Устройство управления для электрического транспортного средства



Устройство управления для электрического транспортного средства
Устройство управления для электрического транспортного средства
Устройство управления для электрического транспортного средства
Устройство управления для электрического транспортного средства
Устройство управления для электрического транспортного средства
Устройство управления для электрического транспортного средства
Устройство управления для электрического транспортного средства
Устройство управления для электрического транспортного средства

 


Владельцы патента RU 2416532:

ТОЙОТА ДЗИДОСА КАБУСИКИ КАИСА (JP)
АИСИН АВ КО., ЛТД. (JP)

Настоящее изобретение относится к электрическим транспортным средствам, в частности к электромобилям с использованием энергии от топливных элементов. Устройство управления содержит модуль уменьшения потерь устройства и имеет функцию ограничения крутящего момента так, чтобы этот момент не превышал характеристику (70) постоянных потерь, и выдачи задающей крутящий момент команды. Если запрашиваемый крутящий момент превышает характеристику (70) постоянных потерь. При вводе запрашиваемого крутящего момента X, превышающего характеристику (70) постоянных потерь, накладывается ограничение на крутящий момент так, что его значение изменяется до точки Y на характеристике (70) постоянных потерь. Соответствующим образом, команда задания крутящего момента выдается как крутящий момент, который подавлен до значения, не превышающего характеристическую кривую (72), полученную в результате комбинирования характеристики (70) постоянных потерь и механической характеристики (60), указывающей зависимость между крутящим моментом Т и числом N оборотов во время нормального движения. В качестве альтернативы, для улучшения расхода энергии также можно использовать характеристику постоянного КПД или изменять коэффициент повышения напряжения. Технический результат заключается в осуществлении управления электрическим транспортным средством с низким расходом энергии топливных элементов. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству управления для электрического транспортного средства, более конкретно, к устройству управления для электрического транспортного средства, включающему модуль получения команды на движение с низким расходом топлива, который получает команду на движение с низким расходом топлива от пользователя.

Уровень техники

В последние годы много внимания привлекли электрические транспортные средства, такие как электромобили, гибридные транспортные средства и автомобили с использованием энергии от топливных элементов, которые более благоприятны в плане их воздействия на окружающую среду. С точки зрения того, чтобы они были экологически благоприятными, желательно усовершенствовать энергоэффективность, например, улучшить такой показатель, как расход топлива. Тем не менее, улучшение расхода топлива может происходить в ущерб маневренности транспортного средства, комфорту в кабине и т.д., выражаясь в таких формах, как ограничение мощностных показателей транспортного средства и ограничение кондиционирования воздуха. Следовательно, желательно иметь возможность выбора энергоэффективной конфигурации за счет простой операции, совершаемой водителем. С этой целью в блоке управления транспортного средства выполняют переключатель или т.п. для выдачи команды на режим движения с низким расходом топлива. Такой переключатель часто называют, например, «переключатель экологичного режима» или «экологичный переключатель».

Например, в документе JP HEI 10-248106 А раскрыто устройство управления для электрического автомобиля, в котором режим работы двигателя переключают между нормальным и экологичным режимами за счет управления срабатыванием переключателя выбора режима; при этом в нормальном режиме достигается высокая мощность 100%, а в экологичном режиме достигается низкая мощность 60%, и во время движения при низкой мощности выход постепенно увеличивается до 90% на идущей на подъем дороге или в подобных условиях, в которых мощности недостаточно.

Таким образом, есть возможность выполнить переключатель для выдачи команды на движение с низким расходом топлива и достижения движения с пониженным расходом топлива путем выбора по усмотрению водителя. В приведенном примере с документом JP HEI 10-248106 А в экологичном режиме для уменьшения расхода топлива мощность устанавливают на низкой мощности 60% и накладывают ограничение на выходную мощность. Электрическое транспортное средство оснащают, например, аккумуляторной батареей, приводной схемой, такой как схема повышения напряжения и инверторная схема, и электрической машиной для приведения в движение и обеспечения регенерации и т.п. Если в этих структурных элементах увеличиваются потери, то, даже при наложении ограничения мощности, улучшение расхода топлива может потерпеть неудачу.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в создании устройства управления для электрического транспортного средства, позволяющего осуществлять управление, при котором улучшается расход топлива при выдаче команды на движение с низким расходом топлива.

Согласно изобретению предлагается устройство управления для электрического транспортного средства, содержащее приводной блок, включающий электрическую машину и источник питания, который связан с указанной электрической машиной; и блок управления для управления приводным блоком, причем блок управления содержит модуль получения команды на движение с низким расходом топлива, выполненный с возможностью получения от пользователя команды на движение с низким расходом топлива; запоминающее устройство для хранения характеристик потерь, представляющих собой соотношения между крутящим моментом электрической машины, числом оборотов и потерями приводного блока; и модуль уменьшения потерь, выполненный с возможностью, при получении команды на движение с низким расходом топлива, обращения к характеристикам потерь и осуществления управления, обеспечивающего уменьшение потерь приводного блока в соответствии с запрашиваемым крутящим моментом.

Как предпочтительный вариант, в устройстве управления для электрического транспортного средства в процессе перехода от нормального движения к движению с низким расходом топлива модуль уменьшения потерь обращается к характеристикам потерь и осуществляет ограничение крутящего момента так, что его значение находится на характеристике постоянных потерь, на которой потери приводного блока являются постоянной величиной.

Как предпочтительный вариант, в устройстве управления для электрического транспортного средства модуль уменьшения потерь обращается к характеристикам потерь и выдает команду задания крутящего момента, в соответствии с которой крутящий момент находится на характеристике постоянного КПД, на которой КПД приводного блока является постоянной величиной.

