用于控制电动车辆的电驱动系统的方法和设备与流程

1.本发明涉及用于控制具有两个电机的电动车辆的电驱动系统的方法和设备。电机中的至少一个被设计用于将牵引扭矩提供到车辆的驱动轮或驱动轮轴。车辆可以是仅具有电动马达作为驱动源的纯电动车辆，或者具有燃烧发动机作为附加驱动源的混合动力电动车辆。


背景技术：

2.具有两个电机的电动车辆作为纯电动车辆或者混合动力电动车辆是众所周知的。根据其主要用途，电机在技术设计、性能规格、电压水平、尺寸以及其集成到传动系中的方式方面有所不同。例如，在具有两个电机和一个燃烧发动机的混合动力电动车辆中，一个电机通常用作牵引机，而另一个电机用作起动发电机。牵引机例如经由变速器传动装置连接到车辆的驱动轮轴中的一个，而起动发电机例如经由皮带连接到发动机的曲轴。作为车辆的真正驱动源，牵引机表现出比起动发电机高得多的性能特征，起动发电机的主要目的是燃烧发动机的起动和动能的回收。
3.所有这些各种类型的电动车辆的共同点是电能存储设备，例如锂离子电池和/或燃料电池，其用作两种电机的电功率源和电功率吸收器。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是提供一种用于控制具有两个电机的车辆的电气系统的方法，该方法允许改进电机的功率供应和改进回收功率的馈入，同时保护电气系统免于过度使用和损坏。本发明的另一个目的是提供一种控制设备，其被设计和配置成执行控制方法。
5.这两个目的都通过独立权利要求的主题来实现。本发明的优选实施例通过从属权利要求来描述。
6.根据权利要求1所述的控制方法适用于控制由机器子系统和剩余系统组成的车辆的电气系统。机器子系统由第一电机和第二电机组成。剩余系统包括至少电存储设备。该方法包括以下步骤：
7.确定由剩余系统功率上阈值和剩余系统功率下阈值界定的剩余系统的允许剩余系统功率范围，
8.确定由第一机器功率上阈值和第一机器功率下阈值界定的第一电机的允许第一机器功率范围，并且确定由第二机器功率上阈值和第二机器功率下阈值界定的第二电机的允许第二机器功率范围，使得第一机器功率上阈值和第二机器功率上阈值的和不超过剩余系统功率上阈值，并且第一机器功率下阈值和第二机器功率下阈值的和不超过剩余系统功率下阈值，
9.基于第一电机的允许第一机器功率范围和当前速度确定允许第一机器扭矩范围，
10.基于第二电机的允许第二机器功率范围和当前速度确定允许第二机器扭矩范围，
11.基于对于车辆的操作的至少一个扭矩请求，确定位于允许第一机器扭矩范围内的
第一电机的第一机器扭矩设定点，并且确定位于允许第二机器扭矩范围内的第二电机的第二机器扭矩设定点。
12.操作第一电机以实现第一机器扭矩设定点，并且操作第二电机以实现第二机器扭矩设定点。
13.第一电机和第二电机是通过将驱动扭矩提供到车辆的驱动轮轴或驱动轮或通过提供用于产生驱动扭矩的电能或通过起动燃烧发动机来有助于车辆的推进的电机的类型。第一和第二电机的示例是牵引马达，如轮毂马达或驱动车辆的驱动轮轴的马达、安装在齿轮箱上的马达、安装在燃烧发动机和齿轮箱之间的马达、起动发电机(皮带驱动的起动发电机或曲轴起动发电机)、纯发电机(仅用于产生将存储在电能设备中或由牵引马达消耗的电能)。第一电动马达和第二电动马达不包括仅用于驱动辅助设备的马达，例如风扇马达或燃料泵马达或挡风玻璃刮水器马达。
14.通过首先确定剩余系统功率范围，在控制方法的开始设定机器子系统可用的总功率范围。剩余系统功率范围的确定考虑剩余系统的技术功率极限(输入功率极限和输出功率极限)，超过该极限可能损害剩余系统的电气部件，例如能量存储设备。为此，剩余系统功率上阈值可以设定为在不损坏剩余系统的某些电气部件的情况下可以由剩余系统容忍的最大允许输入功率值。同样，剩余系统功率下阈值可以设定为在不损坏剩余系统的某些电气部件的情况下可以由剩余系统容忍的最大允许输出功率值。
15.通过控制第一机器功率上阈值和第二机器功率上阈值的和不超过剩余系统功率上阈值，并且通过控制第一机器功率下阈值和第二机器功率下阈值的和不超过剩余系统功率下阈值，本发明允许电驱动系统在其技术边界和公差内的节能操作，同时安全地防止其因过度使用而受到技术损坏。
16.由于第一机器功率上阈值和第二机器功率上阈值的和受剩余系统功率上阈值限制，可能的是，第一机器功率上阈值本身可以超过剩余系统功率上阈值。在这种情况下，第二机器功率上阈值设定为足够低的适当值，以补偿该过量功率并允许两个值的和满足先前提到的要求。同样，可能的是，第二机器功率上阈值本身可以超过剩余系统功率上阈值。在这种情况下，第一机器功率上阈值设定为适当值，以补偿该过量功率并允许两个值的和满足先前提到的要求。
