CN111902658B - 电动设备 - Google Patents
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Abstract
一种设备,其包括:发动机(2);用于传递发动机(2)所产生的运动的装置(23);第一电动泵(3),所述第一电动泵(3)是用于循环发动机(2)和/或传动装置(23)的润滑液的电动泵并包括使润滑液运动的转子(31)以及控制电子装置(32);用于润滑液的罐(3),第一循环电动泵(3)从所述罐抽取润滑液;第一组物理传感器,其为:用于检测第一电动泵(3)的转子(31)的转速的传感器(41),用于检测第一电动泵(3)的控制电子装置(32)的温度的传感器(42),用于测量第一电动泵(3)的输入电流强度的测量装置(43),用于测量第一电动泵(3)的电源电压的测量装置(44);所述设备不具有用于测量罐(30)内的润滑液的温度的测量装置并且包括用于至少基于由第一组物理传感器提供的信息来估算罐(3)内的润滑液的温度的估算装置(5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种设置有多个传感器的电动设备。
背景技术
设有各种类型和形式的多个传感器以及电子控制单元的车辆是已知的。这些传感器中的许多传感器可能属于同一类型且数量很多:热电偶,压力计,粘度计,流量计,速度计等。
特别地,一种对应的传感器与每个要确定的参数相关联。
发明内容
在这种情况下,本发明所基于的技术任务是提出一种车辆和一种操作方法,其能够优化物理传感器的使用。这导致较低的制造和维护成本,而不必放弃这些传感器所用于实现的特定功能特征。
所提及的技术任务和所指定的目的基本上通过包括本发明的技术方案中的一项或多项中所描述的技术特征的电动设备和操作方法来实现。
附图说明
本发明的更多的特征和优点将从对电动装置和操作方法的优选的但非排它的实施例的指示性的并由此非限制性地描述中得到更清楚的体现,如附图所示,在附图中:
图1示出了根据本发明的车辆的示意图;
图2示出了图1中所示的车辆的细节的另一示意图;
图3示出了根据本发明的设备的一部分的热模型。
具体实施方式
在附图中,附图标记1表示电动设备。
该设备1通常是车辆10,通常为地面车辆(例如汽车或火车),但也可以是船或其它类型的自推进式车辆。它甚至可以是可以设有电驱动装置的静态设备。
设备1包括发动机2。在设备1是车辆1的优选情况下,它还包括运动装置20,例如驱动轮和将运动传递给车轮或船的螺旋桨的传动轴等。发动机2优选是用于驱动车辆的运动装置20的发动机。发动机可以是电机(在这种情况下,连接到电机的轴被知晓为具有商业名称eAxle),但也可以是内燃机。在电机2的情况下,其方便地包括逆变器25。
电机还设有控制电子装置24。
设备1还包括用于传递由发动机2产生的运动的装置23。这些传动装置23可以包括例如运动学机构,其有助于确保将运动从发动机2传递给机械致动器(例如,在汽车的情况下是车辆的车轮)。
设备1还包括第一电动泵3。第一电动泵3是用于使润滑液循环的电动泵。该润滑液至少润滑发动机2和/或传动装置23。润滑液通常是油。第一电动泵3通常是容积泵,特别是旋转容积泵。第一电动泵3包括使润滑液运动的转子31。第一电动泵3包括控制电子装置32。通常,这些控制电子装置32物理上位于第一电动泵3上。
设备1还包括用于润滑液的罐30,第一循环电动泵3从该罐30抽吸润滑液。这在图2的示意图中示出。在对发动机2和/或传动装置23执行润滑作用之后,润滑液被再循环到罐30中。罐30通常被称为“油池”。
设备1还包括第二电动泵80,第二电动泵80调节冷却流体的循环。该冷却流体从润滑液和设备1的特定部分中移走热。在图2中,附图标记81表示第二电动泵80的电子控制单元。
设备1包括第一组物理传感器,其为:
-传感器41,其用于第一电动泵3的转子31的转速;
-传感器42,其用于第一电动泵3的控制电子装置32的温度;
-测量装置43,其用于测量第一电动泵3的输入电流强度;
