DE102012224299A1 - Wechselrichtersteuerungssystem und Verfahren zum Verringern von Geräuschen in einem umweltfreundlichen Fahrzeug - Google Patents

Wechselrichtersteuerungssystem und Verfahren zum Verringern von Geräuschen in einem umweltfreundlichen Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Es wird hierin ein System und Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters offenbart, um Geräusche in einem umweltfreundlichen Fahrzeug zu. verringern. In dem Verfahren wird zumindest eines von einem derzeitigen Motordrehmoment und einer derzeitigen Motordrehzahl in Echtzeit überwacht. Es wird bestimmt, ob das zumindest eine von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl einem auf eine derzeitige Schaltfrequenz eingestellten Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht. Es wird ein geänderter Schaltfrequenzwert entsprechend dem zumindest einem von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl berechnet, wenn das zumindest eine von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht. Ein PWM-Signal wird unter Verwendung des geänderten Schaltfrequenzwertes erzeugt, um einen Wechselrichter zu steuern.

Description

  • HINTERGRUND
  • (a) Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters in einem umweltfreundlichen Fahrzeug. Sie betrifft insbesondere ein System und Verfahren, das ein durch die Schaltfrequenz eines Wechselrichters verursachtes Geräusch durch Ändern des Frequenzbereichs des erzeugten Geräusches gemäß der Wechselrichter-Schaltfrequenz eines umweltfreundlichen Fahrzeugs verringert.
  • (b) Stand der Technik
  • Im Allgemeinen verwenden umweltfreundliche Fahrzeuge, darunter reine Elektrofahrzeuge (Electric Vehicles – EV), Hybrid-Elektrofahrzeuge (Hybrid Electric Vehicles – HEV) und Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (Fuell Cell Electric Vehicles – FCEV) einen Elektromotor als zumindest eine Antriebsquelle zum Fahren. Insbesondere verwenden umweltfreundliche Fahrzeuge einen Wechselrichter, um einen in einer Hauptbatterie gespeicherten Gleichstrom in einen Drei-Phasen-Wechselstrom umzuwandeln, um einen Motor anzutreiben, und um eine Antriebskraft des Motors an ein oder mehrere Antriebsräder des Fahrzeugs zuzuführen.
  • In umweltfreundlichen Fahrzeugen wird kinetische Energie in elektrische Energie durch regeneratives Bremsen beim Verzögern umgewandelt und elektrische Energie wird in der Regel in einer Batterie gespeichert. Danach wird die in der Batterie gespeicherte Energie zum Antreiben eines Motors wiederverwendet, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
  • In einem Motor-System, das sowohl einen Wechselrichter als auch einen Motor umfasst, von einem umweltfreundlichen Fahrzeug wird oft ein Hochfrequenzgeräusch während einem Fahren/regenerativen Fahren erzeugt, wenn der Wechselrichter in Betrieb steht.
  • Wenn die Schaltfrequenz des Wechselrichters 4 kHz beträgt, befindet sich das während dem Fahren erzeugte Geräusch innerhalb eines Bereichs von 2 kHz bis 5 kHz, der für menschliche Ohren am empfindlichsten ist. Wenn ein solches Geräusch auftritt, kann dies beim Fahrer oder einem Beifahrer für Unbehagen sorgen.
  • Es werden Abschnitte, wo Geräusche häufig auftreten, innerhalb von ungefähr 2 kHz bis 5 kHz konzentriert (d. h., der Bereich zwischen den gestrichelten Linien).
  • Dementsprechend besteht ein Bedarf für ein System und Verfahren zum Verschieben des Frequenzbereichs des Geräusches aus einem Bereich zwischen 2 kHz bis 5 kHz (siehe Konturkurve für gleiche Lautstärke), der dafür bekannt ist, dass er am empfindlichsten für das Ohr ist.
  • Die obigen in diesem Hintergrundabschnitt offenbarten Informationen dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein System und Verfahren bereit, das ein durch eine Schaltfrequenz eines Wechselrichters verursachtes Geräusch durch Ändern des Frequenzbereichs des erzeugten Geräusches gemäß der Wechselrichter-Schaltfrequenz eines umweltfreundlichen Fahrzeugs verringert.
