DE102014116977A1

DE102014116977A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer elektrisch betriebenen Drehmomentmaschine eines Antriebsstrangsystems

Info

Publication number: DE102014116977A1
Application number: DE102014116977.8A
Authority: DE
Inventors: Jihoon Jang; William R. Cawthorne; Krunal P. Patel; Bon Ho Bae; Sean W. Mcgrogan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2015-06-03
Also published as: US9487104B2; US20150155812A1; CN104670216A; CN104670216B

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern einer elektrisch betriebenen Drehmomentmaschine eines Antriebsstrangsystems umfasst, dass ein Befehl für vorhergesagtes Drehmoment bestimmt wird, um die Drehmomentmaschine zu steuern. Ein Flussbefehl wird bestimmt, der auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment anspricht. Der Flussbefehl ist ein Flussniveau, das eine schnelle Drehmomentreserve bereitstellt, die auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment anspricht. Die schnelle Drehmomentreserve ist eine vorgeschriebene minimale Änderungsrate beim Drehmoment, das von der Drehmomentmaschine in Ansprechen auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment ausgegeben wird. Ein Umrichtercontroller steuert einen Fluss der Drehmomentmaschine in Ansprechen auf den Flussbefehl.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft elektrisch betriebene Drehmomentmaschinen und deren Steuerung.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit. Daher sind diese Aussagen nicht dazu gedacht, eine Anerkennung des Standes der Technik zu bilden.
Elektrisch betriebene Drehmomentmaschinen in der Form mehrphasiger elektrischer Induktionsmotoren werden in Antriebsstrangsystemen eingesetzt, um ein Vortriebsdrehmoment als Ersatz für oder in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine zu erzeugen. Die Steuerung von mehrphasigen, beispielsweise dreiphasigen elektrischen Induktionsmotoren kann umfassen, dass Direkt(d)-Quadratur(q)-Transformationen (abc-dq-Transformationen) verwendet werden, um eine Analyse von mehrphasigen Schaltungen für die Motoren zu vereinfachen. Dies ermöglicht die Reduktion von drei Wechselstromgrößen (AC-Größen) auf zwei Gleichstrom-Größen (DC-Größen) zur Erleichterung von Berechnungen und einer zugehörigen Steuerung in dem dq-Referenzrahmen. In dem dq-Referenzrahmen kann ein Raumvektor für den Motorstrom des Stators mit orthogonalen Komponenten entlang der Direkt- und Quadraturachsen derart definiert werden, dass eine Feldflusskopplung längs der d-Achse ausgerichtet ist und eine Drehmomentkomponente längs der q-Achse ausgerichtet ist. Nach der Ausführung von Berechnungen findet eine inverse Transformation (dq-abc-Transformation) statt, um Steuerungsbefehle für den Betrieb des Motors zu bestimmen, die in einem Umrichter ausgeführt werden können. Flussbefehle werden verwendet, um einen Direktstrom-Anteil (Id-Anteil) der Steuerung in dem dq-Referenzrahmen zu bestimmen, und Drehmomentbefehle entsprechen dem Quadraturstrom-Anteil (Iq-Anteil) der Steuerung in dem dq-Referenzrahmen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Steuern einer elektrisch betriebenen Drehmomentmaschine eines Antriebsstrangsystems umfasst, dass ein Befehl für vorhergesagtes Drehmoment bestimmt wird, um die Drehmomentmaschine zu steuern. In Ansprechen auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment wird ein Flussbefehl bestimmt. Der Flussbefehl ist ein Flussniveau, das eine schnelle Drehmomentreserve bereitstellt, die auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment anspricht. Die schnelle Drehmomentreserve ist eine vorgeschriebene minimale Änderungsrate bei der Drehmomentausgabe aus der Drehmomentmaschine in Ansprechen auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment. Ein Umrichtercontroller steuert den Fluss der Drehmomentmaschine in Ansprechen auf den Flussbefehl.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrangsystem veranschaulicht, das mit einem Endantrieb gekoppelt ist und eine Brennkraftmaschine, ein Getriebe und eine elektrisch betriebene Drehmomentmaschine in Übereinstimmung mit der Offenbarung enthält;
2 einen adaptiven Prozess für einen Rotorflussbefehl zum Bestimmen von Direkt- und Quadratur-Strombefehlen in Übereinstimmung mit der Offenbarung veranschaulicht, um den Motor von 1 zu betreiben;
3 eine adaptive Routine für vorhergesagtes Drehmoment veranschaulicht, die eingesetzt wird, um einen adaptiven Befehl für vorhergesagtes Drehmoment zu bestimmen, die in dem adaptiven Prozess für einen Rotorflussbefehl von 2 in Übereinstimmung mit der Offenbarung verwendet wird;
4-1 eine dreidimensionale Aufzeichnung von Daten veranschaulicht, die mit einer erreichbaren Änderungsrate beim Drehmoment mit Bezug auf eine Größe des Ausgabedrehmoments und einen Fluss für eine Ausführungsform einer elektrisch betriebenen Drehmomentmaschine in Übereinstimmung mit der Offenbarung verbunden sind;
4-2 eine zweidimensionale Aufzeichnung von Daten veranschaulicht, die aus den Daten von 4-1 abgeleitet sind, welche eine gewählte Größe der erreichbaren Änderungsrate beim Drehmoment umfasst, die mit Bezug auf erreichbare Änderungsraten beim Drehmoment und einer Größe des Ausgabedrehmoments der Drehmomentmaschine in Übereinstimmung mit der Offenbarung gezeigt ist;
5 Elemente veranschaulicht, die mit dem Aufbau einer schnellen Drehmomentreserve in Übereinstimmung mit der Offenbarung verbunden sind, um eine Ausführungsform der Drehmomentmaschine zu betreiben, wobei die Größe des Drehmoments in die vertikale Richtung gezeigt ist;
6-1 das Drehmoment der Drehmomentmaschine und einen Fluss, die mit einem ersten Arbeitspunkt einer Ausführungsform einer Drehmomentmaschine verbunden sind, in Übereinstimmung mit der Offenbarung mit Bezug auf die Zeit veranschaulicht; und
6-2 das Drehmoment der Drehmomentmaschine und einen Fluss veranschaulicht, die mit einem zweiten Arbeitspunkt einer Ausführungsform einer Drehmomentmaschine verbunden sind, in Übereinstimmung mit der Offenbarung in Bezug die Zeit veranschaulicht.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur zum Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck, diese einzuschränken, gedacht ist, zeigt 1 auf schematische Weise ein Fahrzeug 100 mit einem Antriebsstrangsystem 20, das mit einem Endantrieb 60 gekoppelt ist und von einem Steuerungssystem 10 gesteuert wird. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Beschreibung gleiche Elemente. Das Antriebsstrangsystem 20 umfasst eine Brennkraftmaschine 40, ein Getriebe 50 und eine elektrisch betriebene Drehmomentmaschine 35. Die Brennkraftmaschine 40 enthält eine Kurbelwelle 36, die über ein Eingabeelement 42 mit dem Getriebe 50 mechanisch drehbar gekoppelt ist und über einen Riemenscheibenmechanismus 38 mit der Drehmomentmaschine 35 mechanisch drehbar gekoppelt ist.
