減少電功率損失的方法和用於此的混合動力傳動系的製作方法

2023-05-30 14:33:51

減少電功率損失的方法和用於此的混合動力傳動系的製作方法
【專利摘要】一種控制混合動力傳動系的方法，包括確定第一和第二電機在兩電機的功率逆變器處於主動模式的情況下操作時的第一電功率損耗值。方法包括確定第二和第三電功率損耗值中的至少一個。第二電功率損耗值是第二電機的功率逆變器處於待命模式中且第一電機的功率逆變器處於主動模式中操作時的；第三電功率損耗值是第二電機的功率逆變器處於主動模式中且第一電機的功率逆變器處於待命模式中操作時的；控制器將功率逆變器設置在最低電功率損耗值所對應的相應模式中。
【專利說明】減少電功率損失的方法和用於此的混合動力傳動系
【技術領域】
[0001]本發明總體包括控制具有多個電機的混合動力傳動系的方法、和具有多個電機的混合動力傳動系。
【背景技術】
[0002]許多混合動力車輛利用混合電動力傳動系，所述混合電動力傳動系具有發動機和兩個或更多電機(例如電動機/發電機)，其被控制為提供各種操作模式。在一些操作模式中，僅需要來自電機中之一或兩者的相對較低的扭矩或零扭矩。在主動模式中通過電子開關操作功率逆變器所需的能量，如在用於三相電機的直流電和交流電之間進行轉換所需的，和與旋轉的電動機(假設所述電動機為永磁體電動機)相關的旋轉損失是很重要的。

【發明內容】

[0003]一種控制混合動力傳動系的方法，通過將逆變器置於待命模式、允許電機處於自由運轉狀態而在一定的操作條件下允許與主動功率逆變器和旋轉電動機部件相關的功率損失被減小。方法包括確定其中兩電機的功率逆變器處於主動模式中時操作第一電機和第二電機的第一電功率損耗值。方法進一步包括確定第二電功率損耗值和第三電功率損耗值中的至少一個。第二電功率損耗值是第一電機的功率逆變器處於主動模式中且第二電機處於待命模式中操作時的電功率損耗。第三電功率損耗值是第二電機的功率逆變器主動模式中且第一電機處於待命模式中操作時的電功率損耗。第二電功率損耗值和第三電功率損耗值中之一或兩者和第一電功率損耗值中的最低值被隨後確定。經由控制器進行與功率逆變器相關的控制動作，以將功率逆變器設定在與第二和第三電功率損耗值中至少一個與第一電功率損耗值中的最低值相應的模式中。通過評估與電機和功率逆變器相關的電功率損失且相應地控制電機和功率逆變器，混合動力傳動系的燃料效率可增加。
[0004]還提供一種混合動力傳動系，其具有原動機(例如發動機)、和具有至少兩個電機和控制器的混合動力變速器，所述控制器具有配置為執行本方法的控制算法的處理器。
[0005]在下文結合附圖進行的對實施本發明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發明的特徵和優點以及其他的特徵和優點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是電動機功率損耗映射圖，其顯示了用於代表性電機的在y軸線上以牛頓-米(Nm)表示的不同電動機扭矩下以千瓦(kW)表示的電動機功率損耗曲線和X軸線上以每分鐘轉數Crpm)表示的電動機速度。
[0007]圖2是逆變器功率損耗映射圖，其顯示了用於電機的代表性功率逆變器的在y軸線上以牛頓-米(Nm)表示的不同逆變器扭矩下以千瓦(kW)表示的電動機功率損耗曲線和X軸線上以每分鐘轉數(rpm)表示的電動機速度的曲線圖，實時電機特徵在於具有如圖1所示的電動機功率損失。[0008]圖3是動力傳動系一部分的示意性圖，動力傳動系具有電機和功率逆變器，其可根據圖12的方法控制且代表圖4和6的混合動力傳動系中的任何電機。
[0009]圖4是具有第一混合動力傳動系的車輛的示意圖。
[0010]圖5是用於代表性混合動力傳動系的第一電機和用於代表性混合動力傳動系的第二電機的累積能量損耗曲線圖，兩者都是在第一電機處於自由運轉狀態和非自由運轉狀態時獲得的，在自由運轉狀態中第一電機的逆變器開關處於待命模式，且在非自由運轉狀態中第一電機的逆變器開關處於主動模式。
[0011]圖6是具有第二混合動力傳動系的第二車輛的示意圖。
[0012]圖7是用於圖6的動力傳動系的後驅動車軸功率對前驅動車軸功率的曲線圖。
[0013]圖8是車輛速度、變速器中齒輪速度、和車輛加速度對以秒表示的時間的示意性曲線圖。
[0014]圖9是與圖8的駕駛循環對應的、以千瓦表示的發動機功率、以千瓦表示的第一電機的機械功率、以千瓦表示的第二電機的機械功率、以千瓦表示的電池功率、和車輛牽引功率對以秒表示的時間的示意性曲線圖。
[0015]圖10是與圖8的駕駛循環相應的發動機扭矩、第一電機扭矩和第二電機扭矩對以秒表示的時間的示意性曲線圖。
[0016]圖11是與圖8的駕駛循環對應的、以千瓦表示的發動機速度、以千瓦表示的第一機的速度、以千瓦表示的第二電機的速度(都是以每分鐘轉數(rpm)表示)的示意性曲線圖。
[0017]圖12是控制混合動力傳動系減少電功率損耗的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]參見附圖，其中相同的附圖標記在幾幅圖中指示相同的部件，圖1和2分別顯示了混合動力傳動系的電機和功率逆變器的典型的電功率損失。本文提供一種控制具有至少兩個電機的混合動力傳動系的方法，如針對圖12的流程圖所述的，本方法是通過替換地允許電機中的任一或兩者「自由運轉」且將與自由運轉的電機相關的功率逆變器設定為「待命模式」而確定電功率損失是否可被減小來執行，如進一步在本文描述的。
