DE102020128940A1

DE102020128940A1 - Rückspeisestrombegrenzung von synchronmotorantrieben

Info

Publication number: DE102020128940A1
Application number: DE102020128940.5A
Authority: DE
Inventors: Prerit Pramod; Krishna Namburi; Zhe Zhang
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: STEERING SOLUTIONS IP HOLDING CORPORATION, SAG, US
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2021-04-15
Also published as: US11349430B2; US20210111661A1

Abstract

Es werden technische Lösungen für das Steuern des Betriebs eines Wechselrichters beschrieben, um eine Spannung auf einem Gleichstrombus (DC-Bus) und die Rückspeiseenergie (Strom), die einer Batterie zugeführt wird, zu verwalten. Es werden ein Steuersystem und ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine mit Hilfe eines Steuergeräts bereitgestellt. Genauer gesagt ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es eine strombasierte Drehmomentgrenze berechnet, um eine Rückspeisestromgrenze zu erfüllen, und eine spannungsbasierte Drehmomentgrenze, um eine Spannungsgrenzenbeschränkung des Gleichstrombusses zu erfüllen. Das Steuergerät ist so konfiguriert, dass es eine Drehmomentgrenze berechnet, um die Rückspeisestrom- und Spannungsgrenzen des DC-Busses zu erfüllen, und dass er eine Vielzahl von Schaltern innerhalb des Wechselrichters ansteuert, um einen Direkt-Achsenstrom von der elektrischen Maschine zu erzeugen, der einer Drehmomentanforderung entspricht und der Drehmomentgrenze entspricht. Das vorgeschlagene System und Verfahren stellen einen Motorstrom bereit, der eine Entmagnetisierungsstromgrenze der elektrischen Maschine überschreitet.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Systeme zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Anmeldung auf Verfahren und Systeme zur Verwaltung von Rückspeisestrom aus einer elektrischen Maschine. Beispielhafte Ausführungsformen sind in elektrischen Servolenkungssystemen (EPS-Systemen) bereitgestellt.
Moderne elektrische Servolenkungssysteme (EPS-Systeme) verwenden auf Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) basierende elektrische Antriebe, die Drehmomentunterstützung für den Fahrer bereitstellen. Als Stromquelle für EPS-Systeme wird üblicherweise eine Fahrzeugbatterie verwendet. Da mehrere elektronische Systeme im Fahrzeug Strom aus der Fahrzeugbatterie verbrauchen, ist es für jedes System unerlässlich, die Energie (oder den Strom), die es der Batterie entnimmt oder der Batterie wieder zuführt, aktiv zu verwalten. Mit dem Aufkommen und der Verbreitung von Elektrofahrzeugen ist es jetzt noch wichtiger, die Batterie durch ein angemessenes Strom- und Spannungsmanagement zu schützen.
ZUSAMMENFASSUNG
Nach einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst ein Steuersystem zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine einen Wechselrichter, der betrieben werden kann, um mit Schaltern Strom von Wechselstrom-Phasenbussen der elektrischen Maschine auf einen Gleichstrombus gleichzurichten. Das Steuersystem umfasst auch ein Steuergerät, das betrieben werden kann, um: eine spannungsbasierte Drehmomentgrenze zu berechnen, die einer Spannungsgrenzenbeschränkung des Gleichstrombusses entspricht; eine strombasierte Drehmomentgrenze zu berechnen, die einer Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht; und eine Drehmomentgrenze zu berechnen, die durch die strombasierte Drehmomentgrenze definiert ist, wenn die strombasierte Drehmomentgrenze kleiner als die spannungsbasierte Drehmomentgrenze ist. Das Steuergerät kann auch betrieben werden, um die Schalter des Wechselrichters zu betätigen, um ein Ausgangsdrehmoment zu erzeugen, das einer Drehmomentanforderung entspricht und mit der Drehmomentgrenze übereinstimmt. Das Steuergerät kann auch betrieben werden, um die Schalter betätigen, um einen Direkt-Achsenstrom so zu regeln, dass ein maximaler d-Achsenstrom nicht überschritten wird, wobei der maximale d-Achsenstrom entweder durch eine Entmagnetisierungsstromgrenze der elektrischen Maschine oder einen d-Achsenspitzenstrom definiert ist, der einem Quadratur-Achsenstrom mit einer realen Lösung entspricht.
Nach einer oder mehreren Ausführungsformen ist ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Berechnen einer spannungsbasierten Drehmomentgrenze, die einer Spannungsgrenzenbeschränkung eines Gleichstrombusses entspricht; das Berechnen einer strombasierten Drehmomentgrenze, die einer Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht; das Berechnen einer Drehmomentgrenze, die durch die strombasierte Drehmomentgrenze definiert ist, wenn die strombasierte Drehmomentgrenze kleiner als die spannungsbasierte Drehmomentgrenze ist; das Ansteuern einer Vielzahl von Schaltern innerhalb eines Wechselrichters, um die elektrische Maschine zu veranlassen, ein Ausgangsdrehmoment zu erzeugen, das einer Drehmomentanforderung entspricht und mit der Drehmomentgrenze übereinstimmt; und das Ansteuern der Vielzahl von Schaltern, um einen Direkt-Achsenstrom so zu regulieren, dass er einen maximalen d-Achsenstrom nicht überschreitet, wobei der maximale d-Achsenstrom entweder durch eine Entmagnetisierungsstromgrenze der elektrischen Maschine oder einen d-Achsenspitzenstrom definiert ist, der einem Quadratur-Achsenstrom mit einer realen Lösung entspricht.
