DE102012214256B4

DE102012214256B4 - System und Verfahren zum Steuern des Motors eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102012214256B4
Application number: DE102012214256.8A
Authority: DE
Inventors: Sung Kyu Kim; Wonkyoung Choi; Mu Shin Kwak; Suhyun Bae
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2032-08-11
Also published as: US20130147417A1; JP2013121314A; DE102012214256A1; US8907613B2; CN103144551A; KR101272955B1; JP6192263B2

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs, aufweisend:Empfangen der Ausgangsspannung einer Batterie, der Drehzahl und des Drehmoments des Motors durch eine Steuereinheit (100), wobei die Batterie die Antriebsleistung für den Motor bereitstellt;Erzeugen einer Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses durch die Steuereinheit (100) anhand der Ausgangsspannung der Batterie, der Drehzahl und des Drehmoments des Motors;Erzeugen eines Stromsteuerbefehls durch die Steuereinheit (100) anhand der auf dem Magnetfluss basierenden Stromsteuermatrix;Erzeugen eines Antriebspunktverhältnisses, bei dem es sich um ein Verhältnis der Ausgangsspannung der Batterie zur Drehzahl des Motors handelt, undErzeugen eines Drehmomentsteuerbefehls anhand der Drehzahl und des Drehmoments des Motors, wobei die Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses anhand des Antriebspunktverhältnisses und des Drehmomentsteuerbefehls erzeugt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zum wirksamen und zuverlässigen Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs wie eines Hybridfahrzeugs.
(b) Beschreibung der verwandten Technik
Elektrofahrzeuge werden typischerweise durch die elektrische Energie einer Batterie angetrieben. Elektrofahrzeuge können entweder reine Elektrofahrzeuge sein, die nur die elektrische Energie einer Batterie nutzen, oder Hybridfahrzeuge, die die elektrische Energie der Batterie und die Leistung eines Motors mit innerer Verbrennung kombiniert nutzen.
Ein Typ Elektromotor für ein Elektrofahrzeug ist ein Permantentmagnet- Synchronmotor mit eingelassenen Magneten (interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM)), der typischerweise ein hohes Drehmoment mit einem hohen Wirkungsgrad pro Volumeneinheit erzeugen kann. In vielen Fällen wird eine geschwindigkeitsbasierte Stromsteuermatrix, die mittels experimenteller Batterieausgangsspannungs-(Invertereingangsspannungs-) Bedingungen aufgebaut wird, zum Steuern des Drehmoments des IPMSM angewendet.
Eine Vielzahl experimenteller Daten bezüglich der Steuerbefehle für Geschwindigkeit und Drehmoment muss jedoch normalerweise erfasst werden, um die geschwindigkeitsbasierte Stromsteuermatrix aufbauen zu können. Somit ist leider ein hoher Zeitaufwand für die Entwicklung der geschwindigkeitsbasierten Stromsteuermatrix erforderlich.
Wenn ferner die Spannung der Batterie eines Fahrzeugs geringer ist als eine Bezugsspannung der Stromsteuermatrix, wird es während der Stromsteuerung wegen zu niedriger Spannung instabil, und wenn die Spannung der Batterie höher als die Bezugsspannung der Stromsteuermatrix ist, wird es unmöglich, den Wirkungsgrad eines Systems zu maximieren, und ein zusätzlicher Algorithmus ist zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Systems erforderlich.
6 ist eine schematische Ansicht eines geschwindigkeitsbasierten Verfahrens zur Bestimmung eines geschwindigkeitsbasierten Stromsteuerbefehls gemäß der herkömmlichen Technik. Ein Drehstrommotor empfängt Variablen wie Drehspannung und Drehstrom und wandelt die Dreiphasenvariablen in Variable eines rechtwinkligen Koordinatensystems mit einer d-, q- und 0-Achse. Diese Koordinatenumwandlung wird allgemein zum Modellieren oder Analysieren eines Drehstrom-(AC) Motors angewendet.
