DE102014102512A1

DE102014102512A1 - Verfahren zum Steuern eines Gleichrichters/Wechselrichters und Fahrzeug, das dieses aufweist

Info

Publication number: DE102014102512A1
Application number: DE102014102512.1A
Authority: DE
Inventors: Alan G. Holmes; William R. Cawthorne; Michael J. Grimmer; Steven E. Schulz; John P. Miller
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN104044581B; US20140265975A1; US9371010B2; CN104044581A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern eines Gleichrichters/Wechselrichters bereitgestellt, der mit einem Elektromotor in einem Fahrzeugantriebsstrang gekoppelt ist, der eine Kraftmaschine aufweist. Das Verfahren umfasst, dass ein Spannungswellenformsignal und ein Schaltfrequenzsignal für den Gleichrichter/Wechselrichter mit Hilfe eines Controllers erzeugt werden. Das Spannungswellenformsignal und/oder das Schaltfrequenzsignal beruht bzw. beruhen zumindest teilweise auf mindestens einem befohlenen Kraftmaschinenbetriebsparameter. Beispielsweise können der Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustand der Kraftmaschine, das Kraftmaschinendrehmoment und die Kraftmaschinendrehzahl in Betracht gezogen werden. Es wird auch ein Fahrzeug, das einen Controller aufweist, der ausgestaltet ist, um das Verfahren zu implementieren, bereitgestellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden Lehren umfassen allgemein ein Verfahren zum Steuern eines Gleichrichters/Wechselrichters eines Hybridfahrzeugs.
HINTERGRUND
Motoren/Generatoren, die in Hybridantriebssträngen verwendet werden, erfordern in der Regel, dass den Statorwicklungen des Stators ein dreiphasiger Wechselstrom zugeführt wird. Ein Gleichrichter/Wechselrichter enthält Schalter, die zwischen Eingeschaltet- und Ausgeschaltet-Positionen bewegt werden, um die Spannung so pulsieren zu lassen, dass sie sich separat für jede der drei Wicklungen einer gewünschten Wellenform annähert. Der Motor/Generator wirkt sozusagen wie ein Tiefpassfilter, um die pulsierende Spannungswellenform zu filtern, was zu einer im Wesentlichen sinusförmigen Stromwellenform mit einer kleinen überlagerten Welligkeitskomponente führt. Die Umschaltfrequenz kann modifiziert werden und die Spannung kann unterschiedliche Zeitintervalle lang eingeschaltet gehalten werden und/oder die Spannung kann unterschiedliche Zeitintervalle lang ausgeschaltet gehalten werden, um den gewünschten Modulationstyp zu implementieren (z. B. unstetig pulsbreitenmoduliert (DPWM), stetig pulsbreitenmoduliert (CPWM) usw.).
Schaltverluste von Gleichrichtern/Wechselrichtern bilden einen erheblichen Prozentsatz der Gesamtenergieverluste bei einem Hybridelektrofahrzeug. Indem die Schaltfrequenz verringert wird, werden Energieverluste durch Schaltvorgänge verringert. Wenn jedoch die Schaltfrequenz abnimmt, wird allgemein angenommen, dass die Schaltgeräusche besser hörbar sind, wohingegen, wenn die Schaltfrequenz zunimmt, allgemein angenommen wird, dass die Schaltgeräusche weniger hörbar sind. Steuerungsstrategien für Gleichrichter/Wechselrichter umfassten das Maskieren der Schaltgeräusche, etwa bei niedrigen Frequenzen, indem sie sicherstellen, dass sich Hintergrundgeräusche auf einem relativ hohen Niveau befinden. Dies wurde erreicht, indem das Schalten mit niedrigen Frequenzen auf Perioden begrenzt wurde, bei denen Betriebscharakteristika des Motors/Generators, etwa das Drehmomentniveau des Motors/Generators oder das Drehzahlniveau des Motors/Generators, ein ausreichendes Maskieren der Schaltgeräusche sicherstellen.
DPWM kann im Wesentlichen sinusförmige Stromwellenformen liefern, während gleichzeitig Schaltverluste von Gleichrichtern/Wechselrichtern minimiert werden. Dies wird erreicht, indem zu jeder der Phasen des Gleichrichters/Wechselrichters eine geeignete Nullspannungssequenz hinzugefügt wird, während eine im Wesentlichen sinusförmig geformte Spannungserregung von Leitung zu Leitung für den Motor/Generator aufrechterhalten wird. Die Nullspannungssequenz wird so gewählt, dass jede der Phasen des Gleichrichters/Wechselrichters bei einem Tastverhältnis von entweder 0 Prozent oder 100 Prozent für ein Drittel der elektrischen Grundperiode des Motors gesättigt sein wird. Schaltverluste für eine spezielle Phase werden beseitigt, wenn mit dem Tastverhältnis von 0 Prozent oder 100 Prozent gearbeitet wird. Die resultierenden DPWM-Wellenformen benutzen für jede PWM-Periode einen einzigen Nullvektor im Gegensatz zu den zwei verschiedenen Nullvektoren, die für CPWM-Implementierungen verwendet werden. Folglich ist eine DPWM-Wellenform, die weniger häufig umschaltet, allgemein verrauschter als eine CPWM-Wellenform mit ihrem häufigeren Umschalten. Der DPWM-Wellenformtyp tendiert zum Minimieren von Schaltverlusten des Gleichrichters/Wechselrichters, während er die Stromwelligkeit und akustische Geräusche im Vergleich mit einem CPWM-Wellenformtyp erhöht.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren zum Steuern eines Gleichrichters/Wechselrichters bereitgestellt, der mit einem Elektromotor in einem Fahrzeugantriebsstrang gekoppelt ist, der eine Kraftmaschine aufweist. Das Verfahren umfasst, dass ein Spannungswellenformsignal und ein Schaltfrequenzsignal für Schalter des Gleichrichters/Wechselrichters mit Hilfe eines Controllers erzeugt werden. Das Spannungswellenformsignal und/oder das Schalffrequenzsignal beruht bzw. beruhen zumindest teilweise auf mindestens einem befohlenen Kraftmaschinenbetriebsparameter. Beispielsweise können der Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustand der Kraftmaschine, das Kraftmaschinendrehmoment und die Kraftmaschinendrehzahl Faktoren sein, auf denen das Wellenformsignal oder das Spannungsschalffrequenzsignal beruht. Indem ein oder mehrere Kraftmaschinenbetriebsparameter in Betracht gezogen wird bzw. werden, kann eine Steuerung der Schalter auf sowohl den Wirkungsgrad als auch die Geräuschverringerung hin über unterschiedliche Betriebsparameter des Antriebsstrangs hinweg effektiver optimiert werden, als wenn nur der Motorbetrieb oder die Fahrzeuggeschwindigkeit in Betracht gezogen würden. Es wird auch ein Fahrzeug bereitgestellt, das einen Controller mit einem gespeicherten Algorithmus zur Steuerung des Gleichrichters/Wechselrichters wie beschrieben aufweist.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das einen Hybridantriebsstrang mit einem Elektromotor aufweist;
2 ist eine schematische Darstellung eines hybriden Motorcontrollers, eines Gleichrichters/Wechselrichters und eines Elektromotors des Fahrzeugs von 1;
3 ist ein Flussdiagramm eines ersten Verfahrens zum Steuern des Gleichrichters/Wechselrichters von 1–2; und
4 ist ein Flussdiagramm eines zweiten Verfahrens zum Steuern des Gleichrichters/Wechselrichters von 1–2.
