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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung eines Motorgenerators vor dem Abschluss eines Lernens der Position des Nullpunkts eines Rotationswinkelsensors zur Erfassung eines Rotationswinkels des Motorgenerators.
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Für gewöhnlich steuern Elektrofahrzeuge (EV) oder Hybridfahrzeuge (HV) elektrische Energie, die von einem Inverter an einen Motorgenerator zum Antreiben des Fahrzeugs gegeben wird, um zu bewirken, dass ein Ausgangsdrehmoment des Motorgenerators mit einem Solldrehmoment übereinstimmt, das beispielsweise auf der Grundlage eines Betätigungsbetrags eines Gaspedals bestimmt wird.
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Um den Inverter auf diese Weise zu steuern, ist es erforderlich, den Rotationszustand des Motorgenerators, d.h. einen Rotationswinkel des Motorgenerators (einen Rotationswinkel eines Rotors) zu erfassen. Drehmelder werden häufig zur Erfassung eines Rotationswinkels des Motorgenerators verwendet. Der Inverter wird in Übereinstimmung mit einem Ausgang eines Drehmelders gesteuert, und im Gegenzug wird die Phase eines Wechselstroms, der an den Motorgenerator zu geben ist, gesteuert.
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Der Drehmelder erfasst über eine Spule ein Magnetfeld, das im Ansprechen auf die Rotation des Motorgenerators erzeugt wird, um den Rotationswinkel des Motorgenerators, d.h. die Phase der Rotation des Rotors zu erfassen. Folglich führt eine Abweichung in der Position des Nullpunkts des Drehmelder, die beispielsweise infolge eines Fehlers in der Position der Befestigung des Drehmelders auftritt, zu einer ungenauen Erfassung des Rotationswinkels des Motorgenerators, und macht diese Abweichung eine geeignete Steuerung eines elektrischen Stroms, der an den Motorgenerator zu geben ist, unmöglich.
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Die
JP 2004 - 129 359 A offenbart eine Korrektur eines Fehlers im Nullpunkt eines Drehmelders auf der Grundlage eines Ausgangs des Drehmelders, während ein Motorgenerator in Rotation versetzt wird. Solch ein Lernen, um einen Fehler im Nullpunkt eines Drehmelders zu korrigieren, kann Probleme im eigentlichen Betrieb eliminieren.
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Die auf Lernen basierende Korrektur eines Fehlers im Nullpunkt eines Drehmelders wird oftmals in einer Fabrik vor einer Auslieferung ausgeführt, kann jedoch ebenso später während einer Reparatur oder einer Inspektion bei einem Händler erfolgen. Ferner kann sie ebenso, je nach Wunsch, während eines eigentlichen Fahrens erfolgen.
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Während oder vor solch einem Lernen, d.h. wenn ein Lernen noch abzuschließen ist, ist die Position des Nullpunkts des Drehmelders ungenau. Dies führt dazu, dass der Ausgang des Drehmelders nicht korrekt ist, und dann, wenn der Motorgenerator gesteuert wird, das Ausgangsdrehmoment des Motorgenerators einen zu hohen oder zu niedrigen Wert annimmt. Insbesondere hat dann, wenn der Motorgenerator in einem Rechteckwellensteuermodus gesteuert wird, eine Abweichung im Nullpunkt des Drehmelders einen signifikanten Einfluss.
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Aus der
DE 10 2008 052 144 A1 sind ein Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems mit einer Synchronmaschine bekannt, umfassend eine fremderregte elektrische Synchronmaschine und eine diese speisende elektronische Schaltung, wobei die elektronische Schaltung eine Kommutierungseinheit umfasst, die aus einem Leistungsstellglied versorgt wird, welches aus einer unipolaren Spannungsquelle versorgt wird.
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Die
DE 199 36 755 A1 lehrt ein Verfahren zum Starten eines elektronischen kommutierten Gleichstrommotors, der einen Stator mit mindestens einer und insbesondere drei Wicklungen und einen mit Permanentmagneten versehenen Rotor aufweist, wobei in der Startphase die Wicklung mit Startpulsen vorgegebener Spannung und vorgegebenen Frequenzen erregt wird und die rückinduzierte Spannung gemessen wird.
