性能优化的多电机切换系统和方法技术方案

一种考虑整个驾驶循环中变量和条件获得性能标准全局优化的多电机切换系统和方法。所述系统的控制器经过调整可执行全局优化，在全局优化中确定电机载荷在整个行程或驾驶循环中的最佳分配，而非按顺序确定针对给定时间点和一组当前局部化条件的优化方案。在一个实施例中，所述控制系统可提供全局优化，所述控制器通过行程规划工具接收行程信息。所述控制器利用行程信息生成驾驶循环，并进一步将此信息纳入由控制器执行的优化过程中，从而确定整个行程的最佳方案。行程的最佳方案。行程的最佳方案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】性能优化的多电机切换系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年8月1日递交的第62/881759号美国临时专利申请和2020年3月11日递交的第62/988334号美国临时专利申请的优先权，所述美国临时专利申请通过本专利技术的整体引用，成为本专利技术的一部分。


[0003]本文中的创新系统和方法一般涉及多电机系统和多发电机系统领域。更具体地，本文所述的创新系统和方法涉及多电机和多发电机系统(包括用于优化性能和效率的控制器和相关组件)。

技术介绍

[0004]众所周知，本领域内存在多种控制多电机系统的系统和方法。然而，由于现有系统存在严重缺陷，使其无法以真正优化和高效的方式运行。
[0005]例如，在给定时间点和一组给定的当前或瞬态条件下，很多现有系统通常会依靠顺序局部优化来确定每个电机应接收的载荷。由于这种针对给定时间点的局部优化没有考虑到与整个行程相关的条件和变量，所以会受此影响。因此，这些系统无法在电机之间提供整体高效的载荷分配；例如，在一个工作点处进行优化可能会在稍后的某一时间导致过热。此外，现有的多电机系统在某种程度上确实考虑到了温度因素，任何考虑通常都仅限于保证电机温度保持在某些预定义范围内，因此，这种考虑是一项局部二元决策。此外，现有系统并未将电动汽车的能量再生(即制动)优化集成到其优化解决方案中。
[0006]此外，很多方法和系统都需要通过传动装置在电机间传递扭矩载荷。这些传动装置会给系统带来机械损耗，并且会阻碍多电机系统的高效运行。非常可取的做法是提供一种具有优化性能同时又能避免这些主要缺陷的多电机或发动机系统和方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种能够对电机和发电机之间的扭矩载荷分配进行全局优化的多组件优化控制系统和方法。考虑到整个任务(例如，与电动汽车整个行程有关的信息，包括在一些实施例中考虑到通过制动产生能量)以及约束条件(例如，将电机和发电机温度保持在临界水平以下，或者保持在确保电机和整个系统高效运行的水平范围内)，与依靠“局部”优化并且基于及时抓拍当前情况的系统相比，本专利技术的控制系统能够提供更高效的解决方案。通过这种方式，本专利技术的系统和方法克服了现有系统的缺陷，现有系统采用的是预先确定的静态效率曲线或效率范围(其中仅考察了一系列独立的局部决策)，而未考虑除了二元非优化方式以外的电机和发电机温度等约束条件。
[0008]在一个实施例中，所述优化控制系统是一种能够优化多个电机之间驱动载荷分配的高效驱动电机系统。在此情况下，系统能够达到的效率水平高于系统内任何单个电机的效率水平。本文中公开的电机系统是一种由控制器控制的多电机系统，所述系统采用了效
率优化配置，可与提供输入的多个传感器进行通信，控制器可根据输入针对多个电机生成必要的驱动信号来实现高效运行，尤其是在整个行程中的能耗或再生(通过制动)方面实现高效运行。
[0009]本文公开的优化系统可适应于现有的电机以及新设计的电机。现有或新设计的电机可以是同一根轴上多个圆盘的形式(转速相同)，或者是完全独立的电机形式，其中每个电机与其他电机独立设置，使其扭矩和转速保持各自的工作特性。在后一种形式中，差速器等齿轮装置可使不同的电机向车轮传递扭矩。
[0010]电机优化系统旨在以优化系统性能的方式控制多个电机对驱动载荷的分配。在系统的一个实施例中，根据扭矩和功率的每个需求点处的效率水平，将驾驶任务动态分配给多个电机，减少了电池使用量和由此产生的能量损耗。控制器确定系统中每个电机的扭矩百分比，同时根据实时驾驶条件和电机功率曲线，达到电池使用量最小化的目标，并相应生成用于控制电机的驱动信号。在其他实施例中，系统能够控制系统中的多个电机达到提高效率以外的其他性能目标，例如加速度或行驶里程最大化，或性能目标的组合(例如在给定最小可接受加速度的情况下将行驶里程最大化)。
[0011]系统控制器经过调整可执行全局优化，在整个行程中，控制器确定电机载荷的最佳分配(在能量效率最大化或其他驾驶目标方面实现最佳分配)，而非在不考虑整个行程或驾驶循环的情况下按顺序确定针对给定时间点和一组给定当前条件(即局部优化)的优化方案。在一个实施例中，控制系统可提供全局优化，控制器通过行程规划工具(如配备有GPS的设备)接收行程信息(如路线、总里程、限速信息和行程时间信息)。此行程信息可进一步包括由行程规划工具提供的其他行程因素和信息，例如驾驶条件(例如高速公路驾驶、城市或“走走停停”、丘陵、平地等)，以及与行程规划工具通信时天气应用程序可能提供的环境和天气信息有关的信息(例如，温湿度、风力和方向等)。控制器利用行程信息生成驾驶循环，并进一步将此信息纳入由控制器执行的优化过程中，以确定整个行程的最佳方案。此外，控制器还可利用车载传感器提供的信息(如环境温度、电机热量(包括电机内部温度)、轴转速、电机、电机电流和扭矩需求)来验证全局优化。对于任何给定的时刻，全局优化产生的解决方案不一定优于局部优化。然而，考虑到整个行程时，全局优化始终等于或优于多个按顺序局部优化的总和。
