DE19944244A1

DE19944244A1 - Regeneratives Bremssystem

Info

Publication number: DE19944244A1
Application number: DE19944244A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Tamagawa; Mitsuaki Hirakawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2000-03-30
Also published as: US6222334B1; JP3943726B2; JP2000092887A

Abstract

Ein regeneratives Bremssystem zum Erzeugen eines regenerativen Moments in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Momentkommando in einem Elektromotor weist auf: einen Stromdetektor, einen Spannungsdetektor, einen Drehgeschwindigkeitsdetektor, eine Sollerzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungseinheit zum Berechnen einer Sollerzeugungs-Energie/Leistung aus der Spannung einer Energieversorgung des Elektromotors, der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors und einem vorbestimmten Momentkommando, eine Isterzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungseinheit zum Berechnen einer Isterzeugungs-Energie/Leistung des Elektromotors aus dem Ankerstrom des Elektromotors und der Spannung der Energieversorgung des Elektromotors, eine Beeinflussungsgrößen-Berechnungseinheit zum Berechnen einer Beeinflussungsgröße zum Eliminieren einer Abweichung zwischen der Sollerzeugungs-Energie/Leistung und der Isterzeugungs-Energie/Leistung aus der Abweichung gemäß einem Rückkopplungs-Steuer/Regelprozeß und eine regenerative Steuereinheit zum Steuern/Regeln des Ankerstroms des Elektromotors in Abhängigkeit von der Beeinflussungsgröße auf ein regeneratives Bremsen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein regeneratives Brems system zum Steuern/Regeln eines durch den Anker (Läufer, Rotor) eines elektrischen Motors fließenden Stroms, um hierdurch ein in dem elektri schen Motor auf ein regeneratives Bremsen eines Hybridfahrzeugs erzeugtes regeneratives Moment zu steuern/regeln.

Beschreibung der verwandten Technik

Hybridfahrzeuge weisen als antreibende Antriebseinheiten für die Kraft fahrzeuge einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor für die Unterstützung der Ausgangs-Antriebskraft/-leistung des Verbrennungs motors auf. Wenn ein derartiges Hybridfahrzeug beschleunigt wird, werden die Antriebskraft des Verbrennungsmotors sowie auch die Antriebskraft des Elektromotors auf die Antriebsräder des Hybridfahr zeugs ausgeübt. Auf diese Weise werden die Ausgangs-Antriebskraft/- leistung des Verbrennungsmotors reduziert, der Brennstoffverbrauch durch den Motor gesenkt und das Abgasleistungsvermögen des Motors vergrößert, während zugleich das Fahrzeug ein benötigten Beschleuni gungsvermögen erreicht.

Der Elektromotor arbeitet ferner als ein elektrischer Generator. Wenn das Hybridfahrzeug verlangsamt wird, wird die kinetische Energie des Kraft fahrzeugs von den Antriebsrädern dem Elektromotor erteilt, der dann als der elektrische Generator arbeitet. Wenn der elektrische Generator elektrische Energie erzeugt, erzeugt er ein regeneratives Moment, das angewendet wird, das Fahrzeug zu bremsen (regeneratives Bremsen). Die erzeugte elektrische Energie wird wiedergewonnen, um für eine effektive Energieausnutzung eine Energieversorgung des Elektromotors, beispielsweise eine Batterie, ein elektrischer Doppelschichtkondensator o. dgl. zu laden.

Das im Elektromotor erzeugte regenerative Moment wird im allgemeinen durch Erfassen eines durch den Anker des Elektromotors fließenden Stroms (auf den hiernach als ein "Ankerstrom" Bezug genommen wird) und durch Steuern/Regeln des Ankerstroms in einer Rückkopplungsregel schleife gesteuert/geregelt, so daß der erfaßte Ankerstrom gemäß einem gegebenen Momentkommando gleich einem Sollstrom gemacht wird.

Typischerweise wird ein PWM - (Puls Width Modulation = Pulsbreiten modulation) - Steuer/Regelprozeß durchgeführt, um die Pulsdauer einer vom Anker ausgegebenen erzeugten Spannung zu variieren in Abhängig keit von der Differenz zwischen dem erfaßten Ankerstrom und dem Sollstrom, um hierdurch den Ankerstrom zu regulieren. Mit dem derart zum Steuern/Regeln des im Elektromotor erzeugten regenerativen Mo ments regulierten Ankerstrom kann das im Elektromotor erzeugte regene rative Moment gut gesteuert/geregelt werden - wenn Veränderungen der Energieversorgungsspannung relativ klein sind, wie dies etwa der Fall ist, wenn als die Energieversorgung des Elektromotors eine Batterie verwen det wird - weil dann das Vermögen des Ist-Stroms, dem Sollstrom zu folgen, konstant ist. Wenn allerdings als die Energieversorgung des Elektromotors eine Energieversorgung verwendet wird, deren Ausgangs spannung stark variabel ist, wie das etwa bei einem elektrischen Doppel schichtkondensator der Fall ist, wird die Steuerbarkeit/Regelbarkeit des im Elektromotor erzeugten regenerativen Moments vermindert, wenn aufgrund von Veränderungen in der Energieversorgungsspannung sich die Fähigkeit des Ankerstroms, vom Anker zur Energieversorgung zu fließen, ändert.

Der obige Nachteil kann möglicherweise eliminiert werden durch einen Software-implementierten Servo-Steuer/Regelprozeß zum Eingeben einer erfaßten Energieversorgungsspannung, eines erfaßten Ankerstroms, einer erfaßten Drehgeschwindigkeit des Elektromotors usw. als Steu er/Regelparameter und durch Steuern/Regeln des Ankerstroms in Abhän gigkeit von diesen Steuer/Regelparametern.

Um den Software-implementierten Servo-Steuer/Regelprozeß durch zuführen, ist es allerdings notwendig, im Voraus eine große Menge an Daten zu halten zum Bestimmen von Beeinflussungsgrößen, um einen Ankerstrom nach den Werten der verschiedenen Steuer/Regel-Para metern zu steuern/regeln, sowie ferner um komplizierte Berechnungen zum Bestimmen der Beeinflussungsgrößen auf Grundlage der somit gehaltenen großen Menge an Daten durchzuführen. Die komplizierten Berechnungen müssen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, um keine Verzögerung bei der Steuerung/Regelung des Elektromotors zu verursachen. Dementsprechend benötigt der Software-implementierte Servo-Steuer/Regelprozeß für seine Ausführung eine für komplexe Berechnungen bei hoher Geschwindigkeit geeignete Hochleistungs-CPU und -DSP (Zentralprozessoreinheit und digitaler Signalprozessor.) Als ein Ergebnis weist das System zum Ausführen des regenerativen Bremsens eine komplexe Struktur auf und verursacht hohe Kosten.

ÜBERSICHT DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein regeneratives Bremssystem zum Wiedergewinnen von durch einen regenerativen Betrieb eines Elektromotors erzeugter elektrischer Energie zum Laden einer Energieversorgung des Elektromotors für die Ausführung eines regenerativen Bremsens zum Erzeugen eines regenerativen Moments in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Momentkommando im Elektro motor, umfassend: ein Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines durch einen Anker des Elektromotors fließenden Ankerstroms, ein Spannungs erfassungsmittel zum Erfassen einer Spannung der Energieversorgung des Elektromotors, ein Drehgeschwindigkeitserfassungsmittel zum Erfassen einer Drehgeschwindigkeit des Elektromotors, ein Sollerzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungsmittel zum Berechnen einer von dem Anker zur Energieversorgung auszugebenden Sollerzeugungs- Energie/Leistung aus der durch das Spannungserfassungsmittel erfaßten Spannung der Energieversorgung, der durch das Drehgeschwindigkeits erfassungsmittel erfaßten Drehgeschwindigkeit des Elektromotors und dem Momentkommando, ein Isterzeugungs-Energie/Leistung-Berech nungsmittel zum Berechnen einer tatsächlich vom Anker ausgegebenen Isterzeugungs-Energie/Leistung aus dem durch das Stromerfassungs mittel erfaßten Ankerstrom des Elektromotors und der durch das Span nungserfassungsmittel erfaßten Spannung der Energieversorgung, ein Beeinflussungsgrößen-Berechnungsmittel zum Berechnen einer Beein flussungsgröße zum Eliminieren einer Abweichung zwischen der Sollerzeugungs-Energie/Leistung und der Isterzeugungs-Energie/Leistung aus der Abweichung; und ein Regenerativ-Steuer/Regelmittel zum Steuern/Regeln des Ankerstroms des Elektromotors in Abhängigkeit von der Beeinflussungsgröße auf ein regeneratives Bremsen.

