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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich auf elektrische Hochspannungs-Energiesysteme, die in Fahrzeugen eingesetzt werden, sowie auf die damit verbundenen Steuerroutinen.
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HINTERGRUND
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Fahrzeuge können Antriebssysteme verwenden, die Antriebsenergie von einem Verbrennungsmotor (Motor) in Verbindung mit einem Nicht-Verbrennungsmotor, wie beispielsweise ein Hochspannungselektromotor/Generator, erzeugen. Der Hochspannungselektromotor/Generator(en) ziehen elektrische Energie von einer fahrzeugseitigen elektrischen Hochspannungsenergiespeicher-Vorrichtung, beispielsweise eine Hochspannungsbatterie, über eine elektrische Hochspannungsenergieschaltung, die einen Inverter beinhaltet. Ein Inverter ist eine Vorrichtung, die eine DC-Eingangsspannung in eine AC-Ausgangsspannung umwandelt, unter Verwendung einer Vielzahl von Halbleiterschaltern, die in Paaren angeordnet sind. Die paarigen Halbleiterschalter werden nach einem Inverterschaltsteuermodus gesteuert. Die AC-Ausgangsspannung kann an einen Elektromotor geliefert werden, wie beispielsweise einen Hochspannungselektromotor/Generator, um Arbeit zu erreichen, worin die Arbeit das Erzeugen von Drehmoment in einem Drehmoment-Modus oder das Erzeugen von elektrischer Energie in einem reaktiven Modus beinhalten kann. Die Halbleiterschalter können IGBTs, FETs oder andere geeignete Vorrichtungen sein. Schalttechniken zur Steuerung der Halbleiterschalter beinhalten Pulsbreiten-Modulations(PWM)-Verfahren, wie beispielsweise eine Triangulare-Vergleichs-PWM, ein Raumvektor(SV)-PWM-Verfahren (SV-PWM) und ein diskontinuierliches PWM(D-PWM)-Verfahren. Die unterschiedlichen Schalttechniken ergeben unterschiedliche Ergebnisse in Bezug auf Steuerung, Energieverlust, Lärm, harmonischen Inhalt und andere Parameter. Energieverlust beeinträchtigt die Systemeffizienz und thermische Erzeugung des Systems.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Inverter, der elektrisch mit einem Elektromotor verbunden ist, wird beschrieben. Ein Verfahren zum Steuern des Schaltens des Inverters beinhaltet das Bestimmen einer Drehmomentabgabe des Elektromotors und das Bestimmen einer Temperatur in Zusammenhang mit einen Inverter-Kühlkreislauf. Ein bevorzugter Inverterschaltsteuermodus zur Steuerung des Inverters wird auf der Basis der Drehmomentabgabe des Elektromotors und der Temperatur im Zusammenhang mit dem Inverter-Kühlkreislauf ausgewählt.
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Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren gehen deutlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform eines elektrischen Hochspannungs-Energiesystems, das von einer Steuerung gesteuert wird, einschließlich des elektrischen Hochspannungs-Energiesystems, das in ein Antriebsstrangsystem eines Fahrzeugs verwendet wird, in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
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2 zeigt schematisch eine Motorsteuerauswahlroutine zur Auswahl eines bevorzugten Inverterschaltsteuermodus zur Steuerung des Inverters auf der Basis einer Drehmomentabgabe des Elektromotors und einer Temperatur des Kühlmittels, das zu dem Inverter zirkuliert wird, im Zusammenhang mit der Offenbarung; und
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3 zeigt graphisch eine Kalibrierung für eine Variable Z, um einen bevorzugten Inverterschaltsteuermodus im Zusammenhang mit der Kühlmitteltemperatur und dem Motordrehmoment in Übereinstimmung mit der Offenbarung auszuwählen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Der folgende Text bezieht sich auf die Zeichnungen, die lediglich zur Veranschaulichung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen dienen und den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen, 1 veranschaulicht schematisch ein elektrisches Hochspannungs-Energiesystem 40, das durch eine Steuerung 12 gesteuert wird. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform und wie gezeigt wird das elektrische Hochspannungs-Energiesystem 40 in einem Antriebsstrangsystem 20 eines Fahrzeugs 10 verwendet.
