DE102008009316A1

DE102008009316A1 - System und Verfahren zur Steuerung elektrischer Antriebssysteme

Info

Publication number: DE102008009316A1
Application number: DE102008009316A
Authority: DE
Inventors: Bonho Torrance Bae; Steven E. Torrance Schulz; Nitinkumar R. Cypress Patel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2008-09-25
Also published as: JP2008206388A; US20080197796A1; US7459874B2; CN101249805B; CN101249805A

Abstract

Verfahren, eine Vorrichtung und Systeme werden zum Regeln des Betriebs eines Antriebssystems innerhalb eines Spannungs- und Leistungsbereichs einer Batterie bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen PI-Regler, der ein Signal zum Regeln eines Drehmomentabtriebs des Antriebssystems auf der Grundlage einer Spannungsgrenze und/oder Leistungsgrenze einer DC-Spannungsquelle erzeugt, einen Wandler, der das Signal von dem PI-Regler normalisiert, um eine neue Drehmomentgrenze zu erzeugen, und einen Schalter, der entweder die neue Drehmomentgrenze oder eine verfügbare Drehmomentgrenze des Antriebssystems auswählt. Der PI-Regler umfasst einen Integrierer mit einem Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs des Antriebssystems und eines Kupferverlustausdrucks.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Steuern von Fahrzeugsystemen, und sie betrifft insbesondere Systeme und Verfahren zur Steuerung elektrischer Antriebssysteme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei Antriebsanwendungen für Elektrofahrzeuge (EV)/Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEV)/Hybridelektrofahrzeuge (HEV) besteht ein Problem darin, die Fahrzeugbatterie in einem vorbestimmten Spannungs- und Leistungsarbeitsbereich zu halten. Wenn die Batterie jenseits des vorbestimmten Bereichs betrieben wird, kann dieser Betrieb zu einer verringerten Lebensdauer der Batterie führen oder die Leistungsfähigkeit der Batterie auf eine andere Weise negativ beeinflussen. Eine Anzahl verschiedener Fahrzeugsysteme und Funktionen entnehmen Strom und Leistung aus der Batterie. Beispielsweise entnimmt beim Fahren das Traktionssystem typischerweise Strom und Leistung aus der Batterie. In dem Fall, dass das Traktionssystem zu viel Strom entnimmt, kann die Batteriespannung unter eine Betriebsminimalspannung der Batterie abfallen.
Ein Verfahren zum Halten der Batterie innerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs besteht in einem Begrenzen des Drehmoments in dem Traktionssystem. Zum Beispiel kann beim Fahren das Drehmoment zum Fahren begrenzt werden, um die Batteriespannung über der Betriebsmi nimalspannung zu halten. Bei einem anderen Beispiel kann während eines Regenerationsbetriebs der Batterie das Drehmoment zur Regeneration begrenzt werden, um die Batteriespannung unter einem Maximalwert zu halten. Drehmomentbegrenzungstabellen ohne Rückkopplung, welche auf der Modellbildung der Batterie basieren, können zur Begrenzung des Drehmoments verwendet werden. Da das Batteriemodell hinsichtlich der Temperatur, des Ladezustands, der Batterielebensdauer und dergleichen signifikant variieren kann, umfassen diese Drehmomentbegrenzungstabellen typischerweise Sicherheitsreserven, um die größtmöglichen Variationen ausreichend zu berücksichtigen, welche einen optimalen Betrieb verschlechtern können.
Entsprechend ist es wünschenswert, ein System für eine optimalere Steuerung von elektrischen Traktionsantriebssystemen bereitzustellen. Zusätzlich ist es wünschenswert, ein Verfahren für eine optimalere Steuerung elektrischer Traktionsantriebssysteme bereitzustellen. Darüber hinaus werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachstehenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es werden Verfahren, eine Vorrichtung und Systeme zur Steuerung eines Antriebssystems eines Fahrzeugs durch ein Regeln eines Drehmomentabtriebs, der von dem Antriebssystem erzeugt wird, bereitgestellt. Das Antriebssystem weist eine erste Drehmomentgrenze auf und wird zumindest teilweise von einer Gleichstrom-Spannungsquelle (DC-Spannungsquelle) mit Leistung versorgt, welche eine Spannungsgrenze und eine Leistungs grenze aufweist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Controller bereitgestellt, der einen Proportional-Integral-Regler (PI-Regler), der ausgestaltet ist, um ein Signal zur Regelung des Drehmomentabtriebs auf der Grundlage der Spannungsgrenze und/oder der Leistungsgrenze zu erzeugen, einen Wandler, der einen mit dem PI-Regler gekoppelten Eingang und einen Ausgang aufweist, und einen Schalter umfasst, der mit dem PI-Stromregler gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine Drehmomentgrenze aus der ersten und zweiten Drehmomentgrenze auszuwählen. Der PI-Regler umfasst einen Integrierer mit einem auf dem Drehmomentabtrieb und einem Verlustausdruck basierenden Anfangswert. Der Wandler ist ausgestaltet, um das Signal von dem PI-Regler zu normalisieren, um eine zweite Drehmomentgrenze zu erzeugen.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Regelung eines Drehmomentabtriebs eines Antriebssystems bereitgestellt. Das Antriebssystem weist eine Verbindungsspannung auf und wird zumindest teilweise von einer DC-Spannungsquelle mit Leistung versorgt, welche einen Spannungsbereich, eine Quellenleistung und einen Leistungsbereich aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte eines Erzeugens des Drehmomentabtriebs in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl, eines Ermittelns, ob die Verbindungsspannung den Spannungsbereich überschreitet, eines Auswählens einer ersten Drehmomentgrenze, wenn die Verbindungsspannung den Spannungsbereich überschreitet, eines Ermittelns, ob die Quellenleistung einen Leistungsbereich überschreitet, und eines Auswählens einer zweiten Drehmomentgrenze, wenn die Quellenleistung den Leistungsbereich überschreitet. Die erste Drehmomentgrenze basiert auf dem Drehmomentabtrieb und einem ersten Verlustausdruck, und die zweite Drehmomentgrenze basiert auf dem Drehmomentabtrieb und einem zweiten Verlustausdruck.
