本公开涉及用于控制诸如混合动力电动车辆的电气化车辆的系统和方法。
背景技术：
混合动力电动车辆(hev)使用功率分流架构来将由发动机产生的燃烧扭矩和由两个电机产生的电扭矩进行组合，以驱动车辆。电机可作为发电机和/或马达运转。发电机和马达的电压需求可能需要比电池的电压更高的dc总线上的电压，因此需要可变电压转换器(vvc)来增大来自电池的电压。
技术实现要素：
一种动力传动系统可包括：马达和发电机，分别具有扭矩需求；电池，向转换器提供电池电压；控制器，被配置为：选择比马达或发电机的与最大每安培扭矩(mtpa)相关联的电压更低的转换器运转电压，以满足扭矩需求并且降低转换器处的能耗，所述运转电压是从转换器以直通模式运转时的电池电压和转换器以升压模式运转时的新的电压中选择的电压，所述新的电压被迭代地计算，以满足扭矩需求，并且使转换器的能耗相对于在升压模式下供应所述与mtpa相关联的电压的转换器的能耗而减小。
一种用于降低电动车辆的能耗的方法可包括：计算第一损耗，所述第一损耗是转换器使用电池电压以直通模式运转和增大的马达电流的结果，迭代地选择新的电压，计算第二损耗，所述第二损耗是转换器使用新的电压以升压模式运转的结果，并且选择具有更低损耗的电压。
一种混合动力车辆可包括：电池，连接到转换器，以经由转换器向发电机和马达提供电力；控制器，被配置为：选择由电池供应的电池电压和由转换器转换的更新的电压中的一个以满足发电机或马达的扭矩需求，所选择的电压具有与其相关联的更低的能耗，其中，所述更新的电压被迭代地选择以使能耗最小化。
根据本发明的一个实施例，所述转换器被配置为：基于实现最大mtpa所需要的电压而以直通模式和升压模式中的一个运转。
根据本发明的一个实施例，所述控制器被配置为：响应于电池电压无法实现mtpa，选择电池电压和所述更新的电压中的一个。
根据本发明的一个实施例，所述控制器被配置为：响应于能够利用增大的马达电流来实现扭矩需求，指示所述转换器使用电池电压以直通模式运转。
根据本发明的一个实施例，所述控制器被配置为：响应于不能利用增大的马达电流来实现扭矩需求，指示所述转换器使用所述更新的电压以升压模式运转。
根据本发明的一个实施例，所述更新的电压从多个电压中被迭代地选择，并且是所述多个电压中的能够以最低损耗实现扭矩需求的最低电压。
附图说明
结合权利要求中的特征提出了本公开的实施例。然而，通过结合附图参考下面的详细描述，各个实施例的其它特征将变得更明显且将被最佳理解，其中：
图1示出了用于混合动力电动车辆的动力传动系统的系统图；
图2a至图2b示出了用于动力传动系统的处理的流程图；
图3a示出了示例图，该示例图示出在vvc处于直通模式且实现最大每安培扭矩(mtpa)的示例中的总能耗与dc总线电压的关系；
图3b示出了示例图，该示例图示出在vvc处于直通模式且未实现mtpa的示例中的总能耗与dc总线电压的关系；
图3c示出了示例图，该示例图示出在vvc处于升压模式的示例中的总能耗与dc总线电压的关系。
具体实施方式
根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，应理解的是，所公开的实施例仅为本发明的示例，并且可以以各种形式和替代形式来实现。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种方式利用本发明的代表性基础。
使用功率分流架构的混合动力电动车辆(hev)可识别来自发电机和马达的电压需求。该电压需求可能需要比电池的电压更高的dc总线上的电压，因此需要可变电压转换器(vvc)来增大来自电池的电压。这可使vvc以升压模式运转，这种情况可能导致较高的功率损耗。在此公开的是一种动力传动系统，该动力传动系统被配置为满足发电机和马达的电压需求，同时减少vvc以升压模式运转的情况。到了vvc可能以升压模式运转的程度，可选择较低的电压，这将使损耗低于在使用所需要的电压时产生的损耗。
图1示出了混合动力车辆(hev)(未示出)的动力传动系统100的系统图。动力传动系统100可包括用于将由发动机105产生的燃烧扭矩和由马达115和发电机110产生的电扭矩进行组合的功率分流系统。马达115和发电机110可以是电机，该电机是具有三相电流输入的永磁ac马达。发动机105和发电机110可通过行星齿轮组120连接。马达115可通过马达齿轮组130连接到行星齿轮组120和车轮125。马达115可连接到车辆上的驱动轴，使得驱动轴可将扭矩从马达115和/或发动机105传递至车辆的车轮。
