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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Steuerungsgerät eines Wechselstrom-(AC-)Motors.
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In den letzten Jahren sind Elektro- und Hybridfahrzeuge, die durch einen Wechselstrom-(AC-)Motor angetrieben werden, Fokus der Aufmerksamkeit im Hinblick auf ihre vorteilhaften Merkmale, die einer gesellschaftlichen Forderung nach niedrigem Kraftstoffverbrauch und niedrigem Abgasemissionen entsprechen.
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Beispielsweise sind in einigen Elektrofahrzeugen der Wechselstrommotor und eine Gleichstromleistungsquelle einer Sekundärbatterie mittels einer Motorsteuerungseinrichtung verbunden, die einen Umrichter aufweist. Der Wechselstrommotor wird durch Umwandeln einer Gleichspannung der Gleichstromleistungsquelle in eine Wechselspannung mit dem Umrichter angetrieben. In einigen Hybridfahrzeugen sind zwei Wechselstrommotoren und die Gleichstromleistungsquelle der Sekundärbatterie mittels der Motorsteuerungsseinrichtung verbunden, die den Umrichter aufweist, um die Wechselstrommotoren durch Umwandlung einer Gleichspannung der Gleichstromleistungsquelle in eine Wechselspannung mit dem Umrichter anzutreiben.
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Die Steuerungssysteme derartiger Wechselstrommotoren in den Elektro- und Hybridfahrzeugen erfassen zwei oder mehr elektrische Phasenströme in dem Dreiphasen-Wechselstrommotor durch zwei oder mehr elektrische Stromsensoren. Auf der Grundlage des anhand der Sensoren erfassten elektrischen Stroms wird der Wechselstrommotor gesteuert. Da jedoch mehrere elektrische Stromsensoren für einen Wechselstrommotor vorgesehen sind, wird eine Verringerung der Größe, des Volumens und der Kosten der Dreiphasen-Ausgangsanschlüsse als auch des Motorsteuerungssystems insgesamt behindert.
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Ein Versuch zur Verringerung der Kosten des Wechselstrommotorsteuerungssystems ist beispielsweise in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.: 2001-145398 (Patentdokument 1) offenbart, die dem
US-Patent Nr.: 6229719 entspricht. Patentdokument 1 offenbart eine Verringerung der Anzahl der elektrischen Stromsensoren durch Erfassung des elektrischen Stroms einer der drei Phasen in dem Wechselstrommotor (d. h. der U-Phase) über einen Stromsensor. Insbesondere werden auf der Grundlage des in einer Phase (d. h. der U-Phase) durch den Stromsensor erfassten elektrischen Stroms und den elektrischen Stromschätzwerten der anderen zwei Phasen (d. h. V-, W-Phasen) in einem vorhergehenden Zyklus ein d-Achsen-Stromschätzwert (d. h. ein elektrischer Erregungsursprungs-Stromschätzwert) und ein elektrischer q-Achsen-Stromschätzwert (d. h. einen elektrischen Drehmomentursprungs-Stromschätzwert) berechnet. Auf der Grundlage der geglätteten Werte des elektrischen d-Achsen-Stromschätzwerts und des elektrischen q-Achsen-Stromschätzwerts, an denen eine Durchschnittsbildung durch ein Verzögerungsfilter erster Ordnung durchgeführt werden kann (d. h. geglättet werden können), werden die elektrischen Stromschätzwerte in den anderen zwei Phasen ebenfalls berechnet, um den Wechselstrommotor durch Verwendung des elektrischen q-Achsen-Stromschätzwerts (oder unter Verwendung sowohl des elektrischen d-Achsen-Stromschätzwerts als auch des elektrischen q-Achsen-Stromschätzwerts) zu steuern.
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Die Technik gemäß Patentdokument 1 ermöglicht eine Verringerung im Volumen und in den Kosten des Umrichters durch Festlegen einer einzelnen Phase, in der der elektrische Strom erfasst wird, wobei lediglich ein elektrischer Stromsensor für einen Wechselstrommotor verwendet wird. Jedoch kann in Abhängigkeit von einer Betriebsbedingung des Wechselstrommotors eine derartige Technik nicht eine ausreichend stabile elektrische Stromschätzgenauigkeit zur Steuerung des Wechselstrommotors bieten. Weiterhin kann eine unzureichende Schätzgenauigkeit des elektrischen Stroms für den Wechselstrommotor beispielsweise zu einer verschlechterten Ausgangsdrehmomentgenauigkeit und einem instabilen Ausgangsdrehmoment aufgrund instabiler Zufuhr des elektrischen Stroms führen, und kann weiterhin zu einer Zerstörung des Wechselstrommotors und des Umrichters aufgrund eines anormalen elektrischen Stroms und/oder eine anormalen elektrischen Spannung führen. Genauer kann, da der Wechselstrommotor in dem Elektro- oder Hybridfahrzeug in verschiedenen Bedingungen, die von einer Fahrzeugparkbedingung bis zu einer Hochgeschwindigkeitsfahrt (d. h. von keinem Drehmoment bis zu einem maximalen Drehmoment) reichen, die unzureichende Schätzgenauigkeit problematisch sein. Eine derartige unzureichende Schätzgenauigkeit kann ebenfalls in anderen Arten von Vorrichtungen problematisch sein.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ein Steuerungsgerät eines Wechselstrommotors anzugeben, das mit einem elektrischen Stromsensor zur Erfassung eines elektrischen Stroms in einer von vielen Phasen des Wechselstrommotors ausgerüstet ist. Das Steuerungsgerät verhindert eine Verschlechterung der Schätzgenauigkeit eines Ausgangsdrehmoments des Wechselstrommotors, um eine stabile Steuerung des Wechselstrommotors durch Verbesserung der Stromschätzgenauigkeit für den Wechselstrommotor zu ermöglichen.
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Das Gerät gemäß Patentdokument 1 schätzt einen elektrischen d-Achsen-Stromschätzwert und einen elektrischen q-Achsen-Stromschätzwert auf der Grundlage von (i) dem elektrischen Stromerfassungswert in einer Phase, der durch den elektrischen Stromsensor erfasst wird, und (ii) elektrischen Stromschätzwerten der anderen Phasen in einem vorhergehenden Zyklus. Die elektrischen Stromschätzwerte in den anderen zwei Phasen (d. h. in Nicht-Sensorphasen) werden auf der Grundlage der geglätteten Werte berechnet, die durch Glätten des elektrischen d-Achsen-Stromschätzwerts und des elektrischen q-Achsen-Stromschätzwerts (d. h. zur Verkürzung der elektrischen d/q-Stromschätzwerte) hergeleitet werden.
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Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nach eigenen intensiven Studien herausgefunden, dass die vorstehend beschriebene Technik gemäß Patentdokument 1 eine hohe Schätzgenauigkeit des elektrischen Stroms bei einer extrem niedrigen Drehzahl des Wechselstrommotors bietet, jedoch nicht eine ausreichende Schätzgenauigkeit des elektrischen Stroms bei höheren Drehzahlen bietet. Das heißt, dass der elektrische Stromschätzwert sich in einer Phasenverzögerungsrichtung und in einer Richtung der Verringerung des absoluten Werts verschiebt, was stetig einen größeren Schätzfehler verursacht. Ob es möglich ist, korrekt einen konstanten d/q-Achsen-Stromwert zu schätzen, falls die Schätzwerte in dem Schätzprozess als eine Anfangsbedingung als Null eingestellt werden (d. h. Nullschätzwert der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte), hängt vom Beginn des Schätzwertprozesses ab.
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Als Ergebnis der Studien haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung gefunden, dass ein Grund für eine derartige Erhöhung des stetigen Schätzfehlers in der Verzögerung der Phasen der elektrischen Stromschätzwerte der anderen zwei Phasen in einem vorhergehenden Zyklus liegt, die für die Berechnung der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte verwendet werden.
