DE102021126087A1

DE102021126087A1 - Drehmomentfähigkeitsoptimierung unter aktiver begrenzung des rekuperationsstroms in synchronmotorantrieben

Info

Publication number: DE102021126087A1
Application number: DE102021126087.6A
Authority: DE
Inventors: Nakul Shah; Prerit Pramod; Krishna MPK Namburi
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2022-04-07
Also published as: CN114400931A; US20220109386A1; US11616457B2

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine enthält: Bestimmen eines auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt; Bestimmen eines auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts; Bestimmen eines Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines begrenzten Befehlsdrehmoments auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines Anfangsstrombefehls, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt; und Berechnen eines Endstrombefehls wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls. Das Verfahren enthält, dass der Endstrombefehl den Anfangsstrombefehl übersteigt, um zu veranlassen, dass die elektrische Maschine ein dem begrenzten Drehmomentbefehl entsprechendes Drehmoment erzeugt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung, lfd. Nr. 63/088.581 , eingereicht am 7. Oktober 2020, deren Offenbarungsgehalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft elektrische Maschinen und insbesondere das Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine, die einen Motorantrieb verwendet.
HINTERGRUND
Ein Fahrzeug wie etwa ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Sport Utility Vehicle, ein Crossover, ein Minivan, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, ein Geländefahrzeug, ein Wohnmobil oder ein anderes geeignetes Fahrzeug enthält üblicherweise eine oder mehrere elektrische Maschinen wie etwa Elektromotoren und dergleichen. Zum Beispiel kann das Fahrzeug eine oder mehrere mehrphasige elektrische Maschinen enthalten, die durch entsprechende Motorantriebe angetrieben werden, die dafür konfiguriert sind, verschiedene Aspekte eines Lenkungssystems des Fahrzeugs zu steuern.
Das Leistungsmanagement ist eine wichtige Betrachtung, um Elektromotorantriebe in der Weise zu steuern, dass die Leistung, die an einen Elektromotor geliefert wird und von ihm entnommen wird, reguliert wird. Ein aktives Leistungsmanagement umfasst die Betrachtung mehrerer Beschränkungen gleichzeitig, um ein erzielbares Drehmoment zu bestimmen. Die Beschränkungen enthalten die Speisespannung, den Speisestrom (Rekuperationsstrom) und Stromrichterströme (Motorströme). In Gleichungen, die verschiedene Beschränkungen repräsentieren, die zusätzliche Algorithmen erfordern, um zusätzlich zwischen Lösungen von zwei unabhängigen Beschränkungen zu arbitrieren, gibt es Nichtlinearitäten.
Beschränkungen, die in einem aktiven Leistungsmanagement zu betrachten sind, enthalten: Spannungsbeschränkungen; Stromrichterstrom-Grenzwerte (Motorstromgrenzwerte); Speise- und Rekuperationsstromgrenzwerte; und den Drehmomentbefehl. Derartige Spannungsbeschränkungen können auf einer physikalischen Fähigkeit der Maschine einschließlich Spannungsbegrenzungen des Stromrichters, des Motors und/oder anderer Komponenten wie etwa der Verdrahtung beruhen. Spannungsbeschränkungen können ebenfalls Fähigkeiten einer Leistungsquelle wie etwa einer Batterie enthalten. Stromgrenzwerte können das Antriebssystem vor Beschädigung schützen. Speise- und Rekuperationsstromgrenzwerte können von außen auferlegte Beschränkungen (üblicherweise für das Fahrzeugleistungsmanagement und den Schutz einer Batterie oder eines elektrischen Fahrzeugmikronetzes) enthalten. Üblicherweise ist der Drehmomentbefehl unabhängig von Beschränkungen und wird sicherzustellen versucht, dass der begrenzte Drehmomentbefehl so nahe wie möglich an dem ursprünglichen Befehl ist.
Die Priorisierung verschiedener Beschränkungen kann für die optimale Leistungsfähigkeit derartiger elektrischer Maschinen verhältnismäßig wichtig sein. Die Priorisierung von Beschränkungen hängt wesentlich von dem Anwendungs- und Verwendungsfall, innerhalb dessen der Motorantrieb genutzt wird, ab.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Offenbarung betrifft allgemein das Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine, die einen Motorantrieb verwendet.
Ein Aspekt der offenbarten Ausführungsformen enthält ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine. Das Verfahren enthält: Bestimmen eines auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt; Bestimmen eines auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts; Bestimmen eines Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines begrenzten Befehlsdrehmoments auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines Anfangsstrombefehls, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt; und Berechnen eines Endstrombefehls wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls. Das Verfahren enthält, dass der Endstrombefehl den Anfangsstrombefehl übersteigt, um zu veranlassen, dass die elektrische Maschine ein dem begrenzten Drehmomentbefehl entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Ein Aspekt der offenbarten Ausführungsformen enthält ein Steuersystem zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine. Das Steuersystem enthält einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher enthält Anweisungen, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, veranlassen, dass der Prozessor: auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt, einen auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert bestimmt; auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts einen auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert bestimmt; auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts einen Enddrehmomentgrenzwert bestimmt; auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts ein begrenztes Befehlsdrehmoment bestimmt; einen Anfangsstrombefehl bestimmt, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt; und wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls einen Endstrombefehl berechnet. Der Endstrombefehl übersteigt den Anfangsstrombefehl, um zu veranlassen, dass die elektrische Maschine ein dem begrenzten Drehmomentbefehl entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Ein Aspekt der offenbarten Ausführungsformen enthält ein Steuersystem zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine. Das Steuersystem enthält einen Stromrichter, der mehrere Schalter enthält, die dafür betreibbar sind, der elektrischen Maschine einen Wechselstrom zuzuführen, und einen Controller. Der Controller ist betreibbar zum: Bestimmen eines auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt; Bestimmen eines auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts; Bestimmen eines Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines begrenzten Befehlsdrehmoments auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines Anfangsstrombefehls, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt; und Berechnen eines Endstrombefehls wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls. Der Endstrombefehl übersteigt den Anfangsstrombefehl, um zu veranlassen, dass die elektrische Maschine ein dem begrenzten Drehmomentbefehl entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, in den angefügten Ansprüchen und in den beigefügten Figuren offenbart.
Figurenliste
Die Offenbarung wird am besten verständlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es wird hervorgehoben, dass die weiteren Merkmale der Zeichnungen gemäß der üblichen Praxis nicht maßstabsgerecht sind. Im Gegenteil sind die Dimensionen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit beliebig vergrößert oder verkleinert.

1 stellt allgemein eine schematische Darstellung eines elektrischen Servolenkungssystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar.
2 stellt allgemein einen Controller gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar.
3 stellt allgemein einen Blockschaltplan eines Controllers einer elektrischen Maschine gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar.
4 stellt allgemein einen Blockschaltplan eines beispielhaften Algorithmus zum Steuern einer elektrischen Maschine gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar.
5A-5D zeigen Graphen, die allgemein vier verschiedene I_d-I_q-Trajektorien zur Suche nach einem maximalen Drehmoment, das DC-Bus-Spannungs- und Motorstrombeschränkungen erfüllt, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellen.
6 stellt allgemein einen Graphen des ausgeübten Drehmoments in Abhängigkeit von der Drehzahl eines Motorsteuersystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar.
7 stellt allgemein einen Blockschaltplan eines Rekuperationssuche-Steueralgorithmus gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar.
8 stellt allgemein einen Blockschaltplan eines Algorithmus zum Einstellen des maximalen d-Achsen-Stroms auf der Grundlage eines Quadranten des Betriebs gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar.
9 zeigt einen Graphen, der allgemein Prinzipien eines Rekuperationssuche-Steueralgorithmus gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt.
10 zeigt einen Ablaufplan, der allgemein ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine gemäß Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Diskussion ist auf verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung gerichtet. Obwohl eine oder mehrere dieser Ausführungsformen bevorzugt sein können, sind die offenbarten Ausführungsformen nicht als Beschränkung des Schutzumfangs der Offenbarung einschließlich der Ansprüche zu interpretieren oder auf andere Weise zu verwenden. Außerdem versteht der Fachmann, dass die folgende Beschreibung umfassende Anwendung besitzt und dass die Diskussion irgendeiner Ausführungsform lediglich als beispielhaft für diese Ausführungsform gedacht ist und nicht so verstanden werden soll, dass der Schutzumfang der Offenbarung einschließlich der Ansprüche auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Wie beschrieben ist, enthalten ein Fahrzeug wie etwa ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Sport Utility Vehicle, ein Crossover, ein Minivan, ein Seefahrzeug, ein Flugzeug, ein Geländefahrzeug, ein Wohnmobil oder ein anderes geeignetes Fahrzeug üblicherweise eine oder mehrere elektrische Maschinen wie etwa Elektromotoren und dergleichen. Zum Beispiel kann das Fahrzeug eine oder mehrere mehrphasige elektrische Maschinen enthalten, die dafür konfiguriert sind, verschiedene Aspekte eines Lenkungssystems des Fahrzeugs zu steuern.
Das Leistungsmanagement ist eine wichtige Betrachtung beim Steuern von Elektromotorantrieben zum Regulieren der Leistung, die an einen Elektromotor geliefert und von ihm wiedergewonnen wird. Das aktive Leistungsmanagement umfasst die Betrachtung mehrerer Beschränkungen gleichzeitig, um ein erzielbares Drehmoment zu bestimmen. Beschränkungen enthalten die Speisespannung, den Speisestrom (Rekuperationsstrom) und Stromrichterströme (Motorströme). In Gleichungen, die verschiedene Beschränkungen repräsentieren, gibt es Nichtlinearitäten, was zusätzliche Algorithmen erfordert, um zwischen Lösungen von zwei unabhängigen Beschränkungen zusätzlich zu arbitrieren.