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Die
DE 10 2012 102 868 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Starten eines mehrphasigen, sensorlos kommutierten, bürstenlosen Elektromotors.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motorgenerator auch vor Abschluss eines Lernens eines Fehlers im Nullpunkt eines Rotationswinkelsensors, wie beispielsweise eines Drehmelders, in geeigneter Weise zu steuern.
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Die Aufgabe wird durch einen Controller für einen Motorgenerator mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß können Fehlfunktionen eliminiert werden, die in einem Motorbetrieb auftreten, wenn ein Lernen des Nullpunkts eines Rotationswinkelsensors noch abzuschließen ist.
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In den Zeichnungen zeigt:
- 1 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Struktur von wichtigen Komponenten eines Hybridfahrzeugs;
- 2 eine Struktur eines Aufwärtswandlers;
- 3 ein Ablaufdiagramm einer Motorsteuerung;
- 4 ein Verhältnis eines Steuermodus mit der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment bei normaler VH;
- 5 ein Verhältnis eines Steuermodus mit der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment bei hoher VH;
- 6 ein weiteres Beispiel eines Ablaufdiagramms einer Motorsteuerung; und
- 7 ein weiteres Beispiel eines Verhältnisses eines Steuermodus mit der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment bei hoher VH.
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Nachstehend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Antriebssystems eines Hybridfahrzeugs. Ein Gleichstrom, der von einer Batterie 10 ausgegeben wird, wird von einem Aufwärtswandler 12 hochgesetzt und anschließend an einen ersten Inverter 14 und an einen zweiten Inverter 16 gegeben. Ein erster Motorgenerator (MG) zur Energieerzeugung ist mit dem ersten Inverter 14 verbunden, und ein zweiter Motorgenerator (MG) 20 zum Antreiben ist mit dem zweiten Inverter 16 verbunden.
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Abtriebswellen des ersten Motorgenerators 18 und des zweiten Motorgenerators 20 sind mit einer Energiewandlungseinheit 22 verbunden, und eine Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors 24 ist ebenso mit der Energiewandlungseinheit 22 verbunden. Die Rotation der Abtriebswelle, die eine Verbindung zwischen der Energiewandlungseinheit 22 und dem zweiten Motorgenerator 20 herstellt, wird als eine Antriebsleistung auf die Achse des Fahrzeugs übertragen, und der Ausgang der Energiewandlungseinheit 22 und/oder des zweiten Motorgenerators 20 wird auf die Räder übertragen, um zu bewirken, dass das Hybridfahrzeug fährt.
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Die Energiewandlungseinheit 22 ist beispielsweise aus einer Planetengetriebe-Struktur aufgebaut und steuert eine Energieübertragung zwischen dem ersten Motorgenerator 18, dem zweiten Motorgenerator 20 und dem Verbrennungsmotor 24. Der Verbrennungsmotor 24 wird im Wesentlichen als eine Energiequelle verwendet, und der Ausgang des Verbrennungsmotors 24 wird über die Energiewandlungseinheit 22 zum ersten Motorgenerator 18 übertragen. Gemäß dieser Struktur erzeugt der erste Motorgenerator 18 unter Verwendung des Ausgangs des Verbrennungsmotors 24 Energie und wird die Batterie 10 über den ersten Inverter 14 und den Aufwärtswandler 12 mit der resultierenden erzeugten Energie geladen. Der Ausgang des Verbrennungsmotors 24 wird über die Energiewandlungseinheit 22 auf die Antriebsachse übertragen, um zu bewirken, dass das Fahrzeug unter Verwendung des Ausgangs (Ausgangsleistung) des Verbrennungsmotors 24 fährt. In der 1 ist das elektrische Energieübertragungssystem durch normale durchgezogene Linien gezeigt, das mechanische Energieübertragungssystem durch fette durchgezogene Linien gezeigt und das Signalübertragungssystem (das Steuersystem) durch gestrichelte Linien gezeigt.