Как предпочтительный вариант, в устройстве управления для электрического транспортного средства во время движения с низким расходом топлива модуль уменьшения потерь обращается к характеристикам потерь и уменьшает коэффициент повышения напряжения источника питания по сравнению с коэффициентом, используемым во время нормального движения, в соответствии с условиями движения транспортного средства.

Как предпочтительный вариант, устройство управления для электрического транспортного средства выполнено с возможностью обращения к характеристикам потерь и установления коэффициента повышения напряжения на основании потерь в меди, возникающих вследствие тока, который нейтрализует противо-ЭДС, и потерь повышения напряжения источника питания, в соответствии с условиями движения транспортного средства.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предусмотрена возможность комбинирования в произвольном сочетании вышеописанных конфигураций модуля уменьшения потерь в устройстве управления для электрического транспортного средства, в том числе выполнение ограничения крутящего момента, в то время как потери приводного блока находятся на характеристике постоянных потерь, выполнение ограничения крутящего момента так, что крутящий момент находится на характеристике постоянного КПД, управление коэффициентом повышения напряжения источника питания и определение коэффициента повышения напряжения на основании потерь в меди и потерь на повышение напряжения.

Согласно различным аспектам настоящего изобретения в устройстве управления для электрического транспортного средства уменьшение потерь приводного блока выполняется при выдаче команды на движение с низким расходом топлива, и, таким образом, может быть реализовано управление, направленное на улучшение расхода топлива.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана структурная схема устройства управления электрическим транспортным средством в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения.

На фиг.2 показаны диаграммы, иллюстрирующие пример типичной карты характеристики потерь в предпочтительном варианте выполнения изобретения.

На фиг.3 показаны графики, предназначенные для пояснения выполнения ограничения крутящего момента на характеристике постоянных потерь в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения.

На фиг.4 показана схема, предназначенная для пояснения КПД приводного блока в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения.

На фиг.5 показана диаграмма, предназначенная для пояснения отсылки команды относительно крутящего момента, так что крутящий момент находится на характеристике постоянного КПД, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения.

На фиг.6 показан график, иллюстрирующий зависимость тока и коэффициента повышения напряжения от потерь источника питания в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения.

На фиг.7 показан график к пояснению уменьшения коэффициента повышения напряжения источника питания по сравнению с таковым в режиме нормального движения, в соответствии с режимом движения транспортного средства, во время движения с низким расходом топлива, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения.

На фиг.8 показан график, предназначенный для разъяснения установки коэффициента повышения напряжения согласно режиму движения транспортного средства и на основании потерь в меди, возникающих вследствие тока, который нейтрализует противо-ЭДС, и потерь повышения напряжения источника питания, в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения.

Список позиционных обозначений на чертежах

10 УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
20 ПРИВОДНОЙ БЛОК
22 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ/ГЕНЕРАТОР
24 ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ
26 УСТРОЙСТВО АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
28, 34 УСРЕДНЯЮЩИЙ КОНДЕНСАТОР
30 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
32 РЕАКТОР
36 ИНВЕРТОРНАЯ СХЕМА
40 БЛОК УПРАВЛЕНИЯ
42 ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР
44 ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
46 ЗАПРАШИВАЕМЫЙ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ
48 ЭКОЛОГИЧНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ
50 МОДУЛЬ ПОЛУЧЕНИЯ КОМАНДЫ НА ДВИЖЕНИЕ С НИЗКИМ РАСХОДОМ ТОПЛИВА
52 МОДУЛЬ УМЕНЬШЕНИЯ ПОТЕРЬ
60 МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
62 ПОСТОЯННЫЙ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ
64 ПРЕДЕЛЬНОЕ ЧИСЛО ОБОРОТОВ
70 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОСТОЯННЫХ ПОТЕРЬ
72, 78, 84 ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКАЯ КРИВАЯ
74 РАБОЧАЯ ТОЧКА
76 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОСТОЯННОГО КПД
80 НИЗКОВОЛЬТНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
82 ГРАНИЦА

Осуществление изобретения

Далее, со ссылками на чертежи, приведено подробное описание предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения. В дальнейшем описании под электрическим транспортным средством имеется в виду гибридное транспортное средство, имеющее устройство аккумулирования электроэнергии и тепловой двигатель. В качестве альтернативы электрическое транспортное средство может представлять собой электромобиль, который не оснащен двигателем внутреннего сгорания, или автомобиль с использованием энергии от топливных элементов, который имеет топливный элемент, служащий в качестве источника питания. Кроме того, в нижеследующем описании описано транспортное средство с электродвигателем/генератором, в котором он используется как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. В качестве альтернативы, транспортное средство может иметь отдельные двигатель и генератор, и в общем случае может представлять собой транспортное средство с электрической машиной и силовой цепью, которая подсоединена к электрической машине. Число электрических машин не ограничено одной, и транспортное средство может иметь, например, две электрические машины.

На фиг.1 показана структурная схема устройства управления участком электродвигателя/генератора в гибридном транспортном средстве, имеющем двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель/генератор. Устройство 10 управления электрическим транспортным средством содержит приводной блок 20 и блок 40 управления. Приводной блок 20 содержит электродвигатель/генератор 22 и источник 24 питания, который присоединен к электродвигателю/генератору 22. Блок 40 управления содержит центральный процессор 42 и устройство 44 хранения данных (далее по тексту называемое как запоминающее устройство 44), в котором хранятся характеристики потерь и т.п., которые описаны далее.

Как описано выше, приводной блок 20 содержит электродвигатель/генератор 22, который во время приведения в движение транспортного средства функционирует в качестве приводного двигателя, а в процессе торможения транспортного средства - в качестве генератора, и источник 24 питания, который подает энергию к электродвигателю/генератору 22, когда электродвигатель/генератор 22 функционирует в режиме приводного двигателя, а когда электродвигатель/генератор 22 функционирует в режиме генератора - принимает регенеративную энергию от электродвигателя/генератора 22 и заряжает устройство аккумулирования электроэнергии.