[0019]圖1顯示了各種電動機功率損耗曲線，在牛頓-米(Nm)表示的電動機扭矩極限曲線IOA和IOB之間(對應電機的每分鐘轉數(rpm)表示的速度)，其範圍是0.2到4kW，所述電機具有最大扭矩能力TQmax和最大速度RPMmx。圖2顯示了各種逆變器功率損耗曲線，在牛頓-米(Nm)表示的電動機扭矩極限曲線IOA和IOB之間(對應電機的每分鐘轉數(rpm)表示的速度)，其範圍是0.2到2kW。圖1和2的功率損耗曲線用於永磁體電機。
[0020]圖1和2顯示了甚至在相對較低的電動機扭矩下，例如小於或等於最大電動機扭矩能力TQmax的大約10%的扭矩，在預定扭矩12A、12B之間，存在電動機功率損失和逆變器功率損失。如果電機以預定扭矩12A、12B操作或以在兩者之間的扭矩操作，則圖10的方法實施為確定是否可通過允許電機以相對較低扭矩操作以代替自由運轉而將系統功率損失(即用於兩個或更多電機和相關的逆變器的電動機功率損失和逆變器功率損失)減小，其中逆變器處於待命模式。
[0021 ] 在電機不被控制為提供扭矩或產生電力且沒有電功率通過定子繞組時電機是「自由運轉」(free-running)的。電機的轉子仍然可以以自由運轉狀態旋轉，如此仍然可以存在與遊隙(windage)相關的旋轉損失。例如與電動機繞組中的電功率相關的功率損失將被避免。
[0022]在用於將從電池供應或供應到電池的直流電轉換為交流電(具有三相繞組的電機所需或通過其產生)的逆變器中的開關被禁用時，功率逆變器處於「待命模式」。通過控制開關保持打開而禁用開關。在電機自由運轉的任何周期中，操作性地連接到電機的逆變器不需要轉換電流的功能。自由運轉周期期間開關的操作是不必要的，且如果功率逆變器置於待命模式，則由於逆變器中不必要的開關造成的功率損耗由此可被避免。相比之下，在功率逆變器的開關被控制為按照需要打開和關閉以在直流電和交流電之間轉換時，功率逆變器處於「主動模式」。
[0023]圖3是包括連接到電機120的逆變器110的混合動力傳動系的一部分的示意圖。圖3示出了可被稱為星形連接(或Y連接)的三相電機120的具體類型，且逆變器110是三相電壓源逆變器模塊，其可被稱為全波橋式逆變器110。應注意，圖12的方法並不限於圖3所述的電機120和逆變器110。
[0024]電機120具有電動機端子A、B和C之間的wye構造下的三個定子或電動機繞組120A、120B、120C和、包括電容器180和三個逆變器子模塊115、117、119的三相逆變器110。在該實施例中，在相位A，逆變器子模塊115聯接到電動機繞組120A，在相位B，逆變器子模塊117聯接到電動機繞組120B，且在相位C，逆變器子模塊119聯接到電動機繞組120C。電動機繞組A、B、C(120A, 120B, 120C)在中性點(N) 120D處聯接在一起。進入電動機繞組A120A的電流流出電動機繞組B120B和C120C，且進入電動機繞組B120B的電流流出電動機繞組A120A和C120C，且進入電動機繞組C120C的電流流出電動機繞組A120A和B120B。
[0025]相電流(即第一定子電流(Ias) 122，第二定子電流(Ibs) 123，和第三定子電流(Ics) 124)流動通過相應定子繞組120A、120B、和120C。經過每一個定子繞組120A-120C而到中性電壓的相位分別表示為Van、Vbn, Vm，其中每一個定子繞組120A-120C中產生的反電動勢(EMF)電壓分別顯示為電壓Ea、Eb和E。，其通過每一個分別連接為與定子繞組120A-120C串聯的理想電壓源表示。這些反EMF電壓Ea、Eb和E。是通過永磁體轉子旋轉(由定子繞組120A-120C中的電流驅動)而在相應定子繞組120A-120C中誘導的電壓。在求解儀(resolver)位置194所示的轉子求解儀121感測電機120轉子的轉子速度和轉子位置角度θπ。電機120的轉子聯接到齒輪結構或動力傳動系的混合動力變速器的其他部分，以增加扭矩(在用作電動機時)或將扭矩轉換為電功率(在用作發電機時)。
[0026]全波橋式逆變器110包括電容器180、包括雙開關(固態開關182，二極體183 ;固態開關184、二極體185)的第一逆變器子模塊115、包括雙開關(固態開關186、二極體187 ；固態開關188、二極體189)的第二逆變器子模塊117、和包括雙開關(固態開關190，二極體191 ;固態開關192，二極體193)的第三逆變器子模塊119。全波橋式逆變器110中的電子器件包括六個固態開關182、184、186、188、190、192和六個二極體183、185、187、189、191、193，以適當地切換DC輸入電壓(Vdc)和提供三相AC電機120的定子繞組120Α、120Β、120C的三相通電。
[0027]脈寬調製(PWM)模塊200產生開關信號201-1、201-2、201_3，用於控制逆變器子模塊115、117、119中的固態開關182、184、186、188、190、192的切換。通過將適當的開關信號201-1、201-2、201-3提供到各逆變器子模塊115、117、119，PWM模塊200控制逆變器子模塊115、117、119中固態開關182、184、186、188、190、192的開關，且由此控制分別提供到電動機繞組120A、120B、120C的逆變器子模塊115、117、119的輸出。通過三相逆變器模塊110的逆變器子模塊115、117、119產生的第一定子電流(Ias) 122、第二定子電流(Ibs) 123、和第三定子電流(Ics) 124被提供到電動機繞組120A、120B、120C。標記為Van、Vbn, Vcn, Ea、Eb和E。的電壓、和隨時間而波動的節點N的電壓取決於逆變器模塊110的逆變器子模塊115、117,119中開關182、184、186、188、190、192的打開/關閉狀態，如下文所述。
