DE102019205969A1

DE102019205969A1 - Motorantriebseinheit

Info

Publication number: DE102019205969A1
Application number: DE102019205969.4A
Authority: DE
Inventors: Yuhi NAKADA; Takashi KOIKEGAMI; Isao SAMBOMMATSU; Koji MUKAIYAMA
Original assignee: Nidec Corp; Nidec Elesys Corp
Current assignee: Nidec Corp; Nidec Elesys Corp
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2019-10-31
Also published as: JP2019193445A; CN110401396A; US20190334465A1

Abstract

Ein Motorantrieb umfasst eine Begrenzungsschaltungsanordnung, die einen Motor auf Basis eines Befehlsdrehmoments steuert und eine Begrenzungsrate berechnet, die das Befehlsdrehmoment begrenzt. Das Befehlsdrehmoment ist auf Basis der Begrenzungsrate begrenzt, die durch die Begrenzungsschaltungsanordnung berechnet wird. Der Motorantrieb umfasst außerdem eine Steuereinrichtung, die elektrische Leistung ausgibt, um den Motor auf Basis des begrenzten Befehlsdrehmoments anzutreiben.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Erfindung beansprucht gemäß 35 U.S.C. §119 die Priorität der am 25. April 2018 eingereichten japanischen Anmeldung Nr. 2018-084111 , deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Motorantriebseinheit.
HINTERGRUND
Bei einem herkömmlichen elektrischen Fahrzeug oder dergleichen wird ein Antriebsdrehmoment eines Motors wie die Antriebsquelle gesteuert. Es ist ein Verfahren zum Steuern des Antriebsdrehmoments bekannt, bei dem eine Stromsteuereinrichtung den Strom beschränkt, um einen Inverter, einen Motor und das Fahrzeug zum Beispiel vor Überspannung, Überstrom und Temperaturanstieg zu schützen.
Jedoch wird bei einem Hauptantriebsmotor des Fahrzeugs das Fahrzeug gemäß dem Antriebsdrehmoment gesteuert. Somit verhindert die zuvor erwähnte Stromsteuerung durch die Stromsteuereinrichtung eine Bestimmung des tatsächlichen Drehmomentbetrags des Fahrzeugs und kann eine Drehmomentsteuerung auf Basis des tatsächlichen Drehmomentbetrags blockieren.
Angesichts des obigen Problems umfasst eine als herkömmliche Technik offenbarte Motorsteuereinrichtung: einen Drehmomentobergrenze-Rechenprozessor, der eine Drehmomentobergrenze des Motors gemäß der Drehgeschwindigkeit des Motors berechnet; und einen Drehmomentbefehlswert-Begrenzungsabschnitt, der den Drehmomentbefehl auf Basis der Drehmomentobergrenze begrenzt und einen Motorantriebs-Drehmomentbefehlswert auf Basis des begrenzten Drehmomentbefehls berechnet.
Jedoch kann bei der herkömmlichen Motorsteuereinrichtung, da die Drehmomentobergrenze von einer Tabelle erhalten wird, das Drehmoment lediglich durch einen festen Wert begrenzt sein, der gemäß der Drehgeschwindigkeit des Motors festgelegt ist. Wenn beispielsweise der Motor dahingehend gesteuert werden muss, dass derselbe eine geringe Drehzahl und ein hohes Drehmoment aufzuweisen, wie beispielsweise beim kontinuierlichen Bergauf- oder Bergabfahren über einen bestimmten Zeitraum, beim Auffahren auf eine Stufe oder beim Beibehalten eines angehaltenen Zustands, erfordert das Drehmoment eine Begrenzung, die nicht unter Verwendung der Tabelle festgelegt werden kann. Deshalb muss der Motor angehalten werden.
KURZDARSTELLUNG
Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Motorsteuereinrichtung der vorliegenden Offenbarung ist ein Motorantrieb, der einen Motor auf Basis eines Befehlsdrehmoments steuert. Der Motorantrieb umfasst eine Begrenzungsschaltungsanordnung, die eine Begrenzungsrate berechnet, die das Befehlsdrehmoment begrenzt. Das Befehlsdrehmoment wird auf Basis der Begrenzungsrate begrenzt, die durch die Begrenzungsschaltungsanordnung berechnet wird. Der Motorantrieb umfasst außerdem eine Steuereinrichtung, die elektrische Leistung ausgibt, die den Motor auf Basis des begrenzten Befehlsdrehmoments antreibt.
Die obigen und anderen Elemente, Merkmale, Schritte, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der exemplarischen Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen offensichtlich werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Motorantriebssystems eines exemplarischen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Drehgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Begrenzungsabschnitts.
4 ist ein Diagramm, das eine Funktion zeigt, die zum Berechnen einer Begrenzungsrate eines Gleichstroms verwendet wird.
5 ist ein Diagramm, das eine Funktion zeigt, die zum Berechnen einer Begrenzungsrate einer Leistungsversorgungsspannung verwendet wird.
6 ist ein Diagramm, das eine Funktion zeigt, die zum Berechnen einer Begrenzungsrate eines Phasenstroms verwendet wird.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen exemplarischen Betrieb einer Motorantriebseinheit zum Berechnen einer Begrenzungsrate zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist zu beachten, dass das Maßverhältnis in den Zeichnungen aus Gründen der einfachen Beschreibung erweitert wird und vom tatsächlichen Verhältnis abweichen kann.