Источник 24 питания содержит устройство 26 аккумулирования электроэнергии, которое представляет собой аккумуляторную батарею, усредняющий конденсатор 28, расположенный на стороне устройства аккумулирования электроэнергии, преобразователь 30 напряжения с реактором 32, усредняющий конденсатор 34, находящийся на стороне повышения напряжения, и инверторную схему 36.

В качестве устройства 26 аккумулирования электроэнергии может быть использован, например, блок литий-ионных батарей или блок никель-водородных батарей с напряжением на зажимах приблизительно 200-300 В, или же конденсатор и т.п.

Преобразователь 30 напряжения представляет собой схему, имеющую функцию повышения напряжения на стороне устройства 26 аккумулирования электроэнергии, например, до приблизительно 600 В, при помощи действия реактора 32 по аккумулированию энергии. Преобразователь 30 напряжения имеет функцию в двух направлениях и, когда со стороны инверторной схемы 36 на сторону устройства 26 аккумулирования электроэнергии энергия подается как энергия зарядки, также имеет функцию, состоящую в том, чтобы понижать высокое напряжение, имеющее место на стороне инверторной схемы 36, до напряжения, приемлемого для устройства 26 аккумулирования электроэнергии.

Инверторная схема 36 представляет собой схему с функцией преобразования энергии постоянного тока высокого напряжения в трехфазную приводную энергию переменного тока и подачи преобразованной энергии к электродвигателю/генератору 22, а также имеет функцию по преобразованию трехфазной регенеративной энергии переменного тока, поступающей от электродвигателя/генератора 22, в энергию зарядки постоянного тока высокого напряжения.

Блок 40 управления имеет функцию по приему команды от непоказанного блока управления транспортным средством и управлению работой составных элементов приводного блока 20. Здесь, в частности, блок 40 управления имеет функцию по отсылке в приводной блок 20 команды относительно крутящего момента и т.п., с помощью которой осуществляется низкий расход топлива в соответствии с запрашиваемым крутящим моментом 46, когда экологичный переключатель 48 находится в положении «включено».

Экологичный переключатель 48 представляет собой средство оперативного управления, которое пользователь может приводить в действие по своему усмотрению, и является переключателем, который имеет функцию по выдаче сигнала, являющегося командой на режим движения с низким расходом топлива, который указывает на то, что при включенном переключателе пользователь требует задействовать режим движения с низким расходом топлива. Экологичный переключатель 48 может быть выполнен, например, в подходящем месте на сиденье водителя.

Запрашиваемый крутящий момент 46 представляет собой командный сигнал, который выдается из непроиллюстрированного блока управления транспортным средством и представляет собой, например, несущий информацию сигнал, который сообщает электродвигателю/генератору 22 параметры запрашиваемого крутящего момента путем обращения к положениям педали акселератора, педали тормоза, устройства переключения и т.д. Содержание запрашиваемого крутящего момента 46 включает знак, служащий для различения крутящего момента, исходя из того, является ли он приводящим в движение крутящим моментом, то есть крутящим моментом для привода транспортного средства, или регенеративным крутящим моментом, то есть крутящим моментом для торможения транспортного средства, и численное значение крутящего момента, которое указывает количественные показатели крутящего момента. Далее описан запрашиваемый крутящий момент с положительным знаком, то есть крутящий момент, который представляет собой приводной крутящий момент для приведения в движение транспортного средства.

Блок 40 управления содержит центральный процессор 42 и запоминающее устройство 44. Как описано выше, управляющее устройство 40 имеет функцию по управлению операциями составных элементов, в то же время отслеживая состояния составных элементов приводного блока 20. Текущий контроль состояний составных элементов приводного блока 20 включает, например, отслеживание таких параметров, как число N оборотов электродвигателя/генератора 22, напряжение на зажимах и выходной ток устройства 26 аккумулирования электроэнергии, крутящий момент, снимаемый с выходного вала электродвигателя/генератора 22 и т.д. Эти сигналы состояния поступают на вход блока 40 управления. Блок 40 управления может быть сконструирован с использованием ЭВМ, подходящей для оборудования ей транспортного средства. Блок 40 управления может быть образован как независимая ЭВМ или же функции блока 40 управления могут входить в состав функций иных ЭВМ, которыми оборудовано транспортное средство. Например, когда транспортное средство оборудовано общим блоком управления, который управляет всем транспортным средством, или гибридным центральным процессором и т.п., функция блока 40 управления может быть включена как часть этих функций.

Центральный процессор 42 имеет функции для общего управления приводным блоком 20, то есть функции по срабатыванию преобразователя 30 напряжения согласно запрашиваемому крутящему моменту 46, управлению инверторной схемой 36 с целью выработки подходящего приводного сигнала трехфазного переменного тока, и функции по подаче этого сигнала к электродвигателю/генератору 22. Здесь, в частности, центральный процессор 42 содержит модуль 50 получения команды перехода в режим движения с низким расходом топлива, который получает включенное или выключенное положение экологичного переключателя 48, и модуль 52 уменьшения потерь, который, когда определено, что экологичный переключатель 48 находится в положении «включено», выводит команду задания крутящего момента, который подавлен по сравнению с определяемым таковой командой значением крутящего момента, когда экологичный переключатель 48 находится в положении «выключено», в то же время уменьшая потери в приводном блоке 20. Эти функции реализованы путем выполнения программного обеспечения. Более конкретно, эти функции реализованы путем выполнения соответствующей программы управления электрическим транспортным средством. В качестве альтернативы этому также можно реализовать часть функций при помощи аппаратных средств.