Wie 6 zeigt, wird bei einem geschwindigkeitsbasierten Verfahren zur Stromsteuerung gemäß der herkömmlichen Technik eine vorgegebene Tabelle verwendet, die einen d-Achsen-Stromsteuerbefehl (i^r _ds*) und eine q-Achsen-Stromsteuerbefehl (i^r _qs*) entsprechend eines Drehmomentsteuerbefehls und der Motordrehzahl bestimmt. Mit diesem herkömmlichen Verfahren kann das Drehmoment stabil gesteuert werden. Allerdings ist dazu ein zusätzlicher Algorithmus erforderlich. Da beim herkömmlichen Verfahren nur der Drehmomentsteuerbefehl und die Motordrehzahl zum Erzeugen des Stromsteuerbefehls empfangen werden, ist es schwierig, auf Spannungsschwankungen der Batterie zu reagieren und ein Motorsystem ohne den zusätzlichen Algorithmus effizient zu betreiben. Deshalb ist beim herkömmlichen Verfahren ein zusätzlicher Algorithmus erforderlich wie eine Spannungsnutzungsverhältnis-Begrenzungslogik, wenn die Ausgangsspannung der Batterie zu niedrig ist, und eine Spannungsschwankungs-Kompensationslogik, wenn eine übermäßige Ausgangsspannung erzeugt wird.
Außerdem muss das herkömmliche Verfahren einen Kippwert für alle Motordrehzahlen enthalten, um den Stromsteuerbefehl zu erzeugen, und die Steuerungsstabilität steht im Gegensatz zu einer Leistungsverbesserung. Kurz gesagt, das herkömmliche geschwindigkeitsbasierte Stromsteuerverfahren hat eine zusätzliche Logik zum Kompensieren der Spannungsschwankungen der Batterie und zur eingeschränkten Reaktion auf Spannungsschwankungen der Batterie.
Außerdem ist das herkömmliche Verfahren ein Offline- und ein indirektes Steuerverfahren zum Ändern des Motordrehzahlwertes in der Stromsteuermatrix, wenn die Batteriespannung schwankt. Deshalb ist es schwierig, auf Spannungsschwankungen zu reagieren, da das herkömmliche Verfahren die aktuellen Fahrzeugbedingungen nicht in Echtzeit verarbeiten kann.
Zur Verhinderung eines Wirkungsgradabfalls oder eines Leistungsmangels aufgrund von zu viel oder zu wenig Schwachfeldstrom, wenn ein Permanentmagnet-Synchronmotor mit einem Schwachfeld gesteuert wird, kennt man es aus der JP H07 - 107 772 A , wenn die Anzahl der Umdrehungen N eines Motors die Anzahl der Umdrehungen NB einer Basis oder höher ist, dass ein erster Berechnungsteil eine maximale vom Motor eingeprägte Spannung VMAX berechnet, die an einen Wechselrichter ausgegeben werden kann, auf der Grundlage einer Batteriespannung VB, die von einem Batterie-Spannungserfassungsteil erfasst wird. Ein zweiter Berechnungsteil liest die eingeprägte Spannung VMAX, die vom ersten Berechnungsteil betriebene eingeprägte Spannung VMAX, einen Drehmomentbefehl Tref und die Anzahl der Umdrehungen N des Motors aus, und berechnet einen Schwachfeldstromsollwert Id* für den Fall, dass die Klemmenspannung = die angelegte Spannung VMAX ist. Ein Wechselrichterregler steuert den Motor im Schwachfeld durch den Schwachfeldstromsollwert Id*.
Die JP 2009 - 290 929 A offenbart die Bereitstellung eines Reglers für einen Permanentmagnet-Synchronmotor, der in der Lage ist, ein Stromregelsystem zu stabilisieren, indem er verhindert, dass ein Strom bei geringer Last null wird, und indem er verhindert, dass ein Strom übermäßig wird, indem er einen Drehmomentregelungsfehler verhindert. Der Regler steuert einen d-Achsen-Strom als einen Strom in einer Richtung parallel zum Magnetpol eines Permanentmagneten eines Rotors des Synchronmotors mit Permanentmagneten und einen q-Achsen-Strom als einen Strom in einer Richtung orthogonal zum Magnetpol, wodurch das Drehmoment oder die Drehzahl des Motors gesteuert wird. Der Regler enthält einen Ausgangsbegrenzer zur Begrenzung des oberen Grenzwertes eines von einem Strombefehlsrechner berechneten Stromsollwertes id0* der ersten Achse auf Null oder einen negativen oberen Grenzwert idmax.
