DE102018101079A1

DE102018101079A1 - Integrierte elektrische Pumpe und Drucksteuerverfahren davon

Info

Publication number: DE102018101079A1
Application number: DE102018101079.6A
Authority: DE
Inventors: Youqing Xiang; Xiaoyuan Hong; Huabo Li; Qingliang LANG; Xiaojun YAN
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2018-07-19
Also published as: US10530286B2; CN108336938B; JP2018156634A; KR20180117524A; US20180205339A1; JP7091075B2; BR102018001057A2; KR102386643B1; CN108336938A

Abstract

Eine integrierte elektrische Pumpe umfasst einen Motor, eine durch den Motor angetriebene Ölpumpe und ein Drucksteuersystem. Das Drucksteuersystem steuert einen Hydraulikdruck der Ölpumpe nach Maßgabe einer Motordrehzahl des Motors, einer Öltemperatur und eines befohlenen Drucks. Es wird auch ein Öldrucksteuerverfahren der integrierten elektrischen Pumpe angegeben.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Vorliegende Erfindung betrifft ein Automatikgetriebe in einem Hybrid-Elektrofahrzeug, insbesondere eine integrierte elektrische Pumpe (IEP) und ein Ölsteuerverfahren derselben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einem Hybrid-Elektrofahrzeug wird eine integrierte elektrische Pumpe (IEP) verwendet, um Öl zu einem Getriebe zu befördern, nachdem die Hauptpumpe in einem Verbrennungsmotor oder einem Getriebe abgeschaltet wurde. Da die integrierte elektrische Pumpe das Getriebe über längere Zeit mit Motoröl versorgen kann, das einen bestimmten Hydraulikdruck aufweist, bietet diese Pumpe mehr Vorteile als die üblichen Druckspeicher.
Zum Halten des Hydraulikdrucks der integrierten elektrischen Pumpe benötigt letztere einen Drucksensor. Der Drucksensor jedoch erfordert Raum und erhöht die Kosten.
ÜBERSICHT
Eine integrierte elektrische Pumpe umfasst einen Motor, eine durch den Motor angetriebene Ölpumpe und ein Drucksteuersystem. Das Drucksteuersystem steuert einen Hydraulikdruck der Ölpumpe nach Maßgabe einer Motordrehzahl, einer Öltemperatur und eines befohlenen Drucks.
Vorzugsweise wird ein Positionssignal, das eine Position eines Läufers des Motors angibt, an das Drucksteuersystem ausgegeben.
Vorzugsweise umfasst das Drucksteuersystem ein Öltemperatur-Empfangsmodul für den Empfang eines Öltemperatur-Erfassungssignals, das eine Temperatur T₀ der Ölpumpe angibt.
Vorzugsweise umfasst das Drucksteuersystem ein Drucksteuermodul zur Ausgabe eines befohlenen Drucks nach Maßgabe einer Arbeitsbedingung der integrierten elektrischen Pumpe.
Vorzugsweise umfasst das Drucksteuersystem ein Positions- und Drehzahlberechnungsmodul für den Empfang des Positionssignals und für die Berechnung einer Motordrehzahl und ein Druckkompensationsmodul, um nach Maßgabe des befohlenen Drucks, der Temperatur und der Motordrehzahl ein geschätztes mechanisches Drehmoment des Motors zu erhalten.
Vorzugsweise umfasst das Drucksteuersystem ein Drehmomentkompensationsmodul zum Erhalten eines geschätzten elektromagnetischen Drehmoments nach Maßgabe des geschätzten mechanischen Drehmoments und der Motordrehzahl.
Vorzugsweise umfasst die integrierte elektrische Pumpe ferner eine Antriebsschaltung für den Antrieb des Motors, wobei das Drucksteuerventil ein Steuermodul zum Steuern eines Schaltzustands einer Mehrzahl von Schaltern der Antriebsschaltung entsprechend dem geschätzten elektromagnetischen Drehmoment aufweist.
Vorzugsweise umfasst die integrierte elektrische Pumpe ferner einen Stromdetektor zum Ausgeben eines Stromerfassungssignals an das Drucksteuersystem, wobei das Drucksteuersystem ein Clarke/Park-Transformationsmodul zur Durchführung einer Clarke- und Park-Transformation an dem Stromerfassungssignal aufweist, um einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom zu erhalten.
Vorzugsweise umfasst das Drucksteuersystem ein Drehmoment-Transformationsmodul zum Erhalten eines geschätzten D-Achsenstroms und eines geschätzten Q-Achsenstroms nach Maßgabe des geschätzten elektromagnetischen Drehmoments.
Vorzugsweise umfasst das Drucksteuersystem ein Positions- und Drehzahlberechnungsmodul für den Empfang des Positionssignals und für die Berechnung einer Motordrehzahl und ein Druckkompensationsmodul zum Erhalten eines geschätzten mechanischen Drehmoments des Motors nach Maßgabe des befohlenen Drucks, der Temperatur und der Motordrehzahl.
Vorzugsweise umfasst das Drucksteuersystem ein Drehmomentkompensationsmodul zum Erhalten eines geschätzten elektromagnetischen Drehmoments nach Maßgabe des geschätzten mechanischen Drehmoments und der Motordrehzahl.
Vorzugsweise umfasst das Druckkompensationsmodul einen PI-Regler und ein Druckschätzungs-Untermodul zum Bilden eines geschlossenen Regelkreises für die Ausgabe des geschätzten mechanischen Drehmoments.
Vorzugsweise wird ein geschätzter Druck mittels des Druckschätzungs-Untermoduls durch folgende Formel ermittelt: p'=f(T_m, n, T₀)=b×T_m-a×b×n+c, wobei p' der geschätzte Druck ist und wobei sich die Parameter a, b und c auf die Öltemperatur beziehen.
Vorzugsweise umfasst die integrierte elektrische Pumpe ferner eine elektrische Steuereinheit, wobei das Drucksteuersystem in der elektrischen Steuereinheit gespeichert ist und durch die elektrische Steuereinheit ausgeführt wird.
Ein Öldrucksteuerverfahren einer integrierten elektrischen Pumpe mit einem Motor umfasst:

das Ausgeben eines befohlenen Drucks p* nach Maßgabe der Arbeitsbedingungen eines Fahrzeugs;
das Ermitteln eines Positionswinkels eines Läufers des Motors und das Berechnen einer Motordrehzahl nach Maßgabe eines Verhältnisses zwischen Positionswinkel und Zeit;
das Ermitteln eines geschätzten mechanischen Drehmoments nach Maßgabe des befohlenen Drucks, einer Temperatur und der Motordrehzahl;
das Ermitteln eines geschätzten elektromagnetischen Drehmoments nach Maßgabe des geschätzten mechanischen Drehmoments und der Motordrehzahl; und
das Ausgeben eines PWM-Signals zum Steuern der Motordrehzahl.

Vorzugsweise umfasst das Ermitteln des geschätzten mechanischen Drehmoments: das Ermitteln eines gefilterten mechanischen Drehmoments durch eine Filterung des geschätzten mechanischen Drehmoments und das Ausgeben eines geschätzten Drucks nach Maßgabe der Motordrehzahl, der Temperatur und des gefilterten mechanischen Drehmoments; und das Ausgeben des geschätzten mechanischen Drehmoments nach Maßgabe des befohlenen Drucks und des geschätzten Drucks.
Vorzugsweise umfasst die Ausgabe des PWM-Signals zum Steuern der Motordrehzahl:

das Erhalten eines Phasenstroms des Motors und das Durchführen einer Clarke-Transformation und einer Park-Transformation an dem Dreiphasenstrom, um einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom zu erhalten;
das Erhalten eines geschätzten D-Achsenstroms und eines geschätzten Q-Achsenstroms nach Maßgabe des geschätzten elektromagnetischen Drehmoments;
das Erhalten einer D-Achsenspannung und einer Q-Achsenspannung über die Durchführung einer PI-Regelung an einer Differenz zwischen dem geschätzten D-Achsenstrom und dem D-Achsenstrom und einer Differenz zwischen dem geschätzten Q-Achsenstrom und dem Q-Achsenstrom; und
das Erzeugen eines PWM-Signals nach Maßgabe der D-Achsenspannung und der Q-Achsenspannung.

Vorzugsweise umfasst das Erhalten des geschätzten mechanischen Drehmoments:

das Ermitteln eines tatsächlichen elektromagnetischen Drehmoments;
das Durchführen einer PI-Regelung oder einer PID-Regelung an einer Differenz zwischen dem tatsächlichen elektromagnetischen Drehmoment und dem geschätzten elektromagnetischen Drehmoment, um einen Schaltzustand der mehrzähligen Schalter der Antriebsschaltung zu steuern.

