DE102016223993B4

DE102016223993B4 - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN ELECTRIC MOTOR OF A RADIATOR FAN

Info

Publication number: DE102016223993B4
Application number: DE102016223993.7A
Authority: DE
Inventors: Chandra S. Namuduri; Rajeev Vyas; Fausto Eleazar Vazquez Flores; Mark J. RYCHLINSKI; Varsha Sadekar
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2023-04-27
Anticipated expiration: 2036-12-02
Also published as: DE102016223993A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Gebläses (12) eines Fahrzeugs, wobei das Gebläse (12) drehbar mit einem Elektromotor (14) verbunden ist, der durch eine DC-Gleichstromquelle (36) über einen Umrichter (30) elektrisch angetrieben wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:ein Überwachen, über eine erste Steuerung, einer Fahrzeuggeschwindigkeit;ein Auswählen, über die erste Steuerung, eines bevorzugten Betriebszustandes für den Elektromotor (14) auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei der bevorzugte Betriebszustand entweder einen ersten Befehl, der mit der Steuerung des Gebläses (12) verbunden ist, damit dieses Luft durch das Kühlsystem treibt, oder einen zweiten Befehl, der mit einer Abbremsanforderung für das Gebläse (12) verbunden ist, oder einen dritten Befehl, der mit einem Energierückgewinnungsmodus verbunden ist, beinhaltet,das Übermitteln einer diskreten Nachricht (23) der ersten Steuerung an einen Umrichterregler (32), wobei die diskrete Nachricht auf dem bevorzugten Betriebszustand des Elektromotors (14) beruht; unddas Steuern des Umrichters (30) über den Umrichterregler (32) zum Steuern des Elektromotors (14) in Reaktion auf die diskrete Nachricht (23).A method of controlling a fan (12) of a vehicle, the fan (12) being rotatably connected to an electric motor (14) electrically driven by a DC source (36) via an inverter (30), the method comprising comprises:monitoring, via a first controller, a vehicle speed;selecting, via the first controller, a preferred operating condition for the electric motor (14) based on the vehicle speed, the preferred operating condition being either a first command associated with control of the fan (12) to force air through the cooling system, or a second command associated with a deceleration request for the fan (12), or a third command associated with an energy recovery mode, includes transmitting a discrete message (23) from the first controller to a converter controller (32), the discrete message being based on the preferred operating state of the electric motor (14); and controlling the inverter (30) via the inverter controller (32) to control the electric motor (14) in response to the discrete message (23).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Diese Erfindung betrifft Elektromotoren von Gebläsen und Verfahren und Systeme zur Steuerung ihres Betriebs.This invention relates to fan electric motors and methods and systems for controlling their operation.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Fahrzeuge benutzen Gebläse, die durch Elektromotoren angetrieben werden, um Luft als Teil von Kühlsystemen zu bewegen. Bekannte Elektromotoren für Gebläse können eine pulsweitenmodulierte Regelung zur Steuerung der Gebläsedrehzahl benutzen. Unter Bedingungen einer Autobahnfahrt, kann der Elektromotor abgeschaltet werden, wenn ausreichende Stauluft verfügbar ist, um die Motorkühlmitteltemperatur innerhalb der vorgegebenen Grenzen zu halten. Dennoch kann ein Strom von über das Gebläse streichender Umgebungsluft diesen veranlassen, sich zu drehen. Ein derartiger Betrieb kann Luftstrom umlenken, und das Gebläse und der Elektromotor können als Generator arbeiten. Bekannte Systeme können eine Sperrdiode in Reihe mit einem Gleichstrom-Bus einer Antriebsschaltung für den Elektromotor benutzen, um eine Rückeinspeisung von elektrischer Energie auf den Gleichstrom-Bus zu verhindern. Die Rückeinspeisung des elektrischen Stroms ist bedingt durch die in die Motorwicklungen induzierte Spannung (oft als rückwärts gerichtete elektromotorische Kraft oder Gegen-EMK bezeichnet), welche die am Gleichspannungseingang der Motorsteuerung angelegte Spannung überschreitet. Die Verwendung einer Sperrdiode kann unter bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. bei Autobahngeschwindigkeiten, zu einer Überspannung an den Klemmen des Elektroantriebs führen, aufgrund der Gegen-EMK, die durch einen Windradeffekt am Elektromotor erzeugt wird. Weiterhin kann die Verwendung einer Sperrdiode am Gleichstrom-Bus zu Leitungsverlusten und einer reduzierten Systemeffizienz führen.Vehicles use fans powered by electric motors to move air as part of cooling systems. Known electric motors for fans can use a pulse width modulated control to control the fan speed. Under highway driving conditions, the electric motor may be shut down if sufficient ram air is available to maintain the engine coolant temperature within specified limits. However, a flow of ambient air passing over the fan can cause it to rotate. Such operation can divert airflow and the fan and electric motor can operate as a generator. Known systems may use a blocking diode in series with a DC bus of an electric motor drive circuit to prevent electrical energy from being fed back onto the DC bus. The reverse injection of electrical current is due to the voltage induced in the motor windings (often referred to as reverse electromotive force or back emf) exceeding the voltage applied to the DC input of the motor controller. The use of a blocking diode can under certain operating conditions, e.g. B. at motorway speeds, lead to an overvoltage at the terminals of the electric drive, due to the back EMF, which is generated by a wind turbine effect on the electric motor. Furthermore, using a blocking diode on the DC bus can lead to conduction losses and reduced system efficiency.

DE 10 2010 043 084 A1 betrifft ein Verfahren zum Regeln der Drehzahl eines dem Fahrtwind ausgesetzten Kühlerlüfters mit einem elektrischen Antriebsmotor in einem Kraftfahrzeug. Die tatsächliche Drehzahl des Kühlerlüfters wird auf eine vorgegebene Drehzahl durch motorischen Betrieb des Antriebsmotors geregelt. Im Fahrtwindantriebszustand gilt, dass die durch den Fahrtwind erzwungene tatsächliche Drehzahl des Kühlerlüfters über der erforderlichen Drehzahl liegt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Fahrtwindantriebszustand die Drehzahl des Kühlerlüfters durch
generatorischen Betrieb des Elektromotors abgesenkt. Der Kühlerlüfter wird also durch generatorischen Betrieb des Elektromotors gebremst. DE 10 2010 043 084 A1 relates to a method for controlling the speed of a cooling fan exposed to the relative wind with an electric drive motor in a motor vehicle. The actual speed of the cooling fan is regulated to a predetermined speed by motoring the drive motor. In the airstream drive state, the actual speed of the cooling fan forced by the airflow is above the required speed. In the method according to the invention, the speed of the cooling fan is increased in the driving wind state
regenerative operation of the electric motor lowered. The cooling fan is therefore braked by the generator operation of the electric motor.

JP 2009 - 165 276 A betrifft ein Energierückgewinnungssystem, das einen Lüftermotor für einen Kühler verwendet, der zur Energierückgewinnung bei einem stabilen Spannungswert fähig ist, selbst wenn er mit hoher Geschwindigkeit fährt. Das Energierückgewinnungssystem regeneriert eine elektromotorische Kraft, die in einem Motor zum Antrieb eines Lüfters erzeugt wird, wenn ein Lüfter zur Kühlung eines Kühlers durch Fahrtwind gedreht wird. Wenn eine Rückspeisespannung aufgrund der elektromotorischen Kraft des Motors einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird eine Feldschwächungssteuerung am Motor durchgeführt, und ein Rotationsunterdrückungsstrom, der den Kühlerlüfter in die der Rotation aufgrund von Fahrtwind entgegengesetzte Richtung dreht, wird an den Motor angelegt. Dementsprechend wird die Drehung des Motors während der Hochgeschwindigkeitsfahrt unterdrückt und die Regelung erfolgt so, dass die Rückspeisespannung nicht zu hoch wird. JP 2009 - 165 276 A relates to an energy regeneration system using a fan motor for a radiator capable of energy regeneration at a stable voltage value even when running at high speed. The energy recovery system regenerates an electromotive force generated in a motor for driving a fan when a fan for cooling a radiator is rotated by running wind. When a regenerative voltage due to the electromotive force of the motor exceeds a predetermined value, field weakening control is performed on the motor, and a rotation suppression current that rotates the cooling fan in the opposite direction to the rotation due to running wind is applied to the motor. Accordingly, the rotation of the motor is suppressed during high-speed running, and it is controlled so that the regenerative voltage does not become too high.

