具有脉宽调制切换的动态控制的电驱动组件的制作方法

1.本公开大体涉及电驱动系统中脉宽调制切换的控制以及包括其的电动车辆。


背景技术：

2.在近几年中，纯电动车辆和混合电动车辆的使用有所增加，诸如例如电池电动车辆、增程式电动车辆、插电式混合电动车辆和燃料电池单元混合电动车辆。许多电动车辆采用可充电牵引电池组来存储和供应用于操作车辆动力总成中的一个或多个牵引马达所必需的动力。每个牵引马达（其可以具有多相交流（ac）电动发电机单元的性质）的操作和控制可以通过采用功率逆变器模块来实现，该功率逆变器模块使用从电动车辆中的控制单元输出的脉宽调制（pwm）控制信号将电池生成的直流（dc）电力变换成驱动马达的ac电力。每个多相ac电动发电机单元的马达绕组可以耦合到功率逆变器模块的逆变器子模块，每个逆变器子模块采用一对开关，并且该对开关以互补的方式打开和闭合，以执行快速切换功能，从而将dc电力转换成ac电力，并且反之亦然。


技术实现要素：

3.本文公开了一种电驱动系统，包括可充电能量存储单元、可操作地连接到可充电能量存储单元的功率逆变器和可操作地连接到功率逆变器的电动马达。控制器与功率逆变器通信。可充电能量存储单元和电动马达之间的电力的传输由脉宽调制（pwm）切换频率管控。控制器具有处理器和有形的、非暂时性的存储器，指令记录在该存储器上。
4.处理器对指令的执行使得控制器部分地基于pwm类型、pwm切换频率方式和逆变器直流电压来确定当前切换频率。pwm标量是部分地基于当前切换频率和控制参考频率最大值所确定的。控制器的操作至少部分地由控制参考频率所定义。控制器被配置为传送命令信号以部分地基于pwm标量调节电力的传输。pwm切换频率与pwm标量和控制参考频率的乘积成比例。
5.当前切换频率可以部分地基于逆变器冷却剂温度以及是驱动扭矩还是再生扭矩处于操作中。指令可以动态地被执行，使得pwm标量随时间变化。获得pwm标量可以包括获得作为当前切换频率和频率跨度之和的扩展pwm切换频率。通过除以控制参考频率最大值获得扩展pwm切换频率的比值。pwm标量被设置为大于或等于该比值的最小整数，以使pwm标量等于ceiling（比值）。
6.确定当前切换频率可以包括经由控制器确定具有多个pwm区域的pwm区域布局，所述多个pwm区域布置在针对电动马达校准的扭矩-速度曲线中。经由控制器基于电动马达的速度和扭矩从扭矩-速度曲线中的pwm区域布局获得指定的pwm区域，电动马达的速度和扭矩部分地是基于扭矩命令。确定当前切换频率可以包括经由控制器根据指定的pwm区域选择pwm类型，以及经由控制器根据指定的pwm区域选择pwm切换频率方式。
7.pwm切换频率方式可以从pwm切换频率方式的预定义列表中选择，pwm切换频率方式的预定义列表包括恒定脉冲比切换方式、恒定切换频率切换方式和带有可选择切换频率
阵列的查找表（lut）。pwm类型可以从pwm类型的预定义列表中选择，pwm类型的预定义列表包括不连续pwm（dpwm）技术、零矢量调制（zvm）技术和空间矢量脉宽调制（svpwm）技术。当pwm类型是空间矢量脉宽调制（svpwm）技术并且当前切换频率大于阈值svpwm切换频率时，控制器可以被编程为在将pwm类型更新为svpwm技术之前将当前切换频率设置为阈值svpwm切换频率。
8.当pwm类型是不连续pwm（dpwm）技术时，控制器可以被编程为防止从dpwm技术切换到空间矢量脉宽调制（svpwm）技术，直到当前切换频率低于阈值svpwm切换频率。当六步操作（six-step operation）被激活时，控制器可以被编程为改写控制参考频率和pwm切换频率。控制器可以被编程为在控制参考频率最大值处并入滞环。
9.本文公开了一种操作电驱动系统的方法，该电驱动系统具有可充电能量存储单元、电动马达、功率逆变器和具有处理器和有形的、非暂时性存储器的控制器。该方法包括经由功率逆变器，通过脉宽调制（pwm）切换频率来调节可充电能量存储单元和电动马达之间的电力的传输。当前切换频率是经由控制器部分地基于pwm类型、pwm切换频率方式和逆变器直流电压所确定，控制器的操作至少部分地由控制参考频率来定义。pwm标量是经由控制器部分地基于当前切换频率和控制参考频率最大值所获得。该方法包括经由控制器传送命令信号至功率逆变器，以部分地基于pwm标量来调节电力的传输，pwm切换频率与pwm标量和控制参考频率的乘积成比例。
10.当pwm类型是dpwm技术时，该方法可以包括防止从dpwm技术切换到svpwm技术，直到当前切换频率低于预定阈值。滞环可以应用于当前切换频率，该滞环延伸到控制参考频率最大值。
11.本文公开了一种电动车辆，其具有适于输出用于推进的扭矩的牵引马达、适于给牵引马达供电的牵引电池组以及将牵引电池组电连接到牵引马达的功率逆变器。控制器与功率逆变器通信，控制器的操作由控制参考频率所定义。功率逆变器可操作以部分基于脉宽调制（pwm）切换频率将牵引电池组输出的直流电力转换成交流电力并将交流电力传输到牵引马达。该控制器具有处理器和其上记录有指令的有形的、非暂时性存储器，处理器对指令的执行使得控制器部分地基于pwm类型、pwm切换频率方式和逆变器直流电压来确定当前切换频率。pwm标量是部分地基于当前切换频率和控制参考频率最大值所获得的。控制器被配置为传送命令信号至功率逆变器，以部分地基于pwm标量来调节电力的传输，pwm切换频率与pwm标量和控制参考频率的乘积成比例。