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Die elektrischen d/q-Stromschätzwerte in den anderen zwei Phasen, die Wechselstromwerte synchron mit dem Rotationswinkel des Wechselstrommotors sind, haben eine Phasenverzögerung gegenüber dem elektrischen Stromerfassungswert in einer Phase, die in dem gegenwärtigen Zyklus erfasst wird, da der Wechselstrommotor in einem Prozess zwischen dem vorhergehenden Zyklus und dem gegenwärtigen Zyklus sich dreht, was eine derartige Änderung des Rotationswinkels verursacht.
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Wenn daher die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte durch Durchführung der dq-Umwandlung auf der Grundlage des elektrischen Stromerfassungswerts in der einen Phase und der elektrischen Stromschätzwerte in den anderen zwei Phasen berechnet werden, verursacht eine Nichtübereinstimmung der Phase zwischen der einen Phase des elektrischen Stromerfassungswerts und der anderen zwei Phasen der elektrischen Stromschätzwerte den elektrischen Stromschätzfehler, oder ein Fehler von dem vorhergehenden Zyklus wird unverändert beibehalten, um einen stetigen Schätzfehler zu verursachen, wodurch die Schätzgenauigkeit verschlechtert wird.
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Weiterhin haben als Ergebnis der Studien die Erfinder der vorliegenden Anmeldung ebenfalls gefunden, dass die Berechnungsfehler, die mit der Technik gemäß Patentdokument 1 assoziiert sind, ebenfalls eine Erhöhung des stetigen Schätzfehlers verursachen. Insbesondere führt die Technik gemäß Patentdokument 1 wiederholt zu einem vorbestimmten Intervall durch: (A) eine dq-Umwandlung zur Berechnung der d-q-Achsen-Stromschätzwerte auf der Grundlage (i) des durch den Stromsensor erfassten elektrischen Stromschätzwerts in einer Phase und (ii) Stromschätzwerte der anderen zwei Phasen in einem vorhergehenden Zyklus, (B) einen Glättungsprozess zum Glätten der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte und (C) eine invertierte dq-Umwandlung zur Berechnung der elektrischen Stromschätzwerte der anderen zwei Phasen auf der Grundlage der geglätteten d/q-Achsen-Stromschätzwerte. Dementsprechend werden Multiplikationen und Divisionen mehr als 10 Mal in einer Berechnungszeit wiederholt, um die dq-Umwandlung, den Glättungsprozess und die invertierte dq-Umwandlung durchzuführen, wodurch verursacht wird, dass der Berechnungsfehler akkumuliert wird.
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Anders ausgedrückt verursachen die Berechnungsfehler von nominalen Werten, die üblicher Weise an sich nicht problematisch sind, kumulativ den stetigen Schätzfehler, da die Fehler, die aus dem vorhergehenden Zyklus der Stromschätzung herrühren, in einem Rückkopplungskreis strukturell in dem gegenwärtigen Zyklus der Schätzung akkumuliert werden. Das heißt, dass die akkumulierten Fehler nicht ignoriert werden können, wobei derartige Fehler durch einen geeigneten Rundungsprozess verringert werden können, jedoch im Prinzip nicht auf Null verringert werde können.
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Weiterhin kann die durchgeführte Berechnung eine starke Last für die Prozessoren sein und kann ein Beschränkungsfaktor für die Kapazität des Prozessors in der Steuerungseinrichtung des Wechselstrommotors werden.
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Daher verbessert gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ein Steuerungsgerät eines Wechselstrommotors die Genauigkeit der Schätzung eines elektrischen Stroms des Wechselstrommotors. Das Steuerungsgerät ist für einen Wechselstrommotor, der einen Dreiphasen-Wechselstrommotor und eine elektrische Stromerfassungseinrichtung zur Erfassung eines elektrischen Stroms als einen elektrischen Stromerfassungswert in einer Sensorphase aufweist, die eine von drei Phasen des Dreiphasen-Wechselstrommotors ist.
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Das Steuerungsgerät weist eine elektrische Stromschätzeinheit auf, die zu einem vorbestimmten Intervall wiederholt eine invertierte dq-Umwandlung, eine dq-Umwandlung und einen Korrekturprozess durchführt, um elektrische d/q-Achsen-Stromschätzwerte zu bestimmen.
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Die invertierte dq-Umwandlung berechnet einen elektrischen Stromschätzwert der Sensorphase auf der Grundlage des elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerts eines vorhergehenden Zyklus. Die dq-Umwandlung berechnet elektrische d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte auf der Grundlage eines elektrischen Stromschätzfehlers der Sensorphase. Der elektrische Stromschätzfehler wird aus dem durch die invertierte dq-Umwandlung berechneten elektrischen Stromschätzwert der Sensorphase und dem durch die elektrische Stromerfassungseinrichtung erfassten elektrischen Stromerfassungswert der Sensorphase hergeleitet.
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Der Korrekturprozess berechnet die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte in dem rotierenden Koordinatensystem des Wechselstrommotors für einen gegenwärtigen Zyklus durch Korrektur der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte des vorhergehenden Zyklus durch Verwendung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte, die durch die dq-Umwandlung bestimmt werden.
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In einer derartigen Konfiguration sind die elektrischen Stromschätzwerte des vorhergehenden Zyklus, die in der gegenwärtigen Berechnung verwendet werden, die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte, die nicht die elektrischen Stromschätzwerte der anderen zwei Phasen sind. Wie es beschrieben ist, ist die Phasenverzögerung durch die Synchronisation der elektrischen Stromschätzwerte der anderen zwei Phasen mit dem Rotationswinkel des Wechselstrommotors verursacht, die sich konstant als Wechselstromwerte ändern. Die dq-Umwandlung zur Umwandlung eines derartigen Wechselstromwerts in einen Gleichstromwert entfernt den Rotationswinkelfaktor auf der Grundlage des Rotationswinkels, wodurch die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte als die Gleichstromwerte gewonnen werden. Daher wird, selbst wenn eine Änderung in dem Rotationswinkel aufgrund der Rotation des Wechselstrommotors in einem Übergang zwischen dem vorhergehenden Zyklus und dem gegenwärtigen Zyklus verursacht wird, kein Fehler wie eine Phasenverzögerung verursacht.
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Weiterhin hat der elektrische Stromschätzwert der Sensorphase, der aus der invertierten dq-Umwandlung auf der Grundlage der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte des vorhergehenden Zyklus hergeleitet wird, seine Berechnungsbasis in den Informationen bezüglich des Rotationswinkels des Motors in dem gegenwärtigen Zyklus. Daher wird eine Phasenanpassung zwischen der Phase des elektrischen Stromschätzwerts der Sensorphase für den gegenwärtigen Zyklus und des elektrischen Stromerfassungswerts der Sensorphase für den gegenwärtigen Zyklus ermöglicht. Somit wird die Möglichkeit eines stetigen Fehlers in der Schätzung entfernt (d. h. ein elektrischer Stromschätzfehler oder ein ”Überbleibsel” eines derartigen Fehlers aus dem vorhergehenden Zyklus in der Schätzung wird entfernt).
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In einer derartigen Weite wird die Phasenverzögerung der elektrischen Stromschätzwerte in der anderen Phase relativ zu dem elektrischen Stromerfassungswert in der Sensorphase, die den stetigen Schätzfehler verursacht, verhindert. Daher wird durch die Einzelphasenerfassung des elektrischen Stroms die Schätzgenauigkeit der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte verbessert, was eine verbesserte Genauigkeit des elektrischen Stromschätzwerts in dem Wechselstrommotor ermöglicht, ohne dass Volumen- und Kostenreduktionserfordernisse des Umrichters beeinträchtigt werden.
