用于控制车辆电气化动力系系统的方法和设备与流程

本公开内容涉及电气化动力系系统及与其相关联的控制。

背景技术：

电机，例如多相电机/发电机具有定子绕组，该定子绕组由来自电连接到高电压DC电力总线的逆变器模块的交流电供电。电机可被用作扭矩马达，为车辆传动系提供扭矩。与在车辆系统中采用电机作为扭矩马达相关的设计和运行考虑包括能耗、响应性和驾驶性能。

技术实现要素：

用于车辆的动力系系统被描述，并且包括电机，该电机经由马达分离离合器机械地可转动地联接到传动系。用于控制动力系系统的方法包括在车辆运行期间停用马达分离离合器。电机的马达转速降低到第一非活动转速阈值，并且当监控马达转速时，逆变器电路被控制处于非活动状态。停用逆变器电路，且当马达转速降低至第二非活动转速阈值时，逆变器电路被脉冲启用以运行电机，将马达转速增加到第一非活动转速阈值后，并且然后停用。逆变器电路被启用以增加马达转速，以在启用马达分离离合器之前与传动系的转速同步。

结合附图，参考用于实施如在所附权利要求中限定的本教导的一些最优模式和其它实施例的以下详细描述，本教导的上述特征和优点及其它特征和优点将显而易见。

附图说明

现将参考附图，通过举例的方式描述一个或多个实施例，其中：

根据本公开内容，图1示意性地示出包括多模式动力系系统的车辆，该多模式动力系系统包括内燃发动机、变速器，以及通过齿轮系和马达分离离合器向传动系提供扭矩的电机。

根据本公开内容，图2示意性地示出用于控制电机的马达转速的马达控制过程，该电机通过可启用的马达分离离合器选择性地可转动联接至车辆传动系。

根据本公开内容，图3以曲线图示出对参考图1描述的车辆的一个实施例上与执行参考图2描述的马达控制过程相关联的时变参数。

具体实施方式

现参考附图，其中绘图仅用于说明某些实施例，并非用于限制的目的，图1示意性地示出了包括多模式动力系系统20的车辆100的第一实施例，该多模式动力系系统20包括内燃发动机(发动机)30、能够提供扭矩给传动系12的变速器40，以及通过齿轮系16能够提供扭矩给传动系12的电机22，该齿轮系16包括选择性启用的马达分离离合器28。在各个附图中，相同的标记表示相同的元件。多模式动力系系统20是示出用于说明目的的一个实施例。在本文中描述的概念可适用于任何动力系系统，其包括通过齿轮系16能够提供扭矩给传动系12的电机22，该齿轮系16包括选择性启用的马达分离离合器28。

发动机30能够通过变速器40提供扭矩给传动系统12，并且可以是任何适合的内燃发动机设计和配置。发动机控制器32与发动机30和车辆10的各种传感器通信，并响应于操作员命令(包括例如操作员的功率请求)控制发动机30的各个致动器状态以控制其运行。

变速器40可以是在一个实施例中能够在发动机30和传动系12之间传递扭矩的固定齿轮有级变速器。或者，变速器40可以是无级变速器、电子无级变速器或另一种合适的扭矩传递装置。变速器控制器42与变速器40和车辆10的各种传感器通信，并响应于操作员命令(包括例如操作 员的功率请求)控制变速器40的各个致动器状态以控制变速器的运行。传感器中的一个传感器包括产生可被转换为车辆速度的信号的转动速度传感器44。如本文所描述，变速器控制器42控制马达分离离合器28的启用和停用。

电机22可以是多相永磁电机/发电机，或者任何适合的马达/发电机。电机22优选包括定子和转子，其中当马达分离离合器28处于第一启用状态时，转子机械地可转动地联接至齿轮系16。电机22配备有监控马达转速的转动速度传感器，例如分解器或另一种合适的装置。术语“马达转速”指电机22的转子的转动速度。