1 zeigt ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Motorantriebssystems 500 eines exemplarischen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Motorantriebssystem 500 eine Motorantriebseinheit 100, einen Motor 400 und einen Winkelsensor 410.
Die Motorantriebseinheit 100 umfasst eine Drehmomentsteuereinrichtung 110, einen Strombegrenzungswert-Festlegungsabschnitt 120, einen Addierer 130, eine Steuereinrichtung 140, einen Zwei-Phasen-zu-drei-Phasen-Wandler 150, einen Inverter 160, einen Drei-Phasen-zu-zwei-Phasen-Wandler 170, einen Stromsensor 180 und einen Begrenzungsabschnitt 300. Es ist zu beachten, dass die Drehmomentsteuereinrichtung 110, der Strombegrenzungswert-Festlegungsabschnitt 120 und dergleichen ein Beispiel für eine Steuereinrichtung sind. Die Motorantriebseinheit 100 ist vorzugsweise als Hardware oder als eine Kombination aus Hardware und Software vorgesehen. Jeder des Strombegrenzungswert-Festlegungsabschnitts 120, des Addierers 130, der Steuereinrichtung 140, des Zwei-Phasen-zu-drei-Phasen-Wandlers 150, des Inverters 160, des Drei-Phasen-zu-zwei-Phasen-Wandlers 170, des Stromsensors 180 und des Begrenzungsabschnitts 300 ist vorzugsweise seitens einer Schaltungsanordnung vorgesehen. Alternativ könnten die Funktionen des Strombegrenzungswert-Festlegungsabschnitts 120, des Addierers 130, der Steuereinrichtung 140, des Zwei-Phasen-zu-drei-Phasen-Wandlers 150, des Inverters 160, des Drei-Phasen-zu-zwei-Phasen-Wandlers 170, des Stromsensors 180 und/oder des Begrenzungsabschnitts 300 unter Verwendung von Software oder einer Kombination aus Hardware und Software reproduziert werden.
Eine nicht veranschaulichte Fahrzeugsteuereinrichtung schaltet zur Drehmomentsteuerung um, wenn das Fahrzeug beschleunigt. Die Drehmomentsteuereinrichtung 110 empfängt Eingaben eines Befehlsdrehmoments (Drehmomentbefehlswert) Tq von der Fahrzeugsteuereinrichtung über CAN-Kommunikation (controller area network, Steuerungsbereichsnetzwerk), sonstige Kommunikation oder auf drahtgestützte Weise (kabelgebundene Kommunikation).
Die Drehmomentsteuereinrichtung 110 berechnet ein Zieldrehmoment zum Steuern der Drehfrequenz des Motors 400, indem das Befehlsdrehmoment Tq mit einer Begrenzungsrate Lmin von dem Begrenzungsabschnitt 300 multipliziert wird, und berechnet jeden eines d-Achse-Strombefehlswerts Id und eines q-Achse-Strombefehlswerts Iq auf Basis des berechneten Zieldrehmoments. Der berechnete d-Achse-Strombefehlswert Id und der q-Achse-Strombefehlswerts Iq werden an den Strombegrenzungswert-Festlegungsabschnitt 120 ausgegeben. Falls beispielsweise die Begrenzungsrate Lmin von dem Begrenzungsabschnitt 300 0 % beträgt, beträgt auch das Zieldrehmoment 0 Nm und auch der Strombefehlswert wird zu 0 A gesetzt.
Der Strombegrenzungswert-Festlegungsabschnitt 120 legt einen d-Achse-Strombefehlswert Id* und einen q-Achse-Strombefehlswert Iq* basierend auf dem d-Achse-Strombefehlswert Id und dem q-Achse-Strombefehlswert Iq, die von der Drehmomentsteuereinrichtung 110 bereitgestellt sind, als Obergrenzen fest. Der d-Achse-Strombefehlswert Id* und der q-Achse-Strombefehlswert Iq* werden an den Addierer 130 ausgegeben und werden außerdem an den Begrenzungsabschnitt 300 als Parameter ausgegeben, die zum Berechnen einer Begrenzungsrate L5 verwendet werden.
Der Drei-Phasen-zu-zwei-Phasen-Wandler 170 führt eine dq-Transformation auf den Phasenströmen Iu, Iv, Iw durch, die basierend auf dem Feedback eines Winkelsignals θ (elektrischer Winkel) von dem Winkelsensor 410 durch den Stromsensor 180 detektiert werden, und berechnet einen d-Achse-Stromwert Id** und einen q-Achse-Stromwert Iq**. Der umgewandelte d-Achse-Stromwert Id** und q-Achse-Stromwert Iq** werden an den Addierer 130 ausgegeben und werden außerdem an den Begrenzungsabschnitt 300 als Parameter ausgegeben, die zum Berechnen der Begrenzungsrate L5 verwendet werden.
