專利名稱：用于操作電動(dòng)機(jī)以降低電動(dòng)車輛噪聲的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及汽車，并且尤其涉及用于操作電動(dòng)機(jī)以降低電動(dòng) 車輛例如混合動(dòng)力汽車噪聲的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，技術(shù)的發(fā)展以及不斷進(jìn)行的式樣嘗試已經(jīng)在汽車設(shè)計(jì)上引 起了重大變化。 一個(gè)變化在于，汽車尤其是代用燃料車輛例如混合動(dòng)力 車、電動(dòng)車和燃料電池車輛中的電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性。這些代用燃料車輛 通常使用一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)，或許與另一個(gè)致動(dòng)器聯(lián)合起來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪。 此外，這種汽車也可包括其它電動(dòng)機(jī)以及其它高電壓部件以運(yùn)轉(zhuǎn)汽車中 的其它各種系統(tǒng)如空調(diào)。
由于代用燃料汽車通常只具有一個(gè)直流(DC)電源(如，電池) 的事實(shí)，就要使用電壓源型(即，功率)逆變器以將DC功率轉(zhuǎn)換成交 流(AC)功率，這通常是電動(dòng)機(jī)所要求的。通過(guò)稱作"DC總線"的一 連串導(dǎo)線如電纜，將電動(dòng)機(jī)、功率逆變器和電池，以及其它部件相互電 連接。
功率轉(zhuǎn)換器主要通過(guò)其中的開(kāi)關(guān)晶體管將DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率， 使用例如脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)。轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)頻率經(jīng)常達(dá)到并且激勵(lì) DC總線中的各種諧振頻率，這將在車輛中引起不良噪聲并且在DC總 線上引起高頻電流脈動(dòng)。
因此，需要提供一種用于操作與電氣總線耦合的電動(dòng)機(jī)的方法和系 統(tǒng)，從而使諧振頻率的激勵(lì)最小化。而且，通過(guò)下列詳細(xì)說(shuō)明和附上的 權(quán)利要求，結(jié)合附圖、上述技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)，本發(fā)明的其它必要方 面和特征將變得更明顯。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于操作與車輛中的電氣總線耦合的電 動(dòng)機(jī)的方法。確定電氣總線的選定諧振頻率。該選定諧振頻率包括低諧 振頻率和高諧振頻率。通過(guò)開(kāi)關(guān)頻率下操作的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)操作向電動(dòng)
機(jī)供電。該開(kāi)關(guān)頻率控制為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)。該函數(shù)的特征在 于以下之一當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率小于或等于選定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，其是具有第一斜率的第一基本線性部分，并且如果開(kāi)關(guān)頻率大于選定頻率，其是具有笫
二斜率的第二基本線性部分，該選定開(kāi)關(guān)頻率大于低諧振頻率；和具有 大于低諧振頻率的y截距的基本線性部分。
根據(jù)另 一 個(gè)實(shí)施例，提供 一種用于操作與車輛中的功率轉(zhuǎn)換器以及 電氣總線耦合的電動(dòng)機(jī)的方法。確定電氣總線的選定諧振頻率。該選定 諧振頻率包括低諧振頻率和高諧振頻率。通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器中的至少 一個(gè) 開(kāi)關(guān)向電動(dòng)機(jī)供電。該供電包括下列操作中的一個(gè)，在初始開(kāi)關(guān)頻率下 操作至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以開(kāi)始電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，該初始開(kāi)關(guān)頻率大于低諧振頻 率；以及在開(kāi)關(guān)頻率下操作至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，如果開(kāi)關(guān)頻率小于或等于選 定開(kāi)關(guān)頻率，就作為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)以第一速率增加開(kāi)關(guān)頻 率，而如果開(kāi)關(guān)頻率大于選定頻率，就作為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)以 第二速率增加開(kāi)關(guān)頻率，該選定開(kāi)關(guān)頻率大于低諧振頻率。
