CN102245424A - 扭矩控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于具有多个车轮的车辆的扭矩控制系统，其中至少两个车轮被配置为由分离的电动机来驱动，所述系统包括：主控制器，被配置为监控由至少一个电动机和另一个电动机所产生的扭矩，根据由至少一个电动机所产生的扭矩是减少的测定作为预定条件的结果，主控制器被配置为调节在至少一个电动机和/或另一个电动机中所产生的扭矩，以致由至少一个电动机所产生的扭矩与由另一个电动机所产生的扭矩是基本相同的。

Description

扭矩控制系统
技术领域
本发明涉及一种扭矩控制系统，尤其是一种用于具有多个车轮的车辆的扭矩控制系统，在该车辆中，至少两个车轮是被配置为由分离的电动机来驱动。
背景技术
人们对于环境友好的车辆的兴趣越来越增加，尤其是对于电动车的使用越来越感兴趣。
虽然大多数商业化可用的电动车采用中央电动机，该电动机被用于驱动两个或多个车轮，但是一个替代解决方案正逐渐流行，它采用轮内电动机，其中每个电动机被用于驱动车辆的各个车轮。
然而，对于多个车轮的车辆，当在直线上行驶时，车轮是个别地供电的，以保持驱动稳定性。可取的做法是：将电动机系统这样设计，以致由不同电动机所产生的扭矩是基本相同的。 
然而，如果该车辆是在直线上推进时，一个或多个轮内电动机会展现故障，阻止一个或多个轮内电动机提供所需要的扭矩值，该扭矩值能导致在车轮之间所需要的扭矩平衡，由车辆的使用者实施连续校正转动作。
改善这种状况是可取的。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了根据所附权利要求的一种扭矩控制系统和扭矩控制方法。
本发明提供了这样的优点：当其中一个轮内电动机展现故障时，允许在不同的轮内电动机之间形成平衡的扭矩。
附图说明
本发明将通过实施例的方式结合所附的附图来进行描述，在这些附图中：
图1显示了根据本发明的一个实施例所述的车辆；
图2显示了用于本发明的一个实施例中的电动机的爆炸示意图；
图3显示了从另一个角度看在图2中所示的电动机的爆炸示意图；
图4示意性地显示了根据本发明的一个实施例的三阶段发动机的例子；
图5显示了根据本发明的一个实施例所述的在一个轮内电动机与主控制器之间的通讯界面。
具体实施方式
图1显示了一个车辆100，例如汽车或货车，有四个车轮101，其中两个车轮定位于车辆的前面位置，分别在近侧和远离侧位置。类似地，另外两个车轮是位于车辆的尾部位置，分别在近侧和远离侧位置。这是典型的传统汽车构造。然而，本领域技术人员所应当明确的是，车辆也可以由任意数量的车轮。
整合在每个车轮101的是一个轮内电动机，正如下面所描述的。然而，虽然本实施例描述了一种具有与每个车轮101关联的轮内电动机的车辆，正如本领域技术人员所应当明确的，仅一个子集的车轮101可具有一个相关联的轮内电动机。例如，对于四轮车辆，仅前面两个车轮可具有关联的轮内电动机，或者仅后面两个车轮可具有轮内电动机。
联接到每个轮内电动机的是一个主控制器102，该主控制器102的功能将在下面描述。
为了图解说明的目的，轮内电动机是具有一组线圈的类型，该组线圈作为定子附着到车辆，由转子轴向围绕，转子携带一组磁体，用于附着到车轮。然而，正如本领域技术人员所应当明确的是，本发明也可应用于其他类型的电动机。为了免生疑问，本发明的不同方面是等同地可应用于具有相同配置的发电机，例如，在再生制动过程中，该发电机也产生扭矩。通常，根据需要，轮内电动机可被配置为提供包括驱动扭矩和再生制动扭矩。
正如图2中所示，轮内电动机40包括：定子252，包括后部分230，形成该组件的外壳的第一部分；散热与驱动装置231，包括多个线圈和驱动线圈的电子元件。线圈驱动装置231是固定到后部分230，以形成定子252，然后将该定子固定到车辆，在使用过程中不会旋转。这些线圈自身是在齿片上形成，齿片与驱动装置231和后部分230形成该定子252。
