车辆的电机控制系统及其方法与流程

车辆的电机控制系统及其方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年2月10日提交的韩国专利申请no.10-2021-0019006的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于本文中。
技术领域
3.本发明涉及一种电机控制系统及其方法，更具体地，涉及一种用于具有多个电机作为驱动动力源的车辆的电机控制系统及其方法。


背景技术：

4.最近，随着对环境的关注增加，环保车辆变得更加普及。环保车辆是指具有较少有害排放气体，并且使用电机作为驱动动力源(其向车辆提供驱动扭矩)的车辆。环保车辆包括纯电动车辆(ev)、混合动力电动车辆(hev)和燃料电池电动车辆(fcev)。
5.对于使用单个电机作为驱动动力源的车辆，电机所需的扭矩必须由单个电机来完成，因此在调整电机扭矩时难以考虑电机效率。然而，对于由多个电机(例如，同轴布置或具有特定传动比关系)驱动的车辆，与使用单个电机的情况相比，可以提供相对更高的扭矩确定的自由度。
6.在本部分公开的上述信息仅仅用于加深对本发明背景的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

7.本发明旨在提供一种车辆的电机控制系统及其方法，所述车辆具有多个电机作为驱动动力源，所述系统及其方法可以通过利用确定多个电机的扭矩的自由度来实现高效的电机扭矩控制。
8.示例性电机控制系统可以包括：所需扭矩确定部、最佳操作点扭矩确定部和电机扭矩确定部，所述所需扭矩确定部配置为确定与驾驶员所需扭矩相对应的多个电机所需的所需扭矩；所述最佳操作点扭矩确定部配置为根据多个电机中的每一个的当前转速确定多个电机中的每一个的最佳操作点扭矩；所述电机扭矩确定部配置为基于最佳操作点扭矩、通过将所需扭矩分配给多个电机，确定多个电机中的每一个的目标扭矩。
9.电机扭矩确定部可以配置为获取所需扭矩和所有的多个电机的最佳操作点扭矩的总和值之间的差值；通过将与差值相对应的扭矩分配给多个电机获取多个电机的每一个的扭矩校准值；将多个电机中的每一个的最佳操作点扭矩与扭矩校准值相加或者将多个电机中的每一个的最佳操作点扭矩减去扭矩校准值，从而确定目标扭矩。
10.电机扭矩确定部可以配置为：根据多个电机中的每一个的最大限制扭矩，确定用于将与差值相对应的扭矩分配给多个电机的扭矩分配比率。电机扭矩确定部可以配置为：对于具有更高的最大限制扭矩的电机确定更高的扭矩分配比率。电机扭矩确定部可以配置为：根据多个电机中的每一个的当前转速确定最大限制扭矩。相应于确定出所有的多个电
机的最佳操作点扭矩的总和值等于所需扭矩，电机扭矩确定部配置为：将多个电机中的每一个的最佳操作点扭矩确定为目标扭矩。
11.电机控制系统可以进一步包括最佳操作线扭矩映射，所述最佳操作线扭矩映射对于多个电机中的每一个的每个转速定义了与最佳操作线相对应的最佳操作点扭矩。最佳操作点扭矩确定部可以配置为利用最佳操作线扭矩映射确定多个电机中的每一个的最佳操作点扭矩。电机控制系统可以进一步包括电机控制器，所述电机控制器配置为基于目标扭矩执行对多个电机的操作。
12.此外，示例性电机控制方法可以包括：确定与驾驶员所需扭矩相对应的多个电机所需的所需扭矩；根据多个电机中的每一个的当前转速，确定多个电机中的每一个的最佳操作点扭矩；基于最佳操作点扭矩将所需扭矩分配给多个电机，确定多个电机中的每一个的目标扭矩；基于目标扭矩对多个电机进行操作。
13.确定目标扭矩可以包括：获取所需扭矩与所有的多个电机的最佳操作点扭矩的总和值之间的差值；通过将与差值相对应的扭矩分配给多个电机，获取多个电机中的每一个的扭矩校准值；通过将多个电机中的每一个的最佳操作点扭矩与扭矩校准值相加或者将多个电机中的每一个的最佳操作点扭矩减去扭矩校准值，获取目标扭矩。
14.此外，确定目标扭矩可以进一步包括：根据多个电机中的每一个的最大限制扭矩确定用于将与差值相对应的扭矩分配给多个电机的扭矩分配比率；获取扭矩校准值可以包括根据多个电机中的每一个的扭矩分配比率，将与差值相对应的扭矩分配给多个电机。
15.确定扭矩分配比率可以包括：对于具有更高的最大限制扭矩的电机确定更高的扭矩分配比率。确定目标扭矩可以进一步包括：根据多个电机中的每一个的当前转速确定最大限制扭矩。确定目标扭矩可以包括：响应于确定出所有的多个电机的最佳操作点扭矩的总和值等于所需扭矩，将多个电机中的每一个的最佳操作点扭矩确定为目标扭矩。最佳操作点扭矩可以是与多个电机中的每一个的最佳操作线中的当前转速相对应的扭矩值。
