電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)、各驅(qū)動單元的電壓和功率設計方法及其控制方法
【專利摘要】電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)、各驅(qū)動單元的電壓和功率設計方法及其控制方法，涉及短途純電動乘用車【技術領域】，包括四個轂電機、四個驅(qū)動系統(tǒng)、整車控制器和儀表顯示及駕駛員輸入系統(tǒng)，四個驅(qū)動系統(tǒng)分別與四個轂電機相連，用于驅(qū)動輪轂電機；其特征在于設有四個動力電池組及管理系統(tǒng)、四個動力電池組及管理系統(tǒng)分別與四個驅(qū)動系統(tǒng)相連，為其提供直流電能，并給出了四個驅(qū)動系統(tǒng)不同工作狀態(tài)下的控制方法。本發(fā)明具有四個動力電池組的單體電池總數(shù)少、單元電池組的壽命長、能量回收效率高、充電時間更短更易于實現(xiàn)電動汽車的模塊化、標準化生產(chǎn)，可以有效的降低成本，提高整車的可靠性的優(yōu)點。
【專利說明】電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)、各驅(qū)動單元的電壓和功率設計方法及其控制方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及短途純電動乘用車【技術領域】，詳細講是一種電池單元數(shù)量少，使用壽命長，充電速度快，能量回收效率高的電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)結構及其控制方法。
【背景技術】
[0002]短途純電動乘用車滿足《純電動乘用車技術條件》(GB/T 28382-2012)的下限，定位為取代目前市場上的低速純電動乘用車。根據(jù)《純電動乘用車技術條件》，短途純電動乘用車的最高車速的下限為80km/h，結合短途純電動乘用車的用途，主要在城鄉(xiāng)道路行駛，不考慮高速公路行駛需求，最高車速一般略大于80km/h即可。
[0003]獨立驅(qū)動技術被稱為“電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展方向”和“適合電動汽車的底盤技術”。由于短途純電動乘用車的最高車速較低，可以不考慮非簧載質(zhì)量對整車平順性的影響，獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)將是短途純電動乘用車優(yōu)選的驅(qū)動系統(tǒng)。
[0004]目前，公開資料顯示的分布式獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)的結構為:
(I)系統(tǒng)包括四個輪轂電機，四個輪轂電機的轉(zhuǎn)子分別與四個車輪連接。包括四個輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)，分別用于驅(qū)動四個輪轂電機旋轉(zhuǎn)，通過輪轂電機帶動車輪旋轉(zhuǎn)。包括一個整車控制器，用于根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋來確定傳送至四個輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的目標轉(zhuǎn)矩。
[0005](2)系統(tǒng)包括一個動力電池組及管理系統(tǒng)，統(tǒng)一為四個輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)提供直流電能，同時監(jiān)控動力電池組及單體電池的電壓、電流和溫度等運行參數(shù)，并實時計算動力電池組的剩余電量。動力電池組到四個輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的接線方式為:從動力電池組的正極引出四根導線，分別連接到四個輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的正極，從動力電池組的負極引出四根導線，分別連接到四個輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的負極，即，四個輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的正負極并聯(lián)到動力電池組的正負極。
[0006](3)系統(tǒng)包括一個儀表顯示及駕駛員輸入系統(tǒng)，用于實時地顯示整車狀態(tài)以及采集駕駛員的輸入信息。系統(tǒng)包含的四個輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)、動力電池組管理系統(tǒng)、整車控制器及儀表顯示及駕駛員輸入系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸采用通訊總線的連接方式。
