CN107206888B - 用于车辆的电力推进系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设有电力推进系统的车辆及用于控制电力推进系统的方法。该系统包括第一电动机和第二电动机。该系统由ECU控制，并且根据第一能量存储系统中的荷电状态水平和第二电动机的电能可用性来使用电动机。该ECU被编程为包括能量转移模式，其中，当第一电能量存储系统中的荷电状态水平低于限定的水平且估算出第二电动机可用的电能比第一电动机可用的电能更多时，用于推进力的第二电动机的使用增加了，并且用于再生制动的第一电动机的使用增加了。如果第二电动机由来自在行驶期间与外部电源接触的集电器的电力供电，则如此。该系统可被控制成使得第二电动机用于推进车辆，同时第一电动机用于再生制动以便对第一电能量存储系统充电。

Description

用于车辆的电力推进系统
技术领域
本发明涉及一种用于包括至少一个能量存储系统(ESS)和至少两个电动机(EM)的混合动力车辆(HEV)或电动车辆(EV)的推进系统。该推进系统例如适合于铰接式车辆。
背景技术
近年来，已经进行了有效减少燃料消耗和废气(例如CO2)的混合动力车辆(HEV)和电动车辆(EV)的发展和商业化。因而，为了降低车辆对环境的影响，希望尽可能多地使用电力推进系统，且因此应优选仅使用EV。然而，由于安装在车辆中的电池的尺寸和容量，这种车辆在可用里程(available range)方面存在限制。一种增加具有电力推进系统的车辆的里程的方法是提供具有内燃机(ICE)的车辆，以形成HEV。因而，HEV可提供一种与EV相比可增加车辆里程的方案。然而，由于安装在HEV中的电池的尺寸和容量比EV更小，HEV在电动模式下的巡航里程通常比EV更有限。因此，混合动力车辆必须组合使用发动机和电动机，以确保长的巡航里程。
对于商用车辆，例如重型车辆、建筑设备和公共汽车，可能希望使用不止一个电动机来推进车辆，以应对重负荷和/或实现在不良路面状况下行驶。特别地，对于形成拖挂式车辆(其中，数个实体或模块通过一个或多个可枢转接头连接)的车辆或车辆构成而言，这可能是有用的。这种拖挂式车辆的示例可以是其中一个或多个挂车连接至前导车(leadingvehicle)的铰接式车辆或车辆列(vehicle train)。对于这种拖挂式车辆，可能希望向不同的铰接部分或挂车提供牵引力，以改善所述拖挂式车辆的牵引和可控性。US 2012/168234中公开了一种铰接式车辆，其中，在两个铰接部分中的每一个上都设置有牵引电动机。在该文献中，也公开了同一个电动机驱动所述两个铰接部分上的驱动轮的示例。然而，在提供用于在所述车辆或车辆列的不同铰接部分之间传递机械动力的机械连接方面特别困难。在这种情况下，可能稍微更容易通过铰接式连接来传递电能，例如使用第一铰接部分上的电池中存储的电能并将该电能用于位于该铰接部分上和另一铰接部分上的电动机。然而，可能存在铰接部中的电线磨损以及需要长电线的问题，所以可能希望避免需要将电池连接至位于离该电池相当长距离处的电动机。US 2014/052318中公开了一种具有单独的电力推进系统的车辆列的示例。其中公开了为该车辆列中的每个实体提供了单独的电池和电动机。因而，通常可以认为，当可枢转接头被断开且车辆的模块/实体分离时，特别是如果所述铰接部分(例如牵引车和挂车)可容易地分离时，采用针对较大车辆而设定了尺寸的电池是不明智的。另外，上述关于磨损以及需要长电线的问题意味着在每个车辆上使用单独的电力推进系统。
关于上述系统的另一重要特征在于对具有不同能量存储系统(ESS)的不同推进单元设定尺寸和提供能量的可能性。在仅存在一个能量存储系统的情况下，能量消耗可容易地被优化以分配至所期望的电动机，直到ESS耗尽。在存在不同ESS的情况下，能量的使用可以被优化以避免一个ESS在另一个ESS之前耗尽。例如，US 2014/052318中描述了对用于一个车辆列的数个单独的ESS的联合控制。其中描述了如何控制各个个体以放电和充电，从而保持所述车辆列中包含的不同ESS相对于彼此的所期望的各自荷电状态。
因此，本发明涉及的问题是：设计和管理包括至少两个电力推进系统的车辆的电力推进系统，以便管理例如包括数个车辆实体或模块的拖挂式车辆(例如铰接式车辆或车辆列)的电能的供应和存储。
发明内容
通过提供根据本发明的、具有电力推进系统的车辆和用于控制该系统的方法，解决了上述问题。
因而，本发明涉及一种具有电力推进系统(2)的车辆。该车辆例如可以是混合动力车辆(HEV)或电动车辆(EV)。目前最常使用的HEV是如下类型的：它包括具有电动机(EM)的电力推进系统以及连接至内燃机(ICE)的通常所用的机械动力传动系。然而，无论该电力推进系统与哪种系统组合，本发明的基本原理都适用。
该系统可用于各种各样的车辆。因而，本文中的车辆例如是指公共汽车、建筑设备、货车、牵引车和挂车的组合、私人轿车、商用车辆，等等。因而，虽然当用于包括可枢转接头的车辆(例如铰接式车辆、牵引车和挂车的组合，或者彼此连接以形成一个车辆列的多个车辆模块的其它组合)时存在一些特定的优点，但本发明本质上可用于任何类型的车辆。
电力推进系统包括用于推进车辆的第一电动机(EM1)。该EM1设有第一电连接(EC1)，该第一电连接(EC1)被设计成连接至一个或多个电能量源并由所述一个或多个电能量源供电。因此，EM1可连接至一个或多个能量存储器以及用于在车上产生电能的源，或者连接至外部电源。EM1被驱动地连接到至少一个驱动轮，以便向车辆提供推进力。因而，该EM1可连接至单个车轮，例如是轮毂电动机，或者连接至与车轮连接的一个或多个驱动轮轴。