Beschränkungen, die im aktiven Leistungsmanagement zu betrachten sind, enthalten: Spannungsbeschränkungen; Stromrichterstrombeschränkungen (Motorstrombeschränkungen); Speise- und Rekuperationsstromgrenzwerte; und den Drehmomentbefehl. Derartige Spannungsbeschränkungen können auf einer physikalischen Fähigkeit der Maschine einschließlich Spannungsbegrenzungen des Stromrichters, des Motors und/oder anderer Komponenten wie etwa der Verdrahtung beruhen. Spannungsbeschränkungen können außerdem Fähigkeiten einer Leistungsquelle wie etwa einer Batterie enthalten. Stromgrenzwerte können das Antriebssystem vor Beschädigung schützen. Speise- und Rekuperationsstromgrenzwerte können von außen auferlegte Beschränkungen (üblicherweise für das Fahrzeugleistungsmanagement und den Schutz einer Batterie oder eines elektrischen Mikronetzes des Fahrzeugs) enthalten. Üblicherweise ist der Drehmomentbefehl unabhängig von Beschränkungen und wird sicherzustellen versucht, dass der begrenzte Drehmomentbefehl so nahe wie möglich an dem ursprünglichen Befehl ist.
Die Priorisierung verschiedener Beschränkungen kann für die optimale Leistungsfähigkeit derartiger elektrischer Maschinen verhältnismäßig wichtig sein. Die Priorisierung von Beschränkungen hängt wesentlich von dem Anwendungs- und Verwendungsfall, innerhalb dessen der Motorantrieb genutzt wird, ab.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung werden mehrere verschiedene Beschränkungen gleichzeitig betrachtet und wird die Drehmomentmaximierung gegenüber dem Erfüllen einer Rekuperationsstrombeschränkung priorisiert.
1 stellt allgemein eine schematische Darstellung eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS) 40 dar, das für die Implementierung der offenbarten Techniken geeignet ist. Das EPS enthält einen Lenkmechanismus 36, der einen Mechanismus vom Zahnstangen-Ritzelzahnrad-Typ mit einer Zahnstange (nicht gezeigt) innerhalb des Gehäuses 50 und mit einem Ritzelzahnrad (ebenfalls nicht gezeigt), das sich unter dem Zahnradgehäuse 52 befindet, enthält. Während die Betreibereingabeeinrichtung, im Folgenden als ein Lenkrad 26 (z. B. ein Handrad und dergleichen) bezeichnet, gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29 und dreht die untere Lenkwelle 51, die über ein Kardangelenk 34 mit der oberen Lenkwelle 29 verbunden ist, das Ritzelzahnrad. Die Drehung des Ritzelzahnrads bewegt die Zahnstange, was Spurstangen 38 (wobei nur eine gezeigt ist) bewegt, die wiederum die Radträger 39 (wobei nur einer gezeigt ist) bewegen, die wiederum ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (wobei nur eines gezeigt ist) schwenken.
Über ein Steuersystem 24, das den Controller 16 und einen Motor 19, der ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) sein kann, enthält, ist eine elektrische Servolenkhilfe vorgesehen. Der Controller 16 wird über eine Leitung 12 durch die Fahrzeugleistungsversorgung 10 mit Leistung versorgt. Der Controller 16 empfängt von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17 ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert. Der Lenkwinkel wird über den Positionssensor 32 gemessen, der ein Sensor vom Typ einer optischen Codierung, ein Sensor vom Typ eines veränderlichen Widerstands oder irgendein anderer geeigneter Typ eines Positionssensors sein kann und dem Controller 16 ein Positionssignal 20 zuführt. Die Motordrehzahl kann mit einem Drehzahlmesser oder irgendeiner anderen Vorrichtung gemessen werden und als ein Drehzahlsignal 21 an den Controller 16 gesendet werden. Es kann eine durch ω_m bezeichnete Motordrehzahl gemessen werden, berechnet werden oder eine Kombination davon. Die Motordrehzahl ω_m kann z. B. als die Änderung der Motorposition θ, wie sie durch einen Positionssensor 32 über ein vorgeschriebenes Zeitintervall gemessen wird, berechnet werden. Die Motordrehzahl ω_m kann z. B. als die Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m =Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit ist und Δθ die Änderung der Position während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motordrehzahl von der Motorposition als die Änderungsrate der Position nach der Zeit abgeleitet werden. Es wird gewürdigt werden, dass es zum Ausführen der Funktion einer Ableitung zahlreiche gut bekannte Methodiken gibt.
Während das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst der Drehmomentsensor 28 das durch den Fahrzeugbetreiber auf das Lenkrad 26 ausgeübte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht gezeigt) und einen Sensor vom Typ eines veränderlichen Widerstands (ebenfalls nicht gezeigt), der an den Controller 16 in Bezug auf den Betrag der Verdrehung an dem Torsionsstab ein variables Drehmomentsignal 18 ausgibt, enthalten. Obwohl dies ein Typ eines Drehmomentsensors ist, reicht irgendeine andere geeignete Drehmomenterfassungsvorrichtung, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, aus. Der Controller sendet in Ansprechen auf die verschiedenen Eingaben einen Befehl 22 an den Motor 19, der über die Schnecke 47 und das Schneckenrad 48 die Drehmomentunterstützung an das Lenkungssystem liefert, was für die Fahrzeuglenkung eine Drehmomentunterstützung bereitstellt.
Obwohl die offenbarten Ausführungsformen durch Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkungsanwendungen beschrieben sind, wird angemerkt, dass gewürdigt werden wird, dass diese Bezugnahmen lediglich veranschaulichend sind und dass die offenbarten Ausführungsformen auf irgendeine Motorsteuerungsanwendung, die einen Elektromotor nutzt, z. B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen, angewendet werden können. Darüber hinaus können die vorliegenden Bezugnahmen und Beschreibungen auf viele Formen von Parametersensoren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Drehmoment, Position, Drehzahl und dergleichen anwendbar sein. Außerdem soll angemerkt werden, dass die vorliegende Bezugnahme auf elektrische Maschinen Motoren enthält, aber nicht darauf beschränkt ist, wobei die Bezugnahme im Folgenden zur Kürze und Einfachheit ohne Beschränkung nur auf Motoren erfolgt.
In dem wie gezeigten Steuersystem 24 nutzt der Controller 16 das Drehmoment, die Position und die Drehzahl und dergleichen, um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, um die geforderte Ausgangsleistung zu liefern. Der Controller 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuersystems angeordnet. Der Controller 16 empfängt von jedem der Systemsensoren Signale, quantifiziert die empfangenen Informationen und stellt in Ansprechen darauf ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale, in diesem Fall z. B. für den Motor 19, bereit. Der Controller 16 ist dafür konfiguriert, die entsprechende Spannung bzw. Spannungen aus dem Stromrichter (nicht gezeigt), der optional mit dem Controller 16 integriert sein kann und hier als Controller 16 bezeichnet wird, in der Weise zu entwickeln, dass, wenn angelegt an den Motor 19, das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. Gemäß einem oder mehreren Beispielen arbeitet der Controller 16 in einer Rückkopplungsregelungsbetriebsart als ein Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ arbeitet der Controller 16 gemäß einem oder mehreren Beispielen in einer Vorwärtskopplungssteuerungs-Betriebsart, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen mit der Position und mit der Drehzahl des Motors 19 und mit dem gewünschten Drehmoment zusammenhängen, werden die Position und/oder die Drehzahl des Rotors und das durch einen Betreiber ausgeübte Drehmoment bestimmt. Mit der Lenkwelle 51 ist ein Positionscodierer ist verbunden, um die Winkelposition θ zu detektieren. Der Positionscodierer kann die Drehposition auf der Grundlage einer optischen Detektion, von Magnetfeldänderungen oder anderen Methodiken erfassen. Typische Positionssensoren enthalten Potentiometer, Resolver, Drehmelder, Codierer und dergleichen. Der Positionscodierer gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und dadurch die des Motors 19 angibt.
Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28, die Drehmomentsignale 18 senden, die ein ausgeübtes Drehmoment angeben, wie etwa einen Drehmomentsensor 28 und das eine bzw. die mehreren Drehmomentsignale 18 davon, wie sie in Ansprechen auf eine nachgebende Torsionsstange, eine T-Stange, eine Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht gezeigt) sein können, die dafür konfiguriert sind, eine Antwort bereitzustellen, die das ausgeübte Drehmoment angibt, bestimmt werden.
Unter anderem werden das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 an den Controller 16 angelegt. Der Controller 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, was zu einem Rotorpositionswert, zu einem Motordrehzahlwert und zu einem Drehmomentwert, die für die Verarbeitung in den wie hier beschriebenen Algorithmen verfügbar sind, führt. Messsignale wie etwa die oben erwähnten werden außerdem üblicherweise auf Wunsch linearisiert, kompensiert und gefiltert, um die Eigenschaften zu verbessern oder um unerwünschte Eigenschaften des erfassten Signals zu beseitigen. Zum Beispiel können die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals zu behandeln. Außerdem können eine auf der Frequenz oder auf der Zeit beruhende Kompensation und Filterung genutzt werden, um Rauschen zu beseitigen oder um unerwünschte Spektraleigenschaften zu vermeiden.
