專利名稱：多級(jí)高效變頻調(diào)速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別是一種多級(jí)高效變頻調(diào)速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
由于電動(dòng)汽車(包括純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車以及燃料電池汽車)運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載變化范圍較大，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍有限，需選用較大功率的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以滿足其動(dòng)力需求，所以會(huì)出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象，無(wú)法兼顧驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性，且驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的效率對(duì)整車的性能，如續(xù)駛里程、燃油消耗率有著重要的影響，所以擴(kuò)寬電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作范圍，提高其工作效率對(duì)電動(dòng)汽車的研究與開發(fā)有著重要作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠依據(jù)電動(dòng)汽車負(fù)載變化的大小，而改變電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出功率的多級(jí)高效變頻調(diào)速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)裝置及控制方法，以克服上述的不足。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明由交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)組以及控制系統(tǒng)組成，其中控制系統(tǒng)包括電子加速踏板、電動(dòng)汽車交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制單元及導(dǎo)線，其中電子加速踏板的輸出與控制單元的數(shù)據(jù)線相連，控制單元的輸出控制電動(dòng)汽車交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)組工作，其特點(diǎn)是交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)組由兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)串聯(lián)構(gòu)成；上述兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不同，其中電動(dòng)機(jī)A的基頻轉(zhuǎn)速較低，低速轉(zhuǎn)矩較大而最高轉(zhuǎn)速較低，電動(dòng)機(jī)B基頻轉(zhuǎn)速較高，低速轉(zhuǎn)矩較小而最高轉(zhuǎn)速較高；上述兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電源分別與兩個(gè)獨(dú)立控制器的控制輸出線相連，兩個(gè)獨(dú)立控制器分別將直流電源的直流輸入逆變?yōu)榻涣麟娸敵?，提供給兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，獨(dú)立控制器的控制信號(hào)輸入端分別與電動(dòng)汽車控制單元的控制輸出線相連接。
本發(fā)明還提供了多級(jí)高效變頻調(diào)速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的控制方法，第一步驟電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中，駕駛員操縱電子加速踏板，整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元將電子加速踏板的位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為車輛需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并采集該時(shí)刻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小決定雙電動(dòng)機(jī)工作方式；第二步驟若車輛工作于低速高轉(zhuǎn)矩區(qū)，且功率需求不大，則選用電動(dòng)機(jī)A單獨(dú)工作；若車輛工作于高速低轉(zhuǎn)矩區(qū)，且功率需求不大，則選用電動(dòng)機(jī)B單獨(dú)工作；若車輛工作于大功率需求區(qū)，則采用雙電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作；第三步驟在采用雙電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作模式時(shí)，整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先錄入的電動(dòng)機(jī)效率分布特性數(shù)據(jù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配選擇，在一定的雙電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的條件下，分別選用兩臺(tái)電機(jī)的最佳工作轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩優(yōu)化分配。
由于本發(fā)明采用雙電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車根據(jù)車輛行駛過(guò)程中的功率需求，實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)合理搭配驅(qū)動(dòng)，擴(kuò)大電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作范圍，優(yōu)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作效率。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為電動(dòng)機(jī)A機(jī)械特性曲線圖。
圖3為電動(dòng)機(jī)B機(jī)械特性曲線圖。
圖4為電動(dòng)機(jī)A與電動(dòng)機(jī)B機(jī)械特性曲線比較圖。
圖5為雙電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性疊加曲線圖。
圖6為電動(dòng)機(jī)A與電動(dòng)機(jī)B工作效率分布曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