Es wird ein Steuerungssystem zum Regeln eines Drehmomentabtriebs, der von einem Antriebssystem erzeugt wird, bereitgestellt. Das Antriebssystem weist eine Verbindungsspannung auf und wird zumindest teilweise von einer DC-Spannungsquelle mit Leistung versorgt, welche einen Spannungsbereich, eine Quellenleistung und einen Leistungsbereich aufweist. Das Steuerungssystem umfasst einen ersten Controller, der ausgestaltet ist, um einen Drehmomentbefehl zu erzeugen, und einen zweiten Controller, der mit dem ersten Controller gekoppelt ist. Der zweite Controller ist ausgestaltet, um die Verbindungsspannung und die Quellenleistung zu überwachen, den Drehmomentbefehl zu regeln, um die Verbindungsspannung auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs und eines ersten Verlustausdrucks innerhalb des Spannungsbereichs zu halten, und um den Drehmomentbefehl zu regeln, um die Quellenleistung auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs und eines zweiten Verlustausdrucks innerhalb des Leistungsbereichs zu halten.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird hierin nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elmente bezeichnen und
1 ein Blockdiagramm eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Blockdiagramm eines Minimalspannungscontrollers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Blockdiagramm eines Logik-Flipflops ist, das zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 2 gezeigten Controllers nützlich ist;
4 ein Blockdiagramm eines Maximalspannungscontrollers gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 ein Blockdiagramm eines Logik-Flipflops ist, das zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 4 gezeigten Controllers nützlich ist;
6 ein Blockdiagramm eines Controllers für eine Maximalentladeleistung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7 ein Blockdiagramm eines Logik-Flipflops ist, das zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 7 gezeigten Controllers nützlich ist;
8 ein Blockdiagramm eines Controllers für eine Maximalladeleistung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9 ein Blockdiagramm eines Logik-Flipflops ist, das zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 8 gezeigten Controllers nützlich ist; und
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regeln eines Drehmomentabtriebs eines elektrischen Antriebssy stems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die nachstehende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu beschränken. Darüber hinaus ist es nicht beabsichtigt, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der nachstehenden genauen Beschreibung dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Steuerungssystem, einen Controller und ein Verfahren zur Regelung eines Drehmomentabtriebs eines elektrischen Antriebssystems (z. B. eines Traktionsantriebssystems) mittels einer geschlossenen Regelschleife bereit. Der Drehmomentabtrieb wird so geregelt, dass eine Spannung und/oder eine Leistung einer DC-Spannungsquelle (z. B. einer Batterie) innerhalb vorbestimmter Spannungs- und Leistungsbetriebsbereiche gehalten wird, welche beispielsweise zur Erhaltung der Lebensdauer und der Leistungsfähigkeit der DC-Spannungsquelle angegeben sein können. Die Spannungs- und Leistungsbereiche können auch gemäß einer Vielzahl anderer Antriebssystemüberlegungen angegeben sein.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das elektrische Antriebssystem, ist aber nicht notwendigerweise beschränkt auf, einen Motor (z. B. einen Permanentmagnetmotor (PMM)), der von einer DC-Spannungsquelle gänzlich oder teilweise mit Leistung versorgt wird. Der Motor wird in einer Leistungsbereitstellungs- oder Fahrbetriebsart und einer Regene rationsbetriebsart betrieben, obwohl der Motor in anderen Betriebsarten betrieben werden kann. Der Spannungsbereich der DC-Spannungsquelle kann zwischen einer Minimalspannung des Leistungsbereitstellungsbetriebs des Motors und einer Maximalspannung des Regenerationsbetriebs des Motors angegeben sein. Der Leistungsbereich kann zwischen einer Maximalleistung des Leistungsbereitstellungsbetriebs des Motors und einer Minimalleistung des Regenerationsbetriebs des Motors angegeben sein.
Zum Regeln des Drehmomentabtriebs des elektrischen Antriebssystems überwacht der Controller eine DC-Verbindungsspannung, stellt die Grenze für ein Maximaldrehmoment während des Leistungsbereitstellungsbetriebs ein und stellt die Grenze für ein Minimaldrehmoment während des Regenerationsbetriebs ein, um die Spannung der DC-Spannungsquelle in dem Spannungsbereich zu halten. Der Controller überwacht auch die Leistung der DC-Spannungsquelle, stellt die Grenze für ein Maximaldrehmoment während des Leistungsbereitstellungsbetriebs ein und stellt die Grenze für ein Minimaldrehmoment während des Regenerationsbetriebs ein, um die Leistung der DC-Spannungsquelle in dem Leistungsbereich zu halten. Für eine im Wesentlichen nahtlose Aktivierung/Deaktivierung des Controllers (z. B. um ein Drehmomentrütteln zu verhindern), umfasst der Controller einen Integrierer, der auf einen vorbestimmten Wert initialisiert ist. Zusätzlich kann die eingestellte Drehmomentgrenze einen Spannungsabfall und einen Kupferverlust des Stators berücksichtigen, wenn der Spannungsabfall und der Kupferverlust signifikant sind. Durch eine Verwendung einer geschlossenen Regelschleife wird die Arbeitsweise des elektrischen Antriebssystems optimiert.
Auf 1 Bezug nehmend ist ein elektrisches Antriebssystem 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Das elektrische Antriebssystem 10 umfasst einen Controller 12 auf hoher Ebene (z. B. einen Drehzahlcontroller, einen Spannungscontroller, einen Drehmomentreferenzgenerator oder dergleichen), der einen Drehmomentbefehl (Te*) erzeugt, einen Schalter 16, der eine Betriebsart auswählt und den Drehmomentbefehl von dem Controller 12 auf hoher Ebene auf der Grundlage der ausgewählten Betriebsart empfängt, einen Spannungs/Leistungsbegrenzer 20, der einen mit einem Ausgang des Schalters 16 gekoppelten Eingang aufweist, eine Feldabschwächungssteuerung 22, die einen mit dem Ausgang des Spannungs-/Leistungbegrenzers 20 gekoppelten Eingang aufweist, einen Stromregler 24, der einen mit einem Ausgang der Feldabschwächungssteuerung 22 gekoppelten Eingang aufweist, einen Pulsweitenmodulationsmodulator (PWM-Modulator) 26, der einen mit einem Ausgang des Stromreglers 24 gekoppelten Eingang aufweist, einen Wechselrichter 28, der einen mit einem Ausgang des PWM-Modulators 26 gekoppelten Eingang aufweist und einen Motor (z. B. einen PMM) 30, der mit einem Ausgang des Wechselrichters 28 gekoppelt ist. Der Motor 30 wird zumindest teilweise von einer (nicht gezeigten) DC-Spannungsquelle mit Leistung versorgt. Bei der Spannungscontrollerkonfiguration kann der Controller 12 auf hoher Ebene einen DC-Verbindungsspannungsregler 14 umfassen.
Obwohl der Controller 18 und der Spannungs-/Leistungsbegrenzer 20 jeweils als eine Einheit beschrieben sind, kann der Controller 18 mehrere Steuerungseinheiten umfassen und der Spannungs-/Leistungsbegrenzer 20 kann mehrere Begrenzereinheiten umfassen, die jeweils mit einer entsprechenden Steuerungseinheit gekoppelt sind. Beispielsweise kann der Controller 18 einen Minimalspannungscontroller, einen Maximalspannungscontroller, einen Controller für eine Maximalentladeleistung und einen Controller für eine Maximalladeleistung umfassen, und der Spannungs-/Leistungsbegrenzer 20 kann einen Minimalspannungsbegrenzer, einen Maximalspannungsbegrenzer, einen Begrenzer einer Maximalentladeleistung und einen Begrenzer einer Maximalladeleistung umfassen, die jeweils mit dem entsprechenden Controller gekoppelt sind. Zusätzlich kann das elektrische Antriebssystem 10 eine Vielzahl von Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise kann die Feldabschwächungssteuerung 22 weggelassen oder durch andere Steuerungsmethodiken zur Verringerung einer gegenelektromotorischen Kraft (EMK) ersetzt werden, welche bei einem Betrieb des Motors 30 erzeugt werden kann. Eine oder mehrere der Komponenten des Steuerungssystems 10 können in Software oder Firmware, in Hardware, beispielsweise einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einer elektronischen Schaltung, einem Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und einem Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einer Schaltungslogikschaltung und/oder anderen geeigneten Komponenten oder einer Kombination daraus ausgeführt sein.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wirken der Controller 18 und der Spannungs-/Leistungsbegrenzer 20 zusammen, um, falls notwendig, den Drehmomentbefehl zu begrenzen, der von dem Controller 12 auf hoher Ebene erzeugt wird. Der Controller 18 überwacht eine DC-Verbindungsspannung (z. B. eine DC-Busspannung), die der DC-Spannungsquelle zugeordnet ist, und stellt die Drehmomentgrenze ein, um die DC-Verbindungsspannung innerhalb des vorbestimmten Betriebsspannungsbereichs der DC-Spannungsquelle zu halten. Der Controller 18 überwacht auch die Leistung, die der DC-Spannungsquelle zugeordnet ist, und stellt die Drehmomentgrenze ein, um die Leistung der DC-Spannungsquelle innerhalb des vorbestimmten Betriebsleistungsbereichs der DC-Spannungsquelle zu halten. Der Spannungs-/Leistungsbegrenzer 20 wird mit der eingestellten Drehmomentgrenze versorgt.