Nach einer oder mehreren Ausführungsformen ist ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Berechnen eines spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstroms der elektrischen Maschine, der der Spannungsgrenzenbeschränkung des Gleichstrombusses entspricht; Berechnen eines strombegrenzten Direkt-Achsenstroms der elektrischen Maschine, der der Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht; Berechnen einer endgültigen Direkt-Achsenstromgrenze als die größte aus dem spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstrom und dem strombegrenzten Direkt-Achsenstrom; und Ansteuern einer Vielzahl von Schaltern innerhalb eines Wechselrichters, um einen Direkt-Achsenstrom zu erzeugen, der die endgültige Direkt-Achsenstromgrenze erfüllt.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
Figurenliste
Der Gegenstand der vorliegenden Offenlegung wird gründlich dargelegt und in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung separat beansprucht. Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
2 einen Leistungsfluss eines Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
3 ein Diagramm des aufgebrachten Drehmoments in Abhängigkeit von einer Drehzahl eines Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
4 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Steuerungssystems für eine elektrische Maschine nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
5 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Algorithmus zum Steuern eines Rückspeisestroms nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
6 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Algorithmus zum Steuern eines Rückspeisestroms nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
7 ein Flussdiagramm zum Berechnen eines maximalen d-Achsenstroms zeigt, um einen Batteriestrom zu liefern, der eine Rückspeisestromgrenze erfüllt;
8 ein Diagramm der Drehmomentkapazität eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
9 ein Diagramm des d-Achsen-Stroms eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
10 ein Diagramm des Batteriestroms eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
11 ein Diagramm des Motorstroms eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
12 ein Diagramm eines q-Achsenstroms in Abhängigkeit von einem d-Achsenstrom eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
13 ein Diagramm eines q-Achsenstroms in Abhängigkeit von einem d-Achsenstrom eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
14 ein Diagramm eines Batteriestroms in Abhängigkeit von einer Drehzahl eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
15 ein Diagramm von maximalen d-Achsen-Strömen eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
16 ein Diagramm der Drehmomentkapazität eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
17 ein Diagramm eines Batteriestroms eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
18 ein Diagramm eines Motorstroms eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
19 ein Diagramm eines d-Achsenstroms eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
20A ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung von Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) in einem Lenksystem nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung zeigt;
20B die Fortsetzung des Flussdiagramms von 20A zeigt;
20C ein Flussdiagramm zeigt, das Teilschritte des Verfahrens von 20A darstellt;
20D ein Flussdiagramm zeigt, das Teilschritte des Verfahrens von 20A - 20B darstellt; und
20E ein Flussdiagramm zeigt, das einen Teilschritt des Verfahrens von 20A - 20B darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die vorliegende Offenlegung nun unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, ist zu verstehen, dass die offengelegten Ausführungsformen lediglich eine Illustration der vorliegenden Offenlegung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können hervorgehoben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind bestimmte strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage für die Unterweisung eines Fachmanns darüber, wie die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise eingesetzt werden kann.
Die hier verwendeten Begriffe Modul und Untermodul beziehen sich auf eine oder mehrere Verarbeitungsschaltungen, etwa eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie festzustellen ist, können die nachstehend beschriebenen Untermodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
In dieser Offenlegung wird ein Algorithmus zum aktiven Managen (Begrenzen) von Rückspeisestrom vorgeschlagen. Der Algorithmus verwaltet die an eine Batterie gelieferte Rückspeiseenergie (Strom) durch aktive Steuerung der Motorströme. Zusätzlich zur direkten Begrenzung des zulässigen Drehmoments wird eine Funktion vorgeschlagen, bei der der Wirkungsgrad des Elektroantriebs reduziert wird, um ein höheres Drehmoment zu erzeugen, wobei gleichzeitig eine von außen vorgegebene Rückspeisestromgrenze beachtet wird. Die vorgeschlagene übergeordnete Steuerungsstruktur ist sehr modular, so dass die Funktion abgeschaltet werden kann, um einen Betrieb mit maximalem Wirkungsgrad zu ermöglichen, wobei nur das Drehmoment reduziert wird. Der vorgeschlagene Algorithmus ist nicht nur modular, sondern auch optimal in Bezug auf das Drehmoment- und Wirkungsgradmanagement und darüber hinaus relativ einfach in der Berechnung.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die elektrische Maschine so konfiguriert, dass sie mindestens eine der folgenden Aufgaben erfüllt: Aufbringen eines Unterstützungsmoments auf ein Lenksystem eines Fahrzeugs und Steuern des Lenksystems. In einigen Ausführungsformen stellen das vorgeschlagene System und das Verfahren sicher, dass der Motorstrom immer unterhalb einer Entmagnetisierungsstromgrenze des Motors gehalten wird. In anderen Ausführungsformen kann es sein, dass das vorgeschlagene System und Verfahren den Motorstrom nicht auf die Entmagnetisierungsstromgrenze des Motors begrenzen. Beispielsweise kann ein Motor in einem EPS-System einen Motorstrom aufweisen, der während dynamischer Lenkereignisse wie dem Bremsen über Bordsteinen die Entmagnetisierungsstromgrenze des Motors überschreitet. Solche Anwendungen können relativ selten und/oder von kurzer Dauer sein, so dass das Risiko einer Entmagnetisierung des Motors relativ gering sein kann.
Unter Bezugnahme nun auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, ist 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Servolenkungssystems (EPS-Systems) 40, das für die Umsetzung der offengelegten Ausführungsformen geeignet ist. Der Lenkmechanismus 36 ist ein System vom Typ Zahnstange-Ritzel und umfasst eine Zahnstange (nicht abgebildet) innerhalb eines Gehäuses 50 und ein Ritzel (ebenfalls nicht abgebildet), das sich unter einem Getriebegehäuse 52 befindet. Wenn die Bedienereingabe, im Folgenden als Lenkrad 26 (z.B. Handrad und dergleichen) bezeichnet, gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29 und die untere Lenkwelle 51, die mit der oberen Lenkwelle 29 über ein Kardangelenk 34 verbunden ist, dreht das Ritzel. Die Drehung des Ritzels bewegt die Zahnstange, die Spurstangen 38 (nur eine ist abgebildet) bewegt, die wiederum die Achsschenkel 39 (nur einer ist abgebildet) bewegen, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist abgebildet) drehen bzw. einschlagen.
Eine Unterstützung durch die elektrische Servolenkung wird durch die Steuereinheit bereitgestellt, die allgemein mit Bezugszeichen 24 bezeichnet ist und das Steuergerät 16 und eine elektrische Maschine 19 umfasst, die ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) sein könnte und im Folgenden als elektrische Maschine 19 bezeichnet wird. Das Steuergerät 16 wird von der Fahrzeugstromversorgung 10 über einen Gleichstrombus 12 gespeist. Das Steuergerät 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Der Lenkwinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, der ein optischer Kodierungssensor, ein Sensor mit variablem Widerstand oder jeder andere geeignete Positionssensortyp sein kann, und liefert dem Steuergerät 16 ein Positionssignal 20. Eine Motordrehzahl kann mit einem Tachometer oder einer anderen Vorrichtung gemessen und als Motordrehzahlsignal 21 an das Steuergerät 16 übertragen werden. Eine Motordrehzahl mit der Bezeichnung ω_m kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als die Änderung der Motorposition θ berechnet werden, wie sie von dem Positionssensor 32 über ein vorgeschriebenes Zeitintervall gemessen wird. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m = Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit und Δθ die Positionsänderung während des Abtastintervalls ist. Alternativ kann die Motordrehzahl aus der Motorposition als die Änderungsgeschwindigkeit der Position in Abhängigkeit von der Zeit abgeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche bekannte Verfahren zur Durchführung der Funktion einer Ableitung gibt.
Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das vom Fahrzeugführer auf das Lenkrad 26 aufgebrachte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht abgebildet) und einen variablen Widerstandssensor (ebenfalls nicht abgebildet) umfassen, der ein variables Drehmomentsignal 18 an das Steuergerät 16 in Abhängigkeit vom Grad der Verdrehung des Torsionsstabs ausgibt. Obwohl es sich hierbei um einen Typ von Drehmomentsensor handelt, ist jede andere geeignete Drehmomentsensorvorrichtung, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, ausreichend. Als Reaktion auf die verschiedenen Eingaben sendet das Steuergerät einen Befehl 22 an die elektrische Maschine 19, die über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 eine Drehmomentunterstützung für das Lenksystem liefert und damit eine Drehmomentunterstützung für die Fahrzeuglenkung bereitstellt.
Es ist zu beachten, dass, obwohl die offengelegten Ausführungsformen durch Bezugnahme auf die Motorsteuerung für elektrische Lenkanwendungen beschrieben sind, es festzustellen ist, dass diese Bezugnahmen nur illustrativen Charakter haben und die offengelegten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung mit einem Elektromotor, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen, angewendet werden können. Darüber hinaus können die hierin enthaltenen Verweise und Beschreibungen für viele Formen von Parametersensoren gelten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Drehzahl und ähnliches. Es ist auch zu beachten, dass für die hierin enthaltenen Verweise auf elektrische Maschinen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Motoren, im Folgenden der Kürze und Einfachheit halber nur auf Motoren ohne Einschränkung Bezug genommen wird.
Im dargestellten Steuerungssystem 24 nutzt das Steuergerät 16 das Drehmoment, die Position, die Drehzahl und ähnliches, um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, um die erforderliche Ausgangsleistung zu liefern. Das Steuergerät 16 ist in Kommunikation mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems angeordnet. Das Steuergerät 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, quantifiziert die empfangenen Informationen und liefert als Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale, in diesem Fall z.B. an die elektrische Maschine 19. Das Steuergerät 16 ist so konfiguriert, dass er die entsprechende(n) Spannung(en) aus einem Wechselrichter (nicht abgebildet) entwickelt, der optional in das Steuergerät 16 eingebaut sein kann und hier als Steuergerät 16 bezeichnet wird, so dass, wenn sie an die elektrische Maschine 19 angelegt wird/werden, das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet das Steuergerät 16 in einem Regelungsmodus mit Rückkopplung als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. Alternativ dazu arbeitet das Steuergerät 16 in einem oder mehreren Beispielen in einem Regelungsmodus mit Vorsteuerung, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen mit der Position und Drehzahl der elektrischen Maschine 19 und dem gewünschten Drehmoment in Beziehung stehen, werden die Position und/oder Drehzahl des Rotors und das von einem Bediener aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionsgeber ist mit der unteren Lenkwelle 51 verbunden, um eine Winkelposition θ zu erfassen. Der Geber kann die Drehposition auf der Grundlage optischer Erfassung, von Magnetfeldänderungen oder anderer Verfahren erfassen. Zu den typischen Positionssensoren gehören Potentiometer, Resolver, Synchros, Geber und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines der vorgenannten Elemente enthalten. Der Positionsgeber gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der unteren Lenkwelle 51 und damit die der elektrischen Maschine 19 anzeigt.
Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, die Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen einen solchen Drehmomentsensor 28 und das bzw. die Drehmomentsignal(e) 18 davon, das bzw. die auf einen nachgiebigen Torsionsstab, T-Stab, eine Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht abgebildet) ansprechen kann bzw. können, die so konfiguriert ist, dass sie eine Antwort liefert, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einem oder mehreren Beispielen befinden sich ein oder mehrere Temperatursensoren 23 an der elektrischen Maschine 19. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 23 so konfiguriert, dass er direkt die Temperatur des Messabschnitts der elektrischen Maschine 19 misst. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 an das Steuergerät 16, um die hier vorgeschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen. Typische Temperatursensoren sind Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Sensoren, die bei geeigneter Anordnung ein kalibrierbares Signal liefern, das proportional zu der jeweiligen Temperatur ist.
An das Steuergerät 16 werden u.a. das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 angelegt. Das Steuergerät 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, so dass ein Rotorpositionswert, ein Motordrehzahlwert und ein Drehmomentwert für die Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale, wie die oben genannten, werden ebenfalls üblicherweise linearisiert, kompensiert und nach Wunsch gefiltert, um die Eigenschaften zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften des erfassten Signals zu eliminieren. Beispielsweise können die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals anzusprechen. Darüber hinaus kann eine frequenz- oder zeitbasierte Kompensation und Filterung eingesetzt werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Zur Durchführung der vorgeschriebenen Funktionen und der gewünschten Verarbeitung sowie der entsprechenden Berechnungen (z.B. Identifizierung von Motorparametern, Regelalgorithmus(en) und dergleichen) kann das Steuergerät 16 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSP, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Interrupt(s), Kommunikationsschnittstelle(n) und Ein-/Ausgangssignalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten umfassen. Zum Beispiel kann das Steuergerät 16 eine Eingangssignalverarbeitung und Filterung enthalten, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder Erfassung solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Weitere Merkmale des Steuergeräts 16 und bestimmte darin enthaltene Prozesse werden zu einem späteren Zeitpunkt eingehend erörtert.
2 stellt einen Leistungsfluss eines Motorsteuerungssystems dar. Das dargestellte Motorsteuerungssystem stammt von dem Lenksystem 40 einschließlich des Steuermoduls 16 und der elektrischen Maschine 19, die eine Spannungsschleife definieren, die die Spannung an der Batterie (nicht dargestellt) und die Spannung am Eingang des Wechselrichters (nicht dargestellt) einschließt, der dann mit der elektrischen Maschine 19 verbunden ist.
