CN111409472B - 一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统，属于新能源汽车技术领域。该系统包括第一电机、第二电机、行星齿轮机构，制动器，离合器，同步器，逆变器，动力电池，第一齿轮轴，第二齿轮，主减速器及差速器总成。本发明通过控制离合器、制动器与同步器的接合与分离，从而改变第一电机与第二电机的耦合方式，实现第一电机与第二电机转速耦合驱动、第一电机与第二电机转矩耦合驱动、第一电机单独驱动和第二电机单独驱动，实现了两个电机扭矩和转速的最优分配，提高了经济性和加速性能。

Description

一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，涉及一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统。

背景技术

新能源汽车以其低消耗、低污染等优点，成为目前汽车发展的重要方向。其中，纯电动汽车具有零油耗、运行零排放、能量使用率高等优点，并且纯电动汽车“昼出夜伏”的使用特征能够平衡电网昼夜峰谷负荷，可进一步提高电力资源的利用率。纯电动汽车是当前缓解能源危机、环境污染和社会发展三者尖锐形势的理想方案之一。主流的汽车制造商均在纯电动汽车方面开展了研发和制造。

目前纯电动汽车驱动系统中，单一电机作为动力源的单动力源驱动系统存在对电机性能要求较高、运行效率较低、经济性不佳等问题；而多动力源耦合驱动系统是一种具有高性能和高效节能潜力的动力传动系统。通过选择执行机构的工作状态，改变动力源与机械耦合机构的连接方式和系统动力输出路径，从而使系统具有多种驱动模式。车辆可在复杂多变的工况条件下合理地选择驱动模式，可有效提高整车高效运行几率，提升整车能耗经济性。

申请公布号为CN109703346A的中国专利提供了一种纯电动汽车双电机耦合驱动系统，该双电机动力系统包括设置于车轴上的第一电机和第二电机、同步器和同步齿轮组；第一电机常啮合一档齿轮，第二电机可通过同步器实现一二档位之间的切换。由于第一电机可与第二电机共同驱动，因此避免了第二电机进行档位切换时出现的动力中断问题。并且，第一电机和第二电机共同驱动也提高了汽车的动力性。进一步，由于同步器可按照控制器指令选择性与同步齿轮组中的一个齿轮组相结合，因此，这也就实现了两个电机之间的最优的扭矩分配，提高了经济性。

申请公布号为CN104691319A的中国专利提供了一种基于行星齿轮机构的双电机耦合传动系统，该系统由第一电机、第二电机、行星排齿轮机构、制动器组成；两个电机产生的驱动力矩通过单行星排将力矩传输到输出轴驱动车轮运转。该发明通过双电机的驱动控制，并利用行星排的转速特性与转矩特性，可以同时提高车辆的加速性能与最高车速；另一方面，通过利用电机正反转的性能与行星排齿轮机构的转速特性，可以使两电机都工作在效率较高的转速区间，可以提高经济性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统，能实现两个电机扭矩和转速的最优分配，可提高经济性和加速性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统，该系统包括第一电机(1)、第二电机(14)、同步器(3)、行星齿轮机构、离合器(13)、制动器(4)、动力电池(15)、逆变器(16)、第一齿轮轴(12)、第二齿轮(2)、主减速器及差速器总成(11)，行星齿轮机构由齿圈(6)、行星轮(7)、行星架(8)和太阳轮(9)；

第一电机(1)与同步器(3)连接，第二电机(14)通过离合器(13)接合与第一齿轮轴(12)连接，行星架同轴齿轮(10)与主减速器及差速器总成(11)连接；

第一电机(1)和第二电机(14)通过逆变器(16)与动力电池(15)电气连接，制动器(4)设置在太阳轮(9)上；

同步器(3)通过左接合实现第一电机(1)与第二齿轮(2)相连，同步器(3)通过右接合实现第一电机(1)与太阳轮(9)相连。

可选的，所述制动器(4)的锁止部通过花键与太阳轮(9)连接，固定部通过凸缘与动力系统壳体连接。

可选的，所述行星架(8)、行星架同轴齿轮(10)、太阳轮(9)、同步器(3)、第一电机(1)同轴设置，第一齿轮轴(12)、第二电机(14)同轴设置；齿圈(6)通过其同轴齿轮(5)与第一齿轮轴(12)等速齿轮传动，第二齿轮(2)与第一齿轮轴(12)为非等速齿轮传动。