DE 11 2006 000 115 T5 betrifft ein Antriebssystem mit einem Motor, der mit einer Versorgung von elektrischer Energie von einer bestimmten Energiequelle angetrieben wird, und dazu fähig ist, eine gegen-elektromotorische Kraft zu erzeugen. Ferner weist das Antriebssystem eine Abschaltestruktur, die die Versorgung mit elektrischer Energie von der bestimmten Energiequelle an den Motor abtrennt, und ein Steuermodul, das eine Versorgung mit elektrischer Energie von der bestimmten Energiequelle über die Abschaltestruktur steuert, auf. DE 11 2006 000 115 T5 relates to a drive system having a motor driven with a supply of electric power from a specific power source and capable of generating a counter-electromotive force. The drive system further includes a cutoff structure that cuts off the supply of electric power from the designated power source to the motor, and a control module that controls a supply of electric power from the designated power source via the cutoff structure.

DE 102 32 717 A1 bezieht sich auf eine Ansteuerschaltung für eine Lüftereinrichtung an einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Lüftereinrichtung elektrische Antriebe umfasst. Diese werden über einen Energiespeicher oder ein Bordnetz eines Fahrzeugs gespeist. Die Ansteuerschaltung umfasst eine Freilaufdiode. Den elektrischen Antrieben sind ansteuerbare Leistungsschalter zugeordnet. Zur Einschaltung der elektrischen Antriebe ist ein weiterer Leistungsschalter vorgesehen. Eine stufenlose Drehzahlerhöhung der elektrischen Antriebe erfolgt nach deren Einschalten über die ansteuerbaren Leistungsschalter, die über ein gleichphasiges Pulsweitenmodulationssignal gesteuert sind. DE 102 32 717 A1 relates to a control circuit for a fan device on an internal combustion engine, the fan device comprising electric drives. These are fed via an energy store or an on-board network of a vehicle. The drive circuit includes a freewheeling diode. Controllable circuit breakers are assigned to the electric drives. Another circuit breaker is provided to switch on the electric drives. An infinitely variable speed increase of the electric drives takes place after they have been switched on via the controllable circuit breakers, which are controlled via an in-phase pulse width modulation signal.

US 4 425 766 A bezieht sich auf ein Leistungssteuersystem für ein elektromotorisch angetriebenes Kühlgebläse, das Luft über den Kühler und den Kondensator der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs leitet. Das System umfasst eine pulsweitenmodulierte Spannungssteuervorrichtung zur Steuerung der an den Kühlgebläsemotor angelegten Spannung von dem vom Fahrzeugmotor angetriebenen Generator. Die an den Kühlerlüftermotor angelegte Spannung kann in Abhängigkeit von der Motorkühlmitteltemperatur, der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, der Motordrehzahl und dem „Ein“/„Aus“-Zustand der Fahrzeugklimaanlage gesteuert werden. Es wird ein digitales System offenbart, das die Spannungspulsweite in Abhängigkeit von den oben genannten Variablen bestimmt. U.S.A. 4,425,766 relates to a power control system for an electric motor driven cooling fan that directs air over the radiator and condenser of an automotive air conditioning system. The system includes a pulse width modulated voltage controller for controlling the voltage applied to the cooling fan motor from the vehicle engine driven alternator. The voltage applied to the radiator fan motor can be controlled depending on the engine coolant temperature, the vehicle running speed, the engine speed and the "on"/"off" status of the vehicle air conditioning system. A digital system is disclosed that determines the voltage pulse width as a function of the above variables.

KURZDARSTELLUNGEXECUTIVE SUMMARY

Ein Fahrzeug umfassend ein Kühlgebläse, das drehbar mit einem Elektromotor verbunden ist, welcher durch eine Gleichstromquelle über einen Umrichter elektrisch angetrieben wird, wird beschrieben. Ein Verfahren zur Steuerung des Kühlgebläses beinhaltet Überwachung, über eine erste Steuerung, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, und die Auswahl, über die erste Steuerung, eines bevorzugten Betriebszustandes für den Elektromotor auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit. Der bevorzugte Betriebszustand beinhaltet entweder einen ersten Befehl, der mit der Steuerung des Kühlgebläses verbunden ist, damit dieses Luft durch das Kühlsystem treibt, oder einen zweiten Befehl, der mit einer Abbremsanforderung für das Gebläse verbunden ist, oder einen dritten Befehl, der mit einem Energierückgewinnungsmodus verbunden ist. Eine diskrete Nachricht von der ersten Steuerung wird einem Umrichterregler übermittelt, worin die diskrete Nachricht auf dem bevorzugten Betriebszustand des Elektromotors beruht. Der Umrichterregler steuert den Umrichter zur Steuerung des Elektromotors in Reaktion auf die diskrete Nachricht.A vehicle including a cooling fan rotatably connected to an electric motor which is electrically driven by a DC power source via an inverter is described. A method of controlling the cooling fan includes monitoring, via a first controller, a vehicle speed and selecting, via the first controller, a preferred operating condition for the electric motor based on the vehicle speed. The preferred mode of operation includes either a first command associated with controlling the cooling fan to force air through the cooling system, or a second command associated with a fan deceleration request, or a third command associated with an energy recovery mode connected is. A discrete message from the first controller is communicated to an inverter controller, wherein the discrete message is based on the preferred operating condition of the electric motor. The inverter controller controls the inverter to control the electric motor in response to the discrete message.

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.The foregoing features and advantages, as well as other features and advantages of the present teachings, are readily apparent from the following detailed description of some of the best modes and further embodiments of the present teachings with reference to the accompanying drawings.

Figurenlistecharacter list

Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 und 2 schematisch ein Fahrzeug veranschaulichen, das ein Kühlsystem beinhaltet, welches einen Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher sowie einen Elektromotor und Gebläse beinhaltet, die eingerichtet sind, Luft durch jenes hindurchzupumpen, gemäß der Offenbarung;
3 stellt schematisch eine Gebläseabbrems-Steuerroutine zur Steuerung des Betriebs einer Ausführungsform eines Elektromotors und Gebläses dar, welche am Fahrzeug angeordnet sind, das unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben wird, gemäß der Offenbarung; und
4 stellt schematisch eine Gebläseenergierückgewinnungs-Steuerroutine zur Steuerung des Betriebs einer Ausführungsform des Elektromotors und des Gebläses dar, die am Fahrzeug angeordnet sind, welches unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben wird, gemäß der Offenbarung.