16.根据示例性实施方案，在具有多个电机作为驱动动力源的车辆中，可以通过考虑各个电机的最大效率来调整各个电机的输出扭矩，从而能够实现电机扭矩的有效控制，提高燃料效率，并且提高车辆的适销性。
附图说明
17.通过以下结合附图的详细描述，本发明的目的、特征和优点将更加明显，其中：
18.图1示意性地示出了根据示例性实施方案的车辆的电机控制系统；以及
19.图2示意性地示出了根据示例性实施方案的车辆的电机控制方法。
20.附图标记说明：
21.100：电机控制系统
22.110：所需扭矩确定部
23.120：电机速度获取部
24.130：最佳操作线扭矩映射
25.140：最佳操作点扭矩确定部
26.150：最大限制扭矩映射
27.160：电机扭矩确定部
28.170：电机控制器
29.200：电机。
具体实施方式
30.在下文中，将参考附图详细描述本说明书中公开的示例性实施方案。在本说明书中，相同的或相似的组件将由相同的或相似的附图标记表示，并且将省略其重复描述。
31.以下描述中使用的组件的术语“模块”、“部件”、“装置”和/或“单元”仅用于便于描述说明书。因此，这些术语本身并没有将它们彼此区分开来的含义或作用。在描述本说明书的示例性实施方案时，当确定出对本发明相关公知技术的详细描述可能会模糊本发明的主旨时，将省略对其的详细描述。提供附图仅是为了使本说明书中公开的示例性实施方案易于理解，而不是解释为限制本说明书中公开的精神，应当理解，本发明包括在不背离本发明的范围和精神的情况下的所有修改形式、等效形式和替代形式。
32.包括诸如第一、第二等序数的术语将仅用于描述各种组件，并且不应解释为限制这些组件。这些术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开来。
33.应当理解，当一个组件称为“连接”或“联接”到另一个组件时，该组件可以直接连接或联接到另一个组件，或者可以与另一个组件连接或联接到另一个组件，并在其间插入其它组件。此外，应当理解，当一个组件称为“直接连接”或“直接联接”到另一组件时，该组件可以直接连接或直接联接到另一组件而没有其它组件插入其间。
34.将进一步理解，本说明书中使用的术语“包括”和“具有”指定存在所述特征、数值、步骤、操作、组件、部件或其组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数值、步骤、操作、组件、部件或其组合。
35.此外，说明书中使用的诸如“部件”、“装置”、“模块”、“单元”等术语是指处理至少一个功能或操作的单元，并且这些被提及的元件可以通过硬件、软件或硬件和软件的组合实现。
36.虽然示例性实施方案描述为使用多个单元以执行示例性的过程，但是应当理解，示例性的过程也可以由一个或多个模块执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器并且被专门编程为执行本文描述的过程的硬件装置。该存储器配置为存储模块，并且处理器具体配置为执行所述模块以执行以下进一步描述的一个或多个过程。
37.此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非瞬态计算机可读介质，其包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于rom、ram、光碟(cd)-rom、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(controller area network，can)以分布方式存储和执行。
38.除非特别声明或者从上下文显而易见的，本文所使用的术语“大约”理解为在本领域的正常公差范围内，例如在2个平均值的标准差内。“大约”可以理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％的范围内。除非上下文另有明确说明，否则本文提供的所有数值均由术语“大约”修饰。