Die elektrisch betriebene Drehmomentmaschine 35 und die Brennkraftmaschine 40 sind Drehmomenterzeugungsvorrichtungen. Bei einer Ausführungsform umfasst die elektrisch betriebene Drehmomentmaschine 35 ein Ausgabeelement, das über den Riemenscheibenmechanismus 38 mit der Kurbelwelle 36 der Kraftmaschine 40 mechanisch drehbar gekoppelt ist, wodurch dazwischen eine Strecke für mechanische Leistung bereitgestellt wird. Der Riemenscheibenmechanismus 38 ist ausgestaltet, um eine Drehmomentübertragung zwischen der Kraftmaschine 40 und der Drehmomentmaschine 35 zu bewirken, was umfasst, dass Drehmoment von der Drehmomentmaschine 35 an die Kraftmaschine 40 für Autostart- und Autostopp-Manöver der Kraftmaschine, zur Unterstützung von Antriebsdrehmoment, zum regenerativen Bremsen des Fahrzeugs und zum Übertragen von Drehmoment von der Kraftmaschine 40 an die Drehmomentmaschine 35 zum elektrischen Aufladen mit Hochspannung übertragen wird. Bei einer Ausführungsform umfasst der Riemenscheibenmechanismus 38 einen gewundenen Riemen, der zwischen der Riemenscheibe, die an der Kurbelwelle 36 der Kraftmaschine 40 angebracht ist, und einer weiteren Riemenscheibe, die an einer Drehwelle angebracht ist, die mit einem Rotor der Drehmomentmaschine 35 gekoppelt ist, verlegt ist, was als Riemen-Generator-Starter-System (BAS-System) bezeichnet wird. Der Riemenscheibenmechanismus 38 ist mit einem bekannten Riemenscheibenübersetzungsverhältnis K ausgestaltet, das ein Verhältnis zwischen einer einzelnen Drehung der Kraftmaschine 40 und einer Menge von Drehungen der Drehmomentmaschine 35 definiert. Alternativ kann der Riemenscheibenmechanismus 38 einen Druckgetriebemechanismus (positive-displacement gearing mechanism) umfassen. Die Kraftmaschine 40 kann in einer Ausführungsform einen solenoidbetätigten elektrischen Niederspannungsstarter 39 umfassen, um in Ansprechen auf ein Schlüsselankurbelereignis zu starten. Andere Konfigurationen der elektrisch betriebenen Drehmomentmaschine 35, der Brennkraftmaschine 40 und des Getriebes 50 können ohne Beschränkung eingesetzt werden.
Die Kraftmaschine 40 ist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, die Kraftstoff durch einen thermodynamischen Verbrennungsprozess mit vier Takten in mechanisches Drehmoment umsetzt, der vorzugsweise die wiederholte Ausführung von Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Auslasstakten über eine Drehung der Kraftmaschine von 720° hinweg umfasst, d. h. zwei vollständige Kraftmaschinenumdrehungen. Die Kraftmaschine 40 ist mit einer Vielzahl von Aktoren und Erfassungsvorrichtungen zum Überwachen des Betriebs und der Lieferung von Kraftstoff ausgestattet, um eine Verbrennungsladung auszubilden, um Drehmoment zu erzeugen, das auf eine Bedienerdrehmomentanforderung anspricht. Die Erfassungsvorrichtungen umfassen einen Kurbelwellenpositionssensor 41 zum Überwachen eines Kraftmaschinenkurbelwinkels, welcher beim Überwachen der Kraftmaschinenposition verwendet werden kann. Die Kraftmaschine 40 ist ausgestaltet, um Autostart- und Autostopp-Steuerungsschemata und Kraftstoffabsperr-Steuerungsschemata (FCO-Schemata) während eines fortlaufenden Betriebs des Antriebsstrangsystems 20 auszuführen. Die Kraftmaschine 40 wird so aufgefasst, dass sie sich in einem AUS-geschaltet-Zustand befindet, wenn sie sich nicht dreht. Die Kraftmaschine 40 wird so aufgefasst, dass sie sich in einem EIN-geschaltet-Zustand befindet, wenn sie sich dreht, einschließlich eines oder mehrerer FCO-Zustände, in denen sich die Kraftmaschine gerade dreht und nicht mit Kraftstoff versorgt wird.
Die Drehmomentmaschine 35 ist vorzugsweise ein Induktionsmotor, der als mehrphasiger elektrischer Hochspannungsmotor/Generator ausgestaltet ist, der gespeicherte elektrische Energie in mechanische Leistung umsetzt und der mechanische Leistung in elektrische Energie umsetzt, die in einer Hochspannungsbatterie 25 gespeichert werden kann. Die Drehmomentmaschine 35 umfasst einen Rotor und einen Stator und einen begleitenden Positionssensor 37, der bei einer Ausführungsform ein Resolver mit variabler Reluktanz ist. Der Resolver 37 ist über einen Kabelstrang 33 mit einem Umrichtercontroller 11 signaltechnisch direkt verbunden, und er wird verwendet, um eine Drehposition des Rotors der Drehmomentmaschine 35 zu überwachen. Die Drehposition des Rotors der Drehmomentmaschine 35 wird von dem Umrichtercontroller 11 verwendet, um den Betrieb eines Umrichtermoduls 32 zu steuern, das die Drehmomentmaschine 35 steuert. Der Umrichtercontroller 11 ist vorzugsweise gemeinsam mit dem Umrichtermodul 32 (wie gezeigt) angeordnet oder er kann alternativ abgesetzt angeordnet sein, z. B. in dem Steuerungsmodul 12.
Eine Hochspannungsbatterie 25 ist mit dem Umrichtermodul 32 über einen Hochspannungs-Gleichungsspannungs-Bus 29 elektrisch verbunden, um elektrische Hochspannungs-Gleichstromleistung in Ansprechen auf Steuerungssignale, die von dem Steuerungssystem 10 stammen, an die Drehmomentmaschine 35 zu übertragen. Das Umrichtermodul 32 ist mit der Drehmomentmaschine 35 über einen mehrphasigen Leistungsbus 31 zur Motorsteuerung elektrisch verbunden, wobei ein elektrischer Strom an zwei oder drei der elektrischen Leitungen desselben überwacht wird. Das Umrichtermodul 32 ist mit geeigneten Steuerungsschaltungen ausgestaltet, die gepaarte Leistungstransistoren umfassen, z. B. IGBTs, um elektrische Hochspannungs-Gleichstromleistung in elektrische Hochspannungs-Wechselstromleistung umzuformen, und um elektrische Hochspannungs-Wechselstromleistung in elektrische Hochspannungs-Gleichstromleistung umzuformen. Das Umrichtermodul 32 verwendet vorzugsweise eine Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung), um gespeicherte elektrische Gleichstromleistung, die in der Hochspannungsbatterie 25 entsteht, in elektrische Wechselstromleistung umzusetzen, um die Drehmomentmaschine 35 zur Erzeugung von Drehmoment anzutreiben. Analog wandelt das Umrichtermodul 32 mechanische Leistung, die an die Drehmomentmaschine 35 übertragen wird, in elektrische Gleichstromleistung um, um elektrische Energie zu erzeugen, die in der Hochspannungsbatterie 25 gespeichert werden kann, einschließlich als Teil einer regenerativen Steuerungsstrategie. Es ist festzustellen, dass das Umrichtermodul 32 ausgestaltet ist, um Motorsteuerungsbefehle zu empfangen und um Umrichterzustände zu steuern, um die Motorantriebs- und Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform ist ein elektrischer Gleichstrom/Gleichstrom-Leistungswandler 34 mit einem Niederspannungsbus 28 und einer Niederspannungsbatterie 27 elektrisch verbunden, und mit dem Hochspannungsbus 29 elektrisch verbunden. Derartige elektrische Leistungsverbindungen sind bekannt und werden nicht im Detail beschrieben. Die Niederspannungsbatterie 27 ist mit einem Zusatzleistungssystem 26 elektrisch verbunden, um elektrische Niederspannungsleistung für Niederspannungssysteme im Fahrzeug bereitzustellen, die beispielsweise elektrische Fensterheber, HVAC-Ventilatoren, elektrisch verstellbare Sitze und den solenoidbetätigten elektrischen Niederspannungsstarter 39 umfassen.
