一种三电机混合驱动载货汽车及动力系统参数匹配方法技术方案

本发明专利技术涉及一种三电机混合驱动载货汽车及动力系统参数匹配方法。该三电机混合驱动载货汽车由第一驱动电机、第一输入轴、第一减速器、第一输出轴、汽车前桥、第二输入轴、第二驱动电机、第一动力电池、第二动力电池、第三驱动电机、第三输入轴、汽车后桥、第二输出轴、第二减速器、第三动力电池、控制器和第四动力电池组装构成；本发明专利技术在动力系统的参数匹配过程中，给出了三电机混合驱动载货汽车第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、减速器的参数匹配方法，为三电机混合驱动载货汽车动力系统开发提供了理论基础。本发明专利技术可减小驱动电机容量和电机制造难度，降低成本，同时通过三个电机功率的合理匹配，可以显著提高整车动力性与经济性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车动力系统领域，具体的说涉及一种三电机混合驱动载货汽车及动力系统参数匹配方法。
技术介绍
为解决能源与环境危机，电动汽车已成为世界汽车工业研究的热点。载货汽车作为汽车工业的重要组成部分，它的电动化将为解决能源与环境问题做出突出贡献。当前，电动载货汽车主要为单电机驱动，电动载货汽车与乘用车相比，存在载重大、风阻系数高、空载与满载、低速与高速功率需求差别大的特点，因此如果采用单电机驱动，在低速、空载状况下就会产生大马拉小车、能源利用效率偏低的现象。电动载货汽车在满载、高速状况下需要极大的驱动功率，因此单电机驱动的电动载货汽车的驱动电机功率会非常大，而大功率驱动电机及控制器一般需要水冷机构，制造工艺复杂，生产成本高。电动载货汽车载重大，减速和刹车工况下，可回收能量较大，单电机驱动方案，无法充分的回收制动能量。电动载货汽车的三电机驱动方案具有比单电机驱动方案更高的灵活性，同时，三电机驱动方案也对动力系统的参数匹配提出了更高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三电机混合驱动载货汽车及动力系统参数匹配方法，带有三电机的纯电动载货汽车可显著减小单个驱动电机容量，减小电机制造难度，降低成本，同时通过三个电机功率的合理匹配，可以显著提高整车动力性与经济性。本专利技术的具体技术方案如下：该三电机混合驱动载货汽车包括第一驱动电机、第一输入轴、第一减速器、第一输出轴、汽车前桥、第二输入轴、第二驱动电机、第一动力电池、第二动力电池、第三驱动电机、第三输入轴、汽车后桥、第二输出轴、第二减速器、第三动力电池、控制器和第四动力电池；其特征在于：所述第一驱动电机通过第一输入轴连接第一减速器，第一减速器的第一输出轴与汽车前桥相连，第一驱动电机主要用来满足载货汽车空载常见循环工况下功率需求；所述第二驱动电机通过第二输入轴连接第一减速器，第二驱动电机辅助第一驱动电机满足载货汽车满载常见循环工况下功率需求；所述第三驱动电机通过第三输入轴与第二减速器相连，第二减速器的第二输出轴与汽车后桥相连，所述第三驱动电机与第二驱动电机共同辅助第一驱动电机满足载货汽车满载高速巡航工况下功率需求；所述第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机分别与控制器连接、同时第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机在减速与制动状态下协同进行制动能量回收。所述控制器用于驾驶员意图识别、能量管理、驱动/制动控制、状态监测与容错控制。所述控制器与第一动力电池、第二动力电池、第三动力电池、和第四动力电池连接。