一種車輛及其輪邊驅動系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種車輛及其輪邊驅動系統(tǒng)，屬于電動汽車領域。
【背景技術】
[0002] 隨著汽車保有量的急劇攀升，汽車帶給地球的能源緊張和大氣污染問題日益嚴 重。新能源汽車尤其是純電動汽車成為各大廠家積極研發(fā)的方向，輪邊驅動作為一種純電 動結構的驅動方式具有動力傳遞路線短、布置靈活等多方面的優(yōu)勢。
[0003] 現(xiàn)有電動汽車構型方案中，采用將電機直接與車輪集成的方案或者輪邊電機的驅 動方案是最有利于整車性能提升的，而輪邊電機驅動技術是提高電動汽車性能的一項關鍵 技術，各輪驅動力僅通過驅動電機即可實現(xiàn)獨立控制控制而不必像傳統(tǒng)汽車那樣要對整車 動力傳動系及制動系進行綜合控制才能實現(xiàn)車輪驅動力控制。
[0004] 現(xiàn)有電動輪汽車技術文獻大多針對乘用車（兩輪前驅、兩輪后驅或四輪驅動）， 較少有關于客車的電動輪技術?？蛙嚲哂熊嚿黹L、載荷大的特點，例如滿載16T的客車，一 般采用單軸雙電機驅動，例如中國專利公布號CN103879307A公開了一種用于電動汽車的 后輪獨立驅動控制系統(tǒng)及方法，電機尺寸會較大，勢必會影響車內后軸處過道寬度；公布號 CN201354003Y公開了一種多輪驅動電動車，前軸在布置輪邊電機和減速器的同時，還要布 置轉向系，也會影響車內前軸處過道寬度，而且在轉向時的操控性能不如后驅車輛。
[0005] 針對輪邊電機驅動系統(tǒng)的扭矩分配，現(xiàn)有技術有如下方案：例如公布號為 CN104175902A的專利公開了一種電動輪汽車輪轂電機轉矩分配系統(tǒng)的轉矩分配控制方法， 其中電動輪汽車輪轂電機轉矩分配系統(tǒng)包括以下部分：駕駛員意圖模塊、輪轂電機、穩(wěn)定性 控制器、轉矩分配器、滑移率控制器、整車模塊、路面信息模塊和整車傳感器模塊。整車模塊 中的整車傳感器模塊測取輪轂電機轉速、車輪轉速、車速、質心側偏角、方向盤轉角、橫擺角 速度和側向加速度，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算得到電機分配轉距。該方案能夠根據(jù)車輛行駛狀 態(tài)、不同時刻車速和駕駛員意圖適時調節(jié)滑移率、電機狀態(tài)和轉矩分配，但是其不足之處在 于所使用的電機扭矩分配方法主要是針對各獨立車輪的輪轂電機進行轉矩分配，不適用于 多軸系統(tǒng)，且傳動效率沒有保障，其控制方法也比較復雜，不利于實際應用。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型的目的是提供一種車內過道寬、載客多、能耗低、操縱安全性好的輪邊 驅動系統(tǒng)，同時提供一種使用該驅動系統(tǒng)的車輛。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的方案包括：
[0008] 一種車輛輪邊驅動系統(tǒng)，包括1個轉向軸和m個驅動軸，m彡2,轉向軸用于與兩個 轉向輪連接，驅動軸上安裝有2m個由對應輪邊電機驅動的電動輪，每個輪邊電機對應連接 有一個電機控制器，各電機控制器均與整車控制器連接，所述整車控制器用于根據(jù)所采集 的需求信號向各電機控制器發(fā)送對應指令以控制對應輪邊電機驅動車輛行駛。
[0009] 所述輪邊電機通過減速器與對應車輪機械相連。
[0010] 一種車輛，包括車輪及對應的車輛輪邊驅動系統(tǒng)，所述車輛輪邊驅動系統(tǒng)包括I個轉向軸和m個驅動軸，m多2,轉向軸上安裝有兩個轉向輪，驅動軸上安裝有2m個由對應 輪邊電機驅動的電動輪，每個輪邊電機對應連接有一個電機控制器，各電機控制器均與整 車控制器連接，所述整車控制器用于根據(jù)所采集的需求信號向各電機控制器發(fā)送對應指令 以控制對應輪邊電機驅動車輛行駛。
