CN110789363A - 电动车辆的y形-三角形电子驱动系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供“电动车辆的Y形‑三角形电子驱动系统”。一种车辆包括具有可独立选择的三角形和Y形绕组的电机。所述电机在给定速度下在所述绕组中的一个下比在所述绕组中的另一个下具有更低的转矩产生极限。所述车辆包括控制器，所述控制器被配置为选择所述绕组中的所述另一个，使得所述电机的所述转矩在不增加所述给定速度的情况下增加。所述选择是响应于所述绕组中的所述一个下的操作和大于所述较低转矩产生极限的转矩需求。

Description

电动车辆的Y形-三角形电子驱动系统

技术领域

本发明涉及用于电动车辆的Y形-三角形电子驱动系统。

背景技术

电机被用来推进和制动车辆。电机可以缠绕有独立的Y形绕组和三角形绕组。电机的转矩取决于电机的运行速度和使用的绕组。较高的转矩产生绕组可能会在恒定速度期间(例如，在速度或巡航控制期间)造成不必要的损失。如此，电机控制器可以切换到较低转矩产生绕组以节省能量，从而使得较高转矩不可用。

发明内容

一种车辆包括具有可独立选择的三角形和Y形绕组的电机。电机在给定速度下具有所述绕组中的一个比所述绕组中的另一个更低的转矩产生极限。车辆包括控制器，所述控制器被配置为选择所述绕组中的另一个，使得电机的转矩在不增加给定速度的情况下增加。所述选择是响应于所述绕组中的一个下的操作和大于较低转矩产生极限的转矩需求。

一种方法包括通过控制器选择具有可独立选择的三角形和Y形绕组的电机的绕组，使得电机的转矩在不增加给定速度的情况下增加，所述电机在给定速度下具有绕组中的一个比绕组中的另一个更低的转矩产生极限。所述选择响应于大于较低转矩产生极限的转矩需求。

一种车辆包括多个电机，所述电机具有可独立选择的三角形和Y形绕组，用于通过控制器在给定速度下操作，其中在所述速度下绕组中的一个相对于绕组中的另一个具有较低的转矩和较高的效率，所述控制器被配置为选择所述绕组中的所述另一个，使得电机的转矩在给定速度下增加。所述选择响应于增加多个中的一个上的转矩的请求。

附图说明

图1是车辆的示意图；

图2是电力电子设备系统的示意图；

图3是比较操作电机的三角形和Y形绕组的转矩和速度的曲线图；

图4描绘穿过斜坡的车辆；

图5描绘执行超车操纵的车辆；

图6是用于选择电机绕组的算法；并且

图7A和图7B描绘用于确定电机的转矩需求的算法。

具体实施方式

本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以采用各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解，参考附图中的任一个而示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，可能期望根据本公开的教导对这些特征做出各种组合和修改。

当电机的速度在一段时间内为恒定时，可以使用以较低转矩产生绕组操作的电动车辆，以避免因谐波而产生的与较高转矩产生绕组相关联的不必要的效率损失。然而，较低转矩产生绕组可能在事件期间提供不充分的转矩性能。如果所请求的转矩高于从较低转矩产生绕组获得的转矩，则控制器可以响应于从各种情况中得出的请求而切换到较高转矩产生绕组。切换可以在请求较高转矩之前或根据需要。实际上，通过识别需要较高转矩的事件，可以克服因效率预期导致的低转矩可用性。

参考图1，示出了车辆100。车辆100包括一组车轮102。车轮102可以在连接到底盘108的前车桥104或后车桥106上。车桥104、106可包括差速器110。车桥104、106或车轮102中的每一个可以单独地与多个电机112中的一个相关联。也就是说，电机112可以是直驱的并且与每个车轮102相关联，或者车辆100可以具有与每个车桥104、106相关联的两个电机112。此外，车辆可以具有一个电机112，所述电机112被配置为经由公共传动系为车轮102中的一个或多个提供动力。因此，任何数量的电机112及其配置在本公开中都被考虑，并且在本公开中将被统称为电机112或多个电机。

