CN102795119A - 操作包括具有断开高电压蓄电池的电机的动力***的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种动力***包括电动机/发电机单元。在检测到与高电压DC电总线有关的断开高电压开关时，采用低电压电功率来供电高电压DC电总线；调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元；操作内燃发动机以旋转电动机/发电机单元；以及以容错发电模式操作电动机/发电机单元。

Description

操作包括具有断开高电压蓄电池的电机的动力***的方法和设备
技术领域
本发明涉及混合动力电动车辆中的电功率流。
背景技术
该部分的陈述仅提供与本发明有关的背景信息。因而，这种陈述不旨在构成对现有技术的承认。
具有混合动力***的车辆响应于操作者指令选择性地使用不同能量源来产生扭矩和功率以实现最佳燃料效率。这包括选择性地采用连接到高电压蓄电池模块或能量存储***的内燃发动机和电动机/发电机单元，用于推进和操作控制。一种混合动力系包括发动机停止/起动***，其中，发动机在持续车辆操作期间自动地停止且使用电动机/发电机单元自动地再次起动。该***优选包括用于经由电动机/发电机单元给高电压能量存储***再次充电的再生制动***以及在车辆怠速期间选择性地关闭发动机的能力，称为自动停止控制方案。
已知电动机/发电机单元可以取代交流发电机用于皮带交流发电机起动器（BAS）***。BAS***在执行自动停止控制方案之后操作者发送恢复行驶的意图时将扭矩施加到发动机的蛇形皮带。来自于电动机/发电机单元的扭矩可以用于发动所述发动机。在发动机的冷起动期间，曲轴安装的辅助或12伏起动器电动机可提供发动扭矩以发动发动机。已知BAS***使用高电压能量存储***，通过电压逆变器将高电压电功率提供给电动机/发电机单元。由于故障或其它操作状况，高电压蓄电池可能临时断开或以其它方式致使不可用。这可导致场激励损失或不足，尤其是对于基于异步电机的电动机/发电机单元，这继而可导致持续辅助电功率生成的损失。不足的辅助电功率可导致车辆关闭，从而导致步行回家事件。
发明内容
一种动力***包括电动机/发电机单元。在检测到与高电压DC电总线有关的断开高电压开关时，采用低电压电功率来供电高电压DC电总线；调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元；操作内燃发动机以旋转电动机/发电机单元；以及以容错发电模式操作电动机/发电机单元。
方案1. 一种用于操作包括电动机/发电机单元的动力***的方法，包括：
在检测到与高电压DC电总线有关的断开高电压开关时：
采用低电压电功率来供电高电压DC电总线；
调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元；
操作内燃发动机以旋转电动机/发电机单元；以及
以容错发电模式操作电动机/发电机单元。
方案2. 根据方案1所述的方法，其中，采用低电压电功率来供电高电压DC电总线包括：将源于低电压蓄电池的电功率传输经过预充电电路，以便给跨过高电压DC电总线电连接的DC链路电容器充电。
方案3. 根据方案1所述的方法，其中，采用低电压电功率来供电高电压DC电总线包括：传输源于低电压蓄电池的电功率以供电高电压DC电总线。
方案4. 根据方案3所述的方法，其中，传输源于低电压蓄电池的电功率以供电高电压DC电总线包括：将源于低电压蓄电池的电功率传输经过预充电电路以供电高电压DC电总线。
方案5. 根据方案1所述的方法，其中，以容错发电模式操作电动机/发电机单元包括：操作电动机/发电机单元仅仅产生电功率且不操作电动机/发电机单元产生扭矩。
方案6. 根据方案1所述的方法，其中，调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元包括：响应于跨过高电压DC电总线的指令电压和跨过高电压DC电总线的监测电压确定和选择操作电动机/发电机单元的再生扭矩指令。
方案7. 根据方案1所述的方法，其中，调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元包括：调节与控制电动机/发电机单元有关的指令直轴和横轴电流的最大许可时间变化率。
方案8. 根据方案7所述的方法，其中，调节与控制电动机/发电机单元有关的指令直轴和横轴电流的最大许可时间变化率包括：在以容错发电模式操作时，增加指令直轴和横轴电流的最大许可时间变化率。
方案9. 根据方案1所述的方法，还包括：操作内燃发动机，以产生从动力***输出的牵引扭矩。
方案10. 一种用于操作包括电动机/发电机单元的动力***的方法，包括：
在检测到与高电压DC电总线有关的故障从而导致高电压DC电总线从高电压能量存储***断开时：
采用低电压电功率来供电高电压DC电总线；
调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元；
操作内燃发动机以将扭矩传输给电动机/发电机单元且产生从动力***输出的牵引扭矩；以及
以容错发电模式操作电动机/发电机单元。
方案11. 根据方案10所述的方法，其中，采用低电压电功率来供电高电压DC电总线包括：将源于低电压蓄电池的电功率传输经过预充电电路，以便给跨过高电压DC电总线电连接的电容器充电。
方案12. 根据方案10所述的方法，其中，采用低电压电功率来供电高电压DC电总线包括：传输源于低电压蓄电池的电功率以供电高电压DC电总线。
方案13. 根据方案12所述的方法，其中，传输源于低电压蓄电池的电功率以供电高电压DC电总线包括：将源于低电压蓄电池的电功率传输经过预充电电路以供电高电压DC电总线。
方案14. 根据方案10所述的方法，其中，以容错发电模式操作电动机/发电机单元包括：操作电动机/发电机单元仅仅产生电功率且不操作电动机/发电机单元产生扭矩。
方案15. 根据方案10所述的方法，其中，调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元包括：响应于跨过高电压DC电总线的指令电压和跨过高电压DC电总线的监测电压确定和选择操作电动机/发电机单元的再生扭矩指令。