12.根据本技术，其还包括以下技术方案：1. 一种电驱动系统，包括：可充电能量存储单元和可操作地连接到可充电能量存储单元的功率逆变器；可操作地连接到所述功率逆变器的电动马达；与所述功率逆变器通信的控制器，所述控制器的操作至少部分地由控制参考频率定义；其中，在所述可充电能量存储单元和所述电动马达之间的电力传输由脉宽调制（pwm）切换频率管控；其中所述控制器具有处理器和其上记录有指令的有形的、非暂时性存储器，由所述处理器执行所述指令使得所述控制器：
部分地基于pwm类型、pwm切换频率方式和逆变器直流电压来确定当前切换频率；部分地基于所述当前切换频率与所述控制参考频率最大值获得pwm标量；以及传送命令信号至所述功率逆变器，以部分地基于所述pwm标量来调节电力的传输，所述pwm切换频率与所述pwm标量和所述控制参考频率的乘积成比例。
13.2. 根据技术方案1所述的电驱动系统，其中：所述当前切换频率部分地是基于逆变器冷却剂温度以及是驱动扭矩还是再生扭矩处于操作中；以及所述指令被动态地执行，使得所述pwm标量随时间变化。
14.3. 根据技术方案1所述的电驱动系统，其中,获得所述pwm标量包括：获得作为所述当前切换频率和频率跨度之和的扩展pwm切换频率；获得所述扩展pwm切换频率除以所述控制参考频率最大值的比值；以及将所述pwm标量设置为大于或等于所述比值的最小整数，使得所述pwm标量等于ceiling（比值）。
15.4. 根据技术方案1所述的电驱动系统，其中,确定所述当前切换频率包括：经由所述控制器，确定具有多个pwm区域的pwm区域布局，所述多个pwm区域布置在针对所述电动马达校准的扭矩-速度曲线中；以及经由所述控制器，基于所述电动马达的速度和扭矩，从所述扭矩-速度曲线中的pwm区域布局获得指定的pwm区域，所述电动马达的所述速度和所述扭矩部分地是基于扭矩命令。
16.5. 根据技术方案4所述的电驱动系统，其中，确定所述当前切换频率包括：经由所述控制器，根据所述指定的pwm区域选择所述pwm类型；以及经由所述控制器，根据所述指定的pwm区域选择所述pwm切换频率方式。
17.6. 根据技术方案5所述的电驱动系统，其中：所述pwm切换频率方式从pwm切换频率方式的预定义列表中选择，pwm切换频率方式的预定义列表包括恒定脉冲比切换方式、恒定切换频率切换方式和带有可选择切换频率阵列的查找表（lut）。
18.7. 根据技术方案1所述的电驱动系统，其中：所述pwm类型从pwm类型的预定义列表中选择，pwm类型的预定义列表包括不连续pwm（dpwm）技术、零矢量调制（zvm）技术和空间矢量脉宽调制（svpwm）技术。
19.8. 根据技术方案1所述的电驱动系统，其中：当pwm类型是空间矢量脉宽调制（svpwm）技术并且所述当前切换频率大于阈值svpwm切换频率时，所述控制器被编程为在将所述pwm类型更新至svpwm技术之前将所述当前切换频率设置为所述阈值svpwm切换频率。
20.9. 根据技术方案1所述的电驱动系统，其中：当pwm类型是不连续pwm（dpwm）技术时，所述控制器被编程为防止从dpwm技术切换到空间矢量脉宽调制（svpwm）技术，直到所述当前切换频率低于阈值svpwm切换频率。
21.10. 根据技术方案1所述的电驱动系统，其中：所述控制器被编程为当六步操作被激活时，改写所述控制参考频率和所述pwm切换频率。
22.11. 根据技术方案10所述的电驱动系统，其中：所述控制器被编程为在所述控制参考频率最大值处并入滞环。
23.2. 一种操作电驱动系统的方法，所述电驱动系统具有可充电能量存储单元、电动马达、功率逆变器和具有处理器和有形的、非暂时性存储器的控制器，所述方法包括：经由所述功率逆变器，通过脉宽调制（pwm）切换频率来调节所述可充电能量存储单元和所述电动马达之间的电力的传输；经由所述控制器，部分地基于pwm类型、pwm切换频率方式和逆变器直流电压来确定当前切换频率，所述控制器的操作至少部分地由控制参考频率所定义；经由所述控制器，部分地基于当前切换频率与控制参考频率最大值来获得pwm标量；以及经由所述控制器，传送命令信号至所述功率逆变器，以部分基于所述pwm标量来调节电力的传输，所述pwm切换频率与所述pwm标量和所述控制参考频率的乘积成比例。
24.13. 根据技术方案12所述的方法，其中，获得所述pwm标量包括：获得作为所述当前切换频率和抖动频率跨度之和的扩展pwm切换频率；获得所述扩展pwm切换频率除以所述控制参考频率最大值的比值；以及部分地基于所述比值获得所述pwm标量。
25.14. 根据技术方案13所述的方法，其中，获得所述pwm标量包括：将所述pwm标量设置为大于或等于所述比值的最小整数，使得所述pwm标量等于该比值的ceiling函数。
26.15. 根据技术方案12所述的方法，其中，获得所述当前切换频率包括：从pwm类型的预定义列表中选择所述pwm类型，包括不连续pwm（dpwm）技术、零矢量调制（zvm）技术和空间矢量脉宽调制（svpwm）技术；以及当pwm类型为svpwm技术并且所述当前切换频率大于阈值svpwm切换频率时，在将所述命令信号传送至所述功率逆变器之前，将所述当前切换频率设置为所述阈值svpwm切换频率。
27.16. 根据技术方案15所述的方法，当所述pwm类型是dpwm技术时，所述方法进一步包括：防止从所述dpwm技术切换到所述svpwm技术，直到所述当前切换频率低于预定阈值。
28.17. 根据技术方案12所述的方法，其进一步包括：将滞环应用于所述当前切换频率，所述滞环延伸到控制参考频率最大值。