[0028]根據公開的實施例，控制器210可產生禁用或啟動信號212，以禁用或啟動逆變器110中的開關。例如，控制器210可接收包括測量的DC環(Delink)或輸入電壓(Vde)的信號、來自電機120的扭矩命令(Trand)信號、定子電流命令(Is_d)信號、或替換地來自電流映射模塊的定子電流命令信號(其用於計算Isc;md)、反EMF(Banf)信號(其可以從定子電流命令信號計算)、最小通量準備命令(Psidrpreflux)信號、預測扭矩命令(Iftedemd)信號和其他操作信號。控制器210具有處理器211，其執行圖12的方法1000，該方法是處理器211中的存儲算法，以減少動力傳動系中電機的電功率損失。基於如上所述的信號，控制器210可計算將動力傳動系的逆變器和電機以自由運轉、主動和待命模式操作的電功率損耗值，如在本文所述的，且產生控制信號212，所述控制信號提供到PWM模塊200，以啟動或禁用PWM模塊200，且由此有效地啟動或禁用動力傳動系，例如逆變器110。
[0029]在一個實施例中，控制信號212可以是啟動信號或是禁用信號，所述啟動信號使得PWM模塊200啟動從而其產生開關信號201-1、201-2、201-3，並由此啟動逆變器110中的開關182、184、186、188、190、192的切換，所述禁用信號使得PWM模塊200禁用，從而其不產生開關信號201-1、201-2、201-3，且由此使得逆變器110中的開關182、184、186、188、190、192的開關功能禁用。通過在不要求來自電機120的扭矩命令時禁用逆變器110中開關182、184、186、188、190、192的開關功能，可實現效率增益。例如，在電機120不被使用(例如在不命令或要求扭矩、或命令或要求小於預定閾值扭矩的扭矩)時，逆變器110中的開關182、184、186、188、190、192可有效地被禁用，即被置於待命模式，由此消除否則將由於逆變器110中不必要的開關而發生的損失。在待命模式，仍然存在到逆變器110的一些功率，但是其與維持開關182、184、186、188、190、192在主動模式中所要求的功率相比極大地減小。
[0030]在圖12的方法被實施為選擇性地將混合動力傳動系中的一個或兩個電機設定到自由運轉狀態時、和在電機處於自由運轉模式時選擇性地將一個或兩個功率逆變器設定到待命模式時，大量的電功率損失可被避免。雖然方法可被應用到具有兩個或更多電機的任何混合動力傳動系，出於說明的目的，方法針對具有如圖4所示的電可變混合動力變速器的混合動力傳動系進行描述，且針對圖7所示的具有可操作性地連接到第一驅動車軸的一個電機和可操作性地可連接到第二驅動車軸的第二電機的混合動力傳動系進行描述，其被稱為P1-P4混合動力系統。
[0031]圖4顯示了具有帶有兩個電機360、380的混合動力傳動系327的車輛。如進一步在本文描述的，具有多個電機的任何混合動力傳動系、包括圖6的動力傳動系527和圖4的動力傳動系327可根據本文所述的方法1000被控制，所述方法在圖12的流程圖中詳細描述，以通過選擇性地將功率逆變器開關置於待命模式而使得電功率損耗最小化(且因此使得被使用的電池功率最小化，且增加效率)。
[0032]圖4顯不了具有混合動力傳動系327的車輛310,所述混合動力傳動系具有第一電機360、第二電機380和發動機326。如在本文使用的，「發動機」可以是內燃發動機，或任何其他原動機。「電機」可以是使用三相交流電的任何電動機。在本發明範圍內的各種實施例中，電機可被配置為僅用作電動機、僅用作發電機、或用作電動機和發電機。
[0033]電機360、380通過作為混合動力電可變變速器322的齒輪結構350互連。「電可變變速器」可以是具有行星齒輪組的變速器，所述行星齒輪組具有操作性地連接到的一個構件和操作性地連接到發動機的另一構件。電機的速度可被控制以改變行星齒輪組的第三構件的速度以滿足被命令的扭矩需求，允許發動機在選擇的高效參數下操作。
[0034]電機360、380可被控制為用作電動機或發電機，且與發動機326 —起，在各種操作條件下提供各種不同的操作模式。第一電機360具有帶轉子軸363的轉子361和具有定子繞組369的定子367，所述轉子軸可繞軸線Al旋轉。定子367固接到靜止構件333，所述靜止構件可以是制動器331所固接的同一靜止構件，或不同靜止構件，例如電動機殼體。線纜362將功率逆變器365A連接到繞組369。
[0035]第二電機380具有帶轉子軸383的轉子381和具有定子繞組389的定子387，所述轉子軸可繞軸線A2旋轉。定子387固接到靜止構件333，所述靜止構件可以是固接了制動器331和定子367的同一靜止構件，或不同靜止構件，例如電動機殼體。線纜362將功率逆變器365B連接到繞組389。功率逆變器365A、365B配置與針對圖3的功率逆變器110所述的相同。
[0036]控制器364操作性地連接到功率逆變器365A和365B以及連接到能量存儲裝置，例如電池370或電池模塊。控制器364將電機360和380控制為操作為電動機或如發電機，且具有處理器，所述處理器配置為具有算法，該算法執行針對圖12所述的最小化功率損耗的方法。控制器364可像針對圖3的控制器210所述那樣操作。即控制器364確定在動力傳動系327的預定操作模式期間，是否可通過允許任一電機自由運轉和通過將任一功率逆變器365A、365B的開關設定到待命模式(如針對圖3的開關182、184、186、188、190、192所述的)而減小電功率損失。
[0037]發動機326具有發動機曲軸328，所述發動機曲軸通過緩衝機構329連接到變速器322的輸入構件332。分開的控制器可以與控制器364通信且控制發動機326的操作。輸入制動器331可接合，以將輸入構件332連接到靜止構件333。