根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，提供一種汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括具 有選定諧振頻率的電氣總線，該選定諧振頻率包括低諧振頻率和高諧振 頻率；與電氣總線耦合的直流(DC)電源；與電氣總線耦合的電動(dòng)機(jī)； 功率逆變器，包含至少一個(gè)晶體管并且與電氣總線耦合以從DC電源獲 得DC功率并且向電動(dòng)機(jī)提供交流(AC)功率；以及，與電動(dòng)機(jī)、DC 電源和逆變器可操作通信的處理器。處理器構(gòu)造成將開(kāi)關(guān)頻率控制為電 動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)。該函數(shù)的特征在于以下之一當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率小于或 等于選定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，其是具有第一斜率的第一基本線性部分，并且如 果開(kāi)關(guān)頻率大于選定頻率，其是具有第二斜率的第二基本線性部分，該 選定開(kāi)關(guān)頻率大于低諧振頻率；和具有大于低諧振頻率的y截距的基本 線性部分。


下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中，相同的標(biāo)記表示相同的元件，并
且
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性車輛的示意圖； 圖2是圖1所示車輛中的逆變器的示意圖； 圖3是圖1所示車輛中的電氣總線的示意圖； 圖4是諧振現(xiàn)象的圖示說(shuō)明，涉及通過(guò)圖3所示電氣總線的各種電 感值；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例操作電動(dòng)機(jī)的方法的圖示說(shuō)明；圖6是根據(jù)本發(fā)明的另 一 個(gè)實(shí)施例操作電動(dòng)機(jī)的方法的圖示說(shuō)明； 圖7是運(yùn)用傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率函數(shù)在功率逆變器工作過(guò)程中在電氣總線
上測(cè)得的高頻弱脈動(dòng)電流的 一個(gè)例子的圖示說(shuō)明；
圖8是運(yùn)用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)頻率函數(shù)在功率逆變器
工作過(guò)程中在電氣總線上測(cè)得的高頻弱脈動(dòng)電流的 一 個(gè)例子的圖示說(shuō)
明；
圖9是使用固定頻率PWM的功率逆變器的輸出電壓的頻譜的圖示 i兌明；以及
圖10是使用應(yīng)用了調(diào)諧技術(shù)的P WM的功率逆變器的輸出電壓的頻 語(yǔ)的圖示說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
下列描述實(shí)際上只是示例性的并且決不意圖限制本發(fā)明或本發(fā)明 的應(yīng)用和用途。而且，不意圖受到前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、簡(jiǎn)要介紹 或下列詳細(xì)說(shuō)明中所出現(xiàn)的明示或暗示原理的限制。
下列說(shuō)明涉及元件或零件"連接"或"耦合"在一起。除非另有特 別說(shuō)明，文中所用的"連接"是指一個(gè)元件/零件與另一元件/零件直接 連接(或直接通信)，并且不一定是機(jī)械式的。同樣，除非另有特別說(shuō) 明，"耦合"是指一個(gè)元件/零件與另一元件/零件直接或間接連接(或， 直接或間接通信)，并且不一定是機(jī)械式的。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，盡管 下面在一個(gè)實(shí)施例中描述的是兩個(gè)元件"連接"，但是在另一個(gè)實(shí)施例 中，同樣的元件可以是"耦合，，，反之亦然。因此，盡管本文的示意圖 描述了元件的示例布置，但是，在實(shí)際實(shí)施例中可以有其它的介入元件、 裝置、零件或部件。也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖l-10只是解釋性的并且沒(méi)有按比 例畫出。
圖1-10示出了一種用于操作與車輛中的電氣總線耦合的電動(dòng)機(jī)的 方法和系統(tǒng)。確定電氣總線的選定諧振頻率。該選定諧振頻率包括低諧 振頻率和高諧振頻率。通過(guò)在開(kāi)關(guān)頻率下操作的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)向電動(dòng)機(jī) 供電。該開(kāi)關(guān)頻率控制為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)。該函數(shù)的特征在于， 當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率小于或等于選定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，其是具有第一斜率的第一基本 線性部分，或者，如果開(kāi)關(guān)頻率大于選定頻率，其是具有第二斜率的第 二基本線性部分，該選定開(kāi)關(guān)頻率大于低諧振頻率并且具有大于低諧振 頻率的y截距的基本線性部分。
7圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電動(dòng)車輛(或汽車)20。車 輛20包括車架22、四個(gè)車輪24和電子控制系統(tǒng)26。盡管沒(méi)有明確示 出，但車架包括底盤和布置在底盤上的車身，其基本上圍住了車輛20 的其它部件。每個(gè)車輪24都在車架22的各個(gè)拐角處與其可旋轉(zhuǎn)耦合。