Um die beschriebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung sowie die Berechnungen dafür (z. B. die Identifizierung von Motorparametern, einen oder mehrere Steueralgorithmen und dergleichen) auszuführen, kann der Controller 16 einen oder mehrere Prozessoren, einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere DSPs, Speicher, Ablagespeicher, ein oder mehrere Register, einen oder mehrere Zeitgeber, eine oder mehrere Unterbrechungen, eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen und Eingabe/Ausgabe-Signal-Schnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen, die wenigstens eines der Vorstehenden umfassen, darauf aber nicht beschränkt, enthalten. Zum Beispiel kann der Controller 16 eine Eingabesignalverarbeitung und Eingabesignalfilterung enthalten, um die genaue Abtastung und Umsetzung oder Erfassungen derartiger Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen.
Wie allgemein in 2 dargestellt ist, kann der Controller 16 irgendeinen geeigneten Controller enthalten. Der Controller 16 kann dafür konfiguriert sein, z. B. verschiedene Aspekte eines Fahrzeugs wie etwa den Aspekt eines elektronischen Servolenkungssystems und/oder andere geeignete Merkmale oder Komponenten des Fahrzeugs zu steuern. Der Controller 16 kann einen Prozessor 60 und einen Speicher 62 enthalten.
Der Prozessor 60 kann irgendeinen geeigneten Prozessor wie etwa die hier beschriebenen enthalten. Zusätzlich oder alternativ kann der Controller 16 zusätzlich zu oder außer dem Prozessor 60 irgendeine geeignete Anzahl von Prozessoren enthalten. Der Speicher 62 kann eine einzelne Platte oder mehrere Platten (z. B. Festplattenlaufwerke) umfassen und ein Speichermanagementmodul, das eine oder mehrere Partitionen innerhalb des Speichers 62 managt, enthalten. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Speicher 62 Flash-Speicher, Halbleiterspeicher (Festkörperspeicher) oder dergleichen enthalten. Der Speicher 62 kann Schreib-Lese-Speicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) oder eine Kombination davon enthalten. Der Speicher 62 kann Anweisungen enthalten, die, wenn sie durch den Prozessor 60 ausgeführt werden, veranlassen, dass der Prozessor 60 wenigstens verschiedene Funktionen des Fahrzeugs steuert.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Controller 16 dafür konfiguriert sein, verschiedene Aspekte einer elektrischen Maschine wie etwa des Motorsteuersystems 200, wie es in 3 allgemein dargestellt ist, zu steuern. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Motorsteuersystem 200, wie allgemein dargestellt ist, einen Dreiphasen-PMSM-Controller enthalten. Allerdings kann das Motorsteuersystem 200 irgendeine geeignete Anzahl von Phasen enthalten. Obwohl das Motorsteuersystem 200 allgemein als einem Fahrzeug und seinen Systemen zugeordnet dargestellt und beschrieben ist, kann das Motorsteuersystem 200 zusätzlich oder alternativ dafür konfiguriert sein, zusätzlich zu oder neben dem Fahrzeug irgendeine geeignete Anwendung zu steuern oder ihr funktional zugeordnet zu sein (wobei der Motor 19 z. B. in irgendeiner anderen geeigneten Anwendung als einem Fahrzeug verwendet werden kann und die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dementsprechend angewendet werden können).
Die vorliegende Offenbarung schafft ein Motorsteuersystem 200 zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine wie etwa des Motors 19. Allerdings können die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung auf das Steuern anderer Typen von Synchronmaschinen angewendet werden. Die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können verwendet werden, um eine elektrische Schenkelpolmaschine und/oder eine elektrische Nicht-Schenkelpol-Maschine zu steuern. Die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können verwendet werden, um eine Schleifringanker-Synchronmaschine zu steuern.
Die Stromreferenz-Berechnungseinrichtung 202 setzt den Drehmomentbefehl T_c in d/q-Stromreferenzen I_dqc um, die darauf an den Stromcontroller 206 gesendet werden. Der Stromcontroller 206 kann ein Rückkopplungsregler, der Strommesswerte nutzt, oder ein Vorwärtskopplungskompensator sein. Die Temperatur T kann in einen Parameterkompensator 204 eingespeist werden, um nach Bedarf die elektrischen PMSM-Parameter einzustellen. Daraufhin erzeugt der Stromcontroller 206 d/q-Spannungsbefehle, die äquivalent einem angewiesenen Modulationsindex m_i und einem Phasenfrühverstellungswinkel δ sind. Die m_i und δ werden durch den Tastgradgenerator 210 des Leistungsumsetzer-Kommutierungsmoduls 208 für jede der drei Phasen a, b, c in dieser Reihenfolge in ein äquivalentes Tastgradsignal d_a, d_b, d_c umgesetzt.
Wenn die äquivalenten Tastgradsignale d_a, d_b, d_c für jede Phase erzeugt werden, erzeugt der Pulsbreitenmodulator 212 daraufhin entsprechende Ein-Zeiten t_a, t_b, t_c für die verschiedenen Schalter (z. B. FETs) in den Phasenzweigen des Leistungsumsetzers (z. B. des Stromrichters 216). Die Tastgradsignale d_a, d_b, d_c können zusammen als d_a,b,c bezeichnet werden und die Ein-Zeiten t_a, t_b, t_c können zusammen als t_a,b,c bezeichnet werden. Der durch eine Quelle 214 mit Leistung versorgte Stromrichter 216 führt dann die gewünschten Spannungen einer elektrischen Maschine (z. B. dem Motor 19) zu, die Phasenströme I_a, I_b, I_c und ein elektromagnetisches Drehmoment T_e erzeugt. Der Stromrichter 216 ist über einen Gleichstrombus (DC-Bus) 215 mit der Quelle 214 verbunden. Daraufhin werden die Position θ_r und die Phasenströme I_a, I_b, I_c gemessen und an den Positionssensor 220 bzw. an den Stromsensor 222 des Regelsystems rückgekoppelt, um die Regelschleife zu schließen. Die Phasenströme I_a, I_b, I_c können zusammen als I_a,b,c bezeichnet werden. Die gemessene Position θ_m wird mit den Phasenströmen verwendet, um die gemessenen d/q-Ströme I_dqm zu berechnen, die für die Stromregelung genutzt werden. Als der Leistungsumsetzer wird in auf PMSM beruhenden elektrischen Antrieben üblicherweise ein Spannungsquellen-Stromrichter (VSI) genutzt. Jede der Phasen des Motors 19 ist mit einem entsprechenden Phasenzweig des Stromrichters 216 verbunden und jeder der Phasenzweige kann zwei oder mehr Schalter aufweisen.
Obwohl der Entwurf und die Struktur der tatsächlichen Maschine für Dreiphasen- und Mehrphasen- (solchen mit mehr als drei Phasen) PMSMs tatsächlich verschieden sind, ist dasselbe Prinzip der Vektorsteuerung dadurch, dass die geeigneten Transformationsmatrizen verwendet werden, um Phasenströme und Phasenspannungen in die äquivalenten DC-Größen in dem synchronen System umzusetzen, in dem synchronen oder d/q-Bezugssystem für alle diese Maschinen möglich.
4 stellt allgemein einen Blockschaltplan eines beispielhaften Algorithmus 300 zum Steuern einer elektrischen Maschine gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar. Genauer enthält der beispielhafte Algorithmus 300 einen Drehmomentarbitrierungsblock 302, der dafür konfiguriert ist, einen arbitrierten Drehmomentgrenzwert T_Arb auf der Grundlage mehrerer Eingaben zu bestimmen, die eine oder mehrere der Folgenden enthalten können: einen auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert T_Vltg; einen auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_MotCurr, einen auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_CurSply; einen auf der Spannung und auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_Vltgsply; und einen auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_VltgMotCurr.
Der beispielhafte Algorithmus 300 enthält einen Block 304 für auf der Spannung beruhendes Drehmoment, der dafür konfiguriert ist, auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 einen auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert T_Vltg zu bestimmen. Die Spannungsbeschränkung V_DC kann eine höchste Spannung enthalten, bei der zu arbeiten der DC-Bus 215 ausgelegt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Spannungsbeschränkung V_DC eine Spannung enthalten, bei der zu arbeiten der DC-Bus 215 ausgelegt ist. Der Betrieb des DC-Busses 215 mit einer Spannung außerhalb der Spannungsbeschränkung V_DC kann nachteilige Ergebnisse wie etwa Ausrüstungsstörung und/oder Beschädigung an mit dem DC-Bus 215 verbundene Hardware haben. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Block 304 für auf der Spannung beruhendes Drehmoment die folgende Gleichung (1), auch die Spannungsgleichung genannt, verwenden, um eines oder beide des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts T_Vltg und/oder des auf der Spannung beruhenden Längsachsenstroms I_dVltg zu bestimmen. $V_{d}^{2} + V_{q}^{2} \leq V_{D C}^{2}$
Der beispielhafte Algorithmus 300 enthält einen Block 306 für auf dem Motorstrom beruhendes Drehmoment, der dafür konfiguriert ist, den auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_MotCurr, der dem dem Motor 19 durch den Stromrichter 216 zugeführten Motorstrom Im, der einen Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
erfüllt, entspricht, zu bestimmen. Der Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
kann einen Stromgrenzwert des Motors 19 und/oder einen Stromgrenzwert des Stromrichters 216 enthalten. Der Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
kann ein kleinerer eines Stromgrenzwerts des Motors 19 und eines Stromgrenzwerts des Stromrichters 216 sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Block 306 für auf dem Motorstrom beruhendes Drehmoment die folgende Gleichung (2), auch die Motorstromgleichung genannt, verwenden, um den auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_MotCurr zu bestimmen. $I_{d}^{2} + I_{q}^{2} \leq I_{i}^{l i m^{2}}$
Der beispielhafte Algorithmus 300 enthält einen Block 308 für auf dem Speisestrom beruhendes Drehmoment, der dafür konfiguriert ist, den auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_CurSply zu bestimmen, der einem von dem DC-Bus 215 zu dem Stromrichter 216 zugeführten Speisestrom I_S entspricht, der einen Speisestromgrenzwert I_slim erfüllt. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Block 308 für auf dem Speisestrom beruhendes Drehmoment die folgende Gleichung (3), auch die Leistungsgleichung genannt, verwenden, um den auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_CurSply zu bestimmen, $\frac{\sqrt{3}}{2} (V_{d} I_{d} + V_{q} I_{q}) \leq V_{d c} I_{s} - I_{s}^{2} R_{d c}$
wobei V_d und I_ddie d-Achsen-Spannung bzw. der d-Achsen-Strom sind, V_q und I_q die q-Achsen-Spannung bzw. der q-Achsen-Strom sind, V_dc die Busspannung des DC-Busses 215 ist, I_s der dem Stromrichter 216 von dem DC-Bus 215 zugeführte Speisestrom ist und R_dcder effektive Widerstand des DC-Busses 215 ist.