17.该原则同样适用于第一机器功率下阈值和第二机器功率下阈值，它们的和由剩余系统功率下阈值限制。这允许更灵活地适应两个电机的各自的允许功率范围，以便充分地响应于电驱动系统的特定操作条件和对于车辆的操作所必需的某些功率请求。
18.根据本发明，由于功率是在电驱动系统中限定应力极限的最合适的参数，允许的功率范围首先被确定，而电机的各自的允许扭矩范围仅在之后根据它们的当前速度被确定。这允许电驱动系统的非常安全和可持续的操作。
19.在根据权利要求2所述的实施例中，除了电存储设备之外，剩余系统还包括至少一个电力消耗设备。允许剩余系统功率范围基于能量存储设备的当前允许能量存储输出功率值和当前允许能量存储输入功率值以及基于所述至少一个电力消耗设备的当前或预测电力消耗设备输入功率值来确定。
20.在该实施例中，考虑除电存储设备之外的电力消耗设备的当前或预测电功率消耗，以确定允许剩余系统功率范围。更具体地，剩余系统功率上阈值由能量存储设备的输入
功率阈值(限定为正的或零)和电力消耗设备的当前或估计功率消耗值(限定为正的或零)的和确定。这意味着，如果这样的电力消耗设备是活跃的(正在消耗电功率)，则允许由两个电机生成的电功率的和更高。剩余系统功率下阈值被确定为能量存储设备的输出功率阈值(限定为负的或零)和电力消耗设备的当前或估计功率消耗值(限定为正的或零)的和。这意味着，仅当这样的电力消耗设备是活跃的时，才允许由两个电机消耗的电功率的和更小。
21.在根据权利要求3所述的实施例中，剩余系统包括至少一个传感器，所述至少一个传感器捕获能量存储设备的操作值，其中允许剩余系统功率范围被确定为使得操作值不超过给定的操作阈值。
22.通过考虑临界操作值(例如，温度、电流、总设备电压或能量存储设备的电芯电压的最小值或最大值)以确定允许剩余系统功率范围，可以可靠地防止能量存储设备的损坏。例如，如果电池的实际电流超过允许最大充电电流，则闭环控制器(例如，pi控制器)可以降低用于计算剩余系统功率上阈值的电池的允许充电功率，从而导致可以由电机组合地生成的总电功率的降低。然后，电机扭矩设定点将以这样的方式被确定，即总共产生较少的电功率，并且进入电池的电流减少，直到进入电池的电流不再超过电池放电功率极限。这允许确保遵守电池限制，例如在由传感器确定的值不准确的情况下，或者在根据允许的电功率确定机器扭矩设定点不准确的情况下。以这种方式，电驱动系统可以例如总是充分地利用系统的潜力进行回收，在混合动力车辆的情况下减少燃料消耗。
23.在根据权利要求4所述的实施例中，其中能量存储设备包括至少一个燃料电池。燃料电池能够通过转换存储的燃料(例如氢气)来生成电功率输出。它可以与另一种能量存储设备结合使用，它可以与该种能量存储设备物理地分离。
24.在根据权利要求5所述的实施例中，限定对于车辆的操作的多个不同扭矩请求，其中，该方法包括以下进一步的步骤：
25.根据多个扭矩请求的持续时间将多个扭矩请求中的每一个分类为多个扭矩请求类别中的一个，以及
26.根据当前活跃的扭矩请求的类别或根据多个当前活跃的扭矩请求的类别，确定剩余系统功率上阈值和剩余系统功率下阈值。
27.在该实施例中，考虑不同扭矩请求的通常持续时间以确定允许剩余系统功率范围。在车辆的操作期间出现的扭矩请求(例如，esp扭矩请求、换档支持扭矩请求、发动机起动马达扭矩请求、驾驶员扭矩请求)通常持续不同的时间段。根据它们的平均持续时间，有可能扩大或缩小允许剩余系统功率范围。对于持续时间相当短的扭矩请求(例如，发动机起动扭矩请求或增压扭矩请求(时间有限的功率增强))，在不对剩余系统造成损坏的情况下，允许剩余系统功率范围边界的短期扩大是可接受的。这是因为剩余系统可以在短时间段内应对更高的电功率流量。
28.因此，持续时间短的扭矩请求可以充分利用剩余系统的短期功率能力。另一方面，剩余系统不能在更长的时间段内应对相同的电功率流。出于部件保护的目的，通常持续较长时间的扭矩请求(例如，驾驶员在高速公路上的满负载扭矩请求或在开车下山时对电机中的一个的回收扭矩请求)要求缩小允许剩余系统功率范围。否则，当剩余系统过载(例如，由于热原因)时，需要在某个时间点减小允许剩余系统功率范围，而相应的扭矩请求仍然有效，从而导致对驾驶性能和舒适性的负面影响。这就是不同的扭矩请求根据它们各自的平
均持续时间进行分类，而允许剩余系统功率范围的边界根据当前有效扭矩请求的类别来确定的原因。
29.在根据权利要求6所述的实施例中，确定允许第一机器功率范围和允许第二机器功率范围的步骤包括以下步骤：