转子240包括：前部分220，和形成盖的圆柱形部分221。该转子240基本上围绕定子252。该转子包括多个磁体242，配置为围绕圆柱形部分221。因此，这些磁体是靠近在组件231上的线圈，以致由该线圈所产生的磁场在组件231内配合磁体242，该磁体242被配置为围绕转子240的圆柱形部分221的内部，以导致转子240旋转。
转子240是通过轴承块223附着到定子252。该轴承块223可以是标准轴承块，正如已用于车辆中的轴承块，发动机组件是适配于该轴承块的。所述轴承块包括两部分，第一部分附着到定子，而第二部分附着到转子。该轴承块被固定到定子252的壁230的中心部分233，也被固定到转子240的外壳壁220的中心部分225。因此，转子240是旋转地固定到车辆，通过在转子240的中心部分225的轴承块223来将转子用于车辆。这样具有以下优点：轮辋和轮胎能被固定到转子240的中心部分225，采用正常的轮螺栓来将轮辋固定到转子的中心部分，继而稳固在轴承块223的可旋转侧之上。这些轮螺栓可以通过转子的中心部分225来配合穿入轴承块自身。
所述转子还包括聚焦环和用于位置传感的磁体227。
图3是图2所示的相同组件从相对侧看的爆炸示意图，显示了定子252，包括后定子壁230和线圈和电子组件231。转子240包括：外转子壁220和圆周壁221，磁体242是圆周地配置在该圆周壁221内。正如之前所描述的，定子252是通过轴承块在转子壁和定子壁的中央部分连接到转子240的。
在图2中还显示了载有控制电子元件的电路板80，另外如熟知的电动机驱动控制器。在图2和图3中还在转子的圆周壁221与定子外壳230的外边缘之间提供了一个V形密封件350。进一步，在图3中，提供了一个磁环227，它包括换向聚焦环和多个磁体，用于根据定子将转子的位置指示给一系列传感器，这些传感器安装在定子252的电动机驱动控制器80上。
在图2和图3中所示的电动机40是具有三个线圈组的三相电动机。在本实施例中，每个线圈组包括八个子线圈组。然而，正如本领域技术人员所熟知的，电动机也可以有任意数量的线圈组和子线圈组。在图4中，每个线圈组的子线圈组分别被标记为44、46和48。相应地，在图4中所示的电动机具有总共24个子线圈组（也就是，每个线圈组有八个子线圈组）。
通过实施例的方式，在图4中，一些子线圈组被重点标记为带有“*”。如果这些子线圈组被断电，电动机仍能够操作，虽然性能有所降低。这样，该电动机的电力输出可根据具体应用的需要来进行调整。在一个实施例中，当该电动机被用于诸如汽车等车辆时，对一些线圈组进行断电，可被用于调整该小汽车的性能。在图4所示的实施例中，如果每个指示为带有“*”的子线圈组被断电，该电动机会有三个线圈组，每个线圈组由两个活跃的子线圈组。
一个或多个子线圈组的断电会具有进一步的利益：在其中一个子线圈组发生故障时，在电动机40内的其他子线圈组将会被断电，导致电动机40以一定方式继续操作，该方式保持围绕该电动机的周围的平衡的磁场轮廓，用于合适的多相操作。
电动机驱动控制器80是被配置为驱动一组三个子线圈组。例如，电动机驱动控制器可与定位在图4的顶部的第一组三个子线圈组44、46、48相关联。另一个电动机驱动控制器80是与下一组三个线圈组相关联。相应地，轮内电动机包括八个电动机驱动控制器80，它们被配置为驱动各自的子线圈组，以形成分布式内部电机架构，采用多个电动机驱动控制器80，用于控制由轮内电动机所产生的扭矩。
这种分布式电动机驱动控制构造，其中每个电动机驱动控制器80驱动带有三相电压的一组三个子线圈组，可被视为一组逻辑子电动机。每个逻辑子电动机可被独立于在该轮内电动机内的其他子电动机而被驱动，每个逻辑子电动机被作为三相电动机来驱动。
作为用于关联的逻辑子电动机的逆变器的电动机驱动控制器80，包括一定数量的开关，这些开关通常可包括一个或多个半导体装置。电动机驱动控制器80包括印刷电路板，一定数量的元件被安装在该印刷电路板上。该电路板包括：用于在电动机40内固定电动机驱动控制器80的装置，例如，各个电动机驱动控制器邻近于各自的子线圈组。在所图示的实施例中，这些装置包括孔，诸如螺丝等可穿过这些孔。在本实施例中，该印刷电路板是基本上楔形的。该形状允许多个电动机驱动控制器80被定位在该电动机内彼此邻近的地方，形成扇状装置。