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Die Batterie 10 weist einen Kondensator 30 zum Glätten der Ausgangsspannung der Batterie 10 auf ihrer Ausgangsseite auf, und einen Vor-Hochsetz-Spannungssensor (Sensor zum Messen einer Spannung vor dem Hochsetzen) 32 zum Messen einer Spannung (Vor-Hochsetz-Spannung VL) über dem Kondensator 30. Der Aufwärtswandler 12 weist einen Kondensator 34 zum Glätten der Ausgangsspannung auf seiner Ausgangsseite auf, und einen Nach-Hochsetz-Spannungssensor (Sensor zum Messen einer Spannung nach dem Hochsetzen) 36 zum Messen einer Spannung über dem Kondensators 34, d.h. einer Eingangsspannung (hochgesetzte Spannung VH) des ersten und des zweiten Inverters 14, 16. Die vom Vor-Hochsetz-Spannungssensor 32 erfasste Vor-Hochsetz-Spannung VL und die vom Nach-Hochsetz-Spannungssensor 36 erfasste Nach-Hochsetz-Spannung VH (nachstehend auch als hochgesetzte Spannung VH bezeichnet) werden an eine Steuereinheit 26 gegeben.
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Der erste Motorgenerator 18 und der zweite Motorgenerator 20 weisen einen ersten Drehmelder 40 bzw. einen zweiten Drehmelder 42 zur Erfassung des Rotationswinkels (Rotationsphase) als einen Rotationswinkelsensor auf.
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2 zeigt eine interne Struktur des Aufwärtswandlers 12. Der Aufwärtswandler 12 weist zwei Schaltelemente 50, 52, die in Reihe geschaltet sind, und eine Drosselspule 54, die mit einem Knotenpunkt zwischen den Schaltelementen 50, 52 verbunden ist, auf. Jedes der Schaltelemente 50, 52 ist aus einem Transistor, wie beispielsweise ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), und einer Diode, durch die ein Strom in einer Rückwärtsrichtung entgegengesetzt zu derjenigen im Transistor fließt, aufgebaut.
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Ein Ende der Drosselspule 54 ist mit einem Pluspol der Batterie 10 verbunden, und das andere Ende der Drosselspule 54 ist mit dem Knotenpunkt zwischen den Schaltelementen 50, 52 verbunden. Der Transistor des Schaltelements 50 weist einen Kollektor, der mit einem Bus positiver Elektrode für den ersten und den zweiten Inverter 14, 16 verbunden ist, und einen Emitter, der mit einem Kollektor des Transistors des Schaltelements 52 verbunden ist, auf. Der Transistor des Schaltelements 52 weist einen Emitter auf, der mit einem Minuspol der Batterie 10 und einem Bus negativer Elektrode des ersten und des zweiten Inverters 14, 16 verbunden ist.
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Die Steuereinheit 26 steuert den ersten und den zweiten Inverter 14 und 16 und eine Ansteuerung des Verbrennungsmotors 24 in Übereinstimmung mit beispielsweise einem Solldrehmoment, das auf der Grundlage eines Betätigungsbetrags eines Gaspedals oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt wird, um die Ausgangsleistung (Ausgang) zur Antriebswelle zu steuern. Die Steuereinheit 26 steuert ferner eine Ansteuerung des Verbrennungsmotors 24 und ein Schalten des ersten Inverters 14 in Übereinstimmung mit einem Ladezustand (SOC) der Batterie, um ein Laden der Batterie 10 zu steuern. Um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verringern, steuert die Steuereinheit 26 den zweiten Inverter 16, um zu bewirken, dass der zweite Motorgenerator 20 ein regeneratives Bremsen ausführt, so dass die Batterie 10 durch die resultierende regenerative Energie geladen wird. Das regenerative Bremsen kann alternativ vom ersten Motorgenerator 18 ausgeführt werden. Die Steuereinheit 26 steuert ebenso ein Schalten der Schaltelemente 50, 52 des Aufwärtswandlers 12, um die hochgesetzte Spannung VH auf ihren Sollwert zu steuern.
