具有驱动电动机的车辆及其控制方法与流程

本发明涉及具有驱动电动机的车辆及其控制方法，并且更具体地涉及应用驱动电动机的环保型车辆(诸如混合动力车辆)以及控制车辆的电动机扭矩的方法。

背景技术：

随着对全球环境污染的关注增加，使用无污染能源的重要性也在增加。特别地，为了缓解汽车废气的问题，正在积极开发包括混合动力车辆或电动车辆的环保型车辆。环保型车辆是指使用驱动电动机作为驱动源行驶的纯电动车辆(ev)、混合动力电动车辆(hev)或燃料电池电动车辆(fcev)等低排放车辆，并且通过将储存在蓄电池中的直流(dc)电力转换为交流(ac)电力来执行驱动，以操作驱动电动机并且将驱动电动机的驱动力传递到驱动轮。

然而，根据如图6所示的相关技术，用于驱动电动机的需求扭矩命令具有从当前电动机扭矩到需求扭矩的不连续阶跃函数的形状。特别地，在应用扭矩命令时，电动机电流不连续地突然变化，从而由于过电流而致使元件损坏。因此，如图6所示，使用通过赋予扭矩命令斜率来将扭矩和电动机电流缓慢增加到需求扭矩水平的方法。本部分中描述的内容仅为帮助理解本公开的背景，并且可以包括本公开所属领域的技术人员先前未知的内容。

技术实现要素：

在常规技术中，当通过赋予扭矩命令斜率来将扭矩和电动机电流缓慢增加到需求扭矩水平时，无论扭矩命令(需求扭矩水平)和电动机温度如何，电动机扭矩斜率可以始终维持相同的斜率。特别地，考虑到最坏的情况而设定当时的斜率以防止过电流并且保护元件。例如，根据如图7所示的相关技术，考虑关于电动机的操作温度范围的最高温度情况来设定扭矩命令的斜率，并且无论电动机需求扭矩水平或实际电动机温度如何，都控制扭矩命令的斜率，以基于预定扭矩命令的斜率将电动机电流缓慢增加到需求扭矩水平。

常规控制方法在过电流防止和元件保护方面是有利的，但是在一般燃料效率模式操作区域中扭矩命令斜率非常小，并且因此，从当前扭矩达到需求扭矩的时间显著增加。特别地，在混合动力车辆中达到需求扭矩的延迟致使在从由驱动电动机操作车辆的ev模式切换到由驱动电动机和发动机操作车辆的hev模式时的响应性降低，并且因此致使驾驶性能劣化。

因此，本公开的目的在于提供一种控制方法和应用该控制方法的车辆，该控制方法可以通过电动机扭矩命令的斜率的可变控制来改善电动机扭矩的响应性。本公开通过基于电动机需求扭矩量(扭矩命令)或电动机温度改变电动机扭矩命令的斜率来解决该问题。

更具体地，本公开可以包括：控制器，该控制器被配置为基于驾驶员的需求扭矩或驱动电动机的温度来改变驱动电动机扭矩命令的斜率(例如，倾斜度)；和电动机控制器，该电动机控制器被配置为操作驱动电动机以基于电动机扭矩命令的斜率来改变电动机扭矩。

控制器可以进一步被配置为随着需求扭矩增加而减小驱动电动机扭矩命令的斜率。特别地，控制器可以被配置为随着驱动电动机的温度升高而减小驱动电动机扭矩命令的斜率。控制器也可以被配置为基于驾驶员的需求扭矩和驱动电动机的温度来改变驱动电动机扭矩命令的斜率，随着需求扭矩的增加而减小驱动电动机扭矩命令的斜率，并且随着驱动电动机的温度升高而减小驱动电动机扭矩命令的斜率。

另外，当驱动电动机的温度恒定时，控制器可以被配置为在预定范围的低扭矩区域和高扭矩区域中随着需求扭矩值的变化来维持驱动电动机扭矩命令的斜率恒定，并且因此可以在低扭矩区域与高扭矩区域之间随着需求扭矩值的变化来改变驱动电动机扭矩命令的斜率。

车辆可以是由发动机和驱动电动机操作的混合动力车辆，并且控制器可以是混合控制器。车辆可以进一步包括发动机控制器，该发动机控制器被配置为操作发动机以基于发动机扭矩的斜率来改变发动机扭矩。发动机控制器可以被配置为基于需求扭矩以及电动机扭矩命令的斜率来确定发动机扭矩命令的斜率。另外，控制器可以被配置为当从ev模式切换到hev模式时改变驱动电动机扭矩命令的斜率。车辆可以进一步包括第一驱动电动机和第二驱动电动机，第一驱动电动机具有与发动机直接连接的输入轴，第二驱动电动机具有直接连接到与其直接连接的第一驱动电动机的两个驱动电动机。