系统100可包括与发电机逆变器180和马达逆变器175进行通信的控制器170，诸如，马达发电机控制单元(mgcu)。控制器170可包括输入通信信道和输出通信信道，并可控制逆变器175和180，从而以期望的扭矩驱动马达115和/或发电机110。逆变器175和180可直接地或通过可变电压转换器(vvc)185接口连接到车辆的高电压电池组160。控制器170可以是被配置为经由控制逻辑执行在此公开的处理的计算机。控制器170可连接到存储器或数据库(未示出)。控制器170和/或它的存储器可产生并保存马达和发电机的值。
vvc185、马达逆变器175和发电机逆变器180可以是逆变器系统控制器(isc)系统190的一部分。逆变器175和180可直接连接到布置在逆变器175、180与vvc185之间的hv(高电压)dc总线195。逆变器175和180能够在它们的最大每安培扭矩(mtpa)状况下运转发电机110和马达115。mtpa状况可使得马达115和发电机110的电损耗最小。
vvc185可以以各种模式运转，以控制供应到逆变器175和180的电压。例如，vvc185可以以直通模式运转。在直通模式期间，电力电子器件不进行开关操作，因此消除了开关损耗。电池组160可直接连接到hvdc总线185，或者可通过vvc间接连接到hvdc总线185，并且hvdc总线电压等于或约等于来自电池组160的电池电压。
vvc185还可以以升压模式运转。在升压模式期间，hvdc总线195可由vvc185控制。在这种情况下，hvdc总线195可具有比电池组的电压更高的电压。升压模式允许vvc185将电池组电压(例如，200v)升高到期望的dc总线电压(例如，200至400v)，使得发电机110和马达115两者能够实现它们的mtpa。因此，当需要的dc总线电压超过电池组电压时，vvc185以升压模式运转。在大多数状况下，这样的需求使vvc185以升压模式运转。
然而，在升压模式期间，系统100识别出比以直通模式运转时识别的损耗更大的能耗。这可部分归因于vvc185自身消耗能量的事实。此外，更高的dc总线电压可导致更高的isc损耗，特别是isc中的电力电子器件的开关损耗。为了优化系统100，除了考虑发电机110和马达115之外，还可考虑来自vvc185和逆变器175、180的电损耗。
在特定状况期间，升压模式导致系统100的非最优运转。例如，在马达转速高且扭矩为零时，并且在发电机转速中等且扭矩高时，马达请求高dc总线电压，因此vvc185以升压模式运转。即使发电机110请求不需要vvc185以升压模式运转的dc总线电压，马达115也请求需要vvc185以升压模式运转的dc总线电压。然而，这将引起vvc损耗，并且可能因此引起系统100内的额外能耗和车辆能效或燃料经济性的降低。
然而，控制器170可通过在更多状况期间允许vvc185以直通模式运转和/或通过允许vvc185以比需要或请求的电压更低的电压在升压模式下运转来选择电压，以减少整个系统的能耗。例如，控制器170可计算或估计两个电压。第一电压可以是能够实现马达和/或发电机的扭矩需求的电池电压。第二电压可以是被配置为具有比需要的电压的总能耗更低的总能耗的迭代更新的电压。第二电压可以是可满足扭矩需求、同时具有比需要的电压的总能耗更低的总能耗的最低电压。
控制器170可将第一电压的总能耗与第二电压的总能耗进行比较，并且选择具有最低能耗的电压作为指定的或当前确定的最优电压。在电池电压可能无法满足直通模式下的扭矩需求的情况下，第二电压可以基本上低于请求或需要的电压(例如，从下面讨论的框220中可知)，从而降低能耗。也就是说，即使扭矩需求不促使vvc185以直通模式运转，vvc185也可使用较低的请求电压以升压模式运转，从而降低损耗。下面参照图2a至图2b更详细地描述该处理。
图2a至图2b示出了动力传动系统100的处理200的流程图。处理200可选择电压，以减少vvc185以升压模式运转的时间量。选择的vvc运转电压可从在第一子处理202中产生的第一电压和在第二子处理204中产生的第二电压中被选择。可将能够产生较少量的系统能耗的电压选择为vvc升压模式运转电压。