In the following, one or more embodiments are described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

1 and 2 schematically illustrate a vehicle including a cooling system including a liquid-to-air heat exchanger and an electric motor and blower configured to pump air therethrough, in accordance with the disclosure;
3 FIG. 12 schematically illustrates a fan deceleration control routine for controlling operation of an embodiment of an electric motor and fan mounted on the vehicle referred to in FIG 1 and 2 is described, according to the disclosure; and
4 FIG. 12 schematically illustrates a fan energy regeneration control routine for controlling the operation of an embodiment of the electric motor and the fan mounted on the vehicle described with reference to FIG 1 and 2 is described, according to the disclosure.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die hierin beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer Vielfalt von verschiedenen Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung wie sie beansprucht wird einzuschränken, sondern sie ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Obwohl zahlreiche spezielle Einzelheiten in der folgenden Beschreibung offengelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können zudem einige Ausführungsformen ohne einige oder alle diese Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus wurde der Klarheit halber bestimmtes technisches Material, das im Stand der Technik bekannt ist, nicht im Detail beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden. Des Weiteren sind die Zeichnungen vereinfacht und nicht im exakten Maßstab dargestellt. Jegliche richtungsbezogenen Begriffe sollten nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie den Umfang der Offenbarung in irgendeiner Weise einschränken. Des Weiteren kann die Offenbarung, wie sie hierin dargestellt und beschrieben wird, in Abwesenheit jeglichen Bestandteils ausgeübt werden, das nicht ausdrücklich hierin offenbart ist.The components of the disclosed embodiments described and illustrated herein can be arranged and constructed in a variety of different configurations. Therefore, the following detailed description of the embodiments is not intended to limit the scope of the disclosure as claimed, but is merely representative of possible embodiments thereof. In addition, although numerous specific details are set forth in the following description in order to provide a thorough understanding of the embodiments disclosed herein, some embodiments may be practiced without some or all of these details. Furthermore, for the sake of clarity, certain technical material that is known in the art has not been described in detail to avoid unnecessarily obscuring the disclosure. Furthermore, the drawings are simplified and not drawn to exact scale. Any directional terms should not be construed to limit the scope of the disclosure in any way. Furthermore, the disclosure as illustrated and described herein may be practiced in the absence of anything not expressly disclosed herein.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin die Darstellungen der Veranschaulichung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen dienen und nicht dazu, selbige einzuschränken, veranschaulichen 1 und 2 schematisch die einschlägigen Bestandteile eines Fahrzeugs 10 mit einem Kühlsystem, das einen Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher (Kühler) 11 und ein Gebläse 12 beinhaltet, das eingerichtet ist, dort Luft hindurch zu pumpen. Gleiche Referenznummern beziehen sich in den verschiedenen Darstellungen auf gleiche Elemente. Das Gebläse 12 ist an ein Wellenelement montiert, das mechanisch mit einem Elektromotor 14 verbunden ist. In bestimmten Ausführungsformen wird das Kühlsystem, welches den Kühler 11 und das Gebläse 12 beinhaltet, eingesetzt, um die Wärmeübertragung für einen Verbrennungsmotor zu handhaben, obwohl die hierin beschriebenen Konzepte nicht darauf begrenzt sind. Das Fahrzeug 10 kann, ohne darauf eingeschränkt zu sein, eine mobilen Plattform in Form eines Nutzfahrzeuges, eines Industriefahrzeuges, eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, eines Personenkraftwagens, eines Flugzeugs, eines Wasserfahrzeugs, eines Zugs, eines Geländefahrzeugs, einer persönlichen Bewegungsvorrichtung, eines Roboters und dergleichen beinhalten, um die Zwecke der vorliegenden Erfindung zu erfüllen.Referring to the drawings, wherein the depictions are provided to illustrate, rather than limit, certain exemplary embodiments 1 and 2 Schematically the relevant components of a vehicle 10 with a cooling system that includes a liquid-to-air heat exchanger (radiator) 11 and a fan 12 arranged to pump air therethrough. Like reference numbers refer to like elements in the different views. The fan 12 is mounted on a shaft member that is mechanically connected to an electric motor 14 . In certain embodiments, the cooling system including radiator 11 and fan 12 is employed to manage heat transfer for an internal combustion engine, although the concepts described herein are not so limited. Vehicle 10 may include, but is not limited to, a mobile platform in the form of a utility vehicle, industrial vehicle, agricultural vehicle, passenger car, airplane, watercraft, train, off-highway vehicle, personal mobility device, robot, and the like to achieve the purposes of the present invention.

Ein Mehrphasen-Umrichter (Umrichter) 30 ist eingerichtet, den elektrischen Stromfluss zum Elektromotor 14 zu steuern, zur Steuerung der Drehung des Gebläses 12. Ein Umrichterregler 32 steht mit den Umrichter 30 in Verbindung, um dessen Betrieb zu steuern. Eine erste Steuerung 20 ist konfiguriert, eine erste diskrete Nachricht 23 über einen Kommunikationsanschluss des Umrichterreglers 32 direkt zu übermitteln, vorzugsweise unter Verwendung einer einzigen diskreten Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 22. Die erste Steuerung 20 kann auch konfiguriert werden, um direkt eine zweite diskreten Nachricht 25, die den Zustand des Gebläses 12 beschreibt, über einen Kommunikationsanschluss des Umrichterreglers 32 zu empfangen, vorzugsweise unter Verwendung einer zweiten einzigen diskreten Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 26. Alternativ, kann die erste Steuerung 20 so konfiguriert werden, dass sie die erste diskrete Nachricht 23 über eine drahtlose Verbindung dem Kommunikationsanschluss des Umrichterreglers 32 direkt übermittelt. Weiterhin können der Umrichterregler 32 und die erste Steuerung 20 konfiguriert sein, um bidirektional über einen Kommunikationsbus 24 eines lokalen Netzwerks („LAN“) zu kommunizieren.A multi-phase inverter (inverter) 30 is arranged to control the flow of electrical current to the electric motor 14 to control the rotation of the fan 12. An inverter controller 32 communicates with the inverter 30 to control its operation. A first controller 20 is configured to transmit a first discrete message 23 directly via a communication port of the converter controller 32, preferably using a single discrete point-to-point communication link 22. The first controller 20 can also be configured to directly transmit a second discrete message 25 describing the condition of fan 12 via a communications port of inverter controller 32, preferably using a second single discrete point-to-point communications link 26. Alternatively, first controller 20 may be configured to transmits the first discrete message 23 directly to the communications port of the converter controller 32 over a wireless link. Further, the inverter controller 32 and the first controller 20 may be configured to communicate bi-directionally via a local area network ("LAN") communication bus 24 .

