CN103967871A - 用于控制用来为流体泵供能的电动马达的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制用来为流体泵供能的电动马达的方法和设备。电动马达为流体连接到液压回路的流体泵供能。操作电动马达包括基于液压回路中的液压流体的温度来确定电动马达的传热系数。电动马达的温度基于传热系数来确定。电动马达的操作基于电动马达的温度来控制。

Description

用于控制用来为流体泵供能的电动马达的方法和设备

技术领域

本公开涉及电动马达，并且更具体而言，涉及用来为流体泵供能的电动马达。

背景技术

此部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息。因此，这样的陈述并非意图构成对现有技术的承认。

流体泵包括联接到诸如电动马达的扭矩产生装置且由扭矩产生装置供能的泵元件。流体泵向液压回路提供流体流，其中这样的流动由于流动阻力而导致液压回路中的压力。电动马达在操作期间产生热量。在电动马达中过多的热量积聚可减少其使用寿命。

发明内容

电动马达为流体连接到液压回路的流体泵供能。操作电动马达包括基于液压回路中的液压流体的温度来确定电动马达的传热系数。电动马达的温度基于传热系数来确定。电动马达的操作基于电动马达的温度来控制。

本发明提供下列技术方案。

1. 一种用于操作用来为流体连接到液压回路的流体泵供能的电动马达的方法，包括：

基于所述液压回路中的液压流体的温度来确定所述电动马达的传热系数；

基于所述传热系数来确定所述电动马达的温度；以及

基于所述电动马达的所述温度来控制所述电动马达的操作。

2. 根据技术方案1所述的方法，其中确定所述电动马达的所述传热系数包括：

基于所述液压回路中的液压压力来确定从所述流体泵到所述电动马达的泄漏流量；

基于所述液压泵的旋转速度和所述泄漏流量来确定初始传热系数；以及

基于所述液压流体的所述温度调整所述初始传热系数。

3. 根据技术方案2所述的方法，其中调整所述初始传热系数包括：

基于所述液压流体的所述温度来确定流量乘数；以及

基于所述流量乘数来调整所述初始传热系数。

4. 根据技术方案1所述的方法，其中确定所述电动马达的所述传热系数包括：

基于所述液压流体的所述温度和所述液压回路中的液压压力来确定从流体泵到所述电动马达的泄漏流量；以及

基于所述泄漏流量来确定所述传热系数。

5. 根据技术方案1所述的方法，其中控制所述电动马达的操作包括当所述电动马达的所述温度超出预定温度范围时将所述电动马达的操作降额。

6. 根据技术方案1所述的方法，其中确定所述电动马达的所述温度包括执行采用所述传热系数的热模型。

7. 根据技术方案6所述的方法，其中所述电动马达的所述温度包括在所述电动马达的预定区域处的温度。

8. 根据技术方案6所述的方法，其中所述电动马达的所述温度包括在所述电动马达的多个节点处的温度。

9. 根据技术方案6所述的方法，其中执行所述热模型还包括基于在所述电动马达的所述多个节点处的所述温度来确定所述电动马达的复合温度。

10. 一种用于操作用来为流体连接到液压回路的流体泵供能的电动马达的方法，包括：

确定所述电动马达的旋转速度；

确定从所述流体泵输出的液压流体的温度和压力；

基于所述电动马达的所述旋转速度以及从所述流体泵输出的液压流体的所述温度和压力来确定所述电动马达的多个传热系数中的一个；

基于所述传热系数来确定所述电动马达的温度；以及

基于所述电动马达的所述温度来控制所述电动马达的操作。

11. 根据技术方案10所述的方法，其中确定所述传热系数中的一个包括：

基于从所述流体泵输出的所述液压流体的所述温度和液压流体的所述压力来确定从所述流体泵到所述电动马达的泄漏流量；以及

基于所述泄漏流量来确定所述传热系数中的所述一个。

12. 根据技术方案10所述的方法，其中确定所述传热系数中的一个包括：

基于从所述流体泵输出的液压流体的所述压力来确定从所述流体泵到所述电动马达的泄漏流量；

基于所述液压泵的所述旋转速度和所述泄漏流量来确定初始传热系数；以及

