DE102018113546A1

DE102018113546A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von akustischen signalen

Info

Publication number: DE102018113546A1
Application number: DE102018113546.7A
Authority: DE
Inventors: Yo Chan Son; Si-hyung Lee; Aayush Gupta
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US10193489B2; US20180358916A1; CN109039187A; CN109039187B

Abstract

Ein Motorantriebssystem zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine wird beschrieben. Ein Wechselrichter beinhaltet gepaarte Leistungstransistoren, die elektrisch mit der elektrischen Maschine verbunden sind, worin der Wechselrichter über einen Hochspannungs-Energiebus elektrisch mit einer Gleichstromquelle verbunden ist. Eine Motorsteuerung beinhaltet eine erste Steuerung und einen akustischen Signalgenerator, worin die erste Steuerung zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters angeordnet ist. Die erste Steuerung bestimmt eine anfängliche Ausgangsspannung basierend auf einem Drehmomentbefehl und der akustische Signalgenerator ist zum Erzeugen einer Schalleinspeisespannung angeordnet. Die Motorsteuerung kombiniert die Ausgangsspannung und die Schalleinspeisespannung. Die Motorsteuerung erzeugt PWM-Befehle zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters erzeugt, worin die PWM-Befehle basierend auf der Ausgangsspannung und der Schalleinspeisespannung bestimmt werden.

Description

EINLEITUNG
Elektrische Maschinen können als Drehmomentmaschinen an Fahrzeugen und anderen mobilen Vorrichtungen eingesetzt werden und erzeugen einen hörbaren akustischen Klang, der unter Umständen nicht ohne weiteres wahrnehmbar ist.
KURZDARSTELLUNG
Ein Motorantriebssystem zum Steuern des Betriebs einer mehrphasigen elektrischen Maschine wird beschrieben. Das Motorantriebssystem beinhaltet einen Wechselrichter und eine Motorsteuerung. Der Wechselrichter beinhaltet eine Vielzahl von gepaarten Leistungstransistoren, die elektrisch mit der elektrischen Maschine verbunden sind, worin der Wechselrichter über einen Hochspannungs-Energiebus elektrisch mit einer Gleichstromquelle verbunden ist. Die Motorsteuerung beinhaltet eine erste Steuerung und einen akustischen Signalgenerator, worin die erste Steuerung zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters angeordnet ist, um den Betrieb der mehrphasigen elektrischen Maschine zu bewirken. Die erste Steuerung dient zum Bestimmen einer Ausgangsspannung basierend auf einem Drehmomentbefehl und der akustische Signalgenerator zum Erzeugen einer Schalleinspeisespannung. Die Motorsteuerung ist zum Kombinieren der Ausgangsspannung und der Schalleinspeisespannung ausgelegt. Die Motorsteuerung ist so angeordnet, dass sie pulsweitenmodulierte (PWM) Befehle zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters erzeugt, worin die PWM-Befehle basierend auf der Ausgangsspannung und der Schalleinspeisespannung bestimmt werden.