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Das Antriebsstrangsystem 20 beinhaltet in einer nicht einschränkenden Ausführungsform einen Verbrennungsmotor (Motor) 24, der mechanisch mit einem Elektromotor 30 und einem Getriebezug 28 gekoppelt ist, der mechanisch an ein Fahrzeugantriebssystem 26 koppelt, um Antriebsenergie zu einem oder einer Vielzahl von Fahrzeugrädern zu liefern. Der Motor 24 kann jeder geeignete Verbrennungsmotor sein, der Kohlenwasserstoff basierten oder anderen Kraftstoff über thermodynamische Verbrennungsverfahren in mechanische Energie umwandelt. Der Motor 24 koppelt mechanisch drehbar an den Elektromotor 30 unter Verwendung eines drehbaren Elements 22 des Getriebezugs 28 oder einer anderen geeigneten mechanischen Kopplung. Das Antriebsstrangsystem 20 kann einen zweiten oder mehr Elektromotoren für den Fahrzeugantrieb und für andere Funktionen verwenden. Der Getriebezug 28 kann jegliche geeignete mechanische Kraftübertragungsmechanismen, wie beispielsweise Planetenräder, Schraubenzahnrädern und anderen Zahnradsätze, rotierende Wellen, Kupplungen, Bremsen und andere Vorrichtungen, ohne Einschränkung beinhalten. Das drehbare Element 22 kann jede geeignete Form, wie beispielsweise eine rotierende Welle, eine eingreifenden Zahnradanordnung oder eine Riemenantriebsanordnung, durch nicht begrenzende Beispiele, beinhalten. Alternativ kann das drehbare Element 22 eine mechanische Kopplung mit dem Motor 24 über ein Ringzahnrad, Trägerzahnrad oder Sonnenrad eines Planetenradsatzes einer Ausführungsform des Getriebezugs 28 des Antriebssystems 20 beinhalten. Weitere Einzelheiten von Ausführungsformen von mechanischen Verbindungen zwischen dem Motor 24, dem Elektromotor 30 und dem Getriebezug 28 sind bekannt und werden nicht im Detail beschrieben.
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Der Elektromotor 30 kann jeder geeignete Elektromotor sein, und ist in einer Ausführungsform ein mehrphasiger Hochspannungselektromotor/-generator, der elektrische Hochspannungs-Energie in mechanische Energie umwandelt und bevorzugt die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, die innerhalb einer Hochspannungs-Energiespeichervorrichtung (Hochspannungsbatterie) 42 gespeichert werden kann. Ein Elektromotor 30 verbindet elektrisch mit Energieinvertermodul (TPIM) 32. Drehmomentabgabe von dem Elektromotor 30 kann überwacht werden, entweder direkt mit einem Drehmomentsensor oder kann von überwachten Eingängen zu dem Elektromotor 30 abgeleitet werden, wie beispielsweise elektrischer Strom, Flussmittel oder andere Parameter.
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Die Hochspannungs-Batterie 42 liefert elektrische Energie über einen Hochspannungs-Bus an elektrische Energiekomponenten, genauer das TPIM 32 über einen Schutzschalter 58. Der Hochspannungs-Bus beinhaltet eine positive Seite (HV+) 44 und eine negative Seite (HV–) 46, wobei die elektrische Energie von einem Stromsensor 48 und einen Spannungssensor 56 überwacht wird. Die elektrischen Energiekomponenten beinhalten bevorzugt das TPIM 32 und ein Hilfsenergiemodul (APM) 64. In einer Ausführungsform koppelt ein AC-Ladegerät elektrisch mit dem Hochspannungs-Bus und kann elektrisch mittels eines Ladekabels mit einer entfernten, nicht eingebauten elektrischen AC-Energiequelle verbunden werden, um die Hochspannungsbatterie 42 aufzuladen, während das Fahrzeug 10 steht. Die Hochspannungsbatterie 42 kann jede geeignete Hochspannungsenergiespeichervorrichtung, d. h., eine Lithium-Ionen-Vorrichtung mit mehreren Zellen, ein Ultrakondensator oder uneingeschränkt eine andere Vorrichtung sein. Ein negativer Bus-Schutzschalter 52 verbindet HV– 46 mit der Hochspannungsbatterie 42 und ein Vorladungsschutzschalter 50 ist mit einem Widerstand 54 parallel zu diesem angeordnet. Das APM 64 und das AC Ladegerät sind bevorzugt parallel zwischen HV+ 44 und HV– 46 angeordnet. Das APM 64 beinhaltet einen DC/DC Gleichstromwandler, der in einer Ausführungsform elektrisch mit einem Niederspannungsbus und einer Niederspannungsbatterie verbindet. Das APM 64 stellt elektrische Niederspannungsenergie an Niederspannungssysteme auf dem Fahrzeug bereit, einschließlich z. B. elektrischer Fensterheber, HVAC-Lüfter, -Sitze und anderer Zusatzgeräte.