Запоминающее устройство 44 имеет функцию по хранению, помимо программы управления или т.п., необходимой для работы блока 40 управления, в частности в данной конфигурации, карт или т.п., относящихся к характеристикам потерь в приводном блоке 20. Указанные карты или т.п. представляют собой трехмерную карту, указывающую соотношения между крутящим моментом Т и числом N оборотов электрической машины в зависимости от потерь. Потери включают характеристику КПД преобразования и потерь преобразователя 30 напряжения, характеристику потерь инверторной схемы 36, КПД электрического и механического преобразования и характеристику таких потерь, как потери в меди электродвигателя/генератора 22. КПД преобразования и т.п. преобразователя 30 напряжения и инверторной схемы 36 включает, например, характеристику потерь или т.п., обусловленных рабочей частотой.

Здесь термин карта или т.п. следует понимать в широком смысле, то есть им охвачены структуры, имеющие функцию по приему входных значений крутящего момента Т и числа N оборотов, и она дает на выходе потери и включает, вдобавок к карте преобразования и справочной таблице, формулу или т.п.

На фиг.2 показаны диаграммы, иллюстрирующие пример типичной карты характеристики потерь. В центре (обозначено (а)) на фиг.2 показана трехмерная карта, в которой к двухмерному изображению крутящего момента и числа оборотов добавлены потери. Вид сверху на эту трехмерную карту показывает зависимость крутящего момента от числа оборотов, вид сбоку демонстрирует соотношение между крутящим моментом и потерями, а вид спереди показывает соотношение между числом оборотов и потерями.

Слева (обозначено как (b)) на фиг.2 показан график зависимости потерь от крутящего момента, который соответствует виду сбоку на (a), представляющему собой трехмерную карту, изображенную по центру фиг.2. В целом, когда потери приводного блока 20, в состав которого входят электродвигатель/генератор 22 и источник 24 питания, рассматриваются в плане их зависимости от крутящего момента Т электродвигателя/генератора 22, учитывая то, что крутящий момент пропорционален току электродвигателя/генератора 22, потери электродвигателя/генератора 22 могут быть представлены как произведение квадрата тока на сопротивление, т.е. в виде выражения I2R, где I - это сила тока, а R - сопротивление электродвигателя. Следовательно, можно рассматривать потери приводного блока 20 как пропорциональные второй степени крутящего момента (Т2). Слева (см. (b)) на фиг.2 показан график потерь, имеющих характер кривой второго порядка. В то же время, снизу (участок (с)) на фиг.2 показан график зависимости потерь от числа оборотов, который соответствует виду спереди на чертеж (а), представляющий собой трехмерную карту по центру фиг.2. Потери в целом пропорциональны числу оборотов.

Следовательно, характеристика основных потерь, которая представляет собой соотношение между крутящим моментом, числом оборотов и потерями - это характеристика, в которой сочетаются компонент, пропорциональный первой степени числа (N) оборотов, и компонент, пропорциональный второй степени крутящего момента (Т2). Характеристика, в которой на вышеупомянутую характеристику основных потерь накладываются КПД преобразования преобразователя 30 напряжения, КПД преобразования инверторной схемы 36 и т.д., является характеристикой общих потерь приводного блока 20, и данные этих различных характеристик потерь хранятся в запоминающем устройстве 44. Как описано выше, запоминающее устройство 44 хранит величину основных потерь во взаимосвязи с крутящим моментом, числом оборотов и другими параметрами электродвигателя/генератора 22, служащими в качестве ключей поиска. В качестве альтернативы, например, КПД преобразования и величина потерь преобразователя напряжения могут храниться во взаимосвязи с коэффициентом повышения напряжения преобразователя 30 напряжения, служащим в качестве ключа поиска, или потери могут храниться во взаимосвязи со значениями КПД преобразования и потерь преобразователя 30 напряжения и инверторной схемы 36, при этом в качестве ключей поиска служат рабочие частоты преобразователя 30 напряжения и инверторной схемы 36.

Теперь приведено подробное описание, со ссылками на фиг.3 и т.д., работы устройства 10 управления для электрического транспортного средства, имеющего вышеописанную структуру; в частности, описаны несколько типов функций модуля 52 уменьшения потерь, выполненного в центральном процессоре 42 блока 40 управления. В нижеследующем описании использованы позиционные обозначения, принятые на фиг.1.

На фиг.3 показана диаграмма для разъяснения первой функции модуля 52 уменьшения потерь. Первая функция модуля 52 уменьшения потерь состоит в том, что в процессе перехода от движения в нормальном режиме к движению с низким расходом топлива он обращается к характеристикам потерь и осуществляет ограничение крутящего момента так, чтобы он находился на характеристике постоянных потерь, на которой потери приводного блока 20 постоянны. Слева (чертеж, обозначенный (а)) на фиг.3 показан график характеристики постоянных потерь. Как описано выше, из-за того, что характеристика потерь приводного блока 20 по отношению к крутящему моменту Т представлена характеристикой второго порядка, а по отношению к числу N оборотов - характеристикой первого порядка, когда величина потерь равна P1, P2 или P3, характеристика постоянных потерь в трехмерном изображении выглядит так, как показано слева (чертеж (a)) на фиг.3. Справа (чертеж (b)) на фиг.3 показано управление приводным блоком 20 со стороны блока 40 управления путем наложения ограничения крутящего момента в соответствии с запрашиваемым крутящим моментом, в то же время сохраняя уровень постоянных потерь для предотвращения повышения величины потерь.

