DE102022102673A1

DE102022102673A1 - Steuervorrichtung und verfahren zur steuerung der synchronisierung einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE102022102673A1
Application number: DE102022102673.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian MAX; Linus ERIKSSON; Petter Tomner
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2022-09-08
Also published as: SE544989C2; SE2150260A1

Abstract

Eine Steuervorrichtung (100) und ein Verfahren zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine (3) während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang (2) werden bereitgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Auswählens (S110) eines Synchronisierungssteuerungsmodus aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi, die dazu eingerichtet sind, basierend auf einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Synchronisierens (S120) der elektrischen Maschine (3) durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Synchronisierungssteuerungsmodus.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Verfahren zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang. Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner allgemein eine Steuervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang steuert.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Offenbarung im Allgemeinen ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium sowie ein Fahrzeug.
HINTERGRUND
Ein Schaltvorgang in einem Antriebsstrang mit einem Stufengetriebe, z. B. einem Fahrzeugantriebsstrang mit einem automatisierten Schaltgetriebe, kann in drei Phasen unterteilt werden. Diese drei Phasen umfassen eine erste Phase, in der der aktuelle Gang ausgekuppelt und das Getriebe in den Leerlauf geschaltet wird, eine zweite Phase, in der die Drehzahlen der Getriebewellen synchronisiert werden, so dass der neue Gang eingelegt werden kann, und eine dritte Phase, in der der neue Gang eingelegt wird, wenn die Drehzahlen synchronisiert worden sind. Die Synchronisierung der Drehzahlen der Getriebewellen kann durch Synchronisierung der Antriebseinheit des Antriebsstrangs erfolgen, so dass eine Änderung der Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes vorgesehen wird.
In einem konventionellen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor kann die Synchronisierung der Antriebseinheit beispielsweise durch die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor und/oder durch den Einsatz einer Motorbremse wie z.B. einer Abgasbremse erfolgen. Handelt es sich bei der Antriebseinheit jedoch um eine elektrische Maschine, sind Motorbremsen, wie z. B. eine Abgasbremse, nicht verfügbar. Wenn daher während des Hochschaltens des Getriebes eine Verringerung der Drehzahl der elektrischen Maschine erforderlich ist, müssen andere Bremsmechanismen verwendet werden.
Eine elektrische Maschine kann mit Hilfe eines Wechselrichters drehmoment- und/oder drehzahlgesteuert werden. Der Wechselrichter ermöglicht eine Drehzahl- und Drehmomentsteuerung der elektrischen Maschine durch eine Änderung der Frequenz und/oder der Spannung und/oder der Phase der Spannung, die an die Statorwicklungsanschlüsse der elektrischen Maschine angelegt wird. Der Wechselrichter verwendet häufig eine Zwischenkreisspannung, aus der Wechselspannungen mit geeigneter Frequenz und Amplitude gebildet werden.
Elektrische Maschinen in Fahrzeugantriebssträngen sind häufig drehzahlgesteuert. Eine Drehzahlsteuerung ist jedoch nicht für alle Anwendungen geeignet. Wenn die Drehzahlsteuerung in die Software eines Wechselrichters eingebettet ist, der von einem Zulieferer (im Gegensatz zu einem Hersteller des Fahrzeugantriebsstrangs) geliefert wird, ist es dem Hersteller des Fahrzeugantriebsstrangs ferner unter Umständen nicht möglich, die Parameter der Drehzahlsteuerung an die Bedürfnisse eines bestimmten Fahrzeugantriebsstrangs anzupassen. In solchen Fällen kann eine Drehmomentsteuerung besser geeignet sein. Ein weiterer Nachteil der Drehzahlsteuerung besteht darin, dass, wenn der Elektromotor (infolge der Drehzahlsteuerung) ein Drehmoment erzeugt, wenn der neue Gang eingelegt werden soll, dieses Drehmoment über den Antriebsstrang durch das von dem Antriebsstrang bereitgestellte Übersetzungsverhältnis verstärkt auf die Antriebsräder des Fahrzeugs übertragen wird. Dies wiederum kann von einer Person an Bord des Fahrzeugs als Ruck wahrgenommen werden und somit Unbehagen verursachen.
Eine Herausforderung bei der Steuerung einer elektrischen Maschine durch eine Drehmomentsteuerung ist die Zeit, die der Wechselrichter benötigt, um dem angeforderten Drehmoment zu folgen. Dieses Reaktionsvermögen hängt von der Drehzahl der elektrischen Maschine ab. Bei niedrigeren Drehzahlen der elektrischen Maschine, z. B. unterhalb der Grunddrehzahl der elektrischen Maschine, arbeitet der Wechselrichter in einem linearen Steuerungsbereich und die Reaktion des Wechselrichters wird nur durch die CAN-Übertragung verzögert. Bei Geschwindigkeiten oberhalb der Grunddrehzahl der elektrischen Maschine arbeitet er jedoch in einem nichtlinearen Bereich, der als Feldschwächung bezeichnet wird. Bei der Feldschwächung kann der Wechselrichter das Drehmoment nicht unendlich schnell ändern, um unerwünschte Spannungstransienten auf dem Zwischenkreis zu vermeiden. Dies kann daher in einigen Fällen zu einer verlängerten Dauer der Synchronisierung oder alternativ zu einer ungenauen Annäherung an die Solldrehzahl während der Synchronisierung führen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Synchronisierungsverfahren einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des/der beigefügten unabhängigen Anspruchs/Ansprüche gelöst.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang bereitgestellt. Das Verfahren wird von einer Steuervorrichtung durchgeführt. Der Antriebsstrang umfasst die elektrische Maschine und ein Getriebe. Das Verfahren umfasst einen Schritt, bei dem basierend auf einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine ein Synchronisierungssteuerungsmodus aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi ausgewählt wird, die dazu eingerichtet sind, eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Synchronisierens der elektrischen Maschine durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Synchronisierungssteuerungsmodus.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird die Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit einem Synchronisierungssteuerungsmodus durchgeführt, der aus einer Mehrzahl von verfügbaren Synchronisierungssteuerungsmodi ausgewählt wird. Genauer gesagt, wird während der Synchronisierung ein Drehmoment von einem Wechselrichter angefordert, der so konfiguriert ist, dass er die elektrische Maschine steuert, während die von dem Wechselrichter gemeldete Drehzahl der elektrischen Maschine überwacht wird, um die elektrische Maschine auf die Solldrehzahl anzutreiben. Dies geschieht in Übereinstimmung mit Steuerparametern, die durch den ausgewählten Synchronisierungssteuerungsmodus definiert sind.
Die Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi ermöglicht eine angemessene Anpassung des Synchronisierungsschritts an die Drehmomentreaktionscharakteristik des Wechselrichters bei unterschiedlichen Drehzahlen der elektrischen Maschine. Durch Auswählen eines Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von verfügbaren Synchronisierungssteuerungsmodi basierend auf der Solldrehzahl der elektrischen Maschine kann dadurch eine schnellere und genauere Synchronisierung der elektrischen Maschine erreicht werden. Dies hat auch den Vorteil, dass das Risiko eines unbeabsichtigten Überschreitens der Solldrehzahl während der Synchronisierung verringert wird. Da die elektrische Maschine durch eine Drehmomentsteuerung synchronisiert wird, wird außerdem das Risiko, dass in dem Antriebsstrang während des Einlegens des neuen Gangs nach der Synchronisierung ein Ruck verursacht wird, erheblich reduziert. Somit stellt das vorliegende Verfahren ein verbessertes Verfahren zur Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang bereit.