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Ein Inverter-Kühlkreislauf 70 ist angeordnet, um die durch das TPIM 32 erzeugte Wärme zu verwalten und übertragen. Der Inverter-Kühlkreislauf 70 beinhaltet einen Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher 72, der fluidisch und unter Verwendung von fluidischen Leitungen 75 mit einem Wärmesenke-Element 73 des TPIM 32 verbunden ist, wobei das Wärmesenke-Element 73 mechanisch thermisch mit Energietransistoren des TPIM 32 gekoppelt ist. Eine Kühlflüssigkeit wird bevorzugt durch den Inverter-Kühlkreislauf 70 mit einer fluidischen Pumpe zirkuliert. Andere fluidische Elemente, wie beispielsweise Kupplungen, Reservoirs, Druckregler und dergleichen, können nach Bedarf eingesetzt werden. Ein Temperatursensor 74 ist angeordnet, um die Temperatur in dem Inverter-Kühlkreislauf 70 zu überwachen, und in einer Ausführungsform überwacht der Temperatursensor 74 die Temperatur der Kühlflüssigkeit an einem Auslass des TPIM 32. Der Temperatursensor 74 zeigt Wärmeübertragung von dem Wärmesenke-Element 73 an, wodurch die Wärmeerzeugung in den Energietransistoren des TPIM 32 angezeigt wird. Alternativ kann ein Temperaturmodell verwendet werden, um dynamisch abzuschätzen oder anderweitig die Temperatur im Inverter-Kühlkreislauf 70 zu bestimmen, beispielsweise eine Temperatur der Kühlflüssigkeit am Auslass des TPIM 32, wodurch die Wärmeerzeugung in den Energietransistoren des TPIM 32 angezeigt wird. In einer Ausführungsform ist der Luft/Fluid-Wärmetauscher 72 Teil eines Gesamtfahrzeugkühlsystems. Alternativ kann das TPIM 32 luftgekühlt sein, wobei Luft passiv oder aktiv über das Wärmesenke-Element 73 geleitet wird, und mit einem System, um die Temperatur der über das Wärmesenke-Element 73 geleiteten Luft zu überwachen, um die Temperatur des Inverter-Kühlkreislaufs 70 anzuzeigen und somit die Wärmeerzeugung in den Energietransistoren des TPIM 32 anzuzeigen.