该电力推进系统还包括用于推进车辆的第二电动机(EM2)，该第二电动机(EM2)设有第二电连接(EC2)，该第二电连接(EC2)被设计成连接至一个或多个电能量源并由该一个或多个电能量源供电。存在至少一个被驱动地连接至EM2的驱动轮。EM2可以或可以不与EM1是相同类型的。例如，EM1可以是一对轮毂电动机之一，而EM2可以是用于对另一对车轮的驱动轮轴进行驱动的电动机，或者，EM1和EM2二者都可被设计和实施在电力推进系统中，以便驱动与每个轮轴各自的车轮连接的两个不同的驱动轮轴。EM1和EM2也可以是轮毂电动机，它们二者都被构造成连接至不同设置的电源。通常，EM1和EM2在电源的设置方面存在一些差异，使得所有电能量源对于两个电动机是不同的。一个电动机也能够向不止一个驱动轮轴提供动力。当然，如果需要，该电力推进系统中也可包括另外的马达。
该电力推进系统还包括经由所述第一电连接(EC1)电连接至第一电动机(EM1)的车载能量存储系统(ESS1)，以便向第一电动机(EM1)提供电力。例如，该ESS1可以是电池或一组电池，或者是能够存储电能的其它实体。
为了控制该电力推进系统，该系统中包括了电子控制单元(ECU)。该ECU可以是单个处理器或者是一起形成该ECU的一组处理器。该ECU被编程为控制电力推进系统以及EM1和EM2的使用。EM1和EM2的使用通常取决于许多参数，特别地，取决于该车辆是HEV还是EV，EM1和EM2的使用可能存在许多差异。然而，用于控制电动机EM1和EM2的一个关键参数是不同的车载能量存储器的电能可用性和荷电状态(SOC)。因此，至少根据第一能量存储系统(ESS1)中的荷电状态(SOC)水平来控制电动机EM1和EM2。例如，存在一个最大荷电状态水平，当超过该最大荷电状态水平时，进一步的充电可能对ESS1造成损害，因而，EM1应相应地被控制以便不用于再生制动而对ESS1重新充电。该ECU还被编程为根据EM2的电能的可用性来控制EM1和EM2的运行。该可用性取决于哪种用于提供能量的源是存在的且当时能够被使用而不同。例如，EM2可连接至第二能量存储系统(ESS2)，并且，在不存在连接至EM2的其它源且EM1仅使用ESS1作为电能量源的情况下，ECU能够被编程为主要使用与具有最高SOC水平的能量存储系统连接的电动机，以用于推进车辆。这种简化的模型当然可以被改进并考虑当前以及所估计的将来的车辆运行和行驶状况。在存在进一步的能量源的情况下，例如所述电力推进系统中的任一个(或两个)能够使用某些类型的车载发电机的情况下，可考虑车上所发的电的可能最大距离。因此，评估包括两个或更多个电动机的电力推进系统由电能供电的整体可能性、以及对每个单独的电动机供应电能的可能性。当确定应主要使用哪个电动机或哪些电动机来推进车辆时，还可通过估计和评估用于产生/使用所储存的电能的不同类型的源改进该系统。除了能量供应的问题之外，也存在当控制电动机的使用时考虑的一些其它参数，例如安全性和行驶平顺性，并且这些参数可以对可如何使用所述电动机设置限制。
例如，该电力推进系统可包括适于连接至外部电源(例如地面上的导电轨或空中的架空线)的集电器，以便在车辆行驶的同时向该系统供应电力。在该车辆上的所有电存储器并非都具有由外部电源供电的可能性的情况下，优选控制该车辆以主要使用可在行驶和连接的同时由来自外部电源的电力供电的电动机。
为了在该电力推进系统中实现对诸如电池的一个或多个电能量存储系统(ESS)的改进的充电和/或控制几个电能量存储系统之间的电量分布以使其更均匀地分布或者根据任何其它特定的期望而分布，电子控制单元(ECU)可被编程为包括能量转移模式。在这种模式下，因而希望通过关注电ESS的荷电状态(SOC)、电量在几个这种系统(如果存在的话)之间的分配、以及其它参数(例如驾驶舒适性、速度)来控制该电力推进系统，和/或在这种模式下，整体能量效率可被设置为较不重要。在能量转移模式下，用于推进力的第二电动机(EM2)的使用增加了，并且用于再生制动的第一电动机(EM1)的使用增加了。这可能意味着：来自EM(例如电连接至ESS(例如ESS1)的EM1)的制动动作在更长时段内被更频繁地使用，和/或在比在其它模式下驱动车辆时施加更大制动力的同时被使用。因而，在能量转移模式下，该电力推进系统被控制为：以更多地使用用于推进力的另一能量源为代价，通过再生制动来减少来自所选定的ESS的电能消耗，或甚至提高该ESS的SOC。这意味着，由于使用与所产生的推进力所期望的相比更大的推进力和制动力而导致的摩擦损失，可允许整体能量消耗增大。
可手动或自动地选择该能量转移模式。例如，可具有指示器，例如指示一个ESS(例如ESS1)中的低SOC水平，或者几个ESS(例如ESS1和ESS2)之间的SOC的不均匀分布，以便建议驾驶员选择该能量转移模式。在特定情况下，可能不希望使车辆在能量转移模式下运行，例如，如果驾驶员知道他将很快停车并在夜间对车辆充电。也可存在一些类型的半自动系统，其中，驾驶员可选择车辆是否应在特定条件下以能量转移模式运行，并且具有其中车辆被强制设置为能量转移模式的其它条件。不应使用该能量转移模式的一种情况是当所有能量存储系统(ESS)都已被充电至最大容许SOC极限，并且，当SOC低于特定SOC水平、例如当ESS耗尽且车辆处于低温环境下时，必须使用该能量转移模式以对ESS充电。然而，用于将该车辆设置成以能量转移模式运行的自动控制的指示至少取决于电能量存储系统(例如，电连接至EM1的ESS1)中的荷电状态(SOC)水平，该荷电状态水平应低于限定的水平以便通过再生制动来充电。另外，为了确保该能量转移模式实际地执行期望的动作，应估算出的是：连接至另一电动机(例如EM2)的电能量源中的可用于推进车辆的电能比连接至正用于再生制动的电动机(例如EM1)的电能量源中的估算的可用电能更多，以便对其SOC低于预定值的ESS重新充电，该ESS例如是先前所述的ESS1。以稍微简化的方式，使用该能量转移模式的标准可以被描述为：该系统被控制，以在例如由于低荷电状态而需要或希望对所选定的能量存储系统充电时通过增加的再生制动而对第一能量存储系统充电，并且评估和考虑这种需求，并比较当前使用另一电能量源以在提供用于车辆的整体推进力的电能时更多地被使用的可能性。另一种解释这种特征的方式可以说是：在估算出另一能量源更适合向车辆提供用于推进力的电能的同时，在能量转移模式下增加对再生制动的使用以便对所选定的能量存储系统重新充电，有时达到超过车辆的总制动需求提供制动更有益(当以其它模式被控制时)的程度，以便对所选定的能量存储系统重新充电，尽管将存在增大的摩擦损失且需要通过另一能量源提供额外的推进力以补偿该摩擦损失。
