用于电动车辆的牵引系统技术方案

使用固定频率、固定持续时间的脉冲流来控制用于具有一个或多个电动机的电动车辆或混合动力车辆的一个或多个电动机的动力开关。脉冲系统的优点是比起模拟系统更好的动力效率和系统简单性。利用单脉冲的系统校准的能力允许该系统可以在任何状况下使用，并且实时适应状况的变化。通过充分利用起动摩擦系数或静摩擦系数，这样的系统和方法提供了比其他的电气系统更好的加速。该系统和方法提供了不打滑的牵引力控制系统，并且脉冲流的关断状态的使用优于用于同样目的的制动系统的使用，该制动系统浪费动力并且引起机械磨损。此外，描述了相关的计算机程序产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请基于并要求在2009年10月30日提交的US申请No. 12/609, 545的优先权，通过引用的方式将其全部内容并入本文。
技术介绍
电动机可以以非常低的每分钟转速(RPM)呈现高的扭矩输出。内燃机，在低RPM处具有非常低的扭矩，它们的扭矩随着RPM的增加而增加到处于最大值的峰值，通常超过1000RPM。然而，由于较高的扭矩将引起汽车的被驱动的车轮打滑或滑动，所以电动机的较高的扭矩不能被有效地利用。轮式汽车的最大可能加速度由物理定律，具体地说由摩擦系 数所限定。在两个表面之间的摩擦系数有两个截然不同的部分滑动摩擦系数(也被称为仅仅是摩擦系数)，和起动摩擦系数(也称为静摩擦系数)。为了易于讨论，滑动摩擦系数可以被表示成Cslide,而起动摩擦系数可以被表示成Cstart。滑动摩擦系数Cslide定义了使物体保持在表面上滑动所需要的力，具体地，F= (W)X(Cslide),其中，F是使重量为W的物体保持在表面上滑动所需要的力，对应由物体及其滑动所在的表面组成的两种材料，该表面具有Cslide (滑动摩擦系数)。Cslide取决于该两种材料并且不依赖于适度的速度(moderatespeed)，尽管它在超过30-40英尺每秒时通常略微减小。Cslide小于I. O并且对于位于相同表面上的相同物体总是小于Cstart,即对于任何给定表面上的任何给定材料，Cstart > CslideO静摩擦系数Cstart指的是使静止的物体开始在表面上滑动所需要的力。使物体开始滑动所需要的力是F = (Cstart)X(W)。Cstart大于Cslide,所以一旦物体开始滑动,则它需要较小的力来保持物体滑动。给予汽车的加速度由摩擦系数所限定，即，A = F/M，其中A =加速度，F =施加给汽车的力，并且M=汽车的质量。由于用于加速度的力F被摩擦系数限制，因此加速度被Cslide 和 Cstart 限制。滑动的车轮可以给予汽车向前的力，该向前的力等于取决于滑动摩擦系数的力，即F = (W)X(Cslide)，其中F是所给予的用于加速度的力，Cslide是被驱动的车轮的轮胎与道路之间的滑动摩擦系数(其随着道路表面的类型、以及诸如温度、湿度等等的条件而显著变化)，以及W是轮胎在道路表面上的重量总和。如果车轮不打滑，那么用于加速度的向前的力可以高达F= (W)X(Cstart)。由于Cstart > Cslide，所以只要车轮不打滑或滑动，则可能的加速度更大。因此，与当轮胎的表面相对于道路的表面滑动或打滑时相比，当轮胎的表面相对于道路的表面静止时，轮胎在道路上的牵引力明显更高。这不意味着轮胎不移动；事实上，轮胎可以以较大的速度行进，但是如果轮胎以正确的速率旋转，则轮胎的底部表面将与道路的表面接触轮胎所处于的速度相匹配；即，轮胎在道路上滚动。重要的是，轮胎和道路的两个表面在该两个表面接触时是相对于彼此瞬时静止的。因此在该情况下的牵引力由Cstart所限定。如果轮胎和道路的两个表面是相对移动的，那么牵引力由Cslide所限定。由于Cstart> Cslide，在第一种情形下的牵引力极大地超过第二种情形下的牵引力。该原理正是用于许多防抱死制动系统(“ABS”)的基础，该防抱死制动系统在检测到车轮打滑时减少制动作用，允许轮胎靠惯性滑行(freewheel)，并且允许轮胎重建零相对速度并且由此为Cstart提供条件。之前的用于具有内燃机或电动机的车辆的牵引技术在各种道路条件下并且以最佳的能量效率向驱动轮施加扭矩的性能有限。
技术实现思路
