CN1927610A - 具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统及该系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统及该系统的控制方法，该系统，包括空调压缩机、助力电机、助力电机控制器、第一个单向离合器、第二个单向离合器、系统控制器、空调联接系统，其特征是：助力电机为双端出轴结构，它的一个输出轴通过空调联接系统及第一个单向离合器与空调压缩机相联接，另一个输出轴通过第二个单向离合器与车辆的主驱动系统相联接，助力电机既可以工作在转矩模式，又可以工作在转速模式，助力电机控制器通过动力电缆与助力电机相联接，助力电机控制器通过总线系统的信号电缆与系统控制器相联接。其优点是：具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统的助力电机不但可以驱动空调压缩机，还可以在车辆行驶时，作为车辆驱动系统的一部分，在需要的情况下提供驱动转矩。此外，当车辆停止时，空调系统也可以工作，保证车辆在停车待行期间乘员的舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有车辆驱动助力能力的电动空调电机驱动系统及该系统的控制方法。这种驱动系统可以用于纯电动车、燃料电池电动车和混合动力电动车。本发明所述的电动空调电机驱动系统也可以应用到一些特种车辆中，包括但不限于如下的特种车辆：矿用电动轮型载重汽车、带有电机驱动系统的装甲车以及带有电机驱动系统的坦克车等。
本发明将上述各种不同类型的电动车及特种电动车辆统称为电动车。
技术背景
以电机为动力的电动车，包括纯电动车、燃料电池电动车和串联型混合动力电动车，其工作机理与传统汽车有很大的差异，主要点是车辆不使用内燃机，或者虽然使用内燃机，但是内燃机不直接驱动车辆行驶。因此，电动车的空调系统与传统汽车不同。电动车通常采用电动空调系统，由电机驱动空调压缩机，而不是通过内燃机驱动空调压缩机。电动车的空调系统应该具备如下特点。
●空调系统的工作状态基本上不受车辆运行工况的影响
●可以根据车厢内的温度等因素自动调整空调系统的制冷量
●在车辆处于驻车状态下，空调系统仍然可以工作
●结构简单，性能稳定，可靠性高
●成本低，性价比高
对于采用电动空调的电动车，其空调压缩机通常采用两种方式。第一种方式是空调压缩机由独立的电机驱动，该驱动电机只负责空调压缩机的驱动，不参与车辆的驱动。第二种方式是空调压缩机由驱动车辆的电机驱动。
对于第一种方式的空调系统，空调压缩机的驱动电机不受车辆行驶状态的影响，是其主要的优点。但是，这种空调系统需要增加一个驱动电机，而该电机只用于驱动空调压缩机，对于车辆的驱动不起作用，系统的性价比较低。对于第二种方式的空调系统，不需要增加独立的空调压缩机驱动电机，故系统的成本低。但是，这种空调系统过多地受车辆运行工况的限制，即只有车辆行驶时，空调系统才工作，车辆处于驻车状态时，空调不能工作。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统及该系统的控制方法，该方法结合了上述两种方式的优点，空调的工作基本上不受车辆运行状态的影响，且具有性价比高等一些优点。
本发明提出的空调电机驱动系统，包括空调压缩机(3)、助力电机(1)及助力电机控制器(2)、第一个单向离合器(4)、第二个单向离合器(5)、系统控制器(10)、空调联接系统(6)。本发明提出的空调-助力电机驱动系统的特征是：助力电机(1)为双端出轴结构，它的一个输出轴(1-1)通过空调联接系统(6)及第一个单向离合器(4)与空调压缩机(3)相联接，另一个输出轴(1-2)通过第二个单向离合器(5)与车辆的主驱动系统(9)相联接，可以在车辆需要助力时输出驱动转矩；助力电机(1)既可以工作在转矩模式，又可以工作在转速模式，助力电机控制器(2)通过动力电缆(7)与助力电机(1)相联接，助力电机控制器(2)通过总线系统的信号电缆(8)与系统控制器(10)相联接。
上述空调联接系统(6)是皮带传动系统、齿轮传动系统或直接联接。
本发明所说的具有助力功能的电动空调电机驱动系统，根据车辆行驶状态、车辆牵引力的大小、车厢内温度的高低各因素，由系统控制器(10)控制驱动电机的旋转方向及工作模式。控制方法包括下列步骤：
1)将助力电机的运行状态分为转矩模式和转速模式，并将与各工作模式对应的参数存于驱动系统控制器中；
(2)通过总线系统，用信号电缆将助力电机控制器、系统控制器与整车控制器相联接；
(3)系统控制器按照整车控制器发出的整车转矩需求，经过计算、判断和分析，确定助力电机的工作模式；
(4)电机驱动系统控制器按照确定的助力电机的工作模式，向助力电机控制器发出助力电机的转向信号R；
