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车辆以及控制电机的方法
申请号	CN201511009186.8	申请日	2014-05-27	公开(公告)号	CN105644372B	公开(公告)日	2017-12-19
申请人	福特全球技术公司;			发明人	戴维·克里斯特·加布里埃尔; 威廉·大卫·特莱汉;
摘要	本发明公开了一种车辆以及控制电机的方法，车辆具有电机机构，该电机机构包括可操作用于驱动车辆的电机，并且该车辆包括控制系统。控制系统配置用于执行电机机构热减轻的方法。控制热减轻策略使得连续执行该策略之间的时间与电机机构中至少一部分的温度成反比，并且两次连续执行热减轻策略之间的时间可以随着每一连续执行对而减小。
权利要求	1.一种用于控制具有电机机构的车辆的方法，所述电机机构包括可操作以驱动所述车辆的电机，其特征在于，所述方法包含：控制执行用于电机机构的热减轻策略之间的时间使得连续执行热减轻策略之间的时间与所述电机机构中至少一部分的温度成反比。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连续执行热减轻策略之间的所述时间进一步与所述电机机构中至少一部分的温度升高速率成反比。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当满足一组条件时执行所述热减轻策略，所述条件包括：所述车辆位于倾斜路面上并且所述车辆的驾驶员仅使用加速器踏板来保持所述车辆处于基本恒定的位置。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述热减轻策略包括：减小通过所述电机产生的扭矩，从而导致所述车辆的反向运动以及所述电机中转子和绕组之间的相对旋转运动，以及在转子和绕组之间的所述相对旋转运动已经达到预定量之后增加通过所述电机产生的所述扭矩。 5.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：在执行所述热减轻策略之前执行初始减轻策略，所述初始减轻策略包括增加与所述电机机构关联的冷却媒介的流速。 6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：当所述电机机构中至少一部分的当前温度达到所述电机的最大允许温度时执行最终减轻策略，所述最终减轻策略包括指令通过所述电机产生的扭矩为零。
说明书全文	车辆以及控制电机的方法 [0001] 本申请是申请日为2014年5月27日、申请号为201410228051.X、发明名称为“车辆以及控制电机的方法”的发明专利申请的分案申请。技术领域 [0002] 本发明涉及车辆和控制车辆以执行用于电机机构的热减轻策略的方法，该电机机构包括可操作用于驱动车辆的电机。背景技术 [0003] 对于电动车辆来说，在倾斜路面上时将其保持静止可能带来某些特定的挑战。例如，如果仅使用电机(比如电动马达)保持车辆位置(即不使用摩擦制动器)，如果保持在一个位置太长时间，则电动马达可能会过热。这可能是电流高度集中在逆变器和定子的一个或两个相位所导致的，这不仅升高了马达的温度还导致不一致的温度增加，会产生潜在的局部部件损坏。 [0004] 一些用于电动车辆的控制系统可以采用一旦出现不希望的事件(比如当前达到临界温度)就关闭马达的减轻策略。这可能导致车辆驾驶员可能没有预期到的并且不希望的车辆动作。所以，需要一种车辆以及在必须完全关闭马达之前执行允许车辆保持静止位置更长时间的热减轻(thermal mitigation)策略的车辆控制方法。发明内容 [0005] 本发明的至少一些实施例包括一种控制具有电机机构的车辆的方法，该电机机构包括可操作用于驱动车辆的电机，其中该方法包括控制执行用于电机机构的热减轻策略之间的时间使得连续执行热减轻策略之间的时间与电机的温度成反比。 [0006] 本发明的至少一些实施例包括一种控制具有电机机构的车辆的方法，该电机机构包括可操作用于驱动车辆的电机，其中该方法包括控制执行用于电机机构的热减轻策略之间的时间使得两次连续执行热减轻策略之间的时间小于前两次连续执行热减轻策略之间的时间。 [0007] 本发明的至少一些实施例包括具有电机机构的车辆，该电机机构包括可操作用于驱动车辆的电机，该车辆包括具有至少一个控制器的控制系统。控制系统配置用于控制执行用于电机机构的热减轻策略之间的时间使得两次连续执行热减轻策略之间的时间小于前两次连续执行热减轻策略之间的时间。 [0008] 根据本发明的一个实施例，所述时间段进一步基于电机机构中至少一部分的温度增加速率。 [0009] 根据本发明的一个实施例，进一步包含在执行热减轻策略之前执行初始减轻策略，初始减轻策略包括增加与电机机构关联的冷却媒介的流率。 [0010] 根据本发明的一个实施例，进一步包含当电机中至少一部分的当前温度达到电机中该至少一部分的最大允许温度时执行最终减轻策略，最终减轻策略包括指令通过电机产生的扭矩为零。 [0011] 根据本发明，提供一种具有电机机构的车辆，该电机机构包括可操作用于驱动车辆的电机，该车辆包含：具有至少一个控制器的控制系统，该控制系统配置用于控制执行用于电机机构的热减轻策略之间的时间使得两次连续执行热减轻策略之间的时间小于前两次连续执行热减轻策略之间的时间。 [0012] 根据本发明的一个实施例，控制系统进一步配置用于当满足一组条件时执行热减轻策略，该条件包括：车辆位于倾斜路面并且车辆的驾驶员仅使用加速器踏板来保持车辆处于基本恒定的位置。 [0013] 根据本发明的一个实施例，控制系统进一步配置用于执行热减轻策略使得减小通过电机产生的扭矩，从而导致车辆的反向运动以及电机中转子和绕组之间的相对旋转运动，并且在转子和绕组之间的相对旋转运动已经达到预定量之后增加通过电机产生的扭矩。 [0014] 根据本发明的一个实施例，连续执行热减轻策略之间的时间定义为时间段，并且该时间段基于电机机构中至少一部分的至少当前温度以及电机机构中该至少一部分的最大允许温度。 [0015] 根据本发明的一个实施例，该时间段进一步基于电机机构中至少一部分的温度增加的速率。 [0016] 根据本发明的一个实施例，控制系统进一步配置用于在执行热减轻策略之前执行初始减轻策略，初始减轻策略包括增加与电机机构关联的冷却媒介的流率。 [0017] 根据本发明的一个实施例，控制系统进一步配置用于当电机机构中至少一部分的当前温度达到电机机构中该至少一部分的最大允许温度时执行最终减轻策略，最终减轻策略包括指令通过电机产生的扭矩为零。附图说明 [0018] 图1显示了根据本发明的车辆的简化示意图； [0019] 图2显示了说明根据本发明实施例的方法的流程图；以及 [0020] 图3显示了根据本发明实施例的指示连续执行热减轻策略之间的时间的图表。具体实施方式 [0021] 根据需要，本说明书中公开了本发明具体的实施例；然而，应理解公开的实施例仅为本发明的示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。 [0022] 图1显示了根据本发明的车辆10的一部分的简化示意图。车辆10包括通过制动器控制器14控制的摩擦制动系统12。车辆10还包括电机机构16，该机构包括可运转用于驱动车辆10的至少一个电机(比如电动马达)并且该机构能捕获再生制动能量。电机机构16还可以包括逆变器、电压控制器、线路和/或与电机关联的其它部件等部件。在图1显示的实施例中，通过车辆系统控制器(VSC)18控制电机机构16；然而，在其它实施例中，一个或多个专用控制器(比如马达控制器)可以直接控制电机机构16同时与其它系统控制器(比如VSC)通信。VSC18可以包括其它控制器，比如动力传动系统控制模块(PCM)。事实上，制动器控制器14(图1中显示为独立控制器)可以集成进VSC18。从而，可以通过单个控制器、单个硬件装置内的独立软件控制器或独立软件和硬件控制器的组合来控制车辆10中的多个系统。 [0023] 制动器控制器14接收来自制动踏板20的车辆驾驶员输入，并且VSC18接收来自加速器踏板22的驾驶员输入。特别地，制动踏板角度传感器24(可以是一个以上的传感器或一种类型以上的传感器)配置用于探测制动踏板20的位置，并且发送一个或多个信号至制动器控制器14。类似地，加速器踏板传感器26(也可以是一个以上的传感器)配置用于探测加速器踏板22的位置并且发送一个或多个信号至VSC18。VSC18和制动器控制器14使用多个输入(包括来自传感器24、26的输入)来确定怎样控制摩擦制动系统12和利用电机机构16的再生制动系统。摩擦制动系统12通过应用根据本技术领域内已知方法的一个或多个摩擦元件而运转用于降低车轮28的转速。类似地，电机机构16(特别是电机机构16中的一个或多个电机)可以通过产生从动力传动系统传输至车轮28的负扭矩而运转用于减少车轮28的转速。 [0024] 摩擦制动系统12包括一个或多个传感器，图1中通过单个传感器30表示。传感器30配置用于发送与摩擦制动系统12内的多个状况关联的信号至制动器传感器14。