EP2673159A2 - Verfahren zum regeln eines von einer elektrischen maschine in einem kraftfahrzeug abgegebenen ist-drehmoments auf ein soll-drehmoment - Google Patents

Verfahren zum regeln eines von einer elektrischen maschine in einem kraftfahrzeug abgegebenen ist-drehmoments auf ein soll-drehmoment

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Publication number
EP2673159A2
EP2673159A2 EP12703049.2A EP12703049A EP2673159A2 EP 2673159 A2 EP2673159 A2 EP 2673159A2 EP 12703049 A EP12703049 A EP 12703049A EP 2673159 A2 EP2673159 A2 EP 2673159A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
torque
electric machine
motor vehicle
switching elements
excitation current
Prior art date
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Ceased
Application number
EP12703049.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Jaros
Julian Roesner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2673159A2 publication Critical patent/EP2673159A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/15—Control strategies specially adapted for achieving a particular effect
    • B60W20/19—Control strategies specially adapted for achieving a particular effect for achieving enhanced acceleration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/15—Controlling commutation time
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28—Arrangements for controlling current
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    • B60W2710/10—Change speed gearings
    • B60W2710/1022—Input torque

Definitions

  • the present invention relates to a method for regulating an output from an electric machine in a motor vehicle actual torque to a desired torque.
  • Claw pole generators with electrical excitation are usually used as electric machines in motor vehicles.
  • the current through the rotor winding serves as a manipulated variable for controlling the desired output voltage and is specified by an assigned field controller.
  • electrical machines as starter generators, on the one hand to start the engine during engine operation of the electric machine and on the other hand to generate power for the electrical system and for charging the motor vehicle battery in the generator mode of the electric machine.
  • DE 103 17 207 A1 describes a method for delivering the largest possible torque in a belt-driven starter generator when starting the engine.
  • the commutation angle and exciting current are set as a function of the rotational speed in such a way that the maximum possible starting torque results.
  • the invention provides a simple way to use an electrical machine in a motor vehicle for driving the same.
  • a boost function can be realized which requires only comparatively minor modifications to the vehicle and nevertheless enables optimum torque support of the internal combustion engine.
  • a preferred use for a boost mode implements a control such that the summation torque of the engine and electric machine corresponds to the driver's desired torque.
  • the invention leads to a significant improvement of the starting behavior by torque support in the lower speed range. Pure electric driving at low speeds (so-called creep operation) becomes possible. An inserted internal combustion engine can be performed less efficient ("downsizing") and thus more environmentally friendly, cost-effective and low-consumption, since the associated with the downsizing deterioration of the starting behavior by the electrical torque assistance is compensated. The solution remains overall cost-effective, since only small changes in the drive train must be made. According to the invention, an electric machine in a motor vehicle is controlled by selective adjustment of the commutation angle and / or the rotor current (also referred to below as the exciter current) for delivering a desired torque.
  • the exciter current also referred to below as the exciter current
  • the control is preferably block commutated, so that only a small DC link capacity is required.
  • a block commutation for example, always exactly two out of three three-phase windings are energized.
  • the current can not be limited. This results in particular in operation at low speeds to the fact that the power electronics must be dimensioned to a very high rated current. As the speed increases, but the current decreases rapidly due to the higher inductive resistance of the stator winding, so that no current limit is necessary here.
  • the invention is preferably carried out only above a minimum speed.
  • the minimum speed is chosen so that the current is already below a desired maximum value due to the inductive resistance of the stator winding, so that the power electronics can be dimensioned correspondingly small.
  • the invention is carried out only below a maximum speed.
  • the maximum speed results from the fact that the certifiable moment and thus the economy decreases with increasing speed.
  • the invention can be used advantageously in generators whose output voltage is rectified by a power converter with controllable switching elements.
  • a power converter can be operated as a synchronous rectifier, as a boost converter, as buck converter, as a pulse inverter, etc.
  • the switching elements By appropriate control of the switching elements, the commutation angle is then influenced.
  • the commutation angle is predetermined speed-dependent and the excitation current is used as a manipulated variable, so that by increasing the excitation current, the actual torque is also increased and by reducing the excitation current, the actual torque is also reduced.