电动机驱动控制器80开关可包括诸如MOSFET或者IGBT等半导体装置。在本实施例中，这些开关包括IGBT。然而，任何合适的已知的开关电路也可被应用于控制在与电动机驱动控制器80关联的子线圈组的线圈内的电路。这样一种开关电路的一个熟知的例子是H桥型电路。
每个电动机驱动控制器80还包括一个处理器，该处理器被配置为根据脉宽调制来操作这些开关，用于控制各个逻辑子电动机的扭矩，正如本领域技术人员所熟知。该处理器被配置为接收主控制器102通过CAN接口发来的扭矩需求，然而，在主控制器102与各个电动机驱动控制器80之间的任意形式的通讯连接都可被采用。
响应来自主控制器102的指示所需求的扭矩的控制信号，每个电动机驱动控制器80是被配置为对应用于半导体开关的信号进行脉宽调制，形成三相H桥型电路，以控制施加到每组三个子线圈组的电压，用于产生电动机扭矩，正如本领域技术人员所熟知。
所述扭矩需求通常是由车辆100的用户来启动，指示想要增加或减少该车辆的加速度。通常由车辆的用户通过一种需求装置输入其扭矩需求，由主控制器102解译，并与该轮内电动机40通信。
图5显示了一个轮内电动机的八个电动机驱动控制器80，通过CAN总线联接到主控制器102。如上所述，每个电动机驱动控制器80是被配置为驱动带有三相电压供应的三个子线圈组。电动机驱动控制器80各自通过CAN总线与主控制器进行通信，也与在轮内电动机内的其他电动机驱动控制器80进行通信。
与其他轮内电动机40相关联的电动机驱动控制器80也通过CAN总线联接到主控制器102，它们也能通过CAN总线与主控制器102进行通信，以及与在各自轮内电动机内的其他电动机驱动控制器80进行通信。
主控制器102提供控制信号给在每个轮内电动机内的每个电动机驱动控制器80，用于控制各个电动机驱动控制器80的操作。控制信号从主控制器102到电动机驱动控制器80的例子包括：扭矩需求、旋转速度、扭矩被应用的方向（也就是，顺时针或者逆时针），关于特定电动机驱动控制器80将会被启用或禁用的信号。
因此，主控制器102可控制在轮内电动机40内的每个电动机驱动控制器80的操作，并相应地控制作为轮内电动机的一部分的各个逻辑子电动机的操作。
因此，在给出的轮内电动机40内，电动机控制器102可禁止一个或多个电动机驱动控制器80和/或调节对于一个或多个逻辑子电动机的扭矩产生。
电动机驱动控制器80是被配置为通过CAN接口提供数据信号给主控制器102，提供电动机驱动控制器状态信息给主控制器102。由电动机驱动控制器80提供给主控制器102的状态信息的例子包括：线圈电流、旋转速度、过量电流、过量电压、欠电压、过温度、故障位置传感器以及故障电流传感器。然而，其他故障数据也可从电动机驱动控制器80提供到主控制器102。
为响应所接收的数据，主控制器102从已经接收的数据中确定是否有故障与电动机驱动控制器80相关联。故障条件可由超出操作范围条件来指示，例如，过量电流、过量电压、欠电压或过温度。可选地，故障条件也可以是由组件故障来指示。
故障条件可以导致扭矩的直接损失，例如，如果其中一个逻辑子电动机将要发生故障。可选地，主控制器102可减少对于电动机驱动控制器80的扭矩需求，独立于其他电动机驱动控制器80，根据从一个电动机驱动控制器80所接收的超出操作范围条件，例如，根据从电动机驱动控制器80接收到这样的信息：相关联的逻辑子电动机的温度是高于推荐的操作温度。为补偿该超出操作范围条件，对于特定电动机驱动控制器80的扭矩需求会被减少，或者该电动机驱动控制器80会被禁用。
优选地，在具有对称放置的逻辑子电动机的轮内电动机40内，为使在电动机上的张力最小化，并保持该电动机平滑运行，根据对于一个逻辑子电动机的扭矩减少，主控制器102被配置为减少在对侧放置的逻辑子电动机的扭矩。