  • In einer Ausgestaltung stellt die vorliegende Erfindung ein System und Verfahren zum Steuern, durch eine Steuerung, eines Wechselrichters bereit, um ein Geräusch in einem umweltfreundlichen Fahrzeug zu verringern. Genauer gesagt umfasst das Verfahren: Überwachen, durch die Steuerung, von zumindest einem von einem derzeitigen Motordrehmoment und einer derzeitigen Motordrehzahl in Echtzeit; Bestimmen, durch die Steuerung, ob das zumindest eine von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl einem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht, der auf eine derzeitige Schaltfrequenz eingestellt ist; Berechnen, durch die Steuerung, eines geänderten Schaltfrequenzwertes entsprechend dem zumindest einem von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl, wenn das zumindest eine von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht; und Erzeugen, durch die Steuerung, eines Pulsbreitenmodulations-(Pulse Width Modulation)Signals unter Verwendung des geänderten Schaltfrequenzwertes, um einen Wechselrichter zu steuern.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann das Bestimmen, ob das derzeitige Motordrehmoment dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht, ein Bestimmen, ob das derzeitige Motordrehmoment dem Motordrehmomentbereich entspricht, unter Verwendung eines Drehmoment-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeldes umfassen, das einen Motordrehmomentbereich, in dem ein Geräusch mit erzeugt wird, in Bezug auf jede Schaltfrequenz einstellt.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Bestimmen, ob die derzeitige Motordrehzahl dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht, ein Bestimmen, ob die derzeitige Motordrehzahl dem Motordrehzahlbereich entspricht, unter Verwendung eines Drehzahl-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeldes umfassen, das einen Motordrehzahlbereich, in dem ein Geräusch erzeugt wird in Bezug auf jede Schaltfrequenz einstellt.
  • In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Berechnen des geänderten Schaltfrequenzwertes ein Verwenden einer Drehzahl-Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle umfassen, die die geänderten Schaltfrequenzwerte mit Bezug auf jedes Motordrehmoment und jede Motordrehzahl festlegt, um die geänderte Schaltfrequenz entsprechend dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl zu berechnen.
  • In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Berechnen des geänderten Schaltfrequenzwertes ein Verwenden einer Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle umfassen, die die geänderten Schaltfrequenzwerte mit Bezug auf jedes Motordrehmoment festlegt, um die geänderte Schaltfrequenz entsprechend dem derzeitigen Motordrehmoment zu berechnen.
  • In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Berechnen des geänderten Schaltfrequenzwertes ein Verwenden einer Drehzahl-Schaltfrequenz-Tabelle umfassen, die die geänderten Schaltfrequenzwerte mit Bezug auf jede Motordrehzahl festlegt, um die geänderte Schaltfrequenz entsprechend der derzeitigen Motordrehzahl zu berechnen.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wenn entweder das derzeitige Motordrehmoment oder die derzeitige Motordrehzahl von dem Bereich mit auftretenden Geräuschen, der auf die derzeitige Schaltfrequenz eingestellt ist, abweicht, kann die Schaltfrequenz zu einer Basis-Schaltfrequenz, die voreingestellt wird, zurückkehren.
  • Weitere Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf deren bestimmte beispielhafte Ausführungsformen ausführlich beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, welche nachfolgend lediglich der Veranschaulichung dienen und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind, wobei:
  • 1 zeigt eine Ansicht, die eine Änderung einer Schaltfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2 zeigt eine Ansicht, die ein Steuerungssystem, in dem eine variable Steuerung der Schaltfrequenz durchgeführt wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • 4 zeigt eine Ansicht, die eine Verifizierung eines Eintritts in den Bereich mit auftretenden Geräuschen, Änderung der Schaltfrequenz, Erzeugung einer Dreieckswelle und Pulsbreitenmodulations-(PWM)Signalerzeugungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
    Die in den Zeichnungen dargelegten Bezugszeichen umfassen einen Bezug auf die folgenden Elemente wie sie nachfolgend erläutert werden:
  • Bezugszeichenliste
    • 11
    Echtzeit-Überwachungseinheit
    12
    Strombefehlsgenerator
    13
    Stromregler
    14, 18
    Koordinatenwandler
    15
    PWM-Signalgenerator
    16
    PWM-Wechselrichter
    17
    Motor
    19
    Drehzahlrechner
    21
    Drehmoment-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeld
    22
    Drehzahl-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeld
    23
    Drehzahl-Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle
  • Es sollte beachtet werden, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, die der Veranschaulichung der Grundsätze der Erfindung dienen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorte und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anmeldung und der Arbeitsumgebung bestimmt.