电机112由电力电子设备122操作，如图2中所讨论的。电力电子设备122由电池124供电。电力电子设备可由控制器140引导或控制。控制器140可包括门驱动器或其他硬件，以驱动电力电子设备的开关以及处理器、存储器和通信，从而执行逻辑功能和交换信息。控制器140可包括一个或多个处理器和控制器，其工作用于执行这些功能。控制器140还可包括各种类型的计算设备，以支持本文描述的控制器140的功能的执行。在示例中，控制器140可包括被配置为执行计算机指令的一个或多个处理器，以及其上可以保存计算机可执行指令和/或数据的存储介质。计算机可读存储介质(也称为处理器可读介质或存储装置)包括参与提供可由计算机(例如，由处理器)读取的数据(例如，指令)的任何非暂时性(例如，有形的)介质。大体来说，处理器将例如来自存储装置等的指令和/或数据接收到存储器中，并使用所述数据执行所述指令，从而执行一个或多个过程(包括本文所述的过程中的一个或多个)。计算机可执行指令可以从使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序中编译或解译，这些编程语言和/或技术单独地或组合地包括但不限于Java、C、C++、C#、Fortran、Pascal、Visual Basic、Python、Java Script、Perl、PL/SQL等。控制器140还可与车辆100外部的服务器144通信，以检索自主车辆命令或关于车辆100的运输的其他信息。控制器140还可从车辆100的操作者接收踏板142的控制信号或类似的自主命令。控制器140还可确定自主命令，和以其他方式自主地驾驶车辆100。服务器144可包括处理器和数据存储装置，以向车辆100提供信息。

参考图2，示出了操作电机112的电力电子设备系统122。电池124用于给电力电子设备122供电或从电力电子设备122汲取能量。电力电子设备122包括一组逆变器开关130，其被配置为从电池124产生交流信号。电池124给电力电子设备122的轨道132、134供电。如图所示，逆变器开关130给对应于电机112的相关联相的绕组114A、114B、114C供电。如图所示，绕组114A、114B、114C可以选择或配置成三角形或Y形。绕组114A、114B、114C与三角形开关126相关联，所述三角形开关126在闭合时将绕组配置为三角形。绕组114A、114B、114C与Y形开关128相关联，所述Y形开关128在闭合时将绕组114A、114B、114C配置为Y形。可以使用其他绕组114A、114B、114C配置。也就是说，附加的开关组130可用于交替地为一组附加的绕组供电，使得如图所示的开关126、128不是必需的。也就是说，电机112可以用独立的Y形和三角形绕组双重缠绕，或者电机112也可以用独立的Y形和三角形开关126、128缠绕，以选择性地产生Y形和三角形绕组，或其某种组合。本公开预期了逆变器开关130、电机112和绕组114A、114B、114C的已知和未知的任何配置、组合、增加或减少。

参考图3，示出了曲线图300。曲线图300描绘了电机112的速度和转矩之间的关系。Y形绕组曲线302指示低速时的高转矩和高速时的降低转矩。三角形绕组曲线304指示高速时渐缩的在所有速度上更恒定的转矩。如图所示，对于第一速度范围310，三角形绕组304产生比Y形绕组302更小的转矩，并且对于大于第一速度范围310的第二速度范围312，Y形绕组302产生比三角形绕组304更小的转矩。车辆100可以自主配置或由操作者配置以保持恒定速度308。也就是说，在公路运输期间，车辆100可以恒定速度308操作，以减少与加速和减速相关联的损失。在该给定速度308下，与较高转矩产生绕组(三角形绕组304)相关联的谐波可能会降低电机112的效率，但是其具有较高转矩产生极限314。因此，控制器140可以将电机112配置成利用Y形绕组302以较低转矩产生极限316操作。

参考图4，描绘了爬山情况400。车辆100被示出穿过道路402。道路402可以具有道路坡度404。道路坡度404可以对应于转矩需求。意思是，对于给定的道路坡度404，车辆可以经由车辆重量、滚动阻力等来确定保持其速度所需的转矩。

