具有效率優化動力分配的雙馬達電動車輛驅動的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]本發明總體涉及電動車輛驅動器，并且更具體地說涉及使用多個牽引馬達/發電機以使總效率最優化的方式分配扭矩。
[0002]電動車輛的電動牽引馬達具有隨速度和扭矩改變的效率。例如，與以中間水平扭矩工作的相同的馬達相比，以很高或很低扭矩工作的馬達會具有降低的效率。盡管馬達已經被設計為在預期工作范圍使平均效率最優化，但依然有馬達效率遠低于它的峰值的工作點。在這些降低的效率區域中工作將比如果馬達在它的峰值效率下工作消耗更多的能量，因此降低了從特定的電池充電可獲得的驅動范圍。
[0003]眾所周知，通過使用多速變速器將來自馬達的所有動力傳輸給車輪來保持馬達在接近它的效率峰值下工作。對于其與內燃(IC)發動機一起使用所熟知的，該解決方案產生了尺寸、重量、成本的困擾，以及動力傳動系統平滑性的裂化。可行的是使用無級變速器來避免影響動力傳動系統的平滑性，但這樣也產生較高的成本。
[0004]保持電動車輛的馬達/發電機在接近它的峰值效率點工作而沒有產生上述的困擾是需要的。
【發明內容】
[0005]本發明的一個方面，電動車輛驅動器包含第一馬達/發電機、第二馬達/發電機以及一組車輪。齒輪組將第一和第二馬達/發電機與這組車輪連接使得總車輪扭矩在第一和第二馬達/發電機之間有選擇地分開。扭矩計算器響應操作者速度輸入來選擇總扭矩目標。根據響應瞬時馬達/發電機速度和總扭矩目標選擇的比率，扭矩分配器通過將總扭矩目標分成第一和第二馬達/發電機的第一和第二扭矩目標實質上使第一和第二馬達/發電機的綜合效率最大。
[0006]根據本發明的一個實施例，扭矩分配器包含限定與各自的多個速度范圍和多個總扭矩范圍的結合對應的各自的比率的查找表。
[0007]根據本發明的一個實施例，進一步包含:
[0008]與第一馬達/發電機連接的并配置為被控制來生成第一扭矩目標的第一逆變器；以及
[0009]與第二馬達/發電機連接的并配置為被控制來生成第二扭矩目標的第二逆變器。
[0010]根據本發明的一個實施例，第一馬達/發電機是具有第一最大扭矩的主驅動器，并且其中第二馬達/發電機是具有比第一最大扭矩更低的第二最大扭矩的次級驅動器。
[0011]根據本發明的一個實施例，第一馬達/發電機在第一輸出扭矩處具有最大效率，并且其中第二馬達/發電機在與第一輸出扭矩不相等的第二輸出扭矩處具有最大效率。
[0012]根據本發明，提供一種車輛，包含:
[0013]第一和第二牽引馬達，其與齒輪組連接以將結合的扭矩從馬達傳遞至車輪；
[0014]動力傳動系統控制器，其接收使用者輸入來確定需求的扭矩；
[0015]第一和第二逆變器，其根據第一和第二扭矩目標控制馬達；以及
[0016]扭矩分配器，其響應馬達的需求的扭矩和瞬時速度設置扭矩目標。
[0017]根據本發明，提供一種使用第一和第二牽引馬達驅動車輛的方法，包含:
[0018]感測馬達轉速；
[0019]響應駕駛員輸入設置車輪扭矩需求；
[0020]根據使總馬達效率在轉速最大化的比率將扭矩需求分配至第一和第二目標；以及
[0021]分別控制第一和第二牽引馬達傳遞第一和第二目標。
【附圖說明】
[0022]圖1是顯示了根據本發明的一個優選實施例的具有電動驅動器的車輛的框圖；
[0023]圖2是顯示了本發明的優選的控制電路的一個實施例的框圖；
[0024]圖3是顯示了牽引馬達的效率如何隨轉速和扭矩輸出改變的曲線圖；
[0025]圖4是可變效率與改變兩個獨立的牽引馬達的扭矩輸出相比較的圖表，并且馬達一起工作以傳遞扭矩輸出；
[0026]圖5是繪制了總效率隨總扭矩改變的曲線圖，其中各自的曲線與各個馬達的不同相對扭矩貢獻相一致；
[0027]圖6是單獨一個馬達的效率與在兩個馬達之間成比例地分配總扭矩時獲得的最優化效率相比較的曲線圖；
[0028]圖7是來自特定轉速的馬達的各個損耗的總計馬達損耗的推導的圖表；
[0029]圖8是顯示了來自各個馬達的扭矩貢獻的各種組合的綜合馬達效率的圖表；
[0030]圖9是顯示了本發明中的用于分配扭矩的分開的查找表的一個優選實施例的圖表;
