DE102020108304A1

DE102020108304A1 - Elektrisches allradantriebssystem mit stern-dreieck-verbindung für elektrifizierte fahrzeuge

Info

Publication number: DE102020108304A1
Application number: DE102020108304.1A
Authority: DE
Inventors: Matthew Joseph; Shehan Haputhanthri
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2020-10-01
Also published as: US11267346B2; CN111762148A; US20200307392A1

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein elektrisches Allradantriebssystem mit Stern-Dreieck-Verbindung für elektrifizierte Fahrzeuge bereit. Ein Fahrzeug beinhaltet eine erste und eine zweite elektrische Maschine, die von Wechselrichtern angetrieben und an den ersten und zweiten Radsatz gekoppelt sind. Das Fahrzeug beinhaltet Schalter, die dazu konfiguriert sind, jeden der Wechselrichter selektiv in einer von einer Stern- und Dreieckverbindung mit den elektrischen Maschinen zu verbinden. Das Fahrzeug beinhaltet ferner eine Steuerung, die dazu programmiert ist, die Schalter dazu zu betreiben, eine Verbindung für die elektrischen Maschinen auszuwählen und die Wechselrichter dazu zu betreiben, einen Drehmomentbedarf zwischen den elektrischen Maschinen auf Grundlage der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu proportionieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Stern-Dreieck-Elektroantriebssysteme für Elektrofahrzeuge.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrische Maschinen werden verwendet, um Fahrzeuge anzutreiben und zu bremsen. Die elektrischen Maschinen bestehen aus einer Anzahl von Wicklungen, die in einer Stern- oder Dreieckkonfiguration verbunden sein können. Das maximale Drehmoment und die Leistungseigenschaften der elektrischen Maschine sind von der Art der Verbindung abhängig. Typische Fahrzeugkonstruktionen beschränken sich auf die Auswahl einer bestimmten Verbindungskonfiguration für die elektrischen Maschinen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet eine erste und eine zweite elektrische Maschine, die von Wechselrichtern angetrieben und mit einem ersten bzw. zweiten Radsatz gekoppelt sind. Das Fahrzeug beinhaltet ferner Schalter, die dazu konfiguriert sind, die Wechselrichter selektiv in einer Stern- und Dreieckverbindung an die elektrischen Maschinen zu koppeln. Das Fahrzeug beinhaltet ferner eine Steuerung, die dazu programmiert ist, die Schalter dazu zu betreiben, die erste elektrische Maschine in der Stemverbindung und die zweite elektrische Maschine in der Dreieckverbindung zu koppeln, als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs geringer ist als ein Geschwindigkeitsschwellenwert, und die Schalter dazu zu betreiben, die erste elektrische Maschine von der Stemverbindung zu der Dreieckverbindung zu wechseln, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit den Geschwindigkeitsschwellenwert übersteigt.
Der Geschwindigkeitsschwellenwert kann der Geschwindigkeit entsprechen, bei welcher ein höchstes Drehmoment der elektrischen Maschine in der Stemverbindung unter ein höchstes Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine in der Dreiecksverbindung fällt. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, die Schalter dazu zu betreiben, die zweite elektrische Maschine von der Dreiecksverbindung zu der Stemverbindung zu wechseln, als Reaktion darauf, dass ein Drehmomentbedarf einen Drehmomentschwellenwert überschreitet und dass die Geschwindigkeit weniger als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist. Der Drehmomentschwellenwert kann einer Summe eines höchsten Drehmoments der ersten elektrischen Maschine, die in der Stemverbindung verbunden ist, und eines höchsten Drehmoments der zweiten elektrischen Maschine entsprechen, die in der Dreiecksverbindung verbunden ist. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, die Wechselrichter die Wechselrichter dazu zu betreiben, das Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine zu proportionieren, um einen Drehmomentbedarf zu erfüllen. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, die Wechselrichter dazu zu betreiben, das Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine zu proportionieren, um einen Drehmomentbedarf zu erfüllen und die Systemeffizienz zu maximieren. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit von kleiner als der Geschwindigkeitsschwellenwert zu größer als der Geschwindigkeitsschwellenwert übergeht, den Wechselrichter, der mit der ersten elektrischen Maschine zusammenhängt, dazu zu betreiben, ein Drehmoment der ersten elektrischen Maschine auf Null anzutreiben, bevor die Schalter dazu betrieben werden, die erste elektrische Maschine in der Dreiecksverbindung selektiv zu verbinden. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, den Wechselrichter, der mit der ersten elektrischen Maschine zusammenhängt, dazu zu betreiben, das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine zu erhöhen, um einen Drehmomentbedarf zu erfüllen. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, die Wechselrichter dazu zu betreiben, Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine derart zu proportionieren, dass sich das Drehmoment, das der ersten elektrischen Maschine zugewiesen ist, verringert und sich das Drehmoment, das der zweiten elektrischen Maschine zugewiesen ist, erhöht, während sich die Geschwindigkeit erhöht.
Ein Fahrzeug beinhaltet eine erste elektrische Maschine, die an einen ersten Radsatz gekoppelt und mit einem ersten Wechselrichter in einer Sternkonfiguration verbunden ist, und eine zweite elektrische Maschine, die an einen zweiten Radsatz gekoppelt ist und mit einem zweiten Wechselrichter in einer Dreieckkonfiguration verbunden ist. Das Fahrzeug beinhaltet ferner eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs geringer als ein erster Geschwindigkeitsschwellenwert ist, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, einen Drehmomentbedarf durch Proportionieren des Drehmomentbedarfs zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine zu erfüllen, und, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit größer als der erste Geschwindigkeitsschwellenwert ist und der Drehmomentbedarf kleiner als der Drehmomentschwellenwert ist, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, den Drehmomentbedarf ganz durch die zweite elektrische Maschine zu erfüllen.
Der Drehmomentschwellenwert und der erste Geschwindigkeitsschwellenwert können einem Drehmoment- und Geschwindigkeitswert entsprechen, bei dem ein höchstes Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine einem höchsten Drehmoment der ersten elektrischen Maschine entspricht. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit geringer als ein zweiter Geschwindigkeitsschwellenwert ist, der kleiner als der erste Geschwindigkeitsschwellenwert ist, den Drehmomentbedarf der ersten elektrischen Maschine zuzuweisen und den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, die erste Maschine dazu anzutreiben, den Drehmomentbedarf zu erfüllen. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit den ersten Geschwindigkeitsschwellenwert übersteigt und der Drehmomentbedarf größer als der Drehmomentschwellenwert ist, eine Differenz zwischen dem Drehmomentbedarf und dem Drehmomentschwellenwert der ersten elektrischen Maschine zuzuweisen und den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, die elektrischem Maschinen dazu anzutreiben, den Drehmomentbedarf zu erfüllen. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, das Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine derart zu proportionieren, dass sich Drehmoment, das der ersten elektrischen Maschine zugewiesen ist, verringert und Drehmoment, das der zweiten elektrischen Maschine zugewiesen ist, erhöht, während sich die Geschwindigkeit erhöht, und sich das Drehmoment, das der ersten elektrischen Maschine zugewiesen ist, erhöht und sich Drehmoment, das der zweiten elektrischen Maschine zugewiesen ist, verringert, während sich die Geschwindigkeit verringert. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, den Drehmomentbedarf zwischen der ersten und zweiten elektrischen Maschine zu proportionieren, um die Systemeffizienz zu maximieren.
Ein von einer Steuerung umgesetztes Verfahren beinhaltet Betriebsschalter zum selektiven Verbinden einer ersten elektrischen Maschine in einer Dreieckverbindung und einer zweiten elektrischen Maschine in einer Sternverbindung. Das Verfahren beinhaltet ferner den Betrieb von Wechselrichtern, die an die elektrischen Maschinen gekoppelt sind, um einen Drehmomentbedarf an die elektrischen Maschinen zu proportionieren. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Betreiben der Schalter dazu, die erste elektrische Maschine von der Dreiecksverbindung zu der Stemverbindung zu wechseln, als Reaktion darauf, dass der Drehmomentbedarf einen Drehmomentschwellenwert übersteigt und eine Drehzahl der elektrischen Maschinen geringer ist als ein Drehmomentschwellenwert.
Der Drehmomentschwellenwert kann ein maximales Drehmoment sein, das mit der ersten elektrischen Maschine erreicht werden kann, die in einer Dreieckverbindung verbunden ist. Der Geschwindigkeitsschwellenwert kann der Geschwindigkeit entsprechen, bei welcher ein höchstes Drehmoment der ersten elektrischen Maschine in der Stemverbindung unter ein höchstes Drehmoment der ersten elektrischen Maschine in der Dreiecksverbindung fällt. Das Verfahren kann ferner das Betreiben der Wechselrichter beinhalten, um das Drehmoment an die erste elektrische Maschine auf Null zu reduzieren, bevor die Schalter betrieben werden, um von der Dreieckschaltung zur Sternschaltung zu wechseln. Das Verfahren kann ferner das Betreiben der Wechselrichter beinhalten, um das Drehmoment an die erste elektrische Maschine zu steigern, um den Drehmomentbedarf zu erfüllen, nachdem sie in der Sternschaltung verbunden wurde.
Figurenliste

1 ist ein Schema eines Fahrzeugs;
2 ist ein Schema eines Leistungselektroniksystems;
3 ist ein Diagramm, das das Drehmoment der elektrischen Maschine und die Drehzahl der Dreieck- und Sternwicklungen vergleicht, die eine elektrische Maschine betreiben;
4 ist ein Diagramm, das das kombinierte Drehmoment und die Drehzahl der elektrischen Maschine für ein elektrisches Antriebssystem zeigt, das Wicklungen mit Dreieck- und Sternschaltung beinhaltet;
5 ist ein Ablaufdiagramm für eine mögliche Abfolge von Vorgängen zum Betreiben eines Antriebssteuersystems, das wählbare Wicklungsverbindungen beinhaltet.