Der Addierer 130 berechnet eine Differenz zwischen dem d-Achse-Strombefehlswert Id* von dem Strombegrenzungswert-Festlegungsabschnitt 120 und dem d-Achse-Stromwert Id** von dem Drei-Phasen-zu-zwei-Phasen-Wandler 170. Die berechnete Differenz wird an die Steuereinrichtung 140 ausgegeben. Auf ähnliche Weise berechnet der Addierer 130 eine Differenz zwischen dem q-Achse-Strombefehlswert Iq* von dem Strombegrenzungswert-Festlegungsabschnitt 120 und dem q-Achse-Stromwert Iq** von dem Drei-Phasen-zu-zwei-Phasen-Wandler 170. Die berechneten Differenzen werden an die Steuereinrichtung 140 ausgegeben.
Die Steuereinrichtung 140 berechnet Spannungsbefehlswerte Vd, Vq, indem zum Beispiel eine proportionale plus integrale (PI) Steuerberechnung durchgeführt wird, so dass die Differenzen von dem Addierer 130 zu null konvergieren. Die berechneten Spannungsbefehlswerte Vd, Vq werden an den Zwei-Phasen-zu-drei-Phasen-Wandler 150 ausgegeben.
Der Zwei-Phasen-zu-drei-Phasen-Wandler 150 führt eine inverse dq-Transformation durch, um die Zwei-Phasen-Spannungsbefehlswerte Vd, Vq basierend auf dem Feedback eines Winkelsignals θ (elektrischer Winkel) von dem Winkelsensor 410 in Drei-Phasen-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv, Vw einer u-Phase, v-Phase und w-phase umzuwandeln. Die Drei-Phasen-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv, Vw, die durch die inverse dq-Transformation erhalten werden, werden an den Inverter 160 ausgegeben.
Der Inverter 160 weist sechs brückengeschaltete Schaltelemente auf. Ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistor, IGBT) kann zum Beispiel als Schaltelement verwendet werden. Der Inverter 160 treibt das Schaltelement gemäß dem Drei-Phasen-PWM-Signal eines Nutzverhältnisses auf Basis der Drei-Phasen-Spannungsbefehlswerte Vu, Vw von dem Zwei-Phasen-zu-drei-Phasen-Wandler 150 an und legt somit an den Motor 400 eine Spannung an, die äquivalent zu den Drei-Phasen-Spannungsbefehlswerten Vu, Vv, Vw ist. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist jedes Schaltelement einen Temperatursensor (nicht gezeigt) zum Detektieren einer Temperatur T2 des Schaltelements auf. Außerdem weist ein Substrat, auf dem der Inverter 160 und andere Komponenten befestigt sind, einen Temperatursensor (nicht gezeigt) zum Detektieren einer Temperatur T3 des Substrats auf. Es ist festzustellen, dass, da die Konfiguration der oben erwähnten Drei-Phasen-Inverterschaltung und dergleichen ein bekanntes Verfahren darstellt, eine ausführliche Beschreibung unterlassen wird.
Der Stromsensor 180 detektiert die Phasenströme Iu, Iv, Iw, die den Phasen des Motors 400 von dem Inverter 160 zugeführt werden. Die detektierten Drei-Phasen-Ströme Iu, Iv, Iw werden an den Drei-Phasen-zu-zwei-Phasen-Wandler 170 ausgegeben.
Der Motor 400 ist zum Beispiel aus einem bürstenlosen Drei-Phasen-Motor aufgebaut und dreht sich aufgrund des Antriebs durch den Inverter 160. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist der Motor 400 zum Beispiel zwei Temperatursensoren (nicht gezeigt) zum Detektieren einer Temperatur T1 des Motors 400 auf. Es ist festzustellen, dass die Anzahl von Temperatursensoren nicht auf zwei beschränkt ist.
Der Winkelsensor 410 detektiert das Winkelsignal θ gemäß einer Änderung des Winkels der Drehachse des Motors 400. Das detektierte Winkelsignal θ wird zum Beispiel an den Zwei-Phasen-zu-drei-Phasen-Wandler 150, den Drei-Phasen-zu-zwei-Phasen-Wandler 170 und eine Drehgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung 230 ausgegeben. Es ist zu beachten, dass zum Beispiel ein bekannter Winkeldetektor wie beispielsweise ein Resolver oder ein MR-Sensor als der Winkelsensor 410 verwendet werden kann.
Der Begrenzungsabschnitt 300 berechnet die Mindestbegrenzungsrate Lmin (Ausgangsgewinn) auf Basis von Begrenzungsraten mehrerer Parameter, beispielsweise der Eingangsphasenströme Iu, Iv, Iw, eines Gleichstroms I und der Temperatur T1 des Motors 400. Die Begrenzungsrate Lmin ist ein Grenzwert zum Begrenzen des Befehlsdrehmoments Tq auf einen optimalen Zustand in Abhängigkeit von dem Fortbewegungszustand des Fahrzeugs. Falls beispielsweise die Begrenzungsrate 100 % ist, wird das Befehlsdrehmoment Tq als das Zieldrehmoment festgelegt, und die Begrenzung wird derart festgelegt, dass je niedriger Begrenzungsrate ist, desto kleiner das Zieldrehmoment ist. Gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann beispielsweise das Drehmoment optimal begrenzt werden, da das Befehlsdrehmoment durch die anhand des Begrenzungsabschnitts 300 berechnete Begrenzungsrate Lmin begrenzt wird, selbst wenn das Drehmoment eine Begrenzung erfordert, die nicht unter Verwendung der herkömmlichen Tabelle, in der Drehmomentobergrenzen gespeichert sind, festgelegt werden kann.