Das Getriebe 50 verwendet vorzugsweise einen oder mehrere Differentialzahnradsätze und hydraulisch aktivierte Kupplungen zum Bewirken einer Drehmomentübertragung zwischen der Kraftmaschine 40 und einem Ausgabeelement 62 in einem von mehreren wählbaren Betriebsmodi über einen Bereich von Drehzahlverhältnissen hinweg. Das Getriebe 50 umfasst eine beliebige geeignete Konfiguration und kann ein Automatikgetriebe sein, das so ausgestaltet ist, dass es automatisch zwischen einer Vielzahl von wählbaren Festgang-Getriebemodi umschaltet, um mit einem Übersetzungsverhältnis zu arbeiten, das eine bevorzugte Übereinstimmung zwischen einer Bedienerdrehmomentanforderung und einem Kraftmaschinenarbeitspunkt erreicht. Der Endantrieb 60 kann eine Differentialzahnradvorrichtung 65 umfassen, die mit einer Achse 64 oder einer Halbwelle mechanisch gekoppelt ist, die bei einer Ausführungsform mit einem Rad 66 mechanisch gekoppelt ist. Der Endantrieb 60 überträgt Antriebsleistung zwischen dem Getriebe 50 und einer Straßenoberfläche.
Das Steuerungssystem 10 umfasst ein Steuerungsmodul 12, das mit einer Bedienerschnittstelle 14 signaltechnisch verbunden ist. Das Steuerungsmodul 12 kann ein einheitliches Steuerungsmodul sein, das zentral angeordnet ist, um eine Betriebssteuerung der einzelnen Elemente des Antriebsstrangsystems 20 bereitzustellen, oder eine Vielzahl von diskreten Steuerungsmodulen sein, die zusammen mit den einzelnen Elementen des Antriebsstrangsystems 20 angeordnet sind, um eine Betriebssteuerung derselben zu bewirken, oder eine andere geeignete Kombination von Steuerungsmodulen sein. Das Steuerungssystem 10 kann außerdem eine hierarchische Steuerung der Steuerungsmodule umfassen. Das Steuerungsmodul 12 ist mit einzelnen Elementen des Antriebsstrangsystems 20 entweder direkt oder über den Kommunikationsbus 18 vorzugsweise signaltechnisch und wirksam verbunden. Das Steuerungsmodul 12 ist signaltechnisch mit den Erfassungsvorrichtungen der Hochspannungsbatterie 25, des Umrichtermoduls 32, der Drehmomentmaschine 35, der Kraftmaschine 40 und des Getriebes 50 verbunden, um den Betrieb derselben zu überwachen und parametrische Zustände derselben zu bestimmen. Die Bedienerschnittstelle 14 des Fahrzeugs 100 umfasst mehrere Mensch/Maschine-Schnittstellenvorrichtungen, durch welche der Fahrzeugbediener den Betrieb des Fahrzeugs 100 befiehlt, welche beispielsweise einen Zündschalter umfassen, um zu ermöglichen, dass ein Bediener die Kraftmaschine 40 ankurbelt und startet, ein Gaspedal, ein Bremspedal, einen Getriebebereichswahlhebel (PRNDL), ein Lenkrad und einen Scheinwerferschalter.
Das Antriebsstrangsystem 20 umfasst ein Kommunikationsschema mit dem Kommunikationsbus 18, um Kommunikationen in der Form von Sensorsignalen und Aktorbefehlssignalen zwischen dem Steuerungssystem 10 und Elementen des Antriebsstrangsystems 20 zu bewirken. Es ist festzustellen, dass das Kommunikationsschema eine Informationsübertragung an das und von dem Steuerungssystem 10 unter Verwendung eines bzw. einer oder mehrerer Kommunikationssysteme und Vorrichtungen bewirkt, die beispielsweise den Kommunikationsbus 18, eine Direktverbindung, einen lokalen Netzwerkbus, einen seriellen peripheren Schnittstellenbus und drahtlose Verbindungen umfassen.
Steuerungsmodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuerungseinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bezeichnen eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplattenlaufwerk usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder -routinen ausführen, kombinatorische Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und Vorrichtungen, geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bedeuten beliebige Anweisungssätze mit Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Das Steuerungsmodul weist einen Satz von Steuerungsroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden etwa von einer zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und können betrieben werden, um Eingaben von Erfassungsvorrichtungen und anderen Netzwerksteuerungsmodulen zu überwachen und um Steuerungs- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebs von Aktoren auszuführen. Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise alle 100 Mikrosekunden und 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während eines fortlaufenden Betriebs. Alternativ können Routinen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Das Steuerungsmodul 12 enthält Steuerungsroutinen, die den Betrieb von Elementen des Antriebsstrangsystems 20 überwachen und Bedienerbefehle, die von der Bedienerschnittstelle 14 eingegeben werden, und es bestimmt Befehle zum Betreiben des Antriebsstrangsystems 20, die auf den Bedienerbefehl ansprechen.
Die Befehle zum Betreiben des Antriebsstrangsystems 20 umfassen Drehmomentbefehle für die Drehmomentmaschine 35, welche an den Umrichtercontroller 11 zur Implementierung übermittelt werden, wie mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben ist, und sie umfassen einen Befehl für unmittelbares Drehmoment und einen Befehl für vorhergesagtes Drehmoment.
Der Befehl für unmittelbares Drehmoment ist ein Befehl für Motordrehmoment, das unmittelbar auf den Systembetrieb anspricht, d. h. das Drehmoment, das von der Drehmomentmaschine so schnell erzeugt werden soll, wie es von der Drehmomentmaschine erzeugt werden kann. Der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment ist eine Drehmomentgröße, zu deren Erzeugung der Motor innerhalb einer angegebenen Zeitspanne in der Lage sein soll. Folglich ist der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment eine Drehmomentgröße, auf deren Erzeugung innerhalb einer angegebenen Zeitspanne sich die elektrische Maschine vorbereitet. Bei einer Ausführungsform ist der interessierende Betriebsparameter mit Bezug auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment als Änderungsrate beim Drehmoment definiert, und der Gesamtbetrieb der Drehmomentmaschine kann hinsichtlich einer Drehmomentreaktionszeit bewertet werden. Die Änderungsrate beim Drehmoment ist eine Zeitratenmessung der Fähigkeit der Drehmomentmaschine, das Drehmoment von einer gegenwärtigen Drehmomentgröße auf eine befohlene Drehmomentgröße zu verändern, d. h. zu erhöhen, und sie kann in Einheiten von Kilonewtonmeter pro Sekunde (kNm/s) gemessen werden. Die Fähigkeit einer Drehmomentmaschine, das Drehmoment zu erhöhen, d. h. die Änderungsrate beim Drehmoment, betrifft die gegenwärtige Größe des Ausgabedrehmoments und den Fluss in der elektrischen Maschine, wie mit Bezug auf 4 beschrieben ist. Die Drehmomentmaschine wird vorzugsweise so gesteuert, dass sie in der Lage ist, das Drehmoment von dem gegenwärtigen oder augenblicklichen Drehmoment mit einer vorgeschriebenen minimalen Änderungsrate beim Drehmoment auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment zu erhöhen, was umfasst, dass die Größe des Flusses in der Drehmomentmaschine gesteuert wird. Als Beispiel wird die Drehmomentmaschine so gesteuert, dass sie eine Flussgröße erzeugen wird, welche die vorgeschriebene minimale Änderungsrate beim Drehmoment von 10 kNm/s in Ansprechen auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment erreichen wird.