本發(fā)明(圖1)包括兩臺(tái)串接、且單獨(dú)供電的交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)A、電動(dòng)機(jī)B)、兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制器、電子加速踏板、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元及導(dǎo)線。電動(dòng)機(jī)A和電動(dòng)機(jī)B要求其機(jī)械特性不同，電動(dòng)機(jī)A的基頻轉(zhuǎn)速較低，低速轉(zhuǎn)矩較大而最高轉(zhuǎn)速較低，其機(jī)械特性曲線示例如圖2所示；電動(dòng)機(jī)B基頻轉(zhuǎn)速較高，低速轉(zhuǎn)矩較小而最高轉(zhuǎn)速較高，其機(jī)械特性曲線示例如圖3所示。兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制器分別對(duì)應(yīng)控制上述兩臺(tái)機(jī)械特性不同的電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制和電動(dòng)機(jī)信號(hào)采集。電子加速踏板將踏板行程轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出，實(shí)現(xiàn)駕駛員對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)高效變頻調(diào)速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體控制，對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算及反饋控制。
本發(fā)明采用了兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)可根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩大小，進(jìn)行三種不同的匹配驅(qū)動(dòng)模式，分別是電動(dòng)機(jī)A單獨(dú)工作、電動(dòng)機(jī)B單獨(dú)工作、電動(dòng)機(jī)A和電動(dòng)機(jī)B協(xié)同工作。在電動(dòng)汽車工作于低速高轉(zhuǎn)矩工況，如車輛起步、低速爬坡等，則選用低速轉(zhuǎn)矩較大的電動(dòng)機(jī)A單獨(dú)工作，從而避免電動(dòng)機(jī)由于低速轉(zhuǎn)矩不足而造成的過(guò)熱、效率下降等現(xiàn)象。在電動(dòng)汽車工作于高速地轉(zhuǎn)矩工況，如高速巡航行駛狀態(tài)，則選用基頻轉(zhuǎn)速較高的電動(dòng)機(jī)B單獨(dú)工作，從而避免電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不足的現(xiàn)象。如圖4所示，從圖中可看出，在電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速小于兩條實(shí)驗(yàn)曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，可選用電動(dòng)機(jī)A單獨(dú)工作，以保證低速時(shí)轉(zhuǎn)矩充足；在電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速大于兩條實(shí)驗(yàn)曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，可選用電動(dòng)機(jī)B單獨(dú)工作，以保證高速行駛的需要；在電動(dòng)汽車工作于大功率輸出工況，如重載行駛、起步加速、坡道起步、高速超車等，則選用電動(dòng)機(jī)A和電動(dòng)機(jī)B協(xié)同工作，以滿足該工況電動(dòng)汽車的功率需求，雙電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩合成機(jī)械特性曲線如圖5所示。這樣在電動(dòng)汽車不同的工況下能夠選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電機(jī)搭配，使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)無(wú)論在高速低轉(zhuǎn)矩、低速高轉(zhuǎn)矩或是大功率輸出狀態(tài)下始終保證正常工作，如圖5所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的合理搭配能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)工作范圍的擴(kuò)展。
本發(fā)明所采用的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其工作效率分布各不相同，其特征為，相同的電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)(轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩相同)，電動(dòng)機(jī)工作效率不同；相同的電動(dòng)機(jī)工作效率，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)不同；各電動(dòng)機(jī)分別有其高效工作區(qū)，且電動(dòng)機(jī)工作效率隨著遠(yuǎn)離該工作區(qū)而下降，如圖6所示。在相同的轉(zhuǎn)速下，兩臺(tái)電機(jī)均對(duì)應(yīng)有高效轉(zhuǎn)矩。由于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)串接，且兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別供電、分別控制，則兩臺(tái)電機(jī)共同運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速相同，其輸出轉(zhuǎn)矩為二者轉(zhuǎn)矩之和，雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總效率為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的效率的加權(quán)平均值。可由電動(dòng)機(jī)控制器分別調(diào)整兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，在保證二者之和達(dá)到車輛行駛需求的條件下，使兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩接近或達(dá)到高效轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)雙電動(dòng)機(jī)總輸出效率優(yōu)化。
本發(fā)明的工作原理是電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中，駕駛員操縱電子加速踏板，整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元將加速踏板的位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為車輛需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并采集該時(shí)刻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小決定雙電動(dòng)機(jī)工作方式，若車輛工作于低速高轉(zhuǎn)矩區(qū)，且功率需求不大，則選用電動(dòng)機(jī)A單獨(dú)工作；若車輛工作于高速地轉(zhuǎn)矩區(qū)，且功率需求不大，則選用電動(dòng)機(jī)B單獨(dú)工作；若車輛工作于大功率需求區(qū)，則采用雙電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作，在這種模式下，整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先錄入的電動(dòng)機(jī)效率分布特性數(shù)據(jù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配選擇，在一定的雙電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的條件下，分別選用兩臺(tái)電機(jī)的最佳工作轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩優(yōu)化分配。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在采用了特定的電動(dòng)機(jī)工作方式后，將控制信號(hào)分別提供給兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制器，電動(dòng)機(jī)控制器根據(jù)該控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的停機(jī)、運(yùn)行和變頻調(diào)速控制，并采集電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、輸出轉(zhuǎn)矩等信號(hào)，反饋給整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元，進(jìn)行下一輪控制。