方案16. 根据方案10所述的方法，其中，调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元包括：调节与控制电动机/发电机单元有关的指令直轴和横轴电流的最大许可时间变化率。
方案17. 根据方案16所述的方法，其中，调节与控制电动机/发电机单元有关的指令直轴和横轴电流的最大许可时间变化率包括：在以容错发电模式操作时，增加指令直轴和横轴电流的最大许可时间变化率。
方案18. 一种用于操作包括内燃发动机和电机的动力***的方法，包括：
在电连接在功率逆变器模块和电机之间的高电压DC电总线的高电压开关断开时：
禁用电联接到电机的逆变器的栅极驱动脉冲；
采用低电压蓄电池来供电高电压DC电总线的高电压总线电容器；
调节控制参数以便以容错发电模式操作电机；
起动内燃发动机以旋转电机；以及
在电机实现预定旋转速度时：致动逆变器模块；
当高电压总线电容器实现预定电压电平时，以容错发电模式操作电机；以及
控制辅助功率模块给低电压蓄电池充电。
方案19. 根据方案18所述的方法，其中，预定电压电平包括足以磁化电机定子的电压电平。
方案20. 根据方案18所述的方法，其中，调节控制参数以便以容错发电模式操作电机包括：调节与操作电机有关的指令直轴和横轴电流的最大许可时间变化率。
附图说明
现在通过示例的方式参考附图描述一个或多个实施例，在附图中：
图1图示根据本发明的包括推进***的车辆，所述推进***包括旋转地联接到电动机/发电机单元的内燃发动机；
图2图示根据本发明的与电动机/发电机单元有关的电功率电路，所述电功率电路包括辅助蓄电池、功率逆变器模块、以及联接到内燃发动机的电动机/发电机单元；
图3以框图配置图示了根据本发明的用于控制至电动机/发电机单元的电功率流的控制***；
图4以流程图形式图示了使用参考图3所述的控制***来控制参考图1和2所述的推进***的操作的控制方案，包括响应于***故障控制操作；
图5图示了根据本发明的DC链路电压调节回路，其是具有速度可调节增益的可动态调节比例-积分控制器；
图6以流程图形式图示了根据本发明的外部回路控制方案，以产生参考图3所述的控制***的元件的输入参数，用于控制参考图1和2所述的推进***的操作；和
图7以流程图形式图示了根据本发明的内部回路控制方案，以产生参考图3所述的控制***的元件的输入参数，用于控制参考图1和2所述的推进***的操作。
具体实施方式
现在参考附图，其中，附图仅仅是为了图示某些示例性实施例且不是为了限制于此，图1示意性地图示用于车辆的推进***10。推进***10包括动力***，包括旋转地联接到电动机/发电机单元（MGU）26的内燃发动机12和联接到传动系（包括车轮16）的变速器14。变速器14配置成响应于源于控制模块5的控制信号将牵引扭矩传输给车轮16。内燃发动机12产生扭矩，扭矩传输给变速器14。MGU 26配置成将扭矩传输给发动机12。MGU 26配置成在再生时段期间对源于发动机12的扭矩反作用，以产生电功率。这包括在再生制动操作时将牵引扭矩从车轮16通过变速器14和发动机12传输给MGU 26。在一个实施例中，MGU 26可配置成将扭矩通过发动机12作为牵引扭矩传输给变速器14以实现车辆启动。在多个附图中，相同的附图标记对应于相同或类似的部件。
内燃发动机12经由皮带传动***23机械地旋转地联接到MGU 26，皮带传动***23包括蛇形皮带或其它合适联接机构。在一个实施例中，皮带传动***23包括路线在附连到发动机12曲轴13的皮带轮和附连到与MGU 26转子联接的旋转轴的另一个皮带轮之间的蛇形皮带。前述元件形成皮带交流发电机起动器（BAS）***。BAS***在车辆的持续操作期间实现自动停止和自动起动操作。
优选地，发动机12是在车辆的持续操作期间以多个状态选择性地操作的多缸内燃发动机，包括发动机运行状态和发动机关闭状态中的一种。发动机运行状态和发动机关闭状态分别使用自动起动控制方案和自动停止控制方案实现。在车辆的持续操作期间，控制模块5可以响应于操作者指令（例如，没有踩下加速踏板以及包括车辆怠速的车辆操作状况，可能响应于在交通信号灯处的车辆停止状况发生）使用自动停止控制方案来控制发动机12为发动机关闭状态。要理解的是，其它操作状况可导致发动机12以怠速操作。由此，车辆可降低燃料消耗。随后，控制模块5可以响应于操作者指令（例如，踩下加速踏板）使用自动起动控制方案来控制发动机12为发动机运行状态，以提供用于车辆推进的牵引扭矩。通过定义的方式，发动机运行状态是发动机12被供应燃料且点火并产生足以将发动机操作保持在燃烧稳定极限处或以上的扭矩时的发动机操作状态，发动机关闭状态是发动机12未供应燃料且未点火并且不旋转且不产生扭矩的发动机操作状态。其它发动机状态可包括全缸状态和气缸停用状态中的一种、以及燃料供应状态和燃料切断状态中的一种。在一个实施例中，发动机12是通过提前或延迟火花点火定时来控制燃烧定时的火花点火发动机。可选地，发动机12是通过提前或延迟燃料喷射事件定时来控制燃烧定时的压缩点火发动机。要理解的是，发动机12可配置成以多个燃烧模式操作，包括火花点火和均质充气压缩模式。
发动机12包括辅助起动器电动机11，所述辅助起动器电动机11可以通过齿轮组选择性地连接到发动机12的曲轴13，且配置成响应于与操作者钥匙接通指令有关的起动指令提供发动扭矩以发动发动机12。辅助起动器电动机11优选用从电连接到其的辅助蓄电池41获得的低电压电功率供电。发动机12的曲轴13联接到可旋转输出构件20，可旋转输出构件20联接到变速器14的输入构件22。在一个实施例中，发动机12的输出构件20经由扭矩传递机构18联接到变速器14的输入构件22，扭矩传递机构18可包括离合器装置、液压动力变矩器或其它合适机构。变速器14可以是多速级变速器、电动可变变速器或能够经由输出构件24在变速器14和传动系（包括车轮16）之间传输牵引扭矩的任何其它合适变速器设计。
