DE102012215008A1

DE102012215008A1 - System und Verfahren zur Stromabschätzung für den Betrieb von elektrischen Motoren

Info

Publication number: DE102012215008A1
Application number: DE102012215008A
Authority: DE
Inventors: Jihoon Jang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: US20130076277A1; CN103023416A; DE102012215008B4; US8786244B2; CN103023416B

Abstract

Es werden Methoden und Systeme für die Stromabschätzung in einem elektrischen Motor bereitgestellt. Das System weist einen elektrischen Motor auf, welcher Sensoren für das Abtasten wenigstens des Motorstroms, der Motortemperatur und der Motorgeschwindigkeit besitzt. Ein Fahrzeug-Steuerglied ist an die Sensoren gekoppelt und beinhaltet ein geschlossenes Regelkreis-Stromsteuersystem für den elektrischen Motor, welcher eine Stromkompensationsschaltung besitzt, um ein Stromkompensationssignal bereitzustellen, welches benutzt wird, um einen Strombefehl für den elektrischen Motor einzustellen. Die Stromkompensationsschaltung beinhaltet ein Kurzschlussstrom-Berechnungsglied, um einen Kurzschlussstromwert bereitzustellen, basierend auf der Motortemperatur und der Motorgeschwindigkeit, ein Kompensationsverstärkungs-Berechnungsglied, um einen Verstärkungskompensationswert bereitzustellen, basierend auf der Motorgeschwindigkeit, und eine Schaltung für das Kombinieren des Motorstroms, des Kurzschlussstromwertes und des Verstärkungskompensationswertes, um das Stromkompensationssignal bereitzustellen. Methoden für die Stromabschätzung im elektrischen Motor werden auch bereitgestellt.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Der technische Bereich bezieht sich im Allgemeinen auf Systeme und Methoden für ein Antriebssystem für elektrische und hybridelektrische Fahrzeuge, und spezieller ausgedrückt auf Systeme und Methoden für die Stromabschätzung zum Steuern eines elektrischen Motors in einem elektrischen Fahrzeug.
HINTERGRUND
Elektrische und hybridelektrische Fahrzeuge benutzen Wechselstrom-(AC-)Motorantriebe, um ein Drehmoment für eine Motorwelle bereitzustellen, welche die Räder des Fahrzeugs antreibt. In der Praxis wird der Betrag des Drehmoments, welches durch den Motor erzeugt wird, direkt (obwohl nicht perfekt proportional)auf den Betrag an Strom bezogen, welcher an den Motor geliefert wird. Deshalb kann durch das Regeln und das präzise Steuern des Eingangsstromes zu dem elektrischen Motor der Betrag des Drehmoments, welches durch den elektrischen Motor erzeugt wird, genauer gesteuert werden. Jedoch wird in vielen Systemen der Eingangsmotorstrom nicht direkt gesteuert. Beispielsweise werden viele elektrische Motoren betrieben, indem die Pulsbreitemodulations-(PWM-)Techniken in Kombination mit einem Wechselrichter (oder einem andere Netzgerät in geschaltetem Modus) benutzt wird, um die Spannung über den Motorwicklungen zu steuern, was umgekehrt den gewünschten Strom in dem Motor erzeugt.
In Antwort auf ein angefordertes Drehmoment (oder ein befohlenes Drehmoment) bestimmen herkömmliche Maschinensteuersysteme einen gewünschten Eingangsmotorstrom, um den angeforderten Betrag an Drehmoment zu erzeugen, und benutzen ein gesteuertes Regelkreissystem, um den Strom durch die Motorwicklungen zu steuern, und versuchen damit, den Betrag des Drehmoments, welches vom Motor erzeugt wird, zu regeln. Einer oder mehrere Sensoren werden benutzt, um den aktuellen Motorstrom zu messen, welcher dann mit dem gewünschten Eingangsmotorstrom verglichen wird. Basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs werden die PWM-Befehle für den Wechselrichter eingestellt, um die Spannung über den Motorwicklungen zu erhöhen und/oder zu vermindern, so dass der aktuell gemessene Motorstrom den gewünschten Eingangsmotorstrom so nahe wie möglich zieht.
Jedoch können, wenn ein Stromsensor den Motorstrom nicht genau widerspiegelt, diese geschlossenen Regelkreis-Steuersysteme den Motor nicht weiter effektiv steuern. Beispielsweise kann das Steuersystem ohne eine genaue Motorstrom-Information den Motor dazu veranlassen, ein nicht ausreichendes Drehmoment, ein übermäßiges Drehmoment oder variierende und oszillierende Beträge an Drehmoment zu erzeugen. Folglich werden das Gebrauchen eines und die Freude an einem Fahrzeug nachteilig beeinflusst, wenn Stromsensor-Messfehler auftreten oder wenn das Steuersystem derartige Fehler nicht adäquat kommentieren kann.
Entsprechend ist es wünschenswert, eine einfache, zuverlässige und kosteneffektive Lösung für die Stromabschätzung in elektrischen oder hybridelektrischen Fahrzeugen bereitzustellen. Zusätzliche oder wünschenswerte Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung offensichtlich, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorhergegangenen technischen Bereich und Hintergrund gegeben werden.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren für die Stromabschätzung für einen elektrischen Motor bereitgestellt. Das Verfahren weist das Bereitstellen eines Stromkompensationssignals für ein geschlossenes Regelkreis-Stromsteuersystem für einen Motor eines Fahrzeugs, basierend auf gemessenen Strömen in dem Motor, der Motorgeschwindigkeit und der Motortemperatur, und dem darauf folgenden Einstellen eines Strombefehlssignals auf, wobei das Stromkompensationssignal benutzt wird, um den Strom zu steuern, welcher für den Motor des Fahrzeugs bereitgestellt wird.
Entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein System für die Stromabschätzung für einen elektrischen Motor bereitgestellt. Das System weist einen elektrischen Motor auf, welcher Sensoren für das Erfassen wenigstens des Motorstroms, der Motortemperatur und der Motorgeschwindigkeit besitzt. Ein Fahrzeugsteuerglied ist an die Sensoren gekoppelt und beinhaltet ein geschlossenes Regelkreis-Stromsteuersystem für den elektrischen Motor, welcher eine Stromkompensationsschaltung besitzt, um ein Stromkompensationssignal bereitzustellen, welches benutzt wird, um einen Strombefehl für den elektrischen Motor einzustellen. Die Stromkompensationsschaltung beinhaltet ein Stromkurzschlussstrom-Berechnungsglied, um einen Kurzschlussstromwert bereitzustellen, basierend auf der Motortemperatur und der Motorgeschwindigkeit, ein Kompensationsverstärkungs-Berechnungsglied, um einen Verstärkungskompensationswert bereitzustellen, basierend auf der Motorgeschwindigkeit, und eine Schaltung für das Kombinieren des Motorstroms, des Kurzschlussstromwertes und des Verstärkungskompensationswertes, um das Stromkompensationssignal bereitzustellen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der erfinderische Gegenstand wird hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden gezeichneten Figuren beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und:
1 eine Darstellung eines Fahrzeugs ist, welches für den Gebrauch der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Veröffentlichung geeignet ist;
2 eine detailliertere Darstellung einiger Komponenten des Fahrzeugs der 1 ist;