基于所述液压流体的所述温度调整所述初始传热系数。

13. 根据技术方案12所述的方法，其中调整所述初始传热系数包括：

基于所述液压流体的所述温度来确定流量乘数；以及

基于所述流量乘数来调整所述初始传热系数。

14. 根据技术方案10所述的方法，其中控制所述电动马达的操作包括当所述电动马达的所述温度超出预定温度范围时将所述电动马达的操作降额。

15. 根据技术方案10所述的方法，其中确定所述电动马达的所述温度包括执行采用所述传热系数的热模型。

16. 根据技术方案15所述的方法，其中执行采用所述传热系数的所述热模型以确定所述电动马达的所述温度包括执行采用所述传热系数的所述热模型以确定在所述电动马达的预定区域处的温度。

17. 根据技术方案15所述的方法，其中执行采用所述传热系数的所述热模型以确定所述电动马达的所述温度包括执行采用所述传热系数的所述热模型以确定在所述电动马达的多个节点处的温度。

18. 根据技术方案15所述的方法，其中执行采用所述传热系数的所述热模型以确定所述电动马达的所述温度包括执行采用所述传热系数的所述热模型以确定在所述电动马达的多个节点处的温度以及基于在所述电动马达的所述多个节点处的所述温度来确定所述电动马达的复合温度。

附图说明

现在将以举例方式参照附图描述一个或多个实施例，在附图中：

图1示出根据本公开的用于向液压回路提供加压的液压流体的系统；

图2示出根据本公开的包括泵元件和电动马达的流体泵；

图3示出根据本公开的用于估计流体泵的电动马达的一个实施例的温度的热模型；

图4示出根据本公开的用于采用热模型实时估计在电动马达的一个或多个节点处的温度的过程；以及

图5-1和图5-2示出根据本公开的用于采用液压流体的温度、液压回路中的管线压力和泵马达速度来确定对热模型中所用传热系数的影响的过程。

具体实施方式

现在参看附图，其中所示内容仅用于示出某些示例性实施例的目的，而不用于限制其的目的，图1示意性地示出用于将加压的液压流体提供至液压回路20的系统的实施例。在一个实施例中，液压流体为自动变速器流体。液压回路20包括流体泵10，其包括经由联轴器45可旋转地联接到电动马达50的泵元件40。控制器60监测参数并控制电动马达50的操作，包括产生用于控制流体泵10以实现操作参数(例如，液压回路20中的优选或期望液压压力)的操作命令信号15。电动马达50响应于命令信号15而操作，该信号可以是任何合适的马达控制信号。在操作中，流体泵10从贮槽22抽吸液压流体并产生加压的液压流体，该流体被传递到液压回路20的一个或多个液压元件30。以非限制性示例的方式，液压回路20在车辆的动力系统上使用以将加压的液压流体提供至液压元件30，液压元件30包括离合器启动回路32、变速器润滑回路34和电动牵引马达冷却系统36。液压回路20可以在其它系统上使用而没有限制。优选地，与液压回路20的操作相关联的被监测参数包括液压流体温度12、液压回路20中的液压压力14和电动马达50的旋转速度16。电动马达50的旋转速度16可使用来自命令信号15的反电动势信号或另一种合适的旋转速度确定方法来确定。

控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似的术语表示下列中的一个或多个的任一个或各种组合：(多个)专用集成电路(ASIC)、(多个)电子电路、(多个)中央处理器(优选(多个)微处理器)和执行一个或多个软件或固件程序或例程的相关联的存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、(多个)组合逻辑电路、(多个)输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语表示包括校准表和查找表的任何指令集。控制模块具有为提供所需功能而执行的一组控制例程。例程例如通过中央处理器执行，并操作用于监测来自感测装置和其它联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。例程可以在当前操作期间以规则的间隔执行。

