-
TECHNISCHES GEBIET
-
Diese Offenbarung betrifft einen elektrischen Leistungsfluss in einem Hybridelektrofahrzeug.
-
HINTERGRUND
-
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit. Folglich sind diese Aussagen nicht dazu gedacht, eine Anerkennung des Standes der Technik zu bilden.
-
Fahrzeuge mit Hybridantriebsstrangsystemen verwenden selektiv verschiedene Energiequellen, um Drehmoment und Leistung zum Erreichen einer optimalen Kraftstoffeffizienz in Ansprechen auf Bedienerbefehle zu erzeugen. Dies umfasst, dass selektiv eine Brennkraftmaschine und eine oder mehrere Motor/Generator-Einheiten, die mit einem Hochspannungsbatteriemodul oder Energiespeichersystem verbunden sind, zum Antrieb und zur Betriebssteuerung eingesetzt werden. Ein Hybridantriebsstrang umfasst ein Kraftmaschinen-Stopp/Start-System, bei dem die Kraftmaschine während eines andauernden Fahrzeugbetriebs automatisch gestoppt wird und unter Verwendung einer Elektromotor/Generator-Einheit automatisch neu gestartet wird. Das System umfasst vorzugsweise ein regeneratives Bremssystem zum Wiederaufladen des Hochspannungsenergiespeichersystems über die Elektromotor/Generator-Einheit und die Fähigkeit zum selektiven Abschalten der Kraftmaschine während eines Fahrzeugleerlaufs, was als Autostopp-Steuerschema bezeichnet wird.
-
Bekannte Motor/Generator-Einheiten können anstelle von Lichtmaschinen bei Riemen-Generatorstarter-Systemen (BAS-Systemen) verwendet werden. Das BAS-System bringt ein Drehmoment auf einen gewundenen Riemen der Kraftmaschine auf, wenn ein Bediener die Absicht zur Wiederaufnahme der Fahrt nach der Ausführung eines Autostopp-Streuerschemas signalisiert. Drehmoment von der einen oder den mehreren Motor/Generator-Einheiten kann zum Ankurbeln der Kraftmaschine verwendet werden. Bei einem Kaltstart der Kraftmaschine kann ein an der Kurbelwelle montierter 12-Volt-Hilfs- oder Startermotor ein Ankurbeldrehmoment zum Ankurbeln der Kraftmaschine bereitstellen. Bekannte BAS-Systeme verwenden ein Hochspannungsenergiespeichersystem, das elektrische Hochspannungsleistung durch einen Gleichrichter/Wechselrichter an die Motor/Generator-Einheit(en) liefert. Aufgrund eines Fehlers oder anderer Betriebsbedingungen kann die Hochspannungsbatterie temporär nicht verbunden sein oder anderweitig nicht verfügbar sein. Dies kann zum Verlust der oder zu einer nicht ausreichenden Felderregung führen, speziell bei einer auf einer asynchronen Maschine beruhenden Elektromotor/Generator-Einheit, was wiederum zu einem Verlust einer anhaltenden Erzeugung von elektrischer Hilfsleistung führen kann. Nicht ausreichende elektrische Hilfsleistung kann zu einem Abschalten des Fahrzeugs führen, was zu einem „zu Fuß heimgehen“-Ereignis führt.
-
Die Druckschrift US 2010 / 0 065 351 A1 offenbart ein Antriebskrafterzeugungssystem, das Leistungszielwerte derart ermittelt, dass deren Summe zulässige Lade- und Entladeleistungen nicht überschreitet. Aus diesen Leistungszielwerten werden PWM-Schaltbefehle erzeugt, mit denen Umrichter zum Betreiben von Motor/Generator-Einheiten angesteuert werden.
-
In der Druckschrift US 2007 / 0 285 064 A1 sind Verfahren und Systeme zum Entladen eines kapazitiven Elements offenbart, bei denen ein mit einem Umrichter zur Steuerung eines Elektromotors gekoppeltes kapazitives Element dadurch entladen wird, dass seine elektrische Energie an den Elektromotor übertragen und dort dissipiert wird.
-
Die Druckschrift
DE 10 2009 009 619 A1 offenbart ein Energiemanagementsystem eines Fahrzeugs und ein Verfahren zur Energieverteilung in einem Bordnetz, das zwei Bordnetzkreise aufweist, die von einem einzigen Generator versorgt werden. Eine Hochspannungsenergiespeichervorrichtung des einen Bordnetzes wird von dem Generator direkt gespeist und eine Niederspannungsenergiespeichervorrichtung des anderen Bordnetzes wird von dem Generator über einen DC/DC-Wandler gespeist.
-
In der Druckschrift
DE 10 2010 010 124 A1 ist ein Hybridantriebsstrangsystem mi einer Motor/Generator-Einheit offenbart, das beim Detektieren eines offenen Hochspannungsschalters, der mit einem elektrischen Hochspannungs-DC-Bus verbunden ist, elektrische Niederspannungsleistung einsetzt, um den elektrischen Hochspannungs-DC-Bus mit Energie zu versorgen. Steuerparameter werden verstellt, um die Elektromotor/Generator-Einheit in einem fehlertoleranten elektrischen Erzeugungsmodus zu betreiben, eine Brennkraftmaschine wird betrieben, um die Elektromotor/Generator-Einheit zu drehen und die Elektromotor/Generator-Einheit wird in dem fehlertoleranten elektrischen Erzeugungsmodus betrieben.
-
Die Druckschrift
DE 10 2010 009 681 A1 offenbart eine Steuerung eines Startergenerators während einer Störungsbedingung einer Hochspannungsbatterie. Bei einer derartigen Störung wird eine Erzeugung von Hilfsleistung durch eine Elektromotor/Generator-Einheit dadurch aufrechterhalten, dass Kondensatoren an einem Hochspannungs-DC-Bus von einer Niederspannungsquelle soweit aufgeladen werden, dass ein ausreichender Erregerstrom für die Elektromotor/Generator-Einheit bereitgestellt werden kann.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Ein Antriebsstrangsystem umfasst eine Elektromotor/Generator-Einheit. Beim Detektieren eines offenen Hochspannungsschalters, der mit einem elektrischen Hochspannungs-DC-Bus verbunden ist, wird elektrische Niederspannungsleistung eingesetzt, um den elektrischen Hochspannungs-DC-Bus mit Energie zu versorgen, Steuerparameter werden verstellt, um die Elektromotor/Generator-Einheit in einem fehlertoleranten elektrischen Erzeugungsmodus zu betreiben, eine Brennkraftmaschine wird betrieben, um die Elektromotor/Generator-Einheit zu drehen und die Elektromotor/Generator-Einheit wird in dem fehlertoleranten elektrischen Erzeugungsmodus betrieben. Wenn kein offener Hochspannungsschalter detektiert wird, wird die Elektromotor/Generator-Einheit in Ansprechen auf einen drehzahlbezogenen Drehmomentbefehl betrieben, wenn eine Drehzahl der Elektromotor/Generator-Einheit gesteuert werden soll, oder sie wird ansonsten in Ansprechen auf einen ersten Drehmomentbefehl betrieben.
-
Figurenliste
-
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 ein Fahrzeug darstellt, das ein Antriebssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst, welches eine Brennkraftmaschine umfasst, die mit einer Elektromotor/Generator-Einheit drehbar gekoppelt ist;
- 2 eine elektrische Leistungsschaltung darstellt, die mit einer Elektromotor/Generator-Einheit verbunden ist, wobei die elektrische Leistungsschaltung eine Hilfsbatterie, ein Gleichrichter/Wechselrichtermodul und die mit der Brennkraftmaschine gekoppelte Elektromotor/Generator-Einheit gemäß der Offenbarung umfasst;
- 3 ein Steuersystem in einer Blockdiagrammkonfiguration zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses an eine Elektromotor/Generator-Einheit gemäß der Offenbarung darstellt;
- 4 ein Steuerschema in der Form eines Flussdiagramms zum Steuern des Betriebs des Antriebssystems darstellt, das mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben ist, unter Verwendung des Steuersystems, das mit Bezug auf 3 beschrieben ist, welches umfasst, dass der Betrieb in Ansprechen auf einen Systemfehler gemäß der Offenbarung gesteuert wird;
- 5 einen DC-Kopplungsspannungs-Regelkreis darstellt, der ein dynamisch verstellbarer Proportional-Integral-Regler ist, der durch eine Drehzahl verstellbare Verstärkungen gemäß der Offenbarung aufweist;
- 6 ein Steuerschema eines äußeren Kreises in Flussdiagrammform darstellt, um Eingabeparameter für Elemente des Steuersystems zu erzeugen, das mit Bezug auf 3 beschrieben ist, um den Betrieb des mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Antriebssystems gemäß der Offenbarung zu steuern; und
- 7 ein Steuerschema eines inneren Kreises in Flussdiagrammform darstellt, um Eingabeparameter für Elemente des Steuersystems, das mit Bezug auf 3 beschrieben ist, zum Steuern des Betriebs des mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Antriebssystems gemäß der Offenbarung zu erzeugen.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
-
Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur zum Zweck der Darstellung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck eines Einschränkens derselben gedacht ist, veranschaulicht 1 auf schematische Weise ein Antriebssystem 10 für ein Fahrzeug. Das Antriebssystem 10 umfasst ein Antriebsstrangsystem, das eine Brennkraftmaschine 12 umfasst, die mit einer Elektromotor/Generator-Einheit (MGU) 26 drehbar gekoppelt ist, und ein Getriebe 14, die mit einem Endantrieb gekoppelt sind, der Straßenräder 16 enthält. Das Getriebe 14 ist ausgestaltet, um ein Antriebsdrehmoment an die Straßenräder 16 in Ansprechen auf Steuersignale zu übertragen, die von einem Steuermodul 5 stammen. Die Brennkraftmaschine 12 erzeugt ein Drehmoment, das an das Getriebe 14 übertragen wird. Die MGU 26 ist ausgestaltet, um ein Drehmoment an die Kraftmaschine 12 zu übertragen. Die MGU 26 ist ausgestaltet, um auf ein in der Kraftmaschine 12 entstehendes Drehmoment zu reagieren, um während einer regenerativen Periode elektrische Leistung zu erzeugen. Dies umfasst ein Übertragen von Antriebsdrehmoment von den Straßenrädern 16 durch das Getriebe 14 und die Kraftmaschine 12 hindurch an die MGU 26 bei einer regenerativen Bremsoperation. Bei einer Ausführungsform kann die MGU 26 ausgestaltet sein, um Drehmoment durch die Kraftmaschine 12 an das Getriebe 14 als Antriebsdrehmoment zu übertragen, um ein Losfahren des Fahrzeugs zu bewirken. Gleiche Bezugszeichen entsprechen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den mehreren Zeichnungen.