-测量装置44,其用于测量第一电动泵3的电源电压。
要指出的是,在本说明书中,词语“传感器”被理解为是“测量装置”的同义词。
未设置用于测量罐30内部的润滑液的温度的测量装置。然而,该信息对于设备1的控制非常重要。例如,对于润滑和/或冷却流量的控制非常重要。在这方面,设备1包括用于至少根据由传感器组提供的信息来估算罐30中的润滑液的温度的装置5。估算装置5可以集成在中央ECU中,或者可以由多个外围控制单元的相互作用来限定,所述多个外围控制单元例如包括:发动机2的电子控制系统24,第一电动泵3的控制电子装置32,第二电动泵8的控制单元81。
本发明旨在基于通过电子控制单元中的通用数据的算法和由传感器检测到的值的计算机处理来减少用于要检测的参数的测量的链和存在的物理传感器的数量(在特定情况下是油池中的油温传感器)。实际上,基于借助于一些基本物理传感器检测到的基本信息,可以使用算法来确定感兴趣的参数的值(在这种特定情况下是油池中的油温)。采用这种方式,可以获得实际的虚拟传感器(数据被提供,但从物理角度上讲没有设置专门的传感器)。
设备1还包括用于检测第一电动泵3的输送压力的传感器45。第一电动泵的“输送”不应当理解为仅仅表示第一电动泵3的输出开口,而是还包括位于所述输出开口下游的高压区。估算装置5至少根据由第一组传感器和用于检测第一电动泵3的输送压力的传感器45提供的数据来确定罐3内的润滑液的温度。
物理传感器的这种选择经过精心设计,可以省去油池内的温度传感器和相关的布线。要指出的是,上述传感器在任何情况下都存在于设备1内,特别是车辆10中。因此,使用这些传感器不需要额外的安装费用。
此外,申请人已经确定,在预定的工作点(由输送压力和流量限定),第一电动泵3所使用的电流基本上取决于油的粘度,而油的粘度又取决于油池内的温度。
用于第一电动泵3的转子31的转速的传感器41提供与第一电动泵3的处理后的流量有关的数据。基于该数据,可以理解,第一电动泵3使用较大还是较小的电流量与处理后的流量的需求是较大还是较小(替代润滑液温度的变化)有关。
类似地,用于第一电动泵3的输送压力的传感器45提供关于第一电动泵3使用较大还是较小的电流量的指示,这是因为第一电动泵3使用更大还是更小的电流量与传递给润滑液的能量的量是较大或较小量(替代润滑液的温度变化)有关。
相同的评论适用于用于测量第一电动泵3的电源电压的测量装置44。实际上,电压乘以电源电流就确定了泵使用的功率。电压传感器44提供关于第一电动泵3所使用的电流是较大还是较小量的指示,这是因为第一电动泵3所使用的电流是较大还是较小量与用于将能量传递给润滑液的功率量是较大还是较小(替代润滑液的温度变化)有关。用于第一电动泵3的控制电子装置32的温度的传感器42是重要的参数,因为它提供了油池附近的温度值。实际上,申请人已经发现,控制电子装置32通常位于油池附近(有利地,距离小于15厘米)。
在优选的解决方案中,估算装置5通过仅从物理传感器接收由第一组传感器中的每个和由压力传感器45(总共五个测量装置)提供的数据以作为输入来确定罐30中的润滑液的温度。
因此,可以定义一个关联上述六个参数的精确的数学关系:申请人研究出以下公式:
T2:a·(T1)f+b(V1)g+cPh+d·|i+eVi
其中,
V1=由第一电动泵3的转子31的速度传感器指示的转速。
P=由第一电动泵3的输送处的压力传感器45指示的压力;
T1=由第一电动泵3的控制电子装置32的温度传感器42指示的温度;
T2=罐30中的润滑液的估算温度;
I=由用于测量第一电动泵3的输入电流强度的测量装置确定的电源电流;
V=由用于测量第一电动泵3的电源电压的测量装置确定的电源电压;
a,...,l=预设常数(实数)。
通常,预设常数a,...,l将根据所使用的具体电动泵及其所插入的系统通过实验来限定。为了通过实验确定这些常数,本领域技术人员使用其中插入有第一电动泵3的设备1。除了第一组传感器和第一电动泵3的传输处的压力传感器45外,还必须使用测量罐中油的温度的温度传感器。以这种方式,将通过实验来测量描述了精确的操作点的一组六个参数(V1,P,T1,I,V和罐30中测得的温度)。