Die Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi kann mindestens drei verschiedene Synchronisierungssteuerungsmodi umfassen, wobei jeder Synchronisierungssteuerungsmodus dazu eingerichtet ist, eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen. Dadurch kann die Synchronisierung der elektrischen Maschine weiter verbessert werden, da eine noch bessere Anpassung an die Drehmomentreaktionscharakteristik des Wechselrichters bei unterschiedlichen Drehzahlen der elektrischen Maschine ermöglicht wird.
Der Schritt des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi kann, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist, das Auswählen eines ersten Synchronisierungssteuerungsmodus umfassen, wobei der erste Synchronisierungssteuerungsmodus dazu eingerichtet ist, durch eine Anforderung eines vorbestimmten Drehmomentwerts oder durch eine Anforderung von mindestens zwei aufeinander folgenden vorbestimmten Drehmomentwerten eine lineare Steuerung durchzuführen. Dadurch kann eine sehr schnelle Synchronisierung in einem linearen Steuerungsbereich der elektrischen Maschine erreicht werden.
Gemäß einer Alternative des Verfahrens kann, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist, der Schritt des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi ferner auf einem Drehzahlfehler zwischen der Solldrehzahl der elektrischen Maschine und einer Drehzahl der elektrischen Maschine vor dem Einleiten der Synchronisierung basieren. Dadurch kann in einigen Situationen eine schnellere Synchronisierung mit einem geringeren Risiko eines unbeabsichtigten Überschreitens der Solldrehzahl erreicht werden.
Der Schritt des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi kann, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist und der Drehzahlfehler (d.h. der Drehzahlfehler vor dem Einleiten der Synchronisierung) unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, das Auswählen eines zweiten Synchronisierungssteuerungsmodus umfassen, wobei der zweite Synchronisierungssteuerungsmodus so konfiguriert ist, dass er einen PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert. Dadurch kann das Risiko eines unbeabsichtigten Überschreitens der Solldrehzahl der elektrischen Maschine während der Synchronisierung weiter reduziert werden, während immer noch ein schneller Synchronisierungsschritt ermöglicht wird.
Der erste vorgegebene Schwellenwert kann einen vorgewählten Prozentsatz der vordefinierten Drehzahl der elektrischen Maschine darstellen. Dies erleichtert die Anpassung des Verfahrens an die jeweils verwendete elektrische Maschine.
Der Schritt des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi kann, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist, das Auswählen eines dritten Synchronisierungssteuerungsmodus umfassen, wobei der dritte Synchronisierungssteuerungsmodus so konfiguriert ist, dass er einen PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert. Dadurch kann eine schnellere und genauere Synchronisierung erreicht werden, selbst wenn die Solldrehzahl im nichtlinearen Steuerungsbereich der elektrischen Maschine liegt.
Der Schritt des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi kann, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine und gleich oder kleiner als eine vorgewählte Drehzahlgrenze ist, das Auswählen eines vierten Synchronisierungssteuerungsmodus, und, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als die vorgewählte Drehzahlgrenze ist, das Auswählen eines fünften Synchronisierungssteuerungsmodus umfassen. Der vierte Synchronisierungssteuerungsmodus und der fünfte Synchronisierungssteuerungsmodus können jeweils so konfiguriert sein, dass sie einen entsprechenden PI-Regler verwenden, der ein Drehmoment anfordert. Die proportional und integral konstanten Parameter des vierten Synchronisierungssteuerungsmodus unterscheiden sich jedoch von den proportional und integral konstanten Parametern des fünften Synchronisierungssteuerungsmodus. Dadurch kann eine noch schnellere und genauere Synchronisierung für diese unterschiedlichen Solldrehzahlen im nichtlinearen Steuerungsbereich der elektrischen Maschine erreicht werden.
Die vorliegende Offenbarung stellt ferner ein Computerprogramm bereit, das Befehle umfasst, die, wenn sie von einer Steuervorrichtung ausgeführt werden, die Steuervorrichtung veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ferner ein computerlesbares Medium bereit, das Befehle umfasst, die, wenn sie von einer Steuervorrichtung ausgeführt werden, die Steuervorrichtung veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Des Weiteren wird gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die so konfiguriert ist, dass sie die Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang steuert. Der Antriebsstrang umfasst die elektrische Maschine und ein Getriebe. Die Steuervorrichtung ist so konfiguriert, dass sie basierend auf einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine einen Synchronisierungssteuermodus aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuermodi auswählt, die dazu eingerichtet sind, eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen. Die Steuervorrichtung ist ferner so konfiguriert, dass sie die elektrische Maschine durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Synchronisierungssteuerungsmodus synchronisiert.
Die Steuervorrichtung bietet die gleichen Vorteile, wie sie oben in Bezug auf das entsprechende Verfahren zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang beschrieben wurden.
Die Steuereinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist, einen ersten Synchronisierungssteuerungsmodus auswählt, wobei der erste Synchronisierungssteuerungsmodus dazu eigerichtet ist, durch eine Anforderung eines vorbestimmten Drehmomentwerts oder durch eine Anforderung von mindestens zwei aufeinander folgenden vorbestimmten Drehmomentwerten eine lineare Steuerung durchzuführen.
Die Steuervorrichtung kann ferner so konfiguriert sein, dass sie den Synchronisierungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi basierend auf einem Drehzahlfehler zwischen der Solldrehzahl der elektrischen Maschine und einer Drehzahl der elektrischen Maschine vor dem Einleiten der Synchronisierung auswählt. In einem solchen Fall, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als die vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist und der Drehzahlfehler gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, kann die Steuervorrichtung so konfiguriert sein, dass sie einen ersten Synchronisierungssteuermodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuermodi auswählt; und, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als die vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist und der Drehzahlfehler kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, kann die Steuervorrichtung so konfiguriert sein, dass sie einen zweiten Synchronisierungssteuermodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuermodi auswählt. In einem solchen Fall kann der erste Synchronisierungssteuerungsmodus dazu eingerichtet sein, durch eine Anforderung eines vorbestimmten Drehmomentwerts oder durch eine Anforderung von mindestens zwei aufeinander folgenden vorbestimmten Drehmomentwerten eine lineare Steuerung durchzuführen, und der zweite Synchronisierungssteuerungsmodus kann so konfiguriert sein, dass er einen PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert.
Die Steuereinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist, einen dritten Synchronisierungssteuerungsmodus auswählt, wobei der dritte Synchronisierungssteuerungsmodus so konfiguriert ist, dass er einen PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert.