[0011] 所述輪邊電機通過減速器與對應車輪機械相連。
[0012] 本實用新型的有益效果如下：
[0013] (1)提出一種不少于2個驅動軸的輪邊驅動系統(tǒng)，可以更合理的布置車內空間，并 且能獲得較好的動力性，載客能力和爬坡性能比單電機驅動客車有所增強。
[0014] (2)可以根據(jù)車輛需求功率，靈活分配各驅動軸扭矩，獲得較高的輪邊驅動系統(tǒng)效 率，最大程度的節(jié)省動力電池耗電量。
[0015] (3)由于使用了轉向差速控制驅動防滑模塊，提高車輛在各種復雜工況下的行駛 安全性，減小了前后輪胎的磨損，延長部分零部件的使用周期。
[0016] (4)將軸間扭矩分配、轉向差速和驅動防滑模塊結合在一起，形成一套適用于多后 軸輪邊驅動系統(tǒng)的控制方法，能實現(xiàn)驅動系統(tǒng)能量優(yōu)化、ASR、ESP、EBS等先進的汽車電子控 制系統(tǒng)功能，使得整車在動力性、經(jīng)濟性、舒適性和安全性等方面獲得良好的平衡。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實用新型的輪邊驅動控制系統(tǒng)整體結構圖。
[0018] 圖2是本實用新型的輪邊驅動控制系統(tǒng)的信號流程框圖。
[0019] 圖3是本實用新型的輪邊驅動控制系統(tǒng)原理圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0021] 如圖1所示為本實用新型車輛輪邊驅動系統(tǒng)的整體結構圖，由圖可知，該系統(tǒng)包 括多軸輪邊驅動裝置及其控制單元，多軸輪邊驅動裝置包括1個轉向軸和m個驅動軸， m彡2(m-般取2或3,圖1所示中的m= 2)，轉向軸上安裝兩個轉向輪，驅動軸上安裝有2m 個電動輪，每個電動輪由對應的輪邊電機、減速器和輪胎組成；控制單元包括整車控制器和 2m個電機控制器，即每個輪邊電機通過電路對應連接一個電機控制器，整車控制器與各電 機控制器控制連接，通過CAN網(wǎng)絡進行信息交互，且整車控制器用于根據(jù)所采集的需求信 號向各電機控制器發(fā)送對應指令以控制對應輪邊電機驅動車輛行駛。
[0022] 本實用新型的多軸輪邊驅動系統(tǒng)適用于目前大中型客車常用的后驅布置形式，前 輪只負責轉向，后軸負責驅動，采用多后軸驅動可以為整車提供更大的驅動力，從而使客車 獲得更大載客量；與單軸雙電機驅動相比，輪邊電機的功率和尺寸都比較小，使車內獲得較 寬的過道空間；多軸驅動可以適應不同坡度和車速要求的道路，能夠根據(jù)驅動功率需求，在 各驅動軸之間進行靈活的扭矩分配，優(yōu)化輪邊驅動系統(tǒng)效率。
[0023] 每個輪邊電機經(jīng)過減速器與車輪直接機械相連，縮短從驅動電機到驅動輪的動力 傳遞路徑，不僅能節(jié)約車內空間便于總體布局，而且減小了動力傳遞效率損失。輪邊電機為 高速內轉子電動機，具有體積小、質量輕的特點，減速器為二級減速器，速比較高。
[0024] 本實用新型還提供了一種使用上述輪邊驅動系統(tǒng)的車輛，可以是電動客車、乘用 汽車、載貨汽車、專用車等，如圖2所示，該系統(tǒng)包含整車控制器、輪邊電機及其控制器和各 種采集所需車輛信息的傳感器，其中整車控制器根據(jù)功能可劃分為駕駛員操作解析模塊、 電機系統(tǒng)效率優(yōu)化模塊、轉向差速模塊、車身穩(wěn)定控制模塊、驅動防滑模塊和滑移率計算模 塊。