上述三电机混合驱动载货汽车动力系统匹配方法包括以下步骤：、用Matlab/simulink搭建整车后向仿真模型和整车前向仿真模型，整车后向仿真模型包括循环工况模型、汽车模型、车轮模型、减速器模型、电机模型；整车前向仿真模型包括第一驱动电机模型、第二驱动电机模型、第三驱动电机模型、第一减速器模型、第二减速器模型、车轮模型、汽车模型；、根据整车性能指标，利用整车后向仿真模型计算载货汽车CYC_UDDS工况下的动力系统功率需求、最高车速下的动力系统功率需求，对第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机进行功率分配；1）、用整车空载在CYC_UDDS循环工况下的动力系统功率需求设计第一驱动电机峰值功率和额定功率，第一驱动电机峰值功率满足整车空载在CYC_UDDS循环工况下的动力系统峰值功率需求，第一驱动电机额定功率满足整车空载在CYC_UDDS循环工况下90%以上时间段的动力系统功率需求，第一驱动电机额定功率、峰值功率满足以下关系：(1)(2)(3)式中，为第一驱动电机额定功率，为整车空载在CYC_UDDS循环工况下动力系统额定功率需求，满足整车空载在CYC_UDDS循环工况下90%以上时间段的动力系统功率需求，为第一驱动电机峰值功率，为整车空载在CYC_UDDS循环工况下动力系统峰值功率需求，为第一驱动电机过载系数；2）、用整车满载在CYC_UDDS循环工况下的动力系统功率需求确定第二驱动电机峰值功率和额定功率，即第二驱动电机峰值功率与第一驱动电机峰值功率之和满足整车满载在CYC_UDDS循环工况下的动力系统峰值功率需求，第二驱动电机额定功率与第一驱动电机额定功率之和满足整车满载在CYC_UDDS循环工况下90%以上时间段的动力系统功率需求，第二驱动电机额定功率、峰值功率满足以下关系：(4)(5)(6)式中，为第二驱动电机额定功率，为整车满载在CYC_UDDS循环工况下动力系统额定功率需求，满足整车满载在CYC_UDDS循环工况下90%以上时间段的动力系统功率需求，为第二驱动电机峰值功率，为整车满载在CYC_UDDS循环工况下动力系统峰值功率需求，为第二驱动电机过载系数；3）、用整车满载最高车速工况下动力系统功率需求确定第三驱动电机功率，即第三驱动电机额定功率、第二驱动电机额定功率与第一驱动电机额定功率之和满足最高车速满载工况下动力系统额定功率需求，第三驱动电机额定功率、峰值功率满足以下关系：(7)(8)式中，为第三驱动电机额定功率，为整车满载最高车速下的动力系统功率需求，为电机过载系数；、根据驱动电机额定输出功率、过载系数和工作工况，初步选定驱动电机型号，并根据驱动电机效率和持续工作转矩图、过载系数、整车参数及性能指标对传动系进行设计，本专利技术三电机混合驱动载货汽车采用一级减速器结构设计，第一减速器传动比最大值、第二减速器传动比最大值满足最高车速要求，第一减速器传动比最小值、第二减速器传动比最小值满足加速和爬坡性能要求，同时第一减速器传动比使第一驱动电机、第二驱动电机额定转速落在常规车速附近，第二减速器传动比使第三驱动电机额定转速落在CYC_UDDS循环工况最高车速附近；、利用整车前向仿真模型对整车最高车速、加速性能、爬坡性能进行验证；本专利技术的优点和技术效果是：1、本专利技术与现有的单电机驱动方案和双电机驱动方案相比，同时考虑了载荷、速度两个因素对载货汽车动力系统额定输出功率的影响，可以在空载常见循环工况、满载常见循环工况、高速巡航工况、爬坡、加速等不同工况下采用不同的驱动电机及驱动电机间的组合进行驱动，使驱动电机始终工作在高效率区内。2本专利技术与单电机驱动方案相比，三电机混合驱动方案中的的单个驱动电机功率明显减小，不需要水冷机构，显著减小了电机制造难度，降低了成本，三电机混合驱动方案可以更加灵活的进行制动能量回收。3、本专利技术在动力系统的参数匹配过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电机混合驱动载货汽车，该混合驱动载货汽车包括第一驱动电机（1）、第一输入轴（2）、第一减速器（3）、第一输出轴（4）、汽车前桥（5）、第二输入轴（6）、第二驱动电机（7）、第一动力电池（8）、第二动力电池（9）、第三驱动电机（10）、第三输入轴（11）、汽车后桥（12）、第二输出轴（13）、第二减速器（14）、第三动力电池（15）、控制器（16）和第四动力电池（17）；其特征在于：所述第一驱动电机（1）通过第一输入轴（2）连接第一减速器（3），第一减速器（3）的第一输出轴（4）与汽车前桥（5）相连，第一驱动电机（1）主要用来满足载货汽车空载