Die obigen Ausführungen dieses Hintergrund-Abschnitts dienen nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können deshalb Informationen enthalten, die nicht Bestandteil des hierzulande dem Durchschnittsfachmann bereits bekannten Standes der Technik bilden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in dem Bestreben erarbeitet worden, ein System und ein Verfahren zum Steuern des Motors eines Elektrofahrzeugs mit den Vorteilen der Aufrechterhaltung der Steuerstabilität selbst bei Spannungsschwankungen der Batterie, der Verbesserung der Steuerungsgenauigkeit durch Überwinden einer Einschränkung bedingt durch Motorfehler und der Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und des Leistungsverhaltens bei einer Anwendung auf ein Elektrofahrzeug wie ein Hybridfahrzeug bereitzustellen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs bereit, die das Empfangen der Ausgangsspannung einer Batterie, der Drehzahl und des Drehmoments eines Motors enthalten, wobei die Batterie die Antriebsleistung für den Motor bereitstellt; das Erzeugen einer Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses anhand der Ausgangsspannung der Batterie, der Drehzahl und des Drehmoments des Motors; und das Erzeugen eines Stromsteuerbefehls anhand der auf dem Magnetfluss basierenden Stromsteuermatrix; das Erzeugen eines Antriebspunktverhältnisses, bei dem es sich um ein Verhältnis der Ausgangsspannung der Batterie zur Drehzahl des Motors handelt; und das Erzeugen eines Drehmomentsteuerbefehls anhand der Drehzahl und des Drehmoments des Motors, wobei die Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses anhand des Antriebspunktverhältnisses und des Drehmomentsteuerbefehls erzeugt wird.
Das Verfahren kann ferner das Erzeugen eines Spannungssteuerbefehls aus dem Stromsteuerbefehl enthalten.
Die Ausgangsspannung (V_dc) der Batterie, die Drehzahl (ω_r) des Motors und das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) können die nachstehende Gleichung erfüllen: $\sqrt{λ_{d}^{2} + λ_{q}^{2}} \leq \frac{V_{dc}}{\sqrt{3} ω_{r}} = λ_{max}$
Im Einzelnen bedeutet λ_d die Kopplung des Magnetflusses mit der d-Achse und λ_q die Kopplung des Magnetflusses mit der q-Achse und λ_max gibt das Verhältnis zwischen V_dc und ω_r an. Das System und das Verfahren können auch den Empfang des Spannungssteuerbefehls durch Rückkopplung enthalten, um den Spannungssteuerbefehl beim Erzeugen des Antriebspunktverhältnisses (1/λ_max) durch eine Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung anzupassen. Die Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung kann einen Rückkopplungswert (V_{d,q_ref}) des Spannungssteuerbefehls der d- und q-Achse empfangen und das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) als Reaktion darauf so ändern, dass das Spannungsnutzungsverhältnis 1 wird. Außerdem kann ein Phasenspannungssteuerbefehl anhand des Spannungssteuerbefehls erzeugt werden.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung kann eine Stromsteuermatrix dynamisch erzeugt werden, um den erforderlichen Zeitaufwand zum Erzeugen der Stromsteuermatrix zu verringern und auf die Spannungsschwankungen der Batterie in Stromsteuermatrix zu reagieren, so dass die Steuerungsstabilität selbst bei Spannungsschwankungen der Batterie aufrechterhalten werden kann. Ferner kann die Steuerungsgenauigkeit durch Steuerung des Spannungsnutzungsverhältnisses verbessert werden, so dass eine durch die Verteilung der Motorparameter Fehler entstandene Einschränkung aufgehoben wird.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines Systems zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Ansicht eines Systems zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine graphische Darstellung eines Experiments mit dem System und eines Verfahrens zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine graphische Darstellung eines Experiments mit dem System und eines Verfahrens zum Steuern eines Motors gemäß der herkömmlichen Technik.