齿轮系16包括第一和第二啮合接合构件，其中第一构件可转动地联接至马达分离离合器28的一个元件，而第二构件可转动地联接至驱动轮18的车轴14中的一个。齿轮系16优选地设置为直接传动固定齿轮配置，其转动速度基于齿轮系16的第一和第二啮合接合构件的齿轮比。当马达分离离合器28启用时，齿轮系16将电机22机械地可转动地联接至传动系12，以向其提供推进扭矩。传动系12机械地可转动联接至齿轮系16的第一构件，且当马达分离离合器28处于第一启用状态时，电机22经由马达分离离合器28的第二元件机械地可转动地联接至齿轮系16的第二构件。或者，齿轮系16可包括直接传动固定齿轮配置，其中第一和第二构件是经由链条可转动地联接的链轮齿。或者，齿轮系16可包括直接传动固定齿轮配置，其中第一和第二构件是经由皮带可转动地联接的滑轮。

传动系12包括联接至车轴14的单个或者一对(如图所示)驱动轮18，该车轴14经由差速器15机械地可转动地联接。

马达分离离合器28是可控扭矩传递装置，其可以响应于来自控制器例如变速器控制器42的命令，控制为第一启用状态或第二启用状态。马达分离离合器28是选择性可启用的，并当命令为第一启用状态时能够与电机22和齿轮系16的转动机械联接，并且当命令为第二停用状态时能够将电机22的转动与齿轮系16的转动解联。

因此，当运行处于推进状态的电机22时，由电机22产生的扭矩驱动传动系12的驱动轮18的转动，并且由于车辆动量，由传动系12的驱动 轮18的转动产生的扭矩在特定运行状态下(包括当运行处于再生制动状态的电机22时)驱动电机22的转动。

功率逆变器模块26控制流向电机22的电力。本实施例中的功率逆变器模块26包括多相逆变器电路24和逆变器控制器25。多相逆变器电路24经由高电压DC电力总线50连接至高电压DC电源，该高电压DC电力总线50包括正总线元件和负总线元件。在一个实施例中，高电压DC电源提供接近300V的DC电力。高电压DC电源可包括高电压电能存储装置，例如高电压电池或电容器、高电压电力发生器或另一个相关装置或系统。多相逆变器电路24包括多个开关对，该多个开关对横跨高电压DC电力总线50的元件电串联连接。开关对的每一个开关可以是功率晶体管，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，或另一种适当的功率晶体管。开关对中的每一个对应于电机22的一相。多相逆变器电路24优选地包括其它电子部件(包括电容器、电阻器和其它电路部件)以实现与电噪声抑制、负载平衡等相关的功能。

本文使用的高电压应理解为意指主要用于车辆(例如用于高电压电机)的推进应用中的标称电压水平。本文使用的低压应理解为意指主要用于车辆(例如用于高电压电机)的低压附件负载中的标称电压水平。更一般地，如本文所使用，高电压和低压应理解为意指彼此相对的标称电压水平。

逆变器控制器25与多相逆变器电路24的开关中的每一个通信以控制其运行，其中控制命令响应于来自动力系控制器(HCP)62的命令来生成。

动力系控制器(HCP)62经由通信总线60与逆变器控制器25、发动机控制器32和变速器控制器42通过信号通信，该通信总线60在一个实施例中是控制器区域网(CAN)。HCP 62协调多模式动力系系统20的控制，包括响应于操作员的功率请求向逆变器控制器25、发动机控制器32和变速器控制器42中的每一个提供运行和控制命令。

多模式动力系系统20向用于车辆推进的传动系12提供扭矩，其中扭矩贡献来自发动机30和电机22中的任一个或二者。当在低车辆速度区域中运行时，选择性可启用的马达分离离合器28一直启用，且扭矩通过与 发动机30相一致的电机22提供给传动系12。这可包括动力系速度/负载运行点，在此在一些实施例中发动机30可以被命令为关闭状态，其中传动系扭矩专有地由电机22提供。低车辆速度区域可以具有上阈值，例如小于55kph。