車輛20可以是眾多不同類型的汽車中的任意一種，例如，轎車、 貨車、卡車或運(yùn)動(dòng)型多用途車(SUV),可以是兩輪驅(qū)動(dòng)(2WD)(即， 后輪驅(qū)動(dòng)或前輪驅(qū)動(dòng))、四輪驅(qū)動(dòng)(4WD)或全輪驅(qū)動(dòng)(AWD)。車輛 20還可以結(jié)合眾多不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)中的任意一種，或是這些發(fā)動(dòng)機(jī)的組 合，例如，燃用汽油或柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)、"靈活燃料車"(FFV)發(fā)動(dòng)機(jī)(即， 使用汽油和乙醇的混合物)、燃用氣態(tài)化合物(如，氫氣和/或天然氣) 的發(fā)動(dòng)機(jī)、燃燒/電動(dòng)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)才幾以及電動(dòng)才幾。
在圖l示出的示例性實(shí)施例中，車輛20是AWD混合動(dòng)力車，并且 還包括前部致動(dòng)器組件28、后部致動(dòng)器組件30、空調(diào)(AC)系統(tǒng)32 和電池(即，直流(DC)電源)34。前部致動(dòng)器組件28包括內(nèi)燃機(jī)36、 前部電動(dòng)機(jī)/變速器組件38和前部功率逆變器組件40 (或牽引功率逆變 器模塊(TPIM)),在一個(gè)實(shí)施例中，該前部功率逆變器組件包括多個(gè)功 率逆變器(即，致動(dòng)器組件28中的每個(gè)電動(dòng)機(jī)都有一個(gè)功率逆變器， 將在下文描述)。
前部電動(dòng)機(jī)/變速器組件38包括在其中結(jié)合了兩個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī) (或電動(dòng)機(jī))42的變速器，如通常了解的一樣，并且與內(nèi)燃機(jī)36耦合。 盡管沒(méi)有示出，但是每個(gè)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)42都包括定子組件(包括導(dǎo)電 線圈)和轉(zhuǎn)子組件(包括鐵磁芯)。電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)42內(nèi)的定子組件和/ 或轉(zhuǎn)子組件可包括多個(gè)電磁才及(如，六個(gè);茲才及)，如通常了解的一樣。
后部致動(dòng)器組件30包括后部電動(dòng)機(jī)/變速器組件44和后部功率逆變 器46 (或后部功率逆變器模塊(RPIM))。后部電動(dòng)機(jī)/變速器組件44 包括電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)48,其與前部電動(dòng)機(jī)/變速器組件38的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電 機(jī)42類似。AC系統(tǒng)32包括具有AC壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)52的AC裝置50和 AC功率逆變器54,并且用于調(diào)節(jié)車輛20的車廂內(nèi)的空氣溫度。
繼續(xù)參照?qǐng)D1,后部致動(dòng)器組件30通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸56與前部致動(dòng)器組 件28耦合，并且致動(dòng)器組件28和30的每一者都通過(guò)多根輪軸58與車 輪24耦合。
圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的前部功率逆變器組件40,或者尤其是，前部功率逆變器組件40內(nèi)的功率逆變器。逆變器40具有與電壓電 源和電動(dòng)機(jī)耦合的三相電路。更具體地說(shuō)，逆變器40包括開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)， 該開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)具有與電池34耦合的第 一輸入和與電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)42耦合的 輸出。盡管示出的是單個(gè)電壓電源，但是，可以使用具有兩個(gè)串聯(lián)源的 分布式直流(DC)線路。該開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括三對(duì)具有對(duì)應(yīng)于每個(gè)相的反平行二極管(即，與每 個(gè)開(kāi)關(guān)反平行)的串聯(lián)開(kāi)關(guān)。每對(duì)串聯(lián)開(kāi)關(guān)都包括第一開(kāi)關(guān)(或晶體管) 60、 62、 64和第二開(kāi)關(guān)66、 68、 70,笫一開(kāi)關(guān)60、 62、 64具有與電源 34的正極耦合的第一接線端，第二開(kāi)關(guān)66、 68、 70具有與電源34的負(fù) 極耦合的第二接線端以及與各個(gè)第一開(kāi)關(guān)60、 62、 64的第二接線端耦 合的第一接線端。盡管圖2是作為說(shuō)明前部功率逆變器組件40內(nèi)的逆 變器給出的，但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖2也可以用于解釋后部功率逆變器 46和/或AC功率逆變器54,至少是在一個(gè)實(shí)施例中。