该操作必须在不同的操作点重复几次。该操作至少可以执行10次,但建议至少执行50次。通过增加可用的实验点数量,可以获得更精确的公式。在市售的商业软件中,可以通过插入实验点来确定具有多个(在这种情况下为10个)未知变量并使得这些变量关联的方程。Matlab识别工具箱就是此类软件的一个示例。因此,借助于该方程,可以确定常数a,...,l的值。
一旦获取到方程,该方程可以被存储在设备1的计算单元中,该计算单元因此限定了上述估算装置5。
在替代解决方案中,可以将测得的且与每个操作条件相关联的值插入设备1的存储单元中。
然后可以存储一组操作点,每个操作点由与实验参数关联的十个值来描述。在这种情况下,估算装置5可以包括计算单元,所述计算单元根据物理传感器所提供的输入参数对一组操作点的对应值进行插值,以便获得罐30的温度的估算值。用于对多个点进行插值的可能的非排它方法可以是:回归方法,伪逆矩阵,神经网络等;其中,所述多个点中的每个分别由本领域技术人员已知的十个变量表征。
在优选的解决方案中,发动机2是电机。
方便地,它包括:
-旋转元件21;
-定子22。
在下文中,将限定用于估算罐30内的润滑液的温度的另一种方法。如下面将更详细解释的那样,该方法设想在上游对系统(电机,逆变器,传动装置,第一电动泵,冷却泵)的热性能进行建模的操作。因此,所涉及的传感器必须能够描述热流。
车辆10包括用于确定作用在电机2上的阻力扭矩的装置61。在优选方案中,用于确定阻力扭矩的装置61使用等式C=kt·lf。
其中,
-C是电机的扭矩(由合适的传感器、例如扭矩计测量);
-kt是电机的扭矩常数(还包括传动效率和电机本身的效率);
-If是电机的相电流(在此情况下通过特殊传感器来测量)。
在特定结构方案中,确定装置包括电子单元,所述电子单元还根据车辆10的运动速度(由合适的传感器来检测)和由GPS传感器发出的信号来确定该数据,其中,所述信号指示车辆正在或将要行驶的路段是上坡(可选地指示其坡度)、下坡或是平坦的。
车辆10进一步包括第二组传感器,第二组传感器进而包括:
-用于电机2的逆变器25的输入电流强度的传感器62;
-用于电机2的逆变器25的输入电压的传感器63;
-用于电机2的逆变器25的输出电流强度的传感器64;
-用于电机2的逆变器25的输出电压的传感器65;
-用于电机2的电子控制系统24的温度的传感器66;
-用于定子22的温度的传感器67;
-用于测量车辆10的运动速度的传感器68;
-测量环境温度的传感器69(该传感器69测量车辆10外部的温度;通常,它定位在车辆10的外侧上、例如在保险杠或后视镜上);
-用于电机2和传动装置23的冷却流体流量的传感器70;
-用于预定位置(例如紧接在第二电动泵80的上游)的冷却流体的温度的传感器71。
在这种情况下,估算装置5根据来自第一组传感器、第二组传感器和用于确定阻力扭矩的装置61的输入来确定罐30中的润滑液的温度。
该方法需要大量的输入,但是具有下述优点:即使第一电动泵3不工作,它也能够提供对罐30中的润滑液的温度的估算。此外,上面列出的输入值已经经过仔细选择的,以便能基于通常存在于车辆10上的传感器,因此不需要额外的成本。
在这种情况下,估算装置5可以包括计算元件,该计算元件实施以下方程:该方程具有作为输入的之前示出的参数的值和作为输出的对罐30中的润滑液的温度的估算。
方程的一种非限制性示例如下:
T2=a1·T1a2+b1·V1b2+d1·ld2+e1·Ve2+f1·Cf2+g1·I1g2+h1·V2h2+i1·l22+m1·V3m2+n1·T3n2+o1·T4o2+p1·V5p2+q1·T5q2+r1·Wr2+s1·T6s2
其中:
V1=由第一电动泵3的转子31的速度传感器41指示的旋转速度;
T1=由第一电动泵3的控制电子装置32的温度传感器42指示的温度;
T2=罐30内的润滑液的估算温度。