可能存在几个不同的标准集合，以决定应何时使用该能量转移模式。这些标准尤其取决于连接至第二电动机(EM2)的电能量源。该车辆例如可以被设计成使得EM2电连接至第二能量存储系统(ESS2)并由第二能量存储系统(ESS2)供电。在这种情况下，电子控制单元(ECU)可被编程为使得：当所述第二能量存储系统(ESS2)中的可用电能比第一电能量存储系统(ESS1)中更高时，估算出存在可用于推进第二电动机(EM2)的更多电能。例如，当ESS1和ESS2具有相同尺寸且在正常行驶操作期间被同等地使用时，可采用这种措施。也可存在如下情况：其中一个ESS(例如ESS1)旨在主要用于推进，并具有比其它ESS(例如仅旨在特定情形期间提供额外力的ESS2)显著更大的存储容量。在这种情况下，ECU可以被编程为根据相应ESS的相对SOC水平将该车辆设置为能量转移模式，例如，ECU可被编程为确定所述相对SOC水平应被设置为相同的或者较小的ESS(例如ESS2)的SOC水平应高于相当高的极限(例如75％)，只要主ESS(例如ESS1)高于低水平(例如30％)即可，以便使该另外的ESS准备好在特定情形期间、在需要时被使用。也可根据所预计的该车辆的将来用途来设置上述这些水平，例如通过使用特定路线或工作循环中的相应ESS的所取样的能量消耗，或者通过根据GPS和预计路线的地图数据估算相应ESS的使用。因此，ECU能够被编程为使得：当基于对当前或将来的车辆运行条件的估计，与第一能量存储系统(ESS1)可向第一电动机(EM1)提供能量以推进车辆相比，所述第二能量存储系统(ESS2)中的电能能够在更长时间内提供用于推进力的电力时，存在可用于推进第二电动机(EM2)的更多电能。因而，ECU能够被设置为估计该车辆中的各个电动机(可能存在不止两个)的将来使用，并根据电能量存储系统(可能存在不止两个)的SOC以及ESS如何连接至EM而在能量转移模式下控制该系统，以控制推进操作和制动操作来获得相应ESS的期望的SOC水平。在本文给出的示例中，如果未另外指出，则EM1连接至ESS1且EM2连接至ESS2。然而，应当注意，一个ESS可连接至数个EM。另外，一个EM可连接至数个ESS。ECU也可被编程为使得：与使用ESS1向EM1提供电能相比，当ESS2能够在车载ESS的总体SOC降低较少的情况下提供能量时，估算出存在可用于推进EM2的更多可用电能。例如，如果存在产生电能的源以推进EM2或者对ESS2充电，则可以是这种情况。在车辆是混合动力车辆(HEV)且存在从另一动力源(例如内燃机(ICE))与EM2一样地向相同的驱动轮直接提供推进力的可能性的情况下，也可以确定存在可用于EM2的比EM1更多的电能，即使ESS2中的SOC水平实际上比ESS1中低。下文的进一步论证关注使用除了车载ESS或可替代该车载ESS使用的另一动力源以为EM供电的可能性。还应注意，该能量转移模式可被其它模式否决(overruled)，例如，如果选择了运动模式，最可能不希望包括超过所需的制动，或者如果选择了一些类型的雪地/冰地模式，则制动应最可能适合提供最大可能的抓地力并为此分配制动动作，而非控制该制动以便如能量转移模式中所期望地最佳地再生。同样，该能量转移模式当然应当被制动动作或推进力否决，以便以安全方式驾驶车辆。
如上文所简述的，该车辆可适合在车辆起动时使用除了所述车载电能量存储系统(ESS)中原始包含的源以外的另外的源或者用于电能的另外的供应。这些其它源例如可以是内燃机(ICE)中使用的液体燃料，或者使用氢气来产生用于对ESS充电的电或被直接连接以驱动电动机(EM)的燃料电池。因此，因而可确定存在用于连接至所述这种供应源的EM的、比用于连接至具有更多实际存储电能的ESS的另一EM的可用电能更多的可用电能。另一种提供电能的方式是使用一些类型的系统，以在行驶期间、例如通过使用通过地面上的轨道或空中的电线连接至固定电网的集电器来连续地供应电力。在这种情况下，电子控制单元(ECU)可被编程为使得：当EM2和/或电连接至EM2的第二能量存储系统(ESS2)通过使用适于在行驶期间连接至外部电源(固定电网)的集电器向EM2和/或ESS2供应电力而接收电力时，估算出存在用于推进第二电动机(EM2)的更多可用电能。在这种情况下，可以认为连接至电网的电装置的可用电能是无限的，因而该系统应主要使用EM2来推进车辆，而其它EM用于再生制动以对连接至所述其它EM的能量存储系统充电。例如，ECU可以被编程为控制该车辆，以使用连接至电网(直接地或通过ESS)的EM的最大可能推进力，并使用其它EM进行再生制动。替代地，用于再生制动的负荷对未连接至电网的EM被最优化，并且，连接至电网的EM被设置成受到控制以提供所期望的总推进和制动力。如果所述集电器与ESS(例如ESS2)电连接，则为了在行程期间对ESS2充电，存在如下优点：即，也可在停车时对ESS2充电，而不需要使所连接的EM为了对ESS充电而运行。然而，可能最高效的是将集电器连接至所谓的接线盒，该接线盒被设计成将来自集电器的电力引导至适当的用电装置，例如EM、充电中的ESS或动力输出装置(PTO)。