Außerdem enthält der beispielhafte Algorithmus 300 einen Block 310 für auf der Spannung und auf dem Speisestrom beruhendes Drehmoment, der dafür konfiguriert ist, den auf der Spannung und auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_vitgSply, um die Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 zu erfüllen und wobei der dem Stromrichter 216 von dem DC-Bus 215 zugeführte Speisestrom I_s den Speisestromgrenzwert I_slim erfüllt, zu bestimmen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Block 310 für auf der Spannung und auf dem Speisestrom beruhendes Drehmoment den auf der Spannung und auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_VltgSply auf der Grundlage eines Schnittpunkts des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, um sowohl die Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 als auch den Speisestromgrenzwert I_slim zu erfüllen, bestimmen.
Außerdem enthält der beispielhafte Algorithmus 300 einen Block 312 für auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhendes Drehmoment, der dafür konfiguriert ist, den auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_VltgMotCurr, um die Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 zu erfüllen und wobei der Motorstrom I_m zwischen dem Stromrichter 216 und dem Motor 19 den Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
erfüllt, zu bestimmen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Block 312 für auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhendes Drehmoment den auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_VltgMotCurr auf der Grundlage eines Schnittpunkts des d-Achsen- und des q-Achsen-Stroms, um sowohl die D-Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 als auch den Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
zu erfüllen, bestimmen.
Außerdem enthält der beispielhafte Algorithmus 300 einen Drehmomentbegrenzungsblock 320, der auf der Grundlage eines angewiesenen Drehmoments T_Cmd und des arbitrierten Drehmomentgrenzwerts T_Arb von dem Drehmomentarbitrierungsblock 302 ein begrenztes Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd bestimmt. Der Drehmomentbegrenzungsblock 320 kann so konfiguriert sein, dass er das begrenzte Befehlsdrehmoment T_CmdLmtdauf ein kleineres des angewiesenen Drehmoments T_Cmd und des arbitrierten Drehmomentgrenzwerts T_Arb einstellt.
Außerdem enthält der beispielhafte Algorithmus 300 einen Block 321 für die Suche des maximalen d-Achsen-Rekuperationsstroms, der dafür konfiguriert ist, einen maximalen d-Achsen-Strom I_dmax und einen d-Achsen-Strom zum Erzeugen des Spitzendrehmoments I_dpeakTq, das die Anforderungen an den Rekuperationsstrom erfüllt, zu bestimmen. Der Block 321 für die Suche des maximalen d-Achsen-Rekuperationsstroms kann das begrenzte Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd verwenden, um eine oder beide des maximalen d-Achsen-Stroms I_dmax und/oder des d-Achsen-Stroms zum Erzeugen des Spitzendrehmoments I_dpeakTq zu bestimmen, die jeweils die Anforderungen an den Rekuperationsstrom erfüllen. Die Anforderungen an den Rekuperationsstrom können einen Rekuperationsstromgrenzwert I_Regen enthalten, der der höchste Betrag des Stroms ist, den von dem Stromrichter 216 zu empfangen der DC-Bus 215 in der Lage ist. Das Übersteigen des Rekuperationsstromgrenzwerts I_Regen kann Probleme wie etwa das Überladen einer mit dem DC-Bus 215 verbundenen Batterie verursachen.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Block 321 für die Suche des maximalen d-Achsen-Rekuperationsstroms die folgende Gleichung (4), auch die Leistungsgleichung genannt, verwenden, um eines oder beide des maximalen d-Achsen-Stroms I_dmax und/oder des d-Achsen-Stroms zum Erzeugen des Spitzendrehmoments I_dpeakTq, die jeweils Anforderungen an den Rekuperationsstrom erfüllen, zu bestimmen, $\frac{\sqrt{3}}{2} (V_{d} I_{d} + V_{q} I_{q}) \leq V_{d c} I_{r} - I_{r}^{2} R_{d c}$
wobei I_r der dem DC-Bus 215 von dem Stromrichter 216 zugeführte Rekuperationsstrom ist. Der Rekuperationsstrom I_r ist ein Inverses des Speisestroms I_s.
Außerdem enthält der beispielhafte Algorithmus 300 einen Block 322 für maximales Drehmoment pro Ampere, der auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments T_CmdLmtd vorläufige Motorstromwerte I'_dq bestimmen kann. Die vorläufigen Motorstromwerte I'_dq können auf der Grundlage einer Bestimmung des maximalen Drehmoments pro Ampere, die das Ausführen einer oder mehrerer Berechnungen und/oder anderer Verfahren enthalten kann, optimiert werden. Die optimierten Motorstromwerte I'_dq können einen vorläufigen d-Achsen-Strom I'_d und einen vorläufigen q-Achsen-Strom I'_q enthalten.
Außerdem enthält der beispielhafte Algorithmus 300 einen d-Achsen-Strom-Verstärkungs-Block 324, der dafür konfiguriert sein kann, einen minimalen d-Achsen-Strom I_dmin auf der Grundlage eines oder mehrerer der Folgenden zu bestimmen: der vorläufigen Motorstromwerte I'_dq, des begrenzten Befehlsdrehmoments T_CmdLmtd, des maximalen d-Achsen-Stroms I_dmax und/oder des d-Achsen-Stroms zum Erzeugen des Spitzendrehmoments I_dpeakTq.
Außerdem enthält der beispielhafte Algorithmus 300 einen Rekuperationsstrom-Suchblock 326, der dafür konfiguriert sein kann, einen geänderten Motorstrom I''_dq zu bestimmen, der einen geänderten d-Achsen-Strom I''_d und einen geänderten q-Achsen-Strom I''_q enthält, die dem entsprechen, dass der Stromrichter 216 den Rekuperationsstromgrenzwert I_Regen des DC-Busses 215 erfüllt. Der Rekuperationsstrom-Suchblock 326 kann den geänderten Motorstrom I''_dq auf der Grundlage eines oder mehrerer der Folgenden bestimmen: des minimalen d-Achsen-Stroms I_dmin, des Rekuperationsstromgrenzwerts I_Regen, des begrenzten Befehlsdrehmoments T_CmdLmtd, des maximalen d-Achsen-Stroms I_dmax und/oder des d-Achsen-Stroms zum Erzeugen des Spitzendrehmoments I_dpeakTq.
Außerdem enthält der beispielhafte Algorithmus 300 einen Block 328 für maximales Drehmoment pro Spannung, der dafür konfiguriert sein kann, einen d-Achsen-Strombefehl I_dCmd und einen q-Achsen-Strombefehl I_qCmd, die veranlassen können, dass der Motor 19 ein maximales Drehmoment erzeugt, das außerdem das begrenzte Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd erfüllt, zu bestimmen. Der Block 328 für maximales Drehmoment pro Spannung kann den d-Achsen-Strombefehl I_dCmd und/oder den q-Achsen-Strombefehl I_qCmd auf der Grundlage eines oder mehrerer der Folgenden bestimmen: des geänderten Motorstroms I''_dq, des begrenzten Befehlsdrehmoments T_CmdLmtd, des maximalen d-Achsen-Stroms I_dmax und/oder des d-Achsen-Stroms zum Erzeugen des Spitzendrehmoments I_dpeakTq.
5A-5D zeigen Graphen, die allgemein vier verschiedene I_d-I_q-Trajektorien für die Suche nach einem maximalen Drehmoment zum Erfüllen von DC-Bus-Spannungs- und Motorstrom-Grenzwertbeschränkungen V_DC bzw. $I_{i}^{l i m}$
gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellen.
Genauer enthält 5A eine erste Kurve 350, die einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom I_d, I_q zeigt, die so berechnet wurden, dass sie den Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
erfüllen. Die erste Kurve 350 verläuft zwischen einem ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom I_qi1, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich einem vorgegebenen Minimalwert ist, und einem zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom I_qi2, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich einem vorgegebenen Maximalwert ist. Der vorgegebene Minimalwert kann z. B. null oder ein positiver oder ein negativer Wert sein, der kleiner als der vorgegebene Maximalwert ist. Außerdem enthält 5A eine zweite Kurve 352, die einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom I_d, I_q zeigt, die dafür berechnet worden sind, die Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 zu erfüllen. Die zweite Kurve 352 verläuft zwischen einem ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom I_qv1, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Minimalwert ist, und einem zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom I_qv2, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Maximalwert ist.
5A stellt einen Fall dar, in dem die Kurven 350, 352 für alle Werte des d-Achsen-Stroms I_d beide positive Werte des q-Achsen-Stroms I_q aufweisen und in dem die erste Kurve 350 immer einen Wert des q-Achsen-Stroms I_q aufweist, der niedriger als der entsprechende Wert des q-Achsen-Stroms I_q der zweiten Kurve 352 ist. Somit kann der Block 312 für auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhendes Drehmoment den auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_VltgMotCurr in diesem Fall gleich dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert $T_{i}^{p k}$
einstellen.