6 ist ein Ablaufdiagramm für eine mögliche Abfolge von Vorgängen zur Auswahl der effizientesten Wicklungsverbindungen und der Drehmomentverteilung für die elektrischen Maschinen.
7 ist ein Ablaufdiagramm für eine mögliche Abfolge von Vorgängen zum Ändern der Wicklungsverbindungen während regenerativer Bremsereignisse.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der vorliegenden Schrift werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen unterschiedliche und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind die hierin offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Gebrauch der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen aus Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Eine elektrische Maschine besteht aus mehreren Wicklungen, die elektrisch angetrieben sind, um ein Drehmoment zu erzeugen. Eine elektrische Maschine kann eine Dreiphasenmaschine sein, die von einem Dreiphasenwechselrichter angetrieben wird. Die Wicklungen der elektrischen Maschine können mit dem Wechselrichter in einer Dreieck- oder einer Sternkonfiguration verbunden sein. In einer sternverbundenen Konfiguration sind die Wicklungen in einer Y-Form verbunden, wobei jede Wicklung mit einem Neutralpunkt verbunden ist. In einer dreieckverbundenen Konfiguration ist jede Wicklung mit den beiden anderen Wicklungen verbunden (schematisch einem Dreieck ähnlich).
Die stern- und dreieckverbundenen Maschinen weisen aufgrund der jeweiligen Wicklungsverbindungskonfiguration ein unterschiedliches Drehmoment und eine unterschiedliche Leistungsfähigkeit auf. Typische Anwendungen für elektrische Maschinen verbinden die elektrische Maschine statisch in einer der Konfigurationen. Vorteile können sich jedoch aus einer dynamischen Verbindungsstrategie für elektrische Maschinen ergeben. Die dynamische Verbindungsstrategie für elektrische Maschinen kann eine Steuerstrategie umsetzen, um Übergänge zwischen den Verbindungstypen zu verwalten, um die Fahrzeugleistung zu optimieren.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeug 100 gezeigt. Das Fahrzeug 100 kann einen Satz von Rädern 102 beinhalten. Die Räder 102 können an eine Vorderachse 104 oder eine Hinterachse 106 gekoppelt sein, die zum Antreiben der Räder 102 konfiguriert sind. Das Fahrzeug 100 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 112 beinhalten, die über ein entsprechendes Getriebe 110 an eine jeweilige Achse gekoppelt sind. Das Fahrzeug 100 kann eine elektrische Maschine 112A mit Frontantrieb beinhalten, die mechanisch an ein Vorderachsgetriebe 110A gekoppelt ist. Das Fahrzeug 100 kann eine elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb beinhalten, die mechanisch an ein Hinterachsgetriebe 110B gekoppelt ist. Das Vorderachsgetriebe 110A und das Hinterachsgetriebe 110B können an die Vorderachse 104 bzw. die Hinterachse 106 gekoppelt sein. Die Getriebe 110 können ein Differential zum Übertragen eines Drehmoments von der entsprechenden elektrischen Maschine 112 auf die entsprechende Achse und die Räder 102 beinhalten. In anderen Konfigurationen kann eine elektrische Maschine 112 direkt oder über ein zusammenhängendes Getriebe an jedes der Räder 102 gekoppelt sein. Eine derartige Konfiguration hätte vier elektrische Maschinen. Eine beliebige Anzahl von elektrischen Maschinen und Konfigurationen davon werden in dieser Offenbarung in Betracht gezogen und können in dieser Offenbarung zusammen als elektrische Maschine oder mehrere elektrische Maschinen bezeichnet sein.
Die elektrischen Maschinen 112 können von einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 122 betrieben werden. Die Leistungselektronikmodule 122 können von einer Traktionsbatterie 124 mit Leistung versorgt werden. Das Leistungselektronikmodul 122 kann von einer Steuerung 140 gelenkt oder gesteuert werden. Die Steuerung 140 kann Gate-Treiber oder andere Hardware zum Ansteuern von Schaltern des Leistungselektronikmoduls 122 zusammen mit Prozessoren, Speicher und Kommunikation beinhalten, um Logikfunktionen auszuführen und Informationen auszutauschen. Die Steuerung 140 kann einen oder mehrere Prozessoren und Steuerungen beinhalten, die zum Ausführen derartiger Funktionen konfiguriert sind. Die Telematiksteuerung 140 kann ferner verschiedene Arten von Rechenvorrichtungen zur Unterstützung der Durchführung der Funktionen der hier beschriebenen Steuerung 140 beinhalten. In einem Beispiel kann die Steuerung 140 einen oder mehrere Prozessoren, die zum Ausführen von Computeranweisungen konfiguriert sind, und ein Speichermedium, auf dem die computerausführbaren Anweisungen und/oder Daten gespeichert sein können, beinhalten. Ein computerlesbares Datenspeichermedium (auch als prozessorlesbares Medium oder Datenspeicher bezeichnet) beinhaltet ein beliebiges nichtflüchtiges (z. B. physisches) Medium, das an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt ist, die von einem Computer (z. B. von dem/den Prozessor(en)) gelesen werden können. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor Anweisungen und/oder Daten, z. B. vom Speicher usw., an einen Arbeitsspeicher und führt die Anweisungen unter Verwendung der Daten aus, wodurch ein oder mehrere Prozesse, einschließlich eines oder mehrerer der hier beschriebenen Prozesse, durchgeführt werden. Computerausführbare Anweisungen können anhand von Computerprogrammen zusammengestellt oder ausgewertet werden, die unter Verwendung vielfältiger Programmiersprachen und/oder -technologien erstellt wurden, einschließlich unter anderem und entweder für sich oder in Kombination Java, C, C++, C#, Fortran, Pascal, Visual Basic, Python, Java Script, Perl, PL/SQL usw. Die Steuerung 140 kann ebenfalls mit einem Server 144 kommunizieren, der außerhalb des Fahrzeugs 100 liegt, um autonome Fahrzeugbefehle oder andere Informationen bezüglich der Fahrt des Fahrzeugs 100 abzurufen. Die Steuerung 140 kann ferner ein Steuersignal eines Pedals (von Pedalen) 142 von Fahrzeugführern des Fahrzeugs 100 oder ähnlichen autonomen Befehlen empfangen. Die Steuerung 140 kann auch autonome Befehle bestimmen und das Fahrzeug 100 ansonsten autonom fahren. Der Server 144 kann Prozessoren und Datenspeicher beinhalten, um dem Fahrzeug 100 Informationen bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Leistungselektronikkonfiguration 200 zum Betreiben der elektrischen Maschinen 112 gezeigt. Die Traktionsbatterie 124 kann dazu verwendet werden, Energie von der Leistungselektronikkonfiguration 200 zu aktivieren oder zu empfangen. Die Leistungselektronikkonfiguration 200 kann einen oder mehrere Wechselrichter 130 beinhalten, die einen Satz von Schaltelementen beinhalten, die dazu konfiguriert sind, eine Gleichspannung (DC-Spannung) von der Traktionsbatterie 124 in ein Wechselstromsignal (AC-Signal) für die elektrischen Maschinen 112 umzuwandeln. Die Traktionsbatterie 124 erregt die Anschlüsse oder Schienen 132, 134 der Wechselrichter 130. Wie gezeigt, können die Wechselrichter 130 die Wicklungen 114A, 114B, 114C, die den zugehörigen Phasen der elektrischen Maschine 112 entsprechen, durch Betreiben der Schaltelemente selektiv erregen. Die Steuerung 140 kann die Wechselrichter 130 dazu betreiben, zu bewirken, dass die elektrischen Maschinen 112 ein Drehmoment erzeugen. Die Steuerung 140 kann verschiedene Steuerstrategien wie Vektorsteuerung oder feldorientierte Steuerung zum Steuern der Drehmomentabgabe der elektrischen Maschinen 112 umsetzen. Im vorliegenden Beispiel können die elektrische Maschine 112A mit Frontantrieb und die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb von den Wechselrichtern 130 angetrieben werden.
Wie gezeigt, können die Wicklungen 114A, 114B, 114C selektiv in einer Dreieck- oder einer Sternkonfiguration angeordnet oder konfiguriert sein. Ein oder mehrere Sätze von Schaltern können dazu konfiguriert sein, jede der elektrischen Maschinen 112 in einer Stern- und einer Dreieckverbindung selektiv zu verbinden. Die Wicklungen 114A, 114B, 114C können mit einem Satz von Dreieckschaltern 126 zusammenhängen, die die Wicklungen als Dreieckverbindung konfigurieren, wenn sie geschlossen sind. Die Wicklungen 114A, 114B, 114C können mit einem Satz von Sternschaltern 128 zusammenhängen, die die Wicklungen 114A, 114B, 114C als Stemverbindung konfigurieren, wenn sie geschlossen sind. Andere Wicklungskonfigurationen können verwendet werden. Das heißt, zusätzliche Wechselrichter 130 können verwendet werden, um einen zusätzlichen Satz von Wicklungen abwechselnd mit Leistung zu versorgen, sodass die Schalter 126, 128, wie gezeigt, nicht notwendig sind. Das heißt, die elektrische Maschine 112 kann mit unabhängigen Stern- und Dreieckwicklungen doppelt gewickelt sein, oder die elektrische Maschine 112 kann auch mit unabhängigen Stern- und Dreieckschaltern 126, 128 gewickelt sein, um selektiv Stern- und Dreieckwicklungen oder eine Kombination davon zu erzeugen. Jede Konfiguration, Kombination, Hinzufügung oder Entfernung von Wechselrichtern 130, elektrischen Maschinen 112 und Wicklungen 114A, 114B, 114C, die bekannt und unbekannt sind, wird durch diese Offenbarung in Betracht gezogen. Das beschriebene Hauptmerkmal besteht darin, dass die elektrische Maschine selektiv entweder in einer Stern- oder einer Dreieckkonfiguration betrieben werden kann. Die Steuerung 140 kann dazu programmiert sein, die Schalter 126, 128 dazu betreiben, jede der elektrischen Maschinen 112 in einer der Stern- und Dreieckverbindungen selektiv zu verbinden, auf Grundlage von verschiedenen Kriterien (z. B. Drehzahl).