5 ist eine graphische Darstellung einer beispielhaften Spannungswellenform eines typischen CPWM-Tastverhältnisbefehls, die über eine elektrische Grundperiode eines Elektromotors aufgezeichnet ist.
6 ist eine graphische Darstellung einer beispielhaften Spannungswellenform eines typischen DPWM-Tastverhältnisbefehls, die über eine elektrische Grundperiode eines Elektromotors aufgezeichnet ist.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Figuren, bei denen gleiche Bezugszeichen in den mehreren Ansichten gleiche oder ähnliche Komponenten bezeichnen, stellt 1 auf schematische Weise ein Fahrzeug 10 dar, das einen Hybridantriebsstrang 13 mit einer Kraftmaschine 12 und einem Hybridgetriebe 14 enthält, welches einen ersten Elektromotor 16 und optional einen zusätzlichen Elektromotor 17 enthält. Das Getriebe 14 enthält außerdem ein mechanisches Getriebe und optional einen oder mehrere Drehmomentübertragungsmechanismen wie etwa Kupplungen und Bremsen, um verschiedene Übersetzungsverhältnisse und Betriebsmodi für das Getriebe 14 zu ermöglichen.
Die Motoren 16, 17 können jeweils selektiv entweder als Motor oder als Generator betrieben werden, um Leistung zum Antreiben des Getriebes 14 beizutragen, wenn sie als Motor betrieben werden, und um Leistung zu erzeugen, die von dem anderen Motor verwendet wird oder in einer Energiespeichervorrichtung, etwa einer Batterie 18, zur späteren Verwendung gespeichert wird, wenn sie als Generator arbeiten. Alternativ kann jeder Motor 16, 17 nur als Generator oder nur als Motor betreibbar sein. Die Motoren 16, 17 sind Wechselstrommaschinen. Der Begriff „Wechselstrommaschine (AC-Maschine)” bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, allgemein eine Vorrichtung oder ein Gerät, die bzw. das elektrische Energie in mechanische Energie umsetzt oder umgekehrt. Wechselstrommotoren können allgemein in synchrone Wechselstrommotoren und asynchrone Wechselstrommotoren eingeteilt werden. Synchrone Wechselstrommotoren können Permanentmagnetmotoren und Reluktanzmotoren umfassen. Permanentmagnetmotoren umfassen Motoren mit oberflächenmontierten Permanentmagneten (SMPMMs von Surface Mount Permanent Magnet Motors) und Motoren mit innenliegenden Permanentmagneten (IPMMs von Interior Permanent Magnet Motors). Asynchrone Wechselstrommotoren umfassen Induktionsmotoren. Obwohl ein Wechselstrommotor wie ein Motor funktionieren kann (z. B. eine Vorrichtung, die verwendet wird, um elektrische Wechselstromenergie oder Leistung an ihrem Eingang umzusetzen, um mechanische Energie oder Leistung zu erzeugen), kann ein Wechselstrommotor, so wie er hier verwendet wird, auch Generatoren umfassen, die verwendet werden, um mechanische Energie oder Leistung an ihrem Antriebsaggregat in elektrische Wechselstromenergie oder Leistung an ihrem Ausgang umzusetzen. Beliebige der Motoren 16, 17 können daher ein Wechselstrommotor, ein Wechselstromgenerator oder beides sein. Ein Wechselstrommotor ist ein Elektromotor, der durch einen Wechselstrom angetrieben wird. Bei einigen Implementierungen enthält ein Wechselstrommotor einen stationären Außenstator mit Spulen, die in Ansprechen auf eine an den Motor angelegte Spannung einen Wechselstrom leiten, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, und einen an der Ausgangswelle angebrachten Innenrotor, dem durch das rotierende Feld ein Drehmoment gegeben wird. Bei anderen Implementierungen kann der Rotor den Stator umgeben.
Das Getriebe 14 kann in Standardmodi, in elektrischen Modi oder in Hybridmodi arbeiten. In einem Standardbetriebsmodus wird das Getriebe 14 nur durch die Kraftmaschine 12 angetrieben. Unter bestimmten Betriebsparametern des Fahrzeugs 10, typischerweise, wenn der Leistungsbedarf für das Fahrzeug 10 gering ist, kann die Kraftmaschine 12 ausgeschaltet werden und die zum Antreiben des Getriebes 14 benötigte Leistung kann von dem Motor 16 und/oder dem Motor 17 in einem Elektrobetrieb-Betriebsmodus geliefert werden. In einem Hybridbetriebsmodus liefert die Kraftmaschine 12 Leistung und der Motor 16 und/oder der Motor 17 wird bzw. werden so gesteuert, dass sie als Motor oder als Generator fungieren. In dem Hybridbetriebsmodus kann das Getriebe 14 ähnlich wie ein kontinuierlich verstellbares Getriebe reagieren, um einen gleichmäßigen Betrieb des Fahrzeugs 10 über einen großen Drehzahlbereich hinweg bereitzustellen. Sobald das Fahrzeug 10 eine Reisegeschwindigkeit erreicht hat, bei der nur wenig oder keine Beschleunigung benötigt wird, kann das Getriebe 14 mit einem festen Gang arbeiten und nur durch die Kraftmaschine 12 mit Leistung versorgt werden. Der feste Gang wird auf der Grundlage der Reisegeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 und des speziellen Getriebes 14 und der Übersetzungsverhältnisse gewählt. Das Fahrzeug 10 kann ein Steckdosenhybridfahrzeug sein und die hier beschriebenen Verfahren 100, 200 zum Steuern des Gleichrichters/Wechselrichters für den Motor sind besonders vorteilhaft für die Motortypen, die in einem Steckdosenhybridfahrzeug installiert sein können. Ein Steckdosenhybridfahrzeug kann mit einer Steckdosenschnittstelle und einem fahrzeugeigenen Ladegerät zur Verbindung mit einem fahrzeugfremden Stromversorgungssystem ausgestattet sein, das verwendet wird, um die Batterie 18 wieder aufzuladen, wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht.
Eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 20 ist mit der Kraftmaschine 12, den Motoren 16, 17 und dem Getriebe 14 wirksam verbunden, um verschiedene Fahrzeugfunktionen, welche den Betriebsmodus für das Getriebe 14 umfassen, zu steuern. Die ECU 20 kann auch mit verschiedenen anderen Komponenten verbunden sein, wie etwa ohne Beschränkung mit Sensoren und Steuerungsmodulen, die zum Steuern des Fahrzeugs 10 nützlich sind. Die elektronische Steuerungseinheit 20 kann auch als Hybridcontroller bezeichnet werden und sie enthält einen in 2 gezeigten Hybridsteuerungsprozessor 21, der einen gespeicherten Algorithmus zum Bestimmen und Ausführen der verschiedenen Betriebsmodi des Antriebsstrangs 13 unter verschiedenen Betriebsbedingungen enthält.
Ein Gleichrichter/Wechselrichter 22 und ein Motorcontroller 24 sind mit der ECU 20 ebenfalls wirksam verbunden, um einen Betrieb des Motors 16 zu steuern. Der Motorcontroller 24 empfängt erfasste Fahrzeugdaten und befohlene Fahrzeugbetriebsparameter von der ECU 20. Der Motorcontroller 24 weist einen Prozessor 25 mit einem oder mehreren gespeicherten Algorithmen auf, welche den Betrieb der Elektromotoren 16, 17 steuern und welche die Schaltfrequenz des Gleichrichters/Wechselrichters 22 und die pulsierende Spannungswellenform steuern, die durch den Gleichrichter/Wechselrichter 22 hergestellt wird, um den mehrphasigen Strom im Motor 16 zu erzeugen, wie hier beschrieben wird. Der Begriff „mehrphasig” bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, zwei oder mehr Phasen und kann verwendet werden, um Elektromotoren zu bezeichnen, die zwei oder mehr Phasen aufweisen. Ein mehrphasiger Elektromotor wird typischerweise in Ansprechen auf eine Spannung, die über einen mehrphasigen PWM-Gleichrichter/Wechselrichter angelegt wird, mit Strom versorgt. Ein Beispiel für einen derartigen mehrphasigen Motor ist ein dreiphasiger Wechselstrommotor (AC-Motor). Bei einem dreiphasigen System wird der Gleichrichter/Wechselrichter 22 ein dreiphasiger Gleichrichter/Wechselrichter sein, um einen oder mehrere dreiphasige Wechselstrommotoren 16, 17 anzutreiben. Wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht, kann ein Stern- oder Delta-Anschlussschema verwendet werden.
Die Algorithmen, welche die Schaltfrequenz und die Wellenform steuern, werden hier so beschrieben, dass sie in dem Prozessor 25 des Motorcontrollers 24 gespeichert sind; alternativ können die Algorithmen von sowohl der ECU 20 als auch dem Motorcontroller 24 insofern ausgeführt werden, dass einige der Verfahrensschritte von der ECU 20 ausgeführt werden können, während andere von dem Motorcontroller 24 ausgeführt werden können. Beispielsweise kann die ECU 20 Feststellungen im Hinblick auf Kraftmaschinenbetriebsparameter treffen und basierend darauf Steuerungssignale (d. h. Bits mit 0 oder 1) an den Motorcontroller 24 liefern, während der Motorcontroller 24 Feststellungen hinsichtlich von Motorbetriebsparametern treffen kann. Alternativ können die ECU 20 und der Motorcontroller 24 in einem einzigen Controller kombiniert sein.
Mit Bezug auf 2 gibt der Controller 24 Steuerungssignale, die hier als Tastverhältnis-Befehlssignale 27 bezeichnet werden, auf der Grundlage von befohlenen Fahrzeugbetriebsparametern, die von der ECU 20 bereitgestellt werden, in den Gleichrichter/Wechselrichter 22 ein. Die Tastverhältnis-Befehlssignale 27 können ein Spannungswellenformsignal, ein Frequenzsignal und ein Dithering-Signal umfassen. Der Gleichrichter/Wechselrichter 22 empfängt eine Eingangsgleichspannung (V_dc) von der Batterie 18. Der Gleichrichter/Wechselrichter 22 enthält eine dreiphasige Schaltung 26 mit mehreren Schaltern 28A, 28B, 28C, 30A, 30B und 30C, die in Übereinstimmung mit den Tastverhältnis-Befehlssignalen 27 mit einer gesteuerten Frequenz geschaltet werden, um aus der Eingangsgleichspannung (V_dc) von der Batterie 18 eine gewünschte Spannungswellenform zu erzeugen, die zu einer dreiphasigen Wechselstromausgabe i_a, i_b, i_c in den Motor 16 führt. Drei der Schalter 28A, 28B, 28C sind mit dem positiven Ausgang der Batterie 18 verbunden, und drei der Schalter 30A, 30B und 30C sind mit dem negativen Ausgang der Batterie 18 verbunden. Zudem sind in der gezeigten Ausführungsform die mehreren Schalter 28A, 28B, 28C, 30A, 30B und 30C so verbunden, dass sie drei Paare ausbilden, welche drei Stromausgänge i_a, i_b, i_c aus dem Gleichrichter/Wechselrichter 22 heraus aufweisen. Das heißt, der Ausgang des Schalters 28A ist mit dem Ausgang des Schalters 30A verbunden, um den Stromausgang i_a aus dem Gleichrichter/Wechselrichter 22 heraus zu bilden. Der Ausgang des Schalters 28B ist mit dem Ausgang des Schalters 30B verbunden, um den Stromausgang i_b aus dem Gleichrichter/Wechselrichter 22 heraus zu bilden. Schließlich ist der Ausgang des Schalters 28C mit dem Ausgang des Schalters 30C verbunden, um den Stromausgang i_c aus dem Gleichrichter/Wechselrichter 22 heraus zu bilden. Gleichstromleistung aus der Batterie 18 bewirkt eine dreiphasige Ausgabe i_a, i_b, i_c durch wiederholtes Öffnen und Schließen der mehreren Schalter 28A, 28B, 28C, 30A, 30B und 30C mit einer gesteuerten Frequenz auf der Grundlage der Tastverhältnis-Befehlssignale 27 vom Controller 24, um eine gesteuerte Wellenform herzustellen. Obwohl der Gleichrichter/Wechselrichter 22 mit drei Sätzen von Schaltern und drei Stromausgängen gezeigt ist, da der Motor 16 ein dreiphasiger Motor ist, könnten der Gleichrichter/Wechselrichter 22 und der Motor 16 ausgestaltet sein, um mit zusätzlichen Phasen zu arbeiten. Wenn ein Delta-Verbindungsschema verwendet wird, sind die Ausgangsströme i_a, i_b, i_c nicht die Phasenströme in den Motorwicklungen, wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht.