Die Motorantriebseinheit 100 umfasst außerdem einen Addierer 200, eine Drehzahlsteuereinrichtung 210 und die Drehgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung 230.
Die nicht veranschaulichte Fahrzeugsteuereinrichtung schaltet zur Drehfrequenzsteuerung um, wenn das Fahrzeug sich bei niedriger Geschwindigkeit fortbewegt. Der Addierer 200 empfängt eine Eingabe einer Befehlsdrehfrequenz ω* von der Fahrzeugsteuereinrichtung über CAN-Kommunikation, sonstige Kommunikation oder auf drahtgestützte Weise (kabelgebundene Kommunikation). Der Addierer 200 addiert die Eingabe-Befehlsdrehfrequenz ω* und eine Motordrehgeschwindigkeit ωe von der Drehgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung 230. Die Drehzahlsteuereinrichtung 210 steuert die Drehzahl basierend auf Informationen, wie beispielsweise die Drehfrequenz, von dem Addierer 200.
2 zeigt ein Beispiel von Funktionsblöcken der Drehgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung 230. Wie in 2 gezeigt ist, weist die Drehgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung 230 einen Wandler 240, einen Winkelsensor-0-Grad-Lernabschnitt 250, einen Addierer 260 und eine Drehzahlberechnungseinrichtung 270 auf.
Der Wandler 240 wandelt das analoge Winkelsignal θ von dem Winkelsensor 410 in digitale Daten um. Es ist zu beachten, dass Software mit einer Konvertierungsfunktion oder eine Vorrichtung wie beispielsweise ein R/D-Wandler als Wandler 240 übernommen werden kann. Der Winkelsensor-0-Grad-Lernabschnitt 250 berechnet von dem Winkel des Motors 400 aus basierend auf einem Eingabelernbefehl einen Nullpunkt. Der Addierer 260 stellt eine Winkelverschiebung zwischen dem Motor 400 und dem Winkelsensor 410 ein, basierend auf dem Winkelsignal θ von dem Wandler 240 und Nullpunktinformationen von dem Winkelsensor-0-Grad-Lernabschnitt 250 ein. Die Drehzahlberechnungseinrichtung 270 berechnet zum Beispiel die Motordrehgeschwindigkeit ωe auf Basis eines elektrischen Winkels θe des Motors 400. Die berechnete Motordrehgeschwindigkeit ωe wird an den Begrenzungsabschnitt 300 als ein Parameter ausgegeben, der zum Berechnen einer Begrenzungsrate L4 verwendet wird.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm des Begrenzungsabschnitts 300. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Begrenzungsabschnitt 300 eine Gleichstromschutzvorrichtung 310, eine Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320, eine Überhitzungsschutzvorrichtung 330, eine Überdrehzahlschutzvorrichtung 340, eine Phasenstromschutzvorrichtung 350 und einen Selektor 390.
Die Gleichstromschutzvorrichtung 310 erhält zum Beispiel einen Gleichstrom I einer Leistungsquelle wie beispielsweise einer Batterie. Der Zyklus des Erfassens des Gleichstroms I beträgt zum Beispiel 1 ms. Die Gleichstromschutzvorrichtung 310 berechnet eine Begrenzungsrate L1 des erfassten Gleichstrom I unter Verwendung eines Funktionsgraphen zum Berechnen der Begrenzungsrate L1. Außerdem gilt, falls die Gleichstromschutzvorrichtung 310 bestimmt, dass der Gleichstrom I anormal ist, nachdem die Begrenzungsrate L1 berechnet wurde, benachrichtigt die Gleichstromschutzvorrichtung 310 den Anwender über Warnungs- und Störungsinformationen. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Benachrichtigung zum Beispiel durch Ton oder durch Zeichen, ein Bild oder dergleichen erfolgen, die auf einem Bildschirm einer Anzeige angezeigt werden.
4 zeigt einen Funktionsgraphen, der zum Berechnen der Begrenzungsrate L1 des Gleichstroms I verwendet wird. Es ist zu beachten, dass in 4 die vertikale Achse die Begrenzungsrate darstellt und die horizontale Achse den Gleichstrom darstellt. Wie in 4 gezeigt ist, falls der Gleichstrom I niedriger als ein Schwellenwert Ith1 ist, bestimmt die Gleichstromschutzvorrichtung 310, dass der Gleichstrom I normal ist, und legt die Begrenzungsrate L1 auf 100 % fest. Falls der Gleichstrom I gleich oder höher als der Schwellenwert Ith1 (Begrenzungsstartwert) ist und gleich oder niedriger als ein Schwellenwert Ith2 (Begrenzungsendwert) ist, bestimmt die Gleichstromschutzvorrichtung 310, dass der Gleichstrom I anormal ist, und legt die Begrenzungsrate L1 auf einen Wert fest, der höher als das Minimum Lm und niedriger als 100 % ist. Zum Beispiel wird die Begrenzungsrate L1 so festgelegt, dass dieselbe mit konstantem Verlauf graduell abnimmt, gemeinsam mit einer Zunahme des Gleichstroms I. Falls der Gleichstrom I höher als Ith2 ist, bestimmt die Gleichstromschutzvorrichtung 310, dass der Anormalitätspegel des Gleichstroms I besonders hoch ist, und legt die Begrenzungsrate L1 auf das Minimum Lm fest. Die berechnete Begrenzungsrate L1 wird an den Selektor 390 ausgegeben.
