主从式双电机传动装置、驱动系统及电动工程车辆转让专利
申请号 : CN202110897397.9
文献号 : CN113415155B
文献日 : 2022-04-05
发明人 : 薛卡 , 詹东安 , 梁岩岩 , 石国国
申请人 : 江苏汇智高端工程机械创新中心有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种主从式双电机传动装置,其特征在于,包括主电机M1、从电机M2、动力输出轴S‑out、前进挡离合器CF、后退挡离合器CR、动力耦合传递单元、第一动力传递单元及第二动力传递单元,所述前进挡离合器CF、所述后退挡离合器CR安装在所述主电机M1的输出轴上,所述动力耦合传递单元传动连接在所述主电机M1的输出轴与所述从电机M2的输出轴之间,所述第一动力传递单元传动连接在所述前进挡离合器CF与所述动力输出轴S‑out之间,所述第二动力传递单元传动连接在所述后退挡离合器CR与所述动力输出轴S‑out之间,所述主电机M1的输出轴上配置有第一动力输出端,所述动力输出轴S‑out上配置有第二动力输出端,
该传动装置实现以下工作模式:
单独驱动模式:包括第一工作模式和第二工作模式,其中:第一工作模式,所述前进挡离合器CF和所述后退挡离合器CR均处于分离状态,所述主电机M1的动力仅从所述第一动力输出端输出;
第二工作模式,包括前进作业模式和后退作业模式;处于前进作业模式时,所述前进挡离合器CF处于结合状态,所述后退挡离合器CR处于分离状态,所述主电机M1的动力从所述第一动力输出端输出,同时,所述主电机M1的动力经所述前进挡离合器CF和所述第一动力传递单元从所述第二动力输出端输出,所述主电机M1的输出轴与所述动力输出轴S‑out的转向相同;处于后退作业模式时,所述前进挡离合器CF处于分离状态,所述后退挡离合器CR处于结合状态,所述主电机M1的动力从所述第一动力输出端输出,同时,所述主电机M1的动力经所述后退挡离合器CR和所述第二动力传递单元从所述第二动力输出端输出,所述主电机M1的输出轴与所述动力输出轴S‑out的转向相反;
耦合驱动模式:所述从电机M2的动力经所述动力耦合传递单元与所述主电机M1的动力耦合后形成耦合动力;若所述从电机M2的输出轴经所述动力耦合传递单元至所述主电机M1的输出轴的总传动比为i,则所述从电机M2的转速n2和所述主电机M1的转速n1之间满足n2=n1/i的关系;耦合驱动模式包括第三工作模式、第四工作模式和第五工作模式,其中:第三工作模式,所述前进挡离合器CF和所述后退挡离合器CR均处于分离状态,耦合动力仅从所述第一动力输出端输出;
第四工作模式,包括前进作业模式和后退作业模式;处于前进作业模式时,所述前进挡离合器CF处于结合状态,所述后退挡离合器CR处于分离状态,耦合动力从所述第一动力输出端输出,同时,耦合动力经所述前进挡离合器CF和所述第一动力传递单元从所述第二动力输出端输出,所述主电机M1的输出轴与所述动力输出轴S‑out的转向相同;处于后退作业模式时,所述前进挡离合器CF处于分离状态,所述后退挡离合器CR处于结合状态,耦合动力从所述第一动力输出端输出,同时,耦合动力经所述后退挡离合器CR和所述第二动力传递单元从所述第二动力输出端输出,所述主电机M1的输出轴与所述动力输出轴S‑out的转向相反;
第五工作模式,所述主电机M1的动力为零,所述从电机M2的动力经所述动力耦合传递单元直接从所述主电机M1的输出轴输出,当所述前进挡离合器CF处于结合状态、所述后退挡离合器CR处于分离状态时,进入前进拖车模式;当所述前进挡离合器CF处于分离状态、所述后退挡离合器CR处于结合状态时,进入后退拖车模式;