Um Schaltgeräusche zu maskieren, während Schaltverluste verringert werden, wird ein Verfahren 100 zum Steuern des Gleichrichters/Wechselrichters 22 durch den Controller 24 implementiert, wie in 3 angezeigt ist. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 102, das Bestimmen von Dateneingaben, und dann einen Schritt 114, das Erzeugen eines Wellenformsignals und eines Schaltfrequenzsignals für den Gleichrichter/Wechselrichter 22 auf der Grundlage der Eingaben in Schritt 102. Die Dateneingaben sind allgemein befohlene Betriebsparameter, wie hier erörtert wird, und können als von der ECU 20 stammende Signale 32 empfangen werden. Schritt 102 enthält einen Schritt 104, das Bestimmen mindestens eines befohlenen Kraftmaschinenbetriebsparameters. Das heißt, dass bei dem Verfahren 100 mindestens eine der Dateneingaben, auf denen das erzeugte Spannungswellenformsignal und das Schaltfrequenzsignal beruhen, ein Kraftmaschinenbetriebsparameter sein muss.
Der Kraftmaschinenbetriebsparameter kann ein Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustand der Kraftmaschine 12, eine Kraftmaschinendrehzahl oder ein Kraftmaschinendrehmoment, das auf einer befohlenen Drosselklappenposition beruhen kann, sein. Schritt 104 kann beispielsweise einen Teilschritt 104A, das Bestimmen eines Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustands der Kraftmaschine 12, enthalten. Bei der Verwendung hierin ist der Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustand ”Eingeschaltet”, wenn der Kraftmaschine 12 gerade Kraftstoff zugeführt wird, und er ist ”Ausgeschaltet”, wenn gerade kein Kraftstoff zugeführt wird. Das Zuführen von Kraftstoff an die Kraftmaschine 12 kann durch einen Befehl bestimmt werden, der als Steuerungssignal von der ECU 20 gesendet wird, um ein Kraftstoffeinspritzsystem zu betätigen. Wenn die Kraftmaschine 12 ausgeschaltet ist, ist kein Kraftmaschinenmaskierungsgeräusch vorhanden, sodass irgendwelche Schaltgeräusche wahrscheinlich besser hörbar sein werden, als wenn die Kraftmaschine 12 eingeschaltet wäre. Folglich können das Wellenformsignal und das Schaltfrequenzsignal, die bei Schritt 114 erzeugt werden, für leisere Varianten in dem Ausmaßgedacht sein, in dem befohlene Betriebsbedingungen mit diesen leiseren Wellenformen erreicht werden können. Im Allgemeinen führt eine unstetige pulsbreitenmodulierte Wellenform (DPWM-Wellenform) zu niedrigeren Verluste als eine stetige pulsbreitenmodulierte Wellenform (CPWM-Wellenform). Die DPWM-Wellenform ist effizienter als die CPWM-Wellenform, da sie weniger Schaltvorgänge umfasst, wobei die Schalter während erheblicher Anteile jeder Wellenperiode ausgeschaltet sind. Die DPWM verwendet nur einen einzigen Nullvektor pro PWM-Periode, was dazu tendiert, die Stromwelligkeit und hörbare Geräusche zu erhöhen. Zudem wird das Schalten bei niedrigeren Frequenzen allgemein mit besser hörbaren Schaltgeräuschen in Verbindung gebracht.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vielfalt unterschiedlicher Arten von DPWM- und CPWM-Techniken verwendet werden. Im Allgemeinen ist CPWM als eine PWM-Technik definiert, bei der jeder Phasenschenkel des Gleichrichters/Wechselrichters 22 kontinuierlich über den vollständigen 360 Grad-Zyklus der modulierten Spannungswellenform hinweg schaltet. Einige Beispiele ohne Einschränkung für geeignete CPWM-Techniken umfassen Sinus-PWM (SPWM), PWM mit Injektion der dritten Oberwelle und die klassische Raumvektor-PWM (SVPWM).
Analog ist DPWM hier als eine PWM-Technik definiert, bei der jeder Phasenschenkel des Gleichrichters/Wechselrichters 22 nicht über den vollständigen 360 Grad-Zyklus der modulierten Wellenform hinweg geschaltet wird. Einige Beispiele für geeignete DPWM-Techniken umfassen ohne Einschränkung die verallgemeinerte DPWM (GDPWM), DPWM0, DPWM1, DPWM2, DPWMMIN und DPWMMAX, wie diese Begriffe auf dem technischen Gebiet gut verstanden werden.
5 ist eine Aufzeichnung 40 des Tastverhältnisses über der Winkelposition (in Radian) eines Elektromotors, die eine beispielhafte Wellenform 42 eines typischen CPWM-Tastverhältnisbefehls zeigt, der über eine elektrische Grundperiode (sechs Radianten) eines Elektromotors aufgezeichnet ist. Bei diesem Beispiel wird eine klassische Raumvektor-PWM-Technik (SVPWM-Technik) verwendet. Über die gesamte elektrische Grundperiode des Motors hinweg ist das befohlene Tastverhältnis größer als null und kleiner als eins. Da das Tastverhältnis immer größer als 0 und kleiner als 1 ist, werden die entsprechenden Schalter des Gleichrichters/Wechselrichters während eines Betriebs des Motors konstant geschaltet. Im Vergleich mit einer SPWM fügt eine SVPWM einige zusätzliche Oberwellen in den Polspannungen hinzu, die eine höhere Grundspannungsausgabe ergeben können, bevor die Maximalspannungsgrenze erreicht wird.
6 ist eine Aufzeichnung des Tastverhältnisses über der Winkelposition (in Radian) einer beispielhaften Wellenform 50 eines typischen DPWM-Tastverhältnisbefehls, der über eine elektrische Grundperiode eines Elektromotors hinweg aufgezeichnet ist. Bei diesem Beispiel wird eine DPWM2-Technik verwendet. Bei der dargestellten DPWM-Tastverhältnisbefehlstechnik, wird das Tastverhältnis 52 für zwei Segmente mit 60 Grad (etwa 1 Radiant) der elektrischen Grundperiode auf entweder null oder eins fest eingestellt. Während dieser Perioden mit fester Einstellung werden die jeweiligen Schalter des Gleichrichters/Wechselrichters nicht geschaltet. Folglich werden während dieser Perioden mit fester Einstellung in dem entsprechenden Phasenschenkel keine Schaltverluste auftreten. Daher kann die Verwendung einer DPWM-Technik Schaltverluste bis auf die Hälfte des Niveaus verringern, das bei einer Verwendung von CPWM auftreten würde. Die DPWM platziert das Oberwellenspektrum (Motorstrom, Busgleichstrom) an einer niedrigeren Frequenz und ist stärker verzerrt, wodurch sie potenziell mehr akustische Geräusche erzeugt. Die CPWM platziert die Oberwellen an einer höheren Frequenz und ist typischerweise leiser. DPWM ist für gewöhnlich effizienter (geringere Schaltverluste); folglich kann ein Kompromiss zwischen Effizienz und akustischen Geräuschen beim Wählen des Verfahrens eingegangen werden.