Zum Berechnen einer linearen Interpolation in dem in 4 gezeigten Graphen kann zum Beispiel die folgende Gleichung (1) verwendet werden. Falls zum Beispiel der als ein Parameter eingegebene Gleichstrom I gleich oder höher als der Schwellenwert Ith1 und gleich oder niedriger als der Schwellenwert Ith2 ist, erhält die Gleichstromschutzvorrichtung 310 die Begrenzungsrate L1, indem unter Verwendung der Gleichung (1) eine Echtzeitberechnung durchgeführt wird. Es ist zu beachten, dass das Programm der Gleichung (1) und Koeffizienten wie x₀ in der Gleichung (1) in einem nicht veranschaulichten Speicher vorab gespeichert sein können.
[Ausdruck 1] $y = y_{0} + (y_{1} - y_{0}) \frac{x - x_{0}}{x_{1} - x_{0}}$
wobei x den aktuellen Gleichstrom I darstellt, x₀ einen Wert darstellt, der die Begrenzung des Gleichstroms I startet, x₁ einen Wert darstellt, der die Begrenzung des Gleichstroms I beendet, y die Begrenzungsrate darstellt, y₀ die Mindestbegrenzungsrate L1 darstellt und y₁ die Höchstbegrenzungsrate L1 darstellt.
Unter Rückbezug auf 3 erhält die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320 eine Leistungsversorgungsspannung V einer Leistungsquelle wie beispielsweise einer Batterie. Der Zyklus des Erfassens der Leistungsversorgungsspannung V beträgt zum Beispiel 1 ms. Die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320 berechnet eine Begrenzungsrate L2 der erfassten Leistungsversorgungsspannung V unter Verwendung eines Funktionsgraphen (zuvor erwähnte Gleichung (1)) zum Berechnen der Begrenzungsrate L2. Außerdem gilt, falls die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320 bestimmt, dass die Leistungsversorgungsspannung V anormal ist, nachdem die Begrenzungsrate L2 berechnet wurde, benachrichtigt die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320 den Anwender über Warnungs- und Störungsinformationen.
5 zeigt einen Funktionsgraphen, der zum Berechnen der Begrenzungsrate L2 der Leistungsversorgungsspannung V verwendet wird. Es ist zu beachten, dass in 5 die vertikale Achse die Begrenzungsrate darstellt und die horizontale Achse die Leistungsversorgungsspannung darstellt. Wie in 5 gezeigt ist, bestimmt, falls die Leistungsversorgungsspannung V höher als ein Schwellenwert Vth2 und niedriger als ein Schwellenwert Vth3 ist, die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320, dass die Leistungsversorgungsspannung V normal ist, und legt die Begrenzungsrate L2 auf 100 % fest. Falls die Leistungsversorgungsspannung V gleich oder höher als ein Schwellenwert Vth1 ist und gleich oder niedriger als der Schwellenwert Vth2 ist, bestimmt die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320, dass die Leistungsversorgungsspannung V anormal ist (Niederspannung), und legt die Begrenzungsrate L2 auf einen Wert fest, der höher als das Minimum Lm und niedriger als 100 % ist. Auf ähnliche Weise bestimmt, falls die Leistungsversorgungsspannung V außerdem niedriger als der Schwellenwert Vth1 ist, die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320, dass die Leistungsversorgungsspannung V besonders niedrig ist (Niederspannung), und legt die Begrenzungsrate L2 auf das Minimum Lm fest. Falls die Leistungsversorgungsspannung V gleich oder höher als der Schwellenwert Vth3 und gleich oder niedriger als ein Schwellenwert Vth4 ist, bestimmt die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320, dass die Leistungsversorgungsspannung V anormal ist (Überspannung), und legt die Begrenzungsrate L2 auf einen Wert fest, der höher als das Minimum Lm und niedriger als 100 % ist. Auf ähnliche Weise bestimmt, falls die Leistungsversorgungsspannung V außerdem höher als der Schwellenwert Vth4 ist, die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320, dass die Leistungsversorgungsspannung V besonders hoch ist (Überspannung) und legt die Begrenzungsrate L2 auf das Minimum Lm fest. Falls beispielsweise die als ein Parameter eingegebene Leistungsversorgungsspannung V gleich oder höher als der Schwellenwert Vth1 und gleich oder niedriger als der Schwellenwert Vth2 ist, erhält die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320 die Begrenzungsrate L2, indem unter Verwendung der zuvor erwähnten Gleichung (1) eine Echtzeitberechnung durchgeführt wird. Die berechnete Begrenzungsrate L2 wird an den Selektor 390 ausgegeben.
