用于電動車輛的牽引系統技術方案

使用固定頻率、固定持續時間的脈沖流來控制用于具有一個或多個電動機的電動車輛或混合動力車輛的一個或多個電動機的動力開關。脈沖系統的優點是比起模擬系統更好的動力效率和系統簡單性。利用單脈沖的系統校準的能力允許該系統可以在任何狀況下使用，并且實時適應狀況的變化。通過充分利用起動摩擦系數或靜摩擦系數，這樣的系統和方法提供了比其他的電氣系統更好的加速。該系統和方法提供了不打滑的牽引力控制系統，并且脈沖流的關斷狀態的使用優于用于同樣目的的制動系統的使用，該制動系統浪費動力并且引起機械磨損。此外，描述了相關的計算機程序產品。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本申請基于并要求在2009年10月30日提交的US申請No. 12/609, 545的優先權，通過引用的方式將其全部內容并入本文。
技術介紹
電動機可以以非常低的每分鐘轉速(RPM)呈現高的扭矩輸出。內燃機，在低RPM處具有非常低的扭矩，它們的扭矩隨著RPM的增加而增加到處于最大值的峰值，通常超過1000RPM。然而，由于較高的扭矩將引起汽車的被驅動的車輪打滑或滑動，所以電動機的較高的扭矩不能被有效地利用。輪式汽車的最大可能加速度由物理定律，具體地說由摩擦系 數所限定。在兩個表面之間的摩擦系數有兩個截然不同的部分滑動摩擦系數(也被稱為僅僅是摩擦系數)，和起動摩擦系數(也稱為靜摩擦系數)。為了易于討論，滑動摩擦系數可以被表示成Cslide,而起動摩擦系數可以被表示成Cstart。滑動摩擦系數Cslide定義了使物體保持在表面上滑動所需要的力，具體地，F= (W)X(Cslide),其中，F是使重量為W的物體保持在表面上滑動所需要的力，對應由物體及其滑動所在的表面組成的兩種材料，該表面具有Cslide (滑動摩擦系數)。Cslide取決于該兩種材料并且不依賴于適度的速度(moderatespeed)，盡管它在超過30-40英尺每秒時通常略微減小。Cslide小于I. O并且對于位于相同表面上的相同物體總是小于Cstart,即對于任何給定表面上的任何給定材料，Cstart > CslideO靜摩擦系數Cstart指的是使靜止的物體開始在表面上滑動所需要的力。使物體開始滑動所需要的力是F = (Cstart)X(W)。Cstart大于Cslide,所以一旦物體開始滑動,則它需要較小的力來保持物體滑動。給予汽車的加速度由摩擦系數所限定，即，A = F/M，其中A =加速度，F =施加給汽車的力，并且M=汽車的質量。由于用于加速度的力F被摩擦系數限制，因此加速度被Cslide 和 Cstart 限制。滑動的車輪可以給予汽車向前的力，該向前的力等于取決于滑動摩擦系數的力，即F = (W)X(Cslide)，其中F是所給予的用于加速度的力，Cslide是被驅動的車輪的輪胎與道路之間的滑動摩擦系數(其隨著道路表面的類型、以及諸如溫度、濕度等等的條件而顯著變化)，以及W是輪胎在道路表面上的重量總和。如果車輪不打滑，那么用于加速度的向前的力可以高達F= (W)X(Cstart)。由于Cstart > Cslide，所以只要車輪不打滑或滑動，則可能的加速度更大。因此，與當輪胎的表面相對于道路的表面滑動或打滑時相比，當輪胎的表面相對于道路的表面靜止時，輪胎在道路上的牽引力明顯更高。這不意味著輪胎不移動；事實上，輪胎可以以較大的速度行進，但是如果輪胎以正確的速率旋轉，則輪胎的底部表面將與道路的表面接觸輪胎所處于的速度相匹配；即，輪胎在道路上滾動。重要的是，輪胎和道路的兩個表面在該兩個表面接觸時是相對于彼此瞬時靜止的。因此在該情況下的牽引力由Cstart所限定。如果輪胎和道路的兩個表面是相對移動的，那么牽引力由Cslide所限定。由于Cstart> Cslide，在第一種情形下的牽引力極大地超過第二種情形下的牽引力。該原理正是用于許多防抱死制動系統(“ABS”)的基礎，該防抱死制動系統在檢測到車輪打滑時減少制動作用，允許輪胎靠慣性滑行(freewheel)，并且允許輪胎重建零相對速度并且由此為Cstart提供條件。之前的用于具有內燃機或電動機的車輛的牽引技術在各種道路條件下并且以最佳的能量效率向驅動輪施加扭矩的性能有限。
技術實現思路
