CN103347728B - 用于将由机动车中的电机发出的实际转矩调节到额定转矩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将由机动车中的电机发出的实际转矩调节到额定转矩的方法，其中，所述电机具有一定子绕组（11）、一转子绕组（12）、一配设给所述转子绕组（12）的场调节器（15）和一连接在所述定子绕组（11）之后的变流器（20），所述变流器具有能够操控的开关元件（21），其中，所述实际转矩以如下方式被调节到所述额定转矩，即通过有目的性地操控所述开关元件（21）来调节一换向角和/或有目的性地调节一通过所述转子绕组（12）的电流。

Description

用于将由机动车中的电机发出的实际转矩调节到额定转矩的 方法

技术领域

本发明涉及一种用于将由机动车中的电机发出的实际转矩调节到额定转矩的方法。

背景技术

在机动车中通常采用具有电激励的爪极发电机作为电机。通过转子绕组的电流用作用于调节所希望的输出电压的调节参量并且由一配设的场调节器来预设。也已知的是，电机作为起动发电机使用，用以一方面在电机的马达运行中起动内燃机并且另一方面在电机的发电机运行中产生用于车载电网的并且用于对机动车电池进行充电的电流。

DE 103 17 207 A1描述了一种方法，用以在皮带驱动的起动发电机的情况下在马达起动时发出一尽可能大的转矩。为此将换向角和激励电流根据转速如此地进行设定，使得发出一最大可能的起动力矩。

从混合车辆的领域中已知了还作为车辆驱动装置使用的发电机。在此情况下的目的是，在较低的转速下支持内燃机，其中，该内燃机还没有提供其满转矩（所谓的升压运行，涡轮迟滞补偿）。通常这里采用永磁激励的同步机，其在大于100V的较高电压下运行。这导致了复杂的系统结构，以及在驱动总成中的大的变化以及由于高压引起的耗费的保护措施。除了高的集成费用之外，这种系统还导致了高的额外费用。

值得追求的是，提出一种简单的可能性，用以如此地运行机动车中的电机，使得其可以用于驱动其自身并且发出一希望的额定转矩。

发明内容

根据本发明，建议一种将由机动车中的电机发出的实际转矩调节到额定转矩的方法，其中，所述电机具有一定子绕组、一转子绕组、一配设给所述转子绕组的场调节器和一连接在所述定子绕组之后的变流器，所述变流器具有能够操控的开关元件，其中，所述实际转矩以如下方式被调节到所述额定转矩，即通过有目的性地操控所述开关元件来设定一换向角和/或有目的性地设定一通过所述转子绕组的激励电流，其中，所述激励电流是与转速相关地预设的并且所述换向角用作用于所述调节的调节参量。有利的设计方案是下面的说明书的主题。

本发明提供了一种简单的可能性，使机动车中的电机也用于驱动其自身。特别是可以实现一种升压功能（Boostfunktion），其仅需要在车辆上的比较小的修改且仍然能够实现内燃机的最佳的力矩支持。一种用于升压运行的优选的应用以如下方式执行了一种调节，使得内燃机和电机的总力矩与驾驶员希望力矩（Fahrerwunschmoment）相应。

本发明通过在低的转速范围中的力矩支持导致了起动特性的明显改善。实现了在小的速度（所谓的爬行运行）下的纯电的行驶。所采用的内燃机可以功率减弱地（“规模缩小地（Downsizing）”）且因此保护环境地、成本低廉地以及消耗更小地实施，因为与所述规模缩小相关联的、所述起动特性的恶化通过电的力矩支持得以补偿。该解决方案总体上保持是成本低廉的，因为仅须采取驱动总成中的很小的变化。

根据本发明，通过有目的性地设定所述换向角和/或所述转子电流（下面也称作激励电流）来调节机动车中的电机，以发出所希望的转矩。在所述的DE 103 17 207 A1中原理性地描述了经由换向角和转子电流的设定来影响转矩的可能性。但在本发明的范畴中认识到，其也可以用于在驱动车辆用的、电机的马达运行中简单地调节转矩。一个或两个参数可以用作调节中的调节参量。

所述操控优选是模块式换向地（blockkommutiert）进行的，从而仅需要很小的中间电路电容（Zwischenkreiskapazität）。在模块式换向的情况下，例如始终对三个三相绕组中的刚好两个进行通电。但所述模块式换向的操控的缺点在于，与正弦换向的操控不同，电流是无法限定的。这特别是在较低的转速下的运行中导致了必须将功率电子装置在尺寸上设计到特别高的额定电流。但随着增大的转速，由于定子绕组的更高的感应电阻，电流迅速地减小，从而在此无需电流限定。

本发明优选仅在最小转速以上实施。所述最小转速在此情况下如此选择，使得由于所述定子绕组的感应电阻，所述电流已经位于希望的最大值以下，从而所述功率电子装置可以相应小地进行尺寸设计。