再參照?qǐng)D1，電子控制系統(tǒng)26與前部致動(dòng)器組件28、后部致動(dòng)器 組件30、 AC系統(tǒng)32以及電池34處于可操作通信。盡管沒(méi)有詳細(xì)示出， 但電子控制系統(tǒng)26包括各種傳感器和自動(dòng)控制模塊或電子控制裝置 (ECUs),例如，逆變器控制模塊和車輛控制器，還有至少一個(gè)處理器 和/或存儲(chǔ)器，其包括存在其上(或存在其它的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上)的指 令以執(zhí)行下文所要描述的程序和方法。圖3示意性地示出車輛20內(nèi)的高壓DC電氣總線(或電氣總線)72。 如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的，DC總線72包括與電池34、前部致動(dòng)器組 件28、后部致動(dòng)器組件30以及AC系統(tǒng)32 (如圖1所示)相互電連接 的多根導(dǎo)線74 (如，母線和/或電線或電纜)。DC總線72 (和/或通過(guò)其 相互連接的各種部件)還包括各種電容(如，X-Y型電容)76和感應(yīng)器 (如，共式扼流圏和電纜電感)78,如通常了解的一樣。也應(yīng)當(dāng)明白， 如圖1所示，車輛20可包括也共用DC總線72的各種其它部件，例如， 電力轉(zhuǎn)向逆變器、DC-DC功率逆變器以及其它高壓部件。與DC總線72耦合的各種部件具有變化的濾波電容和電感，取決于 個(gè)體的設(shè)計(jì)要求，以及為了電磁兼容性而具有變化的X-Y型電容和共式 扼流圏。此外，與各種部件相互連接的導(dǎo)線增加了串聯(lián)電感。根據(jù)DC 總線72的布置，這些電感和電容組成諧振電路，其具有的諧振頻率可 由下式得出式中，l-電感(亨利)，。=電容(法拉)。根據(jù)特殊的DC總線布置和操作策略，系統(tǒng)可以具有多個(gè)諧振電路，有多個(gè)諧振頻率。自感值、電容值和電纜電感值可以在零件與零件之間 或車輛與車輛之間發(fā)生變化。因此，與只有一個(gè)諧振頻率的相對(duì)，DC總線72具有一個(gè)諧振頻率的范圍，如果DC總線72在該范圍內(nèi)受到激 勵(lì)，某些部件能在這些諧振頻率下為諧振電流提供低阻抗路徑供其流過(guò)。圖4示出由前部功率逆變器的工作行引起的在后部功率逆變器處測(cè) 得諧振現(xiàn)象，涉及通過(guò)圖3所示電氣總線72的不同電感值80-88。 一并 參照?qǐng)D3和4,電感值80對(duì)應(yīng)于2.5|uH的前部逆變器電纜電感(ltpm)、 1.1 juH的后部逆變器電纜電感(LRPIM)和7.8juH的AC電動(dòng)沖幾串耳關(guān)電 感(LACCM)。電感值82對(duì)應(yīng)于4.4juH的LTPIM、 1.1 n H的L鵬m和7.8 iu h的laccm。電感值84對(duì)應(yīng)于4.4 p h的ltpim、 2.2 m h的lrpim和11.8 M H的LACCM。電感值86相當(dāng)于4.4 ju H的L畫、2.2 u H的L腦和7.8 H H的LACCM。電感值88對(duì)應(yīng)于6.5 y H的LTPIM、 4.4 m H的Lrp磁和7.8的Laccm。如所示，電感值的諧振電流大約在2500Hz的諧振頻率(或 低諧振頻率)與4800Hz的諧振頻率(或高諧振頻率)之間達(dá)到峰值。再參照?qǐng)D1,在運(yùn)行過(guò)程中，車輛20可操作成用內(nèi)燃機(jī)36和電動(dòng) 機(jī)42 、 48以交替的方式向車輪24提供動(dòng)力和/或用內(nèi)燃機(jī)36和電動(dòng)機(jī) 42、 48同時(shí)向車輪24提供動(dòng)力。此外，AC壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)52用于AC 系統(tǒng)32的工作中以調(diào)節(jié)車輛20的車廂內(nèi)的溫度。為了給電動(dòng)機(jī)42、 48、 52提供電力，從電池34向各個(gè)逆變器40、 46、 54提供DC功率，在功 率被輸送給電動(dòng)機(jī)42、 48、 52之前，這些逆變器將DC功率轉(zhuǎn)換成AC 功率。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的，在每個(gè)逆變器內(nèi)，DC功率向AC 功率的轉(zhuǎn)換基本上是通過(guò)在"開(kāi)關(guān)頻率"例如在2至12千赫(kHz)下 操作(即，反復(fù)開(kāi)關(guān))晶體管60-70來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由與圖l所示的電子控 制系統(tǒng)26集成的控制器和調(diào)制器控制晶體管60-70的開(kāi)關(guān)。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例操作電動(dòng)機(jī)的方法的圖示說(shuō)明。尤 其是，圖5是功率逆變器的受控開(kāi)關(guān)頻率的一個(gè)例子的圖形示意，其作 為供有AC功率的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率(電頻率或電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)的函數(shù)，由電子控制系統(tǒng)26通過(guò)控制圖1所示逆變器40、 46、 54中的一個(gè)的工 作來(lái)執(zhí)行。如圖5所示，函數(shù)包括幾個(gè)線性段(或部分)90、 92、 94、 率。, 一— '、 '"' 、 ，？具體地，"低，，段90從2kHz的最小開(kāi)關(guān)頻率("MinSwitchingFr叫，，) 處的函數(shù)的"y截距"98(即，對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零)伸出。