CN109591583A - 一种电动汽车的动力输出系统、方法和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式公开了一种电动汽车的动力输出系统、方法和电动汽车。系统包括：前轴；后轴；前轴减速器，与所述前轴连接；后轴减速器，与所述后轴连接；电机离合器，与所述后轴减速器连接；第一电机，与所述前轴减速器连接；第二电机，与所述电机离合器连接；其中所述第一电机的输出功率大于所述第二电机的输出功率。本发明实施方式通过在前后轴设置不同的电机和离合器，分别满足车辆高低速行驶需求，回避缺少大功率电机和多档自动变速箱对整车开发的影响。

Description

一种电动汽车的动力输出系统、方法和电动汽车

技术领域

本发明实施方式涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的动力输出系统、方法和电动汽车。

背景技术

国家最新标准《汽车和挂车类型的术语和定义》(GB/T 3730.1-2001)中对汽车有如下定义：由动力驱动，具有4个或4个以上车轮的非轨道承载的车辆，主要用于：载运人员和(或)货物；牵引载运人员和(或)货物的车辆；特殊用途。能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈，给人们的生活带来巨大影响，直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。

电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车，被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势，在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下，有效地提高了燃油经济性，降低了排放，被认为是当前节能和减排的有效路径之一。

目前电动车在进行整车动力匹配时，受制于电机性能，一般采用以下两种策略：

策略1：选择更高规格的电机，使之满足中低速和高速行驶需求。

策略2：使用多档自动变速器。

策略1适用于存在更高规格电机的情况，如果受制于某些条件，更高规格的电机无法取得或需要付出极大的成本，则策略1无法实施。策略2增加了系统复杂程度，以目前多档自动变速器水平，存在很大的技术风险。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电动汽车的动力输出系统、方法和电动汽车。

本发明实施方式的技术方案如下：

一种电动汽车的动力输出系统，包括：

前轴；

后轴；

前轴减速器，与所述前轴连接；

后轴减速器，与所述后轴连接；

电机离合器，与所述后轴减速器连接；

第一电机，与所述前轴减速器连接；

第二电机，与所述电机离合器连接；

其中所述第一电机的输出功率大于所述第二电机的输出功率。

在一个实施方式中，还包括：

整车控制器，与所述第一电机和所述电机离合器连接，当所述电动汽车的当前车速低于等于所述预定门限值时，控制第一电机向所述前轴输出功率且控制所述电机离合器接通所述第二电机向所述后轴的功率输出通道；当所述电动汽车的当前车速高于预定门限值时，控制第一电机向所述前轴输出功率且控制所述电机离合器切断所述第二电机向所述后轴的功率输出通道。

在一个实施方式中，所述电机离合器包括主动部分和从动部分；

所述第二电机经由第一花键连接所述主动部分；所述从动部分经由第二花键与所述后轴减速器的输入轴连接。

在一个实施方式中，所述前轴减速器包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；

所述第一电机的输出轴与所述一级减速齿轮的主动轮的输入轴连接；所述一级减速齿轮的从动轮经由中间轴与二级减速齿轮的主动轮连接；二级减速齿轮的从动轮与差速器的外壳连接；二级减速齿轮的从动轮与二级减速齿轮的主动轮啮合；差速器的两个输出半轴分别连接所述前轴的前左半轴和前右半轴。

在一个实施方式中，所述第二电机的输出功率为所述第一电机的输出功率的一半。

一种电动汽车的动力输出方法，所述方法适用于电动汽车的动力输出系统，所述电动汽车的动力输出系统包括：前轴；后轴；第一电机，与前轴减速器连接，其中所述前轴减速器与所述前轴连接；第二电机，与电机离合器连接，其中所述电机离合器与后轴减速器连接，所述后轴减速器与所述后轴连接；其中所述第一电机的输出功率大于所述第二电机的输出功率；该方法包括：