6 ist eine schematische Ansicht eines Systems und Verfahrens zum Steuern eines Motors gemäß der herkömmlichen Technik.

Bezugszeichenliste

10: Inverter (MCU)
100: HCU
200: BMS
300: TCU
400: Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung
500: Stromsteuerungsabschnitt
600: PI-Regler
700: Phasenspannungssteuerungsabschnitt

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben
Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „fahrzeugtechnisch“ oder andere ähnliche hierin verwendete Begriffe allgemein Kraftfahrzeuge betreffen, wie Personenkraftwagen, einschließlich Komfort-Geländewagen (sports utility vehicle; SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wassermotorfahrzeuge einschließlich verschiedene Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und dgl. und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, z. B. Fahrzeuge sowohl mit Benzin- als auch Elektroantrieb.
Ferner kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht flüchtiges computerlesbares Medium auf einem computerlesbaren Medium mit ausführbaren Programmanweisungen, die von einem Prozessor, einer Steuerung oder dgl. ausgeführt werden, verwirklicht sein. Beispiele für computerlesbare Medien sind u. a. ROMs, RAMs, Compact Disc (CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, USB-Sticks, Smart Cards und optische Datenspeichergeräte. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann auch in netzgekoppelten Computersystemen verteilt werden, so dass das computerlesbare Medium auf verteilte Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. von einem Server oder einem Netz. Auch wenn das Ausführungsbeispiel die Verwendung einer Steuereinheit zum Ausführen des obigen Prozesses beschreibt, versteht es sich, dass der obige Prozess auch von einer Mehrzahl Steuereinheiten, Steuerungen, Prozessoren oder dgl. ausgeführt werden kann.
1 ist ein schematisches Diagramm eines Systems zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und 3 eine schematische Ansicht eines Systems zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 1 bis 3 dargestellt können ein System und Verfahren zum Steuern eines Motor eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung enthalten: Empfangen der Ausgangsspannung von einer Batterie, die die Antriebsleistung an den Motor liefert, der Drehzahl und des Drehmoments des Motor von einer Steuereinheit in Schritt S10; Erzeugen eines Antriebspunktverhältnisses (1/λ_max) , bei dem es sich um das Verhältnis der Ausgangsspannung der Batterie zur Drehzahl des Motors handelt, und Erzeugen eines Drehmomentsteuerbefehls (T*_e) anhand der Drehzahl und des Drehmoments des Motors in Schritt S20; Erzeugen einer Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses anhand der Ausgangsspannung der Batterie, der Drehzahl und des Drehmoments des Motors, die in Schritt S30 von der Steuerung empfangen werden; Erzeugen eines Stromsteuerbefehls anhand der auf dem magnetischen Fluss basierenden Stromsteuermatrix in Schritt S40; Erzeugen eines Spannungssteuerbefehls aus dem Stromsteuerbefehl in Schritt S50; Erzeugen eines Phasenspannungssteuerbefehls anhand des Spannungssteuerbefehls in Schritt S60; und Empfangen des Spannungssteuerbefehls durch Rückkopplung, um den Spannungssteuerbefehl bei der Erzeugung des Antriebspunktverhältnisses (1/λ_max) durch eine Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung in Schritt S70 anzupassen.
Ein System zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung kann einen Inverter 10, mindestens eine Steuereinheit (z. B. 100), eine Batterie und einen Motor enthalten. Die Batterie als Hauptspannungsquelle liefert die Betriebsspannung an den Motor. Der Inverter 10 enthält im Allgemeinen eine Mehrzahl Schaltelemente aus Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (insulated gate bipolar transistor (IGBT)) und versorgt den Motor mit einer Antriebsspannung, die durch Wandeln der Gleichspannung (DC) von der Batterie durch ein Impulsbreitenmodulations- (pulse width modulation (PWM)) Signal in eine Phasenspannung erzeugt wird.