根据一个轮内电动机40的扭矩减少的测定作为在一个或多个电动机驱动控制器80或关联的逻辑子电动机的故障条件的结果，主控制器102是被配置为调节在一个或多个其他车辆的轮内电动机40所产生的扭矩，以致在该轮内电动机40内产生的扭矩内故障条件已经被识别，至少一个其他车辆的轮内电动机40所产生的扭矩是基本相同的。
这样具有以下优点：在不同的轮内电动机之间保持扭矩平衡，因而避免根据在一个轮内电动机内发生的故障，对于车辆100的一个驱动器的需求而提供连续校正转动作。 
进一步的实施例在这里被描述如下：根据在轮内电动机40内的故障条件的测定，由主控制器102执行的扭矩控制已经导致由该轮内电动机40所产生的扭矩的减少。
根据由主控制器102测定的故障条件已经导致由轮内电动机40所产生的扭矩的减少的结果，其中该扭矩减少可能已经从在该轮内电动机40中的故障所导致，或者主控制器102可能已经减少了扭矩作为故障条件的结果，该主控制器102会减少发送到所有其他轮内电动机的扭矩需求，以致由每个轮内电动机40所产生的扭矩是基本相同的。
例如，基于具有四个轮内电动机40的车辆构造，根据在其中一个轮内电动机40的扭矩减少，该扭矩减少是由故障条件导致的结果，主控制器102减少对于其他三个轮内电动机40的扭矩需求，以致由每个轮内电动机40所产生的扭矩是基本相同的。同理，对于具有两个轮内电动机40的车辆构造，根据在其中一个轮内电动机40的扭矩减少，该扭矩减少是由故障条件导致的结果，主控制器102将要求在其他轮内电动机40内相应的扭矩减少。
根据由主控制器102测定的故障条件已经导致由轮内电动机40所产生的扭矩的减少的结果，其中该扭矩减少可能已经从在该轮内电动机40中的故障所导致，或者主控制器102可能已经减少了扭矩作为故障条件的结果，该主控制器102会减少发送到驱动车轮的轮内电动机40的扭矩需求，该轮内电动机40与展现故障条件的轮内电动机40在相同横轴位置，以致由每个轮内电动机40所产生的扭矩在相同的横轴上是基本相同的。
例如，基于具有四个轮内电动机40的车辆构造，根据在其中一个轮内电动机40的扭矩减少，该扭矩减少是由故障条件导致的结果，主控制器102减少对于驱动车轮的轮内电动机40的扭矩需求，该轮内电动机40与展现故障条件的轮内电动机40在相同横轴位置。然而，对于其他两个轮内电动机40的扭矩需求的要求不会改变，除非在驱动器输入扭矩需求的改变要求。
根据由主控制器102测定的故障条件已经导致由轮内电动机40所产生的扭矩的减少的结果，其中该扭矩减少可能已经从在该轮内电动机40中的故障所导致，或者主控制器102可能已经减少了扭矩作为故障条件的结果，对于在车辆的每一侧具有多个轮内电动机40的车辆构造，主控制器102被配置为减少发送到所有驱动在相对侧的车轮的电动机40的扭矩需求，该车轮是由至少一个电动机来驱动，以致这些驱动在车轮的不同侧的车轮的电动机的合并扭矩是减少了对应展示故障条件的轮内电动机40的扭矩减少的量。换句话说，由故障的电动机40所导致的扭矩减少是在定位于该车辆的相对侧的超过一个电动机40之间分担的，因而保持在车辆的对侧之间的扭矩平衡。
例如，基于具有四个轮内电动机40的车辆构造，其中两个轮内电动机40定位于车辆的近侧和远离侧，根据在其中一个轮内电动机40的扭矩减少，该扭矩减少是由故障条件导致的结果，主控制器102减少对于两个轮内电动机40的扭矩，这两个轮内电动机位于车辆的相对侧，减少的扭矩量是总体等于在故障的轮内电动机40中减少的扭矩量。
根据由主控制器102测定的故障条件已经导致由轮内电动机40所产生的扭矩的减少的结果，其中该扭矩减少可能已经从在该轮内电动机40中的故障所导致，或者主控制器102可能已经减少了扭矩作为故障条件的结果，如果该故障条件对应于其中一个电动机驱动控制器80的故障，主控制器会指示至少一个电动机驱动控制器80增加由它们各自的电动机线圈所产生的扭矩。正因如此，该主控制器可被配置为个别地控制对于给出的轮内电动机40的电动机驱动控制器80，以致对于轮内电动机的未展现故障的逻辑子电动机可产生更多扭矩来补偿由故障的逻辑子电动机所导致的扭矩减少。因此，由轮内电动机40所产生的总扭矩将会保持相同。可选择的是，如果不展示故障的逻辑子电动机不能完全补偿由故障的电动机驱动控制器80所导致的扭矩减少，主控制器102可被配置为减少在其他轮内电动机40的扭矩，如上所述。