应当理解的是，本公开的前述概述和随后的详细描述是示例性和解释性的，并且不被认为是限定本公开的范围。而且，关于本文所使用的术语，对以单数形式的元件的引用，除非特别指明，并不被认为表示“一个且仅仅一个”，而是表示“一个或多个”。术语“一些”指的是一个或多个。加下划线和/或斜体的标题及副标题仅仅为了便利的目的而采用，不对本公开进行限定，并且不与本公开的说明书的解释有关。 本公开的方面和实施例解决了用于电动车辆的先前牵引技术的先前问题，并且涉及使用固定频率、固定持续时间的脉冲流来控制用于电动车(或混合动力汽车)的电动机的动力开关。该基于脉冲的技术的优点包括比起模拟系统更好的动力效率和系统简单性。利用单个脉冲校准的能力允许该技术在任何状况下使用，并且还用于实时适应道路表面状况和加速需求的改变。这些固定频率、固定持续时间的脉冲技术通过充分利用起动(或静止)摩擦系数，能够提供比起其他电气系统更高的加速度。固定频率固定持续时间(FFFD)的脉冲在提供用于精确控制的非常准确的动力脉冲方面，优于脉宽调制(PWM)和可变频率脉冲。FFFD脉冲利用每个脉冲供应近乎准确的动力包，由此允许以近乎同样的包对车轮进行准确的动力测量，并因此在车轮从Cstart状况脱离前，充分地对车轮使用力。本公开的系统和方法可以提供不打滑的牵引力控制。脉冲流的关断状态的使用十分优于用于同样目的的ABS制动系统的使用，该ABS制动系统浪费动力并且引起机械磨损，这是因为常规的ABS利用制动力而不是加速力。本领域技术人员将认识到，本公开的实施例和/或部分实施例可以在计算机可读存储介质(例如，硬件、软件、固件或其任意组合)中执行或利用该计算机可读存储介质来执行，且可以被分布在一个或多个网络上。本文中所描述的步骤，包括对由本公开的实施例所利用和/或产生的公式和/或数学模型进行推导、学习或计算的处理功能，可以由一个或多个诸如中央处理器(CPU)之类的适当的处理器进行处理，该处理器执行以任何适当语言(依赖于机器或不依赖于机器的)形式的适当代码/指令。此外，本公开的实施例可以以信号和/或载波的形式实施，例如通过通信信道发送的控制信号。而且，实施本公开的方法、过程和/或算法的软件可以以电信号的形式实施或可以由电信号承载，例如用于从互联网上下载。尽管本文联系特定实施例描述了本公开的方面，但是应当注意的是，本领域的技术人员可以在本公开的精神内做出变型。根据本文的说明书、附图和权利要求书，本公开的实施例的其他特征将变得清楚。附图说明在结合附图一起阅读下面的说明之后，可以更完全地理解本公开的方面，该附图本质上应当被看作说明性的，而不是限定性的。该附图不是必然成比例的，相反重点放在本公开的原理上。在附图中图I描绘了处于相对于下面表面的加载和滑动的不同状态的轮胎和车轮的示意性截面图；图2描绘了根据本公开的实施例的对应不同加载和空转状况的车轮和轮胎的动力学的四个曲线图㈧力-时间，⑶车轮RPM-时间，(C)所施加的扭矩，以及⑶力-时间；图3描绘了两组图(A)-(B)，其说明了本公开的实施例如何能够通过将扭矩接通脉冲同步到车辆的四个车轮来提供加速中的最大推动力； 图4描绘了用于建立固定频率固定持续时间的脉冲流的示例性算法或流程图，该脉冲流用于控制被送往为一个或多个车轮供应动力的电动机的动力；图5描绘了用于利用固定频率固定持续时间的脉冲流来为四轮驱动车辆供应动力的示例性算法或流程图；以及图6描绘了根据本公开的实施例的示例性系统的矩形图。尽管附图中描绘了特定的实施例，本领域技术人员将认识到，所描述的实施例是说明性的，并且可以在本公开的范围内设想和实践所示出的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.30 US 12/609,5451.一种用于控制被施加到车辆的一个或多个驱动车轮的动力的系统，该系统包括 电动机，其被配置和布置为供应用于驱动车轮的动力； 车轮，其被配置和布置为接收来自所述电动机的动力； 控制器，其被配置和布置为(i)接收用于所述车轮的加速命令和车轮打滑信息作为输入，以及(ii)生成用于驱动所述车轮的所述电动机的控制信号作为输出，其中所述控制信号包括时序周期，所述时序周期内具有一系列的固定持续时间和固定频率的脉冲，以使得在所述时序周期的接通部分期间，电流流到所述电动机；以及 电流开关，其被连接到所述电动机，所述电流开关包括用于接收所述控制信号的输入端，以便根据所述时序周期将所述开关设置在接通状态和关断状态中的一个。2.根据权利要求I所述的系统，其中，所述控制器被配置和布置为调整固定频率和固定持续时间的所述脉冲的所述时序周期。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器被配置和布置为基于所感测的所述驱动车轮的摩擦系数来调整所述时序周期。4.根据权利要求I所述的系统，其中，所述控制器被配置和布置为对被供应给所述车轮的所述动力提供实时调整，其中能够适应改变的牵引力状况。5.根据权利要求I所述的系统，其中，所述系统被配置和布置用于自动测量、存储和使用用于所述接通脉冲的脉冲长度。6.根据权利要求I所述的系统，其中，所述系统被配置和布置用于自动测量、存储和使用用于所述关断脉冲的脉冲长度。