所述动力耦合传递单元包括耦合离合器C1、固定齿轮Z1、固定齿轮Z2、浮动齿轮Z3及固定齿轮Z4,所述固定齿轮Z1固定安装在所述主电机M1的输出轴上,所述固定齿轮Z2固定安装在第一过渡轴S‑t1上,所述浮动齿轮Z3通过所述耦合离合器C1安装在所述第一过渡轴S‑t1上,所述固定齿轮Z4固定安装在所述从电机M2的输出轴上,所述固定齿轮Z1与所述固定齿轮Z2啮合,所述浮动齿轮Z3与所述固定齿轮Z4啮合;
所述第一动力传递单元包括浮动齿轮ZF、固定齿轮ZF1及固定齿轮ZF2,所述浮动齿轮ZF与所述固定齿轮ZF1啮合,所述固定齿轮ZF1与所述固定齿轮ZF2啮合,所述浮动齿轮ZF通过所述前进挡离合器CF安装在所述主电机M1的输出轴上,所述固定齿轮ZF1固定安装在第二过渡轴S‑t2上,所述固定齿轮ZF2固定安装在所述动力输出轴S‑out上;
所述第二动力传递单元包括浮动齿轮ZR及固定齿轮ZR1,所述浮动齿轮ZR与所述固定齿轮ZR1啮合,所述浮动齿轮ZR通过所述后退挡离合器CR安装在所述主电机M1的输出轴上,所述固定齿轮ZR1固定安装在所述动力输出轴S‑out上。
2.一种主从式双电机驱动系统,其特征在于,包括权利要求1所述的主从式双电机传动装置,还包括驾驶员操作输入端、低压电源、动力源及主控制系统,所述驾驶员操作输入端信号连接至所述主控制系统,所述低压电源为所述主控制系统提供电源,所述动力源为所述主电机M1提供动力,所述低压电源为所述从电机M2提供动力,所述主控制系统执行以下控制过程:
a.根据驾驶员操作输入端信息、车辆状态信息,识别出当前所需的作业和/或行驶所需的扭矩以及所述主电机M1、所述从电机M2的当前转速;
b.基于电机效率最大化的原则,计算出所述主电机M1、所述从电机M2的最大输出转矩;
c.确定所述耦合离合器C1、所述前进挡离合器CF和/或所述后退挡离合器CR的所需状态;
d.控制对应的电机和离合器执行相应的动作。
3.如权利要求2所述的驱动系统,其特征在于,所述驾驶员操作输入端信息包括油门及制动踏板开度、作业手柄开度、前进/后退/N挡位和/或手刹状态信息。
4.如权利要求2所述的驱动系统,其特征在于,所述车辆状态信息包括车辆当前车速、主电机M1及从电机M2的转速及转矩状态、电池管理系统的电量及最大充放电功率和/或整车高压连接状态信息。
5.如权利要求2所述的驱动系统,其特征在于,所述动力源包括高压电池、电池管理系统、高压控制箱及高压附件,所述高压控制箱连接至所述高压电池,所述高压控制箱通过电机控制器MCU1连接至所述主电机M1的控制信号输入端,所述从电机M2的控制信号输入端连接有电机控制器MCU2。
6.如权利要求5所述的驱动系统,其特征在于,所述低压电源为电池管理系统提供电源,所述电池管理系统信号连接至所述主控制系统,所述电机控制器MCU1信号连接至所述主控制系统,所述电机控制器MCU2信号连接至所述主控制系统。
7.一种电动工程车辆,其特征在于,包括如权利要求2‑6中任一项所述的主从式双电机驱动系统,还包括作业系统和行走系统,所述主电机M1的输出轴连接至所述作业系统,所述动力输出轴S‑out连接至所述行走系统。
说明书 :
主从式双电机传动装置、驱动系统及电动工程车辆
技术领域
背景技术
用一套电机,单电机的形式会使得电机长时间处于低效率低扭矩区域,整车经济性较差。但
双电机系统并未发挥出电机控制的灵活特性及两者某种重要工况下的动力耦合,目前,现
有的双电机动力传动装置,一般主要用于前驱或后驱电动车辆,大多采用行星齿轮组作为
动力耦合装置,该装置需配合不同数量的离合器或同步器实现车辆在不同电机工作模式下
的行驶动力输出,控制复杂,成本较高。而对于工程车辆来讲,要满足行驶和作业工况需求,
要求行驶速度调节区间较小,峰值扭矩与额定扭矩相差较大,行驶和作业功率相当,经常会
出现单独行驶或者单独作业的工况,因此需要双电机动力传动装置,完成两个电机的动力