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Die Steuerung 12 beinhaltet bevorzugt eine Vielzahl an diskreten Geräten, die zusammen mit den individuellen Elementen des Antriebsstrangsystems 20 angeordnet sind, um eine Betriebssteuerung der individuellen Elemente des Antriebssystems 20 als Reaktion auf Bedienerbefehle und Antriebssystembefehle zu bewirken. Die Steuerung 12 kann auch eine Steuervorrichtung beinhalten, die eine hierarchische Steuerung sonstiger Steuervorrichtungen bereitstellt. Die Steuerung 12 ist kommunikativ mit sowohl der Hochspannungsbatterie 42, dem APM 64 und dem TPIM 32 entweder direkt oder über einen Kommunikationsbus 16 verbunden, um deren Betrieb zu überwachen und zu steuern. Die Steuerung 12 steuert den Betrieb des Antriebsstrangsystems 20, einschließlich der Auswahl und Steuerung des Betriebs in einem von vielen Betriebsmodi, um Drehmoment zu erzeugen und zwischen den Drehmoment erzeugenden Vorrichtungen zu übertragen, z. B. zwischen dem Motor 24 und dem Elektromotor 30 und der Antriebswelle 26. Die Betriebsmodi können einen oder mehrere Elektrofahrzeug(EV)-Modi beinhalten, worin sich der Motor 24 im AUS-Zustand befindet und der Elektromotor 30 Antriebsdrehmoment erzeugt. Die Betriebsmodi können auch einen elektrisch variablen Modus beinhalten, worin der Motor 24 und der Elektromotor 30 Antriebsdrehmoment erzeugen. Die Betriebsmodi können auch einen Modus zur Elektrofahrzeugreichweitenverlängerung beinhalten, worin sich der Motor 24 im EIN-Zustand befindet und mittels des Elektromotors 30 elektrische Energie erzeugt, und ein zweiter Elektromotor Antriebsdrehmoment erzeugt. Der Modus zur Elektrofahrzeugreichweitenverlängerung, der Elektrofahrzeug-Modus und der elektrisch variable Modus haben alle einen ihnen zugeordneten Batterielademodus, der entweder die Ladung hält oder die Ladung verringert.
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Das TPIM 32 wird mit geeigneten Steuerschaltungen ausgestattet, einschließlich Energietransistoren zum Umwandeln elektrischer Hochspannungsgleichstromenergie in elektrische Hochspannungswechselstromenergie und zum Umwandeln elektrischer Hochspannungswechselstromenergie in elektrische Hochspannungsgleichstromenergie. In einer Ausführungsform beinhaltet das TPIM 32 eine Vielzahl von Schalterpaaren in Form von paarweisen Energietransistoren, die als Halbbrücken angeordnet sind, die elektrisch parallel zwischen HV+ 44 und HV– 46 verbinden, um elektrischen Strom in mehrphasiger Form einer mehrphasigen elektrischen Last zu liefern, die den Elektromotor 30 beinhaltet. Jedes der Schaltungspaare entspricht einer Phase der elektrischen Maschine 30. Gate-Treiberschaltungen steuern die Aktivierung und Deaktivierung der Schalter der Schalterpaare und können jede geeignete elektronische Vorrichtung beinhalten, die zur Aktivierung und Deaktivierung der Schalter in der Lage ist, um Energieübertragung zwischen entweder HV+ 44 oder HV– 46 zu bewirken und eine Phase dem Elektromotor 30 in Reaktion auf die Signale, die von der Steuerungen 12 stammen, zu steuern. Das TPIM 32 beinhaltet bevorzugt andere elektrische Komponenten einschließlich Kondensatoren, Widerstände und andere Komponenten, um Funktionen, wie eine elektrische Rauschunterdrückung, einen Lastausgleich und ähnliches, bereitzustellen.
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Das TPIM 32 weist einen maximalen Nennstrom auf, der sich auf eine maximale Vorrichtungstemperatur bezieht. Bedienung des TPIM 32 bei einer Stromstärke und damit verbundenen Temperatur, die größer ist als die maximale Vorrichtungstemperatur, kann seine Funktion beeinträchtigen oder die Lebensdauer verringern. Eine Wärmequelle, die die erhöhte Vorrichtungstemperatur verursacht, beinhaltet die Schaltverluste, die sich auf die elektrische Energie beziehen, die in Wärmeenergie umgewandelt wird, wenn ein Energietransistor von einem offenen oder Sperrzustand in einen geschlossenen oder leitenden Zustand und umgekehrt übergeht.
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Bekannte Steuerverfahren zur Begrenzung der Invertertemperatur beinhalten das Verringern des erlaubten Stroms auf unterhalb des Nennwertes, d. h. herabsetzen des Inverters und verringern der Schaltfrequenz. Herabsetzen des Inverters führt zu reduziertem Motordrehmoment, was unerwünscht ist, weil es die Fahrzeugenergie herabsetzt und oft negativ vom dem Bediener wahrgenommen wird. verringern der Schaltfrequenz kann die Schaltverluste verringern, um die Schaltinvertertemperatur zu begrenzen. Jedoch kann das Schalten hörbare Geräusche verursachen, die bei einigen Frequenzen offensichtlicher sind, also wird seine Kalibrierung oft von NVH(Schwingungsanalyse(Noise-Vibration-Harshness))-Anforderungen angetrieben. Außerdem ist die Schaltfrequenz an eine digitale Steuerungs-Abtastzeit gebunden, die eine niedrigere Schaltfrequenz-Begrenzung auferlegt, die auf der Drehzahl des Elektromotors 30 basiert.