Der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment wird verwendet, um die Drehmomentmaschine darauf vorzubereiten, dass sie auf potentielle Veränderungen bei dem Motordrehmomentbefehl anspricht, die im Betrieb kurzfristig auftreten können. Der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment wird eingesetzt, um Latenzen beim System und bei Komponenten zu überwinden, welche Antwortzeiten, Verzögerungszeiten in Verbindung mit der mechanischen Trägheit, Steuerungssignalverzögerungen, transiente Verzögerung in Verbindung mit Antwortzeiten der Hochspannungsschalter und andere Faktoren umfassen. Der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment umfasst die Bestimmung eines befohlenen Motordrehmoments, das kurzfristig auftreten kann, z. B. innerhalb von 200 ms, und er kann eine projizierte Änderung beim Motordrehmoment in Ansprechen auf bevorstehende Veränderungen beim Fahrzeugbetrieb umfassen, etwa die Auslöschung von Kraftmaschinenimpulsen beim Autostopp- und Autostart-Betrieb der Kraftmaschine, ein Dämpfen des Endantriebs mit Bezug auf Zahnradrattern, der Steuerung der Getriebeeingabedrehzahl bei Gangschaltvorgängen, und andere Operationen. 5 zeigt derartige Elemente auf graphische Weise. Daher können der Befehl für unmittelbares Drehmoment und der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment bei stationären Bedingungen im Wesentlichen der gleiche Wert sein. Der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment kann von dem Befehl für unmittelbares Drehmoment bei Betriebsbedingungen abweichen, die eine bevorstehende Veränderung beim Fahrzeugbetrieb anzeigen, welche eine Änderung beim Systemdrehmoment benötigen, etwa das Ausführen eines Gangschaltvorgangs oder das Ausführen von entweder einer Kraftmaschinenautostopp- oder einer Kraftmaschinenautostart-Operation, in Abhängigkeit von der Größe des Befehls für unmittelbares Drehmoment.
2 zeigt auf schematische Weise einen adaptiven Prozess für einen Rotorflussbefehl zum Bestimmen von Direkt- und Quadraturstrombefehlen zum Betreiben einer Ausführungsform des Motors 40 von 1 in Ansprechen auf einen Befehl 206 für unmittelbares Drehmoment und einen Befehl 208 für vorhergesagtes Drehmoment. Der adaptive Prozess für einen Rotorflussbefehl kann zu einem verbesserten Systemwirkungsgrad führen, der eine maximale Drehmomentreaktion umfasst, die eine Zeitverzögerung zwischen einem befohlenen Direktstrom und der Erzeugung eines Rotorflusses kompensiert, wodurch eine verbesserte Drehmomentreaktion mit minimiertem Systemleistungsverlust erreicht wird. Überwachte Eingaben umfassen die Motordrehzahl 202 und das elektrische Hochspannungs-Gleichstrompotential 204. Der Befehl 206 für unmittelbares Drehmoment in Kombination mit der Motordrehzahl 202 und dem elektrischen Hochspannungs-Gleichstrompotential 204 werden von einer Drehmomentbefehlsarretierung 210 verwendet, welche auf der Grundlage davon einen Befehl 215 für arretiertes Drehmoment bestimmt. Der Befehl 215 für arretiertes Drehmoment beruht auf der Fähigkeit des Motors 40, auf den Befehl 206 für unmittelbares Drehmoment im Hinblick auf die Motordrehzahl 202 und das elektrische Hochspannungs-Gleichstrompotential 204 zu antworten. Folglich ist der Befehl 215 für arretiertes Drehmoment auf das für den Motor 40 bei der Motordrehzahl 202 für das elektrische Hochspannungs-Gleichstrompotential 204 maximal erreichbare Drehmoment begrenzt.
Der Befehl 215 für arretiertes Drehmoment in Kombination mit der Motordrehzahl 202 und dem elektrischen Hochspannungs-Gleichstrompotential 204 werden in ein Bestimmungsschema 220 für einen Quadraturstrombefehl eingegeben, das eine Größe für den Quadraturstrombefehl (Iq) 225 in Ansprechen auf den Befehl 215 für arretiertes Drehmoment und die Motordrehzahl 202 bestimmt. Der Quadraturstrombefehl (Iq) 225 steht daher in Beziehung zu dem Befehl 206 für unmittelbares Drehmoment. Gleichzeitig werden der Befehl 206 für unmittelbares Drehmoment in Kombination mit dem Befehl 208 für vorhergesagtes Drehmoment in eine adaptive Routine 230 für vorhergesagtes Drehmoment eingegeben, um einen adaptierten Befehl 235 für vorhergesagtes Drehmoment zu bestimmen. Eine Ausführungsform der adaptiven Routine 230 für vorhergesagtes Drehmoment ist mit Bezug auf 3 beschrieben. Der adaptierte Befehl 235 für vorhergesagtes Drehmoment wird in einem Vergleicher 240 mit dem Befehl 215 für arretiertes Drehmoment verglichen, welcher das Maximum davon als Flussdrehmomentbefehl 245 wählt. Der Flussdrehmomentbefehl 245 wird beruhend auf dem adaptierten Befehl 235 für vorhergesagtes Drehmoment bestimmt und er wird verwendet, um einen Flussbefehl 255 zur Steuerung des Flusses zu bestimmen, so dass das von der Drehmomentmaschine ausgegebene Drehmoment auf die vorgeschriebene minimale Änderungsrate beim Drehmoment anspricht, wie mit Bezug auf 4 beschrieben ist. Der Flussbefehl 255 befindet sich bei einem Flussniveau, das eine schnelle Drehmomentreserve bereitstellt, welches ein minimaler Flusswert ist, der die vorgeschriebene minimale Änderungsrate beim Drehmoment erreichen kann. Daher kann die Größe des Flusses in der Drehmomentmaschine derart gesteuert werden, dass die Drehmomentmaschine in der Lage ist, eine Änderung beim Drehmoment, die mit einer schnellen Drehmomentreserve verbunden ist, mit der vorgeschriebenen minimalen Änderungsrate beim Drehmoment zu erreichen, welche bei einer Ausführungsform 10 kNm/s beträgt. Das Flussbefehl-Bestimmungsschema 250 bestimmt einen Flussbefehl 255, der der Größe des Flussdrehmomentbefehls 245 entspricht. Der Flussbefehl 255 wird in ein Direktstrom-Bestimmungsschema 260 eingegeben, welches eine Größe des Direktstrombefehls Id 265 unter Verwendung der mathematischen Direkt-Quadratur-Transformation bestimmt. Wie der Fachmann feststellt, gibt es eine Reaktionszeitverzögerung zwischen dem Direktstrombefehl Id und der Erzeugung eines Rotorflusses, die Drehmoment verursacht. Daher verbessert die Wahl des Maximums aus dem adaptierten Befehl 235 für vorhergesagtes Drehmoment und dem Befehl 215 für arretiertes Drehmoment als Flussdrehmomentbefehl 245 das Ansprechverhalten bei der Rotorflusserzeugung. Dies erreicht eine verbesserte Drehmomentreaktion, während ein Systemleistungsverlust minimiert wird, indem ein Direktstrombefehl Id gewählt wird, der einen maximal erreichbaren Fluss bereitstellt, ohne Leistung zu verbrennen, die mit zusätzlichem Drehmoment verbunden ist, wodurch eine maximale Drehmomentreaktion bereitgestellt wird, die eine Zeitverzögerung zwischen einem befohlenen Direktstrom und der Erzeugung von Rotorfluss kompensiert. Der Direktstrombefehl Id 265 und der Quadraturstrombefehl Iq 225 werden einer inversen Transformation (dy-abc-Transformation) unterzogen, um dreiphasige Wechselstrombefehle abzuleiten, die verwendet werden, um den Umrichter zu steuern, um den Drehmomentbefehl zu erreichen.
3 zeigt auf schematische Weise eine Ausführungsform der adaptiven Routine 230 für vorhergesagtes Drehmoment, die verwendet wird, um den adaptiven Befehl 235 für vorhergesagtes Drehmoment zu bestimmen, der in dem vorstehend erwähnten adaptiven Prozess für einen Rotorflussbefehl von 2 verwendet wird, um Direkt- und Quadraturstrombefehle zum Betreiben des Motors 40 von