[0007]上述結構的獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)雖然解決了四輪獨立驅(qū)動的問題，但是由于采用單一的電池組同時給四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)供電，在電源系統(tǒng)上存在如下問題:電池組的電池單元數(shù)量大、使用壽命短，電池組在外接充電時，僅能通過一個充電機充電，充電時間長；制動能量回收時，四個 輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)同時向電池組充電，四個輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)均會對電池組的直流母線電壓產(chǎn)生影響，充電電流的大小受電壓差的影響，造成四個輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的制動能量回收過程互相影響，影響制動能量回收效率。傳統(tǒng)四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)各個輪轂電機的功率和電壓大小一致，汽車整體結構設計受限，整車結構不合理；各個驅(qū)動單元的功率受其他驅(qū)動單元的約束，各個驅(qū)動單元的功率設計單一。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種電池單元數(shù)量小，使用壽命長，充電速度快，能量回收效率高，各驅(qū)動單元的電壓和功率單獨設計、汽車整體結構設計自由度高，整車結構合理；各個驅(qū)動單元的功率不受其他驅(qū)動單元的約束的電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)、各驅(qū)動單元的電壓和功率設計方法及其控制方法。
[0009]本發(fā)明解決上述技術的不足所采用的技術方案是:
一種電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)，包括第一輪轂電機、第二輪轂電機、第三輪轂電機、第四輪轂電機、第一驅(qū)動系統(tǒng)、第二驅(qū)動系統(tǒng)、第三驅(qū)動系統(tǒng)、第四驅(qū)動系統(tǒng)、整車控制器和儀表顯示及駕駛員輸入系統(tǒng)，第一驅(qū)動系統(tǒng)、第二驅(qū)動系統(tǒng)、第三驅(qū)動系統(tǒng)、第四驅(qū)動系統(tǒng)分別與第一輪轂電機、第二輪轂電機、第三輪轂電機、第四輪轂電機相連，用于驅(qū)動輪轂電機；其特征在于設有第一動力電池組及管理系統(tǒng)、第二動力電池組及管理系統(tǒng)、第三動力電池組及管理系統(tǒng)和第四動力電池組及管理系統(tǒng)，第一動力電池組及管理系統(tǒng)、第二動力電池組及管理系統(tǒng)、第三動力電池組及管理系統(tǒng)和第四動力電池組及管理系統(tǒng)分別與第一驅(qū)動系統(tǒng)、第二驅(qū)動系統(tǒng)、第三驅(qū)動系統(tǒng)和第四驅(qū)動系統(tǒng)相連，為其提供直流電能。
[0010]本發(fā)明中所述的第一驅(qū)動系統(tǒng)、第二驅(qū)動系統(tǒng)、第三驅(qū)動系統(tǒng)、第四驅(qū)動系統(tǒng)、第一動力電池組及管理系統(tǒng)、第二動力電池組及管理系統(tǒng)、第三動力電池組及管理系統(tǒng)、第四動力電池組及管理系統(tǒng)、整車控制器和儀表顯示及駕駛員輸入系統(tǒng)之間采用總線連接的方式進行連接、數(shù)據(jù)傳輸。
[0011]本發(fā)明中第一輪轂電機、第一驅(qū)動系統(tǒng)和第一動力電池組及管理系統(tǒng)組成第一驅(qū)動單元，用于獨立驅(qū)動右前車輪；第二輪轂電機、第二驅(qū)動系統(tǒng)和第二動力電池組及管理系統(tǒng)組成第二驅(qū)動單元，用于獨立驅(qū)動右后車輪；第三輪轂電機、第三驅(qū)動系統(tǒng)和第三動力電池組及管理系統(tǒng)組成第三驅(qū)動單元，用于獨立驅(qū)動左前車輪；第四輪轂電機、第四驅(qū)動系統(tǒng)和第四動力電池組及管理系統(tǒng)組成第四驅(qū)動單元，用于獨立驅(qū)動左后車輪。
[0012]本發(fā)明中各個驅(qū)動單元的電壓和功率的設計方法如下:
當四個車輪的負載相同，均為整備質(zhì)量的1/4時，定義各個車輪的負載均為Gs ,各個驅(qū)動單元的功率均為Ws ,電壓均力Vs 組成電池箱的單體電池額定電壓為Vds。根據(jù)實車測得對應第一驅(qū)動單元的右前車軋的負載為Gl，對應第二驅(qū)動單元的右后車輪的負載為G2，對應第三驅(qū)動單元的左前車輪的負載為G3 ,對應第四驅(qū)動單元的左后車輪的負載為G4 ；
第一驅(qū)動單元的電壓V1，功率wl,第二驅(qū)動單元的電壓V2 ,功率W2，第三驅(qū)動單元的電壓V3，功率W3，第四驅(qū)動單元的電壓V4功率W4，按照如下方法確定:
(1)第一驅(qū)動單元的電壓IH:
如果 G1/Os <1
【權利要求】
1.一種電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)，包括第一輪轂電機、第二輪轂電機、第三輪轂電機、第四輪轂電機、第一驅(qū)動系統(tǒng)、第二驅(qū)動系統(tǒng)、第三驅(qū)動系統(tǒng)、第四驅(qū)動系統(tǒng)、整車控制器和儀表顯示及駕駛員輸入系統(tǒng)，第一驅(qū)動系統(tǒng)、第二驅(qū)動系統(tǒng)、第三驅(qū)動系統(tǒng)、第四驅(qū)動系統(tǒng)分別與第一輪轂電機、第二輪轂電機、第三輪轂電機、第四輪轂電機相連，用于驅(qū)動輪轂電機；其特征在于設有第一動力電池組及管理系統(tǒng)、第二動力電池組及管理系統(tǒng)、第三動力電池組及管理系統(tǒng)和第四動力電池組及管理系統(tǒng)，第一動力電池組及管理系統(tǒng)、第二動力電池組及管理系統(tǒng)、第三動力電池組及管理系統(tǒng)和第四動力電池組及管理系統(tǒng)分別與第一驅(qū)動系統(tǒng)、第二驅(qū)動系統(tǒng)、第三驅(qū)動系統(tǒng)和第四驅(qū)動系統(tǒng)相連，為其提供直流電能。