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Diagramm 300 gezeigt. Das Diagramm 300 zeigt eine repräsentative Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Drehmoment für die elektrische Maschine 112 unter Verwendung feldorientierter Steuerung. Ein Stemverbindungsverlauf 302 zeigt die Drehmoment-Geschwindigkeit-Kurve, wenn die elektrische Maschine 112 sternverbunden ist. Der Stemverbindungsverlauf 302 zeigt ein hohes Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten und ein sich verringerndes Drehmoment bei hohen Geschwindigkeiten an. Ein Dreiecksverbindungsverlauf 304 zeigt die Drehmoment-Geschwindigkeit-Kurve, wenn die elektrische Maschine 112 dreiecksverbunden ist. Der Dreiecksverbindungsverlauf 304 zeigt ein konstantes Drehmoment und eine größere maximale Leistungsfähigkeit über einen größeren Geschwindigkeitsbereich im Vergleich zu dem Stemverbindungsverlauf 302. Anders ausgedrückt behält der Dreiecksverbindungsverlauf 304 ein größeres Drehmoment und eine Leistungsfähigkeit bis zu einer höheren Geschwindigkeit als der Stemverbindungsverlauf 302. Der maximale Drehmomentwert für den Dreieckverbindungsverlauf 304 ist kleiner als der maximale Drehmomentwert für den Stemverbindungsverlauf 302 bei niedrigeren Geschwindigkeiten.
Wie gezeigt, erzeugen für einen ersten Geschwindigkeitsbereich 310 die dreieckverbundenen Wicklungen 304 weniger Drehmoment als die sternverbundenen Wicklungen 302 und für einen zweiten Geschwindigkeitsbereich 312, der größer als der erste Geschwindigkeitsbereich 310 ist, erzeugen die sternverbundenen Wicklungen 302 weniger Drehmoment als die dreieckverbundene Wicklungen 304. Eine Übergangsgeschwindigkeit 306 kann die Geschwindigkeit sein, bei der die dreieckverbundenen Wicklungen 304 ein größeres Spitzendrehmoment als die sternverbundenen Wicklungen 302 bereitstellen. In Bezug auf die maximale Drehmomentfähigkeit kann es bevorzugt sein, die elektrische Maschine 112 in einer Sternkonfiguration bei Drehzahlen unter der Übergangsdrehzahl 306 und in einer Dreieckkonfiguration über der Übergangsdrehzahl 306 zu betreiben.
Eine elektrische Maschine, die in einer Sternkonfiguration verbunden ist, kann möglicherweise ein höheres Spitzendrehmoment und eine niedrigere Spitzenleistung erzeugen, als wenn die elektrische Maschine in einer Dreieckkonfiguration verbunden wäre. In einigen Konfigurationen kann die elektrische Maschine ein permanenterregter Synchronmotor (permanent magnet synchronous motor - PMSM) sein. Der PMSM erzeugt ein Drehmoment, das proportional zu dem den Wicklungen zugeführten Strom ist. Wenn der zugeführte Strom und das erzeugte Spitzendrehmoment zwischen einer elektrischen Maschine mit Stern- und Dreieckverbindung gleich sind (z. B. Übergangsdrehzahl 306) ermöglicht die erhöhte Phasenspannung einer Dreieckswicklung eine höhere Leistungsfähigkeit und damit ein höheres Drehmoment bei höheren Geschwindigkeiten (z. B. Geschwindigkeiten größer als der erste Geschwindigkeitsbereich 310). Die Wechselrichter 130 können mit Spannungs- und Frequenzmodulationsfähigkeit konfiguriert sein. Als solches kann das Drehmoment entweder in einer Sternkonfiguration oder einer Dreieckkonfiguration direkt gesteuert sein.
Wicklungen mit dreieck- und sternverbundenen Wicklungen weisen unterschiedliche Beziehungen zwischen Leitungs- und Phasenströmen und -spannungen auf. Die Netzspannung ist die Spannung, die zwischen zwei der Leitungsleiter (zwischen dem Wechselrichter 130 und der elektrischen Maschine 112) gemessen ist. Der Netzstrom ist der Strom, der durch jeden der Leitungsleiter gemessen ist. Die Phasenspannung ist die Spannung, die an einer der Wicklungen 114 der elektrischen Maschine gemessen ist. Der Phasenstrom ist der Strom, der durch jede der Phasenwicklungen 114 gemessen ist. Für Wicklungen mit Dreieckverbindung beziehen sich die Netzspannung und die Ströme wie folgt auf die Phasenspannung und die Ströme: $V_{L} = V_{P}$
$I_{L} = \sqrt{3} I_{P}$
Für Wicklungen mit Sternverbindung beziehen sich die Netzspannung und die Ströme wie folgt auf die Phasenspannung und die Ströme: $V_{L} = \sqrt{3} V_{p}$
$I_{L} = I_{P}$
Für eine Wechselrichterphase mit einem RMS-Phasenstrom von Iphase Arms (z. B. Stromausgang für eine einzelne Phase) ist der maximale RMS-Phasenstrom, der jeder Phasenwicklung mit Dreieckverbindung zugeführt werden kann $Iphase \sqrt{3} Arms .$
Dies kann die höchste Drehmomentausgabe des in einer Dreieckkonfiguration bei niedrigen Drehzahlen angeschlossenen PMSM begrenzen. Denselben Wicklungen kann jedoch eine höhere Spannung zugeführt werden. Dies ermöglicht einen Betrieb mit einem konstanten V/Hz-Verhältnis, das sich bei höheren Drehzahlen für eine elektrische Maschine mit Dreieckverbindung gegen eine elektrische Maschine mit Stemverbindung erstreckt. Dies ermöglicht ein erhöhtes Drehmoment und eine erhöhte Leistung für die Maschine mit Dreieckverbindung bei höheren Geschwindigkeiten (z. B. über dem Geschwindigkeitsschwellenwert 310 aus 3).
Die elektrische Maschine 112 kann mit einer gemeinsamen Phasenwicklungsausgestaltung konfiguriert sein. Zum Beispiel können die Wicklungen 114 der elektrischen Maschinen 112 eine gleiche Anzahl von Wicklungen und dieselbe Kupferstärkeverdrahtung beinhalten. Die elektrische Maschine 112 kann in entweder einer Stern- oder Dreieckkonfiguration verbunden sein. Die elektrische Maschine 112 kann derart ausgelegt sein, dass sie in jeder Konfiguration betrieben werden kann und die gewünschte Betriebsleistung erzielt.
In einigen Konfigurationen kann die elektrische Maschine 112A mit Frontradantrieb in einer Dreieckskonfiguration verbunden sein und die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb kann in einer Sternkonfiguration verbunden sein. Die Verbindung kann fest verdrahtet sein oder durch Betreiben der Schalter erreicht werden, wie in 2 abgebildet. Die elektrischen Maschinen 112 an der Vorder- und Hinterachse können mit einer anderen Wicklungsverbindung (Dreieck oder Stern) konfiguriert sein. Die Verbindungsstrategie nutzt die Tatsache aus, dass jede der Wicklungskonfigurationen in bestimmten Betriebsbereichen Vorteile aufweist. Um die Vorteile zu erzielen, kann jedoch eine Steuerstrategie umgesetzt sein, um den Betrieb der elektrischen Maschinen 112 zu verwalten. Die Steuerung 140 kann mit einer Steuerstrategie programmiert werden, um die Drehmomentabgabe der elektrischen Maschinen 112 zu verwalten. Ferner kann die Steuerung 140 derart programmiert sein, dass sie die Drehmomentausgaben der elektrischen Maschinen mischt, um eine verbesserte Leistung zu erzielen. In anderen Konfigurationen können die elektrische Maschine 112A mit Frontantrieb und die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb eine Dreiecksverbindung aufweisen. Die hierin beschriebene Steuerstrategie bleibt auf die alternative Konfiguration anwendbar.