处理200可在框205开始，在框205，控制器170可以从混合动力控制单元(hcu)(未示出)接收扭矩需求。扭矩需求可包括发电机110和马达115中的每个的期望扭矩。
在框210，控制器170可计算用于实现马达mtpa的马达dc总线电压。同时或几乎同时地，在框215，控制器170可计算用于实现发电机mtpa的发电机dc总线电压。dc总线电压可通过存储在控制器170的存储器中的校准映射来计算。
在框220，控制器170可被配置为选择分别在框210和框215中计算的马达dc总线电压和发电机dc总线电压中的较高者。该电压可以是满足马达和发电机两者的mtpa以及扭矩需求的请求或需要的电压。
在框225，控制器170可确定需要的dc总线电压是否超过电池组电压。换句话说，电池电压是否足以满足mtpa。在一个示例中，电池电压可以是200v。如果用于实现mtpa的dc总线电压为250v，则用于实现mtpa的dc总线电压大于电池组电压。然而，如果用于实现mtpa的dc总线电压未超过电池组电压，则处理200进行至框230。
在框230，控制器170指示vvc185以直通模式运转。在该示例中，实现mtpa所需要的dc总线电压可能相对较低，因此电池组电压可足以实现发电机110和马达115两者的mtpa。vvc185可以以直通模式运转，因此vvc损耗低。处理200随后可结束。
如果在框225需要的dc总线电压超过电池组电压，则处理200进行至框240和260。框240开始第一子处理202，第一子处理202被配置为计算第一dc总线电压。框260开始第二子处理204，第二子处理204被配置为计算第二dc总线电压。
在第一子处理202内，在框240，控制器170检查在vvc185以直通模式运转时是否可满足扭矩需求。在直通模式下，dc总线电压等于电池电压。电池电压可能不足以使马达和发电机传递请求的扭矩。然而，无论总损耗是多少，都必须实现扭矩需求。在无法满足扭矩需求的情况下，必须增大dc总线电压，因此vvc以升压模式运转。也就是说，在框240，控制器检查在不满足mtpa的情况下是否可实现扭矩需求。
例如，如果电池电压为200v，则可满足扭矩需求，但可能不满足mtpa。任何高于实现mtpa所需要的dc总线电压(例如，250v)的电压将保证mtpa。任何低于实现mtpa所需要的dc总线电压的电压将不能保证mtpa。利用增大的马达电流，马达可实现扭矩需求。然而，dc总线电压不能过低，否则即使利用增大的马达电流马达也将无法产生扭矩需求。如果在直通模式下可以满足扭矩需求，则处理200进行至框245。如果在直通模式下无法满足扭矩需求，则处理进行至框250。
在框245，控制器170计算vvc185以直通模式运转时的第一总损耗。第一总损耗可包括直通期间vvc185的总能耗以及马达损耗、发电机损耗、马达逆变器损耗和发电机逆变器损耗，其中，马达损耗包括归因于增大的马达电流的损耗。
在框250，响应于扭矩需求超过来自vvc185在直通模式下的运转的可用扭矩，控制器170可将总损耗设置为高的值，以禁止vvc185以直通模式运转。该值可以是诸如比正常值高100倍的异常高的值。例如，可将该值设置为100kw。在该示例中，vvc185可能无法满足需要的马达扭矩需求和发电机扭矩需求，并且为了避免选择第一电压，计算的总损耗被有意设置为高，从而在框285迫使所述系统以升压模式运转。
在第二子处理204内，在框260，控制器170计算针对需要的dc总线电压的总损耗。所述总损耗可包括isc190的总能耗以及预期为了达到用于实现mtpa所需要的dc总线电压而产生的马达115和发电机110的损耗。
在框265，控制器170可选择新的dc总线运转电压并重新计算针对新dc总线运转电压的新的总损耗。控制器170可迭代地选择新的dc总线运转电压，直到选择的电压能够满足扭矩需求以及与在框260中计算出的总损耗相比能够降低总损耗为止。
在框270，控制器170可检查在新的dc总线电压下是否可以满足扭矩需求。如果可以满足扭矩需求，则控制器170可检查新的总损耗是否相对于最新的dc总线电压的总损耗而降低。也就是说，控制器170迭代地计算或选择新的dc总线电压。如果最近的dc总线电压的总的系统损耗小于前次迭代的dc总线电压的总的系统损耗，则处理200进行至框265，以尝试选择提供甚至更低的损耗的电压。如果新的dc总线电压的整个系统损耗停止下降，则控制器170可确定电压已被识别，所述电压具有与所述电压相关联的最低损耗，并且处理200进行至框280。