Auf der Grundlage des Betriebs des Antriebssystems 10 (z. B. Leistungsbereitstellungsbetrieb oder Regenerationsbetrieb) und der überwachten DC-Verbindungsspannung und/oder Leistung der DC-Spannungsquelle wird aus der eingestellten Drehmomentgrenze, die von dem Controller 18 geliefert wird, und aus verfügbaren Drehmomenten des Motors 30 (z. B. ein verfügbares Fahrdrehmoment und ein verfügbares Regenerationsdrehmoment) eine Drehmomentgrenze für den Spannungs-/Leistungsbegrenzer 20 ausgewählt. Unter Verwendung der ausgewählten Drehmomentgrenze erzeugt der Spannungs-/Leistungsbegrenzer 20 einen Befehl für ein begrenztes Drehmoment aus dem Drehmomentbefehl, der von dem Controller 12 auf hoher Ebene erzeugt wird.
Die Feldabschwächungssteuerung 22 erzeugt Synchronreferenzrahmen-Strombefehle (z. B. i^r ^*ds, i^r ^*qs) aus dem Befehl für ein begrenztes Drehmoment. Der Stromregler 24 erzeugt Spannungsausgänge aus den Synchronreferenzrahmen-Strombefehlen und der PWM-Modulator 26 erzeugt Tastverhältnisbefehle (z. B. für jede der drei Phasen) aus diesen Spannungsausgängen. Der Wechselrichter 28 empfängt die Tastverhältnisbefehle und erzeugt dreiphasige Spannungen (z. B. V_a, V_b, V_c) aus einem Versorgungspotenzial (z. B. einem Batteriepotenzial oder einer DC-Busspannung (V_dc)) unter Verwendung der Tastverhältnisbefehle und treibt den Motor 30 mit den dreiphasigen Spannungen an.
2 ist ein Blockdiagramm eines Minimalspannungscontrollers 40 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Um zu verhindern, dass die DC-Verbindungsspannung unter eine Minimalspannung (V_FLOOR) fällt, wird der Fahrdrehmomentbefehl (Te*) von dem Controller 40 auf ein Maximaldrehmoment (T_max) begrenzt. Der Controller 40 umfasst einen Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) 42, einen Wandler 44, der einen mit einem Ausgang des PI-Reglers 42 gekoppelten Ein gang aufweist und einen Ausgang aufweist, einen Schalter 46, um eine Drehmomentgrenze aus dem Ausgang des Wandlers 44 oder aus einem verfügbaren Fahrdrehmoment (T_{MotorAvailable}) auszuwählen, und einen Begrenzer 48, der einen mit einem Ausgang des Schalters 46 gekoppelten Eingang aufweist. Der Begrenzer 48 empfängt den Drehmomentbefehl (Te*) (z. B. von dem Controller 12 auf hoher Ebene) und erzeugt unter Verwendung des Maximaldrehmoments (T_max) einen Befehl für ein begrenztes Drehmoment (Te*_Limited). Eine Anlage (z. B. eine Kombination aus dem Wechselrichter 28, dem Motor 30 und einer DC-Spannungsquelle) 50 ist mit einem Ausgang des Begrenzers 48 gekoppelt, um den Befehl für ein begrenztes Drehmoment zu empfangen und die DC-Verbindungsspannung (V_DC) in Ansprechen auf den Befehl für ein begrenztes Drehmoment zu erzeugen.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform empfängt der PI-Regler 42 einen Fehler auf der Grundlage einer Differenz (z. B. über einen Summierer 52) zwischen der DC-Verbindungsspannung (V_DC) und der Minimalspannung (V_FLOOR) und daher ist der Controller 40 eine geschlossene Regelschleife. Der PI-Regler 42 umfasst ein erstes Verarbeitungsmodul 54, ein zweites Verarbeitungsmodul 56 und einen Integrierer 58, der mit einem Ausgang des zweiten Verarbeitungsmoduls 56 gekoppelt ist. Das erste Verarbeitungsmodul 54 bringt eine proportionale Verstärkung (K_P) auf den Fehler auf, um einen proportionalen Ausdruck zu erzeugen. Das zweite Verarbeitungsmodul 56 und der Integrierer 58 bringen eine Integrationsverstärkung (K_I) bzw. eine Integrationsfunktion auf den Fehler auf, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen.
Die proportionale Verstärkung (K_P) und die Integrationsverstärkung (K_I) können auf der Grundlage der DC-Verbindungsspannung abgeleitet oder ausgewählt sein. Auf 1 und 2 Bezug nehmend können die proportio nale Verstärkung (K_P) und die Integrationsverstärkung (K_I) von dem DC-Verbindungsspannungsregler 14 abgeleitet sein, weil der Controller 40 mit einer geschlossenen Regelschleife auf dem DC-Verbindungsspannungsregler 14 basiert. Zur Erleichterung der Analyse wird angenommen, dass das tatsächliche Abtriebsdrehmoment gleich dem Referenzdrehmoment ist, da die Dynamik des Stromreglers 24 wesentlich schneller als diejenige des DC-Verbindungsspannungsreglers 14 ist. Zusätzlich wird angenommen, dass der Verlust in dem Wechselrichter 28 und dem Motor 30 vernachlässigbar ist und die gesamte elektrische Leistung verbraucht wird, um die mechanische Leistung zu erzeugen. Für eine einfache Analyse wird die DC-Spannungsquelle als ein serielles RC-Modell modelliert mit KI = ωbw/Re und Ki/KP >> ωbw,wobei R_e den Ersatzwiderstand der DC-Spannungsquelle darstellt und ω_bw eine Bandbreite der Spannungsregelung darstellt.
Wenn die DC-Verbindungsspannung unter die Minimalspannung (V_FLOOR) fällt, wird der Integrierer 58 auf einen Anfangswert initialisiert (z. B. über ein Flag), welcher von einem Drehmomentabtrieb (z. B. von der Anlage 50 erzeugt) und optional einem Verlustausdruck abgeleitet ist, der dem Stator zugeordnet ist. Der Drehmomentabtrieb wird durch ein Multiplizieren mit ω_rm/V_DC und ein Addieren eines Verlustausdrucks (P_R/V_DC) in einen DC-Strom umgewandelt, wobei P_R einen Statorkupferverlust des Motors 30 darstellt und wobei ω_rm eine Rotordrehzahl des Stators des Motors 30 darstellt. Die proportionalen Ausdrücke und Integrationsausdrücke werden über einen Summierer 60 summiert, um einen DC-Strom zu erzeugen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform entfernt der Summierer 60 auch den Verlustausdruck (P_R/V_DC) aus der Summe der proportionalen Ausdrücke und Integrationsausdrücke. Der Wandler 44 wandelt den DC- Strom durch ein Multiplizieren des DC-Stroms von dem Summierer 60 mit V_DC/ω_rm in ein Drehmoment um.
Wenn die DC-Verbindungsspannung unter die Minimalspannung (V_FLOOR) fällt, koppelt der Schalter 46 mit dem Ausgang des Wandlers 44 und das von dem Wandler 44 erzeugte Drehmoment wird als das Maximaldrehmoment (T_MAX) des Begrenzers 48 ausgewählt. Wenn die DC-Verbindungsspannung größer als die Minimalspannung (V_FLOOR) ist und der Drehmomentbefehl kleiner als das Maximaldrehmoment (T_max) ist, wird das verfügbare Fahrdrehmoment (T_{MotorAvailable}) als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 48 ausgewählt.