(5)根据助力电机的工作模式，如果助力电机工作在转矩模式，系统控制器向助力电机控制器发出转矩命令TORQUEcmd；如果助力电机工作在转速模式，系统控制器根据车厢温度各量，向助力电机控制器发出转速命令SPEEDcmd，由此可以确定空调压缩机(3)的转速，进而确定空调系统的制冷量。
本发明的优点是：具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统的助力电机(1)不但可以驱动空调压缩机，还可以在车辆行驶时，作为车辆驱动系统的一部分，在需要的情况下提供驱动转矩。此外，当车辆停止时，空调系统也可以工作，保证车辆在停车待行期间乘员的舒适性。
附图说明
图1是具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统的拓扑结构示意图；
图中：1：助力电机，1-1：助力电机的第一输出轴，1-2：助力电机的第二输出轴，2：助力电机控制器，3：空调压缩机，4：第一个单向离合器，5：第二个单向离合器，6：空调联接系统，7：动力电缆，8：总线系统的信号电缆，9：主驱动系统，10：系统控制器，11：整车控制器(VCU)；
图2是具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统的拓扑结构示意图2；
图中：12：减速器
图3是具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统驱动空调压缩机的原理图；
图中：OWC：单向离合器，Motor：助力电机，AC：空调压缩机，R＝1：助力电机反向旋转，OWC接合，空调压缩机工作，R＝0：助力电机正向旋转，OWC分离，空调压缩机不工作；
图4是具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统的外特性示意图；
图中：第一象限的特性：转矩模式，助力电机正向旋转，第三象限的特性：转速模式，助力电机反向旋转。
具体实施方式
1、本发明，即所说的具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统，其拓扑结构如图1所示。其中的助力电机(1)为双端出轴结构，其输出端(1-1)通过空调联接系统(6)与第一个单向离合器(4)的主动端相联接，单向离合器(4)的从动端与空调压缩机(3)相联接，单向离合器(4)的作用是实现助力电机(1)与空调压缩机(3)之间的接合或分离；在助力电机(1)和主驱动系统(9)之间，有第二个单向离合器(5)，助力电机(1)的输出端(1-2)与单向离合器(5)的主动端相联接，单向离合器(5)的从动端与主驱动系统(9)的输出端相联接，单向离合器(5)的作用是实现助力电机(1)与主驱动系统(9)之间的接合或分离；助力电机控制器(MCU)(2)与助力电机(1)之间通过动力电缆联接；助力电机控制器(MCU)(2)、系统控制器(DCU)(10)及整车控制器(VCU)之间通过总线系统相连接。
为了提高助力电机在驱动车辆时产生的牵引力，可以在助力电机(1)助力电机的一个输出轴通过一个减速器(12)和一个单向离合器(5)与主驱动系统的一个输出轴联接，利用减速器的降速增扭作用，在车辆需要助力电机提供动力时，助力电机可以提供更大的牵引力。系统结构如图2所示。
2、本发明的系统的工作方式和控制方法
2.1具有驱动助力功能的电动空调驱动系统的工作模式
本发明的具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统，根据助力转矩需求的有无，将助力电机(1)的运行状态分为转矩模式和转速模式。
根据车辆行驶状态、车辆牵引力的大小、车厢内温度的高低等因素，由系统控制器(10)控制助力电机(1)的旋转方向及工作模式。
转矩模式
对于车辆需要较大的驱动转矩的情况，如车辆工作在低速爬陡坡状态，主驱动系统不能满足转矩要求，系统控制器(10)会根据驱动转矩的期望值等量，确定出助力电机(1)工作在转矩模式，此时该电机正向旋转，单向离合器(5)处于接合状态，助力电机产生的转矩与主驱动系统产生的转矩共同驱动车辆行驶，单向离合器(4)处于超越状态，其两端的动力处于分离状态，空调压缩机不工作。
转速模式
对于车辆不要求很大的驱动转矩，主驱动系统自身就能够满足车辆牵引的要求，系统控制器(10)根据牵引力、转矩期望值等量，确定出助力电机工作在转速模式，此时助力电机(1)反向旋转，单向离合器(5)处于分离状态，单向离合器(4)处于接合状态，助力电机驱动空调压缩机，其转速将根据车厢内的温度进行调整，从而控制空调系统的制冷量。
2.2具有驱动助力功能的电动车空调驱动系统的工作方式和控制方法
2.2.1系统的工作方式
图1为具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统的拓扑结构图1；图2为具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统的拓扑结构图2；图3为具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统的原理图；图4为上述助力电机的机械特性。