Der Inverter hat die Funktion einer Motorsteuereinheit (motor control unit (MCU)) 10 und steuert den Motor durch Ausgeben eines Impulsbreitenmodulationssignals entsprechend einem Motorantriebssteuersignal von der Hybrid-Steuereinheit (hybrid Steuereinheit (HCU)) 100, den Batteriezustandsinformationen vom Batterie-Managementsystem (BMS) 200 und einem Motordrehmomentsteuersignal von der Drehmomentsteuereinheit (torque control unit (TCU)) 300.
Wie die 2 bis 3 zeigen, wird empfängt bei dem Verfahren zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in Schritt S10 eine Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung 400 die Drehzahl (ω_r) und das Drehmoment (T) des Motors sowie die Batterieausgangsspannung (V_dc) , die den Motor mit elektrischer Energie versorgt. In Schritt S20 erzeugt die Drehmomentsteuereinheit 300 einen Drehmomentsteuerbefehl (T*_e) aus der empfangenen Drehzahl (ω_r) und dem empfangenen Drehmoment (T) des Motors. Die Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung 400 erzeugt dann ein Antriebspunktverhältnis aus der Batterieausgangsspannung und der Drehzahl (ω_r) des Motors. Das Antriebspunktverhältnis entspricht dem Reziproken des maximalen Magnetflusses, so dass die vorliegende Erfindung den Strom auf Basis des Magnetflusses steuert.
In Schritt S30 erzeugt ein Stromsteuerungsabschnitt 500 eine Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses anhand des Drehmomentsteuerbefehls (T*_e) und des Antriebspunktverhältnisses (1/λ_max) . Es ist zu beachten, dass bei herkömmlichen Verfahren eine Stromsteuermatrix mit nur zwei Variablen (d. h. der Motordrehzahl dem Motordrehmoment) erzeugt wird, die vorliegende Erfindung jedoch eine Stromsteuermatrix durch Empfangen von drei Variablen (d. h. Drehzahl (ω_r) und Drehmoment (T) des Motors sowie Batterieausgangsspannung (V_dc)) vom Stromsteuerungsabschnitt 500) erzeugt.
Die Batterieausgangsspannung (V_dc), die Motordrehzahl (ω_r) und das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) können gemäß der nachstehenden Gleichung 1 miteinander in Beziehung stehen. $\sqrt{λ_{d}^{2} + λ_{q}^{2}} \leq \frac{V_{dc}}{\sqrt{3} ω_{r}} = λ_{max}$
In Gleichung 1 bedeutet λ_d die Verknüpfung des Magnetflusses mit der d-Achse, λ_q die Kopplung des Magnetflusses mit der q-Achse axis und λ_max den maximalen Magnetfluss als Verhältnis von V_dc zu ω_r. Die linke Seite der Gleichung 1 kann als λ_mag (d. h. Größe der Verknüpfung des Magnetflusses im Motor) definiert werden.
Gleichung 1 kann aus den nachstehenden Gleichungen 2 und 3 hergeleitet werden. $\begin{array}{l} V_{d} = R_{s} i_{d} + \frac{d λ_{d}}{dt} - ω_{r} λ_{q} \\ V_{q} = R_{s} i_{q} + \frac{d λ_{q}}{dt} + ω_{r} λ_{d} \end{array}$
$\begin{array}{l} v_{d} = - ω_{r} λ_{q} \\ v_{q} = ω_{r} λ_{d} \end{array}$
In Gleichung 2 und Gleichung 3 bedeuten V_d und V_q die Spannung über der d- bzw. q-Achse und i_d and i_q bedeuten den Strom über der d- bzw. q-Achse. R_s gibt den Phasenwiderstand des Stators des Motors an und λ_d und λ_q geben die magnetische Kopplung der d- und q-Achse an. ω_r ist die Winkelgeschwindigkeit des Motors und V_dc die Ausgangsspannung der Batterie. λ_d, λ_d können als λ_d = L_di_d + λ_PM und λ_q = L_qi_q ausgedrückt werden L_d ist die Induktivität der d-Achse und L_q die Induktivität der q-Achse. λ_PM ist a die Größe des Magnetflusses eines Dauermagneten.