-
Die Brennkraftmaschine 12 ist über ein Riemenantriebssystem 23, das einen gewundenen Riemen oder einen anderen geeigneten Kopplungsmechanismus enthält, mit der MGU 26 mechanisch drehbar gekoppelt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Riemenantriebssystem 23 den gewundenen Riemen, der zwischen einer Riemenscheibe, die an einer Kurbelwelle 13 der Kraftmaschine 12 angebracht ist, und einer weiteren Riemenscheibe, die an einer Drehwelle angebracht ist, die mit einem Rotor der MGU 26 gekoppelt ist, verlegt ist. Die vorstehend erwähnten Elemente bilden ein Riemen-Generatorstarter-System (BAS-System). Das BAS-System bewirkt Autostopp- und Autostart-Operationen während eines andauernden Betriebs des Fahrzeugs.
-
Die Kraftmaschine 12 ist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, welche während eines andauernden Betriebs des Fahrzeugs selektiv in einer Vielzahl von Zuständen betrieben werden kann, welche entweder einen Kraftmaschine-Eingeschaltet-Zustand oder einen Kraftmaschine-Ausgeschaltet-Zustand umfassen. Die Kraftmaschine-Eingeschaltet- und Kraftmaschine-Ausgeschaltet-Zustände werden unter Verwendung eines Autostart-Steuerschemas bzw. eines Autostopp-Steuerschemas erreicht. Während eines andauernden Betriebs des Fahrzeugs kann das Steuermodul 5 die Kraftmaschine 12 in Ansprechen auf Bedienerbefehle, z.B. kein Niederdrücken eines Gaspedals, und auf Fahrzeugbetriebsbedingungen, die einen Kraftmaschinenleerlauf umfassen, der in Ansprechen auf eine Fahrzeugstoppbedingung an einer Verkehrsampel auftreten kann, unter Verwendung des Autostopp-Steuerschemas in den Kraftmaschine-Ausgeschaltet-Zustand steuern. Es ist festzustellen, dass andere Betriebsbedingungen dazu führen können, dass die Kraftmaschine 12 im Leerlauf arbeitet. Auf diese Weise kann das Fahrzeug den Kraftstoffverbrauch verringern. Anschließend kann das Steuermodul 5 die Kraftmaschine 12 unter Verwendung des Autostart-Steuerschemas in den Kraftmaschine-Eingeschaltet-Zustand steuern, um in Ansprechen auf einen Bedienerbefehl, z.B. das Niederdrücken eines Gaspedals, ein Antriebsdrehmoment für den Fahrzeugantrieb bereitzustellen. Definitionsgemäß ist ein Kraftmaschine-Eingeschaltet-Zustand ein Kraftmaschinenbetriebszustand, bei dem die Kraftmaschine 12 mit Kraftstoff versorgt wird und gezündet wird und genügend Drehmoment erzeugt, um einen Kraftmaschinenbetrieb bei oder über einer Verbrennungsstabilitätsgrenze zu halten, und ein Kraftmaschine-Ausgeschaltet-Zustand ist ein Kraftmaschinenbetriebszustand, bei dem die Kraftmaschine 12 nicht mit Kraftstoff versorgt wird und nicht gezündet wird und sich nicht dreht und kein Drehmoment erzeugt. Andere Kraftmaschinenzustände können entweder einen Zustand mit allen Zylindern oder einen Zylinderabschaltzustand umfassen und entweder einen Zustand mit Kraftstoffzufuhr oder einen Kraftstoffabsperrzustand. Bei einer Ausführungsform ist die Kraftmaschine 12 eine Funkenzündungskraftmaschine mit einem Verbrennungszeitpunkt, der durch Frühverstellen oder Spätverstellen des Zeitpunkts der Zündfunkenzündung gesteuert wird. Alternativ ist die Kraftmaschine 12 eine Kompressionszündungskraftmaschine, bei der der Zeitpunkt der Verbrennung durch ein Frühverstellen oder Spätverstellen des Zeitpunkts von Kraftstoffeinspritzereignissen gesteuert wird. Es ist festzustellen, dass die Kraftmaschine 12 ausgestaltet sein kann, um in mehreren Verbrennungsmodi zu arbeiten, welche Modi mit Funkenzündung und homogener Verbrennung umfassen.
-
Die Kraftmaschine 12 umfasst einen Hilfsstartermotor 11, der durch ein Getriebe selektiv mit der Kurbelwelle 13 der Kraftmaschine 12 verbunden werden kann und ausgestaltet ist, um ein Ankurbeldrehmoment zum Ankurbeln der Kraftmaschine 12 in Ansprechen auf einen Startbefehl bereitzustellen, der mit einem Schlüsseleinschaltbefehl eines Bedieners verbunden ist. Der Hilfsstartermotor 11 wird vorzugsweise mit elektrischer Niederspannungsleistung betrieben, die er von einer Hilfsbatterie 41 erhält, mit der er elektrisch verbundenen ist. Die Kurbelwelle 13 der Kraftmaschine 12 ist mit einem drehbaren Ausgabeelement 20 gekoppelt, das mit einem Eingabeelement 22 des Getriebes 14 gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform ist das Ausgabeelement 20 der Kraftmaschine 12 mit dem Eingabeelement 22 des Getriebes 14 über einen Drehmomentübertragungsmechanismus 18 gekoppelt, der eine Kupplungsvorrichtung, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einen anderen geeigneten Mechanismus umfassen kann. Das Getriebe 14 kann ein Mehrgang-Stufengetriebe, ein stufenloses elektrisches Getriebe oder eine beliebige andere geeignete Getriebekonstruktion sein, die ein Antriebsdrehmoment zwischen dem Getriebe 14 und dem Endantrieb einschließlich der Straßenräder 16 über ein Ausgabeelement 24 übertragen kann.
-
Die MGU 26 umfasst vorzugsweise eine mehrphasige Induktions- oder asynchrone AC-Maschine, die einen Stator und einen Rotor, der mit dem Stator magnetisch gekoppelt ist, umfasst. Wie dargestellt ist, ist die MGU 26 eine dreiphasige Maschine. Es ist festzustellen, dass die MGU 26 eine beliebige einer Vielzahl von mehrphasigen Vorrichtungen umfassen kann, z.B. elektrische Maschinen mit zwei Phasen, vier Phasen, fünf Phasen und sechs Phasen. Der Rotor der MGU 26 ist vorzugsweise mit dem Riemenantriebssystem 23 gekoppelt, welches ausgestaltet ist, um Drehmoment zwischen der MGU 26 und der Kraftmaschine 12 zu übertragen. Ein Drehsensor 34 ist geeignet angeordnet, um eine Drehposition und eine Drehzahl des Rotors der MGU 26 zu Rückkopplungs- und Steuerzwecken zu überwachen. Der Drehsensor 34 ist vorzugsweise ein Resolver bzw. Drehmelder, der ein Ausgabesignal (345) erzeugt, das einen Winkel und eine Drehzahl des Rotors der MGU 26 anzeigt.
-
Ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 ist mit einem Hochspannungsenergiespeichersystem 25 über einen Hochspannungs-DC-Leistungsbus 31 elektrisch verbunden, der einen positiven Hochspannungs-DC-Leistungsbus und einen negativen Hochspannungs-DC-Leistungsbus umfasst. Das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 ist mit positiven und negativen Seiten des Hochspannungs-DC-Leistungsbusses 31 elektrisch verbunden, wobei ein Hochspannungsschalter 40 derart positioniert ist, dass er das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 beispielsweise in Ansprechen auf einen Systemfehler von der positiven und/oder der negativen Seite des Hochspannungs-DC-Leistungsbusses 31 trennt. Der Hochspannungsschalter 40 ist in einer geöffneten Position dargestellt, aber er befindet sich während eines andauernden Betriebs in einer geschlossenen Position. Das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 und zugehörige Steuerschaltungen und -schemata können elektrische Gleichstromleistung (DC-Leistung), die aus dem Hochspannungsenergiespeichersystem 25 stammt, in elektrische Wechselstromleistung (AC-Leistung) umsetzen, die zum Erzeugen von Drehmoment an die MGU 26 übertragen wird. Das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 kann elektrische AC-Leistung, die von der MGU 26 erzeugt wird, in elektrische DC-Leistung umsetzen, um das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 und die Hilfsbatterie 41 über ein Hilfsleistungsmodul (APM) 28 elektrisch aufzuladen, wenn ein Magnetisierungsstrom den Stator in ausreichendem Maß magnetisiert.