Der Elektromotor 14 kann jede geeignete Elektromotor/ Generator-Vorrichtung sein, beispielsweise ein mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor. Der Umrichter 30 ist elektrisch über einen elektrischen Bus 34 mit einer Gleichstromquelle 36, wie einem Generator und/oder einer Batterie, verbunden und kommuniziert mit einem Umrichterregler 32. In einer Ausführungsform liefert die Gleichstromquelle 36 elektrische Energie an den elektrischen Bus 34. Die elektrische Energie kann ausgelegt sein, eine Systemspannung zu haben, die nominal bei 12Vdc, 24Vdc, 36Vdc, 48Vdc oder einer anderen geeigneten Nennspannung festgelegt ist. Die Gleichstromquelle 36 kann eine elektrische Energiespeichervorrichtung beinhalten wie beispielsweise eine mehrzellige Batterie oder einen Kondensator oder eine andere geeignete Vorrichtung oder System. Der Umrichter 30 beinhaltet eine Vielzahl von Schalterpaaren, welche High-Side-Schalter 42 und Low-Side-Schalter 44 beinhalten. Die High-Side-Schalter 42 und die Low-Side-Schalter 44 sind elektrisch in Reihen an Anschlüssen 46 über positive und negative Schienen des elektrischen Bus 34 miteinander verbunden, und die Anschlüsse 46 sind elektrisch mit dem Elektromotor 14 verbunden, um elektrischen Strom an diesen zu übertragen. Wie dargestellt sind der Elektromotor 14 und der Umrichter 30 als dreiphasige Vorrichtungen konfiguriert, mit entsprechend drei Sätzen an High-Side-Schaltern 42 und Low-Side-Schaltern 44. Jeder der High-Side-Schalter 42 und Low-Side-Schalter 44 beinhaltet einen Leistungstransistor 41, der elektrisch parallel mit einer Diode 43 angeordnet ist. Jeder der Leistungstransistoren 41 kann jeglicher geeignete Leistungstransistor sein, z. B. ein IGBT-Transistor oder ein Feldeffekttransistor (FET), der vorzugsweise für einen kontinuierlichen Motor-Standstrom ausgelegt ist. Jedes der Schalterpaare 42, 44 entspricht einer Phase des Elektromotors 14. Der Umrichter 32 beinhaltet vorzugsweise andere elektrische Komponenten einschließlich Kondensatoren, Widerstände und andere elektrische Schaltkreiskomponenten, um Funktionen auszuführen, die mit elektrischer Rauschunterdrückung, Strommessung, Spannungsmessung, Temperaturmessung und dergleichen zusammenhängen.The electric motor 14 can be any suitable electric motor/generator device, such as a multi-phase brushless DC motor. The inverter 30 is electrically connected via an electrical bus 34 to a DC power source 36, such as a generator and/or battery, and communicates with an inverter controller 32. In one embodiment, the DC power source 36 provides electrical power to the electrical bus 34. The electrical power may be designed to have a system voltage fixed nominally at 12Vdc, 24Vdc, 36Vdc, 48Vdc, or other suitable nominal voltage. DC power source 36 may include an electrical energy storage device, such as a multi-cell battery or capacitor, or other suitable device or system. Inverter 30 includes a plurality of switch pairs, including high-side switches 42 and low-side switches 44 . The high-side switches 42 and the low-side switches 44 are electrically connected together in series at terminals 46 across positive and negative rails of the electrical bus 34, and the terminals 46 are electrically connected to the electric motor 14 to supply electrical power to transfer this. As shown, the electric motor 14 and the inverter 30 are configured as three-phase devices, with three sets of high-side switches 42 and low-side switches 44, respectively. Each of the high-side switches 42 and low-side switches 44 includes a power transistor 41 electrically connected in parallel with a diode 43 . Each of the power transistors 41 may be any suitable power transistor, e.g. B. an IGBT transistor or a field effect transistor (FET), which is preferably designed for a continuous motor stand current. Each of the switch pairs 42, 44 corresponds to a phase of the electric motor 14. The inverter 32 preferably includes other electrical components including capacitors, resistors, and other electrical circuit components to perform functions associated with electrical noise cancellation, current sensing, voltage sensing, temperature sensing, and the like.

Der Umrichterregler 32 beinhaltet vorzugsweise eine Zentraleinheit, eine Speichervorrichtung, von der Steuerung ausführbare Befehlssätze und Eingabe-/Ausgabeschaltung(en) und -Vorrichtungen, einschließlich Gate-Treiber, die mit jedem der Leistungstransistoren 41 kommunizieren, um deren Umschalten zu steuern. Die Eingabe/ Ausgabeschaltung empfängt die erste diskrete Nachricht 23, die über die diskrete Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 22 kommuniziert wird. Der von der Steuerung ausführbare Befehlssatz beinhaltet Anweisungen zur Interpretation der ersten diskreten Nachricht 23, die über die diskrete Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 22 kommuniziert wird, und zur Anordnung des Betriebs der Gate-Treiber zur Steuerung der Leistungstransistoren 41 in Reaktion darauf. Ein solcher angeordneter Betrieb der Gate-Treiber hat vorzugsweise die Form eines pulsweitenmodulierten (PWM) Signals mit einer Frequenz (Hz) und einem Arbeitszyklus (%). Die erste diskrete Nachricht 23, die von der ersten Steuerung 20 über die diskrete Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 22 zum Umrichterregler 32 kommuniziert wird, hat ebenfalls vorzugsweise die Form eines pulsweitenmodulierten (PWM) Signals mit einer Frequenz (Hz) und einem Arbeitszyklus (%), das durch den Umrichterregler 32 interpretiert werden kann.The inverter controller 32 preferably includes a central processing unit, a memory device, controller-executable instruction sets, and input/output circuit(s) and devices, including gate drivers, that communicate with each of the power transistors 41 to control their switching. The input/output circuit receives the first discrete message 23 which is communicated over the point-to-point discrete communication link 22 . The instruction set executable by the controller includes instructions for interpreting the first discrete message 23 communicated over the discrete point-to-point communication link 22 and directing the operation of the gate drivers to control the power transistors 41 in response thereto. Such arranged operation of the gate drivers preferably takes the form of a pulse width modulated (PWM) signal having a frequency (Hz) and a duty cycle (%). The first discrete message 23 communicating from the first controller 20 to the converter controller 32 via the discrete point-to-point communication link 22 is also preferably in the form of a pulse width modulated (PWM) signal having a frequency (Hz) and duty cycle (%) that can be interpreted by the inverter controller 32.

Die erste Steuerung 20 ist vorzugsweise konfiguriert, den Fahrzeugbetrieb zu überwachen, einschließlich Parametern, die mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahreranforderungen bezüglich des Antriebs und anderen Steuerzustände zusammenhängen. Die erste Steuerung 20 ist auch zum Ausführen von Steuerroutinen konfiguriert, einschließlich Steuerroutinen zur Erzeugung von Befehlen für den Betrieb des Elektromotors 14. Beispielroutinen werden mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. In einer exemplarischen Ausführungsform kann die erste Steuerung 20 ein Motorsteuergerät (ECM) oder eine Teil davon sein.The first controller 20 is preferably configured to monitor vehicle operation, including parameters related to vehicle speed, driver propulsion requests, and other control conditions. The first controller 20 is also configured to execute control routines, including control routines for generating commands for the operation of the electric motor 14. Example routines are provided with reference to FIG 3 and 4 described. In an exemplary embodiment, the first controller 20 may be an engine control module (ECM) or a portion thereof.

Die Begriffe Steuerung, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), wie z. B. Mikroprozessor(en) und diesen zugeordneten nicht-transitorische Speicherkomponenten 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. Zu den Geräten und Kreisen für Ein- und Ausgaben gehören Analog-/Digitalwandler-verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder als Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. 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 (eine) Steuerroutine(n) aus, so auch die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuerungen und führt Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern der Betätigung von Stellgliedern durch. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden. Alternativ können Routinen als Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine Punkt-zu-Punkt-Direktverkabelung, eine Netzwerkkommunikations-Busverbindung, eine drahtlose Verbindung oder jede andere geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art, darunter auch als Beispiele elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können Signale enthalten, die Eingaben von Sensoren sind und Stellgliedbefehle darstellen, sowie Kommunikationssignale zwischen Steuerungen. 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. Datensignale können unter anderem Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren repräsentieren, oder Signale, die Stellgliedbefehle und Kommunikationssignale zwischen Steuereinheiten repräsentieren.The terms controller, control module, module, controller, control unit, processor and the like refer to one or more combinations of application specific integrated circuits (ASIC), electronic circuit(s), central processing unit(s), such as e.g. B. Microprocessor(s) and associated non-transitory memory components in the form of memory and storage devices (read-only memory, programmable read-only memory, random access memory, hard disk, etc.). The non-transitory memory component is capable of executing machine-readable instructions in the form of one or more software or firmware programs or routines, combinatorial logic circuit(s), input/output circuit(s) and devices, signal conditioning and buffering circuitry and other components accessible by one or more processors to provide described functionality. Input and output devices and circuits include analog-to-digital converter-related devices that monitor sensor inputs at a predetermined polling frequency or in response to a triggering event. Software, firmware, programs, instructions, control routines, code, algorithms, and similar terms refer to any controller-executable instruction sets, such as calibrations and lookup tables. Each controller executes control routine(s) for desired functions, including monitoring inputs from sensory devices and other networked controllers, and performing control and diagnostic routines to control actuation of actuators. The routines can be executed at regular intervals, such as B. during ongoing operation every 100 microseconds. Alternatively, routines can be executed in response to a triggering event. Communication between the controllers and between controllers, actuators, and/or sensors may be accomplished via point-to-point direct wiring, a network communication bus connection, a wireless connection, or any other suitable communication link. Communication includes the exchange of data signals in any suitable manner, including, by way of example, electrical signals over a conductive medium, electromagnetic signals through the air, optical signals over fiber optics, and the like. Data signals may include signals that are inputs from sensors and represent actuator commands, and communication signals between controllers. As used herein, the term "dynamic" describes steps or processes that are executed in real time and are characterized by monitoring or otherwise determining parameter states and regularly or periodically updating parameter states when executing a routine or between iterations when executing the routine. Data signals may include, among other things, signals representing inputs from sensors or signals representing actuator commands and communication signals between controllers.