进一步优选地，本发明仅在最高转速以下实施。所述最高转速从如下情况中获得，即可产生的力矩且因此经济性随着升高的转速而减小。

本发明可以有利地在如下发电机中使用，这些发电机的输出电压通过具有可操控的开关元件的变流器进行整流。这种变流器可以作为同步整流器、作为升压转换器、作为降压转换器、作为脉冲逆变器等等来运行。这样，通过所述开关元件的相应的操控来影响所述换向角。

根据一种优选的实施方式，与转速相关地预设所述换向角并且将所述激励电流作为调节参量使用，从而通过所述激励电流的提高来同样地提高所述实际转矩，并且通过所述激励电流的减小来同样地减小所述实际转矩。所述换向角的预设可以基于与转速相关的特征曲线来进行。

根据另一种优选的实施方式，与转速相关地预设所述激励电流并且将所述换向角作为调节参量来使用。

如果所述电机在马达运行中以一电压运行，该电压高于常见的12V的车载电压，但低于允许的60V的接触电压，则由所述机器发出的转矩在无需特别耗费的额外的安全措施的前提下被提高。

根据本发明的计算单元，例如机动车的控制器，特别是程序技术地设置用于实施根据本发明的方法。

所述方法以软件的形式的执行也是有利的，因为其引起了特别小的费用，特别是当实施的控制器还用于其它任务且因此无论如何都存在时。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD等。经由计算机网络（互联网、内部网）下载程序也是可行的。

本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中给出。

要理解的是，前面提到的和后面的还待阐释的特征能够不仅在对应说明的组合中，而且在其它的组合中或者以单独的形式应用，而不离开本发明的范围。

附图说明

本发明借助附图中的实施例示意示出并且随后在参考附图的情况下详细描述。

图1 示出了本发明可依据的具有变流器的起动发电机的一种实施方式，所述变流器具有可操控的开关元件。

图2 示出了针对不同的运行电压的由电机发出的转矩和转速之间的相关性。

图3 示出了针对不同的激励电流的由电机发出的转矩和换向角之间的相关性。

图4 参照一流程图示出了根据本发明的方法的一种实施方式。

具体实施方式

在图1中以接线图的方式示出了本发明可依据的电机并且整体上以100标记。所述电机具有一发电机部件10和一变流器部件20。所述变流器部件在所述机器的发电机运行中通常作为整流器来运行，在马达运行中作为逆变器来运行。

所述发电机部件10仅示意性地以星形连接的定子绕组11和一与二极管并联的激励绕组或者说转子绕组12的形式示出。所述转子绕组通过一功率开关13脉冲式地（getaktet）开关，所述功率开关与所述变流器部件20的接口24连接。所述功率开关13的操控是按照一场调节器15的标准来进行的，其中，所述功率开关13如同与转子绕组12并联的二极管那样通常集成在所述场调节器的特定应用集成电路（ASIC）中。

在本申请的范畴中展示了三相发电机。但原则上本发明也可以在更少相或更多相发电机、例如五相发电机中使用。

所述变流器部件20在这里实施成B6电路并且具有开关元件21，其例如可以实施成MOSFET21。所述MOSFET21例如经由导电轨与所述发电机的各定子绕组11连接。此外，所述MOSFET与接口24、24'连接并且在相应的操控下提供一用于车载电网包括机动车的电池30的直流电流。所述开关元件21的操控是通过一操控装置25经由操控通道27进行的，所述操控通道为了概览起见没有全部以附图标记示出。所述操控装置25经由相通道27分别获得单个的定子绕组的相电压。为了提供所述相电压，可以设置其它的装置，但所述装置为了概览起见未示出。

所述操控装置25在（同步-）整流器运行中进行一对于经由所述相通道27提供的相电压的评价并且从中确定单个的MOSFET21的各接通时间点和断开时间点。经由操控通道26的控制对所述MOSFET21的栅接口产生影响。

已知的场调节器，如在该实施方式的范畴中设置的场调节器15，具有一所谓的端子-V-接口19，其与所述发电机的定子绕组的相连接。端子-V-信号或者说相输入信号的频率在调节器15中进行评价并且与所述信号的特征参量相关地用于激活或禁用所述调节器运行并且最终用于经由一操控导线14来操控所述功率开关13。如所示，用于所述相信号输入19的相信号也可以通过所述操控装置25引导。

在马达运行中使用所述电机100，用于单独地或结合内燃机来驱动机动车。这里根据本发明的一种设计方案来运行所述变流器部件20，该设计方案如参照图4描述。优选地采用电池作为电压供给，所述电池具有比常见的12V的车载网络电压更高的电压（例如40V）。

现在，为了阐释根据本发明的关联，参照图2和3。

在图2中在一图表200中示出了针对不同的电池电压的在纵坐标上绘制的电机的发出的实际转矩M_RSG与在横坐标上绘制的转速n的相关性。曲线201对应于12.5V的电池电压，曲线202对应于28V的电池电压以及曲线203对应于42V的电池电压。

在图2中首先清楚地示出了，通过电机的运行既可以产生更高的电压也可以产生更高的力矩。此外还清楚可见，发出的转矩在更高的转速的情况下下降。为了即使在高的转速下也产生最大的马达力矩，所述电机优选在场弱化运行（Feldschwächebetrieb）中运行。这可以在外部激励的同步机的情况下通过减小激励电流引起的转子侧的场弱化和/或通过改变换向角引起的定子侧的场弱化来实现。