Figurenliste

1 zeigt eine integrierte elektrische Pumpe mit einem Drucksteuersystem gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Drucksteuersystems von 1;
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Druckkompensationsmoduls des Drucksteuersystems von 2;
4 und 5 zeigen jeweils ein Kennliniendiagramm eines Hydraulikdrucks, einer Motordrehzahl und eines Drehmoments gemäß einer Ausführungsform;
6 ist ein Flussdiagramm eines Öldrucksteuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform;
7 bis 9 zeigen jeweils ein Unter-Flussdiagramm des Öldrucksteuerverfahrens von 6;
10 zeigt ein Kennliniendiagramm einer Durchflussrate und eines Hydraulikdrucks bei 20°C;
11 zeigt ein Kennliniendiagramm einer Durchflussrate und eines Hydraulikdrucks bei 60°C.

Es folgt die Beschreibung von Implementierungen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die technischen Lösungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen verständlich und umfassend erläutert. Die beschriebenen Ausführungsformen sind nur ein Teil der möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Sofern der Fachmann auf der Grundlage der vorliegenden Ausführungsformen ohne erfinderisches Zutun zu weiteren Ausführungsformen gelangen sollte, fallen diese sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass die Zeichnungen lediglich Darstellungszwecken dienen und die Erfindung in keiner Weise einschränken. Die in den Zeichnungen dargestellten Verbindungen dienen lediglich einer übersichtlichen Beschreibung und stellen keine Einschränkung auf eine bestimmte Art von Verbindungen dar.
Wenn in der nachstehenden Beschreibung angegeben ist, dass ein Element mit einem anderen oder weiteren Element „verbunden“ ist, kann diese Verbindung über ein Zwischenelement erfolgen. Wenn nichts anderes angegeben ist, haben sämtliche Fachbegriffe, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, ihre übliche, dem Fachmann bekannte Bedeutung und stellen keine Einschränkung der vorliegenden Offenbarung dar.
1 zeigt eine integrierte elektrische Pumpe mit einem Drucksteuersystem gemäß einer Ausführungsform. Das Drucksteuersystem 100 kann in einem Hybridfahrzeug verwendet werden, das mit einer integrierten elektrischen Pumpe (IEP) 30 ausgestattet ist. Die integrierte elektrische Pumpe 30 kann eine Ölpumpe umfassen, die durch einen Motor 20 angetrieben wird. Das Drucksteuersystem 100 kann einen Hydraulikdruck der Ölpumpe steuern, indem eine Motordrehzahl des Motors 20 in der integrierten elektrischen Pumpe gesteuert wird.
Die integrierte elektrische Pumpe 30 kann eine elektrische Steuereinheit (ECU) 10, einen Positionssensor 12, einen Stromdetektor 14 und einen Öltemperaturdetektor 16 umfassen. Das Drucksteuersystem 100 kann in einem Speicher der elektrischen Steuereinheit 10 gespeichert sein und kann durch die elektronische Steuereinheit 10 ausgeführt werden. Der Positionssensor 12 kann eine Position eines Läufers des Motors 20 erfassen und ein Positionssignal ausgeben. Der Stromdetektor 14 kann einen Phasenstrom des Motors 20 erfassen und gibt ein Stromerfassungssignal aus. Der Öltemperaturdetektor 16 ist konfiguriert für die Erfassung einer Öltemperatur in der Ölpumpe 30 und für die Ausgabe eines Temperaturerfassungssignals, das die Öltemperatur T₀ angibt. Die elektrische Steuereinheit 10 kann eine Mehrzahl von Eingabe- und Ausgabeschnittstellen 18 zum Verbinden des Positionssensors 12, des Stromdetektors 14 und des Öltemperaturdetektors 16 aufweisen.
In der Ausführungsform kann der Motor 20 ein Dreiphasenmotor sein. Die integrierte elektrische Pumpe 30 kann ferner eine Antriebsschaltung 22 für den Antrieb des Motors 20 enthalten. In der Ausführungsform kann der Stromdetektor 14 einen Dreiphasenstrom der Antriebsschaltung erfassen.