3 ein Blockdiagramm ist, welches den Betrieb des Stromkompensationsgliedes der 2 darstellt, entsprechend zu einer beispielhaften Ausführungsform;
4 ein Blockdiagramm ist, welches den Betrieb des Kurzschlussstrom-Berechnungsgliedes der 3 zeigt, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform;
5 ein Blockdiagramm ist, welches den Betrieb des Kompensationsverstärkungs-Berechnungsglieds der 3 darstellt, entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform;
6A und 6B Diagramme sind, welche den Stromfehler mit und ohne Stromkompensationsglied der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vergleichen; und
7A und 7B Diagramme sind, welche den Drehmomentfehler mit und ohne das Stromkompensationsglied der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Veröffentlichung vergleicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist in ihrer Art nur beispielhaft, und es ist nicht beabsichtigt, den Gegenstand der Veröffentlichung oder dessen Gebrauch zu begrenzen. Außerdem besteht keine Absicht, an irgendwelche ausgedrückte oder beinhaltet Theorie gebunden zu sein, welche in dem vorausgegangenen technischen Bereich, Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung präsentiert wird.
In diesem Dokument können Bezugsterme, wie z. B. erster und zweiter und ähnliche nur benutzt werden, um eine Entität oder Aktion von einer anderen Entität oder Aktion zu unterscheiden, ohne dass notwendigerweise irgendeine aktuelle derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen derartigen Entitäten oder Aktionen erforderlich ist. Numerische Ordnungszahlen, wie z. B. ”erster”, ”zweiter”, ”dritter” etc. bezeichnen einfach unterschiedliche Einzelheiten einer Vielzahl und beinhalten keinerlei Ordnung oder Folge, es sei denn, dies wird speziell durch die Sprache des Anspruchs definiert.
Zusätzlich bezieht sich die folgende Beschreibung auf Elemente oder Merkmale, welche miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind. Wie es hier gebraucht wird, kann sich ”verbunden” auf ein Element/Merkmal beziehen, welches direkt mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist (oder direkt mit diesem kommuniziert), und dies nicht notwendigerweise auf mechanische Weise. In ähnlicher Weise kann sich ”gekoppelt” auf ein Element/Merkmal beziehen, welches direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist (oder direkt oder indirekt mit diesem kommuniziert), und dies nicht notwendigerweise auf mechanische Weise. Jedoch sollte davon ausgegangen werden, obwohl zwei Elemente nachfolgend in einer Ausführungsform als „verbunden” zu sein beschrieben werden, dass in anderen Ausführungsformen ähnliche Elemente „gekoppelt” sein können und umgekehrt. Demnach, obwohl die schematischen Zeichnungen, welche hier gezeigt werden beispielhafte Anordnungen von Elementen darstellen, können zusätzliche dazwischen liegende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten in einer aktuellen Ausführungsform vorhanden sein.
Schließlich können der Kürze wegen herkömmliche Techniken und Komponenten, welche sich auf elektrische Fahrzeugteile und andere funktionelle Gesichtspunkte des Systems (und die individuellen Betriebskomponenten des Systems) beziehen, hier im Detail nicht beschrieben werden. Außerdem sollen die Verbindungslinien, welche in den verschiedenen Figuren, welche hier enthalten sind, gezeigt werden, beispielhafte Funktionsbeziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen repräsentieren. Es sollte beachtet werden, dass viele alternative oder zusätzliche funktionelle Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden sein können. Es sollte auch davon ausgegangen werden, dass die 1–7 nur erläuternd sind und nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind.
1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugs 100 entsprechend der vorliegenden Veröffentlichung. Obwohl das Fahrzeug 100 als ein rein elektrisches Fahrzeug dargestellt ist, sind die Techniken und Konzepte, welche hier beschrieben sind, auch für hybridelektrische Fahrzeuge anwendbar. Die dargestellte Ausführungsform des Fahrzeugs 100 beinhaltet ohne Eingrenzung: ein Fahrzeugsteuermodul 102, welches an einen Generator 104 an Bord gekoppelt ist; ein Energiespeichersystem 106 an Bord; ein elektrisches Antriebssystem 108, welches die Räder 110 antreibt.
Das Fahrzeugsteuermodul 102 kann jegliche Art von Verarbeitungselement oder Fahrzeugsteuerglied beinhalten und kann mit einem nichtflüchtigen Speicher, einem Direktzugriffsspeicher (RAM), diskretem und analogem Eingang/Ausgang (I/O bzw. E/A), einer zentralen Verarbeitungseinheit und/oder Kommunikationsschnittstellen für Netzverbindungen innerhalb eines Fahrzeugkommunikationsnetzes ausgestattet sein. In einer elektrischen Fahrzeugausführungsform kann der Generator 104 an Bord einen kleinen mit Gas (oder anderem flüssigen Kraftstoff) angetriebenen Generator aufweisen, welcher ausreicht, das Energiespeichersystem 106 zu laden, falls notwendig. In einer hybridelektrischen Fahrzeugausführungsform kann der Generator 104 durch einen oder einen Teil der Fahrzeuggas-(oder anderen Brennstoff-)Maschine angetrieben werden, welche benutzt wird, um das Fahrzeug anzutreiben. Das Energiespeichersystem 106 an Bord kann als ein Batterie- bzw. Akku-Satz realisiert sein, welcher ein einzelnes Batterie-Modul oder irgendeine Anzahl von einzelnen Batterie-Modulen aufweist. Das Energiespeichersystem 106 an Bord stellt elektrische Energie bereit, welche das elektrische Antriebssystem 108 in die Lage versetzt, Leistung für die Räder bereitzustellen.
Während 1 für eine leichte Beschreibung verschiedene elektrische und mechanische Verbindungen und Kopplungen in sehr vereinfachter Weise darstellt, wird eine aktuelle Ausführungsform des Fahrzeugs 100 natürlich zusätzliche physikalische Komponenten und Einrichtungen benutzen, welche in der Automobilindustrie gut bekannt sind. Beispielsweise würden zahlreiche herkömmliche Zusatzeinrichtungen in einem kommerziell verfügbaren Fahrzeug beinhaltet sein, wie z. B. Fenster- oder Spiegelheizungen, Antiblockier-Bremssysteme, Traktions- oder Stabilitätssysteme, Beleuchtungssysteme, Warnsysteme (z. B. Hupe), Blinker (Signale), Klimaanlage, beheizte Sitze, Video/Audio-Systeme und Leistungsauslassanschlüsse für Benutzereinrichtungen (gemeinsam als Zubehör bezeichnet). Auch kann das Fahrzeug 100 irgendeines aus einer Anzahl von unterschiedlichen Arten von Automobilen sein, wie z. B. eine Limousine, ein Wagen, ein Lastwagen oder ein Fahrzeug für den Sportgebrauch (SUV), und kann einen Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Hinterradantrieb oder Frontradantrieb), Vierradantrieb (4WD) oder Allradantrieb (AWD) besitzen. Das Fahrzeug 100 kann auch irgendeinen oder eine Kombination von der Anzahl von unterschiedlichen Arten von Motoren beinhalten, wie z. B. eine Verbrennungsmaschine für Benzin oder Dieselkraftstoff, eine Fahrzeug-(FFV-)Maschine mit flexiblem Brennstoff (d. h. eine Maschine, welche eine Mischung aus Benzin und Alkohol benutzt) oder eine Maschine mit Brennstoff mit einer Gaskomponente (z. B. Wasserstoff und/oder Naturgas).