Für eine gegebene Batteriespannung (V_BATT) und eine Messung der Versorgungsspannung (V_ecu) an dem Steuergerät 16 können die Leistungsgleichungen gelöst werden, um Motorstromgrenzen zu erhalten. Ein Spannungsschaltungsmodell, das die Batterie berücksichtigt, kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden. $V_{e c u} = V_{B A T T} - R_{B H} I_{s}$
In der obigen Gleichung steht R_BH für den Widerstand des Batteriekabelbaums und I_s für einen Batteriestrom von der Batterie zum Steuerungsmodul 16. Positive Werte des Batteriestroms I_s zeigen eine Versorgungsstromentnahme von der Batterie 10 zum Steuerungsmodul 16 an. Negative Werte des Batteriestroms I_s weisen auf einen Rückspeisestrom vom Steuerungsmodul 16 zur Batterie 10 hin.
3 zeigt ein Diagramm des aufgebrachten Drehmoments in Abhängigkeit von der Drehzahl eines Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. Konkret zeigt 3, dass das Diagramm vier Quadranten enthält, wobei die Quadranten II und IV jeweils dem Motorsteuerungssystem zugeordnet sind, das sich in einem Rückspeisemodus befindet.
4 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Steuerungssystems 100 für eine elektrische Maschine 19 nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. In einigen Ausführungsformen und wie in 4 dargestellt, ist die elektrische Maschine 19 ein Elektromotor des Typs Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM). Die elektrische Maschine 19 kann jedoch eine andere Art von Motor oder Motor/Generator sein, z.B. eine Wickelfeldmaschine. Im Rückspeisemodus wird Leistung von der elektrischen Maschine 19 als Wechselstrom auf Wechselstrom-Phasenbussen 120 erzeugt und durch einen Wechselrichter 124 in Gleichstromleistung auf einem Gleichstrombus 12 umgewandelt. Der Wechselrichter 124 enthält eine Vielzahl von Schaltern 126, wie z.B. Feldeffekttransistoren (FETs), um den Strom von den Wechselstrom-Phasenbussen 120 auf den Gleichstrombus 12 gleichzurichten. In einigen Ausführungsformen ist der Gleichstrombus 12 mit einer Gleichstromquelle, wie z.B. der Batterie 10, gekoppelt.
Eine Steuereinheit 130 steht über einen Kommunikationspfad 132 mit dem Wechselrichter 124 in Verbindung, um eine Vielzahl verschiedener Parameter des Wechselrichters 124 zu überwachen und den Betrieb des Wechselrichters 124 zu steuern, um den Wechselstrom von den Wechselstrom-Phasenbussen 120 gleichzurichten, wodurch Leistung von der elektrischen Maschine 19 übertragen und die elektrische Maschine 19 veranlasst wird, ein Bremsmoment zu erzeugen. Ein solcher Betrieb entspricht dem regenerativen Modus, der als Quadranten II und IV in dem Diagramm des aufgebrachten Drehmoments in Abhängigkeit von der Drehzahl von 3 dargestellt ist.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines ersten Algorithmus 200 zur Steuerung des Rückspeisestroms nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. Der erste Algorithmus 200 kann mittels Hardware, Software oder einer Kombination aus Hardware und Software implementiert werden. Der erste Algorithmus 200 wird durch die Steuereinheit 130 zur Steuerung des Wechselrichters 124 implementiert, um den Rückspeisestrom I_r zu steuern. Konkret akzeptiert der erste Algorithmus 200 als Eingänge eine Drehmomentanforderung T_c, eine Spannungsgrenzenbeschränkung V_b und eine Rückspeisestromgrenze I_rl. Die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b ist ein maximaler Spannungswert für den Gleichstrombus 12, und die Rückspeisestromgrenze I_rl ist ein maximaler Strom, den der Wechselrichter 124 an den Gleichstrombus 12 liefern darf. Sowohl die Rückspeisestromgrenze I_rl als auch die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b des Gleichstrombusses 12 können von den Eigenschaften der Batterie 10 und/oder anderen Aspekten des Fahrzeugstromversorgungssystems bzw. Bordnetzes abhängen. Die Rückspeisestromgrenze I_rlund/oder die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b können während des Betriebs des Systems festgelegt sein. Alternativ können die Rückspeisestromgrenze I_rl und/oder die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b variabel sein. Beispielsweise kann sich die Rückspeisestromgrenze I_rl mit der Zeit oder mit der Drehzahl der elektrischen Maschine 19 ändern. Das Steuergerät 16 kann während des Betriebs Anpassungen vornehmen, um sowohl die Rückspeisestromgrenze I_rl als auch die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b zu erfüllen. Der erste Algorithmus 200 erzeugt als Ausgang Strombefehle I*_dq zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters 124. Genauer gesagt, werden die Strombefehle I*_dq in Spannungsbefehle V*_dq umgewandelt, die an den Wechselrichter 124 angelegt werden. Die Strombefehle I*_dq umfassen d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten der Ströme der elektrischen Maschine 19.
Der erste Algorithmus 200 ist in zwei Hauptkomponenten unterteilt, einen Block 210 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität und einen Block 212 zur Berechnung des Strombefehls. Der erste Algorithmus 200 umfasst auch einen Spannungsbefehls-Berechnungsblock 214 und den Wechselrichter 124. Der Block 210 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität erzeugt und liefert einen Drehmomentbefehl T_Command und einen spannungsbegrenzten d-Achsenstrom I_dmaxv an den Block 212 zur Berechnung des Strombefehls. Der Block 210 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität enthält einen Block 220 für das Rückspeisestrom-Spitzendrehmoment (RCPT), der so konfiguriert ist, dass er ein auf der Rückspeisestromgrenze basierendes Drehmoment T_r berechnet, das der Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 entspricht. Der RCPT-Block 220 berechnet das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_r, das ein maximal mögliches Drehmoment ist, das von der elektrischen Maschine 19 für die gegebene Rückspeisestromgrenze I_rl erzeugt werden kann, wie nachstehend hergeleitet wird. Die gesamte elektrische Leistung Pe in Bezug auf die Versorgungsspannung V_ecu, den Batteriestrom I_s und den Eingangskreiswiderstand R_c ist wie folgt. $V_{e c u} I_{s} - R_{c} I_{s}^{2} = P_{e}$
Die elektrische Leistung in Bezug auf den q-Achsen- und d-Achsen-Motorstrom I_dq wird wie folgt ausgedrückt. $P_{e} = \frac{3}{2} (R I_{d}^{2} + R I_{q}^{2} + ω_{e} ((L_{q} - L_{d}) I_{d} + K_{e} ω_{m}) I_{q})$
wobei I_d der d-Achsen-Strom ist, I_q der q-Achsen-Strom ist, ω_e eine elektrische Drehzahl ist, K_e eine Motorspannungskonstante ist, ω_m eine mechanische Drehzahl ist und L_q und L_d die q-Achsen- bzw. d-Achsen-Induktivität der elektrischen Maschine 19 sind.