[0038]齒輪結構350包括兩個互連的行星齒輪組351A和351B。第一行星齒輪組351A具有連接為與輸入構件332 —起旋轉的恆星齒輪構件353A、支撐小齒輪357A的承載構件355A、和環齒輪構件359A。小齒輪357A嚙合恆星齒輪構件353A和環齒輪構件359A。
[0039]第二行星齒輪組351B具有連接為與轉子軸363 —起旋轉且嚙合小齒輪357B的恆星齒輪構件353B，所述小齒輪357B被支撐在承載構件355B上。小齒輪357B還嚙合環齒輪構件359B。齒輪結構350包括具有傳遞齒輪351D、351E、351F和351G的傳遞齒輪組351C，所述傳遞齒輪在轉子軸383和環齒輪構件359A之間傳遞扭矩。環齒輪構件359B通過連接構件350B連續連接承載構件355A和帶輪363A，以便以相同速度旋轉。承載構件355B連續連接恆星齒輪構件353A和輸入構件332，以便以相同速度旋轉，或在制動器331接合時保持靜止。帶輪363A與承載構件355 —起旋轉且用於變速器322的輸出構件，通過傳動帶371或鏈將扭矩傳遞到另一帶輪363B，所述另一帶輪通過差速器315將扭矩傳遞到驅動車軸 312。[0040]混合動力傳動系327可控制為操作在各種不同操作模式中，所述操作模式通過控制器364基於車輛操作條件選擇。一種這樣的操作模式是電可變操作模式，在該模式中發動機326開動,且第一和第二電機360、380根據需要被控制為操作為電動機或如發電機，以便改變輸出構件(帶輪363A)的速度以滿足驅動車軸312處的操作者請求扭矩。在電可變操作模式期間，希望的是將第一電機360或第二電機380置於自由運轉狀態，同時逆變器365A或365B處於待命模式。例如，在車輛310巡航(cruising)時，例如在公路上，第一電機360以相對較低的速度旋轉且第二電機380以相對高的速度旋轉，希望的是將電池370排放或充電一定的量，以保持在電池370的預定充電狀態範圍內。在該模式期間，希望的是將第二電機380置於自由運轉狀態，同時逆變器365B開關處於待命模式，使用來自電池370的存儲能量而將電機操作為電動機，或在仍然滿足所需的輸出扭矩的同時將電機360操作為對電池370充電的發電機。
[0041]動力傳動系327還可操作在純電動操作模式中，發動機326關閉且輸入制動器331接合。只要電池70的充電狀態保持在預定最小充電狀態以上，電機360和380按照需要被控制為操作為電動機或發電機以滿足操作者扭矩要求。在純電動操作模式期間，希望的是將電機360或380中的一個置於自由運轉狀態，同時逆變器365A或365B處於待命模式，以便在仍然滿足所需的輸出扭矩的同時減少功率損失。
[0042]動力傳動系327還可操作在發動機關閉、再生模式中，其中發動機326關閉，且電機360和380被控制為操作為發電機，以減慢輸出構件、帶輪363A、且由此減慢驅動車軸312。在發動機關閉、再生模式中，如果電機360或380中的任一在預定最小閾值扭矩以下操作，則可以減少功率損失以代替地將該電機置於自由運轉狀態而逆變器置於待命模式，而仍然滿足所需的輸出扭矩。
[0043]圖5顯示了一個例子，通過將與圖4類似的電可變混合動力變速器中的一個電機置於自由運轉狀態、同時將相關的功率逆變器置於待命模式而在發動機關閉驅動期間實現減小的功率損耗。以千焦表示的累積能量損耗顯示在y軸線上，而以秒描述的典型的城市循環(city cycle)中動力傳動系的操作時間顯示在x軸線上，損失隨時間的增加而增加，並在測試循環tmx結束時達到最大損耗L0SSmx。曲線410為其中一個電機和其逆變器的累積的功率損耗，此時該電機自由運轉且逆變器處於待命模式。曲線412代表在同一城市循環中的同一電機累積的功率損耗，但是其電機不自由運轉且其逆變器處於主動模式(即逆變器開關正在操作)。曲線416 了第一電機處於自由運轉狀態時動力傳動系的第二電機中的功率損失，曲線414顯示了在第一電機不自由運轉時第二電機的功率損失。因為在第一電機不自由運轉時和在第一電機自由運轉時第二電機基本上提供了全部所需的輸出扭矩，第一電機自由運轉對第二電機和第二逆變器的功率損耗的影響是最小的。
[0044]因而，如果預定操作條件滿足，如針對圖12的方法1000描述的，則有益的是控制第一電機以操作在自由運轉狀態且將逆變器置於待命模式。具體說，在小於預定扭矩值的扭矩範圍內(正或負)，通過替換地允許電機自由運轉(即接收或提供零扭矩)和允許連接到電機的功率逆變器中的開關置於待命模式，電機的功率損耗和逆變器的功率損耗減小。
[0045]圖6示意性地顯示了具有連接到第一對車輪514的第一車軸512和連接到第二對車輪518的第二車軸516的混合動力電動車510。在一個實施例中，車輪514是前車輪，且車輪518是後車輪。在圖6中，車輪514、518顯示為具有附接的輪胎519。每一個車軸512、516具有兩個分開的車軸部分，所述車軸部分經由相應差速器515、517連接，本領域技術人員可容易地理解。第一車軸512可連接到混合動力電變速器522，且第二車軸516可連接到電驅動模塊524。在本文所述的各種操作模式中,第一驅動車軸512可被認為是動力傳動系527的輸出構件，或第二驅動車軸516可被認為是動力傳動系527的輸出構件。混合動力電變速器522包括電機560和可具有任何齒輪結構的機械變速器561。例如，在所示實施例中，變速器561是簡單的齒輪組550，但是可被一個或多個行星齒輪組代替。混合動力電變速器522、發動機526、能量存儲裝置570、操作性地連接到功率逆變器565A的控制器564和電驅動模塊524 —起建立混合動力傳動系527,其提供用於推進車輛510的各種操作模式。