  • In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung überall in den einzelnen Figuren der Zeichnungen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Nachfolgend wird nun ausführlich auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unterhalb beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es zu beachten, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, die Erfindung auf jene beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern ebenso verschiedenste Alternativen, Abänderungen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, welche innerhalb dem Geist und dem Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen bestimmt ist, umfasst sein können.
  • Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird).
  • Darüber hinaus versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
  • Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
  • Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
  • Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff ”ungefähr”, wie er hierin verwendet wird, derart verstanden, dass er innerhalb eines Bereichs mit normgemäßer Toleranz im Stand der Technik liegt, zum Beispiel innerhalb 2 Standardabweichungen der Mittelwerte. ”Ungefähr” kann derart verstanden werden, dass es innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Werts liegt. Soweit es sich nicht anderweitig aus dem Kontext ergibt, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff ungefähr verändert.
  • Die obigen und weiteren Merkmale der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, so dass ein Fachmann auf dem Gebiet die vorliegende Erfindung ohne Schwierigkeiten ausführen kann,
  • Die vorliegende Erfindung ist vorgesehen, um so viel Lärm wie möglich zu verhindern, der von einer Wechselrichter-Schaltfrequenz in umweltfreundlichen Fahrzeugen entsteht, und betrifft ein Wechselrichter-Steuerungssystem und -Verfahren, die das Auftreten von Geräuschen, auf die ein Fahrer oder ein Beifahrer empfindlich reagiert, durch einfaches Verbessern der Steuerlogik anstelle von Hinzufügen oder Ändern der Hardware wie zum Beispiel Geräusch-/Schwingungs-Schutzpolster minimiert, um während der Fahrt von umweltfreundlichen Fahrzeugen erzeugte Wechselrichter-Geräusche zu beseitigen.
  • Insbesondere ist das Wechselrichter-Steuerungsverfahren dadurch gekennzeichnet, dass Geräusche minimiert werden können durch Verwenden eines Systems und Verfahrens zum Verändern des Frequenzbereichs von erzeugten Geräuschen, die durch die Schaltfrequenz verursacht werden (z. B. Verschieben des Frequenzbereichs von Geräuschen aus einem Geräusch-Frequenzbereich (z. B. ungefähr 2 kHz bis ungefähr 5 kHz), durch Überwachen, durch eine Steuerung, von Informationen über zumindest eines von einem derzeitigen Motordrehmoment und einer derzeitigen Motordrehzahl in Echtzeit, Verifizieren, durch die Steuerung, eines Eintritts in einen Bereich mit auftretenden Geräuschen unter Verwendung der Informationen über zumindest eines von dem überwachten Motordrehmoment und der überwachten Motordrehzahl, und Ändern, durch die Steuerung, einer derzeitigen Wechselrichter-Schaltfrequenz in einen vorgegebenen Wert gemäß dem Motordrehmoment, der Motordrehzahl oder dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl, sobald der Eintritt in den Bereich mit auftretenden Geräuschen verifiziert ist.
  • Wenn die Wechselrichter-Schaltfrequenz verändert wird, können die Geräuscheigenschaften dazu verändert werden, wodurch der Frequenzbereich von auftretenden Wechselrichter-Geräuschen verändert werden kann. Basierend auf solch einem Prinzip, da die Wechselrichter-Schaltfrequenz gemäß den Fahrzuständen eines Fahrzeugs geeignet verändert wird, kann die Frequenz von Geräuschen, die für die meisten Fahrer oder Beifahrer als unangenehm empfunden wird, verändert werden und somit können Geräusche, auf die ein Fahrer oder ein Beifahrer empfindlich reagiert, minimiert werden.
  • 1 zeigt eine Ansicht, die eine Änderung einer Schaltfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 zeigt eine Ansicht, die ein Steuerungssystem, in dem eine variable Steuerung der Schaltfrequenz durchgeführt wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 4 zeigt eine Ansicht, die eine Verifizierung eines Eintritts in den Bereich mit auftretenden Geräuschen, Änderung der Schaltfrequenz, Erzeugung einer Dreieckswelle und Pulsbreitenmodulations-(PWM)Signalerzeugungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Wie in 1 gezeigt, kann in einem Wechselrichter-Steuerungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Geräuschfrequenzbereich durch Ändern der Wechselrichter-Schaltfrequenz in einem Abschnitt mit auftretenden Geräuschen variiert werden, wenn sich das Fahrzeug im EV-Modus befindet.
