脉冲电机控制制造技术

对电动机进行脉冲控制，并且更具体地选择性地调整脉冲频率、脉冲的振幅和/或脉冲的占空比中的一者或多者以降低噪声、振动和粗糙度(NVH)，同时保持高水平的运行效率。同时保持高水平的运行效率。同时保持高水平的运行效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】脉冲电机控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年1月26日提交的美国申请号17/158,230的优先权，该美国申请通过援引并入本文。

技术介绍

[0003]本申请总体上涉及电动机的脉冲控制，并且更具体地涉及选择性地调整脉冲频率、脉冲的振幅和/或脉冲的占空比中的一者或多者以减少噪声、振动和粗糙度(NVH)，同时保持高水平的运行效率。
[0004]电动机和发电机在结构上非常相似。两者都包括转子和具有多个极的定子。大多数电动机可以作为发电机运行，反之亦然。当作为电动机运行时，电能被转换为机械能。当作为发电机运行时，机械能被转换为电能。因此，本文所使用的术语“电机”旨在被广义地理解为意指电动机和发电机两者。
[0005]电机被用于各种不同的应用中，并且通常需要在各种不同的负荷下运行。由于能量转换效率可能基于其可测量负荷而变化很大，因此有时电机会以其峰值效率运行，但通常要求电机在其峰值效率水平之外运行。
[0006]脉冲是一种已知的用于提高电机效率的方法。以电动机为例，当脉冲开启时产生输出转矩，但是在脉冲之间不产生转矩输出。作为一般规则，脉冲的振幅(即，转矩输出)被选择为处于或接近电动机的最高效率范围，而占空比(即，电动机脉冲开启与脉冲关闭的时间百分比)和/或频率(即，脉冲之间的时间间隔)被选择为使得电动机的总输出满足所请求的转矩需求，同时尽可能高效和经济地运行。
[0007]虽然电机的脉冲运行提高了效率和经济性，但也可能存在一些缺点。特别地，脉冲的振幅越高，通常产生的噪声、振动和粗糙度(NVH)就越多。而且，如果脉冲的频率过低，则也可能导致NVH过多。在许多应用中，如在电动车辆和/或混合动力车辆中使用电动机，NVH过多是不可接受的。
[0008]因此，需要选择性地调整用于电机脉冲运行的脉冲的频率、振幅和/或占空比中的一者或多者，以减少NVH，同时仍然保持高水平的运行效率和经济性。