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Im Gegensatz zu der Technik in Patentdokument 1, die die elektrischen Stromschätzwerte in den zwei anderen Phasen auf der Grundlage von (i) der dq-Umwandlung auf der Grundlage von drei Phasen, einer aus dem elektrischen Stromerfassungswert aus dem elektrischen Stromsensor und zwei aus dem elektrischen Stromschätzwert in den zwei anderen Phasen in dem vorhergehenden Zyklus, und (ii) der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte, erzielt weiterhin die vorliegende Offenbarung eine Verringerung der Anzahl von Multiplikationsberechnungen, indem die Berechnung zur Verwendung von lediglich der dq-Umwandlung und der invertierten dq-Umwandlung der Sensorphasenkomponente ausgestaltet ist. Daher wird die Verarbeitungslast der Steuerungsschaltung also auch ein Einfluss von Berechnungsfehlern verringert, so dass die Schätzgenauigkeit des elektrischen Stroms verbessert wird.
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Weiterhin kann die elektrische Stromschätzeinheit, wenn die dq-Umwandlung durchgeführt wird, die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte des gegenwärtigen Zyklus auf der Grundlage eines Wertes berechnen, der als ein Produkt des elektrischen Stromschätzfehlers der Sensorphase und einer Verstärkung berechnet wird.
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Auf diese Weise wird, wenn ein Glättungsprozess zum Glätten der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte einbezogen wird, kann zum Verhindern einer steilen Änderung der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte auf der Grundlage der Verhinderung einer steilen Änderung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte der Glättungsprozess auf einen Glättungsprozess vereinfacht werden, bei dem der elektrische Stromschätzfehler mit einer Verstärkung multipliziert wird. Somit wird eine Verringerung der Anzahl von Multiplikationsberechnungen von zwei (in dem Glättungsprozess der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte) auf lediglich eine (in der Multiplikation des elektrischen Stromschätzfehlers in der Sensorphase mit der Verstärkung) erzielt. Das heißt, dass die Verarbeitungslast und der Berechnungsfehler weiter verringert werden.
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Weiterhin kann eine Leistungszufuhr für den Wechselstrommotor auf der Grundlage der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte gesteuert werden. Die vorliegende Offenbarung verhindert die Verschlechterung der Genauigkeit des Ausgangsdrehmoments aus dem Wechselstrommotor durch genaues Steuern der Leistungszufuhr für den Wechselstrommotor durch Verwenden der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte, wodurch eine stabile Steuerung des elektrischen Stroms in dem Wechselstrommotor ermöglicht wird.
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Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines Antriebssystem eines Hybridfahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung,
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2 ein Blockschaltbild eines Wechselstrom-(AC-)Motorsteuerungssystems des Antriebssystems,
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3 ein Blockschaltbild einer Stromregelung des Wechselstrommotorsteuerungssystems,
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4 ein Blockschaltbild einer Stromschätzeinheit des Wechselstrommotorsteuerungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung,
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5 ein Flussdiagramm einer Stromschätzroutine, die durch eine Motorsteuerungsschaltung durchgeführt wird,
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6A und 6B graphische Darstellungen eines Stromschätzwerts, der durch die Stromschätzeinheit gemäß 4 bestimmt wird,
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7 ein Blockschaltbild eines Systems, das einen Stromschätzwert bestimmt, als ein Vergleichsbeispiel,
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8A und 8B graphische Darstellungen des Stromschätzwerts, der durch das System gemäß 7 als das Vergleichsbeispiel bestimmt wird, und
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9 ein Blockschaltbild eines Antriebssystems eines Batteriefahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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Beispiele der vorliegenden Offenbarung sind nachstehend als eine Anwendung bei einem Hybridfahrzeug beschrieben, dass durch einen Wechselstrom-(AC-)Motor und einer Brennkraftmaschine angetrieben wird.
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Die vorliegende Offenbarung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Ein Antriebssystem eines Hybridfahrzeugs ist in 1 veranschaulicht. Das Antriebssystem weist eine Maschine 1, einen Wechselstrommotor 13A (einen ersten Motor) und einen Wechselstrommotor 13B (einen zweiten Motor) auf. Die Antriebsleistung zum Antrieb von Rädern 2 des Fahrzeugs kommt aus den Wechselstrommotoren 13A und 13B und wird auf eine Welle des Wechselstrommotors 13B übertragen, die mit einem Ausgang aus der Maschine 1 kombiniert ist. Insbesondere ist die Kurbelwelle der Maschine 1 mit der Welle des Wechselstrommotors 13A und mit der Welle des Wechselstrommotors 13B durch einen Leistungsaufteilungsmechanismus 3 (beispielsweise ein Planetengetriebe) verbunden, und ist die Welle des Wechselstrommotors 13B weiterhin mit einer Achse 5 über ein Differentialgetriebe 4 verbunden.
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Die Wechselstrommotoren 13A und 13B sind mit einer Gleichstromleistungsquelle 11 über eine Motorsteuerungseinrichtung 6 verbunden, die beispielsweise einen Umrichter 12 und eine Motorsteuerungsschaltung 16 (2) aufweist. Die Leistungsquelle 11, die eine Sekundärbatterie sein kann, kann den Gleichstrom für die Wechselstrommotoren 13A und 13B zuführen oder kann den Gleichstrom empfangen, der aus den Wechselstrommotoren 13A und 13B durch die Motorsteuerungseinrichtung 6 zurückgeführt (d. h. geladen) wird.
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Das Antriebssystem des Hybridfahrzeugs weist ebenfalls eine Antriebsleistungsberechnungseinrichtung 7 auf, die das Hybridfahrzeug steuert. Die Antriebsleistungsberechnungseinrichtung 7, die ein Computer oder eine ähnliche Komponente ist, erfasst eine Antriebsbedingung des Fahrzeugs durch Lesen von Signalen aus verschiedenen Sensoren und Vorrichtungen, wie einem Fahrpedalsensor (Beschleunigungssensor), einem Bremsschalter und einem Schalt-Schalter.
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Die Antriebsleistungsberechnungseinrichtung 7 sendet und empfängt ein Steuerungssignal und ein Datensignal zu und von einer Maschinensteuerungsschaltung, die den Betrieb der Maschine 1 steuert, und der Motorsteuerungsschaltung 16, die den Betrieb der Wechselstrommotoren 13A und 13B steuert. Die Antriebsleistungsberechnungseinrichtung 7 steuert die Antriebsleistung der Maschine 1 und der Wechselstrommotoren 13A und 13B durch Ausgabe eines Antriebsleistungsanforderungswerts entsprechend der Antriebsbedingung des Fahrzeugs.
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Ein Wechselstrommotorsteuerungssystem in dem Hybridfahrzeug ist nachstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Die Steuerungssysteme der Wechselstrommotoren 13A und 13B sind im Wesentlichen dieselben. Daher bezeichnet die nachfolgende Beschreibung die Motoren 13A und 13B einfach als Wechselstrommotoren 13.
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Die Gleichstromleistungsquelle 11, die als eine Sekundärbatterie ausgeführt ist, ist mit dem Umrichter 12 einer Dreiphasen-Spannungssteuerungsbauart verbunden, und der Umrichter 12 treibt den Wechselstrommotor 13 (d. h. einen Elektromotor) an. Weiterhin kann der Umrichter 12 mit der Gleichstromleistungsquelle 11 beispielsweise über einen Spannungsverstärkungswandler verbunden sein.
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Der Wechselstrommotor 13 ist ein Dreiphasen-Permanentmagnet-Synchronmotor, der einen eingebauten Permanentmagneten aufweist, und ist mit einem Rotorpositionssensor 14 versehen, der eine Rotationsposition (d. h. einen Rotationswinkel) des Rotors erfasst. Weiterhin erfasst ein Stromsensor 15 einen elektrischen Strom in einer Phase (d. h., die nachstehend als ”Sensorphase” beschrieben ist) unter mehreren Phasen des Wechselstrommotors 13. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der elektrische Strom in der W-Phase als die Sensorphase durch den Stromsensor 15 erfasst. Weiterhin kann der Wechselstrommotor 13 ein Induktionsmotor oder ein Synchronmotor anderer Bauarten anstelle des Permanentmagnet-Synchronmotors sein.