3 ist ein Blockdiagramm eines Logik-Flipflops 66, das zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 2 gezeigten Controllers 40 nützlich ist. Das Flipflop 66 ist ein Setz/Rücksetzlogik-Flipflop, das ein Flagsignal an den Integrierer 58 und den Schalter 46 bereitstellt. Wenn die DC-Verbindungsspannung unter die Minimalspannung (V_FLOOR) fällt, setzt das Flipflop 66 das Flag auf eine logische "1". Wenn das Flag eine logische "1" ist, koppelt der Schalter 46 mit dem Ausgang des Wandlers 44 und das von dem Wandler 44 erzeugte Drehmoment wird als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 48 gewählt. Wenn die DC-Verbindungsspannung größer als die Minimalspannung (V_FLOOR) ist und der Drehmomentbefehl kleiner als das Maximaldrehmoment (T_max) ist, wird das Flag auf eine logische "0" zurückgesetzt. Wenn das Flag eine logische "0" ist, wird das verfügbare Fahrdrehmoment (T_{MotorAvailable}) als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 48 ausgewählt.
4 ist ein Blockdiagramm eines Maximalspannungscontrollers 70 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Um zu verhindern, dass die DC-Verbindungsspannung über eine Maxi malspannung (V_LID) ansteigt, wird der Regenerationsdrehmomentbefehl (Te*) von dem Controller 70 auf ein Minimaldrehmoment (T_min) begrenzt. Der Controller 70 umfasst ähnliche Komponenten wie der (in 2 gezeigte) Controller 40, wobei ein Maximalspannungsbegrenzer 72 den (in 2 gezeigten) Minimalspannungsbegrenzer 48 ersetzt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist der Schalter 46 ausgestaltet, um eine Drehmomentgrenze aus dem Ausgang des Wandlers 44 oder einem verfügbaren Regenerationsdrehmoment (T_{RegenAvailable}) auszuwählen. Der Begrenzer 72 empfangt den Drehmomentbefehl (Te*) (z. B. von dem Controller 12 auf hoher Ebene) und erzeugt unter Verwendung des Minimaldrehmoments (T_min) einen Befehl für ein begrenztes Drehmoment (Te*_Limited).
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform empfängt der PI-Regler 42 einen Fehler auf der Grundlage einer Differenz (z. B. über einen Summierer 52) zwischen der DC-Verbindungsspannung (V_DC) und der Maximalspannung (V_LID), und damit ist der Controller 70 eine geschlossene Regelschleife. Wenn die DC-Verbindungsspannung über die Maximalspannung (V_LID) ansteigt, wird der Integrierer 58 auf den Anfangswert initialisiert (z. B. über ein Flag), der aus einem Drehmomentabtrieb (z. B. von der Anlage 50 erzeugt) und optional dem Statorkupferverlustausdruck (P_R/V_DC) abgeleitet ist. Zusätzlich koppelt der Schalter 46 mit dem Ausgang des Wandlers 44 und das von dem Wandler 44 erzeugte Drehmoment wird als die Minimaldrehmomentgrenze des Begrenzers 72 ausgewählt. Wenn die DC-Verbindungsspannung kleiner als die Maximalspannung (V_LID) ist und der Drehmomentbefehl größer als das Minimaldrehmoment (T_min) ist, wird das verfügbare Regenerationsdrehmoment (T_{RegenAvailable}) als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 72 ausgewählt.
5 ist ein Blockdiagramm eines Logik-Flipflop 76, das zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 4 gezeigten Controllers 70 nützlich ist. Das Flipflop 76 ähnelt dem (in 3 gezeigten) Flipflop 66. Wenn die DC-Verbindungsspannung über die Maximalspannung (V_LID) ansteigt, setzt das Flipflop 76 das Flag auf eine logische "1". Wenn das Flag eine logische "1" ist, koppelt der Schalter 46 mit dem Ausgang des Wandlers 44 und das von dem Wandler 44 erzeugte Drehmoment wird als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 72 ausgewählt. Wenn die DC-Verbindungsspannung kleiner als die Maximalspannung (V_LID) ist und der Drehmomentbefehl größer als das Minimaldrehmoment (T_min) ist, wird das Flag auf eine logische "0" zurückgesetzt. Wenn das Flag eine logische "0" ist, wird das verfügbare Regenerationsdrehmoment (T_{RegenAvailable}) als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 72 ausgewählt.
6 ist ein Blockdiagramm eines Controllers 80 für eine Maximalentladeleistung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Um zu verhindern, dass die Leistung der DC-Spannungsquelle über eine Maximalentladeleistung (P_DischargeMax) ansteigt, wird der Fahrdrehmomentbefehl (Te*) von dem Controller 80 auf ein Maximaldrehmoment (T_max) begrenzt. In einigen Fällen kann es vorkommen, dass der Strom von der DC-Spannungsquelle nicht verfügbar ist. Die Leistung der DC-Spannungsquelle kann aus der elektrischen Leistung, mit welcher der (in 1 gezeigte) Motor 30 versorgt wird, unter der Annahme geschätzt werden, dass der Wechselrichterverlust vernachlässigbar ist. Ein Stromsensor (z. B. ein Batteriestromsensor) kann installiert sein, um zur Ermittlung der Leistung den Strom und die Spannung der DC-Spannungsquelle zu messen.
Der Controller 80 umfasst ähnliche Komponenten wie der (in 2 gezeigte) Controller 40, wobei ein Maximalleistungsbegrenzer 82 den (in 2 gezeigten) Minimalspannungsbegrenzer 48 ersetzt und ein Dividierer 84 den (in 2 gezeigten) Wandler 44 ersetzt. Bei dieser beispielhaften Aus führungsform ist der Schalter 46 ausgestaltet, um eine Drehmomentgrenze aus dem Ausgang des Wandlers 44 oder einem verfügbaren Fahrdrehmoment (T_{MotorAvailable}) auszuwählen. Der Begrenzer 82 empfängt den Drehmomentbefehl (Te*) (z. B. von dem Controller 12 auf hoher Ebene) und erzeugt unter Verwendung des Maximaldrehmoments (T_max) einen Befehl für ein begrenztes Drehmoment (Te*_Limited).
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform empfängt der PI-Regler 42 einen Fehler auf der Grundlage einer Differenz (z. B. über einen Summierer 52) zwischen der Leistung der DC-Spannungsquelle (P_Battery) und der Maximalentladeleistung (P_DischargeMax) und somit ist der Controller 80 eine geschlossene Regelschleife. Auf 1 und 6 Bezug nehmend wird angenommen, dass die Leistung der DC-Spannungsquelle die Summe der mechanischen Leistung des Motors 30 und des Statorkupferverlusts ist. Die proportionale Verstärkung (K_P) und die Integrationsverstärkung (K_I) können wie folgt abgeleitet oder gewählt sein: KI = ωbw KP << KI/ωbw,wobei ω_bw eine Bandbreite der Leistungsregelung darstellt.
Wenn die Leistung der DC-Spannungsquelle über die Maximalentladeleistung (P_DischargeMax) ansteigt, wird der Integrierer 58 auf einen Anfangswert initialisiert (z. B. über ein Flag), der von einem Drehmomentabtrieb (z. B. von der Anlage 50 erzeugt) und einem Statorkupferverlustausdruck (P_R) abgeleitet ist. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wurde ermittelt, dass der Statorkupferverlustausdruck (P_R) 1,5 R_S (I^r ^*2ds + I^r*2qs) beträgt, wobei R_S den Statorwiderstandswert darstellt. Der Drehmomentabtrieb wird durch ein Multiplizieren mit ω_rm und ein Addieren des Verlustausdrucks (P_R) in einen Leistungswert umgewandelt. Die proportionalen Ausdrücke und Integrationsausdrücke werden über einen Summierer 60 summiert und der Verlustausdruck (P_R) wird aus der Summe der proportionalen Ausdrücke und Integrationsausdrücke entfernt. Der Dividierer 84 wandelt den Ausgang des Summierers 60 durch ein Dividieren des Ausgangs des Summierers 60 durch ω_rm in ein Drehmoment um.