当在中间范围车辆速度区域中运行时，马达分离离合器28可以在特定条件下(例如，在另外扭矩的加速条件下或在再生制动的减速条件下)选择性地启用以补充通过发动机30提供的扭矩。其它时间，马达分离离合器28可以选择性地停用。中间范围车辆速度具有最大速度阀值，例如130kph。

当车辆10在高车辆速度区域(包括大于与中间范围车辆速度区域相关联的最大转速阈值的速度)中运行时，马达分离离合器28停用，且所有扭矩通过发动机30提供到传动系12。最大转速阈值基于电机22的扭矩和转速能力而选择，包括当在空转的无负荷条件中运行时运行为最小化电机22进入失控发电(UCG)模式的风险。当电机22运行以使得马达反电动势增加从而产生大于高电压总线上的电压的马达输出电压时，UCG模式可以在特定运行条件(包括高速、低负荷或无负荷条件)期间发生。过量的输出电压可以导致充电电流通过与逆变器的开关并联布置的一个或多个二极管流向高压电池。以UCG模式发生的充电电流可以导致通过逆变器组件的过量电流或高压电池的过度充电，这可负面地影响逆变器或高电压电池的服务寿命。

术语控制器、控制模块、模块、控制装置、控制单元、处理器和类似术语是指以下项中的任何一个或各种组合：专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(例如，执行一个或多个软件或固件程序或例程的微处理器和相关存储器以及存储装置(只读、可编程只读、随机访问、硬盘驱动器等))、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓存电路以及提供所描述功能的其它组件。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意指包括校准和查找表的任何控制器可执行指令集。每一个控制器执行控制例程以提供所需功能，包括监控来自感测装置和其它联网控制器的输入并且执行控制和诊断例程以控制致动器的运行。 例程可以以规则的时间间隔执行，例如正在运行期间每100微秒执行一次例程。控制器之间与控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线链路、联网通信总线链路、无线链路或任何另一个合适的通信链路来完成。

图2示意性地示出用于控制电机的马达转速的马达控制过程200，该电机通过可启用马达分离离合器选择性可转动地联接到车辆传动系。马达控制过程200在包括参考图1描述的多模式动力系系统20的车辆100的实施例的上下文中描述，所述实施例是提供用于说明马达控制过程200的概念的目的的非限制实施例。应当理解，马达控制过程200可以在采用选择性可启用的马达分离离合器的任何合适的动力系系统上实施，所述马达分离离合器在处于第一启用状态中时能够电机和齿轮系的转动机械地联接，且在处于第二停用状态中时能够将电机的转动与齿轮系的转动解联。表1被提供作为说明，其中以数字标记的方框和对应的功能阐述如下，对应于马达控制过程200。

表1

马达控制过程200可以定期地执行为如下执行的一个控制例程或多个控制例程。包括监控(210)发动机30和动力系系统20的车辆100的运行。这可包括定期监控与车辆100、动力系系统20和发动机30的各种组件和系统相关联的传感器和致动器，包括例如车辆速度、发动机或变速器速度和马达分离离合器28的启用和停用状态中的已命令的一个状态。

监控包括监控致动器命令，包括确定马达分离离合器已经被命令为打开状态还是停用状态(212)。在一个实施例中，这可以包括当车辆速度(Vss)大于最小阈值车辆速度时将马达分离离合器28命令为打开或停用状态。例如，最小阈值车辆速度可以与最小速度相关联，以进入中间范围车辆速度区域，其中马达分离离合器28可以在特定条件下(例如，在用于另外扭矩的加速条件下或在用于再生制动的减速条件下)选择性地启用以补充通过发动机30提供的扭矩。或者，马达分离离合器28可能已经被命令为与减小自旋损失的运行相关联的打开或停用状态。当不满足这些条件中的任一个时(212)(0)，马达控制过程200的这种循环结束(230)。当马达分离离合器28已经被命令为停用状态时，其中车辆速度(Vss)大于最小阈值车辆速度(212)(1)，逆变器控制器25可以命令逆变器电路24控制电机22将其转动速度降低到目标非活动马达转速(214)。目标非活动马达转速优选地是小于或等于最小可允许马达转速阈值的马达转速，以防止电机22以UCG模式运行，并且被选择为当在空转、无负荷条件中运行时最小化电机22进入UCG模式的风险。