根据本公开的用于控制具有驱动电动机的车辆的控制方法可以包括：计算驾驶员的需求扭矩；测量驱动电动机的温度；基于驾驶员的需求扭矩的大小或驱动电动机的温度来改变驱动电动机扭矩命令的斜率；以及操作驱动电动机以基于电动机扭矩命令的变化的斜率来改变电动机扭矩。特别地，可以通过具有处理器和存储器的控制器执行本文描述的方法。

特别地，可以通过加速踏板的操作状态、制动踏板的操作状态、车辆速度和档位中的至少任何一个来计算驾驶员的需求扭矩。可以通过安装在车辆内的一个或多个传感器来检测各种状态。在改变驱动电动机扭矩命令的斜率的步骤中随着需求扭矩的增加而减小驱动电动机扭矩命令的斜率。另外，在改变驱动电动机扭矩命令的斜率的步骤中随着驱动电动机的温度升高而减小驱动电动机扭矩命令的斜率。

此外，在改变驱动电动机扭矩命令的斜率的步骤中随着需求扭矩的增加而减小驱动电动机扭矩命令的斜率，并且随着驱动电动机的温度升高而减小驱动电动机扭矩命令的斜率。当驱动电动机的温度恒定时，可以在预定范围的低扭矩区域和高扭矩区域中随着需求扭矩值的变化来维持驱动电动机的斜率恒定，并且因此可以在低扭矩区域与高扭矩区域之间随着需求扭矩值的变化来改变驱动电动机扭矩命令的斜率。

该控制方法可以进一步包括：基于需求扭矩以及电动机扭矩的斜率来确定发动机扭矩的扭矩命令的斜率；并且基于所确定的发动机扭矩的扭矩命令的斜率来调整发动机扭矩。

根据本公开的示例性实施例，能够改善具有驱动电动机的环保型车辆中的电动机扭矩的响应性。特别地，在从混合动力车辆的ev模式切换到hev模式时，能够减少发动机起动器曲柄起动时间和使电动机与发动机的速度同步的时间，从而明显改善模式切换时的响应性。另外，在移除现有飞轮和通过电动机替换飞轮的混合动力车辆中，能够应用本公开的示例性实施例以改善电动机扭矩的响应性，从而改善出现振动和噪声的问题。

附图说明

提供每个附图的简要描述以更充分地理解在本发明的详细描述中使用的附图。

图1是示出根据本公开的示例性实施例的混合动力车辆的示图；

图2是示出根据本公开的示例性实施例的控制车辆的方法的流程图；

图3是示出根据本公开的示例性实施例的混合动力车辆的示图；

图4是示出根据本公开的示例性实施例的电动机扭矩控制时的每个步骤的框图；

图5是示出根据本公开的示例性实施例的电动机扭矩控制时的扭矩命令的斜率的曲线图；

图6是示出根据常规控制方法的电动机扭矩控制时的每个步骤的框图；

图7是示出根据常规控制方法的电动机扭矩控制时扭矩命令的斜率的线的曲线图；

图8a是示出通过应用常规控制方法执行电动机扭矩控制的结果的曲线图；以及

图8b是示出通过应用根据本公开示例性实施例的方法执行电动机扭矩控制的结果的曲线图。

具体实施方式

应当理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆，诸如客运汽车(包括运动型多功能车辆(suv)、公共汽车、卡车、各种商用车辆)、船只(包括各种船舶和轮船)、飞行器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆为具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动车辆两者。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，也可以由一个或多个模块执行示例性过程。另外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为储存模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个过程。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关联所列项目的任何和所有组合。

除非特别说明或从上下文中显而易见，否则如本文所使用，词语“约”应当理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非上下文中另有说明，否则本文提供的所有数值均由词语“约”修饰。

在下文中，将参考附图详细描述用于呈现本公开的具体实施方式。

图1是作为框图示出根据本公开的示例性实施例的车辆的配置的示图。如图1中所示，根据本公开的示例性实施例的车辆包括控制器90和电动机控制器70，控制器被配置为基于驾驶员的需求扭矩或驱动电动机的温度来改变驱动电动机扭矩命令的斜率(例如，倾斜度)，并且电动机控制器被配置为操作驱动电动机以基于扭矩命令的斜率来改变电动机扭矩。

发动机10基于发动机控制器60的操作燃烧燃料以产生用于车辆操作的动力。电动机30基于电动机控制器70的操作通过从蓄电池35供应的电力产生驱动力以辅助发动机10的动力或者通过电动机30的驱动力来操作车辆。