虽然上述说明书描述了用于驱动轮内电动机的扭矩变化方案，同样的扭矩调整方案也可应用于再生制动。然而，为使制动力最大化，不减少在轮内电动机的再生制动扭矩作为在另一个轮内电动机的故障条件是可取的。

Claims (14)

1.一种用于具有多个车轮的车辆的扭矩控制系统，其中至少两个车轮被配置为由分离的电动机来驱动，所述系统包括：主控制器，被配置为监控由至少一个电动机和另一个电动机所产生的扭矩，根据由至少一个电动机所产生的扭矩是减少的测定作为预定条件的结果，主控制器被配置为调节在至少一个电动机和/或另一个电动机中所产生的扭矩，以致由至少一个电动机和另一个电动机所产生的扭矩具有预定的关系。
2.根据权利要求1所述的扭矩控制系统，其特征在于，所述预定的扭矩关系是：由至少一个电动机所产生的扭矩与由另一个电动机所产生的扭矩是基本相同的。
3.根据权利要求1或2所述的扭矩控制系统，其特征在于：所述预定的条件是故障条件。
4.根据前述任一权利要求所述的扭矩控制系统，其特征在于：根据由至少一个电动机所产生的扭矩是减少的测定作为预定条件的结果，所述主控制器被配置为减少对于另一个电动机的扭矩。
5.根据前述任一权利要求所述的扭矩控制系统，其特征在于：所述预定条件是过温度条件。
6.根据权利要求1至4之一所述的扭矩控制系统，其特征在于：每个电动机包括多个电动机驱动控制器，用于控制个别的电动机的操作，其中所述预定条件是在电动机驱动控制器内的故障。
7.根据前述任一权利要求所述的扭矩控制系统，其特征在于：对于在车辆的每一侧具有至少两个车轮的车辆，每个车轮是被配置为由分离的电动机来驱动，根据由至少一个电动机所产生的扭矩是减少的测定作为预定条件的结果，所述主控制器被配置为减少对于所有其他电动机的扭矩。
8.根据权利要求1至6之一所述的扭矩控制系统，其特征在于：对于在车辆的每一侧具有至少两个车轮的车辆，每个车轮是被配置为由分离的电动机来驱动，根据由至少一个电动机所产生的扭矩是减少的测定作为预定条件的结果，所述主控制器被配置为减少驱动在相同横轴位置上的车轮的电动机的扭矩，当该车轮是由至少一个电动机来驱动时。
9.根据权利要求1至6之一所述的扭矩控制系统，其特征在于：对于在车辆的每一侧具有至少两个车轮的车辆，每个车轮是被配置为由分离的电动机来驱动，根据由至少一个电动机所产生的扭矩是减少的测定作为预定条件的结果，所述主控制器被配置为减少驱动在车辆的另一侧的车轮的所有电动机的扭矩，该车轮是由至少一个电动机来驱动，以致驱动在车辆的另一侧的车轮的电动机的合并扭矩是减少了对应至少一个电动机的扭矩减少的量。
10.根据前述任一权利要求所述的扭矩控制系统，其特征在于：所述电动机是轮内电动机。
11.根据权利要求1所述的扭矩控制系统，其特征在于：对于具有多个电动机驱动控制器的电动机，这些电动机驱动控制器被配置为驱动分离的电动机线圈，如果预定的条件对应于其中一个电动机驱动控制器的故障，所述主控制器是被配置为指示至少一个其他的电动机驱动控制器来增加由它们各自的电动机线圈所产生的扭矩。
12.一种控制具有多个车轮的车辆的扭矩的方法，其中至少两个车轮被配置为由分离的电动机来驱动，所述方法包括：监控由至少一个电动机和另一个电动机所产生的扭矩，根据由至少一个电动机所产生的扭矩是减少的测定作为预定条件的结果，调节在至少一个电动机和/或另一个电动机中所产生的扭矩，以致由至少一个电动机和另一个电动机所产生的扭矩具有预定的关系。
13.根据权利要求12所述的控制扭矩的方法，其特征在于，所述预定的扭矩关系是：由至少一个电动机所产生的扭矩与由另一个电动机所产生的扭矩是基本相同的。
14.根据权利要求12或13所述的控制扭矩的方法，其特征在于，还包括：根据由至少一个电动机所产生的扭矩是减少的测定作为预定条件的结果，减少对于另一个电动机的扭矩。
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