Ein Aspekt der Offenbarung besteht darin, dass die Motorsteuerung so angeordnet ist, dass sie die Befehle zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters als Reaktion auf den Drehmomentbefehl und basierend auf der Schalleinspeisespannung erzeugt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den akustischen Signalgenerator zum Erzeugen der Schalleinspeisespannung einschließlich eines Klangbildgenerators zum Erzeugen eines momentanen Audiosignals und eines Rotationstransformationselements, das zum Erzeugen der Schalleinspeisespannung basierend auf dem momentanen Audiosignal angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung besteht darin, dass die Motorsteuerung so angeordnet ist, dass sie die Befehle zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters als Reaktion auf den Drehmomentbefehl, einer Drehzahl der elektrischen Maschine und einem Spannungspegel des Hochspannungs-Energiebusses und basierend auf der Schalleinspeisespannung erzeugt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den akustischen Signalgenerator mit einem Klangbildgenerator, worin der akustische Signalgenerator angeordnet ist, um die Schalleinspeisespannung basierend auf einem Ausgang des Klangbildgenerators zu erzeugen.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Klangbildgenerator, der eine beliebige Klanggenerator-Nachschlagetabelle mit Frequenzkomponenten ist, die größer sind als eine aktuelle Regelbandbreite, die der ersten Steuerung zugeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet die erste Steuerung mit einem Stromregler, der angeordnet ist, um auf den Drehmomentbefehl ansprechende Strombefehle zu erzeugen, worin der akustische Signalgenerator einen Klangbildgenerator beinhaltet, der eine beliebige Klanggenerator-Nachschlagetabelle mit Frequenzkomponenten aufweist, die größer sind als eine aktuelle Regelbandbreite, die dem Stromregler zugeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet die erste Steuerung mit einem ersten Wandler und einem Stromregler, worin die erste Steuerung Strombefehle als Reaktion auf einen Drehmomentbefehl erzeugt, der Stromregler erste Ausgangsspannungsbefehle basierend auf den Strombefehlen erzeugt, der akustische Signalgenerator einen akustischen Klangbildgenerator beinhaltet, wobei der akustische Signalgenerator angeordnet ist, um die Schalleinspeisespannung basierend auf einem Ausgang des akustischen Klangbildgenerators zu erzeugen, und die Schalleinspeisespannung mit den ursprünglichen Ausgangsspannungsbefehlen kombiniert wird. Die Schalleinspeisespannung wird in Kombination mit den anfänglichen Ausgangsspannungsbefehlen an die erste Steuerung übermittelt, um PWM-Befehle zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters zu erzeugen.
Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehren, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich hervor.
Figurenliste
Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen gilt:

1 stellt schematisch ein mehrphasiges Elektromotor-Antriebssystem dar, das ein Wechselrichtermodul beinhaltet, das gemäß der Offenbarung zwischen einer Gleichstromquelle und einem mehrphasigen Elektromotor/Generator angeordnet ist;
2 stellt schematisch ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Motorsteuerung und der Wechselrichterschaltung dar, die zum Steuern des Betriebs der mit Bezug auf 1 beschriebenen elektrischen Maschine gemäß der Offenbarung angeordnet sind; und
3 stellt schematisch ein Blockdiagramm dar, das eine ausführliche Implementierung des im akustischen Signalgenerator von 2 verwendeten Klanggenerators gemäß der Offenbarung veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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 beansprucht, einzuschränken, sondern sie ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Obwohl zahlreiche spezielle Einzelheiten in der folgenden Beschreibung dargelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können zudem einige Ausführungsformen ohne einige dieser Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus wurde zum Zwecke der Klarheit bestimmtes technisches Material nicht ausführlich beschrieben, um ein Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden. Des Weiteren sind die Zeichnungen vereinfacht und nicht im exakten Maßstab dargestellt. Darüber hinaus kann die Offenbarung, wie hierin veranschaulicht und beschrieben, in Abwesenheit eines Elements ausgeführt werden, das hierin nicht ausdrücklich offenbart ist. Des Weiteren beziehen sich gleiche Ziffern auf gleiche Elemente innerhalb der Zeichnungen.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die zur Veranschaulichung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und nicht zu deren Begrenzung vorgesehen sind, stellt 1 schematisch ein mehrphasiges Elektromotorantriebssystem 10 dar, das ein Wechselrichtermodul 30 beinhaltet, das zwischen einer Gleichstromquelle 40 und einem mehrphasigen Elektromotor/Generator (Elektromaschine) 20 angeordnet ist. Das Wechselrichtermodul 30 beinhaltet eine Motorsteuerung 50 und eine Wechselrichter-Leistungsschaltung 36, die in einem einzelnen Paket zusammengefasst werden können. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann das mehrphasige Elektromotor-Antriebssystem 10 auf einem Fahrzeug angeordnet werden, um ein Drehmoment für die Zugkraft bereitzustellen. In derartigen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 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 Offenbarung zu erfüllen.
Die elektrische Maschine 20 kann eine geeignete elektrische Maschine sein und kann als Dreiphasen-Permanentmagnetvorrichtung konfiguriert werden, die einen in einem Stator 24 angeordneten Rotor 22 beinhaltet, worin die Drehposition θ_r und die Drehzahl ω_r des Rotors 22 durch einen Positionssensor 25 überwacht werden können. In einer Ausführungsform ist der Positionssensor 25 ein Hall-Effekt-Sensor. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine 20 einen Resolver (nicht dargestellt) beinhalten, der zum Überwachen der Rotorposition θ_r und der Drehzahl ω_r angeordnet sein kann.
