双电机耦合驱动系统构型分层设计方法

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.10.011

摘要/Abstract

摘要：

双电机耦合驱动系统可实现无动力中断模式切换和不同负载下的高效驱动，显著提高纯电动汽车的动力性和经济性。因其具有多自由度、多源驱动等特性，导致构型设计无规律可循。本文采用功能分析法研究双电机耦合驱动系统构型的功能生成及结构衍生过程，提出包含功能生成及结构衍生的分层设计方法。建立以子机构为基本单元的图论模型，基于运动干涉判断路径可耦合条件，通过路径叠加，获取满足功能需求的操纵序列。提出由基本构型到齿轴构型、齿轴构型到具体构型的逐级结构衍生方法。最后以某电动商用车为例，选取优选方案进行参数设计并仿真分析。与原车相比，C-WTVC工况下该类方案的百公里耗电量降低了8.97%，0-50 km/h的加速时间缩短了8.9 s。

关键词: 纯电动汽车, 双电机耦合驱动系统, 构型, 设计方法

Abstract:

The dual-motor coupling drive system can realize mode shifting without power interruption and efficiently driving under different loads， which significantly improves the power performance and energy economy of pure electric vehicles. Due to its characteristics of multi-degree-of-freedom and multi-power-source drive， the configuration design has no regularities to follow. In this paper， the function analysis method is used to study the process of function generation and structure derivation of the dual-motor coupling drive system configuration， and a hierarchical design method including function generation and structure derivation is proposed. A graph theory model with sub-mechanism as the basic unit is established； the path coupling conditions are determined based on motion interference. Through path superimposition， the shift sequences that meet functional requirements are obtained. A stepwise structure derivation method from basic configuration to gear-shaft configuration and gear-shaft configuration to concrete configuration is proposed. Finally， taking an electric commercial vehicle as an example， the optimal scheme is selected for parameters design and simulation analysis. Compared with the original vehicle， the power consumption for 100 km of this scheme is reduced by 8.97% in C-WTVC working condition， and the acceleration time from 0-50 km/h is shortened by 8.9 s.

Key words: pure electric vehicle, dual-motor coupling drive system, configuration, design method

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图/表 27

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参考文献 20

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多动力源路径操纵序列		子路径						个数	种类
多动力源路径操纵序列		a	b	c	d	e	f	个数	种类
B₁	｛c₁， e₁f₁， c₂｝｛d₁e₁c₁， d₁f₁， d₂f₁， d₂e₁c₂｝	0	0	2	2	1	1	6	4
B₂	｛c₁， e₁f₁， c₂｝｛d₁e₁c₁， d₁f₁， b₁， d₁e₁c₂｝	0	1	2	1	1	1	6	5
B₃	｛c₁， e₁f₁， c₂｝｛d₁e₁c₁， d₁f₁， d₂f₁， d₂e₂c₂｝	0	0	2	2	2	1	7	4
B₄	｛e₁f₁， e₂f₁， c₁｝｛a₁e₁f₁， d₁f₁， d₂f₁， d₂e₂c₁｝	1	0	1	2	2	1	7	5
B₅	｛e₁f₁， c₁， c₂｝｛a₁e₁f₁， d₁f₁， d₁f₂， a₁c₂｝	1	0	2	1	1	2	7	5
B₆	｛c₁， e₁f₁， c₂｝｛d₁e₁c₁， d₁f₁， b₁， d₁e₂c₂｝	0	1	2	1	2	1	7	5
B₇	｛c₁， e₁f₁， c₂｝｛d₁e₁c₁， b₁， b₂， d₁e₁c₂｝	0	2	2	1	1	1	7	5
B₈	｛c₁， e₁f₁， c₂｝｛a₁c₁， b₁， b₂， a₁c₂｝	1	2	2	0	1	1	7	5
B₉	｛c₁， e₁f₁， c₂｝｛a₁c₁， d₁f₁， d₂f₁， a₁c₂｝	1	0	2	2	1	1	7	5

子路径	连接自由度	个数
c	F₂-F₃	2
d	F₁-F₄	2
e	F₂-F₄	1
f	F₄-F₃	1

序列	变连接结构	布置形式
B₁	c₁， c₂， d₁， d₂， e₁， f₁	c₁-c₂， d₁-d₂， e₁， f₁
B₂	b₁， c₁， c₂， d₁， e₁， f₁	b₁-d₁， c₁-c₂， e₁， f₁
B₃	c₁， c₂， d₁， d₂， e₁， e₂， f₁	c₁-c₂， d₁-d₂， e₁-e₂， f₁
B₄	a₁， c₁， d₁， d₂， e₁， e₂， f₁	a₁-e₂， c₁-e₁， d₁-d₂， f₁
B₅	a₁， c₁， c₂， d₁， e₁， f₁， f₂	a₁-d₁， c₁-c₂， e₁， f₁-f₂
B₆	b₁， c₁， c₂， d₁， e₁， e₂， f₁	b₁-d₁， c₁-c₂， e₁-e₂， f₁
B₇	b₁， b₂， c₁， c₂， d₁， e₁， f₁	b₁-b₂， c₁-c₂， d₁-f₁， e₁
B₈	a₁， b₁， b₂， c₁， c₂， e₁， f₁	a₁-e₁， b₁-b₂， c₁-c₂， f₁； a₁， b₁-b₂， c₁-e₁， c₂-f₁
B₉	a₁， c₁， c₂， d₁， d₂， e₁， f₁	a₁-e₁， c₁-c₂， d₁-d₂， f₁

参数	数值
整备质量m/kg	25 000
迎风面积A/m²	6.825
轮胎半径R/m	0.51
风阻系数C_d	0.8
滚动阻力系数f	0.01
最大车速u_max/（km·h^-1）	100

参数	数值
电机峰值功率/kW	260
电机峰值转矩/（N·m）	2 800
电机峰值转速/（r·min^-1）	3 000
主减速器传动比	5.92
变速器传动比	3.99/2.47/1.55/0.97