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Der Umrichter 12 treibt den Wechselstrommotor 13 durch Umwandeln einer Gleichspannung in Dreiphasen-Wechselspannungen U, V und W entsprechend 6-Zweigspannungsanweisungssignalen UU, UL, VU, VL, WU, WL an.
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Die Motorsteuerungsschaltung 16 führt eine Drehmomentsteuerung durch Justieren der Wechselspannung, die an den Wechselstrommotor 13 angelegt wird, derart durch, dass ein Ausgangsdrehmoment des Wechselstrommotors 13 derart gesteuert wird, dass es ein Solldrehmoment (d. h. einen angewiesenen Drehmomentwert) annimmt.
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Zur Steuerung der Abweichung zwischen einem elektrischen Stromanweisungswert und einem elektrischen Stromschätzwert, bei dem der elektrische Stromschätzwert auf dem angewiesenen Drehmomentwert beruht und der elektrische Schätzwert auf einen Ausgang des Stromsensors 15 beruht, wird eine Stromregelung (F/B-Steuerung) der Leistungszufuhr für den Wechselstrommotor 13 in der nachfolgenden Weise durchgeführt.
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Gemäß 3 berechnet die Motorsteuerungsschaltung 16 einen angewiesenen elektrischen Stromvektor entsprechend beispielsweise einem Kennfeld oder einer Gleichung auf der Grundlage eines angewiesenen Drehmomentwerts (trq*). Der angewiesene elektrische Stromvektor ist in einem Rotorkoordinatensystem (d. h. einem rotierenden d-q-Koordinatensystem), das an dem Rotor des Wechselstrommotors 13 eingestellt ist, als eine Kombination eines elektrischen d-Achsen-Stromanweisungswerts (id*) und eines elektrischen q-Achsen-Stromanweisungswerts (iq*) dargestellt.
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Ein elektrischer Winkel (eθ) wird auf der Grundlage der Rotorposition (mθ) des Wechselstrommotors 13 berechnet, die durch den Rotorpositionssensor 14 erfasst wird. Auf der Grundlage des elektrischen Winkels (eθ) des Wechselstrommotors 13 und des elektrischen Stromerfassungswerts (iw.sns) der Sensorphase (d. h. der W-Phase), der durch den elektrischen Stromsensor 15 erfasst wird, berechnet eine elektrische Stromschätzeinheit 17 einen elektrischen Schätzstromvektor in dem rotierenden Koordinatensystem. Der elektrische Schätzstromvektor weist einen elektrischen d-Achsen-Stromschätzwert (id.est) und einen elektrischen q-Achsen-Stromschätzwert (iq.est) auf, die als der elektrische d/q-Achsen-Stromschätzwert (id.est, iq.est) bezeichnet werden können. Die elektrische Stromschätzeinheit 17 kann als eine elektrische Stromschätzungseinheit in Patentansprüchen bezeichnet werden.
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Ein Anweisungsspannungsvektor wird auf der Grundlage des elektrischen d-Achsen-Stromschätzwerts (id.est) und des elektrischen q-Achsen-Stromschätzwerts (iq.est) berechnet. Insbesondere wird ein d-Achsen-Spannungsanweisungswert (Vd) entsprechend beispielsweise einer PI-Steuerung berechnet, die eine Abweichung (Δid) zwischen dem elektrischen d-Achsen-Stromanweisungswert (id*) und dem elektrischen d-Achsen-Stromschätzwert (id.est) verringert. Gleichermaßen wird ein q-Achsen-Spannungsanweisungswert (Vq) entsprechend der PI-Steuerung derart berechnet, dass eine Abweichung Δiq zwischen dem elektrischen q-Achsen-Stromanweisungswert (iq*) und dem elektrischen q-Achsen-Stromschätzwert (iq.est) verringert wird. Der d-Achsen-Spannungsanweisungswert (Vd) und der q-Achsen-Spannungsanweisungswert (Vq) können als die angewiesene Spannungsanweisung (Vd, Vq) bezeichnet werden.
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Auf der Grundlage des Anweisungsspannungsvektors (Vd, Vq) und des elektrischen Winkels (eθ) des Wechselstrommotors 13 werden Dreiphasen-Spannungsanweisungswerte Vu, Vv, Vw berechnet. Die Werte Vu, Vv und Vw werden beispielsweise durch ein Sinuswellen-PWM-Steuerungsverfahren in Dreiphasen-6-Zweig-Spannungsanweisungssignale UU, UL, VU, VL, WU und WL umgewandelt und die Signale UU, UL, VU, VL, WU und WL werden zu dem Umrichter 12 ausgegeben. Auf diese Weise wird die Reglung der Leistungszufuhr für den Wechselstrommotor 13 durchgeführt, so dass die Abweichung zwischen den elektrischen Stromanweisungswerten (id*, iq*), die auf dem angewiesenen Drehmomentwert beruhen, und den elektrischen d/q-Stromschätzwerten (id.est, iq.est) verringert wird, die auf dem Ausgang des Sensors 15 beruhen.
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Unter Bezugnahme auf 7 ist ein Vergleichsbeispiel der Schätzung des elektrischen Stroms in dem Wechselstrommotor 13 auf der Grundlage der Untersuchungen der Erfinder gezeigt. In diesem Beispiel schätzt ein System gemäß 7 einen elektrischen Strom durch wiederholtes Durchführen einer dq-Umwandlung und einer invertieren dq-Umwandlung zur vorbestimmten Intervallen. Insbesondere berechnet die dq-Umwandlung die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte (id.est, iq.est) auf der Grundlage des elektrischen Stromerfassungswerts (iw.sns) in der W-Phase (d. h. der Sensorphase), der durch den Sensor 15 erfasst wird, und der elektrischen Stromschätzwerte (iu.est, iv.est) in den anderen zwei Phasen U und V in einem vorhergehenden Zyklus. Die invertierte dq-Umwandlung berechnet die elektrischen Stromschätzwerte (iu.est, iv.est) in den anderen zwei Phasen U und V auf der Grundlage geglätteter Werte (id.lpf, iq.lpf) durch Durchführung eines Tiefpassfilterungs-(TPF-)Prozesses (beispielsweise einen ”Abkühlungs-”(”Annealing-”)Prozesses oder eines Verzögerungsprozesses der ersten Ordnung) an den aus der dq-Umwandlung hergeleiteten elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte (id.est, iq.est).
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In dem Beispiel gemäß 7 ist die elektrische Stromschätzung genau, wenn die Frequenz des elektrischen Stroms (d. h. die Drehzahl des Wechselstrommotors 13) sehr niedrig ist. Jedoch haben die Erfinder gefunden, dass, wie es in 8A und 8B gezeigt ist, wenn die Frequenz des elektrischen Stroms (d. h. die Drehzahl des Wechselstrommotors 13) ansteigt, sich der elektrische Stromschätzwert in einer Phasenverzögerungsrichtung und in eine den absoluten Wert verringernde Richtung verschiebt, wodurch stetig ein größerer Schätzfehler verursacht wird.
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Als Ergebnis der Untersuchungen haben die Erfinder gefunden, dass die Ursache für einen derartigen Anstieg des stetigen Schätzfehlers die Verzögerung der Phase der elektrischen Stromschätzwerte der anderen zwei Phasen in einem vorhergehenden Zyklus sind, die für die Berechnung der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte (id.est, iq.est) verwendet werden.
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Insbesondere weisen die elektrischen Stromschätzwerte (iu.est, iv.est) in den anderen zwei Phasen, die Wechselstromwerte synchron mit dem elektrischen Winkel (eθ) des Wechselstrommotors 13 sind, eine Phasenverzögerung gegenüber den in der W-Phase (d. h. der Sensorphase) erfassten elektrischen Stromerfassungswerte (iw.sns) iθn dem gegenwärtigen Zyklus um eine Phasengröße von eθ auf, die eine Änderung in dem gegenwärtigen Zyklus ist, da der Wechselstrommotor 13 zwischen dem vorhergehenden Zyklus und dem gegenwärtigen Zyklus sich derart dreht, dass eine Änderung des elektrischen Winkels eθ verursacht wird.