Durch Überprüfung der Leistungsgleichung in Bezug auf die Motorströme kann beobachtet werden, dass das Spitzendrehmoment für eine gegebene Rückspeisestromgrenze bei dem maximal zulässigen d-Achsen-Motorstrom unter den gegebenen Betriebsbedingungen auftritt. Für eine gegebene Rückspeisestromgrenze erhält man dann das Spitzendrehmoment als die Wurzel(n) der folgenden quadratischen Gleichung für I_q, die aus den obigen Leistungsgleichungen erhalten wird. $(\frac{3}{2} R) I_{q}^{2} + \frac{3}{2} (ω_{e} I_{d} (L_{q} - L_{d}) + K_{e} ω_{m}) I_{q} + (\frac{3}{2} I_{d}^{2} R - V_{b} I_{r l} + R_{c} I_{r l}^{2}) = 0$
Da das Spitzendrehmoment beim maximalen d-Achsen-Motorstromwert I_d auftritt, wird die obige Gleichung durch Setzen von I_d gleich I_dmax gelöst, was der d-Achsen-Stromwert ist, bei dem das Spitzendrehmoment unter Berücksichtigung der Spannungsgrenzenbeschränkung V_b auftritt. Es ist zu beachten, dass in einigen Ausführungsformen I_dmax repräsentativ für eine Entmagnetisierungsstromgrenze I_{d_demag} der elektrischen Maschine 19 bei spannungsbegrenztem Betrieb ist. Mit anderen Worten können Ströme, die die Entmagnetisierungsstromgrenze I_{d_demag} überschreiten, dazu führen, dass Permanentmagnete innerhalb der elektrischen Maschine 19 permanent entmagnetisiert werden. Daher wirkt dieser Wert wie der maximal zulässige d-Achsen-Strom, der bei jedem gegebenen Betriebszustand erzeugt werden kann. Die Lösung der quadratischen Gleichung ist nachstehend angegeben. $I_{q 1,2} = \frac{- b_{r} \pm \sqrt{b_{r}^{2} - 4 a_{r} c_{r}}}{2 a_{r}}$
$a_{r} = \frac{3}{2} R$
$b_{r} = \frac{3}{2} (ω_{e} I_{d m a x} (L_{q} - L_{d}) + K_{e} ω_{m})$
$c_{r} = \frac{3}{2} I_{d m a x}^{2} V_{e c u} I_{r l} + R_{c} I_{r l}^{2}$
wobei I_q1 und I_q2 abhängig von der Drehzahl beide entweder positiv oder negativ sind. In der Regel wird der niedrigere positive (oder negative) Wert verwendet.
Schließlich kann das Spitzendrehmoment wie folgt berechnet werden. $T_{r 1,2} = \frac{3}{2} K_{e} I_{q 1,2} + \frac{3}{2} \frac{N_{p}}{2} (L_{q} - L_{d}) I_{d m a x} I_{q 1,2}$
wobei N_p die Polzahl der elektrischen Maschine 19 ist. Die positiven und negativen Drehmomentspitzenwerte, die bei den entsprechenden (gleichen) Drehzahlvorzeichen auftreten, sind gleich den Wurzeln T_r1 bzw. T_r2.
Es ist zu beachten, dass die Existenz der Wurzeln von der folgenden Bedingung abhängig ist. $R_{v} \equiv \sqrt{b_{r}^{2} - 4 a_{r} c_{r}} \geq 0$
Diese Bedingung wird aktiv überprüft, um das Vorhandensein einer Lösung sicherzustellen. Falls keine Lösung existiert, können die auf der Rückspeisestromgrenze basierenden (positiven und negativen) Spitzendrehmomente T_rp und T_rn auf den gleichen Wert wie die spannungsbasierten Spitzendrehmomente T_vp bzw. Tvn eingestellt werden (alternativ kann der Wert auf eine beliebig große Zahl eingestellt werden, so dass er von den nachfolgenden Blöcken im Wesentlichen ignoriert wird).
Die endgültigen arbitrierten Drehmomentspitzenwerte T_ap und T_an können wie folgt berechnet werden. $\begin{array}{l} T_{a p n} = sign (T_{r p n}) X max (| T_{r p} |, | T_{v p} |), wenn R_{v} = W a h r \\ T_{a p n} = T_{r v p n}, {wenn R}_{v} = F a l s c h \end{array}$
Es ist zu beachten, dass in einigen Fällen auch zusätzliche Logik zur Sicherstellung, dass die Werte von T_rp und T_rn das richtige Vorzeichen haben, implementiert werden kann.
Der vorstehende Algorithmus berechnet den maximal möglichen d-Achsen-Strom, um die elektrische Maschine 19 dazu zu veranlassen, ein auf der Rückspeisestromgrenze basierendes Drehmoment Trzu erzeugen, das ein rückspeisendes (bremsendes) Drehmoment ist, das der Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses entspricht und somit inhärent ineffizient ist. Bei einigen sicherheitskritischen Anwendungen, wie z.B. EPS, ist es jedoch akzeptabel und sogar ratsam, den Wirkungsgrad zu beeinträchtigen, da ein niedriges Bremsmoment unter bestimmten Fahrbedingungen potenziell zu Verletzungen des Fahrers und sogar zum Verlust der Fahrzeugkontrolle führen kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn die zulässige Rückspeisestromgrenze niedrig ist. In einigen Anwendungen kann der Grenzwert jedoch groß genug sein oder der Wirkungsgrad kann Vorrang haben. In solchen Fällen kann ein anderer Ansatz implementiert werden, bei dem der Wirkungsgrad auf Kosten des zulässigen Spitzendrehmoments erhöht wird. Dies kann z.B. durch Verwendung von Null für den Wert von I_d in der quadratischen Gleichung in I_q zur Berechnung des auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Spitzendrehmoments (oben beschrieben) erfolgen.