图2示出包括泵元件40和电动马达50的流体泵10的实施例。泵元件40包括叶轮42，叶轮42固定地附接到电动马达50的轴53并随轴53旋转。叶轮42包含在泵主体44中且在泵主体44内旋转，泵主体44包括入口或吸入端口46和排放端口48。入口端口46与贮槽22流体联接，排放端口48与液压回路20流体联接。泵元件40优选地为正排量泵元件，这意味着离开排放端口48的液压流体的体积流量对于给定的旋转速度是恒定的，而不论在排放端口48处的压力如何。电动马达50包括定子54和联接到轴53的转子52，并且可以是任何合适的电动马达构型，例如，作为感应马达的三相AC马达、永久磁体马达或另一种构型。联轴器45围绕轴53插入泵元件40和电动马达50之间并且充当在泵主体44和电动马达50之间的受控制的泄漏路径。联轴器45可以呈衬套、滚柱轴承或另一种合适的联接装置的形式。联轴器45的受控制的泄漏路径特征允许形成泄漏路径55。泄漏路径55允许流过泵元件40的液压流体的一部分通过联轴器45流入电动马达50中。流过联轴器45的液压流体冲击转子52和电动马达50的其它元件以实现其冷却。液压流体通过电动马达50流至在泵元件40远端的排放口58。排放口58优选地流体连接到贮槽22。

流体泵10的电动马达50的温度受到对液压流体的热传递的影响，该液压流体穿过联轴器45并且冲击在包括转子52的电动马达50上。在电动马达50和液压流体之间的热传递的量值与穿过联轴器45且冲击在转子52上的液压流体的流量有关。穿过联轴器45的液压流体的流量与液压流体温度12、液压回路20中的液压压力14和电动马达50的旋转速度16有关。例如，穿过联轴器45的液压流体的流量在低的液压流体温度下由于增加的粘度而减小。

对电动马达的操作温度的准确了解对于执行与管理操作以防止电动马达超出设计温度操作有关的控制来说是期望的，因为这样的操作会负面地影响电动马达的使用寿命。总体上，描述了用来控制电动马达的过程，该电动马达可操作地联接到液压泵且用来为液压泵供能，液压泵被构造成将加压的液压流体供应至例如用于混合动力系变速器的液压回路，以用于液压离合器启动、变速器润滑和扭矩马达冷却。该过程包括确定操作参数，该操作参数优选地包括电动马达的旋转速度、流体温度和从液压泵输出的液压流体压力。从液压泵到电动马达的泄漏流量基于来自液压泵的液压流体的温度和压力来确定，并且传热系数基于泄漏流量、电动马达的旋转速度和来自液压泵的液压流体的温度来确定。电动马达的温度可基于传热系数来确定。液压泵和采用液压回路的系统的操作可作为响应而被控制。

图3示意性地示出用于估计流体泵10的电动马达50的温度的热模型200。马达50的一个示例性热模型包括识别在马达50的经识别的区域之间的热传递路径。马达50的经识别的区域可以各自与节点相关联，并且经识别的热传递路径可以各自与由传热系数表征的热阻相关联。另外，可以为每个节点导出能量平衡方程，该方程考虑例如马达50的操作条件、在马达50中使用的部件的物理特性、马达50的热损耗区域和其它因素。如图所示，电动马达50为永久磁体马达。热模型200被配置为在车载控制器中执行的一个或多个算法和校准。如图所示，热模型200包括基于具体的操作条件和边界条件而代表马达50的各个区域的温度的八个节点。可以考虑泵10、马达50的更多或更少区域和/或边界条件。

热模型200包括马达50的多个经识别的区域，其包括通过多个热传递路径相连的多个节点。每个热传递路径具有可使用传热系数来表征的相关联的热阻。能量平衡方程优选地为每个节点导出并且考虑马达50的操作条件、在马达50中使用的部件的物理特性、马达50的热损耗区域和其它因素。热模型200可以在控制器中实施为一个或多个机器可执行的能量平衡方程，例如一个或多个一阶微分方程。热传递路径可包括传导、对流和/或辐射热传递路径。