Die Gleichspannungsquelle 40 ist über einen Hochspannungs-Bus 31, der vorzugsweise eine positive Hochspannungs-Busverbindung (HV+) 32 und eine negative Hochspannungs-Busverbindung (HV-) 34 beinhaltet, elektrisch mit der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36 verbunden. Ein Spannungssensor 35 dient zur Überwachung des elektrischen Potentials zwischen HV+ 32 und HV- 34. In einer Ausführungsform kann die Gleichstromquelle 40 zum Laden im Stillstand elektrisch über ein fahrzeugeigenes Batterieladegerät mit einer entfernten, sich außerhalb des Fahrzeugs befindlichen, elektrischen Energiequelle verbunden werden.
Die Gleichstromquelle 40 ist elektrisch über Hochspannungs-Gleichstrombus 31 mit der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36 verbunden, um Hochspannungs-Gleichstromenergie über eine Vielzahl von Leistungsleitern 38 als Reaktion zum Steuern der Signale aus der Motorsteuerung 50 an die elektrische Maschine 20 zu übertragen. Die Wechselrichter-Leistungsschaltung 36 ist mit geeigneten Steuerschaltungen ausgestattet, darunter eine Vielzahl an gepaarten Leistungstransistoren 37, wie z. B. Integrierte Halbleiterschalter (IGBTs) zum Umwandeln von Hochspannungs-Gleichstrom in Hochspannungs-Wechselstrom und zum Umwandeln von Hochspannungs-Wechselstrom in Hochspannungs-Gleichstrom. Die Leistungstransistoren 37 des Wechselrichters 30 sind elektrisch über die Leistungsleiter 38 mit der elektrischen Maschine 20 verbunden, und Stromsensoren 39 sind zur Überwachung des elektrischen Stroms in jedem der Leistungsleiter angeordnet. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind sowohl die Wechselrichter-Leistungsschaltung 36 als auch die Motorsteuerung 50 als dreiphasiger pulsweitenmodulierter Wandler ausgeführt, der sowohl im linearen als auch im nichtlinearen Modus arbeiten kann.
Die Motorsteuerung 50 kann die Leistungstransistoren 37 der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36 steuern, um den gespeicherten elektrischen Gleichstrom aus der Gleichstromquelle 40 in elektrischen Wechselstrom umzuwandeln und die elektrische Maschine 20 zum Erzeugen von Drehmoment anzutreiben. Auf ähnliche Weise kann die Motorsteuerung 50 die Leistungstransistoren 37 der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36 steuern, um die an die elektrische Maschine 20 übertragene mechanische Leistung in elektrische Gleichstromenergie umzuwandeln, um elektrische Energie zu erzeugen, die unter anderem als Teil einer regenerativen Steuerstrategie in der Gleichstromquelle 20 speicherbar ist. Die Motorsteuerung 50 kann die Leistungstransistoren 37 mittels linearer und/oder nichtlinearer Pulsweitenmodulations-(PWM)-Steuerstrategien steuern. Die Motorsteuerung 50 erhält Motorsteuerbefehle und steuert die Wechselrichterzustände der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36, um Motorantriebs- und Rückspeisefunktionalitäten bereitzustellen. Die Signaleingänge des Positionssensors 25, der Leistungsleiter 38 und des Spannungssensors 35 werden durch die Motorsteuerung 50 überwacht. Die Motorsteuerung 50 kommuniziert über die Steuerleitungen 52 mit den einzelnen Leistungstransistoren 37 der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36. Die Motorsteuerung 50 beinhaltet Steuerschaltungen, Algorithmen und andere Steuerelemente zum Erzeugen von Transistor-Steuereingängen S_ap ~ S_cn 53, die über die Steuerleitungen 52 an die Leistungstransistoren 37 der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36 übertragen werden. Die Leistungstransistoren 37 steuern die Ausgangsströme i_a, i_b und i_c, die über die Leistungsleiter 38 an die elektrische Maschine 20 zum Erzeugen von Leistung in Form von Drehmoment und/oder Drehzahl in Abhängigkeit von der Motorposition θ_r und Drehzahl ω_r übertragen werden.