Wenn die Leistung der DC-Spannungsquelle über die Maximalentladeleistung (P_DischargeMax) ansteigt, koppelt der Schalter 46 mit dem Ausgang des Dividierers 84 und das von dem Dividierer 84 erzeugte Drehmoment wird als das Maximaldrehmoment (T_max) des Begrenzers 82 gewählt. Wenn die Leistung der DC-Spannungsquelle kleiner als die Maximalentladeleistung (P_DischargeMax) ist und der Drehmomentbefehl kleiner als das Maximaldrehmoment (T_max) ist, wird das verfügbare Fahrdrehmoment (T_MotorAvai _lable) als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 82 ausgewählt.
7 ist ein Blockdiagramm eines Logik-Flipflops 86, das zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 6 gezeigten Controllers 80 nützlich ist. Das Flipflop 86 ähnelt dem (in 3 gezeigten) Flipflop 66. Wenn die Leistung der DC-Spannungsquelle über die Maximalentladeleistung (P_DischargeMax) ansteigt, setzt das Flipflop 86 das Flag auf eine logische "1". Wenn das Flag eine logische "1" ist, koppelt der Schalter 46 mit dem Ausgang des Dividierers 84 und das von dem Dividierer 84 erzeugte Drehmoment wird als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 82 ausgewählt. Wenn die Leistung der DC-Spannungsquelle kleiner als die Maximalentladeleistung (P_DischargeMax) ist und der Drehmomentbefehl kleiner als das Maximaldrehmoment (T_max) ist, wird das Flag auf eine logische "0" zurückgesetzt. Wenn das Flag eine logische "0" ist, wird das verfügbare Fahrdrehmoment (T_{MotorAvailable}) als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 82 ausgewählt.
8 ist ein Blockdiagramm eines Controllers 90 für eine Maximalladeleistung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Um zu verhindern, dass die Leistung der DC-Spannungsquelle unter eine Maximalladeleistung (P_ChargeMax) fällt, wird der Regenerationsdrehmomentbefehl (Te*) von dem Controller 90 auf ein Minimaldrehmoment (T_min) begrenzt. Der Controller 90 umfasst ähnliche Komponenten wie der (in 6 gezeigte) Controller 80, wobei ein Minimalleistungsbegrenzer 92 den (in 6 gezeigten) Maximalleistungsbegrenzer 82 ersetzt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist der Schalter 46 ausgestaltet, um eine Drehmomentgrenze aus dem Ausgang des Wandlers 44 oder einem verfügbaren Regenerationsdrehmoment (T_{RegenAvailable}) auszuwählen. Der Begrenzer 92 empfängt den Drehmomentbefehl (Te*) (z. B. von dem Controller 12 auf hoher Ebene) und erzeugt unter Verwendung des Minimaldrehmoments (T_min) einen Befehl für ein begrenztes Drehmoment (Te*_Limited).
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform empfängt der PI-Regler 42 einen Fehler auf der Grundlage einer Differenz (z. B. über einen Summierer 52) zwischen der Leistung der DC-Spannungsquelle (P_Battery) und der Maximalladeleistung (P_ChargeMax), und damit ist der Controller 90 eine geschlossene Regelschleife. Wenn die Leistung der DC-Spannungsquelle unter die Maximalladeleistung (P_ChargeMax) fällt, wird der Integrierer 58 auf den Anfangswert initialisiert (z. B. über ein Flag), der aus einem Drehmomentabtrieb (z. B. von der Anlage 50 erzeugt) und dem Statorkupferverlustausdruck (P_R) abgeleitet ist. Wenn die Leistung der DC-Spannungsquelle unter die Maximalladeleistung (P_ChargeMax) fällt, koppelt der Schalter 46 mit dem Ausgang des Dividierers 84 und das von dem Dividierer 84 erzeugte Drehmoment wird als das Minimaldrehmoment (T_min) des Begrenzers 92 ausgewählt. Wenn die Leistung der DC-Spannungsquelle größer als die Maximalladeleistung (P_ChargeMax) ist und der Drehmomentbefehl größer als das Minimaldrehmoment (T_min) ist, wird das verfügbare Regenerationsdrehmoment (T_{RegenAvailable}) als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 92 ausgewählt.
9 ist ein Blockdiagramm eines Logik-Flipflops 96, das zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 8 gezeigten Controllers 90 nützlich ist. Das Flipflop 96 ähnelt dem (in 3 gezeigten) Flipflop 86. Wenn die Leistung der DC-Spannungsquelle unter die Maximalladeleistung (P_ChargeMax) fällt, setzt das Flipflop 86 das Flag auf eine logische "1". Wenn das Flag eine logische "1" ist, koppelt der Schalter 46 mit dem Ausgang des Dividierers 84 und das von dem Dividierer 84 erzeugte Drehmoment wird als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 92 ausgewählt. Wenn die Leistung der DC-Spannungsquelle größer als die Maximalladeleistung (P_ChargeMax) ist und der Drehmomentbefehl größer als das Minimaldrehmoment (T_min) ist, wird das Flag auf eine logische "0" zurückgesetzt. Wenn das Flag eine logische "0" ist, wird das verfügbare Regenerationsdrehmoment (T_{RegenAvailable}) als die Drehmomentgrenze des Begrenzers 92 ausgewählt.
10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur Regelung eines Drehmomentabtriebs eines Antriebssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Antriebssystem weist eine Verbindungsspannung (z. B. die DC-Verbindungsspannung) auf und wird zumindest teilweise von einer DC-Spannungsquelle (z. B. einer Batterie), welche einen Spannungsbereich, eine Quellenleistung und einen Leistungsbereich aufweist, mit Leistung versorgt. Der Drehmomentabtrieb wird in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl erzeugt, wie bei Schritt 105 angegeben ist. Wie bei Schritt 110 angegeben ist, wird eine Ermittlung durchgeführt, ob die Verbindungsspannung den Spannungsbereich überschreitet. Eine erste Drehmomentgrenze wird gewählt, wenn die Verbindungsspannung den Spannungsbereich überschreitet, wie bei Schritt 115 angegeben ist. Die erste Drehmomentgrenze basiert auf dem Drehmomentabtrieb und einem ersten Verlustausdruck (z. B. P_R/V_DC).
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Ermittlung durchgeführt, ob die Verbindungsspannung kleiner als eine Minimalspannung (z. B. V_FLOOR) ist. Eine weitere Ermittlung kann für einen Fehler (z. B. eine Differenz) zwischen der Verbindungsspannung und der Minimalspannung durchgeführt werden. Eine proportionale Verstärkung wird auf den Fehler aufgebracht, um einen proportionalen Ausdruck zu erzeugen, und eine Integrationsverstärkung und eine Integrationsfunktion werden auf den Fehler aufgebracht, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen. Die Integrationsfunktion weist einen Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs des Antriebssystems und des ersten Verlustausdrucks auf. Der proportionale Ausdruck wird mit dem Integrationsausdruck aufsummiert, um einen ersten Strom zu erzeugen, der erste Verlustausdruck wird aus dem ersten Strom entfernt, um einen zweiten Strom zu erzeugen, und der zweite Strom wird in ein Drehmoment umgewandelt, um die erste Drehmomentgrenze (z. B. T_max) zu erzeugen.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Ermittlung durchgeführt, ob die Verbindungsspannung größer als eine Maximalspannung (z. B. V_LID) ist. Eine weitere Ermittlung kann für einen Fehler zwischen der Verbindungsspannung und der Maximalspannung durchgeführt werden. Eine proportionale Verstärkung wird auf den Fehler aufgebracht, um einen proportionalen Ausdruck zu erzeugen, und eine Integrationsverstärkung und eine Integrationsfunktion werden auf den Fehler aufgebracht, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen. Die Integrationsfunktion weist einen Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs des Antriebssystems und des ersten Verlustausdrucks auf. Der proportionale Ausdruck wird mit dem Integrationsausdruck aufsum miert, um einen ersten Strom zu erzeugen, der erste Verlustausdruck wird aus dem ersten Strom entfernt, um einen zweiten Strom zu erzeugen, und der zweite Strom wird in ein Drehmoment umgewandelt, um die erste Drehmomentgrenze (z. B. T_min) zu erzeugen.