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Daher verursacht, wenn die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte (id.est, iq.est) durch Durchführung der dq-Umwandlung auf der Grundlage des elektrischen Stromerfassungswerts (iw.sns) der Sensorphase und der elektrischen Stromschätzwerte (iu.est, iv.est) der anderen zwei Phasen berechnet wird, eine Nichtübereinstimmung der Phase zwischen dem elektrischen Stromerfassungswert (iw.sns) der Sensorphase und den elektrischen Stromschätzwerten (iu.est, iv.est) der anderen zwei Phasen den elektrischen Stromschätzfehler, der unverändert beibehalten wird, so dass ein stetiger Schätzfehler vorliegt, wodurch die Schätzgenauigkeit verschlechtert wird.
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Weiterhin erhöhen Berechnungsfehler, die mit dem System von 7 verbunden sind, ebenfalls den stetigen Schätzfehler. Insbesondere führt das System gemäß 7 wiederholt zu dem vorbestimmten Intervall die dq-Umwandlung, einen Glättungsprozess zum Glätten der elektrischen d/q-Stromschätzwerte (id.est, iq.est) und die invertierte dq-Umwandlung durch. Während der Berechnung werden Multiplikationen und Divisionen annähernd 12 Mal während eines Berechnungsdurchgangs verwendet: 6 Multiplikationen für die dq-Umwandlung, 2 Multiplikationen für den Glättungsprozess und 4 Multiplikationen für die invertierte dq-Umwandlung. Dementsprechend können die Berechnungsfehler, die einem Berechnungsdurchgang zugeordnet sind, der stetige Schätzfehler werden. Anders ausgedrückt verursachen die Berechnungsfehler, die nominale Werte sein können, die der Multiplikation und der Division zugeordnet sind, kumulativ einen derartigen stetigen Fehler, da die aus dem vorhergehenden Zyklus der elektrischen Stromschätzung herrührenden Fehler strukturell in dem gegenwärtigen Zyklus der Schätzung akkumuliert werden. Das heißt, die akkumulierten Fehler können in dem vorstehend beschriebenen System nicht ignoriert werden. Derartige Fehler können durch einen geeigneten Rundungsprozess reduziert werden, können jedoch im Prinzip nicht auf Null reduziert werden.
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Um den stetigen Schätzfehler zu verringern, wird anstelle der Durchführung des elektrischen Stromschätzprozesses durch Verwendung der elektrischen Stromschätzwerte (iu.est, iv.est) der anderen zwei Phasen in dem vorhergehenden Zyklus, die die Wechselstromwerte sind, der elektrische Stromschätzprozess durchgeführt als (i) die dq-Umwandlung auf der Grundlage des elektrischen Winkels (eθ) durch Verwendung durch des von dem elektrischen Stromsensor 15 erfassten elektrischen Stromerfassungswert (iw.sns) der Sensorphase, der ein Wechselstromwert ist, und der elektrischen Stromschätzwerte (iu.est, iv.est) der anderen zwei Phasen, und (ii) eine Berechnung zur Berechnung eines Schätzwerts auf der Grundlage der elektrischen d/q-Stromschätzwerte (id.lpf, iq.lpf) in dem vorhergehenden Zyklus, aus denen die Phasenkomponente synchron mit dem elektrischen Winkel (eθ) entfernt ist, der jetzt ein Gleichstromwert ist.
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Weiterhin wird zur Verringerung des stetigen Schätzfehlers, der der Berechnungsfehler ist, der mit der Multiplikation oder Division assoziiert ist, die Konfiguration der elektrischen Stromschätzung durch Verwendung der dq-Umwandlung und der invertierten dq-Umwandlung zu dem Nachstehenden geändert.
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Der elektrische Stromschätzprozess durch Verwendung der dq-Umwandlung und der invertierten dq-Umwandlung gemäß 7 ist durch die Gleichungen (1) und (2) wiedergegeben.
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Weiterhin ist in Gleichung (3) eine Differenz Δiw(n) zwischen iw.est(n) und iw.sns(n) vorgesehen und ist aus iw.est(n) hergeleitet, der der elektrische Stromschätzwert in der Sensorphase ist und iw.sns(n), der der elektrische Stromerfassungswert ist. Δiw(n) = iw.est(n) – iw.sns(n)
iw.sns(n) = iw.est(n) – Δiw(n) (3)
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Weiterhin wird durch Einsetzen von Gleichung (3) in Gleichung (1) die nachfolgende Gleichung (4) formuliert.
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In diesem Fall kann der Tiefpassfilter (TPF) von 7 beispielsweise durch einen Rundungsprozess erster Ordnung in der nachfolgenden Gleichung 5 ersetzt werden, in der Ksm ein Rundungskoeffizient ist und durch eine Zeitkonstante des TPF definiert ist, der ein Wert (d. h. ein Entwurfswert) ist, der gleich oder größer als 1 ist. id.lpf(n) = id.lpf(n – 1) + (id.est(n) – id.lpf(n – 1))/Ksm (5)
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Die Rundungsfunktion erster Ordnung verringert die Änderungsgröße gegenüber dem vorhergehenden Wert durch Dividieren, in dem zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung, der Differenz zwischen dem vorhergehenden Wert (d. h. ”(n – 1)”) und den gegenwärtigen Wert (d. h. ”(n)”) durch den Rundungskoeffizienten Ksm, wodurch der Wert geglättet wird. In Gleichung (4) ist, da die Differenz zwischen dem vorhergehenden Wert und den gegenwärtigen Wert auf der Grundlage des Schätzfehlers der Sensorphase (d. h. der W-Phase) in dem zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung berechnet wird, die Durchführung des Rundungsprozesses erster Ordnung an den elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerten id.est, iq.est äquivalent zu einem Dividieren des zweiten Terms auf der rechten Seite der Gleichung, der die Änderungsgröße ist, durch den Rundungskoeffizienten Ksm.
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Daher kann der elektrische Stromschätzprozess einschließlich TPF in die nachfolgende Gleichung (6) modifiziert werden.
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Dabei ist θw(n) ein Phasenwert der Sensorphase (d. h. der W-Phase), der beispielsweise eθ + 120° sein kann.
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Weiterhin können auf der Grundlage der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.est, iq.est in dem vorhergehenden Zyklus der elektrische Stromschätzwert iw.est(n) in der Sensorphase durch die nachfolgende Gleichung (7) wiedergegeben werden, der ein Wert ist, die von der invertierten d/q-Umwandlung lediglich für die Sensorphase hergeleitet wird.
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Im Hinblick auf das vorstehend beschriebene wird gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie es in 4 gezeigt ist, die elektrische Stromschätzeinheit 17 bereitgestellt, die wiederholt zu einem vorbestimmten Intervall T die invertierte dq-Umwandlung, die dq-Umwandlung und den Korrekturprozess durchführt. Auf der Grundlage der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus (d. h. ”(n – 1)”) berechnet die invertierte dq-Umwandlung den elektrischen Stromschätzwert der Sensorphase (iw.est). Die dq-Umwandlung berechnet die elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr auf der Grundlage eines Wertes Δiw.k, der ein Produkt des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw in der Sensorphase und einer Verstärkung ist (1/Ksm < 1). Der elektrische Stromschätzfehler Δiw wird hergeleitet aus (a) dem elektrischen Stromschätzwert iw.est in der Sensorphase aus der invertierten dq-Umwandlung und (b) dem durch den elektrischen Stromsensor 15 erfassten elektrischen Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase. Der Korrekturprozess berechnet die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des gegenwärtigen Zyklus (d. h. ”(n)”) durch Korrigieren der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus durch Verwendung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr aus der dq-Umwandlung.
