CN102465868A - 电促动流体泵的速度控制 - Google Patents

Abstract

流体系统包括流体装置、具有泵马达的电促动的流体泵和控制系统。控制系统使用命令的扭矩值控制泵的速度，并以包括期望的流体管线压力的操作值组为函数计算前馈扭矩项。控制系统使用泵的速度误差确定速度控制扭矩项，并将前馈扭矩项增加到速度控制扭矩项以计算命令的扭矩值。速度控制扭矩项可以使用控制系统的比例积分微分(PID)部分的积分项来确定。用于控制泵速度的方法包括计算前馈扭矩项、使用泵的速度误差确定速度控制扭矩项、和将前馈扭矩项增加到速度控制扭矩项以计算命令的扭矩值。

Description

电促动流体泵的速度控制

技术领域

本发明涉及流体系统和用于控制电促动流体泵的速度的方法。

背景技术

电池电动车、扩展范围的电动车和混合动力电动车全部使用可再充电的高压电池作为车载电源用于一个或多个牵引马达。在车辆运行过程中，牵引马达交替从电池取电和释放电到电池中。当车辆单独使用来自电池的电力推动时，车辆的操作模式一般称为纯电动(EV)模式。

使用来自内燃机的扭矩的车辆，无论用于直接机械推动或者产生电力用于给牵引马达供电或为电池充电，可以使用发动机驱动的流体泵为不同的动力系统组件去循环润滑和/或冷却流体。在发动机运行变速器操作模式过程中，离合器、阀体、齿轮组和其它的湿的或流体组件因此被提供有可靠的流体供应。然而，发动机驱动的主泵不是在每一个传动操作模式中都是可用的，例如当在EV模式中操作时。此外，特定的车辆设计有全部发动机驱动的主泵的配置。因此，当提供有发动机驱动的主泵时，电促动的流体泵可以作为辅助泵来使用，或者作为车辆的单独的流体泵来使用。

发明内容

因此，在这里提供一种流体系统，其包括流体装置(如离合器或齿轮单元)，具有泵马达的电促动流体泵，和控制系统。流体泵循环油、变速器流体、或者其它流体到流体装置。流体泵可作为辅助泵或者作为主泵来使用，例如作为在车上的变速器油泵。控制系统经过泵马达使用命令的扭矩值控制流体泵的速度。控制系统以前馈扭矩项和闭环/反馈速度控制扭矩项为函数计算命令的扭矩值，这一点在这里详细提出。

前馈扭矩项由控制系统使用预定的操作值组来确定，包括至少期望的流体线路压力，且潜在地包括流体温度和校准的泵马达惯量值。控制系统也使用流体泵的速度误差来确定闭环速度控制扭矩项，例如使用当前控制系统的比例积分(PI)或者比例积分微分(PID)控制器部分的积分控制项。控制系统之后将前馈扭矩项增加到闭环速度控制扭矩项以确定命令的扭矩值，其被传递到泵马达以提供流体泵的速度控制。

在一个可能的实施例中，控制系统使用校准的极限自动限制闭环速度控制扭矩项和前馈扭矩项的速率(rate)。

上面提到的用于控制电促动流体泵的速度的方法包括经过控制系统以操作值组为函数计算前馈扭矩项，包括期望的流体线路压力。本方法还包括使用流体泵的速度误差确定闭环/反馈速度控制扭矩项，并将前馈扭矩项增加到闭环速度控制扭矩项以由此计算命令的扭矩值。之后流体泵的速度通过控制系统使用命令的扭矩值来自动控制，例如通过将命令的扭矩值传递到泵马达。

用于控制电促动流体泵的速度的方法包括经过控制系统以操作值组为函数计算前馈扭矩项，该操作值包括期望的流体线路压力。本方法也包括使用流体泵的速度误差确定闭环速度控制扭矩项，并经过控制系统将前馈扭矩项增加到闭环速度控制扭矩项以由此计算命令的扭矩值。控制系统之后将命令的扭矩值传递到泵马达以由此控制流体泵的速度。

当结合附图考虑时，本发明的上面的特征和优点及其它特征和优点从下面的用于执行本发明的最佳模式的详细描述中是很明显的。

附图说明

图1是具有设置用于控制电促动流体泵速度的控制系统的车辆的示意图；

图2是用于图1中所示的车辆的控制系统的逻辑流程图；

图3是用于图1中所示的车辆的控制系统的另一个逻辑流程图；以及

图4是描述用于控制图1所示的在车上的电促动流体泵速度的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，贯穿几个图其中相同的参考序号相应于相同或相似组件，车辆10如图1所示。车辆10包括流体系统28，其具有控制系统50、电促动的流体泵24、和例如离合器的流体装置22。如图1所示的车辆10是典型的主机系统，流体系统28可以在其中使用。然而，其它非车辆的主机系统也可以被预见，例如液压机或者其它由液体提供能量的设备。为了说明目的，图1的车辆10是主机系统的实施例在此处将被描述。