Es wird eine Ermittlung durchgeführt, ob die Quellenleistung einen Leistungsbereich überschreitet, wie bei Schritt 120 angezeigt ist. Eine zweite Drehmomentgrenze wird gewählt, wenn die Quellenleistung den Leistungsbereich überschreitet, wie bei Schritt 125 angezeigt ist. Die zweite Drehmomentgrenze basiert auf dem Drehmomentabtrieb und einem zweiten Verlustausdruck (z. B. P_R = 1,5 R_S (I^r*2ds + I^r*2qs)). Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Ermittlung durchgeführt, ob die Quellenleistung größer als eine Maximalentladeleistung (z. B. P_DischargeMax) ist. Eine weitere Ermittlung wird für einen Fehler zwischen der Quellenleistung und der Maximalentladeleistung ausgeführt. Eine proportionale Verstärkung wird auf den Fehler aufgebracht, um einen proportionalen Ausdruck zu erzeugen, und eine Integrationsverstärkung und eine Integrationsfunktion werden auf den Fehler aufgebracht, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen. Die Integrationsfunktion weist einen Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs des Antriebssystems und des zweiten Verlustausdrucks auf. Der proportionale Ausdruck wird mit dem Integrationsausdruck aufsummiert, um einen ersten Strom zu erzeugen, der zweite Verlustausdruck wird aus dem ersten Strom entfernt, um einen zweiten Strom zu erzeugen, und der zweite Strom wird in ein Drehmoment umgewandelt, um die zweite Drehmomentgrenze (z. B. T_max) zu erzeugen.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird eine Ermittlung durchgeführt, ob die Quellenleistung kleiner als eine Maximalladeleistung (z. B. P_ChargeMax) ist. Eine weitere Ermittlung für einen Fehler zwischen der Quellenleistung und der Maximalladeleistung kann durchgeführt werden.
Eine proportionale Verstärkung wird auf den Fehler aufgebracht, um einen proportionalen Ausdruck zu erzeugen, und eine Integrationsverstärkung und eine Integrationsfunktion werden auf den Fehler aufgebracht, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen. Die Integrationsfunktion weist einen Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs des Antriebssystems und des zweiten Verlustausdrucks auf. Der proportionale Ausdruck wird mit dem Integrationsausdruck aufsummiert, um einen ersten Strom zu erzeugen, der zweite Verlustausdruck wird aus dem ersten Strom entfernt, um einen zweiten Strom zu erzeugen, und der zweite Strom wird in ein Drehmoment umgewandelt, um die zweite Drehmomentgrenze (z. B. T_min) zu erzeugen.
Das Antriebssystem weist eine Leistungsbereitstellungs- oder Fahrbetriebsart mit einem entsprechenden verfügbaren Fahrdrehmoment während der Leistungsbereitstellungsbetriebsart auf. Zusätzlich weist das Antriebssystem eine Regenerationsbetriebsart mit einem entsprechenden verfügbaren Regenerationsdrehmoment während der Regenerationsbetriebsart auf. Das verfügbare Fahrdrehmoment (z. B. T_{MotorAvailable}) des Antriebssystems wird für die erste Drehmomentgrenze (z. B. T_max) ausgewählt, wenn die Verbindungsspannung größer als die Minimalspannung (z. B. V_FLOOD) ist, der Drehmomentbefehl kleiner als die erste Drehmomentgrenze (z. B. T_max) ist und das Antriebssystem in der Leistungsbereitstellungsbetriebsart betrieben wird. Das verfügbare Regenerationsdrehmoment (z. B. T_{RegenAvailable}) des Antriebssystems wird für die erste Drehmomentgrenze gewählt, wenn die Verbindungsspannung kleiner als die Maximalspannung (z. B. V_LID) ist, der Drehmomentbefehl innerhalb der ersten Drehmomentgrenze (z. B. T_min) liegt und das Antriebssystem in der Regenerationsbetriebsart betrieben wird. Das verfügbare Fahrdrehmoment des Antriebssystems wird für die zweite Drehmomentgrenze (z. B. T_max) ausgewählt, wenn die Quellenleistung kleiner als die Maximalleistung (z. B. P_DischargeMax) ist, der Drehmomentbefehl kleiner als die zweite Drehmomentgrenze ist und das Antriebssystem in der Leistungsbereitstellungsbetriebsart betrieben wird. Das verfügbare Regenerationsdrehmoment des Antriebssystems wird für die zweite Drehmomentgrenze (z. B. T_min) ausgewählt, wenn die Quellenleistung größer als die Minimalleistung (z. B. P_ChargeMax) ist, der Drehmomentbefehl in der zweiten Drehmomentgrenze liegt und das Antriebssystem in der Regenerationsbetriebsart betrieben wird.
Obwohl mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine riesige Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhafte Ausführungsformen nur Beispiele sind, und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Erfindung auf irgendeine Weise zu beschränken. Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleute mit einer brauchbaren Anleitung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsform oder beispielhafter Ausführungsformen versorgen. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen bei der Funktion und Anordnung von Elementen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Entsprechungen offengelegt ist.

Claims

Controller zur Regelung eines von einem elektrischen Antriebssystem erzeugten Drehmomentabtriebs, wobei das elektrische Antriebssystem eine erste Drehmomentgrenze, eine Spannungsgrenze und eine Leistungsgrenze aufweist, wobei der Controller umfasst: einen Proportional-Integral-Regler (PI-Regler), der ausgestaltet ist, um ein Signal zum Regeln des Drehmomentabtriebs auf der Grundlage der Spannungsgrenze und/oder der Leistungsgrenze zu erzeugen, wobei der PI-Regler einen Integrierer umfasst, der einen Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs und eines Verlustausdrucks aufweist; einen Wandler, der einen mit dem PI-Regler gekoppelten Eingang aufweist und einen Ausgang aufweist, wobei der Wandler ausgestaltet ist, um das Signal von dem PI-Regler zu normalisieren, um an dem Ausgang eine zweite Drehmomentgrenze zu erzeugen; und einen Schalter, der mit dem PI-Stromregler gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine Drehmomentgrenze aus der ersten und der zweiten Drehmomentgrenze auszuwählen.
Controller nach Anspruch 1, wobei das elektrische Antriebssystem eine Batterie mit einer Batteriespannung umfasst; und wobei der PI-Stromregler ferner umfasst: ein erstes Modul, das ausgestaltet ist, um eine erste Verstärkung auf einen ersten Fehler aufzubringen, um einen proportionalen Ausdruck zu erzeugen, wobei der erste Fehler auf einer Differenz zwischen der Spannungsgrenze und der Batteriespannung basiert; und ein zweites Modul, das ausgestaltet ist, um eine zweite Verstärkung und eine Integrationsfunktion auf den ersten Fehler aufzubringen, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen, wobei das zweite Modul ferner ausgestaltet ist, um die Integrationsfunktion über den Integrierer aufzubringen; einen Summierer mit einem mit dem ersten Modul gekoppelten ersten Eingang und einem mit dem zweiten Modul gekoppelten zweiten Eingang, wobei der Summierer ausgestaltet ist, um einen ersten Strom aus einer Summe des proportionalen Ausdrucks und des Integrationsausdrucks zu erzeugen.