[0012]在另一实施例中，将所述优化控制系统应用于发电机——单独使用或与多个电机组合使用——从而得到高效率发电机系统，优化了多个发电机之间可用扭矩的分配。在这种情况下，系统达到的效率水平高于系统内任何单个发电机的效率水平。在本文公开的发电机系统中，根据提供输入的多个传感器的输入来配置控制器执行的效率优化，控制器可根据输入针对多个发电机生成必要的信号，以便在整个工作范围内实现高效运行。
[0013]发电机优化系统旨在以优化系统性能的方式控制系统中多个发电机的分配。在系统的一个实施例中，根据给定驾驶循环中可用扭矩每个点处的效率水平，将任务动态分配给多个发电机，可使当前发电量和由此产生的能量转换损失最大化。控制器确定系统中每个发电机的可用扭矩百分比，同时根据实时条件实现当前发电量的最大化。在其他实施例中，系统能够控制系统中的多个发电机达到提高效率以外的其他目的。
[0014]通过阅读以下详细说明并适当参照附图，上述和其他方面及优势对于本领域普通技术人员将变得显而易见。此外，应当理解，前述
技术实现思路
仅为说明性内容，并非旨在以任
何方式限制所附权利要求依法受保护的等同范围。
附图说明
[0015]以下结合附图对本专利技术进行说明，其中：
[0016]图1为本专利技术一个实施例所述的车用多电机系统的顶层框图；
[0017]图2为本专利技术一个实施例所述的框图，其中显示了控制器的运行情况及其对每个电机扭矩命令的优化过程；
[0018]图3为本专利技术一个实施例所述的框图，其中显示了控制器所采取的与确定电机扭矩命令信号相关各个过程有关的步骤；
[0019]图4为本专利技术一个实施例所述的框图，其中显示了用于确定电机之间载荷分配以优化给定轴转速和扭矩的效率的光栅扫描技术；
[0020]图5显示了本专利技术一个实施例所述的二维空间内的说明性4
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4光栅(优化三个变量(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种为了根据给定扭矩需求确定系统中电机扭矩最佳分配(为了在驾驶循环中实现预期性能目标，同时在一个或多个约束条件范围内保持预期性能目标)能够执行全局优化的多电机系统，所述系统包括：多个与轴机械耦合的电机；一个数据库，用于储存多个电机中每个电机的相关效率数据；一个控制器，用于接收驾驶循环信息并对多个电机生成扭矩命令；其中，所述控制器通过在驾驶循环的所有时间段内执行电机扭矩分配潜在组合的优化分析，生成所述多个电机的扭矩命令，所述优化分析包括以下步骤：根据驾驶循环信息计算所有时间段的轴转速和扭矩；根据效率数据，计算在所有时间段内与多个电机每种扭矩分配潜在组合性能目标相关的成本函数；从所述一组扭矩分配潜在组合中确定一个或多个扭矩分配最佳组合(根据相关成本函数针对预期性能目标进行优化并在一个或多个约束条件范围内保持)；以及在驾驶循环中的每个时间段，针对每个电机生成扭矩命令信号，使多个电机根据一个或多个扭矩分配最佳组合来传动轴，在整个驾驶循环中实现预期性能目标，同时在一个或多个约束条件范围内保持预期性能目标。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述性能目标系指效率最大化，并且电机每种扭矩分配潜在组合的所述成本函数即为能量的使用量。3.根据权利要求2所述的系统，其中，在驾驶循环中，所述控制器针对每个时间段估算能量消耗量，其中，所述控制器输出驾驶循环的估算总功耗。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个约束条件包括各个电机的温度。5.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述控制器执行的所述优化分析进一步包括，针对驾驶循环中的每个时间段，根据效率数据和一个或多个瞬态，计算驾驶循环中下一时间段内多个电机中每个电机的效率。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述一个或多个瞬态包括热瞬变，其中，由所述控制器执行的所述优化分析进一步包括计算热瞬变来确定下一时间段内多个电机中每个电机的估算温度。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统安装在电动汽车内部，其中，所述多个电机为电动机。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统进一步包括行程规划工具，其中，所述行程规划工具可生成驾驶循环信息。9.根据权利要求2所述的系统，其中，由所述控制器执...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉，
申请(专利权)人：系统七三有限公司，
类型：发明
国别省市：