CN112406497A - 双电机的扭矩矢量控制***、方法、动力总成及车辆 - Google Patents

双电机的扭矩矢量控制***、方法、动力总成及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种平行轴式双电机的扭矩矢量控制***、方法、动力总成和车辆。所述***包括将第一电机的输出扭矩传递至第一车轮机构的第一减速单元、将第二电机的输出扭矩传递至第二车轮机构的第二减速单元、控制两个电机输出轴分合的离合单元、控制第一电机与第一减速单元的分合的离合单元、控制第二电机与第二减速单元的分合的离合单元和控制三个离合单元的投切状态和传递功率的控制单元。所述方法包括根据扭矩矢量分配指令，相应地对三个离合单元的投切状态和传递功率进行控制的步骤。所述动力总成包括上述***，所述车辆包括该动力总成。根据本发明，能解决四轮驱动力自由控制***因无法实现单电机驱动车辆行驶而可能导致电机运行效率低的问题。

Description

双电机的扭矩矢量控制***、方法、动力总成及车辆
技术领域
本发明属于汽车扭矩矢量控制技术，更具体地，涉及一种平行轴式双电机的扭矩矢量控制***、方法、动力总成及车辆。
背景技术
操控性如何是评价一台车好不好开的重要标准之一，随着人们对车辆操控稳定性和灵活性需求的提高，目前已经有许多车辆运用了扭矩矢量分配技术，这种技术对能有效地实现人们对车辆操控性的苛刻的需求。
扭矩矢量分配控制的主要目的是提高车辆操控性能，增加转向响应速度，减少转向的不稳定性以及提高过弯速度等。例如，当汽车在转向不足的工况下运行时，扭矩矢量分配控制***会分配给外侧车轮更多的扭矩，以帮助车辆的操控，优化车辆的转向能力，使车辆按照驾驶员的意图行驶。如果汽车过度转向，它会将更多扭矩传递给内侧车轮，替驾驶员修正转向。
现有的扭矩矢量分配控制***以四轮驱动力自由控制***(SH-AWD)为主，该***的前后桥分动装置直接安装在前部的传动桥上，它将一部分扭力分配给前桥，另一部分则通过碳纤维传动轴传递给后部驱动单元，这个后部驱动单元就是四轮驱动力自由控制***的核心部件。
然而，现有的四轮驱动力自由控制***无法实现单电机驱动车辆行驶，不能保证电机高效运行而影响***经济性。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的四轮驱动力自由控制***因无法实现单电机驱动车辆行驶而可能导致电机运行效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种平行轴式双电机的扭矩矢量控制***、方法、动力总成及车辆。
根据本发明的第一方面，提出了一种平行轴式双电机的扭矩矢量控制***，其中，所述平行轴式双电机包括输出轴相对布置的第一电机与第二电机。
本发明的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***包括第一减速单元，用于将所述第一电机的输出轴的扭矩传递至第一车轮机构；
第二减速单元，用于将所述第二电机的输出轴的扭矩传递至第二车轮机构；
第一离合单元，用于控制所述第一电机的输出轴与所述第二电机的输出轴的分离与接合；
第二离合单元，用于控制所述第一电机的输出轴与所述第一减速单元的分离与接合；
第三离合单元，用于控制所述第二电机的输出轴与所述第二减速单元的分离与接合；
控制单元，用于响应于扭矩矢量分配指令，控制所述第一离合单元、所述第二离合单元和所述第三离合单元的投切状态，以及所述第二离合单元和所述第三离合单元的传递功率。
作为优选的是，所述第一离合单元为联轴型离合器。
作为优选的是，所述第二离合单元和所述第三离合单元均为轮齿式离合器。
作为优选的是，在所述第一电机的输出轴上设置有与所述第二离合单元的扭矩输入端相匹配的第一扭矩传递件。
作为优选的是，在所述第二电机的输出轴上设置有与所述第三离合单元的扭矩输入端相匹配的第二扭矩传递件。
作为优选的是，所述第一减速单元采用第一齿轮副结构实现，所述第一齿轮副结构的扭矩输入端和扭矩输出端分别与所述第二离合单元的扭矩输出端和所述第一车轮机构的扭矩输入端相匹配。
作为优选的是，所述第二减速单元用第二齿轮副结构实现，所述第二齿轮副结构的扭矩输入端和扭矩输出端分别与所述第三离合单元的扭矩输出端和所述第二车轮机构的扭矩输入端相匹配。
根据本发明的第二方面，提出了一种平行轴式双电机的扭矩矢量控制方法，该扭矩矢量控制方法基于上述任一种扭矩矢量控制***实现，包括以下步骤：