当车辆上存在彼此电气隔离的数个电能存储系统(ESS)时，上述系统尤其被认为是有用的。因而，在此情况下，不存在通过电线将电能从一个ESS转移至另一个ESS的可能性。因此，该系统可用作上述系统，其中，第一电能量存储系统(ESS1)与电连接至第二电动机(EM2)的电能量源(包括ESS2，如果存在的话)电气隔离，从而不存在将电能从电连接至第二电动机(EM2)的电能量源直接转移到所述第一电能量存储系统(ESS1)或者从所述第一电能量存储系统(ESS1)直接转移到该电能量源的可能性。
上述系统也被认为特别适合如下系统：其中，至少一个ESS(和相关联的EM)不适合能够在行驶期间从电网接收电力，而至少另一个ESS(或者与该至少另一个ESS相关联的EM)设有用于在车辆的行驶期间提供电能供应的集电器。因此，参考稍前给出的示例，例如，当第一电动机(EM1)没有在行驶期间从外部电源被直接地供电或通过对ESS(例如ESS1)充电而被供电的可能性且第二电动机(EM2)直接地或者通过对ESS2充电而经由与适合在行驶期间连接至外部电源的集电器的电连接而连接时，就是这种情况。在这种情况下，电子控制单元(ECU)可被编程为：当车辆被控制为处于能量转移模式时，在连接至电网的同时使用EM2推进车辆，同时，第一EM1用于车辆的再生制动以对ESS1充电。当然也可在车辆未连接至电网时、或者对于上述车辆的其它设计使用这种方法，即：使用一个电动机进行再生制动，同时使用另一个电动机用于推进。
上述车辆可设计成使得EM1被驱动地连接至至少第一驱动轮，该第一驱动轮与驱动地连接至EM2的至少第二驱动轮不同。该车辆例如可以是铰接式车辆，其中，EM1被驱动地连接至铰接式车辆的第一部分上的第一驱动轮，且EM2被驱动地连接至铰接式车辆的第二部分上的与之不同的第二驱动轮，其中，该铰接式车辆的所述第一部分和第二部分位于所述车辆的铰接部的不同侧。该车辆能够布置成使得EM1被驱动地连接至与第一驱动轮连接的第一驱动轮轴，且EM2被驱动地连接至与所述第二驱动轮连接的第二驱动轮轴。
该车辆也可设计成使得第一电动机和第二电动机(EM1、EM2)例如通过驱动与所述驱动轮连接的同一个驱动轮轴而被驱动地连接至公共的驱动轮。应当注意，这种设计能够与以下设计一起使用：其中，EM还连接至单独的驱动轮，例如，如果存在三个驱动轮轴且EM1连接至第一驱动轮轴，则EM2连接至第二驱动轮轴且EM1和EM2都连接至第三驱动轮轴。作为替代方案，EM1和EM2中的任一个能够断开与第一或第二驱动轮轴的驱动连接，使得仅一个电动机被驱动地连接至公共的(第三)驱动轮轴。在这种情况下，第三轮轴能够用于通过使用EM2向第三轮轴传递推进动力而将电能转移至任一ESS(例如ESS1)，同时EM1用于向第三轮轴提供制动扭矩以在ESS1中再生电能。在这种情况下，因而，可存在能量转移而不需要向第一驱动轮提供用于推进动力的扭矩以及向第二驱动轮提供制动力而导致轮胎磨损增大，而是使用第三轮轴作为动力转移元件。
因此，存在该系统所适合的几种不同设计。并且应当注意，在上述示例中，已经为了简便起见、通过给出示例而描述了包括两个电动机的车辆。然而，本领域技术人员应明白，该系统中可存在另外的EM，可根据本文所述的概念容易地加入并控制这些EM。
本发明还涉及一种用于控制车辆(例如混合动力车辆(HEV)或电动车辆(EV))的电力推进系统的方法。该推进系统包括用于推进车辆的第一电动机(EM1)和第二电动机(EM2)。EM1和EM2分别设有被设计成连接至一个或多个电能量源并由该一个或多个电能量源供电的第一电连接(EC1)和第二电连接(EC2)。存在被驱动地连接至EM1的至少一个驱动轮以及被驱动地连接至EM2的至少一个驱动轮。该系统还包括作为通过所述第一电连接(EC1)而电连接至EM1的车载能量存储系统(ESS1)的第一电能量源，以提供电力来驱动EM1。为了控制该推进系统，还包括电子控制单元(ECU)。
所述方法包括以下特征：根据ESS1(以及可能的另外的ESS)中的荷电状态(SOC)水平和EM2的电能可用性来控制EM1和EM2(以及可能的另外的EM)的使用。以概括的形式，这可表述为根据EM的电能可用性来控制该电力推进系统中的EM。
所述方法还由以下特征限定：即，该方法包括能量转移模式，在该能量转移模式下，用于推进力的EM2的使用增加了，并且用于再生制动的EM1的使用增加了。当指示装置表明由于车载ESS之间的不均匀的电量分布而希望处于再生模式和/或存在至少一个电力推进系统可用的大量电能时，可手动地选择该能量转移模式。该系统也可被设置成根据特定标准而被自动触发。这些标准是：表明至少一个车载ESS(例如第一电能量存储系统(ESS1))中的荷电状态(SOC)水平低于限定的水平；以及，另外，估算出与连接至EM1的第一电连接(EC1)相比、存在可用于连接至第二电动机(EM2)的第二电连接(EC2)的更多电能。这种自动选择还可包括进一步的参数，以便转换到该能量转移模式。由于在使用该能量转移模式时通常存在一些缺点，例如转移过程中的能量损失和/或不能针对舒适性最佳地控制该车辆以及在特定条件下的最佳制动，所以，通常优选不使用该能量转移模式，或者至少在存在对能量转移模式的真正需求时才开始。取决于对特定ESS充电的需求或期望，也可具有不同水平的能量转移模式，例如，当强烈地要求对特定ESS充电时，可允许使用一个EM用于推进，同时使用另一个EM进行再生制动；而当充电的需求较小时，可更适度地使用能量转移模式，并且控制必要的制动操作和推进操作，以便由适当的EM执行而对车载ESS充电或将电能分配给车载ESS。
为了手动地选择，可存在多个可不被否决的选项：例如，如果可作为再生目标的所有ESS都已经都高于要被进一步充电的临界水平，或者所述推进由于湿滑行驶状况而被设置成提供最佳牵引和制动性能。