在所述电动汽车启动时，控制第一电机向所述前轴输出功率，并控制所述电机离合器接通所述第二电机向所述后轴的功率输出通道；

当所述电动汽车的当前车速高于预定门限值时，控制所述电机离合器切断所述第二电机向所述后轴的功率输出通道，并继续控制第一电机向所述前轴输出功率。

在一个实施方式中，所述第二电机的输出功率为所述第一电机的输出功率的一半。

在一个实施方式中，所述电机离合器包括主动部分和从动部分；所述第二电机经由第一花键连接所述主动部分；所述从动部分经由第二花键与所述后轴减速器的输入轴连接；

所述控制电机离合器接通所述第二电机向所述后轴的功率输出通道包括：

从整车控制器接收连接命令；

基于所述连接命令将所述主动部分与所述从动部分连接。

在一个实施方式中，所述控制所述电机离合器切断所述第二电机向所述后轴的功率输出通道包括；

从整车控制器接收断开命令；

基于所述断开命令将所述主动部分与所述从动部分断开。

一种电动汽车，包括如上所述的电动汽车的动力输出系统。

从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，系统包括：前轴；后轴；第一电机，与前轴减速器连接，其中所述前轴减速器与所述前轴连接；第二电机，与电机离合器连接，其中所述电机离合器与后轴减速器连接，所述后轴减速器与所述后轴连接；其中所述第一电机的输出功率大于所述第二电机的输出功率。可见，通过在前后轴设置不同的电机和离合器，分别满足车辆高低速行驶需求，回避缺少大功率电机和多档自动变速箱对整车开发的影响。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明电动汽车的动力输出系统的结构图。

图2为本发明电动汽车的动力输出系统的示范性结构图。

图3为本发明电动汽车的动力输出方法的流程图。

图4为本发明电动汽车的牵引力曲线示意图。

图5为本发明电动汽车的功率平衡曲线示意图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

在本发明实施方式中，通过在前后轴设置不同的电机和离合器，分别满足车辆高低速行驶需求，回避缺少大功率电机和多档自动变速箱对整车开发的影响。其中，前置大电机不可断开；后置小电机可断开；前置大电机在车辆的全速度范围工作(例如0～260km/h)，而后置小电机仅中低速使用(例如140km/h以下)。

图1为本发明电动汽车的动力输出系统的结构图。

如图1所示，箭头所示方向为车辆前进方向，该动力输出系统包括：

前轴；

后轴；

前轴减速器，与前轴连接；

后轴减速器，与后轴连接；

电机离合器，与后轴减速器连接；

第一电机，与前轴减速器连接；

第二电机，与电机离合器连接；

其中第一电机的输出功率大于第二电机的输出功率。

在本发明实施方式中，在车辆前轴布置可满足车辆高速行驶需求的前置大电机(即第一电机)以及与之匹配的前轴减速器。而且，根据整车性能需求，确定在中低速时前置大电机的功率和转矩缺口，并以此为基础，对后置小电机(即第二电机)和与后置小电机匹配的后轴减速器进行选型，使前后电机同时工作时，整车的中低速行驶需求得到满足。根据后置小电机和与之匹配的后轴减速器，对后置小电机的离合器(电机离合器)进行选型。

在一个实施方式中，该动力输出系统还包括：

整车控制器，与第一电机和电机离合器连接，当电动汽车的当前车速低于等于预定门限值时，控制第一电机向前轴输出功率且控制电机离合器接通所述第二电机向后轴的功率输出通道；当电动汽车的当前车速高于预定门限值时，控制第一电机向前轴输出功率且控制电机离合器切断第二电机向后轴的功率输出通道。

优选的，第一电机在车辆的全速度范围工作(例如0～260km/h)，第二电机仅在中低速使用(例如140km/h以下)。

更优选的，第二电机的输出功率为第一电机的输出功率的一半。比如，第一电机的输出功率为100千瓦，第二电机的输出功率为50千瓦。

以上示范性描述了第一电机和第二电机的工作速度范围和输出功率实例，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。