29.18. 一种电动车辆，包括：牵引马达，其适于输出用于推进的扭矩；牵引电池组，其适于给牵引马达供电；功率逆变器，其将所述牵引电池组电连接到所述牵引马达；与所述功率逆变器通信的控制器，所述控制器的操作由控制参考频率所定义；其中所述功率逆变器是可操作的以部分地基于脉宽调制（pwm）切换频率，将所述牵引电池组输出的直流电力转换成交流电力，并将交流电力传输到所述牵引马达；其中所述控制器具有处理器和其上记录有指令的、有形的、非暂时性存储器，由所
述处理器执行所述指令使得所述控制器：部分地基于pwm类型、pwm切换频率方式和逆变器直流电压来确定所述当前切换频率；部分地基于所述当前切换频率和控制参考频率最大值获得pwm标量；以及传送命令信号至所述功率逆变器，以部分地基于所述pwm标量来调节电力的传输，所述pwm切换频率与所述pwm标量和所述控制参考频率的乘积成比例。
30.19. 根据技术方案18所述的电动车辆，其中，获得所述pwm标量包括：获得作为所述当前切换频率和抖动频率跨度之和的扩展pwm切换频率；获得所述扩展pwm切换频率除以所述控制参考频率最大值的比值；以及部分地基于所述比值获得所述pwm标量。
31.20. 根据技术方案19所述的电动车辆，其中，获得所述pwm标量包括：将所述pwm标量设置为大于或等于所述比值的最小整数，使得所述pwm标量等于所述比值的ceiling函数。
32.当结合附图时，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点从对实行本公开的最优模式的下列详细描述中是容易清楚的。
附图说明
33.图1是具有电动马达、功率逆变器和控制器的电驱动系统的示意性局部图示；图2图示了示例电动马达的切换频率区域，其中竖直轴线上是驱动（motoring）扭矩和再生扭矩，以及水平轴线上是电动马达速度；图3是操作图1的电驱动系统的方法的流程图；图4是详细示出图3的方法的一部分的流程图；图5是详细示出图3的方法的另一部分的流程图；图6是详细示出图3的方法的又一部分的流程图；图7a至图7c是布置在马达速度（r）对马达扭矩（t）的扭矩-速度曲线内的示例代表性pwm区域布局，针对电动车辆的示例电动马达和功率逆变器进行校准，以确定基于冷却剂温度的pwm区域布局；以及图8a至图8d图示了根据本公开的一些实施例的、在从图7a-图7c的扭矩-速度曲线内的pwm区域布局中的所选择的一者，用于确定pwm区域（图7a）、pwm类型（图7b）、切换频率方式（图7c）和切换频率。
34.本公开的代表性实施例在附图中以非限制性示例的方式示出，并在下面以附加细节描述。然而，应当理解到，本公开的新颖方面不限于以上列举的附图中图示的特定形式。相反，本公开将覆盖落在本公开范围内的修改、等同物、组合、子组合、置换、分组和替代方案，例如由所附权利要求所包含的。
具体实施方式
35.参考附图，其中相同的附图标记指代相同的部件，图1示意性地图示了电驱动系统10。电驱动系统10可以位于设备12中。设备12可以是电动车辆14，该电动车辆可以是纯电动的或混合/部分电动的。设备12可以包括但不限于乘用车辆、运动型多功能车、轻型卡车、重
型车辆、小型货车、公共汽车、运输车辆、自行车、移动机器人、农具（例如拖拉机）、运动相关装置（例如高尔夫球车）、船、飞机和火车。设备12可以包括制造装置和其他电气装置。将理解到，设备12可以采取许多不同的形式，并且具有额外的部件。
36.参考图1，电驱动系统10包括dc电源，诸如可充电能量存储单元20。电驱动系统10包括功率逆变器22和电动马达24。可充电能量存储单元20可以是牵引电池组，以生成高压电力，该高压电力可以经由电动马达24被引导至推进单元26，并且用于操作设备12中的其他电气系统28。可充电能量存储单元20可以包括不同化学性质的电池单元。在一个示例中，功率逆变器22是三相三线电压源逆变器。在一些实施例中，功率逆变器22可以是电动车辆14的tpim单元。为了生成具有足够的车辆续航里程和速度的牵引功率，电动车辆14中的可充电能量存储单元20在容量方面可以大于且高于标准的12伏启动、照明和点火电池。在此类情况下，电驱动系统10是高压电驱动系统10。
37.参考图1，电驱动系统10包括控制器c，该控制器c适于调节设备12中各种车载系统和部件的操作。例如，控制器c可以是电动车辆14的电子控制单元（ecu）。控制器c与电动马达24通信连接，以控制例如能量在可充电能量存储单元20和电动马达24之间的双向传输。电动马达24可以使用三相ac电流进行操作。在这样的情况下，功率逆变器22由控制器c管控，以将dc电压（由可充电能量存储单元20提供）转换成三相ac电压，以供电动马达24使用。在其中电动马达16被配置成马达/发电机的再生模式中，功率逆变器22将来自电动马达24的ac电力转换成与可充电能量存储单元20兼容的dc电力。将理解到，电驱动系统10可以包括未示出的额外的部件。
38.参考图1，电驱动系统10的各部件可以经由无线网络30与控制器c（以及彼此）通信，无线网络30可以是短程网络或远程网络。此外，电驱动系统10的各部件可以包括物理有线连接。无线网络30可以是通信bus，其可以是串行控制器局域网（can-bus）的形式。无线网络30可以包括蓝牙
tm
连接、使用无线分发方法链接多个装置的无线局域网（lan）、连接几个无线lan的无线城域网（man）或无线广域网（wan）。可以采用其他类型的连接。