Das Drucksteuersystem 100 kann nach Maßgabe des Positionssignals, des Stromerfassungssignals und des Temperaturerfassungssignals einen Hydraulikdruck des Öls steuern.
2 zeigt das Drucksteuersystem 100, das ein Öltemperatur-Empfangsmodul 101, ein Drucksteuermodul 102, ein Positions- und Drehzahlberechnungsmodul 103, ein Clarke/Park-Transformationsmodul 104, ein Druckkompensationsmodul 105, ein Drehmomentkompensationsmodul 107, ein PI/DQ-Entkopplungsmodul 108 und ein feldorientiertes Steuermodul 109 umfassen kann.
In der Ausführungsform kann das Öltemperatur-Empfangsmodul 101 das von dem Öltemperaturdetektor 16 ausgegebene Temperaturerfassungssignal über eine von mehreren Eingabe/AusgabeSchnittstellen 15 empfangen. Das Positions- und Drehzahlberechnungsmodul 103 kann das von dem Positionssensor 12 ausgegebene Positionssignal über eine der mehreren Eingabe/Ausgabe-Schnittstellen 15 empfangen. Das Clarke/Park-Transformationsmodul 104 kann das von dem Stromdetektor 14 ausgegebene Stromerfassungssignal über eine der mehreren Eingabe/Ausgabe-Schnittstellen 15 empfangen.
Das Öltemperatur-Empfangsmodul 101 überträgt das Temperaturerfassungssignal zu dem Druckkompensationsmodul 105. Das Positions- und Drehzahlberechnungsmodul 103 erhält das Positionssignal, welches ein Sinussignal oder ein Cosinussignal ist. Das Positions- und Drehzahlberechnungsmodul 103 erhält einen Positionswinkel θ des Läufers und berechnet eine Motordrehzahl nach Maßgabe einer Beziehung zwischen dem Positionswinkel θ und der Zeit. In der Ausführungsform kann der Positionswinkel θ ein mechanischer Winkel θ_r des Läufers oder ein elektrischer Winkel θ_e des Läufers sein. Die Motordrehzahl kann eine Winkelgeschwindigkeit ω oder eine Drehgeschwindigkeit n sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Positions- und Drehzahlberechnungsmodul 103 die Winkelgeschwindigkeit ω oder eine Drehgeschwindigkeit n gleichzeitig erhalten. In der Ausführungsform wird die Winkelgeschwindigkeit ω durch das Positions- und Drehzahlberechnungsmodul 103 ermittelt. Die Winkelgeschwindigkeit ω kann eine mechanische Winkelgeschwindigkeit ω_r oder eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ω_e sein. Das Clarke/Park-Transformationsmodul 104 führt eine Clarke-Transformation und eine Park-Transformation an dem Stromerfassungssignal durch, um einen D-Achsenstrom i_d und einen Q-Achsenstrom i_q zu erhalten.
Das vorliegende Steuermodul 102 gibt einen befohlenen Druck p* nach Maßgabe der Arbeitsbedingungen des Fahrzeugs aus. In der Ausführungsform kann der befohlene Druck p* einen Soll-Hydraulikdruck der integrierten elektrischen Pumpe umfassen. Das Druckkompensationsmodul 105 kann ein geschätztes mechanisches Drehmoment T_m* des Motors nach Maßgabe des befohlenen Drucks p* der Temperatur T₀ und der Winkelgeschwindigkeit ω erhalten. Das Drehmoment-Kompensationsmodul 106 kann ein geschätztes elektromagnetisches Drehmoment T_e* nach Maßgabe des geschätzten mechanischen Drehmoments T_m* und der Winkelgeschwindigkeit ω erhalten. Das Drehmoment-Transformationsmodul 107 kann einen geschätzten D-Achsenstrom i_d* und einen geschätzten Q-Achsenstrom i_q* nach Maßgabe des geschätzten elektromagnetischen Drehmoments T_e* erhalten.
Das PI/DQ-Entkopplungsmodul 108 empfängt den geschätzten D-Achsenstrom i_d*, den geschätzten Q-Achsenstrom i_q* den D-Achsenstrom i_d*, den Q-Achsenstrom i_q* und die Winkelgeschwindigkeit ω. Das PI/DQ-Entkopplungsmodul 108 führt eine PI-Steuerung an einer Differenz zwischen dem geschätzten D-Achsenstrom i_d* und dem D-Achsenstrom i_d* und an einer Differenz zwischen dem geschätzten Q-Achsenstrom i_q* und dem Q-Achsenstrom i_q* nach Maßgabe der Winkelgeschwindigkeit ω durch. Eine A D-Achsenspannung und eine Q-Achsenspannung werden erhalten durch das Entkoppeln der Differenz zwischen dem geschätzten D-Achsenstrom i_d* und dem D-Achsenstrom i_d* und einer Differenz zwischen dem geschätzten Q-Achsenstrom i_q* und dem Q-Achsenstrom i_q* nach der PI-Steuerung. Das feldorientierte Steuermodul 109 gibt ein PWM-Signal zum Ansteuern der Antriebsschaltung 22 nach Maßgabe der D-Achsenspannung, der Q-Achsenspannung und des Positionswinkels θ aus. In der Ausführungsform kann die Antriebsschaltung 22 ein Dreiphasen-Wechselrichter sein.