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Ein PWM-Inverter, beispielsweise das 32 TPIM kann in einem von mehreren verschiedenen Inverterschaltersteuerungs-Modi gesteuert werden, einschließlich beispielsweise einem Raumvektor-PWM(SV-PWM)-Modus und einem diskontinuierlichen PWM(D-PWM)-Modus. Wie hier verwendet, ist ein Inverterschaltsteuermodus ein Begriff, der verwendet wird, um eine beliebige einer Vielzahl von Techniken, Methoden und Verfahren zur Steuerung von Zuständen der Schalter der Schalterpaare zu beschreiben, die als Halbbrücken in dem TPIM 32 angeordnet sind, um den Betrieb des Elektromotors 30 zu steuern, um seine Drehmoment- und Drehzahlausgabe zu erzeugen und zu regulieren. Die Inverterschaltsteuermodi werden bevorzugt als Steueralgorithmen in der Steuerung 12 implementiert und beinhalten den SV-PWM-Modus, den D-PWM-Modus und andere geeignete Modi. Der SV-PWM-Modus beinhaltet das schnelle Schalten zwischen Nicht-Null-Zuständen und Null-Zuständen, wobei das TPIM 32 festlegt, welcher Bruchteil der Zeit in jedem der Zustände für jeden der Schalter verbracht wird durch Festlegen der PWM-Arbeitszyklen. Die PWM-Arbeitszyklen werden in regelmäßigen Abständen aktualisiert, sodass die Frequenz der Aktualisierungen deutlich höher ist als die Frequenz der Rotordrehung. Der D-PWM-Modus wird durch Halten von jedem der sechs Inverterschalter (in einem Dreiphasensystem) in dem Ein-Zustand für einen Teil jedes elektrischen Zyklus bei der fundamentalen elektrischen Ausgangsfrequenz gekennzeichnet. Daher werden zwei der Phasenschenkel zu einem bestimmten Zeitpunkt während des normalen Betriebs eingeschaltet oder eine Phase wird während Zeiten einer hohen Ausgangsspannung abgeschaltet. Der D-PWM-Modus kann einen sechsstufigen Modus (an seiner Ausgangsspannungsgrenze) beinhalten, worin das TPIM 32 einmal pro Zyklus des Rotors des Elektromotors 30 durch sechs Nicht-Null-Schalterzustände kreist, um eine Wechselspannung und Strom in jeder Wicklung des Stators des Elektromotors 30 zu erzeugen. Weitere Einzelheiten im Zusammenhang mit dem Betrieb eines Inverters, beispielsweise TPIM 32 in dem SV-PWM-Modus und dem D-PWM-Modus sind bekannt.
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Die Begriffe Regler, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuergerät, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung(en) (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), wie z.°B. Mikroprozessor(en) und mit diesen verbundene nicht-transitorische Speicherkomponente (n) in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nicht-transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Anweisungen in der Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. (Eine) Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler und damit in Zusammenhang stehende Geräte, die Eingaben von Sensoren überwachen, wobei derartige Eingaben bei einer vorgegebenen Abtastfrequenz oder als Reaktion auf ein Auslöseereignis überwacht werden. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf jedwede von einer Steuerung ausführbare Befehlssätze, wie Kalibrierungen und Lookup-Tabellen. Jede Steuerung führt für die gewünschten Funktionen Steuerroutine(n) aus, wie z.°B. die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuerungen und die Ausführung von Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern der Betätigung von Stellgliedern. Routinen können periodisch in regelmäßigen Intervallen während des laufenden Betriebs ausgeführt werden. Alternativ können Routinen als Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Kommunikationen beinhalten den Austausch von Datensignalen in jeder geeigneten Form, einschließlich, beispielsweise elektrische Signale, die über ein leitendes Medium, elektromagnetische Signale über die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen weitergeleitet werden. Datensignale können Signale, die Eingänge von Sensoren darstellen, Signale die Stellgliedbefehle darstellen und Kommunikationssignale zwischen Controllern enthalten. Wie hier verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch” Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine gekennzeichnet sind. Der Begriff „Modell” bezeichnet einen prozessorbasierten oder eines mittels des Prozessors ausführbaren Codes und der zugehörigen Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert.