Wenn der Phasenwiderstand und die Stromänderungsrate im Normalzustand in Gleichung 2 vernachlässigt werden können, wird Gleichung 2 zu Gleichung 3 und Gleichung 1 kann aus Gleichung 3 hergeleitet werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die auf dem Magnetfluss basierende Stromsteuermatrix anhand der Beziehung zwischen dem Bereich der Ströme i_d und i_q, die die Gleichung 1 erfüllt, und dem Drehmoment erzeugt werden. Außerdem können Spannung bzw. Drehmoment über der d- und q-Achse bestimmt werden, wobei die Drehzahl des Motors konstant gehalten wird. Außerdem können das Drehmoment des Antriebspunktes und das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) anhand der oben bestimmten Daten abgeleitet werden.
Ferner kann der Stromsteuerungsabschnitt 500 einen Bereich von i_d und i_q ableiten, der Gleichung 1 für jedes Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) erfüllt, indem ein Matrixextraktions-Tool und i_d sowie i_q verwendet werden, die eine Mindeststromstärke aller i_d und i_q haben, die jede Drehmomentlinie als Tabellenwert der einen Stromsteuerbefehl erzeugenden Matrix erfüllen. Eine auf dem Magnetfluss basierende Stromsteuermatrix kann automatisch/ dynamisch erzeugt werden, indem die Matrix durch die obigen Prozesse abgeleitet wird.
In Schritt S40 erzeugt der Stromsteuerungsabschnitt 500 einen Stromsteuerbefehl mittels der auf dem Magnetfluss basierenden Stromsteuermatrix. Wie aus 3 ersichtlich, kann der Stromsteuerbefehl in einen Stromsteuerbefehl (i^r*_as) der d-Achse und einen Stromsteuerbefehl (i^r*_qs) der q-Achse geteilt werden. Als Ergebnis wird die Ausgangsspannung der Batterie in der Stromsteuermatrix berücksichtigt, so dass das Drehmoment als Reaktion auf den Fahrzeugzustand in Echtzeit gesteuert werden kann, und es kann ein optimaler Stromsteuerbefehl erzeugt werden.
In Schritt S50 werden von einem Proportional-Integral-(PI) Regler 600 ein Spannungssteuerbefehl (v^r*_ds) der d-Achse und ein Spannungssteuerbefehl (v^r*_qs) der q-Achse aus dem Stromsteuerbefehl (i^r*_ds) der d-Achse und dem Stromsteuerbefehl (i^r*_qs) der q-Achse erzeugt. Wie in 3 dargestellt werden der Spannungssteuerbefehl (v^r*_ds) der d-Achse und der Spannungssteuerbefehl (v^r*_qs) der q-Achse durch Rückkopplung an die Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung 400 übertragen.
In Schritt S60 empfängt die Spannungsnutzungsverhältnis--Steuerung 400 einen Rückkopplungswert (V_{d,q_ref}) des Spannungssteuerbefehls (v^r*_as) der d-Achse und des Spannungssteuerbefehls (v^r*_qs) der q-Achse und ändert als Reaktion darauf das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) so, dass das Spannungsnutzungsverhältnis gegen 1 geht.
Der Rückkopplungswert (V_{d,q_ref}) kann ein Wert sein, der die Kennwerte des Motors, z. B. Leistung, Größe, Typ usw., sowie den Spannungssteuerbefehl der d- und q-Achse angibt. Außerdem empfängt die Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung 400 den die Kennwerte des Motors angebenden Rückkopplungswert (V_{d,q_ref}) und kann das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) durch ein Verfahren mit geschlossenem Regelkreis dementsprechend so ändern, dass das Spannungsnutzungsverhältnis gegen 1 geht. Als Ergebnis kann die vorliegende Erfindung die Stromsteuerung stabilisieren, da das Spannungsnutzungsverhältnis im Wesentlichen auf 1 konstant gehalten wird.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt empfängt ein Phasenspannungssteuerungsabschnitt 700 in Schritt S70 den Spannungssteuerbefehl (v^r*_ds) der d-Achse und den Spannungssteuerbefehl (v^r*_qs) der q-Achse und erzeugt einen Phasenspannungssteuerbefehl anhand des Spannungssteuerbefehls der d- und q-Achse.