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Entsprechend einer derartigen Konfiguration weist, selbst wenn sich der elektrische Winkel eθ aufgrund der Drehung des Wechselstrommotors zwischen den vorhergehenden Zyklus und dem gegenwärtigen Zyklus ändert, der elektrische Stromschätzwert in dem gegenwärtigen Zyklus keine Verzögerung der Phase auf, da der elektrische Stromschätzprozess in dem gegenwärtigen Zyklus auf der Grundlage der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus durchgeführt wird, die nicht elektrische Wechselstromwerte, sondern elektrische Gleichstromwerte sind.
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Da weiterhin der elektrische Stromschätzwert iw.est der Sensorphase durch Durchführen der invertierten dq-Umwandlung an den elektrischen Stromschätzwerten id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus auf der Grundlage des elektrischen Winkels eθ des gegenwärtigen Zyklus berechnet wird, weist ein derartiger Schätzwert iw.est eine übereinstimmende Phase mit dem durch den elektrischen Stromsensor 15 zu dem gegenwärtigen Berechnungsdurchgang erfassten elektrischen Stromerfassungswert iw.sns auf. Daher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein stetiger Schätzfehler vorliegt, signifikant verringert oder beseitigt. Das heißt, die Phasenverzögerung oder die nichtübereinstimmende Phase ist nicht länger ein Faktor, der den stetigen Schätzfehler beeinflusst.
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Weiterhin wird in den Schätzprozess (i) für die invertierte dq-Umwandlung eine Multiplikation zweimal durchgeführt, um den elektrischen Stromschätzwert iw.est in der Sensorphase auf der Grundlage der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus zu berechnen, (ii) wird eine Multiplikation einmal durchgeführt, um den Wert Δiw.k zu berechnen, der ein Produkt des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw in der Sensorphase und der Verstärkung 1/Ksm ist, und (iii) wird für die dq-Umwandlung eine Multiplikation zweimal durchgeführt, um die elektrischen Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr auf der Grundlage des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw.k zu berechnen, der die Verstärkung damit multipliziert aufweist. Daher ist die Anzahl der Multiplikationen etwa fünf, was weniger als die Hälfte der Multiplikationen des Systems gemäß 7 ist.
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Entsprechend dem vorstehend beschriebenen wird der TPF äquivalent mit dem Verstärkungsmultiplikationsprozess ersetzt, der den elektrischen Stromschätzfehler Δiw der Sensorphase mit einer Verstärkung 1/Ksm multipliziert, was eine weitere Verringerung der Gesamtanzahl der Multiplikationen ermöglicht, indem die Anzahl von Zwei vor dem Ersetzen zu einer Anzahl Eins nach dem Ersetzen verringert wird.
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Weiterhin werden, wir aus 4 hervorgeht, vor TPF die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte (id.est, iq.est) in der Berechnung nicht auftauchen. Daher können, falls es notwenig ist, die elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr, die auf der Grundlage des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw der Sensorphase vor der Verstärkungsmultiplikation berechnet werden, für die Korrektur verwendet werden.
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Die elektrische Stromschätzung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch die Motorsteuerungsroutine 16 als eine in 5 gezeigte elektrische Stromschätzroutine durchgeführt.
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Die elektrische Stromschätzroutine gemäß 5 wird während einer Einschaltzeitdauer der Motorsteuerungsschaltung 16 zu einem vorbestimmten Berechnungszyklus T in einer wiederholten Weise durchgeführt. Bei Beginn der Ausführung der Routine liest die Motorsteuerungsschaltung 16 den elektrischen Stromschätzwert iw.sns der Sensorphase (d. h. der W-Phase), der durch den elektrischen Stromsensor 15 erfasst wird, in 101 und liest den elektrischen Winkel eθ in 102. Der elektrische Winkel eθ wird anhand der Rotorposition mθ des Wechselstrommotors 13 erfasst, die durch den Rotorpositionssensor 14 erfasst wird.
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Die Motorsteuerungsschaltung 16 liest dann die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus in S103. In dem ersten Zyklus der Routine unmittelbar nach dem Start der Leistungszufuhr für die Schaltung 16, für den es keinen vorhergehenden Zyklus gibt, werden die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus jeweils auf Null eingestellt. Das heißt, die Anfangswerte von id.lpf und iq.lpf sind beide Null.
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Die Motorsteuerungsschaltung 16 führt dann die invertierte dq-Umwandlung in 104 durch. Insbesondere wird auf der Grundlage der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus der elektrische Stromschätzwert iw.est der Sensorphase (d. h. in der W-Phase) berechnet. In dieser invertierten dq-Umwandlung wird der elektrische Stromschätzwert iw.est der Sensorphase (d. h. in der W-Phase) berechnet.
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Der elektrische Stromschätzfehler Δiw der Sensorphase (d. h. in der W-Phase) wird dann in 105 als eine Differenz zwischen dem elektrischen Stromschätzwert iw.est der Sensorphase (d. h. in der W-Phase) und dem elektrischen Stromerfassungswert iw.sns der Sensorphase (d. h. in der W-Phase) berechnet, der durch den elektrischen Stromsensor 15 erfasst wird.
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Die Motorsteuerungsschaltung 16 berechnet dann Δiw.k in 106 durch Multiplizieren des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw der Sensorphase mit der Verstärkung 1/Ksm. Die dq-Umwandlung wird dann in 107 durchgeführt, um die elektrischen d/q-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr auf der Grundlage des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw.k der Sensorphase zu Berechnen, der ein Wert nach der Multiplikation mit der Verstärkung 1/Ksm ist. In dieser dq-Umwandlung werden die elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr berechnet.
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Die Motorsteuerungsschaltung 16 führt dann in 108 den Korrekturprozess durch, um die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des gegenwärtigen Zyklus zu berechnen. Insbesondere werden die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des gegenwärtigen Zyklus durch Korrektur der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus durch Verwendung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr berechnet.
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Die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des gegenwärtigen Zyklus werden dann in 109 ausgegeben. Die ausgegebenen Werte id.est, iq.est werden beispielsweise für die vorstehend beschriebene elektrische Stromregelung verwendet.
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Die Motorsteuerungsschaltung 16 speichert dann den elektrischen d-Achsen-Stromschätzwert id.lpf und den elektrischen q-Achsen-Stromschätzwert iq.lpf in dem Puffer (d. h. in einem Speicherbereich) in 110, bevor die Routine beendet wird. Die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte werden in dem nächsten Ausführungszyklus der Routine (d. h. in der nächsten Ausführungszeit des elektrischen Stromschätzprozesses) verwendet, in denen die Werte als die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte des vorhergehenden Zyklus dienen.
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Wie es vorstehend beschrieben worden ist berechnet die invertierte dq-Umwandlung den elektrischen Stromschätzwert iw.est der Sensorphase (d. h. in der W-Phase) auf der Grundlage der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus und berechnet die dq-Umwandlung die elektrischen d/q-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr auf der Grundlage des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw.k, der als ein Wert berechnet wird, der von einer Multiplikation des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw mit der Verstärkung 1/Ksm hergeleitet ist. Der elektrische Stromschätzfehler Δiw beruht auf iw.est der Sensorphase (d. h. in der W-Phase) anhand der invertierten dq-Umwandlung und iw.sns der Sensorphase (d. h. in der W-Phase), der durch den Sensor 15 erfasst wird. Nach der dq-Umwandlung berechnet der Korrekturprozess die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des gegenwärtigen Zyklus durch Korrektur der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus durch Verwendung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr aus der dq-Umwandlung.
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Entsprechend einer derartigen Konfiguration, wie sie in 6A und 6B gezeigt ist, weist, selbst wenn der elektrische Winkel eθ sich aufgrund der Drehung des Wechselstrommotors zwischen dem vorhergehenden Zyklus und dem gegenwärtigen Zyklus ändert, der elektrische Stromschätzprozess in dem gegenwärtigen Zyklus die Phasenverzögerung nicht auf, da der elektrische Stromschätzungsprozess in dem gegenwärtigen Zyklus auf der Grundlage der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus durchgeführt wird, die nicht elektrische Wechselstromwerte sondern elektrische Gleichstromwerte sind.