3 stellt schematisch eine Gebläseabbrems-Steuerroutine 300 zur Steuerung des Betriebs einer Ausführungsform eines Elektromotors 14 und des Gebläses 12 dar, welche am Fahrzeug 10 angeordnet sind, das unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben wird. Die Gebläseabbrems-Steuerroutine 300 wird vorzugsweise periodisch in der ersten Steuerung 20 ausgeführt und beinhaltet die Anordnung an den Betrieb, ein Bremsmoment am Elektromotor 14 anzuwenden, um einen Freilauf des Gebläses 12 aufgrund von Stoßluft bei bestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen zu verhindern. Die Verwendung von Bremsmoment soll die Erzeugung einer Gegen-EMK im Umrichter 30, die durch den Freilauf des Gebläses 12 verursacht wird, vermeiden oder das betreffende Risiko minimieren. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass eine unkontrollierte Gegen-EMK zu Überspannungsbedingungen im Umrichter 30, dem elektrischen Bus 34 und/oder der Gleichstromquelle 36 führen kann, die die Lebensdauer einer oder mehrerer Komponenten negativ beeinflussen können. Tabelle 1 wird als Schlüssel bereitgestellt, worin die nummerisch gekennzeichneten Blocks und die entsprechenden Funktionen, welche der Gebläseabbrems-Steuerroutine 300 entsprechen, dargestellt sind. Tabelle 1 BLOCK BLOCKINHALTE 302 Ist die Gebläse-Anforderung EIN? 304 Ist die Gebläse-Anforderung = ABBREMSEN? 306 Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit über der SO-Schwelle? 308 Befehl Gebläseabbremsmodus 310 Befehl Gebläse-Betrieb, um Luftstrom zu erzeugen 3 12 schematically illustrates a fan deceleration control routine 300 for controlling operation of an embodiment of an electric motor 14 and fan 12 disposed on the vehicle 10 described with reference to FIG 1 and 2 is described. The fan deceleration control routine 300 is preferably periodically executed in the first controller 20 and includes directing the operation to apply braking torque to the electric motor 14 to prevent the fan 12 from coasting due to air surges under certain vehicle operating conditions. The use of braking torque is intended to avoid or minimize the risk of back EMF generation in the inverter 30 caused by the fan 12 freewheeling. Those skilled in the art will recognize that uncontrolled back EMF can lead to overvoltage conditions in the inverter 30, the electrical bus 34, and/or the DC power source 36 that can adversely affect the life of one or more components. Table 1 is provided as a key, wherein the numbered blocks and corresponding functions corresponding to fan deceleration control routine 300 are presented. Table 1 BLOCK BLOCK CONTENT 302 Is the fan demand ON? 304 Is fan demand = DECELERATE? 306 Is the vehicle speed above the SO threshold? 308 Fan deceleration mode command 310 Command fan operation to generate airflow

Unter Fahrzeugbetriebsbedingungen bei niedrigen Geschwindigkeiten kann der Elektromotor 14 auf AUS gesetzt werden, um den Stromverbrauch zu minimieren. Gleichwohl kann es eine Anforderung zum Betrieb des Gebläses 12 geben, um einen Luftstrom durch den Kühler 11 zu erzeugen. Während der Ausführung jeder Wiederholung der Gebläseabbrems-Steuerroutine 300 wird bestimmt, ob die Gebläse-Anforderung auf EIN steht (302), und wenn ja (1), wird ein erster Befehl F1 erzeugt, den Elektromotor 14 zum Betrieb des Gebläses 12 zu betreiben, um einen Luftstrom durch den Kühler 11 zu erzeugen (310). Der erste Befehl F1 wird dem Umrichterregler 32 als erste diskrete Nachricht 23 über die diskrete Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 22 übermittelt. Der Umrichterregler 32 interpretiert die erste diskrete Nachricht 23 zur Bestimmung des ersten Befehls F1 und steuert den Betrieb des Umrichters 30 in Reaktion darauf.Under low speed vehicle operating conditions, the electric motor 14 may be set to OFF to minimize power consumption. However, there may be a requirement to operate the fan 12 to create airflow through the radiator 11 . During execution of each iteration of the fan deceleration control routine 300, it is determined whether the fan demand is ON (302), and if so (1), a first command F1 is generated to operate the electric motor 14 to operate the fan 12. to create an air flow through the radiator 11 (310). The first command F1 is transmitted to the converter controller 32 as a first discrete message 23 via the discrete point-to-point communication link 22 . The inverter controller 32 interprets the first discrete message 23 to determine the first command F1 and controls operation of the inverter 30 in response.