其中，可以采用多种类型的电机离合器、前轴减速器和后轴减速器。比如，电机离合器包括主动部分和从动部分；第二电机经由第一花键连接主动部分；从动部分经由第二花键与后轴减速器的输入轴连接。

前轴减速器包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；所述第一电机的输出轴与所述一级减速齿轮的主动轮的输入轴连接；所述一级减速齿轮的从动轮经由中间轴与二级减速齿轮的主动轮连接；二级减速齿轮的从动轮与差速器的外壳连接；二级减速齿轮的从动轮与二级减速齿轮的主动轮啮合；差速器的两个输出半轴分别连接所述前轴的前左半轴和前右半轴。

类似地，后轴减速器包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；电机离合器的从动部分经由第二花键与一级减速齿轮的主动轮的输入轴连接；一级减速齿轮的从动轮经由中间轴与二级减速齿轮的主动轮连接；二级减速齿轮的从动轮与差速器的外壳连接；二级减速齿轮的从动轮与二级减速齿轮的主动轮啮合；差速器的两个输出半轴分别连接后轴的后左半轴和后右半轴。

图2为本发明电动汽车的动力输出系统的示范性结构图。

如图2所示，该动力输出系统包括：

前轴4；

后轴5；

前轴减速器1，与前轴4连接；

后轴减速器2，与后轴5连接；

电机离合器3，与后轴减速器2连接；

第一电机，与前轴减速器1连接；

第二电机，与电机离合器3连接；其中第一电机的输出功率大于第二电机的输出功率。

电机离合器3包括主动部分和从动部分；第二电机经由第一花键连接主动部分；从动部分经由第二花键与后轴减速器2的输入轴连接。当电机离合器3从整车控制器接收连接命令时，电机离合器3基于连接命令将主动部分与从动部分连接，从而接通第二电机向后轴5的功率输出通道。当电机离合器3从整车控制器接收断开命令；基于断开命令将主动部分与从动部分断开，从而切断第二电机向后轴5的功率输出通道。

前轴减速器1包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；第一电机的输出轴与一级减速齿轮的主动轮的输入轴连接；所述一级减速齿轮的从动轮经由中间轴与二级减速齿轮的主动轮连接；二级减速齿轮的从动轮与差速器的外壳连接；二级减速齿轮的从动轮与二级减速齿轮的主动轮啮合；差速器的两个输出半轴分别连接前轴4的前左半轴和前右半轴。

后轴减速器2包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；电机离合器3的从动部分经由第二花键与一级减速齿轮的主动轮的输入轴连接；一级减速齿轮的从动轮经由中间轴与二级减速齿轮的主动轮连接；二级减速齿轮的从动轮与差速器的外壳连接；二级减速齿轮的从动轮与二级减速齿轮的主动轮啮合；差速器的两个输出半轴分别连接后轴5的后左半轴和后右半轴。

基于上述描述，本发明实施方式还提出了一种电动汽车的动力输出方法。

图3为本发明电动汽车的动力输出方法的流程图。该方法适用于电动汽车的动力输出系统，电动汽车的动力输出系统包括：前轴；后轴；第一电机，与前轴减速器连接，其中前轴减速器与前轴连接；第二电机，与电机离合器连接，其中电机离合器与后轴减速器连接，后轴减速器与后轴连接；其中第一电机的输出功率大于第二电机的输出功率。