4 zeigt ein Diagramm 400, das die Drehmoment- und Geschwindigkeitsbeziehung für eine mögliche Steuerstrategie während eines Fahrmanövers mit weit geöffneter Drossel (wide open throttle - WOT) mit Systemleistungsbeschränkungen (z. B. kann das System nicht jede der elektrischen Maschinen 112 mit voller Leistung versorgen) zeigt. Das Beispiel geht von einer elektrischen Maschine 112B mit Sternverbindung und einer elektrischen Maschine 112A mit Dreieckverbindung mit Frontantrieb aus. Die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb kann bei niedrigen Drehzahlen ein größeres Spitzendrehmoment aufweisen, da sie in einer Sternkonfiguration verbunden ist. Als solches kann die Kontrollstrategie die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb bei niedrigeren Drehzahlen bevorzugen. Das Diagramm 400 bildet eine Befehlsmomentkurve 402 der elektrischen Maschine mit Heckantrieb ab, die ein gewünschtes Betriebsdrehmoment als Funktion der Geschwindigkeit für die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb darstellt. Das Diagramm 400 bildet ebenfalls eine Befehlsmomentkurve 404 der elektrischen Maschine mit Frontantrieb ab, die ein gewünschtes Betriebsdrehmoment als Funktion der Drehzahl für die elektrische Maschine 112A mit Frontantrieb darstellt. Den elektrischen Maschinen 112 kann befohlen werden, gleichzeitig ein Drehmoment zu liefern, was zu einer kombinierten Drehmomentkurve 406 führt, die das von den elektrischen Maschinen 112 bereitgestellte Gesamtdrehmoment repräsentiert. In diesem Beispiel repräsentiert die kombinierte Drehmomentkurve 406 die maximale Drehmomentausgabe des Antriebssystems. Drehmomentwerte, die kleiner als die maximale Drehmomentausgabe sind, sind erreichbar, wie hierin beschrieben wird.
Die Drehzahlwerte können als Drehzahl der elektrischen Maschinen 112 oder als Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 ausgedrückt werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann aus Raddrehzahlen, Drehzahlen der elektrischen Maschine, Beschleunigungsmessereingaben, und/oder beliebigen Kombinationen davon abgeleitet werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann durch einen bekannten Faktor mit den Drehzahlen der elektrischen Maschine in Beziehung gesetzt werden. Zum Beispiel kann für ein Getriebe mit einer Drehzahl die Drehzahl der elektrischen Maschine durch ein Übersetzungsverhältnis mit den Raddrehzahlen in Beziehung gesetzt werden. Die Raddrehzahlen können wiederum mit Kenntnis des Radradius mit der Fahrzeuggeschwindigkeit in Beziehung gesetzt werden. Während Beschleunigungs- und Verzögerungsereignissen können Korrekturen vorgenommen werden. Als solches können die hier zu beschreibenden Steuerstrategien die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs oder die Drehzahlen der elektrischen Maschine verwenden.
Unterhalb eines ersten Geschwindigkeitsschwellenwerts 418 kann das System dazu konfiguriert sein, einen Drehmomentbedarf mit einem Drehmoment von der elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb zu erfüllen. Ein Bereich 408 mit nur Hinterradantrieb kann zwischen der Geschwindigkeit Null und dem ersten Geschwindigkeitsschwellenwert 418 definiert werden. In dem Bereich 408 mit nur Heckantrieb kann das Drehmoment nur von der elektrischen Maschine 112B mit Heckantrieb versorgt werden. Da die elektrische Maschine 112B eine Sternverbindung aufweist, kann ein maximales Spitzendrehmoment verfügbar sein (im Vergleich zur elektrischen Maschine 112A mit Dreieckverbindung).
Über einem zweiten Drehzahlschwellenwert 420 kann das System dazu konfiguriert sein, einen Drehmomentbedarf mit Drehmoment von der elektrischen Maschine 112A mit Frontantrieb zu erfüllen. Ein Bereich 412 kann zwischen dem zweiten Drehzahlschwellenwert 420 und einer maximalen Betriebsdrehzahl der elektrischen Maschinen 112 definiert sein. In dem Bereich 412 mit nur Frontantrieb kann das Drehmoment nur von der elektrischen Maschine 112A mit Frontantrieb versorgt werden. Da der Bereich 412 mit nur Frontantrieb bei höheren Geschwindigkeiten definiert ist, weist die elektrische Maschine 112A, die in Dreieckschaltung verbunden ist, eine größere maximale Drehmomentfähigkeit als die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb auf.
Die elektrischen Maschinen 112 können in einem gemischt betriebenen Modus über einen Bereich von Geschwindigkeiten betrieben werden, in dem das Drehmoment zwischen den elektrischen Maschinen 112 aufgeteilt wird. Zum Beispiel kann zwischen dem ersten Geschwindigkeitsschwellenwert 418 und dem zweiten Geschwindigkeitsschwellenwert 420 ein Bereich 410 von gemischten Vorgängen definiert werden. In dem gemischten Betriebsbereich 410 kann ein Drehmomentbedarf mit dem Drehmoment von beiden elektrischen Maschinen 112 erfüllt sein. Das Drehmoment kann auf verschiedene Arten gemischt sein. In einigen Konfigurationen kann das der elektrischen Maschine mit Sternkonfiguration zugewiesene Drehmoment zwischen dem ersten Geschwindigkeitsschwellenwert 418 und dem zweiten Geschwindigkeitsschwellenwert 420 linear auf Null gesteigert werden. Das der elektrischen Maschine mit Dreieckkonfiguration zugewiesene Drehmoment kann zwischen dem ersten Drehzahlschwellenwert 418 und dem zweiten Drehzahlschwellenwert 420 gesteigert werden. Der Bereich 410 von gemischtem Betrieb, der abgebildet ist, ist nur ein Beispiel für einen möglichen Bereich 410 von gemischtem Betrieb. Das spezifische Bereich 410 von gemischtem Betrieb kann für verschiedene Fahrzeugtypen und elektrische Maschinenkonfigurationen/-spezifikationen geändert werden.
Bei niedrigen Drehzahlen (z. B. unterhalb des ersten Drehzahlschwellenwerts 418) kann die Steuerung 140 dazu programmiert sein, die Wechselrichter 130 dazu zu betreiben, das Drehmoment von der elektrischen Maschine 112B mit Heckantrieb zu befehlen. In diesem Modus arbeitet das Fahrzeug in einem Betriebsmodus mit Hinterradantrieb (rear wheel drive - RWD). Wenn die Geschwindigkeit den ersten Geschwindigkeitsschwellenwert 418 überschreitet, kann die Steuerung 140 dazu programmiert sein, die Wechselrichter 130 dazu zu betreiben, gleichzeitig das Drehmoment von beiden elektrischen Maschinen 112 zu befehlen, um eine kumulative Drehmomentausgabe bereitzustellen (repräsentiert durch den kombinierten Drehmomentverlauf 406). In diesem Modus arbeitet das Fahrzeug in einem Betriebsmodus mit Allradantrieb (all wheel drive - AWD). Das kumulative Antriebsmoment ist die Summe der Drehmomente, die von jeder der elektrischen Maschinen 112 und dem zugehörigen Getriebe bereitgestellt werden. Zum Beispiel können die Getriebe 110 unterschiedliche Achsübersetzungsverhältnisse definieren, die das Drehmoment beeinflussen.
Über dem zweiten Drehzahlschwellenwert 420 kann die Steuerung 140 dazu programmiert sein, die Wechselrichter 130 dazu zu betreiben, das Drehmoment von der elektrischen Maschine 112A mit Frontantrieb zu befehlen. In diesem Modus arbeitet das Fahrzeug in einem Betriebsmodus mit Frontradantrieb (front wheel drive - FWD). Der zweite Drehzahlschwellenwert 420 kann einer elektrischen Maschinendrehzahl entsprechen, bei der die Spitzenleistung der elektrischen Maschine mit Dreieckverbindung (elektrische Maschine 112A mit Frontantrieb) erreicht wird (in diesem Beispiel ungefähr 7800 U/min). Der elektrischen Maschine 112B mit Heckantrieb kann befohlen werden, kein Drehmoment bereitzustellen.
In einigen Konfigurationen können die elektrischen Maschinen 112 in der gewünschten Konfiguration fest verdrahtet sein. Zum Beispiel kann die elektrische Maschine 112A mit Frontantrieb in einer Dreieckskonfiguration mit dem Wechselrichter 130 verbunden sein und die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb kann in einer Sternkonfiguration mit dem Wechselrichter 130 verbunden sein. Das durch die Schalter 126, 128 aus 2 abgebildete Schaltsystem ist für den vorstehend beschriebenen Betrieb nicht erforderlich. Das Hinzufügen der Schalter 126, 128 unterstützt jedoch den vorstehend beschriebenen Betrieb und stellt zusätzliche Vorteile bereit. Das Vorhandensein der Schalter 126, 128 ermöglicht es der Steuerung 140, die Verbindungskonfiguration dynamisch zu ändern. Durch Einbau der Schalter 126, 128 können die elektrischen Maschinen 112 in jeder Verdrahtungskonfiguration konfiguriert sein und können zu einer verbesserten Leistung führen, da jede der elektrischen Maschinen 112 in der Verbindungsstrategie betrieben werden kann, die die gewünschte Leistung ergibt.
Während das Beispiel einen WOT-Zyklus beschreibt, kann die Steuerstrategie auch funktionieren, wenn vom Fahrzeugführer weniger als das volle Drehmoment angefordert wird. Die Drehmoment- und Leistungsaufteilung im Bereich 410 des gemischten Betriebs kann aufgrund der Spannungs- und Frequenzmodulationsfähigkeit des Leistungselektronikmoduls 122 variabel sein. Die Steuerstrategie kann dazu konfiguriert sein, die volle Leistungsfähigkeit und die Vorteile jeder der elektrischen Maschinen mit Stern- und Dreieckverbindung zu nutzen. Die Drehmomentverteilung im gemischten Betriebsbereich 410 kann variiert werden, solange die befohlenen Drehmomente für jede der elektrischen Maschinen 112 die maximale Drehmomentbewertung nicht überschreiten. In einigen Konfigurationen kann sich der Bereich 410 des gemischten Betriebs von Null bis zur Höchstdrehzahl der elektrischen Maschinen erstrecken. Die einzelnen Drehmomente der elektrischen Maschine können anhand von Kriterien wie Effizienz oder Leistung ausgewählt werden.