2 stellt schematisch eine Ausführungsform der Motorsteuerung 50 und der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36 dar, die zum Steuern des Betriebs der elektrischen Maschine 20 vorgesehen sind. Die Motorsteuerung 50 beinhaltet eine erste Steuerung 150 und einen akustischen Signalgenerator 110, die kombiniert werden, um Eingangssignale V_a, V_b und V_c zu erzeugen, die auf die Transistor-Steuereingänge S_ap ~ S_cn 53 zum Steuern der Leistungstransistoren 37 der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36 umgesetzt werden. Die erste Steuerung 150 erzeugt Befehle zum Steuern des Betriebs der elektrischen Maschine 20 basierend auf den Betriebsbedingungen und Eingängen, darunter ein Drehmomentbefehl 101, die Motordrehzahl 102 und das elektrische Potential, d. h. die Busspannung 103 über den Hochspannungsbus 31. Der akustische Signalgenerator 110 erzeugt einen Steuerausgang, der ein akustisches Klangelement in Form einer Schalleinspeisespannung 121 in die erste Steuerung 150 einspeist. Der akustische Signalgenerator 110 kann in Form einer speziellen Hardware-Schaltung, eines Algorithmus oder einer anderen geeigneten Form vorliegen. Die Schalleinspeisespannungen 121 vom akustischen Signalgenerator 110 und die Ausgangsspannungen V_d** und V_q** 161 bilden zusammen Spannungssignale zum Steuern der Motorausgangsspannung, welche die elektrische Maschine 20 steuert, um ein geeignetes akustisches Signal zu erzeugen, das mit dem Erzeugen und Steuern von Drehmoment und/oder Drehzahl zusammenfällt. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff ‚Klang‘ auf hörbaren akustischen Klang.
Die erste Steuerung 150 besteht aus einem Drehmoment-zu-Strom-Wandler 155, einem Stromregler 160, einem inversen Park-Transformationsvorgang T^-1(θ) (dq-αβ) 165, einem inversen Clarke-Transformationsvorgang (αβ-abc) 170, einem Clarke-Transformationsvorgang (abc-αβ) 175 und einem Park-Transformationsvorgang T(θ) (αβ-dq) 180.
Der Drehmoment-zu-Strom-Wandler 155 wandelt den Drehmomentbefehl 101 in ein Paar von aktuellen Befehlen i_d* und i_q* 156 um, die in den Stromregler 160 eingegeben werden. Überwachte 3-Phasen-Wechselströme aus den Leistungsleitern 38, d. h. ia, i_b und i_c 174 werden in Form eines Paares von sinusförmigen Strömen iα und iβ 176 durch den Clarke-Transformationsvorgang (abc-αβ) 175 auf stationäre Bezugsrahmenströme reduziert und dann in Ströme i_d und i_q 181 durch den Park-Transformationsvorgang T(θ) (αβ-dq) 180 im rotierenden Bezugsbereich unter Verwendung der Motorpositions- und Motordrehzahlinformationen aus dem Positionssensor 25 umgewandelt. Der Stromregler 160 verwendet das Paar Strombefehle i_d* und i_q* 156 des Drehmoment-zu-Strom-Wandlers 155 und die Rückmeldung des Park-Transformationsvorgangs T(θ) (αβ-dq) 180, um ein Paar von anfänglichen Ausgangsspannungen V_d** und V_q** 161 für den Betrieb der elektrischen Maschine 20 zum Erzeugen von Drehmoment zu erzeugen.
Der akustische Signalgenerator 110 besteht aus einem Klangbildgenerator 115, der ein momentanes Audiosignal V_i 116 erzeugt, und einem Rotations-Transformationselement 120, das Schalleinspeisespannungen V_di und V_qi 121 basierend auf dem momentanen Audiosignal V_i 116 erzeugt. Der Begriff ‚Generator‘ wie in den Begriffen ‚akustischer Signalgenerator‘ und ‚Klangbildgenerator‘ verwendet wird, kann Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten beinhalten, die zum Ausführen der entsprechenden, beschriebenen Funktionen konfiguriert wurden. Die Schalleinspeisespannungen V_di und V_qi 121 werden in die Ausgangsspannungen V_d** und V_q** 161 für den Betrieb der elektrischen Maschine 20 zum Erzeugen von Drehmoment eingespeist. Das momentane Audiosignal V_i 116 des Klangbildgenerators 115 wird durch das Rotations-Transformationselement 120 erzeugt und zerlegt, um so die Schalleinspeisung zu variieren. Die Rotationstransformation 120 wird ausgeführt, um die Schalleinspeisespannungen V_di und V_qi 121 in die richtige Winkelposition γ in der elektromagnetischen Schaltung der elektrischen Maschine 20 zu setzen, und kann wie folgt ausgedrückt werden. $[\begin{matrix} V_{d}_{i} \\ V_{q i} \end{matrix}] = [\begin{matrix} cos γ & - sin γ \\ sin γ & cos γ \end{matrix}] [\begin{matrix} 0 \\ V_{i} \end{matrix}] = [\begin{matrix} - V_{i} sin γ \\ V_{i} cos γ \end{matrix}]$
worin γ die korrekte Winkelposition darstellt.