  • the specification of the commutation angle can be
  • the exciting current is specified as a function of the speed and the commutation angle is used as the manipulated variable.
  • An arithmetic unit according to the invention e.g. a control unit of a motor vehicle, is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for the provision of the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • Figure 1 shows an embodiment of a starter generator with power converter with controllable switching elements, as he may underlie the invention.
  • FIG. 2 shows the relationship between the torque output by an electrical machine and the speed for different operating voltages.
  • FIG. 3 shows the relationship between the torque output by an electrical machine and the commutation angle for different exciter currents.
  • FIG. 4 shows a flowchart of an embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 1 an electric machine, on which the present invention is based, is shown in the form of a circuit diagram and designated by 100 as a whole.
  • the electric machine has a generator component 10 and a
  • Power converter component 20 on.
  • the power converter component is usually operated as a rectifier in regenerative operation of the machine, and as an inverter in motor operation.
  • the generator component 10 is shown only schematically in the form of star-connected stator windings 1 1 and an exciter or rotor winding 12 connected in parallel with a diode.
  • the rotor winding is switched by a power switch 13 which is connected to a terminal 24 of the power converter component 20, clocked.
  • the control of the power switch 13 takes place in accordance with a field controller 15, wherein the power switch 13 as well as the parallel to the rotor winding 12 connected diode are usually integrated in an application-specific integrated circuit (ASIC) of the field controller.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • a three-phase generator is shown. In principle, however, the present invention can also be used with less-or multi-phase generators, for example five-phase generators.
  • the power converter component 20 is designed here as a B6 circuit and has
  • Switching elements 21, which may be embodied for example as a MOSFET 21.
  • the MOSFETs 21 are, for example via busbars, connected to the respective stator windings 1 1 of the generator. Furthermore, the MOSFETs are connected to terminals 24, 24 'and provide, with appropriate control, a direct current for a vehicle electrical system including battery 30 of a motor vehicle.
  • the actuation of the switching elements 21 takes place by a control device 25 via control channels 26, of which not all are provided with reference numerals for reasons of clarity.
  • the control device 25 receives the phase voltage of the individual stator windings via phase channels 27. To provide these phase voltages, further devices can be provided, which however are not shown for the sake of clarity.
  • control device 25 evaluates the phase voltages provided via the phase channels 27 and determines therefrom a respective ON and OFF time of a single MOSFET 21.
  • the control via control channels 26 affects the gate terminals of the MOSFET 21 off.
  • Known field controller as provided in the context of this embodiment
  • Field controller 15 have a so-called terminal V-terminal 19 which is connected to a phase of the stator winding of the generator.
  • the frequency of the terminal V signal or the phase input signal is evaluated in the controller 15 and serves depending on the characteristics of this signal for activating or deactivating the controller operation and ultimately for controlling the
  • the phase signal for the phase signal input 19, as shown, are also performed by the drive means 25.
  • the electric machine 100 is used to operate alone or in
  • the power converter component 20 is operated according to an embodiment of the invention as described with reference to FIG.
  • a battery is used as the voltage supply, which has a higher voltage (for example 40 V) than the usual vehicle electrical system voltage of 12 V.
  • FIG. 2 in a diagram 200 on the ordinate the dependence of the emitted actual torque M RS G of an electric machine on the rotational speed n is plotted on the abscissa for different battery voltages.
  • a graph 201 corresponds to a battery voltage of 12.5 V
  • a graph 202 corresponds to one Battery voltage of 28 V
  • a graph 203 corresponds to a battery voltage of 42 V.
  • FIG. 3 plots the dependence of the given actual torque M RS G of an electrical machine on the ordinate on the ordinate on the abscissa for different exciter currents in a diagram 300 on the ordinate.
  • a graph 301 corresponds to an excitation current of 3.3 A
  • a graph 302 corresponds to an excitation current of 4.5 A
  • a graph 303 corresponds to a excitation current of 5.5 A
  • a graph 304 corresponds to a excitation current of 6.5 A.
  • the method for regulating the actual torque to a desired torque begins in a step 400, wherein a driver's desired torque - usually based on an accelerator pedal position - is determined.
  • the torque currently generated by the internal combustion engine is determined, for example, map-based from the quantities injection quantity and speed.