39.控制器c被编程为响应于操作者输入（例如，通过加速器踏板或制动踏板）或由控制器c监控的自动传输输入条件来接收扭矩命令。一旦接收到扭矩命令，控制器c被编程为向功率逆变器22传送命令信号，以调节可充电能量存储单元20和电动马达24之间的电力传输。用于从源于固定电压dc电源（诸如可充电能量存储单元20）操作的功率逆变器22获得可变频率、可变电压或可变功率的一种技术是脉宽调制（下文中称为“pwm”）技术。pwm信号的“切换频率”确定了pwm完成一循环有多快（即500 hz将是每秒500个循环），并且因此确定了它在高状态和低状态之间切换有多快。换言之，pwm切换频率对应于dc电压在切换电源中的pwm过程期间接通和断开的速率。存在可以实现的各种pwm技术，诸如例如正弦pwm（spwm）、空间矢量pwm（svpwm）、零矢量调制（zvm）和不连续pwm（dpwm）。这些技术在其电压线性范围、纹波电压/电流、切换损耗和高频共模电压或电流特性方面有所不同。
40.现在参考图2，示出了可以在示例电动马达24的速度和扭矩的不同组合下采用的各种切换频率的示例图。图2的水平轴线50指示电动马达速度。竖直轴线的第一部分52对应于驱动模式（或驱动扭矩），而竖直轴线的第二部分54对应于再生模式。图2的第一区域56代表第一切换频率，第二区域58代表第二切换频率，并且第三区域60代表第三切换频率。在一个示例中，第一切换频率、第二切换频率和第三切换频率分别是10千赫（khz）、15千赫（khz）
和20千赫（khz）。
41.参考图1，控制器c包括至少一个处理器p和至少一个存储器m（或非暂时性的、有形的计算机可读存储介质），其上记录有用于执行操作电驱动系统10的方法100的指令。下面参考图3-图6描述方法100。存储器m能够存储控制器可执行指令集合，并且处理器p能够执行存储器m中存储的控制器可执行指令集合。
42.控制器c的操作至少部分地由闭环控制参考频率定义，此文中称为控制参考频率。控制参考频率（有时称为“task0”频率）受到控制器c及其组成部分的吞吐量和其他能力（例如，处理）限制。控制参考频率可以是对输入变量采样的频率。图1的控制器c被特别编程为执行方法100的块（如下面参考图3-图6详细讨论的），并且能够从各传感器接收输入，每个传感器能够测量相应的物理因素并且向控制器c发送相应的信号。例如，参考图1，电驱动系统10可以包括用于确定逆变器冷却剂温度（tw）的温度传感器32和用于确定马达速度的马达速度传感器34。额外地，控制器c可以被编程为通过建模或本领域技术人员可用的其他估计技术来确定相应的物理因素。应当理解到，方法100的部分可以慢于控制参考频率的速率进行操作。例如，温度传感器32可以较慢的速率进行读取以释放处理器资源，因为它们变化缓慢，而马达速度/位置传感器可以继续以较快的速率进行读取。
43.方法100通过增加pwm切换频率的跨度来改进电动车辆14的续航里程和功能。通过动态改变pwm标量来实现增加的跨度，从而允许更高的pwm切换频率。pwm标量是控制器c的每个参考周期或控制循环的pwm周期数量，这能够从下面的等式中看出。此外，在较高的切换频率下，电流纹波被减少。pwm切换频率=pwm标量*控制参考频率现在参考图3，示出了方法100的流程图。方法100可以被实现为存储在图1的控制器c上并可由控制器c部分执行的计算机可读代码或指令。该方法可以实时、连续、系统地、零星地和/或以规则的间隔被执行，例如在电动车辆14的正常和正在进行的操作期间每10毫秒执行一次。
44.图3的方法100开始于块101，结束于块103，并且包括子例程或模块102、202、302、402、502和602。方法100不需要以本文叙述的特定次序进行应用。此外，应当理解到，一些模块（或模块内的一些块）可以被省去。
45.如下面将描述的，模块102包括选择最优pwm区域。例如，图7a至图7c图示了示例电动马达的扭矩-速度曲线702的三种代表性的pwm区域布局：低温pwm区域限定（图7a）、混合pwm区域限定（图7b）和高温pwm区域限定（图7c）。图7a至图7c示出了x轴上以每分钟转数为单位的马达速度（r）对y轴上的马达扭矩（t）。扭矩-速度曲线702（其在图7a、图7b和图7c中是相同的）可以通过直接连接测力计或底盘测力计导出。一般来说，扭矩-速度曲线起源于y轴上扭矩最大且速度为零处的交叉点。该交叉点是电动马达的“失速扭矩”，即当马达以零速度运行时可用的最大马达扭矩。扭矩-速度曲线向下倾斜，直到在具有零扭矩和最大速度的点处与x轴相交。图7a-图7c描绘了扭矩和速度都为正值的“驱动”操作区域；然而，所公开的方法同样适用于沿着负驱动和负区域二者的其余再生区域（未描绘）。
46.模块102进一步包括根据选择的pwm区域选择pwm类型。图8b图示了可供选择的三个示例pwm方案：不连续pwm（dpwm）技术、零矢量调制（zvm）技术和连续pwm（cpwm）技术，诸如空间矢量pwm（svpwm）。图8a的pwm区域（1）至（7）中的每个被分配给图8b中呈现的可用pwm类
型中的一者。基于根据图示曲线的示例的附图，对于落在该区域内的对应的马达扭矩和速度，可以从图8a的pwm区域布局中选择pwm区域六（6）；如图8b中所见，pwm区域六（6）被分配来执行dpwm技术。虽然在本文描述了可选择的pwm方案的三个示例，但是应当理解到，方法100可以采用多于或少于三个pwm类型，这可以包括额外的或替代的pwm原理。
47.如将在下面描述的，模块302包括选择pwm切换频率方式和确定pwm切换频率（根据在模块102中选择的pwm区域和pwm类型）。模块402涉及六步（six-step）参考频率改写机制。模块202和502为硬件保护提供了多个频率限制机制。最后，模块602涉及使用pwm切换频率的扩展值来计算pwm标量，该扩展值包括来自抖动(dither)的频率跨度（以避免变换）以及在控制参考频率最大值处并入滞环。