Wenn die Gebläse-Anforderung auf AUS steht (302)(0), bestimmt die Routine 300, ob eine Gebläse-Abbremsanforderung aktiv ist (304), und falls nicht (0), endet diese Wiederholung der Routine 300 ohne weitere Aktion, wodurch dem Gebläse 12 der Freilauf ermöglicht wird. Wenn die Gebläse-Abbremsanforderung aktiv ist (304)(1), wird die Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer ersten minimalen Schwellengeschwindigkeit S0 abgeglichen (306). Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als der erste minimale Schwellengeschwindigkeit S0 (306)(0), endet diese Wiederholung der Routine 300 ohne weitere Aktion, wodurch dem Gebläse 12 der Freilauf ermöglicht wird. Die erste minimale Schwellengeschwindigkeit S0 kann bei einer Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle kalibriert werden, die die Wahrscheinlichkeit minimiert, dass ein Freilauf des Gebläses 12 im Umrichter 30 eine Gegen-EMK erzeugt, die zu Überspannungsbedingungen führen kann, welche die Lebensdauer einer oder mehrerer Komponenten des Umrichters 30 negativ beeinflussen oder zu einer anderen unvorhersehbaren Systemreaktion an anderer Stelle des Systems führen können.If the fan request is OFF (302)(0), the routine 300 determines whether a fan deceleration request is active (304) and if not (0) then this iteration of the routine 300 ends without further action, causing the Blower 12 is enabled to run freely. If the fan deceleration request is active (304)(1), the vehicle speed is compared to a first minimum threshold speed S0 (306). If the vehicle speed is less than the first minimum threshold speed S0 (306)(0), this iteration of the routine 300 ends without further action, allowing the fan 12 to coast. The first minimum threshold speed S0 may be calibrated at a vehicle speed threshold that minimizes the likelihood that overrunning of the fan 12 in the inverter 30 will generate a back emf that can lead to over-voltage conditions that adversely affect the life of one or more components of the inverter 30 or another unpredictable system response elsewhere in the system.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als die erste minimale Schwellengeschwindigkeit S0 (306)(1), wird ein zweiter Befehl F0 erzeugt, um das Gebläse 12 abzubremsen und seine Drehung zu stoppen (308). Der zweite Befehl F0 wird dem Umrichterregler 32 vorzugsweise als erste diskrete Nachricht 23 über die diskrete Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 22 übermittelt. Der Umrichterregler 32 interpretiert die erste diskrete Nachricht 23 zur Bestimmung des zweiten Befehls F0, und steuert den Betrieb des Inverters 30 in Reaktion darauf. Die Steuerung des Betriebs des Inverters 30, um den zweiten Befehl F0 dazu zu veranlassen, das Gebläse 12 abzubremsen, kann die gleichzeitige Aktivierung aller High-Side-Schalter 42 oder die gleichzeitige Aktivierung aller Low-Side-Schalter 44 beinhalten. Die gleichzeitige Aktivierung aller High-Side-Schalter 42 oder die gleichzeitige Aktivierung aller Low-Side-Schalter 44 dient dazu, die elektrischen Zuleitungen zum Elektromotor 14 kurzzuschließen, um ein Bremsmoment an der Gebläse-Welle zu erzielen, welches das Gebläse 12 daran hindert, sich zu drehen, ohne dass es Strom von der Gleichstromquelle 36 bezieht.If the vehicle speed is greater than the first minimum threshold speed S0 (306)(1), a second command F0 is generated to decelerate the fan 12 and stop its rotation (308). The second command F0 is preferably transmitted to the converter controller 32 as a first discrete message 23 via the discrete point-to-point communication link 22 . The inverter controller 32 interprets the first discrete message 23 to determine the second command F0, and controls the operation of the inverter 30 in response. Controlling the operation of the inverter 30 to cause the second command F0 to decelerate the fan 12 may include activating all high side switches 42 simultaneously or activating all low side switches 44 simultaneously. The simultaneous activation of all high-side switches 42 or the simultaneous activation of all low-side switches 44 serves to short-circuit the electrical supply lines to electric motor 14 in order to achieve a braking torque on the fan shaft, which prevents fan 12 from to rotate without drawing power from the DC power source 36.

Im Sinn eines nicht einschränkenden Beispiels kann die erste diskrete Nachricht 23, die von der ersten Steuerung 20 dem Umrichterregler 32 über die diskrete Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 22 übermittelt wird, folgendes Format haben. Die Frequenzen, Arbeitszyklen, und Gebläsedrehzahlen sind illustrativ für eine Ausführungsform und nicht einschränkend. Befehl Diskrete Nachricht Betrieb im Umrichterregler steuern Frequenz (Hz) Nominaler PWM-Arbeitszyklus (%) F1 - Gebläse betreiben 100 10 500 U/min F1 - Gebläse betreiben 100 20 1000 U/min F1 - Gebläse betreiben 100 30 1500 U/min F1 - Gebläse betreiben 100 40 2000 U/min F0 - Gebläse abbremsen 200 25 Low-Side-Schalter aktivieren F0 - Gebläse abbremsen 200 50 High-Side-Schalter aktivieren As a non-limiting example, the first discrete message 23 communicated from the first controller 20 to the inverter controller 32 over the discrete point-to-point communication link 22 may have the following format. The frequencies, duty cycles, and fan speeds are illustrative of an embodiment and not limiting. command Discreet message Control operation in the converter controller Frequency (Hz) Nominal PWM duty cycle (%) F1 - operate fan 100 10 500 rpm F1 - operate fan 100 20 1000 rpm F1 - operate fan 100 30 1500 rpm F1 - operate fan 100 40 2000 rpm F0 - slow fan down 200 25 Enable low side switch F0 - slow fan down 200 50 Enable high side switch

Insofern kann es Vorteile aus der Minimierung der Ablenkung des Luftstroms durch das Gebläse 12 bei Autobahnfahrtbedingungen geben, wenn das Gebläse 12 nicht auf EIN gestellt ist, indem die Anwendung eines Bremsmoments auf den Elektromotor 14 angeordnet wird, um einen Freilauf des Gebläses 12 aufgrund des Stauluftstroms zu verhindern, und somit eine Überspannung aufgrund der Motor-Gegen-EMK zu verhindern. Ein derartiger Betrieb minimiert zudem hörbare Geräusche, die durch das Gebläse 12 erzeugt werden, wenn es nicht auf EIN gestellt ist.As such, there may be benefits from minimizing airflow deflection by the fan 12 during highway driving conditions when the fan 12 is not ON by commanding the application of braking torque to the electric motor 14 to allow the fan 12 to coast due to ram airflow to prevent, and thus to prevent overvoltage due to the motor back EMF. Such operation also minimizes audible noise generated by fan 12 when not ON.

4 stellt schematisch eine Gebläseenergierückgewinnungs-Steuerroutine 400 zur Steuerung des Betriebs einer Ausführungsform des Elektromotors 14 und des Gebläses 12 dar, die am Fahrzeug 10 angeordnet sind, welches unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben wird. Die Gebläseenergierückgewinnungs-Steuerroutine 400 wird vorzugsweise periodisch in der ersten Steuerung 20 ausgeführt und beinhaltet die Anordnung an den Betrieb, ein Gegendrehmoment am Elektromotor 14 anzuwenden, um durch das Gebläse 12 aufgrund des Stauluftstroms bei bestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen elektrische Energie zu erzeugen. Tabelle 2 wird als Schlüssel bereitgestellt, worin die nummerisch gekennzeichneten Blocks und die entsprechenden Funktionen, welche der Gebläseenergierückgewinnungs-Steuerroutine 400 entsprechen, einander zugeordnet werden. Tabelle 2 BLOCK BLOCKINHALTE 402 Ist die Gebläse-Anforderung EIN? 404 Ist die Gebläse-Anforderung = GENERATOR? 406 Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit über der S1-Schwelle? UND Ist Vin<V1? 408 Energierückgewinnungsmodus F2 anordnen 410 Gebläsebetrieb zur Erzeugung von Luftstrom anordnen F1 4 12 schematically illustrates a blower energy regeneration control routine 400 for controlling operation of an embodiment of the electric motor 14 and the blower 12 disposed on the vehicle 10, which is described with reference to FIG 1 and 2 is described. The fan energy regeneration control routine 400 is preferably periodically executed in the first controller 20 and includes directing the operation to apply counter-torque to the electric motor 14 to generate electrical energy by the fan 12 due to ram air flow at certain vehicle operating conditions. Table 2 is provided as a key wherein the numbered blocks and the corresponding functions corresponding to the fan energy regeneration control routine 400 are correlated. Table 2 BLOCK BLOCK CONTENT 402 Is the fan demand ON? 404 Is the fan demand = GENERATOR? 406 Is the vehicle speed above the S1 threshold? AND Is Vin<V1? 408 Arrange energy recovery mode F2 410 Order fan operation to generate airflow F1