Die Schalleinspeisespannungen V_di und V_qi 121 werden den anfänglichen Ausgangsspannungen V_d** und V_q** 161 zugeführt, die vom Stromregler 160 ausgegeben werden, um das Signal zu erzeugen, das in den inversen Rotationstransformationsvorgang T^-1(θ) (dq-αβ) 165 eingegeben wird, d. h. V_d* und V_q*. Somit werden die Schalleinspeisespannungen V_di und V_qi 121 den entsprechenden anfänglichen Ausgangsspannungen V_d** und V_q** 161 des Stromreglers 160 der Motorsteuerung 50 zugeführt. Die Kombination der anfänglichen Ausgangsspannungen 161 und der Schalleinspeisespannungen 121, d. h. V_d*=V_d** + V_di und V_q*=V_q**+V_qi werden in die stationären Bezugsrahmenspannungsbefehle Vα* und Vβ* 126 im inversen Rotationstransformationsvorgang T^-1(θ) (dq-αβ) 165 mit den Positionsinformationen des Positionssensors 25 rücktransformiert. Die stationären Bezugsrahmenspannungsbefehle Vα* und Vβ* 126 werden in Ausgangsspannungsbefehle V_a, V_b und V_c 171 im Direktquadratur-Umwandlungsvorgang (αβ-abc) 170 in zerlegt und schließlich in die Transistor-Steuereingänge S_ap~S_cn 53 umgewandelt, die über die Steuerleitungen 52 an die Leistungstransistoren 37 der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36 weitergeleitet werden, damit die elektrische Maschine 20 einen hörbaren akustischen Klang erzeugt, worin der hörbare akustische Klang von einem Fußgänger wahrgenommen werden kann, wenn die elektrische Maschine 20 an einem Elektrofahrzeug eingesetzt wird.
3 stellt schematisch ein Blockdiagramm dar, das eine ausführliche Implementierung des Klangbildgenerators 115 darstellt, der im akustischen Signalgenerator 110 von 2 verwendet wird, einschließlich einer Vielzahl von Operatoren, die zum Erzeugen des momentanen Audiosignals V_i 116 zusammenwirken. Der Klangbildergenerator 115 setzt eine beliebige Klanggenerator-Nachschlagtabelle 310 ein, um einen beliebigen Klang zu erzeugen. So kann beispielsweise die Nachschlagetabelle N = 10.000 Elemente aufweisen. Wenn die PWM-Frequenz der Wechselrichter-Leistungsschaltung 36, 10 kHz beträgt, wird jedes Element der Nachschlagetabelle 310 für die Wiedergabe von 1 Sekunde des Tons gelesen, wobei dessen Frequenzkomponente theoretisch bis zu 5 kHz betragen kann, was der Hälfte der PWM-Frequenz (gleich der Abtastfrequenz) oder der Nyquist-Frequenz entspricht. Wenn das Hochfrequenzsignal erzeugt wird, induziert es den Hochfrequenzstrom in den Motorphasenströmen Ia, Ib und Ic 174, wobei der Stromregler 160 funktioniert, um diesen Hochfrequenzstrom abzuweisen. Die Bandbreite des Stromreglers 160 ist jedoch im Allgemeinen auf den durch die Drehmomentsteuerung geforderten unteren Frequenzbereich festgelegt. Wenn somit die Frequenz der Schalleinspeisespannung ausreichend über der Bandbreite des Stromreglers 160 liegt, wird diese Wechselwirkung automatisch minimiert, und die anfänglichen Ausgangsspannungen V_d** und V_q** 161 des Stromreglers 160 beeinflussen die Schalleinspeisespannungen V_di und V_qi 121 nicht. Wenn zum Beispiel die aktuelle Regelbandbreite 100Hz beträgt, können aus diesem System etwa 100Hz Töne erzeugt werden, ohne den gleichzeitig erzeugten Ton und das Drehmoment zu beeinflussen. Daher enthält die willkürliche Klanggenerator-Nachschlagetabelle 310 vorzugsweise die Frequenzkomponenten, die höher als die aktuelle Regelbandbreite sind, um ein Zusammenwirken mit der Drehmomentsteuerung zu vermeiden, wenn sie im minimalen Tempo abgespielt wird, und weniger als die Nyquist-Frequenz des Probenahmesystems, wenn sie im vollen Tempo oder im maximalen Tempo abgespielt wird.