例如，假如摩擦制动系统12的制动能力减小(可能由增压损失或液压管路损失所导致)，传感器30可以将该状况通信至制动器控制器14，控制器14从而与VSC18通信。类似地，电机机构16具有一个或多个传感器，图1中通过传感器32表示。一个或多个传感器32可以探测马达转速、马达扭矩、电力、部件温度(例如转子、定子、逆变器的温度)、部件位置等状况。传感器32与VSC18直接通信，VSC18可以使用这些输入以及其它输入来控制车辆10的多个功能，比如下文描述的热减轻策略。 [0025] 车辆10还包括车身/底盘系统34。车身/底盘系统34包括车辆10的结构部件，包括例如车辆悬挂系统等。车轮28(图1中单独显示的)可以认为是较大的车身/底盘系统34的一部分。一个或多个传感器(在图1中显示为单个传感器36)配置用于探测车身/底盘系统34的多个状况并且与VSC18通信。传感器36可以探测例如车身/底盘系统34的多个部件的偏斜或负荷等状况。类似地，传感器38(该传感器代表一个或多个传感器)配置用于探测车轮28的状况，包括车轮转速。传感器38在图1中显示为与较大的车身/底盘系统34通信，车身/底盘系统34与VSC18通信。可替代地，传感器38可以直接连接至VSC18。 [0026] VSC18单独地或与车辆10中的一个或多个其它控制器一起可以编程用于根据本发明的实施例执行热减轻策略。热减轻策略目的在于控制马达(比如牵引马达，即用于驱动车辆的马达)使得保持较长时间段的非常高的温度而不损坏马达。例如当车辆位于倾斜路面并且仅通过使用马达扭矩保持静止时可以执行热减轻策略。图2显示了说明该方法的流程图40。在步骤42处，方法开始并且在决定框44处确定是否满足特定的进入条件。 [0027] 可以将进入条件编程进控制器(比如VSC18)，并且在至少一些实施例中可以包括单位时间内的马达位置改变小于预定量以及下面的其它标准中的至少一者：单位时间内的加速器踏板位置改变小于预定量、单位时间内的马达线圈温度升高得比预定量快、单位时间内的马达逆变器温度升高得比预定量快或者单位时间内的马达转子温度升高得比预定量快。当然，这些仅仅是本发明的实施例中可以用作进入条件的示例标准，并且其它标准可以包括上述标准的不同组合或者上文没有列出但是可以提供电机机构需要热减轻策略的指示的标准。这些标准中的至少一些指示车辆位于倾斜路面同时车辆的驾驶员仅使用加速器踏板保持车辆处于基本恒定的位置。可以指示该车辆状态的另一种方式是是否未使用车辆的制动踏板、马达产生非零扭矩以及车速基本为零。 [0028] 如果确定不满足进入条件，方法循环回到步骤42处的开始；然而，如果满足进入条件，在步骤46处执行基本或初始减轻策略。例如，基本减轻策略可以包括增加与电机机构(例如马达和/或马达电子件)关联的冷却媒介(cooling media)的流速等措施。这可以包括增加油泵、冷却剂泵或风机的速度等措施。尽管基本减轻策略可能能够充分冷却电机机构使得不再满足进入条件(这种情况下，方法将循环回到步骤42处的开始)，但是更可能需要更加特定的热减轻策略，该特定的热减轻策略整体显示在框48中并且命名为“基于行驶的减轻策略”。 [0029] 框48中显示的热减轻策略包括多个步骤，从步骤50开始，在步骤50处减小马达扭矩直到达到指定旋转量。在车辆处于倾斜路面的情况下，该扭矩减小将导致车辆的反向运动(或者正向运动，如果车辆下坡)以及马达中转子和绕组之间的相对运动。在步骤52处，马达的转子和绕组之间的相对旋转运动已经达到预定量之后马达扭矩返回至指令水平(即至驾驶员基于加速器踏板位置指令的水平)。例如，这可以通过位置传感器测量，这种传感器普遍用于电动马达并且用于多种目的。在至少一些实施例中，预定量将代表一个或两个电相位(electrical phase)的转动。这将电流集中重新分配到不同的定子绕组和逆变器硬件同时将偏离驾驶员意图最小化。这将允许在马达和逆变器的所有三个相位之间更加平均地分配热量，并且还让驾驶员轻微地感觉到而采取措施来改变行驶模式。 [0030] 如果驾驶员没有采取措施，并且车辆保持静止，通过电动马达保持在原位，可能需要再次重复热减轻策略。如步骤54所示，马达扭矩恢复至指令的水平之后，车辆保持在原位持续预定时间。如下文更加详细讨论的，预定时间可以基于多个因素，比如电机机构中至少一部分的温度。例如，这可以是马达的当前温度、马达允许的最大温度以及马达(或其它部件)的温度增加速率等参数。如果经过预定时间之后车辆的状态没有改变，方法循环回到决策框44以确定是否还满足进入条件；如果还满足，再次重复执行基本和基于行驶的减轻策略。当在循环中重复时，可能当前还在执行步骤46指示的基本减轻策略，即冷却媒介的流率仍然处于增加的水平；如果是这种情况，策略立刻第二次重复基于行驶的减轻策略48。 [0031] 在基于行驶的减轻策略48的第二次重复期间，再次减小马达扭矩(步骤50)，预定的马达旋转量之后返回至其指令的水平(步骤52)，并且再次保持预定时间(步骤54)；然而，预定的时间可以小于第一次重复期间的预定时间。这是因为本发明的实施例利用了在马达最终太热并必须关闭之前以越来越短的保持时间而允许电动马达重复发生较小移动的基于频率的热减轻策略。尽管可以使用任意数量的方程式或关系来定义保持时间段，这种的一个方程式如下所示。 [0032] [0033] 其中Period：一个车轮扭矩减小/恢复周期的期间 [0034] Kper：校正常量 [0035] Tmax：最佳性能下的最大部件温度 [0036] T0：部件的当前温度 [0037] ΔT：部件温度升高的速率 [0038] 将方程式1显示的方程式与图2中显示的流程图40关联，“时间段(Period)”代表返回至循环的开始之前车辆保持静止的预定时间(步骤54)。Kper的值可以基于例如多个参数，比如车重、马达输出和变速器输出之间的传动比、轮胎尺寸等。可以将该值编程进控制器(比如VSC18)，并且在一些实施例中可以采用约为0.4的值。 [0039] 由方程式1可知，在评估中“Period”与电机机构部件的当前温度(T0)成反比，并且进一步与该部件的温度升高速率(ΔT)成反比。随着基于行驶的减轻策略48的每次重复发生，有可能两次连续执行之间的时间(即当前Period)小于之前两次连续执行之间的时间(即之前的Period)。所以，显而易见本说明书中使用的术语“预定时间”并不意味着是静止或恒定值，而是可以基于发展基础(ongoing basis)迭代计算的值，尽管有可能在该重复期间计算的一个“预定时间”的值将与之前计算的值相同。这将在图3中所示的图表56中说明。图表56显示通过虚线58指示的恒定的驾驶员需求，这指示了恒定的加速器踏板位置。如上文所讨论的，即使马达的扭矩输出为正车速也基本为零。所以，如果不执行热减轻策略，图3中通过实线60指示的扭矩指令也将是恒定的。然而，并不是这种情况，而是扭矩线60在扭矩 62、64、66处显示了三个独立的减小。 [0040] 将图2中显示的流程图40说明的方法以及方程式1显示的方程式应用到图表56中将产生如下结果。扭矩减小62指示第一次执行基于行驶的减轻策略48。步骤54指示的预定时间在图3中图形化地显示为“时间段1(Period1)”。假设车辆仍然在斜坡上保持静止，第二次执行基于行驶的减轻策略。然而，这次执行中方程式1中陈述的一个或多个参数已经改变，例如电机机构的马达或一些其它部件的当前温度、或者马达或其它部件的温度升高速率中的一者或两者已经增加。所以，(通过方程式1)计算的图2中步骤54中陈述的预定时间小于第一次执行期间的时间，即时间段2(Period 2)小于Period 1。这在图3中通过图形化地说明。换种方式讲，两次连续执行热减轻策略之间的时间(通过扭矩减小64、66指示的)小于之前两次连续执行热减轻策略之间的时间(通过扭矩减小62、64指示的)。本说明书中使用的术语“连续执行”指示图2中流程图40迭代循环中的策略执行。也就是，一旦不再满足进入条件并且已经终止执行热减轻策略，进入减轻策略的新输入不认为是与之前的执行是“连续的”。 [0041] 如图3中图表56所显示的，扭矩指令线60显示为在扭矩减小66之后继续。可以预想本发明中基于频率的热减轻策略的实施例(例如图2中显示的基于行驶的减轻策略48)在马达变得太热必须完全关闭之前将会继续数次重复。在这段时间期间执行频率将增加，这意味着“时间段(Period)”将减小。这样，与不提供渐进式扭矩减小并且在关闭之前仅等待马达达到最大温度的控制系统相比，驾驶员能保持希望的位置更长时间。当然，即使重复执行上文描述的热减轻策略，车辆在斜坡上保持静止这么长时间有可能使得电机机构中至少一部分(例如马达)的当前温度达到最大允许温度。参见方程式1，这有可能发生在T0＝Tmax时。当发生这种情况时，可以执行最终减轻策略，从而指令马达的扭矩输出为零。 [0042] 尽管上文描述了示例性实施例，并非意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解不脱离本发明的精神和范围可以作出各种改变。此外，可组合各种执行实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。

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