48.现在参考图4，其中详细示出了模块102，模块102开始于判定块104，其中确定逆变器冷却剂温度（tw）是否小于第一（低）阈值冷却剂温度。如果是（块104 =是），则模块102前进到过程块106，并将pwm区域布局设置为低冷却剂温度pwm区域布局（例如，参见图7a）。如果逆变器冷却剂温度大于第一（低）阈值冷却剂温度（块104 =否），则模块102前进到图4的判定块108，并明确逆变器冷却剂温度（tw）是否大于第二（高）阈值冷却剂温度。如果是（块108 =是），则模块102前进到过程块110，并将pwm区域布局设置为高冷却剂温度pwm区域布局（例如，参见图7c）。如果冷却剂温度（tw）既大于低阈值冷却剂温度又小于高阈值冷却剂温度（块108 =否），则模块102执行过程块112的控制操作，并将pwm区域布局设置为线性混合区域布局（例如，参见图7b）。
49.pwm区域定义曲线可以通过对低和高逆变器冷却剂温度的校准来定义。为了避免对在高温与低温之间的各温度预定义大量的pwm区域定义曲线，从而减少对于这些曲线所必需的存储器存储空间，可以实行“过程中”估计过程，以在高（温）和低（温）区域定义曲线之间进行线性插值，从而为当前“中间范围”冷却剂温度估计新的基于扭矩-速度的pwm区域曲线定义。应当理解到，图7b的混合pwm区域定义是在低温pwm区域定义（图7a）和高温pwm区域定义（图7c）之间的一个温度下的示例；在上温度阈值和下温度阈值之间的不同温度下，区域定义会改变。
50.模块102从过程块106、110和112前进到过程块114。根据图4的过程块114，控制器c适于基于冷却剂温度和机械功率状态来计算对应于当前逆变器冷却剂温度的混合扭矩-速度区域，该机械功率状态可以对于驱动是正的并且对于再生制动是负的。再生旗标（以软件旗标的形式）可以用来指示电动车辆14当前在再生制动模式而不是驱动模式下操作。就此而言，pwm区域定义曲线、pwm类型和pwm切换频率的使用/选择可以基于电动车辆14是在驱动模式还是再生模式下操作而不同。因此，模块102可以限定用于驱动模式的不同曲线和用于再生模式的不同曲线。
51.模块102在图4的过程块116处继续，并且基于所选择的基于冷却剂温度的pwm区域布局和电驱动系统10的当前操作模式（例如，汽车应用中的驱动操作模式与再生操作模式），在当前马达速度（绝对值）下为每个pwm区域确定相应的第一（上）扭矩阈值和相应的第二（下）扭矩阈值。例如，图1的控制器c可以提示马达速度传感器34获取指示实时马达速度的传感器数据。通过使用该信息，控制器c可以为图8a的区域（1）至区域（7）中的每个确定当前马达速度下的扭矩限制集合。以非限制性示例的方式，在非常低的速度操作点时，第一（上）扭矩阈值可以是大约每单位0.4，并且第二（下）阈值可以是大约每单位零（0）。相比之
下，在中速操作点时，区域（1）可以具有大约每单位0.95的第一（上）扭矩阈值和大约每单位0.45的第二（下）阈值。
52.在过程块116中确定每个pwm区域的扭矩限制之后，模块102前进到判定块118。根据图2的判定块118，控制器c适于确定马达扭矩（t
rq
）是否在第一区域的扭矩限制内：（1）是否t
rq 》区域1下扭矩阈值；和（2）是否t
rq 《区域1上扭矩阈值。如果是（块118 =是），则模块102前进到过程块120，并将pwm区域设置为pwm区域（1）。如果马达扭矩在第一区域的扭矩限制之外（块118 =否），则模块102移动到判定块122，并确定马达扭矩（t
rq
）是否在第二区域的扭矩限制之内：（1）是否t
rq 》区域2下扭矩阈值；和（2）是否t
rq 《区域2上扭矩阈值。如果是（块122 =是），则模块102前进到过程块124，并将pwm区域设置为pwm区域（2）（图7a）。然而，如果马达扭矩在第二区域的扭矩限制之外（块122 =否），则控制器c进行到判定块126和过程块128，并对每个剩余的pwm区域重复上述询问，直到识别出对应的区域。
53.参考图4，模块102从过程块120、124和128前进到过程块130。图4的过程块130包括根据所识别的或所选择的pwm扭矩-速度区域设置pwm类型和pwm频率方式。图3的方法100然后从模块102转移到模块202。
54.模块202在图3中详细示出，并且涉及第一频率控制或限制集合。模块202从判定块204开始，其中控制器c被配置为确定（1）pwm类型是否是svpwm；以及（2）pwm切换频率大于svpwm技术的阈值最大pwm切换频率。如果这两者都为真（块204 =是），则模块102前进到过程块206，在该过程块206中pwm类型被设置为在先前控制迭代中所确定的pwm类型，并且svpwm请求旗标被设置为真。如果不是（块204 =否），则模块102前进到过程块208，在该过程块208中svpwm请求旗标被设置为假。如果块204 =否，则svpwm请求旗标被设置为假，并且“确定pwm_类型”请求被发送通过（其可以是任何pwm类型，包括svpwm）。块204可以包括检查以查看切换频率当前是否太高而不能使用svpwm。如果是，则控制器c可以被编程为不切换到svpwm，直到切换频率在预定义阈值内。在这种情况下，先前的pwm类型将继续，并且发送旗标来表示正在请求svpwm。模块202前进到过程块210（来自过程块206和208），其中先前的pwm类型被设置为当前的pwm类型，以用于随后的控制迭代中。图3的方法100然后从模块202转移到模块302。