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2 zeigt schematisch eine Motorsteuerungs-Auswahlroutine (Routine)
200 zur Steuerung einer Ausführungsform des elektrischen Hochspannungs-Energiesystems
40, das unter Bezugnahme auf
1 beschrieben wird. Die Routine
200 beinhaltet die Auswahl eines bevorzugten Inverterschaltsteuermodus zur Steuerung des Inverters
32 auf der Basis der Drehmomentabgabe des Elektromotors
30 und der Temperatur des im Inverter
32 zirkulierenden Kühlmittels. Tabelle 1 enthält eine Aufschlüsselung, in der die numerisch gekennzeichneten Blocks und die entsprechenden Funktionen wie folgt und entsprechend der Routine
200 aufgeführt sind. Tabelle 1
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 210 | PWM-Modus identifizieren Drehzahl, Drehmoment, Temperatur überwachen |
| 212 | Ist die Drehzahl größer als eine niedrige Drehzahlschwelle? |
| 214 | Wird der Motor/Generator im Generator-Modus betrieben? |
| 216 | Z = f (Kühlmitteltemperatur) bestimmen |
| 218 | Ist der Drehmomentbefehl > Z? |
| 220 | Ist der Drehmomentbefehl < (Z-Hysterese) |
| 222 | Vorhandenen PWM-Steuer-Modus verwenden |
| 224 | Einstellen des PWM-Modus auf den D-PWM-Modus |
| 226 | Einstellen des PWM-Modus auf den SV-PWM oder D-PWM in Abhängigkeit von Drehzahl und Drehmoment |
| 228 | Einstellen des PWM-Modus auf den SV-PWM oder D-PWM in Abhängigkeit von Drehzahl und Drehmoment |
| 230 | Ende der Iteration |
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Die Routine 200 führt periodisch während des Betriebs des Antriebsstrangsystems aus, um einen bevorzugten Inverterschaltsteuermodus basierend auf Drehzahl und Drehmoment des Elektromotors 20 und der Temperatur in dem Inverter-Kühlkreislauf 70 zu bestimmen, der durch den Invertertemperatursensor 74 angezeigt werden kann. Zunächst identifiziert die Routine 200, den vorliegenden Inverterschaltsteuermodus und bestimmt auch Drehzahl und Drehmoment dem Elektromotor 20 und eine Temperatur des Kühlmittels in dem Inverter-Kühlkreislauf 70, der in den Inverter 32 (210) eintritt. Die Drehzahl und das Drehmoment dem Elektromotor 20 kann durch ein beliebiges geeignetes Verfahren, wie etwa die Überwachung der Drehwellendrehzahl und des elektrischen Stromflusses zu dem Elektromotor 20, bestimmt werden. Alternativ kann die Routine 200 jede geeignete Temperatur überwachen oder anderweitig bestimmen, die sich direkt auf die Temperatur in dem Inverter-Kühlkreislauf 70 bezieht und diese angibt.
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Wenn die Drehzahl dem Elektromotor 20 geringer ist als eine kalibrierte Schwellendrehzahl (212) (0), wird entweder der SV-PWM-Modus oder der D-PWM-Modus gewählt, wobei der Betrieb auf der Grundlage des Drehmoments und der Drehzahl des Elektromotors 20 (228) bestimmt. Die kalibrierte Schwellendrehzahl wird bestimmt, um hörbares Rauschen zu minimieren, wenn der Elektromotor 20 von niedriger Drehzahl beschleunigt.