Controller nach Anspruch 2, wobei der Summierer einen mit dem Eingang des Wandlers gekoppelten Ausgang aufweist und ferner ausgestaltet ist, um den Verlustausdruck von dem ersten Strom abzuziehen, um einen zweiten Strom zu erzeugen; und wobei der Wandler ferner ausgestaltet ist, um die zweite Drehmomentgrenze aus dem zweiten Storm zu erzeugen.
Controller nach Anspruch 1, wobei das elektrische Antriebssystem einen damit verbundenen Kupferverlust aufweist und wobei der Verlustausdruck auf dem Kupferverlust basiert.
Controller nach Anspruch 1, wobei das elektrische Antriebssystem ausgestaltet ist, um den Drehmomentabtrieb in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl zu erzeugen, wobei das Antriebssystem eine Batterie mit einer Batterie spannung umfasst; wobei die Spannungsgrenze eine Batterieminimalspannung ist, die erste Drehmomentgrenze ein verfügbares Motordrehmoment ist und die zweite Drehmomentgrenze ein Maximaldrehmoment ist; und wobei der Schalter ferner ausgestaltet ist, um: die zweite Drehmomentgrenze von dem Wandler auszuwählen, wenn die Batteriespannung kleiner als die Batteriesminimalspannung ist; und die erste Drehmomentgrenze des Antriebssystems auszuwählen, wenn die Batteriespannung größer als die Batterieminimalspannung ist und der Drehmomentbefehl kleiner als die zweite Drehmomentgrenze ist.
Controller nach Anspruch 1, wobei das elektrische Antriebssystem ausgestaltet ist, um den Drehmomentabtrieb in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl zu erzeugen, wobei das Antriebssystem eine Batterie mit einer Batteriespannung umfasst; wobei die Spannungsgrenze eine Batteriemaximalspannung ist, die erste Drehmomentgrenze ein verfügbares Regenerationsdrehmoment ist und die zweite Drehmomentgrenze ein Minimaldrehmoment ist; und wobei der Schalter ferner ausgestaltet ist, um: die zweite Drehmomentgrenze auszuwählen, wenn die Batteriespannung größer als die Batteriemaximalspannung ist; und die erste Drehmomentgrenze auszuwählen, wenn die Batteriespannung kleiner als die Batteriemaximalspannung ist und der Drehmomentbefehl größer als das Minimaldrehmoment ist.
Controller nach Anspruch 1, wobei das elektrische Antriebssystem ausgestaltet ist, um den Drehmomentabtrieb in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl zu erzeugen, wobei das Antriebssystem eine Batterie mit einer Batterieleistung umfasst; wobei die Leistungsgrenze eine Maximalentladeleistung ist, die erste Drehmomentgrenze ein verfügbares Motordrehmoment ist und die zweite Drehmomentgrenze ein Maximaldrehmoment ist; und wobei der Schalter ferner ausgestaltet ist, um: die zweite Drehmomentgrenze auszuwählen, wenn die Batterieleistung größer als die Maximalentladeleistung ist; und die erste Drehmomentgrenze auszuwählen, wenn die Batterieleistung kleiner als die Maximalentladeleistung ist und der Drehmomentbefehl kleiner als das Maximaldrehmoment ist.
Controller nach Anspruch 1, wobei das elektrische Antriebssystem ausgestaltet ist, um den Drehmomentabtrieb in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl zu erzeugen, wobei das Antriebssystem eine Batterie mit einer Batterieleistung umfasst; wobei die Leistungsgrenze eine Maximalladeleistung ist, die erste Drehmomentgrenze ein verfügbares Regenerationsdrehmoment ist und die zweite Drehmomentgrenze ein Minimaldrehmoment ist; und wobei der Schalter ferner ausgestaltet ist, um: die zweite Drehmomentgrenze auszuwählen, wenn die Batterieleistung kleiner als die Maximalladeleistung ist; und die erste Drehmomentgrenze auszuwählen, wenn die Batterieleistung größer als die Maximalladeleistung ist und der Drehmomentbefehl größer als das Minimaldrehmoment ist.
Verfahren zur Regelung eines Drehmomentabtriebs eines Antriebssystems, wobei das Antriebssystem eine Verbindungsspannung aufweist und zumindest teilweise von einer DC-Spannungsquelle mit einem Spannungsbereich, einer Quellenleistung und einem Lei stungsbereich mit Leistung versorgt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erzeugen des Drehmomentabtriebs in Ansprechen auf einen Drehmomentbefehl; Ermitteln, ob die Verbindungsspannung den Spannungsbereich überschreitet; Auswählen einer ersten Drehmomentgrenze, wenn die Verbindungsspannung den Spannungsbereich überschreitet, wobei die erste Drehmomentgrenze auf dem Drehmomentabtrieb und einem ersten Verlustausdruck basiert; Ermitteln, ob die Quellenleistung einen Leistungsbereich überschreitet; und Auswählen einer zweiten Drehmomentgrenze, wenn die Quellenleistung den Leistungsbereich überschreitet, wobei die zweite Drehmomentgrenze auf dem Drehmomentabtrieb und einem zweiten Verlustausdruck basiert.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Ermittelns, ob die Verbindungsspannung den Spannungsbereich überschreitet, ein Ermitteln umfasst, ob die Verbindungsspannung kleiner als eine Minimalspannung ist; und wobei das Verfahren ferner umfasst: Ermitteln eines Fehlers zwischen der Verbindungsspannung und der Minimalspannung; Aufbringen einer proportionalen Verstärkung auf den Fehler, um einen proportionalen Ausdruck zu erzeugen; Aufbringen einer Integrationsverstärkung und einer Integrationsfunktion auf den Fehler, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen, wobei die Integrationsfunktion einen Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs des Antriebssystems und des ersten Verlustausdrucks aufweist; Aufsummieren des proportionalen Ausdrucks mit dem Integrationsausdruck, um einen ersten Strom zu erzeugen; Entfernen des ersten Verlustausdrucks aus dem ersten Strom, um einen zweiten Strom zu erzeugen; und Umwandeln des zweiten Stroms in ein Drehmoment, um die erste Drehmomentgrenze zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Ermittelns, ob die Verbindungsspannung den Spannungsbereich überschreitet, ein Ermitteln umfasst, ob die Verbindungsspannung größer als eine Maximalspannung ist; und wobei das Verfahren ferner umfasst: Ermitteln eines Fehlers zwischen der Verbindungsspannung und der Maximalspannung; Aufbringen einer proportionalen Verstärkung auf den Fehler, um einen proportionalen Ausdruck zu erzeugen; Aufbringen einer Integrationsverstärkung und einer Integrationsfunktion auf den Fehler, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen, wobei die Integrationsfunktion einen Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs des Antriebssystems und des ersten Verlustausdrucks aufweist; Aufsummieren des proportionalen Ausdrucks mit dem Integrationsausdruck, um einen ersten Strom zu erzeugen; Entfernen des ersten Verlustausdrucks aus dem ersten Strom, um einen zweiten Strom zu erzeugen; und Umwandeln des zweiten Stroms in ein Drehmoment, um die erste Drehmomentgrenze zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Ermittelns, ob die Quellenleistung den Leistungsbereich überschreitet, ein Ermitteln umfasst, ob die Quellenleistung größer als eine Maximalentladeleistung ist; und wobei das Verfahren ferner umfasst: Ermitteln eines Fehlers zwischen der Quellenleistung und der Maximalentladeleistung; Aufbringen einer proportionalen Verstärkung auf den Fehler, um einen proportionalen Ausdruck zu erzeugen; Aufbringen einer Integrationsverstärkung und einer Integrationsfunktion auf