如图3所示，该方法包括：

步骤301：在电动汽车启动时，控制第一电机向所述前轴输出功率，并控制电机离合器接通第二电机向后轴的功率输出通道。

步骤302：当电动汽车的当前车速高于预定门限值时，控制电机离合器切断第二电机向后轴的功率输出通道，并继续控制第一电机向所述前轴输出功率。

优选的，第二电机的输出功率为第一电机的输出功率的一半。

电机离合器包括主动部分和从动部分；第二电机经由第一花键连接主动部分；从动部分经由第二花键与后轴减速器的输入轴连接。其中：控制电机离合器接通第二电机向后轴的功率输出通道包括：从整车控制器接收连接命令；基于连接命令将主动部分与从动部分连接。电机离合器的主动部分与从动部分连接之后，第二电机向后轴的功率输出通道接通。此时，第二电机依次经由第一花键、电机离合器的主动部分、电机离合器的从动部分、第二花键、后轴减速器的输入轴向后轴减速器提供功率，而后轴减速器再将该功率传递到后轴。

在一个实施方式中，控制电机离合器切断第二电机向后轴的功率输出通道包括：从整车控制器接收断开命令；基于断开命令将主动部分与从动部分断开。主动部分与从动部分断开之后，电机离合器即切断了第二电机向后轴的功率输出通道。

前轴减速器包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；第一电机的输出轴与一级减速齿轮的主动轮的输入轴连接；一级减速齿轮的从动轮经由中间轴与二级减速齿轮的主动轮连接；二级减速齿轮的从动轮与差速器的外壳连接；二级减速齿轮的从动轮与二级减速齿轮的主动轮啮合；差速器的两个输出半轴分别连接前轴的前左半轴和前右半轴。

图4为本发明电动汽车的牵引力曲线示意图。图5为本发明电动汽车的功率平衡曲线示意图。

在图4中，曲线41为理想牵引力曲线；曲线42为总牵引力曲线；曲线43为后轴牵引力曲线；曲线44为前轴牵引力曲线；曲线45为阻力曲线。在图5中，曲线51为前轴功率曲线；曲线52为后轴功率曲线；曲线53为总功率曲线；曲线54为阻力功率曲线。

如图4和图5所示，当车速低于v3时，前后电机分别驱动前后轴提供牵引力；当车速大于v3时，后轴小电机离合器断开连接，后轴不再输出牵引力，车辆仅由前轴大电机驱动。需要注意的是，由于前轴大电机是按照车辆高速行驶需求设计的，所以其在车速v3以上时，车辆的总牵引力(此时等于前轴牵引力)符合理想牵引力曲线。小于但接近v3的车速为车辆跑高速公路常用的车速(80-140km/h)，在功率平衡图中可见，此时车辆可以输出全部前后电机功率，在v3前具有足够的后备功率，具备优良的高速加速性。车速大于v3时，后轴小电机断开，从而减少总功率和后备功率，提高经济性。

具体的，如图4和图5所示，对于特定的后轴减速器传动比i，后轴牵引力曲线会在图4左图中左右移动，其与阻力曲线的交点对应的横坐标就是后轴减速器传动比i最高车速Vi。设计指标中有一项是最高稳定车速V_max，是定值。当更改后轴减速器传动比i，使得Vi＝V_max时，该传动比i就确定为匹配后的后轴减速器传动比。

同样道理，如图4和图5所示，对于特定的前轴减速器传动比i，前轴牵引力曲线会在图4左图中左右移动，前轴牵引力曲线加上已匹配好的后轴牵引力曲线，即是总牵引力曲线。总牵引力曲线的水平段的纵坐标就是前轴减速器传动比i对应的整车最大牵引力。最大牵引力是定值，是一项设计指标。当更改前轴减速器传动比i(不需要再改后轴传动比，因为之前已经匹配好了)，使得整车的最大牵引力满足设计要求，这个传动比i就确定为匹配后的前轴减速器传动比。

可以将本发明实施方式提出的电动汽车的动力输出系统和方法应用到各种类型的电动汽车中。比如，可以应用到混合动力电动汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)和其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)汽车等。

