具有效率优化动力分配的双马达电动车辆驱动的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明总体涉及电动车辆驱动器，并且更具体地说涉及使用多个牵引马达/发电机以使总效率最优化的方式分配扭矩。
[0002]电动车辆的电动牵引马达具有随速度和扭矩改变的效率。例如，与以中间水平扭矩工作的相同的马达相比，以很高或很低扭矩工作的马达会具有降低的效率。尽管马达已经被设计为在预期工作范围使平均效率最优化，但依然有马达效率远低于它的峰值的工作点。在这些降低的效率区域中工作将比如果马达在它的峰值效率下工作消耗更多的能量，因此降低了从特定的电池充电可获得的驱动范围。
[0003]众所周知，通过使用多速变速器将来自马达的所有动力传输给车轮来保持马达在接近它的效率峰值下工作。对于其与内燃(IC)发动机一起使用所熟知的，该解决方案产生了尺寸、重量、成本的困扰，以及动力传动系统平滑性的裂化。可行的是使用无级变速器来避免影响动力传动系统的平滑性，但这样也产生较高的成本。
[0004]保持电动车辆的马达/发电机在接近它的峰值效率点工作而没有产生上述的困扰是需要的。
【发明内容】
[0005]本发明的一个方面，电动车辆驱动器包含第一马达/发电机、第二马达/发电机以及一组车轮。齿轮组将第一和第二马达/发电机与这组车轮连接使得总车轮扭矩在第一和第二马达/发电机之间有选择地分开。扭矩计算器响应操作者速度输入来选择总扭矩目标。根据响应瞬时马达/发电机速度和总扭矩目标选择的比率，扭矩分配器通过将总扭矩目标分成第一和第二马达/发电机的第一和第二扭矩目标实质上使第一和第二马达/发电机的综合效率最大。
[0006]根据本发明的一个实施例，扭矩分配器包含限定与各自的多个速度范围和多个总扭矩范围的结合对应的各自的比率的查找表。
[0007]根据本发明的一个实施例，进一步包含:
[0008]与第一马达/发电机连接的并配置为被控制来生成第一扭矩目标的第一逆变器；以及
[0009]与第二马达/发电机连接的并配置为被控制来生成第二扭矩目标的第二逆变器。
[0010]根据本发明的一个实施例，第一马达/发电机是具有第一最大扭矩的主驱动器，并且其中第二马达/发电机是具有比第一最大扭矩更低的第二最大扭矩的次级驱动器。
[0011]根据本发明的一个实施例，第一马达/发电机在第一输出扭矩处具有最大效率，并且其中第二马达/发电机在与第一输出扭矩不相等的第二输出扭矩处具有最大效率。
[0012]根据本发明，提供一种车辆，包含:
[0013]第一和第二牵引马达，其与齿轮组连接以将结合的扭矩从马达传递至车轮；
[0014]动力传动系统控制器，其接收使用者输入来确定需求的扭矩；
[0015]第一和第二逆变器，其根据第一和第二扭矩目标控制马达；以及
[0016]扭矩分配器，其响应马达的需求的扭矩和瞬时速度设置扭矩目标。
[0017]根据本发明，提供一种使用第一和第二牵引马达驱动车辆的方法，包含:
[0018]感测马达转速；
[0019]响应驾驶员输入设置车轮扭矩需求；
[0020]根据使总马达效率在转速最大化的比率将扭矩需求分配至第一和第二目标；以及
[0021]分别控制第一和第二牵引马达传递第一和第二目标。
【附图说明】
[0022]图1是显示了根据本发明的一个优选实施例的具有电动驱动器的车辆的框图；
[0023]图2是显示了本发明的优选的控制电路的一个实施例的框图；
[0024]图3是显示了牵引马达的效率如何随转速和扭矩输出改变的曲线图；
[0025]图4是可变效率与改变两个独立的牵引马达的扭矩输出相比较的图表，并且马达一起工作以传递扭矩输出；
[0026]图5是绘制了总效率随总扭矩改变的曲线图，其中各自的曲线与各个马达的不同相对扭矩贡献相一致；
[0027]图6是单独一个马达的效率与在两个马达之间成比例地分配总扭矩时获得的最优化效率相比较的曲线图；
[0028]图7是来自特定转速的马达的各个损耗的总计马达损耗的推导的图表；
[0029]图8是显示了来自各个马达的扭矩贡献的各种组合的综合马达效率的图表；
[0030]图9是显示了本发明中的用于分配扭矩的分开的查找表的一个优选实施例的图表;