Die Steuerung 140 kann Informationen bezüglich der Drehmoment-/Drehzahlfähigkeit jeder der elektrischen Maschinen 112 speichern, wenn sie in der Stern- und Dreieckkonfiguration verbunden sind. Die Steuerung 140 kann einen Drehmomentbedarf auf Grundlage von Eingaben wie etwa dem Beschleunigungspedal 142 empfangen oder bestimmen. Die Steuerung 140 kann die gegenwärtige Drehzahl der elektrischen Maschinen 112 berücksichtigen und die Art und Weise bestimmen, in der der Drehmomentbedarf von einer oder beiden der elektrischen Maschinen 112 erfüllt werden kann. Die Steuerung 140 kann ferner dazu programmiert sein, einen Drehmomentanteil zu bestimmen, der den Systemwirkungsgrad maximiert oder Systemverluste minimiert. Das optimale Drehmomentverhältnis kann eine Drehmomentaufteilung zwischen den elektrischen Maschinen 112 definieren. Das Drehmomentproportionieren kann das Erfüllen des Drehmomentbedarfs mit nur einer der elektrischen Maschinen 112 beinhalten. Das heißt, mindestens eine der elektrischen Maschinen 112 kann einen Nulldrehmoment-Befehl aufweisen, während der andere den gesamten Drehmomentbedarf liefert.
In einigen Konfigurationen kann der elektrischen Maschine 112B mit Heckantrieb befohlen werden, ein Drehmoment (durch Betreiben des Wechselrichters 130) bei Geschwindigkeiten herzustellen, die größer als der zweite Geschwindigkeitsschwellenwert 420 sind. Das Drehmoment, das von der elektrischen Maschine 112B bereitgestellt ist, kann das von der elektrischen Maschine 112A mit Frontantrieb bereitgestellte Drehmoment unterstützen. In Konfigurationen mit wählbaren elektrischen Maschinenanschlüssen kann die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb bei Geschwindigkeiten, die größer als der zweite Geschwindigkeitsschwellenwert 420 sind, von einer Sternverbindung auf eine Dreieckverbindung umgeschaltet werden, was ein erhöhtes Drehmoment und eine erhöhte Leistung bei höheren Drehzahlen ermöglicht. Zusätzlich kann die elektrische Maschine 112A während eines Verzögerungsereignisses von einer Dreieckverbindung auf eine Stemverbindung umgeschaltet werden. Dies kann der elektrischen Maschine 112A mit Frontantrieb ermöglichen, die Rückgewinnungsleistung und das Drehmoment bei Geschwindigkeiten effizienter zu erhöhen, die kleiner als der erste Geschwindigkeitsschwellenwert 418 sind. Das heißt, der elektrischen Maschine 112A mit Frontantrieb kann befohlen werden, ein regeneratives Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen bereitzustellen, um die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb zu unterstützen.
Wie zuvor hierin beschrieben, kann das Fahrzeug eine elektrische Maschine 112 an jedem der Räder 102 beinhalten. Die Steuerstrategie kann auf einzelne Radmotoren angewendet werden, um eine Drehmomentvektorsteuerung und eine zusätzliche dynamische Fahrzeugsteuerung bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Verbindungsstrategie auf einer Drehzahl der elektrischen Maschinen 112 oder einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs beruhen.
In dem Bereich 410 von gemischtem Betrieb kann es vorteilhaft sein, nur eine der elektrischen Maschinen 112 zu betreiben. Zum Beispiel kann die elektrische Maschine mit Dreieckverbindung an einem bestimmten Drehmoment-Geschwindigkeit-Betriebspunkt einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als die elektrische Maschine mit Sternverbindung. Der Wirkungsgrad kann von der Betriebsspannung, dem Drehmomentbefehl, der Drehzahl der elektrischen Maschine und der Konstruktion der elektrischen Maschine abhängen, bei der Kompromisse zwischen Wicklungs- und Kernverlusten eingegangen werden können. Die Steuerung 140 kann dazu programmiert sein, die Drehmomentverteilung zu ändern, um eine größere Gesamtsystemeffizienz bereitzustellen. Darüber hinaus kann die Drehmomentverteilung andere Leistungsaspekte wie Kurvenfahren, Beschleunigen und Bremsen berücksichtigen. Die Drehmomentverteilung kann geändert werden, um die Kurvenfahrt, Beschleunigung, und/oder Bremsung zu verbessern. Zum Beispiel kann eine optimale Drehmomentverteilung geändert werden, wenn an einer der Achsen ein übermäßiger Radschlupf detektiert wird. In dieser Situation kann es wünschenswert sein, das Drehmoment an der Achse mit übermäßigem Radschlupf zu reduzieren und das Drehmoment auf die andere Achse neu zuzuteilen, um den Drehmomentbedarf zu erfüllen.
Die elektrische Maschine mit Dreieckverbindung kann für Hochgeschwindigkeitseffizienz (z. B. geringere Kernverluste) ausgestaltet sein. Die elektrische Maschine mit Sternverbindung kann für Niedergeschwindigkeitseffizienz (z. B. geringere Wicklungsverluste) ausgestaltet sein. Die Steuerung 140 kann dazu programmiert sein, die elektrischen Maschinen 112 dazu zu betreiben, um die Effizienz des Antriebssystems zu maximieren. Derartige Konstruktionen können zu elektrischen Maschinen mit reduzierter Größe führen, da jede für einen bestimmten Fahrzeugbetriebsbereich ausgelegt ist. Zum Beispiel kann die elektrische Maschine mit Sternverbindung auf bis zu 7000 U/min arbeiten, während die elektrische Maschine mit Dreieckverbindung für einen Betrieb zwischen 7000 und 15.000 U/min konfiguriert ist.
Die Steuerung 140 kann dazu programmiert sein, eine Steuerstrategie umzusetzen, die zu einer Wahrnehmung eines Fahrzeugführers von einem Getriebe mit zwei Drehzahlen führt. Die Steuerstrategie kann dazu konfiguriert sein, den Betrieb von einem Getriebe mit zwei Drehzahlen unter Verwendung von Getrieben mit einer Drehzahl, die an die elektrischen Maschinen 112 gekoppelt sind, zu simulieren. Zum Beispiel kann die Steuerung 140 dazu programmiert sein, die elektrischen Maschinen 112 in einer Sternkonfiguration bei niedrigen Drehzahlen zu betreiben. Bei höheren Drehzahlen kann die Steuerung 140 dazu programmiert sein, die elektrischen Maschinen 112 in Dreieckschaltung umzuwandeln. Dieser Betriebsmodus kann ein Leistungs- oder Sportbetriebsmodus sein. Dieser Betriebsmodus kann eine Gangschaltung eines herkömmlichen Getriebes nachahmen. Es kann ein Übergangspunkt definiert werden, an dem die Motorverbindung geschaltet werden soll. Am Übergangspunkt können Strom und Drehmoment der elektrischen Maschine auf Null gebracht werden. Die Schalter 126, 128 können dazu betrieben sein, von der Stemverbindung zur Dreieckverbindung zu wechseln. Nach dem Verbindungswechsel können Strom und Drehmoment auf das geforderte Drehmoment gebracht werden. Der vorstehende Übergang kann jeweils auf eine der elektrischen Maschinen angewendet werden. Ein derartiges System kann als elektrisches Antriebssystem mit zwei Drehzahlen bezeichnet werden.
Die Steuerung 140 kann dazu programmiert sein, die Schalter zu betreiben, um die hintere elektrische Maschine in der Sternverbindung und die vordere elektrische Maschine in der Dreieckverbindung als Reaktion darauf selektiv zu koppeln, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs geringer ist als ein Geschwindigkeitsschwellenwert. Der Geschwindigkeitsschwellenwert kann der Geschwindigkeit entsprechen, bei welcher ein höchstes Drehmoment der elektrischen Maschine, wenn sie in der Sternverbindung konfiguriert ist, unter ein höchstes Drehmoment der ersten elektrischen Maschine, wenn sie in der Dreiecksverbindung konfiguriert ist, fällt. Als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit den Geschwindigkeitsschwellenwert übersteigt, kann die Steuerung 140 die Schalter dazu betreiben, die hintere elektrische Maschine von der Sternverbindung zu der Dreieckverbindung zu wechseln. Unter dem Geschwindigkeitsschwellenwert und als Reaktion darauf, dass ein Drehmomentbedarf einen Drehmomentschwellenwert übersteigt, kann die Steuerung 140 dazu programmiert sein, die Schalter dazu zu betreiben, die erste elektrische Maschine von der Dreieckverbindung zu der Sternverbindung zu wechseln. Der Drehmomentschwellenwert kann einer Summe des höchsten Drehmoments der hinteren elektrischen Maschine, die in der Stemverbindung verbunden ist, und eines höchsten Drehmoments der vorderen elektrischen Maschine entsprechen, die in der Dreiecksverbindung verbunden ist. Der Drehmomentschwellenwert kann sich auch mit der Drehzahl ändern, da das maximale Drehmoment mit der Drehzahl variiert. Beim Ändern der Verbindung der elektrischen Maschinen kann die Steuerung 140 den der elektrischen Maschine zugeordneten Wechselrichter dazu betreiben, ein Drehmoment der elektrischen Maschine auf Null zu treiben, bevor die Schalter dazu betrieben werden, die Verbindung selektiv zu ändern. In einigen Fällen, in denen die andere elektrische Maschine eine Drehmomentreserve aufweist, kann die Steuerung 140 das Drehmoment auf die andere elektrische Maschine erhöhen, um die Drehmomentreduzierung zu kompensieren. Nachdem die Schalter gewechselt wurden, kann der Wechselrichter dazu betrieben werden, das Drehmoment zu erhöhen, um den Drehmomentbedarf zu erfüllen.