Das Regenerativ-Steuer/Regelmittel steuert/regelt den Ankerstrom des Elektromotors in der Abhängigkeit von der durch das Beeinflussungsgrößen-Berechnungsmittel berechneten Beeinflussungs größe, um den Unterschied zwischen der Sollerzeugung-Energie/Leistung und der Isterzeugung-Energie/Leistung zu eliminieren. Anders ausge drückt steuert/regelt das Regenerativ-Steuer/Regelmittel den Ankerstrom des Elektromotors, um den Unterschied zwischen der Sollerzeugung- Energie/Leistung und der Isterzeugung-Energie/Leistung zu eliminieren, um hierdurch zu verursachen, daß das im Elektromotor erzeugte regene rative Moment dem Momentkommando folgt. Selbst wenn die Spannung der Energieversorgung große Veränderungen erleidet, steuert/regelt das Regenerativ-Steuer/Regelmittel somit den Ankerstrom des Elektromotors, um den Effekt der Veränderungen der Spannung der Energieversorgung zu unterdrücken, so daß das im Elektromotor erzeugte regenerative Moment dem Momentkommando mit hoher Genauigkeit folgen kann.

Wenn die Spannung der Energieversorgung des Elektromotors durch Wiedergewinnung der durch den Elektromotor erzeugten elektrischen Energie zunimmt, wird dann der vom Elektromotor zur Energieversorgung fließende Ankerstrom reduziert, da der Unterschied zwischen der Span nung des Elektromotors und der Spannung der Energieversorgung reduziert wird. Wenn der Ankerstrom reduziert wird, mag das im Elektro motor erzeugte regenerative Moment kleiner als das Momentkommando werden. In einem solchen Fall wird die Sollerzeugungs-Energie/Leistung reduziert, was eine Zunahme des Unterschieds zwischen der Sollerzeugungs-Energie/Leistung und der Isterzeugungs-Energie/Leistung zum Ergebnis hat, so daß die durch das Beeinflussungsgrößen-Berech nungsmittel berechnete Beeinflussungsgröße zunimmt. Das Regenerativ- Steuer/Regelmittel vergrößert den Ankerstrom des Elektromotors in Abhängigkeit von der Beeinflussungsgröße, d. h., zur Vergrößerung der lsterzeugungs-Energie/Leistung, um den Unterschied zwischen der lsterzeugungs-Energie/Leistung und der Sollerzeugungs-Energie/Leistung zu beseitigen. Selbst wenn die Spannung der Energieversorgung zu nimmt, wird deshalb der Ankerstrom des Elektromotors daran gehindert, reduziert zu werden, was ermöglicht, daß das im Elektromotor erzeugte regenerative Moment dem Momentkommando folgt.

Da die Beeinflussungsgröße durch einen einfachen Berechnungsprozeß, beispielsweise einen PI-(proportional plus integral)-Prozeß berechnet werden kann, ist es nicht nötig, eine Hochleistungs-CPU und -DSP zu verwenden. Eine Steuereinheit für den Elektromotor kann deshalb eine CPU umfassen, die eine relativ geringe Rechenleistungsfähigkeit hat, und es ist folglich verhindert, daß diese in der Realisierung kompliziert und in den Kosten hoch ist.

Das Regenerativ-Steuer/Regelmittel kann umfassen Mittel zum Behandeln des Elektromotors wie zu einer äquivalenten Schaltung umgewandelt, die einen ersten Anker auf einer q-Achse in der Richtung des Flusses eines Feldsystems des Elektromotors und einen zweiten Anker auf einer zur q- Achse orthogonalen d-Achse aufweist, zum Steuern/Regeln eines durch den ersten Anker fließenden iq-Stroms und eines durch den zweiten Anker fließenden id, um hierdurch den Ankerstrom des Elektromotors zu steuern/regeln, zum Vergleichen der durch das Beeinflussungsgrößen- Berechnungsmittel berechneten Beeinflussungsgröße mit einer vor bestimmten Referenz-Beeinflussungsgröße, und zum wahlweisen Durch führen eines ersten Regenerativ-Steuer/Regelprozesses zum Steu ern/Regeln des id-Stroms zum Vergrößern des im Elektromotor erzeugten regenerativen Moments und eines zweiten Regenerativ-Steu er/Regelprozesses zum Steuern/Regeln des iq-Stroms zum Reduzieren des im Elektromotor erzeugen regenerativen Moments in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleiches.

Beispielsweise weist ein bürstenloser Gleichstrommotor im allgemeinen Drei-Phasen-(u, v, w)-Anker auf. Falls durch die Drei-Phasen-Anker fließende Ankerströme direkt gesteuert/geregelt werden, ist dann ein Prozeß der Steuerung/Regelung der Ankerströme komplex. Angesichts dessen ist es allgemeine Praxis, den Drei-Phasen-Elektromotor in einem dq-Koordinatensystem zu steuern/regeln wie umgewandelt zu einer äquivalenten Schaltung, die einen ersten Anker auf einer q-Achse in der Richtung des Flusses eines Feldsystems des Elektromotors und einen zweiten Anker auf einer d-Achse orthogonal zur q-Achse aufweist, wodurch der Prozeß der Steuerung/Regelung der Ankerströme verein facht wird.

Zur Steuerung/Regelung des regenerativen Moments im Elektromotor im dq-Koordinatensystem wird der erste Regenerativ-Steuer/Regelprozeß im Grunde durchgeführt, um den id-Strom zu steuern/regeln zum Regulieren des im Elektromotor erzeugten regenerativen Moments. Wenn das im Elektromotor erzeugte regenerative Moment groß ist selbst dann, wenn der id-Strom null ist, wird dann der iq-Strom vergrößert, um die gleiche Wirkung zu erzeugen als wenn der Fluß des Feldsystems des Elektro motors reduziert wird. Es wird somit der zweite Regenerativ-Ste uer/Regelprozeß durchgeführt zum Reduzieren des im Elektromotor erzeugten regenerativen Moments.

Beim Steuern/Regeln des im Elektromotor erzeugten regenerativen Moments gemäß den beiden Steuer/Regelprozessen, d. h. dem ersten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß und dem zweiten Regenerativ-Steu er/Regelprozeß, unter Verwendung von zwei Parametern, d. h. dem id- Strom und dem iq-Strom, gemäß der vorliegenden Erfindung, können selektiv der erste Regenerativ-Steuer/Regelprozeß und der zweite Regenerativ-Steuer/Regelprozeß durchgeführt werden unter Verwendung eines Parameters, der das Ergebnis des Vergleichs zwischen der Referenz-Beeinflussungsgröße und der Beeinflussungsgröße repräsen tiert. Dementsprechend kann ein kontinuierlicher Übergang zwischen dem ersten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß und dem zweiten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß erreicht werden, um das regenerative Moment gleichmäßig zu steuern/regeln.

Das Regenerativ-Steuer/Regelmittel kann umfassen ein dq- Stromkommando-Bestimmungsmittel zum Bestimmen eines iq-Strom kommandos, daß dieses einen ersten festen Wert einnimmt, und eines id-Stromkommandos gemäß der Beeinflussungsgröße im ersten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß, und zum Bestimmen eines id-Strom kommandos, das ein Steuer/Regel-Sollwert für den id-Strom ist, daß dieses einen zweiten festen Wert einnimmt, und eines iq-Stromkomman dos, das ein Steuer/Regelsollwert für den iq-Strom ist, gemäß der Beeinflussungsgröße im zweiten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß, ein Ankerstromkommando-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Anker stromkommandos, das ein Steuer/Regelsollwert für den Ankerstrom des Elektromotors ist, aus dem id-Stromkommando und dem iq-Strom kommando, die durch das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel bestimmt sind, und ein Ankerstrom-Steuer/Regelmittel zum Steu ern/Regeln des Ankerstroms des Elektromotors derart, daß der durch das Stromerfassungsmittel erfaßte Ankerstrom des Elektromotors dem durch das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel erfassten Ankerstrom kommando gleichgemacht wird.

Das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel bestimmt das iq-Strom kommando, daß es einen ersten festen Wert hat, und das id-Strom kommando gemäß der Beeinflussungsgröße im ersten Regenerativ- Steuer/Regelprozeß, und bestimmt das id-Stromkommando, daß es einen zweiten festen Wert hat, und ein iq-Strom-Kommando gemäß der Beein flussungsgröße im zweiten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß. Das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel berechnet das Ankerstrom kommando, welches der Steuer/Regel-Sollwert für den Ankerstrom des Elektromotors ist, aus dem id-Strom-Kommando und dem iq-Strom- Kommando, die durch das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel bestimmt sind. Deshalb wird der id-Strom im ersten Regenerativ-Steu er/Regelprozeß gesteuert/geregelt und wird der iq-Strom im zweiten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß gesteuert/geregelt.

