用于车辆的电气化传动系统

技术领域

本发明涉及用于车辆的电气化传动系统。

背景技术

采用电气化传动系统的车辆需要提供辅助功能的车载装置，诸如包括空调压缩机和加热器芯的HVAC（暖通空调，即，供暖-通风-空调）装置。在采用内燃机的车辆上，此类功能由附件装置提供，该附件装置由附件皮带传动装置并由包括散热器和其他热交换器的冷却剂循环系统驱动。在电气化车辆上，冷却剂循环系统和附件皮带驱动系统可能不可用，并且此类功能可能由各独立系统提供，包括例如驱动空调压缩机和电动辐射热发生器的独立电机。此类独立系统消耗包装空间，增加线束的复杂性，增加车辆的重量，并且增加成本。

发明内容

本文所述的概念提供了一种用于车辆的电气化传动系统的创新性布置，其包括第一电机、第二电机、离合器、HVAC压缩机和控制器。第二电机可旋转地联接至齿轮系，第一电机可旋转地联接至HVAC压缩机，并且可经由离合器可旋转地联接至齿轮系，并且离合器在第一状态和第二状态下可操作。当离合器被控制到第一状态时，第一电机可旋转地联接至齿轮系，并且当离合器被控制到第二状态时，第一电机与齿轮系断开连接。控制器可操作地连接至第一和第二电机、离合器和HVAC压缩机，以控制电气化传动系统的操作。

本公开的一方面包括当离合器被控制到第一状态时，第一电机经由第二电机可旋转地联接至齿轮系。

本公开的另一方面包括当离合器被控制到第一状态时，第一电机直接可旋转地联接至齿轮系。

本公开的另一方面包括控制器，该控制器控制第一电机和HVAC离合器以操作HVAC压缩机。

本公开的另一方面包括控制器，该控制器控制第一电机以生成传递至齿轮系的牵引扭矩。

本公开的另一方面包括冷却剂回路，该冷却剂回路包括与第一电机热接触的第一冷却套、车厢热交换器和与DC电源热接触的第二冷却剂套，其中控制器可操作以控制第一电机以生成可由冷却剂回路回收的热能。