1 zu bestimmen. Tabelle 1 wird als Schlüssel für 3 bereitgestellt, wobei die numerisch beschrifteten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt offengelegt sind. Tabelle 1

BLOCK	BLOCKINHALTE
230	Adaptive Routine für vorhergesagtes Drehmoment
302	Tabs = abs(Tcmd) setzen
304	Δabs = Max[abs(Tprd) – Tabs, 0] setzen
306	Ist Δabs > Min(Δmax, Tmax)
308	Δabs = Min(Δmax, Tmax) setzen
310	Ist Tabs > Tmax?
312	Tabs = Tmax setzen
314	Tabellensuche Δpf = F(Tabs, Δabs)
316	Tpf = abs(Tcmd) + Δpf setzen
318	Rücksprung

Jede Ausführung der adaptiven Routine 230 für vorhergesagtes Drehmoment arbeitet wie folgt. Ein Absolutwert des Drehmomentbefehls Tabs, d. h. des Befehls 206 für unmittelbares Drehmoment, wird identifiziert (302), d. h. Tabs = abs(Tcmd). Diese Operation erleichtert die Berechnung unabhängig davon, ob der Drehmomentbefehl positiv ist, d. h. elektrische Leistung in Drehmoment umgesetzt wird, oder negativ, d. h. Drehmoment in elektrische Leistung umgesetzt wird. Ein Drehmomentdifferenzausdruck Δabs wird auf das Maximum einer Differenz zwischen einem Absolutwert des Befehls Tprd für vorhergesagtes Drehmoment und einem Absolutwert des Drehmomentbefehls Tabs und Null gesetzt. Wenn folglich der Absolutwert des Drehmomentbefehls Tabs größer als der Befehl Tprd für vorhergesagtes Drehmoment ist, wird der Drehmomentdifferenzausdruck Δabs gleich Null gesetzt (304). Der Drehmomentdifferenzausdruck Δabs wird mit einem Minimum aus einem Ausdruck Δmax für die maximal zulässige Differenz und einem Grenzwert Tmax für maximales Motordrehmoment verglichen (306), und wenn er größer ist (306)(1), wird der Drehmomentdifferenzausdruck Δabs gleich dem Minimum aus dem Ausdruck Δmax für die maximal zulässige Differenz und dem Grenzwert Tmax für maximales Motordrehmoment gesetzt (308). Andernfalls (306)(0) wird der Betrieb fortgesetzt. Dies umfasst, dass der Absolutwert des Drehmomentbefehls Tabs mit dem Grenzwert Tmax für maximales Motordrehmoment verglichen wird (310). Wenn der Absolutwert des Drehmomentbefehls Tabs größer als der Grenzwert Tmax für maximales Motordrehmoment ist (310)(1), wird der Absolutwert des Drehmomentbefehls Tabs gleich dem Grenzwert Tmax für maximales Motordrehmoment gesetzt (312). Andernfalls (310)(0) wird der Betrieb fortgesetzt, was umfasst, dass ein adaptierter Wert für den Differenzausdruck Δpf in Bezug auf sowohl den Absolutwert des Drehmomentbefehls Tabs als auch den Drehmomentdifferenzausdruck Δabs bestimmt wird (314). Bei einer Ausführungsform kann der adaptierte Wert für den Differenzausdruck Δpf in Bezug auf sowohl den Absolutwert des Drehmomentbefehls Tabs als auch den Differenzausdruck Δabs bestimmt werden, indem eine Kalibrierungstabelle verwendet wird, die beruhend auf einer Drehmomentreaktion empirisch entwickelt wurde. Vom Standpunkt des Systemwirkungsgrads aus ist ein niedrigerer Wert des Differenzausdrucks Δpf bevorzugt, weil das Erhöhen des Differenzausdrucks Δpf ein Erhöhen beim Flussdrehmomentbefehl verursacht, was zu einem erhöhten Strom mit einem zugehörigen erhöhten Leistungsverlust führen wird. Tabelle 2 zeigt eine beispielhafte Kalibrierungstabelle, die zur Verwendung mit einer Ausführungsform des Motors 40 von 1 entwickelt wurde. Tabelle 2

