CN105228874B - 用于联接电动或混合动力车辆的电动马达的轴与车轮的轴的方法及对应装置 - Google Patents

用于联接电动或混合动力车辆的电动马达的轴与车轮的轴的方法及对应装置 Download PDF

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Abstract

用于联接电动或混合动力车辆的电动马达的轴与车轮的轴的方法及对应装置，该方法包括：‑一个闭环控制，该闭环控制用以基于该电动马达的测量旋转速度以及这些车轮的测量旋转速度来构建该电动马达的第一运行设定点(Te int)，所述控制包括一种积分，‑基于其上应用了至少一个系数的这些车轮的测量旋转速度来构建一个第二运行设定点(Te anti)，‑在通过将该第一运行设定点与该第二运行设定点加在一起来构建的一个最终运行设定点(Te ref)附近控制该电动马达的运行。

Description

用于联接电动或混合动力车辆的电动马达的轴与车轮的轴的 方法及对应装置
技术领域
本发明涉及电动或混合动力车辆，并且更具体地涉及电动马达的轴与车轮的轴的联接。
背景技术
已知的是混合动力车辆包括两个驱动系统，即热力发动机和电动马达。通常，在从一种驱动型式切换到另一种驱动型式时，这些轴之间的联接是在以相同速度旋转的轴之间建立的。例如，在以某一速度行驶的车辆中，如果车辆的电动马达的轴不是以与车轮相同的速度进行旋转，则电动马达的轴与这些车轮的轴之间的联接将引起震动。联接或脱离联接可以是在达到速度阈值时实施的。
因此，在联接阶段(例如，速度再次下降低于阈值时)，必需控制电动马达的速度以使其速度与车轮的轴的速度相等。
为此，在欧洲专利申请EP 2 138 371中已提出实施一种方法，在该方法中，控制电动马达的旋转速度使其接近于(但不必等于)车轮的轴的速度，然后使用一个机械同步装置来获得相等的速度。这个解决方案具有的缺点是需要机械同步装置。
另外，必须促使电动马达的速度快速接近车轮的速度以获得几乎瞬时的联接。存在的另外的解决方案使得有可能使电动马达的速度快速增加，而一旦获得了相等值，该电动马达的速度就可能继续上升，而这导致震动。
发明内容
因此本发明的一个目的是获得在电动马达的轴与车轮的轴之间的没有震动的联接，也就是说，具有相等的旋转速度，并且这种联接不需要同步装置。
本发明的一个另外的目的是获得快速联接。
根据一方面，提出了一种用于联接电动或混合动力车辆的电动马达的轴与车轮的轴的方法，所述方法包括测量电动马达的旋转速度以及测量车轮的旋转速度。
根据一般特征，该方法包括：
-一个闭环控制，该闭环控制用以基于该电动马达的测量旋转速度以及这些车轮的测量旋转速度来构建该电动马达的一个第一运行设定点，所述控制包括一种积分，
-基于其上应用了至少一个系数的这些车轮的测量旋转速度来构建一个第二运行设定点，例如，一种通过预测的控制，
-在基于将该第一运行设定点与第二运行设定点加到一起来构建的一个最终运行设定点附近控制该电动马达的运行，并且
-如果其上应用了所述至少一个系数的这些车轮的测量速度等于该电动马达的测量速度，就联接该电动马达的轴与该车轮的轴。
由此构建的这种最终运行控制使得有可能获得在车轮的旋转速度(可能除去了相乘参数)附近控制该电动马达的旋转速度。另外，不必使用机械同步器。
一方面通过一个带有积分的控制环以及另一方面通过预测而构建的这些运行设定点之和使之有可能获得一个最终运行设定点的值，例如，一个扭矩设定点，该扭矩设定点在这些旋转速度相等(除去了相乘参数)时为最小。这个最小设定点是可以被传输到电动马达以获得所希望的速度的最小运行设定点。因此获得了一种改善的需要较少能量的速度控制。
还能够指出的是，使用通过预测构建的设定点使之有可能使电动马达的速度的发展加快。事实上，在实施该方法时(例如，电动马达的旋转速度为零时)，不为零的车轮速度被直接用来构建第二运行设定点，这就使电动马达的旋转速度快速增加。
该闭环控制可以包括：在一方面是其上应用了第一系数的这些车轮的测量速度(例如，与电动马达的轴与车轮的轴之间的减速相对应的倍增系数)加上在其上应用了第二系数的该第一运行设定点的反馈、与另一方面是该电动马达的测量速度之间加以比较，对该比较的结果进行积分，并且将该积分的结果乘以一个第三系数以便获得该第一运行设定点。
可以将该第二系数选择成增大这些速度间的间距值并且因此使控制加速并且因此例如使电动马达的速度增大。