-
Das APM 28 ist über den Hochspannungs-DC-Leistungsbus 31 mit dem Hochspannungsenergiespeichersystem 25 elektrisch verbunden. Das APM 28 ist mit der Hilfsbatterie 41 über den Niederspannungs-DC-Leistungsbus 19 elektrisch verbunden. Die Hilfsbatterie 41 ist vorzugsweise eine Niederspannungsenergiespeichervorrichtung, wie etwa eine 12-Volt DC-Batterie, und ist zum Liefern von elektrischer Leistung an den Statormotor 11 und andere Zubehörvorrichtungen und Hilfssysteme 45 an Bord des Fahrzeugs geeignet, welche beispielsweise Scheinwerfer und Innenbeleuchtung 46, ein Radio- oder Audiosystem 48, elektrische Sitze 50 und ein elektrisches Servolenkungssystem 52 umfassen. Das APM 28 kann als ein DC-DC-Leistungswandler ausgestaltet sein, der elektrische DC-Leistung von einem Hochspannungsniveau auf ein Niederspannungsniveau und umgekehrt umsetzt, und dessen Arbeitsweise vom Steuermodul 5 gesteuert wird. Das APM 28 ist vorzugsweise als ein DC-DC-Leistungswandler ausgestaltet, der zur Minimierung von Kosten nur elektrische DC-Leistung von einem Hochspannungsniveau auf ein Niederspannungsniveau umsetzt. Das heißt, dass das APM 28 Leistung bei einer hohen Spannung, die vom Hochspannungsenergiespeichersystem 25 stammt, in Niederspannungsleistung umsetzt, die zum Laden der Hilfsbatterie 41 und/oder zum direkten Betreiben eines oder mehrerer der Hilfssysteme 45 nach Bedarf geeignet ist. Das Steuermodul 5 steuert einen Leistungsfluss an Bord des Fahrzeugs aus dem Hochspannungsenergiespeichersystem 25 und aus der Hilfsbatterie 41, um die benötigte elektrische Funktionalität bereitzustellen.
-
Das Steuermodul 5 ist vorzugsweise mit einer verteilten Architektur ausgestaltet, die eine Vielzahl entfernt angeordneter Controller umfasst, welche die gesamte benötigte Leistungsfluss-Steuerungsfunktionalität an Bord des Fahrzeugs in Ansprechen auf Befehle ausführen, die von einem Steuerschema stammen. Es ist festzustellen, dass die Funktionen, die so beschrieben sind, dass sie vom Steuermodul 5 ausgeführt werden, in eine oder mehrere Vorrichtungen kombiniert sein können, z.B. in Software-, Hardware und/oder anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC) und Hilfsschaltungen, die getrennt und verschieden vom Steuermodul 5 sein können, implementiert. Das Steuermodul 5 umfasst vorzugsweise einen oder verschiedene Kombinationen aus einem oder mehreren universalen digitalen Controllern, die jeweils einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, Speichermedien, die Festwertspeicher (ROM), Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und elektrisch programmierbarem Festwertspeicher (EPROM) umfassen, einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog/Digital- und Digital/Analog-Schaltungen (A/D- und D/A-Schaltungen) und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und - Vorrichtungen (I/O) und geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen enthalten. Das Steuermodul 5 enthält ein Steuersystem 300, das ein ausführbares Steuerschema 100 enthält, das in der Form von Algorithmen, residenten Programmanweisungen und Kalibrierungen vorliegt, die in einem der Speichermedien gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen bereitzustellen.
-
Das Steuermodul 5 ist signaltechnisch und wirksam vorzugsweise über einen Kommunikationsbus 51 mit sowohl der Kraftmaschine 12 als auch dem Startermotor 11 als auch der MGU 26 als auch dem Hochspannungsenergiespeichersystem 25 als auch dem APM 28 als auch dem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 als auch der Hilfsbatterie 41 verbunden. Es ist festzustellen, dass die Informationsübertragung an das und von dem Steuermodul 5 durch eine oder mehrere Kommunikationsstrecken bewerkstelligt werden kann, welche das Verwenden einer Direktverbindung, das Verwenden eines lokalen Netzwerkbusses und das Verwenden eines seriellen peripheren Schnittstellenbusses umfassen.
-
Wenn die Kraftmaschine 12 die MGU 26 umfasst und als ein BAS-System ausgestaltet ist, kann das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 die MGU 26 selektiv steuern, um das Riemenantriebssystem 23 zum Ankurbeln der Kraftmaschine 12 zu drehen. Außerdem kann das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 die MGU 26 selektiv so steuern, dass sie als Generator arbeitet, um das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 über einen Leistungstransfer von der Kraftmaschine 12 und dem Getriebe 14 wieder aufzuladen. Dies kann beispielsweise umfassen, dass Energie aufgefangen wird, die während eines regenerativen Bremsereignisses von den Rädern 16 durch das Getriebe 14 und die Kraftmaschine 12 an die MGU 26 übertragen wird. Der Startermotor 11 kann so gesteuert werden, dass er elektrische Leistung aus der Niederspannungshilfsbatterie 41 entnimmt, um die Kraftmaschine 12 nach Bedarf anzukurbeln und zu starten, wie etwa während eines anfänglichen Starts des Fahrzeugs in Ansprechen auf ein Schlüssel-Einschaltereignis und in Ansprechen auf einen elektrischen Hochspannungsfehler, wie hier nachstehend beschrieben ist.
-
2 zeigt schematisch Details einer elektrischen Leistungsschaltung, die mit einer Elektromotor/Generator-Einheit verbunden ist, z.B. der MGU 26 von 1, welche die Hilfsbatterie 41, das Gleichrichter/Wechselrichtermodul 27 einschließlich eines Gatetreibermoduls 127 und die MGU 26 umfasst, welche mit der Kraftmaschine 12 über das Riemenantriebssystem 23 gekoppelt ist. Elemente 101, 103, 105 und 107 bezeichnen Verbindungen innerhalb der elektrischen Leistungsschaltung und sind keine physikalischen Elemente. Das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 ist mit den positiven und negativen Seiten des Hochspannungs-DC-Leistungsbusses 31 elektrisch verbunden. Ein Gatetreibermodul 127 enthält einen AC-Leistungsoszillator 32, der über den LV-Bus 19 mit der Hilfsbatterie 41 elektrisch verbunden ist. Der AC-Leistungsoszillator 32 interagiert auf elektrische Weise mit Elementen oberer und unterer Gatetreibervorspannungs-Stromversorgungen 35 bzw. 135, die von der Hilfsbatterie 41 stammende elektrische Leistung umformen und gleichrichten, um elektrische DC-Leistung an mehrere Paare von Gatetreiberschaltungen 94 zu liefern.
-
Ein von jeder der Gatetreiberschaltungen 94 ausgegebenes Signal ist mit einer Basis einer eines Paars von Schaltervorrichtungen 95 des Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls 27 elektrisch verbunden. Ein Paar der Gatetreiberschaltungen 94 und ein zugehöriges Paar der Schaltervorrichtungen 95, die einer einzelnen Phase (z.B. der Phase A) der MGU 26 entsprechen, sind gezeigt. Während eines andauernden Betriebs erzeugt jede Gatetreiberschaltung 94, die mit einer der Schaltervorrichtungen 95 verbunden ist, in Ansprechen auf ein Steuersignal, das vom Steuermodul 5 stammt, einen Impuls, welcher die Schaltervorrichtung 95 aktiviert und einen Stromfluss durch eine der Phasen der MGU 26 induziert. Es ist festzustellen, dass es ein analoges Gatetreibermodul gibt, das obere und untere Gatetreibervorspannungs-Stromversorgungen und ein entsprechendes Paar von Schaltervorrichtungen 95 enthält, das jeder der Phasen der MGU 26 zugeordnet ist. Es ist festzustellen, dass es für jede Schaltervorrichtung 95 eine zugeordnete Gatetreiberschaltung 94 gibt.
-
Das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 ist mit jeder der Phasen der MGU 26 elektrisch verbunden. Das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 umfasst eine Vielzahl von Schaltervorrichtungen 95, die als drei Paare der Schaltervorrichtungen 95 gezeigt sind, die mit entsprechenden Phasen der MGU 26 verbunden sind, wenn die MGU 26 eine dreiphasige Vorrichtung ist. Jede der Schaltervorrichtungen 95 entspricht einer der Gatetreiberschaltungen 94 des Gatetreibermoduls 127.
-
Die MGU 26 ist mit dem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 wie gezeigt elektrisch verbunden, und sie ist mit der Kraftmaschine 12 über das Riemenantriebssystem 23 mechanisch gekoppelt. Ein oder mehrere Hochspannungs-DC-Koppelkondensatoren 17 sind über die positiven und negativen Seiten des Hochspannungs-DC-Leistungsbusses 31 hinweg positioniert. Bei einer Ausführungsform weisen die DC-Koppelkondensatoren 17 eine Kapazität von 3000 µF auf. Die DC-Koppelkondensatoren 17 sind geeignet, um ein elektrisches Potential über den Hochspannungs-DC-Leistungsbus 31 hinweg aufrecht zu erhalten, aber es fehlt ihnen die Kapazität, um das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 über eine längere Zeitspanne hinweg ohne andauernde Aufladung zu ersetzen. Es gibt eine optionale aktive DC-Busentladungsschaltung, die einen Widerstand 42 und einen Schalter 43 enthält.
-
Jede Schaltervorrichtung 95 umfasst vorzugsweise eine Halbleitervorrichtung mit einer niedrigen Impedanz im eingeschalteten Zustand, z.B. in der Größenordnung von Milliohm. Eine beispielhafte Schaltervorrichtung umfasst eine Feldeffekttransistorvorrichtung. Bei einer Ausführungsform kann dies eine MOSFET-Vorrichtung sein. Alternativ können die Schaltervorrichtungen 95 IGBT-Vorrichtungen, JFET-Vorrichtungen und andere Vorrichtungen umfassen. Die Schaltervorrichtungen 95 sind als Paare ausgestaltet, um einen elektrischen Leistungsfluss zwischen der positiven Seite des Hochspannungsbusses 31 und einem der elektrischen Kabel, die mit einer der Phasen der MGU 26 verbunden und dieser zugeordnet sind, und der negativen Seite des Hochspannungsbusses 31 zu steuern. Das Steuermodul 5 umfasst eine Schaltersteuerschaltung, um eine Aktivierung und Deaktivierung jeder der Schaltervorrichtungen 95 über die Gatetreiberschaltungen 94 zu steuern.