、常见循环工况下功率需求；所述第二驱动电机（7）通过第二输入轴（6）连接第一减速器（3），第二驱动电机（7）辅助第一驱动电机（1）满足载货汽车满载、常见循环工况下功率需求；所述第三驱动电机（10）通过第三输入轴（11）与第二减速器（14）相连，第二减速器（14）的第二输出轴（13）与汽车后桥（12）相连，所述第三驱动电机（10）与第二驱动电机（7）共同辅助第一驱动电机（1）满足载货汽车满载、高速巡航工况下功率需求；所述第一驱动电机（1）、第二驱动电机（7）和第三驱动电机（10）分别与控制器（16）连接、同时第一驱动电机（1）、第二驱动电机（7）和第三驱动电机（10）在减速与制动状态下协同进行制动能量回收；所述控制器（16）用于驾驶员意图识别、能量管理、驱动/制动控制、状态监测与容错控制；所述控制器（16）与第一动力电池（8）、第二动力电池（9）、第三动力电池（15）、和第四动力电池（17）连接；上述三电机混合驱动载货汽车动力系统匹配方法包括以下步骤：、用Matlab/simulink搭建整车后向仿真模型和整车前向仿真模型，整车后向仿真模型包括循环工况模型、汽车模型、车轮模型、减速器模型、电机模型；整车前向仿真模型包括第一驱动电机模型、第二驱动电机模型、第三驱动电机模型、第一减速器模型、第二减速器模型、车轮模型、汽车模型；、根据整车性能指标，利用整车后向仿真模型计算载货汽车CYC_UDDS工况下的动力系统功率需求、最高车速下的动力系统功率需求，对第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机进行功率分配；1）、用整车空载在CYC_UDDS循环工况下的动力系统功率需求设计第一驱动电机峰值功率和额定功率，第一驱动电机峰值功率满足整车空载在CYC_UDDS循环工况下的动力系统峰值功率需求，第一驱动电机额定功率满足整车空载在CYC_UDDS循环工况下90%以上时间段的动力系统功率需求，第一驱动电机额定功率、峰值功率满足以下关系：(1)(2)(3)式中，为第一驱动电机额定功率，为整车空载在CYC_UDDS循环工况下动力系统额定功率需求，满足整车空载在CYC_UDDS循环工况下90%以上时间段的动力系统功率需求，为第一驱动电机峰值功率，为整车空载在CYC_UDDS循环工况下动力系统峰值功率需求，为第一驱动电机过载系数；2）、用整车满载在CYC_UDDS循环工况下的动力系统功率需求确定第二驱动电机峰值功率和额定功率，即第二驱动电机峰值功率与第一驱动电机峰值功率之和满足整车满载在CYC_UDDS循环工况下的动力系统峰值功率需求，第二驱动电机额定功率与第一驱动电机额定功率之和满足整车满载在CYC_UDDS循环工况下90%以上时间段的动力系统功率需求，第二驱动电机额定功率、峰值功率满足以下关系：(4)(5)(6)式中，为第二驱动电机额定功率，为整车满载在CYC_UDDS循环工况下动力系统额定功率需求，满足整车满载在CYC_UDDS循环工况下90%以上时间段的动力系统功率需求，为第二驱动电机峰值功率，为整车满载在CYC_UDDS循环工况下动力系统峰值功率需求，为第二驱动电机过载系数；3）、用整车满载最高车速工况下动力系统功率需求确定第三驱动电机功率，即第三驱动电机额定功率、第二驱动电机额定功率与第一驱动电机额定功率之和满足最高车速满载工况下动力系统额定功率需求，第三驱动电机额定功率、峰值功率满足以下关系：(7)(8)式中，为第三驱动电机额定功率，为整车满载最高车速下的动力系统功率需求，为电机过载系数；、根据驱动电机额定输出功率、过载系数和工作工况，初步选定驱动电机型号，并根据驱动电机效率和持续工作转矩图、过载系数、整车参数及性能指标对传动系进行设计，本专利技术三电机混合驱动载货汽车采用一级减速器结构设计，第一减速器传动比最大值、第二减速器传动比最大值满足最高车速要求，第一减速器传动比最小值、第二减速器传动比最小值满足加速和爬坡性能要求，同时第一减速器传动比使第一驱动电机、第二驱动电机额定转速落在常规车速附近，第二减速器传动比使第三驱动电机额定转速落在CYC_UDDS循环工况最高车速附近；、利用整车前向仿真模型对整车最高...