39.图1示意性地示出了根据示例性实施方案的车辆的电机控制系统，并且作为示例，示出了多个电机安装在变速器的前方并且用作向车辆提供驱动扭矩的驱动动力源。参考图1，根据示例性实施方案的车辆的电机控制系统100可以包括所需扭矩确定部110、电机速度获取部120、最佳操作线(optimal operating line，ool)扭矩映射130、最佳操作点扭矩确定部140、最大限制扭矩映射150、电机扭矩确定部160和电机控制器170。这些组件或部件中的每一个都可以由总控制器来操作。
40.所需扭矩确定部110可以配置为实时收集车辆驾驶信息(例如，车辆的加速踏板操作状态、制动踏板操作状态等)、车辆状态信息(例如，挡位、车速、发动机转速(例如，以每分钟转数(rpm)为单位)、荷电状态(state of charge，soc)等)以及环境参数(例如，道路信息等)，并且可以配置为基于收集的信息确定驾驶员的所需扭矩。
41.当确定出驾驶员的所需扭矩时，所需扭矩确定部110可以配置为确定多个电机200所需的所需扭矩(在下文中，称为“电机所需扭矩”)。具体地，确定出的电机所需扭矩是所有的多个电机200所需的扭矩。可以根据各种已知方案由驾驶员所需扭矩确定电机所需扭矩，并且在此不对其进行详细描述。
42.电机速度获取部120可以配置为获取多个电机200中的每一个的当前转速(例如，以rpm为单位)。例如，如果电机200是联接到车轮的轮内电机，则电机速度获取部120可以包括诸如编码器和霍尔传感器的速度传感器，并且可以配置为利用这种传感器检测各个电机200的当前转速。
43.ool扭矩映射130是对于各个电机200的每个转速定义了与最佳操作线(ool)相对应的扭矩值(即，最佳操作点扭矩)的扭矩映射。ool扭矩映射130可以通过针对各个电机200的特性的实验或仿真来预定义。ool扭矩映射130可以以表格格式存储在存储器(未示出)并使用。
44.最佳操作点扭矩确定部140可以配置为利用ool扭矩映射130确定各个电机200的最佳操作点扭矩。换言之，最佳操作点扭矩确定部140可以配置为通过将由电机速度获取部120获取的各个电机200的当前转速输入到ool扭矩映射130，从ool扭矩映射130获取各个电机200的最佳操作点扭矩。
45.当通过所需扭矩确定部110确定出电机所需扭矩时，电机扭矩确定部160可以配置为通过基于各个电机200的最佳操作点扭矩和最大限制扭矩分配电机所需扭矩，确定各个电机200的目标扭矩。为了确定各个电机200的目标扭矩，电机扭矩确定部160可以首先配置为计算电机所需扭矩与所有的多个电机200的最佳操作点扭矩t
ool
的总和值之间的差值t
diff
，如以下等式1所示。
46.等式1：
[0047][0048]
在上述等式1中，tm为电机所需扭矩，t
ool
(i)为第i个电机200的最佳操作点扭矩，n表示电机数量。
[0049]
当通过上述等式1计算的差值t
diff
等于0时，即，当所有的多个电机200的最佳操作点扭矩t
ool
的总和值等于电机所需扭矩时，电机扭矩确定部160可以配置为将各个电机200
的最佳操作点扭矩确定为相应电机200的目标扭矩。即，当所有的多个电机200的最佳操作点扭矩t
ool
的总和值等于电机所需扭矩时，电机扭矩确定部160将各个电机200的最佳操作点扭矩确定为各个电机200的目标扭矩，因此，各个电机200负责等于其最佳操作点扭矩的电机所需扭矩。
[0050]
然而，当通过上述等式1计算出的差值t
diff
大于0时，即，当所有的多个电机200的最佳操作点扭矩t
ool
的总和值与电机所需扭矩不同时，电机扭矩确定部160可以配置为将与差值t
diff
相对应的扭矩分配给每个电机200，以用作确定各个电机200的目标扭矩的校准值。换言之，当与差值t
diff
相对应的扭矩分配给各个电机200时，电机扭矩确定部160可以配置为通过利用所分配的扭矩校准各个电机200的最佳操作点扭矩来获取各个电机200的目标扭矩。
[0051]
当将与差值t
diff
相对应的扭矩值分配给各个电机200时，电机扭矩确定部160可以配置为基于各个电机200的最大限制扭矩确定分配比率。基于电机200的电机特性和转速，各个电机200的最大限制扭矩可以具有不同的值。例如，当电机200的当前转速约为2000rpm时，第一电机的最大限制扭矩可以约为170nm，而第二电机的最大限制扭矩可以约为210nm。再如，当电机200的当前转速约为4000rpm时，第一电机的最大限制扭矩可以约为80nm，而第二电机的最大限制扭矩可以约为125nm。
[0052]
