双电机传动结构、驱动系统及电动工程车辆
阅读说明：本技术 双电机传动结构、驱动系统及电动工程车辆 (Double-motor transmission structure, driving system and electric engineering vehicle ) 是由 薛卡 詹东安 户丹丹 邵杏国 梁岩岩 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种双电机传动结构,包括第一电机M1、第二电机M2、动力耦合传递单元、行走驱动力传递单元及行走驱动力输出轴S-out,所述动力耦合传递单元传动连接在所述第一电机M1的输出轴与所述第二电机M2的输出轴之间,所述行走驱动力输出轴S-out上配置有行走驱动力输出端；驱动系统通过主控制系统耦合控制动力输出,用于驱动电动工程车辆中的行走系统,实现所需车辆状态,利用双电机控制的灵活特性,省略变速箱换挡,满足工程车辆高速转场的工况要求,提高整车的经济性和可靠性,且结构控制简单、成本低,不会出现动力中断；整车布置更加紧凑,节省空间,电机经常处于高效区间工作,过载工况少,提高电机的使用寿命。(The invention relates to a double-motor transmission structure which comprises a first motor M1, a second motor M2, a power coupling transmission unit, a walking driving force transmission unit and a walking driving force output shaft S-out, wherein the power coupling transmission unit is in transmission connection between an output shaft of the first motor M1 and an output shaft of the second motor M2, and a walking driving force output end is configured on the walking driving force output shaft S-out; the driving system is coupled with and controls power output through the main control system and is used for driving a traveling system in the electric engineering vehicle to realize a required vehicle state, the flexible characteristic of double-motor control is utilized, gear shifting of a gearbox is omitted, the working condition requirement of high-speed transition of the engineering vehicle is met, the economy and the reliability of the whole vehicle are improved, the structure control is simple, the cost is low, and power interruption cannot occur; the whole vehicle is more compact in arrangement, the space is saved, the motor is often in high-efficiency interval work, the overload working condition is less, and the service life of the motor is prolonged.)
技术领域
本发明涉及电动工程车辆
技术领域
，特别是涉及一种双电机传动结构及工程车辆。背景技术
为满足施工作业效率不断提高及绿色环保的要求，工程机械逐步朝着电动化方向发展。目前工程机械行走系统构型是直接用单电机代替发动机，保留 原有的变速箱作为动力源，并未发挥电机较宽扭矩和转速的优势，造成单电机会使电机长时间处于低效率扭矩区域，同时变速箱换挡策略与电机协调控制较难，整车经济性较差。以装载机典型电动工程机械为例，需要较高的转场速度，作业时行驶速度和功率不大，铲料作业过程中需要行走系统提供最大的驱动力。
现有技术中，有多个专利提出了双输入、单输出式动力耦合系统，这样的系统虽然可以适用于具有单一驱动构型的承运车辆，但是很难直接满足高速转场和低速大扭矩作业的电动工程机械，并且动力耦合实现及换挡控制复杂，开发成本较高，换挡过程中会出现动力中断，很难适用于电动工程车辆的开发。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种双电机传动结构、驱动系统及电动工程车辆，其结构控制简单、成本低、不会出现动力中断、简洁的换挡控制，双电机动力耦合，满足工程车辆瞬间扭矩需求，如爬坡、满载作业需求，整车布置紧凑，电机更多处于高效区间工作，效率更高。