MGU 26优选包括多相感应或异步AC电机，包括定子和磁性地联接到定子的转子。如图所示，MGU 26是三相电机。要理解的是，MGU 26可包括多种多相装置（例如，两相、四相、五相和六相电机）中的任一种。MGU 26的转子优选联接到皮带传动***23，皮带传动***23配置成在MGU 26和发动机12之间传输扭矩。旋转传感器34合适地设置以监测MGU 26的转子的旋转位置和速度，用于反馈和控制目的。优选地，旋转传感器34是产生表示MGU 26的转子的角度和旋转速度的输出信号（345）的解算器。
功率逆变器模块27经由高电压DC功率总线31电连接到高电压能量存储***25，高电压DC功率总线31包括正高电压DC功率总线和负高电压DC功率总线。高电压能量存储***25电连接到高电压DC功率总线31的正和负侧，高电压开关40定位成使得高电压能量存储***25例如响应于***故障而从高电压DC功率总线31的正和负侧中的一个或两者断开。高电压开关40图示在断开位置，但是在持续操作期间处于闭合位置。功率逆变器模块27和相关控制电路和方案可将源于高电压能量存储***25的直流（DC）电功率转换为交流（AC）电功率，AC电功率传输给MGU 26以产生扭矩。功率逆变器模块27可将由MGU 26产生的AC电功率转换为DC电功率，以在磁化电流充分地磁化定子时经由辅助功率模块（APM）28给高电压能量存储***25和辅助蓄电池41充电。
APM 28经由高电压DC功率总线31电连接到高电压能量存储***25。APM 28经由低电压DC功率总线19电连接到辅助蓄电池41。辅助蓄电池41优选是低电压能量存储装置，例如12 V的DC蓄电池，且适合于将电功率提供给起动器电动机11和车辆上的其它附件和辅助***45，包括例如前灯和内部灯46、收音机或音频***48、电动座椅50、和电动转向***52。APM 28可配置为DC-DC功率转换器，将DC电功率从高电压电平转换为低电压电平，且反之亦然，其操作由控制模块5控制。APM 28优选配置为仅将DC电功率从高电压电平转换为低电压电平的DC-DC功率转换器，以最小化成本。即，APM 28根据需要将源于高电压能量存储***25的处于高电压的功率转换为适合于给辅助蓄电池41充电和/或给辅助***45中的一个或多个直接供电的低电压功率。控制模块5控制车辆上的来自于高电压能量存储***25和辅助蓄电池41的功率流以提供所需电功能。
控制模块5优选配置有分布式结构，包括响应于源于控制方案的指令执行车辆上的所有所需功率流控制功能的多个远程定位控制器。要理解的是，由控制模块5执行的所述功能可以组合到一个或多个装置中，例如以软件、硬件和/或专用集成电路（ASIC）和可与控制模块5独立且不同的辅助电路实施。控制模块5优选包括通用型数字控制器中的一种或多种的一个或多个组合，其每个均包括：微处理器或中央处理单元；包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、电可编程只读存储器（EPROM）的存储介质；高速时钟；模拟－数字转换（A/D）和数字－模拟转换（D/A）电路；输入/输出电路和设备（I/O）；以及合适的信号调节和缓冲电路。控制模块5包括控制***300，包括存储在一个存储介质中且被执行以提供相应功能的算法、常驻程序指令和标定值的形式的可执行控制方案100。
控制模块5优选经由通信总线51信号地且操作性地连接到发动机12、起动器电动机11、MGU 26、高电压能量存储***25、APM 28、功率逆变器模块27和辅助蓄电池41中的每一个。要理解的是，往返控制模块5的信息传输可以通过一个或多个通信路径完成，包括使用直接连接、使用局域网总线和使用串行***接口总线。
当发动机12包括MGU 26且配置为BAS***时，功率逆变器模块27可选择性地控制MGU 26旋转皮带传动***23以发动发动机12。此外，功率逆变器模块27可选择性地控制MGU 26操作为发电机，以便经由来自于发动机12和变速器14的功率传输给高电压能量存储***25再次充电。这可包括例如在再生制动事件期间捕获从车轮16通过变速器14和发动机12传输给MGU 26的能量。起动器电动机11可根据需要被控制以从低电压辅助蓄电池41抽取电功率，用于发动和起动发动机12，例如在车辆响应于钥匙接通事件和响应于如下文所述的高电压电气故障而初始起动期间。
图2示意性地示出了与电动机/发电机单元（例如，图1的MGU 26）有关的电功率电路的细节，包括辅助蓄电池41、包括栅极驱动模块127的功率逆变器模块27、以及经由皮带传动***23联接到发动机12的MGU 26。元件101、103、105和107表示在电功率电路内的连接且不是物理元件。高电压能量存储***25电连接到高电压DC功率总线31的正和负侧。栅极驱动模块127包括经由LV总线19电连接到辅助蓄电池41的AC功率振荡器32。AC功率振荡器32分别与上部和下部栅极驱动偏压功率供应源35和135的元件电气地互动，以变压和整流源于辅助蓄电池41的电功率，以将DC电功率提供给多对栅极驱动电路94。
从每个栅极驱动电路94输出的信号电连接到功率逆变器模块27的一对开关装置95中的一个的基极。示出了与MGU 26的单个相位（例如，相A）相对应的一对栅极驱动电路94和一对相关开关装置95。在持续操作期间，与一个开关装置95有关的每个栅极驱动电路94响应于源于控制模块5的控制信号产生脉冲，所述脉冲激励开关装置95且感应通过MGU 26的一个相位的电流。要理解的是，存在包括上部和下部栅极驱动偏压功率供应源和与MGU 26的每个相位有关的相应对开关装置95的类似栅极驱动模块。要理解的是，存在与每个开关装置95有关的栅极驱动电路94。
功率逆变器模块27电连接到MGU 26的每个相位。功率逆变器模块27包括多个开关装置95，当MGU 26是三相装置时，显示为与MGU 26的相应相位有关的三对开关装置95。每个开关装置95与栅极驱动模块127的栅极驱动电路94中的一个相对应。
MGU 26如图所示电连接到功率逆变器模块27，且经由皮带传动***23机械地联接到发动机12。一个或多个高电压DC链路电容器17跨过高电压DC功率总线31的正和负侧设置。在一个实施例中，DC链路电容器17具有3000 μF电容。DC链路电容器17适合于保持跨过高电压DC功率总线31的电势，但是缺乏在不持续充电的情况下在延长时间段内完全取代高电压能量存储***25的能力。存在任选主动DC总线放电电路，包括电阻器42和开关43。