  • Insbesondere kann der Frequenzbereich der auftretenden Wechselrichter-Geräusche durch variables Steuern der Wechselrichter-Schaltfrequenz gemäß den Fahrzuständen (z. B. derzeitiges Motordrehmoment und derzeitige Motordrehzahl) eines Fahrzeugs verändert werden.
  • 1 zeigt, dass die Wechselrichter-Geräusche durch Ändern der Schaltfrequenz überwunden werden können und die Schaltfrequenz kann über den gesamten Abschnitt des regenerativen Bremsvorganges verändert werden. Jedoch, wie unten beschrieben, da die Schaltfrequenz nach einem Bestimmen, dass das Motordrehmoment und die Motordrehzahl dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entsprechen, muss die Schaltfrequenz nicht notwendigerweise über den gesamten Abschnitt des regenerativen Bremsvorganges, wie in 1 gezeigt, verändert werden, sondern kann nur mit dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl entsprechend dem Zustand des Bereichs mit auftretenden Geräuschen verändert werden.
  • In dieser Ausführungsform können Informationen über zumindest eines von einem derzeitigen Motordrehmoment und einer derzeitigen Motordrehzahl in Echtzeit überwacht werden und dann kann ein Eintritt in einen Bereich mit auftretenden Geräuschen durch die Steuerung unter Verwendung der Informationen über zumindest eines des überwachten Motordrehmoments und der überwachten Motordrehzahl verifiziert werden. Wenn der Eintritt in den Bereich mit auftretenden Geräuschen verifiziert ist, kann eine derzeitige Wechselrichter-Schaltfrequenz in einen vorgegebenen Wert gemäß dem Motordrehmoment, der Motordrehzahl oder dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl verändert werden. In diesem Verfahren, obwohl die Informationen in Bezug auf zumindest eines des derzeitigen Motordrehmoments und der derzeitigen Motordrehzahl verwendet werden, werden die folgenden Ausführungsformen als ein Fall beschrieben, wo das Motordrehmoment und die Motordrehzahl beide verwendet werden. Auch sollte jeder Fall, wo nur die Informationen in Bezug auf das Motordrehmoment verwendet werden, oder nur die Informationen in Bezug auf die Motordrehzahl verwendet werden, derart ausgelegt werden, dass sie innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung fallen.
  • 2 stellt ein Verfahren zum Überwachen des Motordrehmoments (Tmot) und der Motordrehzahl (ωrpm) beim Fahren eines Fahrzeugs durch eine Echtzeit-Überwachungseinheit 11 in der Steuerung, ein Verfahren zum Verifizieren, dass das derzeitige Motordrehmoment und die derzeitige Motordrehzahl dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entsprechen, unter Verwendung eines Drehmoment-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeldes 21 und eines Drehzahl-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeldes 22, ein Verfahren zum Ändern der Schaltfrequenz, wenn sie dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht, und ein Verfahren zum Erzeugen eines PWM-Signals an einem PWM-Signalgenerator 15 unter Verwendung der geänderten Schaltfrequenz dar.
  • Unter Bezugnahme auf 3, in einem System und Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, kann die Steuerung (über die Echtzeit-Überwachungseinheit) die Fahrzustände, d. h., das derzeitige Motordrehmoment (Tmot) und die derzeitige Motordrehzahl (ωrpm) bei Eintreten des Fahrzeugs in einen EV-Modus überwachen (S11).
  • Anschließend, nachdem der Wechselrichter eingeschaltet wird (S12), bestimmt die Steuerung unter Verwendung des Drehmoment-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeldes 21 und des Drehzahl-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeldes 22, ob das derzeitige Motordrehmoment (Tmot) und die derzeitige Motordrehzahl (ωrpm) dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entsprechen (S13 und S14). Wenn bestimmt wird, dass sowohl das Motordrehmoment (Tmot) als auch die Motordrehzahl (ωrpm) bei der derzeitigen Schaltfrequenz dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entsprechen, kann die Schaltfrequenz geändert werden. Wenn entweder das Motordrehmoment oder die Motordrehzahl von dem Bereich mit auftretenden Geräuschen abweicht, kann die Schaltfrequenz zu der Basis-Schaltfrequenz zurückkehren.