第一方面，本发明提供一种双电机传动结构。
一种双电机传动结构，包括第一电机M1、第二电机M2、动力耦合传递单元、行走驱动力传递单元及行走驱动力输出轴S-out，所述动力耦合传递单元传动连接在所述第一电机M1的输出轴与所述第二电机M2的输出轴之间，所述动力耦合传递单元包括耦合离合器C，所述行走驱动力传递单元传动连接在所述第一电机M1的输出轴与所述行走驱动力输出轴S-out之间，所述行走驱动力输出轴S-out上配置有行走驱动力输出端；
该传动结构实现单独驱动模式和耦合驱动模式，其中：
单独驱动模式：包括第一电机M1单独驱动模式和第二电机M2单独驱动模式；在第一电机M1单独驱动模式下，所述第一电机M1工作，所述第二电机M2不工作，所述耦合离合器C处于分离状态，所述第一电机M1的动力经所述行走驱动力传递单元从所述行走驱动力输出端输出；在第二电机M2单独驱动模式下，所述第一电机M1不工作，所述第二电机M2工作，所述耦合离合器C处于结合状态，所述第二电机M2的动力经所述动力耦合传递单元和所述行走驱动力传递单元从所述行走驱动力输出端输出；
耦合驱动模式：所述第一电机M1工作，所述第二电机M2工作，所述耦合离合器C处于结合状态，所述第二电机M2的动力经所述动力耦合传递单元与所述第一电机M1的动力耦合后，经所述行走驱动力传递单元从所述行走驱动力输出端输出。
可选地，所述动力耦合传递单元包括固定齿轮Z1、固定齿轮Z2、浮动齿轮Z3、固定齿轮Z4及传动轴 S-t，所述固定齿轮Z1固定安装在所述第一电机M1的输出轴上，所述固定齿轮Z2固定安装在所述传动轴S-t上，所述浮动齿轮Z3通过所述耦合离合器C安装在所述传动轴S-t上，所述固定齿轮Z4安装在所述第二电机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。
可选地，所述行走驱动力传递单元包括固定齿轮Z5和固定齿轮Z6，所述固定齿轮Z5固定安装在所述第一电机M1的输出轴上，所述固定齿轮Z6固定安装在所述行走驱动力输出轴S-out上，所述固定齿轮Z5与所述固定齿轮Z6啮合。
第二方面，本发明提供一种双电机驱动系统。
一种双电机驱动系统，包括上述任一所述的双电机传动结构，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，所述动力源为所述第一电机M1提供动力，所述低压电源为所述第二电机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，识别出当前所需的行走状态所需的扭矩以及所述第一电机M1、所述第二电机M2的当前转速；
b.基于电机效率最大化的原则，计算出所述第一电机M1、所述第二电机M2的最大输出转矩；
c.确定所述耦合离合器C的所需状态；
d.控制对应的电机和离合器执行相应的动作。
可选地，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。
可选地，所述车辆状态信息包括车辆当前车速、第一电机M1及第二电机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。
可选地，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连接至所述第一电机M1的控制信号输入端，所述第二电机M2的控制信号输入端连接有电机控制器MCU2。
可选地，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。
第三方面，本发明提供一种电动工程车辆。
一种电动工程车辆，包括上述任一所述的双电机驱动系统，还包括行走系统，所述行走驱动力输出轴S-out连接至所述行走系统。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明设计的双电机传动结构、驱动系统及电动工程车辆，利用双电机控制的灵活特性，省略变速箱换挡，满足工程车辆高速转场的工况要求，提高整车的经济性和可靠性，且结构控制简单、成本低，不会出现动力中断；整车布置更加紧凑，节省空间，电机经常处于高效区间工作，过载工况少，提高电机的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的双电机传动结构的示意图；
图2为本发明的电动工程车辆的结构连接框图；
图3为本发明的双电机驱动系统的控制流程图（其中，当前时刻为t时刻，0≤t＜N，N为整车作业结束时刻）。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，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。
实施例一