每个开关装置95优选包括具有低闭合阻抗的半导体装置，例如毫欧幅值量级。一个示例性开关装置包括场效应晶体管装置。在一个实施例中，这可以是MOSFET装置。可选地，开关装置95可以包括IGBT装置、JFET装置和其它装置。开关装置95成对配置以控制高电压总线31的正侧与连接到且与MGU 26的一个相位有关的一个电缆和高电压总线31的负侧之间的电功率流。控制模块5包括开关控制电路，以经由栅极驱动电路94控制每个开关装置95的启用和停用。
栅极驱动预充电电路98串联地连接在栅极驱动模块127和高电压总线31和功率逆变器模块27的开关装置95之间。更具体地，功率逆变器模块27的每个相位包括栅极驱动预充电电路98的串联地连接在上部栅极驱动偏压功率供应源35的高电压侧91和高电压总线31的正侧之间的第一个、以及栅极驱动预充电电路98的串联地连接在下部栅极驱动偏压功率供应源135的高电压侧191和电节点92之间的第二个，电节点92由电连接到MGU 26的一个相位的一对相关开关装置95之间的接合点限定。
每个栅极驱动预充电电路98包括与电阻装置96串联连接的二极管97。每个二极管97优选被偏压以允许源于辅助蓄电池41的电流经由LV总线19流经栅极驱动模块127到达高电压总线31和功率逆变器模块27内的电容器17。每个二极管97优选被偏压以限制从高电压总线31到栅极驱动模块127的电流。
当在高电压电路中检测到故障时，例如接地隔离故障，高电压开关40被控制，以将高电压能量存储***25从高电压DC功率总线31的正和负侧中的一个或两者断开。控制模块5经由栅极驱动电路94中止起动和停用所有开关装置95。栅极驱动预充电电路98配置成允许栅极驱动模块127使用源于辅助蓄电池41的电功率来给DC链路电容器17充电，如参考图4所述。因而，当高电压能量存储***25通过高电压开关40的断开从充电电路断开时，栅极驱动预充电电路98用于使用源于辅助蓄电池41的低电压电功率来给DC链路电容器17充电。在一个实施例中，当辅助蓄电池41是标称12 V的DC装置时，上部和下部栅极驱动偏压功率供应源35和135中的每一个可产生施加到预充电电路98的电压输出，范围可在15 V和25 V之间。当预充电电路98如上文所述连接到功率逆变器模块27且高电压开关40断开时，因而从电路去除高电压能量存储***25，电功率通过预充电电路98且给DC链路电容器17充电。在如此配置时，栅极驱动预充电电路98组合以产生跨过DC链路电容器17的偏压电压，其足以在发动机12以怠速操作时将足够的磁化能量提供给MGU 26，在一个实施例中，可总计至少34 V。因而，DC链路电容器17被预充电具有处于大于磁化和以其它方式操作MGU 26的定子所需的电压（在一个实施例中，是大于32 V所需电压的电压）的充分电能。与这种操作有关的细节参考图3和4描述。
图3以框图配置示意性地图示了使用参考图2所述的电功率电路控制至MGU 26的电功率流的控制***300。控制***300的每个元件是定期执行以实现输出结果的任务，如将所述的那样。所述元件包括扭矩指令确定框310、模式选择框320、扭矩指令限制框330、电动机电流确定框340、负载突降保护（dump protection）控制框350、速度观测器和通量角度/负载扭矩观测器360、电流输入框370和电动机电流控制框380。电动机电流控制框380信号地连接到脉宽调制框390，脉宽调制框390信号地连接到功率逆变器模块27，功率逆变器模块27联接到MGU 26。要理解的是，控制方案300的前述框和相关任务可以使用监测相应输入参数和实现期望输出参数的合适硬件、算法和标定值来执行。
扭矩指令确定框310、模式选择框320和扭矩指令限制框330用于确定电动机扭矩指令，称为回转扭矩指令（slewed torque command）（335）。扭矩指令确定框310确定扭矩指令，包括电动机扭矩指令（301）、与容错发电模式324的操作结合使用的再生扭矩指令（307）、以及速度相关扭矩指令（311）。电动机扭矩指令（301）是MGU 26在持续操作期间响应于操作者扭矩请求产生扭矩的指令。再生扭矩指令（307）响应于跨过高电压DC总线的指令电压（303）和跨过高电压DC总线的监测电压Vde（305）而确定，且使用参考图5所述的DC链路电压调节回路500来确定。跨过高电压DC总线的指令电压（303）和跨过高电压DC总线的监测电压Vde（305）与在正高电压DC功率总线和负高电压DC功率总线之间的跨过高电压DC功率总线31的电压或者跨过高电压DC链路电容器17的偏压电压相关。指令速度（309）是MGU 26在持续操作期间产生旋转速度输出的指令。指令速度（309）或者来自于速度曲线发生器310的优选速度曲线（313）可以与测量旋转速度（347）进行比较。速度调节器308将指令速度（309）或者来自于速度曲线发生器310的优选速度曲线（313）与测量旋转速度（347）进行比较，以确定速度相关扭矩指令（311），其响应于指令速度（309）或者优选速度曲线（313）且考虑***的能力。
模式选择框320选择具有相关电动机扭矩指令（301）的电压再生模式322、具有相关再生扭矩指令（307）的容错发电模式324以及具有相关速度相关扭矩指令（311）的速度控制模式326中的一种以确定优选扭矩指令（315）。当操作状况表示***中没有故障且高电压开关40原封不动（即，闭合）时，电压再生模式322被选择且电动机扭矩指令（301）被选择作为优选扭矩指令（315）。当***操作以控制MGU 26的速度时，速度控制模式326被选择且速度相关扭矩指令（311）被选择作为优选扭矩指令（315）。当存在以电功率生成模式操作MGU 26以给高电压能量存储***25充电的指令时且当***中存在导致高电压开关40断开的故障时，容错发电模式324被选择且再生扭矩指令（307）被选择作为优选扭矩指令（315）。容错发电模式324由控制模块5执行以响应于导致高电压开关40将能量存储***25从高电压DC功率总线31断开的故障而控制动力***的操作。