可选的，所述离合器(13)为湿式多片离合器。

可选的，所述动力电池(15)为高压锂离子电池。

可选的，所述行星架(8)和行星架同轴齿轮(10)为一体结构；所述齿圈(6)与其同轴齿轮为一体结构。

本发明的有益效果在于：本发明通过控制离合器、制动器与同步器的接合与分离，从而改变第一电机与第二电机的耦合方式，实现第一电机与第二电机转速耦合驱动、第一电机与第二电机转矩耦合驱动、第一电机单独驱动和第二电机单独驱动，实现了两个电机扭矩和转速的最优分配，提高了经济性和加速性能，并降低了系统路径转换效率损失。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明所述的一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统总成；

图2为转速耦合工作模式的能量流动示意图；

图3为转矩耦合工作模式的能量流动示意图；

图4为第一电机单独工作模式的能量流动示意图；

图5为第二电机单独工作模式的能量流动示意图；

附图标记：1为第一电机，2为第二齿轮，3为同步器，4为制动器，5为齿圈同轴齿轮，6为齿圈，7为行星轮，8为行星架，9为太阳轮，10为行星架同轴齿轮，11为主减速器及差速器总成，12为第一齿轮轴，13为离合器，14为第二电机，15为动力电池，16为逆变器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施基本如图1所述，一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统总成，包括第一电机1、第二电机14、同步器3、行星齿轮机构、离合器13、制动器4、动力电池15、逆变器16、第一齿轮轴12、第二齿轮2、主减速器及差速器总成11，行星齿轮机构由齿圈6、行星轮7、行星架8、太阳轮9组成，第一电机与同步器连接，第二电机通过离合器接合与第一齿轮轴连接，行星架同轴齿轮10与主减速器及差速器总成连接；第一电机和第二电机通过逆变器与动力电池电气连接，制动器设置在太阳轮上；同步器通过左接合实现第一电机与第二齿轮相连，同步器通过右接合实现第一电机与太阳轮相连。采用上述方案，本发明通过控制离合器、制动器与同步器的接合与分离，从而改变第一电机与第二电机的耦合方式，实现第一电机与第二电机转速耦合驱动、第一电机与第二电机转矩耦合驱动、第一电机单独驱动和第二电机单独驱动，实现了两个电机扭矩和转速的最优分配，提高了经济性和加速性能，并降低了系统路径转换效率损失。

本实施例中的制动器4的锁止部通过花键(未画出)与太阳轮连接，固定部通过凸缘(未画出)与动力系统壳体连接。

本实施例中的所述行星架8、行星架同轴齿轮10、太阳轮9、同步器3、第一电机1同轴设置，第一齿轮轴12、第二电机14同轴设置；齿圈通过其同轴齿轮5与第一齿轮轴等速齿轮传动，第二齿轮2与第一齿轮轴为非等速齿轮传动。

本实施例中的离合器13为湿式多片离合器；动力电池15采用电动车高压锂离子电池。

本实施例中行星架8与其同轴齿轮10、齿圈6与其同轴齿轮5均各自为一体结构，便于装配，且结构稳定可靠。

下面详细的阐述一下本发明的工作原理，如图2-5所述，本发明的一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统总成共有4种工作模式，可实现电机不同的驱动形式，第一电机与第二电机不同形式的转速耦合和转矩耦合，各工作模式下执行机构工作状态见表1所示，其中，CL为离合器13，B为制动器4，T为同步器3；具体模式详述如表1所示：

表1 工作模式执行元件附表

(1)转速耦合模式：即第一电机1与第二电机14转速耦合驱动模式；离合器13接合，制动器4分离，同步器3右接合，第一电机1与第二电机14均处于驱动状态。离合器13将第二电机14与第一齿轮轴12连在一起，同步器3右接合将第一电机1与太阳轮9连在一起。第一电机1输出的动力经同步器3、太阳轮9传递到行星轮7上。第二电机14输出的动力经离合器13、第一齿轮轴12、齿圈同轴齿轮5、齿圈6传递到行星轮7上与第一电机1输出的动力合流，合流后的动力经行星架8、行星架同轴齿轮10传递到主减速器及差速器总成11。转速耦合模式下，系统的能量流动路径如图2所示。该工作模式适合于高速工况。