  • Im Falle einer Abweichung von dem eingestellten Bereich mit auftretenden Geräuschen, wenn die derzeitige Schaltfrequenz die Basis-Schaltfrequenz (z. B. ungefähr 4 kHz) ist, die in dem entsprechenden Wechselrichter-System eingestellt wird, kann die Basis-Schaltfrequenz beibehalten werden. Wenn jedoch eine vorherige Schaltfrequenz bereits auf eine andere Frequenz als die Basis-Schaltfrequenz variabel gesteuert worden ist, da es hier keine Befürchtungen gibt, dass ein unangenehmes Geräusch erzeugt wird, kann die vorher geänderte Schaltfrequenz zu der Basis-Schaltfrequenz zurückkehren.
  • In dieser Ausführungsform stellen das Drehmoment-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeld 21 und das Drehzahl-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeld 22 Kennfelder dar, die unter Verwendung von Daten erzeugt und gespeichert werden, die erlangt werden, nachdem jeweils vorausgehende Tests bei Motoren mit den gleichen Spezifikationen durchgeführt werden. Diese Daten können in einem Speicher einer Steuerung oder einer anderen Speichervorrichtung, auf die die Steuerung Zugriff hat, wie zum Beispiel einen Remote-Server, einer Festplatte etc. gespeichert werden. Das Drehmoment-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeld 21 und das Drehzahl-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeld 22 umfassen Daten, die einen Drehmomentbereich und einen Drehzahlbereich, in denen Geräusche eines Bereichs (z. B. ungefähr 2 kHz bis ungefähr 5 kHz), auf die Menschen empfindlich reagieren, auftreten können, mit Bezug auf jede Schaltfrequenz einstellen. Somit wird unter Verwendung der beiden Kennfelder 21 und 22, die den Motordrehmomentbereich und den Motordrehzahlbereich einstellen, in denen Geräusche eines bestimmten Frequenzbereichs (z. B. ungefähr 2 kHz bis ungefähr 5 kHz) auftreten, bestimmt, ob das derzeitige Motordrehmoment (Tmot) und die derzeitige Motordrehzahl (ωrpm) dem Motordrehmomentbereich und dem Motordrehzahlbereich der derzeitigen Schaltfrequenz entsprechen.
  • Das durch die Steuerung überwachte Motordrehmoment (Tmot) kann ein Drehmomentbefehl (Te*) sein, der in einen Strombefehlsgenerator (Erzeugen von d-Achsen- und q-Achsen-Strombefehlen) für eine Echtzeit-Motorsteuerung eingegeben wird, oder kann ein Motordrehmomentwert sein, der durch einen Sensor in dem Motor tatsächlich gemessen wird. Auch kann die durch die Steuerung überwachte Motordrehzahl (ωrpm) eine Motordrehzahl sein, die in Echtzeit durch einen Drehzahldetektor erfasst wird. Zum Beispiel kann wie in 2 gezeigt, die Motordrehzahl (ωrpm) eine Motordrehzahl sein, die aus einem Drehzahlrechner 19 auf der Grundlage einer absoluten Winkellage (θ) berechnet wird, die durch einen Drehmelder (R) eines Motors 17 berechnet wird.
  • In einer typischen Motorsteuerung kann die absolute Winkellage (θ) durch den in dem Motor 17 angebrachten Drehmelder (R) erfasst werden und kann in den Drehzahlrechner (Differenzierer) 19 eingegeben werden, um die Motordrehzahl (ωrpm) durch den Steuerungsprozessor zu berechnen. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Motordrehzahl (ωrpm) verwendet werden, um einen Eintritt in den Bereich mit auftretenden Geräuschen bei der derzeitigen Schaltfrequenz wie oberhalb beschrieben zu bestimmen, und kann ebenfalls verwendet werden, um die Schaltfrequenz in der Steuerung wie oberhalb beschrieben zu variieren. Andererseits, wenn sowohl das derzeitige Motordrehmoment (Tmot) als auch die Motordrehzahl (ωrpm) dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entsprechen, wie in 3 dargestellt, kann ein Verfahren zum Ändern der Schaltfrequenz fortfahren (S15).