扭矩指令限制框330对优选扭矩指令（315）施加限制，包括与MGU 26的扭矩产生容量有关的第一扭矩限制器332。第二扭矩限制器334与闭环功率控制有关。第三扭矩限制器336与闭环电压控制有关。扭矩指令限制框330的前述扭矩限制器332、334和336的操作影响何时高电压开关40断开且***以容错发电模式324操作以实现电功率生成。优选扭矩指令（315）由扭矩指令限制框330通过施加最大和最小扭矩状态以及扭矩的时间变化率来修正，从而得到回转扭矩指令（335）。回转扭矩指令（335）是用于控制MGU 26的指令电动机扭矩。
在电压再生模式322和速度控制模式326中的任一个中，第一扭矩限制器332设定为MGU 26在操作状况下的最大扭矩容量。在容错发电模式324中，第一扭矩限制器332设定为使得从MGU 26输出的最大正指令扭矩等于零。因而，在该模式中，MGU 26操作产生电功率，而不产生扭矩。
在电压再生模式322和速度控制模式326中的任一个中，第二和第三扭矩限制器334和336设定为考虑高电压能量存储***25保持电压和提供电功率以用MGU 26产生扭矩的能力的功率和电压控制限制。在容错发电模式324中，第二和第三扭矩限制器334和336设定为考虑高电压能量存储***25保持电压和提供电功率以操作MGU 26产生电功率的能力的功率和电压控制限制。
电动机电流确定框340使用正交变换（适合基于速度的电机通量）响应于回转扭矩指令（335）确定用于控制MGU 26的指令直轴电流Id（341）和指令横轴电流Iq（343）。电动机电流确定框340考虑跨过高电压DC总线的监测电压Vde（305），其优选基于已经使用已知高电压DC总线电压滤波器120滤波的高电压总线31上的电压原始测量值（117）来确定。高电压DC总线电压滤波器120优选是具有可调节的截止频率的低通滤波器。与在电压再生模式322时操作MGU 26有关的截止频率显著地低于与在容错发电模式324时借助于电压控制操作MGU 26有关的截止频率。可以理解，指令直轴电流Id（341）和指令横轴电流Iq（343）的确定响应于高电压总线电压变化，且受到是以电压再生模式322还是容错发电模式324操作的影响。
受到以电压再生模式322操作和以容错发电模式324操作之间的变化影响的与电动机电流确定框340有关的可控和可调节参数包括用于控制MGU 26的指令直轴电流Id（341）和指令横轴电流Iq（343）的最大许可时间变化率的变化。指令直轴电流Id（341）和指令横轴电流Iq（343）的最大许可时间变化率在以容错发电模式324操作时增加。
受到以电压再生模式322操作和以容错发电模式324操作之间的变化影响的与电动机电流确定框340有关的可控和可调节参数包括用于确定指令直轴电流Id（341）和指令横轴电流Iq（343）的幅值的最大许可电机通量。最大许可电机通量在以容错发电模式324操作时优选减小。在一个实施例中，在以容错发电模式324操作时，指令横轴电流Iq（343）设定等于零。这参考图7描述。
速度观测器和通量角度/负载扭矩观测器360监测来自于旋转传感器34的输出信号（345）且使用合适数据分析方法据此确定MGU 26的转子的旋转位置和旋转速度（347）。还可以据此确定转子通量角度（363）和相关转子通量速度（361）。
负载突降保护控制框350响应于跨过高电压DC总线的监测电压Vde（305）和MGU 26的转子的旋转速度（347）而约束指令直轴电流Id（341）和指令横轴电流Iq（343），从而产生约束直轴电流Id（351）指令和约束横轴电流Iq（353）指令，约束直轴电流Id（351）指令和约束横轴电流Iq（353）指令输入给电动机电流控制框380。
电流输入框370监测各个输入，包括转子通量角度（363）和相关转子通量速度（361）以及来自于电机26的每个相位的测量反馈电流（375）（例如，当电机26是三相电机时，来自于相A、B和C的测量电流）。电流输入框370将所监测输入转换为监测直轴电流Id（371）和监测横轴电流Iq（373），监测直轴电流Id（371）和监测横轴电流Iq（373）作为反馈状态输入给电动机电流控制框380。
电动机电流控制框380使用同步坐标电流调节器来分别基于约束直轴电流Id（351）和约束横轴电流Iq（353）指令以及相应监测直轴电流Id（371）和监测横轴电流Iq（373）之间的差来确定指令直轴和横轴电压Vd（381）和Vq（383）。指令直轴和横轴电压Vd（381）和Vq（383）分别输入到脉宽调制框390。
脉宽调制框390响应于指令直轴和横轴电压Vd（381）和Vq（383）产生用于控制功率逆变器模块27的相位的脉宽占空比指令（393）。
图4示意性地图示了控制参考图1和2所述的推进***10的操作的控制方案100，控制方案100是控制***300的元件，包括响应于使得高电压开关40将能量存储***25从高电压DC功率总线31断开的高电压电气故障而在以容错发电模式324继续操作的情况下控制操作。在检测到高电压电气故障状况时，例如在高电压能量存储***25断开或离线时（不管是由于电气故障、到达高电压能量存储***25的寿命末期、***安装问题或其它原因），控制方案100操作维持推进***10中的辅助电功率生成。高电压开关40响应于这种故障优选自动地断开以将高电压能量存储***25从电路去除，断开的高电压开关40提供诊断高电压能量存储***25被断开的合适机制。取决于在发生这种故障时发动机12的运行/关闭操作状态，可自动地执行包括容错发电模式324的跛行回家（limp-home）模式，以允许推进***10的持续操作推进车辆。取决于发动机12在检测到高电压电气故障时的操作状态，选择跛行回家模式的细节。