低段90 延長(zhǎng)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速"FeLow"處的第一拐點(diǎn)。如所示，低段90的開(kāi)關(guān)頻 率是定值(即，斜率為0)。也就是說(shuō)，在零電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和FeLow之間， 開(kāi)關(guān)頻率保持在MinSwitchingFreq或2kHz。因此，在工作過(guò)程中，當(dāng) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大至零以上時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率保持在最小開(kāi)關(guān)頻率直到電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速達(dá)到FeLow(即，不增加)。應(yīng)當(dāng)注意到，最小開(kāi)關(guān)頻率小于DC 總線72的低諧振頻率(即，2500Hz)。"低-中，，段92從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速FeLow處的低段90的端點(diǎn)延長(zhǎng)到電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速"FeMid"處的第二拐點(diǎn)。低-中段92以相對(duì)高的速率(即， 具有相對(duì)陡(或高)的正斜率)增加至中開(kāi)關(guān)頻率("MidSwitchingFreq") (如，5kHz)。低-中段92中特別重要的是其相對(duì)高的斜率和所覆蓋的開(kāi)關(guān)頻率的 范圍。具體地，MinSwitchingFreq與MidSwitchingFreq之間的開(kāi)關(guān)頻率 范圍覆蓋了圖4所示諧振頻率的范圍。因此，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大， 開(kāi)關(guān)頻率相對(duì)快速地穿過(guò)了圖4所示的諧振頻率的范圍。應(yīng)當(dāng)注意，中 開(kāi)關(guān)頻率大于DC總線72的高諧振頻率(即，4800Hz)。中-高段94從低-中段92的上端點(diǎn)延長(zhǎng)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速"FeHigh"處 的第三拐點(diǎn)，同時(shí)以小于低-中段92的速率增加至最大開(kāi)關(guān)頻率 ("MaxSwitchingFreq，，)(如,12kHz)。就是說(shuō)，中-高段94具有比低-中段92的斜率更小的正斜率。因此，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，在增加 至超過(guò)MidSwitchingFreq之后，當(dāng)與低-中段92作比較時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率以 更低的速率隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加。高段96從中-高段94的上端點(diǎn)伸出并且斜率為0。就是說(shuō)，在達(dá)到 最大開(kāi)關(guān)頻率之后，不管電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有沒(méi)有進(jìn)一步增大，開(kāi)關(guān)頻率都不 再增力口。圖6是根據(jù)本發(fā)明的另 一 個(gè)實(shí)施例操作電動(dòng)機(jī)的方法或函數(shù)的圖示 說(shuō)明。如所示，函數(shù)包括兩個(gè)線性段(或部分)100和102,每個(gè)線性段都與電動(dòng)機(jī)特定轉(zhuǎn)速和開(kāi)關(guān)頻率相對(duì)應(yīng)并且具有特定斜率。具體地，"低-高"段100從例如約4kHz的初始開(kāi)關(guān)頻率處的函數(shù) 的"y截距"104 (即，對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零)伸出。該低-高段100 延長(zhǎng)到電動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速"FeHigh"處并且以與圖5中的中-高段94的斜率 相似的斜率延至最大開(kāi)關(guān)頻率("MaxSwitchingFreq")(如，12kHz)。因 此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大至零以上，開(kāi)關(guān)頻率從 4kHz處開(kāi)始并且隨著電動(dòng)才幾轉(zhuǎn)速的增大而立馬開(kāi)始增加。低-高段100中特別重要的是其相對(duì)高的y截距104以及其與圖4所 示諧振頻率范圍的關(guān)系。具體地，在圖6所示函數(shù)中，所用的最低開(kāi)關(guān) 頻率(即，y截距104處的)大大高于圖4所示諧振頻率范圍的下端點(diǎn)。 因此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作并且電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率"越過(guò)，，了 圖4所示諧振頻率范圍的一部分。因此，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大，開(kāi) 關(guān)頻率相對(duì)快速地超出諧振頻率范圍。