3 zeigt ein Blockdiagramm des Druckkompensationsmoduls 105 von 2. Das Druckkompensationsmodul 105 kann ein Drehzahltransformations-Untermodul 1051, ein Druckschätzungs-Untermodul 1052, einen Inverter 1053, einen Addierer 1054, einen PI-Regler 1055 und einen Filter 1056 umfassen. Das Druckschätzungs-Untermodul 1052, der Inverter 1053, der Addierer 1054, der PI-Regler 1055 und der Filter 1056 bilden einen geschlossenen Regelkreis.
Das Drehzahltransformations-Untermodul 1051 überträgt die Winkelgeschwindigkeit ω in die Drehgeschwindigkeit n. Wenn das Positions- und Drehzahlberechnungsmodul 103 in einer anderen Ausführungsform die Drehgeschwindigkeit n ausgibt, kann das Drehzahltransformations-Untermodul 1051 entfallen. Das Druckschätzungs-Untermodul 1052 gibt nach Maßgabe der Drehgeschwindigkeit n, der Temperatur T₀ und eines gefilterten mechanischen Drehmoments T_m', das mittels des Filters 1056 aus dem geschätzten mechanischen Drehmoment T_m* ausgefiltert wird, einen geschätzten Druck p' aus. Der Inverter 1053 invertiert den geschätzten Druck p' und gibt den geschätzten Druck p' an den Addierer 1054 aus. Eine Differenz zwischen dem befohlenen Druck p* und dem geschätzten Druck p' wird erhalten, indem der befohlene Druck p* und der durch den Inverter 1053 invertierte geschätzte Druck p' addiert werden. Der PI-Regler 1055 führt mit der Differenz zwischen dem befohlenen Druck p* und dem geschätzten Druck p' eine PI-Steuerung durch und gibt das geschätzte mechanische Drehmoment T_m* aus. Das gefilterte mechanische Drehmoment T_m' wird erhalten, indem das geschätzte mechanische Drehmoment T_m* mittels des Filters 1056 gefiltert wird. In der Ausführungsform kann der Filter 1036 ein Tiefpassfilter 1. Ordnung oder ein Tiefpassfilter 2. Ordnung sein.
In der Ausführungsform wird der geschätzte Druck p' durch das Druckschätzungs-Untermodul 1052 gemäß der nachstehenden Formel erhalten: p'=f(Tm, n, To)=bxTm-axbxn+c. Dabei beziehen sich die Parameter a, b und c auf die Temperatur T₀. Eine Lookup-Tabelle kann die Parameter a, b und c enthalten, die verschiedenen Temperaturen T₀ entsprechen. Es können eine tatsächliche Drehgeschwindigkeit n, ein tatsächliches mechanisches Drehmoment T_m und ein Ausgangsdruck p gemessen werden, wodurch man eine Beziehungskurve zwischen dem Ausgangsdruck p und der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit n erhält, wobei das mechanische Drehmoment T_m bei verschiedenen Temperaturen wie in den 4 und 5 dargestellt ermittelt werden kann.
Die durchgezogene Linie in 4 und 5 zeigt eine Beziehung zwischen dem Ausgangsdruck p und der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit n und dem tatsächlichen mechanischen Drehmoment T_m bei 20°C und 60°C. Die gestrichelten Linien ergeben sich durch eine Korrektur der durchgezogenen Linie. Die Parameter a, b und c ergeben sich aus der gestrichelten Linie und werden in der Lookup-Tabelle gespeichert. Das Druckschätzungs-Untermodul 1052 kann die Parameter a, b und c einholen, indem es die Lookup-Tabelle durchsucht.
Das Drehmoment-Kompensationsmodul 106 ermittelt ein geschätztes elektromagnetisches Drehmoment T_e* nach Maßgabe des geschätzten mechanischen Drehmoments T_m* und der Winkelgeschwindigkeit ω durch folgende Formel: $T_{e} * = T_{m} * + F ω_{r} + T_{Fe}$
$T_{F e} = \frac{P_{F e}}{ω_{r}} = \frac{K_{h} B_{m a x}^{2} f + K_{c} {(B_{m a x} f)}^{2} + K_{e} {(B_{m a x} f)}^{1.5}}{ω_{r}} \approx K_{F e} f ω_{r}$