  • Das Verfahren zum Ändern der Schaltfrequenz kann ein Verfahren zum Erhalten, durch die Steuerung, einer Schaltfrequenz entsprechend dem derzeitigen Motordrehmoment (Tmot) und der derzeitigen Motordrehzahl (ωrpm) von einer Drehzahl-Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle 23, wie in 4 gezeigt, umfassen. Somit, wenn die Wechselrichter-Schaltfrequenz auf eine vorgegebene Schaltfrequenz gemäß dem derzeitigen Motordrehmoment (Tmot) und der derzeitigen Motordrehzahl (ωrpm) geändert wird, kann die geänderte Schaltfrequenz an den PWM-Signalgenerator 15 zugeführt werden, um eine Dreieckswellen-Oszillatorsignal auf der Grundlage des geänderten Schaltfrequenzwertes zu erzeugen, und dann kann ein PWM-Signal erzeugt werden (siehe 4). Da die Erzeugung des Dreieckswellen-Oszillatorsignals und des PWM-Signals auf der Grundlage der Schaltfrequenz im Stand der Technik bekannt ist, wird hierin eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Jedoch kann in diesem Ausführungsbeispiel die Schaltfrequenz gemäß dem derzeitigen Motordrehmoment (Tmot) und der derzeitigen Motordrehzahl (ωrpm) unter Verwendung der Drehzahl-Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle 23 variiert werden und das PWM-Signal kann auf der Grundlage des geänderten Schaltfrequenzwertes erzeugt werden. In diesem Fall kann ein Einschalten/Ausschalten eines Schaltelements in dem PWM-Wechselrichter gemäß dem PWM-Signal gesteuert werden.
  • Die Drehzahl-Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle 23 kann Daten umfassen, die innerhalb der Steuerung (oder einer anderen zugreifbaren Speichervorrichtung, z. B. ein Remote-Server oder eine Festplatte) vorab gespeichert werden, um die Schaltfrequenz in Echtzeit zu variieren, und können aus vorausgehenden Tests erhalten werden, die bei Motoren mit den gleichen Spezifikationen durchgeführt werden. Auch kann die Drehzahl-Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle 23 Daten erhalten, in denen geänderte Schaltfrequenzwerte mit Bezug auf jedes Motordrehmoment und jede Motordrehzahl festgelegt werden.
  • 2 zeigt eine typische Systemkonfiguration, einschließlich eines Strombefehlsgenerators 12 zum Erzeugen von d-Achsen- und q-Achsen-Strombefehlen id* und iq*, eines Stromreglers 13 zum Erzeugen von d-Achsen- und q-Achsen-Spannungsbefehlen Vd* und Vq*, eines d-q/Drei-Phasen-Koordinatenwandlers 14 zum Erhalten von Drei-Phasen-Spannungsbefehlen Va*, Vb* und Vc*, und eines d-q/Drei-Phasen-Koordinatenwandlers 18 für einen d-Achsen-Rückkopplungsstrom (id) und einen q-Achsen-Rückkopplungsstrom (iq). Da jedoch diese Konfiguration im Stand der Technik bekannt ist, wird hierin eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Somit wird der Frequenzbereich von erzeugten Geräuschen gemäß der Wechselrichter-Schaltfrequenz durch Ändern der derzeitigen Wechselrichter-Schaltfrequenz variiert, wenn ein Eintritt in den Bereich mit auftretenden Geräuschen unter Verwendung des Motordrehmoments und der Motordrehzahl, die in Echtzeit überwacht werden, verifiziert wird. In diesem Fall, da die Geräuschfrequenz aus dem Frequenzbereich, auf den ein Mensch empfindlich reagiert, verschoben wird, kann ein Fahrer oder ein Beifahrer Geräusche nicht wahrnehmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Geräusch-/Schwingungs-Schutzpolster oder ein Geräusch-/Schwingungs-Schutzelement separat vorgesehen werden. Auch kann eine einfache Steuerlogik (z. B. Programmbefehle) hinzugefügt werden, um ein Unbehagen eines Fahrers oder eines Beifahrers ohne Ändern der Konstruktion zu verringern. Auch wenn die Schaltfrequenz hoch ist, kann das Wechselrichtergeräusch verringert werden, und wenn die Schaltfrequenz niedrig ist, kann die Effizienz des Wechselrichters und die Kraftstoffeffizienz verbessert werden. In diesem Fall, wenn die Basis-Schaltfrequenz in dem gesamten Betriebsbereich hoch eingestellt ist, um das Wechselrichtergeräusch zu verringern, können die Effizienz des Wechselrichters und die Kraftstoffeffizienz verringert werden.
  • Somit kann, wenn die Schaltfrequenz variabel auf eine optimale Schaltfrequenz in Echtzeit gemäß den Fahrzuständen (z. B. derzeitiges Motordrehmoment und derzeitige Motordrehzahl) eines Fahrzeugs geändert wird, im Vergleich zu einem Fall, wo die Basis-Schaltfrequenz hoch eingestellt ist, die Kraftstoffeffizienz maximiert und das Wechselrichtergeräusch verringert werden.