Unter Rückbezug auf 3 erhält die Überhitzungsschutzvorrichtung 330 die Temperatur T1 von zwei Punkten des Motors 400, die Temperatur T2 der sechs Schaltelemente, die den Inverter 160 bilden, und die Temperatur T3 des Substrats, auf dem die Schaltelemente und andere Komponenten befestigt sind. Der Zyklus des Erfassens der Temperaturen T1 bis T3 beträgt zum Beispiel 1 ms. Die Überhitzungsschutzvorrichtung 330 berechnet ebenfalls eine Begrenzungsrate L3 der Temperaturen T1 bis T3, indem derselbe Lineares-Muster-Funktionsgraph (zuvor erwähnte Gleichung (1)) wie in 4 verwendet wird. Falls eine der Temperaturen T1 bis T3 gleich oder höher als ein Schwellenwert Tth ist, bestimmt die Überhitzungsschutzvorrichtung 330, dass die Temperatur übermäßig ansteigt, und legt die Begrenzungsrate L3 auf einen Wert fest, der gleicher oder höher als das Minimum Lm und niedriger als 100 % ist. Die berechnete Begrenzungsrate L3 wird an den Selektor 390 ausgegeben. Falls bestimmt wird, dass die erfassten Temperaturen T1 bis T3 anormal sind, benachrichtigt die Überhitzungsschutzvorrichtung 330 den Anwender über Warnungs- und Störungsinformationen.
Die Phasenstromschutzvorrichtung 350 weist einen Überstromdetektor 360, einen Stromabweichungsdetektor 370 und einen Stromsensoranormalitätsdetektor 380 auf.
Der Überstromdetektor 360 erhält die Phasenströme Iu, Iv, Iw, die durch den Stromsensor 180 detektiert werden, und erhält außerdem den Gleichstrom I der Leistungsquelle. Der Zyklus des Erfassens der Phasenströme Iu, Iv, Iw und dergleichen beträgt zum Beispiel 1 ms. Der Überstromdetektor 360 berechnet eine Begrenzungsrate L5a der erfassten Phasenströme Iu, Iv, Iw, indem ein Funktionsgraph zum Berechnen der Begrenzungsrate L5a verwendet wird. Auf ähnliche Weise berechnet der Überstromdetektor 360 eine Begrenzungsrate L5b des erfassten Gleichstroms I der Leistungsquelle, indem ein Funktionsgraph zum Berechnen der Begrenzungsrate L5b verwendet wird. Wie weiter unten angegeben, erfolgt eine Beschreibung eines Falls, bei dem die Begrenzungsrate L5a der Phasenströme Iu, Iv, Iw berechnet wird.
6 zeigt einen Funktionsgraphen, der zum Berechnen der Begrenzungsrate L5a der Phasenströme Iu, Iv, Iw verwendet wird. Es ist zu beachten, dass in 6 die vertikale Achse die Begrenzungsrate darstellt und die horizontale Achse den Phasenstrom darstellt. Wie in 6 gezeigt ist, bestimmt beispielsweise, falls die Summe der Phasenströme Iu, Iv, Iw ein Schwellenwert Ith (0[A]) ist, bestimmt der Überstromdetektor 360, dass der Stromwert normal ist, und legt die Begrenzungsrate L5a auf 100% fest. Falls die Summe der Phasenströme Iu, Iv, Iw nicht der Schwellenwert Ith ist, bestimmt der Überstromdetektor 360, dass der Stromwert anormal ist, und legt die Begrenzungsrate L5a auf 0 % fest. Dies liegt daran, dass die Ausgabe des Motors 400 unmittelbar angehalten werden muss, wenn ein Überstrom auftritt. Die berechnete Begrenzungsrate L5a wird an den Selektor 390 ausgegeben.
Der Überstromdetektor 360 berechnet ebenfalls die Begrenzungsrate L5b des Gleichstroms I der Leistungsquelle, indem derselbe Lineares-Muster-Funktionsgraph wie in 6 verwendet wird. Falls der Gleichstrom I höher als der Schwellenwert Ith ist, bestimmt der Überstromdetektor 360, dass ein Überstrom auftritt und die Ausgabe des Motors 400 unmittelbar angehalten werden muss, und legt somit die Begrenzungsrate L5b auf 0 % fest.
Unter Rückbezug auf 3 erfasst der Stromabweichungsdetektor 370 den d-Achse-Stromwert Id** und den q-Achse-Stromwert Iq**, erhalten bei Durchführung einer dq-Transformation auf den Phasenströmen Iu, Iv, Iw anhand des Winkelsignals θ, und den d-Achse-Strombefehlswert Id* und q-Achse-Strombefehlswert Iq* von dem Strombegrenzungswert-Festlegungsabschnitt 120, die Zielwerte sind, und berechnet die Abweichung zwischen den Werten. Der Zyklus des Erfassens der Strombefehlswerte beträgt zum Beispiel 1 ms. Der Stromabweichungsdetektor 370 berechnet ebenfalls eine Begrenzungsrate L5c der berechneten Abweichung, indem derselbe Lineares-Muster-Funktionsgraph wie in 6 verwendet wird. Falls die Abweichung größer als eine Schwelle Th ist, bestimmt der Stromabweichungsdetektor 370, dass eine Anormalität in den Phasenströmen Iu, Iv, Iw auftritt, und legt die Begrenzungsrate L5c auf 0 % fest.