Das Ankerstromkommando wird derart bestimmt, daß der Unterschied zwischen der Sollerzeugungs-Energie/Leistung und der Isterzeugungs- Energie/Leistung in Abhängigkeit von der Beeinflussungsgröße eliminiert wird. Das Ankerstrom-Steuer/Regelmittel steuert den Ankerstrom des Elektromotors derart, daß der durch das Stromerfassungsmittel erfaßte Ankerstrom des Elektromotors dem Ankerstromkommando angeglichen wird. Selbst wenn die Spannung der Energieversorgung variiert, wird deshalb der Ankerstrom des Elektromotors gesteuert/geregelt, die Veränderungen in der Spannung der Energieversorgung zu reduzieren, was ermöglicht, daß im Elektromotor ein regeneratives Moment in Abhängigkeit vom Momentkommando erzeugt wird.

Das Regenerativ-Steuer/Regel-Mittel kann umfassen ein verzögertes- Stromkommando-Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines verzögerten Stromkommandos durch Verzögern des durch das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel berechneten Ankerstrom kommandos, wobei das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel ein Mittel zum Steuern/Regeln des Ankerstroms des Elektromotors aufweist, derart, daß der durch das Stromerfassungsmittel erfaßte Ankerstrom des Elektromotors dem durch das verzögertes-Stromkommando-Erzeugungs mittel erzeugten verzögerten Stromkommando im zweiten Regenerativ- Steuer/Regelprozeß gleichgemacht wird.

Wenn das regenerative Moment im Elektromotor im dq-Koordinaten system gesteuert/geregelt wird, besteht der Ankerstrom aus einer Sinuswelle, und seine Phase wird auf der Basis einer erfaßten Ausgabe eines Positionssensors zum Erfassen der Position des Feldsystems des Elektromotors bestimmt. Im zweiten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß wird deshalb die Phase des Ankerstromkommandos bezüglich der erfaß ten Position des Feldsystems bestimmt, um einen Fluß in einer Richtung zu erzeugen, daß der Fluß des Feldsystems abgeschwächt wird. Da allerdings die Sinuswelle einen kleinen Effektivwert aufweist, weist ein Strom, der im Anker zu erzeugen ist, um einen Ankerstrom in Abhängig keit von dem Ankerstromkommando zu erreichen, einen großen Spitzen wert auf. Als ein Ergebnis weist der Ankerstrom einen großen Spitzen wert auf und, als eine Folge, nimmt der Kupferverlust des Elektromotors zu, was den Wirkungsgrad des durch (die erzeugte Energie/Leistung des Elektromotors / der dem Elektromotor zugeführten Energie) repräsentier ten Wirkungsgrad des Elektromotors reduziert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Phase des Ankerstrom kommandos absichtlich bezüglich der erfaßten Position des Feldsystems des Elektromotors verschoben werden durch Verzögern des Ankerstrom kommandos mit dem verzögertes-Stromkommando-Erzeugungsmittel.

Wenn die Phase des Ankerstromkommandos von der momentanen Position des Feldsystems verschoben wird, nimmt der Unterschied zwischen dem durch das Stromerfassungsmittel erfaßten Ankerstrom und dem Ankerstromkommando zu. Als eine Folge vergrößert das Ankerstrom-Steuer/Regelmittel den Ankerstrom, um den obigen Unter schied zu beseitigen. Da der Ankerstrom durch die durch den Anker erzeugte Spannung, die Spannung der Energieversorgung und die Ausführung einer Regenerationsschaltung begrenzt ist, kann der Anker strom nicht unendlich ansteigen, und der durch den Anker fließende Strom ist in der Amplitude beschränkt und wird zu einer Rechteckwelle anstatt zu einer Sinuswelle.

Damit, daß der Strom durch den Anker von einer Rechteckwellenform ist, weist er einen hohen Effektivwert auf, und der Spitzenwert des Ankerstroms nimmt ab. Der Kupferverlust des Elektromotors wird somit verringert, wodurch der Wirkungsgrad des Elektromotors verbessert wird. Da der durch den Anker fließende Strom auf Grundlage der Steu er/Regelcharakteristika des Ankerstrom-Steuer/Regelmittel von einer Rechteckwellenform ist, ist es nicht notwendig, eine der Erzeugung einer Rechteckwelle zugewidmete Schaltung von neuem vorzusehen.

Das verzögertes-Stromkommando-Erzeugungsmittel kann umfassen ein Mittel zum Ändern des durch das dq-Stromkommando-Bestimmungs mittel bestimmten id-Stromkommandos in Abhängigkeit von dem Mo mentkommando und der durch das Drehgeschwindigkeitserfassungs mittel erfaßten Drehgeschwindigkeit des Elektromotors, zum Ändern des iq-Stromkommandos in Abhängigkeit von dem geänderten id-Strom kommando und dem durch das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel bestimmten iq-Stromkommando und zum Zuführen des geänderten id- Stromkommandos und des geänderten iq-Stromkommandos zum Ankerstromkommando-Berechnungsmittel, um hierdurch das durch das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel berechnete Ankerstrom kommando zu verzögern, um das verzögerte Stromkommando zu erzeu gen.

Das id-Stromkommando eilt dem iq-Stromkommando um 90 Grad nach. Wenn das id-Stromkommando vom ersten festen Wert (normalerweise null) geändert wird, kann deshalb das durch das Ankerstromkommando- Berechnungsmittel berechnete Ankerstromkommando verzögert werden.

Der Winkel, um den das Ankerstromkommando verzögert wird, d. h. der Nacheilwinkel, wird in Abhängigkeit vom Verhältnis des id-Stromkom mandos zum iq-Stromkommando bestimmt, und die Amplitude des Ankerstromkommandos wird in Abhängigkeit von den Beträgen des id- Stromkommandos zum iq-Stromkommando bestimmt. Wenn das iq- Stromkommando zusammen mit dem id-Stromkommando geändert wird, kann dementsprechend das Ankerstromkommando verzögert werden, während seine Amplitude konstant gehalten wird.

Da die induzierte elektromotorische Kraft des Elektromotors sich in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors ändert, ändert das verzögertes-Stromkommando-Erzeugungsmittel das id-Strom kommando in Abhängigkeit von dem Momentkommando und der durch das Drehgeschwindigkeitserfassungsmittel erfaßten Drehgeschwindigkeit des Elektromotors und das iq-Stromkommando in Abhängigkeit vom geänderten id-Stromkommando und iq-Stromkommando. Der Nach eilwinkel des Ankerstromkommandos kann somit in Abhängigkeit von der Änderung in der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors bestimmt werden. Während der Nacheilwinkel des Ankerstromkommandos größer wird, der Unterschied zwischen dem Ankerstromkommando und dem durch das Stromerfassungsmittel erfaßten Ankerstrom. Deshalb wird die Pulsdauer der an dem Anker des durch das Ankerstrom-Steu er/Regelmittel gesteuerten/geregelten Elektromotors angelegten Recht eckswelle vergrößert, wodurch ein Effekt der Abschwächung des Flus ses des Feldsystems vergrößert wird. Durch demgemäß Bestimmen des Nacheilwinkels des Ankerstromkommandos in der Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors wird das im Elektromotor tat sächlich erzeugte regenerative Moment daran gehindert, aufgrund von Veränderungen in dem Wirkungsgrad des Elektromotors zu variieren, um hierdurch das regenerative Moment mit hoher Genauigkeit zu steuern/regeln.

Das verzögertes-Stromkommando-Erzeugungsmittel kann umfassen ein Mittel zum Bestimmen eines Nacheilwinkels, um den das Ankerstrom kommando zu verzögern ist, in Abhängigkeit von der durch das Span nungserfassungsmittel erfaßten Spannung der Energieversorgung und der durch das Drehgeschwindigkeitserfassungsmittel erfaßten Dreh geschwindigkeit des Elektromotors, zum Ändern des id-Stromkomman dos und des iq-Stromkommandos, die durch das dq-Stromkommando- Bestimmungsmittel bestimmt sind, in Abhängigkeit von dem Nach eilwinkel und dem durch das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel bestimmten iq-Stromkommando, und zum Zuführen des geänderten id- Stromkommandos und des geänderten iq-Stromkommandos zum Ankerstromkommando-Berechnungsmittel, um hierdurch das durch das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel berechnete Ankerstrom kommando zu verzögern, um das verzögerte Stromkommando zu erzeu gen.