2 ist ein detaillierteres Blockdiagramm von ausgewählten Komponenten des Fahrzeugs 100 entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform. In einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet das elektrische Antriebssystem 108 einen elektrischen (AC-)Motor 112, welcher einen Stator 116 und einen Rotor 114, eine Wechselrichteranordnung 120, ein Kühlsystem 122 und einen oder mehrere Sensoren 124 besitzt.
Das Fahrzeugsteuermodul 102 wird detaillierter dargestellt, indem es ein geschlossenes Regelkreis-Stromsteuersystem beinhaltet, welches ein Systemsteuerglied 126, ein Stromsteuerglied 128, einen Koordinaten-Transformationsblock 130 und einen Pulsbreitenmodulator (PWM) 132 besitzt. Das Systemsteuerglied 126 ist konfiguriert, um einen Drehmomentbefehl (T) 134 zu erhalten und Strombefehle (i*_dq) 136 für das Stromsteuerglied zu erzeugen, welche eingestellt sind (160), wie dies detaillierter unten beschrieben wird, um ein eingestelltes Signal 162 für das Stromsteuerglied 128 bereitzustellen. Das Stromsteuerglied 128 benutzt das eingestellte Signal 162 und die gemessene Motorgeschwindigkeit 146, um die Strombefehlssignale (v*_dq) 138 zu erzeugen, welche zusammen mit der gemessenen Rotorposition 151 durch den Koordinaten-Transformationsblock 130 verarbeitet werden, um die Pulsbreitenmodulator-Befehlssignale (v*_abc) 140 zu erzeugen, um den Wechselrichter 120 über die PWM-Signale 142 zu betreiben. Auf diese Weise zieht das Drehmoment, welches durch den elektrischen Motor 112 erzeugt ist, den Drehmomentbefehl (T). Der Pulsbreitenmodulator (PWM) 132 empfängt ein zusätzliches Eingangssignal 133 von einem Spannungssensor 121, welcher die Spannung über den dc-Bus in dem Wechselrichter 120 misst, um die PWM-Signale 142 zu erzeugen, wie es in der Fachwelt bekannt ist.
In der beispielhaften Ausführungsform, welche in 2 dargestellt ist, empfängt das Fahrzeugsteuermodul 102 Eingangssignale 144 von mehreren Sensoren 124. Unter diesen sind die gemessene Rotorposition 151, die gemessene Motorgeschwindigkeit 146, die gemessene Motortemperatur 148 und die gemessenen Motorströme 150. In einigen Ausführungsformen kann die gemessene Motorgeschwindigkeit 146 durch eine geschätzte Motorgeschwindigkeit ersetzt werden, wobei ein herkömmliches Geschwindigkeits-Abschätzschema benutzt wird, abhängig von dem Motorsteuersystem, welches in jedem speziellen Design angewendet wird. Die gemessenen Motorströme (i_abc) werden mit der gemessenen Rotorposition 151 über einen anderen Koordinaten-Transformationsblock 152 bearbeitet, um d-q-bezogene Signale (i_dq) 154 für ein Stromkompensationsglied 156 bereitzustellen, welches einen Teilbereich des geschlossenen Regelkreis-Stromsteuersystems bildet.
Entsprechend zu den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Veröffentlichung stellt das Stromkompensationsglied 156 ein Stromkompensationssignal (i_dqcomp) 158 bereit, (d. h. die Abschätzung der Durchschnittsströme des Motors), welches von den Strombefehlen (i*_dq) 136 subtrahiert wird (160), um ein eingestelltes Strombefehlssignal 162 bereitzustellen, welches die Fehler zwischen den gemessenen Strömen 150 und den Durchschnittsströmen des Motors 112 kompensiert. Derartige Fehler sind bekannt dafür, dass sie zunehmen, wenn die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 120 relativ zu der Mess-(Abtast-)Frequenz zunimmt, welche benutzt wird, um das gemessene Stromsignal 150 zu erzeugen. Diese Fehler vermindern die Genauigkeit und die Stabilität des Stromsteuergliedes 128, was umgekehrt die gesamte Drehmomentsteuerung des Motors 112 beeinträchtigt.
Der Motor 112 kann ein Vielphasen-Wechselstrom-(AC-)Motor sein, welcher im Allgemeinen einen Rotor 114 und einen Stator 116 beinhaltet, mit Wicklungen oder Spulen, welche gruppiert sein können, um den Betriebsphasen zu entsprechen. Die Wechselrichteranordnung 120 treibt den Betrieb des Motors 112 und beinhaltet im Allgemeinen einen oder mehrere Wechselrichter, wobei jeder Schalter antiparallele Dioden beinhaltet. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Schalter mit isolierten Gate-Bipolar-Transistoren (IGBTs), Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFETs) und/oder Ähnlichem implementiert. Die Wicklungen des Stators 116 sind elektrisch zwischen den Schaltern der Wechselrichteranordnung 120 gekoppelt, um Strom zu empfangen und das Drehmoment in dem Motor 112 zu erzeugen. In einer beispielhaften Ausführungsform stellt die Wechselrichteranordnung 120 alternierende Phasenströme bereit, um die Dreiphasen des Motors 112 bei variierenden Geschwindigkeiten basierend auf der Ausgangsspannung (V_DC) der Leistungsquelle 106 und den Steuersignalen 142 von dem Steuerglied 102 zu treiben.
Ein Kühlsystem 122 mit einem Kühlmittel, z. B. einem Motoröl, umgibt und kühlt den Motor 112 während des Betriebes. Die Sensoren 124 können jegliche geeignete Art von Sensor für das Sammeln von Information innerhalb des Antriebssystems 108 für den Gebrauch durch das Steuerglied 102 beinhalten. Beispielsweise können die Sensoren 124 die Motortemperatur, den Motorstrom, die Motorgeschwindigkeit, Rotorpositionen (θ_r), Rotorgeschwindigkeiten (ω_r) und andere Parameter bestimmen oder auf andere Weise oder ableiten, welche als Eingangssignale 144 für das Fahrzeugsteuermodul 102 benutzt werden.
3 ist ein Blockdiagramm, welches eine detailliertere Darstellung des Stromkompensationsgliedes 156 darstellt. Wie zuvor erwähnt, nimmt das Stromkompensationsglied 156 als Eingangssignale die gemessene Motortemperatur (T_mot) 146, die gemessene Motorgeschwindigkeit (N_mot) 148 und die gemessenen Motorströme (i_dq) 154 an und stellt ein Stromkompensationssignal (i_dgcomp) 158 bereit. Die gemessene Motortemperatur (T_mot) 146 und die gemessene Motorgeschwindigkeit (N_mot) 148 werden von einem Kurzschlussstrom-Berechnungsglied 162 (welches detaillierter unten in Verbindung mit 4 diskutiert wird) benutzt, um ein Kurzschluss-Stromsignal (i_dq,sc) 164 zu bestimmen oder zu berechnen. Zusätzlich wird die gemessene Motorgeschwindigkeit (N_mot) 148 von einem Kompensationsverstärkungs-Berechnungsglied 166 (welches detaillierter in Verbindung mit 5 diskutiert wird) mit dem Betrag der Abtastperiode (T_samp) 170 benutzt, um einen Kompensations-Verstärkungsfaktor (K_δ) 168 bereitzustellen. In beispielhaften Ausführungsformen ist die Abtastperiode die gleiche wie die Abtastperiode, welche in den anderen Motorsensoren (124 in 2) benutzt wird, um die Motorströme 150 und die Rotorposition 151 zu messen. Das Kurzschluss-Stromsignal (i_dq,sc) 164 wird (in 171) von dem in der Koordinate transformierten gemessenen Strömen 154 subtrahiert, wobei das Ergebnis (172) davon über den Kompensationsverstärkungsfaktor (K_δ) 168 multipliziert wird 174. Dieses Ergebnis (176) wird dann zu dem Kurzschluss-Stromsignal (i_dq,sc) 164 addiert (178), um das Kompensationsstromsignal (i_dqcomp) 158 zu erzeugen.

