[发明专利]一种电动车动力系统及电动车辆

权利要求书

1.一种电动车辆，其特征是，包括：

车身；

控制系统；

电动车动力系统；

电动车动力系统包括：

壳体；

第一电机；

第二电机；

拉维纳行星齿轮机构，安装在壳体内，其大太阳轮与第一电机的输出轴传动连接，其小太阳轮与第二电机的输出轴传动连接；

单向离合器；

单向离合器连接壳体和拉维纳行星齿轮机构的齿圈，拉维纳行星齿轮机构的行星架连接有动力系统输出轴；

或者，单向离合器连接壳体和拉维纳行星齿轮机构的行星架，拉维纳行星齿轮机构的齿圈连接有动力系统输出轴；

控制系统与电动车动力系统连接并控制电动车动力系统实现定速比模式和无级变速模式两种驱动模式；

控制系统可执行如下控制逻辑：

定义：第一电机的转矩、转速、控制的目标扭矩、对应转速下的最大转矩以及最高转速分别为T_MG1、n_MG1、T_{MG1_目标}、T_{MG1_Max}、n_{MG1_Max}，第二电机的转矩、转速、控制的目标扭矩、对应转速下的最大转矩以及最高转速分别为T_MG2、n_MG2、T_{MG2_目标}、T_{MG2_Max}、n_{MG2_Max}，k_1B为齿圈半径与大太阳轮半径的比值，k_1A为齿圈半径与小太阳轮半径的比值，T_out为动力系统的输出转矩，n_out为动力系统的转速；

定速比模式时；

控制系统根据整车油门以及制动踏板状态判断整车处于驱动还是制动状态；

(1)如果整车处于驱动状态，此时动力系统的输入为第一电机和第二电机，输出为动力系统输出轴，第一电机和第二电机都为转矩控制模式，第一电机扭矩方向和输出轴转速方向相同，第二电机的扭矩方向和输出轴的方向相反；

对于单向离合器连接壳体和拉维纳行星齿轮机构的齿圈，拉维纳行星齿轮机构的行星架连接有动力系统输出轴的情况；

以第一电机为基础控制扭矩，判断T_out是否大于(1+k_1B)T_{MG1_Max}；如果大于，则T_{MG1_目标}＝T_{MG1_Max},T_{MG2_目标}＝T_out/(k_1A-1)-(1+k_1B)/(k_1A-1)*T_{MG1_Max}；

如果不大于，则T_{MG1_目标}＝T_out/(1+k_1B),T_{MG2_目标}＝0；

对于单向离合器连接壳体和拉维纳行星齿轮机构的行星架，拉维纳行星齿轮机构的齿圈连接有动力系统输出轴的情况；

以第一电机为基础控制扭矩，判断T_out是否大于k_1BT_{MG1_Max}；如果大于，则T_{MG1_目标}＝T_{MG1_Max},T_{MG2_目标}＝T_out/k_1A-k_1B/k_1A*T_{MG1_Max}；

如果不大于，则T_{MG1_目标}＝T_out/k_1B,T_{MG2_目标}＝0；

(2)如果整车处于制动状态，此时动力系统的输入为动力系统输出轴，输出为第一电机和第二电机，第一电机和第二电机都为转矩控制模式；

对于单向离合器连接壳体和拉维纳行星齿轮机构的齿圈，拉维纳行星齿轮机构的行星架连接有动力系统输出轴的情况；

以第一电机为基础控制扭矩，判断T_out是否小于-(1+k_1B)T_{MG1_Max}，如果是，则T_{MG1_目标}＝-T_{MG1_Max},T_{MG2_目标}＝-T_out/(k_1A-1)+(1+k_1B)/(k_1A-1)*T_{MG1_Max}；

如果不是，T_{MG1_目标}＝-T_out/(1+k_1B),T_{MG2_目标}＝0；

对于单向离合器连接壳体和拉维纳行星齿轮机构的行星架，拉维纳行星齿轮机构的齿圈连接有动力系统输出轴的情况；

以第一电机为基础控制扭矩，判断T_out是否小于-k_1BT_{MG1_Max}，如果是，则T_{MG1_目标}＝-T_{MG1_Max},T_{MG2_目标}＝-T_out/k_1A+k_1B)/k_1A*T_{MG1_Max}；