控制方案100在控制模块5中执行，依赖于图2所示的栅极驱动预充电电路98。控制方案100在检测或确定高电压电气故障状况（例如，在高电压能量存储***25离线、断开或以其它方式不可用时）时以容错发电模式324提供持续电功率流。该持续电功率流通过将DC链路电容器17预充电至最小电压且使用电功率作为电动机/发电机单元26的定子的磁化能量源以允许在电动机/发电机单元26由发动机12旋转时积聚电压来实现。控制模块5配置成在存在与高电压能量存储***25和相关元件有关的高电压电气故障状况时操作。因而，控制模块5经由功率逆变器模块27控制跨过高电压DC功率总线31的正和负侧的电压，以降压模式（buck mode）控制APM 28以便给辅助蓄电池41再次充电，且以预充电模式控制功率逆变器模块27以给在高电压DC功率总线31的正和负侧之间的DC链路电容器17充电以便激励MGU 26的定子，从而允许以容错发电模式324操作电动机/发电机单元26以产生电功率。
控制方案100使用其低电压辅助功率生成能力维持电动机/发电机单元26的操作。控制方案100使用从辅助蓄电池41经由栅极驱动模块127通过上部和下部栅极驱动偏压功率供应源35和135和栅极驱动预充电电路98可获得的隔离DC电功率给DC链路电容器17充电，以实现跨过高电压DC功率总线31的正和负侧的预定电压，所述预定电压足以在MGU 26的定子绕组中产生磁化能量。一旦MGU 26旋转且被磁化，其就由功率逆变器模块27控制以将高电压总线电压31保持在基本上不变的电压设定点，且允许APM 28供应电功率以支持低电压电负载，例如与辅助***45有关的。
提供表1作为解答，其中，附图标记的框和控制方案100的相应功能阐述如下。
表1
Figure 2012101615042100002DEST_PATH_IMAGE002
。
控制方案100重复地执行以监测故障和检测是否已经检测到与高电压能量存储***25有关的故障（402）。当检测到这种故障（1）时，禁用操作MGU 26产生扭矩的扭矩生成控制模式（404），从而经由MGU 26禁用发动机自动起动。否则（0），控制方案100的当前重复操作结束（450）。操作MGU 26的控制状态设定为无效模式（406），逆变器状态设定为禁用功率（扭矩）级（408），MGU 26的扭矩指令设定为零（410）。高电压能量存储***25从充电电路断开，包括断开高电压开关40（412）。因而，从APM 28输出的功率和从控制模块5输出给功率逆变器模块27的晶体管栅极控制信号开始禁用。禁用欠压锁定标记（414），这允许随后的***操作，尽管MGU 26开始停用且跨过DC总线的电压低于与预期自动起动操作有关的优选最小电压电平。APM 28开始禁用（416），以在使用栅极驱动模块127随后预充电高电压总线31期间防止无意电负载。***确认不存在可能阻碍以电压控制模式操作的其它故障（418）。当没有阻碍以电压控制模式操作的相关故障（1）时，操作MGU 26的控制状态设定为启用电压控制模块（420）。一个示例性电压控制模式是本文所述的容错发电模式324。否则（0），控制方案100的当前重复的操作结束（450）。
检查发动机状态以确定发动机12是处于发动机运行状态还是发动机关闭状态。如果发动机处于发动机关闭状态，那么发动机12使用辅助起动器电动机11自动起动以旋转发动机12（421）。
发动机速度被监测且与预定范围（即，在最小速度Nmin和最大速度Nmax之间）进行比较（422）。当发动机速度处于最小速度Nmin和最大速度Nmax之间的预定范围之外（0）时，控制方案100的当前重复的操作结束（450）。当发动机速度处于最小速度Nmin和最大速度Nmax之间的预定范围内（1）时，确认MGU控制状态是电压控制模式，即容错发电模式324（424）。当MGU控制状态不是电压控制模式（0）时，控制方案100的当前重复的操作结束（450）。
当操作MGU 26的控制状态（424）设定为容错发电模式324（424）（1）时，用于控制MGU 26的操作的控制参数设定为与以容错发电模式324操作有关的参数（426）。与以容错发电模式操作有关的代表性控制参数参考控制至MGU 26的电功率流的控制***300描述，如参考图3所示。优选地，用于控制MGU 26的操作的控制参数包括以容错发电模式324操作的参数、以及以电压再生模式322和速度控制模式326操作的有关参数。以容错发电模式324操作包括在高电压能量存储***25断开且跨过高电压总线31具有相对低的初始电压的情况下操作。用于控制MGU 26的操作的控制参数包括如下：
在容错发电模式324时从MGU 26输出的最大指令扭矩，即，与扭矩指令限制框330有关的回转扭矩指令（335）的最大状态；
在容错发电模式324时从MGU 26输出的指令扭矩的最大许可时间变化率，即，与扭矩指令限制框330有关的回转扭矩指令（335）的最大许可时间变化率；
在容错发电模式324时响应于回转扭矩指令（335）控制MGU 26的指令直轴电流Id（341）和指令横轴电流Iq（343）的最大许可时间变化率，与电动机电流确定框340有关；
用于确定指令直轴电流Id（341）和指令横轴电流Iq（343）的最大许可电功率生成通量，与电动机电流确定框340有关；
在以容错发电模式324操作时跨过高电压总线34的指令电压的最大许可时间变化率（503），与DC链路电压调节回路500有关；
在容错发电模式324时跨过高电压总线电容器17的最大滤波测量电压（305），与DC链路电压调节回路500有关；
在以容错发电模式324操作时跨过高电压DC总线的指令电压（303）；以及
跨过高电压总线31的来自于APM 28的指令输出电压。
此外，参考图5所述的DC链路电压调节回路500的参数被设定且与以容错发电模式324操作有关。
高电压总线电容器17的预充电经由栅极驱动预充电电路98使用源于辅助蓄电池41经由栅极驱动功率模块127的电功率启用（428），如参考图2所示。
当跨过高电压DC总线的监测电压Vde（305）实现最小电压电平（430）（1）时，逆变器状态设定为启用电功率生成级（432）。
跨过高电压DC总线的指令电压（303）与跨过高电压DC总线的监测电压Vde（305）（即，跨过高电压DC链路电容器17的电压，表示高电压总线31上的电压）进行比较（434）。当跨过高电压DC总线的指令电压（303）和跨过高电压DC总线的监测电压Vde（305）之间的差小于阈值（1）时，启用欠压锁定标记（436），表示高电压总线电容器17已经被充分充电。