5B enthält eine erste Kurve 354, die einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom I_d, I_q zeigt, die so berechnet wurden, dass sie den Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
erfüllen. Die erste Kurve 354 verläuft zwischen einem ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom I_qi1, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Minimalwert ist, und einem zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom I_qi2, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich einem vorgegebenen Maximalwert ist. Außerdem enthält 5B eine zweite Kurve 356, die den d-Achsen-Strom und den q-Achsen-Strom I_d, I_q zeigt, die so berechnet wurden, dass sie die Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 erfüllen. Die zweite Kurve 356 verläuft zwischen einem ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom I_qv1, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Minimalwert ist, und einem zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom I_qv2, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Maximalwert ist.
5B stellt einen Fall dar, in dem die Kurven 354, 356 beide für alle Werte des d-Achsen-Stroms I_d positive Werte des q-Achsen-Stroms I_q aufweisen und in dem die zweite Kurve 356 immer einen Wert des q-Achsen-Stroms I_q aufweist, der kleiner als der entsprechende Wert des q-Achsen-Stroms I_q der ersten Kurve 354 ist. Somit kann der Block 312 für auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhendes Drehmoment den auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_VltgMotCurr in diesem Fall gleich dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert T_Vltg einstellen.
5C enthält eine erste Kurve 358, die den d-Achsen-Strom und den q-Achsen-Strom I_d, I_q zeigt, die so berechnet wurden, dass sie den Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
erfüllen. Die erste Kurve 358 verläuft zwischen einem ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom I_qi1, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Minimalwert ist, und einem zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom I_qi2, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich einem vorgegebenen Maximalwert ist. Außerdem enthält 5C eine zweite Kurve 360, die den d-Achsen-Strom und den q-Achsen-Strom I_d, I_q zeigt, die so berechnet wurden, dass sie die Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 erfüllen. Die zweite Kurve 360 verläuft zwischen einem ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom I_qv1, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Minimalwert ist, und einem zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom I_qv2, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Maximalwert ist.
5C stellt einen Fall dar, in dem sich die Kurven 358, 360 in dem dargestellten Gebiet (positive Werte sowohl von I_d als auch von I_q) schneiden. Somit sollte der Enddrehmomentgrenzwert T_pk auf der Grundlage des Schnittpunkts der durch die Kurven 358, 360 repräsentierten Kurven bestimmt werden, falls sich die auf dem Strom beruhende Kurve und die auf der Spannung beruhende Kurve schneiden. Zum Beispiel kann der Controller 16 einen d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwert I_{d_int} bestimmen, bei dem ein dem Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
entsprechender q-Achsen-Strom gleich einem der Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 entsprechenden q-Achsen-Strom (d. h., bei dem sich die Kurven 358, 360 schneiden) ist. Der Controller 16 kann den Enddrehmomentgrenzwert T_pk auf der Grundlage des d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts I_{d_int} bestimmen. Zum Beispiel kann der Controller 16 einen entsprechenden q-Achsen-Schnittpunkt-Stromwert I_{q_int} bestimmen, der sowohl eine Spannungsgleichung, um die Spannungsbeschränkung V_DCdes DC-Busses 215 zu erfüllen, als auch eine Stromgleichung, um den Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
zu erfüllen, erfüllt. Die Spannungsgleichung kann die obige Gleichung (1) enthalten; und die Stromgleichung kann die obige Gleichung (2) enthalten. Dieser entsprechende q-Achsen-Schnittpunkt-Stromwert I_{q_int} ist graphisch in 5C gezeigt. Daraufhin kann der Controller 16 den Enddrehmomentgrenzwert T_pkauf der Grundlage des d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts I_{d_int} und des q-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts I_{q_int} bestimmen. Zum Beispiel kann der Controller 16 den Enddrehmomentgrenzwert T_pk durch Einsetzen des d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts I_{d_int} und des q-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts I_{q_int} in eine Drehmomentgleichung, um auf der Grundlage des d-Achsen- und des q-Achsen-Stroms ein Drehmoment zu berechnen, berechnen. Die Drehmomentgleichung kann die folgende Gleichung (5) enthalten, $T_{e} = \frac{3}{2} K_{e} I_{q} + \frac{3}{4} N_{p} (L_{q} - L_{d}) I_{d} I_{q}$
wobei T_e ein durch den Motor 19 erzeugtes Drehmoment ist, K_e eine Motorspannungskonstante ist, N_p eine Anzahl der Pole des Motors 19 ist, L_d und L_q die d-Achsen bzw. die q-Achsen-Induktivität des Motors 19 sind und I_d und I_q der d-Achsen- bzw. der q-Achsen-Strom sind.
5D enthält eine erste Kurve 362, die einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom I_d, I_q zeigt, die so berechnet wurden, dass sie den Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
erfüllen. Die erste Kurve 362 verläuft zwischen einem ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom I_qi1, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Minimalwert ist, und einem zweiten, negativen auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Maximalwert (in dem Graphen nicht gezeigt) ist. Außerdem enthält 5D eine zweite Kurve 364, die einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom I_d, I_q zeigt, die so berechnet wurden, dass sie die Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 erfüllen. Die zweite Kurve 364 verläuft zwischen einem ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Minimalwert ist, und einem zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom I_qv2, bei dem der d-Achsen-Strom I_d gleich dem vorgegebenen Maximalwert ist. Der erste auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom weist einen negativen Wert auf und ist in dem Graphen nicht gezeigt.
5D stellt einen Fall dar, in dem es für irgendeinen Wert des d-Achsen-Stroms I_d keine positiven Werte des q-Achsen-Stroms I_q gibt, die kleiner oder gleich dem Wert des q-Achsen-Stroms I_q jeder der Kurven 362, 364 sind. Somit kann der Block 312 für auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhendes Drehmoment den auf der Spannung und auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_VltgMotCurr in diesem Fall gleich null (0) einstellen. Mit anderen Worten, in Fällen, in denen es zwischen den zwei durch die Kurven 362, 364 repräsentierten Kurven keine direkte Beziehung gibt, kann der Enddrehmomentgrenzwert T_pk auf null eingestellt werden.
6 zeigt einen Graphen des angelegten Drehmoments in Abhängigkeit von der Drehzahl eines Motorsteuersystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Genauer zeigt 6 den Graphen, der vier Quadranten enthält, wobei die Quadranten II und IV, die jeweils dem Motorsteuersystem zugeordnet sind, in einer Rekuperationsbetriebsart sind.
7 stellt allgemein einen Blockschaltplan eines Rekuperationsstrom-Suchalgorithmus 400 dar, der in dem Block 321 für die Suche des maximalen d-Achsen-Rekuperationsstroms gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung implementiert werden kann.
Der Rekuperationsstrom-Suchalgorithmus 400 enthält einen Spannungs- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 402, der dafür konfiguriert ist, unter Verwendung des begrenzten Befehlsdrehmoments T_CmdLmtd einen auf der Spannung beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_dmax(Vltg) zu bestimmen. Der Spannungs- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 402 kann auf der Grundlage von Spannungscharakteristiken des Motors 19 (z. B. des PMSM) bei gegebenen Motordrehzahlen den auf der Spannung beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_dmax(Vltg) bestimmen, der dem begrenzten Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd entspricht. Der Spannungs- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 402 kann den auf der Spannung beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_dmax(Vltg) direkt unter Verwendung einer Formel oder eines anderen numerischen Verfahrens berechnen. Der Spannungs- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 402 kann den auf der Spannung beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_dmax(Vltg) unter Verwendung anderer Verfahren etwa unter Verwendung einer Nachschlagetabelle, eines Schätzverfahrens und/oder unter Verwendung iterativer Modellierung bestimmen. Wie oben anhand von 9 beschrieben wurde, kann der Spannungs- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 402 den auf der Spannung beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_dmax(Vltg) auf der Grundlage eines Schnittpunkts einer Linie konstanten Drehmoments, das dem begrenzten Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd entspricht, und eines Satzes von d-Achsen- und q-Achsen-Stromwerten, die entsprechen, dass der Motor die Motorspannungsbeschränkung erfüllt, bestimmen. Die Linie konstanten Drehmoments, das dem begrenzten Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd entspricht, ist in der dritten Kurve 434 aus 9 gezeigt und der d-Achsen- und der q-Achsen-Stromwert, die entsprechen, dass der Stromrichter 216 die Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 erfüllt, sind in der zweiten Kurve 432 aus 9 dargestellt.
Außerdem enthält der Rekuperationsstrom-Suchalgorithmus 400 einen Motorstrom- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 404, der dafür konfiguriert ist, unter Verwendung des begrenzten Befehlsdrehmoments T_CmdLmtd einen auf dem Motorstrom beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_{dmax(MotCurr)} zu bestimmen. Der Motorstrom- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 404 kann den auf dem Motorstrom beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_{dmax(MotCurr)}, der dem begrenzten Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd bei gegebenen Motordrehzahlen entspricht, auf der Grundlage bekannter Charakteristiken des Motors 19 (z. B. des PMSM) bestimmen. Der Motorstrom- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 404 kann den auf dem Motorstrom beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_{dmax(MotCurr)} direkt unter Verwendung einer Formel oder eines anderen numerischen Verfahrens berechnen. Der Motorstrom- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 404 kann den auf dem Motorstrom beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_{dmax(MotCurr)} unter Verwendung anderer Verfahren wie etwa unter Verwendung einer Nachschlagetabelle, eines Schätzverfahrens und/oder unter Verwendung iterativer Modellierung bestimmen. Wie im Folgenden anhand von 9 beschrieben ist, kann der Motorstrom- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 404 den auf dem Motorstrom beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_{dmax(MotCurr)} auf der Grundlage eines Schnittpunkts einer Linie konstanten Drehmoments, das dem begrenzten Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd entspricht, und eines Satzes von d-Achsen- und q-Achsen-Stromwerten, die entsprechen, dass der Motor die Motorstrombeschränkung erfüllt, bestimmen.