Der Wirkungsgrad des Elektromotors ändert sich mit der Drehgeschwin digkeit des Elektromotors und der Spannung der Energieversorgung des Elektromotors. Wenn der Nacheilwinkel in Abhängigkeit von der Dreh geschwindigkeit des Elektromotors und der Spannung der Energie versorgung bestimmt wird, wird das regenerative Moment, das tatsäch lich im Elektromotor erzeugt wird, daran gehindert, aufgrund von Ver änderungen indem Wirkungsgrad des Elektromotors zu variieren, um hierdurch das regenerative Moment mit hoher Genauigkeit zu steu ern/regeln. Wie oben beschrieben, wird der Nacheilwinkel des Anker stromkommandos in der Abhängigkeit von dem Verhältnis des id-Strom kommandos zum iq-Stromkommando bestimmt, und die Amplitude des Ankerstromkommandos wird in der Abhängigkeit von den Beträgen des id-Stromkommandos zum iq-Stromkommando bestimmt. Wenn das id- Stromkommando und das iq-Stromkommando in Abhängigkeit von dem Nacheilwinkel und dem iq-Stromkommando geändert werden, kann das Ankerstromkommando verzögert werden, während seine Amplitude konstant gehalten wird.

Wenn der Elektromotor einen bürstenlosen Gleichstrommotor umfaßt, dann können der erste Regenerativ-Steuer/Regelprozeß und der zweite Regenerativ-Steuer/Regelprozeß leichter durchgeführt werden, da der id- Strom und der iq-Strom als Gleichströme behandelt werden können.

Falls ein elektrischer Doppelschichtkondensator, dessen Ausgangs spannung stark variabel ist, als die Energieversorgung des Elektromotors verwendet wird, neigt das dann im Elektromotor auf ein regeneratives Bremsen erzeugte regenerative Moment dazu, zu variieren. Es ist deshalb besonders effektiv, den Ankerstrom des Elektromotors in Abhängigkeit von der Beeinflussungsgröße mit dem Regenerativ-Steuer/Regelmittel zu steuern/regeln, um das regenerative Moment stabil zu halten.

Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegen den Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die bevorzugte Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung als Beispiel veranschaulichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines regenerativen Bremssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 2 ist ein dq-Koordinatensystem veranschaulichendes Dia gramm;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer regenerativen Steuereinheit im in Fig. 1 gezeigten regenerativen Bremssystem;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines in Fig. 3 gezeigten dq- Stromkommando-Bestimmungsmittels;

Fig. 5 ist ein einen Prozeß der Verzögerung eines Ankerstromkom mandos veranschaulichendes Diagramm; und

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer regenerativen Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm eines in Fig. 6 gezeigten dq- Stromkommando-Bestimmungsmittels.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS FORMEN

Wie in Fig. 1 gezeigt ist ein regeneratives Bremssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einem Hybrid fahrzeug angebracht, das Antriebskraft mit einer Kombination einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine und einem bürstenlosen Gleich strommotor 1 erzeugt. Wenn das Hybridfahrzeug beschleunigt wird, werden die Antriebskraft der Brennkraftmaschine und die Antriebskraft des Motors 1 den Antriebsrädern des Fahrzeugs erteilt. Wenn das Hybridfahrzeug verlangsamt wird, wird die kinetische Energie des Fahr zeugs von den Antriebsrädern auf den Motor 1 ausgeübt, um zu verursa chen, daß der Motor 1 als ein elektrischer Generator arbeitet. Wenn der Motor 1 als der elektrische Generator elektrische Energie erzeugt, erzeugt er ein regeneratives Moment zum Bremsen des Fahrzeugs (regeneratives Bremsen), und die erzeugte elektrische Energie wird zurückgewonnen, um eine Energieversorgung 2 des Motors 1 zu laden.

Der bürstenlose Gleichstrommotor 1 umfaßt einen Drei-Phasen-Anker 3 zum Erzeugen eines umlaufenden Magnetfelds und einen Rotor 6, der ein Permanentmagnetfeldsystem aufweist. Die Energieversorgung 2 umfaßt einen elektrischen Doppelschichtkondensator, der durch die durch den Motor 1 erzeugte elektrische Energie geladen werden kann, wenn dieser als der elektrische Generator arbeitet. Ein durch den Anker 3 des Motors 1 fließender Strom, d. h. ein Ankerstrom, wird durch Stromerfassungs mittel 8, 9 erfaßt. Eine Spannung über die Energieversorgung 2 wird durch ein Spannungserfassungsmittel 10 erfaßt. Ein (einem Drehge schwindigkeitserfassungsmittel entsprechender) Encoder 15 gibt ein Pulssignal aus, das die Drehgeschwindigkeit des Motors 1 repräsentiert.

Das regenerative Bremssystem weist einen regenerativen Treiber 4 auf zum Steuern/Regeln des durch den Anker 3 des Motors 1 fließenden Stroms, um zu bewirken, daß der Motor 1 ein gewünschtes regenerati ves Moment erzeugt, wenn das Hybridfahrzeug gebremst wird, sowie eine regenerative Steuereinheit 5 zum Zuführen eines Kommandos für die Steuerung/Regelung des regenerativen Moments zum regenerativen Treiber 4. Der regenerative Treiber 4 und die regenerative Steuereinheit 5 bilden gemeinsam ein regeneratives Steuer/Regelmittel.

Der regenerativen Steuereinheit 5, die eine CPU, ein ROM, ein RAM, usw. umfaßt, wird die Geschwindigkeit des Hybridfahrzeugs, die Aus gangsspannung der Energieversorgung 2 usw. zugeführt, und sie zeigt dem regenerativen Treiber 4 einen Steuer/Regel-Sollwert für den Anker strom an, um zu bewirken, daß der Motor in Abhängigkeit von einem Momentkommando ein regeneratives Moment erzeugt, welches Moment kommando durch eine allgemeine Steuereinheit (nicht gezeigt) gegeben ist, die den Betrieb des Hybridfahrzeugs steuert/regelt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, behandeln die regenerative Steuereinheit 5 und der regenerative Treiber 4 den Motor 1, der ein Drei-Phasen-(u, v, w)- Anker aufweist, als eine äquivalente Schaltung, die einen ersten Anker 21, der auf einer q-Achse in der Richtung des Flusses eines Permanent magnetfeldsystems 20 des Rotors 6 angeordnet ist, und einen zweiten Anker 22, der auf einer zur q-Achse orthogonalen d-Achse angeordnet ist, aufweist. Wenn das Feldsystem 20 mit den q- und d-Achsen unter der durch die Antriebsräder auf ein regeneratives Bremsen des Hybrid fahrzeugs übertragenen Antriebskraft mit einer Winkelgeschwindigkeit ω rotiert, wird aufgrund der sich ändernden Richtung des Flusses des Feldsystems 20 über den zweiten Anker 22 eine elektromotorische Kraft induziert, die durch ω × Φ (Φ gibt die Anzahl von Flußverkettungen an) repräsentiert ist.

Eine Gleichung zum Steuern/Regeln des regenerativen Moments Tr des Motors 1 im dq-Koordinatensystem ist wie folgt ausgedrückt:

Tr = π × Φ × id (1)

wobei p die Anzahl von Polpaaren in den Ankern, Φ die Anzahl von Flußverkettungen und id den durch den zweiten Anker 22 auf der d- Achse fließenden Strom (auf den hiernach als ein "id-Strom" Bezug genommen wird) repräsentiert.

Es kann aus der obigen Gleichung (1) gesehen werden, daß dann, wenn der Fluß des Feldsystems 20 konstant ist, das im Motor 1 erzeugte regenerative Moment durch Steuern/Regeln des id-Stroms ge steuert/geregelt werden kann. Der durch den ersten Anker 21 auf der q- Achse fließende Strom (auf den hiernach als ein "iq-Strom" Bezug genommen wird) wird normalerweise derart gesteuert/geregelt, daß er null ist. Wenn der iq-Strom fließt, wird durch den ersten Anker 21 auf der q-Achse ein Fluß erzeugt, dessen Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Flusses des Feldsystems 20 ist, was den gleichen Effekt zum Ergebnis hat, als wenn der Fluß des Feldsystems 20 reduziert wird. Wenn der Fluß des Feldsystems 20 reduziert wird, kann das im Motor 1 erzeugte regenerative Moment reduziert werden, da die Anzahl von Flußverkettungen reduziert wird.

Im bürstenlosen Gleichstrommotor 1 können der id-Strom und der iq- Strom als Gleichströme behandelt werden. Eine Gleichung für die Um wandlung zwischen dem id-Strom und dem iq-Strom und den durch den Drei-Phasen (u, v, w)-Anker 3 tatsächlich fließenden Strömen ist wie folgt gegeben:

wobei iu, iv, iw respektive durch die u, v, w-Phasen des Ankers 3 fließende Ströme, id den id-Strom, iq den iq-Strom und θ den aus der Ausgabe des Encoders 15 erfaßten Gradienten der q-Achse (siehe Fig. 2) bezüglich der u-Achse angeben.