  • Wenn die Geräuschfrequenz verändert wird, ist ein Auftreten von Geräuschen in einem Bereich von ungefähr 2 kHz bis ungefähr 5 kHz, auf den ein menschliches Ohr empfindlich reagiert, verglichen mit einem typischen Fall in hohem Maße verringert.
  • Gemäß einem Wechselrichter-Steuerungssystem und -Verfahren der vorliegenden Erfindung können Wechselrichtergeräusche durch Verifizieren eines Eintritts in einen Bereich mit auftretenden Geräuschen unter Verwendung eines Motordrehmoments und einer Motordrehzahl, die in Echtzeit überwacht werden, und Ändern der Geräuschfrequenz durch einen variablen Betrieb einer Wechselrichter-Schaltfrequenz minimiert werden. Insbesondere können Geräusche, die eine Unbehaglichkeit für einen Fahrer oder einen Beifahrer darstellen können, nur durch Hinzufügen einer einfachen Steuerlogik ohne Anbringen eines Geräusch-/Schwingungs-Schutzpolsters oder einer separaten Vorrichtung zum Verhindern von Geräuschen/Schwingungen, oder Ändern des Aufbaus oder der Konstruktion der Hardware verbessert werden. Da außerdem ein variabler Betrieb auf der Grundlage einer optimalen Schaltfrequenz gemäß den Fahrzuständen eines Fahrzeugs durchgeführt wird, kann verglichen dazu, wenn eine Basis-Schaltfrequenz hoch eingestellt ist, das Wechselrichtergeräusch verringert werden und die Kraftstoffeffizienz kann maximiert werden.
  • Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen davon ausführlich beschrieben. Allerdings wird der Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den Grundsätzen und dem Geist der Erfindung abzuweichen, wobei deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten festgelegt ist.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters, um ein Geräusch in einem umweltfreundlichen Fahrzeug zu verringern, das Verfahren aufweisend: Überwachen, durch eine Steuerung, von zumindest einem von einem derzeitigen Motordrehmoment und einer derzeitigen Motordrehzahl in Echtzeit; Bestimmen, durch die Steuerung, ob das zumindest eine von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl einem auf eine eingestellte Schaltfrequenz eingestellten Bereich mit auftreten Geräuschen entspricht; Berechnen, durch die Steuerung, eines geänderten Schaltfrequenzwertes entsprechend dem zumindest einem von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl, wenn das zumindest eine von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht; Erzeugen, durch die Steuerung, eines Pulsbreitenmodulations-(Pulse Width Modulation – PWM)Signals unter Verwendung des geänderten Schaltfrequenzwertes, um einen Wechselrichter zu steuern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen, ob das derzeitige Motordrehmoment dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht, ein Bestimmen, ob das derzeitige Motordrehmoment dem Motordrehmomentbereich entspricht, unter Verwendung eines Drehmoment-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeldes aufweist, das einen Motordrehmomentbereich, in dem ein Geräusch erzeugt wird, mit Bezug auf jede Schaltfrequenz einstellt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen, ob die derzeitige Motordrehzahl dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht, ein Bestimmen, ob die derzeitige Motordrehzahl dem Motordrehzahlbereich entspricht, unter Verwendung eines Drehzahl-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeldes aufweist, das einen Motordrehzahlbereich, in dem ein Geräusch erzeugt wird, mit Bezug auf jede Schaltfrequenz einstellt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des geänderten Schaltfrequenzwertes ein Verwenden einer Drehzahl-Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle aufweist, die die geänderten Schaltfrequenzwerte mit Bezug auf jedes Motordrehmoment und Motordrehzahl festlegt, um die geänderte Schaltfrequenz entsprechend dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl zu berechnen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des geänderten Schaltfrequenzwertes ein Verwenden einer Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle aufweist, die die geänderten Schaltfrequenzwerte mit Bezug auf jedes Motordrehmoment festlegt, um die geänderte Schaltfrequenz entsprechend dem derzeitigen Motordrehmoment zu berechnen.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des geänderten Schaltfrequenzwertes ein Verwenden einer Drehzahl-Schaltfrequenz-Tabelle aufweist, die die geänderten Schaltfrequenzwerte mit Bezug auf jede Motordrehzahl festlegt, um die geänderte Schaltfrequenz entsprechend der derzeitigen Motordrehzahl zu berechnen.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn entweder das derzeitige Motordrehmoment oder die derzeitige Motordrehzahl von dem auf die derzeitige Schaltfrequenz eingestellten Bereich mit auftretenden Geräuschen abweicht, die Schaltfrequenz zu einer Basis-Schaltfrequenz, die voreingestellt ist, zurückkehrt.