  • a step 402 the difference between the driver's desired torque and the torque currently generated by the internal combustion engine is determined as the desired torque for the electric machine.
  • the actual torque of the electric machine is determined, for example, map-based from the variables excitation current, commutation angle and speed.
  • a suitable commutation angle is specified as a function of the rotational speed, preferably characteristic-based.
  • the excitation current is predetermined as a function of the setpoint torque or of the control deviation between the setpoint torque and the actual torque, in particular by clocking between 0 and 100%.
  • the steps 401 to 405 take place within the scope of a regulation. A certain time sequence is only conditionally necessary. In essence, the steps take place simultaneously.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Regeln eines von einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug abgegebenen Ist-Drehmoments auf ein Soll-Drehmoment
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines von einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug abgegebenen Ist-Drehmoments auf ein Soll-Drehmoment.
Stand der Technik
Als elektrische Maschinen werden in Kraftfahrzeugen üblicherweise Klauenpol- generatoren mit elektrischer Erregung eingesetzt. Der Strom durch die Läuferwicklung dient als Stellgröße zur Regelung der gewünschten Ausgangsspannung und wird von einem zugeordneten Feldregler vorgegeben. Es ist auch bekannt, elektrische Maschinen als Startergeneratoren einzusetzen, um einerseits den Verbrennungsmotor im Motorbetrieb der elektrischen Maschine zu starten und andererseits Strom für das Bordnetz und zum Laden der Kraftfahrzeugbatterie im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine zu erzeugen.
Die DE 103 17 207 A1 beschreibt ein Verfahren, um bei einem riemengetriebenen Startergenerator beim Starten des Motors ein möglichst großes Drehmoment abzugeben. Dazu werden Kommutierungswinkel und Erregerstrom in Abhängigkeit von der Drehzahl so eingestellt, dass sich ein maximal mögliches Startmoment ergibt.
Generatoren, die auch zum Fahrzeug-Antrieb eingesetzt werden, sind aus dem Bereich der Hybrid-Fahrzeuge bekannt. Ziel ist hierbei, den Verbrennungsmotor bei niedrigen Drehzahlen, bei denen dieser noch nicht sein volles Drehmoment liefert, zu unterstützen (sog. Boostbetrieb, Turboloch-Kompensation). Üblicherweise werden hier permanenterregte Synchronmaschinen eingesetzt, die bei höheren Spannungen >100V betrieben werden. Dies führt zu einem komplexen Systemaufbau, verbunden mit großen Änderungen im Triebstrang sowie aufwendigen Schutzmaßnahmen aufgrund der hohen Spannung. Neben einem hohen Integrationsaufwand führt ein derartiges System zu hohen Mehrkosten.
Es ist wünschenswert, eine einfache Möglichkeit anzugeben, um eine elektrische Maschine in einem Kraftfahrzeug so zu betreiben, dass sie für den Antrieb desselben genutzt werden kann und ein erwünschtes Soll-Drehmoment abgibt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Regeln eines von einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug abgegebenen Ist-Drehmoments auf ein Soll- Drehmoment mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung bietet eine einfache Möglichkeit, eine elektrische Maschine in einem Kraftfahrzeug auch zum Antreiben desselben zu verwenden. Es kann insbesondere eine Boostfunktion realisiert werden, die nur vergleichsweise geringe Modifikationen am Fahrzeug erfordert und dennoch eine optimale Momentenunterstützung des Verbrennungsmotors ermöglicht. Eine bevorzugte Verwendung für einen Boostbetrieb implementiert eine Regelung derart, dass das Summenmoment von Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine dem Fahrerwunschmoment entspricht.