Der Operator 311 nimmt eine absolute Zahl der Motordrehzahl 102, die an den Operator 312 gesendet wird, um die absolute Eingangsdrehzahl einer beliebigen Drehzahl zuzuordnen, um somit die Wiedergabegeschwindigkeit N_p zu bestimmen. Ein Index i vom Indexzähleroperator 313 wird wie folgt berechnet. $i [k] = i [k - 1] + Δ, wobei 0 \leq i [k] < N$
$worin Δ = round (\frac{N_{p}}{f_{s w}}), wobei Δ \geq 1, und Δ eine ganze Zahl$
ist.
Durch Ändern von N_p kann der Zähleroperator 313 das Frequenzband des Ausgangs V_i 116 verschieben. So kann beispielsweise das Klangbeispiel den Klang eines Verbrennungsmotors simulieren, und das Ändern von N_p kann den Motorsound bei unterschiedlichen Drehzahlen simulieren.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 bezieht sich der Schalldruckpegel auf den Fluss der elektromagnetischen Schaltung, wobei sich der Fluss auf die an der Wicklung der elektrischen Maschine 20 anliegende Spannung bezieht. Die Ausgangsspannungen V_a*, V_b* und V_c* 171 werden im PWM-Wechselrichter 36 durch die Busspannung 103 von der Batterie oder DC-Eingangsquelle begrenzt. Die für die Drehmomentsteuerung erforderliche Spannung, die anfänglichen Ausgangsspannungen V_d** und V_q** 161 sind die Summe des Spannungsabfalls in der elektrischen Maschine 20 in Bezug auf den Motorstrom und die gegenelektromotorische Kraft (EMK), die in Bezug auf den Motorstrom und die Drehzahl bestimmt wird. Infolgedessen wird die Differenz zwischen der verfügbaren Spannung des PWM-Wechselrichters und der für die Drehmomentsteuerung erforderlichen Spannung mit zunehmender Motordrehzahl und Drehmoment geringer. Die Klanggeneratorleistung in Form der Schalleinspeisespannung V_di und V_qi 121 muss sich mit abnehmender Spannungsdifferenz verringern. Hierfür sieht der Operator 314 einen Verstärkungsfaktor vor, der einer drehzahlbezogenen Verstärkungsreduzierung zugeordnet ist, und der Operator 315 sieht einen Verstärkungsfaktor vor, der einer drehmomentbezogenen Verstärkungsreduzierung zugeordnet ist, die mit der Ausgabe der willkürlichen Klanggenerator-Nachschlagetabelle 310 bei den entsprechenden Multiplikationsoperatoren 317 und 318 mit einer zusätzlichen Eingabe eines Lautstärkereglers 321 am Multiplikationsoperator 319 multipliziert wird.