Der Stromsensoranormalitätsdetektor 380 erhält die Phasenströme Iu, Iv, Iw, die durch den Stromsensor 180 detektiert werden. Der Zyklus des Erfassens der Phasenströme Iu, Iv, Iw und dergleichen beträgt zum Beispiel 1 ms. Der Stromsensoranormalitätsdetektor 380 berechnet ebenfalls eine Begrenzungsrate L5d der Phasenströme Iu, Iv, Iw, indem derselbe Lineares-Muster-Funktionsgraph wie in 6 verwendet wird. Falls die Summe der erfassten Phasenströme Iu, Iv, Iw nicht der Schwellenwert Ith (0[A]) ist, bestimmt der Stromsensoranormalitätsdetektor 380, dass eine Anormalität in dem Stromsensor 180 auftritt und die Ausgabe des Motors 400 unmittelbar angehalten werden muss, und legt die Begrenzungsrate L5d auf 0 % fest.
Die Phasenstromschutzvorrichtung 350 wählt die Mindestbegrenzungsrate unter den Begrenzungsraten L5a, L5b, die durch den Überstromdetektor 360 berechnet werden, der Begrenzungsrate L5c, die durch den Stromabweichungsdetektor 370 berechnet wird, und der Begrenzungsrate L5d aus, die durch den Stromsensoranormalitätsdetektor 380 berechnet wird. Die ausgewählte Begrenzungsrate wird an den Selektor 390 als die Begrenzungsrate L5 ausgegeben. Falls bestimmt wird, dass die Phasenströme Iu, Iv, Iw und dergleichen anormal sind, benachrichtigt die Phasenstromschutzvorrichtung 350 den Anwender über Warnungs- und Störungsinformationen.
Die Überdrehzahlschutzvorrichtung 340 erhält die Motordrehgeschwindigkeit ωe von der Drehgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung 230. Der Zyklus des Erfassens der Motordrehgeschwindigkeit ωe und dergleichen beträgt zum Beispiel 1 ms. Die Überdrehzahlschutzvorrichtung 340 berechnet ebenfalls die Begrenzungsrate L4 der erfassten Motordrehgeschwindigkeit ωe, indem derselbe Lineares-Muster-Funktionsgraph wie in 6 verwendet wird. Falls die Motordrehgeschwindigkeit ωe gleich oder höher als ein Schwellenwert ωth ist, bestimmt die Überdrehzahlschutzvorrichtung 340, dass der Motor 400 eine Überdrehzahl aufweist und die Ausgabe des Motors 400 unmittelbar angehalten werden muss, und legt deshalb die Begrenzungsrate L4 auf 0 % fest. Falls bestimmt wird, dass die Motordrehgeschwindigkeit ωe anormal ist, benachrichtigt die Überdrehzahlschutzvorrichtung 340 den Anwender über Warnungs- und Störungsinformationen. Es ist zu beachten, dass die Differenz zwischen der durch CAN-Kommunikation eingegebenen Befehlsdrehfrequenz ω* und der Motordrehgeschwindigkeit ωe zum Berechnen der Begrenzungsrate L4 verwendet werden kann.
Der Selektor 390 vergleicht die Begrenzungsrate L1 von der Gleichstromschutzvorrichtung 310, die Begrenzungsrate L2 von der Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320, die Begrenzungsrate L3 von der Überhitzungsschutzvorrichtung 330, die Begrenzungsrate L4 von der Überdrehzahlschutzvorrichtung 340 und die Begrenzungsrate L5 von der Phasenstromschutzvorrichtung 350 und wählt die Mindestbegrenzungsrate Lmin der Begrenzungsraten L1 bis L5 aus. Die ausgewählte Begrenzungsrate Lmin wird an die Drehmomentsteuereinrichtung 110 ausgegeben. Gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Drehmoment, da die Mindestbegrenzungsrate Lmin ausgewählt ist, mit der strengsten Begrenzung gesteuert werden.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen exemplarischen Betrieb der Motorantriebseinheit 100 zeigt, um die Begrenzungsraten L1 bis L5 zum Begrenzen des Befehlsdrehmoments gemäß dem Fortbewegungszustand des Fahrzeugs zu berechnen.
Wie in 7 in Schritt S10 gezeigt ist, erhält die Gleichstromschutzvorrichtung 310 den Gleichstrom I der Leistungsquelle. In Schritt S20 erhält die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320 die Leistungsversorgungsspannung V der Leistungsquelle. In Schritt S30 erhält die Überhitzungsschutzvorrichtung 330 die Temperatur T1 des Motors 400 und dergleichen. In Schritt S40 erhält die Überdrehzahlschutzvorrichtung 340 die Motordrehgeschwindigkeit ωe des Motors 400. In Schritt S50 erhält die Phasenstromschutzvorrichtung 350 die Phasenströme Iu, Iv, Iw, die durch den Motor 400 fließen. Es ist zu beachten, dass die Schritte S10 bis S50 zum Beispiel parallel gleichzeitig verarbeitet werden können.