如图1所示，作为内燃机的发动机10的输出轴可以通过发动机离合器20与电动机30连接。发动机离合器可以置于发动机10与电动机30之间，并且发动机离合器可以被配置为从控制器90接收控制信号以作为发动机10与电动机30之间的连接进行操作。在通过车辆的电动机30的操作而操作的ev模式下进行操作时，可以解除发动机10与电动机30的连接，从而防止发动机10的动力传递到电动机30；并且当在通过发动机10和电动机30的动力操作的hev模式下进行操作时，发动机10与电动机30接合。

电动机30和发动机10可以通过双离合器40连接到变速器50。双离合器40可以包括两个离合器，并且每个离合器可以操作为选择性地将发动机10和电动机30的动力传递到变速器50。变速器50可以被配置为将从动力源产生的动力转换成目标车辆速度所需的旋转力以将动力传递到车轮100。

另外，用于在起动时通过曲柄起动发动机来进行起动的混合起动发电机(hsg)15可以设置在发动机10内。除了通过经由输入轴和发动机10的皮带等连接的起动电动机的操作来曲柄起动和起动发动机10之外，混合起动发电机(hsg)15可以被配置为在使发动机10起动以对蓄电池充电之后作为对剩余输出进行充电的发电机操作。可以基于电动机控制器70的操作来操作起动电动机以满足预定扭矩命令斜率。

飞轮11可以连接到发动机10的曲轴以用于动力传输，并且可以被配置为基于发动机的旋转而同时旋转。飞轮缓解在内燃机的爆炸冲程期间产生的不规则旋转力，以将力传输到车轮100。

作为用于操作上述车辆的每个元件的顶层控制器的控制器90可以是混合控制器(hcu)，其被配置为通过操作发动机控制器60、电动机控制器70和变速器控制器80来整体操作混合动力车辆。如下所述，控制器90可以被配置为基于驾驶员的需求扭矩或驱动电动机的温度来改变驱动电动机扭矩命令的斜率。

在下文中，参考图4至图7，将更详细地描述根据本公开的示例性实施例的使用车辆的控制器90和电动机控制器70的控制方法与常规控制方法之间的差异。控制器90可以被配置为使用与安装在车身上的每个传感器测量的加速踏板的操作状态、制动踏板的操作状态、车辆速度和档位有关的信息来计算驾驶员的电动机需求扭矩。换句话说，可以确定电动机扭矩的扭矩命令值。

如图4所示，当计算需求扭矩时，控制器90可以被配置为基于直至从当前电动机扭矩到达所需电动机扭矩的时间来选择扭矩命令的斜率以逐渐改变扭矩量。为了计算满足过电流防止和元件保护的最佳扭矩命令斜率以及电动机扭矩的响应性，控制器90参考需求扭矩水平和电动机温度。如上所述，在选择扭矩命令的斜率之前，通过与加速踏板的操作状态、制动踏板的操作状态、车辆速度和档位有关的信息计算驾驶员的需求扭矩。可以通过使用测量传感器直接测量电电动机30的电动机线圈的温度来获得电动机温度。

如图5中所示，控制器90可以被配置为随着电动机需求扭矩的增加而逐渐改变斜率。换句话说，控制器90可以被配置为最低限度地增加低扭矩区域中的扭矩命令的斜率并且减小高扭矩区域中的扭矩命令的斜率。当扭矩命令较大时，即当需求扭矩较大时，电动机电流较大。换句话说，发生过电流的可能性较高，并且因此可能发生元件损坏。

因此，当需求扭矩很大时，可以减小扭矩命令的斜率。由于当需求扭矩最小时电动机电流较低，所以发生过电流的可能性降低。另外，当需求扭矩较低时，车辆主要以恒定速度行驶。特别地，当扭矩命令的斜率较小时，达到需求扭矩的时间过长，并且因此驾驶性能可能劣化并且燃料效率可能降低。因此，将扭矩命令的斜率选择为相对较大的值。电动机需求扭矩可以小于电动机扭矩满量程的20％～30％(最小)、小于电动机扭矩满量程的70％～80％(中)或小于电动机扭矩满量程的100％(最大)。