本公开的另一方面包括可操作以控制第一电机以生成可由冷却剂回路回收的热能的控制器，包括可操作以控制第一电机以在空载状态下为HVAC压缩机供电的控制器。

本公开的另一方面包括控制器，该控制器控制第一电机以操作HVAC压缩机并生成传递至齿轮系的牵引扭矩。

本公开的另一方面包括控制器，该控制器控制第一电机以操作HVAC压缩机并生成可由冷却剂回路回收的热能。

本公开的另一方面包括控制器，该控制器控制第一电机以生成传递至齿轮系的牵引扭矩，并且生成可由冷却剂回路回收的热能。

本公开的另一方面包括控制器，该控制器控制第一电机以操作HVAC压缩机，并生成传递至齿轮系的牵引扭矩，并且生成可由冷却剂回路回收的热能。

本公开的另一方面包括控制器，该控制器控制处于空转状态的第一电机。

本发明提供以下技术方案：

1. 一种用于车辆的电气化传动系统，包括：

第一电机、第二电机、离合器、冷却剂回路、HVAC（暖通空调）压缩机和控制器；

其中所述第二电机可旋转地联接至齿轮系；

其中所述第一电机可旋转地联接至所述HVAC压缩机，并且可经由所述离合器可旋转地联接至所述齿轮系；

其中所述离合器在第一状态和第二状态中可操作；

其中当所述离合器被控制到所述第一状态时，所述第一电机可旋转地联接至所述齿轮系；

其中当所述离合器被控制到所述第二状态时，所述第一电机与所述齿轮系断开连接；以及

其中所述控制器可操作地连接至所述第一和第二电机、所述离合器和所述HVAC压缩机，以控制所述电气化传动系统的操作。

2. 如方案1所述的电气化传动系统，其包括当所述离合器被控制到所述第一状态时，所述第一电机经由所述第二电机可旋转地联接至所述齿轮系。

3. 如方案1所述的电气化传动系统，其包括当所述离合器被控制到所述第一状态时，所述第一电机直接可旋转地联接至所述齿轮系。

4. 如方案1所述的电气化传动系统，其中所述控制器控制所述第一电机和HVAC离合器以操作所述HVAC压缩机。

5. 如方案1所述的电气化传动系统，其中所述控制器控制所述第一电机以生成传递至所述齿轮系的牵引扭矩。

6. 如方案1所述的电气化传动系统，其还包括冷却剂回路，所述冷却剂回路包括与所述第一电机热接触的第一冷却套、车厢热交换器和与DC电源热接触的第二冷却剂套；

其中所述控制器可操作以控制所述第一电机以生成可由所述冷却剂回路回收的热能。

7. 如方案6所述的电气化传动系统，其中所述控制器可操作以控制所述第一电机以生成可由所述冷却剂回路回收的热能包括：所述控制器可操作以控制所述第一电机在空载状态下为所述HVAC压缩机供电。

8. 如方案1所述的电气化传动系统，其中所述控制器控制所述第一电机以操作所述HVAC压缩机并生成传递至所述齿轮系的牵引扭矩。

9. 如方案1所述的电气化传动系统，其中所述控制器控制所述第一电机以操作所述HVAC压缩机并生成可由所述冷却剂回路回收的热能。

10. 如方案1所述的电气化传动系统，其中所述控制器控制所述第一电机以生成传递至所述齿轮系的牵引扭矩，并且生成可由所述冷却剂回路回收的热能。

11. 如方案1所述的电气化传动系统，其中所述控制器控制所述第一电机以操作所述HVAC压缩机，并生成传递至所述齿轮系的牵引扭矩，并且生成可由所述冷却剂回路回收的热能。

12. 如方案1所述的电气化传动系统，其中所述控制器控制处于空转状态的所述第一电机。

13. 一种用于车辆的电气化传动系统，其包含：

第一电机、第二电机、离合器和HVAC压缩机；

其中所述第二电机可旋转地联接至齿轮系；

其中所述第一电机可旋转地联接至所述HVAC压缩机，并且可经由所述离合器可旋转地联接至所述齿轮系；

其中当所述离合器被控制到第一状态时，所述第一电机可旋转地联接至所述齿轮系；

其中当所述离合器被控制到第二状态时，所述第一电机与所述齿轮系断开连接。

14. 如方案13所述的电气化传动系统，其中所述第一电机操作以生成传递至所述HVAC压缩机的扭矩。

15. 如方案13所述的电气化传动系统，其中所述第一电机操作以生成传递至所述齿轮系的扭矩。

16. 如方案13所述的电气化传动系统，其中所述第一电机包括冷却剂回路，并且其中所述第一电机操作以生成可由所述冷却剂回路回收的热能。

17. 如方案13所述的电气化传动系统，其中所述第一电机操作以生成传递至所述HVAC压缩机的扭矩，并且操作以生成传递至所述齿轮系的扭矩。

18. 如方案13所述的电气化传动系统，其中所述第一电机包括冷却剂回路，其中所述第一电机操作以生成传递至所述HVAC压缩机的扭矩，并且操作以生成可由所述冷却剂回路回收的热能。

19. 如方案13所述的电气化传动系统，其中所述第一电机包括冷却剂回路，并且其中所述第一电机操作以生成传递至所述齿轮系的扭矩，并且操作以生成可由所述冷却剂回路回收的热能。

20. 如方案13所述的电气化传动系统，其中所述第一电机包括冷却剂回路，其中所述第一电机操作以生成传递至所述HVAC压缩机的扭矩，操作以生成传递至所述齿轮系的扭矩，并且操作以生成可由所述冷却剂回路回收的热能。

当结合附图时，本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面对用于实施本教导的最佳模式和其他实施例中的一些（如所附权利要求中限定的）的详细描述中变得明白。