高段102從低-高段100的上端點(diǎn)伸出并且斜率為0。就是說(shuō)，在達(dá) 到最大開(kāi)關(guān)頻率之后，不管電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有沒(méi)有進(jìn)一步增大，開(kāi)關(guān)頻率都 不再增加。上述方法和系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率函數(shù)的特定部分的斜 率、和/或開(kāi)關(guān)頻率函數(shù)的y截距、激勵(lì)DC總線的諧振頻率的開(kāi)關(guān)頻率 至少部分地"調(diào)出"。就是說(shuō)，由于開(kāi)關(guān)頻率函數(shù)的斜率和/或y截距， 特定逆變器在開(kāi)關(guān)頻率下工作以激勵(lì)DC總線諧振頻率所用的時(shí)間減少 了。因此，激勵(lì)任一諧振頻率而在車廂內(nèi)引起不良噪聲的可能性就減至 最小了。圖7是運(yùn)用傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率函數(shù)在功率逆變器工作過(guò)程中在DC總線 上測(cè)得的高頻弱脈動(dòng)電流106的一個(gè)例子的圖示說(shuō)明。使用傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻 率函數(shù)時(shí)，在約3.29kHz的頻率處出現(xiàn)高頻弱脈動(dòng)電流106,具有 160Apk-pk的峰值電流。這種弱脈動(dòng)電流在車輛中產(chǎn)生能聽(tīng)到的高音噪 聲。圖8是運(yùn)用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)頻率函數(shù)在功率逆變器 工作過(guò)程中在DC總線上測(cè)得的高頻弱脈動(dòng)電流108的一個(gè)例子的圖示 說(shuō)明。出現(xiàn)的弱脈動(dòng)電流108具有約11.8kHz的頻率，具有51Apk-pk 的峰值電流。圖8中的弱脈動(dòng)電流108的頻率不屬于DC總線諧振頻率 的范圍，如上所述，也就減少了能聽(tīng)到的噪聲。根據(jù)本發(fā)明的附加方面，可以在PWM開(kāi)關(guān)上應(yīng)用調(diào)諧技術(shù)，這能有效擴(kuò)展頻譜，由此降低離散諧波頻率的峰值振幅的發(fā)射。通過(guò)這種方 式，可以降低峰值發(fā)射，這會(huì)形成電動(dòng)機(jī)的較低噪聲，也會(huì)最小化相對(duì)于DC總線諧振的激勵(lì)振幅。為了執(zhí)行該調(diào)諧算法，PWM頻率在較低速率時(shí)隨機(jī)變化(例如， PWM頻率每10毫秒改變一次)。在PWM頻率中引進(jìn)隨機(jī)變化，這有 效擴(kuò)展了逆變器和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電壓和電流的波譜。在數(shù)學(xué)上表示為<formula>formula see original document page 13</formula>式中，r。是實(shí)際開(kāi)關(guān)周期，r",是額定開(kāi)關(guān)周期，T^,紐是最大調(diào)諧間距， ;是假擬隨機(jī)數(shù)。在工作過(guò)程中，電子控制系統(tǒng)26按照公式2以特定 調(diào)諧速率更新開(kāi)關(guān)頻率，可以是io毫秒，如上所述。圖9和10示出了調(diào)諧PWM頻率的效應(yīng)。圖9顯示了使用固定頻率 PWM的電壓源型逆變器在10kHz時(shí)的輸出電壓110的頻譜。注意PWM 頻率的離散諧波處的強(qiáng)分圖。圖10示出了應(yīng)用了調(diào)諧的波鐠。注意到， 由于頻率擴(kuò)展效應(yīng)，諧波的峰值振幅已經(jīng)降低。因此，使用所提出的解決方法，就可以通過(guò)相對(duì)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變 逆變器開(kāi)關(guān)頻率以及調(diào)諧PWM來(lái)降低DC總線諧振。上述的對(duì)開(kāi)關(guān)頻率函數(shù)應(yīng)用調(diào)諧技術(shù)的又一個(gè)優(yōu)勢(shì)是降低了開(kāi)關(guān) 頻率的離散諧波頻率的峰值振幅的發(fā)射。因此，可以進(jìn)一步最小化DC 總線諧振所涉及的激勵(lì)振幅，并且進(jìn)一步減低電動(dòng)機(jī)的噪聲。雖然在上面的詳細(xì)描述中給出了至少 一 個(gè)示例性實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)意 識(shí)到還存在大量變形。還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到， 一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例只是例 子，而決不意圖限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用或構(gòu)造。