Außerdem enthält der Rekuperationsstrom-Suchalgorithmus 400 einen Vergleichsblock 406, der den auf der Spannung beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_dmax(Vltg) von dem Spannungs- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 402 mit dem auf dem Motorstrom beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_{dmax(MotCurr)} von dem Motorstrom- und Drehmoment-Schnittpunkt-Block 404 vergleicht, um einen Maximalwert des d-Achsen-Strom-Schnittpunkts I_{dmax(Intersen)} zu bestimmen, der der Kleinere des auf der Spannung beruhenden maximalen d-Achsen-Stroms I_dmax(Vltg) und des auf dem Motorstrom beruhenden maximalen d-Achsen-Stroms I_{dmax(MotCurr)} ist.
8 stellt allgemein einen Blockschaltplan eines Algorithmus 420 zum Einstellen des maximalen d-Achsen-Stroms I_dmax auf der Grundlage des Quadranten des Betriebs gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar. Der maximale d-Achsen-Strom I_dmax kann ebenfalls als I_d(max) geschrieben werden. Der Algorithmus 420 aus 8 enthält einen Quadrantenbestimmungsblock 422, der den Stromquadranten des Betriebs des Motors 19 (z. B. des PMSM) bestimmt. Für Einzelheiten hinsichtlich der vier Quadranten des Betriebs siehe die oben diskutierte 6.
Außerdem enthält der Algorithmus 420 aus 8 einen Motorbetriebssteuerblock 424, der dafür konfiguriert ist, in Ansprechen darauf, dass der Quadrantenbestimmungsblock 422 bestimmt, dass der Motor 19 (z. B. der PMSM) in einem der Quadranten 1 oder 3 (I oder III) arbeitet, was angibt, dass der Motor in einer Betriebsart zur Erzeugung mechanischer Leistung arbeitet, die ebenfalls „Motorbetrieb“ genannt werden kann, den maximalen d-Achsen-Strom I_dmax gleich dem auf der Spannung beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_dmax(Vltg) einzustellen.
Außerdem enthält der Algorithmus 420 aus 8 einen Generatorbetriebssteuerblock 426, der dafür konfiguriert ist, in Ansprechen darauf, dass der Quadrantenbestimmungsblock 422 bestimmt, dass der Motor 19 (z. B. der PMSM) in einem der Quadranten 2 oder 4 (II oder IV) arbeitet, was angibt, dass der Motor in einer Betriebsart der Verringerung mechanischer Leistung arbeitet, die ebenfalls „Generatorbetrieb“ genannt werden kann, den maximalen d-Achsen-Strom I_dmax gleich dem maximalen d-Achsen-Strom-Schnittpunkt I_{dmax(Interscn)} einzustellen.
9 zeigt einen Graphen, der allgemein Prinzipien eines Rekuperationssuche-Steueralgorithmus gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt. Der Graph aus 9 enthält Kurven des q-Achsen-Stroms I_q (in Ampere, A) in Abhängigkeit von dem d-Achsen-Strom I_d (in Ampere, A). Genauer zeigt der Graph aus 9 eine erste Kurve 430 einer Motorstrombeschränkung, die Kombinationen des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms sind, die dem Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
entsprechen. Außerdem zeigt 9 eine zweite Kurve 432 der Motorspannungsbeschränkung, die Kombinationen des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms sind, die, wenn sie dem Motor zugeführt werden, veranlassen, dass der Stromrichter 216 die Spannungsbeschränkung V_DC des DC-Busses 215 erfüllt. Außerdem zeigt 9 eine dritte Kurve 434 einer Linie konstanten Drehmoments, das das begrenzte Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd repräsentieren kann. Der Schnittpunkt zwischen der ersten Kurve 430 der Motorstrombeschränkung und der dritten Kurve 434 der Linie konstanten Drehmoments repräsentiert den auf dem Motorstrom beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_{dmax(MotCurr)} auf der x-Achse (repräsentiert den d-Achsen-Strom I_d). Ähnlich repräsentiert der Schnittpunkt zwischen der zweiten Kurve 432 der Motorspannungsbeschränkung und der dritten Kurve 434 der Linie konstanten Drehmoments den auf der Spannung beruhenden maximalen d-Achsen-Strom I_dmax(Vltg) auf der x-Achse (repräsentiert er den d-Achsen-Strom I_d).
Das System und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung können alle Beschränkungen gleichzeitig betrachten und die Drehmomentmaximierung gegenüber dem Rekuperationsstrom priorisieren.
10 zeigt einen Ablaufplan, der allgemein ein Verfahren 500 zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine darstellt. Das Verfahren 500 priorisiert das Erzielen des Drehmomentbefehls gegenüber dem Erfüllen des Rekuperationsstromgrenzwerts des DC-Busses 215. Bei 502 bestimmt das Verfahren 500 auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt, einen auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert. Zum Beispiel kann der Prozessor Anweisungen ausführen, die implementieren, dass der Block 304 für auf der Spannung beruhendes Drehmoment den auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert T_Vltg bestimmt.
Bei 504 bestimmt das Verfahren 500 auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts einen auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert. Zum Beispiel kann der Prozessor 60 Anweisungen ausführen, die implementieren, dass der Block 306 für auf dem Motorstrom beruhendes Drehmoment den auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert T_MofCurr bestimmt, der dem dem Motor 19 durch den Stromrichter 216 zugeführten Motorstrom I_m entspricht, der den Motorstromgrenzwert $I_{i}^{l i m}$
erfüllt.
Bei 506 bestimmt das Verfahren 500 auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts einen Enddrehmomentgrenzwert. Zum Beispiel kann der Prozessor 60 Anweisungen ausführen, die implementieren, dass der Drehmomentarbitrierungsblock 302 den Enddrehmomentgrenzwert als den arbitrierten Drehmomentgrenzwert T_Arb bestimmt.
Bei 508 bestimmt das Verfahren 500 auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts ein begrenztes Befehlsdrehmoment. Zum Beispiel kann der Prozessor 60 Anweisungen ausführen, die implementieren, dass der Drehmomentbegrenzungsblock 320 auf der Grundlage eines angewiesenen Drehmoments T_c und des arbitrierten Drehmomentgrenzwerts T_Arb das begrenzte Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd bestimmt. Genauer kann der Drehmomentbegrenzungsblock 320 das begrenzte Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd als das angewiesene Drehmoment T_c einstellen, das begrenzt ist, damit es den arbitrierten Drehmomentgrenzwert T_Arb nicht übersteigt.
Bei 510 bestimmt das Verfahren 500 einen Anfangsstrombefehl, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt. Zum Beispiel kann der Prozessor 60 Anweisungen ausführen, die implementieren, dass der Rekuperationsstrom-Suchblock 326 den Anfangsstrombefehl bestimmt, der z. B. den geänderten d-Achsen-Strom I''_d und den geänderten q-Achsen-Strom I''_q enthalten kann, die zusammen entsprechen, dass der Stromrichter 216 den Rekuperationsstromgrenzwert I_Regen des DC-Busses 215 erfüllt.
Bei 512 berechnet das Verfahren 500 wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls einen Endstrombefehl. Zum Beispiel kann der Prozessor 60 Anweisungen ausführen, die implementieren, dass der Block 328 für maximales Drehmoment pro Spannung den d-Achsen-Strombefehl I_dCmd und den q-Achsen-Strombefehl I_qCmd, um zu veranlassen, dass der Motor 19 ein maximales Drehmoment erzeugt, das außerdem das begrenzte Befehlsdrehmoment T_CmdLmtd erfüllt, bestimmt. Somit können das System und das Verfahren die Drehmomentmaximierung gegenüber dem Erfüllen der Rekuperationsstrombeschränkung priorisieren. Dies kann in sicherheitskritischen Anwendungen wie etwa in einem EPS-System, bei dem das Erfüllen eines Spitzendrehmomentbedarfs, insbesondere für eine kurze Zeitdauer, Vorteile schaffen kann, die die potentiellen Probleme, die sich daraus ergeben können, dass der Stromrichter dem DC-Bus einen Rekuperationsstrom zuführt, der den Rekuperationsstrom des DC-Busses übersteigt, überwiegen, nützlich oder notwendig sein kann. Derartige Probleme können z. B. die Batterieverschlechterung enthalten. Potentielle Probleme, die dadurch verursacht werden, dass der Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses überstiegen wird, können durch Betriebseigenschaften des Systems, die enthalten können, dass der Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses nur für kurze Zeitdauern überstiegen wird und/oder dass der Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses nur unter seltenen Umständen überstiegen wird, von denen unwahrscheinlich ist, dass sie während des normalen Betriebs auftreten, gemildert werden.
Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine enthält: Bestimmen eines auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt; Bestimmen eines auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts; Bestimmen eines Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines begrenzten Befehlsdrehmoments auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines Anfangsstrombefehls, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt; und Berechnen eines Endstrombefehls wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls, wobei der Endstrombefehl den Anfangsstrombefehl übersteigt, um zu veranlassen, dass die elektrische Maschine ein dem begrenzten Drehmomentbefehl entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine ferner das wahlweise Steuern mehrerer Schalter innerhalb des Stromrichters, um zu veranlassen, dass der Stromrichter der elektrischen Maschine auf der Grundlage des Endstrombefehls einen Strom zuführt.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält der Motorstromgrenzwert einen Stromgrenzwert des Stromrichters.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine ferner das Berechnen eines auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage eines Speisestromgrenzwerts, den dem Stromrichter zuzuführen der DC-Bus ausgelegt ist; und enthält das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts ferner das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts das Arbitrieren zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält das Arbitrieren zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert ferner: Bestimmen eines ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; Bestimmen eines zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; Bestimmen eines ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; Bestimmen eines zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; Bestimmen eines des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert; Bestimmen eines des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert; und Auswählen eines des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des einen des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert und auf der Grundlage des einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Auswählen des einen des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts ferner: Auswählen des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts als den Enddrehmomentgrenzwert in Ansprechen auf die Bestimmung, dass der erste auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der erste auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom ist und dass der zweite auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der zweite auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom ist; und Auswählen des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts als den Enddrehmomentgrenzwert in Ansprechen auf die Bestimmung, dass der erste auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der erste auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom ist und dass der zweite auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der zweite auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Arbitrieren zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert ferner: Bestimmen eines ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; Bestimmen eines zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; Bestimmen eines ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; Bestimmen eines zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; Bestimmen eines des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert; Bestimmen eines des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert; Bestimmen des einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert, der einer anderen Beschränkung als der eine des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert entspricht; Bestimmen eines d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts, bei dem ein q-Achsen-Strom, der dem Motorstromgrenzwert entspricht, gleich einem q-Achsen-Strom, der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht, ist; und Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts und auf der Grundlage des q-Achsen-Stroms, der sowohl dem Motorstromgrenzwert als auch der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht.
Ein Steuersystem zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine enthält einen Prozessor und einen Speicher, der Anweisungen enthält. Wenn die Anweisungen durch den Prozessor ausgeführt werden, veranlassen sie, dass der Prozessor: auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt, einen auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert bestimmt; auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts einen auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert bestimmt; auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts einen Enddrehmomentgrenzwert bestimmt; auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts ein begrenztes Befehlsdrehmoment bestimmt; einen Anfangsstrombefehl berechnet, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt; und wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls einen Endstrombefehl berechnet, wobei der Endstrombefehl den Anfangsstrombefehl übersteigt, um zu veranlassen, dass die elektrische Maschine ein dem begrenzten Drehmomentbefehl entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Gemäß einigen Ausführungsformen veranlassen die Anweisungen ferner, dass der Prozessor wahlweise mehrere Schalter innerhalb des Stromrichters steuert, um zu veranlassen, dass der Stromrichter der elektrischen Maschine auf der Grundlage des Endstrombefehls einen Strom zuführt.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält der Motorstromgrenzwert einen Stromgrenzwert des Stromrichters.
Gemäß einigen Ausführungsformen veranlassen die Anweisungen ferner, dass der Prozessor auf der Grundlage des Speisestromgrenzwerts, den dem Stromrichter zuzuführen der DC-Bus ausgelegt ist, einen auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwert berechnet; und enthält das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts ferner, dass der Prozessor den Enddrehmomentgrenzwert auf der Grundlage des auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts bestimmt.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts, dass der Prozessor zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert arbitriert.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält das Arbitrieren zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert ferner, dass die Anweisungen veranlassen, dass der Prozessor: einen ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; einen zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; einen ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht, bestimmt; einen zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht, bestimmt; einen des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert bestimmt; einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert bestimmt; und auf der Grundlage des einen des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert und auf der Grundlage des einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert einen des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auswählt.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Auswählen des einen des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts ferner, dass die Anweisungen veranlassen, dass der Prozessor: in Ansprechen auf die Bestimmung, dass der erste auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der erste auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom ist und dass der zweite auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der zweite auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom ist, den auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert als den Enddrehmomentgrenzwert auswählt; und in Ansprechen auf die Bestimmung, dass der erste auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der erste auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom ist und dass der zweite auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der zweite auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom ist, den auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert als den Enddrehmomentgrenzwert auswählt.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Arbitrieren zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert ferner, dass die Anweisungen veranlassen, dass der Prozessor: einen ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; einen zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; einen ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; einen zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; einen des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert bestimmt; einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert bestimmt; den einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert, der einer anderen Beschränkung als der eine des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert entspricht, bestimmt; einen d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwert bestimmt, bei dem ein q-Achsen-Strom, der dem Motorstromgrenzwert entspricht, gleich einem q-Achsen-Strom, der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht, ist; und den Enddrehmomentgrenzwert auf der Grundlage des d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts und auf der Grundlage des q-Achsen-Stroms sowohl dem Motorstromgrenzwert als auch der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entsprechend bestimmt.
Ein Steuersystem zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine enthält einen Stromrichter und einen Controller. Der Stromrichter enthält mehrere Schalter, die dafür betreibbar sind, der elektrischen Maschine einen Wechselstrom zuzuführen. Der Controller ist betreibbar zum: Bestimmen eines auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt; Bestimmen eines auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts; Bestimmen eines Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines begrenzten Befehlsdrehmoments auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines Anfangsstrombefehls, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt; und Berechnen eines Endstrombefehls wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls, wobei der Endstrombefehl den Anfangsstrombefehl übersteigt, um zu veranlassen, dass die elektrische Maschine ein dem begrenzten Drehmomentbefehl entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Gemäß einigen Ausführungsformen enthält der Motorstromgrenzwert einen Stromgrenzwert des Stromrichters.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Controller ferner dafür betreibbar, einen auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwert auf der Grundlage eines Speisestromgrenzwerts, den dem Stromrichter zuzuführen der DC-Bus ausgelegt ist, zu berechnen; und enthält das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts ferner, dass der Controller den Enddrehmomentgrenzwert auf der Grundlage des auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts bestimmt.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts, dass der Controller zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert arbitriert.
Die obige Diskussion soll veranschaulichend für die Prinzipien und für die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sein. Wenn die obige Offenbarung umfassend gewürdigt wird, gehen für den Fachmann zahlreiche Varianten und Änderungen hervor. Die folgenden Ansprüche sollen so interpretiert werden, dass sie alle derartigen Varianten und Änderungen einschließen.
Das Wort „Beispiel“ ist hier in der Bedeutung als ein Beispiel, ein Fall oder eine Veranschaulichung dienend verwendet. Irgendein Aspekt oder Entwurf, der hier als „Beispiel“ beschrieben ist, ist gegenüber anderen Aspekten oder Entwürfen nicht notwendig als bevorzugt oder vorteilhaft anzusehen. Vielmehr soll die Verwendung des Worts „Beispiel“ Konzepte auf eine konkrete Weise darstellen. Wie in dieser Anwendung verwendet ist, soll der Begriff „oder“ ein einschließendes „oder“ anstelle eines ausschließenden „oder“ bedeuten. Das heißt, sofern nicht etwas anderes spezifiziert oder aus dem Kontext klar ist, soll „X enthält A oder B“ irgendeine der natürlichen einschließenden Vertauschungen bedeuten. Das heißt, falls X A enthält; X B enthält; oder X sowohl A als auch B enthält, ist „X enthält A oder B“ gemäß irgendeinem der vorstehenden Fälle erfüllt. Außerdem sollen die Artikel „ein“ und „eine“, wie sie in dieser Anmeldung und in den beigefügten Ansprüchen verwendet sind, allgemein, sofern nicht etwas anderes spezifiziert ist oder aus dem Kontext klar ist, dass sie auf die Singularform gerichtet sind, allgemein „ein oder mehrere“ bedeuten. Darüber hinaus soll die Verwendung eines Begriffs „eine Implementierung“ oder „die eine Implementierung“, sofern dies nicht als solches beschrieben ist, nicht überall dieselbe Ausführungsform oder Implementierung bedeuten.
Implementierungen der hier beschriebenen Systeme, Algorithmen, Verfahren, Anweisungen usw. können in Hardware, in Software oder in irgendeiner Kombination davon verwirklicht werden. Die Hardware kann z. B. Computer, Kerne von geistigem Eigentum (IP-Kerne), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikanordnungen, optische Prozessoren, programmierbare Logikcontroller, Mikrocode, Mikrocontroller, Server, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder irgendeine andere geeignete Schaltung enthalten. In den Ansprüchen ist der Begriff „Prozessor“ so zu verstehen, dass er irgendeine der vorstehenden Hardware, entweder allein oder in einer Kombination, einschließt. Die Begriffe „Signal“ und „Daten“ sind austauschbar verwendet.
Wie er hier verwendet ist, kann der Begriff Modul eine gepackte Funktionshardwareeinheit, die zur Verwendung mit anderen Komponenten ausgelegt ist, einen Satz von Anweisungen, die durch einen Controller (z. B. einen Prozessor, das Software oder Firmware ausführt) ausführbar sind, eine Verarbeitungsschaltungsanordnung, die dafür konfiguriert ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, und eine selbstständige Hardware- oder Software-Komponente, die über eine Schnittstelle mit einem größeren System verbunden ist, enthalten. Zum Beispiel kann ein Modul eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine frei programmierbare logische Anordnung (FPGA), eine Schaltung, eine digitale Logikschaltung, eine analoge Schaltung, eine Kombination diskreter Schaltungen, Gatter und andere Typen von Hardware oder eine Kombination davon enthalten. In anderen Ausführungsformen kann ein Modul Speicher enthalten, der Anweisungen speichert, die durch einen Controller ausführbar sind, um ein Merkmal des Moduls zu implementieren.
Ferner können die hier beschriebenen Systeme gemäß einem Aspekt z. B. unter Verwendung eines Universalcomputers oder Universalprozessors mit einem Computerprogramm, das, wenn es ausgeführt wird, irgendeine der hier beschriebenen Verfahren, Algorithmen und/oder Anweisungen ausführt, implementiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann z. B. ein Spezialcomputer/Spezialprozessor genutzt werden, der andere Hardware enthalten kann, um irgendwelche der hier beschriebenen Verfahren, Algorithmen oder Anweisungen auszuführen.