在热模型200的一个实施例中，具体节点表示定子54的区域，并且其它节点表示转子52的区域。每个节点处的温度被确定。例如，第一定子节点205可表示在定子54的无通量产生区域(例如，定子铁芯)处的温度。第二定子节点210可表示在定子54的通量产生区域(例如，定子铁芯)处的温度。第三定子节点215可表示在定子54的绕组中使用的导电线缆的温度，例如设置在由定子54限定的狭槽之间的导电线缆。第四定子节点220可表示在定子54的绕组中使用的导电线缆的端匝的温度。第一转子节点225可表示来自转子52使用的永久磁体的温度。第二转子节点230可表示来自转子52的无通量产生区域(例如，转子铁芯)的温度。附加的节点表示马达50的独立于定子54和转子52的其它所关注的区域，包括在马达50中使用的液压流体的温度。在一个实施例中，第一液压流体节点235可表示在马达50的一个区域中的液压流体的温度，并且第二液压流体节点240可表示在马达50的另一个区域中的液压流体的温度。液压流体的温度可通过直接测量、估计、预测或其它合适的(多种)机制和/或(多种)方法来确定。

传导、对流和/或辐射热传递路径被表示为节点之间的热阻。以举例的方式，第一热阻245可表示在由第一液压流体节点235和第一定子节点205表示的区域之间的对流外部热传递。第二热阻250可表示在由第一定子节点205和第二定子节点210表示的区域之间经由例如定子叠堆的传导。第三热阻255可表示在由第二定子节点210和第三定子节点215表示的区域之间经由例如定子叠堆、导电线缆绕组和绝缘系统的传导。第四热阻260可表示在由第二定子节点210和第一转子节点225表示的区域之间通过例如气隙的热传递。第五热阻265可表示在由第三定子节点215和第四定子节点220表示的区域之间通过导电线缆绕组的传导。第六热阻270可表示在由第四定子节点220和第二液压流体节点240表示的区域之间例如从液压流体到定子54的端匝的对流。第七热阻275可表示在由第一转子节点225和第二转子节点230表示的区域之间通过转子铁芯的传导。第八热阻280可表示在由从液压流体到转子52的毂的对流造成的在第二转子节点230和第二液压流体节点240之间的热传递路径。第九热阻285可表示在第二液压流体节点240和第一转子节点225(例如，转子端环)之间的对流。上述热阻中的每一个可由传热系数表示，其中热阻中的每一个和对应的传热系数通过实验、分析或采用另一种合适的方法来确定。上述热阻中的一个或多个可能受泄漏的液压流体的温度影响，从而影响各个节点处的温度。本文描述了确定受泄漏的液压流体的温度影响的代表性电动马达的热阻和对应的传热系数中的一个。

图4是用于采用参照图3描述的热模型200的实施例实时估计在电动马达50的实施例的一个或多个节点处的温度的过程400的流程图。用于估计在马达50的一个或多个节点处的温度的该过程400考虑马达50的操作条件和马达50的部件的物理特性，如此前参照图3所述。而且，该过程允许由于热模型200的传热系数中的一个或多个的任何变化而影响马达50的一个或多个节点的温度的液压流体的温度变化的效应。表1作为图4的要点提供，其中带数字编号的框和对应的功能阐述如下。

表1

产生包括电动马达50的流体泵10的热模型，这包括识别在操作期间产生、传递或散失热量的马达元件的一个或多个区域(例如，转子52和定子54)(410)。参照图3示出了在开发包括电动马达的流体泵的热模型中采用的示意图的示例。该热模型可表达为一个或多个能量平衡方程，该方程可以呈包括一个或多个传热系数的一阶微分方程的形式。将包括限定在每个节点处的温度和传热系数的能量平衡方程的热模型变成机器可执行的代码并存储在存储装置中以用于由车载控制器执行(420)。