Die Steuervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine und gleich oder kleiner als eine vorgewählte Drehzahlgrenze ist, einen vierten Synchronisierungssteuerungsmodus auswählt, und, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als die vorgewählte Drehzahlgrenze ist, einen fünften Synchronisierungssteuerungsmodus auswählt. In einem solchen Fall können sowohl der vierte Synchronisierungssteuerungsmodus als auch der fünfte Synchronisierungssteuerungsmodus so konfiguriert sein, dass sie einen entsprechenden PI-Regler verwenden, der ein Drehmoment anfordert. Die proportional und integral konstanten Parameter des vierten Synchronisierungssteuerungsmodus können sich jedoch von den proportional und integral konstanten Parameter des fünften Synchronisierungssteuerungsmodus unterscheiden.
Die vorliegende Offenbarung stellt ferner ein Fahrzeug bereit, das die oben beschriebene Steuereinrichtung umfasst. Das Fahrzeug kann einen Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine und einem Getriebe umfassen. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein landgestütztes Schwerfahrzeug handeln, beispielsweise einen Lastwagen oder einen Bus. Ferner kann das Fahrzeug ein vollelektrisches Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Beispiels eines Fahrzeugs,
2 zeigt schematisch ein Beispiel für einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer elektrischen Maschine und einem Getriebe,
3 stellt ein Flussdiagramm dar, das schematisch das hier beschriebene Verfahren zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine veranschaulicht,
4 stellt ein Flussdiagramm dar, das schematisch eine erste beispielhafte Ausführungsform des Schritts des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi veranschaulicht,
5 stellt ein Flussdiagramm dar, das schematisch eine zweite beispielhafte Ausführungsform des Schrittes des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi veranschaulicht,
6 zeigt schematisch eine Vorrichtung, die eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang darstellen, umfassen oder ein Teil davon sein kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen und die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, die diskutiert und/oder in den Zeichnungen gezeigt werden, sondern kann im Rahmen der beigefügten Ansprüche variiert werden. Außerdem sind die Zeichnungen nicht als maßstabsgetreu anzusehen, da einige Merkmale zur besseren Veranschaulichung der Erfindung oder ihrer Merkmale übertrieben dargestellt sein können.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang bereit. Das Verfahren wurde in erster Linie für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang entwickelt, könnte aber auch in anderen Arten von Antriebssträngen verwendet werden, falls gewünscht. Der Antriebsstrang umfasst die elektrische Maschine und ein Getriebe, das mit der elektrischen Maschine verbunden oder zumindest verbindbar ist. Bei dem Getriebe kann es sich um ein Stufengetriebe, beispielsweise um ein automatisiertes Schaltgetriebe (AMT) handeln. Ferner kann das Getriebe ein unsynchronisiertes Getriebe sein. Die elektrische Maschine kann durch einen Wechselrichter gesteuert werden.
Das Verfahren zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang umfasst einen Schritt, bei dem basierend auf einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine ein Synchronisierungssteuerungsmodus aus einer Mehrzahl von Synchronisierungsmodi ausgewählt wird. Die Mehrzahl von Synchronisierungsmodi sind jeweils dazu eingerichtet, eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen. Das Verfahren umfasst ferner das Synchronisieren der elektrischen Maschine durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Synchronisierungssteuerungsmodus.
Die Solldrehzahl der elektrischen Maschine entspricht der Drehzahl einer Ausgangswelle des Getriebes multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis des einzulegenden Gangs, d. h. des neuen Gangs, in den das Getriebe geschaltet wird. Mit anderen Worten, die Solldrehzahl der elektrischen Maschine ist die Drehzahl, die die elektrische Maschine am Ende des Synchronisierungsschritts erreicht haben sollte, damit der neue Gang eingelegt werden kann.
In einigen Fällen kann die Auswahl eines Synchronisierungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi zusätzlich zur Solldrehzahl der elektrischen Maschine auch auf dem Drehzahlfehler zwischen der Solldrehzahl der elektrischen Maschine und einer aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine (d. h. der Drehzahl der elektrischen Maschine vor dem Einleiten der Synchronisierung) basieren.
Wie oben erwähnt, wird die elektrische Maschine durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit einem Synchronisierungssteuerungsmodus synchronisiert, der aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi ausgewählt wird, die zur Durchführung der Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung geeignet sind. Die Synchronisierung durch Drehmomentsteuerung wird erreicht, indem von einem mit der elektrischen Maschine verbundenen Wechselrichter ein Drehmoment angefordert und die vom Wechselrichter gemeldete Drehzahl der elektrischen Maschine überwacht wird, um die elektrische Maschine auf die Solldrehzahl zu steuern.
Die Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi kann beispielsweise mindestens drei verschiedene Synchronisierungssteuerungsmodi umfassen, die jeweils dazu eingerichtet sind, eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen. Jeder Synchronisierungssteuerungsmodus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi kann an einen bestimmten Bereich einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine angepasst sein. Eine Erhöhung der Anzahl von verfügbaren Synchronisierungssteuerungsmodi ermöglicht bessere Anpassungsmöglichkeiten an die Drehmomentreaktionscharakteristik des Wechselrichters bei unterschiedlichen Drehzahlen der elektrischen Maschine. Eine zu große Anzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi kann jedoch den Auswahlprozessmodus komplex machen, was zu einer erhöhten Komplexität des Verfahrens zur Steuerung der Synchronisierung der elektrischen Maschine führen kann. Ein Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi kann beispielsweise von einem P-Regler, einem PI-Regler, einem PID-Regler oder einem Linearregler ausgeführt werden, der so konfiguriert ist, dass er (einen) konstante(n) Drehmomentwert(e) anfordert. Andere Arten von Reglern, wie z. B. nichtlineare Regler, sind ebenfalls denkbar. Die Steuerparameter in jedem der Synchronisierungssteuerungsmodi können an die Drehmomentreaktionscharakteristiken der elektrischen Maschine innerhalb des Drehzahlbereichs des jeweiligen Synchronisierungssteuerungsmodus angepasst sein.
Vorzugsweise umfasst die Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi mindestens einen Synchronisierungssteuerungsmodus, der für die Verwendung in einem linearen Steuerungsbereich der elektrischen Maschine konfiguriert ist, und mindestens einen Synchronisierungssteuerungsmodus, der für die Verwendung in einem nichtlinearen Steuerungsbereich der elektrischen Maschine, d. h. bei einer Feldschwächung, konfiguriert ist. Vorzugsweise umfasst die Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi zwei verschiedene Synchronisierungssteuerungsmodi, die für die Verwendung bei einer Feldschwächung konfiguriert sind.