通过对扭矩的斜率的最小值(nm/ms)进行加权来确定扭矩命令的斜率。扭矩的斜率的最小值是在电动机温度和扭矩的极端条件下电动机和逆变器硬件不发生故障的最大值，并且通常根据电动机或逆变器制造商的规格给出。加权值基本上由最大电动机扭矩和扭矩命令的比率来确定。优选地，可以根据电动机的温度和电动机需求扭矩通过附加的加权值(大于0且小于或等于1)来校正加权值。例如，如果最大电动机扭矩为400nm并且扭矩命令为200n/m，则加权值为2(＝400nm/200nm)，并且如果需要，则可以通过根据电动机的温度和电动机需求扭矩将该加权值乘以附加加权值来校正加权值。在这种情况下，可以通过将扭矩的斜率的最小值乘以加权值或校正的加权值来确定扭矩命令的斜率。

如图5中所示，控制器90可以被配置为随着电动机30的温度升高而逐渐改变斜率。换句话说，控制器90可以被配置为当电动机温度处于低温时，将扭矩命令的斜率选择为相对较大的值，并且当电动机温度处于高温时，将扭矩命令的斜率选择为相对较小的值。电动机通常使用磁体，并且因此当电动机温度较高时，磁体的强度减弱并且更大的电流流向电动机以产生相同的扭矩。理想的最高温度为150℃～200℃，并且最低温度范围为-10℃～40℃。

因此，与电动机温度较低时相比，电动机中出现过电流的可能性较高，因此增加元件损坏的风险。因此，尽管担心响应性的降低，但是可以选择低扭矩命令斜率。相反，当电动机温度较低时，电动机中发生过电流的可能性较低，并且因此较高地维持扭矩命令的斜率以改善电动机扭矩的响应性。

同时，如图5所示，控制器90可以被配置为同时考虑需求扭矩和电动机温度来选择扭矩命令的斜率。当在相同的电动机温度下电动机需求扭矩较大时，可以选择具有相对较小值的扭矩命令斜率。另外，在相同的电动机需求扭矩量中，当电动机温度较高时，可以选择具有较低值的扭矩命令斜率。

同时，如图5所示，无论需求扭矩的大小变化如何，扭矩命令的斜率可以在相同的电动机温度下恒定地维持在预定范围的低扭矩区域和高扭矩区域中，并且可以基于其间的区域中的电动机需求扭矩的大小来改变扭矩命令的斜率。在特定的低扭矩区域中，电动机扭矩的响应性改善是选择扭矩命令的斜率的主要因素，使得无论扭矩大小的变化如何都维持斜率。然而，在特定的高扭矩区域中，防止由于过电流引起元件损坏是选择扭矩命令的斜率的主要因素，使得无论扭矩大小的变化如何都维持斜率。同时，在低扭矩区域与高扭矩区域之间的区域中，如上所述，可以基于需求扭矩的大小来选择不同扭矩命令斜率，以应对电动机扭矩的响应性改善和元件保护两者。

如上所述，在图7所示的常规控制方法中，无论需求扭矩的大小或电动机温度如何，都考虑最坏的情况而将扭矩命令的斜率固定为最低斜率，而在本公开中，可以考虑电动机需求扭矩大小和电动机温度的至少任何一个因素来选择不同扭矩命令斜率。

同时，当选择扭矩命令的斜率时，扭矩命令可以传递到电动机控制器70，以基于对应扭矩命令斜率逐渐增加电动机30的扭矩。当接收到扭矩命令时，电动机控制器70可以被配置为使用扭矩命令值以及基于电动机扭矩和电动机电流生成的电动机电流图来计算与扭矩命令值对应的电动机电流。当使用电动机电流图来计算电动机电流时，可以使用在电动机电流控制器中计算出的电流来计算脉冲宽度调制(pwm)占空比，并且可以基于pwm占空比来操作电动机30。

根据上述本公开的示例性实施例，能够在防止电动机的过电流以防止元件损坏的同时改善电动机扭矩的响应性。特别是在图1所示的混合动力车辆中，电动机扭矩的响应性改善提高了起动器响应性和燃料效率。如图1所示，在发动机10和用于混合起动发电机(hsg)15的起动器的电动机可以连接到皮带等的系统中，当电动机扭矩命令的斜率增加时，可以减少使用电动机的发动机曲柄起动时间。因此，特别是诸如在从ev模式切换到hev模式时，当需要使发动机10和电动机30的速度同步时，能够增强速度追踪的线性度。因此，能够获得发动机10和电动机30的转速的控制鲁棒性，从而减少接合发动机离合器20所需的时间，同时最小化接合发动机离合器时的接合冲击，从而增强驾驶性能。

上述本公开的电动机扭矩控制方法不限于图1中所示的混合动力车辆。图3示出具有与图1不同的结构的混合动力车辆。与图1中发动机10和用于混合起动发电机(hsg)15的起动器的电动机并联连接不同，在图3中，第一电动机31可以与发动机10直接连接，也可以经由发动机离合器20与第二电动机32直接连接。在该结构中，由于第一电动机31可以与发动机10直接连接，所以第一电动机31可以代替图1中的飞轮11的功能。