技术实现思路

[0009]本专利技术涉及一种用于在车辆上的电机的脉冲运行期间调整脉冲频率以降低噪声、振动和粗糙度(NVH)同时保持高水平的运行效率的系统和方法。
附图说明
[0010]参考结合附图进行的以下描述可以最佳地理解本专利技术及其优点，在附图中：
[0011]图1是展示了作为电动机运行的代表性电机在不同运行条件下的能量转换效率的代表性转矩/速度/效率曲线图。
[0012]图2是展示了用于电机的脉冲驱动信号的曲线图。
[0013]图3A是连续三相AC驱动信号波形的图解表示。
[0014]图3B和图3C是产生与图2A的连续波形相同的转矩输出的脉冲三相AC波形的两个不同示例，两者都具有50％的占空比，但是频率不同。
[0015]图4展示了根据本专利技术的非排他性实施例的代表性表，该表提供了针对转矩和/或电机速度的不同组合的脉冲频率。
[0016]图5A是展示了根据本专利技术的非排他性实施例的电动机控制器的功能框图。
[0017]图5B是根据本专利技术的非排他性实施例的可以提供给电动机控制器的可能输入的非详尽列表。
[0018]图6是展示了根据本专利技术的非排他性实施例的由电动机控制器实施的步骤的流程图。
[0019]图7是展示了根据本专利技术的非排他性实施例的用于调整电机的脉冲频率的实时反馈的图。
[0020]在附图中，相同的附图标记有时用于指定相同的结构要素。还应当了解，附图中的描绘是图解的而不是按比例的。
具体实施方式
[0021]本披露内容总体上涉及电机(例如，电动机和发电机)的脉冲控制，以在运行条件许可时提高该电机的能量转换效率。更具体地，在选定的运行条件下，间歇性地对电机施加脉冲以使其以比常规的连续电机控制更高的效率水平运行，从而以比以前可能更节能的方式递送期望的平均转矩输出。
[0022]本申请人已经提交了许多与电机的脉冲控制相关的申请，包括于2018年3月19日提交的美国临时专利申请号62/644,912、于2019年2月26日提交的美国临时专利申请号62/810,861、于2019年3月15日提交的美国临时申请号62/819,097以及于2018年4月17日提交的美国临时专利申请号62/658,739。以上列出的每个申请出于所有目的通过援引并入本文。
[0023]为了简单起见，以下讨论涉及在用于电动车辆和/或混合动力车辆的电动机的背景下控制脉冲以减少NVH。应当理解，以下讨论不应被解释为限制性的。相反，如本文所描述的，相同或类似的脉冲策略同样适用于作为发电机运行的电机和在各种不同的应用中运行的电机，如电器(如洗衣机、烘干机和洗碗机)、HVAC设备(如压缩机)等。
[0024]效率图
[0025]参考图1，示出了说明以上定义的问题的本质的电动机效率曲线图10。特别地，曲线图10图解地示出了代表性电动机在各种各样的不同电机速度(X轴)和转矩值(Y轴)下的效率。从曲线图10中可以明显看出电动机的许多运行特性。这些特性包括：
[0026](a)当所展示的电动机在特定速度范围内运行并产生限定范围内的转矩时，该电动机通常是最高效的。针对所示的特定电动机，最高效的区域是由附图标记14指定的区域，该区域通常在4500至6000RPM的范围内并且转矩输出在约50至80Nm的范围内。在该区域14中，电动机的能量转换效率为大约96％。因此，区域14在本文中有时被称为“最佳点(sweet spot)”，该区域是给定电机的最高效运行区域。
[0027](b)在任何特定的电机速度下，将存在对应的最高效输出转矩，该最高效输出转矩
通过最大效率曲线16图解地展示。针对任何给定的电机速度，当负荷高于或低于最高效负荷时，电动机的效率都趋向于少许下降。在一些区域中，电动机的效率趋向于相对较快地下降，例如，当所展示的示例性电动机中的转矩输出下降到约30Nm以下时。
[0028](c)而且，针对给定的当前电机速度，当期望的电动机转矩低于由曲线16指定的最高效输出转矩时；可以通过脉冲运行来提高电动机的整体效率。相反，当期望的电动机转矩处于或高于最大效率曲线16时，电动机可以以常规(即连续的/无脉冲的)方式运行以最高效地递送期望的转矩。
[0029]基于以上定义的观察结果，很明显，如果控制运行条件，使得电动机几乎总是在由区域14指定的“最佳点”处或其附近运行，则电动机的整体能量转换效率可以显著提高。不幸的是，许多应用要求电动机在各种各样的转矩要求和/或相差很大的电机速度下运行，这种运行通常落在最佳点之外。