Schritt 104 kann einen weiteren Teilschritt 104B enthalten, das Bestimmen einer befohlenen Kraftmaschinendrehzahl. Die befohlene Kraftmaschinendrehzahl kann als ein von der ECU 20 stammendes empfangenes Signal 32 angezeigt werden. Wenn die Kraftmaschinendrehzahl ansteigt, kann die bei Schritt 114 erzeugte Schaltfrequenz abnehmen, da die erhöhten Geräusche (und die größere Effizienz) des Schaltens bei niedrigerer Frequenz durch die Kraftmaschine 12 ausreichend maskiert werden können.
Schritt 104 kann einen Teilschritt 104C enthalten, das Bestimmen eines befohlenen Kraftmaschinendrehmoments. Das befohlene Kraftmaschinendrehmoment kann als ein von der ECU 20 stammendes empfangenes Signal 32 angezeigt werden. Das befohlene Kraftmaschinendrehmoment kann durch eine befohlene Drosselklappenposition erreicht werden. Folglich kann das Signal 32 für eine befohlene Drosselklappenposition sein. Wenn das Kraftmaschinendrehmoment zunimmt, können die Maskierungsgeräusche der Kraftmaschine 12 abnehmen; folglich kann das Verfahren 100 bewirken, dass die bei Schritt 114 erzeugte Schaltfrequenz zunimmt, wenn das Kraftmaschinendrehmoment zunimmt.
Schritt 102 kann außerdem Dateneingaben von anderen Fahrzeugbetriebsparametern als denen der Kraftmaschine 12 umfassen. Beispielsweise können die Betriebsparameter des Elektromotors 16, mit dem der Gleichrichter/Wechselrichter 22 wirksam verbunden ist, in Betracht gezogen werden. Bei Schritt 106 kann das Verfahren 100 das befohlene Drehmoment des Elektromotors 16 bestimmen. Bei relativ geringen Motordrehmomenten, wobei die Kraftmaschine 12 ausgeschaltet ist, kann die bei Schritt 114 erzeugte Wellenform eine Spannungswellenform sein, die weniger Schalten oder ein Schalten mit einer niedrigeren Frequenz benötigt, etwa eine DPWM-Wellenform, da bei niedrigen Motordrehmomenten weniger Schaltgeräusche erzeugt werden. Bei relativ hohen Motordrehmomenten mit ausgeschalteter Kraftmaschine 12 kann die bei Schritt 114 erzeugte Wellenform eine Spannungswellenform sein, die relativ geringe akustische Geräusche erzeugt, etwa eine CPWM-Wellenform, da bei hohen Motordrehmomenten lautere Schaltgeräusche erzeugt werden.
Bei Schritt 108 kann das Verfahren 100 die befohlene Drehzahl des Elektromotors 16 bestimmen. Bei relativ niedrigen Motordrehzahlen kann bei Schritt 114 ein Schalten mit niedrigerer Frequenz erzeugt werden, und bei relativ hohen Motordrehzahlen kann ein Schalten mit höherer Frequenz erzeugt werden. Bei einem digitalen Steuerungssystem wird die Steuerungsbandbreite durch die Abtastrate begrenzt. Zudem sollte bei vektorgesteuerten Motorantrieben das Verhältnis der Schaltfrequenz zu der Grundfrequenz des Motors ausreichend hoch bleiben, um die Phasenströme auf stabile Weise mit hoher Genauigkeit zu steuern. Oft wird ein Verhältnis von 10:1 als ein vernünftiger Grenzwert betrachtet. Je höher die Motordrehzahl ist, desto höher ist folglich die Grundfrequenz und damit die Schaltfrequenz, die für eine gute Steuerung benötigt wird.
Das Verfahren 100 kann außerdem den Betrieb beliebiger anderer Elektromotoren in Betracht ziehen, die als Antriebsmotoren im Hybridantriebsstrang 13 betrieben werden können und die mit dem Gleichrichter/Wechselrichter 22 nicht wirksam verbunden sind. Beispielsweise kann das Verfahren bei Schritt 110 das Drehmoment und/oder die Drehzahl des Motors 17 bestimmen. Die bei Schritt 114 für den Motor 16 erzeugten Wellenform- und Schaltfrequenzsignale können dann teilweise auf der Auswirkung beruhen, die der Motor 17 auf die Maskierung von Geräuschen und die Effizienzverluste im Antriebsstrang 13 insgesamt aufweist.
Zusätzlich kann Schritt 102 einen Schritt 112 enthalten, das Bestimmen der befohlenen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10. Diese Eingabedaten für die Fahrzeuggeschwindigkeit können eine Kombination aus der Drosselklappenposition und befohlenen Kraftmaschinen- und Motorbetriebszuständen sein, aus denen die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird. Die bei Schritt 114 erzeugten Wellenform- und Schaltfrequenzsignale können dann zumindest teilweise auf der Fahrzeuggeschwindigkeit beruhen, wobei die Auswirkung einer zunehmenden Fahrzeuggeschwindigkeit zum Anzeigen eines Schaltsignals mit niedrigerer Frequenz für die niedrigeren Schaltverluste, die mit einem Schalten bei niedrigerer Frequenz einhergehen, trotz des typischerweise erhöhten Geräuschniveaus tendiert.
Schritt 114 kann einen Schritt 116 enthalten, bei dem das Schaltfrequenzsignal ein Dithern bzw. Schwanken der Schaltfrequenz befiehlt, wenn ein oder mehrere vorbestimmte Fahrzeugbetriebsparameter erfüllt sind. Die Fahrzeugbetriebsparameter können umfassen, dass ein befohlenes Motordrehmoment des Motors 16 in einem Bereich von vorbestimmten Motordrehmomenten liegt, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Bereich von vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeiten liegt, dass das befohlene Wellenformsignal für einen vorbestimmten Wellenformtyp ist (z. B. DPWM oder CPWM) und dass das befohlene Frequenzsignal für eine Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Schaltfrequenzen liegt, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Relevanz einiger oder aller dieser Fahrzeugbetriebsparameter, die bei der Bestimmung des Schwankens bei Schritt 116 in Betracht gezogen werden, kann speziell auf die akustische Natur des speziellen Fahrzeugmodells abgestimmt sein, die durch ein Testen des Fahrzeugs bestimmt wird.