(2)转矩耦合模式：即第一电机1与第二电机14转矩耦合驱动模式；离合器13接合，制动器4接合，同步器3左接合，第一电机1与第二电机14均处于驱动状态。离合器13将第二电机14与第一齿轮轴12连在一起，同步器3左接合将第一电机1与第二齿轮2连在一起，制动器4将太阳轮9锁止。第一电机1输出的动力经同步器3、第二齿轮2传递到第一齿轮轴12上。第二电机14输出的动力经离合器13、第一齿轮轴12与第一电机1输出的动力合流，合流后的动力经齿圈同轴齿轮5、齿圈6、行星轮7、行星架8、行星架同轴齿轮10传递到主减速器及差速器总成11。转矩耦合模式下，系统的能量流动路径如图3所示。该工作模式适合于低速重载工况

(3)第一电机单独工作模式：即第一电机1单独驱动模式；离合器13分离，制动器4接合，同步器3左接合，第二电机14关闭。同步器3左接合将第一电机1与第二齿轮2连在一起，制动器4将太阳轮9锁止。第一电机1输出的动力经同步器3、第二齿轮2、第一齿轮轴12、齿圈同轴齿轮5、齿圈6、行星轮7、行星架8、行星架同轴齿轮10传递到主减速器及差速器总成11上。第一电机单独工作模式下，系统的能量流动路径如图4所示。该工作模式适合于中高速工况

(4)第二电机单独工作模式：即第二电机14单独驱动模式；离合器13结合，制动器4接合，同步器3右接合，第一电机1关闭。同步器3右接合将第一电机1和太阳轮9连在一起，制动器4将太阳轮9锁止。第二电机14输出的动力经离合器13、第一齿轮轴12、齿圈同轴齿轮5、齿圈6、行星轮7、行星架8、行星架同轴齿轮10传递到主减速器及差速器总成11上。第二电机单独工作模式下，系统的能量流动路径如图5所示。该工作模式适合于低速轻载工况。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统，其特征在于：该系统包括第一电机(1)、第二电机(14)、同步器(3)、行星齿轮机构、离合器(13)、制动器(4)、动力电池(15)、逆变器(16)、第一齿轮轴(12)、第二齿轮(2)、主减速器及差速器总成(11)，行星齿轮机构由齿圈(6)、行星轮(7)、行星架(8)和太阳轮(9)组成；

第一电机(1)与同步器(3)连接，第二电机(14)通过离合器(13)接合与第一齿轮轴(12)连接，行星架同轴齿轮(10)与主减速器及差速器总成(11)连接；

第一电机(1)和第二电机(14)通过逆变器(16)与动力电池(15)电气连接，制动器(4)设置在太阳轮(9)上；

同步器(3)通过左接合实现第一电机(1)与第二齿轮(2)相连，同步器(3)通过右接合实现第一电机(1)与太阳轮(9)相连；

所述行星架(8)、行星架同轴齿轮(10)、太阳轮(9)、同步器(3)、第一电机(1)同轴设置，第一齿轮轴(12)、第二电机(14)同轴设置；齿圈(6)通过其同轴齿轮(5)与第一齿轮轴(12)等速齿轮传动，第二齿轮(2)与第一齿轮轴(12)为非等速齿轮传动。

2.根据权利要求1所述的一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统，其特征在于：所述制动器(4)的锁止部通过花键与太阳轮(9)连接，固定部通过凸缘与动力系统壳体连接。

3.根据权利要求1所述的一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统，其特征在于：所述离合器(13)为湿式多片离合器。

4.根据权利要求1所述的一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统，其特征在于：所述动力电池(15)为高压锂离子电池。

5.根据权利要求1所述的一种双电机电动汽车的多模式耦合驱动系统，其特征在于：所述行星架(8)和行星架同轴齿轮(10)为一体结构；所述齿圈(6)与其同轴齿轮为一体结构。

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