本发明所说的具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统，其工作过程如下。
系统控制器(10)接收来自整车控制器(VCU)的指令，并向助力电机控制器(2)发出转矩命令TORQUEcmd或转速命令SPEEDcmd及助力电机(1)的转向信号R；助力电机控制器(2)根据从系统控制器(10)得到的命令，控制助力电机(1)运行。
2.2.2系统的控制方法
本发明所说的具有驱动助力功能的电动车空调驱动系统，按照助力电机(1)的工作状态分为转矩模式和转速模式。在转速模式下，助力电机(1)用于驱动空调压缩机(3)；在转矩模式下，助力电机(1)用于提供车辆行驶的助力转矩。两种模式按照如下方式进行控制。
转矩模式-驱动助力控制策略
车辆运行在低速爬坡工况时，其受到的坡道阻力很大，单靠主驱动系统(3)不能满足车辆的牵引力需求。在这种情况下，助力电机(1)可以加入到车辆驱动工作中，提供助力转矩，与主驱动系统(9)一并，共同驱动车辆行驶。在这种模式下，助力电机(1)工作在转矩模式。系统控制器(10)根据从VCU接收到的信息，经过运算，产生助力电机(1)所需的转矩命令TORQUEcmd。助力电机(1)产生的转矩与主驱动系统(9)产生的转矩叠加，驱动车辆加速。
在驱动助力模式下，助力电机(1)正向旋转，即R＝0，与空调压缩机相联的单向离合器(4)处于超越状态，助力电机(1)与空调压缩机分离，此时空调系统不工作。
转速模式-空调系统控制策略
车辆运行在非低速爬坡工况时，主驱动系统(3)可以满足车辆的牵引力需求，不需要助力电机(1)提供助力转矩。系统控制器(10)根据从VCU接收到的信息，可以确定车辆处于非低速爬坡工况，助力电机(1)运行在转速模式，根据车厢内的温度，系统控制器(10)向助力电机控制器(2)发出转速命令SPEEDcmd，控制助力电机(1)的转速SPEED。
助力电机(1)工作在转速控制模式时，助力电机(1)反向旋转，即R＝1，与空调压缩机(3)相联的单向离合器(4)处于接合状态，助力电机(1)与空调压缩机(3)接合，此时助力电机(1)按照转速SPEED反向旋转，空调系统提供相应的制冷量。与主驱动系统(9)相联接的单向离合器(5)处于超越状态，助力电机(1)与主驱动系统(9)处于分离状态。
Claims (6)
1、一种具有驱动助力功能的电动车空调电机驱动系统，包括空调压缩机、助力电机、助力电机控制器、第一个单向离合器、第二个单向离合器、系统控制器、空调联接系统，其特征是：助力电机为双端出轴结构，它的一个输出轴通过空调联接系统及第一个单向离合器与空调压缩机相联接，另一个输出轴通过第二个单向离合器与车辆的主驱动系统相联接，助力电机既可以工作在转矩模式，又可以工作在转速模式，助力电机控制器通过动力电缆与助力电机相联接，助力电机控制器通过总线系统的信号电缆与系统控制器相联接。
2、根据权利要求1所述的具有驱动助力功能的电动车空调电机驱动系统，其特征是：助力电机的一个输出轴通过一个减速器和一个单向离合器与主驱动系统的一个输出轴联接。
3、根据权利要求1所述的驱动助力电机系统，其特征是：空调联接系统是皮带传动系统、齿轮传动系统或直接联接。
4、本发明的具有驱动助力功能的电动空调电机驱动系统的控制方法，其特征是，该控制方法包括下列步骤：
(1)将助力电机的运行状态分为转矩模式和转速模式，并将与各工作模式对应的参数存于驱动系统控制器中；
(2)通过总线系统，用信号电缆将助力电机控制器、系统控制器与整车控制器相联接；
(3)系统控制器按照整车控制器发出的整车转矩需求，经过计算、判断和分析，确定助力电机的工作模式；
(4)电机驱动系统控制器按照确定的助力电机的工作模式，向助力电机控制器发出助力电机的转向信号R；
(5)根据助力电机的工作模式，如果助力电机工作在转矩模式，系统控制器向助力电机控制器发出转矩命令TORQUEcmd；如果助力电机工作在转速模式，系统控制器根据车厢温度各量，向助力电机控制器发出转速命令SPEEDcmd，由此可以确定空调压缩机的转速，进而确定空调系统的制冷量。
5、根据权利要求4所述的电机驱动系统的控制方法，其特征是：助力电机用于车辆驱动助力时，助力电机按照转矩模式工作，助力电机正向旋转，此时与空调压缩机相联的单向离合器处于超越状态，助力电机与空调压缩机处于分离状态，与主驱动系统相联的单向离合器处于接合状态。
6、根据权利要求4所述的电机驱动系统的控制方法，其特征是：助力电机用于驱动空调压缩机时，助力电机按照转速模式工作，助力电机反向旋转，此时与空调压缩机相联的单向离合器处于接合状态，与主驱动系统相联的单向离合器处于超越状态，助力电机与主驱动系统处于分离状态。
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