[0046]混合動力電變速器522連接到發動機526，所述發動機具有曲軸528。混合動力電變速器522包括輸入軸532、齒輪組550和車軸差速器515。齒輪組550包括第一齒輪552和與第一齒輪552哨合且通常與差速器515的部件共同旋轉的第二齒輪554,如本領域技術人員所理解的。齒輪組550可以代替地是與旋轉鏈輪或機械元件的組合接合的鏈，而不是嚙合齒輪。斷開離合器531可用於將發動機526從變速器522斷開。
[0047]在不同操作模式中，第一電機560選擇性地操作為電動機或發電機。電機560具有電連接到功率逆變器565A的線纜562。第一電機560包括可旋轉轉子和靜止定子，其中在定子和轉子之間布置有空氣隙，如已知的。然而，在附圖中出於簡單的目的，第一電機560被顯示為簡單的方塊。電機560通過傳動帶驅動系統559連接到曲軸528，所述傳動帶驅動系統包括可操作為在電機560的軸和曲軸528之間傳遞扭矩的傳動帶和帶輪。
[0048]控制器564與功率逆變器565A整合，或與其分開但是可操作性地連接。功率逆變器565A將通過第一電機560提供的交流電轉換為可存儲在能量存儲裝置570中的直流電，所述能量存儲裝置例如是通過額外線纜562連接到控制器564的推進電池。
[0049]電驅動模塊524包括第二最終驅動部572，所述第二最終驅動部572是具有第一齒輪574和第二齒輪576的齒輪組，所述第二齒輪576與第一齒輪574和車軸差速器517嚙合，車軸差速器的一部分與第二齒輪576共同旋轉，如本領域技術人員所理解的。最終驅動部572 (代替一對嚙合齒輪)可以是與旋轉鏈輪或行星齒輪組或機械元件的組合接合的鏈條。
[0050]電驅動模塊524還包括第二電機580，其可操作為電動機以推進混合動力電動車510，或操作為發電機以輔助其推進、或提供或輔助制動。第二電機580具有電連接到功率逆變器565B和控制器564的線纜562。同一控制器564可被連接到功率逆變器565B或分開的控制器，所述分開的控制器可與功率逆變器565B整合且與控制器564通信。第二電機580包括可旋轉轉子和靜止定子，在定子和轉子之間布置有空氣隙，如已知的。然而，出於簡單的目的，在附圖中，第二電機580顯示為簡單的圖框。功率逆變器565B將來自能量存儲裝置570的直流電轉換為用於操作第二電機580的交流電，和將來自電機的交流電轉換為可存儲在能量存儲裝置570中的直流電。
[0051]混合動力傳動系527在下文有時稱為P1-P4混合動力傳動系。應理解，雖然單個控制器564被顯示和描述為操作性地連接到電機560、580和發動機526，但是全配置為彼此通信的多個不同控制器可以專用於這些部件中的一個或多個。在一些實施例中，控制器564可以包括整合的功率逆變器，以在對應於每一個電機操作速度的頻率為每一個電機560、580供應交流電,如已知的。控制器564可以用於從操作為發電機的第一電機560接收電功率，和將電功率傳輸到操作為電動機的第二電機580。
[0052]混合動力傳動系527可被控制器564和與控制器564電通信的分開的發動機控制器(未示出)控制，以操作在各種不同模式中以推進車輛。例如，如果斷開離合器531被接合，電機560、580處於自由運轉模式，如本文描述的，且發動機526操作以推進車輛，則動力傳動系527可操作在僅發動機模式。
[0053]混合動力傳動系527可操作在純電動操作模式，其中斷開離合器531不接合，發動機526關閉,第一電機560關閉,且第二電機580被控制為操作為電動機,使用存儲在電池570的電功率為車輛提供功率。
[0054]混合動力傳動系527可被在串行操作模式中操作，其中發動機開動且為第一電機560提供功率,該第一電機用作發電機以為第二電機580提供功率,所述第二電機580用作電動機，在驅動車軸516和後車輪518處提供牽引扭矩。
[0055]混合動力傳動系527可操作在發動機關閉的再生操作模式中，其中電機560關閉或處於自由運轉模式，電機580被控制為用作發電機，將驅動車軸512的扭矩轉換為存儲在電池570中的電能。
[0056]混合動力傳動系527可在發動機開動、電池充電/放電模式中操作，其中按照需要第一電機560被控制為操作為電動機或發電機，以滿足命令的驅動扭矩(即驅動車軸512處的扭矩)同時允許發動機526操作在其最高效的操作參數下。在該操作模式期間，第二電機580可慣性操作(coasting)，而逆變器565B處於待命模式。混合動力傳動系527可操作各種額外操作模式也可以被使用。
[0057]圖7是在公路駕駛循環中用於圖6的動力傳動系後驅動車軸功率對前驅動車軸功率的曲線圖。具體說，圖7顯示了在y軸線的後車軸516處第二電機580提供的千瓦表示的功率與X軸線上所示的前車軸512處以千瓦表示的功率的關係。圖7示出了要求後車軸功率時(由曲線圖的部分588示出)與要求前車軸功率時(由曲線圖的部分590示出)之間被標記的差別。因而，因為在駕駛循環期間當前車軸功率為正(向前推進)時不需要後車軸功率，除非在電全輪驅動模式中，所以存在通過允許後電機580被置於自由運轉狀態和將功率逆變器565B中的開關置於待命模式而減少功率損失的可能性。
[0058]在混合動力傳動系527的公路駕駛循環期間用於功率損耗減少的時機的例子在圖8-11的曲線圖中明顯示出。圖8顯示了在混合動力車輛510經歷駕駛循環時，車輛速度602、變速器561中齒輪的速度604乘以因數10、和車輛加速度606、對以秒表示的時間的示意性曲線圖。
[0059]圖9是與圖8的駕駛循環對應的、以千瓦表示的發動機功率702、以千瓦表示的第一電機(例如前電機560)的機械功率704、以千瓦表不的第二電機的(例如後電機580)機械功率706、以千瓦表示的例如電池570的電池功率708、車輛牽引功率710與以秒表示的時間的示意性曲線圖。