参考图5，描绘了超车情况500。车辆100被示出接近即将到来的车辆502。车辆100和车辆502可以具有大于预定阈值的车速差。意思是，如果车辆502比车辆100行驶得慢得多，车辆100可能想要超过车辆502。车辆100还可以通过车辆对车辆(V2V)或激光雷达通信来识别迎面而来的车辆504。车辆100可以确定超车操纵508的超车时间窗506。超车时间窗506将计算车辆100、502、504之间的距离、车辆100、502、504的速度以及车辆100可用的加速度，或其组合。时间窗506还可包括安全因素，以确保有足够时间来超车。车辆100可用的加速度可以基于车辆的绕组。控制器140可以利用绕组中的一个的转矩对另一个绕组中的转矩来计算超车操纵是否可以在时间窗506内完成。如果需要更高的转矩值来确保超车操纵在时间窗到期之前完成，则控制器140将选择具有更高转矩的绕组。

参考图6，示出了用于选择绕组的算法600。算法600的各部分可以被重新布置或省略。算法600开始于步骤602。尽管示出为具有开始602，但算法600可以连续运行。在步骤604中，控制器140确定车速是否恒定。如果车速恒定，则控制器140将确定除当前绕组之外的绕组是否被预测为更有效。也就是说，确定控制器140是否应从Y形绕组切换到三角形绕组，或反之亦然。在步骤608中，控制器140在给定速度308切换到更有效的绕组。除了给定速度308之外或代替给定速度308，控制器140还可以基于其他因素(例如，电机损失、逆变器损失、电子驱动系统损失、某些运转点、其他车辆因素、道路坡度、电池电压、运转速度区域)切换到更有效的绕组。电机112可以处于任何给定的速度308。在步骤610中，控制器140确定更有效的绕组在当前速度下是否具有更低的转矩。在步骤612中，控制器140从子过程618接收转矩需求。如果控制器140在步骤612中接收到转矩需求，则控制器将确定转矩需求是否大于较低转矩产生极限316。如果在步骤614中转矩需求较大，则控制器140将选择电机112的对于给定速度308具有更大转矩的另一绕组。如所讨论的，该选择还可以取决于由算法700提供的转矩命令的来源。

参考图7，示出了用于确定转矩需求的算法700。尽管示出为具有开始702、710、724、742、750，但算法700可以不变地运行。算法700的各部分可以被重新布置或省略。在步骤704中，控制器140接收道路坡度预测。道路坡度预测可以从车外服务器144接收或者在车辆100内预测。在步骤706中，控制器140可以计算保持当前速度308所需的转矩。控制器140用车辆100的重量来编程，或者具有传感器来确定车辆100的重量。使用重量和道路坡度，控制器140可以使用物理方程式来确定保持车速308所需的力。控制器140还可被配置为提供转矩缓冲，该转矩缓冲高于保持速度所需的转矩，以允许超车可能需要的额外转矩。实际上，控制器140可以通过算法600、700来确定是停留在具有较低转矩产生极限的绕组114A、114B、114C中以确保有效操作，还是选择绕组114A、114B、114C中的另一个以确保保持给定速度。

在步骤712中，控制器140可以被配置成检测即将到来的车辆502。如上所述，检测可以来自V2V、激光雷达、服务器144或其他手段。在步骤714中，控制器140确定车辆100的给定速度是否与即将到来的车辆502不同阈值以上，要求车辆100超过即将到来的车辆502，而不是最低限度地调整速度。如果车速差大于阈值，则控制器140将在步骤716确定超车时间窗506。超车时间窗506可以基于迎面而来的车辆504、路况和道路情况(例如，弯道、非超车区域)。超车时间窗506确保为车辆100分配足够的时间来进行超车操纵508。超车时间窗506允许控制器140确定超过即将到来的车辆502所需的加速度。例如，超车时间窗506可以是120秒。为了在120秒内超过即将到来的车辆502，控制器确定车辆100和即将到来的车辆502之间所需的速度差。然后，控制器140可以确定在超车操纵508的中途达到速度差所需的加速度。该加速度可以与转矩值相关联，如在步骤220中基于车辆因素(例如，重量、道路坡度、风阻)确定的。在步骤722，将转矩发送到仲裁器。