【技术特征摘要】
1.一种三电机混合驱动载货汽车，该混合驱动载货汽车包括第一驱动电机（1）、第一输
入轴（2）、第一减速器（3）、第一输出轴（4）、汽车前桥（5）、第二输入轴（6）、第二驱动电机
（7）、第一动力电池（8）、第二动力电池（9）、第三驱动电机（10）、第三输入轴（11）、汽车后桥
（12）、第二输出轴（13）、第二减速器（14）、第三动力电池（15）、控制器（16）和第四动力电池
（17）；其特征在于：所述第一驱动电机（1）通过第一输入轴（2）连接第一减速器（3），第一减
速器（3）的第一输出轴（4）与汽车前桥（5）相连，第一驱动电机（1）主要用来满足载货汽车空
载、常见循环工况下功率需求；所述第二驱动电机（7）通过第二输入轴（6）连接第一减速器
（3），第二驱动电机（7）辅助第一驱动电机（1）满足载货汽车满载、常见循环工况下功率需
求；所述第三驱动电机（10）通过第三输入轴（11）与第二减速器（14）相连，第二减速器（14）
的第二输出轴（13）与汽车后桥（12）相连，所述第三驱动电机（10）与第二驱动电机（7）共同
辅助第一驱动电机（1）满足载货汽车满载、高速巡航工况下功率需求；所述第一驱动电机
（1）、第二驱动电机（7）和第三驱动电机（10）分别与控制器（16）连接、同时第一驱动电机
（1）、第二驱动电机（7）和第三驱动电机（10）在减速与制动状态下协同进行制动能量回收；
所述控制器（16）用于驾驶员意图识别、能量管理、驱动/制动控制、状态监测与容错控
制；
所述控制器（16）与第一动力电池（8）、第二动力电池（9）、第三动力电池（15）、和第四动
力电池（17）连接；
上述三电机混合驱动载货汽车动力系统匹配方法包括以下步骤：
、用Matlab/simulink搭建整车后向仿真模型和整车前向仿真模型，整车后向仿真模
型包括循环工况模型、汽车模型、车轮模型、减速器模型、电机模型；整车前向仿真模型包括
第一驱动电机模型、第二驱动电机模型、第三驱动电机模型、第一减速器模型、第二减速器
模型、车轮模型、汽车模型；
、根据整车性能指标，利用整车后向仿真模型计算载货汽车CYC_UDDS工况下的动力
系统功率需求、最高车速下的动力系统功率需求，对第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱
动电机进行功率分配；
1）、用整车空载在CYC_UDDS循环工况下的动力系统功率需求设计第一驱动电机峰值功
率和额定功率，第一驱动电机峰值功率满足整车空载在CYC_UDDS循环工况下的动力系统峰
值功率需...

【专利技术属性】
技术研发人员：马芳武，尹红彬，蒲永锋，代凯，李金航，杨龙帆，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22