I=由用于测量第一电动泵3的输入电流强度的测量装置43确定的电源电流;
V=由用于测量第一电动泵3的电源电压的测量装置44确定的电源电压;
C=作用在电机2上的电阻扭矩(测得的或计算出的);
I1=由传感器62确定的电机2的逆变器25的输入电流;
V2=由传感器63确定的电机2的逆变器25的输入电压;
I2=由传感器64确定的电机2的逆变器25的输出电流强度;
V3=由传感器65确定的电机2的逆变器25的输出电压;
T3=由传感器66确定的电机2的控制系统24的温度;
T4=由传感器67确定的定子22的温度;
V5=由传感器68确定的车辆10的运动速度;
T5=由传感器69确定的环境温度(车辆10之外);
W=由传感器70确定的电机2和/或传动装置23的冷却流体的流量;
T6=由传感器71确定的一位置处的冷却流体的温度;
a1,b1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,ml,n1,o1,p1,q1,r1,s1,a2,b2,d2,e2,f2,g2,h2,i2,m2,n2,o2,p2,q2,r2,s2:是要根据具体的构件和具体系统限定的常数(由实数限定)。
为了确定这些常数,可以使用下文参考图3所描述的热模型。
该模型是使用Dessault Systèmes公司的建模软件Dymola实施的。图3中的图标可以被熟悉该软件的本领域技术人员容易地识别出。这些图标中的每一个都与一个标准部件相关联,该标准部件由集成在其中的特定方程式调节。
如图3所示,右侧部分以示意图形式示出了润滑液的回路300。从热的观点来看这很重要,因为它从系统的构件吸热。左侧示出了冷却回路8,该冷却回路具有第二电动泵80和下游的压力计83。这两个(润滑和冷却)回路通过由附图标记9指代的交换器(热导率331W/(mk))彼此交互。对于交换器9下游的润滑液回路,其被分支并且润滑液的一部分冷却电机2的旋转元件21且其一部分冷却传动装置23。
润滑液回路还模拟壳体91的热性能,所述壳体至少围绕第一电动泵3并且与外部进行热交换。特别地,元件92模拟由于对流而与外部环境的热交换(对流系数k等于1W/m2K),元件93模拟由于传导而与外部环境的热交换(热导率为5W/(mK)),元件95限定外部空气的温度是293.15K。
关于冷却回路8,需要指出的是:对热交换器9的下游进行建模以用于外部环境的热性能(特别需要注意的是,示意性地指示外部环境的热容的图标和借助于辐射器82的对流换热)及由电机2的逆变器25提供的热性能(热导率为200W/(mK))和由电机2的定子22提供的热性能(热导率为200W/(mK))。实际上,冷却液也会冷却这些构件。
在所使用的特定软件中,石头形图标(所有的具有与94类似形状的图标)示意性地指示构件的热容。转子31的热容值为500J/K,传动装置23的热容值为1000J/K,壳体91的热容值为10000J/K,散热器82的热容值为2000J/K,逆变器25的热容值为000J/K,定子22的热容值为1000J/K,交换器9的热容值为2000J/K。
具有由多条斜线连接的两条平行线的图标示出了传导换热。具有相交的水平和竖直箭头的图标(例如92)示出了对流换热。在辐射器82的情况下,对流系数k等于100W/m2K。在这种情况下,空气温度固定为293.15K。
对于该模型的输入,可以在预设定的时间间隔内提供以下参数的进程:车辆10的速度,电阻扭矩,电机2的电流和电源电压。
上述热模型根据输入和预设定的方程(与Dymola软件模型的各部件相关)计算以下输出参数:
-第一电动泵3的转子31的旋转速度;
-第一电动泵3的控制电子装置32的温度;
-罐30中的润滑液的估算温度;
-第一电动泵3的输入电流强度;
-第一电动泵3的电源电压;
-作用在电机2上的电阻扭矩;
-电机2的逆变器25的输入电流强度;
-电机2的逆变器25的输入电压;
-电机2的逆变器25的输出电流强度;
-电机2的逆变器25的输出电压;
-电机2的控制系统的温度;
-定子22的温度;
-车辆10的运动速度;