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Da weiterhin der elektrische Stromschätzwert iw.est in der Sensorphase durch Durchführung der invertierten dq-Umwandlung an den elektrischen Stromschätzwerten id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus auf der Grundlage des elektrischen Winkels eθ des gegenwärtigen Zyklus berechnet wird, weist der Schätzwert iw.est eine mit dem durch den elektrischen Stromsensor 15 zu dem gegenwärtigen Berechnungsdurchgang erfassten elektrischen Stromerfassungswert iw.sns übereinstimmende Phase auf. Daher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein stetiger Schätzfehler vorliegt, signifikant verringert oder beseitigt. Das heißt, die Phasenverzögerung oder die nichtübereinstimmende Phase ist nicht länger ein Faktor zum Beeinflussen des stetigen Schätzfehlers.
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Weiterhin wird in dem Schätzprozess (i) für die invertierte dq-Umwandlung eine Multiplikation zweimal zur Berechnung des elektrischen Stromschätzwerts iw.est auf der Grundlage der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf des vorhergehenden Zyklus durchgeführt, wird (ii) eine Multiplikation einmal zur Berechnung des Werts Δiw.k durchgeführt, der ein Produkt des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw der Sensorphase und der Verstärkung 1/Ksm ist, und wird (iii) für die dq-Umwandlung eine Multiplikation zweimal durchgeführt, um die elektrischen Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr auf der Grundlage des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw.k zu berechnen, der die Verstärkung damit multipliziert aufweist. Daher ist die Anzahl der Multiplikationen etwa fünf, was weniger als die Hälfte der Anzahl der Multiplikationen des Systems gemäß 7 ist.
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Durch das Erfassen des Stroms in einer einzelnen Phase wird die Schätzgenauigkeit zum Schätzen der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf verbessert, was zu einer verbesserten Genauigkeit des elektrischen Stromschätzwerts in dem Wechselstrommotor führt, ohne Beeinträchtigen des Volumens oder einer Kostenreduktionserfordernis des Umrichters. Die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf werden genauer bei verschiedenen Motordrehzahlen geschätzt, als die elektrischen Stromschätzwerte, die durch das System gemäß 7 bestimmt werden.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung berechnet die dq-Umwandlung die elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr auf der Grundlage des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw.k, der als ein Wert berechnet wird, der aus der Multiplikation des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw der Sensorphase mit der Verstärkung 1/Ksm hergeleitet wird. Daher wird eine steile Änderung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr verhindert, und wird somit eine steile Änderung der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf verhindert.
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Weiterhin ist Ksm in einem derartigen Rundungsprozess ein Rundungskoeffizient und ist ein Wert (d. h. ein Entwurfswert), der gleich oder größer als 1, so dass die Zeitkonstante des TPF als ein vorbestimmtes Berechnungsintervall T × Ksm definiert ist. Falls der Wert von Ksm gleich 1 ist, ist dieses Äquivalent zu einer Nichtverwendung des TPF.
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Da die Leistungszufuhr für den Wechselstrommotor 13 durch eine Regelung (F/B-Steuerung) der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf durchgeführt wird, die genau berechnet werden, wird die Abgabe des Drehmoments aus dem Wechselstrommotor 13 genau und stabil durch eine derartige Regelung des elektrischen Stroms gesteuert.
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Die direkte Schätzung der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf auf der Grundlage der elektrischen Stromerfassungswerte in einer Phase (d. h. der Sensorphase) und die Regelung des elektrischen Stroms für den Wechselstrommotor 13 auf der Grundlage einer derartigen direkten Schätzung verhindert im Prinzip eine sekundäre Fluktuation des Ausgangsdrehmoments, die durch Fehler bei Verstärkungen zwischen zwei oder mehr elektrischen Stromerfassungssensoren verursacht wird (d. h. die Drehmomentfluktuation aufgrund der Fluktuation des elektrischen d/q-Achsen-Stroms bei einer elektrischen Stromsekundärfrequenz wird verhindert).
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Durch Verwendung eines elektrischen Stromsensors in lediglich einer Phase (d. h. Erfassung des elektrischen Stroms in einer einzelnen Phase), beeinträchtigt der Fehler im Zusammenhang mit der Schätzgenauigkeit des elektrischen Stroms in dem Wechselstrommotor die Drehmomentfluktuation des Wechselstrommotors. Jedoch ist auf der Grundlage der vorliegenden Offenbarung die Drehmomentfluktuation des Wechselstrommotors 13 aufgrund der Verringerung des Fehlers in Zusammenhang mit der elektrischen Stromschätzung verringert, wodurch eine Vibration einer Vorrichtung mit einem Wechselstrommotorsteuerungssystem, das die Erfassung des elektrischen Stroms in einer einzelnen Phase verwendet, vermindert wird. Daher ist die Steuerung des fahrzeugeigenen Motors auf der Grundlage der vorliegenden Offenbarung insbesondere vorteilhaft zum Erzielen eines hohen Standards von Komfort und verbesserter Fahrbarkeit für den Fahrzeuginsassen.
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Die vorliegende Offenbarung kann in der nachfolgenden Weise geändert oder modifiziert werden.
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Die vorliegende Offenbarung stellt bereit, dass die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf durch Verwendung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte berechnet werden, die aus der dq-Umwandlung des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw.k der Sensorphase nach der Verstärkungsmultiplikation hergeleitet werden, was ermöglicht, dass die Werte id.lpf, iq.lpf äquivalent zu den geglätteten Werten aus einem TPF-Prozess sind. Außerdem werden derartige elektrische d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf, die äquivalent zu einem TPF-Prozess sind, für die Regelung des elektrischen Stroms verwendet und werden ebenfalls für den nächsten elektrischen Stromschätzprozess bei dem nächsten Berechnungsdurchgang als die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf aus dem vorhergehenden Zyklus verwendet. Die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte können in der nachfolgenden Weise geändert oder modifiziert werden.
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Beispielsweise können durch Weglassen des TPF-Prozesses die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.est, iq.est durch Verwendung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte berechnet werden, die aus der dq-Umwandlung des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw der Sensorphase hergeleitet werden. Die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.est, iq.est können für die Regelung des elektrischen Stroms verwendet werden und können ebenfalls für den elektrischen Stromschätzprozess bei dem nächsten Berechnungsdurchgang als die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.est, iq.est aus dem vorhergehenden Zyklus verwendet werden.
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Gemäß einer anderen Variation können die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf durch Verwendung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte berechnet werden, die aus der dq-Umwandlung des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw.k der Sensorphase nach der Verstärkungsmultiplikation hergeleitet werden, was ermöglicht, dass die Werte id.lpf, iq.lpf äquivalent zu den geglätteten Werten aus einem TPF-Prozess sind. Die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, die äquivalent zu dem TPF-Prozess sind, können für den nächsten elektrischen Stromschätzprozess bei dem nächsten Berechnungsdurchgang als die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf aus dem vorhergehenden Zyklus verwendet werden. Elektrische Vor-TPF-d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.est, iq.est können durch Verwendung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte berechnet werden, die aus der dq-Umwandlung des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw der Sensorphase hergeleitet werden, und derartige Vor-TPF-d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.est, iq.est können für die Regelung des elektrischen Stroms verwendet werden.
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Dementsprechend wird, wenn die dem TPF-Prozess äquivalenten elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf bei dem nächsten Berechnungsdurchgang als die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.lpf, iq.lpf aus dem vorherigen Zyklus verwendet werden, vorteilhaft die Stabilität der Regelung verbessert, indem eine steile Änderung der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte verhindert wird.
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Außerdem wird auf der Grundlage der Variationen, wenn die Vor-TPF-d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.est, iq.est für die Regelung des elektrischen Stroms verwendet werden, vorteilhafterweise die Steuerbarkeit der Regelung verbessert, indem eine größere Menge von Informationen in die Regelung des elektrischen Stroms einbezogen wird.