Gemäß einem Beispiel kann der Schritt des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist, das Auswählen eines ersten Synchronisierungssteuerungsmodus umfassen. Die vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine kann die Basisdrehzahl der elektrischen Maschine oder eine von der Basisdrehzahl um einen vorbestimmten Versatz abweichende Drehzahl sein. Der erste Synchronisierungssteuerungsmodus kann dazu eingerichtet sein, durch eine Anforderung eines vorbestimmten Drehmomentwerts eine lineare Steuerung durchzuführen. Dies wird im Fachjargon manchmal als Anforderung eines konstanten Drehmoments bezeichnet. Alternativ dazu kann der erste Synchronisierungssteuerungsmodus dazu eingerichtet sein, durch eine Anforderung von mindestens zwei aufeinander folgenden vorbestimmten Drehmomentwerten eine lineare Steuerung durchzuführen. In diesem Fall kann der erste Drehmomentwert der aufeinander folgenden vorbestimmten Drehmomentwerte beispielsweise höher sein als der angeforderte zweite Drehmomentwert. Dadurch wird ein niedrigeres Drehmoment angefordert, wenn sich die Drehzahl der elektrischen Maschine während der Synchronisierung der Solldrehzahl nähert. Der beschriebene erste Synchronisierungssteuerungsmodus hat den Vorteil einer sehr schnellen Reaktion und damit einer schnellen Synchronisierung auf die Solldrehzahl, wenn er in dem linearen Steuerungsbereich verwendet wird. Sie ist jedoch möglicherweise nicht für den Einsatz bei einer Feldschwächung geeignet.
Gemäß einem anderen Beispiel kann der Schritt des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als die vorgegebene Drehzahl der elektrischen Maschine ist (die, wie oben erwähnt, die Basisdrehzahl oder eine von der Basisdrehzahl um einen vorbestimmten Versatz abweichende Drehzahl sein kann) und der Drehzahlfehler vor dem Einleiten der Synchronisierung unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, das Auswählen eines zweiten Synchronisierungssteuerungsmodus umfassen. Der erste vorgegebene Schwellenwert kann beispielsweise ein Prozentsatz der vordefinierten Drehzahl der elektrischen Maschine sein, wie z.B. 30%, 25% oder 20% der vordefinierten Drehzahl. Der zweite Synchronisierungssteuerungsmodus kann so konfiguriert sein, dass er einen ersten PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert. In diesem Fall kann, wenn der Drehzahlfehler vor dem Einleiten der Synchronisierung gleich oder größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, der oben beschriebene erste Synchronisierungssteuerungsmodus ausgewählt werden. Durch Auswählen des oben beschriebenen zweiten Synchronisierungssteuerungsmodus, wenn der Drehzahlfehler relativ klein ist, nähert sich die Drehzahl der elektrischen Maschine schneller und mit hoher Genauigkeit der Solldrehzahl an. Dadurch wird das Risiko eines unbeabsichtigten Überschreitens der Solldrehzahl verringert.
Der Schritt des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi kann, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist, das Auswählen eines dritten Synchronisierungssteuerungsmodus umfassen. Wie oben erwähnt, kann die vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine die Basisdrehzahl der elektrischen Maschine oder eine andere Drehzahl sein, die sich von der Basisdrehzahl um einen vorbestimmten Versatz unterscheidet. Der dritte Synchronisierungssteuerungsmodus kann so konfiguriert sein, dass er einen zweiten PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert. Die proportional und integral Konstanten, die in dem PI-Regler der dritten Synchronisierungssteuerung (d. h. dem zweiten PI-Regler) verwendet werden, können an die Drehmomentreaktionscharakteristik der elektrischen Maschine in dem nichtlinearen Steuerungsbereich, d. h. bei einer Feldschwächung, angepasst sein. Die proportional und integral Konstanten des dritten Synchronisierungssteuerungsmodus können sich von den proportional und integral Konstanten des oben beschriebenen zweiten Synchronisierungssteuerungsmodus unterscheiden, wenn ein solcher zweiter Synchronisierungssteuerungsmodus verfügbar ist. Die Verwendung eines PI-Reglers in dem nichtlinearen Steuerungsbereich der elektrischen Maschine hat den Vorteil, dass er im Vergleich zu einem Synchronisierungssteuerungsmodus, bei dem eine lineare Steuerung durch eine Anforderung eines vorbestimmten Drehmomentwerts durchgeführt wird, zu einer schnelleren und genaueren Synchronisierung der elektrischen Maschine auf die Solldrehzahl führt, ohne dass das Risiko besteht, dass die Solldrehzahl unbeabsichtigt überschritten wird.
Alternativ dazu, kann es zwei Synchronisierungssteuerungsmodi geben, die so konfiguriert sind, dass sie in einem nichtlinearen Steuerungsbereich der elektrischen Maschine verwendet werden. In diesem Fall kann der Schritt des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine und gleich oder kleiner als eine vorgewählte Drehzahlgrenze ist, das Auswählen eines vierten Synchronisierungssteuerungsmodus, und, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als die vorgewählte Drehzahlgrenze ist, das Auswählen eines fünften Synchronisierungssteuerungsmodus umfassen. Der vierte Synchronisierungssteuerungsmodus kann so konfiguriert sein, dass er einen dritten PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert, und der fünfte Synchronisierungssteuerungsmodus kann so konfiguriert sein, dass er einen vierten PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert. Die proportional und integral konstanten Parameter des vierten Synchronisierungssteuerungsmodus unterscheiden sich jedoch von den proportional und integral konstanten Parametern des fünften Synchronisierungssteuerungsmodus. Genauer gesagt können die proportional und integral konstanten Parameter des dritten bzw. des vierten PI-Reglers an den Bereich der Solldrehzahl der elektrischen Maschine angepasst sein, in dem sie eingesetzt werden sollen. Dadurch kann eine noch schnellere und genauere Synchronisierung der elektrischen Maschine erreicht werden, da die Steuerparameter besser an die Drehmomentreaktionscharakteristik des Wechselrichters angepasst werden können. Beispielsweise kann die proportional Konstante des vierten Synchronisierungssteuerungsmodus höher, die integral Konstante des vierten Synchronisierungssteuerungsmodus jedoch kleiner sein als die proportional und integral konstanten Parameter des fünften Synchronisierungssteuerungsmodus.
Es soll hier berücksichtigt werden, dass dann, wenn der zweite Synchronisierungssteuerungsmodus, der vierte Synchronisierungssteuerungsmodus und der fünfte Synchronisierungssteuerungsmodus, wie oben beschrieben, alle verfügbaren Synchronisierungssteuerungsmodi sind, sich die proportional und integral Konstanten des jeweiligen Synchronisierungssteuerungsmodus von den proportional und integral Konstanten eines jeden der anderen Synchronisierungssteuerungsmodi unterscheiden können.
Es sollte auch berücksichtigt werden, dass die Synchronisierungssteuerungsmodi, die einen PI-Regler verwenden, der ein Drehmoment anfordert, so konfiguriert sein können, dass sie die proportional und integral Konstanten, falls gewünscht, während der Synchronisierung ändern. Beispielsweise können die proportional und integral Konstanten eines bestimmten Synchronisierungssteuerungsmodus in Abhängigkeit der Änderung eines Drehzahlfehlers während der Synchronisierung geändert werden. Beispielsweise können die die proportional und integral Konstanten einen ersten Wert haben, wenn der Drehzahlfehler über einer ersten Drehzahlfehlergrenze liegt, und einen zweiten Wert, wenn die erste Drehzahlfehlergrenze erreicht ist. Eine solche Änderung der die proportional und integral Konstanten ist in den Synchronisierungssteuerungsmodus eingebettet und somit unabhängig von dem Schritt des Auswählens des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi.