换句话说，第一电动机31代替飞轮11可以缓解在多气缸发动机的每个爆炸冲程中产生的扭矩波动。因此，当使用上述本公开的扭矩控制方法操作第一电动机31时，能够改善电动机扭矩的响应性，从而相对于发动机10的扭矩波动增强了第一电动机31的衰减控制反应性。因此，可以抑制发动机10出现噪声和振动。

此外，本公开的示例性实施例可以进一步包括发动机控制器60，该发动机控制器被配置为操作发动机以基于发动机扭矩的斜率来改变发动机扭矩。在以hev模式驱动混合动力车辆时，发动机扭矩可以是从驾驶员的总需求扭矩中排除电动机需求扭矩后的扭矩量。因此，根据发动机扭矩命令，考虑到电动机需求扭矩的大小、总需求扭矩量和电动机扭矩命令的斜率，可以选择发动机扭矩的斜率。

在从ev模式切换到hev模式时，为了使发动机10和电动机30的速度同步，可以考虑电动机扭矩的大小、电动机扭矩命令的斜率等来选择发动机扭矩命令的适当斜率。当选择发动机扭矩命令的斜率时，发动机控制器60可以被配置为基于对应的扭矩命令斜率来调整燃料供应量和点火角度以逐渐改变发动机10的扭矩。

图2是示出本公开的控制方法的示例性实施例的流程图。如上所述，控制器90可以被配置为计算驾驶员的需求扭矩(s10)，并且检测电动机30的温度(s20)以选择电动机扭矩命令的适当斜率。另外，控制器90可以被配置为基于需求扭矩量和电动机温度中的任何一个来选择电动机扭矩命令的斜率(s30)。需求扭矩量和电动机温度分别与电动机30中发生过电流的独立条件有关，使得可以仅基于需求扭矩量和电动机温度的两个条件中的任何一个来计算电动机扭矩命令的斜率。

然而，从改善电动机扭矩的响应性的同时排除由于电动机过电流引起的元件损坏的可能性的观点出发，可以同时考虑这两个因素来选择电动机扭矩命令的斜率。如上所述，当选择电动机扭矩命令的斜率时，需求扭矩量越大且电动机温度越高，可以选择相对越低的扭矩命令斜率。可以通过如图5所示预先生成的预定图来确定针对每个电动机温度和每个需求扭矩大小的扭矩命令斜率。

当选择电动机扭矩命令的斜率时，控制器90可以被配置为基于对应斜率将扭矩命令传递到电动机控制器70的电动机电流图(s40)。当接收到扭矩命令时，电动机控制器70可以被配置为使用扭矩命令值以及基于电动机扭矩和电动机电流生成的电动机电流图来计算与扭矩命令值对应的电动机电流。另外，电动机控制器70可以被配置为使用计算出的电流来计算脉冲宽度调制(pwm)占空比，并且基于pwm占空比来操作电动机30(s50)。

此外，考虑到所需电动机扭矩的大小、总需求扭矩量和电动机扭矩命令的斜率，本公开可以包括选择发动机扭矩的斜率(s60)。当通过发动机控制器60选择发动机扭矩的适当斜率时，发动机控制器60可以被配置为通过基于对应的扭矩命令斜率调整燃料供应量和点火角度来逐渐改变发动机10的扭矩，从而调整发动机扭矩。

图8a是示出通过应用常规控制方法而呈现电动机扭矩控制的结果的曲线图，并且图8b是示出通过应用根据本公开的方法而呈现电动机扭矩控制的结果的曲线图。

图8a和图8b的实验结果是当每个扭矩命令都处于中间扭矩范围(例如，参考电动机的最大扭矩400nm至200nm的扭矩命令)时应用常规控制方法和本公开的控制方法的结果。可以看出，在应用常规控制方法的图8a的示例中，作为在不管需求扭矩量的情况下应用扭矩命令斜率(400nm/100ms)的结果，在约50ms处达到目标扭矩；而在应用本公开的控制方法的图8b中，通过将扭矩命令的斜率改变为两倍(800nm/100ms)，电动机电流更快地增加并且达到目标扭矩的时间仅为图8a的示例的一半(25ms)。

如在上述示例中所示，当应用本公开的控制方法时，能够显著改善电动机扭矩的响应性。另外，在本公开中，能够在不需要昂贵的单独部件的情况下实现上述效果。因此，能够实现增强燃料效率、抑制噪声和振动的发生以及在不增加生产成本的情况下改善驾驶性能的效果。