4 zeigt ein Verfahren 200 zum Steuern eines Gleichrichters/Wechselrichters 22. Das Verfahren 200 ist eine spezielle Implementierung des weiter gefassten Verfahrens 100. Speziell beginnt das Verfahren 200 bei dem Start 202. Dann bestimmt das Verfahren 200 bei Schritt 204, ob der Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustand der Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist. Wenn die Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist, geht das Verfahren 200 zu Schritt 206 weiter und erzeugt ein erstes Wellenformsignal für den Gleichrichter/Wechselrichter 22, sodass der Gleichrichter/Wechselrichter 22 die Schalter so steuern wird, dass die erste Spannungswellenform an den Motor 16 geliefert wird. Bei einem Beispiel ohne Einschränkung kann das erste Wellenformsignal ein Signal für eine unstetige pulsbreitenmodulierte Wellenform (DPWM-Wellenform) wegen ihrer besseren Effizienz sein, da die Kraftmaschine 12 deren relativ hohes Geräuschniveau maskieren kann.
Wenn festgestellt wurde, dass die Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist, kann das Verfahren 200 außerdem die Betriebsparameter des Motors 16 in Betracht ziehen, um die Schaltfrequenz des Gleichrichters/Wechselrichters 24 zu bestimmen. Speziell geht das Verfahren von Schritt 206 zu Schritt 208 weiter, bei welchem der Controller 24 feststellt, ob die befohlene Drehzahl des Motors 16 kleiner als ein vorbestimmter minimaler Motordrehzahlschwellenwert (d. h. eine erste Motordrehzahl) ist, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, 200 Umdrehungen pro Minute (RPM). Wenn die befohlene Motordrehzahl kleiner als der vorbestimmte minimale Motordrehzahlschwellenwert ist, dann geht das Verfahren 200 zu Schritt 210 weiter, bei dem der Controller 24 ein vorbestimmtes erstes Schaltfrequenzsignal erzeugt und an den Gleichrichter/Wechselrichter 22 sendet, sodass der Gleichrichter/Wechselrichter 22 die Schalter 28A–C und 30A–C mit einer vorbestimmten ersten Frequenz schaltet, etwa 2 Kilohertz (kHz), ohne aber darauf beschränkt zu sein.
Wenn bei Schritt 208 festgestellt wird, dass die befohlene Motordrehzahl nicht kleiner als der vorbestimmte minimale Motordrehzahlschwellenwert ist, geht das Verfahren 200 zu Schritt 212 weiter und stellt fest, ob die befohlene Drehzahl des Motors 16 größer als ein vorbestimmter maximaler Motordrehzahlschwellenwert (d. h. eine zweite Motordrehzahl) ist, wie etwa 1000 RPM, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Wenn die befohlene Motordrehzahl größer als der vorbestimmte maximale Motordrehzahlschwellenwert ist, geht das Verfahren 200 zu Schritt 214 weiter und der Controller 24 erzeugt ein vorbestimmtes zweites Schaltfrequenzsignal für eine zweite vorbestimmte Frequenz wie etwa, aber ohne Einschränkung, 10 kHz.
Wenn bei Schritt 212 festgestellt wurde, dass die befohlene Motordrehzahl nicht größer als der vorbestimmte maximale Motordrehzahlschwellenwert ist, dann geht das Verfahren 200 zu Schritt 216 weiter und der Controller 24 erzeugt ein Schaltfrequenzsignal für eine Schaltfrequenz, die zwischen der ersten Schaltfrequenz und der zweiten Schaltfrequenz liegt und proportional zu der befohlenen Motordrehzahl ist (d. h. Herstellen einer linearen Beziehung zwischen der Schaltfrequenz und der befohlenen Motordrehzahl zwischen den minimalen und maximalen Motordrehzahlschwellenwerten).
Zurück bei Schritt 204 geht das Verfahren 200 dann, wenn festgestellt wird, dass der Kraftmaschinenbetriebszustand nicht eingeschaltet ist (d. h. der Kraftmaschine 12 kein Kraftstoff zugeführt wird), zu Schritt 218 weiter und stellt fest, ob das befohlene Motordrehmoment des Motors 16 kleiner als ein vorbestimmter minimaler Motordrehmomentschwellenwert ist, wie etwa ohne Einschränkung 200 Newtonmeter (Nm). Wenn das befohlene Motordrehmoment kleiner als der vorbestimmte minimale Motordrehmomentschwellenwert ist, dann geht das Verfahren 200 zu Schritt 220 weiter und erzeugt das erste Wellenformsignal von Schritt 206, etwa das DPWM-Signal. Folglich befiehlt der Controller 24 dem Gleichrichter/Wechselrichter 22, die Schalter 28A–28C, 30A–30C so zu steuern, dass eine DPWM-Spannungswellenform an den Motor 16 geliefert wird. Wenn jedoch das befohlene Motordrehmoment nicht niedriger als der vorbestimmte minimale Motordrehmomentschwellenwert ist, dann geht das Verfahren 200 zu Schritt 222 weiter und erzeugt ein zweites Wellenformsignal, wie etwa ohne Einschränkung ein stetiges pulsweitenmoduliertes Wellenformsignal (CPWM-Wellenformsignal), etwa ein Sinus-Wellenformsignal (SPWM). Folglich befiehlt der Controller 24 dem Gleichrichter/Wechselrichter 22, die Schalter so zu steuern, dass eine CPWM-Spannungswellenform an den Motor 16 geliefert wird.
Zusätzlich zu dem Motordrehmoment zieht das Verfahren 200 außerdem die Drehzahl des Motors 16 in Betracht, wenn die Kraftmaschine 12 ausgeschaltet ist. Folglich geht das Verfahren 200 nach jedem der Schritte 220 und 222 zu Schritt 224 weiter, um festzustellen, ob die befohlene Drehzahl des Motors 16 kleiner als ein vorbestimmter minimaler Motordrehzahlschwellenwert (d. h. eine dritte Motordrehzahl) ist, der sich von dem minimalen Motordrehzahlschwellenwert von Schritt 208 in dem Fall, wenn die Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist, unterscheiden kann. Beispielsweise kann der vorbestimmte minimale Motordrehzahlschwellenwert von Schritt 224 100 RPM betragen. Wenn die befohlene Motordrehzahl des Motors 16 kleiner als der vorbestimmte minimale Motordrehzahlschwellenwert von Schritt 224 ist, geht das Verfahren 200 zu Schritt 226 weiter und der Controller 24 erzeugt ein vorbestimmtes erstes Frequenzsignal (Tastverhältnis-Befehlssignal 27) und sendet es an den Gleichrichter/Wechselrichter 22, sodass der Gleichrichter/Wechselrichter 22 die Schalter 28A–28C, 30A–30C so steuert, dass sie mit der ersten Frequenz schalten, etwa ohne Einschränkung mit 2 kHz.