启用APM 28（438）。因而启用***的操作，从而允许MGU 26使用相关电流控制回路和诊断以容错发电模式324操作（440）。发动机12将机械功率提供给MGU 26，从而允许MGU 26在其容量内操作为发电机。因而，电功率由MGU 26产生且经由功率逆变器模块27作为DC功率供应给APM 28。在发动机12推进车辆的情况下，因而功率流由APM 28提供给辅助蓄电池41，这允许参考图1所述的辅助***45保持通电。
图5示意性地图示了DC链路电压调节回路500，其是具有速度可调节增益的可动态调节比例-积分控制器。DC链路电压调节回路500用于响应于跨过高电压DC总线的指令电压（303）、跨过高电压DC总线的监测电压Vde（305）和测量旋转速度（347）而确定再生扭矩指令（307）。跨过高电压DC总线的监测电压Vde（305）根据已经使用高电压DC总线的高电压DC总线电压滤波器120滤波的高电压总线31上的电压原始测量值（117）来确定。高电压DC总线电压滤波器120优选是具有可调节的截止频率的低通滤波器。操作中，跨过高电压DC总线的指令电压（303）用滤波装置520滤波，其提供滤波指令电压（503），滤波指令电压（503）限制为在以容错发电模式324操作时跨过高电压DC总线34的指令电压的最大许可时间变化率（503）。与滤波装置520有关的时间常数是可调节的，且取决于是否存在高电压蓄电池故障。滤波指令电压（503）和跨过高电压DC总线的监测电压Vde（305）之间的差被确定，且输入增益方程530，用于基于前述差和其它考虑来计算指令DC电流（505）。示例性增益方程530可以如下：
Figure 2012101615042100002DEST_PATH_IMAGE004
。
Kp和Ki分别是比例和积分因子，其与测量旋转速度（347）结合变化。Kp和Ki还可以结合是否以容错发电模式324操作调节。
指令DC电流（505）被计算，且乘以滤波指令电压（503），以确定指令功率（507）。指令功率（507）在540除以测量旋转速度（347）以确定再生扭矩指令（307），再生扭矩指令（307）由控制***300在以容错发电模式324操作时使用。
分别传输给上部和下部栅极驱动偏压功率供应源35和135的栅极驱动功率经由栅极驱动预充电电路98供应，以将DC链路电容器17充电至预定电压。因而，功率逆变器模块27和栅极驱动电路98给DC链路电容器17预充电，从而允许经由功率逆变器模块27磁化MGU 26。磁化MGU 26允许其以容错发电模式324操作。预充电时间常数根据每个电阻器96的电阻、DC链路电容器17以及MGU 26的相位数量而变。示出了与MGU 26的单个相位有关的一对栅极驱动预充电电路98。
图6示意性地图示了外部回路控制方案600，其产生控制***300的元件的输入参数，用于控制参考图1和2所述的推进***10的操作。控制方案300响应于使得高电压开关40将能量存储***25从高电压DC功率总线31断开的高电压电气故障而在以容错发电模式324继续操作的情况下控制操作。外部回路控制方案600是用于确定在DC链路电压调节回路500和电动机电流确定框340中使用的控制参数的电压控制回路。
外部回路控制方案600缩减为可重复执行的算法，包括在预设循环期间定期执行。提供表2作为解答，其中，附图标记的框和外部回路控制方案600的相应功能阐述如下。
表2
Figure 2012101615042100002DEST_PATH_IMAGE006
。
监测跨过高电压总线31的电压（Vde）（305）的幅值和MGU 26的转子的旋转速度（347）（602）。
结合MGU 26的转子的测量旋转速度（347）调节DC链路电压调节回路500的增益方程530的相应比例和积分因子Kp和Ki，从而影响在以容错发电模式324操作时产生的再生扭矩指令（307）（604）。
跨过高电压DC总线的监测电压（Vde）（305）与过压阈值（Vov-thres）进行比较。当跨过高电压DC总线的监测电压（Vde）（305）大于过压阈值（Vov-thres）时，与横轴电流Iq有关的标记（Iq,flag）设定为状态“1”。当跨过高电压DC总线的监测电压（Vde）（305）比过压阈值（Vov-thres）小一定量时，与横轴电流Iq有关的标记（Iq,flag）重置为状态“0”，所述量大于许可误差电压（ε）（606）。
控制***300使用DC链路电压调节回路500的增益方程530的相应比例和积分因子Kp和Ki以及与横轴电流Iq有关的标记（Iq,flag）来产生指令，包括再生扭矩指令（307）、指令直轴电流Id（341）和指令横轴电流Iq（343），以便控制MGU 26以容错发电模式324操作（608），用于外部回路控制方案的当前重复（610）。
图7示意性地图示了内部回路控制方案700的一部分，内部回路控制方案700产生控制***300的元件的输入参数，用于控制参考图1和2所述的推进***10的操作。如前文所述，控制方案300响应于使得高电压开关40将能量存储***25从高电压DC功率总线31断开的高电压电气故障而在以容错发电模式324继续操作的情况下控制操作。内部回路控制方案700是用于确定电动机电流确定框340中使用的控制参数的电流控制回路。
控制方案700缩减为可重复执行的算法，包括在预设循环期间定期执行。提供表3作为解答，其中，附图标记的框和内部回路控制方案700的相应功能阐述如下。
表3
Figure 2012101615042100002DEST_PATH_IMAGE008
。
起初，确定与横轴电流Iq有关的标记（Iq,flag）是否设定为状态“1”，例如在外部回路控制方案600的执行期间（702）。如果是，那么指令横轴电流Iq（343）设定为等于零且相关Iq回路积分器被重置（704）。
当与横轴电流Iq有关的标记（Iq,flag）为状态“0”时，控制***300使用指令直轴电流Id（341）和指令横轴电流Iq（343）的当前状态操作，以产生用于控制MGU 26的脉宽占空比指令（393）。