-
Gatetreibervorladungsschaltungen 98 sind zwischen dem Gatetreibermodul 127 und dem Hochspannungsbus 31 und den Schaltervorrichtungen 95 des Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls 27 in Reihe verbunden. Insbesondere umfasst jede Phase des Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls 27 eine erste der Gatetreibervorladungsschaltungen 98, die zwischen einer Hochspannungsseite 91 der oberen Gatetreibervorspannungs-Stromversorgung 35 und der positiven Seite des Hochspannungsbusses 31 in Reihe verbunden ist, und eine zweite der Gatetreibervorladungsschaltungen 98, die zwischen einer Hochspannungsseite 191 der unteren Gatetreibervorspannungs-Stromversorgung 135 und einem elektrischen Knoten 92 in Reihe verbunden ist, der durch einen Kreuzungspunkt zwischen dem zugehörigen Paar der Schaltervorrichtungen 95 definiert ist, die mit einer Phase der MGU 26 elektrisch verbunden sind.
-
Jede Gatetreibervorladungsschaltung 98 umfasst eine Diode 97, die mit einer Widerstandsvorrichtung 96 in Reihe verbunden ist. Jede Diode 97 ist vorzugsweise so vorgespannt, dass sie ermöglicht, dass ein Strom, der von der Hilfsbatterie 41 stammt, über den LV-Bus 19 durch das Gatetreibermodul 127 an den Hochspannungsbus 31 und den Kondensator 17 im Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 fließt. Jede Diode 27 ist vorzugsweise so vorgespannt, dass sie einen Stromfluss von dem Hochspannungsbus 31 an das Gatetreibermodul 127 beschränkt.
-
Wenn in der Hochspanungsschaltung ein Fehler detektiert wird, z.B. ein Masseisolierungsfehler, wird der Hochspannungsschalter 40 so gesteuert, dass er das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 von der positiven und/oder der negativen Seite des Hochspannungs-DC-Leistungsbusses 31 trennt. Das Steuermodul 5 hört damit auf, alle Schaltervorrichtungen 95 über die Gatetreiberschaltungen 94 zu aktivieren und zu deaktivieren. Die Gatetreibervorladungsschaltungen 98 sind ausgestaltet, um es dem Gatetreibermodul 127 zu ermöglichen, elektrische Leistung zu verwenden, die von der Hilfsbatterie 41 stammt, um den bzw. die DC-Koppelkondensatoren 17 elektrisch aufzuladen, wie mit Bezug auf 4 beschrieben ist. Wenn daher das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 von der Ladeschaltung getrennt wird, indem der Hochspannungsschalter 40 geöffnet wird, bewirken die Gatetreibervorladungsschaltungen 98 ein Aufladen des bzw. der DC-Koppelkodensatoren 17 unter Verwendung elektrischer Niederspannungsleistung, die von der Hilfsbatterie 41 stammt. Wenn die Hilfsbatterie 41 bei einer Ausführungsform eine Vorrichtung mit nominell 12 V DC ist, kann jede der oberen und unteren Gatetreibervorspannungs-Stromversorgungen 35 und 135 eine an die Vorladungsschaltungen 98 angelegte Spannungsausgabe erzeugen, die im Bereich von 15 V bis 25 V liegen kann. Wenn die Vorladungsschaltungen 98 mit dem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 verbunden sind, wie hier vorstehend beschrieben wurde, und der Hochspannungsschalter 40 geöffnet ist, wodurch das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 aus der Schaltung entfernt ist, fließt elektrische Leistung durch die Vorladungsschaltungen 98 und lädt den bzw. die DC-Koppelkondensatoren 17 auf. Gemäß der Konfiguration erzeugen die Gatetreibervorladungsschaltungen 98 in Kombination eine Vorspannung über dem bzw. den DC-Koppelkondensatoren 17, die ausreicht, um genügend Magnetisierungsenergie an die MGU 26 zu liefern, wenn die Kraftmaschine 12 im Leerlauf arbeitet, und die bei einer Ausführungsform insgesamt mindestens 34 V betragen kann. Somit wird der bzw. werden die DC-Koppelkondensatoren 17 so vorgeladen, dass sie genügend elektrische Energie bei einer Spannung aufweisen, die größer als notwendig ist, um den Stator der MGU 26 zu magnetisieren und auf andere Weise zu betreiben, welche bei einer Ausführungsform eine Spannung ist, die größer als eine benötigte Spannung von 32 V ist. Mit dieser Arbeitsweise verbundene Details werden mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben.
-
3 zeigt auf schematische Weise ein Steuersystem 300 in einer Blockdiagrammkonfiguration zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses an die MGU 26 unter Verwendung der mit Bezug auf 2 beschriebenen elektrischen Leistungsschaltung. Jedes der Elemente des Steuersystems 300 ist eine Aufgabe, die periodisch ausgeführt wird, um ein Ergebnis zu bewirken, wie beschrieben wird. Die Elemente umfassen einen Drehmomentbefehlsbestimmungsblock 310, einen Moduswahlblock 320, einen Drehmomentbefehlbegrenzungsblock 330, einen Motorstrombestimmungsblock 340, einen Lastabwurfschutz-Steuerblock 350, einen Drehzahlbeobachter und einen Flusswinkel/ Lastdrehmomentbeobachter 360, einen Stromeingabeblock 370 und einen Motorstromsteuerblock 380. Der Motorstromsteuerblock 380 ist mit einem Pulsbreitenmodulationsblock 390 signaltechnisch verbunden, der mit dem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 signaltechnisch verbunden ist, welches mit der MGU 26 gekoppelt ist. Es ist festzustellen, dass die vorstehend erwähnten Blöcke und zugehörigen Aufgaben des Steuerschemas 300 unter Verwendung einer geeigneten Hardware, geeigneter Algorithmen und geeigneter Kalibrierungen ausgeführt werden können, um die jeweiligen Eingabeparameter zu überwachen und die gewünschten Ausgabeparameter zu erreichen.
-
Der Drehmomentbefehlsbestimmungsblock 310, der Moduswahlblock 320 und der Drehmomentbefehlbegrenzungsblock 330 werden verwendet, um einen Motordrehmomentbefehl zu bestimmen, der als ein gedrehter Drehmomentbefehl (335) bezeichnet wird. Der Drehmomentbefehlsbestimmungsblock 310 bestimmt Drehmomentbefehle, die einen Motordrehmomentbefehl (301), einen regenerativen Drehmomentbefehl (307), der in Verbindung mit einem Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Erzeugungsmodus 324 verwendet wird, und einen drehzahlbezogenen Drehmomentbefehl (311) umfassen. Der Motordrehmomentbefehl (301) ist ein Befehl für die MGU 26, um ein Drehmoment während eines andauernden Betriebs in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung zu erzeugen. Der regenerative Drehmomentbefehl (307) wird in Ansprechen auf eine befohlene Spannung (303) über dem Hochspannungs-DC-Bus und eine überwachte Spannung VDC (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus bestimmt, und er wird unter Verwendung eines DC-Koppelspannungs-regelkreises 500 bestimmt, wie mit Bezug auf 5 beschrieben ist. Die befohlene Spannung (303) über dem Hochspannungs-DC-Bus und die überwachte Spannung VDC (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus stehen in Beziehung zu der Spannung über dem Hochspannungs-DC-Leistungsbus 31 zwischen dem positiven Hochspannungs-DC-Leistungsbus und dem negativen Hochspannungs-DC-Leistungsbus oder der Vorspannung über dem bzw. den Hochspannungs-DC-Koppelkondensatoren 17. Die befohlene Drehzahl (309) ist ein Befehl für die MGU 26 zum Erzeugen einer Drehzahlausgabe während eines andauernden Betriebs. Die befohlene Drehzahl (309) oder ein bevorzugtes Drehzahlprofil (313) von einem Drehzahlprofilgenerator 310 können mit einer gemessenen Drehzahl (347) verglichen werden. Ein Drehzahlregler 308 vergleicht die befohlene Drehzahl (309) oder das bevorzugte Drehzahlprofil (313) vom Profilgenerator 310 und die gemessene Drehzahl (347), um einen drehzahlbezogenen Drehmomentbefehl (311) zu bestimmen, der auf die befohlene Drehzahl (309) oder das bevorzugte Drehzahlprofil (313) anspricht und die Fähigkeiten des Systems berücksichtigt.
-
Der Moduswahlblock 320 wählt entweder einen Spannungsregenerierungsmodus 322 mit dem zugehörigen Motordrehmomentbefehl (301), oder den fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 mit dem zugehörigen regenerativen Drehmomentbefehl (307) oder einen Drehzahlsteuerungsmodus 326 mit dem zugehörigen drehzahlbezogenen Drehmomentbefehl (311), um einen bevorzugten Drehmomentbefehl (315) zu bestimmen. Der Spannungsregenerierungsmodus 322 wird gewählt und der Motordrehmomentbefehl (301) wird als der bevorzugte Drehmomentbefehl (315) gewählt, wenn Betriebsbedingungen anzeigen, dass im System kein Fehler vorliegt und der Hochspannungsschalter 40 intakt, d.h. geschlossen ist. Der Drehzahlsteuerungsmodus 326 wird gewählt und der drehzahlbezogene Drehmomentbefehl (311) wird als der bevorzugte Drehmomentbefehl (315) gewählt, wenn das System betrieben wird, um eine Drehzahl der MGU 26 zu steuern. Der fehlertolerante elektrische Generierungsmodus 324 wird gewählt und der regenerative Drehmomentbefehl (307) wird als der bevorzugte Drehmomentbefehl (315) gewählt, wenn ein Befehl zum Betreiben der MGU 26 in einem elektrischen Leistungsgenerierungsmodus zum Aufladen des Hochspannungsenergiespeichersystems 25 vorliegt und wenn ein Fehler im System vorliegt, der dazu führt, dass der Hochspannungsschalter 40 geöffnet ist. Der fehlertolerante elektrische Generierungsmodus 324 wird vom Steuermodul 5 ausgeführt, um einen Betrieb des Antriebsstrangsystems in Ansprechen auf einen Fehler zu steuern, der dazu führt, dass der Hochspannungsschalter 40 das Energiespeichersystem 25 vom Hochspannungs-DC-Leistungsbus 31 trennt.