Auf Grundlage des Steuer/Regelprozesses im dq-Koordinatensystem, wie oben beschrieben, weist die regenerative Steuereinheit 5 ein Sollerzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungsmittel 7 zum Berechnen einer Sollerzeugungs-Energie/Leistung auf, die ein Steuer/Regelsollwert für die durch den Motor 1 zu erzeugende elektrische Energie/Leistung ist, in Abhängigkeit von einem Momentkommando, einer durch den Encoder 15 erfaßten Drehgeschwindigkeit des Motors 1 und einer durch das Spannungserfassungsmittel 10 erfaßten Spannung der Energie versorgung 2, ein Isterzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungsmittel 11 zum Berechnen einer vom Motor 1 zur Energieversorgung 2 ausge gebenen elektrischen Energie/Leistung (auf die hiernach als eine "tat sächliche elektrische Energie/Leistung" Bezug genommen wird) aus einem vom Stromerfassungsmittel 8, 9 erfaßten Ankerstrom (auf den hiernach als ein "tatsächlicher Ankerstrom" Bezug genommen wird) und einer vom Spannungserfassungsmittel 10 erfaßten Spannung der Ener gieversorgung 2, und ein Beeinflussungsgrößen-Berechnungsmittel 12 zum Berechnen einer Beeinflussungsgröße, um jeglichen Unterschied zwischen der Sollerzeugungs-Energie/Leistung und der tatsächlichen elektrischen Energie/Leistung zu eliminieren. Die regenerative Steuer einheit 5 bestimmt ein id-Stromkommando und ein iq-Stromkommando, die einem Steuer/Regel-Sollwert für den Ankerstrom entsprechen, aus der durch das Beeinflussungsgrößen-Berechnungsmittel 12 berechneten Beeinflussungsgröße, und führt das id-Stromkommando und das iq- Stromkommando dem regenerativen Treiber 4 zu.

Der regenerative Treiber 4 weist ein Ankerstromkommando-Berech nungsmittel 13 zum Berechnen - aus dem id-Stromkommando und dem iq-Stromkommando, die von der regenerativen Steuereinheit 5 zugeführt werden, gemäß der obigen Gleichung (2) - eines Ankerstromkommandos, das ein Steuer/Regelsollwert für den tatsächlich zum Anker 3 zuzufüh renden Ankerstrom ist, sowie ein Ankerstrom-Steuer/Regelmittel 14 zum Steuern/Regeln des Ankerstroms durch Regulieren der Pulsdauer einer vom Anker 3 des Motors 1 unter PWM-Steuerung/Regelung ausge gebenen Wechselspannung auf, um den durch das Stromerfassungs mittel 8, 9 erfaßten tatsächlichen Ankerstrom dem Ankerstromkomman do gleichzumachen.

Wie in Fig. 3 gezeigt, weist das Sollerzeugungs-Energie/Leistung- Berechnungsmittel 7 der regenerativen Steuereinheit 5 eine Mehrzahl von Kennfeldern auf, die jeweiligen Spannungsintervallen der Energie versorgung 2 zugeordnet sind, um in Abhängigkeit von der durch den Encoder 15 erfaßten Drehgeschwindigkeit des Motors 1 und dem Mo mentkommando eine Sollerzeugungs-Energie/Leistung zu bestimmen. Das Sollerzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungsmittel 7 wählt eines der Kennfelder in Abhängigkeit von der Spannung der durch das Span nungserfassungsmittel 10 erfaßten Spannung der Energieversorgung 2 aus, und bestimmt aus dem gewählten Kennfeld die Sollerzeugungs- Energie/Leistung.

Das im Motor 1 erzeugte regenerative Moment ist im Grunde gemäß der Größe des id-Stroms bestimmt, wie durch die obige Gleichung (1) gezeigt ist. Da allerdings das regenerative Moment durch einen mecha nischen Verlust, der in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Motors 1 variiert, und einen durch den regenerativen Treiber 4 ver ursachten elektrischen Verlust, der in Abhängigkeit von der Spannung der Energieversorgung 2 variiert, beeinträchtigt wird, selbst dann, wenn das id-Stromkommando konstant ist, können Fälle existieren, in denen das vom Motor 1 zu den Antriebsrädern tatsächlich übertragene regene rative Moment nicht konstant ist.

Wie oben beschrieben, bestimmt das Sollerzeugungs-Energie/Leistung- Berechnungsmittel 7 eine Sollerzeugungs-Energie/Leistung, um in Abhän gigkeit von der durch den Encoder 15 erfaßten Drehgeschwindigkeit des Motors 1 und der durch das Spannungserfassungsmittel 10 erfaßten Spannung der Energieversorgung 2 gemäß dem Momentkommando ein regeneratives Moment zu erreichen. Das Sollerzeugungs- Energie/Leistung-Berechnungsmittel 7 kann somit angesichts von Ver änderungen in der Drehgeschwindigkeit des Motors 1 und Veränderun gen in der Spannung der Energieversorgung 2 eine Sollerzeugungs- Energie/Leistung bestimmen.

Das Beeinflussungsgrößen-Berechnungsmittel 12 berechnet eine Beein flussungsgröße α zum Eliminieren einer Abweichung ΔEnergie/Leistung zwischen der Sollerzeugungs-Energie/Leistung, die durch das Sollerzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungsmittel 7 berechnet ist, und der durch das Isterzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungsmittel 11 berechneten Isterzeugungs-Energie/Leistung, und zwar in einem PI- (proportional plus integral)-Prozeß unter Rückkopplungs steuerung/regelung, wie durch die folgende Gleichung angegeben:

α = Kp × ΔEnergie/Leistung + KI × ∫ ΔEnergie/Leistung (3)

wobei Kp, KI Koeffizienten repräsentieren, die auf der Grundlage der Charakteristika des Motors 1 und experimenteller Ergebnisse bestimmt sind.

Da die Beeinflussungsgröße α durch einen relativen einfachen Prozeß berechnet wird, braucht die CPU der regenerativen Steuereinheit 5 keine Hochniveau-Berechnungstauglichkeit haben, sondern sie mag eine relativ geringe Berechnungstauglichkeit haben.

Die regenerative Steuereinheit 5 weist ein dq-Stromkommando-Be stimmungsmittel 30 zum Bestimmen eines id-Stromkommandos und eines iq-Stromkommandos, die dem regenerativen Treiber 4 zuzuführen sind, auf Grundlage der durch das Beeinflussungsgrößen-Berechnungs mittel 12 berechneten Beeinflussungsgröße α auf. Das dq- Stromkommando-Bestimmungsmittel 30 vergleicht die Beeinflussungs größe α (α_min ≦ α ≦ α_max) mit einer Referenz-Beeinflussungsgröße α_L. Falls α_L ≦ α ist, d. h. falls die Isterzeugungs-Energie/Leistung kleiner als die Sollerzeugungs-Energie/Leistung ist, wobei das im Motor 1 erzeugte regenerative Moment nicht ausreicht, führt dann das dq- Stromkommando-Bestimmungsmittel 30 einen ersten Regenerativ-Steu er/Regelprozeß zum Steuern/Regeln des id-Stromkommmandos durch, um das im Motor 1 erzeugte regenerative Moment zu vergrößern. Falls α < α_L ist, d. h. falls die Isterzeugungs-Energie/Leistung größer als die Sollerzeugungs-Energie/Leistung ist, wobei das im Motor 1 erzeugte regenerative Moment zu hoch ist, führt dann das dq-Stromkommando- Bestimmungsmittel 30 einen zweiten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß durch zum Steuern/Regeln des iq-Stromkommandos, um das im Motor 1 erzeugte regenerative Moment zu reduzieren.

Auf diese Art und Weise berechnet das Sollerzeugungs-Energie/Leistung- Berechnungsmittel 7 eine Sollerzeugungs-Energie/Leistung, um in Abhän gigkeit von der erfaßten Spannung der Energieversorgung 2 und der Drehgeschwindigkeit ne des Motors 1 ein Anweisungsmoment zu erreichen, und das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel 30 führt dem regenerativen Treiber 4 ein id-Stromkommando und ein iq-Stromkom mando zu, um die Sollerzeugungs-Energie/Leistung zu erreichen. Selbst wenn die Spannung der Energieversorgung 2 große Veränderungen erleidet, kann deshalb das regenerative Moment mit hoher Genauigkeit gesteuert/geregelt werden.

Das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel 30 schaltet zwischen dem ersten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß und dem zweiten Regenerativ- Steuer/Regelprozeß um auf Grundlage eines einzigen Parameters, der das Ergebnis des Vergleiches zwischen der Beeinflussungsgröße α und der Referenz-Beeinflussungsgröße α_L repräsentiert. Dementsprechend kann ein stetiger Wechsel zwischen dem ersten Regenerativ-Steu er/Regelprozeß und dem zweiten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß durch geführt werden, um das regenerative Moment gleichmäßig zu steu ern/regeln. Bei dieser Ausführungsform ist die Referenz-Beeinflussungs größe α_L auf einen Punkt gesetzt, an dem das id-Stromkommando und das iq-Stromkommando beide null sind.