Справа (чертеж (b)) на фиг.3 показаны механическая характеристика 60, относящаяся к крутящему моменту Т и числу N оборотов электродвигателя/генератора 22, и характеристика 70 постоянных потерь, когда величина потерь установлена равной P2. Механическая характеристика 60 - это график, иллюстрирующий зависимость крутящего момента Т от числа N оборотов при постоянном значении мощности, на основании общего соотношения: мощность = T×N. В области высоких значений крутящего момента Т крутящий момент установлен на постоянном значении крутящего момента 62 путем ограничения тока инверторной схемы 36, а в области высоких значений числа N оборотов число N оборотов установлено на предельном числе 64 оборотов вследствие ограничения максимальной скорости транспортного средства. Характеристика 70 постоянных потерь показана в виде проекции на плоскость T-N трехмерного изображения потерь P2, разъясненного со ссылками на левую часть (a) фиг.3.

Модуль 52 уменьшения потерь имеет функцию по выполнению ограничения крутящего момента таким образом, чтобы, когда экологичный переключатель 48 находится в положении «включено», а запрашиваемый крутящий момент 46 превышает характеристику 70 постоянных потерь, крутящий момент не превышал характеристику 70 постоянных потерь, и функцию по посылке команды задания крутящего момента. Справа (чертеж (b)) на фиг.3 показано применение ограничения крутящего момента до точки Y на характеристике 70 постоянных потерь при вводе запрашиваемого крутящего момента X, превышающего характеристику 70 постоянных потерь. Следовательно, команда относительно крутящего момента выводится как крутящий момент, который уменьшен по сравнению с характеристической кривой 72, в которой скомбинированы характеристика 70 постоянных потерь и механическая характеристика 60. Другими словами, верхний предел команды, задающей параметры крутящего момента, ограничен характеристической кривой 72. Комбинированная характеристическая кривая 72 на изображении (b) справа на фиг.3 показана толстой линией.

Более конкретно, проводится определение того, находится или нет экологичный переключатель 48 в положении «включено» (шаг определения состояния экологичного переключателя). Когда экологичный переключатель 48 находится во включенном положении, то считывают и получают число N оборотов при условиях движения в это время, и получают запрашиваемый крутящий момент 46 (шаг получения запрашиваемого крутящего момента). В вышеописанной иллюстративной конфигурации получают параметры положения точки X.

Затем задают характеристику постоянных потерь для низкого расхода топлива (шаг задания характеристики постоянных потерь). В вышеописанной иллюстративной конфигурации потери задают равными P3. В запоминающем устройстве 44 запрашивают и находят механическую характеристику электродвигателя/генератора 22 и характеристику постоянных потерь, соответствующие значению потерь, равному P2, служащему как ключ для поиска (шаг отыскания характеристики постоянных потерь). В вышеописанной иллюстративной конфигурации находят механическую характеристику 60 и характеристику 70 постоянных потерь. Затем определяют, превышает или нет точка с координатами числа N оборотов и запрашиваемого крутящего момента, полученные в шаге получения запрашиваемого крутящего момента, характеристическую кривую 72, в которой совмещены механическая характеристика и характеристика 70 постоянных потерь. Когда это положение находится выше, тогда к запрашиваемому крутящему моменту применяют ограничение крутящего момента для уменьшения его величины, до тех пор, пока его параметры не станут соответствовать некому положению на характеристической кривой 72, и ограниченный крутящий момент выводится как команда задания крутящего момента (шаг ограничения крутящего момента). В приведенной на фиг.3 иллюстративной конфигурации крутящий момент подавлен до точки Y на характеристической кривой 72, и эта величина подавленного крутящего момента выдается в качестве команды задания крутящего момента.

Таким образом, в процессе перехода от нормального режима движения к режиму движения с низким расходом топлива запрашиваются характеристики потерь и выполняется ограничение крутящего момента так, что он находится на характеристике 70 постоянных потерь, на которой потери приводного блока 20 постоянны.

На фиг.4 и 5 показаны схемы, предназначенные для разъяснения второй функции модуля 52 уменьшения потерь. Вторая функция модуля 52 уменьшения потерь представляет собой функцию, состоящую в том, что при приеме команды на переход к режиму движения с низким расходом топлива обращается к характеристикам потерь и выдает команду задания крутящего момента, так что крутящий момент находится на характеристике постоянного КПД, на которой КПД приводного блок 20 - величина постоянная. На фиг.4 показана схема для пояснения того, что такое КПД η приводного блока 20. КПД η приводного блока 20 определяют как отношение мощности POUT на выходе из электродвигателя/генератора 22 к мощности PIN на выходе из устройства 26 аккумулирования электроэнергии, подаваемой к преобразователю 30 напряжения и т.п. Другими словами, КПД η приводного блока 20 можно записать в виде формулы:

η=POUT/PIN.

На фиг.5 показан график, на котором проиллюстрирована кривая постоянного КПД в электродвигателе/генераторе 22 и показаны кривые постоянного КПД при значениях КПД, соответственно η=0,7, 0,8 и 0,9. Кривые постоянного КПД могут быть определены посредством вычислений заранее, когда определена структура приводного блока 20. Рассчитанные кривые постоянного КПД хранятся в запоминающем устройстве 44.

Как показано на фиг.5, кривая постоянного КПД не обязательно включает случай нулевого значения числа N оборотов (N=0). Рабочая точка 74 при равном нулю числе N оборотов - это крутящий момент, который определяется на основании характеристики транспортного средства при движении на подъем или т.п. Например, даже когда в транспортном средстве экологичный переключатель 48 переключен в положение «включено» и должна быть выдана команда задания крутящего момента для предотвращения уменьшения КПД приводного блока 20 до значения менее 0,7, рабочая точка 74 не лежит на кривой постоянного КПД с η=0,7. Таким образом, в качестве соединительной линии между ними, например, проводят касательную из рабочей точки 74 к кривой постоянного КПД с η=0,7. Кривая, которая представляет собой комбинацию соединительной линии и кривой постоянного КПД с η=0,7, используется как характеристика 76 постоянного КПД для характеристической кривой ограничения крутящего момента, предназначенной для вывода команды задания крутящего момента для низкого расхода топлива, так чтобы значение КПД находилось на характеристике постоянного КПД. Так как такая характеристика 76 постоянного КПД, в которой скомбинированы рабочая точка 74 при нулевом значении числа N оборотов и кривая постоянного КПД, может быть заранее рассчитана и задана, то характеристики 76 постоянного КПД, которые определены заранее, хранятся в запоминающем устройстве 44, при этом в качестве ключа для поиска служит КПД η.