-
Der Drehmomentbefehlbegrenzungsblock 330 legt Begrenzungen für den bevorzugten Drehmomentbefehl (315) fest, die einen ersten Drehmomentbegrenzer 332 umfassen, der mit der Kapazität der MGU 26 zum Erzeugen von Drehmoment verbunden ist. Ein zweiter Drehmomentbegrenzer 334 ist mit einer Leistungsregelung verbunden. Ein dritter Drehmomentbegrenzer 336 ist mit einer Spannungsregelung verbunden. Der Betrieb der vorstehend erwähnten Drehmomentbegrenzer 332, 334 und 336 des Drehmomentbefehlbegrenzungsblocks 330 ist betroffen, wenn der Hochspannungsschalter 40 geöffnet ist und das System in dem fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 arbeitet, um die Erzeugung elektrischer Leistung zu bewirken. Der bevorzugte Drehmomentbefehl (315) wird durch den Drehmomentbefehlsbegrenzungsblock 330 modifiziert, indem Zustände mit maximalem und minimalem Drehmoment und eine zeitliche Ratenänderung beim Drehmoment festgelegt werden, die zu dem gedrehten Drehmomentbefehl (335) führen. Der gedrehte Drehmomentbefehl (335) ist ein befohlenes Motordrehmoment, das zum Steuern der MGU 26 verwendet wird.
-
Sowohl im Spannungsregenerierungsmodus 322 als auch im Drehzahlsteuerungsmodus 326 wird der erste Drehmomentbegrenzer 332 auf eine maximale Drehmomentkapazität der MGU 26 bei den Betriebsbedingungen gesetzt. Im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 wird der erste Drehmomentbegrenzer 332 so gesetzt, dass die maximale positive befohlene Drehmomentausgabe aus der MGU 26 gleich null ist. Folglich wird die MGU 26 in diesem Modus betrieben, um elektrische Leistung zu erzeugen, aber sie erzeugt kein Drehmoment.
-
Sowohl im Spannungsregenerierungsmodus 322 als auch im Drehzahlsteuerungsmodus 326 werden der zweite und der dritte Drehmomentbegrenzer 334 und 336 auf Leistungs- und Spannungssteuergrenzen gesetzt, welche die Kapazität des Hochspannungsenergiespeichersystems 25 zum Aufrechterhalten der Spannung und zum Liefern elektrischer Leistung zum Erzeugen von Drehmoment in der MGU 26 berücksichtigen. Im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 werden der zweite und der dritte Drehmomentbegrenzer 334 und 336 auf Leistungs- und Spannungssteuergrenzen gesetzt, welche die Kapazität des bzw. der Hochspannungs-DC-Koppelkondensatoren 17 zum Aufrechterhalten der Spannung und zum Liefern elektrischer Leistung zum Betreiben der MGU 26 zum Erzeugen von elektrischer Leistung berücksichtigen.
-
Der Motorstrombestimmungsblock 340 bestimmt einen befohlenen Direktachsenstrom Id (341) und einen befohlenen Quadraturachsenstrom Iq (343) zum Steuern der MGU 26 in Ansprechen auf den gedrehten Drehmomentbefehl (335) unter Verwendung einer Direkt-Quadratur-Transformation mit Berücksichtigung eines drehzahlbasierten Maschinenflusses. Der Motorstrombestimmungsblock 340 berücksichtigt die überwachte Spannung Vdc (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus, welche vorzugsweise auf der Grundlage eines Rohmesswerts der Spannung (117) am Hochspannungsbus 31 bestimmt wird, der unter Verwendung eines bekannten Hochspannungs-DC-Busspannungsfilters 120 gefiltert wurde. Das Hochspannungs-DC-Busspannungsfilter 120 ist vorzugsweise ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz, die einstellbar ist. Die mit dem Betreiben der MGU 26 verbundene Grenzfrequenz im Spannungsregenerierungsmodus 322 ist erheblich geringer als die Grenzfrequenz, die mit dem Betreiben der MGU 26 im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 mit Spannungssteuerung verbunden ist. Es ist festzustellen, dass die Bestimmung des befohlenen Direktachsenstroms Id (341) und des befohlenen Quadraturachsenstroms Iq (343) in Ansprechen auf die Hochspannungsbusspannung variiert und dadurch beeinflusst wird, ob im Spannungsregenerierungsmodus 322 oder im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 gearbeitet wird.
-
Steuerbare und verstellbare Parameter, die mit dem Motorstrombestimmungsblock 340 verbunden sind und die von einem Wechsel zwischen einem Betrieb im Spannungsregenerierungsmodus 322 und einem Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 betroffen sind, umfassen eine Veränderung bei einer maximal zulässigen Zeitratenveränderung bei befohlenen Direkt- und Quadraturachsenströmen Id, Iq (341, 343) zum Steuern der MGU 26. Die maximal zulässigen Zeitratenveränderungen bei befohlenen Direkt- und Quadraturachsenströmen Id, Iq (341, 343) werden erhöht, wenn im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 gearbeitet wird.
-
Die steuerbaren und verstellbaren Parameter, die mit dem Motorstrombestimmungsblock 340 verbunden sind und die von dem Wechsel zwischen einem Betrieb im Spannungsregenerierungsmodus 322 und einem Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 betroffen sind, umfassen einen maximal zulässigen Maschinenfluss, der verwendet wird, um die Größe des befohlenen Direktachsenstroms Id (341) und des befohlenen Quadraturachsenstroms Iq (343) zu bestimmen. Der maximal zulässige Maschinenfluss wird vorzugsweise verringert, wenn im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 gearbeitet wird. Bei einer Ausführungsform wird der befohlene Quadraturachsenstrom Iq (343) auf null gesetzt, wenn im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 gearbeitet wird. Dies ist mit Bezug auf 7 beschrieben.
-
Der Drehzahlbeobachter und Flusswinkel/Lastdrehmomentbeobachter 360 überwacht das Ausgabesignal (345) vom Drehsensor 34 und bestimmt daraus die Drehposition und die Drehzahl (347) des Rotors der MGU 26 unter Verwendung geeigneter Datenanalyseverfahren. Daraus können außerdem ein Rotorflusswinkel (363) und eine zugehörige Rotorflussgeschwindigkeit (361) bestimmt werden.
-
Der Lastabwurfschutz-Steuerblock 350 beschränkt den befohlenen Direktachsenstrom Id (341) und den befohlenen Quadraturachsenstrom Iq (343) in Ansprechen auf die überwachte Spannung Vdc (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus und die Drehzahl des Rotors der MGU 26 (347), wobei er einen beschränkten Befehl für den Direktachsenstrom Id (351) und einen beschränkten Befehl für den Quadraturachsenstrom Iq (353) erzeugt, welche in den Motorstromsteuerblock 380 eingegeben werden.
-
Der Stromeingabeblock 370 überwacht Eingänge, welche den Rotorflusswinkel (363) und die zugehörige Rotorflussgeschwindigkeit (361) und gemessene elektrische Rückkopplungsströme (375) von jeder der Phasen der elektrischen Maschine 26 umfassen (z.B. gemessene Ströme für die Phasen A, B und C, wenn die elektrische Maschine 26 eine dreiphasige Maschine ist). Der Stromeingabeblock 370 übersetzt die überwachten Eingänge in einen überwachten Direktachsenstrom Id (371) und einen überwachten Quadraturachsenstrom Iq (373), welche in den Motorstromsteuerblock 380 als Rückmeldungszustände eingegeben werden.
-
Der Motorstromsteuerblock 380 verwendet einen Synchronrahmen-Stromregler, um befohlene Direkt- und Quadraturspannungen Vd (381) bzw. Vq (383) auf der Grundlage von Differenzen zwischen den beschränkten Befehlen für den Direktachsenstrom Id (351) und den Quadraturachsenstrom Iq (353) und den entsprechenden überwachten Direktachsenströmen Id (371) und Quadraturachsenströmen Iq (373). Die befohlenen Direkt- und Quadraturspannungen Vd (381) bzw. Vq (383) sind Eingänge in den Pulsbreitenmodulationsblock 390.
-
Der Pulsbreitenmodulationsblock 390 erzeugt Pulsbreitentastverhältnisbefehle (393) zum Steuern der Phasen des Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls 27 in Ansprechen auf die befohlenen Direkt- und Quadraturspannungen Vd (381) und Vq (383).
-
4 zeigt auf schematische Weise ein Steuerschema 100, welches ein Element des Steuersystems 300 zum Steuern des Betriebs des Antriebssystems 10 ist, das mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben ist, und das umfasst, dass der Betrieb in Ansprechen auf einen elektrischen Hochspannungsfehler gesteuert wird, der bewirkt, dass der Hochspannungsschalter 40 das Energiespeichersystem 25 von dem Hochspannungs-DC-Leistungsbus 31 trennt, wobei der Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 fortgesetzt wird. Das Steuerschema 100 wird betrieben, um die Erzeugung elektrischer Hilfsleistung im Antriebssystem 10 aufrecht zu erhalten, wenn eine elektrische HochspannungsFehlerbedingung detektiert wird, etwa wenn das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 getrennt oder offline ist, sei es wegen eines elektrischen Fehlers, wegen dem Erreichen eines Lebensdauerendes des Hochspannungsenergiespeichersystems 25, wegen Systeminstallationsproblemen oder anderweitig. Der Hochspannungsschalter 40 wird in Ansprechen auf einen derartigen Fehler vorzugsweise automatisch geöffnet, um das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 aus der Schaltung zu entfernen, wobei der geöffnete Hochspannungsschalter 40 einen geeigneten Mechanismus zur Diagnose bereitstellt, dass das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 nicht verbunden ist. In Abhängigkeit von dem eingeschalteten/ausgeschalteten Betriebszustand der Kraftmaschine 12, wenn ein derartiger Fehler auftritt, kann ein Heimschleichmodus, der den fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 umfasst, automatisch ausgeführt werden, um einen fortgesetzten Betrieb des Antriebssystems 10 zum Antreiben des Fahrzeugs zu ermöglichen. Die Einzelheiten des Heimschleichmodus werden in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Kraftmaschine 12 zu dem Zeitpunkt, an dem ein elektrischer Hochspannungsfehler detektiert wird, gewählt.