55.模块302在图5中详细示出。模块302包括选择pwm切换频率方式。作为非限制性示例，图8c图示了三种pwm切换频率方式：恒定脉冲比（cpr）切换方式、恒定切换频率（cfsw）切换方式和查找表（lut），该查找表具有与各输入（诸如马达速度和/或扭矩）相关联的可选切换频率阵列。类似于图8b的pwm类型，图8a的每个pwm区域被分配给图8c的可用pwm切换频率方式之一。另外，可以从图8a的pwm区域布局中选择pwm区域六（6）；如图8c中所见，pwm区域六（6）被分配来执行cfsw切换方式。应当理解到，图3的方法100可以采用多于或少于三种切换方式，这可以包括额外的或替代的可用方式。
56.现在参考图5，模块302从判定块304开始，以评估对应于所选pwm区域和马达的当前操作模式的pwm切换频率方式是否是恒定切换频率切换方式（“cfsw”）。如果是（块304 =是），则模块302前进到过程块306，以基于针对cfsw的查找表确定期望的切换频率，并经由线路315前进到模块402。如果不是（块304 =否），则方法100前行到判定块308，以确定对应于所选pwm扭矩-速度区域和马达的当前操作模式的pwm切换频率方式是否是恒定脉冲比切换方式（“cpr”）。如果是（块308 =是），则模块302前进到过程块310，以基于针对cpr的查找
表确定期望的切换频率，并经由线路315前进到模块402。参考图5，如果pwm切换频率方式既不是cpr也不是cfsw切换方式（块308 =否），则图5的模块302前进到过程块312至326，以在经由线路315前进到模块402之前确定期望的pwm切换频率。
57.基于以下参数的组合，从多个表中的一个表检索切换频率：pwm类型（例如，dpwm/zvm与svpwm）；操作模式（例如，驱动操作模式与再生操作模式）；以及逆变器电压的量值（例如，相对于高、中、低、中低和中高阈值）。根据图5的判定块314，控制器c被编程以确定：（1）pwm类型是否是dpwm/zvm；以及（2）所选择的pwm类型是否为svpwm。如果是（块314 =是），则方法100前进到判定块316，以明确操作模式是否是驱动操作模式（相对于再生操作模式）。如果不是（块314 =否），则方法100前进到判定块322。
58.如果模式是驱动操作模式（块316 =是），则方法100前进到过程块318。如果模式是再生操作模式（块316 =否），则方法100前进到过程块320。类似地，执行判定块322以明确操作模式是否是驱动操作模式（相对于再生操作模式），并且前进到过程块324（块322 =是）和过程块326（块322 =否）。
59.过程块318、320、324和326分别包括基于逆变器dc总线电压（本文称为逆变器电压（v
dc
））的量值的多个查找表（lut）。在一个示例中，过程块318、320、324和326中的每一个包括五个相应的表，如下：（1）如果v
dc
处于或高于高阈值，则使用相应的高（压）表；（2）如果v
dc
处于或低于低阈值，则使用相应的低（压）表；（3）如果v
dc
处于或在中低和中高阈值之间，则使用相应的中（压）表）；（4）如果v
dc
在中低阈值和低阈值之间，则在相应的中（压）表和低（压）表之间执行线性插值；以及（5）如果v
dc
在中高阈值和高阈值之间，则在相应的中（压）表和高（压）表之间执行线性插值。作为非限制性示例（其可以从一种车辆模型改变到另一种），低阈值、中低阈值、中高阈值和高阈值电压可以分别是250v、300v、350v和400v。应当理解到，逆变器电压（v
dc
）的量值的分层可以基于应用的不同而变化。例如，代替上面用20个查找表描述的五个类别，方法100可以包括由40个查找表实现的十个更窄的类别。参考图5，方法100经由线路315从过程块318、320、324和326转移到模块402。
60.可能符合期望的是将pwm类型和pwm切换频率选择相结合，以优化电动车辆14的性能和续航里程，并降低噪声。作为非限制性示例，2 khz的切换频率（f
sw
）可以与用于低马达速度和高扭矩需求的zvm技术相结合，例如，以使能实现电气化运动型多功能车（suv）、atv或工业车辆的攀岩机动动作，并减少逆变器和电气单元上的热磨损。相比之下，图8d示出了10 khz的切换频率可以与用于低马达速度和低马达扭矩的svpwm或dpwm技术相结合，例如，以降低动力系统的nvh。dpwm技术可以与10khz、15khz和20khz的切换频率相结合，以分别用于低扭矩和低速、中速和高速，以增加ev范围。在另一个示例中，10khz的切换频率可以与svpwm技术相结合，用于中等续航里程的扭矩，以使nvh降低。dpwm技术可与恒定脉冲比切换方式相结合，以实现更高的扭矩或加速度，从而提高性能并管理热负荷二者。现在参考图3，模块402涉及在六步操作期间控制参考频率的改写。如本领域技术人员所理解的，六步操作是一种操作模式，其中在一个基本循环（即，电气调速）期间，电压矢量以六个间隔（对于三相逆变器）施加。因为六步操作没有连接到pwm切换，所以更高的控制参考频率通常将提供更好的控制。模块402从判定块404开始，其中控制器c被配置为确定六步操作是否到位或激活。如果是这样（块404 =是），则方法100前进到过程块406，其中，在先前模块中到现在为止所确定的控制参考频率被改写或忽略，并且不同的六步参考频率被
设置为当前控制参考频率。当转换到六步操作时，这确保了独立于当前操作的最优控制。如果不是（块404 =否），则模块402转换到模块502。