综上所述，在本发明实施方式中，系统包括：前轴；后轴；第一电机，与前轴减速器连接，其中所述前轴减速器与所述前轴连接；第二电机，与电机离合器连接，其中所述电机离合器与后轴减速器连接，所述后轴减速器与所述后轴连接；其中所述第一电机的输出功率大于所述第二电机的输出功率。可见，通过在前后轴设置不同的电机和离合器，分别满足车辆高低速行驶需求，回避缺少大功率电机和多档自动变速箱对整车开发的影响。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”并不表示将本发明相关部分的数量限制为“仅此一个”，并且“一个”不表示排除本发明相关部分的数量“多于一个”的情形。在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车的动力输出系统，其特征在于，包括：

前轴；

后轴；

前轴减速器，与所述前轴连接；

后轴减速器，与所述后轴连接；

电机离合器，与所述后轴减速器连接；

第一电机，与所述前轴减速器连接；

第二电机，与所述电机离合器连接；

其中所述第一电机的输出功率大于所述第二电机的输出功率。

2.根据权利要求1所述的电动汽车的动力输出系统，其特征在于，还包括：

整车控制器，与所述第一电机和所述电机离合器连接，当所述电动汽车的当前车速低于等于所述预定门限值时，控制第一电机向所述前轴输出功率且控制所述电机离合器接通所述第二电机向所述后轴的功率输出通道；当所述电动汽车的当前车速高于预定门限值时，控制第一电机向所述前轴输出功率且控制所述电机离合器切断所述第二电机向所述后轴的功率输出通道。

3.根据权利要求1所述的电动汽车的动力输出系统，其特征在于，所述电机离合器包括主动部分和从动部分；

所述第二电机经由第一花键连接所述主动部分；所述从动部分经由第二花键与所述后轴减速器的输入轴连接。

4.根据权利要求1所述的电动汽车的动力输出系统，其特征在于，所述前轴减速器包括一级减速齿轮、二级减速齿轮和差速器；

所述第一电机的输出轴与所述一级减速齿轮的主动轮的输入轴连接；所述一级减速齿轮的从动轮经由中间轴与二级减速齿轮的主动轮连接；二级减速齿轮的从动轮与差速器的外壳连接；二级减速齿轮的从动轮与二级减速齿轮的主动轮啮合；差速器的两个输出半轴分别连接所述前轴的前左半轴和前右半轴。

5.根据权利要求1所述的电动汽车的动力输出系统，其特征在于，所述第二电机的输出功率为所述第一电机的输出功率的一半。

6.一种电动汽车的动力输出方法，其特征在于，所述方法适用于电动汽车的动力输出系统，所述电动汽车的动力输出系统包括：前轴；后轴；第一电机，与前轴减速器连接，其中所述前轴减速器与所述前轴连接；第二电机，与电机离合器连接，其中所述电机离合器与后轴减速器连接，所述后轴减速器与所述后轴连接；其中所述第一电机的输出功率大于所述第二电机的输出功率；该方法包括：

在所述电动汽车启动时，控制第一电机向所述前轴输出功率，并控制所述电机离合器接通所述第二电机向所述后轴的功率输出通道；

当所述电动汽车的当前车速高于预定门限值时，控制所述电机离合器切断所述第二电机向所述后轴的功率输出通道，并继续控制第一电机向所述前轴输出功率。

7.根据权利要求6所述的电动汽车的动力输出方法，其特征在于，所述第二电机的输出功率为所述第一电机的输出功率的一半。

8.根据权利要求6所述的电动汽车的动力输出方法，其特征在于，所述电机离合器包括主动部分和从动部分；所述第二电机经由第一花键连接所述主动部分；所述从动部分经由第二花键与所述后轴减速器的输入轴连接；

所述控制电机离合器接通所述第二电机向所述后轴的功率输出通道包括：

从整车控制器接收连接命令；

基于所述连接命令将所述主动部分与所述从动部分连接。

9.根据权利要求8所述的电动汽车的动力输出方法，其特征在于，所述控制所述电机离合器切断所述第二电机向所述后轴的功率输出通道包括；

从整车控制器接收断开命令；

基于所述断开命令将所述主动部分与所述从动部分断开。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1所述的电动汽车的动力输出系统。