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Die Steuereinheit 26 wandelt Motorströme, die durch jeweilige Phasen des ersten und des zweiten Motorgenerators fließen, in d-Achsen- und q-Achsen-Ströme, auf der Grundlage von Information, die Rotationswinkel anzeigt, die Ergebnisse einer Erfassung sind, die von dem ersten und dem zweiten Drehmelder 40 und 42 ausgeführt wird, und bestimmt Sollströme für die jeweiligen Phasen derart, dass die d-Achsen- und q-Achsen-Ströme mit einem Soll-d-Achsen- oder Soll-q-Achsen-Strom übereinstimmen.
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Aus diesem Grund sollten die Ergebnisse der Erfassung, die von dem ersten und dem zweiten Drehmelder 40 und 42 ausgeführt werden, genau sein. Demgegenüber tritt, obgleich ein Drehmelder eine Drehposition eines Rotors in Übereinstimmung mit einer Phase eines Stroms erfasst, der durch eine Erfassungsspule fließt, eine Abweichung im Nullpunkt der erfassten Drehposition beispielsweise aufgrund eines Fehlers in der Position der Befestigung der Erfassungsspule auf. Folglich muss der Nullpunkt gelernt werden, indem ein Erfassungssignal des Drehmelders verifiziert wird, während sich der Motor tatsächlich in Rotation befindet, um die Position des Nullpunkts zu korrigieren. In gleicher Weise muss in einem Rotationswinkelsensor, der beispielsweise ein Hall-Element verwendet, da ein Erfassungsfehler in Übereinstimmung mit beispielsweise der Befestigungsposition des Erfassungssensors auftreten kann, die Position des Nullpunkts gelernt werden.
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In einigen Ausführungsformen weist die Steuereinheit 26 eine Lernspeichereinheit 26a auf. Die Lernspeichereinheit 26a speichert das Gelernte, und die Steuereinheit 26 korrigiert dann, wenn das Lernen abgeschlossen worden ist, eine Abweichung in den Nullpunkten des ersten und des zweiten Drehmelders 40 und 42 in Übereinstimmung mit den Inhalten, die in der Lernspeichereinheit 26a gespeichert werden, um die richtige Rotationswinkelposition zu erfassen. Ferner setzt die Lernspeichereinheit 26a vorzugsweise ein Flag, das anzeigt, ob ein Lernen abgeschlossen worden ist oder ob ein Lernen noch abzuschließen ist, und bestimmt die Steuereinheit 26, unter Bezugnahme auf dieses Flag, ob oder nicht ein Lernen noch abzuschließen ist.
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Das Lernen der Position des Nullpunkts wird für gewöhnlich in einer Fabrik vor einer Auslieferung ausgeführt. Während des Lernens oder vor dem Lernen beeinflusst ein Fehler im Nullpunkt den Betrieb des Motorgenerators. Dies erfolgt in ähnlicher Weise, wenn ein Lernen während einer Reparatur oder Inspektion noch abzuschließen ist.
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Durch verschiedene Analysen des Betriebs, die erfolgen, wenn das Lernen des Nullpunkts noch abzuschließen ist, hat der Erfinder herausgefunden, dass, obgleich der Einfluss unvollständigen Lernens des Nullpunkts bei einer gewöhnlichen PWM-Steuerung des Motorgenerators eher moderat ist, der Einfluss bei einer Rechteckwellensteuerung signifikant ist. Dies ist vermutlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass eine geringe Abweichung in der Phase zu einer großen Änderung im Betrag des elektrischen Stroms bei der Rechteckwellensteuerung führt, die gewählt wird, wenn der Ausgang (Ausgangsleistung) des Motorgenerators groß ist, verglichen mit der PWM-Steuerung.