Для наложения ограничения крутящего момента с использованием характеристики постоянного КПД может быть задействован следующий процесс. Во-первых, проводят определение того, находится или нет экологичный переключатель 48 в положении «включено» (шаг определения состояния экологичного переключателя). Когда экологичный переключатель находится в положении «включено», считывают показания и получают число N оборотов при условиях движения в это время, и получают запрашиваемый крутящий момент 46 (шаг получения запрашиваемого крутящего момента). До этого места процесс идентичен тому, который описан со ссылками на фиг.3.

Затем задают характеристику постоянного КПД для низкого расхода топлива (шаг задания характеристики постоянного КПД). В описанной выше иллюстративной конфигурации КПД задают на значении 0,7. В запоминающем устройстве 44 запрашиваются и отыскиваются механическая характеристика электродвигателя/генератора 22 и характеристика постоянного КПД, соответствующие ключу поиска КПД η=0,7 (шаг нахождения характеристики постоянного КПД). В описанной выше иллюстративной конфигурации находят механическую характеристику 60 и характеристику 76 постоянного КПД для η=0,7. Затем определяют, превышают или нет параметры числа N оборотов и запрашиваемого крутящего момента, полученных в шаге получения запрашиваемого крутящего момента, характеристическую кривую 78, в которой скомбинированы механическая характеристика 60 и характеристика 76 постоянного КПД. Когда эти параметры выше, то применяют ограничение крутящего момента для уменьшения значения запрашиваемого крутящего момента, пока он не достигнет положения на характеристической кривой 78, и это ограниченное значение крутящего момента выводится как команда, задающая крутящий момент (шаг ограничения крутящего момента). Другими словами, верхний предел задаваемого как команда крутящего момента ограничен характеристической кривой 78. Полученная комбинированием характеристическая кривая 78 на фиг.5 показана жирной линией.

Таким образом, в течение перехода от нормального режима движения к режиму движения с низким расходом топлива запрашиваются характеристики потерь и выводится команда задания крутящего момента, такая, что крутящий момент находится на характеристике 76 постоянного КПД, на которой КПД приводного блока 20 - величина постоянная.

На фиг.6 и 7 показаны графики для разъяснения третьей функции модуля 52 уменьшения потерь. Третья функцию модуля 52 уменьшения потерь - это функция, состоящая в том, что во время движения с низким расходом топлива он обращается к характеристикам потерь и уменьшает коэффициент повышения напряжения источника 24 питания по сравнению с таковым при нормальном движении, делая это в соответствии с условиями движения транспортного средства. На фиг.6 показан график соотношения между током и коэффициентом повышения напряжения в зависимости от потерь источника 24 питания. Как показано на фиг.6, по мере увеличения коэффициента повышения напряжения увеличиваются потери. Здесь коэффициент повышения напряжения представляет собой отношение между напряжением на входе преобразователя 30 на стороне устройства 26 аккумулирования электроэнергии и выходным напряжением на стороне инверторной схемы 36. Например, когда входное напряжение на стороне устройства 26 аккумулирования электроэнергии равно 300 В, а выходное напряжение на стороне инверторной схемы 36 равно 600 В, коэффициент повышения напряжения равен 2.

Так как с увеличением коэффициента повышения напряжения потери увеличиваются, как показано на фиг.6, то для достижения низкого расхода топлива желательно, чтобы при нахождении экологичного переключателя 48 в положении «включено» коэффициент повышения напряжения поддерживался бы на своем минимальном значении, необходимом для движения транспортного средства. Например, в вышеописанной иллюстративной конфигурации может быть уместным установить коэффициент повышения напряжения между 1 и 2, и потери могут быть сведены к меньшим значениям. Когда нет необходимости в повышении напряжения, желательно, чтобы напряжение не повышалось, то есть коэффициент повышения напряжения устанавливают равным 1, и электродвигатель/генератор 22 приводится в действие за счет питания от устройства 26 аккумулирования электроэнергии без повышения напряжения, через инверторную схему 36.

На фиг.7 показана схема такого процесса, на которой проиллюстрирована механическая характеристика 60 во время нормального движения и низковольтная механическая характеристика 80, когда транспортное средство движется в режиме с напряжением устройства 26 аккумулирования электроэнергии без повышения напряжения. Так как механические характеристики для различных коэффициентов повышения напряжения могут быть определены заранее посредством вычислений, эти определенные механические характеристики хранятся в запоминающем устройстве 44, при этом ключом поиска служит коэффициент повышения напряжения или повышенное напряжение. В вышеописанной иллюстративной конфигурации механическая характеристика 60 во время нормального движения может быть найдена с помощью ключа поиска в виде коэффициента повышения напряжения, равного 2, или повышенного напряжения, равного 600 В, а низковольтная механическая характеристика 80 для низкого расхода топлива может быть найдена с помощью ключа поиска в виде коэффициента повышения напряжения, равного 1, или повышенного напряжения величиной 300 В. Низковольтная механическая характеристика 80 на фиг.7 показана утолщенной линией.