Die Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine kann durch programmierte Befehle gesteuert werden. Diese programmierten Befehle haben typischerweise die Form eines Computerprogramms, das, wenn es in oder von einer Steuervorrichtung ausgeführt wird, die Steuervorrichtung veranlasst, die gewünschten Formen von Steueraktionen zu bewirken. Derartige Befehle können typischerweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner eine Steuervorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang gemäß dem oben beschriebenen Verfahren steuert. Die Steuervorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie jeden der hier beschriebenen Schritte des Verfahrens zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine ausführt.
Genauer gesagt wird eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die so konfiguriert ist, dass sie die Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang steuert. Der Antriebsstrang umfasst die elektrische Maschine und ein Getriebe. Die Steuervorrichtung ist so konfiguriert, dass sie basierend auf einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine einen Synchronisierungssteuermodus aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuermodi auswählt, die dazu eingerichtet sind, eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen. Die Steuervorrichtung ist ferner so konfiguriert, dass sie die elektrische Maschine durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Synchronisierungssteuerungsmodus synchronisiert.
Die Steuervorrichtung kann eine oder mehrere Steuereinheit(en) umfassen. Wenn das Steuervorrichtung mehrere Steuereinheiten umfasst, kann jede Steuereinheit so konfiguriert sein, dass es eine bestimmte Funktion steuert, oder eine bestimmte Funktion kann auf mehr als eine Steuereinheit aufgeteilt sein. Die Steuervorrichtung kann eine Steuervorrichtung des Antriebsstrangs sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Genauer gesagt, kann die Steuervorrichtung eine Mehrzahl von Reglern umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Drehmoment anfordern. Solche Regler können in Form von einem oder mehreren P-Regler(n), PI-Regler(n), PID-Regler(n) oder linearen Regler(n) vorliegen, die so konfiguriert sind, dass sie (ein) konstante(s) Drehmoment(e) anfordern. Andere Arten von Reglern, wie z. B. nichtlineare Regler, sind ebenfalls denkbar. Ein Regler kann z. B. aus einer Steuereinheit gebildet sein, oder eine Steuereinheit kann einen oder mehrere Regler umfassen.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang. Der Antriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine und ein Getriebe. Das Fahrzeug umfasst ferner die oben beschriebene Steuereinrichtung. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein landgestütztes Schwerfahrzeug handeln, wie beispielsweise einen Lastwagen oder einen Bus, ist aber nicht darauf beschränkt. Außerdem kann das Fahrzeug, falls gewünscht, ein vollelektrisches Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein.
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Beispiels eines Fahrzeugs 1. Das Fahrzeug 1 umfasst einen Antriebsstrang 2. Der Fahrzeugantriebsstrang 2 umfasst eine Antriebseinheit in Form einer elektrischen Maschine 3 und ein Getriebe 4, das so konfiguriert ist, dass es das Antriebsmoment von der elektrischen Maschine selektiv auf die Antriebsräder 7 überträgt. Das Getriebe 4 kann über eine Kardanwelle 6 mit den Antriebsrädern 7 des Fahrzeugs 1 verbunden sein. Die elektrische Maschine kann von einer Energiespeichereinrichtung 13 gespeist werden.
2 zeigt schematisch ein Beispiel für einen Fahrzeugantriebsstrang 2, z. B. einen Fahrzeugantriebsstrang des in 1 gezeigten Fahrzeugs 1. Der Fahrzeugantriebsstrang 2 umfasst eine elektrische Maschine 3, die so konfiguriert ist, dass sie als Antriebseinheit fungiert. Falls gewünscht, kann die elektrische Maschine 3 außerdem so konfiguriert sein, dass sie als Generator fungiert. Eine Energiespeichereinrichtung (in 1 dargestellt) kann über einen Wechselrichter 5 mit der elektrischen Maschine verbunden sein. Die elektrische Maschine 3 kann durch einen Wechselrichter 5 gesteuert werden. Der Wechselrichter 5 ist so konfiguriert, dass er aus einer Zwischenkreis-/Busspannung (von der Energiespeichereinrichtung) eine Wechselspannung erzeugt, die der elektrischen Maschine zugeführt wird. Durch eine Steuerung der Parameter der Wechselspannung, wie Amplitude und Frequenz, steuert der Wechselrichter 5 somit die elektrische Maschine 3. Die Steuerung der elektrischen Maschine kann entweder durch eine Drehzahlsteuerung oder durch eine Drehmomentsteuerung erfolgen.
Der Antriebsstrang des Fahrzeugs umfasst auch ein Getriebe 4, das so konfiguriert ist, dass es das Antriebsdrehmoment von der elektrischen Maschine 3 in verschiedenen Übersetzungsverhältnissen über eine Kardanwelle 6 und eine Antriebswelle 8 an die Antriebsräder 7 überträgt. Die Antriebswelle 8 ist eine mit den Antriebsrädern 7 verbundene Radachse. Die Kardanwelle 6 kann über ein herkömmliches Endgetriebe und ein Differential 9 mit der Antriebswelle 8 verbunden sein. Die Kardanwelle 6, die Antriebswelle 8, das Endgetriebe und das Differential 9 sind ebenso wie die Antriebsräder 7 Bestandteile des Fahrzeugantriebsstrangs 2.
Das Getriebe 4 kann ein unsynchronisiertes Getriebe sein, was bedeutet, dass es keine Synchronisierungsvorrichtungen, wie z. B. ein Synchronisierungsgetriebe, zum Synchronisieren der Drehzahlen in dem Getriebe umfasst, damit ein neuer Gang eingelegt werden kann.
Der in 2 gezeigte Fahrzeugantriebsstrang 2 hat eine zentrale Antriebskonfiguration. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist und der Antriebsstrang eine andere Konfiguration haben kann, wie z. B. eine elektrische Achsenkonfiguration, bei der die elektrische Maschine und das Getriebe an der Antriebswelle 8 angeordnet sind, ohne dass eine Kardanwelle vorhanden ist.
Das Getriebe 4 umfasst eine erste Getriebewelle 10, mit der die elektrische Maschine 3 verbunden sein kann. Die erste Getriebewelle 10 fungiert somit als Eingangswelle des Getriebes 4. Das Getriebe umfasst ferner eine zweite Getriebewelle 20, die eine Ausgangswelle des Getriebes 4 bilden kann. Mit anderen Worten, die zweite Getriebewelle 20 kann mit der Kardanwelle 6 des Antriebsstrangs verbunden sein.
Die erste Getriebewelle 10 kann mittels einer Kopplungsvorrichtung 12 mit der zweiten Getriebewelle 20 verbindbar sein. Die Kopplungsvorrichtung 12 ist somit dazu konfiguriert, die erste Getriebewelle 10 selektiv mit der zweiten Getriebewelle 20 zu koppeln. Die Kopplungsvorrichtung kann beispielsweise eine verschiebbare Kopplungsmuffe sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Wenn die erste Getriebewelle 10 über die Kopplungsvorrichtung mit der zweiten Getriebewelle 20 gekoppelt ist, sind die erste Getriebewelle 10 und die zweite Getriebewelle 20 drehfest miteinander verbunden und weisen somit die gleiche Drehzahl auf.