控制电机22以降低其转动速度包括逆变器控制器25命令逆变器电路24以再生模式运行电机22，以产生低水平的反应扭矩，因此将电机22缓慢地减速至目标非活动马达转速，其可在250ms至500ms的幅度量级上。

当电机22实现目标非活动马达转速时，逆变器控制器25命令逆变器 电路24为非活动状态，包括以如下方式打开逆变器电路24的晶体管，该方式在监控马达转速(218)的同时允许电机空转(216)。

当马达转速降低至最小的非活动马达转速(Nmm)(220)(1)时，逆变器控制器25脉冲启用逆变器电路24以将马达转速增加至目标非活动马达转速(222)。否则(220)(0)，逆变器控制器25监控马达转速(218)。最小非活动马达转速基于在最小化运行电机22的电力成本和使电机22以如下转动速度运行之间的平衡来选择：该转动速度最小化当随后启用时将马达分离离合器28的元件同步的响应时间。

在电机22在与目标非活动马达转速相关联的范围中运行的同时，存在启用马达分离离合器28的命令时(224)(1)，逆变器控制器25控制逆变器电路24以增加电机22的马达转速，然后同步地启用马达分离离合器28的元件(226、228)。

图3以曲线图示出在包括发动机30和动力系系统20的车辆100的实施例上与执行马达控制过程200相关联的时变参数。该参数包括马达分离离合器启用命令310、马达转速320、车轴转速325以及马达扭矩命令330，所有参数都与经过时间340相关，其在水平轴线上示出。

在时间点341之前，马达分离离合器启用命令310是高(1)，指示马达分离离合器28启用，马达扭矩命令330是正(+1)，指示电机22以扭矩生成模式运行，并且马达转速320和车轴转速325增加。

在时间点341处，马达分离离合器启用命令310是低(0)，指示停用马达分离离合器28。马达转速320大于目标非活动马达转速322。因此，马达扭矩命令330变为负(-1)，指示电机22以扭矩反应模式运行以降低马达转速320。当停用马达分离离合器28时，车轴转速325继续增加。在时间点342处，马达转速320降低至目标非活动马达转速322。因此，马达扭矩命令330变为中性(0)，指示电机22处于空转模式或者滑移模式。之后，马达转速320继续降低。在时间点343处，马达转速320降低至最小非活动马达转速324。因此，马达扭矩命令330在短脉冲期间变为正(+1)，使电机22增加转速，直到其在时间点344处到达目标非活动马达转速322为止，在该时间点处，马达扭矩命令330再次变为中性(0)。该过程可无 限地继续，如在时间点345和346处所示。在时间点347处，命令被接收以启用马达分离离合器28，使马达扭矩命令330变为正(+1)，以同步马达分离离合器28的元件，其包括将马达转速320增加至等于车轴转速325的转速。在时间点348处，马达转速320与车轴转速325同步，且马达分离离合器启用命令310被命令为高(1)，指示马达分离离合器28将被启用。

可有利地采用用于控制电机的马达转速的马达控制过程200以缩短同步延迟时间，包括在采用具有高齿轮比、例如在26∶1且更高的齿轮比处或附近，该电机通过可启用的马达分离离合器选择性地可转动地联接到车辆传动系。在一个示例性系统中，当车辆在40kph下运行时，26∶1的齿轮比可转换成8600RPM的马达转速。因此，在1000RPM至2500RPM范围中的马达转速下启动的同步过程可比在接近0RPM的马达转速下启动更易响应。该系统可进一步减缓在离合器同步期间令人讨厌的马达噪声。

详细描述和附图或图支持及描述本公开内容，但是本公开内容的范围只由权利要求限定。虽然已经详细描述了一些用于执行所要求教导的最优模式及其它实施例中，但是存在各种替代设计和实施例，用于实施在所附权利要求中限定的本教导内容。