Например, во время движения в нормальном режиме в вышеописанной иллюстративной конфигурации ограничение крутящего момента накладывается с механической характеристикой 60 при высоковольтном питании 600 В, и выводится команда задания крутящего момента так, чтобы он имел значение, попадающее внутрь области, обозначенной на фиг.7 как (А). С другой стороны, когда экологичный переключатель 48 переключен в положение «включено», крутящий момент ограничивается низковольтной механической характеристикой 80, в вышеописанной иллюстративной конфигурации при низковольтном питании 300 В, и выдается команда задания крутящего момента, в соответствии с которой он находится в пределах области, обозначенной на фиг.7 как (В). Другими словами, верхний предел команды задания крутящего момента ограничивается низковольтной механической характеристикой 80.

Для ограничения крутящего момента посредством уменьшения коэффициента повышения напряжения может быть применена следующая процедура. Сначала определяют, находится или нет экологичный переключатель 48 в положении «включено» (шаг определения положения экологичного переключателя). Когда экологичный переключатель 48 находится в положении «включено», считывают и получают число N оборотов в условиях движения в этот момент времени и получают запрашиваемый крутящий момент 46 (шаг получения запрашиваемого крутящего момента). До этого места процесс аналогичен тому, который описан со ссылками на фиг.3. В запоминающем устройстве 44 проводится поиск, при котором в качестве ключей поиска служат запрашиваемый крутящий момент и число N оборотов, и определяются коэффициент повышения напряжения, удовлетворяющий данным условиям, и механическая характеристика, соответствующая этому коэффициенту повышения напряжения (шаг установки коэффициента повышения напряжения). Например, когда определен коэффициент повышения напряжения значением 1,2, коэффициент повышения напряжения преобразователя 30 напряжения устанавливают равным 1,2. За счет уменьшения коэффициента повышения напряжения можно уменьшить потери по сравнению со случаем нормального движения, как разъяснено выше со ссылками на фиг.6.

Когда определен коэффициент повышения напряжения, меньший 1, коэффициент повышения напряжения устанавливают равным 1. Другими словами, преобразователь 30 напряжения не задействован в работе и коэффициент повышения напряжения установлен равным 1. Таким образом, во время движения с низким расходом топлива коэффициент повышения напряжения источника 24 питания уменьшен по сравнению с этим коэффициентом во время нормального движения, согласно режиму движения транспортного средства, так что потери могут быть снижены.

Когда коэффициент повышения напряжения равен 1, то, так как электродвигатель/генератор 22 работает с напряжением устройства 26 аккумулирования электроэнергии, желательно, чтобы в части области относительно высокого числа N оборотов, в которой велика противо-ЭДС, подавался ток, который нейтрализует противо-ЭДС. Тем не менее, если подается такой ток, который нейтрализует противо-ЭДС, увеличиваются потери в меди, обусловленные током. Другими словами, при уменьшении коэффициента повышения напряжения, хотя и могут быть уменьшены потери преобразователя 30 напряжения, увеличиваются потери в меди. Следовательно, несмотря на то, что для уменьшения общих потерь при малом увеличении потерь в меди желательно уменьшать коэффициент повышения напряжения преобразователя 30 напряжения, при увеличении потерь в меди в некоторых случаях желательно увеличивать коэффициент повышения напряжения преобразователя 30 напряжения для уменьшения потерь в меди.

На фиг.8 проиллюстрирован такой случай и показана граница 82, на которой потери преобразователя 30 напряжения уравновешены с потерями в меди, вызванными током, который нейтрализует противо-ЭДС. На фиг.8 показана низковольтная механическая характеристика 80 с коэффициентом повышения напряжения, равным 1. В области (В), расположенной слева и ограниченной низковольтной механической характеристикой 80 и границей 82, то есть в области низких значений числа N оборотов, влияние уменьшения потерь вследствие уменьшения коэффициента повышения напряжения больше, чем влияние увеличения потерь в меди. Следовательно, в области (В) с помощью установки коэффициента повышения напряжения на значении 1 потери могут быть уменьшены.

С другой стороны, в области (С), находящейся справа и ограниченной низковольтной механической характеристикой 80 и границей 82, то есть в области высоких значений числа N оборотов, влияние увеличения потерь в меди больше, чем влияние уменьшения потерь вследствие уменьшения коэффициента повышения напряжения. Следовательно, в области (С) можно более эффективно уменьшать общие потери путем увеличения коэффициента повышения напряжения от значения, равного 1, для уменьшения тока, нейтрализующего противо-ЭДС, и, соответственно, для уменьшения потерь в меди. На фиг.8 характеристической кривой 84 показана конфигурация, в которой коэффициент повышения напряжения установлен немного более высоким, так что граница, на которой существует баланс потерь преобразователя 30 напряжения и потерь в меди, смещена в сторону более высокого числа оборотов, хотя механическая характеристика проходит рядом с механической характеристикой 60, имеющей место во время нормального движения, из-за увеличения коэффициента повышения напряжения.

Таким образом, когда во время движения с низким расходом топлива коэффициент повышения напряжения источника питания должен быть повышен по сравнению с таковым во время нормального движения, желательно обращаться к характеристикам потерь и устанавливать коэффициент повышения напряжения на основании потерь в меди, возникающих вследствие наличия тока, который нейтрализует противо-ЭДС, и потерь повышения напряжения источника питания, и в соответствии с условиями движения транспортного средства. Такая функция также входит в число функций модуля 52 уменьшения потерь.