在流体系统28内，控制系统50对流体泵24提供自动速度控制。流体泵24由电动泵马达21来提供动力或促动，并可以用作主流体泵或者用作辅助或用作备有的流体泵，其依赖于车辆10或其它主机系统的设计。在一个可能的实施例中，流体泵24可以设置成辅助的流体泵，只有当可选的内燃机16或其它原动力没有运行时其选择性通电。当按混合电动车设置时，在车辆10的纯电动(EV)操作模式过程中，这种条件可以发生。

流体泵24的自动速度控制于此处被提供，该控制是经过附加组合的开环前馈扭矩项和闭环/反馈速度控制扭矩项，这两者下面参考图2-4进行详细解释。这在本领域是很容易理解的，如此处所使用的，控制项“前馈”和“反馈”指的是在受控变量和控制系统之间的关系，该控制系统被用于监测和控制特定的变量。闭环反馈控制包含测量受控变量、将其与校准的设定值相比较、确定误差的方向和大小、并相应于那个误差调整设定值。前馈控制在干扰能影响系统性能到任何可观的程度之前尝试响应于任何系统干扰调整设定值。可能干扰的精确预测因此要求提前使用前馈控制，而反馈控制当这些干扰发生时响应。

仍参考图1，本控制系统50的前馈扭矩项可以被校准，以至于扭矩命令值作为控制信号经过泵马达21被传递到流体泵24，其接近于用于获得期望的泵旋转速度所需的最终扭矩值。通过使用此处所公开的前馈控制连同反馈控制，控制系统50相对于传统的比例积分微分(PID)反馈控制方案反应更快。也就是，当驱动泵速度误差到零时，在使用PI或PID控制方案的时间滞后或延迟被极大的缩小，这一点对那些本领域普通技术人员是可以理解的。

图1所示的车辆10可以包括牵引马达12和高压能量储存系统(ESS)14，如多单元充电电池组。尽管为了简化只有一个牵引马达被显示，但是多个牵引马达可以交替使用，其依赖于车辆设计。在预定的发明范围内，车辆10可以设置成混合动力电动车(HEV)、电池电动车(BEV)、或者多系列电动车(EREV)。这种车辆使用牵引马达12可以产生适合于在EV模式中推动车辆水平的马达扭矩。

在一些车辆设计中，内燃机，如发动机16，可以用于经过发动机输出轴23选择性产生发动机扭矩。来自发动机输出轴23的扭矩可以用于直接推动车辆10，如在HEV设计中，或者用于给发动机18提供电力，如在EREV设计中，如上面别处所述。发电机18可以以适合于给ESS充电的水平传输电能(箭头19)到ESS14。输入离合器和减震器组件17可以用于从变速箱20选择性连接/分离发动机16。输入扭矩最终从牵引马达12和/或发动机16经过变速箱20的输出元件27传递到一组驱动轮25。

牵引马达12可以是多相永磁/交流感应电机，其额定用于近似60伏到300伏或者更高，这依赖于车辆的设计。牵引马达12经过电力转换模块(PIM)32和高压母线15电连接到ESS14。PIM32是能够将直流电转换成交流电并且反之亦然的任何装置。ESS14可以使用来自牵引马达12的扭矩选择性充电，当牵引马达作为发电机有效地运行时，如通过在再生制动事件过程中捕捉能量。在一些实施例中，如插入式HEV(PHEV)，只要车辆没有运行时ESS14可以经过离板电源(未显示)充电。

变速箱20具有至少一个流体装置22。如此处所用，术语“流体装置”意味着流体促动的、润滑的、和/或冷却的装置，其作为车辆10的动力系统的一部分来使用。在一个可能的实施例中，流体装置22可以是扭矩传递机构，如刹车或旋转离合器。流体装置22可以包括变速箱20的各种齿轮组，和/或车辆10的任何其它流体润滑或流体冷却装置。为了简化，流体装置22作为变速箱20的部分来显示，但是其位置不必局限于变速箱。例如，牵引马达12本身可以是流体装置22，带有用于冷却马达线圈或绕组(未显示)的流体。