61.模块502在图3中详细示出，并且涉及第二频率限制或控制集合。模块502从判定块504开始，在其中确定：（1）pwm类型是否是svpwm；以及（2）当前切换频率（f
sw
）是否大于阈值svpwm切换频率。如果是这样（块504 =是），则方法100前进到过程块506，在该过程块506中将当前切换频率（f
sw
）被设置为阈值svpwm切换频率。如果不是（块504 =否），则方法100前进到判定块508，以确定当前切换频率（f
sw
）是否大于预定义的最大切换频率（max f
sw
）。如果是（块508 =是），则方法100前进到过程块512，以将当前切换频率（f
sw
）设置或保持到预定义的最大切换频率（max f
sw
）。如果不是（块508 =否），则方法100前进到过程块510，以明确当前切换频率（f
sw
）是否小于预定义的最小切换频率（min f
sw
）。如果是（块510 =是），则模块502前进到过程块514，以将当前切换频率（f
sw
）设置或保持到预定义的最小切换频率（min f
sw
）。如果不是（块510 =否），则方法100前进到模块602。
62.本文描述的预定义阈值可以通过在受控设置中的校准来获得。术语“校准”、“已校准”和相关术语指的是将与设备或系统相关联的实际或标准测量结果与对于设备或系统感知或观察到的测量结果或命令位置进行比较的结果或过程。如本文所述的校准能够简化为可存储的参数表、多个可执行方程或可以用作测量或控制例程的一部分的其它合适的形式。参数被定义为可测量的量，其表示设备或其他元件的通过使用一个或多个传感器和/或物理模型可辨别的物理特性。
63.模块602在图6中更详细地示出。参考图6，模块602执行判定块604以明确抖动功能是否被启用。如果是（块604 =是），则方法100前进到过程块608，在该过程块608中计算与抖动功能相关的切换频率跨度（f
sw
span）。例如，频率跨度可以是切换频率的2%。如果不是（块604 =否），则方法100前进到过程块606，其中切换频率跨度（f
sw
span=0）被设置为零。
64.方法100从过程块606和过程块608前进到过程块610，其中临时（或“扩展”，expanded）切换频率被设置为当前切换频率与切换频率跨度的一半之和，如下：expanded f
sw =（intermediate f
sw +
ꢀ½ꢀfsw
ditherspan）。
65.换言之，扩展切换频率(expanded f
sw
)包括抖动切换频率跨度。方法100从过程块610前进到过程块612。
66.在过程块612中，控制器c被编程为按照如下方式确定pwm标量：（1）获得扩展切换频率除以控制参考频率最大值的比值；以及（2）获得大于或等于该比值的最小整数（例如，向上取整）。例如，pwm标量可以通过ceiling函数（上限函数）获得如下：pwm标量=ceiling[比值]；比值=（expanded f
sw
/最大参考频率）。例如，如果所述比值为5.3，则如上所述的向上取整的值[ceiling（5.3）]将是6。方法100前进到判定块614。最大参考频率受到微处理器速度以及电驱动系统10的控制和吞吐量要求的约束。
[0067]
根据判定块614，方法100明确pwm标量是否大于预定义的最大标量值。如果是（块614 =是），则方法100前进到过程块616，其中pwm标量被设置为预定义的最大标量值。过程块616然后前进到过程块618。如果不是（块614 =否），则方法100前进到过程块618，其中控制器c被编程为首先按照如下方式设置高阈值频率：高阈值频率=pwm标量*最大参考频率。
[0068]
方法100从过程块618前进到图6的判定块620。根据判定块620，控制器c确定：（1）
先前的pwm标量（来自先前迭代）是否大于pwm标量（来自当前迭代）；（2）扩展切换频率（expanded f
sw
）是否在预定义的滞环内；以及（3）扩展切换频率（expanded f
sw
）是否小于或等于高阈值频率。
[0069]
采用滞环的技术优势是减少了pwm标量的各个值之间的变换。在非限制性示例中，电驱动系统10的最大参考频率可以是10000 hz，并且滞环可以是100 hz（9900 hz到10000 hz）。因此，如果切换频率的变化在滞环内，则保留先前的pwm标量，以便于避免变换（toggling）。当切换频率的变化超过滞环时，采用新计算的pwm标量。滞环提供了一种瞬时反馈控制方法，在这种方法中，与滞环的偏差被连续地跟踪。
[0070]
如果是这样（块620 =是），则图6的方法100前进到过程块622，其中pwm标量（来自当前迭代）被设置为先前的pwm标量（来自先前迭代）。方法100从过程块622前进到过程块624。如果不是（块620 =否），则方法100直接前进到过程块624。在过程块624中，先前的pwm标量被设置为pwm标量，并且控制参考频率被设置为当前切换频率除以pwm标量，如下：控制参考频率=（当前f
sw
/pwm标量）。
[0071]
从图6的过程块624，方法100前进到过程块626，在其中输出以下参数：控制参考频率、pwm标量和当前切换频率。代替控制参考频率，可以输出控制参考周期（pwm标量/当前f
sw
）。图6的模块602在过程块626处结束。方法100可以被动态执行以获得动态的pwm标量。如本文中所使用的，术语“动态”和“动态地”描述实时执行的步骤或过程，且其特征在于监控或以其他方式确定参数的状态，并在例程执行期间或例程执行的迭代之间定期或周期性地更新参数的状态。控制器c被编程为向功率逆变器22传送命令信号，以部分基于pwm标量来调节可充电能量存储单元20与电动马达24之间的电力的传输。