Darin ist K_h>>K_c, K_h>>K_e, F ist eine Flüssigkeitsreibung des Läufers, T_Fe ist ein Drehmoment bezogen auf den Eisenkernverlust, K_h ist ein Hysteresekoeffizient, K_c ist ein klassischer Wirbelstromkoeffzient, K_e ist ein anomaler Wirbelstromkoeffizient, B_max ist eine maximale Amplitude der Magnetflussdichte und f ist eine Schaltfrequenz.
Werden die Formel (1) und die Formel (2) kombiniert, ergibt sich die nachstehende Formel: $T_{e} * = T_{m} * + K_{TI1} ω_{r} + K_{TI2}$
Darin ist K_T11=F+K_Fef und K_Fe ein Eisenverlustkoeffizient. KT11 und KT12 können durch Versuche kalibriert werden und können in der elektronischen Steuereinheit gespeichert werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann das PI/DQ-Entkopplungsmodul 108 ein PID/DQ-Entkopplungsmodul sein. Der PI-Regler kann ein PID-Regler sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Positions- und Drehzahlberechnungsmodul 103 entfallen. Das Drucksteuersystem 100 kann die Drehzahl über den Positionssensor direkt einholen.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Clarke/Park-Transformationsmodul 104 außerhalb des Drucksteuersystems 100 angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform enthält das Drucksteuersystem 100 das Clarke/Park-Transformationsmodul 104, das Druckkompensationsmodul 105 und das PI/DQ-Entkopplungsmodul 108 nicht. In einer alternativen Ausführungsform kann das Drucksteuersystem 100 ein Ist-Drehmoment-Ermittlungsmodul enthalten, um ein tatsächliches elektromagnetisches Drehmoment T_e zu erhalten und das geschätzte elektromagnetische Drehmoment T_e* auszugeben, und ein PI- oder ein PID-Steuermodul zur Durchführung einer PI- oder PID-Steuerung mit dem geschätzten elektromagnetischen Drehmoment T_e*.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Öldrucksteuerverfahrens gemäß einer Ausführungsform. Das Öldrucksteuerverfahren wird anhand eines Beispiels dargestellt, da die Durchführung des Verfahrens auf verschiedenen Wegen möglich ist. Das nachstehend beschriebene Öldrucksteuerverfahren kann zum Beispiel mit der in 2 dargestellten Konfiguration durchgeführt werden, wobei zur Erläuterung des Öldrucksteuerverfahrens auf verschiedene Elemente dieser Figuren Bezug genommen wird. Jeder Block, der in 6 gezeigt ist, stellt einen oder mehrere Prozesse, Verfahren oder Unterroutinen dar, die bei dem Drucksteuerverfahren durchgeführt werden. Dabei ist die dargestellte Reihenfolge der Blöcke lediglich ein Beispiel und kann geändert werden. Das Öldrucksteuerverfahren kann bei Block S60 beginnen. Abhängig von der Ausführungsform können Schritte hinzugefügt oder weggelassen werden, und die Reihenfolge der Schritte kann geändert werden.
In S60 wird ein befohlener Druck p* nach Maßgabe der Arbeitsbedingungen des Fahrzeugs ausgegeben. In der Ausführungsform kann der befohlene Druck p* einen Soll-Hydraulikdruck der integrierten elektrischen Pumpe umfassen.
In S61 wird ein Positionswinkel θ des Läufers ermittelt, und es wird eine Motordrehzahl nach Maßgabe einer Beziehung zwischen dem Positionswinkel θ und der Zeit berechnet. In der Ausführungsform kann der Positionswinkel θ ein mechanischer Winkel θ_r des Läufers oder ein elektrischer Winkel θ_e des Läufers sein. Die Motordrehzahl kann eine Winkelgeschwindigkeit ω oder eine Drehgeschwindigkeit n sein.
In S62 wird die Öltemperatur T₀ ermittelt.
In S63 wird ein geschätztes mechanisches Drehmoment T_m* nach Maßgabe des befohlenen Drucks p* der Temperatur T₀ und der Winkelgeschwindigkeit ω ermittelt.
In S64 wird ein geschätztes elektromagnetisches Drehmoment T_e* nach Maßgabe des geschätzten mechanischen Drehmoments T_m* und der Winkelgeschwindigkeit ω ermittelt.
In S65 wird nach Maßgabe des geschätzten elektromagnetischen Drehmoments T_e* ein PWM-Signal an eine Antriebsschaltung ausgegeben.