den Fehler, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen, wobei die Integrationsfunktion einen Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs des Antriebssystems und des zweiten Verlustausdrucks aufweist; Aufsummieren des proportionalen Ausdrucks mit dem Integrationsausdruck, um einen ersten Strom zu erzeugen; Entfernen des zweiten Verlustausdrucks aus dem ersten Strom, um einen zweiten Strom zu erzeugen; und Umwandeln des zweiten Stroms in ein Drehmoment, um die zweite Drehmomentgrenze zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Ermittelns, ob die Quellenleistung den Leistungsbereich überschreitet, ein Ermitteln umfasst, ob die Quellenleistung kleiner als eine Maximalladeleistung ist; und wobei das Verfahren ferner umfasst: Ermitteln eines Fehlers zwischen der Quellenleistung und der Maximalladeleistung; Aufbringen einer proportionalen Verstärkung auf den Fehler, um einen proportionalen Ausdruck zu erzeugen; Aufbringen einer Integrationsverstärkung und einer Integrationsfunktion auf den Fehler, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen, wobei die Integrationsfunktion einen Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs des Antriebssystems und des zweiten Verlustausdrucks aufweist; Aufsummieren des proportionalen Ausdrucks mit dem Integrationsausdruck, um einen ersten Strom zu erzeugen; Entfernen des zweiten Verlustausdrucks aus dem ersten Strom, um einen zweiten Strom zu erzeugen; und Umwandeln des zweiten Stroms in ein Drehmoment, um die zweite Drehmomentgrenze zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Spannungsbereich Minimal- und Maximalspannungen aufweist; wobei das Antriebssystem eine Leistungsbereitstellungsbetriebsart und ein verfügbares Fahrdrehmoment während der Leistungsbereitstellungsbetriebsart aufweist und eine Regenerationsbetriebsart und ein verfügbares Regenerationsdrehmoment während der Regenerationsbetriebsart aufweist; und wobei das Verfahren ferner umfasst: Auswählen des verfügbaren Fahrdrehmoments für die erste Drehmomentgrenze, wenn die Verbindungsspannung größer als die Minimalspannung ist, der Drehmomentbefehl kleiner als das verfügbare Fahrdrehmoment ist und das Antriebssystem in der Leistungsbereitstellungsbetriebsart betrieben wird; und Auswählen des verfügbaren Regenerationsdrehmoments für die erste Drehmomentgrenze, wenn die Verbindungsspannung kleiner als die Maximalspannung ist, der Drehmomentbefehl größer als das verfügbare Regenerationsdrehmoment ist und das Antriebssystem in der Regenerationsbetriebsart betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Leistungsbereich Minimal- und Maximalleistungen aufweist; wobei das Antriebssystem eine Leistungsbereitstellungsbetriebsart und ein verfügbares Fahrdrehmoment während der Leistungsbereitstellungsbetriebsart aufweist und eine Regenerationsbetriebsart und ein verfügbares Regenerationsdrehmoment während der Regenerationsbetriebsart aufweist; und wobei das Verfahren ferner umfasst: Auswählen des verfügbaren Fahrdrehmoments für die zweite Drehmomentgrenze, wenn die Quellenleistung kleiner als die Maximalleistung ist, der Drehmomentbefehl kleiner als das verfügbare Fahrdrehmoment ist und das Antriebssystem in der Leistungsbereitstellungsbetriebsart betrieben wird; und Auswählen des verfügbaren Regenerationsdrehmoments für die zweite Drehmomentgrenze, wenn die Quellenleistung größer als die Minimalleistung ist, der Drehmomentbefehl größer als das verfügbare Regenerationsdrehmoment ist und das Antriebssystem in der Regenerationsbetriebsart betrieben wird.
Steuerungssystem zur Regelung eines Drehmomentabtriebs, der von einem Antriebssystem erzeugt wird, wobei das Antriebssystem eine Verbindungsspannung aufweist und zumindest teilweise von einer Gleichstromspannungsquelle (DC-Spannungsquelle) mit einem Spannungsbereich, einer Quellenleistung und einem Leistungsbereich mit Leistung versorgt wird, wobei das Steuerungssystem umfasst: einen ersten Controller, der ausgestaltet ist, um einen Drehmomentbefehl zu erzeugen; einen zweiten Controller, der mit dem ersten Controller gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um: die Verbindungsspannung und die Quellenleistung zu überwachen; den Drehmomentbefehl zu regeln, um die Verbindungsspannung innerhalb des Spannungsbereichs auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs und eines ersten Verlustausdrucks zu halten; und den Drehmomentbefehl zu regeln, um die Quellenleistung innerhalb des Leistungsbereichs auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs und eines zweiten Verlustausdrucks zu halten.
Steuerungssystem nach Anspruch 16, wobei das Antriebssystem eine Bandbreite der Spannungsregelung aufweist; wobei die DC-Spannungsquelle einen seriellen Ersatzwiderstand aufweist; und wobei der zweite Controller ferner ausgestaltet ist, um einen Fehler zu empfangen, wenn die Verbindungsspannung die Spannung überschreitet, wobei der zweite Controller umfasst: ein erstes Modul, das eine erste Verstärkung aufweist und ausgestaltet ist, um die erste Verstärkung auf den Fehler aufzubringen, um einen ersten proportionalen Ausdruck zu erzeugen; ein zweites Modul, das eine zweite Verstärkung aufweist und ausgestaltet ist, um die zweite Verstärkung und eine Integrationsfunktion auf den Fehler aufzubringen, um einen Integrationsausdruck zu erzeugen, wobei die zweite Verstärkung auf einem Verhältnis der Bandbreite der Spannungsregelung zu dem seriellen Ersatzwiderstand basiert, wobei ein Verhältnis der zweiten Verstär kung zu der ersten Verstärkung wesentlich größer als die Bandbreite der Spannungsregelung ist; und einen Summierer, der mit dem proportionalen Verstärkungsmodul und dem Integrationsmodul gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um den proportionalen Ausdruck mit dem Integrationsausdruck aufzusummieren.
Steuerungssystem nach Anspruch 17, wobei das zweite Modul einen Integrierer mit einem Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs und eines Kupferverlustausdrucks umfasst.
Steuerungssystem nach Anspruch 16, wobei das Antriebssystem eine Bandbreite der Leistungsregelung aufweist; und wobei der zweite Controller ferner ausgestaltet ist, um einen Fehler zu empfangen, wenn die Quellenleistung den Leistungsbereich überschreitet, wobei der zweite Controller umfasst: ein erstes Modul, das eine erste Verstärkung aufweist und ausgestaltet ist, um die erste Verstärkung auf den Fehler aufzubringen; ein zweites Modul, das eine zweite Verstärkung aufweist und ausgestaltet ist, um die zweite Verstärkung und eine Integrationsfunktion auf den Fehler aufzubringen, wobei die zweite Verstärkung auf der Bandbreite der Leistungsregelung basiert, wobei ein Verhältnis der zweiten Verstärkung zu der ersten Verstärkung wesentlich größer als die Bandbreite der Leistungsregelung ist; und einen Summierer, der mit dem proportionalen Verstärkungsmodul und dem Integrationsmodul gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um den proportionalen Ausdruck mit dem Integrationsausdruck aufzusummieren.
Steuerungssystem nach Anspruch 16, wobei das zweite Modul einen Integrierer mit einem Anfangswert auf der Grundlage des Drehmomentabtriebs und eines Kupferverlustausdrucks umfasst.