[0072]
总之，电驱动系统10通过执行pwm标量来增加pwm切换频率的可操作范围，从而改进电动车辆14的续航里程和功能。因此，控制参考频率和pwm切换频率被解耦。电驱动系统10可以通过促使pwm切换频率至可听范围之外来减少噪声和振动。此外，控制器c可以被编程为根据电流和逆变器dc总线电压来启用切换频率死区，以避免在相对高的电流下发生谐振。如本领域技术人员所理解的，死区指的是为了更好的性能而有意地引入参考波形中的不连续性。例如，可以通过避免参考调制波和载波在一频率范围内的交叉来减少pwm切换频率。例如，如果切换频率在2k与20khz之间，并且死区在12-14khz，则可操作频率将是2-12khz和14-20khz。
[0073]
图1的控制器c可以是设备12的其他控制器的整体部分或可操作地连接到设备12的其他控制器的单独模块。图1的控制器c包括计算机可读介质（也称为处理器可读介质），包括参与提供可以由计算机（例如，计算机的处理器）读取的数据（例如，指令）的非暂时性（例如，有形）介质。此类介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其他永久存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器（dram），其可以构成主存储器。此类指令可以通过一种或多种传送介质传送，包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含联接到计算机处理器的系统总线的线。计算机可读介质的一些形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、其他磁介质、cd-rom、dvd、其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的其他物理介质、ram、prom、eprom、flash-eeprom、其他存储器芯片或盒式磁带、或计算机能够从其读取的其他介质。
[0074]
本文描述的查找表、数据库、数据储存库或其他数据存储可以包括用于存储、访问
和检索各种数据的各种机制，包括分层数据库、文件可充电能量存储系统中的文件集、专有格式的应用数据库、关系数据库能量管理系统（rdbms）等。每一个此类数据存储可以被包括在采用计算机操作系统的计算设备内，诸如上面提到的那些操作系统之一，并且可以经由网络以多种方式中的一种或多种来访问。文件系统可以从操作可充电能量存储系统的计算机进行访问，并且可以包括以各种格式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行存储过程的语言之外，rdbms还可以采用结构化查询语言（sql），诸如上面提到的pl/sql语言。
[0075]
图3-图6中的流程图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能执行的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个块可以代表模块、代码段或代码部分，其包括用于执行（一个或多个）指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还将注意到，框图和/或流程图图示中的每个块以及框图和/或流程图图示中块的组合可以由执行特定功能或动作的基于特定用途硬件的可充电能量存储系统或者特定用途硬件和计算机指令的组合来实现。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指导控制器或其他可编程数据处理装置以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，该制品包括实现流程图和/或框图的块中指定的功能/动作的指令。
[0076]
本说明书（包括所附权利要求）中的参数（例如，量或条件）的数值应被理解为在每个相应的实例中由术语“大约”修饰，无论“大约”是否实际出现在数值之前。“大约”表示所述数值允许一些轻微的不精确（其中一些在数值方面接近精确；大约或相当接近该值；几乎）。如果“大约”所提供的不精确性在本领域中未另外被理解为具有该普通含义，则如本文使用的“大约”至少表示可能由测量和使用这种参数的普通方法产生的变化。此外，范围的公开包括每个值和整个范围内进一步划分的范围的公开。因此，范围内的每个值和范围的端点被公开为单独的实施例。
[0077]
具体实施方式和附图说明或附图是对本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实行所要求保护的公开的一些最优模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的公开的各种替代设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提到的各种实施例的特征不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，可能的是，在一个实施例的一个示例中描述的每个特征可以与来自其他实施例的一个或多个其他期望的特征相结合，从而产生没有用文字或参考附图描述的其他实施例。因此，这样的其他实施例也落入所附权利要求的范围的框架内。