-环境温度(车辆10之外);
-电机2和/或传动装置23的冷却流体的流量;
-在一预定位置处的由传感器71确定的冷却流体的温度。
通过附加地提供系统的实体物理方案,还可以针对相同的输入执行实验测试以测量给定参数的值(即,上述输出参数也由模型提供)。此时,可以将测试结果和模型结果进行比较。这样可以优化上述热模型,使其更接近测试结果。
一旦对模型进行了优化,就可以引入不同的输入(可以理解成以下参数在预设定的时间间隔内的进程:车辆10的速度,电阻扭矩,电机2的电流和的电源电压)。以这种方式,可以获取与所述输出参数关联的值。然后可以使用这些值(通过在上文描述的类型的合适软件中运行它们)来生成一限定常数的值的方程式,例如上文描述的方程式。
估算装置5然后可以基于由第一和第二组传感器提供的输入来实现该功能,从而获得油池中的温度的估算值。
此外,本发明还涉及一种设备1的操作方法。所述设备1具有上文描述的特征中的一个或多个。
所述方法还包括以下步骤:
-将由第一组传感器(上文所描述的)检测到的数据传递给所述估算装置5;
-借助于估算装置5基于至少由第一组传感器获取的输入值确定罐30中的润滑液的温度。
所述方法还包括以下步骤:将由位于第一电动泵3的输送处的压力传感器45检测到的数据传输给估算装置5的步骤。
因此,确定罐30中的润滑液的温度的步骤还基于从该传感器45接收到的输入地进行。
设备1方便地是车辆10。因此,设备1包括用于车辆1的运动的装置20。发动机2是驱动车辆的运动装置20的电机。
如上文参考设备1的描述所提到的,使用所述估算装置5确定润滑液的温度的步骤包括应用以下公式的步骤:
T2:a·(T1)f+b·(V1)g+c·Ph+d·li+eVi
其中,所示出的参数和常数已经在设备1的描述中进行了解释。
所述方法还可以包括第二种不同的方法,该方法包括执行一过程,该过程进而包括以下步骤:
i)确定作用在电机2上的阻力扭矩;
ii)测量电机2的逆变器25的输入电流强度;
iii)测量电机2的逆变器25的输入电压;
iv)测量电机2的逆变器25的输出电流强度;
v)测量电机2的逆变器25的输出电压;
vi)读取位于电机2的电子控制系统24上的温度传感器66;
vii)读取位于电机2的定子22上的温度传感器67,所述电机2是包括旋转元件21和所述定子22的电动马达2;
viii)测量车辆10的运动速度;
ix)读取测量车辆10外部的环境温度的传感器69;
x)测量电机2和/或传动装置23的冷却流体的流量;
xi)读取用于测量冷却液的温度的传感器71。
用于确定罐30中的润滑液的温度的步骤还基于借助于步骤i、ii、iii、iv、v、vi、vii、viii、ix、x、xi中示出的操作所确定的输入地进行(在来自第一组传感器的输入的基础上)。
可选地,测量电机2的逆变器25的输入电流强度和电压的步骤可以被确定电机的逆变器25的输入处的电功率来代替。
类似地,测量电机2的逆变器25地输出电流强度和电压的步骤可以被用于确定电机2的逆变器25的输出处的电功率的步骤代替。
使用第二种方法,使用所述估算装置5确定润滑液的温度的步骤包括应用以下公式的步骤:
T2:a1·T1a2+b1·V1b2+d1·ld2+e1·Ve2+f1·Cf2+g1·|1g2+h1·V2h2+i1·I2i2+m1·V3m2+n1·T3n2+o1·T4o2+p1·V5p2+q1·T5q2+r1·Wr2+s1·T6s2
其中,所指示的参数和常数已经在设备1的描述中进行了解释。
一旦已经例如采用以上述方式之一实施了罐3内的润滑液的温度的估算,该方法包括以下步骤:基于所述估算调节第一电动泵3和/或第二电动泵80的操作。
本发明实现了一些主要优点。
首先,所讨论的本发明旨在通过省去用于测量罐30内的润滑液的温度的传感器来优化结构和组装成本。
方便地,这是通过处理将传输给相应ECU的数据来执行的,其中,从基本传感器获取所述数据并进行适当的处理。这些处理操作的结果是:有可能管理一个或多个电动泵或其它装置,以用最少的耗散能量以不连续且智能的方式润滑/冷却构件。