Die Erfindung führt zu einer deutlichen Verbesserung des Anfahrverhaltens durch Momentenunterstützung im unteren Drehzahlbereich. Rein elektrisches Fahren bei kleinen Geschwindigkeiten (sog. Kriechbetrieb) wird möglich. Ein eingesetzter Verbrennungsmotor kann leistungsschwächer ("Downsizing") und damit umweltfreundlicher, kostengünstiger und verbrauchsärmer ausgeführt werden, da die mit dem Downsizing verbundene Verschlechterung des Anfahrverhaltens durch die elektrische Momentenunterstützung kompensiert wird. Die Lösung bleibt insgesamt kostengünstig, da nur geringe Änderungen im Antriebsstrang vorgenommen werden müssen. Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine in einem Kraftfahrzeug durch gezielte Einstellung des Kommutierungswinkels und/oder des Läuferstroms (im Folgenden auch als Erregerstrom bezeichnet) zur Abgabe eines erwünschten Drehmoments geregelt. Die Möglichkeit, das Drehmoment über eine Einstellung des Kommutierungswinkels und des Läuferstroms zu beeinflussen, ist zwar in der genannten DE 103 17 207 A1 prinzipiell beschrieben. Es wurde nun jedoch im Rahmen der Erfindung erkannt, dass dies auch zur einfachen Regelung des Drehmoments in einem Motorbetrieb der elektrischen Maschine zum Antreiben des Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Einer oder beide Parameter können als Stellgröße in der Regelung dienen.
Die Ansteuerung erfolgt vorzugsweise blockkommutiert, so dass nur eine geringe Zwischenkreiskapazität erforderlich ist. Bei einer Blockkommutierung werden bspw. immer genau zwei von drei Drehstromwicklungen bestromt. Ein Nachteil der blockkommutierten Ansteuerung besteht zwar darin, dass sich im Gegensatz zur sinuskommutierten Ansteuerung der Strom nicht begrenzen lässt. Dies führt insbesondere im Betrieb bei niedrigen Drehzahlen dazu, dass die Leistungselektronik auf einen sehr hohen Nennstrom dimensioniert werden muss. Mit zunehmender Drehzahl verringert sich aber der Strom aufgrund des höheren induktiven Widerstands der Ständerwicklung schnell, so dass hier keine Strombegrenzung notwendig ist.
Die Erfindung wird vorzugsweise nur oberhalb einer Mindestdrehzahl durchgeführt. Die Mindestdrehzahl wird dabei so gewählt, dass der Strom aufgrund des induktiven Widerstands der Ständerwicklung bereits unterhalb eines erwünschten Maximalwerts liegt, so dass die Leistungselektronik entsprechend klein dimensioniert werden kann.
Weiter vorzugsweise wird die Erfindung nur unterhalb einer Höchstdrehzahl durchgeführt. Die Höchstdrehzahl ergibt sich aus dem Umstand, dass das er- zeugbare Moment und somit die Wirtschaftlichkeit mit steigender Drehzahl abnimmt.
Die Erfindung lässt sich vorteilhaft bei Generatoren einsetzen, deren Ausgangs- Spannung durch einen Stromrichter mit ansteuerbaren Schaltelementen gleichgerichtet wird. Ein solcher Stromrichter kann als Synchrongleichrichter, als Hochsetzsteller, als Tiefsetzsteller, als Pulswechselrichter usw. betrieben werden. Durch entsprechende Ansteuerung der Schaltelemente wird dann der Kommutierungswinkel beeinflusst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kommutierungswinkel drehzahlabhängig vorgegeben und der Erregerstrom wird als Stellgröße verwendet, so dass durch Erhöhung des Erregerstroms das Ist-Drehmoment ebenfalls erhöht wird und durch Verringerung des Erregerstroms das Ist-Drehmoment ebenfalls verringert wird. Die Vorgabe des Kommutierungswinkels kann auf
Grundlage einer drehzahlabhängigen Kennlinie erfolgen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der der Erregerstrom drehzahlabhängig vorgegeben und der Kommutierungswinkel wird als Stellgröße verwendet.
Wir die elektrische Maschine im motorischen Betrieb mit einer Spannung betrieben, die oberhalb der üblichen Bordnetzspannung von 12 V, jedoch unterhalb einer zulässigen Berührspannung von 60 V, wird das von der Maschine abgege- bene Drehmoment erhöht ohne dass besonders aufwendige zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen notwendig würden.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungs- gemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhan- den ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines Startergenerators mit Stromrichter mit ansteuerbaren Schaltelementen, wie er der Erfindung zugrunde liegen kann.
Figur 2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem von einer elektrischen Maschine abgegebenen Drehmoment und der Drehzahl für unterschiedliche Betriebsspannungen.