[0060]圖10是與圖8的駕駛循環對應的、以Nm表示的發動機526的扭矩802、以Nm表示的前電機560的扭矩804、和後電機扭矩580的扭矩806對秒表示的時間的示意性曲線圖。在圖9和10中，清楚的是，來自後電機580的命令的功率和後電機580的相關扭矩通常為零(見曲線706和806，零功率軸線和零扭矩軸線的粗體部分顯示了電機580不增加扭矩。
[0061]圖11顯示了在駕駛循環期間發動機526的以rpm表示的速度802、前電機560的以rpm表不的速度904、和後電機580的以rpm表不的速度906與秒表不的時間的關係。比較圖9、10和11，可還看出，在駕駛循環期間電機580不被提供動力且不貢獻牽引扭矩時，其還具有相對高的速度。因而，根據圖12的方法1000可以存在通過將電機580置於自由運轉狀態而逆變器565B處於待命模式而節省功率的可能。
[0062]混合動力傳動系中減少功率損失的方法1000顯示在圖12中，且分別關於圖4和6的混合動力傳動系327和527描述。但是，應理解，該方法1000可用於減少具有兩個或更多電機的任何混合動力傳動系上的功率損失。方法1000是通過控制器執行的算法，所述控制器例如圖3的控制器210，圖4的動力傳動系327的控制器364，或圖6的動力傳動系527的控制器564，但不限於這些動力傳動系。控制器364或564包括執行算法的處理器。
[0063]方法1000在車輛運轉時以圖塊1001開始，且以步驟1002開始進行，針對動力傳動系327，在步驟1002，在控制器364中確定動力傳動系327是否操作在預定操作模式中。對於動力傳動系327，操作模式必須是針對其已經確定存在將電機360、380中的一個置於自由運轉狀態而其相關的功率逆變器365A或365B處於待命模式的操作模式。對於動力傳動系327，可包括純電動操作模式，其中發動機326關閉且一個或兩個電機360、380用作電動機或發電機。預定操作模式也可以是發動機關閉、再生操作模式，其中發動機326關閉，且電機360、380中的至少一個用作發電機，以再生制動能量。另外，預定操作模式可是發動機開動、電池充電或放電的模式，例如在發動機326開動且車輛巡航時，電機360的轉子361以低速度旋轉且電機380的轉子381以高速度旋轉，以將電池370充電到最大充電狀態，且隨後利用存儲的電池功率和將電池放電到最小充電狀態。
[0064]相對於動力傳動系527，步驟1002的預定操作模式可以是純電動操作模式，其中發動機526關閉且電機用作電動機，以提供推進扭矩。預定操作模式也可以是發動機關閉、再生操作模式，其中發動機526關閉且電機560、580中的至少一個用作發電機，以再生制動能量。預定操作模式也可以是發動機開動、電池放電/充電模式，其中發動機526開動，且其中按照需要電機560被控制為操作為電動機或發電機，以滿足命令的驅動扭矩，同時允許發動機526操作在其最高效的操作參數下。
[0065]如果控制器364在步驟1002確定動力傳動系327不在預定操作模式(一個或多個)中的一個下，則方法1000返回到開始步驟1001且在預定時間段之後重複步驟1002。類似地，如果控制器564確定動力傳動系527不在預定操作模式(一個或多個)中的一個下，則方法1000返回到開始步驟1001且在預定時間段之後重複步驟1002。
[0066]步驟1002可包括子步驟，即計算已經從電機360、380或560、580命令給定扭矩以滿足預定輸出扭矩請求的時間，以確保在步驟1008-1022確定功率損耗值之前給定扭矩已經被命令達到至少預定時間段，由此減少如果電機360、380或560、580不操作在足夠穩定的操作狀態下的處理器處理量。
[0067]如果控制器364在步驟1002確定動力傳動系327處於預定操作模式中的一個，則方法1000前進到步驟1004，其中控制器364確定從第一電機360命令的扭矩和從第二電機380命令的扭矩，以便滿足命令的輸出扭矩請求。這種判斷可基於車輛操作參數，所述車輛操作參數可通過傳感器確定，例如車輛速度和加速度。類似地，對於動力傳動系527，控制器564確定從第一電機560命令的扭矩和從第二電機580命令的扭矩，以滿足預定輸出扭矩請求。[0068]接下來，在步驟1006，控制器364確定從電機360或電機380命令的扭矩是否小於預定閾值扭矩，例如圖1的線12A和12B之間的扭矩值。類似地，在圖6的動力傳動系527中，控制器564在步驟1006確定來自第一電機560或第二電機580的命令扭矩是否小於預定閾值扭矩。如果命令的扭矩小於預定閾值扭矩，則方法1000返回到開始步驟1001。
[0069]然而，如果從動力傳動系327的一個或兩個電機360、380命令或動力傳動系527的一個或兩個電機560、580命令扭矩,則方法1000繼續以確定用於功率損耗降低的各種可能步驟。步驟1006可包括子步驟:開啟計時器以在步驟1008-1022中確定功率損耗值之前至少預定時間段內來自電機360、380或560、580中的一個的命令的扭矩低於預定閾值，由此在電機360、380或560、580不操作在足夠穩定的操作狀態下時減少處理器處理量。
[0070]在步驟1008，控制器364通過主動模式中功率逆變器365A、365B的開關而確定操作的第一電功率損耗值，如針對圖3的逆變器110的開關182、184、186、188、190和192所述的。控制器564在控制器564執行用於動力傳動系527的方法1000的算法時針對第一電機560和第二電機580做出相似的判斷。通過主動模式中的功率逆變器365A、365B或565A、565B的開關，電機360、380或560、580將不處於自由運轉狀態。