在步骤726中，控制器140接收踏板下压加速度。也就是说，操作者下压踏板42时的加速度。控制器140知道踏板42是加速踏板还是制动踏板。如果在步骤728中踏板42是加速踏板，则控制器将在步骤730中确定下压加速度是否构成踩踏。控制器140使用踩踏来确定是否需要增加转矩。控制器140被配置为模拟降档并模拟内燃发动机将如何响应于踩踏而运行。控制器140将在选择绕组114A、114B、114C中的另一个的同时使操作者在短时间段内无法获得转矩，且然后在延迟之后通过在步骤734中将转矩发送给仲裁器来向操作者提供更高的转矩。延迟可以类似于内燃延迟。延迟可以等于绕组变化的持续时间。例如，当车辆处于运动模式时，可以建立这种性能感觉。

如果在步骤736中踏板42是制动踏板，则控制器将基于下压的量确定所请求的减速转矩。例如，操作者可能正在请求再生制动演进。控制器140将在步骤740中向仲裁器发送转矩。控制器140可以在算法160中确定：由于开关引起的延迟的原因，所请求的减速转矩与较低转矩产生极限316的差不足以保证选择另一个绕组114A、114B、114C。也就是说，控制器140被配置为相对于较低转矩产生极限316平衡所请求的转矩量，并且如果这两个转矩的差足够，则将经由开关126、128选择另一个绕组114A、114B、114C。

在步骤744中，接收牵引控制命令。牵引控制命令可由于发生车轮打滑或基于路况(例如，结冰)预测到车轮打滑而被接收。牵引控制命令可包括转矩要求，以确保在步骤746中可获得合适的车轮转矩。对于电机112来说，转矩要求可以不同，且因此控制器140可以独立地选择给定电机112的绕组。

在步骤752中，接收再生制动命令。再生制动命令可以来自自主车辆控制器或操作者界面。在步骤754中，确定再生制动命令所需的转矩。在步骤756中，向仲裁器发送命令。响应于接收到转矩命令，控制器140可以选择车辆100的前车桥104上的绕组114A、114B、114C中的另一个，使得前车桥104上的一个或多个电机112在再生制动演进期间具有比后车桥106更高的转矩产生极限。

转矩需求仲裁器618接收由控制器140请求的所有转矩需求以及导致所述转矩需求的周围环境。仲裁器将这些转矩需求传递给算法600，以相应地操作车辆。

用在说明书中的词语是描述性的词语，而不是限制性的词语，并且应理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可以组合各种实施例的特征以形成可能未明确描述或示出的本发明的另外的实施例。虽然各种实施例就一个或多个期望特性而言可能已经被描述为相对于其他实施例或现有技术实现方式提供优点或者是优选的，但是本领域一般技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。如此，被描述为就一个或多个特性方面相较其他实施例或现有技术实现方式来说不如期望的实施例并非在本公开的范围外并且可能是特定应用所期望的。

根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：电机，其具有可独立选择的三角形和Y形绕组，所述电机在给定速度下具有绕组中的一个比绕组中的另一个更低的转矩产生极限；以及控制器，其被配置为响应于绕组中的一个下的操作和大于所述较低转矩产生极限的转矩需求，选择绕组中的另一个使得电机的转矩在不增加给定速度的情况下增加。

根据实施例，对于第一速度范围，所述三角形绕组产生比所述Y形绕组更小的转矩，并且对于大于所述第一速度范围的第二速度范围，所述Y形绕组产生比所述三角形绕组更小的转矩。