Im ersten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß bestimmt das dq- Stromkommando-Bestimmungsmittel 30, daß das id-Stromkommando null ist (entsprechend einem vorbestimmten Wert gemäß der vorliegen den Erfindung), und bestimmt das iq-Stromkommando gemäß einer Skalierungsfunktion f₁(α) das iq-Stromkommando. Im zweiten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß bestimmt das dq-Stromkommando- Bestimmungsmittel 30 das iq-Stromkommando aus einem id-Kennfeld 31 (siehe Fig. 3) und das iq-Stromkommando gemäß einer Skalierungs funktion f₂(α) aus der Beeinflussungsgröße α.

Fig. 4 veranschaulicht die Skalierungsfunktion f₁(α) und die Skalie rungsfunktion f₂(α). In einem ersten Regenerativ-Steuer/Regelbereich (α_L ≦ α ≦ α_max) wird das id-Stromkommando auf Grundlage der Beeinflus sungsgröße α gemäß der Skalierungsfunktion f₁(α) bestimmt (das id- Stromkommando = f₁(α), D_min ≦ f₁(α) ≦ D_max). Gemäß der Skalierungs funktion f₁(α) ist das id-Stromkommando größer, wenn die Beeinflus sungsgröße α größer ist (wenn die Isterzeugungs-Energie kleiner als die Sollerzeugungs-Energie ist). In einem zweiten Regenerativ-Steu er/Regelbereich (α_min ≦ α ≦ α_L) wird das iq-Stromkommando auf Grundla ge der Beeinflussungsgröße α gemäß der Skalierungsfunktion f₂(α) bestimmt (das iq-Stromkommando = f₂(α), Q_min ≦ f₂(α) ≦ Q_max). Gemäß der Skalierungsfunktion f₂(α) ist das iq-Stromkommando größer, wenn die Beeinflussungsgröße kleiner ist (wenn die Isterzeugungs-Energie größer als die Sollerzeugungs-Energie ist).

In Fig. 3 dient das id-Kennfeld 31 dazu, ein id-Stromkommando zur Verzögerung des gemäß der Gleichung (2) aus dem id-Stromkommando und dem iq-Stromkommando mit dem Ankerstromkommando-Berech nungsmittel 13 (siehe Fig. 1) des regenerativen Treibers 4 berechneten Ankerstromkommandos zu bestimmen. Im zweiten Regenerativ-Steu er/Regelprozeß wird im Grunde das id-Stromkommando dahingehend bestimmt, daß es null ist (entsprechend einem vorbestimmten Wert gemäß der vorliegenden Erfindung), und das iq-Stromkommando wird gemäß der Skalierungsfunktion f₂(α) bestimmt. Diese Stromkommandos werden dem regenerativen Treiber 4 zugeführt, und das Sollerzeugungs- Energie-Berechnungsmittel 7 (siehe Fig. 1) des regenerativen Treibers 4 steuert/regelt den Ankerstrom, um in Abhängigkeit von dem Moment kommando im Motor 1 ein regeneratives Moment zu erzeugen.

Das durch das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel 13 berechnete Ankerstromkommando ist von einer Sinuswelle auf Grundlage der aus dem Ausgangssignal des Encoders 15 erfaßten Position θ des Feld systems 20 gebildet. Deshalb wird der Ankerstrom durch das Ankerstrom-Steuer/Regelmittel 14 derart gesteuert/geregelt, daß der vom Anker des Motors 1 zum regenerativen Treiber 4 tatsächlich ausge gebene Strom aus einer Sinuswelle bestehen wird. Da allerdings die Sinuswelle einen niedrigen Effektivwert aufweist, weist der Ankerstrom einen großen Spitzenwert auf und der Kupferverlust des Motors 1 nimmt als ein Ergebnis zu, was den Wirkungsgrad des Motors 1, wie durch (die erzeugte Energie/Leistung des Motors 1 / die dem Motor 1 zugeführte Energie) repräsentiert, reduziert.

Um zu verhindern, daß der Wirkungsgrad des Motors 1 gesenkt wird, führt das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel 30 einen Prozeß der Verzögerung des Ankerstromkommandos durch. Fig. 5 zeigt einen Effekt, der erzeugt wird, wenn das Ankerstromkommando verzögert wird. Genauer: Fig. 5 zeigt eine Wellenform a₀ des Ankerstromkomman dos, die durch das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel 13 erzeugt wird, wenn das id-Stromkommando null ist und das iq-Stromkomman do gemäß der Skalierungsfunktion f₂(α) bestimmt wird, eine Wellenform a₁, die der Wellenform a₀ um 5 Grad nacheilt, und eine Wellenform a₂, die der Wellenform a₀ um 20 Grad nacheilt.

Soweit wie das Ankerstromkommando a₀ auf der Grundlage der erfaßten Position des Feldsystems 20 berechnet wird, wie oben beschrieben ist, nimmt dann, wenn das Ankerstromkommando absichtlich verzögert wird, die Abweichung zwischen dem im Anker 3 tatsächlich erzeugten Ankerstrom und dem Ankerstromkommando zu. Als eine Folge ver größert das Sollerzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungsmittel 7 den Ankerstrom, um die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Anker strom und dem Ankerstromkommando zu eliminieren.

Wie oben beschrieben, vergrößert das Sollerzeugungs-Energie/Leistung- Berechnungsmittel 7 den Ankerstrom unter PWM-Steuerung/Regelung durch Steuern/Regeln der Pulsdauer einer vom Anker 3 des Motors 1 zum regenerativen Treiber 4 ausgegebenen Wechselstromspannung, in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem tatsächlichen Anker strom und dem Ankerstromkommando. Wenn die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Ankerstrom und dem Ankerstromkommando ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, ist die Pulsdauer der Wechselstrom spannung unter PWM-Steuerung/Regelung gesättigt, d. h. der Tastgrad wird zu 100%.

Allerdings kann der Ankerstrom nicht unendlich vergrößert werden, selbst wenn die Pulsdauer der Wechselstromspannung gesättigt ist. Wegen der durch den Motor 1 erzeugten Spannung, der Spannung der Energieversorgung 2 und der Schaltungsauslegung des regenerativen Treibers 4 besteht eine gewisse Beschränkung für den Ankerstrom. Dementsprechend weist die Wellenform eines durch den Anker 3 fließen den Stroms eine rechteckige Gestalt mit einer begrenzten Amplitude auf, wie durch b₁ in Fig. 5 angedeutet ist. Die Rechteckswellenform des durch den Anker 3 fließenden Stroms weist einen hohen Effektivwert auf und reduziert den Spitzenwert des Ankerstroms. Deshalb nimmt der Kupferverlust des Motors 1 ab und der Wirkungsgrad des Motors 1 nimmt zu. Wie in Fig. 5 gezeigt, nimmt der Winkel, um den das Anker stromkommando verzögert wird (hiernach wird auf diesen Winkel als ein "Nacheilwinkel" Bezug genommen) zu, nimmt die Pulsdauer der Recht eckswelle zu, was eine vergrößerte Wirkung der Abschwächung des Flusses des Feldsystems 20 zum Ergebnis hat.

Die obige Gleichung (2) wird zu der folgenden Gleichung (4) modifiziert:
Das heißt, das Ankerstromkommando kann durch Hinzuaddieren des id- Stromkommandos zum iq-Stromkommando verzögert werden.

Die Amplitude des verzögerten Ankerstromkommandos (auf das hiernach als ein "verzögertes Stromkommando" Bezug genommen wird) ist durch die Größen des iq-Stromkommandos und des id-Stromkommandos gemäß der obigen Gleichung (4) bestimmt. Der Nacheilwinkel ist durch das Verhältnis des id-Stromkommandos zum iq-Stromkommando gemäß der obigen Gleichung (5) bestimmt.

Das id-Kennfeld 31 bestimmt einen id-Kennfeldwert zum Verzögern des Ankerstromkommandos in Abhängigkeit vom Momentkommando und der durch den Encoder 15 erfaßten Drehgeschwindigkeit des Motors 1. Das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel 30 verwendet den id-Kennfeld wert als ein id-Stromkommando und führt das id-Stromkommando zusammen mit einem durch eine Funktion h geänderten iq-Stromkom mando (= h(f₂(α), dem id-Kennfeldwert)) dem regenerativen Treiber 4 zu. Die Funktion h dient dazu, das iq-Stromkommando in Abhängigkeit von dem id-Kennfeldwert zu ändern, so daß die Amplitude des Anker stromkommandos nach dem Verzögerungsprozeß ungeändert bleiben wird.