在框280，控制器170可选择新的dc总线电压作为第二dc总线电压。所述第二dc总线电压可以是能够满足发电机110和马达115的扭矩需求并允许总能耗降低的最低电压。可选择新的总能耗作为第二子处理204的第二总损耗。第二总损耗可包括升压模式期间vvc185的总能耗，以及马达损耗、发电机损耗、马达逆变器损耗和发电机逆变器损耗。与第一损耗不同，第二损耗不包括由需要满足扭矩要求而增大的马达电流引起的额外的马达损耗。
在框285，控制器170可将与来自第一子处理202的电压相关联的计算的总损耗和与来自第二子处理204的电压相关联的计算的总损耗进行比较。也就是说，控制器170可将来自框245的第一总损耗与来自框265的第二总损耗进行比较。控制器170可检查第一总损耗是否低于第二总损耗。如果第一总损耗低于第二总损耗，则控制器170可选择第一dc总线电压作为最优电压并且处理200进行至框230。在该示例中，总的系统损耗是马达/发电机弱磁损耗(fieldweakeningloss)与vvc185的损耗之间的折衷(trade-off)。当vvc185处于直通模式时，dc总线电压可能不足以实现mtpa。马达/发电机可在能耗(特别是铜损耗)增大的情况下在弱磁区域中运转。然而，在该运转模式下，vvc185不会引起任何其它的能耗(诸如开关损耗)。
如果第一总损耗超过第二总损耗，则处理200进行至框290。在框290，控制器170可指示vvc185以升压模式运转以实现在框265选择的新的dc总线电压。在这种情况下，控制器170可选择第二dc总线电压作为运转电压。尽管vvc185可能不以直通模式运转，但总损耗可小于在框220中选择的选定dc总线电压被用作运转电压时的总损耗。如在上文中所解释的，在该示例中，总的系统损耗是马达/发电机的弱磁损耗与isc开关损耗之间的折衷。通过迭代地计算新的dc总线电压并将与新的dc总线电压相关联的总能耗和当前选择的dc总线电压的总能耗进行比较，可选择运转电压以在降低总的系统损耗的同时实现扭矩需求。所述处理随后结束。
上面的处理降低或最小化hev的电气系统中的总的电能损耗。在一个示例中，当马达115处于高转速且具有低扭矩需求或零扭矩需求时，并且当发电机110处于中转速且具有高扭矩需求时，vvc185可通过使马达115的磁场减弱而以直通模式运转。这部分归因于马达115将不请求高dc总线电压并且vvc能够以直通模式运转的事实。虽然马达损耗可能稍微增加，但整个系统损耗可降低。
虽然处理200被描述为由控制器170执行，但处理200可由在车辆内实施的或远离车辆的另一控制单元或处理器执行。
图3a至图3c示出了表示总能耗与dc总线电压的关系的示例图。仅出于示例目的，图3a至图3c示出了马达115需要比发电机110更高的dc电压的情况。图3a示出了vvc185处于直通模式并且实现mtpa的示例。在该示例中，发电机和马达均需要比电池组电压更低的电压，所述电池组电压约为200v。选择的dc总线运转电压可低于电池组电压。从图3a明显可见，随着dc总线电压增大，电能损耗也增加。
图3b示出了vvc185以直通模式运转且未实现mtpa的示例。在该示例中，选择的运转电压低于来自图2的框220的用于实现mtpa所需要的dc总线电压。发电机110和马达115可分别具有计算的dc总线电压，所述计算的dc总线电压比降低或最小化总的系统能耗的电压高。因此，系统100可识别由于选择的较低的dc总线电压而导致的较低的能耗。
图3c示出了vvc185以升压模式运转的示例。在该模式下，在第一子处理202中计算的第一dc总线电压可能大于在第二子处理204中计算的第二dc总线电压。因此，即使vvc185可能以升压模式运转，运转电压也低于计算的用于实现mtpa所需要的dc总线电压。
因此，在此描述的是一种动力传动系统，该动力传动系统用于减小vvc以升压模式运转的时间量，从而降低归因于vvc的能耗。此外，在vvc以升压模式运转的情况下，具有比最初用于获得mtpa并传递需求的扭矩所需要的dc总线电压的总能耗更低的总能耗的运转电压被选择。因此，实现了更高效、更低损耗的系统。