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Wenn die Drehzahl dem Elektromotor 20 größer ist als die kalibrierte Schwellendrehzahl (212) (1), bestimmt die Routine 200 ob der Elektromotor 20 im elektrischen Energieerzeugungsmodus (214) betrieben wird, und wenn (214) (0), kann entweder der SV-PWM-Modus oder der D-PWM-Modus gewählt werden, wobei die Auswahl auf der Grundlage des Drehmoments und der Drehzahl des Elektromotors 20 (228) bestimmt wird. In einer Ausführungsform kann es optional sein, zu bestimmen, ob der Elektromotor 20 in dem elektrischen Energieerzeugungsmodus oder dem Drehmomenterzeugungsmodus betrieben wird, vor der Bestimmung des bevorzugten Inverterschaltsteuermodus unter diesen Bedingungen.
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Wenn die Drehzahl dem Elektromotor 20 größer ist als die kalibrierte Schwellendrehzahl (212) (1) und der Elektromotor 20 in einem Drehmomenterzeugungsmodus (214) (1) betrieben wird, wird eine Variable Z relativ zu der Kühlmittel-Temperatur, das aus dem Inverter 32 (216) austritt, bestimmt. Die Variable Z ist ein Parameterwert auf der Grundlage der Kühlmitteltemperatur, das in den Inverter 32 eintritt, oder einer anderen Temperatur mit Bezug auf den Inverter-Kühlkreislauf 70, und wird in Bezug auf 3 beschrieben.
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3 zeigt graphisch eine Kalibrierung für die Variable Z, um einen bevorzugten Inverterschaltsteuermodus im Zusammenhang mit der Kühlmitteltemperatur 310 und dem Motordrehmoment 320 auszuwählen. Die Kühlmitteltemperatur 310 zeigt eine Temperatur des Inverterschalt-Kühlkreislaufs 70 an und kann durch einen Kühlmitteltemperatursensor angezeigt werden, beispielsweise Sensor 74, der mit Bezug auf 1 beschrieben wird, oder es kann anders angegeben werden. Die Variable Z wird durch die erste Leitung 305 angezeigt, die den bevorzugten Inverterschaltsteuermodus trennt und trennt den gesamten Bereich, der von der Kühlmitteltemperatur 310 und dem Motordrehmoment 320 in einen ersten Bereich 302 und einem zweiten Bereich 306 definiert wird, die durch einen Hysteresebereich 304 getrennt sind, der durch die Hystereselinie 303 angezeigt wird. Der erste Bereich 302 zeigt Werte für die Kühlmitteltemperatur 310 und das Motormoment 320 an, die dem Betrieb in dem SV-PWM-Modus oder dem D-PWM-Modus zugeordnet sind. Der zweite Bereich 306 zeigt Werte für die Kühlmitteltemperatur 310 und das Motormoment 320 an, die dem Betrieb in dem D-PWM-Modus zugeordnet sind. Wie gezeigt, weisen die erste Linie 305 und die Hystereselinie 303 negative Steigungen auf. Der Hysteresebereich 304 wird eingeführt, um Dithering zwischen dem SV-PWM-Modus und dem D-PWM-Modus zu verhindern. Die Größen der Temperatur und Drehmomentwerte, die mit der ersten Trennlinie 305 verbunden sind, sind abhängig von den spezifischen thermischen Eigenschaften des Systems und somit anwendungsspezifisch. Die Größen der Temperatur und Drehmomentwerte, die mit der ersten Trennlinie 305 verbunden sind, sind eingestellt, um zu verhindern, dass Temperaturen im TPIM 32 die maximale Vorrichtungstemperatur überschreiten, um beeinträchtigte Funktion oder reduzierte Lebensdauer zu verhindern. Somit kann die Routine 200 die Variable Z verwenden, die durch die erste Trennlinie 305 oder die Hystereselinie 303 angezeigt ist, um ein maximal zulässiges Drehmoment für den Betrieb in dem SV-PWM-Modus basierend auf der Kühlmitteltemperatur zu bestimmen. Als solche befiehlt die Routine 200 den Betrieb im D-PWM-Modus bei niedrigeren Kühlmitteltemperaturen, wenn der Elektromotor 20 bei mit erhöhten Drehmomentwerten betrieben wird.