电机扭矩确定部160可以利用最大限制扭矩映射150确定各个电机200的最大限制扭矩。最大限制扭矩映射150是对于每个转速定义了各个电机200的最大限制扭矩的扭矩映射，并且可以通过针对各个电机200的特性的实验或仿真来预定义。最大限制扭矩映射150可以以表格格式存储在存储器(未示出)中并使用。换言之，电机扭矩确定部160可以配置为通过将由电机速度获取部120获取的各个电机200的当前转速输入到最大限制扭矩映射150，从最大限制扭矩映射150获取各个电机200的最大限制扭矩。
[0053]
当获取到各个电机200的最大限制扭矩时，电机扭矩确定部160可以配置为确定各个电机200的扭矩分配比率w
t
(i)，如以下等式2所示。
[0054]
等式2：
[0055][0056]
在上述等式2中,w
t
(i)为第i个电机200的扭矩分配比率，t
l
(i)为第i个电机200的最大限制扭矩。
[0057]
参考等式2，可以利用各个电机200的最大限制扭矩相对于所有的电机200的最大限制扭矩的总和值的比率确定各个电机200的扭矩分配比率w
t
(i)。因此，当根据如此确定出的扭矩分配比率w
t
(i)分配扭矩时，对于具有更高的最大限制扭矩的电机，可以分配更大的扭矩。
[0058]
如上所述，当确定出各个电机200的扭矩分配比率w
t
(i)时，电机扭矩确定部160可以配置为根据各个电机200的扭矩分配比率w
t
(i)，分配与电机所需扭矩和所有的电机200的最佳操作点扭矩t
ool
(i)的总和值之间的差值t
diff
相对应的扭矩值。分配的扭矩可以用作通过校准各个电机200的最佳操作点扭矩来确定目标扭矩的扭矩校准值。下述等式3表示通过校准各个电机200的最佳操作点扭矩来确定各个电机200的目标扭矩的方法。
[0059]
等式3：
[0060]
t
t
(i)＝t
ool
(i) (t
diff
×wt
(i))
[0061]
在上述等式3中，t
t
(i)为第i个电机200的目标扭矩。
[0062]
参考上述等式3，电机扭矩确定部160可以配置为将各个电机200的最佳操作点扭矩t
ool
(i)与基于扭矩分配比率w
t
(i)分配给各个电机200的扭矩相加，或者(相应地)将各个电机200的最佳操作点扭矩t
ool
(i)减去基于扭矩分配比率w
t
(i)分配给各个电机200的扭矩，从而确定各个电机200的目标扭矩。响应于确定出所有的电机200的最佳操作点扭矩t
ool
的总和值小于电机所需扭矩tm，电机扭矩确定部160可以配置为通过将各个电机200的最佳操作点扭矩t
ool
(i)与分配给各个电机200的扭矩相加，确定各个电机200的目标扭矩。响应于确定出所有的电机200的最佳操作点扭矩t
ool
的总和值大于电机所需扭矩tm，电机扭矩确定部160可以配置为通过将各个电机200的最佳操作点扭矩t
ool
(i)减去分配给各个电机200的扭矩来确定各个电机200的目标扭矩。当由电机扭矩确定部160确定出各个电机200的目标扭矩时，电机控制器170可以配置为操作各个电机200，从而使各个电机200的输出扭矩收敛至目标扭矩。
[0063]
在上述的车辆的电机控制系统100中，构成车辆的电机控制系统100的元件(即，所需扭矩确定部110、电机速度获取部120、最佳操作点扭矩确定部140、电机扭矩确定部160和电机控制器170)的功能和操作可以通过安装在车辆内的至少一个控制器(例如，混合控制单元(hybrid control unit，hcu)、电机控制单元(motor control unit，mcu))执行。此外，这种控制器可以包括可以实现为至少一个中央处理单元(cpu)或另一芯片组的处理器、微处理器等。
[0064]
图2示意性地示出了根据示例性实施方案的车辆的电机控制方法。图2所示的方法可以通过以上参考图1描述的车辆的电机控制系统100来执行。下文描述的方法可以由控制器执行。参考图2，在步骤s10中，当确定出驾驶员所需扭矩时，根据示例性实施方案的车辆的电机控制系统100可以配置为确定全部的电机所需的电机所需扭矩。具体地，车辆的电机控制系统100可以配置为基于车辆驾驶信息(例如，车辆的加速踏板操作状态、制动踏板操作状态等)、车辆状态信息(例如，挡位、车速、发动机转速(例如，以rpm为单位)、荷电状态(soc)等)、环境参数(例如，道路信息)等确定驾驶员的所需扭矩。
[0065]
