具有独立的内部CAN网络，仅需要TCU与VCU进行信息交互，无需在现有车辆的各个控制器中进行复杂数据传输，缩短了***响应时间，提高了***可靠性。本发明易于实施，便于对现有结构的改造升级，具有较强的实用性。
附图说明
图1作为本发明的双电机无同步多挡动力耦合装置的一优选实施例的总体结构示意图；
图2作为本发明的双电机无同步多挡动力耦合装置的一优选实施例的局部结构示意图；
图3作为本发明的双电机无同步多挡动力耦合控制方法的一优选实施例的车辆加速过程控制流程示意图；
图4作为本发明的双电机无同步多挡动力耦合控制方法的一优选实施例的车辆制动过程控制流程示意图。
附图标记说明：
1动力电池；2动力控制单元(Traction Control Unit，TCU)；3电池管理***(Battery Management System，BMS)；4内部CAN通讯网络(CAN2)；5整车CAN通讯网络(CAN1)；6仪表控制单元(Instrument Control Unit，ICU)；7整车控制单元(VehicleControl Unit，VCU)；8主驱动电机输出轴转速传感器；9整车其它模块；10动力耦合控制单元(Coupling Control Unit，CCU)；11车辆驱动轮；12车辆驱动桥；13车辆传动轴；14耦合器输出轴转速传感器；15次驱动电机输出轴转速传感器；16次驱动电机(Traction Motor 2，TM2)；17主驱动电机(Traction Motor 1，TM1)；18电机控制单元(Motor Control Unit，MCU)；19车辆主减速器；100动力耦合器；101扭矩耦合小齿轮；102离合执行器；103太阳轮；104制动器；105行星架；106齿圈；107齿圈啮合齿轮；108转速耦合离合器；109扭矩耦合离合器；110扭矩耦合大齿轮。
具体实施方式
本实施例仅为一优选技术方案，其中所涉及的各个组成部件以及连接关系并不限于该实施例所描述的以下这一种实施方案，该优选方案中的各个组成部件的设置以及连接关系可以进行任意的排列组合并形成完整的技术方案。
下面结合图1、2详细描述所述双电机无同步多挡动力耦合装置的技术方案：
一种双电机无同步多挡动力耦合装置，包括主驱动电机17、次驱动电机16、动力耦合器100、动力控制单元2和动力耦合控制单元10，主驱动电机17的输出端和次驱动电机16的输出端分别与动力耦合器100的输入端相连接，动力控制单元2分别与主驱动电机17输出端、次驱动电机16输出端和动力耦合器100输出端相连接，取消机械同步器和电机调速控制单元。动力耦合器100包括行星齿轮机构、双向梯形牙嵌式离合器、离合执行器102和制动器104，所述双向梯形牙嵌式离合器与离合执行器102相连接，动力耦合控制单元10分别与离合执行器102和制动器104相连接。所述行星齿轮机构包括行星架105、太阳轮103和齿圈106，主驱动电机17的输出轴与太阳轮103相连接，主驱动电机17的输出轴上同轴安装有扭矩耦合小齿轮101，次驱动电机16的输出端与所述双向梯形牙嵌式离合器相连接，所述双向梯形牙嵌式离合器一侧装有扭矩耦合大齿轮110，扭矩耦合大齿轮110与扭矩耦合小齿轮101相啮合且齿数之比大于1，其另一侧装有齿圈啮合齿轮107，齿圈啮合齿轮107与齿圈106相啮合，齿圈106上装有制动器104。包括车辆主减速器19，行星架105的输出端与车辆主减速器19的输入端相连接。