7 zeigt ein Unter-Flussdiagramm zum Ermitteln des geschätzten mechanischen Drehmoments T_m*.
In S630 wird ein gefiltertes mechanisches Drehmoment T_m' durch ein Filtern des geschätzten mechanischen Drehmoments T_m* erhalten und ein geschätzter Druck p' nach Maßgabe der Drehgeschwindigkeit n, der Temperatur T₀ und des gefilterten mechanischen Drehmoments T_m' ausgegeben.
In S632 wird das geschätzte mechanische Drehmoment T_m* nach Maßgabe des befohlenen Drucks p* und des geschätzten Drucks p' ausgegeben.
8 zeigt ein Unter-Flussdiagramm der Ausgabe des PWM-Signals an die Antriebsschaltung.
In S650 wird ein Dreiphasenstrom des Motors erfasst und eine Clarke-Transformation und eine Park-Transformation an dem Dreiphasenstrom durchgeführt, um einen D-Achsenstrom i_d und einen Q-Achsenstrom i_q zu erhalten.
In S651 werden ein geschätzter D-Achsenstrom i_d* und ein geschätzter Q-Achsenstrom i_q nach Maßgabe des geschätzten elektromagnetischen Drehmoments T_e* ermittelt.
In S652 werden eine D-Achsenspannung und eine Q-Achsenspannung über die Durchführung einer PI-Steuerung an einer Differenz zwischen dem geschätzten D-Achsenstrom i_d* und dem D-Achsenstrom i_d* und einer Differenz zwischen dem geschätzten Q-Achsenstrom i_q* und dem Q-Achsenstrom i_q* erhalten.
In S653 wird nach Maßgabe der D-Achsenspannung, der Q-Achsenspannung und des Positionswinkels θ ein PWM-Signal erzeugt.
In S654 wird das PWM-Signal an die Antriebsschaltung ausgegeben, um einen Schaltzustand einer Mehrzahl von Schaltern in der Antriebsschaltung zu steuern. Dadurch kann die Motordrehzahl gesteuert werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann an einer Differenz zwischen dem geschätzten D-Achsenstrom i_d* und dem D-Achsenstrom i_d* und einer Differenz zwischen dem geschätzten Q-Achsenstrom i_q* und dem Q-Achsenstrom i_q* nach Maßgabe der Winkelgeschwindigkeit ω eine PID-Steuerung durchgeführt werden. Und es erfolgt eine Entkopplung der Differenz zwischen dem geschätzten D-Achsenstrom i_d* und dem D-Achsenstrom i_d* und einer Differenz zwischen dem geschätzten Q-Achsenstrom i_q* und dem Q-Achsenstrom i_q* nach der PID-Steuerung, um einen D-Achsen-Entkopplungswert und einen Q-Achsen-Entkopplungswert zu erhalten.
6 zeigt ein Unter-Flussdiagramm zum Ermitteln des geschätzten mechanischen Drehmoments T_m*.
In S658 wird ein tatsächliches elektromechanisches Drehmoment T_e ermittelt.
In S659 wird an einer Differenz zwischen dem tatsächlichen elektromagnetischen Drehmoment T_e und dem geschätzten elektromagnetischen Drehmoment T_e* eine PI-Steuerung oder eine PID-Steuerung durchgeführt, um einen Schaltzustand der mehrzähligen Schalter der Antriebsschaltung zu steuern.
Die 10 und 11 zeigen ein Kennliniendiagramm einer Durchflussrate und eines Hydraulikdrucks bei 20°C und bei 60°C. Die Testergebnisse sind eine statische Durchführung einer Drucksteuerung bei einer unterschiedlichen Durchflussrate (1,5 l/min ~ 8 l/min) und bei unterschiedlichen Öltemperaturen (20°C und 60°C). Das Öldrucksteuerverfahren kann die Genauigkeitsanforderungen von ± 30% für den Hydraulikdruck mit 3 bar, von + 20% für den Hydraulikdruck mit 5 bar und von + 20% für den Hydraulikdruck mit 7 bar erfüllen.
In der Ausführungsform beträgt eine Ansprechzeit von 3 bar auf 5 bar 46 ms bei 25°C, und eine Ansprechzeit von 5 bar auf 7 bar beträgt 44 ms bei 25°C.
Zusammengefasst kann bei der integrierten elektrischen Pumpe der Drucksensor entfallen. Es kann Raum gespart werden, und die Kosten können verringert werden.
Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, die jedoch keine Einschränkung der Erfindung darstellen. Sämtliche Modifikationen, äquivalenten Ersetzungen und Verbesserungen innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.