仍然参考图1，流体泵24与变速箱20和储罐26保持流体连通，该储罐包含流体29的供应，如油或变速箱流体。流体泵24可以设置成使用泵马达21的高压装置，在一个可能的实施例中其通过ESS14提供能量。在一些车辆设计中，在不同的发动机运行模式过程中，可选的发动机驱动主泵30可以用于将流体29循环到流体装置22和/或到其它位置。然而，当车辆10在EV模式下行进时，这种主泵暂时不可用。如上面所述，在其它设计中主泵可以完全不存在，如BEV设计，和在一些情况下在EREV或HEV设计中，例如为减少费用和/或车辆重量。

控制系统50电连接到流体泵24，并且被设置用于自动控制其速度。控制系统50这样做部分上是通过执行方法100，其位于控制系统内的非暂时性的或有形的内存中，或者以其它方式由如所需的控制系统的相关硬件组件很容易执行。与发动机驱动的主泵30相反，流体泵24独立于发动机速度运行。流体泵24的速度替代地由以期望的流体管线压力为函数和潜在的以其它操作值为函数来控制，由产生的前馈扭矩项之后连同如下面所提出的闭环速度控制扭矩项使用。

当执行当前方法100时，输入信号组11传输各种操作值至控制系统50。除上面提到的期望的流体管线压力外，输入信号组11可以包括实际的流体管线压力、指定的即将使用的离合器的已知的和模型的流体泄露速率、任何即将使用的离合器的几何模型、在变速箱20的特定阀体内的流体通道尺寸和/或分布、变速箱流体温度、泵马达惯量值、流体粘度信息、实际的流体管线压力等。

泵的速度值(箭头13)从流体泵24传递到控制系统50，例如经过位于泵马达21附近的速度传感器31。泵的速度值(箭头13)描述泵马达21的实际旋转速度。至少一些输入信号(箭头11)组与查阅表(LUT)52可以用于计算前馈扭矩项和需要用于控制流体泵24速度的其它值。

参考图2，如图1所示的控制系统50根据其逻辑流程被描述。控制系统50的非暂时性的或有形的内存53可以储存LUT52，用于通过控制系统的任何相关硬件组件快速访问。LUT52可以通过至少一些车辆操作值组来索引，包括至少是期望的流体管线压力(箭头60)，其可以是用于当前变速箱操作模式的校准值。LUT52也可以通过另一车辆操作值来索引，如图1所示的流体29的流体温度(箭头62)。LUT52输出中间扭矩值(箭头55)，其在第一计算节点54被加到校准的泵马达惯量值(箭头64)上。泵马达惯量值(箭头64)依赖于特定的设计、结构和流体泵24的操作特性，并且可以是由制造商所提供的或者否则事先确定的并储存在内存53中的校准值。

前馈扭矩项(箭头70)从第一计算节点54输出到第二计算节点74。在节点74内，前馈扭矩项(箭头70)增加到速度控制扭矩项(箭头76)，其可以是比例积分微分(PID)控制器72，也就是控制器50的PID逻辑部分，取得的积分项。这一点对于本领域那些普通技术人员是很好理解的，PID控制器使用不同的软件和硬件单元去确定速度误差，如泵的速度误差(箭头78)。泵的速度误差(箭头78)在由控制系统50使用来自流体泵24的速度值(箭头13)和使用任何校准的参考值计算之后可以暂时储存在内存53中。泵的速度误差(箭头78)描述流体泵24的闭环速度误差，速度控制扭矩项(箭头76)最终命令期望的泵的旋转速度。节点74输出扭矩命令值(箭头80)，其作为控制信号最终传递到流体泵24，或者更精确的是泵马达21，并用于控制泵的速度。

图2的流程图解决特定的控制问题，其中单独使用的闭环反馈控制，也就是从PID控制器，当大的速度改变被命令时，其在期望速度上是慢收敛的。当前控制系统50因此将前馈扭矩(箭头70)增加到闭环速度控制扭矩项(箭头76)，以增加控制系统50相对于流体泵24的控制的反应性。这个发生部分上是通过提供由泵马达21(如图1)所要求的马达输出扭矩量的精确估计，以便获得期望的泵的速度控制点。否则单独使用PID或PI反馈控制方案操作时这个估计是不存在的。因此，提供一致的期望的流体管线压力的能力被优化，潜在地导致换档质量提高和其它潜在的好处。

参考图3，在一个可能的实施例中，图1的控制系统50包括可选的电力模变/变换模块(power moding/conversion model)77，其将速度控制扭矩项(箭头76)从校准的最大泵速度的百分比转变成按每分钟转速(RPM)的实际速度指令(箭头176)。变换模块77也被设置确保当流体泵24不起作用时，实际的速度命令(箭头176)产生零值。