Das Getriebe 4 umfasst ferner eine dritte Getriebewelle 30. Die dritte Getriebewelle 30 kann als Vorgelegewelle fungieren. Die dritte Getriebewelle 30 kann über ein erstes Zahnradpaar 11 drehbar mit der ersten Getriebewelle 10 verbunden sein. Genauer gesagt kann das erste Zahnradpaar 11 ein erstes Zahnrad 11a umfassen, das auf der ersten Getriebewelle 10 angeordnet und so konfiguriert ist, dass es sich mit dieser dreht. Das erste Zahnradpaar 11 umfasst ferner ein zweites Zahnrad 11b, das auf der dritten Getriebewelle angeordnet und so konfiguriert ist, dass es sich mit dieser dreht. Die Zähne des ersten Zahnrads 11a greifen in die entsprechenden Zähne des zweiten Zahnrads 11b ein. Somit bewirkt eine Drehung der ersten Getriebewelle 10 eine Drehung der dritten Getriebewelle 30 mit einer Drehgeschwindigkeit, die proportional zur Drehgeschwindigkeit der ersten Getriebewelle 10 ist, wie sie durch das Übersetzungsverhältnis des ersten Zahnradpaares 11 gegeben ist.
Ferner ist die dritte Getriebewelle 30 über ein zweites Zahnradpaar 21 drehbar mit der zweiten Getriebewelle 20 verbindbar. Das zweite Zahnradpaar 21 umfasst ein mit der zweiten Getriebewelle 20 verbindbares drittes Zahnrad 21a und ein auf der dritten Getriebewelle 30 angeordnetes viertes Zahnrad 21b. Die Zähne des dritten Zahnrads 21a greifen in die entsprechenden Zähne des vierten Zahnrads 21b ein. Das vierte Zahnrad 21b kann fest auf der dritten Getriebewelle 30 angeordnet sein, so dass es sich mit dieser dreht. Das dritte Zahnrad 21a kann jedoch so auf der zweiten Getriebewelle 20 angeordnet sein, dass es relativ zu der zweiten Getriebewelle 20 frei drehbar ist, aber selektiv mit der zweiten Getriebewelle 20 drehgekoppelt werden kann. Beispielsweise kann die oben beschriebene Kopplungsvorrichtung 12 so konfiguriert sein, dass sie das dritte Zahnrad 21a, wie in der Figur dargestellt, selektiv mit der zweiten Getriebewelle 20 koppelt. Alternativ dazu kann das Getriebe 4 eine zweite Kopplungsvorrichtung umfassen, wobei die zweite Kopplungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie das dritte Zahnrad 21a selektiv mit der zweiten Getriebewelle 20 koppelt.
Wenn die erste Getriebewelle 10 direkt mit der zweiten Getriebewelle 20 verbunden ist und das dritte Zahnrad 21a sich relativ zu der zweiten Getriebewelle 20 frei dreht, kann ein Antriebsdrehmoment von der elektrischen Maschine 3 über die erste Getriebewelle 10 und die zweite Getriebewelle 20 übertragen und anschließend über die Kardanwelle 6 und die Antriebswelle 8 auf die Antriebsräder 7 übertragen werden. Wenn jedoch die erste Getriebewelle 10 von der zweiten Getriebewelle 20 getrennt/entkoppelt ist und das dritte Zahnrad 21a drehfest mit der zweiten Getriebewelle 20 verbunden ist, kann ein Antriebsmoment von der elektrischen Maschine 3 über die erste Getriebewelle 10 und die dritte Getriebewelle 30 auf die zweite Getriebewelle 20 übertragen werden. Im letzteren Fall kann ein Antriebsdrehmoment von der elektrischen Maschine 3 also über das Getriebe 4 in einem durch das erste Zahnradpaar 11 und das zweite Zahnradpaar 21 vorgegebenen Verhältnis auf die Kardanwelle 6 übertragen werden. Das Getriebe 4 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ist somit ein sogenanntes 2-Gang-Getriebe. Wenn die erste Getriebewelle 10 von der zweiten Getriebewelle 20 getrennt/entkoppelt ist und das dritte Zahnrad 21a nicht drehfest mit der zweiten Getriebewelle 20 verbunden ist, befindet sich das Getriebe im Leerlauf.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das Getriebe 4 nicht auf das in 2 gezeigte Getriebe beschränkt ist, sondern, falls gewünscht, weitere Getriebewellen und Zahnradpaare umfassen kann. So kann z.B. ein 3-Gang-Getriebe vorgesehen werden.
Eine oder mehrere der Komponenten des Antriebsstrangs 2 können durch eine dafür konfigurierte Steuervorrichtung 100 gesteuert werden. Die Steuervorrichtung kann ein Teil des Antriebsstrangs 2 sein. Die Steuervorrichtung 100 kann so konfiguriert sein, dass sie das hier beschriebene Verfahren zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang ausführt.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das schematisch das Verfahren zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt S110 des Auswählens eines Synchronisierungssteuerungsmodus aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi, die zur Durchführung einer Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung geeignet sind. Die Auswahl des Synchronisierungssteuerungsmodus erfolgt basierend auf einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine. Falls gewünscht, kann auch der Drehzahlfehler zwischen der Solldrehzahl der elektrischen Maschine und der Drehzahl der elektrischen Maschine vor dem Einleiten der Synchronisierung bei der Auswahl des zu verwendenden Synchronisierungssteuerungsmodus berücksichtigt werden. Das Verfahren umfasst ferner einen zweiten Schritt S120 des Synchronisierens der elektrischen Maschine durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit dem in Schritt S110 ausgewählten Synchronisierungssteuerungsmodus.
4 zeigt eine erste beispielhafte Ausführungsform des Auswahlschritts S110 des in 3 dargestellten Verfahrens. Gemäß dieser ersten beispielhaften Ausführungsform umfasst die Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi mindestens zwei verschiedene Synchronisierungssteuerungsmodi, wie aus der nachfolgenden Offenbarung ersichtlich wird.
Gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren einen ersten Teilschritt S111 des Bestimmens, ob die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist.
Die vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine kann beispielsweise die Basisdrehzahl der elektrischen Maschine oder eine andere vordefinierte Drehzahl sein, die sich von der Basisdrehzahl um einen vordefinierten Versatz unterscheidet.
Wenn in Schritt S111 bestimmt wird, dass die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist, kann das Verfahren zu einem zweiten Teilschritt S112 des Bestimmens übergehen, ob der Drehzahlfehler zwischen der Solldrehzahl der elektrischen Maschine und der aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine (d.h. der Drehzahl vor dem Einleiten der Synchronisierung) gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn der Drehzahlfehler gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, geht das Verfahren zu einem dritten Teilschritt S113 über, in dem der erste Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi ausgewählt wird. Der erste Synchronisierungssteuerungsmodus kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, durch eine Anforderung eines vorbestimmten Drehmomentwerts oder durch eine Anforderung von mindestens zwei aufeinander folgenden vorbestimmten Drehmomentwerten eine lineare Steuerung durchzuführen. Ein solcher vorbestimmter Drehmomentwert kann im Fachjargon oft als „konstantes Drehmoment“ oder „konstanter Drehmomentwert“ bezeichnet werden.