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Um dieses Problem anzusprechen, wird, in einigen Ausführungsformen, eine Rechteckwellensteuerung unterbunden, wenn das Lernen des Nullpunkts eines Rotationswinkelsensors noch abzuschließen ist.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Prozesses gemäß bestimmten Ausführungsformen. Zunächst wird bestimmt, ob ein Lernen des Nullpunkts eines Drehmelders noch abzuschließen ist (Schritt S11). In einigen Ausführungsformen können sowohl der erste als auch der zweite Drehmelder 40 und 42 hier als der Drehmelder behandelt werden und kann bestimmt werden, ob ein Lernen für einen des ersten und des zweiten Drehmelders 40 und 42 noch abzuschließen ist. Alternativ kann einer des ersten und des zweiten Drehmelders 40 und 42 hier als der Drehmelder behandelt werden. In diesem Fall wird hier vorzugsweise nur der Drehmelder 42 für den zweiten Motorgenerator 20 als der Drehmelder behandelt.
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Wenn, in Schritt S11, bestimmt wird, dass ein Lernen abgeschlossen ist, wird ein Befehl für ein normales Hochsetzen ausgegeben (Schritt S12), um die Spannung hochzusetzen und den Motor in gewöhnlicher Weise zu betreiben. Demgegenüber wird dann, wenn ein Lernen des Nullpunkts des Drehmelders noch nicht abgeschlossen ist, ein Hochsetzen auf eine maximale Spannung ausgeführt. Genauer gesagt, der Aufwärtswandler 12 setzt die Spannung hoch auf einen Höchstwert, und die hochgesetzte Spannung VH wird auf einen Höchstwert gesetzt (Schritt S13).
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4 zeigt ein Verhältnis zwischen der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment für die hochgesetzte Spannung VH, das verhältnismäßig niedrig ist. Der Kreis in der 4 beschreibt einen Betriebszustand. In diesem Betriebszustand wird der Motor per Rechteckwellensteuerung betrieben, wenn eine gewöhnliche Steuerung angewandt wird. Demgegenüber beschreibt der Kreis in der 5 den gleichen Betriebszustand für die hochgesetzte Spannung VH, die auf einen höheren Wert gesetzt ist. Die Erhöhung der hochgesetzten Spannung VH verbreitert den Bereich, über den der Betrieb per PWM-Steuerung ausgeführt werden kann, und ermöglicht einen Betrieb per PWM-Steuerung im gleichen Betriebszustand (die Drehzahl und das Drehmoment).
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In einigen Ausführungsformen kann, wie vorstehend beschrieben, indem ein Hochsetzen auf eine maximale Spannung im Aufwärtswandler 12 ausgeführt wird, die hochgesetzte Spannung VH derart eingestellt werden, dass sie hoch ist. Hierdurch kann eine Rechteckwellensteuerung während eines Betreibens des Motors vermieden und eine PWM-Steuerung angewandt werden. Ferner wird eine Rechteckwellensteuerung vorzugsweise unterbunden. Wenn eine Rechteckwellensteuerung unterbunden wird, wird dann der Höchstwert für das Motordrehmoment bei der Motordrehzahl zu dieser Zeit begrenzt und das angefragte Motordrehmoment nicht erhalten. Hieraus resultiert jedoch nur, dass die maximale Energie einen geringeren Wert als bei einer gewöhnlichen Steuerung annimmt, und es tritt kein bestimmtes Problem auf.
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Ferner kann, obgleich im vorstehend beschriebenen Beispiel zwei Arten von Steuerungen, d.h. eine PWM-Steuerung und eine Rechteckwellensteuerung, beschrieben worden sind, ein gewöhnlicher Steuermodus drei Arten von Steuerungen, d.h. eine Sinuswellen-PWM-Steuerung, eine Übermodulations-PWM-Steuerung und eine Rechteckwellensteuerung, umfassen. Eine Übermodulations-PWM-Steuerung ist ein Steuermodus, bei dem das Tastverhältnis teilweise 100% ist und der einen höheren Ausgang als die Sinuswellen-PWM-Steuerung erzeugt. Der Einfluss einer Abweichung im Nullpunkt des Drehmelders bei der Übermodulations-PWM-Steuerung ist ebenso signifikant, verglichen mit der Sinuswellen-PWM-Steuerung. Um diese Situation anzusprechen, kann eine Übermodulations-PWM-Steuerung ebenso als eine Rechteckwellensteuerung betrachtet und unterbunden werden. Da eine Erhöhung der hochgesetzten Spannung VH den Bereich verbreitert, über den eine Sinuswellen-PWM-Steuerung ausgeführt wird, kann der Startpunkt der Übermodulations-PWM-Steuerung in Richtung einer höheren Drehzahl und eines höheren Drehmoments verschoben werden.