该控制方法可定义为使得：当所选定的EM和/或电连接至所选定的EM的能量存储系统(ESS)(例如ESS2)在行驶期间通过使用集电器而通过其相关联的电连接(例如第二电连接(EC2))接收电力时，估算出存在用于推进所选定的电动机(EM)(例如EM2)的更多可用电能。所述集电器连接至外部电源，例如公共电网(干线)，用于直接地或通过ESS2将电力供应至第二电动机(EM2)。可通过旨在与空中的电线接触的车顶受电弓或安装成与地面上的轨道接触的接触靴形状的集电器将电力从干线传输至车辆。
该方法可包括以下特征：将在一定时间段内用于车辆的再生制动的至少一个EM(例如EM1)控制到超过在所述时间段内、在车辆的正常控制模式期间对车辆的总制动需求的程度，以便对连接至EM1的ESS(例如ESS1)充电。为了补偿制动动作，通过另一个EM来补偿推进力，例如，在所述时间段内控制EM2，以提供比所述时间段内的总推进需求更大的推进力。在该车辆是混合动力车辆(HEV)的情况下，作为替代，所述推进力可由其它推进系统提供，例如由通过传动系被驱动地连接至驱动轮的内燃机提供。
上述方法可包括以下特征：控制推进单元(例如EM2)以向车辆提供推进力，同时，使用EM(例如EM1)对车辆进行再生制动，以便对相关联的ESS(例如ESS1)充电。
附图说明
在下文中，将参考附图详细地描述本发明。这些示意图仅用于举例说明，并非以任何方式限制本发明的范围。在附图中：
图1示出了根据本发明的设有电力推进系统的车辆的示意图，该电力推进系统具有与动力不同的驱动轮轴连接的第一电动机和第二电动机(EM)；
图2示出了图1中公开的车辆的变型例，其中，除了图1所示的与动力不同的驱动轮连接的驱动轮轴之外，第一电动机和第二电动机(EM)还连接至公共的驱动轮轴；
图3示出了图1中公开的车辆的又一变型例，其中，电力推进系统设有集电器；
图4示出了用于将电力控制系统设定为能量转移模式(ETM)的方法的流程图。
具体实施方式
图1中公开了一种设有电力推进系统2的车辆1。电力推进系统2包括通过第一电连接EC1电连接至第一车载电能量存储系统ESS1的第一电动机EM1。第一电动机EM1设有主输出轴5'，该主输出轴5'被机械地连接至设有第一对驱动轮3'的第一驱动轮轴6'，从而所述第一对驱动轮3'被驱动地连接至第一电动机EM1。第一电动机EM1被设计成使得：当用作电动机时，它可以向第一驱动轮3'提供推进力，或者，当用作发电机时，它能够向第一驱动轮3'提供制动力，以便将电能再生到第一车载电能量存储系统ESS1中。来自EM1的再生电能当然也可用于其它目的。如本文所示，ESS1被示出为单个单元，例如电池，但该ESS1也可包括一起形成该ESS1的数个单元。
电力推进系统2还包括第二电动机EM2，该第二电动机EM2设有第二电连接EC2，用于连接至电源。第二电动机EM2设有主输出轴5"，该主输出轴5"被机械地连接至设有第二对驱动轮3"的第二驱动轮轴6"，从而所述第二对驱动轮3"被驱动地连接至第二电动机EM2。该第二电动机也可被设计成能够在制动期间用作发电机，虽然这种特征对于本发明的系统的运行来说不是必要的。
在图中，上述电连接被示出为集成在所述电动机内，正好位于电动机EM1、EM2旁边。在这些图中，每个电动机有3个连接(被示出为从图中的框引出的线)，但所述连接的数目当然可以更少或更多。这些电力连接可根据其预期目的而被设计成从一个或多个电能提供者接收电能，该电能提供者例如是车载能量存储系统、电动机(当用于再生制动时)、车载发电系统(例如由ICE驱动的发电机或燃料电池)、车辆静止时对能量存储器的外接插入式充电、或者被设计成可沿线路连接至外部电源基础设施的集电器。这些电力连接也可以是单独的接线盒，其被设计成从一个或多个源(如上所述)接收电能，并且还被设计成将该电能分配给一个或多个用电装置，例如电动机、动力输出装置、能量存储系统(当被充电时)以及车辆中的电动设备。
该电力推进系统由电子控制单元ECU控制，该ECU连接至第一电动机和第二电动机EM1、EM2并连接至第一电能量存储系统ESS1。电子控制单元ECU被编程为根据第一电能量存储系统ESS1的荷电状态(SOC)来控制第一电动机EM1和第二电动机EM2。该ECU被设计成接收相关数据的进一步输入，以控制该电力推进系统。该ECU应优选连接成关于连接至该推进系统中的电动机的所有电能量源来接收输入，以便能够确定每个相应电动机的所有电能提供者的总可用电能。因而，在上述系统中，该ECU应优选被编程为根据连接至EM1和EM2的所有能量源的状态来控制该电力推进系统中的能量流，并通过该信息来确定ESS1是否应被EM1通过再生制动而充电。
如图1所示(之后的图中也示出了)，车辆1中的第一电能量存储系统与第二电动机EM2及电连接至第二电动机EM2的电能量源电气隔离。“电气隔离”的意思是不可能将电能直接转移至第一电能量存储系统(ESS1)及电连接至第二电动机(EM2)的电能量源，或者从其转移电能。然而，图中所述的系统可以被设计成具有一些干涉点，例如，可以存在某些类型的备用连接以向一些重要功能件(例如制动系统或灯)供电，但这些系统并非被设计成通过从另一推进装置(例如EM1)或其相关联的能量存储系统提供电流而对用于向第一电动机提供推进力的车载能量存储系统(例如ESS1)及其所连接的EM1充电。如果在图1的系统中、能量应当从EM2转移至ESS1，则有必要使用来自EM2所连接的电源的电能通过向EM2提供增加的推进动力而机械地转移该能量，并使用EM1进行再生制动以便对ESS1重新充电。因此，该动力需要通过第二对驱动轮3"上的增加的推进扭矩以及第一对驱动轮3'上的增大的制动动作、经由地面进行交换。