Die Offenbarung beinhaltet eine Steuerroutine, die ein Spannungssignal einer Motorausgangsspannung zuführt, um das akustische Signal von der elektrischen Maschine zu erzeugen, während die primäre Funktion der elektrischen Maschine, d. h. die Drehmoment- und/oder Drehzahlsteuerung, erhalten bleibt. Das akustische Signal kann verwendet werden, um einen benachbarten Fußgänger über den Standort des Fahrzeugs zu informieren, oder es kann verwendet werden, um den Klang der Motorumdrehung durch Erhöhen des Umgebungsgeräuschpegels zu überdecken. Die hierin beschriebenen Konzepte ermöglichen die Einspeisung eines Musters von bandbegrenzten Signalen zum Erzeugen eines akustischen Klangs aus der elektrischen Maschine 20, wobei die Spannungseinspeisung für die akustische Klangerzeugung verwendet wird, ohne den Betrieb der elektrischen Maschine zu beeinträchtigen. Ein frequenzbandbegrenztes Signal ist in einer Nachschlagetabelle enthalten, und bei jedem Abtastschritt wird der Spannungseinspeisewert aus der Nachschlagetabelle ermittelt, und der Index für das Nachschlagen der Daten wird abhängig von der Betriebsdrehzahl hochgezählt. Darüber hinaus wird die Spannungseinspeisung durch die zur Verfügung stehende Spannung für die Motorsteuerung begrenzt. Um den Spannungseinbruch im Hochlast- und Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu vermeiden, wird die Höhe der Spannungseinspeisung durch die Drehzahl und die Last-/Drehmoment-Betriebsbedingungen begrenzt. Darüber hinaus können die Konzepte eingesetzt werden, um den tonalen Klang der elektrischen Maschine 20 zu überdecken und so die Flexibilität des Motordesigns in Verbindung mit der Klangerzeugung zu gewährleisten.
Der Begriff „Steuerung“ und verwandte Begriffe wie Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder verschiedene Kombinationen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronische Schaltung(en), Zentralrechnereinheit(en), z. B. Mikroprozessor(en) und zugehörige nichttransitorische Speicherkomponente(n) in Form von Speicher und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nichttransitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in der Form einer oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingabe-/Ausgabeschaltung(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 Ein- und Ausgabevorrichtungen und Schaltungen gehören Analog-/Digitalwandler und ähnliche Vorrichtungen, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Jede Steuerung führt eine oder mehrere Steuerroutinen aus, um gewünschte Funktionen bereitzustellen. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen in Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und die Kommunikation zwischen Steuerungen und Stellgliedern und/oder Sensoren können über eine direkte Drahtverbindung, einen vernetzten Kommunikationsbus, eine drahtlose Verbindung oder eine andere geeignete Kommunikationsverbindung erfolgen. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf eine geeignete Art, darunter auch z. B. elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle, sowie Kommunikationssignale zwischen Steuereinheiten darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf eine physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt und kann eine geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise Gleichstrom, Wechselspannung, Sinuswellen, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können.
Die Lehren können hierin in Bezug auf die funktionalen und/oder logischen Operatorkomponenten und/oder verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Derartige Operatorkomponenten können aus Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein, die konfiguriert wurden, um die spezifizierten Funktionen auszuführen. Die Flusspläne und Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen der Systeme, Verfahren und Computerprogrammprodukte gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Operator in den Flussdiagrammen oder Operatordiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle beinhaltet. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Operator der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Hardware-basierte Systeme mit dedizierten Operatoren, welche die spezifizierten Funktionen oder Maßnahmen durchführen, oder Kombinationen von Hardware- und Computeranweisungen mit dedizierten Operatoren 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, welche die Funktion/den Vorgang, der in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammoperatoren oder Operatoren angegeben ist, implementieren.
Während die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren die vorliegenden Lehren unterstützen und beschreiben, wird der Umfang der vorliegenden Lehren jedoch einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Ausführungsformen und anderen Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, sind verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind, möglich.

Claims

Motorantriebssystem zum Steuern des Betriebs einer mehrphasigen elektrischen Maschine, umfassend: einen Wechselrichter, der eine Vielzahl von gepaarten Leistungstransistoren beinhaltet, die elektrisch mit der elektrischen Maschine verbunden sind, worin der Wechselrichter über einen Hochspannungs-Energiebus elektrisch mit einer Gleichstromquelle verbunden ist; und eine Motorsteuerung, die eine erste Steuerung und einen akustischen Signalgenerator beinhaltet, worin die erste Steuerung zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters angeordnet ist, um den Betrieb der mehrphasigen elektrischen Maschine zu bewirken; worin die erste Steuerung angeordnet ist, um eine anfängliche Ausgangsspannung basierend auf einem Drehmomentbefehl zu bestimmen; worin der akustische Signalgenerator angeordnet ist, um eine Schalleinspeisespannung zu erzeugen; worin die Motorsteuerung so angeordnet ist, dass sie die anfängliche Ausgangsspannung und die Schalleinspeisespannung kombiniert; und worin die Motorsteuerung so angeordnet ist, dass sie Befehle zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters erzeugt, worin die Befehle basierend auf der Ausgangsspannung und der Schalleinspeisespannung bestimmt werden.