当与横轴电流Iq有关的标记（Iq,flag）为状态“1”时，控制***300在指令横轴电流Iq（343）设定等于零的情况下使用指令直轴电流Id（341）的当前状态操作，以产生用于控制MGU 26的脉宽占空比指令（393）（706），用于内部回路控制方案的当前重复（708）。可以理解，当指令横轴电流Iq（343）设定等于零时，MGU 26的指令输出被限制，因为横轴电流Iq与MGU 26的扭矩输出成正比。
当在发动机12处于发动机运行状态且MGU 26操作为电功率发电机的情况下发生高电压电气故障状况时，执行跛行回家模式，包括以容错发电模式324操作。在以跛行回家模式操作期间，发动机12将机械功率提供给MGU 26，从而允许MGU 26在其容量内操作为发电机。因而，电功率由MGU 26产生且供应给功率逆变器模块27，在逆变之后作为DC功率供应给APM 28。在发动机12推进车辆的情况下，因而功率流由APM 28提供给辅助蓄电池41，这允许参考图1所述的辅助***45保持通电。
当在持续车辆操作期间在执行自动停止控制方案之后发动机12处于发动机关闭状态的情况下发生高电压电气故障状况时或者在MGU 26不产生功率时，控制模块5可激励起动器电动机11以经由辅助蓄电池41发动发动机12，以便响应于由响应指令自动起动控制方案控制发动机12至发动机运行状态的指令起动发动机12。
在发动机12处于发动机运行状态之后，控制模块5给栅极驱动模块127发送信号，以将电流从辅助蓄电池41通过栅极驱动模块127传输给栅极驱动预充电电路98，以将DC链路电容器17充电至预定电压。充电的DC链路电容器17提供源于辅助蓄电池41的磁化电流给MGU 26的定子，以便以异步模式操作MGU 26。发动机12提供旋转MGU 26的定子的所需扭矩。
在容错发电模式324中，功率逆变器模块27控制MGU 26，使得MGU 26在其容量内操作为电功率发电机，其中，DC电压大于预充电电路98提供的电压。功率逆变器模块27使用DC链路电容器17将磁化电流提供给定子，且使用来自于MGU 26的扭矩帮助保持DC链路电容器17上的电荷。一旦DC链路电容器17的电压超过预充电电压，例如在一个示例性实施例中大约32 V或更多，预充电电路98中的二极管97就被反向偏压，且停止提供功率给DC链路电容器17。
当MGU 26操作为电功率发电机时，包括保持DC链路电容器17上的电荷，APM 28可以给辅助蓄电池41充电。
在前述模式中的每一种期间，发动机12的速度可以限制为小于预定水平，例如在一个示例性实施例中大约4000 RPM或更少，以便控制跨过高电压DC功率总线31的正和负侧的电压电平。
本发明已经描述了某些优选实施例及其变型。在阅读和理解该说明书之后，本领域技术人员可以想到其它的变型和改变。因此，本发明并不旨在限于作为设想用于实现该发明的最佳模式公开的具体实施例，而本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于操作包括电动机/发电机单元的动力***的方法，包括：
在检测到与高电压DC电总线有关的断开高电压开关时：
采用低电压电功率来供电高电压DC电总线；
调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元；
操作内燃发动机以旋转电动机/发电机单元；以及
以容错发电模式操作电动机/发电机单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，采用低电压电功率来供电高电压DC电总线包括：将源于低电压蓄电池的电功率传输经过预充电电路，以便给跨过高电压DC电总线电连接的DC链路电容器充电。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，采用低电压电功率来供电高电压DC电总线包括：传输源于低电压蓄电池的电功率以供电高电压DC电总线。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，传输源于低电压蓄电池的电功率以供电高电压DC电总线包括：将源于低电压蓄电池的电功率传输经过预充电电路以供电高电压DC电总线。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，以容错发电模式操作电动机/发电机单元包括：操作电动机/发电机单元仅仅产生电功率且不操作电动机/发电机单元产生扭矩。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元包括：响应于跨过高电压DC电总线的指令电压和跨过高电压DC电总线的监测电压确定和选择操作电动机/发电机单元的再生扭矩指令。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元包括：调节与控制电动机/发电机单元有关的指令直轴和横轴电流的最大许可时间变化率。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，调节与控制电动机/发电机单元有关的指令直轴和横轴电流的最大许可时间变化率包括：在以容错发电模式操作时，增加指令直轴和横轴电流的最大许可时间变化率。
9.一种用于操作包括电动机/发电机单元的动力***的方法，包括：
在检测到与高电压DC电总线有关的故障从而导致高电压DC电总线从高电压能量存储***断开时：
采用低电压电功率来供电高电压DC电总线；
调节控制参数以便以容错发电模式操作电动机/发电机单元；
操作内燃发动机以将扭矩传输给电动机/发电机单元且产生从动力***输出的牵引扭矩；以及
以容错发电模式操作电动机/发电机单元。
10.一种用于操作包括内燃发动机和电机的动力***的方法，包括：
在电连接在功率逆变器模块和电机之间的高电压DC电总线的高电压开关断开时：
禁用电联接到电机的逆变器的栅极驱动脉冲；
采用低电压蓄电池来供电高电压DC电总线的高电压总线电容器；
调节控制参数以便以容错发电模式操作电机；
起动内燃发动机以旋转电机；以及
在电机实现预定旋转速度时：致动逆变器模块；
当高电压总线电容器实现预定电压电平时，以容错发电模式操作电机；以及
控制辅助功率模块给低电压蓄电池充电。
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