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2, wird der Motordrehmomentbefehl wird mit der Variablen Z verglichen, die basierend auf der Kühlmitteltemperatur (218) ausgewählt ist. Der verglichene Motordrehmomentbefehl kann auf einem gegenwärtigen Drehmomentbefehl von der Steuerung, einem tatsächlich erzielten Motordrehmoment, einem Drehmoment in Verbindung mit dem befohlenen Strom oder einem Drehmoment in Verbindung mit einem überwachten Strom basieren. Wenn der Motordrehmomentbefehl kleiner als die Variable Z Drehmoment (218) (0), wird der Motordrehmomentbefehl mit dem variablen Z Drehmoment verglichen, die durch einen Hysterese-Drehmomentwert reduziert wird, wie durch die Hystereselinie (220) angezeigt. Wenn der Motordrehmomentbefehl größer ist als die Variable Z, die durch den Hysterese-Drehmomentwert (220) (0) reduziert wird, ist der vorliegende Inverterschaltsteuermodus weiterhin der bevorzugte Inverterschaltsteuermodus (222). Wenn der Motordrehmomentbefehl geringer ist als das variable Z Drehmoment, die durch den Hysterese-Drehmomentwert (220) (1) reduziert wird, wird der SV-PVM-Modus oder der D-PWM-Modus der bevorzugte Inverterschaltsteuermodus (226). Wenn der Motordrehmomentbefehl größer ist als das variable Z Drehmoment (218) (1), wird der D-PWM-Modus der bevorzugte Inverterschaltsteuermodus (224). Wenn der bevorzugte Inverterschaltsteuermodus für die Implementierung ausgewählt wird, endet diese Iteration der Routine (230).
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Die hierin beschriebenen Konzepte ermöglichen die Verwendung des D-PWM unter Motorbetriebsbedingungen, die wahrscheinlich in der Überschreitung einer Grenze durch die Invertertemperatur resultieren, während die Verwendung von anderen PWM-Verfahren erlaubt wird, beispielsweise SV-PWM unter anderen, weniger schweren Bedingungen. Aus einer NVH Perspektive ermöglicht dies D-PWM nur, wenn die Bedingungen für Hohe Temperatur vorhanden sind, und nicht zu allen Zeiten. Dieses Verfahren behält volle Strom- und Drehmomentkapazitäten unter solchen Bedingungen, im Gegensatz zu einem Algorithmus, der die eine oder andere herabsetzt. Dies stellt eine konstante Energie für den Bediener über einen breiten Temperaturbereich, Drehmoment- und Drehzahlbedingungen bereit. Darüber hinaus kann die Routine 200 dazu dienen, einer hohen Invertertemperaturbedingung vorzugreifen. Dies steht im Gegensatz zu einer Steuerroutine, die ein PWM-Verfahren basierend auf Invertertemperatursensor-Daten auswählt, die nicht in der Lage sein kann, schnell genug zu reagieren, um Schalterüberhitzung aufgrund der inhärenten Zeitverzögerung zwischen Schalttemperatur und erfasster Temperatur zu verhindern.
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Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der aktuellen Offenbarung können als Apparatur, Methode oder Produkt eines Computerprogrammes dargestellt werden. Entsprechend kann die vorliegende Offenbarung die Form einer gesamten Hardware-, Softwareverkörperung (einschließlich Firmware, fixe Software, Microcode usw.) annehmen als Ausführungsform, die Software- und Hardwareaspekte kombiniert, die hierin allesamt im Allgemeinen als ein „Module” oder „System” bezeichnet werden kann. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung die Form eines Produktes eines Computerprogrammes annehmen, welches in jedem konkreten Medium, das über einen Programmcode für Computer verfügt, eingesetzt werden kann. Die Flusspläne und Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen der Systeme, Verfahren und Computerprogrammprodukte gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle umfasst. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Spezialzweck-Hardware-basierte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Vorgänge durchführen, oder Kombinationen von Spezialzweck-Hardware und Computerbefehlen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, sodass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungsmitteln, die die Funktion/Vorgang, der in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder Blöcken angegeben ist, implementieren.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die vorliegenden Lehren, doch wird der Umfang der vorliegenden Lehren einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während ein paar der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren in den angehängten Ansprüchen.