所述双向梯形牙嵌式离合器包括转速耦合离合器108和扭矩耦合离合器109。离合执行器102的动力源采用电磁吸合式、电机驱动式、液压传动式和气压传动式中的任意一种。动力控制单元2在主驱动电机17输出端、次驱动电机16输出端和动力耦合器100输出端分别设置有主驱动电机输出轴转速传感器8、次驱动电机输出轴转速传感器15和耦合器输出轴转速传感器14，所述转速传感器封装在所述动力耦合装置的内部空间。包括整车控制单元7和电机控制单元18，动力控制单元2分别与整车控制单元7和电机控制单元18相连接。包括整车CAN通讯网络5、内部CAN通讯网络4、电池管理***3、仪表控制单元6、整车其它模块9，内部CAN通讯网络4接入的节点有动力控制单元2、电机控制单元18、动力耦合控制单元10和整车控制单元7，其中动力控制单元2为内部CAN通讯网络4的主要控制节点；整车CAN通讯网络5接入的节点有整车控制单元7、电池管理***3、仪表控制单元6和整车其它模块9。整车其它模块9包括加速踏板模块和制动踏板模块。包括动力电池1，动力电池1分别与电池管理***3和电机控制单元18相连接。包括车辆驱动轮11、车辆驱动桥12和车辆传动轴13，动力耦合器100的输出端与车辆传动轴13相连接，车辆传动轴13与车辆驱动桥12相连接，车辆驱动桥12与车辆驱动轮11相连接。
所述梯形牙嵌式离合器的一般特性为：强度较大，接合和脱开比较容易，牙侧间隙较小且在磨损后能自动补偿，可以避免在载荷和速度变化时因间隙而产生的冲击，其可在转速≤牙嵌式离合器最大接合转速时接合。
本发明的工作原理：
在车辆停驶时，次驱动电机输出轴通过梯形牙嵌式离合器与传动齿轮相结合，制动器将齿圈锁止，进入扭矩挡；在起步或爬坡时，主驱动电机和次驱动电机通过齿轮啮合将扭矩耦合后输出，使得车辆加速能力和爬坡能力得到增强。当车辆加速到一定速度时，主驱动电机扭矩增大、次驱动电机扭矩逐步减小到一定值后，离合执行器将梯形牙嵌式离合器回拨至无啮合状态，进入悬空挡；此过程中主驱动电机一直向整车输出动力。当车辆速度继续增大时，离合执行器将梯形牙嵌式离合器拨至与齿圈啮合状态，次驱动电机扭矩逐步增大至一定值后，制动器释放齿圈，进入转速挡；主驱动电机和次驱动电机通过行星齿轮机构将转速耦合后输出，使得车辆最高车速进一步提高。
在耦合器处于转速挡、车辆以较高车速行驶时，一旦车辆开始制动，次驱动电机会优先进入制动回馈模式(即产生负扭矩)，齿圈转速会快速降低，当降到一定值后，制动器可以轻易地将齿圈锁止，此时次驱动电机停转，离合执行器将梯形牙嵌式离合器回拨至无啮合状态，进入悬空挡。随后若车辆进一步制动，则主驱动电机进入制动回馈模式，太阳轮转速降低，带动主驱动电机输出轴上齿轮转速降低，由于齿数比关系，次驱动电机输出轴上齿轮转速将更低，当该值低到一定值后，离合执行器将梯形牙嵌式离合器回拨至与传动齿轮结合状态，进入扭矩挡。
车辆由所述停驶、起步、加速、减速、停驶即构成一个基本工况循环，其过程中车辆无需做额外复杂、反常操作，可由本发明自主完成模式切换过程。上述车辆各挡位模式切换时机将由TCU综合加速踏板、制动踏板、车速、电机状态等信息后判断给出，能够准确识别车辆状态和驾驶员意图，不会出现循环换挡等现象。上述换挡过程中，制动器、离合执行器在工作时均无需提前让电机进行快速精准调速，也无需使用机械同步器，且换挡过程中无明显滑磨过程，即本发明在换挡过程中可以实现无同步换挡。