30.根据给定的第一比率在第一机器功率上阈值和第二机器功率上阈值之间划分剩余系统功率上阈值，使得第一机器功率上阈值和第二机器功率上阈值的和不超过剩余系统功率上阈值，和/或
31.根据给定的第二比率在第一机器功率下阈值和第二机器功率下阈值之间划分剩余系统功率下阈值，使得第一机器功率下阈值和第二机器功率下阈值的和不超过剩余系统功率下阈值。
32.在该实施例中，限定机器子系统可用的最大总功率范围的允许剩余系统功率范围根据预定比率分配给第一电机和第二电机(即在它们之间共享)。第一比率和第二比率可以是固定值，或者可以是随时间变化的值。例如，在具有驱动前轮轴的第一电机和驱动后轮轴的第二电机的电动车辆中，可用剩余系统输出功率的50％可以被分配给第一电机，并且可用剩余系统输出功率的50％可以被分配给第二电机。这大体上导致在前轮轴处和后轮轴处相同的电机的情况下的最佳整体效率。可以在车辆加速时(例如，较高的剩余系统输出功率分配给在后轮轴处的电机)或在车辆减速时(例如，较高的剩余系统输入功率分配给在前轮轴处的机器)选择不同的功率分配，以优化车辆牵引力。这种先验地固定每个机器的分配功率的程序大体上具有以下优点：避免修改电机中的一个的功率输出或功率消耗的扭矩请求(例如，在一个轮轴处增加或减少稳定性控制干预的扭矩)可能导致另一个电机的允许功率输出或功率消耗的修改，从而对该另一个电机的扭矩设定点产生干扰性的次级影响。
33.在根据权利要求7所述的实施例中，确定允许第一机器功率范围和允许第一机器功率范围的步骤包括以下步骤：
34.将对于车辆(200)的操作的扭矩请求中的至少一个分配给第一电机和第二电机中的仅一个，
35.确定关注的电机的功率上阈值和/或功率下阈值，使得关注的电机可以实现所述至少一个分配的扭矩请求。
36.确定另一个电机的功率上阈值，使得关注的电机的功率上阈值和另一个电机的功率上阈值的和不超过剩余系统功率上阈值，并且确定另一个电机的功率下阈值，使得关注的电机的功率下阈值和另一个电机的功率下阈值的和不超过剩余系统功率下阈值。
37.在该实施例中，对于车辆的操作的至少一个扭矩请求被分配给电机中的仅一个。该扭矩请求可能是高优先级扭矩请求。例如，突然的驾驶员满负载扭矩请求(通常被认为是危急交通情况的指示)被分配给两个机器中功率更大的一个。为了使关注的机器能够完成该扭矩请求，其允许功率范围被适当地确定大小且优先于另一个电机。另一个示例是车辆沿着陡峭的山路行驶的驾驶情况。这种驾驶情况可以触发用于为能量存储设备充电和用于释放制动器的回收扭矩请求。为了获得尽可能多的回收电功率，这样的扭矩请求可以优选地分配给功率更大的电机。另一个示例涉及包括燃烧发动机和两个电机的混合动力电动汽车，电机中的一个作为起动发电机起作用。在典型的情况下，发动机需要由起动发电机起动。这样的发动机起动扭矩请求然后被分配给起动发电机，该起动发电机用作发动机的起
动机。由于仅在起动发电机有一定的电功率可用时才能确保成功的发动机起动，因此可以以最高优先级处理对发动机起动的扭矩请求。在这种情况下，另一个电机的电功率消耗将尽可能减少，以确保成功的发动机起动。
38.根据权利要求8所述的控制设备适于执行根据前述权利要求中的一项所述的控制方法。控制设备包括为此目的所必需的所有硬件部件和接口。该方法本身被实现为控制设备的存储器中的软件代码，并由控制设备的处理器执行。
附图说明
39.下面参照附图描述本发明的一些实施例，其中：
40.图1示意性地描绘了混合动力电动车辆的电驱动系统的结构；
41.图2示意性地描绘了纯电动车辆的电驱动系统的结构；
42.图3是控制方法的流程图；
43.图4描绘了电驱动系统的第一操作场景的功率范围；
44.图5描绘了电驱动系统的第二操作场景的功率范围；
45.图6描绘了电驱动系统的第三操作场景的功率范围。
具体实施方式
46.图1示意性地示出了用于混合动力电动车辆200的电驱动系统100的第一实施例的结构。电驱动系统100由电机子系统110和剩余子系统120组成。
47.电机子系统110包括第一电机111和第二电机112。
48.在该第一实施例中，第一电机111是牵引机，并且被设计为车辆200的驱动源。第一电机111还可以用作用于回收车辆200的动能的发电机。为了这两个目的，第一电机111被驱动地连接(图1中的双箭头)到车辆200的一个驱动轮轴201。更准确地说，第一电机111的输出轴111a例如经由传动装置(图1中未示出)连接到驱动轮轴201。