Noch unter Bezugnahme auf 5 enthält der Block 210 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität auch einen Block 222 für ein spannungsbasiertes Spitzenmoment (VPT-Block), der so konfiguriert ist, dass er eine spannungsbasierte Drehmomentgrenze T_v berechnet, die der Versorgungsspannung V_ecu des Gleichstrombusses 12 entspricht. Der Block 210 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität enthält auch einen Block 224 zur Arbitrierung des Spitzendrehmoments (PTA -Block), der so konfiguriert ist, dass er die Werte der spannungsbasierten Drehmomentgrenze T_v und des auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Drehmoments T_r ermittelt, um eine Drehmomentgrenze T_pk zu bestimmen. Genauer gesagt ist der PTA-Block 224 so konfiguriert, dass er die Drehmomentgrenze T_pk als einen kleineren Wert des auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Drehmoments T_r und der spannungsbasierten Drehmomentgrenze T_v berechnet. Beispielsweise ist der PTA-Block 224 so konfiguriert, dass die Drehmomentgrenze T_pk gleich dem auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Drehmoment T_r gesetzt wird, wenn das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_r kleiner als die spannungsbasierte Drehmomentgrenze T_v ist, und dass die Drehmomentgrenze T_pk gleich der spannungsbasierten Drehmomentgrenze T_v gesetzt wird, wenn sie kleiner als die auf dem Rückspeisestrom basierende Drehmomentgrenze T_r ist.
Der Block 210 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität enthält auch einen Block 226 zur Begrenzung des Drehmomentbefehls (TCL-Block), der so konfiguriert ist, dass er einen Drehmomentbefehl T_command erzeugt, indem er die Drehmomentanforderung T_c so klemmt bzw. festlegt, dass die Drehmomentgrenze T_pk nicht überschritten wird. Mit anderen Worten, der TCL-Block 226 ist so konfiguriert, dass er den Drehmomentbefehl T_command als einen kleineren Wert aus der Drehmomentanforderung T_c und der Drehmomentgrenze T_pk berechnet.
Der Strombefehl-Berechnungsblock 212 des ersten Algorithmus 200, der in 5 dargestellt ist, enthält einen Block 240 für das maximale Drehmoment pro Ampere (MTPA-Block) und einen Block 242 für die rückspeisestrombasierte d-Achsen-Motorstromsuche (RCDC-Block) sowie einen Block 244 für das maximale Drehmoment pro Spannung (MTPV-Block). Der MTPA-Block 240 empfängt den Drehmomentbefehl T_command von dem Block 210 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität und berechnet minimale Motorstrombefehle, die den Drehmomentbefehl T_command erfüllen. Diese minimalen Motorströme werden dann an den RCDC-Block 242 gesendet, der nach dem optimalen Wert des d-Achsenstroms I_d sucht, so dass die Rückspeisestromgrenze I_rl erfüllt ist. In einigen Ausführungsformen erhöht der RCDC-Block 242 die d-Achsen-Stromvariable in Schritten, bis ein entsprechender berechneter Batteriestrom I_s gleich oder innerhalb einer vorgegebenen Toleranz der Rückspeisestromgrenze I_rl ist. Die d-Achsen-Stromsuche kann die Erhöhung der d-Achsen-Stromvariablen von einem Anfangswert I_dmin aus einschließen. In einigen Ausführungsformen kann der Anfangswert I_dmin Null sein.
Es ist zu beachten, dass die Suche mit allen bekannten numerischen Techniken durchgeführt werden kann, die iterative Lösungsverfahren wie z.B. das Intervallhalbierungsverfahren beinhalten. Die Suche kann so lange fortgesetzt werden, bis eine Differenz zwischen dem berechneten Batteriestrom I'_s und der Rückspeisestromgrenze I_rl innerhalb einer akzeptablen vorgegebenen Toleranz liegt. In einigen Ausführungsformen kann auch eine vorgegebene Grenze für die Anzahl der Iterationen festgelegt werden. In dem Fall, in dem dem Wirkungsgrad Vorrang eingeräumt wird, kann der RCDC-Block 242 deaktiviert werden und dient im Wesentlichen als Durchreiche.
Die Ausgänge des RCDC-Blocks 242 werden dann an den MTPV-Block 244 gesendet, um sicherzustellen, dass die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b eingehalten wird, und werden dann als endgültige Strombefehle I*_dq an den Spannungsbefehls-Berechnungsblock 214 gesendet, der entsprechende Spannungsbefehle V*_dq erzeugt. Diese Spannungsbefehle V*_dq werden an den Wechselrichter 124 geliefert, der als Wechselrichter 124 arbeitet. Der Wechselrichter 124 erzeugt also auf den Wechselstrom-Phasenbussen 120 Ausgangsphasenspannungen V_abc, die die elektrische Maschine 19 veranlassen, ein Bremsmoment T_e zu erzeugen.
Bezugnehmend nun auf 6 ist ein zweiter Algorithmus 300 zur Steuerung von Rückspeisestrom nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung gezeigt. Der zweite Algorithmus 300 kann mittels Hardware, Software oder einer Kombination aus Hardware und Software implementiert werden. Der zweite Algorithmus 300 wird durch die Steuereinheit 130 zur Steuerung des Wechselrichters 124 implementiert, um den Rückspeisestrom I_r zu steuern. Speziell akzeptiert der zweite Algorithmus 300 als Eingänge eine Drehmomentanforderung T_c, eine Spannungsgrenzenbeschränkung V_b des Gleichstrombusses 12 und eine Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12. Der zweite Algorithmus 300 erzeugt als Ausgang einen Strombefehl I*_dq zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters 124, der ähnlich oder identisch wie im ersten Algorithmus 200 und wie in 5 dargestellt, ausgeführt werden kann. Der Strombefehl I*_dq besteht aus einer d-Achsen-Komponente und einer q-Achsen-Komponente. Sowohl die Rückspeisestromgrenze I_rl als auch die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b des Gleichstrombusses 12 können von den Eigenschaften der Batterie 10 und/oder anderen Aspekten des Bordnetzes abhängen. Die Rückspeisestromgrenze I_rl und/oder die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b können in Hardware oder Software des Steuergeräts 16 oder in einer anderen Vorrichtung oder einem anderen Speicher hartkodiert sein. Zusätzlich oder alternativ können sich die Rückspeisestromgrenze I_rl und/oder die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b während des Betriebs des Systems auf der Grundlage eines gegebenen Betriebszustands ändern. In einigen Ausführungsformen können die Rückspeisestromgrenze I_rl und/oder die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b vom Steuergerät 16 auf der Grundlage einer Berechnung oder eines anderen Mittels, wie z.B. einer Nachschlagetabelle, bestimmt werden. Der zweite Algorithmus 300 kann Aspekte oder Teile enthalten, die ähnlich wie oder identisch zu denen sind, die vorstehend im ersten Algorithmus 200 beschrieben wurden.