4 ist eine graphische Darstellung eines Experiments zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und 5 ist eine graphische Darstellung eines Experiments mit dem Verfahren zum Steuern eines Motors gemäß der herkömmlichen Technik. Wie in 5 dargestellt hat sich der Stromsteuerbefehl bei der herkömmlichen Technik nicht geändert, obwohl sich die Ausgangsspannung (V_dc) der Batterie geändert hat. Mit dem herkömmlichen Verfahren ist es unmöglich, den Stromsteuerbefehl in Echtzeit zu ändern. Ferner kann bei der herkömmlichen Technik das Spannungsnutzungsverhältnis nicht konstant gehalten werden, wenn sich die Eingangsspannung des Inverters ändert.
Wie jedoch in 4 im Fall des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, ändert sich das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) , das ein Eingangswert der Stromsteuermatrix ist, und das Verhältnis von V_dc zu ω_r, wenn sich die Ausgangsspannung (V_dc) der Batterie ändert. Als Ergebnis kann ein optimaler Stromsteuerbefehl erzeugt oder in Echtzeit geändert werden, indem die Änderung des Antriebspunktverhältnisses berücksichtigt wird. Deshalb kann die vorliegende Erfindung in jedem Antriebspunkt einen optimalen Stromsteuerbefehl erzeugen, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verbessert wird.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird eine Stromsteuermatrix dynamisch erzeugt, um den für die Erzeugung der Stromsteuermatrix erforderlichen Zeitaufwand zu verringern, und auf die Spannungsschwankungen der Batterie in der Stromsteuermatrix reagiert, so dass die Steuerungsstabilität selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn sich die Batteriespannung ändert. Ferner verbessert das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Steuerungsgenauigkeit, indem das Spannungsnutzungsverhältnis so gesteuert wird, dass die aufgrund der Verteilung der Motorparameter und -fehler verursachte Einschränkung aufgehoben wird.
Obwohl diese Erfindung in Zusammenhang mit für derzeit als praktikabel geltenden Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen innerhalb von Geist und Gültigkeitsbereich der beigefügten Ansprüche abdecken soll.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs, aufweisend: Empfangen der Ausgangsspannung einer Batterie, der Drehzahl und des Drehmoments des Motors durch eine Steuereinheit (100), wobei die Batterie die Antriebsleistung für den Motor bereitstellt; Erzeugen einer Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses durch die Steuereinheit (100) anhand der Ausgangsspannung der Batterie, der Drehzahl und des Drehmoments des Motors; Erzeugen eines Stromsteuerbefehls durch die Steuereinheit (100) anhand der auf dem Magnetfluss basierenden Stromsteuermatrix; Erzeugen eines Antriebspunktverhältnisses, bei dem es sich um ein Verhältnis der Ausgangsspannung der Batterie zur Drehzahl des Motors handelt, und Erzeugen eines Drehmomentsteuerbefehls anhand der Drehzahl und des Drehmoments des Motors, wobei die Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses anhand des Antriebspunktverhältnisses und des Drehmomentsteuerbefehls erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Erzeugen eines Spannungssteuerbefehls aus dem Stromsteuerbefehl aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Ausgangsspannung (V_dc) der Batterie, die Drehzahl (ω_r) des Motors und das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) die Gleichung $\sqrt{λ_{d}^{2} + λ_{q}^{2}} \leq \frac{V_{dc}}{\sqrt{3} ω_{r}} = λ_{max}$
erfüllen, wobei λ_d die Kopplung des Magnetflusses mit der d-Achse und λ_q die Kopplung des Magnetflusses mit der q-Achse und λ_max das Verhältnis zwischen V_dc und ω_r angibt.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Empfangen des Spannungssteuerbefehls durch Rückkopplung aufweist, um den Spannungssteuerbefehl beim Erzeugen des Antriebspunktverhältnisses (1/λ_max) durch eine Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung einen Rückkopplungswert (V_{d,q_ref}) des Spannungssteuerbefehls der d- und q-Achse empfängt und das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) als Reaktion darauf so ändert, dass das Spannungsnutzungsverhältnis 1 wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Erzeugen eines Phasenspannungssteuerbefehls anhand des Spannungssteuerbefehls aufweist.