Δpf Tabs

0 20 40 60

Δabs 0 0 0 0 0

20 14 11 5 0

40 27 21 10 0

60 39 31 20 0

80 50 40 20 0

100 60 40 20 0

120 60 40 20 0
Die Werte der Differenzausdrücke Δpf, die die mit Bezug auf Tabelle. 2 gezeigte Kalibrierungstabelle füllen, können wie folgt hergeleitet werden. Ein repräsentatives Beispiel einer Ausführungsform des in 1 beschriebenen Motors 40 kann so ausgestaltet werden, dass er in einer Labortestzelle unter gesteuerten Betriebs- und Umgebungsbedingungen betrieben wird. Zu Beginn wird der Drehmomentbefehl auf einen ausgewählten Wert für den absoluten Drehmomentbefehl Tabs gesetzt und der Differenzausdruck Δpf wird gleich dem Drehmomentdifferenzausdruck Δabs gesetzt. Der absolute Drehmomentbefehl Tabs wird um einen Betrag erhöht, der gleich dem Drehmomentdifferenzausdruck Δabs ist (Tabs + Δabs) und ein tatsächliches Drehmoment wird zusammen mit einer Drehmomentreaktionszeit gemessen. Der Drehmomentbefehl wird auf den absoluten Drehmomentbefehl Tabs verringert. Der Differenzausdruck Δpf wird mit dem vorbestimmten Wert (z. B. 10 Nm) verringert. Der Drehmomentbefehl wird wieder erhöht (Tabs + Δabs) und das tatsächliche Drehmoment wird wieder gemessen. Die Drehmomentreaktionszeit wird wieder gemessen und mit der zuvor bestimmten Drehmomentreaktionszeit verglichen. Die vorstehenden Schritte werden wiederholt, bis die Drehmomentreaktionszeit des tatsächlichen Drehmoments für den Drehmomentbefehl signifikant ansteigt, d. h. größer als eine vorbestimmte Anforderung ist, und es wird ein Wert für den Differenzausdruck Δpf gewählt, der ein Minimalwert des Differenzausdrucks Δpf ist, welcher bewirkt, dass die Drehmomentänderungsrate größer oder gleich der vorbestimmten minimalen Änderungsrate beim Drehmoment ist. Auf diese Weise wird der Differenzausdruck Δpf auf einen Minimalwert gesetzt, der die benötigte Änderungsrate bei der Drehmomentreaktion erreicht und gleichzeitig den Fluss minimiert. Dieser Prozess wird für jede Kombination aus den Werten des absoluten Drehmomentbefehls Tabs und des Drehmomentdifferenzausdrucks Δabs über die Wertebereiche für den absoluten Drehmomentbefehl Tabs und den Drehmomentdifferenzausdruck Δabs wiederholt. Der adaptierte Wert für den Differenzausdruck Δpf wird mit Bezug auf sowohl den Absolutwert des Drehmomentbefehls Tabs als auch den Drehmomentdifferenzausdruck Δabs bestimmt.
Ein endgültiger Befehl Tpf für vorhergesagtes Drehmoment, d. h. der adaptierte Befehl 235 für vorhergesagtes Drehmoment von 2 wird als numerische Summe des Absolutwerts des Drehmomentbefehls Tabs und des Differenzausdrucks Δpf bestimmt (316), und dieser Ausdruck wird an den adaptiven Prozess 200 für einen Rotorflussbefehl zurückgegeben, um als der adaptierte Befehl 235 für vorhergesagtes Drehmoment zur Bestimmung des Direktstrombefehls verwendet zu werden, um eine Ausführungsform des Motors 40 von 1 zu betreiben. Das Verwenden des adaptiven Prozesses für einen Rotorflussbefehl von 2 kann zu einem erhöhten Systemwirkungsgrad führen, wobei die maximale Drehmomentreaktion erhalten wird, indem jegliche Zeitverzögerung zwischen einem befohlenen Direktstrom Id und der Erzeugung eines Rotorflusses kompensiert wird, um eine verbesserte Drehmomentreaktion zu erreichen, die mit der Erzeugung des Rotorflusses mit minimiertem Systemleistungsverlust verbunden ist. Dieser Prozess des Wählens des adaptierten Befehls 235 für vorhergesagtes Drehmoment ermöglicht das Wählen eines Direktstrombefehls, der eine Flussgröße liefert, die ein Ansteigen des Stroms ohne einen entsprechenden Anstieg beim Drehmoment minimiert. Der endgültige Befehl Tpf für vorhergesagtes Drehmoment zum Betreiben einer Ausführungsform des Motors 40 von 1 spricht auf den Befehl 208 für vorhergesagtes Drehmoment an.
4-1 und 4-2 zeigen auf graphische Weise Daten, die mit einer Änderungsrate beim Drehmoment verbunden sind, die eine Betriebseigenschaft ist, die mit der Fähigkeit einer Drehmomentmaschine zum Erhöhen des Drehmoments verbunden ist. Die Änderungsrate beim Drehmoment steht in Beziehung mit und beeinflusst die Motordrehmomentreaktionszeit. 4-1 zeigt auf graphische Weise eine dreidimensionale Aufzeichnung von Daten, die mit einer erreichbaren Änderungsrate beim Drehmoment verbunden sind, wenn bei einem stationären Drehmomentarbeitspunkt gestartet wird, mit einer erreichbaren Änderungsrate beim Drehmoment auf der Achse 430 (kNm/s) mit Bezug auf die gegenwärtige Größe des Ausgabedrehmoments der Drehmomentmaschine, die auf der Achse 410 gezeigt ist, und dem Fluss in der Drehmomentmaschine, der auf der Achse 420 gezeigt ist, für eine Ausführungsform der elektrisch betriebenen Drehmomentmaschine. Die Flussgröße auf der Achse 420 entspricht einer Größe des Befehls für vorhergesagtes Drehmoment und die Drehmomentgröße auf der Achse 410 entspricht einer Größe des Befehls für unmittelbares Drehmoment. Wie gezeigt liefert eine geringe Größe des Ausgabedrehmoments, die mit einer geringen Flussgröße in der Drehmomentmaschine gekoppelt ist, eine niedrige Änderungsrate beim Drehmoment. Die auf der Achse 430 gezeigte Änderungsrate beim Drehmoment zeigt eine maximale Rate an, mit welcher die Drehmomentmaschine ein geliefertes Drehmoment bei dem Fluss und den Drehmomentarbeitspunkten erhöhen kann. Wenn die Drehmomentmaschine Drehmoment erzeugt (positives Drehmoment), bedeutet eine Zunahme bei dem gelieferten Drehmoment einen größeren Betrag an Drehmoment, d. h. eine größere positive Zahl. Wenn die Drehmomentmaschine analog auf Drehmoment reagiert (negatives Drehmoment), bedeutet eine Zunahme bei dem gelieferten Drehmoment einen größeren Betrag des reagierenden Drehmoments, d. h. eine größere negative Zahl. Eine Abnahme bei der Größe des Drehmoments, d. h. eine Abnahme bei dem gelieferten Drehmoment, kann schnell erreicht werden und wird hier nicht erörtert. Die Änderungsrate beim Drehmoment hängt von den anfänglichen Betriebsbedingungen ab. Die Daten zeigen an, dass bei einer Drehmomentmaschine, die in einem Zustand arbeitet, bei dem der Fluss (oder der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment) größer als der Befehl für unmittelbares Drehmoment ist, die Änderungsrate beim Drehmoment, d. h. die Rate, mit der Drehmoment ansteigen kann, relativ hoch ist. Wenn die Drehmomentmaschine hingegen in einem Zustand betrieben wird, bei dem der Fluss geringer als der Befehl für unmittelbares Drehmoment ist und der Befehl für unmittelbares Drehmoment niedrig ist, d. h. in der Nähe von Null liegt, ist die Änderungsrate beim Drehmoment relativ klein, weil vor dem Erhöhen von Drehmoment eine Zunahme beim Fluss stattfinden muss, was zu Systemlatenzen führt.