Wenn die befohlene Drehzahl des Motors 16 jedoch nicht kleiner als der vorbestimmte minimale Motordrehzahlschwellenwert von Schritt 224 ist, dann geht das Verfahren 200 zu Schritt 228 weiter und der Controller 24 stellt fest, ob die befohlene Drehzahl des Motors 16 größer als ein vorbestimmter maximaler Motordrehzahlschwellenwert (d. h. eine vierte Motordrehzahl) ist, welcher sich von dem maximalen Motordrehzahlschwellenwert von Schritt 212 unterscheiden kann, der angewendet wird, wenn die Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist. Bei einem Beispiel ohne Einschränkung kann der vorbestimmte maximale Motordrehzahlschwellenwert von Schritt 228 500 RPM betragen. Wenn die befohlene Drehzahl des Motors 16 größer als der vorbestimmte maximale Motordrehzahlschwellenwert von Schritt 228 ist, dann geht das Verfahren 200 zu Schritt 230 weiter, bei dem der Controller 24 ein vorbestimmtes zweites Schaltfrequenzsignal erzeugt, sodass der Gleichrichter/Wechselrichter 22 die Schalter 28A–28C, 30A–30C so steuern wird, dass sie mit der zweiten Frequenz schalten, wie etwa ohne Einschränkung einer Schaltfrequenz von 10 kHz.
Wenn die Drehzahl des Motors 16 jedoch nicht größer als der vorbestimmte maximale Motordrehzahlschwellenwert von Schritt 228 ist, dann geht das Verfahren 200 zu Schritt 232 weiter, bei dem der Controller 24 ein Schaltfrequenzsignal für eine Frequenz erzeugt, die zwischen der vorbestimmten ersten Frequenz von Schritt 226 und der vorbestimmten zweiten Frequenz von Schritt 230 liegt und proportional zu der Drehzahl des Motors 16 ist. Bei dem Verfahren 200 sind die Motordrehzahlschwellenwerte für eine Implementierung der ersten oder zweiten vorbestimmten Frequenzen niedriger, wenn die Kraftmaschine 12 ausgeschaltet ist, als wenn die Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist. Dies stellt sicher, dass das allgemein besser hörbare aber effizientere Schalten bei niedrigeren Frequenzen weniger häufig implementiert werden wird, wenn die Kraftmaschine 12 ausgeschaltet ist, als wenn die Kraftmaschine 12 eingeschaltet ist, da es weniger maskierende Geräusche für die Schalter 28A–28C, 30A–30C gibt.
Das Verfahren 200 kann außerdem sicherstellen, dass der Gleichrichter/Wechselrichter 22 die Frequenz der Schalter 28A–28C, 30A–30C unter geeigneten Umständen schwanken lässt bzw. dithert, da sich gezeigt hat, dass das Schwankenlassen die Tonalität einer speziellen Schaltfrequenz unterbricht. Das „Dithern” ist ein Verfahren zum Reduzieren der Amplitude der konkreten Oberwellen im Stromspektrum, in dem die Schaltfrequenz mit einer festgelegten Rate schnell verändert wird. Beispielsweise kann das Dithern den pulsierenden Strom zwischen 9 und 11 kHz bei einem gewünschten Mittelwert von 10 kHz verändern, wodurch Oberwellen verringert werden, die andernfalls, wenn eine konstante Frequenz von 10 kHz angewendet wird, vorhanden sein können. Wenn das Dithern verwendet wird, wird die Frequenz periodisch innerhalb eines bestimmten Bands um den Mittelwert herum verstellt. Gleichung (1) zeigt die augenblickliche Gleichrichter/Wechselrichter-Schaltfrequenz, die das Dithern enthält: f_sw = f_{sw_avg} + K_rand·f_span (1) wobei f_sw die augenblickliche Schaltfrequenz in kHz ist, f_{sw_avg} der zeitliche Mittelwert der Schaltperiode in kHz ist, f_span die Gesamtschwankung von Spitze zu Spitze bei der Schaltfrequenz aufgrund des Ditherns in kHz ist und K_rand eine Pseudo-Zufallszahl im Bereich von –0,5 bis +0,5 ist. Ein Pseudo-Zufallszahlgenerator wird verwendet, um die Zahl K_rand zu berechnen, der von –0,5 bis +0,5 schwanken kann. Diese Zahl wird mit der Dither-Rate (f_rate) aktualisiert. Folglich wird die augenblickliche Schaltfrequenz alle f_rate zu einem neuen zufälligen Wert springen. Die Schlüsselparameter, welche das Verhalten des Ditherns mit Bezug auf das Aufspreizen des Spektrums bestimmen, sind die Dither-Spanne und die Dither-Rate (f_span bzw. f_rate). Das Erhöhen der Dither-Spanne spreizt jede Oberwelle über einen größeren Frequenzbereich hinweg. Das Erhöhen der Dither-Rate macht die Frequenzverstellungen schneller, wodurch die Zeit verringert wird, in der der Gleichrichter/Wechselrichter 22 mit einer beliebigen gegebenen augenblicklichen Frequenz arbeiten wird. Eine typische Dither-Rate kann 2–10 Millisekunden betragen, während die Dither-Spanne im Bereich von 10% von Spitze zu Spitze um die mittlere Schaltfrequenz herum liegen kann. Die exakten Werte werden abhängig von der Anwendung variieren.
Nach jedem der Schritte 214, 216, 230, und 232 geht das Verfahren 200 zu Schritt 234 weiter, bei dem der Controller 24 feststellt, ob eine oder mehrere vorbestimmte Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt sind, bei denen die gemäß Schritt 214, 216, 230 oder 232 zu erzeugende Frequenz gedithert werden soll. Die vorbestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen können eines oder mehrere davon umfassen, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Fahrzeuggeschwindigkeiten liegt, dass das befohlene Motordrehmoment des Motors 16 innerhalb eines Bereichs von befohlenen Motordrehmomenten liegt, den Typ des Wellenformsignals, das von dem Controller erzeugt wird, und das Schaltfrequenzsignal, das von dem Controller 24 erzeugt wird, sind aber nicht darauf begrenzt. Beispielsweise kann bei Schritt 234 die befohlene Schaltfrequenz mit einer vorbestimmten Dither-Schwellenwertfrequenz verglichen werden, welche anders als die Frequenzen sein kann, die bei den Schritten 210, 214, 216 und 230 in Betracht gezogen wurden. Wenn die vorbestimmte Dither-Schwellenwertfrequenz von Schritt 234 12 kHz beträgt, dann kann der Controller 24 bei Schritt 236 das Dithern befehlen, wenn die befohlene Schaltfrequenz kleiner als 12 kHz ist. Die Relevanz einiger oder aller Fahrzeugbetriebsparameter, die bei der Bestimmung des Ditherns in Schritt 234 in Betracht gezogen werden, können speziell auf die akustische Natur des speziellen Fahrzeugmodells abgestimmt sein, welche durch ein Testen des Fahrzeugs bestimmt wird.