應當理解的是，本公開的前述概述和隨后的詳細描述是示例性和解釋性的，并且不被認為是限定本公開的范圍。而且，關于本文所使用的術語，對以單數形式的元件的引用，除非特別指明，并不被認為表示“一個且僅僅一個”，而是表示“一個或多個”。術語“一些”指的是一個或多個。加下劃線和/或斜體的標題及副標題僅僅為了便利的目的而采用，不對本公開進行限定，并且不與本公開的說明書的解釋有關。 本公開的方面和實施例解決了用于電動車輛的先前牽引技術的先前問題，并且涉及使用固定頻率、固定持續時間的脈沖流來控制用于電動車(或混合動力汽車)的電動機的動力開關。該基于脈沖的技術的優點包括比起模擬系統更好的動力效率和系統簡單性。利用單個脈沖校準的能力允許該技術在任何狀況下使用，并且還用于實時適應道路表面狀況和加速需求的改變。這些固定頻率、固定持續時間的脈沖技術通過充分利用起動(或靜止)摩擦系數，能夠提供比起其他電氣系統更高的加速度。固定頻率固定持續時間(FFFD)的脈沖在提供用于精確控制的非常準確的動力脈沖方面，優于脈寬調制(PWM)和可變頻率脈沖。FFFD脈沖利用每個脈沖供應近乎準確的動力包，由此允許以近乎同樣的包對車輪進行準確的動力測量，并因此在車輪從Cstart狀況脫離前，充分地對車輪使用力。本公開的系統和方法可以提供不打滑的牽引力控制。脈沖流的關斷狀態的使用十分優于用于同樣目的的ABS制動系統的使用，該ABS制動系統浪費動力并且引起機械磨損，這是因為常規的ABS利用制動力而不是加速力。本領域技術人員將認識到，本公開的實施例和/或部分實施例可以在計算機可讀存儲介質(例如，硬件、軟件、固件或其任意組合)中執行或利用該計算機可讀存儲介質來執行，且可以被分布在一個或多個網絡上。本文中所描述的步驟，包括對由本公開的實施例所利用和/或產生的公式和/或數學模型進行推導、學習或計算的處理功能，可以由一個或多個諸如中央處理器(CPU)之類的適當的處理器進行處理，該處理器執行以任何適當語言(依賴于機器或不依賴于機器的)形式的適當代碼/指令。此外，本公開的實施例可以以信號和/或載波的形式實施，例如通過通信信道發送的控制信號。而且，實施本公開的方法、過程和/或算法的軟件可以以電信號的形式實施或可以由電信號承載，例如用于從互聯網上下載。盡管本文聯系特定實施例描述了本公開的方面，但是應當注意的是，本領域的技術人員可以在本公開的精神內做出變型。根據本文的說明書、附圖和權利要求書，本公開的實施例的其他特征將變得清楚。附圖說明在結合附圖一起閱讀下面的說明之后，可以更完全地理解本公開的方面，該附圖本質上應當被看作說明性的，而不是限定性的。該附圖不是必然成比例的，相反重點放在本公開的原理上。在附圖中圖I描繪了處于相對于下面表面的加載和滑動的不同狀態的輪胎和車輪的示意性截面圖；圖2描繪了根據本公開的實施例的對應不同加載和空轉狀況的車輪和輪胎的動力學的四個曲線圖㈧力-時間，⑶車輪RPM-時間，(C)所施加的扭矩，以及⑶力-時間；圖3描繪了兩組圖(A)-(B)，其說明了本公開的實施例如何能夠通過將扭矩接通脈沖同步到車輛的四個車輪來提供加速中的最大推動力； 圖4描繪了用于建立固定頻率固定持續時間的脈沖流的示例性算法或流程圖，該脈沖流用于控制被送往為一個或多個車輪供應動力的電動機的動力；圖5描繪了用于利用固定頻率固定持續時間的脈沖流來為四輪驅動車輛供應動力的示例性算法或流程圖；以及圖6描繪了根據本公開的實施例的示例性系統的矩形圖。盡管附圖中描繪了特定的實施例，本領域技術人員將認識到，所描述的實施例是說明性的，并且可以在本公開的范圍內設想和實踐所示出的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2009.10.30 US 12/609,5451.一種用于控制被施加到車輛的一個或多個驅動車輪的動力的系統，該系統包括 電動機，其被配置和布置為供應用于驅動車輪的動力； 車輪，其被配置和布置為接收來自所述電動機的動力； 控制器，其被配置和布置為(i)接收用于所述車輪的加速命令和車輪打滑信息作為輸入，以及(ii)生成用于驅動所述車輪的所述電動機的控制信號作為輸出，其中所述控制信號包括時序周期，所述時序周期內具有一系列的固定持續時間和固定頻率的脈沖，以使得在所述時序周期的接通部分期間，電流流到所述電動機；以及 電流開關，其被連接到所述電動機，所述電流開關包括用于接收所述控制信號的輸入端，以便根據所述時序周期將所述開關設置在接通狀態和關斷狀態中的一個。2.根據權利要求I所述的系統，其中，所述控制器被配置和布置為調整固定頻率和固定持續時間的所述脈沖的所述時序周期。3.根據權利要求2所述的系統，其中，所述控制器被配置和布置為基于所感測的所述驅動車輪的摩擦系數來調整所述時序周期。4.