在当前系统操作期间，流体泵操作用于提供进入液压回路的加压液压流体(430)，并且确定与这样的操作相关联的液压回路参数。这样的参数优选地包括液压流体的温度、液压回路中的管线压力和泵马达速度(432)。包括液压流体的温度、液压回路中的管线压力和泵马达速度的参数被用来确定对(多个)传热系数的影响(434)。图5-1和图5-2示出用于采用液压流体的温度、液压回路中的管线压力和泵马达速度来确定对(多个)传热系数的影响的过程。执行热模型以采用受液压流体参数、流体泵参数和马达参数影响的(多个)传热系数来确定节点中的单个节点处的温度或确定在流体泵中的多个节点处的温度(436)。执行热模型包括执行能量平衡方程以求解每个节点的能量平衡方程，从而确定每个节点处的温度。这可包括在两个或更多个时间步骤中求解每个能量平衡方程以确定在每个节点处随时间推移的温度变化。在一个实施例中，可使用电子的合适的温度模型将在多个节点处的温度组合以确定电动马达的复合温度。

响应于在电动马达中的节点处的温度而控制流体泵和电动马达的操作(440)。这可包括：当在电动马达中的节点处的温度在温度的预定容许范围内时，响应于用于液压回路中的液压压力和流量的命令的操作参数而保持流体泵和电动马达的操作。这可包括：当在电动马达中的节点中的预定的所选一个处的温度在温度的预定容许范围内时，响应于用于液压回路中的液压压力和流量的命令的操作参数而控制电动马达和流体泵的操作。在一个实施例中，在电动马达中的多个节点处的温度可以被使用并与这些节点的温度的对应的预定容许范围相比较。在一个实施例中，在电动马达中的一个节点处的温度可以被使用并与该节点的温度的预定容许范围相比较。在一个实施例中，电动马达的复合温度可与电动马达的温度的预定容许范围相比较。

当在电动马达中的节点中的一个或多个处的温度超出，即，大于或小于温度的对应的预定容许范围时，电动马达的操作可被降额，这包括通过限制最大电流消耗或最大电压而限制电动马达的电功率消耗，导致液压回路中降额的液压压力和/或流量。当液压回路经受降额的液压压力和/或流量时，液压回路在其上操作的系统也降额。这可能导致降额的操作，例如由于降额的液压压力而减小的最大离合器扭矩能力。

如所指出的，上述过程重复执行(445)，其中流体泵操作以提供进入液压回路的加压的液压流体(430)。因此，电动马达的操作仅在诸如当在电动马达中的一个节点处的温度超出(即，大于或小于温度的预定容许范围)时的时间期间可以被降额。当在电动马达中的所有节点处的温度由于条件的变化而在对应的预定容许范围内时，电动马达被允许在其整个操作范围内操作。

图5-1和图5-2示出用于采用液压流体的温度、液压回路中的管线压力和泵马达速度来确定在示例性系统中的一个或多个传热系数的过程。

图5-1示出用于利用液压流体温度512、液压压力514和泵速度516的输入参数确定一个或多个传热系数的第一过程500。第一校准模块510用来基于液压回路中的流体温度512和液压压力514来确定泵泄漏流量522。第二校准模块530用来基于泵泄漏流量522和泵速度516来确定(多个)传热系数535。(多个)传热系数535可以在热模型中用来确定在电动马达中的一个或多个节点处的温度。

图5-2示出用于利用液压流体温度512、液压压力514和泵速度516的输入参数确定一个或多个传热系数535′的第二过程500′。第一校准模块520包括用来基于液压回路中的液压压力514确定泵泄漏流量532的第一校准522。第二校准模块540包括用来基于泵泄漏流量532、流体温度512和泵速度516确定(多个)传热系数535′的第二校准542和第三校准544。这包括使用第三校准544基于泵泄漏流量532和泵速度516来确定初始传热系数545。(多个)最终传热系数535′通过利用流量乘数543调整初始传热系数545来确定。流量乘数543基于采用第二校准542的流体温度512来确定。

在一个实施例中，第一校准522呈存储在存储装置中的一维可搜索校准表的形式，该存储装置可以被执行上述过程的控制器询问，其中包含在校准表中的压力514和流量532的量值在离线环境中使用代表性系统来开发。第一校准522可以呈可搜索表、算法或校准的另一种合适的机器执行的实施的形式。表2示出第一校准522的实施例，并且包括响应于液压压力514的通过流体泵元件到电动马达的泄漏流量532的指示，如下所示。