Als Nächstes berechnet in Schritt S60 die Gleichstromschutzvorrichtung 310 die Begrenzungsrate L1 auf Basis des erfassten Gleichstroms I der Leistungsquelle. In Schritt S70 berechnet die Überspannung-Niederspannung-Schutzvorrichtung 320 die Begrenzungsrate L2 auf Basis des erfassten Leistungsversorgungsspannung V der Leistungsquelle. In Schritt S80 berechnet die Überhitzungsschutzvorrichtung 330 die Begrenzungsrate L3 auf Basis der erfassten Temperatur T1 des Motors 400 und dergleichen. In Schritt S90 berechnet die Überdrehzahlschutzvorrichtung 340 die Begrenzungsrate L4 auf Basis der erfassten Motordrehgeschwindigkeit ωe. In Schritt S100 berechnet die Phasenstromschutzvorrichtung 350 die Begrenzungsrate L5 auf Basis der erfassten Phasenströme Iu, Iv, Iw, die durch den Motor 400 fließen. Es ist zu beachten, dass die Schritte S60 bis S100 parallel gleichzeitig verarbeitet werden können.
Als Nächstes wählt in Schritt S110 der Selektor 390 die Mindestbegrenzungsrate Lmin der berechneten Begrenzungsraten L1 bis L5 aus und gibt die ausgewählte Begrenzungsrate Lmin an die Drehmomentsteuereinrichtung 110 aus. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird eine derartige Verarbeitung in vorbestimmten Intervallen wiederholt.
Wie gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, werden mehrere Parameter wie beispielsweise die Temperaturen T1 bis T3, der Gleichstrom I der Leistungsquelle, die Leistungsversorgungsspannung V, die Motordrehgeschwindigkeit ωe und die Phasenströme Iu, Iv, Iw berücksichtigt, und die Begrenzungsrate des Parameters mit dem höchsten Anormalitätspegel unter den Parametern kann als die Mindestbegrenzungsrate Lmin ausgewählt werden, um das Befehlsdrehmoment Tq zu begrenzen. Dementsprechend kann beispielsweise das Befehlsdrehmoment optimal begrenzt werden, selbst wenn das Drehmoment eine Begrenzung erfordert, die nicht unter Verwendung der herkömmlichen Tabelle, in der Drehmomentobergrenzen gespeichert sind, festgelegt werden kann. Als Folge können zum Beispiel Überstrom, Überspannung, Überdrehzahl oder Temperaturanstieg während des Betriebs des Motors 400 sicher unterdrückt werden.
Es ist zu beachten, dass der technische Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf das obige exemplarische Ausführungsbeispiel beschränkt ist und verschiedene Modifikationen des obigen exemplarischen Ausführungsbeispiels umfasst, ohne von dem Wesen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Obwohl das obige exemplarische Ausführungsbeispiel ein Beispiel beschreibt, bei dem fünf Begrenzungsraten L1 bis L5 verwendet werden, ist die Offenbarung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann das Befehlsdrehmoment Tq durch Verwenden von Begrenzungsraten von zumindest zwei oder mehr Parametern begrenzt werden. Die Temperatur, die durch den Begrenzungsabschnitt 300 erfasst wird, kann zumindest eine oder mehrere der Temperatur T1 des Motors 400, der Temperatur T2 des Schaltelements und der Temperatur T3 des Substrats sein oder kann eine Temperatur sein, die sich auf andere Teile der Motorantriebseinheit 100 bezieht.
Obwohl exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung oben beschrieben wurden, versteht es sich, dass Variationen und Modifikationen für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich sind, ohne von dem Schutzumfang und dem Wesen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung ist daher allein durch die folgenden Ansprüche zu bestimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018084111 [0001]

Claims

Ein Motorantrieb, der folgende Merkmale aufweist: eine Begrenzungsschaltungsanordnung, die einen Motor auf Basis eines Befehlsdrehmoments steuert und eine Begrenzungsrate berechnet, die das Befehlsdrehmoment begrenzt; und eine Steuereinrichtung, die das Befehlsdrehmoment auf Basis der Begrenzungsrate begrenzt, die durch die Begrenzungsschaltungsanordnung berechnet wird, und elektrische Leistung ausgibt, um den Motor auf Basis des begrenzten Befehlsdrehmoments anzutreiben.
Der Motorantrieb gemäß Anspruch 1, bei dem die Begrenzungsschaltungsanordnung eine Begrenzungsrate jedes einer Mehrzahl von Eingabeparametern berechnet und eine Mindestbegrenzungsrate der berechneten Begrenzungsraten auswählt.
Der Motorantrieb gemäß Anspruch 2, bei dem die Mehrzahl von Parametern zumindest zwei oder mehr der Folgenden umfasst: eines Gleichstroms von einer Leistungsquelle, einer Spannung der Leistungsquelle, einer Temperatur, einer Drehfrequenz des Motors und eines Stroms, der durch den Motor fließt.
Der Motorantrieb gemäß Anspruch 3, bei dem die Temperatur zumindest eines oder mehrere der Folgenden umfasst: einer Temperatur des Motors, einer Temperatur eines Schalters, der in dem Motorantrieb vorgesehen ist, und einer Temperatur eines Substrats, auf dem der Schalter befestigt ist.
Der Motorantrieb gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem die Begrenzungsschaltungsanordnung auf Basis der Drehfrequenz des Motors detektiert, ob der Motor eine Geschwindigkeit überschreitet.
Der Motorantrieb gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem die Begrenzungsschaltungsanordnung auf Basis des Stroms, der durch den Motor fließt, zumindest eines oder mehrere der Folgenden detektiert: eine Anormalität eines Stromsensors, der den Strom detektiert, eine Abweichungsanormalität zwischen dem Strom und einem Zielstrom und einen Überstrom.