[0031]图10是显示了本发明的一个优选方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]本发明在电动车辆驱动器内使用两个(或更多个)电动马达/发电机在储存电能和车辆推进之间转换。尽管将在同时使用多个马达/发电机推进车辆的马达工作环境下说明本发明，但它同样应用于作为发电机在再生制动过程中增加总效率来将车辆的动量转化为储存电能的发电机工作。
[0033]通过使用两个与车辆的车轮并联连接的电动马达使得来自每个马达的扭矩汇集于车轮处，本发明分配两个马达之间所需的扭矩。在给定的工作条件下，由于也在轻负载条件下运行的另一个马达的贡献，因此另外的重负载马达可以在更轻负载条件下运行。而且，在每个工作点调整相对扭矩的贡献以提供来自每个马达的实现最高可用系统效率的扭矩的量。
[0034]因为本发明使用第二马达仅贡献部分轮周功率，相关的变速器组件可以比其它需要的变速器组件更小、更轻和更便宜。通过使用固定的齿轮比将马达/发电机二者与车轮连接，本发明避免了换挡并且不影响动力传动系统的平滑性。
[0035]总之，本发明使用具有电池和具有带有逆变器(也就是电动驱动器)的与电池连接并通过固定齿轮比与车轮连接的第一电动马达的电动车辆(例如混合动力车辆或全电动车辆)。马达推进车辆并再生减速能回到电池。该系统还包括与电池连接并通过固定(没必要相同)齿轮比与车轮连接的第二电动驱动器。它实现与第一电动驱动器相同的功能。
[0036]该系统包括用于控制两个电动驱动器的控制系统。正如在常规的系统中那样，控制系统限定要求的车轮扭矩和速度，并由此命令电动驱动器在特定的扭矩和速度下工作。该新颖的控制系统参考查找表或数学函数确定要从每个电动驱动器提供的扭矩的比例。查找表为最好的系统效率指定扭矩的优化比率。因此，控制系统能够在最可行的效率处提供要求的扭矩，这具有比大多数工作点的单个马达解决方案的效率更高的效率。
[0037]在一些实施例中，两个马达可以在速度求和布置中与车轮连接，例如利用行星齿轮系。在一个速度求和构造中，当行星齿轮架提供输出时，一个电动马达与中心齿轮连接，并且另一个与环形齿轮连接。另一个构造具有一个与中心齿轮连接的电动马达，并且另一个与行星齿轮架连接，环形齿轮提供输出。第三构造具有一个与环形齿轮连接的电动马达，并且另一个与行星齿轮架连接，中心齿轮作为输出。速度求和布置中的控制器计算需求的速度和扭矩，然后从查找表或函数中选择优化组合的马达速度以在要求的扭矩处给出最佳效率。
[0038]现在参照图1，电动车辆驱动系统10包括通过齿轮组13与一组车轮14连接的第一马达/发电机11和第二马达/发电机12。内燃发动机15可以在例如混合动力车辆的情况下也通过齿轮组13与车轮14连接。可以使用本领域已知的开口齿轮组。
[0039]控制器16——例如动力传动系统控制器(PCM)——通过各自的逆变器17和18与内燃发动机15以及马达/发电机11和12连接。使用确立的方法操作逆变器17和18用于提供来自主电池(未示出)的电力来驱动马达/发电机11和12，使用电流可控反馈以便传递所需扭矩。控制器16接收驾驶员输入19，例如加速器踏板位置、制动器踏板位置或巡航控制速度设定点，以便确定要求的车轮扭矩。与车轮14相关的速度传感器20和/或与马达/发电机11相关的速度传感器21给控制器16提供速度信号用于确定本领域已知的要求的车轮扭矩的计算。
[0040]齿轮组13代表马达/发电机11和12之间的任何一些已知的用于分开扭矩的布置，其中马达/发电机11和12产生的扭矩加在一起传递给车轮。相反地，在再生制动过程中车轮处产生的扭矩在逆变器17和18切换操作的控制下通过齿轮组13在马达/发电机11和12之间分开。齿轮组13可以包括例如一个或多个行星齿轮组。马达/发电机11和马达/发电机12可以通过单向离合器(OWC)与齿轮组连接。
[0041 ] 在一个优选实施例中，马达/发电机11可以是主牵引驱动器，而马达/发电机12作为次级牵引驱动器，并且还作为使用混合动力车辆中的内燃发动机提供的动力给主电池充电的唯一的或主发电机。在这样的布置下，主驱动器可以具有比次级驱动器更高的最大扭矩输出。而且，两个马达/发电机可以具有在不同输出扭矩下降低的最大效率。两个驱动源之间的这些差别可以产生如下所述的用于获得最佳功率分配组合的改进的机会。
[0042]图2显示了本发明的控制电路的功能框图。典型地，所示的功能可以在动力传动系统控制器或主车辆系统控制器内实现。扭矩计算