响应于第一扭矩矢量分配指令，控制所述第一离合单元、所述第二离合单元和所述第三离合单元投入；
响应于第二扭矩矢量分配指令，控制所述第一离合单元、所述第二离合单元和所述第三离合单元投入，并控制所述第二离合单元和所述第三离合单元的传递功率；
响应于第三扭矩矢量分配指令，控制所述第一离合单元切除且所述第二离合单元和所述第三离合单元投入，并控制所述第二离合单元和/或所述第三离合单元的传递功率。
根据本发明的第三方面，提出了一种动力总成。本发明的动力总成包括上述任一种扭矩矢量控制***。
根据本发明的第四方面，提出了一种车辆。本发明的车辆包括上述动力总成。
本发明的有益效果在于：
本发明的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***，通过控制单元能够控制第一离合单元、第二离合单元和第三离合单元的投切状态，以及第二离合单元和第三离合单元的传递功率。当第一离合单元、第二离合单元和第三离合单元均为投入状态时，即可实现相应车辆的单电机驱动，同时通过控制第二离合单元和第三离合单元的传递功率即可实现扭矩矢量分配控制。由此可知，采用本发明的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***，能够满足特定运行工况下的车辆单电机驱动需求，进而使电机高效率地运行，保证***的经济性。
本发明的平行轴式双电机的扭矩矢量控制方法、动力总成和车辆与上述平行轴式双电机的扭矩矢量控制***属于一个总的发明构思，故与上述平行轴式双电机的扭矩矢量控制***具有相同的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的实施例的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***的传动示意图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例：图1示出了本实施例的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***的传动示意图。参照图1，本实施例的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***包括：
第一减速单元，用于将第一电机1的输出轴的扭矩传递至第一车轮机构2；
第二减速单元，用于将第二电机3的输出轴的扭矩传递至第二车轮机构4；
第一离合单元5，用于控制第一电机1的输出轴与第二电机3的输出轴的分离与接合；
第二离合单元6，用于控制第一电机1的输出轴与第一减速单元的分离与接合；
第三离合单元7，用于控制第二电机3的输出轴与第二减速单元的分离与接合；
控制单元，用于响应于扭矩矢量分配指令，控制第一离合单元5、第二离合单元6和第三离合单元7的投切状态和传递功率。
本实施例中，第一离合单元5为联轴型离合器，第二离合单元6和第三离合单元7均为轮齿式离合器。
本实施例中，在第一电机1的输出轴上设置有与第二离合单元的扭矩输入端相匹配的第一扭矩传递件8。在第二电机3的输出轴上设置有与第三离合单元7的扭矩输入端相匹配的第二扭矩传递件9，其中，第一扭矩传递件8和第二扭矩传递件9分别采用第一齿轮和第二齿轮实现。
本实施例中，第一减速单元采用第一齿轮副结构实现，第一齿轮副结构的扭矩输入端和扭矩输出端分别与第二离合单元6的扭矩输出端和第一车轮机构2的扭矩输入端相匹配。具体地，第一齿轮副结构包括第三齿轮10、第一连接轴11和第四齿轮12，其中，第三齿轮10和第四齿轮12分别为第一齿轮副结构的扭矩输入端和扭矩输出端。
本实施例中，第二减速单元采用第二齿轮副结构实现，第二齿轮副结构的扭矩输入端和扭矩输出端分别与第三离合单元7的扭矩输出端和第二车轮机构4的扭矩输入端相匹配。具体地，第二齿轮副结构包括第五齿轮13、第二连接轴14和第六齿轮15，其中，第五齿轮13和第六齿轮15分别为第二齿轮副结构的扭矩输入端和扭矩输出端。
在实际应用中，本实施例的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***所包含的除控制单元以外的其他功能单元均封装布置在在变速器内部。控制单元以ECU的形式实现，所述扭矩矢量分配指令来自于车辆的辅助驾驶域控制器。
在实际应用中，可以将第一离合单元5、第二离合单元6、第三离合单元7、第一扭矩传递件8、第二扭矩传递件9、第一连接轴11和第二连接轴14模块化设置。如此设置，通过匹配不同电机，调整第三齿轮10、第四齿轮12、第五齿轮13和第六齿轮15的速比参数，可拓展开发更多产品以适应更多车型，从而大大节约产品的开发成本及开发周期。