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Obgleich, in einigen Ausführungsformen, das Spannungshochsetzen im Aufwärtswandler 12 ein Hochsetzen auf eine maximale Spannung, bei dem die hochgesetzte Spannung VH auf eine maximale Spannung gesetzt wird, wenn ein Lernen des Nullpunkts noch abzuschließen ist, wird die hochgesetzte Spannung VH ebenso vorzugsweise derart gesteuert, dass eine PWM-Steuerung in Übereinstimmung mit dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl zu dieser Zeit ausgeführt werden kann. Dies führt dazu, dass dann, wenn eine PWM-Steuerung in einem gewöhnlichen Betrieb ausgeführt wird, die hochgesetzte Spannung VH einen gewöhnlichen Wert annimmt.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß weiteren Ausführungsformen. Der in der 6 gezeigte Prozess entspricht dem in der 3 gezeigten Prozess dahingehend, dass ein gewöhnlicher Betrieb ausgeführt wird, wenn ein Lernen des Nullpunkts abgeschlossen worden ist, und ein Hochsetzbefehl für eine maximale Spannung ausgegeben wird, wenn ein Lernen des Nullpunkts nicht abgeschlossen worden ist (Schritte S21, S22 und S23).
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Nachdem der Hochsetzbefehl für eine maximale Spannung ausgegeben wurde, wird anschließend bestimmt, ob der Betriebszustand zu dieser Zeit in den Rechteckwellenansteuerbereich fällt, nachdem ein Hochsetzbefehl für eine maximale Spannung ausgegeben wurde (Schritt S24). Wenn die Bestimmung in Schritt S24 JA lautet, wird eine Feldschwächungs-PWM-Steuerung angewandt, während der Hochsetzbefehl für eine maximale Spannung aufrechterhalten wird (Schritt S25).
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7 zeigt einen Bereich, über den eine Feldschwächungs-PWM-Steuerung ausgeführt wird. Durch die Ausführung der Feldschwächungs-PWM-Steuerung kann, wie in den Zeichnungen gezeigt, eine Rechteckwellensteuerung vermieden werden, wenn der Betriebszustand (die Drehzahl und das Drehmelder) ein Betriebszustand ist, bei dem, für gewöhnlich, eine Rechteckwellensteuerung (einschließlich einer Übermodulations-PWM-Steuerung) ausgeführt wird. Die Feldschwächungs-PWM-Steuerung verringert einen Magnetisierungsstrom und unterdrückt eine gegenelektromotorische Kraft.
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Wenn die Feldschwächungs-PWM-Steuerung angewandt wird, wird der Motor, wie vorstehend beschrieben, betrieben, ohne eine Rechteckwellensteuerung auszuführen, und zwar in einem Bereich, in dem ein Hochsetzen auf eine maximale Spannung eine PWM-Steuerung immer noch nicht zulassen kann.
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Ebenso wird in Schritt S25 vorzugsweise eine Rechteckwellensteuerung unterbunden, wenn der angefragte Ausgang (Ausgangsleistung) des Motorgenerators nicht erhalten wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batterie
- 12
- Aufwärtswandler
- 14, 16
- Inverter
- 18
- Erster Motorgenerator
- 20
- Zweiter Motorgenerator
- 22
- Energiewandlungseinheit
- 24
- Verbrennungsmotor
- 26
- Steuereinheit
- 30, 34
- Kondensator
- 32
- Vor-Hochsetz-Spannungssensor
- 36
- Nach-Hochsetz-Spannungssensor
- 40, 42
- Drehmelder
- 50, 52
- Schaltelement
- 54
- Drosselspule