49.在第一实施例中，第二电机112被设计成用作起动发电机机器，例如曲轴起动发电机，其驱动地连接到燃烧发动机900的曲轴901，并且还能够经由可控离合器c1连接到可控齿轮箱300。可控齿轮箱300驱动地连接到车辆200的另一个驱动轮轴202。可控离合器c1和可控齿轮箱300的致动由变速器控制单元400执行。在该实施例中，第二电机112具有不同的功能。在离合器c1脱离接合的情况下，第二电机112用作用于起动燃烧发动机900的起动马达或者用作由燃烧发动机900驱动的用于产生电能的发电机。在离合器c1接合的情况下，燃烧发动机900经由齿轮箱300驱动地连接到驱动轮轴202。
50.由于它们的不同目的，第一电机111具有比第二电机112显著更高的性能能力。
51.剩余系统120至少包括能量存储设备121。能量存储设备121可以包括例如锂离子电池121a和/或燃料电池121b。在图1的第一实施例中，剩余系统还包括若干电力消耗设备122，例如用于冷却燃烧发动机900的电风扇和用于空调系统的压缩机(图1中未示出)。电力消耗设备122的另一个示例可以是dc/dc转换器，其将电能传输到例如具有较低电压水平的电网(例如，12v电力网，图1中未示出)。剩余系统120还包括电池管理控制器123，以用于控制和监测能量存储设备121的操作。出于监测目的，能量存储设备121设置有至少一个传感器设备124，以用于捕获能量存储设备121的临界操作值，例如温度、总电压、电芯电压、输
入/输出电流、荷电状态。电池管理控制器123根据由传感器124检测到的临界操作值来控制能量存储设备121的操作。作为示例，如果温度超过临界阈值，则减小能量存储设备121的功率输入和功率输出。此外，电池管理控制器123注意使能量存储设备121的电功率流(输入和输出功率流)和电压保持在特定允许范围内，以避免损坏和过度使用。
52.电能存储设备121具有双重功能。首先，它用作车辆200的所有电气部件的电功率源。为此，能量存储设备121经由电线连接到所有电气部件。其次，它用作电能蓄电池，以用于接收和存储电能。该电能可以通过外部电功率源(例如，外部电源充电器，未描绘)或者通过第一电机111和第二电机112在作为发电机操作(例如，通过回收车辆的动能)时产生并馈送到能量存储设备121。
53.车辆200还包括用于控制燃烧发动机900的发动机控制单元600、处理用于车辆驾驶稳定性的控制功能(例如，防空转功能)的任选稳定性控制单元700、以及动力系域控制单元500。
54.动力系域控制单元500用作主控制单元，以用于管理在驾驶车辆中涉及的至少所有过程、扭矩或功率请求。动力系域控制单元500至少设置有处理器、存储器和若干接口。为了发送和/或接收数据信号和控制信号，它经由信号传输线或经由无线信号传输连接(例如，蓝牙等)链接到操作车辆200中涉及的所有电气部件。信号传输可能是单向或双向的。其中，动力系域控制单元500链接到电机子系统110、剩余子系统120、发动机控制单元600、车辆稳定性控制单元700、车辆驾驶员(未描绘)可以通过其调节车辆200的加速、减速和行驶速度的驾驶踏板800。在任何时候，动力系域控制单元500都知道评估车辆的驾驶状况所需的所有信息以及协调车辆200的操作所需的多个请求所需的所有信息。特别地，动力系域控制单元500协调在车辆的操作期间发生的所有扭矩请求。例如，响应于驾驶员的扭矩请求(驾驶员致动驾驶踏板800)，动力系域控制单元500命令第一电机111和/或燃烧发动机900产生足够的驱动扭矩并将其传输到驱动轮轴201、202。在稳定性控制单元700检测到任何不希望的车辆不稳定性的情况下，动力系域控制单元500将扭矩请求减小或增大足够的量以恢复车辆稳定性。
55.图2示意性地示出了用于纯电动车辆200的电驱动系统100的第二实施例的结构。在该第二实施例中，车辆200不具有作为驱动源的燃烧发动机。相反，第二电机112适于用作用于驱动车辆200的牵引马达。第二电极112还可以用作用于回收车辆200的动能的发电机。为了这两个目的，第二电机112被驱动地连接(图2中的双箭头)到驱动轮轴202。更准确地说，第二电机112的输出轴112a可以经由传动装置(图2中未示出)连接到驱动轮轴202。与第一实施例相比，第二电机112显示出显著增强的性能值。因此，第二实施例缺少发动机控制单元、可控齿轮箱、离合器c1和变速器控制单元。
56.除了上述差异之外，第二实施例的其余结构和部件与第一实施例的结构和部件相同。第一实施例的描述的相应部分同样适用于第二实施例。
57.下面参照图3至图6描述用于控制电驱动系统100的方法。该方法在动力系域控制单元500中被实现为软件。
58.为了更好地理解各个方法步骤，参考图4至图6的图，其中电功率绘制在竖直轴线p上，而零功率线由水平零功率线zero表示。零功率线zero之下的区域是负电功率区域，而正电功率区域在零功率线zero上方延伸。