-
Das Steuerschema 100 wird im Steuermodul 5 im Vertrauen auf die in 2 gezeigten Gatetreibervorladungsschaltungen 98 ausgeführt. Das Steuerschema 100 stellt einen fortgesetzten elektrischen Leistungsfluss im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 bei der Detektion oder Bestimmung einer elektrischen Hochspannungsfehlerbedingung bereit, z.B. wenn das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 offline ist, nicht verbunden ist oder anderweitig nicht verfügbar ist. Dieser fortgeführte elektrische Leistungsfluss wird erreicht, indem der DC-Koppelkondensator 17 auf eine minimale Spannung vorgeladen wird und die elektrische Leistung als eine Quelle von Magnetisierungsenergie für den Stator der Motor/ Generator-Einheit 26 verwendet wird, um einen Spannungsaufbau zu ermöglichen, wenn die Motor/Generator-Einheit 26 durch die Kraftmaschine 12 gedreht wird. Das Steuermodul 5 ist ausgestaltet, um bei dem Vorhandensein einer elektrischen Hochspannungsfehlerbedingung zu arbeiten, die mit dem Hochspannungsenergiespeichersystem 25 und damit verwandten Elementen verbunden ist. Folglich steuert das Steuermodul 5 die Spannung über den positiven und negativen Seiten des Hochspannungs-DC-Leistungsbusses 31 über das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27, es steuert das APM 28 in einem Abwärtstransformationsmodus zum Wiederaufladen der Hilfsbatterie 41 und es steuert das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 in einem Vorladungsmodus, um den bzw. die DC-Koppelkondensatoren 17 zwischen den positiven und negativen Seiten des Hochspannungs-DC-Leistungsbusses 31 aufzuladen, um den Stator der MGU 26 zu erregen, wodurch ermöglicht wird, dass die Motor/Generator-Einheit 26 betrieben wird, um elektrische Leistung in dem fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 zu erzeugen.
-
Das Steuerschema 100 führt den Betrieb der Motor/Generator-Einheit 26 unter Verwendung ihrer Fähigkeit zur Erzeugung von Hilfsleistung bei Niederspannung fort. Das Steuerschema 100 verwendet eine isolierte elektrische DC-Leistung, die von der Hilfsbatterie 41 über das Gatetreibermodul 127 durch die oberen und unteren Gatetreibervorspannungs-Stromversorgungen 35 und 135 und die Gatetreibervorladungsschaltungen 98 verfügbar ist, um den bzw. die DC-Koppelkondensatoren 17 elektrisch aufzuladen, um eine vorbestimmte Spannung über den positiven und negativen Seiten des Hochspannungs-DC-Leistungsbusses 31 zu erreichen, die ausreicht, um eine Magnetisierungsenergie in den Statorwicklungen der MGU 26 zu erzeugen. Sobald sich die MGU 26 dreht und magnetisiert ist, wird sie vom Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 so gesteuert, dass sie die Hochspannungs-Busspannung 31 bei einem Spannungseinstellpunkt hält, der im Wesentlichen unverändert ist, und sie ermöglicht dem APM 28, elektrische Leistung zum Unterstützen der elektrischen Niederspannungslasten zu liefern, z.B. derjenigen, die mit den Hilfssystemen 45 verbunden sind.
-
Tabelle 1 ist als ein Schlüssel bereitgestellt, bei dem die numerisch beschrifteten Blöcke und die entsprechenden Funktionen für das Steuerschema 100 wie folgt offengelegt sind. Tabelle 1
| | 4 |
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 402 | Wird Hochspannungsbatteriefehler detektiert? |
| 404 | drehmomenterzeugenden Steuermodus deaktivieren |
| 406 | MGU-Steuerzustand auf inaktiven Modus setzen |
| 408 | Gleichrichter/Wechselrichterzustand = Leistungsstufe deaktivieren setzen |
| 410 | Drehmomentbefehl = 0 setzen |
| 412 | Hochspannungsschalter auf geöffnet setzen |
| 414 | Unterspannungsverriegelung deaktivieren |
| 416 | APM-Ausgabezustand deaktivieren |
| 418 | Prüfen, ob alle anderen Fehler gelöscht sind |
| 420 | MGU-Steuerzustand auf Spannungssteuermodus einstellen |
| 421 | Wenn Kraftmaschinenzustand = AUS, Kraftmaschine starten |
| 422 | Liegt Kraftmaschinendrehzahl zwischen Nmin und Nmax? |
| 424 | Ist Steuerzustand zum Betreiben der MGU ein fehlertoleranter elektrischer Generierungsmodus? |
| 426 | Steuerparameter zum Betreiben im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus einstellen |
| 428 | Vorladen des Hochspannungsbusses über die Gatetreibervorladungsschaltungen aktivieren |
| 430 | Ist Vdc > Vdc,min |
| 432 | Gleichrichter/Wechselrichterzustand = Leistungsstufe aktivieren setzen |
| 434 | Ist Differenz zwischen Vdc_befohlen und Vdc_gemessen kleiner als Schwellenwert? |
| 436 | Unterspannungsverriegelung aktivieren |
| 438 | APM-Ausgabezustand aktivieren |
| 440 | Spannungsregel- und Stromregelkreise und Diagnoseaufgaben ausführen |
| 450 | Ende |
-
Das Steuerschema 100 wird iterativ ausgeführt, um Fehler zu überwachen und zu detektieren, ob ein Fehler, der mit dem Hochspannungsenergiespeichersystem 25 verbunden ist, detektiert worden ist (402). Wenn ein derartiger Fehler detektiert wird (1), wird ein drehmomenterzeugender Steuermodus zum Betreiben der MGU 26 zum Erzeugen von Drehmoment deaktiviert (404), wodurch ein Autostart der Kraftmaschine über die MGU 26 deaktiviert wird. Andernfalls (0) endet ein Betrieb der vorliegenden Iteration des Steuerschemas 100 (450). Ein Steuerzustand zum Betreiben der MGU 26 wird auf einen inaktiven Modus (406) eingestellt, ein Gleichrichter/Wechselrichter-Zustand wird so eingestellt, dass eine Leistungs-(Drehmoment)Stufe deaktiviert wird (408) und ein Drehmomentbefehl für die MGU 26 wird gleich null gesetzt (410). Das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 wird von der Ladeschaltung getrennt, was umfasst, dass der Hochspannungsschalter 40 geöffnet wird (412). Folglich werden die Leistungsausgabe aus dem APM 28 und die Transistorgatesteuersignale, die vom Steuermodul 5 an das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 26 ausgegeben werden, anfänglich deaktiviert. Ein Unterspannungsverriegelungsmerker wird deaktiviert (414), was einen anschließenden Systembetrieb ermöglicht, obwohl die MGU 26 anfänglich deaktiviert ist und die Spannung über dem DC-Bus niedriger als ein bevorzugtes minimales Spannungsniveau ist, das mit einem erwarteten Autostartbetrieb verbunden ist. Das APM 28 wird anfänglich deaktiviert (416), um ein unbeabsichtigtes elektrisches Laden während eines anschließenden Vorladens des Hochspannungsbusses 31 unter Verwendung des Gatetreibermoduls 127 zu verhindern. Das System verifiziert, dass es keine anderen Fehler gibt, die den Betrieb in einem Spannungssteuermodus ausschließen können (418). Wenn es keine verwandten Fehler gibt, die einen Betrieb im Spannungssteuermodus ausschließen (1), wird der Steuerzustand zum Betreiben der MGU 26 so eingestellt, dass ein Spannungssteuermodus aktiviert ist (420). Ein beispielhafter Spannungssteuermodus ist der hier beschriebene fehlertolerante elektrische Generierungsmodus 324. Andernfalls (0) endet der Betrieb der gegenwärtigen Iteration des Steuerschemas 100 (450).
-
Der Kraftmaschinenzustand wird geprüft, um festzustellen, ob sich die Kraftmaschine 12 in dem Kraftmaschine-Eingeschaltet-Zustand oder dem Kraftmaschine-Ausgeschaltet-Zustand befindet. Wenn sich die Kraftmaschine in dem Kraftmaschine-Ausgeschaltet-Zustand befindet, wird die Kraftmaschine 12 unter Verwendung des Hilfsstartermotors 11, um die Kraftmaschine 12 zu drehen, automatisch gestartet (421).
-
Die Kraftmaschinendrehzahl wird überwacht und mit einem vorbestimmten Bereich verglichen, d.h. zwischen einer minimalen Drehzahl Nmin und einer maximalen Drehzahl Nmax (422). Wenn die Kraftmaschinendrehzahl außerhalb des vorbestimmten Bereichs zwischen der minimalen Drehzahl Nmin und der maximalen Drehzahl Nmax liegt (0), endet der Betrieb der gegenwärtigen Iteration des Steuerschemas 100 (450). Wenn die Kraftmaschinendrehzahl innerhalb des vorbestimmten Bereichs zwischen der minimalen Drehzahl Nmin und der maximalen Drehzahl Nmax liegt (1), wird verifiziert, dass der MGU-Steuerzustand der Spannungssteuermodus ist, d.h. der fehlertolerante elektrische Generierungsmodus 324 (424). Wenn der MGU-Steuerzustand nicht der Spannungssteuermodus ist (0), wird der Betrieb der vorliegenden Iteration des Steuerschemas 100 beendet (450).