System zum Steuern eines Motor eines Elektrofahrzeugs, mit: einer Steuereinheit (100), die zum Empfangen der Ausgangsspannung einer Batterie, der Drehzahl und des Drehmoments des Motors konfiguriert ist, wobei die Batterie die Antriebsleistung für den Motor bereitstellt, zum Erzeugen einer Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses anhand der Ausgangsspannung der Batterie, der Drehzahl und des Drehmoments des Motors, und zum Erzeugen eines Stromsteuerbefehls anhand der auf dem Magnetfluss basierenden Stromsteuermatrix; und wobei die Steuereinheit (100) ferner konfiguriert ist, um: ein Antriebspunktverhältnis zu erzeugen, wobei das Antriebspunktverhältnis das Verhältnis der Ausgangsspannung der Batterie zur Drehzahl des Motors ist, und einen Drehmomentsteuerbefehl anhand der Drehzahl und des Drehmoments des Motors zu erzeugen, wobei die Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses anhand des Antriebspunktverhältnisses und des Drehmomentsteuerbefehls erzeugt wird.
System nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (100) ferner zum Erzeugen eines Spannungssteuerbefehls aus dem Stromsteuerbefehl konfiguriert ist.
System nach Anspruch 8, wobei die Ausgangsspannung (V_dc) der Batterie, die Drehzahl (ω_r) des Motors und das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) die Gleichung $\sqrt{λ_{d}^{2} + λ_{q}^{2}} \leq \frac{V_{dc}}{\sqrt{3} ω_{r}} = λ_{max}$
erfüllen, wobei λ_d die Kopplung des magnetischen Flusses mit der d-Achse und λ_q die Kopplung des Magnetflusses mit der q-Achse und λ_max das Verhältnis zwischen V_dc und ω_r angibt.
System nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (100) ferner zum Empfangen des Spannungssteuerbefehls durch Rückkopplung konfiguriert ist, um den Spannungssteuerbefehl beim Erzeugen des Antriebspunktverhältnisses (1/λ_max) durch eine Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung anzupassen.
System nach Anspruch 10, wobei die Spannungsnutzungsverhältnis-Steuerung einen Rückkopplungswert (V_{d,q_ref}) des Spannungssteuerbefehls der d- und q-Achse empfängt und das Antriebspunktverhältnis (1/λ_max) als Reaktion darauf so ändert, dass das Spannungsnutzungsverhältnis 1 wird.
System nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (100) ferner zum Erzeugen eines Phasenspannungssteuerbefehls anhand des Spannungssteuerbefehls konfiguriert ist.
Nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium, das Programmanweisungen enthält, die von einem Prozessor oder einer Steuerung ausgeführt werden, wobei das computerlesbare Medium aufweist: Programmanweisungen, die die Ausgangsspannung einer Batterie, die Drehzahl und das Drehmoment eines Motors eines Elektrofahrzeugs nutzen, um eine auf dem Magnetfluss basierende Stromsteuermatrix zu erzeugen; Programmanweisungen, die einen Stromsteuerbefehl anhand der auf Basis des magnetischen Flusses erzeugten Stromsteuermatrix erzeugen; Programmanweisungen, um ein Antriebspunktverhältnis zu erzeugen, wobei das Antriebspunktverhältnis das Verhältnis der Ausgangsspannung der Batterie zur Drehzahl des Motors ist; und Programmanweisungen, um einen Drehmomentsteuerbefehl anhand der Drehzahl und des Drehmoments des Motors zu erzeugen, wobei die Stromsteuermatrix auf Basis des Magnetflusses anhand des Antriebspunktverhältnisses und des Drehmomentsteuerbefehls erzeugt wird.