然而，图2中公开了车辆1的另一种设计，这种设计能够将来自第二电动机EM2的能量转移至第一电能量存储系统ESS1，而不需要经由地面转移该能量。图2中的车辆1包括图1中的车辆的所有特征，但该车辆1还设有第三驱动轮轴5，该第三驱动轮轴5连接至第三对驱动轮3，该第三对驱动轮3由EM1通过次输出轴7'驱动并由EM2通过次输出轴7"驱动。因而，在这种设置中，能够将来自EM2的推进扭矩提供给第三驱动轮轴5，同时EM1用于第三驱动轮轴5的再生制动，以对ESS1重新充电。因此，从上述推进力和制动动作转换的能量通过第三轮轴5转移，而不需要通过第一对驱动轮3'和第二对驱动轮3"经由地面进行转移。
图3示出了车辆1，除了增加了连接至第二电动机EM2的特定电能量源之外，该车辆1与图1中所示的车辆相同。因而，在图3中，第二电连接EC2已经与第二电能量存储系统ESS2以及被设计成可沿路线连接至外部电源基础设施的集电器4连接，因而在车辆行驶时从干线(mains)接收电能。因而，ECU应连接至当集电器4连接至外部电源时给出指示的一些传感器装置。ECU优选被编程为在集电器4连接至电源时尽可能多地使用来自集电器4的电力。ECU也可被编程为当检测到与外部电源的接触时自动变成能量转移模式。该ECU例如可以控制EM2以提供最大推进力(在关于其电动机及车辆的行驶特性的安全极限内)，并使用EM1进行再生制动以在行驶期间对ESS1充电。可替代地，ESS1可设置为处于最高效的再生制动力下并且被控制成提供最佳制动力，只要可根据需要来控制车辆1即可。所述再生制动力也可由ECU根据该车辆将在设有外部电源的线路上行驶多久的估计、或者通过提前了解在行程的哪些部分期间可获得外部电源而控制。例如，该车辆可以是公共汽车，对于公共汽车而言，严格限定了在哪些部分中可获得或不可获得外部电源，并且可针对该路线优化车辆的操作和能量转移模式，以确保SOC水平将处于期望的极限内，同时将高于所需制动需求的再生制动的量降低得尽可能低(为了安全和舒适的行驶)，因为当过量地使用推进力/制动力来转移能量时，总是存在一些能量损失。
图3中的电力推进系统2的设计是基于图1中公开的车辆，但它也可适用于图2所示的车辆设计。
图4中公开了一种用于将电控制系统设置为能量转移模式(ETM)的方法的流程图。
在第一步骤S1中，测量电能量存储系统(ESS)的荷电状态(SOC)水平，该电能量存储系统(ESS)例如是ESS1，它被设计成提供电能以驱动相关联的电动机(EM)，例如EM1。测量ESS1的SOC水平(SOCESS1)以便确定是否可对ESS1充电。ESS1的SOC水平必须低于限定值(再生制动充电SOC水平(RBR))以便被重新充电，否则存在ESS1被过充的风险。因而，在步骤S1中，也将ESS1的SOC水平(SOCESS1)与RBR进行比较，并且在SOC水平低于该RBR极限的情况下，该进程继续到下一步骤，即步骤S2。如果SOC水平高于该RBR极限，则可不存在对ESS的任何充电操作。当然，可以对车辆上的所有ESS执行该步骤。
在第二步骤S2中，估算并比较EM1和至少一个其它EM(例如EM2)的可用电能(AEE)。在仅存在用作与各个电动机连接的电力源的ESS的情况下，可容易地通过测量每个ESS的SOC水平或净电量来估算所述可用电能。然而，也可能存在可提供电能的其它源，例如用于发电的内燃机、用于例如通过氢气来产生电能的燃料电池、或者连接至外部电源的集电器。因此，在这种情况下，必须存在一些类型的对所述可用电能的估算，它不仅仅是基于车辆上的实际储存电量。如果还存在另外的EM，则也可估算这些EM的可用电能。然而，EM1的可用电能AEE(AEEEM1)被至少与EM2的AEE(AEEEM2)比较。在确定EM2的可用电能比EM1的可用电能多的情况下，该进程将前进至第三步骤S3。
在第三步骤S3中，该电力推进系统的控制系统将被设置为处于能量转移模式(ETM)。在这种模式下，该电力推进系统被控制成使用EM1进行再生制动，以便将ESS1重新充电到比在正常模式或其它模式下控制该车辆时更大的程度。例如，这可以通过如下方式来完成：设置该EM1，以提供连续的制动扭矩而对ESS1重新充电。
在上文中，提出了一种当估算出一个EM(例如具有相关联的ESS(例如ESS1)的EM1)的可用电能比另一个EM(例如EM2少)时将电力推进系统控制为处于所限定的能量转移模式的标准。
下面是表达如何将电力推进系统在步骤S3中设置为处于能量转移模式以及如何在步骤S2中估算所述可用电能(AEE)的标准的另一种方式。
测量所选定的、具有相关联的EM(例如EM1)的ESS(例如ESS1)中的SOC水平。当认为该电力推进系统中的一个或多个EM的可用电能(AEE)足以将该电力推进系统设置在能量转移模式下时，根据所选定的ESS的测量到的SOC水平来设置特定的标准。在能量转移模式下，该推进系统被控制成使得：与所选定的ESS(ESS1)相关联的EM(EM1)被控制成比该电力推进系统被控制在正常模式(或其它模式)下时更多地用于再生制动。使用该再生制动来增加对所选定的ESS(ESS1)的再生充电。可替代地，用于将电力推进系统设置在能量转移模式下的所述标准可以被描述为：检测该系统中的EM的可用电能，并根据不同EM的可用电能来设置车载ESS的SOC水平，低于这些SOC水平，则该电力推进系统被控制成使用相关联的EM通过增加的再生制动来充电。因此，本文所述的标准可用作如何有意地使用所述标准来比较不同EM的可用电能的补充，或者作为其定义。
根据对ESS充电的期望和/或EM的可用电能的量，该能量转移模式也可包括多个不同的水平。例如，如果ESS具有接近较低容许极限的SOC水平，或者EM被认为具有非常高的电能可用性，例如当通过集电器连接至电网时，则用于对ESS充电的再生制动可以比所有ESS都具有相当稳定的SOC水平(例如具有高于最大SOC水平的30％的荷电水平)时被更密集地使用。因此，在高强度的能量转移模式下，可以允许控制该电力推进系统，以通过由一个或多个EM提供比用于正常车辆行驶控制的总制动需求高的制动力而对ESS重新充电，并且，在低强度能量转移模式下，总制动力不超过所述总制动需求，但该制动力被分配为增强与希望利用再生制动而充电的ESS连接的EM的再生制动。