本說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種多級(jí)高效變頻調(diào)速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)裝置，由交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)組以及控制系統(tǒng)組成，其中控制系統(tǒng)包括電子加速踏板、電動(dòng)汽車交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制單元及導(dǎo)線，其中電子加速踏板的輸出與控制單元的數(shù)據(jù)線相連，控制單元的輸出控制電動(dòng)汽車交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)組工作，其特征在于交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)組由兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)串聯(lián)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的多級(jí)高效變頻調(diào)速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不同，其中電動(dòng)機(jī)A的基頻轉(zhuǎn)速較低，低速轉(zhuǎn)矩較大而最高轉(zhuǎn)速較低，電動(dòng)機(jī)B基頻轉(zhuǎn)速較高，低速轉(zhuǎn)矩較小而最高轉(zhuǎn)速較高。
3.如權(quán)利要求1所述的多級(jí)高效變頻調(diào)速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電源分別與兩個(gè)獨(dú)立控制器的控制輸出線相連，兩個(gè)獨(dú)立控制器分別將直流電源的直流輸入逆變?yōu)榻涣麟娸敵?，提供給兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，獨(dú)立控制器的控制信號(hào)輸入端分別與電動(dòng)汽車控制單元的控制輸出線相連接。
4.一種多級(jí)高效變頻調(diào)速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制方法，包括兩臺(tái)串接、且單獨(dú)供電的交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)A、電動(dòng)機(jī)B)、兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制器、電子加速踏板、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元及導(dǎo)線，其控制步驟是第一步驟電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中，駕駛員操縱電子加速踏板，整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元將電子加速踏板的位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為車輛需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并采集該時(shí)刻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小決定雙電動(dòng)機(jī)工作方式；第二步驟若車輛工作于低速高轉(zhuǎn)矩區(qū)，且功率需求不大，則選用電動(dòng)機(jī)A單獨(dú)工作；若車輛工作于高速低轉(zhuǎn)矩區(qū)，且功率需求不大，則選用電動(dòng)機(jī)B單獨(dú)工作；若車輛工作于大功率需求區(qū)，則采用雙電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作；第三步驟在采用雙電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作模式下，整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先錄入的電動(dòng)機(jī)效率分布特性數(shù)據(jù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配選擇，在一定的雙電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的條件下，分別選用兩臺(tái)電機(jī)的最佳工作轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩優(yōu)化分配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多級(jí)高效變頻調(diào)速電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)裝置及控制方法，由交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)組以及控制系統(tǒng)組成，其特點(diǎn)是交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)組由兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)串聯(lián)構(gòu)成；兩臺(tái)交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不同，其中電動(dòng)機(jī)A的基頻轉(zhuǎn)速較低，低速轉(zhuǎn)矩較大而最高轉(zhuǎn)速較低，電動(dòng)機(jī)B基頻轉(zhuǎn)速較高，低速轉(zhuǎn)矩較小而最高轉(zhuǎn)速較高。由于本發(fā)明采用雙電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車根據(jù)車輛行駛過(guò)程中的功率需求，實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)合理搭配驅(qū)動(dòng)，擴(kuò)大電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作范圍，優(yōu)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作效率。
文檔編號(hào)B60K1/02GK1593981SQ20041001340
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者吳森, 苗華春, 林楓, 王琛, 金德先, 曹正策 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)