计算装置(诸如在此描述的控制器)通常包括计算机可执行指令，其中，所述指令可由诸如上面列出的一个或更多个计算装置执行。可使用各种编程语言和/或技术(包括但不限于以下项中单独一个或它们的组合：javatm、c、c++、visualbasic、javascript、perl、matlabsimulink、targetlink等)创建的计算机程序来编译或解释计算机可执行指令。一般地，处理器(例如，微处理器)从例如存储器、计算机可读介质等接收指令并执行这些指令，从而执行一个或更多个处理(包括在此描述的处理中的一个或更多个)。可使用各种计算机可读介质来存储和传输这种指令和其它数据。
计算机可读介质(也被称为处理器可读介质)包括参与提供可由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的任意非暂时性(例如，有形的)介质。这种介质可采用多种形式(包括但不限于，非易失性介质和易失性介质)。非易失性介质可包括例如eeprom(电可擦除可编程只读存储器，并且是一种在计算机或其它电子装置中使用以在断电时存储必须保存的少量数据(例如，校准表或装置配置)的非易失性存储器)、光盘或磁盘以及其它持久性存储器。例如，易失性介质可包括例如通常构成主存储器的动态随机存取存储器(dram)。这种指令可通过一个或更多个传输介质进行传输，所述传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，它们包括包含连接到计算机处理器的系统总线的导线。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、软性磁盘、硬盘、磁带、任意其它磁介质、cd-rom、dvd、任意其它光介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的任意其它物理介质、ram、prom、eprom、flash-eeprom、任意其它存储器芯片或盒、或者计算机可读取的任意其它介质。
在此描述的数据库、数据仓或其它数据存储可包括用于存储、访问和检索各种类型的数据的各种类型的机制，所述各种类型的机制包括：分层数据库、文件系统中的一系列文件、专用格式的应用数据库、关系型数据库管理系统(rdbms)等。每个这样的数据存储通常均被包括在使用诸如上面提及的计算机操作系统之一的计算机操作系统的计算装置中，并可经由网络以及各种方式中的任何一个或更多种方式被访问。文件系统可通过计算机操作系统被访问，并可包括以各种格式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行所存储的程序的语言以外，rdbms通常还采用结构化查询语言(sql)(诸如上文提及的pl/sql语言)。
在一些示例中，系统要素可被实现为在一个或更多个计算装置(例如，服务器、个人计算机等)上的计算机可读指令(例如，软件)，所述指令被存储在与所述计算装置相关联的计算机可读介质(例如，盘、存储器等)上。计算机程序产品可包括这种被存储在计算机可读介质中的用于实施在此描述的功能的指令。
关于在此描述的处理、系统、方法、启发等，应理解的是，虽然这些处理的步骤等被描述成根据一定的有序序列发生，但是这些处理可以以不同于在此描述的顺序来执行所描述的步骤。还应该理解的是，某些步骤可以同时执行，可以增加其它步骤，或在此描述的某些步骤可以省略。换句话说，提供在此的处理的描述的目的在于说明某些实施例，而不应以任何方式被解释为限制权利要求。
因此，应理解的是，上面的描述意在说明而不是限制。除了提供的例子，在阅读上面的描述的基础上许多实施例和应用是明显的。不应参照上面的描述来确定范围，而应参照权利要求连同这些权利要求被授予的权利的全部等效范围来确定范围。可以预见和预期未来的发展将会发生在在此讨论的技术中，并且公开的系统和方法将会被结合到这些未来的实施例中。总之，应理解的是，本申请能够进行修改和变型。
权利要求中使用的全部术语意在被给予它们最宽泛的合理解释和如那些了解在此描述的技术的人所理解的它们的通常含义，除非在此做出明确相反的指示。
虽然上文描述了代表性实施例，但这些实施例并不意在描述所要求主题的所有可能的形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。此外，可将各种实现的实施例的特征进行组合以形成可能未明确示出或描述的进一步的实施例。