根据实施例，所述转矩需求由自主车辆命令产生。

根据实施例，所述自主车辆命令是跟随包括大于预定阈值的道路坡度的路线的命令。

根据实施例，所述控制器还被配置为在执行所述自主车辆命令之前选择所述绕组中的所述另一个。

根据实施例，所述自主车辆命令是超过即将到来的车辆的命令。

根据实施例，所述转矩需求大于在超车时间窗内超过迎面而来的车辆所需的转矩。

根据实施例，所述转矩需求基于踏板下压的加速度。

根据实施例，所述踏板下压是加速踏板的踩踏。

根据实施例，所述控制器还被配置为模拟与内燃发动机相关联的降档，使得转矩不可用且然后比所述下压之前更大。

根据实施例，所述踏板是制动踏板。

根据实施例，所述控制器还被配置为基于所述制动踏板的加速度超过预定阈值来选择所述绕组中的所述另一个。

根据实施例，所述电机是设置在所述车辆上的多个电机中的一个。

根据实施例，所述控制器还被配置为选择所述电机的所述绕组中的所述另一个，并且保持对所述多个中的其他电机的选择。

根据实施例，所述转矩需求基于牵引控制命令。

根据实施例，所述牵引控制命令基于所述车辆的多个车轮中的一个的加速度。

根据实施例，所述转矩需求基于制动命令。

根据实施例，所述电机被设置为操作所述车辆的前车桥。

根据本发明，提供一种方法，所述方法具有：响应于大于较低转矩产生极限的转矩需求，通过控制器选择电机的绕组，所述电机具有可独立选择的三角形和Y形绕组，使得所述电机的转矩在不增加给定速度的情况下增加，所述电机在给定速度下具有所述绕组中的一个比所述绕组中的另一个更低的转矩产生极限。

根据本发明，提供一种车辆，所述车辆具有：多个电机，每个电机具有可独立选择的三角形和Y形绕组，其中在给定速度下所述绕组中的一个相对于所述绕组中的另一个具有较低的转矩和较高的效率；以及控制器，其被配置为响应于增加所述多个中的一个上的转矩的请求，选择所述多个中的所述一个的所述绕组中的所述另一个，使得所述多个中的所述一个的转矩在所述给定速度下增加。

Claims (15)

1.一种车辆，所述车辆包括：

电机，其具有能独立选择的三角形和Y形绕组，所述电机在给定速度下在所述绕组中的一个下比在所述绕组中的另一个下具有更低的转矩产生极限；以及

控制器，其被配置为响应于在所述绕组中的所述一个下的操作和大于所述较低转矩产生极限的转矩需求，选择所述绕组中的所述另一个，使得所述电机的转矩在不增加所述给定速度的情况下增加。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中对于第一速度范围，所述三角形绕组产生比所述Y形绕组更小的转矩，并且对于大于所述第一速度范围的第二速度范围，所述Y形绕组产生比所述三角形绕组更小的转矩。

3.根据权利要求1所述的车辆，其中所述转矩需求由自主车辆命令产生。

4.根据权利要求3所述的车辆，其中所述自主车辆命令是跟随包括大于预定阈值的道路坡度的路线的命令。

5.根据权利要求3所述的车辆，其中所述控制器还被配置成在执行所述自主车辆命令之前选择所述绕组中的所述另一个。

6.根据权利要求3所述的车辆，其中所述自主车辆命令是超过即将到来的车辆的命令。

7.根据权利要求6所述的车辆，其中所述转矩需求大于在超车时间窗内超过迎面而来的车辆所需的转矩。

8.根据权利要求1所述的车辆，其中所述转矩需求基于踏板下压的加速度。

9.根据权利要求8所述的车辆，其中所述踏板下压是加速踏板的踩踏。

10.根据权利要求9所述的车辆，其中所述控制器还被配置成模拟与内燃发动机相关联的降档，使得转矩不可用且然后比所述下压之前更大。

11.根据权利要求8所述的车辆，其中所述踏板是制动踏板。

12.根据权利要求11所述的车辆，其中所述控制器还被配置成基于所述制动踏板的加速度超过预定阈值来选择所述绕组中的所述另一个。

13.根据权利要求1所述的车辆，其中所述电机是设置在所述车辆上的多个电机中的一个。

14.根据权利要求13所述的车辆，其中所述控制器还被配置为选择所述电机的所述绕组中的所述另一个，并且保持对所述多个中的其他电机的选择。

15.根据权利要求14所述的车辆，其中所述转矩需求基于牵引控制命令。

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