5 bildet ein Ablaufdiagramm 500 für eine mögliche Abfolge von Vorgängen ab, die in der Steuerung 140 umgesetzt werden können. Bei Vorgang 502 kann die Steuerung 140 eine Strategie umsetzen, um eine wirksame Betriebsstrategie zu bestimmen, die den Drehmomentbedarf erfüllt. Die effiziente Betriebsstrategie kann eine Verbindungsstrategie für eine elektrische Maschine und eine entsprechende Drehmomentverteilung bestimmen, die den Wirkungsgrad maximiert oder Verluste des Systems minimiert. Die effiziente Bestimmung der Betriebsstrategie kann den Drehzahl- und Drehmomentbedarf berücksichtigen. Die Steuerung 140 kann einen Algorithmus umsetzen, der jeden Verbindungstyp (Stern und Dreieck) für jede der elektrischen Maschinen 112 berücksichtigt. Der Drehmomentbedarf kann zwischen den elektrischen Maschinen 112 proportioniert sein.
Bei Betrieb 504 kann eine Überprüfung durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob eine Änderung der Motorverbindung für eine der elektrischen Maschinen 112 erforderlich ist, um einen vorbestimmten Effizienzschwellenwert zu erreichen. Wenn die Motorverbindung gegenüber dem vorherigen Verbindungsstatus geändert wird, kann der Vorgang 506 ausgeführt werden. Im Betrieb 506 kann der Wechselrichter betrieben werden, um der entsprechenden elektrischen Maschine ein Drehmoment von Null zu befehlen. Wenn das Drehmoment auf Null gesetzt wurde, kann der Vorgang 508 ausgeführt werden. Bei Betrieb 508 kann die Steuerung 140 die Schalter dazu betreiben, die Verbindung der elektrischen Maschine zu ändern. Der Vorgang 510 kann dann ausgeführt werden.
Wenn sich die Verbindung nicht ändert, kann der Vorgang 510 ausgeführt werden. Im Betrieb 510 kann die Steuerung 140 die Wechselrichter 130 dazu betreiben, die im Betrieb 502 bestimmte Drehmomentverteilung bereitzustellen. Die Abfolge von Vorgängen kann periodisch wiederholt werden.
Es ist anzumerken, dass für Systemkonfigurationen ohne die Schalter die Vorgänge 504 bis 508 nicht verwendet werden. Ferner kann der Vorgang 502 vereinfacht werden, da die Verbindungsstrategie bereits bestimmt und fest verdrahtet ist. Die Steuerungsstrategien können die feste Verdrahtung in den Optimierungsroutinen berücksichtigen.
6 bildet ein Ablaufdiagramm 600 für eine mögliche Abfolge von Vorgängen zum Bestimmen der Verbindungen für die elektrischen Maschinen 112 ab. Im Betrieb 602 kann die Steuerung 140 die Effizienz der Verwendung jeder der elektrischen Maschinen 112 einzeln bestimmen, um den Drehmomentbedarf zu erfüllen. Das heißt, der Wirkungsgrad wird unter der Annahme berechnet, dass 100 % des Drehmomentbedarfs nur einer der elektrischen Maschinen 112 zugeordnet sind. In einigen Konfigurationen kann jede der elektrischen Maschinen 112 in jeder der Stern- und Dreieckkonfigurationen berücksichtigt werden. Zum Beispiel können Systemeffizienzwerte für Vorderstern-, Vorderdreieck-, Hinterstern-, und Hinterdreieckbetriebsstrategien bestimmt sein. Um den Betrieb zu vereinfachen, können die Einzelmotor-Betriebsstrategien eine feste Verbindungsstrategie für jede elektrische Maschine 112 verwenden (z.B. hinten verbundene Stemverbindung, vorne verbundene Dreieckverbindung). Dies kann das Schalten von Verbindungen verhindern, wenn nur eine einzige elektrische Maschine verwendet wird. Die Effizienzberechnung kann auf Systemeingaben beruhen, einschließlich Traktionsbatteriespannung, Drehmomentbefehlen der elektrischen Maschine, Drehzahlen der elektrischen Maschine und geschätzten Systemverlusten. Die geschätzten Systemverluste können Verluste für die elektrischen Maschinen und die Leistungselektronik beinhalten, die in Stern- und Dreieckkonfigurationen verbunden sind. Die Berechnung der Systemeffizienz kann ferner auf den Eigenschaften (z. B. Verlusten, Übersetzungsverhältnissen, Achsübersetzungsverhältnissen) der Getriebe 110 beruhen. Die Steuerung 140 kann die Lösung mit der höchsten Effizienz zur weiteren Verarbeitung auswählen. In einigen Konfigurationen kann die Steuerung 140 die Konfiguration mit einem Wirkungsgrad auswählen, der den Wirkungsgrad der vorherigen Lösung um einen vorbestimmten Betrag oder Schwellenwert überschreitet, um ein Wechseln zwischen Lösungen zu verhindern (z. B. Hysterese zur Auswahl hinzufügen).
Im Betrieb 604 kann die Steuerung 140 die Drehmomentverteilung zwischen den elektrischen Maschinen 112 bestimmen, die auf der Grundlage der Systemeingaben zu der größten Systemeffizienz führt. Die Berechnung kann jede mögliche Verbindungsoption für die vordere und hintere elektrische Maschine 112 berücksichtigen. Zum Beispiel kann die Effizienz für das Folgende berechnet werden Vorne-Hinten-Verbindungskonfigurationen: Stern-Stern, Stern-Dreieck, Dreieck-Stern und Dreieck-Dreieck. Die Steuerung 140 kann einen Optimierungsalgorithmus umsetzen, um die wirksamste Drehmomentaufteilung zum Erfüllen des Drehmomentbedarfs für jede der Optionen zu bestimmen. Die Bestimmung der Drehmomentaufteilung kann die Eigenschaften der Getriebe 110 (z.B. Übersetzungsverhältnisse) und den Drehmomentbedarf berücksichtigen. Die Steuerung 140 kann die Konfiguration auswählen, die die größte Wirksamkeit für weiteres Verarbeiten aufweist. In einigen Konfigurationen kann die Steuerung 140 die Drehmomentaufteilungskonfiguration mit einem Wirkungsgrad auswählen, der den Wirkungsgrad der vorherigen Drehmomentaufteilungslösung um einen vorbestimmten Betrag oder Schwellenwert überschreitet, um ein Wechseln zwischen Lösungen zu verhindern (z. B. Hysterese zur Auswahl hinzufügen).
Die Strategie bis zu diesem Punkt kann potenzielle Lösungen aufweisen, die die höchsten Wirkungsgrade für den Betrieb einzelner elektrischer Maschinen und für den Betrieb mit Drehmomentaufteilung repräsentieren. Bei Vorgang 606 kann eine Überprüfung durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Drehmomentaufteilungskonfiguration ausgewählt werden soll. In einigen Konfigurationen kann die Drehmomentaufteilungskonfiguration ausgewählt werden, wenn die Drehmomentaufteilungseffizienz größer als die Effizienz der einzelnen Maschine ist. Um ein übermäßiges Umschalten oder Wechseln zwischen den Betriebsmodi zu verhindern, kann bei der Prüfung auch der derzeit ausgewählte Betriebsmodus (z. B. Einzel- oder Drehmomentverteilung) berücksichtigt werden. Wenn der gegenwärtige Betriebsmodus ein Einzelbetrieb ist, kann der Betriebsmodus in den Drehmomentaufteilungsmodus wechseln, wenn der ausgewählte Drehmomentaufteilungswirkungsgrad ein vorbestimmter Betrag oder Schwellenwert ist, der größer als die ausgewählte Einzeleffizienz ist. Wenn der gegenwärtige Betriebsmodus Drehmomentaufteilung ist, kann der Betriebsmodus in dem Drehmomentaufteilungsmodus bleiben, falls die ausgewählte Drehmomentaufteilungseffizienz größer als die ausgewählte individuelle Effizienz ist. Wenn der gegenwärtige Betriebsmodus Drehmomentaufteilung ist, kann der Betriebsmodus in den individuellen Modus wechseln, falls die ausgewählte Drehmomentaufteilungseffizienz unter die ausgewählte individuelle Effizienz fällt. Diese Strategie beinhaltet eine gewisse Hysterese bei der Modusauswahl, um ein übermäßiges Wechseln zwischen den Modi zu verhindern. Wenn der Drehmomentaufteilungsmodus nicht ausgewählt ist, kann der Vorgang 608 ausgeführt werden. Bei Vorgang 608 kann der Drehmomentbedarf mit der elektrischen Maschine mit dem größten Wirkungsgrad erfüllt werden. Die Steuerung 140 kann die andere elektrische Maschine 112 (z. B. den weniger effizienten Motor) betreiben, um das Drehmoment auf Null zu reduzieren. Die Steuerung 140 kann auch befehlen, die Verbindungsschalter zu öffnen (z. B. getrennte nicht verwendete elektrische Maschine) und kann den entsprechenden Wechselrichter abschalten, um die Verluste in der nicht verwendeten elektrischen Maschine weiter zu verringern. In einigen Konfigurationen kann ein Verbindungswechsel durchgeführt werden, wenn sich die effizienteste Verbindung geändert hat. Wenn der Drehmomentaufteilungsmodus ausgewählt ist, kann der Vorgang 610 ausgeführt werden.