附图说明

现在将参考附图通过示例描述一个或多个实施例，在附图中：

图1示意性地示出了根据本公开的用于车辆的电气化传动系统的实施例。

应理解，附图不一定按比例绘制，并且呈现了如本文所公开的本公开的各种优选特征的稍微简化的表示，包括例如特定的尺寸、取向、位置和形状。与此类特征相关联的详细信息将部分由特定的预期应用和使用环境决定。

具体实施方式

如本文描述和图示的，所公开的实施例的部件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下详细描述并非旨在限制所要求保护的本公开的范围，而是仅仅代表其可能的实施例。另外，尽管在以下描述中阐述了许多具体细节，以便提供对本文公开的实施例的透彻理解，但是一些实施例可在没有这些细节中的一些的情况下实践。此外，为了清楚起见，没有详细描述相关领域中理解的某些技术材料，以避免不必要地模糊本公开。仅出于方便和清楚的目的，可相对于附图使用诸如顶部、底部、左、右、向上、上方、上面、下方、下面、后和前的方向性术语。这些和类似的方向性术语不应解释为限制本公开的范围。此外，如本文所图示和描述的，本公开可在不存在本文未具体公开的元件的情况下实践。此外，无意受在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中提出的任何明示或暗示的理论约束。此外，应理解，在所有附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。术语“第一”、“第二”等用于区分相同的元件，并且不表示顺序、数量、优先级或重要性。术语“一（a）”和“一个（an）”等用于表示存在所引用的项目中的至少一个，并且不表示数量上的限制。

参考附图，图1示意性地示出了用于车辆100的电气化传动系统10的实施例。车辆100可包括但不限于以商用车辆、工业车辆、农用车辆、乘用车辆、飞行器、船只、火车、全地形车辆、个人移动设备、机器人等形式的移动平台，以实现本公开的目的。

电气化传动系统10机械地可旋转地联接至齿轮系30，以将机械动力传递至车辆100的一个或多个驱动轮20，并且其操作由控制器50监控和控制。控制器50可被配置为单个控制器，或者替代地被配置为多个控制器，这些控制器被布置成监控来自传感器的输入并响应于操作员命令而执行算法以控制致动器。电力由包括DC电源44和高压总线42的高压电力系统40供应。

电气化传动系统10包括第一电机12和第二电机14，其中第二电机14可旋转地联接至齿轮系30，并且第一电机12可经由离合器C1 36的致动可旋转地联接至第二电机14（由实线描绘），或者替代地，第一电机12可经由离合器C1 36的致动可旋转地联接至齿轮系30（由虚线描绘）。离合器C1 36在第一状态或第二状态下可操作。当离合器C1 36被控制到第一状态时，第一电机12可旋转地联接至第二电机14。当离合器C1 36被控制到第二状态时，第一电机12与第二电机14断开连接。在替代实施例中，当离合器C1 36被控制到第一状态时，第一电机12直接可旋转地联接至齿轮系30，并且当离合器C1 36被控制到第二状态时，第一电机12可旋转地与齿轮系30断开连接，并且因此与第二电机14断开连接。

齿轮系30包括被布置成在第一电机12和第二电机14与传动系38之间提供速度和/或扭矩转换的单个齿轮、啮合齿轮、差速齿轮、离合器、滑轮、链传动装置等中的任何一种或组合。

传动系38被设置成经由轮轴、差速器齿轮组或另一装置在齿轮系30和驱动轮20之间传递牵引扭矩。传动系38可被布置成单轮配置、前轮驱动配置、后轮驱动配置、四轮驱动配置、全轮驱动配置或其他合适的配置。传动系38被配置为经由驱动轮20在第一和/或第二电机12、14、齿轮系30和路面之间传递牵引力。传动系38是说明性的，并且本文描述的概念适用于其他传动系统。