Unter Fahrzeugbetriebsbedingungen bei niedrigen Geschwindigkeiten kann der Elektromotor 14 auf AUS gesetzt werden, um den Stromverbrauch zu minimieren. Gleichwohl kann es eine Anforderung zum Betrieb des Gebläses 12 geben, um einen Luftstrom durch den Kühler 11 zu erzeugen. Während der Ausführung jeder Wiederholung der Gebläseenergierückgewinnungs-Steuerroutine 400 wird bestimmt, ob die Gebläse-Anforderung auf EIN steht (402), und wenn ja (1), wird ein erster Befehl F1 erzeugt, den Elektromotor 14 zum Betrieb des Gebläses 12 zu betreiben, um einen Luftstrom durch den Kühler 11 zu erzeugen (410). Der erste Befehl F1 wird dem Umrichterregler 32 als erste diskrete Nachricht 23 über die diskrete Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 22 übermittelt. Der Umrichterregler 32 interpretiert die erste diskrete Nachricht 23 zur Bestimmung des ersten Befehls F1 und steuert den Betrieb des Umrichters 30 in Reaktion darauf.Under low speed vehicle operating conditions, the electric motor 14 may be set to OFF to minimize power consumption. However, there may be a requirement to operate the fan 12 to create airflow through the radiator 11 . During the execution of each iteration of the fan energy regeneration control routine 400, it is determined whether the fan demand is ON (402), and if so (1), a first command F1 is generated to operate the electric motor 14 to operate the fan 12. to create an air flow through the radiator 11 (410). The first command F1 is transmitted to the converter controller 32 as a first discrete message 23 via the discrete point-to-point communication link 22 . The inverter controller 32 interprets the first discrete message 23 to determine the first command F1 and controls operation of the inverter 30 in response.

Wenn die Gebläse-Anforderung nicht auf EIN steht (402)(0), bestimmt die Routine 400, ob ein Gebläse-Generatormodus aktiv ist (404), und falls nicht (0), endet diese Wiederholung der Routine 300 ohne weitere Aktion, wodurch dem Gebläse 12 der Freilauf ermöglicht wird. Wenn der Gebläse-Generatormodus aktiv ist (404)(1), wird die Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer zweiten minimalen Schwellengeschwindigkeit S1 abgeglichen, und die Systemspannung Vin wird mit einer maximalen zulässigen Systemspannung V1 abgeglichen (406). Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als die zweite minimale Schwellengeschwindigkeit S1 oder die Systemspannung Vin größer als die maximale zulässige Systemspannung V1 (406)(0), endet diese Wiederholung der Routine 400 ohne weitere Aktion, wodurch dem Gebläse 12 der Freilauf ermöglicht wird. Die zweite minimale Schwellengeschwindigkeit S1 kann bei einer Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle kalibriert werden, die das Erzeugen ausreichender Energie zum Laden der Gleichspannungsquelle 36 zulässt.If the fan request is not ON (402)(0), routine 400 determines whether a fan generator mode is active (404) and if not (0), this iteration of routine 300 ends without further action, thereby the fan 12 is allowed to run freely. If the fan generator mode is active (404)(1), the vehicle speed is compared to a second minimum threshold speed S1 and the system voltage Vin is compared to a maximum allowable system voltage V1 (406). If the vehicle speed is less than the second minimum threshold speed S1 or the system voltage Vin is greater than the maximum allowable system voltage V1 (406)(0), this iteration of the routine 400 ends without further action, allowing the fan 12 to coast. The second minimum threshold speed S1 may be calibrated at a vehicle speed threshold that allows sufficient energy to charge the DC voltage source 36 to be generated.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als die zweite minimale Schwellengeschwindigkeit S1 und die Systemspannung Vin kleiner ist als die maximale zulässige Systemspannung V1 (406)(1), wird ein Energierückgewinnungsmodus F2 angeordnet, um das Gebläse 12 und den Umrichter 30 so zu betreiben, dass elektrischer Strom erzeugt wird (408), z. B. durch das Gleichrichten elektrischer Energie vom Elektromotor 14 auf dem Wege der Aktivierung ausgewählter Schalter 42, 44 des Umrichters 30.If the vehicle speed is greater than the second minimum threshold speed S1 and the system voltage Vin is less than the maximum allowable system voltage V1 (406)(1), a Arranged in energy recovery mode F2 to operate the fan 12 and the inverter 30 to generate electrical power (408), e.g. B. by rectifying electrical energy from the electric motor 14 via the activation of selected switches 42, 44 of the converter 30.

Der Energierückgewinnungsmodus F2 wird dem Umrichterregler 32 als erste diskrete Nachricht 23 über die diskrete Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 22 übermittelt. Der Umrichterregler 32 interpretiert die erste diskrete Nachricht 23 zur Bestimmung des Energierückgewinnungsmodus F2 und steuert den Betrieb des Umrichters 30 in Reaktion darauf. Die Steuerung des Betriebs des Umrichters 30, um einen Betrieb im Energierückgewinnungsmodus F2 zu erzielen und elektrische Energie durch das Gebläse 12 in einer Weise zu erzeugen, die eine vorhersehbare Menge an Energierückgewinnung bereitstellt, beinhaltet den Betrieb des Umrichters 30 als Gleichrichter, um nutzbare elektrische Energie zu erzeugen. Der Betrieb des Umrichters 30 als Gleichrichter kann das Anordnen einer PWM-Frequenz und -Arbeitszyklus für den Umrichter 30 beinhalten, der die gewünschte Menge elektrischer Energie erzeugt, beispielsweise, 1 Ampere, 2 Ampere oder eine andere Leistung.The energy recovery mode F2 is communicated to the converter controller 32 as a first discrete message 23 via the discrete point-to-point communication link 22 . The inverter controller 32 interprets the first discrete message 23 to determine the energy regeneration mode F2 and controls the operation of the inverter 30 in response. Controlling the operation of the inverter 30 to achieve energy regeneration mode F2 operation and generate electrical energy by the fan 12 in a manner that provides a predictable amount of energy regeneration involves operating the inverter 30 as a rectifier to generate useful electrical energy to create. Operating the inverter 30 as a rectifier may involve arranging a PWM frequency and duty cycle for the inverter 30 that produces the desired amount of electrical energy, for example, 1 amp, 2 amps, or other power.

Im Sinn eines nicht einschränkenden Beispiels kann die erste diskrete Nachricht 23, die von der ersten Steuerung 20 dem Umrichterregler 32 über die diskrete Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung 22 übermittelt wird, folgendes Format haben. Die Frequenzen, Arbeitszyklen, und Gebläsedrehzahlen sind illustrativ für eine Ausführungsform und nicht einschränkend. Befehl Diskrete Nachricht Betrieb im Umrichterregler steuern Frequenz (Hz) Nominaler PWM-Arbeitszyklus (%) F1 - Gebläse betreiben 100 10 500 U/min F1 - Gebläse betreiben 100 20 1000 U/min F1 - Gebläse betreiben 100 30 1500 U/min F1 - Gebläse betreiben 100 40 2000 U/min F2 - Energierückgewinnungsmodus 50 10 Erzeugen von 1 Ampere Gleichstrom, der zum elektrischen Bus 34 geleitet wird F2 - Energierückgewinnungsmodus 50 20 Erzeugen von 2 Ampere Gleichspannungs-Ausgabestrom, der zum elektrischen Bus 34 geleitet wird As a non-limiting example, the first discrete message 23 communicated from the first controller 20 to the inverter controller 32 over the discrete point-to-point communication link 22 may have the following format. The frequencies, duty cycles, and fan speeds are illustrative of an embodiment and not limiting. command Discreet message Control operation in the converter controller Frequency (Hz) Nominal PWM duty cycle (%) F1 - operate fan 100 10 500 rpm F1 - operate fan 100 20 1000 rpm F1 - operate fan 100 30 1500 rpm F1 - operate fan 100 40 2000 rpm F2 - energy recovery mode 50 10 Generating 1 ampere of direct current which is conducted to the electrical bus 34 F2 - energy recovery mode 50 20 Generating 2 amps DC output current which is conducted to electrical bus 34

Alternativ beinhaltet die erste diskrete Nachricht 23 eine Nachricht mit einem ersten pulsweitenmodulierten (PWM) Arbeitszyklus, der dem ersten Befehl F1 zugeordnet ist, einen zweiten PWM-Arbeitszyklus, der dem zweiten Befehl F0 zugeordnet ist, und einen dritten PWM-Arbeitszyklus, der dem dritten Befehl F2 zugeordnet ist.Alternatively, the first discrete message 23 includes a message having a first pulse width modulated (PWM) duty cycle associated with the first command F1, a second PWM duty cycle associated with the second command F0, and a third PWM duty cycle associated with the third assigned to command F2.