在图3中在一图表300中示出了针对不同的激励电流的在纵坐标上绘制的电机的发出的实际转矩M_RSG与在横坐标上绘制的换向角α的相关性。曲线301对应于3.3A的激励电流，曲线302对应于4.5A的激励电流，曲线303对应于5.5A的激励电流以及曲线304对应于6.5A的激励电流。所述测量是在n=3000min^-1的情况下记录的。

在图2中首先清楚地示出了，通过更高的激励电流也可以产生更高的力矩。此外还清楚可见，发出的转矩与换向角相关并且针对这里存在的n=3000min^-1的转速，大约-50°的换向角α提供了最高的转矩。所述角与转速相关并且随着增大的转速而减小。因此有利的是，待设定的换向角，例如作为与转速相关的特征曲线来保存。

在图3中可见在固定的换向角的情况下，所述力矩与所述激励电流的相关性，这样最接近地给出了一种成正比的相关性。所述激励电流因此优选作为用于转换力矩要求的调节参量。

本发明的特别优选的实施方式参照图4借助一流程图来示出，其中，这里描述了通过所述电机来支持所述内燃机（“升压运行”）。

用于将实际转矩调节成额定转矩的方法从步骤400开始，其中，驾驶员预期力矩通常借助于一加速踏板位置来获知。

在步骤401中求得当前由内燃机产生的力矩，例如基于特征场地从参量：喷射量和转速中求得。

在步骤402中作为用于电机的额定转矩，求得在驾驶员希望力矩和当前由内燃机产生的力矩之间的差值。

在步骤403中求得电机的实际转矩，例如基于特征场地从参量：激励电流、换向角和转速中求得。

在步骤404中预设一合适的换向角作为所述转速的函数，优选基于特征曲线进行预设。

最后在步骤405中与额定转矩或者说与额定转矩和实际转矩之间的调节偏差相关地预设所述激励电流，特别是通过在0和100%的同步（Taktung）中进行预设。

步骤401至405在调节范畴中发生。仅在一定条件下需要确定的时间顺序。所述步骤基本上是同时发生的。

一旦离开了一合适的转速范围或者撤销了所述驾驶员希望力矩，则所述马达运行结束。在所述马达运行结束时，首先撤销所述激励电流。所述逆变器的操控一直继续维持，直到所述激励电流衰减到零（典型地大约100ms）。以另一种顺序的断开会导致所述电机立即从马达运行过渡到发电机运行，这样导致了明显感觉到的且因此不希望的转矩跃变。

Claims (12)

1.用于将由机动车中的电机发出的实际转矩调节到额定转矩的方法，其中，所述电机具有一定子绕组（11）、一转子绕组（12）、一配设给所述转子绕组（12）的场调节器（15）和一连接在所述定子绕组（11）之后的变流器（20），所述变流器具有能够操控的开关元件（21），其中，所述实际转矩以如下方式被调节到所述额定转矩，即通过有目的性地操控所述开关元件（21）来设定一换向角和/或有目的性地设定一通过所述转子绕组（12）的激励电流，其中，所述激励电流是与转速相关地预设的并且所述换向角用作用于所述调节的调节参量。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，用于设定所述换向角的所述开关元件（21）的操控是模块式进行的。

3.按照权利要求1或2所述的方法，所述方法在所述电机（10）的能够预设的最小转速以上实施。

4.按照权利要求1或2所述的方法，所述方法在所述电机（10）的能够预设的最高转速以下实施。

5.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述电机（10）以一高于常见的车载网络电压的电压来运行。

6.按照权利要求5所述的方法，其中，所述电机（10）以在12V和60V之间的电压来运行。

7.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述换向角根据转速进行设定，并且所述激励电流用作用于所述调节的调节参量。

8.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述额定转矩如此预设，使得由内燃机发出的转矩和所述额定转矩的总和对应于驾驶员希望力矩。

9.按照权利要求1或2项所述的方法，其中，在所述调节结束时首先断开所述激励电流，并且当所述激励电流衰减时，才结束所述开关元件（21）的有目的性的操控。

10.驱动单元（100），具有一电机（10），所述电机具有一定子绕组（11）、一转子绕组（12）、一配设给所述转子绕组（12）的场调节器（15）和一连接在所述定子绕组（11）之后的变流器（20），所述变流器具有能够操控的开关元件（21），其特征在于用于将由机动车中的电机发出的实际转矩调节到额定转矩的装置（25），所述装置设置用于通过有目的性地操控所述开关元件（21）来设定一换向角和设定一通过所述转子绕组（12）的激励电流，将所述实际转矩调节到所述额定转矩。

11.按照权利要求10所述的驱动单元（100），其中，所述驱动单元（100）是用于机动车的驱动单元。

12.按照权利要求10或11所述的驱动单元（100），其中，用于将由机动车中的电机（10）发出的实际转矩调节到额定转矩的装置（25）构造成计算单元，所述计算单元设置用于实施按照权利要求1至9中任一项所述的方法。