表2

管线压力(kPa)	泄漏流量(L/m)
		0	0
200	0.04
		500	0.1
1000	0.2
		1500	0.3

第一校准522用来基于在液压回路中的液压压力514来确定泵泄漏流量532。当在实践中实施为表时，第二过程500′在表2中的第一校准522的校准元素之间线性地插值，以基于在液压回路中的液压压力514的范围内的液压压力514来确定泵泄漏流量532的量值。

在一个实施例中，第二校准542呈存储在存储装置中的一维可搜索校准表的形式，该存储装置可以被执行上述过程的控制器询问，其中包含在校准表中的流体温度512和乘数543的量值在离线环境中使用代表性系统来开发。第二校准542可以呈可搜索表、算法或校准的另一种合适的机器执行的实施的形式。表3示出第二校准542的实施例，并且包括对相对热传递(即，相对于流体温度512的乘数543)的指示，如下所示。

表3

温度(oC)	乘数
		-40	0.5
-20	0.5
		0	0.7
20	0.7
		40	0.7
60	0.8
		90	1.0
120	1.2

在一个实施例中，第三校准544呈存储在存储装置中的二维可搜索校准表的形式，该存储装置可以被执行上述过程的控制器询问，其中包含在校准表中的泄漏流量532和马达速度516的量值在离线环境中使用代表性系统来开发。第三校准544可以呈可搜索表、算法或校准的另一种合适的机器执行的实施的形式。表4示出第三校准544的实施例，并且包括相对于泄漏流量532和马达速度516的初始传热系数545的指示，如下所示。如图所示，初始传热系数545是与电动马达的定子端匝相关联的传热系数。

表4

当在实践中实施为表时，第二过程500′采用线性插值法基于表4中所示泵泄漏流量532和马达速度516来确定初始传热系数的量值543。表4中所示传热系数可基于监测、估计、预测或以其它方式确定的系统参数来确定。(多个)传热系数535′可以在热模型中用来确定在电动马达中的一个或多个节点处的温度。

本公开已描述了某些优选实施例及其修改。在阅读和理解本说明书后，技术人员可以想到另外的修改和变型。因此，本公开意图不限于作为实现本公开构思到的最佳方式而公开的(多个)特定实施例，本公开还将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于操作用来为流体连接到液压回路的流体泵供能的电动马达的方法，包括：

基于所述液压回路中的液压流体的温度来确定所述电动马达的传热系数；

基于所述传热系数来确定所述电动马达的温度；以及

基于所述电动马达的所述温度来控制所述电动马达的操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述电动马达的所述传热系数包括：

基于所述液压回路中的液压压力来确定从所述流体泵到所述电动马达的泄漏流量；

基于所述液压泵的旋转速度和所述泄漏流量来确定初始传热系数；以及

基于所述液压流体的所述温度调整所述初始传热系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其中调整所述初始传热系数包括：

基于所述液压流体的所述温度来确定流量乘数；以及

基于所述流量乘数来调整所述初始传热系数。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述电动马达的所述传热系数包括：

基于所述液压流体的所述温度和所述液压回路中的液压压力来确定从流体泵到所述电动马达的泄漏流量；以及

基于所述泄漏流量来确定所述传热系数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述电动马达的操作包括当所述电动马达的所述温度超出预定温度范围时将所述电动马达的操作降额。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述电动马达的所述温度包括执行采用所述传热系数的热模型。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述电动马达的所述温度包括在所述电动马达的预定区域处的温度。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述电动马达的所述温度包括在所述电动马达的多个节点处的温度。

9.根据权利要求6所述的方法，其中执行所述热模型还包括基于在所述电动马达的所述多个节点处的所述温度来确定所述电动马达的复合温度。

10.一种用于操作用来为流体连接到液压回路的流体泵供能的电动马达的方法，包括：

确定所述电动马达的旋转速度；

确定从所述流体泵输出的液压流体的温度和压力；

基于所述电动马达的所述旋转速度以及从所述流体泵输出的液压流体的所述温度和压力来确定所述电动马达的多个传热系数中的一个；

基于所述传热系数来确定所述电动马达的温度；以及

基于所述电动马达的所述温度来控制所述电动马达的操作。