Claims

Integrierte elektrische Pumpe (30), umfassend: einen Motor (20); eine durch den Motor (20) angetriebene Ölpumpe; und ein Drucksteuersystem (100) zum Steuern eines Hydraulikdrucks der Ölpumpe nach Maßgabe einer Drehzahl des Motors (20), einer Öltemperatur und eines befohlenen Drucks.
Integrierte elektrische Pumpe nach Anspruch 1, wobei das Drucksteuersystem (100) ein Öltemperatur-Empfangsmodul (101) und ein Drucksteuermodul (102) umfasst, wobei das Öltemperatur-Empfangsmodul (101) ein Temperaturerfassungssignal empfängt, das eine Öltemperatur (To) der Ölpumpe angibt, und wobei das Drucksteuermodul (102) den befohlenen Druck nach Maßgabe einer Arbeitsbedingung der integrierten elektrischen Pumpe (30) ausgibt.
Integrierte elektrische Pumpe nach Anspruch 2, wobei das Drucksteuersystem (100) ein Positions- und Drehzahlberechnungsmodul (103) für den Empfang eines Positionssignals und die Berechnung einer Motordrehzahl und ein Druckkompensationsmodul (105) zum Ermitteln eines geschätzten mechanischen Drehmoments des Motors nach Maßgabe des befohlenen Drucks, der Öltemperatur und der Motordrehzahl umfasst.
Integrierte elektrische Pumpe nach Anspruch 2, wobei das Drucksteuersystem (100) ein Drehmomentkompensationsmodul (106) zum Ermitteln eines geschätzten elektromagnetischen Drehmoments nach Maßgabe des geschätzten mechanischen Drehmoments und der Motordrehzahl umfasst.
Integrierte elektrische Pumpe nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Antriebsschaltung (22) zum Treiben des Motors, wobei das Drucksteuersystem (100) ein Steuermodul (109) zum Steuern eines Schaltzustands einer Mehrzahl von Schaltern der Antriebssteuerung nach Maßgabe des geschätzten elektromagnetischen Drehmoments umfasst.
Integrierte elektrische Pumpe nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Stromdetektor (14) für die Ausgabe eines Stromerfassungssignals an das Drucksteuersystem (100), wobei das Drucksteuersystem (100) ein Clarke/Park-Transformationsmodul (104) umfasst, zum Durchführen einer Clarke- und Park-Transformation an dem Stromerfassungssignal, um einen D-Achsenstrom und einen Q-Achsenstrom zu erhalten.
Integrierte elektrische Pumpe nach Anspruch 5, wobei das Drucksteuersystem (100) ein Drehmoment-Transformationsmodul (107) umfasst, um einen geschätzten D-Achsenstrom und einen geschätzten Q-Achsenstrom nach Maßgabe des geschätzten elektromagnetischen Drehmoments zu erhalten.
Integrierte elektrische Pumpe nach Anspruch 7, wobei das Drucksteuersystem (100) ein PI/DQ-Entkopplungsmodul (108) umfasst, zur Durchführung einer PI-Steuerung an einer Differenz zwischen dem geschätzten D-Achsenstrom und dem D-Achsenstrom und einer Differenz zwischen dem geschätzten Q-Achsenstrom und dem Q-Achsenstrom nach Maßgabe der Motordrehzahl, wobei eine D-Achsenspannung und eine Q-Achsenspannung erhalten werden.
Integrierte elektrische Pumpe nach Anspruch 3, wobei das Druckkompensationsmodul (105) einen PI-Regler (1055) und ein Druckschätzungs-Untermodul (1052) umfasst, um einen geschlossenen Regelkreis für die Ausgabe des geschätzten mechanischen Drehmoments zu bilden, und wobei ein geschätzter Druck mittels des Druckschätzungs-Untermoduls (1052) erhalten wird durch folgende Formel: p'=f(Tm, n, To)=bxTm-axbxn+c, in welcher p' der geschätzte Druck ist und die Parameter a, b und c sich auf die Öltemperatur beziehen.
Öldrucksteuerverfahren einer integrierten elektrischen Pumpe mit einem Motor, umfassend: die Ausgabe eines befohlenen Drucks p* nach Maßgabe einer Arbeitsbedingung eines Fahrzeugs; das Einholen eines Positionswinkels eines Läufers des Motors und das Berechnen einer Motordrehzahl nach Maßgabe einer Beziehung zwischen Positionswinkel und Zeit; das Ermitteln eines geschätzten mechanischen Drehmoments nach Maßgabe des befohlenen Drucks, einer Temperatur und der Motordrehzahl; das Ermitteln eines geschätzten elektromagnetischen Drehmoments nach Maßgabe des mechanischen Drehmoments und der Motordrehzahl; und die Ausgabe eines PWM-Signals zum Steuern der Motordrehzahl.