耦合及分离,进而满足工程车辆的行驶和作业需求,通过灵活控制两个的电机运行特性,保
证产品的作业效率和经济性,同时双电机存在一定的动力冗余设计,控制简单,提高工程车
辆及零部件的可靠性。
双电机连续动力耦合控制,且成本高。
发明内容
车的多种工况需求,特别是能够适应瞬间大功率的需求,并且充分运用两个电机的运行特
性,保证动力输出及作业效率,另一方面双电机存在一定的动力冗余设计,传动装置设计更
简单,提升整机的可靠性和经济性。
所述前进挡离合器CF、所述后退挡离合器CR安装在所述主电机M1的输出轴上,所述动力耦
合传递单元传动连接在所述主电机M1的输出轴与所述从电机M2的输出轴之间,所述第一动
力传递单元传动连接在所述前进挡离合器CF与所述动力输出轴S‑out之间,所述第二动力
传递单元传动连接在所述后退挡离合器CR与所述动力输出轴S‑out之间,
所述第一动力输出端输出,同时,所述主电机M1的动力经所述前进挡离合器CF和所述第一
动力传递单元从所述第二动力输出端输出,所述主电机M1的输出轴与所述动力输出轴S‑
out的转向相同;处于后退作业模式时,所述前进挡离合器CF处于分离状态,所述后退挡离
合器CR处于结合状态,所述主电机M1的动力从所述第一动力输出端输出,同时,所述主电机
M1的动力经所述后退挡离合器CR和所述第二动力传递单元从所述第二动力输出端输出,所
述主电机M1的输出轴与所述动力输出轴S‑out的转向相反;
机M1的输出轴的总传动比为i,则所述从电机M2的转速n2和所述主电机M1的转速n1之间满
足n2=n1/i的关系;耦合驱动模式包括第三工作模式、第四工作模式和第五工作模式,其中:
力输出端输出,同时,耦合动力经所述前进挡离合器CF和所述第一动力传递单元从所述第
二动力输出端输出,所述主电机M1的输出轴与所述动力输出轴S‑out的转向相同;处于后退
作业模式时,所述前进挡离合器CF处于分离状态,所述后退挡离合器CR处于结合状态,耦合
动力从所述第一动力输出端输出,同时,耦合动力经所述后退挡离合器CR和所述第二动力
传递单元从所述第二动力输出端输出,所述主电机M1的输出轴与所述动力输出轴S‑out的
转向相反;
后退挡离合器CR处于分离状态时,进入前进拖车模式;当所述前进挡离合器CF处于分离状
态、所述后退挡离合器CR处于结合状态时,进入后退拖车模式。
齿轮Z2固定安装在第一过渡轴S‑t1上,所述浮动齿轮Z3通过所述耦合离合器C1安装在所述
第一过渡轴S‑t1上,所述固定齿轮Z4固定安装在所述从电机M2的输出轴上,所述固定齿轮
Z1与所述固定齿轮Z2啮合,所述浮动齿轮Z3与所述固定齿轮Z4啮合。
动齿轮ZF通过所述前进挡离合器CF安装在所述主电机M1的输出轴上,所述固定齿轮ZF1固
定安装在第二过渡轴S‑t2上,所述固定齿轮ZF2固定安装在所述动力输出轴S‑out上。
的输出轴上,所述固定齿轮ZR1固定安装在所述动力输出轴S‑out上。
至所述主控制系统,所述低压电源为所述主控制系统提供电源,所述动力源为所述主电机
M1提供动力,所述低压电源为所述从电机M2提供动力,所述主控制系统执行以下控制过程:
M1的控制信号输入端,所述从电机M2的控制信号输入端连接有电机控制器MCU2。
信号连接至所述主控制系统。
至所述行走系统。
况负载的要求,能够实现两个电机转矩合理分配,控制简单,成本更低,提升工程车辆的动
力和经济性。
附图说明
具体实施方式
到,可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改,而不会背离本发明的范围和精神。同
样,为了清楚和简明,以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