上述换挡过程中，主驱动电机一直向整车输出动力，且次驱动电机扭矩输入前已由TCU控制完成扭矩匹配过程，即本发明在换挡过程中可以实现无动力中断、无动力波动换挡。本发明所用动力耦合器中选用行星齿轮机构，并将行星齿轮机构作为输出，其本身便具有减速增扭的作用。同时可以通过合理配置相关参数，简化主减速器尺寸和结构。本发明可以进行同结构拓展，即通过引入额外的电机、行星齿轮机构，将所述行星齿轮机构输出轴作为新行星齿轮机构的输入端，扩大扭矩和转速的调节范围，可控挡位也可以随引入所述行星齿轮机构的数量成指数增加。考虑到目前纯电动客车上采用双电机耦合的形式便能满足一般使用需要，因此本发明仅对双电机耦合形式进行了阐述，但同结构的拓展形式也应落入在本发明的保护范围内。
下面结合图1-4详细描述所述双电机无同步多挡动力耦合控制方法的技术方案：
一种双电机无同步多挡动力耦合控制方法，实施该方法的装置包括上述任一种的双电机无同步多挡动力耦合装置，包括车辆加速过程控制流程和车辆制动过程控制流程，以踏板状态作为车辆控制条件，当仅有加速踏板踩下时为车辆加速模式有效；当仅有制动踏板踩下、加速踏板和制动踏板同时踩下、加速踏板和制动踏板同时不踩下时均为车辆制动模式有效。
所述车辆加速过程控制流程包括以下步骤：
步骤一：车辆停驶时，扭矩耦合离合器109常啮合，制动器104常制动，即常处于扭矩挡，整车控制单元7检测到车辆加速模式有效时，向动力控制单元2发送命令，动力控制单元2控制电机控制单元18使主驱动电机17和次驱动电机16的扭矩均增大，车辆加速行驶；当车速大于设定的速度值V1时，主驱动电机17增大扭矩，次驱动电机16减小扭矩，并保持其总扭矩满足当前需求的驱动扭矩值；当次驱动电机16扭矩值小于接近零的较小扭矩值M1时，即可认定次驱动电机16已经卸载完成，离合执行器102将扭矩耦合离合器109脱开，进入悬空挡。
步骤二：在悬空挡时，仅有主驱动电机17输出动力，整车处于中等车速段，主驱动电机17也相应工作于中速、中扭矩段，属于一般电机的高效区，当车速大于设定的速度值V2时，由于齿圈106被制动器104制动转速为零，次驱动电机16停机转速为零，因此离合执行器102直接动作使转速耦合离合器108接合，接合后，次驱动电机16增大扭矩，当其扭矩大于设定的扭矩值M2时，即可认定次驱动电机16已经加载成功，制动器104释放，进入转速挡。
步骤三：在转速挡时，主驱动电机17和次驱动电机16的扭矩通过所述行星齿轮机构叠加输出，其转速能够耦合使得输出轴转速进一步提高，随着车辆速度继续增大直至达到最高车速限制时，即以最高车速行驶。
所述车辆制动过程控制流程包括以下步骤：
步骤一：车辆以最高车速行驶时，转速耦合离合器108啮合，制动器104释放，整车控制单元7检测到车辆制动模式有效且当前车速小于设定的速度值V3时，向动力控制单元2发送命令，动力控制单元2控制电机控制单元18使主驱动电机17保持当前扭矩，次驱动电机16进行制动能量回馈，即产生负扭矩，由于次驱动电机16的制动扭矩作用，齿圈106转速会降低，次驱动电机16转速会降低，动力耦合器100的输出轴转速会降低，使得车辆减速；当次驱动电机16的转速小于接近零的较小值N1时，即认定次驱动电机16以及齿圈106已经制动成功，此时次驱动电机16取消制动能量回馈并保持停机，制动器104将齿圈106彻底制动，此时离合执行器102动作将转速耦合离合器108脱开，进入悬空挡。