2.根據(jù)權利要求1所述的電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述的第一驅(qū)動系統(tǒng)、第二驅(qū)動系統(tǒng)、第三驅(qū)動系統(tǒng)、第四驅(qū)動系統(tǒng)、第一動力電池組及管理系統(tǒng)、第二動力電池組及管理系統(tǒng)、第三動力電池組及管理系統(tǒng)、第四動力電池組及管理系統(tǒng)、整車控制器和儀表顯示及駕駛員輸入系統(tǒng)之間采用總線連接的方式進行連接、數(shù)據(jù)傳輸。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)的各驅(qū)動單元的電壓和功率設計方法，其特征在于:第一輪轂電機、第一驅(qū)動系統(tǒng)和第一動力電池組及管理系統(tǒng)組成第一驅(qū)動單元，用于獨立驅(qū)動右前車輪；第二輪轂電機、第二驅(qū)動系統(tǒng)和第二動力電池組及管理系統(tǒng)組成第二驅(qū)動單元，用于獨立驅(qū)動右后車輪；第三輪轂電機、第三驅(qū)動系統(tǒng)和第三動力電池組及管理系統(tǒng)組成第三驅(qū)動單元，用于獨立驅(qū)動左前車輪；第四輪轂電機、第四驅(qū)動系統(tǒng)和第四動力電池組及管理系統(tǒng)組成第四驅(qū)動單元，用于獨立驅(qū)動左后車輪； 各個驅(qū)動單元的電壓和功率的設計方法如下: 當四個車輪的負載相同，均為整備質(zhì)量的1/4時，定義各個車輪的負載均為Os,各個驅(qū)動單元的功率均為Iffe，電壓均為Fs ;組成電池箱的單體電池額定電壓為Kfe ；根據(jù)實車測得對應第一驅(qū)動單元的右前車輪的負載為Gl，對應第二驅(qū)動單元的右后車輪的負載為G2 ,對應第三驅(qū)動單元的左前車輪的負載為G3 ,對應第四驅(qū)動單元的左后車輪的負載為04 ; 第一驅(qū)動單元的電壓Π，功率!Tl,第二驅(qū)動單元的電壓v2 ,功率iF2，第三驅(qū)動單元的電壓F3，功率?Τ3，第四驅(qū)動單元的電壓F4功率，按照如下方法確定: (1)第一驅(qū)動單元的電壓Fl: 如果 Gl/Os <1Vl=Fs-[(1-(Gl/Os))/0.05」X Vds
如果 Gl/Os > IFl: /'s-[(1- (Gi / Gs)) /0.05] X Vds (2)第一驅(qū)動單元的功率WH:m = Ws X(GlfOs) (3)第二驅(qū)動單元的電壓F2: 如果 02/Gs < I
4.根據(jù)權利要求1或3所述的電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: (1)當四個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第一驅(qū)動單元、第二驅(qū)動單元、第三驅(qū)動單元及第四驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩，第一驅(qū)動單元和第三驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩相同，第二驅(qū)動單元和第四驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩相同； (2)當?shù)谝或?qū)動單元處于故障狀態(tài)，另外三個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第二驅(qū)動單元、第三驅(qū)動單元及第四驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；第三驅(qū)動單元和第四驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩之和與第二驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩相同；整車速度上限設置為60km/h ； (3)當?shù)诙?qū)動單元處于故障狀態(tài)，另外三個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第一驅(qū)動單元、第三驅(qū)動單元及第四驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；第三驅(qū)動單元和第四驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩之和與第一驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩相同；整車速度上限設置為60km/h ；(4)當?shù)谌?qū)動單元處于故障狀態(tài)，另外三個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第一驅(qū)動單元、第二驅(qū)動單元及第四驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；第一驅(qū)動單元和第二驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩之和與第四驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩相同；整車速度上限設置為60km/h ； (5)當?shù)谒尿?qū)動單元處于故障狀態(tài)，另外三個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第一驅(qū)動單元、第二驅(qū)動單元及第三驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；第一驅(qū)動單元和第二驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩之和與第三驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩相同；整車速度上限設置為60km/h ； (6)當?shù)谝或?qū)動單元和第三驅(qū)動單元處于故障狀態(tài)，另外兩個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第二驅(qū)動單元和第四驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；第二驅(qū)動單元和第四驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩相同；整車速度上限設置為40km/h ； (7)當?shù)诙?qū)動單元和第四驅(qū)動單元處于故障狀態(tài)，另外兩個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器 根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第一驅(qū)動單元和第三驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；第一驅(qū)動單元和第三驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩相同；整車速度上限設置為40km/h ； (8)當?shù)谝或?qū)動單元和第四驅(qū)動單元處于故障狀態(tài)，另外兩個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第二驅(qū)動單元和第三驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；第二驅(qū)動單元和第三驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩相同；整車速度上限設置為30km/h ； (9)當?shù)诙?qū)動單元和第三驅(qū)動單元處于故障狀態(tài)，另外兩個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第一驅(qū)動單元和第四驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；第一驅(qū)動單元和第四驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩相同；整車速度上限設置為30km/h ； (10)當?shù)谝或?qū)動單元和第二驅(qū)動單元處于故障狀態(tài)，另外兩個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第三驅(qū)動單元和第四驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；整車速度上限設置為20km/h ； (11)當?shù)谌?qū)動單元和第四驅(qū)動單元處于故障狀態(tài)，另外兩個驅(qū)動單元均處于正常工作狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向第一驅(qū)動單元和第二驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；整車速度上限設置為20km/h ； (12)當只有一個驅(qū)動單元處于正常工作狀態(tài)，另外三個驅(qū)動單元均處于故障狀態(tài)時，整車控制器根據(jù)駕駛員輸入以及整車狀態(tài)反饋實時向處于正常工作狀態(tài)的驅(qū)動單元發(fā)出目標轉(zhuǎn)矩；整車速度上限設置為10km/h ； (13)當四個驅(qū)動單元均處于故障狀態(tài)時，車輛無法行駛。
5.根據(jù)權利要求4所述的電動汽車獨立四輪轂電驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:整車控制器發(fā)送給各個驅(qū)動單元的目標轉(zhuǎn)矩不大于由路面附著條件限制決定的轉(zhuǎn)矩極限。
【文檔編號】B60L11/18GK103963662SQ201410230194
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】王大方, 楊博文, 周傳煒, 廖江敏, 林日升, 吳曉壯, 王明玉 申請人:王大方