Bei Betrieb 610 kann eine Überprüfung durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Verbindungen der elektrischen Maschine geändert werden sollen, um die effizienteste Drehmomentaufteilung zu erreichen. Wenn die Verbindung einer oder mehrerer der elektrischen Maschinen 112 geändert werden soll, kann der Vorgang 612 ausgeführt werden. Bei Vorgang 612 kann die Verbindung der betroffenen elektrischen Maschinen 112 wie zuvor hierin beschrieben geändert werden. Um ein diskontinuierliches Drehmoment zu verhindern, kann jeweils nur eine der elektrischen Maschinen 112 geändert werden. Wenn die Verbindung nicht geändert werden muss, kann der Vorgang 614 ausgeführt werden. Bei Vorgang 614 kann die Steuerung 140 die elektrischen Maschinen 112 betreiben, um den Drehmomentbedarf unter Verwendung der berechneten Drehmomentaufteilung zu erfüllen, um eine optimale Systemeffizienz bereitzustellen.
7 bildet ein Ablaufdiagramm 700 für eine mögliche Abfolge von Vorgängen zum Bestimmen der Verbindungen für die elektrischen Maschinen während regenerativen Bremsereignissen ab. Der Betrieb kann mit der elektrischen Maschine 112A mit Frontradantrieb in einer Dreieckskonfiguration und der elektrischen Maschine 112B mit Heckantrieb in einer Sternkonfiguration beginnen. Bei Vorgang 702 kann eine Überprüfung durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein vorbestimmter Geschwindigkeitsschwellenwert ist. Der vorgegebene Geschwindigkeitsschwellenwert kann der Übergangsgeschwindigkeit 306 aus 3 entsprechen. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner oder gleich dem vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellenwert ist, kann die Verbindung gleich bleiben und der Vorgang 702 kann wiederholt werden. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein vorbestimmter Geschwindigkeitsschwellenwert ist, kann der Vorgang 704 durchgeführt werden. Bei Vorgang 704 kann eine Prüfung durchgeführt werden, um festzustellen, ob die Bremse betätigt wird oder ein Bremsereignis im Gange ist. Die Bremse kann betätigt werden, wenn ein Bremspedalstellungssensorwert einen vorbestimmten Wert oder Schwellenwert überschreitet. Wenn die Bremse nicht betätigt wird, können die Verbindungen gleich bleiben und der Vorgang 702 kann wiederholt werden. Wenn die Bremse betätigt wird, kann der Vorgang 706 ausgeführt werden.
Bei Vorgang 706 kann die elektrische Maschine 112A mit Frontantrieb in die Stemverbindung geschaltet werden und die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb kann in die Dreieckverbindung geschaltet werden. Das Umschalten kann durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug eine konstante Geschwindigkeit aufweist. Das Fahrzeug kann eine konstante Geschwindigkeit aufweisen, wenn die Größe einer Änderungsrate der Fahrzeuggeschwindigkeit (z. B. Beschleunigung) kleiner als eine vorbestimmte Größe ist. Die Stemverbindung für die elektrische Maschine 112A mit Frontantrieb kann den Vorderrädern ein maximales regeneratives Drehmoment bereitstellen, um das dynamische Bremsen und das Schaltgewicht des Fahrzeugs zu unterstützen. Die Sternverbindung ermöglicht das Aufbringen eines zusätzlichen Drehmoments auf die Vorderräder während eines Ereignisses von starkem Bremsen. Die Dreieckverbindung für die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb ermöglicht die Rückgabe einer höheren Regenerationsleistung bei höheren Geschwindigkeiten. Wie zuvor beschrieben, kann jeweils eine der elektrischen Maschinenverbindungen geändert werden, um eine Drehmomentstörung zu minimieren.
Bei Betrieb 708 kann die Regenerationsleistung auf die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb während Beibehalten der dynamischen Fahrzeugbremsung vorgespannt sein. Zum Beispiel kann die Heck-Front-Leistungsaufteilung 80/20 sein. Durch Vorspannen der Leistung an die Maschine mit Dreieckverbindung kann während Bremsereignissen bei höheren Geschwindigkeiten eine höhere Leistung auf die Traktionsbatterie 124 übertragen werden. Bei Vorgang 710 kann eine Überprüfung durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellenwert abgefallen ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein vorbestimmter Geschwindigkeitsschwellenwert ist, kann der Vorgang 708 wiederholt werden. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als ein vorbestimmter Geschwindigkeitsschwellenwert ist, kann der Vorgang 712 durchgeführt werden.
Bei Vorgang 712 kann die Regenerationsleistung auf die elektrische Maschine 112A mit Frontantrieb während Beibehalten der dynamischen Fahrzeugbremsung vorgespannt sein. Zum Beispiel kann die Heck-Front-Leistungsaufteilung 30/70 sein. Die Stemverbindung für die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb ermöglicht die Rückgabe einer höheren Regenerationsleistung bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Bei Vorgang 714 kann eine Überprüfung durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug angehalten hat. Das Fahrzeug kann angehalten werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Schwellenwert für niedrige Geschwindigkeit (z. B. 1 km/h) ist. Wenn das Fahrzeug nicht angehalten wird, kann der Vorgang 712 wiederholt werden. Falls das Fahrzeug angehalten ist, kann der Vorgang 716 durchgeführt werden.
Bei Vorgang 716 kann die elektrische Maschine 112A mit Frontantrieb in die Dreieckverbindung geschaltet werden und die elektrische Maschine 112B mit Heckantrieb kann in die Stemverbindung geschaltet werden (z. B. Standardmodus). Dadurch kann der Antriebsstrang wieder in die Startkonfiguration versetzt werden. Die Abfolge kann dann wiederholt werden. Eine ähnliche Strategie kann mit dauerhaft verbundenen elektrischen Maschinen angewendet werden. Vorgänge im Zusammenhang mit dem Schalten von Verbindungen können möglicherweise nicht für dauerhaft verbundene elektrische Maschinen durchgeführt werden. Die Drehmomentvorspannungsvorgänge können jedoch angewendet werden.
Das hier beschriebene System und die hier beschriebenen Verfahren verbessern elektrische Antriebssysteme durch Verwendung unterschiedlicher Verbindungsstrategien für elektrische Maschinen in demselben Fahrzeugantriebsstrang. Die Verbindungsstrategien bieten verschiedene Vorteile, die die Leistung verbessern können. Die Verbindungsstrategien können die maximale Drehmomentfähigkeit und Effizienz des Systems beeinflussen. Die Steuerungsstrategie kann jede der Verbindungsstrategien zu unterschiedlichen Zeiten verwenden, um die Systemleistung zu verbessern. Das System kann Spitzenleistungen bereitstellen und das elektrische Antriebssystem optimieren.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon angewendet werden, die/der eine existierende programmierbare elektronische Steuerungseinheit oder eine spezielle elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen, einschließlich unter anderem Informationen, die permanent in nicht beschreibbaren Speichermedien wie ROM-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar in beschreibbaren Speichermedien wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind, ausführbar sind. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können auch in einem mit Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten verkörpert sein, wozu etwa anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), feldprogrammierbare Gate-Anordnungen (FPGA), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder sonstige Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder eine Kombination aus Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten zählen.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen so beschrieben sein können, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, welche von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Folgendes einschließen: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, bequeme Montage usw. Daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Geltungsbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß einer Erfindung ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine erste und eine zweite elektrische Maschine, die durch Wechselrichter angetrieben ist und an den ersten bzw. zweiten Satz von Rädern gekoppelt ist; Schalter, die dazu konfiguriert sind, die Wechselrichter an die elektrischen Maschinen in einer Stern- und einer Dreieckkonfiguration zu koppeln; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, die Schalter dazu zu betreiben, die erste elektrische Maschine in der Sternverbindung und die zweite elektrische Maschine in der Dreieckverbindung zu koppeln, als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs geringer ist als ein Geschwindigkeitsschwellenwert, und die Schalter dazu zu betreiben, die erste elektrische Maschine von der Sternverbindung zu der Dreieckverbindung zu wechseln, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit den Geschwindigkeitsschwellenwert übersteigt.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht der Geschwindigkeitsschwellenwert der Geschwindigkeit, bei welcher ein höchstes Drehmoment der elektrischen Maschine in der Sternverbindung unter ein höchstes Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine in der Dreiecksverbindung fällt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, die Schalter dazu zu betreiben, die zweite elektrische Maschine von der Dreiecksverbindung zu der Sternverbindung zu wechseln, als Reaktion darauf, dass ein Drehmomentbedarf einen Drehmomentschwellenwert überschreitet und dass die Geschwindigkeit geringer als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht der Drehmomentschwellenwert einer Summe eines höchsten Drehmoments der ersten elektrischen Maschine, die in der Sternverbindung verbunden ist, und eines höchsten Drehmoments der zweiten elektrischen Maschine, die in der Dreiecksverbindung verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, die Wechselrichter dazu zu betreiben, das Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine zu proportionieren, um einen Drehmomentbedarf zu erfüllen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, die Wechselrichter dazu zu betreiben, das Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine zu proportionieren, um einen Drehmomentbedarf zu erfüllen und eine Systemeffizienz zu maximieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit von geringer als der Geschwindigkeitsschwellenwert zu größer als der Geschwindigkeitsschwellenwert übergeht, den Wechselrichter, der mit der ersten elektrischen Maschine zusammenhängt, dazu zu betreiben, ein Drehmoment der ersten elektrischen Maschine auf Null zu treiben, bevor die Schalter dazu betrieben werden, die erste elektrische Maschine in der Dreiecksverbindung selektiv zu verbinden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, den Wechselrichter, der mit der ersten elektrischen Maschine zusammenhängt, dazu zu betreiben, das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine zu erhöhen, um einen Drehmomentbedarf zu erfüllen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, die Wechselrichter dazu zu betreiben, Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine derart zu proportionieren, dass sich das Drehmoment, das der ersten elektrischen Maschine zugewiesen ist, verringert und sich Drehmoment, das der zweiten elektrischen Maschine zugewiesen ist, erhöht, während sich die Geschwindigkeit erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine erste elektrische Maschine, die an einen ersten Satz von Rädern gekoppelt ist und mit einem ersten Wechselrichter in einer Stemverbindung verbunden ist; eine zweite elektrische Maschine, die an einen zweiten Satz von Rädern gekoppelt ist und mit einem zweiten Wechselrichter in einer Dreieckkonfiguration verbunden ist; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs geringer als ein erster Geschwindigkeitsschwellenwert ist, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, einen Drehmomentbedarf durch Proportionieren des Drehmomentbedarfs zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine zu erfüllen, und, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit größer als der erste Geschwindigkeitsschwellenwert ist und der Drehmomentbedarf kleiner als der Drehmomentschwellenwert ist, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, den Drehmomentbedarf ganz durch die zweite elektrische Maschine zu erfüllen.