Wenn jedoch in Schritt S112 bestimmt wird, dass der Drehzahlfehler kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, kann das Verfahren zu einem vierten Teilschritt übergehen, der das Auswählen eines zweiten Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi umfasst. Im Gegensatz zum ersten Synchronisierungssteuerungsmodus kann der zweite Synchronisierungssteuerungsmodus beispielsweise so konfiguriert sein, dass er einen erster PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert. Ein solcher zweiter Synchronisierungssteuerungsmodus kann zum Beispiel das Risiko einer unbeabsichtigten Überschreitung der Solldrehzahl beim Synchronisieren der elektrischen Maschine weiter verringern.
Wenn jedoch in Schritt S111 bestimmt wird, dass die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als die vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist, geht das Verfahren zu einem fünften Teilschritt S115 über, der das Auswählen eines dritten Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi umfasst. Der dritte Synchronisierungssteuerungsmodus kann so konfiguriert sein, dass er einen zweiten PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert. Es sollte hier berücksichtigt werden, dass sich die proportional (P) und integral (I) konstanten Parameter des dritten Synchronisierungssteuerungsmodus von den proportional (P) und integral (I) konstanten Parametern des zweiten Synchronisierungssteuerungsmodus unterscheiden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Auswählen des Synchronisierungssteuerungsmodus nicht nur basierend auf der Solldrehzahl der elektrischen Maschine, sondern auch basierend auf dem Drehzahlfehler optional ist. Mit anderen Worten, der Schritt S112 ist optional und wird daher durch gestrichelte Linien dargestellt. Ebenso kann der zweite Synchronisierungssteuerungsmodus in einem solchen Fall nicht vorhanden sein. Daher ist der Schritt S114 ebenfalls mit gestrichelten Linien dargestellt.
5 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform des Auswahlschritts S110 des in 3 dargestellten Verfahrens. Gemäß dieser zweiten beispielhaften Ausführungsform umfasst die Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi mindestens drei verschiedene Synchronisierungssteuerungsmodi, wie aus der nachfolgenden Offenbarung ersichtlich wird.
Die zweite beispielhafte Ausführungsform des Auswahlschritts S110 entspricht der in 4 dargestellten ersten beispielhaften Ausführungsform mit der Ausnahme, dass das Verfahren zu einem sechsten Teilschritt S116 übergeht, wenn in Schritt S111 bestimmt wird, dass die Solldrehzahl der elektrischen Maschine größer als die vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist. Der sechste Teilschritt S116 umfasst das Bestimmen, ob die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als eine vorgewählte Drehzahlgrenze ist. Wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als die vorgewählte Drehzahlgrenze ist, geht das Verfahren zu einem siebten Teilschritt S117 über, der das Auswählen eines vierten Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi umfasst. Ist die Solldrehzahl der elektrischen Maschine jedoch größer als die vorgewählten Drehzahlgrenze, geht das Verfahren zu einem achten Teilschritt S118 über, der das Auswählen eines fünften Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi umfasst.
Der vierte und der fünfte Synchronisierungssteuerungsmodus können so konfiguriert sein, dass sie einen entsprechenden PI-Regler verwenden, der ein Drehmoment anfordert. Die proportional und integral konstanten Parameter des vierten Synchronisierungssteuerungsmodus unterscheiden sich jedoch von den proportional und integral konstanten Parametern des fünften Synchronisierungssteuerungsmodus. Beispielsweise kann die proportional Konstante des vierten Synchronisierungssteuerungsmodus höher, die integral Konstante des vierten Synchronisierungssteuerungsmodus jedoch kleiner sein als die proportional und integral konstanten Parameter des fünften Synchronisierungssteuerungsmodus.
6 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung 500. Die oben beschriebene Steuervorrichtung 100 kann beispielsweise die Vorrichtung 500 umfassen, aus der Vorrichtung 500 bestehen oder in der Vorrichtung 500 enthalten sein.
Die Vorrichtung 500 umfasst einen nichtflüchtigen Speicher 520, eine Datenverarbeitungseinheit 510 und einen Schreib-Lese-Speicher 550. Der nichtflüchtige Speicher 520 hat ein erstes Speicherelement 530, in dem ein Computerprogramm, z. B. ein Betriebssystem, zur Steuerung der Funktion der Vorrichtung 500 gespeichert ist. Die Vorrichtung 500 umfasst ferner einen Bus-Controller, einen seriellen Kommunikationsanschluss, E/A-Mittel, einen A/D-Wandler, eine Zeit- und Datumseingabe- und - übertragungseinheit, einen Ereigniszähler und eine Unterbrechungs-Steuerung (nicht dargestellt). Der nichtflüchtige Speicher 520 umfasst auch ein zweites Speicherelement 540.
Es wird ein Computerprogramm P bereitgestellt, das Befehle zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang umfasst. Das Computerprogramm umfasst Befehle, um basierend auf einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine einen Synchronisierungssteuerungsmodus aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi auszuwählen, die dazu eingerichtet sind, eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen. Das Computerprogramm umfasst ferner Befehle zum Synchronisieren der elektrischen Maschine durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Synchronisierungssteuerungsmodus.
Das Programm P kann in ausführbarer Form oder in komprimierter Form in einem Speicher 560 und/oder in einem Schreib-Lese-Speicher 550 gespeichert sein.
Die Datenverarbeitungseinheit 510 kann eine oder mehrere Funktionen ausführen, d. h. die Datenverarbeitungseinheit 510 kann einen bestimmten Teil des im Speicher 560 gespeicherten Programms P oder einen bestimmten Teil des im Schreib-/Lesespeicher 550 gespeicherten Programms P ausführen.
Die Datenverarbeitungseinheit 510 kann über einen Datenbus 515 mit einem Datenanschuss 599 kommunizieren. Der nichtflüchtige Speicher 520 ist für die Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 510 über einen Datenbus 512 vorgesehen. Der separate Speicher 560 ist für die Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 510 über einen Datenbus 511 vorgesehen. Der Schreib-/Lesespeicher 550 ist dazu bestimmt, über einen Datenbus 514 mit der Datenverarbeitungseinheit 510 zu kommunizieren. Die Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten kann über eine Kommunikationsverbindung erfolgen. Eine Kommunikationsverbindung kann eine physikalische Verbindung wie eine optoelektronische Kommunikationsleitung oder eine nicht-physikalische Verbindung wie eine drahtlose Verbindung, z. B. eine Funk- oder Mikrowellenverbindung, sein.
Wenn Daten über den Datenanschluss 599 empfangen werden, können sie vorübergehend im zweiten Speicherelement 540 gespeichert werden. Wenn die empfangenen Eingabedaten vorübergehend gespeichert wurden, ist die Datenverarbeitungseinheit 510 bereit, den Code wie oben beschrieben auszuführen.