59.从第一电机111和第二电机112的角度来看，正电功率(正符号“+”)表示发电，即相应的电机111、112在发电机操作模式下操作，产生电功率并将其供应到剩余系统120。从第一电机111和第二电机112的角度来看，负电功率(负号
“‑”
表示功率消耗，即相应的电机111、112在马达操作模式下操作，产生扭矩并消耗电功率。
60.在图4至图6的图中，剩余系统功率上阈值urs和剩余系统功率下阈值lrs是允许剩余系统功率范围rsr的上边界和下边界。允许剩余系统功率范围rsr表示可以由剩余系统120处理而不会在剩余系统120内引起技术问题或损坏的最大允许功率范围。
61.因此，剩余系统功率上阈值urs表示允许馈送到剩余系统120中的电功率的最大量。大体上，由电机子系统110生成的电功率被馈送到剩余系统120中，以便作为电能存储在电存储设备121中和/或由电力消耗设备122消耗。然而，电存储设备121上的电功率负载被限制。因此，剩余系统功率上阈值urs取决于当前允许能量存储输入功率值eip(未描绘)和一个或多个当前电力消耗设备输入功率值cip。后者表示一个或多个活跃的消耗设备122的功率消耗量。当前允许能量存储输入功率值eip表示可以馈送到电能存储设备中而不会对其造成损害的当前电功率。
62.因此，在馈送到剩余系统120中的电功率在一个或多个活跃的消耗设备122和能量存储设备121之间共享的第一情况下，允许馈送到剩余系统120中的电功率的总量高于其中没有消耗设备122活跃并且能量存储设备121必须获取馈送到剩余系统120至的所有电功率的第二情况。换句话说，在第一情况下，剩余系统功率上阈值urs可以具有比在第二情况下更高的正值。
63.同样，剩余系统功率下阈值lrs表示允许由剩余系统120输出并馈送到电机子系统110中的电功率的最大量。通常，供给到电机子系统的电功率至少部分地由电存储设备121提供。然而，电存储设备121可以提供的功率的量是受限的。因此，剩余系统功率下阈值lrs取决于当前允许能量存储输出功率值eop和一个或多个当前电力消耗设备输入功率值cip。当前允许能量存储输出功率值eop表示可以由电能存储设备输出而不会对其造成损害的当前电功率。因此，在其中一个或多个活跃的消耗设备122正在消耗由能量存储设备121供给的电功率的一部分的第三情况下，可以供应到电机子系统110的电功率的剩余量低于其中没有消耗设备122活跃并且由能量存储设备121供应的所有电能都可用于电机子系统110的第四情况。换句话说，在第四情况下，剩余系统功率下阈值lrs可以具有比在第三情况下更负的值。
64.剩余系统功率范围rsr的范围不是固定的。其边界(剩余系统功率上阈值urs和剩余系统功率下阈值lrs)可以根据若干因素随时间变化。如上文所解释的，一个因素是消耗设备122的操作状态(活跃的或非活跃的)。另一个主要因素是电能存储设备121的当前状况，其显著地影响当前允许能量存储输出功率值eop和当前允许能量存储输入功率值eip。
65.电能存储设备121的状况取决于多个技术参数或操作值，即温度、总电压、电芯电压、荷电状态、年数等。这些参数或值中的大多数是可测量或可计算的。可测量参数中的至少一些由传感器设备124捕获(参见图1和图2)，并且相应的值被传送到电池管理控制器123。其它参数可以由电池管理控制器123计算。剩余系统功率上阈值urs和剩余系统功率下阈值lrs根据这些操作值或技术参数中的至少一个来确定。例如，随着电能存储设备121的温度升高，当前允许能量存储输出功率值eop和当前允许能量存储输入功率值eip减少。因
此，随着能量存储设备121的温度升高，剩余系统功率范围rsr不断缩小，并且随着能量存储设备121的温度下降，剩余系统功率范围rsr不断变宽(除非达到极低的温度值，该温度再次导致剩余系统功率范围rsr减小)。
66.在图3的方法步骤10中，由动力系域控制单元500开始该方法的过程。
67.在步骤20中，通过确定剩余系统功率上阈值urs和剩余系统功率下阈值lrs来限定剩余系统120的允许剩余系统功率范围rsr。如上所述，允许剩余系统功率范围rsr基于能量存储设备121的当前允许能量存储输入功率值eip和当前允许能量存储输出功率值eop并且基于所述至少一个电力消耗设备122的当前电力消耗设备输入功率值cip来确定。备选地，电力消耗设备输入功率值cip也可以从预期在不久的将来被激活的消耗设备的预测功率值导出。通过考虑电力消耗设备122的估计未来功率消耗以在相应消耗设备的激活之前确定电力消耗设备输入功率值cip，电驱动系统100为相应消耗设备122的突然激活做好充分准备。当前允许能量存储输出功率值eop和当前允许能量存储输入功率值eip由电池管理控制器123提供。