相应地，本实施例还提出一种平行轴式双电机的扭矩矢量控制方法，该扭矩矢量控制方法基于上述实施例的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***实现，包括以下步骤：
响应于第一扭矩矢量分配指令，控制第一离合单元5、第二离合单元6和第三离合单元7投入；
响应于第二扭矩矢量分配指令，控制第一离合单元5、第二离合单元6和第三离合单元7投入，并控制第二离合单元6和第三离合单元7的传递功率；
响应于第三扭矩矢量分配指令，控制第一离合单元5切除且第二离合单元6和第三离合单元7投入，并控制第二离合单元6和/或第三离合单元7的传递功率。
以下结合实际对本实施例的平行轴式双电机的扭矩矢量控制方法进行更为详细的说明：
1、单电机驱动车辆行驶控制：第一离合单元5、第二离合单元6和第三离合单元7投入，第一电机1的输出轴与第二电机3的输出轴接合，第一电机1的输出轴与第一减速单元接合，第二电机3的输出轴与第二减速单元接合，第一电机1或第二电机3工作，第一电机1的输出扭矩经第二离合单元6和第一减速单元传递至第一车轮机构2，经第一离合单元5、第三离合单元7和第二减速单元传递至第二车轮机构4；第二电机3的输出扭矩经第三离合单元7和第二减速单元传递至第二车轮机构4，经第一离合单元5、第二离合单元6和第一减速单元传传递至第一车轮机构2。
车辆正常直行时，第一电机1或第二电机3均可实现单独驱动车辆行驶，使车辆正常行驶的扭矩和转速工况点符合电机效率Map分布，以保证电机工作在各自的高效区，从而降低电耗、提高车辆正常运行经济性。
2、车辆直行过程中第一车轮机构和第二车轮机构速差控制：第一离合单元5、第二离合单元6和第三离合单元7投入，第一电机1的输出轴与第二电机3的输出轴接合，第一电机1的输出轴与第一减速单元接合，第二电机3的输出轴与第二减速单元接合，单电机驱动或双电机共同驱动，通过控制第二离合单元6和第三离合单元7的传递功率，实现对第一车轮机构2和第二车轮机构4的输入扭矩的分配，进而实现车辆直行过程中第一车轮机构2和第二车轮机构4的速差控制。车辆正常直行且第一车轮机构2和第二车轮机构4需要较小转速差时，通过控制第二离合单元6和第三离合单元7的压力来调整第二离合单元6和第三离合单元7的传递功率，以实现第一车轮机构2和第二车轮机构4的扭矩大小分配，进而满足车辆正常直行过程中第一车轮机构2和第二车轮机构4的速差需求。
3、双电机共同驱动车辆行驶控制：第一离合单元5、第二离合单元6和第三离合单元7投入，第一电机1的输出轴与第二电机3的输出轴接合，第一电机1的输出轴与第一减速单元接合，第二电机3的输出轴与第二减速单元接合，第一电机1和第二电机3均输出扭矩。车辆在爬陡坡、急加速、高速超车等对扭矩或功率需求较高的工况下，第一电机1和第二电机3可协同工作，共同驱动车辆行驶，以满足极端工况下，车辆对动力性的需求。
4、车辆脱困行驶控制：第一离合单元5、第二离合单元6和第三离合单元7投入，第一电机1的输出轴与第二电机3的输出轴接合，第一电机1的输出轴与第一减速单元接合，第二电机3的输出轴与第二减速单元接合，单电机驱动或双电机共同驱动，通过控制第二离合单元6和第三离合单元7的传递功率，使第一车轮机构2和第二车轮机构4限滑无差速。恶劣路况，车辆受困时，通过控制第二离合单元6和第三离合单元7的传递功率，实现对第一车轮机构2和第二车轮机构4的限滑控制，进而实现第一车轮机构2和第二车轮机构4的扭矩大小分配，从而提升车辆的脱困性能。
5、滑行能量回收：驾驶员松油门车辆滑行过程中，第一离合单元5、第二离合单元6和第三离合单元7投入，第一电机1的输出轴与第二电机3的输出轴接合，第一电机1的输出轴与第一减速单元接合，第二电机3的输出轴与第二减速单元接合，单电机驱动以提供负扭矩，并传递至第一车轮机构2和第二车轮机构4，使车辆减速滑行，并尽可能保证驱动电机工作在高效区域发电，从而高效地回收车辆滑行能量。
6、制动能量回收：驾驶员踏下制动踏板车辆制动过程中，第一离合单元5、第二离合单元6和第三离合单元7投入，第一电机1的输出轴与第二电机3的输出轴接合，第一电机1的输出轴与第一减速单元接合，第二电机3的输出轴与第二减速单元接合，单电机驱动或双电机驱动以提供负扭矩，并传递至第一车轮机构2和第二车轮机构4，使车辆减速制动，在保证车辆制动性能的前提下，最大限度地回收车辆制动能量。车辆滑行或是减速制动过程中，第一电机1和第二电机3均可提供负扭矩进行能量回收，通过对第一电机1和第二电机3进行合理的扭矩分配，使***回收能量时，电机仍处于高效区工作；紧急减速制动时，双电机同时提供较大负扭矩，尽可能多地回收制动能量，从而最大限度提升车辆行驶经济性。