[0030]一种这样的应用是汽车和其他车辆或移动应用，在这些应用中，电动机通常耦接到车辆的车轮或其他(多个)传动系部件(如齿轮箱、变速器、任何内燃机、驱动轴、差速器等)。在典型的驱动周期中，电机速度可以在车辆停止时的零到以高速公路速度巡航时的相对较高的RPM之间变化。转矩要求也可能在任何这些速度下基于如车辆是在加速还是减速、是上坡还是下坡、是否在相对平坦的地形上行驶等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制车辆的车载电机的脉冲的电机控制器，该电机控制器被布置为：确定将该电机作为电动机运行的转矩需求；确定作为该电动机的该电机的脉冲运行的振幅；确定作为该电动机的该电机的脉冲运行的占空比，该振幅和该占空比导致产生所确定的转矩需求；并且在产生所确定的转矩需求时确定作为电动机的该电机的脉冲运行的频率，该频率通过考虑由(a)该车辆的可测量参数或(b)该车辆上的调整可接受的噪声、振动和粗糙度(NVH)的量的特征引起的NVH来确定，其中，该可测量参数和/或特征选自包括以下各项的组：(a)齿轮箱；(b)车轮驱动状态；(c)该车辆承载的负荷的重量；(d)可选经济模式；(e)可选运动模式；(f)允许驾驶员选择不同水平的可接受NVH的可选NVH控制器；(g)占用率；(h)温度；(i)随着该车辆老化对该车辆的NVH特性进行建模的第一模型；(j)对该车辆的冷启动之后该车辆的NVH特性进行建模的第二模型；(k)主动噪声控制系统；(l)主动振动控制系统；(m)路面状况；或(n)(a)至(m)的任何组合。2.如权利要求1所述的电机控制器，其中，该可测量参数是该车辆上的齿轮装置，并且所确定的频率是当齿轮箱处于第一挡位时的第一频率或者当该齿轮箱处于第二挡位时的第二频率。3.如权利要求2所述的电机控制器，其中，该齿轮箱的每个挡位由不同的谐振频率表征，该频率的确定进一步涉及分别避免该齿轮箱的每个挡位的不同谐振频率。4.如权利要求1所述的电机控制器，其中，该车辆上的可测量参数是该车辆的车轮驱动状态。5.如权利要求4所述的电机控制器，其中，该车辆的车轮驱动状态包括前轮驱动(FWD)、后轮驱动(RWD)和全轮驱动(AWD)之一，并且所确定的频率针对分别在FWD、RWD和AWD下运行的车辆而进行调整。6.如权利要求1所述的电机控制器，其中，该可测量参数是该车辆承载的负荷的重量，并且所确定的频率随着该车辆承载的负荷的重量增加而进行调整。7.如权利要求6所述的电机控制器，其中，该车辆和该负荷的重量由谐振频率表征，并且对所确定的频率进行调整以避免该谐振频率。8.如权利要求1所述的电机控制器，其中，该车辆上的特征是用于运行该车辆的可选经济模式，并且与该车辆在非经济模式下运行时相比，当该车辆在该经济模式下运行时所确定的频率更低。
9.如权利要求1所述的电机控制器，其中，该可测量参数是动力总成支架减轻该NVH的传递的能力，并且所确定的频率随着该动力总成支架减轻该NVH的传递的能力的提高或降低而分别减小或增大。10.如权利要求1所述的电机控制器，其中，该可测量参数是由占用传感器测量的车辆占用率，并且与在该车辆中感测到乘员时相比，当在该车辆中没有感测到乘员时所确定的频率降低。11.如权利要求1所述的电机控制器，其中，该可测量参数是由温度传感器测量的温度，并且所确定的频率针对冷的感测温度增大而针对暖的感测温度减小。12.如权利要求1至11中任一项所述的电机控制器，其中，该车辆上的特征是可选运动模式，并且与该车辆不在该运动模式下运行时相比，相对于当该车辆在该运动模式下运行时所确定的频率更低。13.如权利要求1至11中任一项所述的电机控制器，其中，该车辆上的特征是允许可选水平的可接受NVH的用户可选NVH控制器，并且当更多的NVH被选择为可接受时，所确定的频率降低。14.如权利要求1至11中任一项所述的电机控制器，其中，该特征是随着该车辆老化对该车辆的NVH特性进行建模的模型，并且所确定的频率关于该模型指示该车辆的NVH特性正在增大而增大。15.如权利要求1至11中任一项所述的电机控制器，其中，该特征是对冷启动之后该车辆的NVH特性进行建模的模型，并且所确定的频率随着该车辆在该冷启动后的预热而减小。16.如权利要求1至11中任一项所述的电机控制器，其中，该特征是主动噪声控制器，并且所确定的频率在该主动噪声控制系统主动降低噪声或添加噪声时进行调整。17.如权利要求1至11中任一项所述的电机控制器，其中，该特征是振动控制系统，并且所确定的频率在该主动振动控制系统主动减小振动时减小。18.如权利要求1至17中任一项所述的电机控制器，其中，所确定的频率通过使用以下各项之一来选择：(a)查找表；(b)多维查找表；(c)滑动标尺；(d)乘法器；(e)处理器；(f)逻辑单元；(g)经训练的神经网络；或(e)(a)至(g)的任何组合。19.如权利要求1至18中任一项所述的电机控制器，进一步被配置为将该电机作为该电动机或发电机运行。20.如权利要求1至20中任一项所述的电机控制器，进一步被配置为当所确定的转矩需求低于阈值时以连续运行方式或者当所确定的转矩需求超过该阈值时以该脉冲运行方式来运行该电机。21.一种通过以一定频率对车辆上使用的电机施加脉冲来对该电机进行脉冲控制的方
法，该频率已被调整为考虑由该车辆上的一个或多个部件或者允许对可接受的噪声、振动和粗糙度(NVH)的量进行调整的特征引起的NVH。22.如权利要求21所述的方法，进一步包括当该车辆处于第一挡位时以第一频率对该电机施加脉冲，以避免当以该第一挡位运行时该车辆的第一谐振频率，并且当该车辆处于第二挡位时以第二频率对该电机施加脉冲，以避免当以该第二挡位运行时该车辆的第二谐振频率。23.如权利要求21或22所述的方法，进一步包括分别针对该车辆的前轮驱动(FWD)...

【专利技术属性】
技术研发人员：维吉，
申请(专利权)人：图拉E技术公司，
类型：发明
国别省市：