4 ist ein Blockdiagramm, welches eine detailliertere Darstellung des Kurzschlussstrom-Berechnungsglieds 162 bereitstellt. In einer Ausführungsform wendet das Kurzschlussstrom-Berechnungsglied die gemessene Motortemperatur (T_mot) 146 und die gemessene Motorgeschwindigkeit (N_mot) 148 an einer zweidimensionalen Look-up- bzw. Verweistabelle 180 an, um einen Wert 182 zu bestimmen, welcher als die d-Achse-Kurzschlussstrom-(i_d,sc-)Komponente bereitgestellt wird. Zusätzlich wird die gemessene Motortemperatur (T_mot) 146 und die gemessene Motorgeschwindigkeit (N_mot) 148 für eine zweidimensionale Look-up-Tabelle 184 bereitgestellt, um einen Wert 186 zu bestimmen, welcher als die q-Achse-Kurzschlussstrom-(i_q,sc)-Komponente bereitgestellt wird. Zusammen weisen die d-Achse-Kurzschlussstrom-(i_d,sc)-Komponente und die q-Achse-Kurzschlussstrom-(i_q,sc-)Komponente das Kurzschlussstromsignal (i_q,sc) 164 auf. Die Werte für die zweidimensionalen Look-up-Tabellen 180 und 184 werden durch die folgenden Gleichungen für eine Permanentmagnetmotor-Ausführungsform erzeugt:

wobei

I_d,SC	D-Achse-stationärer Kurzschlussstrom
I_q,SC	Q-Achse-stationärer Kurzschlussstrom
L_d	D-Achse-elektrostatische Induktivität
L_q	Q-Achse-elektrostatische Induktivität
R_s	Statorwiderstand
i_d	D-Achse-Strom
i_q	Q-Achse-Strom
ν_d	D-Achse-Spannung
ν_q	Q-Achse-Spannung
λ_PM	Magnetische Flussverkettung des Permanentmagneten
ω_r	Elektrische Rotorfrequenz

In einer Dreiphasen-Induktionsmotor-Ausführungsform werden die Werte für die zweidimensionalen Look-up-Tabellen 180 und 184 durch die folgenden Gleichungen erzeugt:

wobei

I_d,SC	D-Achse-stationärer Kurzschlussstrom
I_q,SC	Q-Achse-stationärer Kurzschlussstrom
L_m	Magnetisierungsinduktivität
L_r	Rotorinduktivität
L_s	Statorinduktivität
L_σ	Stator-Ausgleichsinduktivität
R_s	Statorwiderstand
i_d	D-Achse-Strom
i_q	Q-Achse-Strom
ν_d	D-Achse-Spannung
ν_q	Q-Achse-Spannung
λ_dr	D-Achse-Rotorfluss
ω_e	Synchronfrequenz

In einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Kurzschlussstrom-Berechnungsglied 162 einen Prozessor, welcher die d-Achse-Kurzschlussstrom-(i_d,sc-)Komponente und die q-Achse-Kurzschlussstrom-(i_q,sc-)Komponente aus den obigen Gleichungen berechnet, um das Kurzschlussstromsignal (i_dq,sc) 164 zu berechnen.
Bezug nehmend nun auf 5 wird ein Blockdiagramm gezeigt, welches eine detailliertere Darstellung des Kompensationsverstärkungs-Berechnungsgliedes 166 bereitstellt. Das Kompensationsverstärkungs-Berechnungsglied 166 wendet die gemessene Motorgeschwindigkeit (N_mot) 148 an einem Skalierfaktor 188 an, welcher in einer Ausführungsform einen 2π/60-Skalierfaktor aufweist, welcher auf der Einheitswandlung von Rotationen pro Minute in Radian pro Sekunde basiert. Diese skalierte (188) gemessene Motorgeschwindigkeit wird durch die Anzahl der Polpaare 192 der Motormagnete multipliziert (190). Beispielsweise wenn der Motor (112 der 2) sechs Magnete besitzt, würde er sechs Polpaare besitzen. Das Ergebnis 194 wird über den Betrag der Abtastperiode (T_samp) 170 multipliziert. Das multiplizierte Signal 198 wird durch zwei dividiert (200), und der trigonometrische Sinus wird hergenommen (204), welcher dann durch das geteilte Signal 202 dividiert wird (206). Das Ergebnis wird quadriert (208), um den Kompensationsverstärkungsfaktor (K_σ) 168 zu erzeugen.
Mit Bezug nun auf 6A wird ein Diagramm 300 gezeigt, welches den Fehler darstellt, welcher erzeugt ist, indem ein Regelkreisstrom-Steuersystem (siehe 2) ohne das Stromglied 156 benutzt wird. Die X-Achse des Diagramms 300 zeigt den i_d-Strom, während die Y-Achse den i_q-Strom zeigt. Wie gesehen werden kann, fällt der befohlene Strom 302 im Wesentlichen mit dem gemessenen Strom 304 zusammen, jedoch, ohne das Stromkompensationsglied 156 der vorliegenden Veröffentlichung, weicht der Durchschnitt (308) der aktuellen Ströme 306 um einen Fehlerbetrag 310 von dem gemessenen Strom 304 ab. Wenn das Stromkompensationsglied 156 benutzt wird, präsentiert 6B ein Diagramm 312, in welchem der befohlene Strom 302 im Wesentlichen mit dem Durchschnittswert (308) der aktuellen Ströme 306 zusammenfällt, und der Fehler 310 von dem gemessenen Strom 304 wurde im Wesentlichen eliminiert. Da der Stromfehler im Wesentlichen eliminiert werden kann, bietet das Regelkreis-Stromsteuersystem der vorliegenden Veröffentlichung den Vorteil des Reduzierens der Schaltfrequenz der Wechselrichter (120 der 2), wobei ein erhöhter Wirkungsgrad bereitgestellt wird. D. h., der Wechselrichter-Wirkungsgrad ist bekannt dafür, dass er sich vermindert, wenn sich die Schaltfrequenz erhöht, da eine höhere Schaltfrequenz einen höheren Schaltverlust erzeugt. Bei herkömmlichen Systemen (siehe Ergebnisse, welche in 6A dargestellt sind) ist jedoch der Fehlerbetrag 310 dafür bekannt, dass er sich erhöht, wenn sich die Rate der Motorgeschwindigkeit entsprechend der Schaltfrequenz erhöht. Entsprechend gibt es eine Grenze bei einem herkömmlichen System für das Reduzieren der Schaltfrequenz, wobei der Maximalwert der Motorgeschwindigkeit bereits festgelegt ist. Umgekehrt bieten die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Veröffentlichung den Vorteil des Reduzierens der Schaltfrequenz für den gleichen Maximalwert der Motorgeschwindigkeit, indem der Fehlerbetrag von 310 drastisch reduziert wird, wie dies in 6B dargestellt wird.
Da der Stromfehler 310 dafür bekannt ist, den Drehmomentfehler zu verursachen, zeigt 7A ein Diagramm 314, welches die Zeit entlang der X-Achse und das Drehmoment (in Newton-Metern (Nm)) entlang der Y-Achse besitzt, um den Drehmomentfehler mit und ohne das Stromkompensationsglied 156 zu vergleichen. Wie gesehen werden kann, unterscheidet sich das befohlene Drehmoment 316 von dem Durchschnittswert (318) des aktuellen Drehmoments 320 durch einen Fehlerbetrag 322 von ungefähr 1,5 Nm, ohne das Gebrauchen des Stromkompensationsgliedes 156. Indem das Stromkompensationsglied 156 benutzt wird, präsentiert 7B ein Diagramm 324, welches darstellt, dass der Drehmomentfehler 322 auf ungefähr Null-Nm reduziert wird, so dass damit eine wesentliche Verbesserung in der Drehmomentsteuerung bereitgestellt wird.
Entsprechend wird ein Stromabschätzsystem und Verfahren bereitgestellt, welches ein Stromkompensationsglied in einem geschlossenen Regelkreis-Steuersystem anwendet, welches im Wesentlichen die Stromabschätzung und die Drehmoment-Leistungsfähigkeit verbessert. Darüber hinaus bietet das Stromkompensationsglied den Vorteil des Reduzierens der Schaltfrequenz der Wechselrichter (120 der 2), indem ein erhöhter Wirkungsgrad bereitgestellt wird.
Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorausgegangenen Zusammenfassung und der detaillierten Beschreibung präsentiert wurde, so sollte gewürdigt werden, dass eine große Anzahl von Variationen existiert. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und es nicht beabsichtigt ist, dass diese den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Veröffentlichung in irgendeiner Weise eingrenzen. Vielmehr wird die vorausgegangene Zusammenfassung und die detaillierte Beschreibung Fachleuten eine bequeme Anleitung für das Implementieren der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte davon ausgegangen werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und in der Anordnung der Elemente durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Veröffentlichung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen und den rechtlichen Äquivalenten davon aufgeführt ist.
Weitere Ausführungsformen