更確切地是，上面的 詳細(xì)描述給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供了實(shí)施這 一 個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例的 適宜指示說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，在不背離由附上的權(quán)利要求及其合法等同物 所限定出的本發(fā)明的范圍的情況下，可以在元件的功能和布置方面作出 各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于操作與車輛中的電氣總線耦合的電動(dòng)機(jī)的方法，包括確定電氣總線的選定諧振頻率，該選定諧振頻率包括低諧振頻率和高諧振頻率；通過(guò)在開(kāi)關(guān)頻率下操作的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)向電動(dòng)機(jī)供電；并且該開(kāi)關(guān)頻率控制為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)，該函數(shù)的特征在于以下之一當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率小于或等于選定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)為具有第一斜率的第一基本線性部分并且如果開(kāi)關(guān)頻率大于選定頻率為具有第二斜率的第二基本線性部分，該選定開(kāi)關(guān)頻率大于低諧振頻率；和具有大于低諧振頻率的y截距的基本線性部分。
2. 如權(quán)利要求1所所述的方法，其中，該函數(shù)的特征在于，當(dāng)開(kāi) 關(guān)頻率小于或等于選定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，其是具有第一斜率的第一基本線性 部分，以及如果開(kāi)關(guān)頻率大于選定頻率，其是具有第二斜率的第二基本 線性部分，并且其中該選定開(kāi)關(guān)頻率大于或等于高諧振頻率。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，該函數(shù)還包括當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率小于 第二選定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)具有第三斜率的第三基本線性部分。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，第二選定開(kāi)關(guān)頻率小于或等于 低諧振頻率。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，第一斜率大于第二和第三斜率。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，第二斜率大于第三斜率。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，第三斜率基本上為零。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該函數(shù)的特征在于，其是具 有比低諧振頻率更大的y截距的基本線性部分，并且其中y截距大于2 千赫(kHz)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，該基本線性部分在y截距處 具有大于零的斜率。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)是與電動(dòng)機(jī) 和電氣總線耦合的功率逆變器內(nèi)的晶體管。
11. 一種用于操作與車輛中的功率轉(zhuǎn)換器和電氣總線耦合的電動(dòng)機(jī) 的方法，包4舌確定電氣總線的選定諧振頻率，該選定諧振頻率包括低諧振頻率和高諧振頻率；以及通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器中的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)向電動(dòng)機(jī)供電，該供電包括下列 操作中的一個(gè)在初始開(kāi)關(guān)頻率下操作該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以開(kāi)始電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，該初 始開(kāi)關(guān)頻率大于低諧振頻率；以及在開(kāi)關(guān)頻率下操作該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，如果開(kāi)關(guān)頻率小于或等于選定 開(kāi)關(guān)頻率，就作為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)以第一速率增加開(kāi)關(guān)頻率， 而如果開(kāi)關(guān)頻率大于選定頻率，就作為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)以第二 速率增加開(kāi)關(guān)頻率，該選定開(kāi)關(guān)頻率大于低諧振頻率。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，供電包括在初始開(kāi)關(guān)頻 率下操作至少一個(gè)開(kāi)關(guān)以開(kāi)始電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)并且該初始開(kāi)關(guān)頻率大于2 千赫(kHz)。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，電動(dòng)機(jī)的開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)包括將 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率從零轉(zhuǎn)/分鐘(RPM)增大到大于零RPM。