-
Wenn der Steuerzustand zum Betreiben der MGU 26 (424) auf den fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 gesetzt ist (424) (1), werden die Steuerparameter zum Steuern des Betriebs der MGU 26 auf Parameter gesetzt, die mit dem Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 verbunden sind (426). Repräsentative Steuerparameter, die mit dem Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus verbunden sind, sind mit Bezug auf das Steuersystem 300 zum Steuern des elektrischen Leistungsflusses an die MGU 26 beschrieben, das mit Bezug auf 3 gezeigt ist. Die Steuerparameter zum Steuern des Betriebs der MGU 26 umfassen vorzugsweise Parameter zum Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 und verwandte Parameter zum Betrieb im Spannungsregenerierungsmodus 322 und im Drehzahlsteuermodus 326. Ein Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 umfasst einen Betrieb, bei dem das Hochspannungsenergiespeichersystem 25 getrennt ist, wobei anfänglich eine relativ geringe Spannung über dem Hochspannungsbus 31 vorliegt. Die Steuerparameter zum Steuern des Betriebs der MGU 26 umfassen die Folgenden:
- • eine maximale befohlene Drehmomentausgabe aus der MGU 26 im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324, d.h. einen maximalen Zustand für den gedrehten Drehmomentbefehl (335), der mit dem Drehmomentbefehlbegrenzungsblock 330 verbunden ist;
- • eine maximal zulässige Zeitratenänderung bei der befohlenen Drehmomentausgabe aus der MGU 26 im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324, d.h. eine maximal zulässige Zeitratenänderung bei dem gedrehten Drehmomentbefehl (335), die mit dem Drehmomentbefehlbegrenzungsblock 330 verbunden ist;
- • eine maximal zulässige Zeitratenänderung bei dem befohlenen Direktachsenstrom Id (341) und dem befohlenen Quadraturachsenstrom Iq (343) zum Steuern der MGU 26 in Ansprechen auf den gedrehten Drehmomentbefehl (335) im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324, die mit dem Motorstrombestimmungsblock 340 verbunden ist;
- • einen maximal zulässigen Fluss zum Erzeugen elektrischer Leistung, der verwendet wird, um die Größe des befohlenen Direktachsenstroms Id (341) und des befohlenen Quadraturachsenstroms Iq (343) zu bestimmen, der mit dem Motorstrombestimmungsblock 340 verbunden ist;
- • eine maximal zulässige Zeitratenänderung (503) bei der befohlenen Spannung über dem Hochspannungsbus 34 im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324, die mit dem DC-Koppelspannungsregelkreis 500 verbunden ist;
- • die maximale gefilterte gemessene Spannung (305) über dem Hochspannungs-Buskondensator 17 im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324, die mit dem DC-Koppelspannungsregelkreis 500 verbunden ist;
- • die befohlene Spannung über dem Hochspannungs-DC-Bus (303) im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324; und
- • eine befohlene Ausgangsspannung aus dem APM 28 über dem Hochspannungsbus.
-
Zusätzlich werden Parameter für den DC-Koppelspannungsregelkreis 500, der mit Bezug auf 5 beschrieben ist, gesetzt und mit dem Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 verbunden.
-
Ein Vorladen des Hochspannungsbuskondensators 17 wird über die Gatetreibervorladungsschaltungen 98 unter Verwendung elektrischer Leistung, die von der Hilfsbatterie 41 stammt, über das Gatetreiberleistungsmodul 127 aktiviert (428), wie mit Bezug auf 2 gezeigt ist.
-
Wenn die überwachte Spannung Vdc (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus ein minimales Spannüngsniveau erreicht (430) (1), wird der Gleichrichter/Wechselrichter-Zustand so gesetzt, dass eine elektrische Leistungserzeugungsstufe aktiviert ist (432).
-
Die befohlene Spannung (303) über dem Hochspannungs-DC-Bus wird mit der überwachten Spannung Vdc (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus verglichen, d.h. der Spannung über dem bzw. den Hochspannungs-DC-Koppelkondensatoren 17, welche die Spannung am Hochspannungsbus 31 anzeigt (434). Wenn eine Differenz zwischen der befohlenen Spannung (303) über dem Hochspannungs-DC-Bus und der überwachten Spannung Vdc (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus kleiner als ein Schwellenwert ist (1), wird der Unterspannungsverriegelungsmerker aktiviert (436), was anzeigt, dass der Hochspannungsbuskondensator 17 ausreichend aufgeladen worden ist.
-
Das APM 28 wird aktiviert (438). Somit wird ein Betrieb des Systems aktiviert, was ermöglicht, dass die MGU 26 in dem fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 mit zugehörigen Stromregelkreisen und Diagnosen arbeitet (440). Die Kraftmaschine 12 liefert mechanische Leistung an die MGU 26, was ermöglicht, dass die MGU 26 in ihrer Eigenschaft als Generator arbeitet. Somit wird elektrische Leistung von der MGU 26 erzeugt und über das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 an das APM 28 als DC-Leistung geliefert. Wenn die Kraftmaschine 12 das Fahrzeug antreibt, wird auf diese Weise ein Leistungsfluss vom APM 28 an die Hilfsbatterie 41 bereitgestellt, was ermöglicht, dass die mit Bezug auf 1 beschriebenen Hilfssysteme 45 erregt bleiben.
-
5 zeigt auf schematische Weise den DC-Koppelspannungs-Regelkreis 500, der ein dynamisch verstellbarer Proportional-Integral-Regler ist, der durch die Drehzahl verstellbare Verstärkungen aufweist. Der DC-Koppelspannungs-Regelkreis 500 wird verwendet, um den regenerativen Drehmomentbefehl (307) in Ansprechen auf die befohlene Spannung (303) über dem Hochspannungs-DC-Bus, die überwachte Spannung Vdc (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus und die gemessene Drehzahl (347) zu bestimmen. Die überwachte Spannung Vdc (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus wird aus dem Rohmesswert (117) der Spannung an dem Hochspannungsbus bestimmt, der unter Verwendung des Hochspannungs-DC-Busspannungsfilters 120 für den Hochspannungs-DC-Bus gefiltert worden ist. Das Hochspannungs-DC-Busspannungsfilter 120 ist vorzugsweise ein Tiefpassfilter, das eine verstellbare Grenzfrequenz aufweist. Im Betrieb wird die befohlene Spannung (303) über dem Hochspannungs-DC-Bus mit einer Filtervorrichtung 520 gefiltert, die eine gefilterte befohlene Spannung (503) bereitstellt, die auf eine maximal zulässige Zeitratenänderung (503) bei der befohlenen Spannung über dem Hochspannungs-DC-Bus 34 begrenzt wird, wenn im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 gearbeitet wird. Die mit der Filtervorrichtung 520 verbundenen Zeitkonstanten sind verstellbar und hängen davon ab, ob ein Hochspannungs-Batteriefehler vorhanden ist. Es wird eine Differenz zwischen der gefilterten befohlenen Spannung (503) und der überwachten Spannung Vdc (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus bestimmt und in eine Verstärkungsgleichung 530 zum Berechnen eines befohlenen DC-Stroms (505) auf der Grundlage der vorstehend erwähnten Differenz und anderer Überlegungen eingegeben. Eine beispielhafte Verstärkungsgleichung 530 kann wie folgt sein:
-
Kp und Ki sind proportionale bzw. integrale Faktoren, welche in Bezug auf die gemessene Drehzahl (347) variieren. Kp und Ki sind außerdem in Bezug darauf verstellbar, ob im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 gearbeitet wird.
-
Der befohlene DC-Strom (505) wird berechnet und wird mit der gefilterten befohlenen Spannung (503) multipliziert, um eine befohlene Leistung (507) zu bestimmen. Die befohlene Leistung (507) wird bei 540 durch die gemessene Drehzahl (347) dividiert, um den regenerativen Drehmomentbefehl (307) zu bestimmen, der von dem Steuersystem 300 verwendet wird, wenn im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 gearbeitet wird.
-
Die an die oberen und unteren Gatetreibervorspannungs-Stromversorgungen 35 bzw. 135 übertragene Gatetreiberleistung wird über die Gatetreibervorladungsschaltungen 98 geliefert, um den bzw. die DC-Koppelkondensatoren 17 auf eine vorbestimmte Spannung aufzuladen. Somit wird der bzw. die DC-Koppelkondensatoren 17 durch das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 und die Gatetreiberschaltungen 98 vorgeladen, wodurch eine Magnetisierung der MGU 26 über das Gleichrichter/ Wechselrichter-Modul 27 ermöglicht wird. Die Magnetisierung der MGU 26 ermöglicht dieser, in dem fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 zu arbeiten. Die Vorladungszeitkonstante ist eine Funktion des Widerstands jedes der Widerstände 96, des DC-Koppelkondensators 17 und der Anzahl von Phasen der MGU 26. Es ist ein Paar der Gatetreibervorladungsschaltungen 98 gezeigt, das mit einer einzelnen Phase der MGU 26 verbunden ist.
-
6 zeigt auf schematische Weise ein Steuerschema 600 eines äußeren Kreises, das Eingabeparameter für Elemente des Steuersystems 300 zum Steuern des Betriebs des mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Antriebssystems 10 erzeugt. Das Steuerschema 300 steuert den Betrieb in Ansprechen auf einen elektrischen Hochspannungsfehler, der bewirkt, dass der Hochspannungsschalter 40 das Energiespeichersystem 25 von dem Hochspannungs-DC-Leistungsbus 31 trennt, mit einem fortgesetzten Betrieb in dem fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324. Das Steuerschema 600 des äußeren Kreises ist ein Spannungsregelkreis zum Bestimmen von Steuerparametern, die im DC-Kopplungsspannungs-Regelkreis 500 und im Motorstrombestimmungsblock 340 verwendet werden.
-
Das Steuerschema 600 des äußeren Kreises ist auf Algorithmen reduziert, die iterativ ausgeführt werden, was eine periodische Ausführung während voreingestellter Kreiszyklen umfasst. Tabelle 2 ist als ein Schlüssel bereitgestellt, wobei die numerisch beschrifteten Blöcke und die entsprechenden Funktionen für das Steuerschema 600 des äußeren Kreises wie folgt offengelegt sind. Tabelle 2
| | 6 |
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 602 | Drehzahl der MGU, Vdc an Hochspannungsbus überwachen |
| 604 | Kp, Ki als Funktion der MGU-Drehzahl verstellen |
| 606 | Setze Iq,Merker = 1, wenn Vdc > Vov-Schwellenwert Setze Iq,Merker = 0 zurück, wenn Vdc < Vov-Schwellenwert - ε |
| 608 | Motordrehmomentbefehl, befohlenen Direktachsenstrom Id und befohlenen Quadraturachsenstrom Iq erzeugen |
| 610 | Zurück |
-
Die Größe der Spannung (Vdc) (305) über dem Hochspannungsbus 31 und die Drehzahl (347) des Rotors der MGU 26 werden überwacht (602).