Gemäß einer Ausführungsform entsprechen der Drehmomentschwellenwert und der erste Geschwindigkeitsschwellenwert einem Drehmoment- und Geschwindigkeitswert, bei dem ein höchstes Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine einem höchsten Drehmoment der ersten elektrischen Maschine entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit geringer als ein zweiter Geschwindigkeitsschwellenwert ist, der geringer als der erste Geschwindigkeitsschwellenwert ist, den Drehmomentbedarf der ersten elektrischen Maschine zuzuweisen und den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, die erste Maschine dazu anzutreiben, den Drehmomentbedarf zu erfüllen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit den ersten Geschwindigkeitsschwellenwert übersteigt und der Drehmomentbedarf größer als der Drehmomentschwellenwert ist, eine Differenz zwischen dem Drehmomentbedarf und dem Drehmomentschwellenwert der ersten elektrischen Maschine zuzuweisen und den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, die elektrischen Maschinen dazu anzutreiben, den Drehmomentbedarf zu erfüllen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, das Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine derart zu proportionieren, dass sich Drehmoment, das der ersten elektrischen Maschine zugewiesen ist, verringert und Drehmoment, das der zweiten elektrischen Maschine zugewiesen ist, erhöht, während sich die Geschwindigkeit erhöht, und sich das Drehmoment, das der ersten elektrischen Maschine zugewiesen ist, erhöht und sich Drehmoment, das der zweiten elektrischen Maschine zugewiesen ist, verringert, während sich die Geschwindigkeit verringert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, den Drehmomentbedarf zwischen der ersten und zweiten elektrischen Maschine dazu zu proportionieren, die Systemeffizienz zu maximieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt, das Folgendes aufweist: durch eine Steuerung, Betreiben der Schalter dazu, eine erste elektrische Maschine selektiv in einer Dreieckverbindung zu verbinden und eine zweite elektrische Maschine in einer Stemverbindung zu verbinden; Betreiben von Wechselrichtern, die an die elektrischen Maschinen gekoppelt sind, dazu, einen Drehmomentbedarf an die elektrischen Maschinen zu proportionieren; und Betreiben der Schalter dazu, die erste elektrische Maschine aus der Dreieckverbindung in die Sternverbindung zu wechseln, als Reaktion darauf, dass der Drehmomentbedarf einen Drehmomentschwellenwert übersteigt, und eine Drehzahl der elektrischen Maschinen geringer ist als ein Drehzahlschwellenwert.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Drehmomentschwellenwert ein maximales Drehmoment, das mit der ersten elektrischen Maschine erreicht werden kann, die in einer Dreieckverbindung verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht der Geschwindigkeitsschwellenwert der Geschwindigkeit, bei welcher ein höchstes Drehmoment der elektrischen Maschine in der Stemverbindung unter ein höchstes Drehmoment der ersten elektrischen Maschine in der Dreiecksverbindung fällt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Betreiben der Wechselrichter, um das Drehmoment an die erste elektrische Maschine auf Null zu reduzieren, bevor die Schalter dazu betrieben werden, von der Dreieckschaltung zur Sternschaltung zu wechseln.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Betreiben der Wechselrichter, um das Drehmoment an die erste elektrische Maschine zu steigern, um den Drehmomentbedarf zu erfüllen, nachdem sie in der Sternschaltung verbunden wurde.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine erste und eine zweite elektrische Maschine, die durch Wechselrichter angetrieben sind und an den ersten bzw. zweiten Satz von Rädern gekoppelt sind; Schalter, die dazu konfiguriert sind, die Wechselrichter an die elektrischen Maschinen in einer Stern- und in einer Dreiecksverbindung zu koppeln; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, die Schalter dazu zu betreiben, die erste elektrische Maschine in der Stemverbindung und die zweite elektrische Maschine in der Dreieckverbindung zu koppeln, als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs geringer ist als ein Geschwindigkeitsschwellenwert, und die Schalter dazu zu betreiben, die erste elektrische Maschine von der Stemverbindung zu der Dreieckverbindung zu wechseln, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit den Geschwindigkeitsschwellenwert übersteigt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Geschwindigkeitsschwellenwert der Geschwindigkeit entspricht, bei welcher ein höchstes Drehmoment der elektrischen Maschine in der Sternverbindung unter ein höchstes Drehmoment der ersten elektrischen Maschine in der Dreiecksverbindung fällt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, die Schalter dazu zu betreiben, die zweite elektrische Maschine von der Dreiecksverbindung zu der Stemverbindung zu wechseln, als Reaktion darauf, dass ein Drehmomentbedarf einen Drehmomentschwellenwert überschreitet und dass die Geschwindigkeit geringer als ein Geschwindigkeitsschwellenwert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei der Drehmomentschwellenwert einer Summe eines höchsten Drehmoments der ersten elektrischen Maschine, die in der Sternverbindung verbunden ist und eines höchsten Drehmoments der zweiten elektrischen Maschine entspricht, die in der Dreiecksverbindung verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, die Wechselrichter zum Proportionieren von Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine zu betreiben, um einen Drehmomentbedarf zu erfüllen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, die Wechselrichter zum Proportionieren von Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine zu betreiben, um einen Drehmomentbedarf zu erfüllen und die Systemwirksamkeit zu maximieren.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit von geringer als der Geschwindigkeitsschwellenwert zu größer als der Geschwindigkeitsschwellenwert übergeht, den Wechselrichter, der mit der ersten elektrischen Maschine zusammenhängt, dazu zu betreiben, ein Drehmoment der ersten elektrischen Maschine auf Null anzutreiben, bevor die Schalter dazu betrieben werden, die erste elektrische Maschine in der Dreiecksverbindung selektiv zu verbinden.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, den Wechselrichter, der mit der ersten elektrischen Maschine zusammenhängt, dazu zu betreiben, das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine zu erhöhen, um einen Drehmomentbedarf zu erfüllen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, die Wechselrichter dazu zu betreiben, Drehmoment zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine derart zu proportionieren, dass sich das Drehmoment, das der ersten elektrischen Maschine zugewiesen ist, verringert und sich Drehmoment, das der zweiten elektrischen Maschine zugewiesen ist, erhöht, während sich die Geschwindigkeit erhöht.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine erste elektrische Maschine, die an einen ersten Radsatz gekoppelt und mit einem ersten Wechselrichter in einer Sternkonfiguration verbunden ist; eine zweite elektrische Maschine, die an einen zweiten Radsatz gekoppelt und mit einem zweiten Wechselrichter in einer Dreieckskonfiguration verbunden ist; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs geringer als ein erster Geschwindigkeitsschwellenwert ist, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, einen Drehmomentbedarf durch Proportionieren des Drehmomentbedarfs zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine zu erfüllen, und, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit größer als der erste Geschwindigkeitsschwellenwert ist und der Drehmomentbedarf kleiner als der Drehmomentschwellenwert ist, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, den Drehmomentbedarf ganz durch die zweite elektrische Maschine zu erfüllen.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei der Drehmomentschwellenwert und der erste Geschwindigkeitsschwellenwert einem Drehmoment- und Geschwindigkeitswert entsprechen, bei dem ein höchstes Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine einem höchsten Drehmoment der ersten elektrischen Maschine entspricht.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit geringer als ein zweiter Geschwindigkeitsschwellenwert ist, der geringer als der erste Geschwindigkeitsschwellenwert ist, den Drehmomentbedarf der ersten elektrischen Maschine zuzuweisen und den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, die erste Maschine dazu anzutreiben, den Drehmomentbedarf zu erfüllen.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Geschwindigkeit den ersten Geschwindigkeitsschwellenwert übersteigt und der Drehmomentbedarf größer als der Drehmomentschwellenwert ist, eine Differenz zwischen dem Drehmomentbedarf und dem Drehmomentschwellenwert der ersten elektrischen Maschine zuzuweisen und den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, die elektrischen Maschinen dazu anzutreiben, den Drehmomentbedarf zu erfüllen.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, den ersten und zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, den Drehmomentbedarf zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine zu proportionieren, sodass sich das Drehmoment, das der ersten elektrischen Maschine zugewiesen ist, verringert und sich das Drehmoment, das der zweiten elektrischen Maschine zugewiesen ist, erhöht, während sich die Geschwindigkeit erhöht.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, den ersten und den zweiten Wechselrichter dazu zu betreiben, den Drehmomentbedarf zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine dazu zu proportionieren, eine Systemeffizienz zu maximieren.