68.可以应用以下等式：
69.urs＝|eip|+|cip|
70.lrs＝-|eop|+|cip|
71.还根据由传感器124捕获的电能存储设备121的至少一个操作值来确定剩余系统功率上阈值urs和剩余系统功率下阈值lrs，使得该操作值不超过预定操作阈值。例如，剩余系统功率上阈值urs和剩余系统功率下阈值lrs被确定，使得由温度传感器捕获的电能存储设备的温度不超过由电池管理控制器123给出的特定温度阈值。
72.通常，在车辆的操作期间，需要由电驱动系统100来满足多个扭矩请求。例如，车辆驾驶员具有由驾驶踏板800的致动的程度表示的特定扭矩请求。其它扭矩请求来自变速器控制单元400(例如，支持换档的扭矩请求)或者在动力系域控制单元500内生成以用于保持能量存储设备的电荷平衡(例如，在由电池管理控制器123确定的低荷电状态的情况下通过作为发电机操作电机111、112中的一个来对能量存储设备充电的请求)。在一些情况下，需要起动燃烧发动机，导致对第二电机112的扭矩请求。这些多个扭矩请求通常因其持续时间而彼此不同。例如，驾驶员的扭矩请求通常是长期扭矩请求。针对第二电机112提出的用于起动燃烧发动机900或用于支持换档的扭矩请求是短期扭矩请求。针对电机111、112中的一个提出的用于对能量存储设备121充电的扭矩请求通常是长期扭矩请求。能量存储设备121典型地可以在短时间段内但不是长时间段内应对高功率输入和输出。这是由于例如能量存储设备121内的部件的加热。因此，剩余系统功率上阈值urs和剩余系统功率下阈值lrs可以根据将要满足的相应扭矩请求的持续时间而改变。因此，根据该方法，多个扭矩请求中的每一个根据它们的持续时间被分类到扭矩请求类别中。然后根据当前扭矩请求的类别或根据多个当前扭矩请求的类别来确定剩余系统功率上阈值urs和剩余系统功率下阈值lrs。
73.例如，类别1包括短期扭矩请求，例如发动机起动扭矩请求(负电功率符号)和发动机停止支持扭矩请求(正电功率符号)。在消耗由剩余系统120(能量存储设备121)提供的电功率的同时，通过旋转发动机的曲轴，由第二电机112执行发动机起动。由第二电机112在作为发电机操作从而生成供应到剩余系统120的电功率的同时执行发动机停止支持。
74.类别2包括长期扭矩请求，例如对加速的驾驶员扭矩请求(负电功率符号)和能量
存储充电扭矩请求(正电功率符号)。在消耗由剩余系统120(能量存储设备121)提供的电功率的同时，通过为驱动轮轴201提供扭矩，由第一电机111满足驾驶员的扭矩请求。由第一电机111或第二电机112在作为发电机操作从而生成供应到剩余系统120的电功率的同时实现充电扭矩请求。
75.参照图6，对于类别1的短持续时间扭矩请求，允许剩余功率范围rsr1被确定为较宽，从而允许电机子系统在短时间段内消耗或产生高电功率。所有短持续时间扭矩请求都可以受益于这种加宽的允许剩余功率范围rsr1，这可以提高相应功能的性能。对于类别2的长持续时间扭矩请求，允许剩余功率范围rsr2被确定为较窄，从而允许电机子系统消耗或产生较低电功率，但持续较长的时间段。
76.在方法步骤30(参见图3)中，为第一电机111确定由第一机器功率上阈值ufmp和第一机器功率下阈值lfmp界定的允许第一机器功率范围fmpr，并且为第二电机112确定由第二机器功率上阈值usmp和第二机器功率下阈值lsmp界定的允许第二机器功率范围smpr，使得第一机器功率上阈值ufmp和第二机器功率上阈值usmp的和不超过剩余系统功率上阈值urs，并且第一机器功率下阈值lfmp和第二机器功率下阈值lsmp的和不超过剩余系统功率下阈值lrs。以下条件适用：
77.ufmp+usmp≤urs(条件1)
78.知
79.lfmp+lsmp≥lrs(条件2)
80.参照适用于如图1和图2中所示的两种车辆配置的图4的图更好地解释用于确定第一机器功率上阈值ufmp和第一机器功率下阈值lfmp以及第二机器功率上阈值usmp和第二机器功率下阈值lsmp的这些规则。
81.在图4中，剩余系统功率下阈值lrs和剩余系统功率上阈值urs界定剩余系统功率范围rsr。剩余系统功率下阈值lrs在负功率区域中(负符号
“‑”
)，因为它表示由电动马达子系统110消耗并由剩余系统120提供的最大允许功率量。剩余系统功率上阈值urs在正功率区域中(正符号“+”)，因为它表示将由电动马达子系统110生成并馈送到剩余系统120中的最大允许功率量。