前馈扭矩项(箭头70)和实际速度命令(箭头176)可以使用可选的速度限制模块82进行附加处理。速度限制模块82确保在速度变化过程中平滑转变，并且可以包括校准的速率或斜坡限制，其与在实际速度命令(箭头176)和前馈扭矩项(箭头70)中的一个或者两者的改变相比较。速率限制的期望速度(箭头276)，以RPM为单位，和速率限制的前馈扭矩项(箭头170)然后在节点74(如图2)相加，并传到流体泵24，因此控制泵的速度。

参考图4，根据一个可能实施例的方法100以步骤102开始，其中操作值组经过图1的控制系统50来确定。如上面所述，操作值可以包括期望的流体管线压力、实际流体温度和流体泵24的校准的惯量值，其在图2中分别由箭头60、62、64所指。步骤102可涉及确定当前的变速箱操作模式、车辆速度、变速箱输出速度、或者需要用于执行方法100的任何其它值。一旦该组操作值被确定，那么方法100进入步骤104。

在步骤104，控制系统50计算前馈扭矩项(图2的箭头70)。步骤104可以包括参考图1和2的LUT52，其可以通过如上面所述的一个或多个期望的流体管线压力和流体温度来索引，并将来自LUT的值增加到由泵24的惯量值所指的扭矩值，也就是需要克服泵的固有惯量的扭矩。可替代的是，步骤104可以以上面提到的操作值的任何或全部为函数计算前馈扭矩项。方法100之后进入步骤106。

在步骤106，控制系统50确定用于流体泵24的反馈速度误差，例如使用如图3所示的PID控制器。使用这个误差，控制系统50确定如图2所示的闭环速度控制扭矩(箭头76)，或者可替代的是实际速度命令(箭头176)或者如图3所示的速率限制的实际速度命令(箭头276)。一旦被确定，方法100进入步骤108。

在步骤108，控制系统50将作为控制信号的扭矩命令值(图3的箭头80)传递到泵马达21，并因此控制流体泵24的速度。步骤108可涉及将前馈扭矩项(图2的箭头70)增加到闭环速度控制扭矩项(图2的箭头76)。控制系统50的反应时间相对于流体泵24的速度控制因此被优化。

虽然用于执行本发明的最佳模式被详细描述，但是那些熟悉本发明所涉及工艺的技术人员将能够识别用于执行在附加权利要求范围内的本发明的各种替代的设计和实施例。

Claims (10)

1.一种系统包括：

流体装置；

与所述流体装置保持流体连通的电促动的流体泵，其中所述流体泵包括泵马达；

控制系统，其经由所述泵马达可操作以控制所述流体泵的速度，其中所述控制系统被配置用于：

以操作值组为函数计算前馈扭矩项，该操作值组包括期望的流体管线压力；

使用所述流体泵的速度误差确定闭环速度控制扭矩项；

将所述前馈扭矩项增加到所述闭环速度控制扭矩项以由此计算命令的扭矩值；

将所述命令的扭矩值传递给所述泵马达以由此控制所述流体泵的速度。

2.如权利要求1所述的系统，还包括内燃机，其中所述控制系统被配置用于确定什么时候所述发动机没有运行，和用于仅当所述发动机没有运行时控制所述流体泵的速度。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述闭环速度控制扭矩项通过使用所述控制系统的比例积分微分(PID)部分的积分项来确定。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述控制系统自动限制所述闭环速度控制扭矩项和所述前馈扭矩项的速率(rate)。

5.一种用于控制电促动的流体泵的速度的方法，该方法包括：

经由控制系统以操作值组为函数计算前馈扭矩项，该操作值组包括期望的流体管线压力；

使用所述流体泵的速度误差确定闭环速度控制扭矩项；

经由所述控制系统将所述前馈扭矩项增加到所述闭环速度控制扭矩项以由此计算命令的扭矩值；和

将所述命令的扭矩值从所述控制系统传递到所述泵马达以由此控制所述流体泵的速度。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述操作值组还包括：通过所述流体泵循环的流体温度和所述流体泵的校准的惯量值。

7.如权利要求5所述的方法，其中确定所述闭环速度控制扭矩项包括使用所述控制系统的比例积分微分(PID)部分的积分项。

8.如权利要求5所述的方法，其中所述流体泵被配置用作在具有内燃机的车辆中的辅助流体泵，所述方法还包括：

确定什么时候所述发动机没有运行；

仅当所述发动机没有运行时，经由所述流体泵给所述流体装置提供流体。

9.如权利要求5所述的方法，其中计算所述前馈扭矩项包括经由所述控制系统参考至少部分上由所述期望的流体惯性压力来索引的查阅表。

10.如权利要求5所述的方法，还包括：

自动限制所述闭环速度控制扭矩项和所述前馈扭矩项的速率(rate)。

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