根據權利要求I所述的系統，其中，所述控制器被配置和布置為對被供應給所述車輪的所述動力提供實時調整，其中能夠適應改變的牽引力狀況。5.根據權利要求I所述的系統，其中，所述系統被配置和布置用于自動測量、存儲和使用用于所述接通脈沖的脈沖長度。6.根據權利要求I所述的系統，其中，所述系統被配置和布置用于自動測量、存儲和使用用于所述關斷脈沖的脈沖長度。7.根據權利要求I所述的系統，其中，所述車輪打滑信息包括起動摩擦系數和/或滑動摩擦系數。8.根據權利要求I所述的系統，還包括第二電動機、第二車輪和第二電流開關，其中，所述控制器被配置和布置為(i)接收用于所述第二車輪的加速命令和車輪打滑信息作為輸入，以及(ii)生成用于驅動所述第二車輪的所述第二電動機的控制信號作為輸出，其中所述控制信號包括時序周期，所述時序周期內具有一系列固定持續時間和固定頻率的脈沖，以使得在所述時序周期的接通部分期間，電流流到所述第二電動機，并且其中所述第二電流開關被連接到所述第二電動機，并且所述第二電流開關包括用于接收所述控制信號的輸入端，以便根據所述時序周期來將所述第二電流開關設置在接通狀態和關斷狀態中的一個。9.根據權利要求I所述的系統，還包括第三電動機、第三車輪和第三電流開關，其中，所述控制器被配置和布置為(i)接收用于所述第三車輪的加速命令和車輪打滑信息作為輸入，以及(ii)生成用于驅動所述第三車輪的所述第三電動機的控制信號作為輸出，其中所述控制信號包括時序周期，所述時序周期內具有一系列固定持續時間和固定頻率的脈沖，以使得在所述時序周期的接通部分期間，電流流到所述第三電動機，并且其中所述第三電流開關被連接到所述第三電動機，并且所述第三電流開關包括用于接收所述控制信號的輸入端，以便根據所述時序周期來將所述第三電流開關設置在接通狀態和關斷狀態中的一個。10.根據權利要求I所述的系統，還包括第四電動機和第四車輪，其中，所述控制器被配置和布置為(i)接收用于所述第四車輪的加速命令和車輪打滑信息作為輸入，以及(ii)生成用于驅動所述第四車輪的所述第四電動機的控制信號作為輸出，其中所述控制信號包括時序周期，所述時序周期內具有一系列固定持續時間和固定頻率的脈沖，以使得在所述時序周期的接通部分期間，電流流到所述第四電動機，并且其中所述第四電流開關被連接到所述第四電動機，并且所述第四電流開關包括用于接收所述控制信號的輸入端，以便根據所述時序周期來將所述第四電流開關設置在接通狀態和關斷狀態中的一個。11.根據權利要求I所述的系統，其中，所述電流開關控制信號的每個脈沖的持續時間等于所述時序周期內的脈沖之間的時間段。12.根據權利要求I所述的系統，其中，所述控制信號的每個脈沖的持續時間小于或等于所述時序周期內的脈沖之間的時間段。13.根據權利要求I所述的系統，其中，對應于所述電動機的從零到最大加速的加速水平，所述時序周期內的脈沖的數目從零變化到最大數目。14.根據權利要求I所述的系統，還包括處理系統，所述處理系統用于生成被供應到所 述電流開關的所述電流開關控制信號，并且用于安排所述時序周期內的每個脈沖的開始和結束的時間。15.根據權利要求I所述的系統，其中，所述時序周期的長度是恒定的，并且通過改變從一個時序周期到另一個時序周期的脈沖的數目來使所述車輛的加速度變化。16.根據權利要求10所述的系統，其中，所述控制器被配置和布置為提供對被提供給所述四個電動機的脈沖的同步，來用于同步的四輪驅動操作。17.根據權利要求8所述的系統，其中，所述控制器被配置和布置為檢測哪些車輪具有包括在被提供給所述車輪的同步的動力脈沖中的最小可接受牽引力。18.根據權利要求17所述的系統，其中，最小可接受牽引力的檢測是基于滑動開始出現之如的最小時間。19.根據權利要求18所述的系統，其中，所述最小時間大約是15毫秒。20.根據權利要求10所述的系統，其中，所述控制器被配置和布置為檢測哪些車輪具有包括在被提供給所述車輪的同步的動力脈沖中的最小可接受牽引力。21.根據權利要求20所述的系統，其中，最小可接受牽引力的檢測是基于滑動開始出現之如的最小時間。22.根據權利要求21所述的系統，其中，所述最小時間大約是15毫秒。23.一種用于控制被施加到一個或多個電動機的動力的方法，所述一個或多個電動機率禹合到電動車輛的一個或多個車輪，所述方法包括 提供時序周期； 確定由一個或多個電驅動車輪提供動力的車輛的期望加速速率； 生成控制信號，所述控制信號包括與所述期望加速速率對應的位于所述時序周期內的一系列固定持...

【專利技術屬性】
技術研發人員：B·D·雅爾布特，B·王，
申請(專利權)人：LSI工業公司，
類型：
國別省市：