如此设计的本发明可以进行多种修改和变型,所有这些修改和变型都落在表征其的发明构思之内。而且,所有细节都可以由其它技术上等效的元件代替。基本上,所使用的材料以及尺寸可以基于要求具有任何性质。
Claims (4)
1.一种用于操作电动设备(1)的方法,所述电动设备是车辆并且包括:
-用于驱动车辆的运动装置(20)的发动机(2);
-用于传递发动机(2)所产生的运动的传动装置(23);
-第一电动泵(3),所述第一电动泵(3)是用于循环发动机(2)和/或传动装置(23)的润滑液的电动泵并包括使润滑液运动的转子(31)以及控制电子装置(32);
-用于润滑液的罐(30),第一电动泵(3)从所述罐抽取润滑液;
-第一组物理传感器,其为:
用于检测第一电动泵(3)的转子(31)的转速的传感器(41),用于检测第一电动泵(3)的控制电子装置(32)的温度的传感器(42),用于测量第一电动泵(3)的输入电流强度的测量装置(43),用于测量第一电动泵(3)的电源电压的测量装置(44),
所述设备不具有用于测量罐(30)内的润滑液的温度的测量装置并且包括用于至少根据由第一组物理传感器获得的输入来估算罐(30)内的润滑液的温度的估算装置(5),
所述方法包括以下步骤:
-向所述估算装置(5)传输由所述第一组物理传感器检测到的数据;
-通过所述估算装置(5)根据从第一组物理传感器获得的输入来确定罐(30)内的润滑液的温度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:将由位于所述第一电动泵(3)的输送处的压力传感器(45)检测到的数据传输给所述估算装置(5);确定罐(30)内的润滑液的温度的步骤还根据从位于所述第一电动泵(3)的输送处的压力传感器(45)所接收的输入来执行。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述发动机(2)是用于驱动所述车辆的运动装置(20)的电机,所述方法包括执行一过程,所述过程进而包括以下步骤:
i)确定作用在电机(2)上的阻力扭矩;
ii)测量电机(2)的逆变器(25)的输入电流强度;
iii)测量电机(2)的逆变器(25)的输入电压;
iv)测量电机(2)的逆变器(25)的输出电流强度;
v)测量电机(2)的逆变器(25)的输出电压;
vi)读取位于电机的电子控制系统(24)上的温度传感器(66);
vii)读取位于电机(2)的定子(22)上的温度传感器(67),所述电机(2)是包括旋转元件(21)和定子(22)的电机;
viii)测量车辆(10)的运动速度;
ix)读取用于测量车辆(10)外部的环境温度的传感器(69);
x)测量电机(2)和/或传动装置(23)的冷却液的流量;
xi)读取用于检测冷却液的温度的传感器(71);确定罐(30)内的润滑液的温度的步骤还根据通过步骤i、ii、iii、iv、v、vi、vii、viii、ix、x、xi中示出的操作所确定的输入执行。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,使用所述估算装置(5)确定润滑液的温度的步骤包括应用以下公式的步骤:
T2:a·(T1)f+b·(V1)g+c·ph+d·li+e·Vl
其中:
V1=由第一电动泵(3)的转子(31)的速度传感器(41)所指示的转速;
P=由位于第一电动泵(3)的输送处的压力传感器(45)所指示的压力;
T1=由用于感测第一电动泵(3)的控制电子装置(32)的温度的传感器(42)所指示的温度;
T2=罐(30)内的润滑液的温度;
I=由用于测量第一电动泵(3)的输入电流强度的测量装置(43)所确定的电源电流;
V=由用于测量第一电动泵(3)的电源电压的测量装置(44)所确定的电源电压;
a,b,c,d,e,f,g,h,i,l=预设的常数。
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