7.根据权利要求I所述的系统，其中，所述车轮打滑信息包括起动摩擦系数和/或滑动摩擦系数。8.根据权利要求I所述的系统，还包括第二电动机、第二车轮和第二电流开关，其中，所述控制器被配置和布置为(i)接收用于所述第二车轮的加速命令和车轮打滑信息作为输入，以及(ii)生成用于驱动所述第二车轮的所述第二电动机的控制信号作为输出，其中所述控制信号包括时序周期，所述时序周期内具有一系列固定持续时间和固定频率的脉冲，以使得在所述时序周期的接通部分期间，电流流到所述第二电动机，并且其中所述第二电流开关被连接到所述第二电动机，并且所述第二电流开关包括用于接收所述控制信号的输入端，以便根据所述时序周期来将所述第二电流开关设置在接通状态和关断状态中的一个。9.根据权利要求I所述的系统，还包括第三电动机、第三车轮和第三电流开关，其中，所述控制器被配置和布置为(i)接收用于所述第三车轮的加速命令和车轮打滑信息作为输入，以及(ii)生成用于驱动所述第三车轮的所述第三电动机的控制信号作为输出，其中所述控制信号包括时序周期，所述时序周期内具有一系列固定持续时间和固定频率的脉冲，以使得在所述时序周期的接通部分期间，电流流到所述第三电动机，并且其中所述第三电流开关被连接到所述第三电动机，并且所述第三电流开关包括用于接收所述控制信号的输入端，以便根据所述时序周期来将所述第三电流开关设置在接通状态和关断状态中的一个。10.根据权利要求I所述的系统，还包括第四电动机和第四车轮，其中，所述控制器被配置和布置为(i)接收用于所述第四车轮的加速命令和车轮打滑信息作为输入，以及(ii)生成用于驱动所述第四车轮的所述第四电动机的控制信号作为输出，其中所述控制信号包括时序周期，所述时序周期内具有一系列固定持续时间和固定频率的脉冲，以使得在所述时序周期的接通部分期间，电流流到所述第四电动机，并且其中所述第四电流开关被连接到所述第四电动机，并且所述第四电流开关包括用于接收所述控制信号的输入端，以便根据所述时序周期来将所述第四电流开关设置在接通状态和关断状态中的一个。11.根据权利要求I所述的系统，其中，所述电流开关控制信号的每个脉冲的持续时间等于所述时序周期内的脉冲之间的时间段。12.根据权利要求I所述的系统，其中，所述控制信号的每个脉冲的持续时间小于或等于所述时序周期内的脉冲之间的时间段。13.根据权利要求I所述的系统，其中，对应于所述电动机的从零到最大加速的加速水平，所述时序周期内的脉冲的数目从零变化到最大数目。14.根据权利要求I所述的系统，还包括处理系统，所述处理系统用于生成被供应到所 述电流开关的所述电流开关控制信号，并且用于安排所述时序周期内的每个脉冲的开始和结束的时间。15.根据权利要求I所述的系统，其中，所述时序周期的长度是恒定的，并且通过改变从一个时序周期到另一个时序周期的脉冲的数目来使所述车辆的加速度变化。16.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器被配置和布置为提供对被提供给所述四个电动机的脉冲的同步，来用于同步的四轮驱动操作。17.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器被配置和布置为检测哪些车轮具有包括在被提供给所述车轮的同步的动力脉冲中的最小可接受牵引力。18.根据权利要求17所述的系统，其中，最小可接受牵引力的检测是基于滑动开始出现之如的最小时间。19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述最小时间大约是15毫秒。20.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器被配置和布置为检测哪些车轮具有包括在被提供给所述车轮的同步的动力脉冲中的最小可接受牵引力。21.根据权利要求20所述的系统，其中，最小可接受牵引力的检测是基于滑动开始出现之如的最小时间。22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述最小时间大约是15毫秒。23.一种用于控制被施加到一个或多个电动机的动力的方法，所述一个或多个电动机率禹合到电动车辆的一个或多个车轮，所述方法包括 提供时序周期； 确定由一个或多个电驱动车轮提供动力的车辆的期望加速速率； 生成控制信号，所述控制信号包括与所述期望加速速率对应的位于所述时序周期内的一系列固定持...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·D·雅尔布特，B·王，
申请(专利权)人：LSI工业公司，
类型：
国别省市：