Motorantriebssystem nach Anspruch 1, worin die Motorsteuerung angeordnet ist, um die Befehle zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters als Reaktion auf den Drehmomentbefehl und basierend auf der Schalleinspeisespannung zu erzeugen.
Motorantriebssystem nach Anspruch 1, worin der zum Erzeugen der Schalleinspeisespannung angeordnete akustische Signalgenerator einen Klangbildgenerator, der zum Erzeugen eines momentanen Audiosignals angeordnet ist, und ein Rotationstransformationselement umfasst, das zum Erzeugen der Schalleinspeisespannung basierend auf dem momentanen Audiosignal angeordnet ist.
Motorantriebssystem nach Anspruch 1, worin die Motorsteuerung angeordnet ist, um die Befehle zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters als Reaktion auf den Drehmomentbefehl, eine Drehzahl der elektrischen Maschine und einen Spannungspegel des elektrischen Hochspannungs-Energiebusses und basierend auf der Schalleinspeisespannung zu erzeugen.
Motorantriebssystem nach Anspruch 1, worin der akustische Signalgenerator einen Klangbildgenerator beinhaltet; und worin der akustische Signalgenerator angeordnet ist, um die Schalleinspeisespannung basierend auf einem Ausgang des Klangbildgenerators zu erzeugen.
Motorantriebssystem nach Anspruch 5, worin der Klangbildgenerator eine beliebige Klanggenerator-Nachschlagetabelle mit Frequenzkomponenten umfasst, die größer sind als eine aktuelle Regelbandbreite, die dem ersten Regler zugeordnet ist.
Motorantriebssystem nach Anspruch 1, worin die erste Steuerung einen Stromregler beinhaltet, der angeordnet ist, um auf den Drehmomentbefehl ansprechende Strombefehle zu erzeugen; und worin der akustische Signalgenerator einen Klangbildgenerator beinhaltet, der eine beliebige Klanggenerator-Nachschlagetabelle mit Frequenzkomponenten beinhaltet, die größer sind als eine aktuelle Regelbandbreite, die dem Stromregler zugeordnet ist.
Motorantriebssystem nach Anspruch 1: worin die erste Steuerung einen ersten Wandler und einen Stromregler beinhaltet; worin die erste Steuerung konfiguriert ist, um als Reaktion auf einen Drehmomentbefehl Strombefehle zu erzeugen; worin der Stromregler konfiguriert ist, um anfängliche Ausgangsspannungsbefehle basierend auf den Strombefehlen zu erzeugen; worin der akustische Signalgenerator einen akustischen Klangbildgenerator beinhaltet; worin der akustische Signalgenerator angeordnet ist, um die Schalleinspeisespannung basierend auf einem Ausgang des akustischen Klangbildgenerators zu erzeugen; und worin die Schalleinspeisespannung mit den anfänglichen Ausgangsspannungsbefehlen kombiniert wird; und worin die Schalleinspeisespannung in Kombination mit den anfänglichen Ausgangsspannungsbefehlen an die erste Steuerung übermittelt wird, um PWM-Befehle zum Steuern der gepaarten Leistungstransistoren des Wechselrichters zu erzeugen.
Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Wechselrichters, der mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine elektrisch verbunden ist, umfassend: Bestimmen, über eine erste Steuerung, einer anfänglichen Ausgangsspannung basierend auf einem Drehmomentbefehl; Bestimmen einer Schalleinspeisespannung über einen akustischen Signalgenerator; Kombinieren der anfänglichen Ausgangsspannung und der Schalleinspeisespannung; und Erzeugen von Befehlen zum Steuern des Wechselrichters, worin die Befehle basierend auf der Ausgangsspannung und der Schalleinspeisespannung bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, umfassend das Erzeugen der Befehle zum Steuern des Wechselrichters als Reaktion auf den Drehmomentbefehl und basierend auf der Schalleinspeisespannung.