Insofern kann es Vorteile aus der Minimierung der Ablenkung des Luftstroms durch das Gebläse 12 bei Autobahnfahrtbedingungen geben, wenn der Lüfter 12 nicht auf EIN steht, indem die Anwendung eines Bremsmoments auf den Elektromotor 14 angeordnet wird, um einen Freilauf des Gebläses 12 aufgrund des Stauluftstroms zu verhindern, und somit eine Überspannung aufgrund der Motor-Gegen-EMK zu verhindern. Ein derartiger Betrieb minimiert zudem hörbare Geräusche, die durch das Gebläse 12 erzeugt werden, wenn es nicht auf EIN gestellt ist.As such, there may be benefits from minimizing airflow deflection by the fan 12 during highway driving conditions when the fan 12 is not ON by commanding the application of braking torque to the electric motor 14 to allow the fan 12 to coast due to ram airflow prevent, and thus prevent overvoltage due to the motor back EMF. Such operation also minimizes audible noise generated by fan 12 when not ON.

Der Elektromotor für das Gebläse kann als Generator betrieben werden, wenn das Gebläse bei Autobahnfahrtbedingungen nicht betrieben werden muss, um einen Ladezustand in der Gleichstromquelle 36 zu erhöhen. Dies kann zu einer reduzierten Belastung der Lichtmaschine, einer optimierten Dimensionierung der elektrischen Komponenten und einem verbesserten elektrischen Energiemanagement fuhren.The electric motor for the fan can be operated as a generator when the fan does not need to be operated during highway driving conditions to increase a state of charge in the DC power source 36 . This can lead to a reduced load on the alternator, optimized dimensioning of the electrical components and improved electrical energy management.

Das Flussdiagramm und Blockschaltbilder in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten 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-Hardwarebasierte 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.The flowchart and block diagrams in the flowcharts illustrate the architecture, functionality, and operation of possible implementations of systems, methods, and computer program products according to various embodiments of the present disclosure. In this regard, each block in the flowcharts or block diagrams can be a module, a segment, or a Represent a portion of code that includes one or more executable instructions for implementing the specified logical function(s). It is also noted that each block of the block diagrams and/or flowchart illustrations, and combinations of blocks in the block diagrams and/or flowchart illustrations, are implemented by special-purpose hardware-based systems that perform the specified functions or operations, or combinations of special-purpose hardware and computer instructions can. These computer program instructions may also be stored on a computer-readable medium capable of controlling a computer or other programmable computing device to function in a particular manner such that the instructions stored on the computer-readable medium produce an article of manufacture, including instruction means that perform the function /Implement process specified in the flowchart and/or block diagram block or blocks.

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.The detailed description and the drawings or figures are supportive and descriptive of the present teachings, but the scope of the present teachings is defined solely by the claims. While a few best modes and other embodiments of the present teachings have been described in detail, there are various alternative constructions and embodiments for practicing the present teachings as set out in the appended claims.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Fahrzeugvehicle
1111: Kühlercooler
1212: Gebläsefan
1414: Elektromotorelectric motor
2020: Steuerungsteering
2222: Punkt-zu-Punkt-KommunikationsverbindungPoint-to-point communication link
2323: diskrete Nachrichtdiscreet message
3030: Umrichterconverter
3232: Umrichterreglerconverter controller
3636: Gleichstromquelledirect current source
4242: High-Side-Schalterhigh side switch
4444: Low-Side-Schalterlow side switch

Claims

A method of controlling a fan (12) of a vehicle, the fan (12) being rotatably connected to an electric motor (14) electrically driven by a DC source (36) via an inverter (30), the method comprising: includes: monitoring, via a first controller, a vehicle speed; selecting, via the first controller, a preferred operating condition for the electric motor (14) based on vehicle speed, the preferred operating condition being either a first command associated with controlling the blower (12) to circulate air through the cooling system drives, or includes a second command associated with a deceleration request for the fan (12), or a third command associated with an energy recovery mode, transmitting a discrete message (23) from the first controller to a converter controller (32), the discrete message being based on the preferred operating condition of the electric motor (14); and controlling the inverter (30) via the inverter controller (32) to control the electric motor (14) in response to the discrete message (23).

procedure after claim 1 comprising selecting the first command associated with controlling the fan (12) to force air through the cooling system and manage heat transfer for an internal combustion engine of the vehicle (10).

procedure after claim 1 and comprising selecting the second command associated with the fan deceleration request when the vehicle speed is greater than a first minimum Threshold speed, wherein the first minimum threshold speed is selected to avoid an amount of back EMF in the converter (30) associated with over-voltage conditions.

procedure after claim 3 , wherein the converter controller (32) comprises a plurality of switch pairs, including high-side switches (42) and low-side switches (44) electrically connected in series, and wherein the converter controller (32) controls the converter (30 ) by simultaneously activating all of the high side switches (42) in response to the second command to initiate the fan deceleration request and prevent the fan (12) from spinning without drawing power from the DC power source (36). .

procedure after claim 3 , wherein the converter controller (32) comprises a plurality of switch pairs, including high-side switches (42) and low-side switches (44) electrically connected in series, and wherein the converter controller (32) controls the converter (30 ) by activating all of the low side switches (44) simultaneously in response to the second command to initiate the fan deceleration request and prevent the fan from spinning without drawing power from the DC power source (36).

procedure after claim 3 , further comprising allowing the fan (12) to overrun when the vehicle speed is less than the first minimum threshold speed.

procedure after claim 1 comprising selecting the third command associated with the energy regeneration mode to pass ambient airflow through the blower (12) to generate electrical power when the vehicle speed is greater than a second minimum threshold speed and a system voltage provided by the DC power source (36) is less is than a maximum system voltage.

procedure after claim 7 , further comprising allowing the fan (12) to overrun when the vehicle speed is less than the second minimum threshold speed.

procedure after claim 7 , further comprising allowing the blower (12) to freewheel when the system voltage provided by the DC power source (36) is greater than the maximum system voltage.

A vehicle (10) comprising: a fan (12) rotatably connected to an electric motor (14) electrically driven by a direct current source (36) via an inverter (30), an inverter controller (32) configured to control operation of the inverter (30); a first controller configured to monitor operation of the vehicle (10); a single, discrete, point-to-point communication link (22) between a communication port of the converter controller (32) and a communication port of the first controller, wherein the controller includes an instruction set executable for: monitoring vehicle speed, selecting a preferred operating condition for the electric motor (14) based on vehicle speed, the preferred operating condition being either a first command associated with controlling the fan (12) to force air through the cooling system or a second command, associated with a deceleration request for the fan (12), or a third command associated with an energy recovery mode, and transmitting a discrete message (23) to the inverter controller (32) over the single, discrete, point-to-point communication link (22), the discrete message (23) being based on the preferred operating condition of the electric motor (14); and the converter controller (32) including an instruction set executable to control the converter (30) to control the electric motor (14) in response to the discrete message (23).