传递单元,前进挡离合器CF、后退挡离合器CR安装在主电机M1的输出轴上,动力耦合传递单
元传动连接在主电机M1的输出轴与从电机M2的输出轴之间,第一动力传递单元传动连接在
前进挡离合器CF与动力输出轴S‑out之间,第二动力传递单元传动连接在后退挡离合器CR
与动力输出轴S‑out之间,
端输出,同时,主电机M1的动力经前进挡离合器CF和第一动力传递单元从第二动力输出端
输出,主电机M1的输出轴与动力输出轴S‑out的转向相同;处于后退作业模式时,前进挡离
合器CF处于分离状态,后退挡离合器CR处于结合状态,主电机M1的动力从第一动力输出端
输出,同时,主电机M1的动力经后退挡离合器CR和第二动力传递单元从第二动力输出端输
出,主电机M1的输出轴与动力输出轴S‑out的转向相反;
i,则从电机M2的转速n2和主电机M1的转速n1之间满足n2=n1/i的关系;耦合驱动模式包括
第三工作模式、第四工作模式和第五工作模式,其中:
同时,耦合动力经前进挡离合器CF和第一动力传递单元从第二动力输出端输出,主电机M1
的输出轴与动力输出轴S‑out的转向相同;处于后退作业模式时,前进挡离合器CF处于分离
状态,后退挡离合器CR处于结合状态,耦合动力从第一动力输出端输出,同时,耦合动力经
后退挡离合器CR和第二动力传递单元从第二动力输出端输出,主电机M1的输出轴与动力输
出轴S‑out的转向相反;
态时,进入前进拖车模式;当前进挡离合器CF处于分离状态、后退挡离合器CR处于结合状态
时,进入后退拖车模式。
安装在第一过渡轴S‑t1上,浮动齿轮Z3通过耦合离合器C1安装在第一过渡轴S‑t1上,固定
齿轮Z4固定安装在从电机M2的输出轴上,固定齿轮Z1与固定齿轮Z2啮合,浮动齿轮Z3与固
定齿轮Z4啮合;第一动力传递单元包括浮动齿轮ZF、固定齿轮ZF1及固定齿轮ZF2,浮动齿轮
ZF与固定齿轮ZF1啮合,固定齿轮ZF1与固定齿轮ZF2啮合,浮动齿轮ZF通过前进挡离合器CF
安装在主电机M1的输出轴上,固定齿轮ZF1固定安装在第二过渡轴S‑t2上,固定齿轮ZF2固
定安装在动力输出轴S‑out上;第二动力传递单元包括浮动齿轮ZR及固定齿轮ZR1,浮动齿
轮ZR与固定齿轮ZR1啮合,浮动齿轮ZR通过后退挡离合器CR安装在主电机M1的输出轴上,固
定齿轮ZR1固定安装在动力输出轴S‑out上。
发动机、发动机‑发电机等其他动力形式来代替,可实现工程车辆的多种动力源形式。
接至主控制系统,低压电源为主控制系统提供电源,动力源为主电机M1提供动力,低压电源
为从电机M2提供动力,主控制系统执行以下控制过程,参见附图3:
从电机M2的转速及转矩状态、电池管理系统的电量及最大充放电功率和/或整车高压连接
状态信息。
入端,从电机M2的控制信号输入端连接有电机控制器MCU2;低压电源为电池管理系统提供
电源,电池管理系统信号连接至主控制系统,电机控制器MCU1信号连接至主控制系统,电机
控制器MCU2信号连接至主控制系统。
系统,通过主电机M1和从电机M2耦合控制动力输出,完成所需的作业和行驶功能。
车辆的中低功率段的空载作业、行驶及转向需求。从动电机通过离合器的结合快速实现与
主驱动电机的转矩耦合,满足工程车辆瞬间大功率需求,如爬坡、满载作业需求。一方面可
以降低两电机的峰值功率和峰值扭矩需求,充分运用两个的电机运行特性,保证动力输出
及作业效率,另一方面双电机存在一定的动力冗余设计,传动装置设计更简单,进而提升整
机的可靠性和经济性。
况负载的要求,能够实现两个电机转矩合理分配,控制简单,成本更低,提升工程车辆的动
力和经济性。
在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围
之内。