第一电机12和第二电机14被配置为多相电动机/发电机，并且可包括能够用作电动机操作以生成扭矩或用作发电机操作以生成电力的任何电动机/发电机装置。例如，第一电机12和第二电机14可由被配置为多相无刷电动机-发电机或类似装置。在一个实施例中，第二电机14被布置成为车辆推进提供牵引动力。在一个实施例中，第一电机12的尺寸适于提供辅助动力。第一电机12和第二电机14电连接至各自的功率逆变器（未示出），该功率逆变器可为集成的或独立的装置。每个功率逆变器可配置有控制器和控制电路，该控制器和控制电路包括功率晶体管，例如用于将DC电力转换成AC电力并将AC电力转换成DC电力的集成栅双极型晶体管（IGBT）。控制器可采用IGBT的脉冲宽度调制（PWM）控制，以将源自DC电源44的存储的DC电力转换为AC电力，以驱动相应的第一或第二电机12、14以生成扭矩。类似地，控制器可采用IGBT的PWM控制，将传递至相应的第一或第二电机12、14的机械电力转换为DC电力，以生成可存储在DC电源44中的电能，包括作为再生制动控制策略的一部分。逆变器的控制器从控制器50接收电动机控制命令，并且控制逆变器状态以提供期望的电动机驱动操作或再生制动操作。所生成的电力可存储在DC电源44中，或者作为电流被供应以将电力提供给诸如辐射热交换器的辅助电力系统。第一电机12和第二电机14可包括其他电动装置，包括例如电动机位置传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器等中的一个或多个。第一电机12和第二电机14可包括热管理部件，以冷却第一电机12和第二电机14以及电气部件等。在一个实施例中，热管理部件可包括围绕第一电机12的定子的壳体设置的第一冷却套16。

DC电源44被布置成以合适的电压电平供应电力，并且可包括例如多电池锂离子装置、超级电容器或另一装置。与DC电源44有关的监控参数可包括电荷状态（SOC）、装置温度等。在一个实施例中，当车辆100静止时，DC电源44可经由车载电池充电器电连接至远程非车载电源，用于充电。在一个实施例中，DC电源44可被配置为在标称48伏DC电压电平。替代地，DC电源48可被配置为在标称300伏DC电压电平，或者如可选择的另一合适的电压电平。

热管理部件是冷却剂回路32的元件，在一个实施例中，冷却剂回路32包括与第一电机12热接触的第一冷却套16、车厢热交换器18和与DC电源44热接触的第二冷却剂套46。第一冷却套16经由流体冷却剂回路32流体连接至车厢热交换器18和设置在DC电源44上的第二冷却剂套46。在一个实施例中，流体冷却剂回路32包括流体泵26和贮存器，用于在其中循环流体冷却剂。

第一电机12可旋转地联接至HVAC压缩机34，并且可经由离合器36直接或替代地经由第二电机14可旋转地联接至齿轮系30。HVAC压缩机34是HVAC系统35的元件，并且在一个实施例中被配置为机械涡旋压缩机，或者在另一个可能的实施例中被配置为活塞式压缩机。HVAC压缩机34的操作经由由控制器50控制的可控离合器33来控制。HVAC压缩机34经由可旋转的轴、齿轮传动装置、皮带传动装置或另一扭矩传递装置可旋转地联接至第一电机12。

控制器50可直接地或者经由通信总线，与操作员接口（未示出）通信，并且进行操作以提供多个控制装置的分级控制，以实现对各独立元件（包括例如第一电机12和第二电机14、DC电源44、离合器C1 36以及HVAC离合器33）的操作控制，以监控其操作和控制其操作。第一电机12可为多用途电动机，其同时地、独立地或者以任何组合的方式可用作联接至传动系38的牵引电动机、用作联接至HVAC压缩机34的压缩机电动机以及用作经由冷却剂回路32的电加热装置。

控制器50可操作地连接至第一电机12和第二电机14、离合器36和HVAC离合器33，以响应于规定条件来控制电气化传动系统10的操作。

控制器50控制第一电机12以生成扭矩并致动HVAC离合器33以在规定条件下操作HVAC压缩机34。

控制器50控制第一电机12以生成在规定条件下经由齿轮系30传递至传动系38的扭矩。

控制器50控制第一电机12以生成在规定条件下可由冷却剂回路32回收的热能。作为非限制性示例，这可包括在次优电通量条件下操作第一电机12，在空载状态下操作压缩机，以及在操作第二电机14以生成牵引扭矩的同时控制第一电机12处于再生制动状态。