4-2 zeigt auf graphische Weise eine zweidimensionale Aufzeichnung von Daten für eine Ausführungsform einer elektrisch betriebenen Drehmomentmaschine, die aus den Daten abgeleitet sind, die mit Bezug auf 4-1 gezeigt sind, einschließlich einer gewählten Größe der erreichbaren Änderungsrate beim Drehmoment, wenn von einem stationären Drehmomentarbeitspunkt aus gestartet wird, wobei erreichbare Änderungsraten beim Drehmoment 430 (d. h. 4, 6, 8, 10, 12 und 14 kNm/s) in Bezug auf die gegenwärtige Größe des Ausgabedrehmoments der Drehmomentmaschine, das auf der Achse 410 gezeigt ist, und in Bezug auf den Fluss in der Drehmomentmaschine gezeigt sind, der auf der Achse 420 gezeigt ist. Die gewählte Größe der erreichbaren Änderungsrate beim Drehmoment entspricht der vorgeschriebenen minimalen Änderungsrate beim Drehmoment, die hier beschrieben ist, welche eine Größe von 7 kNm/s ist. Dies kann analytisch erreicht werden, indem eine horizontale Ebene eingeführt wird, die orthogonal zu der Achse 430 von 4-1 bei der vorgeschriebenen minimalen Änderungsrate beim Drehmoment von 7 kNm/s ist. Wie gezeigt, können die Daten verwendet werden, um eine minimale Flussgröße in der Drehmomentmaschine zu bestimmen (auf Achse 420 gezeigt), die benötigt wird, um die vorgeschriebene minimale Änderungsrate beim Drehmoment von 7 kNm/s zu erreichen, mit Bezug auf die gegenwärtige Größe des Ausgabedrehmoments der Drehmomentmaschine (auf Achse 410 gezeigt). Daher kann eine Motorsteuerungsroutine entscheiden, ob sie das Flussniveau erhöhen soll oder nicht, und in welchem Ausmaß der Fluss erhöht werden soll, in Abhängigkeit von der gegenwärtigen Größe des Ausgabedrehmoments der Drehmomentmaschine. Wenn die Drehmomentmaschine mit einem unmittelbaren Drehmoment von 150 Nm betrieben wird, dann kann die Motorsteuerungsroutine selbst dann, wenn der Reaktionstyp auf aktiv gesetzt wird und der vorhergesagte Befehl 200 Nm beträgt, bestimmen, dass keine Erhöhung beim Fluss notwendig ist, weil die erreichbare Änderungsrate beim Drehmoment größer als die vorgeschriebene minimale Änderungsrate beim Drehmoment für diesen Arbeitspunkt ist. Dieser Betrieb führt zu Leistungseinsparungen, weil die Drehmomentmaschine keinen zusätzlichen, nicht benötigten Fluss erzeugt. Bei einer Betriebsbedingung mit einem aktiven Reaktionstyp jedoch, bei der die gegenwärtige Größe des Ausgabedrehmoments 20 Nm beträgt, und wobei der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment und der entsprechende Flussbefehl auf 40 Nm gesetzt sind, stellt die Steuerungsroutine fest, dass das Flussniveau nicht ausreicht, um die vorgeschriebene minimale Änderungsrate beim Drehmoment (7 kNm/s) zu erreichen, und das Flussniveau wird auf eine Kapazität erhöht, um Drehmoment von 20 Nm auf 40 Nm mit einer Rate von mindestens 7 kNm/s zu verändern.
5 zeigt auf graphische Weise Elemente, die mit dem Aufbau einer schnellen Drehmomentreserve verbunden sind, um eine Ausführungsform der Drehmomentmaschine mit einer Drehmomentgröße zu betreiben, die in die vertikale Richtung gezeigt ist. Eine Linie 510 zeigt auf graphische Weise einen Befehl für unmittelbares Drehmoment, der eine beliebige Größe zwischen einem negativen maximal erreichbaren Drehmoment und einem positiven maximal erreichbaren Drehmoment für die Drehmomentmaschine aufweisen kann. Die schnelle Drehmomentreserve wird von dem Steuerungssystem verwendet, um den Fluss in der Drehmomentmaschine derart zu steuern, dass die Drehmomentmaschine in der Lage ist, eine Veränderung beim Drehmoment mit der vorgeschriebenen minimalen Änderungsrate beim Drehmoment, z. B. mit 7 kNm/s zu erreichen, die mit der schnellen Drehmomentreserve verbunden ist. Ein Element der schnellen Drehmomentreserve umfasst eine Drehzahlsteuerungsdrehmomentreserve 512, die verwendet wird, um die Getriebeeingabedrehzahl während eines Gangschaltvorgangs zu steuern, und sie kann bei einer Ausführungsform in Abhängigkeit von der Schaltsequenz eine Größe von 20 Nm oder mehr aufweisen. Es ist festzustellen, dass die Größe der Drehzahlsteuerungsdrehmomentreserve 512 in Abhängigkeit von der Systemkonfiguration, der Systemausführungsform und anderen Faktoren variieren kann. Ein weiteres Element der schnellen Drehmomentreserve umfasst eine Getriebeeingabedrehzahlsteuerung bei Getrieben, die ein Eingabeelement aufweisen, das von der Getriebeausgabe getrennt ist. Als Beispiel weisen einige Getriebe bei elektrischen Fahrzeugsystemen eine Getriebeeingabedrehzahl auf, die durch die Ausgabedrehzahl vorgegeben ist, z. B. Ni = k·No, wobei k eine Konstante ist. In derartigen Fällen gibt es keine Getriebeeingabedrehzahlsteuerung, aber eine Endantriebsdämpfung ist eingeschaltet und aktiv. Ein weiteres Element der schnellen Drehmomentreserve umfasst eine Endantriebsdämpfungs-Drehmomentreserve 514, die verwendet wird, um das Getriebe bei Übergängen zwischen Drehmomenterzeugungs- und Drehmomentreaktionsmodi und ein damit verbundenes Zahnradrattern im Getriebe und im Endantrieb zu steuern, und es kann bei einer Ausführungsform in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz eine Größe von 10 Nm oder größer aufweisen. Es ist festzustellen, dass die Größe der Endantriebsdämpfungs-Drehmomentreserve 514 in Abhängigkeit von der Systemkonfiguration, der Systemausführungsform und anderen Faktoren variieren kann. Ein weiteres Element der schnellen Drehmomentreserve umfasst eine Kraftmaschinenimpulsauslöschungs-Drehmomentreserve 516, die verwendet wird, um die Getriebeeingabedrehzahl während Übergängen zwischen Modi mit eingeschalteter Kraftmaschine und ausgeschalteter Kraftmaschine und einer zugehörigen Erzeugung von Kraftmaschinenimpulsen zu steuern, die bei Modi mit Autostopp und Autostart auftritt, und kann bei einer Ausführungsform eine Größe von 2 Nm oder mehr aufweisen. Es ist festzustellen, dass die Größe der Kraftmaschinenimpulsauslöschungs-Drehmomentreserve 516 in Abhängigkeit von der Systemkonfiguration, der Systemausführungsform und anderen Faktoren variieren kann.
6-1 zeigt auf graphische Weise ein Drehmoment 610 der Drehmomentmaschine und einen Fluss 620, die mit einem Arbeitspunkt einer Ausführungsform einer Drehmomentmaschine verbunden sind, mit Bezug auf die Zeit, welche auf der horizontalen Achse gezeigt ist. Der Arbeitspunkt der Drehmomentmaschine liegt anfänglich bei 0 Nm und der entsprechende Fluss liegt bei einem Flussniveau 622, das mit einer schnellen Drehmomentreserve verbunden ist, wie beispielsweise mit Bezug auf 5 beschrieben ist. Zum Zeitpunkt 611 erhöht sich ein Befehl 612 für vorhergesagtes Drehmoment auf 100 Nm, was einen bevorstehenden Befehl zum Erhöhen des Drehmoments aus der elektrischen Maschine anzeigt. Die Drehmomentmaschine wird so gesteuert, dass sie in der Lage ist, das Drehmoment von dem gegenwärtigen oder augenblicklichen Drehmoment, d. h. 0 Nm, auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment von 100 Nm mit einer vorgeschriebenen minimalen Änderungsrate beim Drehmoment zu erhöhen, indem die Größe des Flusses in der Drehmomentmaschine auf das Flussniveau 624 gesteuert wird. Wenn daher ein Befehl 614 für unmittelbares Drehmoment zum Zeitpunkt 613 auf den Drehmomentbefehl von 100 Nm ansteigt, reagiert das erreichte Motordrehmoment 616 auf den Befehl 614 für unmittelbares Drehmoment mit der vorgeschriebenen minimalen Änderungsrate beim Drehmoment und erreicht eine Drehmomentausgabe von 100 Nm zum Zeitpunkt 615.