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，供電包括在開(kāi)關(guān)頻率下 操作至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，如果開(kāi)關(guān)頻率小于或等于選定開(kāi)關(guān)頻率，就作為電 動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)以第一速率增加開(kāi)關(guān)頻率，而如果開(kāi)關(guān)頻率大于 選定頻率，就作為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)以第二速率增加開(kāi)關(guān)頻率， 第一速率大于笫二速率。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，供電包括如果開(kāi)關(guān)頻率 小于第二選定開(kāi)關(guān)頻率，就作為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)以第三速率增 加開(kāi)關(guān)頻率，第三速率小于第二速率，第二選定頻率小于或等于低諧振 頻率。
16. —種汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括具有選定諧振頻率的電氣總線，該選定諧振頻率包括低諧振頻率和 高諧振頻率；與電氣總線耦合的直流(DC)電源； 與電氣總線耦合的電動(dòng)機(jī)；功率逆變器，包含至少一個(gè)晶體管并且與電氣總線耦合以從DC電 源獲得DC功率并且向電動(dòng)機(jī)提供交流(AC)功率；以及與電動(dòng)機(jī)、DC電源和逆變器可操作通信的處理器，該處理器構(gòu)造成將開(kāi)關(guān)頻率控制為電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)，該函數(shù)的特征在于以下 之一當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率小于或等于選定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)為具有第一斜率的第一基 本線性部分并且如果開(kāi)關(guān)頻率大于選定頻率為具有第二斜率的第二基本線性部分， 該選定開(kāi)關(guān)頻率大于低諧振頻率；和具有大于低諧振頻率的y截距的基本線性部分。
17. 如權(quán)利要求16所述的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中，該函數(shù)包括當(dāng) 開(kāi)關(guān)頻率小于或等于選定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，具有第一斜率的第一基本線性部 分，以及如杲開(kāi)關(guān)頻率大于選定頻率，具有第二斜率的第二基本線性部 分，該選定開(kāi)關(guān)頻率大于或等于高諧振頻率，并且該函數(shù)還包括當(dāng)開(kāi)關(guān) 頻率小于第二選定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，具有第三斜率的第三基本線性部分。
18. 如權(quán)利要求17所述的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中，第二選定開(kāi)關(guān)頻 率小于或等于低諧振頻率，第一斜率大于第二和第三斜率，第二斜率大 于第三斜率。
19. 如權(quán)利要求16所述的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中，該函數(shù)包括具 有比低諧振頻率更大的y截距的基本線性部分，并且其中y截距大于2 千赫(kHz)。
20. 如權(quán)利要求19所述的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中，該基本線性部分 在y截距處具有大于零的斜率。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于操作電動(dòng)機(jī)以降低電動(dòng)車輛噪聲的方法和系統(tǒng)。提供一種用于操作與車輛中的電氣總線耦合的電動(dòng)機(jī)的方法和系統(tǒng)。確定電氣總線的選定諧振頻率。該選定諧振頻率包括低諧振頻率和高諧振頻率。通過(guò)在開(kāi)關(guān)頻率下操作的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)向電動(dòng)機(jī)供電。該開(kāi)關(guān)頻率控制為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率的函數(shù)。該函數(shù)的特征在于以下之一當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率小于或等于選定開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，為具有第一斜率的第一基本線性部分，并且如果開(kāi)關(guān)頻率大于選定頻率，為具有第二斜率的第二基本線性部分，該選定開(kāi)關(guān)頻率大于低諧振頻率；和具有大于低諧振頻率的y截距的基本線性部分。
文檔編號(hào)H02M1/14GK101316078SQ20081010957
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者B·A·韋爾奇科, L·M·塔拉里科, M·N·安瓦, N·R·帕特爾, S·E·舒爾茨, S·希蒂 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司