  8. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium, das Programmbefehle umfasst, die durch eine Steuerung ausgeführt werden, um Geräusche von einem Wechselrichter in einem umweltfreundlichen Fahrzeug zu verringern, wobei das computerlesbare Medium aufweist: Programmbefehle, die zumindest eines von einem derzeitigen Motordrehmoment und einer derzeitigen Motordrehzahl in Echtzeit überwachen; Programmbefehle, die bestimmen, ob das zumindest eine von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl einem auf eine derzeitige Schaltfrequenz eingestellten Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht; Programmbefehle, die einen geänderten Schaltfrequenzwert entsprechend dem zumindest einen von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl berechnen, wenn das zumindest eine von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht; und Programmbefehle, die ein Pulsbreitenmodulations-(PWM)Signal unter Verwendung des geänderten Schaltfrequenzwertes erzeugen, um einen Wechselrichter zu steuern.
  9. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen, ob das derzeitige Motordrehmoment dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht, ein Bestimmen, ob das derzeitige Motordrehmoment dem Motordrehmomentbereich entspricht, unter Verwendung eines Drehmoment-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeldes aufweist, das einen Motordrehmomentbereich, in dem ein Geräusch erzeugt wird, mit Bezug auf jede Schaltfrequenz einstellt.
  10. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 8, wobei die Programmbefehle, die bestimmen, ob die derzeitige Motordrehzahl dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht, Programmbefehle aufweisen, die unter Verwendung eines Drehzahl-Schaltfrequenz-Geräuschbereich-Kennfeldes, das einen Motordrehzahlbereich, in dem ein Geräusch erzeugt wird, mit Bezug auf jede Schaltfrequenz einstellt, bestimmen, ob die derzeitige Motordrehzahl dem Motordrehzahlbereich entspricht.
  11. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 8, wobei die Programmbefehle, die den geänderten Schaltfrequenzwert berechnen, eine Drehzahl-Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle verwenden, die die geänderten Schaltfrequenzwerte mit Bezug auf jedes Motordrehmoment und Motordrehzahl festlegt, um die geänderte Schaltfrequenz entsprechend dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl zu berechnen.
  12. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 8, wobei die Programmbefehle, die den geänderten Schaltfrequenzwert berechnen, die Verwendung einer Drehmoment-Schaltfrequenz-Tabelle aufweisen, die die geänderten Schaltfrequenzwerte mit Bezug auf jedes Motordrehmoment festlegt, um die geänderte Schaltfrequenz entsprechend dem derzeitigen Motordrehmoment zu berechnen.
  13. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 8, wobei die Programmbefehle, die den geänderten Schaltfrequenzwert berechnen, eine Drehzahl-Schaltfrequenz-Tabelle verwenden, die die geänderten Schaltfrequenzwerte mit Bezug auf jede Motordrehzahl festlegt, um die geänderte Schaltfrequenz entsprechend der derzeitigen Motordrehzahl zu berechnen.
  14. Nichtflüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 8, wobei, wenn entweder das derzeitige Motordrehmoment oder die derzeitige Motordrehzahl von dem auf die derzeitige Schaltfrequenz eingestellten Bereich mit auftretenden Geräuschen abweicht, die Schaltfrequenz zu einer Basis-Schaltfrequenz, die voreingestellt wird, zurückkehrt.
  15. Steuerung, die ein Geräusch von einem Wechselrichter in einem umweltfreundlichen Fahrzeug verringert, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um: zumindest eines von einem derzeitigen Motordrehmoment und einer derzeitigen Motordrehzahl in Echtzeit zu überwachen; zu bestimmen, ob das zumindest eine von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl einem auf eine derzeitige Schaltfrequenz eingestellten Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht; einen veränderten Schaltfrequenzwert entsprechend dem zumindest einem von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl zu berechnen, wenn das zumindest eine von dem derzeitigen Motordrehmoment und der derzeitigen Motordrehzahl dem Bereich mit auftretenden Geräuschen entspricht, und ein Pulsbreitenmodulations-(PWM)Signal unter Verwendung des geänderten Schaltfrequenzwertes zu erzeugen, um einen Wechselrichter zu steuern.
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