Ferner können alle oder ein Teil der Implementierungen der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, auf das z. B. von einem durch einen Computer nutzbaren oder computerlesbaren Medium zugegriffen werden kann. Ein durch einen Computer nutzbares oder computerlesbares Medium kann irgendeine Vorrichtung sein, die das Programm z. B. zur Verwendung durch irgendeinen oder in Verbindung mit irgendeinem Prozessor konkret enthalten, speichern, kommunizieren oder transportieren kann. Das Medium kann z. B. eine elektronische, magnetische, optische, elektromagnetische oder Halbleitervorrichtung sein. Andere geeignete Medien sind ebenfalls verfügbar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen, Implementierungen und Aspekte sind beschrieben worden, um ein leichtes Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen, und beschränken die vorliegende Offenbarung nicht. Im Gegenteil soll die Offenbarung verschiedene in dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthaltene Änderungen und äquivalente Anordnungen umfassen, wobei der Schutzumfang der weitesten Interpretation entsprechen soll, damit alle derartigen Änderungen und äquivalente Struktur, wie sie rechtlich zulässig sind, eingeschlossen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63/088581 [0001]

Claims

Verfahren zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt; Bestimmen eines auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts; Bestimmen eines Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines begrenzten Befehlsdrehmoments auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines Anfangsstrombefehls, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt; und Berechnen eines Endstrombefehls wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls, wobei der Endstrombefehl den Anfangsstrombefehl übersteigt, um zu veranlassen, dass die elektrische Maschine ein dem begrenzten Drehmomentbefehl entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das wahlweise Steuern mehrerer Schalter innerhalb des Stromrichters, um zu veranlassen, dass der Stromrichter der elektrischen Maschine auf der Grundlage des Endstrombefehls einen Strom zuführt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motorstromgrenzwert einen Stromgrenzwert des Stromrichters enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Berechnen eines auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage eines Speisestromgrenzwerts, den dem Stromrichter zuzuführen der DC-Bus ausgelegt ist, umfasst; und wobei das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts ferner das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts das Arbitrieren zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Arbitrieren zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert ferner umfasst: Bestimmen eines ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; Bestimmen eines zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; Bestimmen eines ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; Bestimmen eines zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; Bestimmen eines des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert; Bestimmen eines des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert; und Auswählen eines des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des einen des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert und auf der Grundlage des einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Auswählen des einen des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts ferner umfasst: Auswählen des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts als den Enddrehmomentgrenzwert in Ansprechen auf die Bestimmung, dass der erste auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der erste auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom ist und dass der zweite auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der zweite auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom ist; und Auswählen des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts als den Enddrehmomentgrenzwert in Ansprechen auf die Bestimmung, dass der erste auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der erste auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom ist und dass der zweite auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der zweite auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Arbitrieren zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert ferner umfasst: Bestimmen eines ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; Bestimmen eines zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; Bestimmen eines ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; Bestimmen eines zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; Bestimmen eines des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert; Bestimmen eines des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert; Bestimmen des einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert, der einer anderen Beschränkung als der eine des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert entspricht; Bestimmen eines d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts, bei dem ein q-Achsen-Strom, der dem Motorstromgrenzwert entspricht, gleich einem q-Achsen-Strom, der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht, ist; und Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts und auf der Grundlage des q-Achsen-Stroms, der sowohl dem Motorstromgrenzwert als auch der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht.
Steuersystem zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine, wobei das Steuersystem umfasst: einen Prozessor; und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, veranlassen, dass der Prozessor: auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt, einen auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert bestimmt; auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts einen auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert bestimmt; auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts einen Enddrehmomentgrenzwert bestimmt; auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts ein begrenztes Befehlsdrehmoment bestimmt; einen Anfangsstrombefehl berechnet, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt; und wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls einen Endstrombefehl berechnet, wobei der Endstrombefehl den Anfangsstrombefehl übersteigt, um zu veranlassen, dass die elektrische Maschine ein dem begrenzten Drehmomentbefehl entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Steuersystem nach Anspruch 9, wobei die Anweisungen ferner veranlassen, dass der Prozessor wahlweise mehrere Schalter innerhalb des Stromrichters steuert, um zu veranlassen, dass der Stromrichter der elektrischen Maschine auf der Grundlage des Endstrombefehls einen Strom zuführt.
Steuersystem nach Anspruch 9, wobei der Motorstromgrenzwert einen Stromgrenzwert des Stromrichters enthält.
Steuersystem nach Anspruch 9, wobei die Anweisungen ferner veranlassen, dass der Prozessor auf der Grundlage des Speisestromgrenzwerts, den dem Stromrichter zuzuführen der DC-Bus ausgelegt ist, einen auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwert berechnet; und wobei das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts ferner enthält, dass der Prozessor den Enddrehmomentgrenzwert auf der Grundlage des auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts bestimmt.
Steuersystem nach Anspruch 9, wobei das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts umfasst, dass der Prozessor zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert arbitriert.
Steuersystem nach Anspruch 13, wobei das Arbitrieren zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert ferner enthält, dass die Anweisungen veranlassen, dass der Prozessor: einen ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; einen zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; einen ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht, bestimmt; einen zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht, bestimmt; einen des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert bestimmt; einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert bestimmt; und auf der Grundlage des einen des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert und auf der Grundlage des einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert einen des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auswählt.
Steuersystem nach Anspruch 14, wobei das Auswählen des einen des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts ferner umfasst, dass die Anweisungen veranlassen, dass der Prozessor: in Ansprechen auf die Bestimmung, dass der erste auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der erste auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom ist und dass der zweite auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der zweite auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom ist, den auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert als den Enddrehmomentgrenzwert auswählt; und in Ansprechen auf die Bestimmung, dass der erste auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der erste auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom ist und dass der zweite auf dem Spannungsgrenzwert beruhende q-Achsen-Strom kleiner als der zweite auf dem Motorstrom beruhende q-Achsen-Strom ist, den auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert als den Enddrehmomentgrenzwert auswählt.
Steuersystem nach Anspruch 13, wobei das Arbitrieren zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert ferner umfasst, dass die Anweisungen veranlassen, dass der Prozessor: einen ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; einen zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der dem Motorstromgrenzwert entspricht; einen ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der einem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Minimalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; einen zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Strom bestimmt, der dem d-Achsen-Strom mit einem vorgegebenen Maximalwert entspricht und der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht; einen des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert bestimmt; einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit einem kleineren Wert bestimmt; den einen des zweiten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des zweiten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert, der einer anderen Beschränkung als der eine des ersten auf dem Motorstrom beruhenden q-Achsen-Stroms und des ersten auf dem Spannungsgrenzwert beruhenden q-Achsen-Stroms mit dem kleineren Wert entspricht, bestimmt; einen d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwert bestimmt, bei dem ein q-Achsen-Strom, der dem Motorstromgrenzwert entspricht, gleich einem q-Achsen-Strom, der der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entspricht, ist; und den Enddrehmomentgrenzwert auf der Grundlage des d-Achsen-Schnittpunkt-Stromwerts und auf der Grundlage des q-Achsen-Stroms sowohl dem Motorstromgrenzwert als auch der Spannungsbeschränkung des DC-Busses entsprechend bestimmt.
Steuersystem zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine, wobei das Steuersystem umfasst: einen Stromrichter, der mehrere Schalter enthält, die dafür betreibbar sind, der elektrischen Maschine einen Wechselstrom zuzuführen; und einen Controller, der betreibbar ist zum: Bestimmen eines auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage einer Spannungsbeschränkung eines Gleichstrombusses (DC-Busses), der einem Stromrichter Leistung für die Leistungsversorgung der elektrischen Maschine zuführt; Bestimmen eines auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts auf der Grundlage eines Motorstromgrenzwerts; Bestimmen eines Enddrehmomentgrenzwerts auf der Grundlage des auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwerts und des auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines begrenzten Befehlsdrehmoments auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und des Enddrehmomentgrenzwerts; Bestimmen eines Anfangsstrombefehls, der entspricht, dass der Stromrichter einen Rekuperationsstromgrenzwert des DC-Busses erfüllt; und Berechnen eines Endstrombefehls wenigstens auf der Grundlage des begrenzten Befehlsdrehmoments und des Anfangsstrombefehls, wobei der Endstrombefehl den Anfangsstrombefehl übersteigt, um zu veranlassen, dass die elektrische Maschine ein dem begrenzten Drehmomentbefehl entsprechendes Drehmoment erzeugt.
Steuersystem nach Anspruch 17, wobei der Motorstromgrenzwert einen Stromgrenzwert des Stromrichters enthält.
Steuersystem nach Anspruch 17, wobei der Controller ferner dafür betreibbar ist, einen auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwert auf der Grundlage eines Speisestromgrenzwerts, den dem Stromrichter zuzuführen der DC-Bus ausgelegt ist, zu berechnen; und wobei das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts ferner enthält, dass der Controller den Enddrehmomentgrenzwert auf der Grundlage des auf dem Speisestrom beruhenden Drehmomentgrenzwerts bestimmt.
Steuersystem nach Anspruch 17, wobei das Bestimmen des Enddrehmomentgrenzwerts umfasst, dass der Controller zwischen dem auf der Spannung beruhenden Drehmomentgrenzwert und dem auf dem Motorstrom beruhenden Drehmomentgrenzwert arbitriert.