步骤二：在悬空挡时，主驱动电机17进行制动能量回馈，次驱动电机16保持停机状态，车辆速度继续降低；当车速小于设定的较小车速值V4时，由整车控制单元7进行驾驶员制动意图判断，若判定驾驶员驾驶意图为车辆停驶，则向动力控制单元2发送命令，使得主驱动电机17继续进行制动能量回馈，次驱动电机16仍保持停机状态，其余执行机构不进行任何操作，车辆速度继续减小至车辆停驶，此时离合执行器102动作使扭矩耦合离合器109接合，进入扭矩挡；若判定驾驶员驾驶意图为低速行驶，则离合执行器102动作使扭矩耦合离合器109接合，进入扭矩挡，主驱动电机17和次驱动电机16均进行制动能量回馈，车辆速度减小至车辆停驶。
为保证本发明所述梯形牙嵌式离合器能够在正常工作范围内结合，需要满足下列关系式：
Figure BDA0001258783100000131
上式中：i0为整车主减速器速比；
r为整车轮胎滚动半径，单位：m；
K1为扭矩耦合齿轮对齿数比；
K2为行星齿轮机构特征参数；
V4为车辆由悬空挡换入扭矩挡的换挡点单位：km/h
Vmax为牙嵌式离合器最大接合转速，单位：r/min
需要说明的是：只有在“悬空挡”向“扭矩挡”接合过程中，才会需要考虑所述接合转速的问题，才需要使用“允许转速差”的梯形牙嵌式离合器；但另一侧从“悬空挡”向“转速挡”接合过程中，始终是以相对静止状态接合，因此无需对所述牙嵌式离合器有特殊要求。即：所述梯形牙嵌式离合器对右半部分不存在限制，仅左半部分存在限制。

Claims (6)

1.一种双电机无同步多挡动力耦合控制方法，实施该方法的装置包括主驱动电机（17）、次驱动电机（16）、动力耦合器（100）、动力控制单元（2）和动力耦合控制单元（10），主驱动电机（17）的输出端和次驱动电机（16）的输出端分别与动力耦合器（100）的输入端相连接，动力控制单元（2）分别与主驱动电机（17）输出端、次驱动电机（16）输出端和动力耦合器（100）输出端相连接，取消机械同步器和电机调速控制单元；动力耦合器（100）包括行星齿轮机构、双向梯形牙嵌式离合器、离合执行器（102）和制动器（104），所述双向梯形牙嵌式离合器与离合执行器（102）相连接，动力耦合控制单元（10）分别与离合执行器（102）和制动器（104）相连接，还包括车辆加速过程控制流程和车辆制动过程控制流程，其特征在于，以踏板状态作为车辆控制条件，当仅有加速踏板踩下时为车辆加速模式有效；当仅有制动踏板踩下、加速踏板和制动踏板同时踩下、加速踏板和制动踏板同时不踩下时均为车辆制动模式有效。
2.如权利要求1所述的双电机无同步多挡动力耦合控制方法，其特征在于，所述车辆加速过程控制流程包括以下步骤：
步骤一：车辆停驶时，扭矩耦合离合器（109）常啮合，制动器（104）常制动，即常处于扭矩挡，整车控制单元（7）检测到车辆加速模式有效时，向动力控制单元（2）发送命令，动力控制单元（2）控制电机控制单元（18）使主驱动电机（17）和次驱动电机（16）的扭矩均增大，车辆加速行驶；当车速大于设定的速度值V1时，主驱动电机（17）增大扭矩，次驱动电机（16）减小扭矩，并保持其总扭矩满足当前需求的驱动扭矩值；当次驱动电机（16）扭矩值小于接近零的较小扭矩值M1时，即可认定次驱动电机（16）已经卸载完成，离合执行器（102）将扭矩耦合离合器（109）脱开，进入悬空挡；所述行星齿轮机构包括行星架（105）、太阳轮（103）和齿圈（106），主驱动电机（17）的输出轴与太阳轮（103）相连接，主驱动电机（17）的输出轴上同轴安装有扭矩耦合小齿轮（101），次驱动电机（16）的输出端与所述双向梯形牙嵌式离合器相连接，所述双向梯形牙嵌式离合器一侧装有扭矩耦合大齿轮（110），扭矩耦合大齿轮（110）与扭矩耦合小齿轮（101）相啮合且齿数之比大于1，其另一侧装有齿圈啮合齿轮（107），齿圈啮合齿轮（107）与齿圈（106）相啮合，齿圈（106）上装有制动器（104）；所述双向梯形牙嵌式离合器包括转速耦合离合器（108）和扭矩耦合离合器（109）。