Der zweite Algorithmus 300 ist in zwei Hauptkomponenten unterteilt, einen Block 310 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität und einen Block 312 zur Berechnung des Strombefehls. Der Block 310 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität erzeugt und liefert einen Drehmomentbefehl T_Command und eine endgültige d-Achsen-Stromgrenze an den Block 312 zur Berechnung des Strombefehls. Der zweite Algorithmus 300 umfasst mehrere Blöcke, die ähnlich oder identisch wie entsprechende Blöcke des ersten Algorithmus 200, wie oben beschrieben, funktionieren können. Zum Beispiel enthält der Block 310 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität des zweiten Algorithmus 300 einen Block 320 für ein Rückspeisestrom-Spitzendrehmoment (RCPT-Block), der ähnlich oder identisch wie der Block 220 für ein Rückspeisestrom-Spitzendrehmoment (RCPT-Block) des ersten Algorithmus 200 sein kann. Der Block 310 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität des zweiten Algorithmus 300 enthält auch einen Block 322 für ein spannungsbasiertes Spitzendrehmoment (VPT-Block), der ähnlich oder identisch wie der Block 222 für ein spannungsbasiertes Spitzendrehmoment (VPT-Block) des ersten Algorithmus 200 sein kann. Der Block 310 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität des zweiten Algorithmus 300 enthält auch einen Block 324 zur Arbitrierung eines Spitzendrehmoments (PTA-Block), der ähnlich oder identisch mit dem Block 224 zur Arbitrierung eines Spitzendrehmoments (PTA-Block) des ersten Algorithmus 200 sein kann. Der Block 310 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität des zweiten Algorithmus 300 enthält auch einen Drehmomentbefehls-Begrenzungsblock 326 (TCL-Block), der ähnlich oder identisch wie der Drehmomentbefehls -Begrenzungsblock 226 (TCL-Block) des ersten Algorithmus 200 sein kann.
Der Block 312 zur Berechnung des Strombefehls des zweiten Algorithmus 300, der in 6 dargestellt ist, enthält einen Block 340 für maximales Drehmoment pro Ampere (MTPA-Block) und einen Block 342 für die rückspeisestrombasierte d-Achsen-Motorstromsuche (RCDC-Block) sowie einen Block 344 für maximales Drehmoment pro Spannung (MTPV-Block). Jeder dieser Blöcke kann ähnlich oder identisch wie die entsprechenden Blöcke 240, 242 bzw. 244 des ersten Algorithmus 200 konfiguriert sein.
Der zweite Algorithmus 300 enthält auch mehrere Blöcke, die im ersten Algorithmus 200, der vorstehend beschrieben wurde, nicht vorhanden sind. Zum Beispiel enthält der Block 310 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität des zweiten Algorithmus 300 einen Block 330 für einen maximalen d-Achsen-Strom für eine Spannungsbeschränkung (MDV-Block). Der Block 310 zur Bestimmung der Drehmomentkapazität des zweiten Algorithmus 300 enthält auch einen Block 332 für einen maximalen d-Achsenstrom für eine Rückspeisestrombeschränkung (MDR-Block) und einen Block 334 für eine Arbitrierung eines maximalen d-Achsenstroms (MDA-Block).
Der RCPT-Block 320 ist so konfiguriert, dass er ein auf der Rückspeisestromgrenze basierendes Drehmoment Trberechnet, das der Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 entspricht. Der RCPT-Block 320 berechnet das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_r, das ein maximal mögliches Drehmoment ist, das von der elektrischen Maschine 19 für die gegebene Rückspeisestromgrenze I_rl erzeugt werden kann, wie nachstehend hergeleitet. Die gesamte elektrische Leistung P_e in Bezug auf die Versorgungsspannung V_ecu, den Batteriestrom I_s und den Eingangskreiswiderstand R_c ist wie folgt. $V_{e c u} I_{s} - R_{c} I_{s}^{2} = P_{e}$
Die elektrische Leistung in Form von q-Achsen- und d-Achsen-Motorströmen I_dq wird wie folgt ausgedrückt. $P_{e} = a^{2} R I_{d}^{2} + a^{2} R I_{q}^{2} + a K_{e} ω_{m} I_{q} + a^{2} ω_{e} (L_{q} - L_{d}) I_{d} I_{q}$
In den obigen Gleichungen repräsentiert „a“ V3/2 einen Umrechnungsfaktor, wenn Leitungsparameter verwendet werden. Wenn man die Leistungsgleichung in Bezug auf die Motorströme untersucht, ist ersichtlich, dass das Spitzendrehmoment an der Rückspeisestromgrenze I_rl beim maximal möglichen d-Achsen-Motorstromwert auftritt. Aus den beiden vorstehenden Gleichungen lässt sich die folgende Gleichung ableiten: $V_{b} I_{s} - R_{c} I_{s}^{2} = a^{2} R I_{d}^{2} + a^{2} R I_{q}^{2} + a K_{e} ω_{m} I_{q} + a^{2} ω_{e} (L_{q} - L_{d}) I_{d} I_{q}$
Um den Spitzenstrom I_q auf der q-Achse für die Rückspeisestromgrenze I_rl zu berechnen, wird die vorstehende Gleichung wie folgt geschrieben. $(a^{2} R) I_{q}^{2} + (a^{2} ω_{e} (L_{q} - L_{d}) I_{d} + a K_{e} ω_{m}) I_{q} + (a^{2} R I_{d}^{2} - V_{e c u} I_{r l} + R_{c} I_{r l}^{2}) = 0$
Die vorstehende Gleichung ist eine quadratische Gleichung in Bezug auf I_q, die gelöst werden kann, um zwei Wurzeln zu erhalten. Da das Spitzendrehmoment für die Rückspeisestromgrenze I_rl bei maximalem d-Achsen-Motorstromwert auftritt, wird in der vorstehenden Gleichung der d-Achsenstrom, der aus dem Block 334 zur Arbitrierung des maximalen d-Achsenstroms (MDA-Block) berechnet wurde, ersetzt.