7、车辆转弯行驶控制：第一离合单元5切除，第二离合单元6和第三离合单元7投入，第一电机1的输出轴与第二电机3的输出轴分离，第一电机1的输出轴与第一减速单元接合，第二电机3的输出轴与第二减速单元接合，第一电机1通过第二离合单元6和第一减速单元控制第一车轮机构2的扭矩，第二电机3通过第三离合单元7和第二减速单元控制第二车轮机构4的扭矩，从而在车辆转弯过程中对第一车轮机构2和第二车轮机构4的扭矩大小及方向进行精准控制，提升车辆行驶操控性；当车辆转弯过程中内侧车辆需要负扭矩时，还可以实现转弯过程中的能量回收，进一步提升车辆行驶的经济性。
进一步地，本实施例还提出了一种动力总成。本实施例的动力总成包括上述实施例的扭矩矢量控制***。
进一步地，本实施例还提出了一种车辆。本实施例的车辆包括上述实施例的动力总成。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种平行轴式双电机的扭矩矢量控制***，所述平行轴式双电机包括输出轴相对布置的第一电机与第二电机，其特征在于，所述扭矩矢量控制***包括：
第一减速单元，用于将所述第一电机的输出轴的扭矩传递至第一车轮机构；
第二减速单元，用于将所述第二电机的输出轴的扭矩传递至第二车轮机构；
第一离合单元，用于控制所述第一电机的输出轴与所述第二电机的输出轴的分离与接合；
第二离合单元，用于控制所述第一电机的输出轴与所述第一减速单元的分离与接合；
第三离合单元，用于控制所述第二电机的输出轴与所述第二减速单元的分离与接合；
控制单元，用于响应于扭矩矢量分配指令，控制所述第一离合单元、所述第二离合单元和所述第三离合单元的投切状态，以及所述第二离合单元和所述第三离合单元的传递功率。
2.根据权利要求1所述的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***，其特征在于，所述第一离合单元为联轴型离合器。
3.根据权利要求1所述的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***，其特征在于，所述第二离合单元和所述第三离合单元均为轮齿式离合器。
4.根据权利要求1所述的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***，其特征在于，在所述第一电机的输出轴上设置有与所述第二离合单元的扭矩输入端相匹配的第一扭矩传递件。
5.根据权利要求1所述的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***，其特征在于，在所述第二电机的输出轴上设置有与所述第三离合单元的扭矩输入端相匹配的第二扭矩传递件。
6.根据权利要求1所述的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***，其特征在于，所述第一减速单元采用第一齿轮副结构实现，所述第一齿轮副结构的扭矩输入端和扭矩输出端分别与所述第二离合单元的扭矩输出端和所述第一车轮机构的扭矩输入端相匹配。
7.根据权利要求1所述的平行轴式双电机的扭矩矢量控制***，其特征在于，所述第二减速单元用第二齿轮副结构实现，所述第二齿轮副结构的扭矩输入端和扭矩输出端分别与所述第三离合单元的扭矩输出端和所述第二车轮机构的扭矩输入端相匹配。
8.基于权利要求1-7任一项所述***的平行轴式双电机的扭矩矢量控制方法，其特征在于，包括：
响应于第一扭矩矢量分配指令，控制所述第一离合单元、所述第二离合单元和所述第三离合单元投入；
响应于第二扭矩矢量分配指令，控制所述第一离合单元、所述第二离合单元和所述第三离合单元投入，并控制所述第二离合单元和所述第三离合单元的传递功率；
响应于第三扭矩矢量分配指令，控制所述第一离合单元切除且所述第二离合单元和所述第三离合单元投入，并控制所述第二离合单元和/或所述第三离合单元的传递功率。
9.一种动力总成，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的扭矩矢量控制***。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的动力总成。
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