该车辆可以是任何类型的车辆，但对于其中在通过使用单个电动机和/或单个能量存储系统提供推进力方面存在问题的车辆而言，上述使用似乎是最有利的。例如，对于铰接式车辆(例如建筑设备或市区长公共汽车)或者包括以可拆卸方式连接的数个单元的车辆(例如其中在高低不平的路面状况下可能需要来自挂车的额外推进力或者在爬上陡峭上坡时需要重载挂车的牵引车和挂车组合)，其情形可能如此。
显然，在这些图中被例示为驱动地连接至驱动轮轴以向一对驱动轮提供推进力的上述电动机能够被车轮电动机取代，取代所有这些电动机或它们中的一些。
上述的图仅旨在向本领域技术人员示出可如何设计电力推进系统的几个示例，以便为车辆提供用于对车辆中的电能量存储系统充电或在它们之间分配电量，不使用电连接以电的方式转移能量，而是使用中间机械功来转移能量。

Claims (19)

1.一种设有电力推进系统（2）的车辆（1），所述电力推进系统（2）包括：
- 第一电动机（EM1），所述第一电动机（EM1）用于推进所述车辆（1）并设有第一电连接（EC1），所述第一电连接（EC1）被设计成连接至一个或多个电能量源并由所述一个或多个电能量源供电；
- 被驱动地连接至所述第一电动机（EM1）的至少一个驱动轮（3、3'）；
- 第二电动机（EM2），所述第二电动机（EM2）用于推进所述车辆（1）并设有第二电连接（EC2），所述第二电连接（EC2）被设计成连接至一个或多个电能量源并由该一个或多个电能量源供电；
- 被驱动地连接至所述第二电动机（EM2）的至少一个驱动轮（3、3"）；
- 第一电能量存储系统（ESS1），所述第一电能量存储系统（ESS1）通过所述第一电连接（EC1）而电连接至所述第一电动机（EM1），以向所述第一电动机（EM1）提供电力；
- 电子控制单元（ECU），所述电子控制单元（ECU）被编程为控制所述电力推进系统（2）并根据所述第二电动机（EM2）的电能可用性来使用所述第一电动机（EM1）和第二电动机（EM2），
其特征在于，
所述电子控制单元（ECU）进一步被编程为控制所述电力推进系统（2）并根据所述第一电能量存储系统（ESS1）中的荷电状态（SOC）水平来使用所述第一电动机（EM1）和第二电动机（EM2），并且
所述电子控制单元（ECU）被编程为包括能量转移模式，在所述能量转移模式中，用于推进力的所述第二电动机（EM2）的使用增加了并且用于再生制动的所述第一电动机（EM1）的使用增加了，使得：由于使用与所产生的推进力所期望的相比更大的推进力和制动力而导致的摩擦损失，允许整体能量消耗增大；当表明所述第一电能量存储系统（ESS1）中的荷电状态（SOC）水平低于限定的水平并且估算出与所述第二电动机（EM2）连接的所述第二电连接（EC2）可用的电能比与所述第一电动机（EM1）连接的所述第一电连接（EC1）可用的电能更多时，手动或自动地选择所述能量转移模式。
2.根据权利要求1所述的车辆（1），其特征在于，所述车辆（1）是混合动力车辆（HEV）或电动车辆（EV）。
3.根据权利要求1所述的车辆（1），其特征在于，所述第二电动机（EM2）被电连接至第二电能量存储系统（ESS2）并由所述第二电能量存储系统（ESS2）供电，并且所述电子控制单元（ECU）被编程为使得：当基于对当前或将来的车辆运行状况的估计、所述第二电能量存储系统（ESS2）能够比所述第一电能量存储系统（ESS1）在更长时间内提供用于推进力的电力时，和/或当与使用将电能提供给所述第一电动机（EM1）的所述第一电能量存储系统（ESS1）相比、所述第二电能量存储系统（ESS2）能够在所述第一电能量存储系统（ESS1）和第二电能量存储系统（ESS2）的总荷电状态降低较少的情况下提供能量时，则估算出存在更多可用于所述第二电动机（EM2）的推进的电能。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的车辆（1），其特征在于，所述电子控制单元（ECU）被编程为使得：当所述第二电动机（EM2）和/或电连接至所述第二电动机（EM2）的第二电能量存储系统（ESS2）通过使用适合在行驶期间连接至外部电源的集电器（4）接收电力以将电力供应给所述第二电动机（EM2）和/或所述第二电能量存储系统（ESS2）时，则估算出存在更多可用于所述第二电动机（EM2）的推进的电能。
5.根据权利要求4所述的车辆（1），其特征在于，所述集电器（4）与所述第二电能量存储系统（ESS2）电连接，以便在行驶期间对所述第二电能量存储系统（ESS2）充电。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的车辆，其特征在于，所述第一电能量存储系统（ESS1）与电连接至所述第二电动机（EM2）的电能量源电气隔离，从而不存在将电能从电连接至所述第二电动机（EM2）的电能量源直接转移到所述第一电能量存储系统（ESS1）或者从所述第一电能量存储系统（ESS1）直接转移到电连接至所述第二电动机（EM2）的电能量源的可能性。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的车辆（1），其特征在于，所述第一电动机（EM1）没有在行驶期间从外部电源被直接地供电或通过在行驶期间对所述第一电能量存储系统（ESS1）充电而被供电的可能性，而所述第二电动机（EM2）通过所述第二电连接（EC2）直接连接至适合在行驶期间连接至外部电源的集电器（4），或者通过对第二电能量存储系统（ESS2）的充电而连接至所述集电器（4）。