反馈回路中的第三系数可以被选择为使得在电动马达的速度接近车轮的速度时减缓这个速度的增大。事实上，乘以一个第三系数使得有可能在接近这些速度的相等值时减小设定点的导数值。因而为获得所希望的速度获得了一个较小的最终设定点值，这使之可能获得一种不带震动的联接。
构建第二运行设定点可以包括将这些车轮的测量旋转速度与一个第四系数相乘。因此该旋转速度乘以该第一系数(该第一系数可以是与这些轴之间的减速相对应的一个倍增系数)，并且乘以另一个系数以用于构建通过预测的设定点。
该第四系数，就其本身而言，可以被选择为使电动马达的速度发展甚至更多地加速，而不会导致不稳定性。事实上，从实施本方法的那一刻开始，该第四系数就与联接过程中不为零的车轮测量速度相乘。
另外，该方法还可以包括，在使该第一运行设定点与该第二运行设定点加到一起的步骤之后，在一方面是该第一运行设定点与该第二运行设定点之和、与另一方面是其上应用了一个第五系数的该电动马达的测量速度之间进行比较，以便由此推断出用于该电动马达的最终运行设定点。
该第五系数还可以被选定为一旦该电动马达的测量速度不再为零就使该速度的发展加速。
当然，本领域技术人员能选择不同的系数以便获得电动马达速度的快速发展并且使这个发展在该联接之前减缓。
该车辆可以包括用于第一车轮的一个第一电动马达和用于第二车轮的一个第二电动马达，该第一电动马达的轴与该第一车轮的轴相联接是与该第二电动马达的轴与该第二车轮的轴相联接同时的。
本发明尤其很适于配备有两个电动机器的车辆，这两个电动机器与车轮(例如后车桥的车轮)对应地相连接。由于后车桥的对称性，这些运行设定点的计算对于这两个机器是相同的。
根据一个另外的方面，提出了用于控制电动或混合动力机动车辆的电动马达的轴与车轮的轴之间的联接的装置，该车辆包括用于测量该电动马达的旋转速度的装置以及用于测量这些车轮的旋转速度的装置。
根据一般特征，该装置包括一个计算单元，该计算单元包括：
-闭环控制装置，用于基于该电动马达的测量旋转速度以及这些车轮的测量旋转速度来构建该电动马达的一个第一运行设定点，该控制装置包括积分装置，
-基于其上应用了至少一个系数的这些车轮的测量旋转速度来构建一个第二运行设定点的装置，
-在一个最终运行设定点附近控制该电动马达的运行的装置，这些控制装置包括一个用于将该第一运行设定点与该第二运行设定点加在一起的加法器，以及
-如果其上应用了所述至少一个系数的这些车轮的测量速度等于该电动马达的速度，就控制将该电动马达的轴与该车轮的轴联接的装置。
该闭环控制装置包括：在一方面是其上应用了一个第一系数的这些车轮的测量速度加上其上应用了一个第二系数的该第一运行设定点的反馈、与另一方面是该电动马达的测量速度之间加以比较的装置，对该比较的结果进行积分的装置，以及将该积分的结果与一个第三系数相乘以便获得该第一运行设定点的装置。
构建该第二运行设定点的装置可以包括用于将这些车轮的测量旋转速度与一个第四系数相乘的装置。
该装置还可以包括，在一方面是该第一运行设定点与该第二运行设定点之和、与另一方面是其上应用了一个第五系数的该电动马达的测量速度之间进行比较以便获得用于该电动马达的最终运行设定点的装置。
该车辆可以包括用于第一车轮的一个第一电动马达以及用于第二车轮的一个第二电动马达，该装置能够同时控制每个电动马达的轴与每个车轮的轴的联接。
附图说明
通过阅读仅以非限制性实例的方式并参见附图给出的以下说明，另外的目的、特征和优点将变得清楚，在附图中：
-图1a、图1b、图1c、图2a、图2b和图2c示意性地展示了车轮的轴与电动马达的轴的联接，
-图3示意性地展示了根据本发明的一种实施模式，并且
-图4a、图4b和图4c展示了在联接过程中该电动马达的速度和其他参数根据时间的发展。
具体实施方式
图1a示出了例如与电动马达的轴相连接的一个第一小齿轮1，以及例如与车轮的轴相连接的一个第二小齿轮2。该第一小齿轮1和第二小齿轮2是从前部示出的，因此用虚线示出该旋转轴线3。小齿轮1包括一组齿，其中的一个齿4是可见的。能使轴相联接的一个滑动齿轮5被连接到小齿轮1的多个齿上。可以通过叉形件6的动作而使该滑动齿轮5平移移动。
第二小齿轮装备有多个齿7，并且在图1a所示的情况下，这些齿可以具有仅与车轮的旋转运动相联系的旋转运动。
图2a示出了小齿轮1和2的另一个视图，该视图与图1a中带有参考号8的截面平面视图相对应。该滑动齿轮5包括与小齿轮1的这些齿4联接的多个齿5。在这个附图中，小齿轮2的这些齿7是自由的。