Figur 3 zeigt den Zusammenhang zwischen dem von einer elektrischen Maschine abgegebenen Drehmoment und dem Kommutierungswinkel für unterschiedliche Erregerströme.
Figur 4 zeigt anhand eines Ablaufplans eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist eine elektrische Maschine, wie sie der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann, schaltplanartig dargestellt und insgesamt mit 100 bezeich- net. Die elektrische Maschine weist eine Generatorkomponente 10 und eine
Stromrichterkomponente 20 auf. Die Stromrichterkomponente wird im generatorischen Betrieb der Maschine üblicherweise als Gleichrichter, im motorischen Betrieb als Wechselrichter betrieben. Die Generatorkomponente 10 ist lediglich schematisch in Form von sternförmig verschalteten Ständerwicklungen 1 1 und einer zu einer Diode parallel geschalteten Erreger- bzw. Läuferwicklung 12 dargestellt. Die Läuferwicklung wird durch einen Leistungsschalter 13, der mit einem Anschluss 24 der Stromrichterkomponente 20 verbunden ist, getaktet geschaltet. Die Ansteuerung des Leistungs- Schalters 13 erfolgt nach Maßgabe eines Feldreglers 15, wobei der Leistungsschalter 13 ebenso wie die zur Läuferwicklung 12 parallel geschaltete Diode in der Regel in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) des Feldreglers integriert sind. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist ein dreiphasiger Generator dargestellt. Im Prinzip ist die vorliegende Erfindung jedoch auch bei weniger- oder mehrphasigen Generatoren, beispielsweise fünfphasigen Generatoren einsetzbar. Die Stromrichterkomponente 20 ist hier als B6-Schaltung ausgeführt und weist
Schaltelemente 21 auf, die beispielsweise als MOSFET 21 ausgeführt sein können. Die MOSFET 21 sind, beispielsweise über Stromschienen, mit den jeweiligen Ständerwicklungen 1 1 des Generators verbunden. Ferner sind die MOSFET mit Anschlüssen 24, 24' verbunden und stellen bei entsprechender Ansteuerung einen Gleichstrom für ein Bordnetz inkl. Batterie 30 eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung. Die Ansteuerung der Schaltelemente 21 erfolgt durch eine Ansteuerein- richtung 25 über Ansteuerkanäle 26, von denen aus Gründen der Übersicht nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind. Die Ansteuereinrichtung 25 erhält über Phasenkanäle 27 jeweils die Phasenspannung der einzelnen Ständerwicklungen. Zur Bereitstellung dieser Phasenspannungen können weitere Einrichtungen vorgesehen sein, die jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Die Ansteuereinrichtung 25 nimmt im (Synchron-)Gleichrichterbetrieb eine Aus- wertung der über die Phasenkanäle 27 bereitgestellten Phasenspannungen vor und bestimmt hieraus einen jeweiligen Ein- und Ausschaltzeitpunkt eines einzelnen MOSFET 21. Die Steuerung über Ansteuerkanäle 26 wirkt sich auf die Gate- Anschlüsse der MOSFET 21 aus. Bekannte Feldregler, wie der im Rahmen dieser Ausführungsform vorgesehene
Feldregler 15, weisen einen sogenannten Klemme- V-Anschluss 19 auf, der mit einer Phase der Ständerwicklung des Generators verbunden ist. Die Frequenz des Klemme-V-Signals bzw. des Phaseneingangssignals wird im Regler 15 ausgewertet und dient in Abhängigkeit von den Kenngrößen dieses Signals zur Akti- vierung oder Deaktivierung des Reglerbetriebs und letztlich zur Ansteuerung des
Leistungsschalters 13 über eine Ansteuerleitung 14. Das Phasensignal für den Phasensignaleingang 19 kann, wie dargestellt, auch durch die Ansteuereinrichtung 25 geführt werden. Im Motorbetrieb wird die elektrische Maschine 100 verwendet, um allein oder in
Kombination mit einem Verbrennungsmotor das Kraftfahrzeug anzutreiben. Hier wird die Stromrichterkomponente 20 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung betrieben, wie es unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben wird. Vorzugsweise wird als Spannungsversorgung eine Batterie verwendet, die eine höhere Span- nung (z.B. 40 V) aufweist als die übliche Bordnetzspannung von 12 V.
Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Zusammenhänge wird nun auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen. In Figur 2 ist in einem Diagramm 200 auf der Ordinate die Abhängigkeit des abgegebenen Ist-Drehmoments MRSG einer elektrischen Maschine von der Drehzahl n auf der Abszisse für verschiedene Batteriespannungen aufgetragen. Ein Graph 201 entspricht einer Batteriespannung von 12,5 V, ein Graph 202 entspricht einer Batteriespannung von 28 V und ein Graph 203 entspricht einer Batteriespannung von 42 V.
In Figur 2 wird zunächst deutlich, dass durch Betrieb der elektrischen Maschine an höheren Spannungen auch ein höheres Moment erzeugt werden kann. Weiterhin wird deutlich, dass das abgegebene Drehmoment bei höheren Drehzahlen absinkt. Um auch bei hohen Drehzahlen ein maximales motorische Moment zu erzeugen, wird die elektrische Maschine vorzugsweise im Feldschwächebetrieb betrieben. Dies kann bei einer fremderregten Synchronmaschine durch läufersei- tige Feldschwächung durch Verringerung des Erregerstroms und/oder durch ständerseitige Feldschwächung durch Veränderung des Kommutierungswinkels erfolgen.
In Figur 3 ist in einem Diagramm 300 auf der Ordinate die Abhängigkeit des ab- gegebenen Ist-Drehmoments MRSG einer elektrischen Maschine vom Kommutierungswinkel α auf der Abszisse für verschiedene Erregerströme aufgetragen. Ein Graph 301 entspricht einem Erregerstrom von 3,3 A, ein Graph 302 entspricht einem Erregerstrom von 4,5 A, ein Graph 303 entspricht einem Erregerstrom von 5,5 A und ein Graph 304 entspricht einem Erregerstrom von 6,5 A. Die Messun- gen wurden bei einer Drehzahl von n=3000 min"1 aufgenommen.
In Figur 2 wird zunächst deutlich, dass durch höhere Erregerströme auch ein höheres Moment erzeugt werden kann. Weiterhin wird deutlich, dass das abgegebene Drehmoment vom Kommutierungswinkel abhängt und für die hier vorlie- gende Drehzahl von n=3000 min"1 ein Kommutierungswinkel α von ca. -50° das höchste Drehmoment liefert. Dieser Winkel ist drehzahlabhängig und verringert sich mit zunehmender Drehzahl. Es ist daher vorteilhaft, den einzustellenden Kommutierungswinkel, bspw. als drehzahlabhängige Kennlinie, zu hinterlegen. Betrachtet man in Figur 3 bei festem Kommutierungswinkel die Abhängigkeit des
Moments vom Erregerstrom, so ergibt sich in erster Näherung ein proportionaler Zusammenhang. Der Erregerstrom wird daher vorzugsweise als Stellgröße zur Umsetzung der Momentenanforderung verwendet. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Figur 4 anhand eines Ablaufplans dargestellt, wobei vorliegend eine Unterstützung des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine ("Boostbetrieb") beschrieben wird.
Das Verfahren zum Regeln des Ist-Drehmoments auf ein Soll-Drehmoment beginnt in einem Schritt 400, wobei ein Fahrerwunschmoment - üblicherweise anhand einer Gaspedalstellung - ermittelt wird.
In einem Schritt 401 wird das aktuell vom Verbrennungsmotor erzeugte Moment ermittelt, bspw. kennfeldbasiert aus den Größen Einspritzmenge und Drehzahl.
In einem Schritt 402 wird als Soll-Drehmoment für die elektrische Maschine die Differenz zwischen dem Fahrerwunschmoment und dem aktuell vom Verbrennungsmotor erzeugten Moment ermittelt.
In einem Schritt 403 wird das Ist-Drehmoment der elektrischen Maschine ermittelt, bspw. kennfeldbasiert aus den Größen Erregerstrom, Kommutierungswinkel und Drehzahl.