-
Die proportionalen und integralen Faktoren Kp bzw. Ki der Verstärkungsgleichung 530 des DC-Koppelspannungs-Regelkreises 500 werden in Bezug auf die gemessene Drehzahl (347) des Rotors der MGU 26 verstellt (604), wodurch der regenerative Drehmomentbefehl (307) beeinflusst wird, der für den Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 erzeugt wird (604).
-
Die überwachte Spannung (Vdc) (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus wird mit einem Überspannungsschwellenwert (Vov-Schwellenwert) verglichen. Ein mit dem Quadraturachsenstrom Iq verbundener Merker (Iq,Merker) wird auf einen Zustand von „1‟ gesetzt, wenn die überwachte Spannung (Vdc) (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus größer als der Überspannungsschwellenwert (Vov-Schwellenwert) ist. Der mit dem Quadraturachsenstrom Iq verbundene Merker (Iq,Merker) wird auf einen Zustand von „0“ zurückgesetzt, wenn die überwachte Spannung (Vdc) (305) über dem Hochspannungs-DC-Bus um einen Betrag kleiner als der Überspannungsschwellenwert (Vov-Schwellenwert) ist, der größer als eine zulässige Fehlerspannung (ε) ist (606).
-
Das Steuersystem 300 verwendet die proportionalen und integralen Faktoren Kp bzw. Ki der Verstärkungsgleichung 530 des DC-Koppelspannungs-Regelkreises 500 und den Merker, der mit dem Quadraturachsenstrom Iq (Iq,Merker) verbunden ist, um Befehle zu erzeugen, welche den regenerativen Drehmomentbefehl (307), den befohlenen Direktachsenstrom Id (341) und den befohlenen Quadraturachsenstrom Iq (343) umfassen, um die MGU 26 so zu steuern (608), dass sie in dem fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 für die gegenwärtige Iteration des Steuerschemas des äußeren Kreises arbeitet (610).
-
7 zeigt auf schematische Weise einen Teil eines Steuerschemas 700 eines inneren Kreises, das Eingabeparameter für Elemente des Steuersystems 300 zum Steuern des Betriebs des mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Antriebssystems 10 erzeugt. Wie vorstehend angegeben wurde, steuert das Steuerschema 300 den Betrieb in Ansprechen auf einen elektrischen Hochspannungsfehler, der veranlasst, dass der Hochspannungsschalter 40 das Energiespeichersystem 25 von dem Hochspannungs-DC-Leistungsbus 31 trennt, mit einem fortgesetzten Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324. Das Steuerschema 300 des inneren Kreises ist ein Stromregelkreis zur Bestimmung von Steuerparametern, die im Motorstrombestimmungsblock 340 verwendet werden.
-
Das Steuerschema 700 ist auf Algorithmen reduziert, die iterativ ausgeführt werden, was eine periodische Ausführung während voreingestellter Kreiszyklen umfasst. Tabelle 3 ist als ein Schlüssel bereitgestellt, wobei die numerisch beschrifteten Blöcke und die entsprechenden Funktionen für das Steuerschema 700 des inneren Kreises wie folgt offengelegt sind. Tabelle 3
| | 7 |
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 702 | Ist Iq,Merker = 1? |
| 704 | Setze Iq,Merker = 0 Iq-Kreisintegrierer zurücksetzen |
| 706 | PWM-Befehl erzeugen |
| 708 | Zurück |
-
Zu Beginn wird festgestellt, ob der Merker, der mit dem Quadraturachsenstrom Iq verbunden ist (Iq,Merker), auf einen Zustand von „1‟ gesetzt worden ist, z.B. während der Ausführung des Steuerschemas 600 des äußeren Kreises (702). Wenn dem so ist, wird der befohlene Quadraturachsenstrom Iq (343) gleich null gesetzt und ein zugehöriger Iq-Kreisintegrierer wird zurückgesetzt (704).
-
Wenn der Merker, der mit dem Quadraturachsenstrom Iq verbunden ist (Iq, Merker) auf einem Zustand von „0“ steht, arbeitet das Steuersystem 300 unter Verwendung gegenwärtiger Zustände für den befohlenen Direktachsenstrom Id (341) und den befohlenen Quadraturachsenstrom Iq (343), um die Pulsbreiten-Tastverhältnisbefehle (393) zum Steuern der MGU 26 zu erzeugen.
-
Wenn der Merker, der mit dem Quadraturachsenstrom Iq verbunden ist (Iq,Merker) bei einem Zustand von „1“ steht, arbeitet das Steuersystem 300 unter Verwendung des gegenwärtigen Zustands für den befohlenen Direktachsenstrom Id (341), wobei der befohlene Quadraturachsenstrom Iq (343) gleich null gesetzt ist, um die Pulsbreiten-Tastverhältnisbefehle (393) zum Steuern der MGU 26 (706) für die gegenwärtige Iteration des Steuerschemas des inneren Kreises zu erzeugen, (708). Es ist festzustellen, dass die befohlene Ausgabe der MGU 26 begrenzt ist, wenn der befohlene Quadraturachsenstrom Iq (343) gleich null gesetzt ist, weil der Quadraturachsenstrom Iq direkt proportional zu der Drehmomentausgabe der MGU 26 ist.
-
Wenn eine elektrische Hochspannungsfehlerbedingung auftritt, wenn sich die Kraftmaschine 12 in dem Kraftmaschine-Eingeschaltet-Zustand befindet und die MGU 26 gerade als elektrischer Leistungsgenerator arbeitet, wird ein Heimschleichmodus ausgeführt, was einen Betrieb im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 umfasst. Im Betrieb im Heimschleichmodus liefert die Kraftmaschine 12 mechanische Leistung an die MGU 26, was ermöglicht, dass die MGU 26 in ihrer Eigenschaft als Generator arbeitet. Somit wird elektrische Leistung durch die MGU 26 erzeugt und an das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 und nach der Umsetzung als DC-Leistung an das APM 28 geliefert. Wenn die Kraftmaschine 12 das Fahrzeug antreibt, wird folglich ein Leistungsfluss von dem APM 28 an die Hilfsbatterie 41 bereitgestellt, was ermöglicht, dass die mit Bezug auf 1 beschriebenen Hilfssysteme 45 erregt bleiben.
-
Wenn eine elektrische Hochspannungsfehlerbedingung auftritt, während sich die Kraftmaschine 12 in einem Kraftmaschine-Ausgeschaltet-Zustand während eines fortlaufenden Fahrzeugbetriebs im Anschluss an das Ausführen des Autostopp-Steuerschemas befindet, oder wenn die MGU 26 keine Leistung erzeugt, kann das Steuermodul 5 den Startermotor 11 aktivieren, um die Kraftmaschine 12 in Ansprechen auf das befohlene Autostart-Steuerschema über die Hilfsbatterie 41 anzukurbeln, um die Kraftmaschine 12 in Ansprechen auf einen Befehl zum Steuern der Kraftmaschine 12 in den Kraftmaschine-Eingeschaltet-Zustand zu starten.
-
Nachdem sich die Kraftmaschine 12 in dem Kraftmaschine-Eingeschaltet-Zustand befindet, signalisiert das Steuermodul 5 dem Gatetreibermodul 127, elektrischen Strom aus der Hilfsbatterie 41 durch das Gatetreibermodul 127 an die Gatetreibervorladungsschaltungen 98 zu übertragen, um den bzw. die DC-Koppelkondensatoren 17 auf eine vorbestimmte Spannung aufzuladen. Der bzw. die aufgeladenen DC-Koppelkondensatoren 17 liefern einen Magnetisierungsstrom an den Stator der MGU 26, der aus der Hilfsbatterie 41 stammt, um die MGU 26 in einem asynchronen Modus zu betreiben. Die Kraftmaschine 12 stellt das notwendige Drehmoment zum Drehen des Rotors der MGU 26 bereit.
-
Im fehlertoleranten elektrischen Generierungsmodus 324 steuert das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 die MGU 26 derart, dass die MGU 26 in ihrer Eigenschaft als elektrischer Leistungsgenerator mit einer DC-Spannung arbeitet, die größer als die Spannung ist, die von den Vorladungsschaltungen 98 geliefert wird. Das Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 27 liefert einen Magnetisierungsstrom an den Stator unter Verwendung des bzw. der DC-Koppelkondensatoren 17 und trägt zum Beibehalten der Ladung an dem bzw. den DC-Koppelkondensatoren 17 unter Verwendung von Drehmoment von der MGU 26 bei. Sobald die Spannung des bzw. der DC-Koppelkondensatoren 17 die Vorladungsspannung, z.B. etwa 32 V oder mehr bei einer beispielhaften Ausführungsform, überschreitet, werden die Dioden 97 der Vorladungsschaltung 98 in Gegenrichtung vorgespannt und stoppen das Liefern von Leistung an den bzw. die DC-Koppelkondensatoren 17.
-
Wenn die MGU 26 als elektrischer Leistungsgenerator arbeitet, was umfasst, dass die elektrische Ladung an dem bzw. den DC-Koppelkondensatoren 17 beibehalten wird, kann das APM 28 die Hilfsbatterie 41 elektrisch aufladen.
-
Bei jedem der vorstehend erwähnten Modi kann die Drehzahl der Kraftmaschine 12 auf weniger als ein vorbestimmtes Niveau begrenzt sein, z.B. etwa 4000 RPM oder weniger bei einer beispielhaften Ausführungsform, um die Spannungsniveaus über die positiven und negativen Seiten des Hochspannungs-DC-Leistungsbusses 31 zu steuern.
-
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können anderen weitere Modifikationen und Änderungen einfallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Art angesehen werden, um diese Offenbarung auszuführen, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