图1b和图2b示出了在该滑动齿轮5的第一次平移之后的第一小齿轮1和第二小齿轮2。当这两个小齿轮的旋转速度相等时，例如，这些车轮的旋转速度与该电动马达的旋转速度相等时(排除掉相乘的参数)，就可以实施这种平移。
图1c和图2c示出了第一小齿轮1和第二小齿轮2，其中该滑动齿轮处于联接在小齿轮1与2之间的相对应的其最终位置，并且因此是联接在该电动马达的轴与至少一个车轮的轴之间。
应该指出，这些速度的相等值使之有可能避免在这些轴的联接过程中出现震动。为此，必须控制电动马达的速度，并且因此控制小齿轮1的速度来获得良好质量的联接，进而就不需要机械同步器。
图3示意性地示出了根据本发明的一个联接控制装置的实例，该实例提供了对电动马达速度加以控制从而允许联接。这种控制以及这个装置可以被提供在一个计算单元中，例如，是位于电动或混合动力车辆中的一个电控单元。
这个装置在第一实例中包括用于测量机动车辆的至少一个车轮的旋转速度(指示为)以及电动马达的旋转速度(指示为)的装置。对这些旋转速度是，例如，通过车辆的转速传感器进行测量的。这个装置还包括：闭环控制装置B，用于通过预测来构建运行设定点的装置A，以及用于控制该电动马达的轴与车轮的轴的联接的装置(未示出)。
测量的速度可以被提供给用于与第一系数(指示为Ke)相乘的乘法装置9，例如，对应于车轮的轴与电动马达的轴之间的减速系数。换言之，如果以下等式成立就可以实现该联接：
然后在一个比较器10中，将其上应用了系数Ke的这些车轮的测量旋转速度与该电动马达的测量旋转速度进行比较。这两个旋转速度是该控制环路B的两个输入。比较器10的输出被连接到积分装置11上。使用该积分装置11使之有可能减少这些速度间的间距。
积分装置11的输出被连接到另一个系数Ki的乘法装置12上，从而使之有可能在控制环路B的输出处获得针对该电动马达的运行设定点(指示为)。这个系数Ki被选择为使在比较器的输出处获得的间距增大并且因此使该电动马达的旋转速度更快速发展。在与另一个系数Kr相乘之后(乘法装置13)，这个设定点被循环到比较器10的另一个输入处，这个设定点被选择为在接近这些车轮的旋转速度时使该电动马达的旋转速度的发展减缓。
在装置A中还使用了这些车轮的其上应用了系数Ke的测量旋转速度来在通过乘法装置14与一个系数Kw相乘之后通过预测构建一个运行设定点。这个预测使之有可能甚至在控制之前，对电动马达发送一个扭矩设定点以增加响应性。参数Kw实质上是由电动马达本身的特征，并且尤其是其惯性，连同该系统的稳定性的状况来限定的。因此，在乘法装置14的输出处获得一个指示为运行设定点。
这两个运行设定点和然后通过加法装置15而加到在一起。另外，为了更快地获得旋转速度之间的相等值(排除掉相乘的参数)，有可能使用一个状态反馈，该状态反馈归功于使电动马达的测量旋转速与一个系数Ks相乘以获得一个运行设定点的乘法装置16以及通过比较装置17的比较。然后，该比较装置17的输出(运行设定点)被提供到电动马达，例如用来增加其旋转速度并且达到车轮的旋转速度(排除掉相乘的参数)。然后，控制该联接的装置可以实施该联接。
图4a示出能够实施根据本发明方法的机动车辆中的电动马达的旋转速度的发展(曲线18，实线)以及车轮的旋转速度的发展(曲线19，虚线)。这些车轮的速度在此是恒定的、大于400转每分钟。
在这些轴联接之前，电动马达的旋转速度为零(阶段P1)。然后，速度在阶段P2快速增加，这尤其归功于通过预测构建一个设定点。最后，在阶段P3，电动马达的旋转速度较为缓和地发展，这尤其归功于一个反馈环路的积分作用。因此有可能在这两个轴之间实施联接而车辆驾驶员不会感知到震动。
图4b示出了在电动马达处提供的设定点扭矩的发展(曲线20)。在此，阶段P1对应于一个为零的设定点值(阶段P1)，阶段P2对应于该设定点的快速发展，并且阶段P3对应于设定点的减小以便获得在车轮速度附近稳定的电动马达旋转速度。
最后，图4c示出了使之有可能获得该联接的滑动齿轮5的位置的发展(曲线21)，例如，滑动齿轮5。能够指出的是，滑动齿轮的位置仅从自由位置转到阶段P3的联接的位置。
获得了一种在阶段P2的开始与该联接的结束(滑动齿轮在最终位置)之间需要一秒时间段的联接。
由于本发明，获得了一种需要较少机械零件且没有震动的快速联接。因此，有可能使部件成本减少并且使机械零件的使用寿命得以延长，这些机械零件的使用寿命在震动发生时被减少。