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的车辆，其特征在于，所述电子控制单元（ECU）被编程为：当所述车辆（1）被控制为所述能量转移模式时，所述电子控制单元（ECU）使用所述第二电动机（EM2）来推进所述车辆（1），同时，所述第一电动机（EM1）用于所述车辆的再生制动，以便对所述第一电能量存储系统（ESS1）充电。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的车辆，其特征在于，所述第一电动机（EM1）被驱动地连接到至少第一驱动轮（3'），所述至少第一驱动轮（3'）与被驱动地连接到所述第二电动机（EM2）的至少第二驱动轮（3"）不同。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述车辆（1）是铰接式车辆，并且，所述第一电动机（EM1）被驱动地连接至所述铰接式车辆的第一部分上的第一驱动轮（3'）且所述第二电动机（EM2）被驱动地连接至所述铰接式车辆的第二部分上的至少一个第二驱动轮（3"），所述铰接式车辆的所述第一部分和第二部分位于所述车辆的铰接部的不同侧。
11.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述第一电动机（EM1）被驱动地连接以驱动与所述第一驱动轮（3'）连接的第一驱动轮轴（6'），并且，所述第二电动机（EM2）被驱动地连接以驱动与所述第二驱动轮（3"）连接的第二驱动轮轴（6"）。
12.根据权利要求1-3中的任一项所述的车辆，其特征在于，所述第一电动机（EM1）和第二电动机（EM2）通过驱动与公共的驱动轮（3）连接的公共的第三驱动轮轴而驱动地连接至所述公共的驱动轮（3）。
13.一种控制车辆（1）的电力推进系统（2）的方法，所述推进系统（2）包括：
- 第一电动机（EM1），所述第一电动机（EM1）用于推进所述车辆（1）并设有第一电连接（EC1），所述第一电连接（EC1）被设计成连接至一个或多个电能量源并由所述一个或多个电能量源供电；
- 被驱动地连接至所述第一电动机（EM1）的至少一个驱动轮（3、3'）；
- 第二电动机（EM2），所述第二电动机（EM2）用于推进所述车辆（1）并设有第二电连接（EC2），所述第二电连接（EC2）被设计成连接至一个或多个电能量源并由该一个或多个电能量源供电；
- 被驱动地连接至所述第二电动机（EM2）的至少一个驱动轮（3、3"）；
- 第一电能量存储系统（ESS1），所述第一电能量存储系统（ESS1）通过所述第一电连接（EC1）而电连接至所述第一电动机（EM1），以提供电力来驱动所述第一电动机（EM1）；
- 电子控制单元（ECU），所述电子控制单元（ECU）用于控制所述电力推进系统，
所述方法包括以下特征：
- 根据所述第二电动机（EM2）的电能可用性来使用所述第一电动机（EM1）和第二电动机（EM2），
其特征在于，
- 进一步根据所述第一电能量存储系统（ESS1）中的荷电状态（SOC）水平来使用所述第一电动机（EM1）和第二电动机（EM2），并且
- 当所述车辆（1）被控制为处于能量转移模式时，用于推进力的所述第二电动机（EM2）的使用增加了并且用于再生制动的所述第一电动机（EM1）的使用增加了，使得：由于使用与所产生的推进力所期望的相比更大的推进力和制动力而导致的摩擦损失，允许整体能量消耗增大；当表明所述第一电能量存储系统（ESS1）中的荷电状态（SOC）水平低于限定的水平并且估算出与所述第二电动机（EM2）连接的所述第二电连接（EC2）可用的电能比与所述第一电动机（EM1）连接的所述第一电连接（EC1）可用的电能更多时，能够手动或自动地选择所述能量转移模式。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述车辆（1）是混合动力车辆（HEV）或电动车辆（EV）。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当所述第二电动机（EM2）和/或电连接至所述第二电动机（EM2）的第二电能量存储系统（ESS2）通过使用连接至外部电源的集电器（4）而在行驶期间经由所述第二电连接（EC2）接收电力以将电力直接供应给所述第二电动机（EM2）或经由所述第二电能量存储系统（ESS2）供应给所述第二电动机（EM2）时，则估算出存在更多可用于所述第二电动机（EM2）的推进的电能。
16.根据权利要求13-15中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一电动机（EM1）被控制成在一定时间段内用于所述车辆（1）的再生制动，以便将所述第一电能量存储系统（ESS1）充电至超过所述车辆（1）在所述时间段内、在所述车辆（1）的正常控制模式期间的总制动需求的程度，并且所述第二电动机（EM2）被控制成在所述时间段内提供比所述时间段内的总推进需求更大的推进力。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二电动机（EM2）被控制成向所述车辆（1）提供推进力，同时，所述第一电动机（EM1）用于所述车辆（1）的再生制动，以便对所述第一电能量存储系统（ESS1）充电。
18.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质携载有包括程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码执行根据权利要求13-17中的任一项所述的方法。
19.一种电子控制单元（ECU），所述电子控制单元（ECU）用于控制车辆（1）的电力推进系统（2），所述电子控制单元被配置成执行根据权利要求13-17中的任一项所述的方法。
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