1. Устройство управления для электрического транспортного средства, содержащее приводной блок, включающий электрическую машину и источник питания, который связан с указанной электрической машиной; и блок управления для управления приводным блоком, причем блок управления содержит модуль получения команды на движение с низким расходом топлива, выполненный с возможностью получения от пользователя команды на движение с низким расходом топлива; запоминающее устройство для хранения характеристик потерь, представляющих собой соотношения между крутящим моментом электрической машины, числом оборотов и потерями приводного блока; и модуль уменьшения потерь, выполненный с возможностью при получении команды на движение с низким расходом топлива обращения к характеристикам потерь и осуществления управления, обеспечивающего уменьшение потерь приводного блока в соответствии с запрашиваемым крутящим моментом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в процессе перехода от нормального движения к движению с низким расходом топлива модуль уменьшения потерь обращается к характеристикам потерь и осуществляет ограничение крутящего момента так, что его значение находится на характеристике постоянных потерь, на которой потери приводного блока являются постоянной величиной.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что модуль уменьшения потерь обращается к характеристикам потерь и выдает команду задания крутящего момента, в соответствии с которой крутящий момент находится на характеристике постоянного КПД, на которой КПД приводного блока является постоянной величиной.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что во время движения с низким расходом топлива модуль уменьшения потерь обращается к характеристикам потерь и уменьшает коэффициент повышения напряжения источника питания по сравнению с коэффициентом, используемым во время нормального движения, в соответствии с условиями движения транспортного средства.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что выполнено с возможностью обращения к характеристикам потерь и установления коэффициента повышения напряжения на основании потерь в меди, возникающих вследствие тока, который нейтрализует противо-ЭДС, и потерь повышения напряжения источника питания в соответствии с условиями движения транспортного средства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроподвижному составу рельсового транспорта с питанием от контактной сети постоянного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования скорости бесколлекторных тяговых электродвигателей электротранспортных средств переменного тока, питаемых от сети постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемых электроприводах (ЧРЭП) промышленности и электрического транспорта, особенно электрического железнодорожного

Изобретение относится к области горной промышленности и направлено на усовершенствование шахтных электровозов. Тяговый электропривод электровоза выполнен таким образом, что одна из ведущих осей получает вращение от асинхронного электродвигателя с фазным ротором, а другая ведущая ось получает вращение от асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, статорная обмотка которого подключена к роторной обмотке первого двигателя через согласующий трансформатор, коэффициент трансформации которого равен коэффициенту приведения обмотки статора к обмотке ротора первого двигателя. Технический результат заключается в выравнивании нагрузок на ведущих осях электровоза. 1 ил.

Изобретение относится к устройству преобразования энергии для силовой установки транспортного средства. Устройство содержит первый блок преобразования энергии, второй блок преобразования энергии, блок накопления энергии, первый блок управления. Первый блок преобразования энергии преобразует ввод напряжения из внешнего источника питания в требуемый постоянный ток. Второй блок преобразования энергии подключен к выходной стороне первого блока преобразования энергии и приводит в действие нагрузку. Блок накопления энергии подключен к выходной стороне первого блока преобразования энергии. Первый блок управления управляет первым блоком преобразования энергии. Первый блок управления включает в себя первый блок генерации команд управления электрическими величинами и блок управления током. Блок генерации команд управления электрическими величинами генерирует команду управления электрической величиной для регулирования электрического тока или электроэнергии блока накопления энергии. Блок управления током генерирует переключающий сигнал, так чтобы согласовывать электрический ток или электроэнергию, проходящую через первый блок преобразования энергии, с первой командой управления электрической величиной. Технический результат заключается в эффективном управлении потоком энергии между воздушным проводом, блоком инвертора и блоком накопления энергии. 24 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройству управления прекращением медленного передвижения для транспортного средства с электроприводом. Устройство содержит средство определения движения транспортного средства в противоположном направлении и средство запрещения прекращения медленного передвижения. Средство определения движения транспортного средства в противоположном направлении определяет движение транспортного средства в направлении, противоположном направлению движения выбранного диапазона переключения передач, в состоянии, в котором крутящий момент для медленного передвижения выводится без выполнения прекращения медленного передвижения. Средство запрещения прекращения медленного передвижения запрещает прекращение медленного передвижения, даже если скорость транспортного средства становится близкой к нулю, чтобы удовлетворять условию разрешения прекращения медленного передвижения после того, как средство определения движения транспортного средства в противоположном направлении определяет то, что транспортное средство движется в противоположном направлении. Технический результат заключается в эффективном управлении прекращением медленного передвижения транспортного средства с электроприводом. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области управления электрическим транспортным средством. Устройство управления двигательной установкой электрического транспортного средства, включающее в себя устройство накопления мощности; блок преобразования мощности, управляющий двунаправленным потоком мощности, и блок управления, управляющий работой блока преобразования мощности. При преобразовании мощности постоянного тока из устройства накопления мощности блок управления побуждает блок преобразования мощности работать в качестве инвертора. При преобразовании мощности постоянного тока от источника питания постоянного тока блок управления побуждает блок преобразования мощности работать в качестве понижающего или повышающего прерывателя. Достигается уменьшение габаритов устройства. 14 з.п. ф-лы, 44 ил.

Изобретение относится к электровозам и моторным вагонам. Электропоезд содержит головной и прицепной вагоны с 3-11 тяговыми электродвигателями постоянного или переменного тока, питаемыми от контактной сети. Каждый электродвигатель постоянного тока связан с сетью переменного тока через токосъемник, соединен с трансформатором, с тиристорными преобразователями, с обмоткой возбуждения, с соленоидом и с аккумуляторами. Каждый тяговый электродвигатель переменного тока связан с сетью переменного тока через токосъемник, соединен с трансформатором, с тиристорными преобразователями, с автономным инвертором напряжения (АИН), с системой управления АИН и с системой управления автономного выпрямителя напряжения (АВН). Система управления АИН в двигательном режиме работает в режиме инвертора, а в режиме торможения АИН переходит в выпрямительный режим. АВН в двигательном режиме работает в режиме выпрямителя, а в режиме торможения АВН переходит в режим инвертора. Обмотки статора каждого асинхронного электродвигателя соединены с отдельными 1-10 блоками конденсаторов большой емкости. Технический результат заключается в повышении энергосбережения и экологичности транспортного средства. 3 ил.
Наверх