82.剩余系统功率下阈值lrs和剩余系统功率上阈值urs两者由电池管理控制器123确定并提供给动力系域控制单元500。在知道值lrs和urs的情况下，动力系域控制单元500将通过将功率值分配给第一机器功率上阈值ufmp和第一机器功率下阈值lfmp以及第二机器功率上阈值usmp和第二机器功率下阈值lsmp来确定第一机器功率范围fmpr和第二机器功率范围smpr。作为确定的第一备选方案，通过根据第一比率(例如，3/2)在第一机器功率上阈值ufmp和第二机器功率上阈值usmp之间共享剩余系统功率上阈值urs来进行分配。例如，剩余系统功率上阈值urs的60％被分配给第一机器功率上阈值ufmp，并且其40％被分配给第二机器功率上阈值usmp。同样，根据给定的第二比率(例如3/2)在第一机器功率下阈值lfmp和第二机器功率下阈值lsmp之间共享剩余系统功率下阈值lrs。例如，剩余系统功率下阈值lrs的60％被分配给第一机器功率下阈值lfmp，并且其40％被分配给第二机器功率下阈值lsmp。这种简单的分配方式确保条件1和条件2两者都被满足。
83.图5示出了用于根据剩余系统功率范围rsr确定允许第一机器功率范围fmpr和允许第二机器功率范围smpr的备选方法。该备选方案适用于如图1中所示的混合动力电动车
辆。例如，在车辆驾驶员请求全扭矩(驾驶踏板800被完全踩下)的驾驶情况下，例如为了在高速公路上超越货车，而剩余系统功率下阈值lrs不足以通过第一电机111实现驾驶员扭矩请求，即使第一机器功率下阈值lfmp设定为lrs。为了解决该问题，将驾驶员的扭矩请求分配给第一电机111。在知道第一电机的当前速度的情况下，计算第一电机功率下阈值，使得第一电机111可以实现驾驶员的扭矩请求。如图5中可以看到的，在这种情况下，第一机器功率下阈值将在负功率侧超过剩余系统功率下阈值lrs。由于仍然需要满足条件2，需要将第二机器功率下阈值设定为正值。这意味着第二电机需要生成电功率以补偿剩余系统120不被允许或不能提供的电功率的缺乏。为此，在第一电机111驱动车辆的同时，离合器c1脱离接合并且燃烧发动机200起动以驱动第二电机112来生成电功率。
84.在方法步骤40(参见图3)中，基于第一电机111的允许第一机器功率范围fmpr和当前速度来确定允许第一机器扭矩范围，并且基于第二电机的允许第二机器功率范围smpr和当前速度来确定允许第二机器扭矩范围。根据速度将功率转换成扭矩在本领域中是公知的。
85.在方法步骤50(参见图3)中，基于对于车辆的操作的至少一个扭矩清求，在允许第一机器扭矩范围内确定第一电机111的第一机器扭矩设定点，和/或在允许第二机器扭矩范围内确定第二电机112的第二机器扭矩设定点。例如，如果驾驶员的扭矩请求位于第一机器扭矩范围内，则驾驶员的扭矩请求设定为第一机器扭矩设定点。
86.在方法步骤60(参见图3)中，操作第一电机111以实现第一机器扭矩设定点和/或操作第二电机112以实现第二机器扭矩设定点。
87.在方法步骤70(参见图3)中，该方法或者返回到步骤20(在车辆的操作期间)，或者前进到步骤80，在步骤80，该方法被终止(例如，驾驶员在驾驶结束时禁用电驱动系统)。

技术特征：
1.用于控制电动车辆(200)的电驱动系统(100)的方法，所述电驱动系统(100)被细分为包括第一电机(111)和第二电机(112)的电机子系统(110)和包括至少电存储设备(121)的剩余子系统(120)，所述方法包括以下步骤：-确定由剩余系统功率上阈值和剩余系统功率下阈值界定的所述剩余系统的允许剩余系统功率范围，-确定由第一机器功率上阈值和第一机器功率下阈值界定的所述第一电机的允许第一机器功率范围，并且确定由第二机器功率上阈值和第二机器功率下阈值界定的所述第二电机的允许第二机器功率范围，使得所述第一机器功率上阈值和所述第二机器功率上阈值的和不超过所述剩余系统功率上阈值，并且所述第一机器功率下阈值和所述第二机器功率下阈值的和不超过所述剩余系统功率下阈值，-基于所述第一电机的所述允许第一机器功率范围和当前速度确定允许第一机器扭矩范围，-基于所述第二电机的所述允许第二机器功率范围和当前速度确定允许第二机器扭矩范围，-基于对于所述车辆的操作的至少一个扭矩请求，确定所述允许第一机器扭矩范围内的所述第一电机的第一机器扭矩设定点，并且确定所述允许第二机器扭矩范围内的所述第二电机的第二机器扭矩设定点，-操作第一电机以实现第一机器扭矩设定点，并且操作第二电机以实现第二机器扭矩设定点。