此外，在步骤s11中，车辆的电机控制系统100可以配置为根据各个电机200的当前转速确定各个电机200的最佳操作点扭矩。在步骤s11中，车辆的电机控制系统100可以配置为利用存储在存储器(未示出)中的ool扭矩映射130确定各个电机200的最佳操作点扭矩。ool扭矩映射130定义了最佳操作点扭矩，所述最佳操作点扭矩是与各个电机200的每个转速的最佳操作线(ool)相对应的扭矩值。因此，车辆的电机控制系统100可以配置为通过将各个电机200的当前转速输入到ool扭矩映射130，从ool扭矩映射130获取各个电机200的最佳操作点扭矩。
[0066]
当确定出各个电机200的最佳操作点扭矩时，车辆的电机控制系统100可以配置为对所有的各个电机200的最佳操作点扭矩求和，以获取全部的电机200的最佳操作点扭矩的总和值。另外，在步骤s12中，车辆的电机控制系统100可以配置为将获取的全部的电机200的最佳操作点扭矩的总和值与通过步骤s10确定出的电机所需扭矩进行比较，并确定两个值是否相等。
[0067]
当在步骤s12中确定出全部的电机200的最佳操作点扭矩的总和值等于电机所需
扭矩时(s12-是)，在步骤s13中，车辆的电机控制系统100可以配置为将各个电机200的最佳操作点扭矩确定为各个电机200的目标扭矩。然而，当在步骤s12中确定出全部的电机200的最佳操作点扭矩的总和值与电机所需扭矩不同时(s12-否)，在步骤s14中，车辆的电机控制系统100可以配置为根据各个电机200的最大限制扭矩确定用于将与两个值的差值对应的扭矩分配给各个电机200的扭矩分配比率。在步骤s14中，可以基于各个电机200的当前转速确定各个电机200的最大限制扭矩。
[0068]
当通过步骤s14确定出各个电机200的扭矩分配比率时，在步骤s15中，车辆的电机控制系统100可以配置为基于各个电机200的扭矩分配比率，将与电机所需扭矩和全部的电机200的最佳操作点扭矩的总和值之间的差值相对应的扭矩分配给各个电机200。此外，在步骤s16中，车辆的电机控制系统100可以配置为将各个电机200的最佳操作点扭矩与根据扭矩分配比率分配给各个电机200的扭矩相加，或将各个电机200的最佳操作点扭矩减去根据扭矩分配比率分配给各个电机200的扭矩，从而确定各个电机200的目标扭矩。
[0069]
在步骤s16中，响应于确定出全部的电机200的最佳操作点扭矩的总和值小于电机所需扭矩，车辆的电机控制系统100可以配置为通过将各个电机200的最佳操作点扭矩与通过步骤15分配给各个电机200的扭矩相加，来确定各个电机200的目标扭矩。然而，响应于确定出全部的电机200的最佳操作点扭矩的总和值大于电机所需扭矩，车辆的电机控制系统100可以配置为通过将各个电机200的最佳操作点扭矩减去通过步骤15分配给各个电机200的扭矩，来确定各个电机200的目标扭矩。当通过上述步骤s13或步骤s16确定出各个电机200的目标扭矩时，在步骤s17中，车辆的电机控制系统100可以配置为根据各个电机200的目标扭矩操作相应电机200。
[0070]
根据上述实施方案，在具有多个电机作为驱动动力源的车辆中，执行考虑到各个电机的最佳操作线的电机扭矩控制，从而提高电机的效率，提高车辆的燃料效率，并且提高车辆的适销性。根据上述实施方案的车辆的电机控制方法可以通过软件来执行。当利用软件执行时，本发明的组件是执行必要步骤的代码段。程序或代码段可以存储在处理器可读介质中，或通过与传输介质或通信网络中的载波结合的计算机数据信号来传输。
[0071]
非瞬态计算机可读介质包括存储可以由计算机系统读取的数据的所有类型的记录装置。计算机可读记录装置的示例包括rom、ram、cd-rom、dvd-rom、dvd-ram、磁带、软盘、硬盘、光学数据存储器等。此外，非瞬态计算机可读介质可以分布到经由网络连接到另一计算机设备的计算机设备，从而使计算机可读代码可以以分布式的方式存储和执行。
[0072]
目前所参考的附图和所描述的公开内容的详细描述仅为本发明的示例，其仅用于描述本发明的目的，并不用于限制权利要求中描述的本发明的含义或范围。因此，本领域的普通技术人员可以容易地选择和替换这样的示例。此外，本领域普通技术人员可以在不降低性能的情况下省略本说明书中描述的一些构成元件，或者增加构成元件以提高性能。此外，本领域普通技术人员可以根据工艺环境或设备改变本说明书中描述的方法步骤的顺序。因此，本发明的范围不应由所描述的实施方案来确定，而应由权利要求及其等效形式来确定。