控制器50通过致动HVAC离合器33来控制第一电机12以操作HVAC压缩机34，并且同时控制第二电机14以生成在规定条件下经由齿轮系30传递至传动系38的牵引扭矩。

控制器50通过致动HVAC离合器33来控制第一电机12以操作HVAC压缩机34，并且同时控制第一电机12以生成在规定条件下可由冷却剂回路32回收的热能。

控制器50控制第二电机14以生成经由齿轮系30传递至传动系38的扭矩，同时控制第一电机12以生成在规定条件下可由冷却剂回路32回收的热能。

控制器50通过致动HVAC离合器33来控制第一电机12以操作HVAC压缩机34，同时控制第一电机12以生成经由齿轮系30传递至传动系38的牵引扭矩，同时控制第一电机12以生成在规定条件下可由冷却剂回路32回收的热能。以这种方式，控制器50在牵引力请求、车厢内热生成请求和压缩机动作请求（诸如用于除霜工作）之间进行仲裁，并且还在第一电机12和第二电机14之间进行仲裁，以优化系统效率的方式提供车辆牵引力。

控制器50在规定条件下控制处于空转状态的第一电机12，其中用于传动系38和HVAC压缩机34的全部机械扭矩（包括寄生损耗）都由第一电机12提供。

如本文所述配置和控制电气化传动系统10的一个潜在结果包括在寒冷的环境温度下车辆操作范围内的预期改进，这是由于使用再生制动能量改进了部件和系统的加热，否则当DC电源44处于高SOC状态时，该再生制动能量将会损失。这包括将第一电机12作为热泵操作以提供车厢加热。此外，当车辆100处于自动停止状态时，第一离合器36可被控制到第一状态，并且来自第一电机12的电流被控制使得它变成加热元件，并且热量被传递至冷却剂回路32中。当车辆100在寒冷的环境温度条件下以处于高SOC的DC电源44操作时，第二电机14被控制以回收原本会被浪费的能量。如本文所述配置和控制电气化传动系统10的另一潜在结果包括在温和的环境温度下车辆操作范围内的预期改进。

术语“控制器”和相关术语，诸如微控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语是指专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、电子电路、中央处理单元（例如微处理器）和以存储器和存储装置（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）形式的相关联非暂时性存储器部件的一种或多种组合。非暂时性存储器组件能够以一种或多种软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节、缓冲电路和其他部件的形式存储机器可读指令，这些指令可由一个或多个处理器访问和执行以提供所描述的功能。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器和监控来自传感器的输入的相关装置，这些输入以预设的采样频率或响应于触发事件被监控。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意指包括校准和查找表的控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供期望的功能。例程可以规则的间隔执行，例如在正在进行的操作期间每100微秒执行一次。替代地，可响应于触发事件的发生而执行例程。控制器、致动器和/或传感器之间的通信可使用直接的有线点对点链路、网络通信总线链路、无线链路或其他合适的通信链路来实现。通信包括以适当的形式交换数据信号，包括例如经由导电介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等。数据信号可包括离散的、模拟的或数字化的模拟信号，其代表来自传感器的输入、致动器命令以及控制器之间的通信。

术语“信号”是指传达信息的物理上可辨别的指示物，并且可为能够通过介质传播的合适波形（例如，电、光、磁、机械或电磁的），诸如DC、AC、正弦波、三角波、方波、振动等。

参数被定义为可测量的量，其表示使用一个或多个传感器和/或物理模型可辨别的装置或其他元件的物理属性。参数可具有离散值，例如“1”或“0”，或者可在数值上是无限可变的。

详细描述和附图或图是对本教导的支持和描述，但是本教导的范围仅由权利要求书定义。尽管已经详细描述了用于实施本教导的最佳模式和其他实施例中的一些，但是存在各种替代设计和实施例以用于实践在所附权利要求中限定的本教导。