Wenn bei Schritt 234 festgestellt wird, dass die vorbestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen für das Dithern erfüllt sind, dann geht das Verfahren zu Schritt 236 weiter und die befohlene Frequenz wird ferner so verfeinert, dass sie eine geditherte Frequenz ist. Dann kehrt das Verfahren 200 zu dem Start bei Schritt 202 zurück fährt mit dem Verfahren 200 fort, um die befohlene Spannungswellenform, die Spannungsfrequenz und das Dithern der Frequenz, die durch den Gleichrichter/Wechselrichter 22 an den Motor 16 geliefert werden sollen, kontinuierlich einzustellen.
Wenn bei Schritt 234 festgestellt wird, dass die vorbestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen für das Dithern nicht erfüllt sind, dann kehrt das Verfahren 200 zu dem Start bei Schritt 202 zurück, ohne dass das Schaltfrequenzsignal einen Befehl für das Dithern enthält. Optional können außerdem das Drehmoment und die Drehzahl des zusätzlichen Motors 17 und die Fahrzeuggeschwindigkeit in dem Verfahren 200 in Betracht gezogen werden, um die befohlene Wellenform und Frequenz für den Gleichrichter/Wechselrichter 22 festzulegen.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Gleichrichters/Wechselrichters, der mit einem Elektromotor in einem Fahrzeugantriebsstrang gekoppelt ist, welcher eine Kraftmaschine aufweist, wobei der Gleichrichter/Wechselrichter Gleichrichter/Wechselrichter-Schalter aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: mit Hilfe eines Controllers ein Spannungswellenformsignal und ein Schaltfrequenzsignal erzeugt werden, welche eine Spannungswellenform, die durch die Schalter bereitgestellt wird, und eine Schaltfrequenz der Schalter steuern; wobei das Spannungswellenformsignal und/oder das Schaltfrequenzsignal zumindest teilweise auf mindestens einem befohlenen Kraftmaschinenbetriebsparameter beruhen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine befohlene Kraftmaschinenbetriebsparameter einen Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustand der Kraftmaschine enthält; und wobei das Spannungswellenformsignal für eine unstetige pulsbreitenmodulierte Spannungswellenform (DPWM-Spannungswellenform) ist, wenn der Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustand Eingeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine befohlene Kraftmaschinenbetriebsparameter ferner eine befohlene Kraftmaschinendrehzahl umfasst; und wobei das Schaltfrequenzsignal für eine Schaltfrequenz ist, die abnimmt, wenn die befohlene Kraftmaschinendrehzahl zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine befohlene Kraftmaschinenbetriebsparameter ferner ein befohlenes Kraftmaschinendrehmoment umfasst; und wobei das Schaltfrequenzsignal für eine Schaltfrequenz ist, die zunimmt, wenn das befohlene Kraftmaschinendrehmoment zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Spannungswellenformsignal für eine stetige pulsbreitenmodulierte Spannungswellenform (CPWM-Spannungswellenform) ist, wenn der Eingeschaltet-/Ausgeschaltet-Zustand Ausgeschaltet ist und das befohlene Motordrehmoment für den Elektromotor über einem vorbestimmten minimalen Motordrehmomentschwellenwert liegt, und für die DPWM-Spannungswellenform ist, wenn der Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustand Ausgeschaltet ist und das befohlene Motordrehmoment für den Elektromotor unter dem vorbestimmten minimalen Motordrehmomentschwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schaltfrequenzsignal für eine vorbestimmte erste Schaltfrequenz ist, wenn die befohlene Motordrehzahl für den Elektromotor kleiner als ein vorbestimmter minimaler Motordrehzahlschwellenwert ist, und für eine vorbestimmte zweite Schaltfrequenz ist, wenn die befohlene Motordrehzahl für den Elektromotor größer als ein vorbestimmter maximaler Motordrehzahlschwellenwert ist; und wobei die zweite Schaltfrequenz und der vorbestimmte maximale Motordrehzahlschwellenwert größer als die erste Schaltfrequenz bzw. der vorbestimmte minimale Motordrehzahlschwellenwert sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der mindestens eine befohlene Kraftmaschinenbetriebsparameter einen Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustand der Kraftmaschine umfasst; und wobei der vorbestimmte minimale Motordrehzahlschwellenwert und der vorbestimmte maximale Motordrehzahlschwellenwert größer sind, wenn der Eingeschaltet/Ausgeschaltet-Zustand der Kraftmaschine Eingeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Schaltfrequenzsignal für eine Schaltfrequenz ist, die im Verhältnis zu der befohlenen Motordrehzahl des Elektromotors zwischen der vorbestimmten ersten Schaltfrequenz und der vorbestimmten zweiten Schaltfrequenz linear ansteigt, wenn die befohlene Motordrehzahl des Elektromotors zwischen dem vorbestimmten minimalen Motordrehzahlschwellenwert und dem vorbestimmten maximalen Motordrehzahlschwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schaltfrequenzsignal ein Dithern der Schaltfrequenz auf der Grundlage mindestens einer vorbestimmten Fahrzeugbetriebsbedingung befiehlt.
Fahrzeug, das umfasst: einen Hybridantriebsstrang, der umfasst: eine Kraftmaschine; ein Hybridgetriebe, das mit der Kraftmaschine wirksam verbunden ist und mindestens einen Elektromotor aufweist; einen Controller; und einen Gleichrichter/Wechselrichter, der mit dem mindestens einen Elektromotor und mit dem Controller wirksam verbunden ist und mehrere Schalter aufweist, die eine Spannung an den mindestens einen Elektromotor pulsieren lassen; wobei der Controller einen Prozessor aufweist, der einen gespeicherten Algorithmus ausführt, der ein Schaltfrequenzsignal und ein Spannungswellenformsignal erzeugt, die von dem Controller an den Gleichrichter/Wechselrichter gesendet werden, um zu bewirken, dass die Schalter mit einer Schaltfrequenz schalten und eine Spannung an den mindestens einen Elektromotor mit einer Spannungswellenform liefern, welche dem Schaltfrequenzsignal bzw. dem Spannungswellenformsignal entspricht; und wobei das Spannungswellenformsignal und/oder das Schaltfrequenzsignal auf einem Betriebsparameter der Kraftmaschine beruht bzw. beruhen.