参见附图1，一种双电机传动结构，包括第一电机M1、第二电机M2、动力耦合传递单元、行走驱动力传递单元及行走驱动力输出轴S-out，动力耦合传递单元传动连接在第一电机M1的输出轴与第二电机M2的输出轴之间，动力耦合传递单元包括耦合离合器C，行走驱动力传递单元传动连接在第一电机M1的输出轴与行走驱动力输出轴S-out之间，行走驱动力输出轴S-out上配置有行走驱动力输出端；
该传动结构实现单独驱动模式和耦合驱动模式，其中：
单独驱动模式：包括第一电机M1单独驱动模式和第二电机M2单独驱动模式；在第一电机M1单独驱动模式下，第一电机M1工作，第二电机M2不工作，耦合离合器C处于分离状态，第一电机M1的动力经行走驱动力传递单元从行走驱动力输出端输出；在第二电机M2单独驱动模式下，第一电机M1不工作，第二电机M2工作，耦合离合器C处于结合状态，第二电机M2的动力经动力耦合传递单元和行走驱动力传递单元从行走驱动力输出端输出；
耦合驱动模式：第一电机M1工作，第二电机M2工作，耦合离合器C处于结合状态，第二电机M2的动力经动力耦合传递单元与第一电机M1的动力耦合后，经行走驱动力传递单元从行走驱动力输出端输出，耦合驱动模式下，若第二电机M2的输出轴经动力耦合传递单元至第一电机M1的输出轴的总传动比为i，则第二电机M2的转速n2和第一电机M1的转速n1之间满足n2=n1/i的关系。
其中，更具体地，动力耦合传递单元包括固定齿轮Z1、固定齿轮Z2、浮动齿轮Z3、固定齿轮Z4及传动轴 S-t，固定齿轮Z1固定安装在第一电机M1的输出轴上，固定齿轮Z2固定安装在传动轴S-t上，浮动齿轮Z3通过耦合离合器C安装在传动轴S-t上，固定齿轮Z4安装在第二电机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；行走驱动力传递单元包括固定齿轮Z5和固定齿轮Z6，固定齿轮Z5固定安装在第一电机M1的输出轴上，固定齿轮Z6固定安装在行走驱动力输出轴S-out上，固定齿轮Z5与固定齿轮Z6啮合。
下面的附表为工作模式、耦合离合器C的状态及电机状态与车辆形式状态的对应关系表。主控制系统按照当前需求控制耦合离合器和两电机转换为对应的状态。
在其他实施例中，动力耦合传递单元中的耦合离合器C也可以用同步器、换挡电机或锁止器等本领域常用替换手段来代替。同时，上述的第一电机M1或者第二电机M2也可以用发动机、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。
实施例二
参见附图2和附图3，一种双电机驱动系统，包括上述任一的双电机传动结构，还包括驾驶员操作输入端、低压电源、动力源及主控制系统，驾驶员操作输入端信号连接至主控制系统，低压电源为主控制系统提供电源，动力源为第一电机M1提供动力，低压电源为第二电机M2提供动力，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，识别出当前所需的行走状态所需的扭矩以及第一电机M1、第二电机M2的当前转速；
b.基于电机效率最大化的原则，计算出第一电机M1、第二电机M2的最大输出转矩；
c.确定耦合离合器C的所需状态；
d.控制对应的电机和离合器执行相应的动作。
上述的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；车辆状态信息包括车辆当前车速、第一电机M1及第二电机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；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，高压控制箱连接至高压电池，高压控制箱通过电机控制器MCU1连接至第一电机M1的控制信号输入端，第二电机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。
实施例三
参见附图2，一种电动工程车辆，包括上述的双电机驱动系统，还包括行走系统，行走驱动力输出轴S-out连接至行走系统，通过主控制系统对第一电机M1和第二电机M2进行耦合控制动力输出，完成所需的形式功能。
与现有技术相比，本发明实施例的双电机传动结构、驱动系统及电动工程车辆的优点在于：本发明实施例中的双电机驱动系统，相比行星传动形式，中间无需换挡保证无动力中断，仅需控制一个离合器实现动力耦合，同时能够根据工况负载的要求，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。
同时，利用双电机控制的灵活特性，省略变速箱换挡，满足工程车辆高速转场的工况要求，提高整车的经济性和可靠性，且结构控制简单、成本低，不会出现动力中断；整车布置更加紧凑，节省空间，电机经常处于高效区间工作，过载工况少，提高电机的使用寿命。
以上具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何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。
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