6-2 zeigt auf graphische Weise das Drehmoment 630 und den Fluss 640 einer Drehmomentmaschine, die mit einem Arbeitspunkt einer Ausführungsform einer Drehmomentmaschine verbunden sind, mit Bezug auf die Zeit, die auf der horizontalen Achse gezeigt ist. Der Arbeitspunkt der Drehmomentmaschine liegt anfänglich bei 100 Nm und der entsprechende Fluss liegt bei einem Flussniveau 642, das mit einer schnellen Drehmomentreserve verbunden ist, wie beispielsweise mit Bezug auf 5 beschrieben ist. Zum Zeitpunkt 621 steigt ein Befehl 632 für vorhergesagtes Drehmoment auf 180 Nm an, was einen bevorstehenden Befehl zum Erhöhen von Drehmoment aus der elektrischen Maschine anzeigt. Bei diesem Beispiel ist das Flussniveau 642 ausreichend, um das Drehmoment von dem gegenwärtigen oder augenblicklichen Drehmoment, d. h. 100 Nm, auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment von 180 Nm ohne eine zusätzliche Veränderung beim Fluss mit der vorgeschriebenen minimalen Änderungsrate beim Drehmoment zu erhöhen. Wenn daher ein Befehl 634 für unmittelbares Drehmoment zum Zeitpunkt 623 den Drehmomentbefehl auf 180 Nm erhöht, reagiert das erreichte Motordrehmoment 636 auf den Befehl 634 für unmittelbares Drehmoment mit der vorgeschriebenen minimalen Änderungsrate beim Drehmoment oder schneller und erreicht eine Drehmomentausgabe von 180 Nm zum Zeitpunkt 625.
Folglich stellen der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment und der Befehl für unmittelbares Drehmoment eine verbesserte transiente Reaktion in einem Induktionsmotor bereit, wobei Leistungsverluste minimiert werden. Bei einigen Drehmomentniveaus und Deltas zwischen dem vorhergesagten Drehmoment und dem unmittelbaren Drehmoment wird ein zusätzlicher Fluss über den Flussanforderungen, die mit dem unmittelbaren Drehmoment verbunden sind, befohlen. Bei anderen Drehmomentniveaus und Deltas zwischen den vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomenten wird kein zusätzlicher Fluss befohlen, da die Anforderungen für eine transiente Reaktion durch das gegenwärtige Flussniveau erfüllt werden können, wenn sich der Befehl für vorhergesagtes Drehmoment verändert.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können anderen weitere Modifikationen und Veränderungen begegnen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt sind, die als die beste Art betrachtet werden, um diese Offenbarung auszuführen, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Steuern einer elektrisch betriebenen Drehmomentmaschine eines Antriebsstrangsystems, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Befehl für vorhergesagtes Drehmoment zum Steuern der Drehmomentmaschine bestimmt wird; ein Flussbefehl bestimmt wird, der auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment anspricht, wobei der Flussbefehl ein Flussniveau umfasst, das eine schnelle Drehmomentreserve bereitstellt, die auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment anspricht, wobei die schnelle Drehmomentreserve eine vorgeschriebene minimale Änderungsrate beim Drehmoment umfasst, das von der Drehmomentmaschine in Ansprechen auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment ausgegeben wird; und ein Umrichtercontroller betrieben wird, um den Fluss der Drehmomentmaschine in Ansprechen auf den Flussbefehl zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Befehls für vorhergesagtes Drehmoment umfasst, dass ein befohlenes Motordrehmoment bestimmt wird, das demnächst auftreten kann.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen des befohlenen Motordrehmoments, das demnächst auftreten kann, umfasst, dass ein befohlenes Motordrehmoment bestimmt wird, das innerhalb von 200 Mikrosekunden auftreten kann.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen des befohlenen Motordrehmoments, das demnächst auftreten kann, umfasst, dass eine projektierte Veränderung bei dem befohlenen Motordrehmoment bestimmt wird, die auf eine Kraftmaschinenimpulsauslöschung anspricht, welche mit einem Autostoppbetrieb und einem Autostartbetrieb für eine Brennkraftmaschine des Antriebsstrangsystems verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen des befohlenen Motordrehmoments, das demnächst auftreten kann, umfasst, dass eine projektierte Veränderung bei dem befohlenen Motordrehmoment bestimmt wird, die auf eine Dämpfung anspricht, welche mit einem Zahnradrattern in einem Endantrieb verbunden ist, der mit dem Antriebsstrangsystem gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen des befohlenen Motordrehmoments, das demnächst auftreten kann, umfasst, dass eine projektierte Veränderung bei dem befohlenen Motordrehmoment bestimmt wird, die auf eine Getriebeeingabedrehzahlsteuerung während eines Gangschaltvorgangs in einem Getriebe des Antriebsstrangsystems anspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Befehls für vorhergesagtes Drehmoment umfasst, dass eine Größe des Drehmoments bestimmt wird, zu deren Erzeugung die Drehmomentmaschine innerhalb einer angegebenen Zeitspanne in der Lage sein soll.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass ein Befehl für unmittelbares Drehmoment zum Steuern der Drehmomentmaschine in Ansprechen auf einen Ausgabedrehmomentbefehl für das Antriebsstrangsystem bestimmt wird, wobei der Befehl für unmittelbares Drehmoment einen Befehl für ein Motordrehmoment umfasst, das von der Drehmomentmaschine so schnell erzeugt werden soll, wie es erzeugt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Flussbefehls, der das Flussniveau umfasst, das die schnelle Drehmomentreserve bereitstellt, die auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment anspricht, umfasst, dass ein minimaler Fluss bestimmt wird, der mindestens die vorgeschriebene minimale Änderungsrate beim von der Drehmomentmaschine ausgegebenen Drehmoment erreichen kann, welche auf den Befehl für vorhergesagtes Drehmoment anspricht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die minimale Änderungsrate beim Drehmoment, das von der Drehmomentmaschine ausgegeben wird, eine minimale Änderungsrate beim Drehmoment von 10 kNm/s umfasst.