Claims (10)

1.用于联接电动或混合动力车辆的电动马达的轴与车轮的轴的方法，所述方法包括测量该电动马达的旋转速度以及测量这些车轮的旋转速度所述方法的特征在于它包括：
-闭环控制，该闭环控制用以基于该电动马达的测量旋转速度以及这些车轮的测量旋转速度来构建该电动马达的第一运行设定点所述控制包括积分，
-基于其上应用了至少一个系数的这些车轮的测量旋转速度来构建第二运行设定点
-在基于将该第一运行设定点与第二运行设定点加到一起来构建的最终运行设定点附近控制该电动马达的运行，并且
-如果其上应用了所述至少一个系数的这些车轮的测量速度等于该电动马达的测量速度，就联接该电动马达的轴与该车轮的轴。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该闭环控制包括：在一方面是其上应用个第一系数(Ke)的这些车轮的测量速度加上其上应用了第二系数(Kr)的该第一运行设定点的反馈、与另一方面是该电动马达的测量速度之间加以比较，对该比较的结果进行积分，并且将该积分的结果与第三系数(Ki)相乘以便获得该第一运行设定点
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中构建该第二运行设定点包括将这些车轮的其上应用了第一系数(Ke)的测量旋转速度与第四系数(Kw)相乘。
4.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括，在使该第一运行设定点与该第二运行设定点加到一起的步骤之后，在一方面是该第一运行设定点与该第二运行设定点之和、与另一方面是其上应用了一个第五系数(Ks)的该电动马达的测量速度之间进行比较，以便由此推断出用于该电动马达的最终运行设定点。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中该车辆包括用于第一车轮的第一电动马达和用于第二车轮的第二电动马达，该第一电动马达的轴与该第一车轮的轴相联接是与该第二电动马达的轴与该第二车轮的轴相联接同时的。
6.用于控制电动或混合动力车辆的电动马达的轴与车轮的轴之间的联接的装置，该车辆包括用于测量该电动马达的旋转速度的部件以及用于测量这些车轮的旋转速度的部件，其特征在于所述装置包括一个计算单元，该计算单元包括：
-闭环控制部件，用于基于该电动马达的测量旋转速度以及这些车轮的测量旋转速度来构建该电动马达的第一运行设定点该控制部件包括积分部件，
-基于其上应用了至少一个系数的这些车轮的测量旋转速度来构建一个第二运行设定点的部件，
-在最终运行设定点附近控制该电动马达的运行的部件，该控制部件包括一个用于将该第一运行设定点与该第二运行设定点加在一起的加法器，以及
-如果其上应用了所述至少一个系数的这些车轮的测量速度等于该电动马达的速度，就控制将该电动马达的轴与该车轮的轴联接的部件。
7.根据权利要求6所述的装置，其中该闭环控制部件包括：在一方面是其上应用了第一系数(Ke)的这些车轮的测量速度加上其上应用了第二系数(Kr)的该第一运行设定点的反馈、与另一方面是该电动马达的测量速度之间加以比较的部件，对该比较的结果进行积分的部件，以及将该积分的结果与第三系数(Ki)相乘以便获得该第一运行设定点的部件。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其中构建该第二运行设定点的部件包括用于将这些车轮的其上应用了第一系数(Ke)的测量旋转速度与第四系数(Kw)相乘的部件。
9.根据权利要求6或7所述的装置，进一步包括，在一方面是该第一运行设定点与该第二运行设定点之和、与另一方面是其上应用了第五系数(Ks)的该电动马达的测量速度之间进行比较以便获得用于该电动马达的最终运行设定点的部件。
10.根据权利要求6或7所述的装置，其中该车辆包括用于第一车轮的第一电动马达以及用于第二车轮的第二电动马达，该装置能够同时控制每个电动马达的轴与每个车轮的轴的联接。
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