[0071]接下來，在步驟1010，控制器364或564確定車輛操作參數是否能使得其將禁止將第二功率逆變器365B或565B置於待命模式。這種判斷可以從通過待命模式中的第二功率逆變器操作時的相關能力和操作參數的存儲查找表做出、或可以基於在第二功率逆變器365B或565B處於待命模式時對滿足輸出構件處命令扭矩能力的實時計算和使用當前操作參數而做出。車輛操作參數使得，在沒有操作電機380或580以生產或要求至少一些扭矩時，命令輸出扭矩不能被滿足，在這種情況下，將禁止相關的功率逆變器365B或565B處於待命模式。如果在步驟1010確定它將禁止將第二功率逆變器365B或565B置於待命模式，則方法1000前進到步驟1014。或者，如果它不禁止將第二功率逆變器365B或565B置於待命模式，則方法1000前進到步驟1012，其中控制器364或565確定主動模式中操作第一功率逆變器365A或565A和在待命模式中操作第二功率逆變器365B或565B的第二電功率損耗值。通過在已經確定車輛操作參數將不允許將第二功率逆變器365B或565B置於待命模式時跳過步驟1012，執行方法1000所需的處理器處理量減小。
[0072]在步驟1014，控制器364或564確定車輛操作參數是否使得其將禁止使得第一功率逆變器365A或565A處於待命模式。這種判斷可以從通過待命模式中的第一功率逆變器操作的相關能力和操作參數的存儲查找表做出、或基於在第一功率逆變器365A或565A處於待命模式時對滿足動力傳動系327或527的輸出構件處命令扭矩的能力的實時計算和使用當前操作參數而做出。車輛操作參數使得在不操作第一電機360或560時命令扭矩不能被滿足，在這種情況下將禁止相關的功率逆變器365A或565A被置於待命模式。
[0073]如果在步驟1014確定將禁止將第一功率逆變器365A或565A置於待命模式，則方法1000前進到可選步驟1018。或者，如果它將不禁止將第一功率逆變器365A或565A置於待命模式，則方法1000前進到步驟1016，其中控制器364或565確定待命模式中操作第一功率逆變器365A或565A且在主動模式中操作第二功率逆變器365B或565B的第二電功率損耗值。通過在已經確定車輛操作參數將不允許將第一功率逆變器365A或565A置於待命模式時跳過步驟1016，執行方法1000所需的處理器處理量減小。
[0074]在可選步驟1018，控制器364或564確定車輛操作條件是否使得其將禁止使得功率逆變器365A、365B或565A、565B處於待命模式。即控制器364或564確定如果兩功率逆變器都在待命模式則輸出構件處命令扭矩不能被滿足。如果禁止將兩者置於待命模式，則方法1000前進到步驟1022以確定在方法1000所確定的電功率損耗值的最低值。但是，如果不禁止將兩者置於待命模式，則方法1000首先前進到步驟1020，其中控制器364或564確定在待命模式操作第一功率逆變器365A或565A且第二功率逆變器365B或565B也是在待命模式中的第四電功率損耗值。如果發動機326或526關閉，將365A、365B或565A、565B置於待命模式將使得電機360、380或560、580自由運轉和讓車輛巡航。
[0075]應注意，在步驟1008、1012、1016、和1020確定的在第一、第二、第三、和可選的第四電功率損耗值的每一個包括通過滯後現象形成的任何功率損耗，所述滯後現象在將功率逆變器的開關設定改變到與相應電功率損耗值的設定相關的設定時發生，例如從主動模式切換到待命模式和向回切換到主動模式(即與逆變器的相應模式的進入和離開相關的滯後現象)。進而，功率損耗值考慮了具有待命模式中的相關功率逆變器365A、365B、565A、565B的任何電機360、380、560或580的減小的旋轉損失，如果電機是永磁體機器且與定子繞組的功率相關旋轉損失可通過待命模式中的逆變器而被避免。
[0076]還應注意，步驟1006、1008、1010、1012、1014和1016可以任何順序執行。在這些步驟如所述地完成之後，方法1000前進到步驟1022，其中控制器364或564確定第一、第二、第三、和可選的第四電功率損耗值中哪一個最低。如果由於步驟1010、1014或1018的結果而引起步驟1012、1016、和1020中的任一不執行，則步驟1022將第一電功率損耗值僅
與被確定的第二、第三、和第四功率損耗值比較。
[0077]可選地，在步驟1024，控制器364或564可確定步驟1022的最低功率損耗值最低達到相差(lowest by)預定最小量。如果最低的功率損耗值不是最低達到相差至少預定最小量，則方法1000可返回到開始步驟1011，因為功率節省不被認為是足夠大以保證改變電機和功率逆變器的當前狀態。但是，如果可獲得大於預定最小量的功率節省，則方法1000前進到步驟1026。
[0078]控制器364或564在步驟1026執行控制動作，以將功率逆變器365A、365B或565A、565B的開關設定到與最低電功率損耗值相應的相應模式(主動或待命)。例如，圖3示出的，控制動作可以將控制信號發送到逆變器110以將開關182、184、186、188、190、192設定到主動或待命模式，如與在步驟1022確定的最低的電功率損耗值相關的那樣。方法1000可隨後返回到開始步驟1001。控制器364、564將發送相似的控制信號以設定功率逆變器365A、365B 或 565A、565B 的開關。
[0079]再次，確定與功率損耗值相關的逆變器設定是否在當前操作條件被禁止，以及功率損耗值的確定，可通過參照存儲的查找表做出，或替換地可通過基於感測的當前車輛操作需求實時計算，這需要比使用查找表更大的處理量。
[0080]因而，方法1000可通過控制器在具有至少兩個電機的任何混合動力傳動系上執行，以有利地通過將功率逆變器置於待命模式而減少電功率損失，由此使得連接到功率逆變器的電機處於自由運轉狀態。