1. Verfahren, welches aufweist: Bereitstellen eines Stromkompensationssignals für ein geschlossenes Regelkreis-Stromsteuersystem für einen Motor eines Fahrzeugs, basierend auf gemessenen Strömen in dem Motor, der Motorgeschwindigkeit und der Motortemperatur; und Einstellen eines Strombefehlssignals, wobei das Stromkompensationssignal benutzt wird, um den Strom zu steuern, welcher für den Motor des Fahrzeugs bereitgestellt ist.
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei das Bestimmen eines Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen eines Kurzschlussstromwertes aufweist, wobei die Motorgeschwindigkeit und die Motortemperatur benutzt werden.
3. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei das Bestimmen eines Kurzschlussstromwertes ferner das Bereitstellen eines Kurzschluss-i_q-Wertes aus einer zweidimensionalen Lookup- bzw. Verweistabelle aufweist.
4. Verfahren nach Ausführungsform 3, wobei das Bestimmen eines Kurzschlussstromwertes ferner das Bereitstellen eines Kurzschluss-i_d-Wertes aus einer zweiten zweidimensionalen Lookup-Tabelle aufweist.
5. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei das Bereitstellen des Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen eines Kompensationsverstärkungswertes aufweist, wobei die Motortemperatur benutzt wird.
6. Verfahren nach Ausführungsform 5, wobei das Bereitstellen des Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen des Stromkompensationssignals aus dem Kurzschlussstromwert und dem Kompensationsverstärkungswert aufweist.
7. Verfahren, welches aufweist: Abtastung eines elektrischen Motors während des Betriebes, um gemessenen Motorstrom, Motortemperatur und Motorgeschwindigkeit bereitzustellen; Bereitstellen eines Stromkompensationssignals, basierend auf dem gemessenen Motorstrom, der Motortemperatur und der Motorgeschwindigkeit; Einstellen eines Strombefehlssignals, um ein eingestelltes Strombefehlssignal bereitzustellen; Bearbeiten des eingestellten Strombefehlssignals in einem geschlossenen Regelkreis-Stromsteuersystem, um den Betrieb des elektrischen Motors zu steuern.
8. Verfahren nach Ausführungsform 7, wobei das Bereitstellen des Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen eines Kurzschlussstromwertes aufweist, wobei die Motorgeschwindigkeit und die Motortemperatur benutzt werden.
9. Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei das Bestimmen eines Kurzschlussstromwertes ferner das Bereitstellen eines Kurzschluss-i_q-Wertes aus einer zweidimensionalen Lookup-Tabelle aufweist.
10. Verfahren nach Ausführungsform 9, wobei das Bestimmen eines Kurzschlussstromwertes ferner das Bereitstellen eines Kurzschluss-i_d-Wertes aus einer zweiten zweidimensionalen Lookup-Tabelle aufweist.
11. Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei das Bestimmen eines Kurzschlussstromwertes ferner das Berechnen eines Kurzschluss-i_d-Wertes aus der Gleichung aufweist:
12. Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei das Bestimmen eines Kurzschlussstromwertes ferner das Berechnen eines Kurzschluss-i_q-Wertes aus der Gleichung aufweist:
13. Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei das Bereitstellen des Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen eines Kompensationsverstärkungswertes aufweist, wobei die Motortemperatur benutzt wird.
14. Verfahren nach Ausführungsform 13, wobei das Bereitstellen des Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen des Stromkompensationssignals aus dem Kurzschlussstromwert und dem Kompensationsverstärkungswert aufweist.
15. Fahrzeug, welches aufweist: einen elektrischen Motor; Sensoren, welche an den elektrischen Motor gekoppelt sind, um wenigstens den Motorstrom, die Motortemperatur und die Motorgeschwindigkeit abzutasten; ein Fahrzeugsteuerglied, welches an die Sensoren gekoppelt ist und welches ein geschlossenes Regelkreis-Stromsteuersystem für den elektrischen Motor beinhaltet; eine Stromkompensationsschaltung innerhalb des geschlossenen Regelkreis-Stromsteuersystems, um ein Stromkompensationssignal bereitzustellen, um einen Strombefehl für den elektrischen Motor einzustellen, wobei die Stromkompensationsschaltung aufweist: ein Kurzschlussstrom-Berechnungsglied, um einen Kurzschlussstromwert bereitzustellen, basierend auf der Motortemperatur und der Motorgeschwindigkeit; ein Kompensationsverstärkungs-Berechnungsglied, um einen Verstärkungskompensationswert bereitzustellen, basierend auf der Motorgeschwindigkeit; und eine Schaltung, um den Motorstrom, den Kurzschlussstromwert und den Verstärkungs-Kompensationswert zu kombinieren, um das Stromkompensationssignal bereitzustellen.
16. Fahrzeug nach Ausführungsform 15, wobei das Kurzschlussstrom-Berechnungsglied eine zweidimensionale Lookup-Tabelle beinhaltet, um eine i_q-Komponente für den Kurzschlussstromwert bereitzustellen.
17. Fahrzeug nach Ausführungsform 16, wobei die zweidimensionale Lookup-Tabelle, um eine i_q-Komponente des Kurzschlussstromwertes bereitzustellen, i_q-Werte beinhaltet, welche durch die Gleichung berechnet sind:
18. Fahrzeug nach Ausführungsform 15, wobei das Kurzschlussstrom-Berechnungsglied eine zweidimensionale Lookup-Tabelle beinhaltet, um eine i_d-Komponente des Kurzschlussstromwertes bereitzustellen.
19. Fahrzeug nach Ausführungsform 18, wobei die zweidimensionale Lookup-Tabelle, um eine i_d-Komponente des Kurzschlussstromwertes bereitzustellen, i_d-Werte beinhaltet, welche durch die Gleichung berechnet sind:
20. Fahrzeug nach Ausführungsform 15, wobei das geschlossene Regelkreis-Stromsteuersystem einen Wechselrichter steuert, welcher an eine Batterie und den elektrischen Motor gekoppelt ist.