Das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel 13 berechnet ein Anker stromkommando aus dem vom dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel 30 zugeführten id-Stromkommando und iq-Stromkommando gemäß der Gleichung (4), um hierdurch ein verzögertes Stromkommando zu erzeu gen. Da ein verzögertes Stromkommando auf Grundlage des id-Strom kommandos bestimmt wird, das von dem Momentkommando und der Drehgeschwindigkeit des Motors 1 abhängt, wird das im Motor 1 tat sächlich erzeugte regenerative Moment daran gehindert, aufgrund von Änderungen in der Drehgeschwindigkeit des Motors 1 zu variieren, mit dem Ergebnis, daß das regenerative Moment mit hoher Genauigkeit gesteuert/geregelt werden kann. Da der durch den Anker 3 fließende Strom auf Grundlage der Steuer/Regelcharakteristika des Ankerstrom- Steuer/Regelmittel 14 eine Rechteckswellenform aufweist, ist es nicht nötig, neuerlich eine der Erzeugung einer Rechteckswelle zugewidmete Schaltung vorzusehen.

Bei der obigen ersten Ausführungsform bilden das dq-Stromkommando- Bestimmungsmittel 30, das id-Kennfeld 31 und das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel 13 gemeinsam ein verzögertes-Stromkommando-Erzeugungsmittel.

Mit Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 wird unten ein regeneratives Bremssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das regenerative Bremssystem gemäß der zweiten Ausführungsform ist im Grunde dasselbe wie das regenerative Bremssystem gemäß der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme einer Anordnung zum Verzögern eines Ankerstromkommandos in einer regene rativen Steuereinheit.

Wie in Fig. 6 gezeigt, weist eine regenerative Steuereinheit 60 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Nacheilwinkel-Kennfeld 61 zum Be stimmen eines Nacheilwinkels θ_L für das Ankerstromkommando in Abhängigkeit von einer durch den Encoder 15 (siehe Fig. 1) erfaßten Drehgeschwindigkeit ne des Motors 1 und einer durch das Spannungs erfassungsmittel 10 (siehe Fig. 1) erfaßten Spannung der Energie versorgung 2 (siehe Fig. 1) auf. Ein dq-Stromkommando-Bestimmungs mittel 62 gemäß der zweiten Ausführungsform bestimmt ein id-Strom kommando und ein iq-Stromkommando zum Zuführen zum regenerativen Treiber 4, derart, daß der aus dem Nacheilwinkel-Kennfeld 61 bestimmte Nacheilwinkel θ_L erreicht wird. Jene Teile der regenerativen Steuereinheit 60, die zu jenen der regenerativen Steuereinheit 5 gemäß der in Fig. 3 gezeigten ersten Ausführungsform identisch sind, sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet und werden unten im Detail nicht beschrie ben.

Das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel 62 führt selektiv den ersten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß und den zweiten Regenerativ-Steu er/Regelprozeß in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleiches zwischen der durch das Beeinflussungsgrößen-Berechnungsmittel 12 berechneten Beeinflussungsgröße α und der Referenz-Beeinflussungs größe α_L durch, wie bei der ersten Ausführungsform. Im ersten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß bestimmt das dq-Stromkommando- Bestimmungsmittel 62, daß das iq-Stromkommando null ist (entspre chend einem ersten festen Wert gemäß der vorliegenden Erfindung), und bestimmt das ib-Stromkommando gemäß der Skalierungsfunktion f₁(α) und führt das iq-Stromkommando und das id-Stromkommando dem regenerativen Treiber 4 zu.

Im zweiten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß bestimmt das dq- Stromkommando-Bestimmungsmittel 62, daß das id-Stromkommando null ist (entsprechend einem zweiten festen Wert gemäß der vorliegen den Erfindung). Das Nacheilwinkel-Kennfeld 61 bestimmt für das Anker stromkommando einen Nacheilwinkel θ_L in Abhängigkeit von der durch den Encoder 15 erfaßten Drehgeschwindigkeit ne des Motors 1 und einer durch das Spannungserfassungsmittel 10 erfaßten Spannung der Energieversorgung 2. Das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel 62 bestimmt ein iq-Stromkommando in Abhängigkeit von der durch das Beeinflussungsgrößen-Berechnungsmittel 12 berechneten Beeinflus sungsgröße α gemäß der Skalierungsfunktion f₂(α).

Das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel 62 ändert dann das id- Stromkommando, das zu null bestimmt wurde, gemäß einer Funktion ml auf Grundlage eines in Fig. 7 gezeigten id-Stromkommando-Änderungs kennfelds 70, und ändert ferner das iq-Stromkommando, das gemäß der Skalierungsfunktion f₂(α) bestimmt wurde, gemäß einer Funktion m₂ auf Grundlage eines iq-Stromkommando-Änderungskennfelds 71, das in Fig. 7 gezeigt ist.

Die Funktionen m₁, m₂ ändern das id-Stromkommando bzw. das iq- Stromkommando in Abhängigkeit vom Nacheilwinkel θ_L und dem iq- Stromkommando (= f₂(α)) gemäß der Skalierungsfunktion F₂(α), so daß die Amplitude des Ankerstromkommandos nach dem Verzögerungs prozeß ungeändert bleiben wird. Wenn das id-Stromkommando und das iq-Stromkommando derart geändert und dem regenerativen Treiber 4 zugeführt werden, berechnet das Ankerstromkommando-Berechnungs mittel 13 ein verzögertes Stromkommando.

Durch derartige Bestimmung eines Nacheilwinkels für das Ankerstrom kommando in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Motors 1 und der Spannung der Energieversorgung 2, wird das im Motor 1 tat sächlich erzeugte regenerative Moment daran gehindert, aufgrund von Änderungen im Wirkungsgrad des Motors 1 in Abhängigkeit von Ände rungen in der Drehgeschwindigkeit des Motors 1 und der Spannung der Energieversorgung 2 zu variieren. Als ein Ergebnis kann das regenerative Moment mit hoher Genauigkeit gesteuert/geregelt werden.

Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform wird das id-Strom kommando zum iq-Stromkommando hinzuaddiert, um durch Verzögern des Ankerstromkommandos ein verzögertes Stromkommando zu erzeu gen. Es kann allerdings eine Verzögerungsschaltung verwendet werden, und das durch das Ankerstrom-Berechnungsmittel 13 berechnete Anker stromkommando kann durch die Verzögerungsschaltung ausgegeben werden, um ein verzögertes Stromkommando zu erzeugen.

Wenn der Kupferverlust des Motors 1 kein substantielles Problem dar stellt, mag das Ankerstromkommando im zweiten Regenerativ-Steu er/Regelprozeß nicht verzögert werden, und das dq-Stromkommando- Bestimmungsmittel mag ein id-Stromkommando zu null bestimmen und ein iq-Stromkommando gemäß der Skalierungsfunktion f₂(α) bestimmen und das id-Stromkommando und das iq-Stromkommando dem regenerati ven Treiber 4 zuführen.

Bei der ersten und zweiten Ausführungsform wird der Motor 1 ge steuert/geregelt, der zu der in Fig. 2 gezeigten äquivalenten Schaltung im dq-Koordinatensystem gewandelt wurde. Allerdings können die Drei- Phasen-Wechselströme, die durch den Anker 3 des Motors 1 fließen, direkt gesteuert/geregelt werden, oder es kann der Motor 1 gesteu ert/geregelt werden ausgedrückt als eine äquivalente Schaltung in einem aus dem Drei-Phasen-Wechselstrom-Koordinatensystem gewandelten Zwei-Phasen-Wechselstrom-Koordinatensystem.

Während sowohl der erste feste Wert im ersten Regenerativ-Steu er/Regelprozeß als auch der zweite feste Wert im zweiten Regenerativ- Steuer/Regelprozeß zu null bestimmt werden, könnten sie nicht strikt null sein und könnten auf Werte nahe null bestimmt sein.

Bei den veranschaulichenden Ausführungsformen wurde der bürstenlose Gleichstrommotor beschrieben. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind allerdings auf andere Elektromotortypen anwendbar.

In den obigen Ausführungsformen wird der elektrische Doppelschicht kondensator, dessen Ausgangsspannung stark variabel ist, mit großem Vorteil als die Energieversorgung des Motors verwendet. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können allerdings auch erreicht werden, falls die vorliegende Erfindung auf andere Energieversorgungstypen angewendet wird.

Wenn auch gewisse bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und im Detail beschrieben wurden, sollte verstanden werden, daß vielfältige Änderungen und Modifikationen daran vor genommen werden können, ohne vom Bereich der anhängenden Ansprü che abzuweichen.