[0031]圖10是顯示了本發明的一個優選方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]本發明在電動車輛驅動器內使用兩個(或更多個)電動馬達/發電機在儲存電能和車輛推進之間轉換。盡管將在同時使用多個馬達/發電機推進車輛的馬達工作環境下說明本發明，但它同樣應用于作為發電機在再生制動過程中增加總效率來將車輛的動量轉化為儲存電能的發電機工作。
[0033]通過使用兩個與車輛的車輪并聯連接的電動馬達使得來自每個馬達的扭矩匯集于車輪處，本發明分配兩個馬達之間所需的扭矩。在給定的工作條件下，由于也在輕負載條件下運行的另一個馬達的貢獻，因此另外的重負載馬達可以在更輕負載條件下運行。而且，在每個工作點調整相對扭矩的貢獻以提供來自每個馬達的實現最高可用系統效率的扭矩的量。
[0034]因為本發明使用第二馬達僅貢獻部分輪周功率，相關的變速器組件可以比其它需要的變速器組件更小、更輕和更便宜。通過使用固定的齒輪比將馬達/發電機二者與車輪連接，本發明避免了換擋并且不影響動力傳動系統的平滑性。
[0035]總之，本發明使用具有電池和具有帶有逆變器(也就是電動驅動器)的與電池連接并通過固定齒輪比與車輪連接的第一電動馬達的電動車輛(例如混合動力車輛或全電動車輛)。馬達推進車輛并再生減速能回到電池。該系統還包括與電池連接并通過固定(沒必要相同)齒輪比與車輪連接的第二電動驅動器。它實現與第一電動驅動器相同的功能。
[0036]該系統包括用于控制兩個電動驅動器的控制系統。正如在常規的系統中那樣，控制系統限定要求的車輪扭矩和速度，并由此命令電動驅動器在特定的扭矩和速度下工作。該新穎的控制系統參考查找表或數學函數確定要從每個電動驅動器提供的扭矩的比例。查找表為最好的系統效率指定扭矩的優化比率。因此，控制系統能夠在最可行的效率處提供要求的扭矩，這具有比大多數工作點的單個馬達解決方案的效率更高的效率。
[0037]在一些實施例中，兩個馬達可以在速度求和布置中與車輪連接，例如利用行星齒輪系。在一個速度求和構造中，當行星齒輪架提供輸出時，一個電動馬達與中心齒輪連接，并且另一個與環形齒輪連接。另一個構造具有一個與中心齒輪連接的電動馬達，并且另一個與行星齒輪架連接，環形齒輪提供輸出。第三構造具有一個與環形齒輪連接的電動馬達，并且另一個與行星齒輪架連接，中心齒輪作為輸出。速度求和布置中的控制器計算需求的速度和扭矩，然后從查找表或函數中選擇優化組合的馬達速度以在要求的扭矩處給出最佳效率。
[0038]現在參照圖1，電動車輛驅動系統10包括通過齒輪組13與一組車輪14連接的第一馬達/發電機11和第二馬達/發電機12。內燃發動機15可以在例如混合動力車輛的情況下也通過齒輪組13與車輪14連接。可以使用本領域已知的開口齒輪組。
[0039]控制器16——例如動力傳動系統控制器(PCM)——通過各自的逆變器17和18與內燃發動機15以及馬達/發電機11和12連接。使用確立的方法操作逆變器17和18用于提供來自主電池(未示出)的電力來驅動馬達/發電機11和12，使用電流可控反饋以便傳遞所需扭矩。控制器16接收駕駛員輸入19，例如加速器踏板位置、制動器踏板位置或巡航控制速度設定點，以便確定要求的車輪扭矩。與車輪14相關的速度傳感器20和/或與馬達/發電機11相關的速度傳感器21給控制器16提供速度信號用于確定本領域已知的要求的車輪扭矩的計算。
[0040]齒輪組13代表馬達/發電機11和12之間的任何一些已知的用于分開扭矩的布置，其中馬達/發電機11和12產生的扭矩加在一起傳遞給車輪。相反地，在再生制動過程中車輪處產生的扭矩在逆變器17和18切換操作的控制下通過齒輪組13在馬達/發電機11和12之間分開。齒輪組13可以包括例如一個或多個行星齒輪組。馬達/發電機11和馬達/發電機12可以通過單向離合器(OWC)與齒輪組連接。
[0041 ] 在一個優選實施例中，馬達/發電機11可以是主牽引驅動器，而馬達/發電機12作為次級牽引驅動器，并且還作為使用混合動力車輛中的內燃發動機提供的動力給主電池充電的唯一的或主發電機。在這樣的布置下，主驅動器可以具有比次級驅動器更高的最大扭矩輸出。而且，兩個馬達/發電機可以具有在不同輸出扭矩下降低的最大效率。兩個驅動源之間的這些差別可以產生如下所述的用于獲得最佳功率分配組合的改進的機會。
[0042]圖2顯示了本發明的控制電路的功能框圖。典型地，所示的功能可以在動力傳動系統控制器或主車輛系統控制器內實現。扭矩計算