Teile der hier beschriebenen Verfahren können von der Vorrichtung 500 mit Hilfe der Datenverarbeitungseinheit 510 ausgeführt werden, die das im Speicher 560 oder im Schreib-Lese-Speicher 550 gespeicherte Programm ausführt. Wenn die Vorrichtung 500 das Programm ausführt, werden die hier beschriebenen Verfahren ausgeführt.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Synchronisierung einer elektrischen Maschine (3) während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang (2), das von einer Steuervorrichtung (100) durchgeführt wird, wobei der Antriebsstrang (2) die elektrische Maschine (3) und ein Getriebe (4) umfasst; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: basierend auf einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine, Auswählen (S110) eines Synchronisierungssteuerungsmodus aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi, die dazu eingerichtet sind, eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen; und Synchronisieren (S120) der elektrischen Maschine (3) durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit dem ausgewählten Synchronisierungssteuerungsmodus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi mindestens drei verschiedene Synchronisierungssteuerungsmodi umfasst, wobei jeder Synchronisierungssteuerungsmodus dazu eingerichtet ist, eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Schritt des Auswählens (S110) des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi umfasst: wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine (3) ist, Auswählen (S113) eines ersten Synchronisierungssteuerungsmodus, wobei der erste Synchronisierungssteuerungsmodus dazu eingerichtet ist, durch eine Anforderung eines vorbestimmten Drehmomentwerts oder durch eine Anforderung von mindestens zwei aufeinander folgenden vorbestimmten Drehmomentwerten eine lineare Steuerung durchzuführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine (3) ist, der Schritt des Auswählens (S110) des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi ferner auf einem Drehzahlfehler zwischen der Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) und einer Drehzahl der elektrischen Maschine (3) vor dem Einleiten der Synchronisierung basiert.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Auswählens (S110) des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi umfasst: wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine ist und der Drehzahlfehler unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, Auswählen (S114) eines zweiten Synchronisierungssteuerungsmodus, wobei der zweite Synchronisierungssteuerungsmodus so konfiguriert ist, dass er einen PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste vorbestimmte Schwellenwert einen vorgewählten Prozentsatz der vordefinierten Drehzahl der elektrischen Maschine (3) darstellt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Auswählens (S110) des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi umfasst: wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) größer als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine (3) ist, Auswählen (S115) eines dritten Synchronisierungssteuerungsmodus, wobei der dritte Synchronisierungssteuerungsmodus so konfiguriert ist, dass er einen PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schritt des Auswählens (S110) des Synchronisierungssteuerungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi umfasst: wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) größer als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine (3) und gleich oder kleiner als eine vorgewählte Drehzahlgrenze ist, Auswählen (S117) eines vierten Synchronisierungssteuerungsmodus, wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) größer als die vorgewählte Drehzahlgrenze ist, Auswählen (S118) eines fünften Synchronisierungssteuerungsmodus, wobei der vierte Synchronisierungssteuerungsmodus und der fünfte Synchronisierungssteuerungsmodus jeweils so konfiguriert sind, dass sie einen PI-Regler verwenden, der ein Drehmoment anfordert, und wobei sich die proportional und integral konstanten Parameter des vierten Synchronisierungssteuerungsmodus von den proportional und integral konstanten Parametern des fünften Synchronisierungssteuerungsmodus unterscheiden.
Computerprogramm das Befehle umfasst, die, wenn sie von einer Steuervorrichtung (100) ausgeführt werden, die Steuervorrichtung (100) veranlassen, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Computerlesbares Medium das Befehle umfasst, die, wenn sie von einer Steuervorrichtung (100) ausgeführt werden, die Steuervorrichtung (100) veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Steuervorrichtung (100), die so konfiguriert ist, dass sie die Synchronisierung einer elektrischen Maschine (3) während eines Schaltvorgangs in einem Antriebsstrang (2) steuert, wobei der Antriebsstrang (2) die elektrische Maschine (3) und ein Getriebe (4) umfasst; wobei die Steuervorrichtung (100) so konfiguriert ist, dass sie: basierend auf einer Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) aus einer Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi, die dazu eingerichtet sind, eine Synchronisierung durch eine Drehmomentsteuerung durchzuführen, einen Synchronisierungssteuerungsmodus auswählt, und die elektrische Maschine (3) durch eine Drehmomentsteuerung in Übereinstimmung mit dem gewählten Synchronisierungssteuerungsmodus synchronisiert.
Steuervorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei die Steuervorrichtung (100) so konfiguriert ist, dass sie: wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) gleich oder kleiner als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine (3) ist, einen ersten Synchronisierungssteuerungsmodus auswählt, wobei der erste Synchronisierungssteuerungsmodus dazu eingerichtet ist, durch eine Anforderung eines vorbestimmten Drehmomentwerts oder durch eine Anforderung von mindestens zwei aufeinander folgenden vorbestimmten Drehmomentwerten eine lineare Steuerung durchzuführen.
Steuervorrichtung (100) nach Anspruch 11, die ferner so konfiguriert ist, dass sie den Synchronisierungsmodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuerungsmodi basierend auf einem Drehzahlfehler zwischen der Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) und einer Drehzahl der elektrischen Maschine (3) vor dem Einleiten der Synchronisierung auswählt, und wobei wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) gleich oder kleiner als die vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine (3) ist und der Drehzahlfehler gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, ist die Steuervorrichtung (100) so konfiguriert, dass sie einen ersten Synchronisierungssteuermodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuermodi auswählt; und wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) gleich oder kleiner als die vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine (3) ist und der Drehzahlfehler unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, ist die Steuervorrichtung (100) so konfiguriert, dass sie einen zweiten Synchronisierungssteuermodus aus der Mehrzahl von Synchronisierungssteuermodi auswählt; wobei der erste Synchronisierungssteuerungsmodus dazu eingerichtet ist, durch eine Anforderung eines vorbestimmten Drehmomentwerts oder durch eine Anforderung von mindestens zwei aufeinander folgenden vorbestimmten Drehmomentwerten eine lineare Steuerung durchzuführen, und der zweite Synchronisierungssteuerungsmodus so konfiguriert ist, dass er einen PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert.
Steuervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Steuervorrichtung (100) so konfiguriert ist, dass sie: wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) größer als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine (3) ist, einen dritten Synchronisierungssteuerungsmodus auswählt, wobei der dritte Synchronisierungssteuerungsmodus so konfiguriert ist, dass er einen PI-Regler verwendet, der ein Drehmoment anfordert.
Steuervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Steuervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie: wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) größer als eine vordefinierte Drehzahl der elektrischen Maschine und gleich oder kleiner als eine vorgewählte Drehzahlgrenze ist, einen vierten Synchronisierungssteuerungsmodus auswählt, und wenn die Solldrehzahl der elektrischen Maschine (3) größer als die vorgewählte Drehzahlgrenze ist, einen fünfte Synchronisierungssteuerungsmodus auswählt, wobei der vierte Synchronisierungssteuerungsmodus und der fünfte Synchronisierungssteuerungsmodus jeweils so konfiguriert sind, dass sie einen PI-Regler verwenden, der ein Drehmoment anfordert, und wobei sich die proportional und integral konstanten Parameter des vierten Synchronisierungssteuerungsmodus von den proportional und integral konstanten Parametern des fünften Synchronisierungssteuerungsmodus unterscheiden.
Fahrzeug (1), das die Steuervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 15 umfasst.