Ein regeneratives Bremssystem zum Erzeugen eines regenerativen Moments in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Momentkommando in einem Elektromotor weist auf: einen Stromdetektor, einen Spannungs detektor, einen Drehgeschwindigkeitsdetektor, eine Sollerzeugungs- Energie/Leistung-Berechnungseinheit zum Berechnen einer Sollerzeugungs-Energie/Leistung aus der Spannung einer Energieversor gung des Elektromotors, der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors und einem vorbestimmten Momentkommando, eine Isterzeugungs- Energie/Leistung-Berechnungseinheit zum Berechnen einer Isterzeugungs-Energie/Leistung des Elektromotors aus dem Ankerstrom des Elektromotors und der Spannung der Energieversorgung des Elektro motors, eine Beeinflussungsgrößen-Berechnungseinheit zum Berechnen einer Beeinflussungsgröße zum Eliminieren einer Abweichung zwischen der Sollerzeugungs-Energie/Leistung und der Isterzeugungs-Ener gie/Leistung aus der Abweichung gemäß einem Rückkopplungs-Steu er/Regelprozeß und eine regenerative Steuereinheit zum Steuern/Regeln des Ankerstroms des Elektromotors in Abhängigkeit von der Beein flussungsgröße auf ein regeneratives Bremsen.

Claims

1. Regeneratives Bremssystem zum Wiedergewinnen von durch einen regenerativen Betrieb eines Elektromotors erzeugter elektri scher Energie zum Laden einer Energieversorgung des Elektro motors für die Ausführung eines regenerativen Bremsens zum Erzeugen eines regenerativen Moments in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Momentkommando im Elektromotor, umfassend:
ein Stromerfassungsmittel zum Erfassen eines durch einen Anker des Elektromotors fließenden Ankerstroms;
ein Spannungserfassungsmittel zum Erfassen einer Spannung der Energieversorgung des Elektromotors;
ein Drehgeschwindigkeitserfassungsmittel zum Erfassen einer Drehgeschwindigkeit des Elektromotors;
ein Sollerzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungsmittel zum Berechnen einer von dem Anker zur Energieversorgung auszu gebenden Sollerzeugungs-Energie/Leistung aus der durch das Spannungserfassungsmittel erfaßten Spannung der Energieversor gung, der durch das Drehgeschwindigkeitserfassungsmittel erfaß ten Drehgeschwindigkeit des Elektromotors und dem Moment kommando;
ein Isterzeugungs-Energie/Leistung-Berechnungsmittel zum Berechnen einer tatsächlich vom Anker ausgegebenen Isterzeugungs-Energie/Leistung aus dem durch das Stromerfas sungsmittel erfaßten Ankerstrom des Elektromotors und der durch das Spannungserfassungsmittel erfaßten Spannung der Energie versorgung;
ein Beeinflussungsgrößen-Berechnungsmittel zum Berechnen einer Beeinflussungsgröße zum Eliminieren einer Abweichung zwischen der Sollerzeugungs-Energie/Leistung und der Isterzeugungs-Energie/Leistung aus der Abweichung; und ein Regenerativ-Steuer/Regelmittel zum Steuern/Regeln des Ankerstroms des Elektromotors in Abhängigkeit von der Beein flussungsgröße auf ein regeneratives Bremsen.

2. Regeneratives Bremssystem nach Anspruch 1, bei dem das Regenerativ-Steuer/Regelmittel umfaßt:
Mittel zum Behandeln des Elektromotors wie zu einer äquiva lenten Schaltung umgewandelt, die einen ersten Anker auf einer q-Achse in der Richtung des Flusses eines Feldsystems des Elek tromotors und einen zweiten Anker auf einer zur q-Achse or thogonalen d-Achse aufweist, zum Steuern/Regeln eines durch den ersten Anker fließenden iq-Stroms und eines durch den zwei ten Anker fließenden id, um hierdurch den Ankerstrom des Elek tromotors zu steuern/regeln, zum Vergleichen der durch das Beeinflussungsgrößen-Berechnungsmittel berechneten Beein flussungsgröße mit einer vorbestimmten Referenz-Beeinflussungs größe, und zum wahlweisen Durchführen eines ersten Regenerativ-Steuer/Regelprozesses zum Steuern/Regeln des id- Stroms zum Vergrößern des im Elektromotor erzeugten regenerati ven Moments und eines zweiten Regenerativ-Steu er/Regelprozesses zum Steuern/Regeln des iq-Stroms zum Redu zieren des im Elektromotor erzeugten regenerativen Moments in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleiches.

3. Regeneratives Bremssystem nach Anspruch 2, bei dem das Regenerativ-Steuer/Regelmittel umfaßt:
ein dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel zum Bestimmen eines iq-Stromkommandos, daß dieses einen ersten festen Wert einnimmt, und eines id-Stromkommandos gemäß der Beeinflus sungsgröße im ersten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß, und zum Bestimmen eines id-Stromkommandos, das ein Steuer/Regel- Sollwert für den id-Strom ist, daß dieses einen zweiten festen Wert einnimmt, und eines iq-Stromkommandos, das ein Steu er/Regelsollwert für den iq-Strom ist, gemäß der Beeinflussungs größe im zweiten Regenerativ-Steuer/Regelprozeß;
ein Ankerstromkommando-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Ankerstromkommandos, das ein Steuer/Regelsollwert für den Ankerstrom des Elektromotors ist, aus dem id-Stromkomman do und dem iq-Stromkommando, die durch das dq- Stromkommando-Bestimmungsmittel bestimmt sind; und
ein Ankerstrom-Steuer/Regelmittel zum Steuern/Regeln des Ankerstroms des Elektromotors derart, daß der durch das Strom erfassungsmittel erfaßte Ankerstrom des Elektromotors dem durch das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel berechneten Anker stromkommando gleichgemacht wird.

4. Regeneratives Bremssystem nach Anspruch 3, bei dem das Regenerativ-Steuer/Regelmittel umfaßt: ein verzögertes- Stromkommando-Erzeugungsmittel zum Erzeugen eines verzöger ten Stromkommandos durch Verzögern des durch das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel berechneten Anker stromkommandos, wobei das Ankerstromkommando-Berech nungsmittel ein Mittel zum Steuern/Regeln des Ankerstroms des Elektromotors aufweist, derart, daß der durch das Stromerfas sungsmittel erfaßte Ankerstrom des Elektromotors dem durch das verzögertes-Stromkommando-Erzeugungsmittel erzeugten verzö gerten Stromkommando im zweiten Regenerativ-Steu er/Regelprozeß gleichgemacht wird.

5. Regeneratives Bremssystem nach Anspruch 4, bei dem das verzögertes-Stromkommando-Erzeugungsmittel umfaßt:
ein Mittel zum Ändern des durch das dq-Stromkommando- Bestimmungsmittel bestimmten id-Stromkommandos in Abhängig keit von dem Momentkommando und der durch das Dreh geschwindigkeitserfassungsmittel erfaßten Drehgeschwindigkeit des Elektromotors, zum Ändern des iq-Stromkommandos in Ab hängigkeit von dem geänderten id-Stromkommando und dem durch das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel bestimmten iq- Stromkommando und zum Zuführen des geänderten id-Strom kommandos und des geänderten iq-Stromkommandos zum Ankerstromkommando-Berechnungsmittel, um hierdurch das durch das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel berechnete Anker stromkommando zu verzögern, um das verzögerte Stromkomman do zu erzeugen.

6. Regeneratives Bremssystem nach Anspruch 4, bei dem das verzögertes-Stromkommando-Erzeugungsmittel umfaßt:
ein Mittel zum Bestimmen eines Nacheilwinkels, um den das Ankerstromkommando zu verzögern ist, in Abhängigkeit von der durch das Spannungserfassungsmittel erfaßten Spannung der Energieversorgung und der durch das Drehgeschwindigkeits erfassungsmittel erfaßten Drehgeschwindigkeit des Elektromotors, zum Ändern des id-Stromkommandos und des iq-Stromkomman dos, die durch das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel be stimmt sind, in Abhängigkeit von dem Nacheilwinkel und dem durch das dq-Stromkommando-Bestimmungsmittel bestimmten iq- Stromkommando, und zum Zuführen des geänderten id-Strom kommandos und des geänderten iq-Stromkommandos zum Ankerstromkommando-Berechnungsmittel, um hierdurch das durch das Ankerstromkommando-Berechnungsmittel berechnete Anker stromkommando zu verzögern, um das verzögerte Stromkomman do zu erzeugen.

7. Regeneratives Bremssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem der Elektromotor einen bürstenlosen Gleichstrommotor umfaßt.

8. Regeneratives Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Energieversorgung einen elektrischen Doppelschicht- Kondensator umfaßt.