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Weiterhin sind in der zweiten Variation zwei d/q-Umwandlungen erforderlich: (1) die Umwandlung des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw.k der Sensorphase nach der Verstärkungsmultiplikation, um die elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte zu berechnen, und (2) die dq-Umwandlung des elektrischen Stromschätzfehlers Δiw der Sensorphase, um die elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte zu berechnen. Jedoch ist, selbst wenn zwei dq-Umwandlungen verwendet werden, die Anzahl der Multiplikationen in der invertierten dq-Umwandlung und der dq-Umwandlung im Vergleich zu dem System gemäß 7 verringert, wodurch die Verarbeitungslast auf die Motorsteuerungsschaltung 16 verringert wird. Weiterhin werden die Vor-TPF-d/q-Achsen-Stromschätzwerte id.est, iq.est lediglich für die Regelung des elektrischen Stroms verwendet und werden nicht in der nächsten Berechnung verwendet, was eine Akkumulation von Fehlern in den Berechnungsergebnissen verhindert, wodurch die Verschlechterung der Berechnungsgenauigkeit verhindert wird.
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Das TPF gemäß 7 wird als der Rundungsprozess erster Ordnung angenommen, und, als eine äquivalente Ersetzung eines derartigen TPF wird der mit der Verstärkung von 1/Ksm multiplizierte elektrische Stromschätzfehler Δiw der Sensorphasen in der dq-Umwandlung verwendet, um die elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr zu berechnen. Jedoch kann, selbst wenn das TPF in 7 ein anderer als der Rundungsprozess erster Ordnung ist, eine äquivalente Ersetzung eines derartigen TPF durch Definieren des Koeffizienten Ksm auf der Grundlage der Zeitkonstanten des TPF verwirklicht werden. Durch Definieren des Koeffizienten Ksm als eine Variable anstelle als eine Konstante und durch Erhöhen des Freiheitsgrads der Berechnung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte id.crr, iq.crr auf der Grundlage einer derartigen Definition von Kxm werden verschiedene Arten von TPF äquivalent simuliert. Jedoch sind die Maßnahmen in der vorstehend beschriebenen Offenbarung und Variationen vorzuziehen, da die vorliegende Offenbarung auf eine Verringerung des Berechnungsfehlers und eine Verringerung der Verarbeitungslast auf der Grundlage einer Verarbeitungsvereinfachung abzielt.
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Ein elektrischer Stromschätzfehler der Sensorphase wird als eine Differenz zwischen den elektrischen Stromschätzwerten und den elektrischen Stromerfassungswert der Sensorphase berechnet. Jedoch kann ein elektrischer Stromschätzfehler ebenfalls beispielsweise als ein Verhältnis der elektrischen Stromschätzwerte und des elektrischen Stromerfassungswerts der Sensorphase berechnet werden.
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Weiterhin kann die Erfassung des elektrischen Stroms durch Verwendung des elektrischen Stroms in der W-Phase (d. h. in der Sensorphase) gemäß der vorliegenden Offenbarung in eine andere Konfiguration geändert werden, wie eine Erfassung des elektrischen Stroms durch Verwendung des elektrischen Stromsensors in der U-Phase oder in der V-Phase.
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Die vorliegende Offenbarung kann auf ein Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs angewendet werden, wie es in 9 gezeigt ist. Genauer kann das Antriebssystem des Elektrofahrzeugs den in dem Fahrzeug eingebauten Wechselstrommotor 13 aufweisen und kann Räder 2 durch eine Antriebskraft aus dem Wechselstrommotor 13 antreiben. Der Wechselstrommotor 13 ist mit einer Gleichstromleistungsquelle 11 durch eine Motorsteuerungseinrichtung 6 verbunden, die beispielsweise einen Umrichter 12 (2) und eine Motorsteuerungsschaltung 16 (2) aufweist. Das heißt, dass die Leistungsquelle 11, die eine Sekundärbatterie oder dergleichen aufweist, den Gleichstrom für den Motor 13 durch die Steuerungseinrichtung 6 zuführen kann oder den Gleichstrom aus dem Motor 13 durch die Steuerungseinrichtung 6 empfangen kann.
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Die Antriebsleistungsberechnungseinrichtung 7 ist ein Computer oder ein ähnliches Teil, die das Hybridfahrzeug steuert und erfasst eine Fahrzeugantriebsbedingung durch Lesen von Signalen aus verschiedenen Sensoren und Vorrichtungen, wie einem Fahrpedalsensor, einem Bremsschalter, einem Schalt-Schalter und dergleichen (wobei Sensoren und Schalter nicht gezeigt sind).
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Die Antriebsleistungsberechnungseinrichtung 7 sendet und empfängt ein Steuerungssignal, ein Datensignal und dergleichen zu und von der Motorsteuerungsschaltung 16, die den Betrieb des Wechselstrommotors 13 steuert, und steuert die Antriebsleistung des Wechselstrommotors 13 durch Ausgeben eines Antriebsleistungsanforderungswerts entsprechend der Antriebsbedingung des Fahrzeugs.
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Die vorliegende Offenbarung, d. h. das vorstehend beschriebene Antriebssystem ist ebenfalls auf ein derartiges Antriebssystem des Elektrofahrzeugs anwendbar, um die verbesserte Genauigkeit der elektrischen Stromschätzung für die Steuerung des Wechselstrommotors zu erzielen, in dem die Erfassung des elektrischen Stroms in einer einzelnen Phase (ein Sensor für einen Motor) vorgesehen wird, was Kostenreduktion ebenfalls erzielt.
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Weiterhin kann die Konfiguration des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels, die eine Anwendung der vorliegenden Offenbarung auf ein System mit einem einzelnen Satz des Umrichters und des Motors aufweist, auf verschiedene Konfigurationen wie ein Hybridsystem gemäß 1 geändert werden, beispielsweise einem System mit zwei oder mehr Sätzen des Umrichters und des Motors.
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Weiterhin kann die vorliegende Offenbarung ebenfalls auf ein Wechselstrommotorsteuerungsgerät in verschiedenen anderen Systemen als dem Elektrofahrzeugsystem oder dem Hybridfahrzeugsystem, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, angewendet werden.
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Derartige Änderungen und Modifikationen sollen in dem Umfang der Offenbarung enthalten sein, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.
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Wie es vorstehend beschrieben worden ist, verbessert ein Steuerungsgerät eines Wechselstrommotors (13) die Genauigkeit der Schätzung eines elektrischen Stroms des Wechselstrommotors. Das Steuerungsgerät weist eine elektrische Stromschätzeinheit (17) auf, die wiederholt eine invertierte dq-Umwandlung, eine dq-Umwandlung und einen Korrekturprozess durchführt. Auf der Grundlage von elektrische d/q-Achsen-Stromschätzwerten (id.lpf, iq.lpf) eines vorhergehenden Zyklus berechnet die invertierte dq-Umwandlung einen elektrischen Stromschätzwert (iw.est) einer Sensorphase. Die dq-Umwandlung berechnet elektrische d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte (id.crr, iq.crr) auf der Grundlage eines elektrischen Stromschätzfehlers (Δiw) der Sensorphase, der aus dem elektrischen Stromschätzwert (iw.est) und und einem durch eine elektrische Stromerfassungseinrichtung (15) erfassten elektrischen Stromerfassungswert (iw.sns) hergeleitet wird. Der Korrekturprozess berechnet die elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte (id.lpf, iq.lpf) in dem rotierenden Koordinatensystem des Wechselstrommotors (13) für einen gegenwärtigen Zyklus durch Korrektur der elektrischen d/q-Achsen-Stromschätzwerte (id.lpf, iq.lpf) des vorhergehenden Zyklus durch Verwendung der elektrischen d/q-Achsen-Stromkorrekturwerte (id.crr, iq.crr).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2001-145398 [0005]
- US 6229719 [0005]