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述剩余系统(121)还包括至少一个电力消耗设备(122)，并且其中，所述允许剩余系统功率范围(rsr)基于所述能量存储设备(121)的当前允许能量存储输入功率值和当前允许能量存储输出功率值并且基于所述至少一个电力消耗设备(122)的电力消耗设备输入功率值来确定。3.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，其中，所述剩余系统(120)包括至少一个传感器设备(124)，其中，所述传感器设备(124)捕获所述能量存储设备(121)的操作值，并且其中，所述允许剩余系统功率范围(rsr)被确定为使得所述操作值不超过预定操作阈值。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述能量存储设备(121)包括至少一个燃料电池(121b)。5.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中，存在用于所述车辆的所述操作的多个扭矩请求，并且其中，所述允许剩余系统功率范围的所述确定包括以下步骤-根据所述多个扭矩请求的持续时间将所述多个扭矩请求中的每一个分类为多个扭矩请求类别中的一个，-根据当前扭矩请求的类别或根据多个当前扭矩请求的类别，确定所述剩余系统功率上阈值和所述剩余系统功率下阈值。6.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其中，确定所述允许第一机器功率范围和所述允许第二机器功率范围的所述步骤包括以下步骤-根据给定的第一比率在所述第一机器功率上阈值和所述第二机器功率上阈值之间划分所述剩余系统功率上阈值，使得所述第一机器功率上阈值和所述第二机器功率上阈值的和不超过所述剩余系统功率上阈值，和/或
‑
根据给定的第二比率在所述第一机器功率下阈值和所述第二机器功率下阈值之间划分所述剩余系统功率下阈值，使得所述第一机器功率下阈值和所述第二机器功率下阈值的和不超过所述剩余系统功率下阈值。7.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其中，确定所述允许第一机器功率范围和所述允许第一机器功率范围的所述步骤包括以下步骤-将对于所述车辆(200)的操作的所述扭矩请求中的至少一个分配给所述第一电机和第二电机中的仅一个，-确定所关注的电机的所述功率上阈值和/或所述功率下阈值，使得所述关注的电机能够实现所述至少一个分配的扭矩请求，-确定所述另一个电机的所述功率上阈值，使得所述关注的电机的功率上阈值和所述另一个电机的功率上阈值的和不超过所述剩余系统功率上阈值，并且确定所述另一个电机的所述功率下阈值，使得所述关注的电机的功率下阈值和所述另一个电机的功率下阈值的和不超过所述剩余系统功率下阈值。8.用于控制电动车辆的电气系统的设备，所述电气系统由包括第一电机和第二电机的机器子系统和包括至少一个电存储设备的剩余系统组成，其中，所述设备被配置成执行根据权利要求1至6中的一项所述的控制方法。

技术总结
本发明涉及一种用于控制电动车辆(200)的电驱动系统(100)的方法，该电驱动系统(100)被细分为包括第一电机(111)和第二电机(112)的电机子系统(110)和包括至少一个电存储设备(121)的剩余子系统(120)，该方法包括以下步骤：-确定由剩余系统功率上阈值和剩余系统功率下阈值界定的所述剩余系统的允许剩余系统功率范围，-确定由第一机器功率上阈值和第一机器功率下阈值界定的第一电机的允许第一机器功率范围，并且确定由第二机器功率上阈值和第二机器功率下阈值界定的第二电机的允许第二机器功率范围，使得第一机器功率上阈值和第二机器功率上阈值的和不超过剩余系统功率上阈值，并且第一机器功率下阈值和第二机器功率下阈值的和不超过剩余系统功率下阈值，-基于第一电机的允许第一机器功率范围和当前速度确定允许第一机器扭矩范围，-基于第二电机的允许第二机器功率范围和当前速度确定允许第二机器扭矩范围，-基于对于车辆的操作的至少一个扭矩请求，确定在允许第一机器扭矩范围内的第一电机的第一机器扭矩设定点，并且确定在允许第二机器扭矩范围内的第二电机的第二机器扭矩设定点。-操作第一电机以实现第一机器扭矩设定点，并且操作第二电机以实现第二机器扭矩设定点。扭矩设定点。扭矩设定点。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：纬湃科技有限责任公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2023/8/14