In einem Schritt 404 wird ein geeigneter Kommutierungswinkel als Funktion der Drehzahl vorgegeben, vorzugsweise kennlinienbasiert.
In einem Schritt 405 wird schließlich der Erregerstrom abhängig vom Soll- Drehmoment bzw. von der Regelabweichung zwischen Soll-Drehmoment und Ist- Drehmoment vorgegeben, insbesondere durch Taktung zwischen 0 und 100%.
Die Schritte 401 bis 405 finden im Rahmen einer Regelung statt. Eine bestimmte zeitliche Abfolge ist nur bedingt erforderlich. Im Wesentlichen finden die Schritte gleichzeitig statt.
Der Motorbetrieb wird beendet, sobald ein geeigneter Drehzahlbereich verlassen oder das Fahrerwunschmoment zurückgenommen wird. Beim Beenden des Motorbetriebs wird zunächst der Erregerstrom zurückgenommen. Die Ansteuerung des Wechselrichters wird solange weiter aufrecht erhalten, bis der Erregerstrom auf Null abgeklungen ist (typischerweise ca. 100ms). Eine Abschaltung in anderer Reihenfolge könnte dazu führen, dass die elektrische Maschine sofort vom Motor- in den Generatorbetrieb übergeht, was zu deutlich spürbaren und somit unerwünschten Momentensprüngen führt.

Claims

Ansprüche
Verfahren zum Regeln eines von einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug abgegebenen Ist-Drehmoments auf ein Soll-Drehmoment, wobei die elektrische Maschine eine Ständerwicklung (1 1), eine Läuferwicklung (12), einen der Läuferwicklung (12) zugeordneten Feldregler (15) und einen der Ständerwicklung (1 1) nachgeschalteten Stromrichter (20) mit ansteuerbaren Schaltelementen (21) aufweist, wobei das Ist-Drehmoment auf das Soll-Drehmoment geregelt wird, indem ein Kommutierungswinkel durch gezielte Ansteuerung der Schaltelemente (21) eingestellt wird und/oder indem ein Erregerstrom durch die Läuferwicklung (12) gezielt eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Ansteuerung der Schaltelemente (21) zur Einstellung des Kommutierungswinkels blockweise erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das oberhalb einer vorgebbaren Mindestdrehzahl der elektrischen Maschine (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das unterhalb einer vorgebbaren Höchstdrehzahl der elektrischen Maschine (10) durchgeführt wird. 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrische
Maschine (10) mit einer Spannung oberhalb der üblichen Bordnetzspannung betrieben wird, vorzugsweise zwischen 12 V und 60 V.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kommutie- rungswinkel drehzahlabhängig eingestellt wird und der Erregerstrom als
Stellgröße für die Regelung dient.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Soll- Drehmoment so vorgegeben wird, dass die Summe eines von einem Ver- brennungsmotor abgegebenen Drehmoments und des Soll-Drehmoments einem Fahrerwunschmoment entspricht.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei beim Beenden der Regelung zunächst der Erregerstrom abgeschaltet wird und die gezielte
Ansteuerung der Schaltelemente (21) erst beendet wird, wenn der Erregerstrom abgeklungen ist.
9. Antriebseinheit (100), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine elektrische Maschine (10) mit einer Ständerwicklung (11), einer Läuferwicklung (12), einen der Läuferwicklung (12) zugeordneten Feldregler (15) sowie einen der Ständerwicklung (1 1) nachgeschalteten Stromrichter (20) mit ansteuerbaren Schaltelementen (21), gekennzeichnet durch Mittel (25) zum Regeln eines von einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug abge- gebenen Ist-Drehmoments auf ein Soll-Drehmoment, die dazu eingerichtet sind, das Ist-Drehmoment auf das Soll-Drehmoment durch Einstellung eines Kommutierungswinkels durch gezielte Ansteuerung der Schaltelemente (21) und/oder eines Erregerstroms durch die Läuferwicklung (12) zu regeln. 10. Antriebseinheit (100) nach Anspruch 9, wobei die Mittel (25) zum Regeln eines von einer elektrischen Maschine (10) in einem Kraftfahrzeug abgegebenen Ist-Drehmoments auf ein Soll-Drehmoment als Recheneinheit ausgebildet sind, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
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