如果不是，T_{MG1_目标}＝-T_out/k_1B,T_{MG2_目标}＝0；

无级变速模式时；

首先，控制系统综合计算出每个输出轴转速以及扭矩下对应的综合效率最优值，即根据η_综合的推导公式以及边界条件，求解每一个T_{out_i}、n_{out_i}对应η_综合的最大值，并记录此时对应的T_{MG1_最优}和n_{MG2_最优}；

对于单向离合器连接壳体和拉维纳行星齿轮机构的齿圈，拉维纳行星齿轮机构的行星架连接有动力系统输出轴的情况；

边界条件，T_out＝T_MG1+T_MG2，且T_MG1*k_1B＝T_MG2*k_1A驱动状态

T_out＝-T_MG1-T_MG2，且T_MG1*k_1B＝T_MG2*k_1A制动状态

T_MG1＜＝T_{MG1_Max}，且n_MG1＜＝n_{MG1_Max}

T_MG2＜＝T_{MG2_Max}，且n_MG2＜＝n_{MG2_Max}

n_out*(1+k_1A/k_1B)＝n_MG2+n_MG1*k_1A/k_1B

对于单向离合器连接壳体和拉维纳行星齿轮机构的行星架，拉维纳行星齿轮机构的齿圈连接有动力系统输出轴的情况；

边界条件，T_out＝T_MG1+T_MG2，且T_MG1*(1+k_1B)＝T_MG2*(k_1A-1)驱动状态T_out＝-T_MG1-T_MG2，且T_MG1*(1+k_1B)＝T_MG2*(k_1A-1)制动状态

T_MG1＜＝T_{MG1_Max}，且n_MG1＜＝n_{MG1_Max}

T_MG2＜＝T_{MG2_Max}，且n_MG2＜＝n_{MG2_Max}

n_out*(1+k_1A/k_1B)＝n_MG2+n_MG1*k_1A/k_1B

在无级变速模式下，第一电机为转矩控制模式、第二电机为转速控制模式，以第二电机为基础控制转速，根据当前的动力系统输出轴转速和需求扭矩查找对应的最优控制变量，再通过油门以及制动踏板状态判断整车驱动、制动状态，结合边界条件得到控制目标：T_{MG1_目标}＝T_{MG1_最优}，n_{MG2_目标}＝n_{MG2_最优}；

定速比到无级变速模式切换时；

控制系统控制第一电机单独满足输出轴扭矩需求，同时将第二电机的扭矩撤0，第二电机扭矩撤为0后，记录此时的n_{MG2_切换}，并将第二电机的控制模式改为转速控制模式，转速目标为n_{MG2_目标}＝n_{MG2_切换}，待第二电机转速控制模式稳定后，以固定的转速目标变化率切换到最优转速，即转速n_{MG2_目标}＝(n_{MG2_最优}-n_{MG2_切换})/T_s*t+n_{MG2_切换}，其中，T_s为第二电机转速切换总标定时间，t为在两个转速切换过程之间的用时，当t＝T_s时，n_{MG2_目标}＝n_{MG2_最优}；无级变速到定速比切换时；

在无级变速模式下，MG2有一个当前的正在工作的转速，控制系统记录此时MG2的转速n_{MG2_切换}，根据当前输出轴转速计算齿圈或行星架转速为0时对应的第二电机转速，n_MG2＝-(k_1A-1)*n_out，以固定的转速目标变化率切换到最优转速，即转速n_{MG2_目标}＝(-(k_1A-1)*n_out-n_{MG2_切换})/T_s*t+n_{MG2_切换}，其中，T_s为第二电机转速切换总标定时间，t为在两个转速切换过程之间的用时，当t＝T_s时，n_{MG2_目标}＝-(k_1A-1)*n_out，当第二电机的转速达到-(k_1A-1)*n_out时，再以第一电机为基础扭矩，第二电机为辅助扭矩满足输出轴扭矩需求。