3.如权利要求2所述的双电机无同步多挡动力耦合控制方法，其特征在于，所述车辆加速过程控制流程还包括：步骤二，在悬空挡时，仅有主驱动电机（17）输出动力，整车处于中等车速段，主驱动电机（17）也相应工作于中速、中扭矩段，属于一般电机的高效区，当车速大于设定的速度值V2时，由于齿圈（106）被制动器（104）制动转速为零，次驱动电机（16）停机转速为零，因此离合执行器（102）直接动作使转速耦合离合器（108）接合，接合后，次驱动电机（16）增大扭矩，当其扭矩大于设定的扭矩值M2时，即可认定次驱动电机（16）已经加载成功，制动器（104）释放，进入转速挡。
4.如权利要求3所述的双电机无同步多挡动力耦合控制方法，其特征在于，车辆加速过程控制流程还包括：步骤三，在转速挡时，主驱动电机（17）和次驱动电机（16）的扭矩通过所述行星齿轮机构叠加输出，其转速能够耦合使得输出轴转速进一步提高，随着车辆速度继续增大直至达到最高车速限制时，即以最高车速行驶。
5.如权利要求2所述的双电机无同步多挡动力耦合控制方法，其特征在于，所述车辆制动过程控制流程包括以下步骤：
步骤一：车辆以最高车速行驶时，转速耦合离合器（108）啮合，制动器（104）释放，整车控制单元（7）检测到车辆制动模式有效且当前车速小于设定的速度值V3时，向动力控制单元（2）发送命令，动力控制单元（2）控制电机控制单元（18）使主驱动电机（17）保持当前扭矩，次驱动电机（16）进行制动能量回馈，即产生负扭矩，由于次驱动电机（16）的制动扭矩作用，齿圈（106）转速会降低，次驱动电机（16）转速会降低，动力耦合器（100）的输出轴转速会降低，使得车辆减速；当次驱动电机（16）的转速小于接近零的较小值N1时，即认定次驱动电机（16）以及齿圈（106）已经制动成功，此时次驱动电机（16）取消制动能量回馈并保持停机，制动器（104）将齿圈（106）彻底制动，此时离合执行器（102）动作将转速耦合离合器（108）脱开，进入悬空挡。
6.如权利要求5所述的双电机无同步多挡动力耦合控制方法，其特征在于，车辆制动过程控制流程还包括：步骤二，在悬空挡时，主驱动电机（17）进行制动能量回馈，次驱动电机（16）保持停机状态，车辆速度继续降低；当车速小于设定的较小车速值V4时，由整车控制单元（7）进行驾驶员制动意图判断，若判定驾驶员驾驶意图为车辆停驶，则向动力控制单元（2）发送命令，使得主驱动电机（17）继续进行制动能量回馈，次驱动电机（16）仍保持停机状态，其余执行机构不进行任何操作，车辆速度继续减小至车辆停驶，此时离合执行器（102）动作使扭矩耦合离合器（109）接合，进入扭矩挡；若判定驾驶员驾驶意图为低速行驶，则离合执行器（102）动作使扭矩耦合离合器（109）接合，进入扭矩挡，主驱动电机（17）和次驱动电机（16）均进行制动能量回馈，车辆速度减小至车辆停驶。
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