[0081]儘管已經對執行本發明的較佳模式進行了詳盡的描述，但是本領域技術人員可得知在所附的權利要求的範圍內的用來實施本發明的許多替換設計和實施例。
【權利要求】
1.一種控制混合動力傳動系的方法，包括: 確定其中第一電機和第二電機兩者的功率逆變器都處於主動模式中操作時的第一電功率損耗值； 確定以下至少一個: 其中第一電機的功率逆變器處於主動模式中且第二電機的功率逆變器處於待命模式中操作時的第二電功率損耗值； 其中第二電機的功率逆變器處於主動模式中且第一電機的功率逆變器處於待命模式中操作時的第三電功率損耗值； 確定第二電功率損耗值和第三電功率損耗值中的所述至少一個與第一電功率損耗值中的最低值。 經由控制器，執行與功率逆變器有關的控制動作，以將功率逆變器設定在與第二和第三電功率損耗值中的所述至少一個與第一電功率損耗值中的最低值相對應的模式中。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括: 確定第一電機的命令扭矩和第二電機的命令扭矩； 確定第一電機的命令扭矩和第二電機的命令扭矩中的任何一個是否小於預定閾值扭矩； 其中僅當相應電機的命令扭矩小於預定閾值扭矩時進行所述的確定第一電功率損耗值、所述的確定第二電功率損耗值和第三電功率損耗值中的至少一個、和所述的確定第二電功率損耗值和第三電功率損耗值中的所述至少一個與所述第一電功率損耗值中的最低值。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括: 確定動力傳動系是否操作在預定的一組操作模式中的任何一個中，在所述一組操作模式中兩電機的功率逆變器都處於主動模式；和 其中僅在動力傳動系操作在預定操作模式的任何一個中時，進行所述的確定第一電功率損耗值以及確定第二和第三電功率損耗值中的至少一個。
4.如權利要求3所述的方法 ，其中混合動力傳動系具有發動機和電可變變速器；且其中所述預定的一組操作模式包括純電動操作模式和發動機關閉、再生操作模式。
5.如權利要求3所述的方法，其中混合動力傳動系具有發動機；其中發動機和第一電機操作性地連接到第一車輛驅動車軸，第二電機操作性地連接到第二車輛驅動車軸；和 其中所述預定的一組操作模式包括純電動操作模式；發動機關閉、再生操作模式；和發動機開動、電池放電/充電模式。
6.如權利要求1所述的方法，其中第二電功率損耗值和第三電功率損耗值中的所述至少一個與第一電功率損耗值每一個包括與相應逆變器的相應主動或待命模式有關的相應的開關滯後損耗。
7.如權利要求1所述的方法，其中僅在第二電功率損耗值和第三電功率損耗值中所述至少一個與第一電功率損耗值中的最低值最低達到相差預定最小量時執行控制動作。
8.如權利要求1所述的方法，進一步包括: 確定車輛操作參數是否禁止第一電機操作處於待命模式； 確定車輛操作參數是否禁止第二電機操作處於待命模式；其中如果車輛操作參數不禁止第一電機的功率逆變器操作在待命模式且不禁止第二電機的功率逆變器操作在待命模式，則所述的確定第二電功率損耗值和第三電功率損耗值中至少一個是確定第二電功率損耗值和第三電功率損耗值兩者。 其中如果車輛操作參數禁止第一電機的功率逆變器操作在待命模式，則所述的確定第二電功率損耗值和第三電功率損耗值中的至少一個是僅確定第二電功率損耗值；和 其中如果車輛操作參數禁止第二電機的功率逆變器操作在待命模式，則所述的確定第二電功率損耗值和第三電功率損耗值中的至少一個是僅確定第三電功率損耗值。
9.一種控制混合動力傳動系的方法,包括: 確定最低電功率損耗值，該最低電功率損耗值用於滿足針對動力傳動系輸出構件處的扭矩的預定輸出扭矩請求； 其中動力傳動系具有帶有第一功率逆變器的第一電機和帶有第二功率逆變器的第二電機； 其中所述的確定最低電功率損耗值包括在兩功率逆變器處於主動模式的情況下確定電功率損耗值，和以下至少一個情況下的電功率損耗值: 第一功率逆變器處於主動模式且第二功率逆變器處於待命模式， 第一功率逆變器處於待命模式且第二功率逆變器處於主動模式； 第一功率逆變器和第二功率逆變器都處於待命模式；和 經由控制器執行與功率逆變器相關的控制動作，以將功率逆變器設定在與最低電功率損耗值最低值相對應的模式中。
10.一種混合動力傳動系，包括: 發動機； 混合動力變速器，具有: 輸入構件，操作性地與發動機連接； 輸出構件； 齒輪結構，操作性地連接輸入構件和輸出構件； 電池模塊； 第一電機，操作性地連接到齒輪結構； 第一功率逆變器，操作性地連接電池模塊和第一電機； 第二電機，操作性地連接到電池模塊； 第二功率逆變器，操作性地連接電池模塊和第二電機； 控制器，操作性地連接到第一和第二功率逆變器和輸出構件；其中控制器具有處理器，所述處理器可操作為執行存儲的算法: 確定最低電功率損耗值，該最低電功率損耗值用於滿足對動力傳動系提供的扭矩的預定輸出扭矩請求；其中所述的確定最低電功率損耗值包括在兩功率逆變器處於主動模式的情況下確定電功率損耗值，和以下至少一個情況下的電功率耗損值: 第一功率逆變器處於主動模式且第二功率逆變器處於待命模式， 第一功率逆變器處於 待命模式且第二功率逆變器處於主動模式； 第一功率逆變器和第二功率逆變器兩者都處於待命模式；和 執行與功率逆變器相關的控制動作，以將功率逆變器設定在與最低電功率損耗值相對應的模式中。
【文檔編號】B60W10/06GK103802834SQ201310535207
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2012年11月1日
【發明者】G.塔麥, A.J.科塞提, N.K.巴克諾, M-J.金 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司