[0025] 如圖3所示，各傳感器采集方向盤轉角、油門踏板開度、制動踏板開度、電機轉速、 車身橫擺角速度和檔位面板操作狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給整車控制器，整車控制器 向電機控制器發(fā)送工作模式、旋轉方向和輸出扭矩命令，電機控制器控制電機驅動車輛行 駛，行駛車輛再將各種需求信號反饋給整車控制器，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)（如圖2所示），并實 現(xiàn)輪邊電機的扭矩協(xié)調控制。
[0026] 整車控制器的駕駛員操作解析模塊用于對接收到的數(shù)據(jù)（駕駛員對方向盤、油門 踏板、制動踏板和檔位面板的操作信息）進行解析，解析后輸出電機的工作模式（驅動或發(fā) 電，正轉或反轉）和需求總扭矩，具體包括如下幾種方式：
[0027] (1)當車輛運行狀態(tài)為前進驅動時，根據(jù)加速踏板開度和各電機當前轉速平均值， 并由電機外特性表，得到各電機需求驅動扭矩并求和獲得需求總扭矩，并給電機控制器發(fā) 送正轉驅動的模式命令；
[0028] (2)車輛前進滑行或制動時，根據(jù)制動踏板開度和各電機當前轉速，并由電機外特 性表，獲得各電機需求發(fā)電扭矩并求和獲得需求總扭矩，并向電機控制器發(fā)送正轉發(fā)電的 模式命令；
[0029] (3)車輛倒車時，根據(jù)駕駛員對加速踏板和制動踏板的操縱，輸出需求總扭矩，并 向電機控制器發(fā)送反轉驅動或反轉發(fā)電的模式命令；
[0030] (4)在空檔時，輸出零扭矩，并給電機控制器發(fā)送待機命令。
[0031] -種應用上述驅動系統(tǒng)的扭矩分配方法的技術方案為，若車輛的驅動軸個數(shù)大于 1，具體分配方式和過程如下：
[0032] i、當車輛油門踏板開度不為零且方向盤轉角小于標定值時，認為車輛處于直線 行駛狀態(tài)，整車控制器的電機系統(tǒng)效率優(yōu)化模塊運行，此時該模塊以輪邊系統(tǒng)總效率最高 為目標，根據(jù)需求總扭矩的大小在各驅動軸之間進行扭矩分配，且同一個驅動軸對應的兩 個輪邊電機的扭矩相同；在低負荷時采用單軸驅動，在高負荷時雙軸（或者多驅動軸）同時 驅動，根據(jù)輪邊電機系統(tǒng)效率最優(yōu)算法進行軸間扭矩分配。
[0033] 舉例說明：
[0034] 當驅動軸數(shù)目m= 2時，定義Ic1為第一驅動軸驅動扭矩占總驅動扭矩的百分比， 且0 < 1，則兩驅動軸對應電機的扭矩的計算公式如下：
[0035] 驅動軸1電機扭矩：Tl=Treq?h/2
[0036] 驅動軸 2 電機扭矩：T2 =Treq? (1-1〇/2
[0037] 該模塊以輪邊系統(tǒng)總效率最高為目標，系統(tǒng)總效率為：
[0038] n=(Treq?n) / [2n? (Tl/n(Tl,n) +T2/n(T2,n))]
[0039] 其中，Treq為車輛需求總扭矩，n為輪邊電機平均轉速，n(Tl,n)和n(T2,n)分 別為兩驅動軸的電機在對應扭矩和轉速下的效率。
[0040] 同理，當驅動軸數(shù)目m= 3時，定義kpk2分別為驅動軸1和驅動軸2的驅動扭矩 占總驅動扭矩的百分比（0 <ki< 1，0 <k2< 1且O<ki+k2< 1)，則各驅動軸驅動扭矩 分別為：
[0041] 驅動軸1電機扭矩：Tl=Treq?h/2
[0042] 驅動軸2電機扭矩：T2 =Treq?k2/2
[0043] 驅動軸 3 電機扭矩：T3 =Treq? (l-kfkj/2
[0044] 此時系統(tǒng)總效率：
[0045] n=(Treq?n) / [2n? (Tl/n(Tl,n) +T2/n(T2,n) +T3/n(T3,n))]
[0046] 其中，Treq為車輛需求總扭矩，n為輪邊電機平均轉速，n(T1,n)和n(T2,