Claims

Verfahren, welches aufweist: Bereitstellen eines Stromkompensationssignals für ein geschlossenes Regelkreis-Stromsteuersystem für einen Motor eines Fahrzeugs, basierend auf gemessenen Strömen in dem Motor, der Motorgeschwindigkeit und der Motortemperatur; und Einstellen eines Strombefehlssignals, wobei das Stromkompensationssignal benutzt wird, um den Strom zu steuern, welcher für den Motor des Fahrzeugs bereitgestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen eines Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen eines Kurzschlussstromwertes aufweist, wobei die Motorgeschwindigkeit und die Motortemperatur benutzt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bereitstellen des Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen eines Kompensationsverstärkungswertes aufweist, wobei die Motortemperatur benutzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bereitstellen des Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen des Stromkompensationssignals aus dem Kurzschlussstromwert und dem Kompensationsverstärkungswert aufweist.
Verfahren, welches aufweist: Abtastung eines elektrischen Motors während des Betriebes, um gemessenen Motorstrom, Motortemperatur und Motorgeschwindigkeit bereitzustellen; Bereitstellen eines Stromkompensationssignals, basierend auf dem gemessenen Motorstrom, der Motortemperatur und der Motorgeschwindigkeit; Einstellen eines Strombefehlssignals, um ein eingestelltes Strombefehlssignal bereitzustellen; Bearbeiten des eingestellten Strombefehlssignals in einem geschlossenen Regelkreis-Stromsteuersystem, um den Betrieb des elektrischen Motors zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bereitstellen des Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen eines Kurzschlussstromwertes aufweist, wobei die Motorgeschwindigkeit und die Motortemperatur benutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Bereitstellen des Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen eines Kompensationsverstärkungswertes aufweist, wobei die Motortemperatur benutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Bereitstellen des Stromkompensationssignals ferner das Bestimmen des Stromkompensationssignals aus dem Kurzschlussstromwert und dem Kompensationsverstärkungswert aufweist.
Fahrzeug, welches aufweist: einen elektrischen Motor; Sensoren, welche an den elektrischen Motor gekoppelt sind, um wenigstens den Motorstrom, die Motortemperatur und die Motorgeschwindigkeit abzutasten; ein Fahrzeugsteuerglied, welches an die Sensoren gekoppelt ist und welches ein geschlossenes Regelkreis-Stromsteuersystem für den elektrischen Motor beinhaltet; eine Stromkompensationsschaltung innerhalb des geschlossenen Regelkreis-Stromsteuersystems, um ein Stromkompensationssignal bereitzustellen, um einen Strombefehl für den elektrischen Motor einzustellen, wobei die Stromkompensationsschaltung aufweist: ein Kurzschlussstrom-Berechnungsglied, um einen Kurzschlussstromwert bereitzustellen, basierend auf der Motortemperatur und der Motorgeschwindigkeit; ein Kompensationsverstärkungs-Berechnungsglied, um einen Verstärkungskompensationswert bereitzustellen, basierend auf der Motorgeschwindigkeit; und eine Schaltung, um den Motorstrom, den Kurzschlussstromwert und den Verstärkungs-Kompensationswert zu kombinieren, um das Stromkompensationssignal bereitzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das geschlossene Regelkreis-Stromsteuersystem einen Wechselrichter steuert, welcher an eine Batterie und den elektrischen Motor gekoppelt ist.