Der MDA-Block 334 erzeugt einen endgültigen maximalen d-Achsen-Strom I_dmaxf durch Arbitrierung zwischen einem spannungsbasierten maximalen d-Achsen-Strom I_dmaxv von dem MDV-Block 330 und einem auf der Rückspeisestromgrenze basierten maximalen d-Achsen-Strom I_dmaxr von dem MDR-Block 332. Der spannungsbasierte maximale d-Achsenstrom I_dmaxv ist ein spannungsabhängiger Spitzenwert des d-Achsenstroms I_d, bei dem das Spitzendrehmoment bei einer gegebenen Versorgungsspannung V_ecu auftritt. In einigen Ausführungsformen ist dieser I_dmaxv repräsentativ für die Entmagnetisierungsstromgrenze I_{d_demag}. Für elektrische Maschinen 19 vom Typ PMSM ist die Entmagnetisierungsstromgrenze I_{d_demag} gleich 4K_e / (√3 L_dN_p), wobei K_e eine elektromagnetische Gegenkraftkonstante ist, L_d eine d-Achsen-Induktivität der elektrischen Maschine 19 ist und N_p eine Anzahl von Polen der elektrischen Maschine 19 ist. In einigen Ausführungsformen ist der auf der Rückspeisestromgrenze basierende maximale d-Achsen-Strom I_dmaxr größer als die Entmagnetisierungsstromgrenze I_{d_demag}. Die Arbitrierung zwischen I_dmaxr und I_dmaxv wird durchgeführt, um das verfügbare Drehmoment bei allen Betriebsbedingungen zu maximieren. Der zweite Algorithmus 300 maximiert auch das Drehmoment, um die Stabilität während der dynamischen Bremsvorgänge zu gewährleisten, bei denen die Motordrehzahl durch externe Impulsereignisse, wie z.B. das Auftreffen der Räder des Fahrzeugs auf einen Bordstein, sehr hoch werden kann.
Der MDR-Block 332 ist so konfiguriert, dass er den auf der Rückspeisestromgrenze basierenden maximalen d-Achsen-Strom I_dmaxr wie folgt berechnet. Der auf der Rückspeisestromgrenze basierende maximale d-Achsenstrom I_dmaxr wird auf eine von zwei verschiedenen Arten berechnet, je nachdem, ob das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_r kleiner als die spannungsbasierte Drehmomentgrenze T_v ist, wenn der d-Achsenstrom I_d überstrichen wird (oder nicht). Diese beiden Situationen sind in 12 bzw. 13 graphisch dargestellt.
Aus der Leistungsgleichung kann man für eine gegebene Rückspeisestromgrenze I_rl schreiben: $(a^{2} R) I_{q}^{2} + (a^{2} ω_{e} (L_{q} - L_{d}) I_{d} + a K_{e} ω_{m}) I_{q} + (a^{2} R I_{d}^{2} - V_{e c u} I_{r l} + R_{c} I_{r l}^{2}) = 0$
Die Diskriminante der vorstehenden Gleichung kann wie folgt geschrieben werden: $B_{l d p}^{2} - 4 A_{l d p} C_{l d p} = {(a^{2} ω_{e} (L_{q} - L_{d}) I_{d} + a K_{e} ω_{m})}^{2} - 4 a^{2} R (a^{2} R I_{d}^{2} - V_{e c u} I_{r l} + R_{c} I_{r l}^{2})$
Durch Setzen der Diskriminante auf Null und Auflösen nach I_d kann ein d-Achsen-Spitzenstrom I_dp bestimmt werden, der dem Quadratur-Achsenstrom I_q entspricht, der eine reale Lösung hat. Dieser d-Achsen-Spitzenstrom I_dp wird im Folgenden als der auf der absoluten maximalen Rückspeisestromgrenze basierende Stromwert der d-Achse bezeichnet. ${(a^{2} ω_{e} (L_{q} - L_{d}) I_{d} + a K_{e} ω_{m})}^{2} - 4 a^{2} R (a^{2} R I_{d}^{2} - V_{e c u} I_{r l} + R_{c} I_{r l}^{2}) = 0$
Schreiben der Diskriminante in Form einer quadratischen Gleichung zum Auflösen nach I_d $\begin{array}{l} (a^{4} ω_{e}^{2} {(L_{q} - L_{d})}^{2} - 4 a^{4} R^{2}) I_{d}^{2} + (2 a^{3} ω_{e} ω_{m} (L_{q} - L_{d}) K_{e}) I_{d} \\ + (a^{2} K_{e}^{2} ω_{m}^{2} - 4 a^{2} R I_{r l}^{2} R_{c} + 4 a^{2} R V_{e c u} I_{r l}) = 0 \end{array}$
Die Lösung der vorstehenden quadratischen Gleichung ergibt zwei Wurzeln, und für unsere Kontrollzwecke wird immer der positive Wert von I_d verwendet (I_d ist positiv gilt als Feldschwächung nach der dq Konvention, die hier verwendet wird). $A_{l d p} = a^{4} ω_{e}^{2} {(L_{q} - L_{d})}^{2} 4 a^{4} R^{2}$
$B_{l d p} = 2 a^{3} ω_{e} ω_{m} (L_{q} - L_{d}) K_{e}$
$C_{l d p} = a^{2} K_{e}^{2} ω_{m}^{2} - 4 a^{2} R I_{r l}^{2} R_{c} + 4 a^{2} R V_{e c u} I_{r l}$
$I_{d} = I_{d p} = \frac{- B_{l d p} - \sqrt{B_{l d p}^{2} - 4 A_{l d p} C_{l d p}}}{2 A_{l d p}}$
Ersetzen des d-Achsen-Spitzenstroms I_dp in der Leistungsgleichung und Auflösen nach einem q-Achsen-Spitzenstrom I_qp und einem entsprechenden Drehmoment T_rlp: $(a^{2} R) I_{q}^{2} + (a^{2} ω_{e} (L_{q} - L_{d}) I_{d p} + a K_{e} ω_{m}) I_{q} + (a^{2} R I_{d p}^{2} - V_{e c u} I_{r l} + R_{c} I_{r l}^{2}) = 0$
$A_{l d p} = a^{2} R$
$B_{l d p} = a^{2} ω_{e} (L_{q} - L_{d}) I_{d p} a K_{e} ω_{m}$
$C_{l d p} = a^{2} R I_{d p}^{2} - V_{e c u} I_{r l} + R_{c} I_{r l}^{2}$
$I_{q p} = \frac{- B_{l d p} - \sqrt{B_{l d p}^{2} - 4 A_{l d p} C_{l d p}}}{2 A_{I d p}}$
(„-“ für einen positiven Drehmomentbefehl verwenden und umgekehrt)
Der RCPT-Block 320 berechnet somit das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_r als Spitzendrehmoment auf der Grundlage des erhaltenen I_dp und I_qp, $T_{r} = a K_{e} I_{d p} + \frac{3}{2} \frac{N_{p}}{2} \frac{1}{2} (L_{q} - L_{d}) I_{q p} I_{d p}$
Nun, Ersetzen von I_dp in der Spannungsgleichung und Berechnen von I_qv und des entsprechenden Drehmoments T_r: $\begin{array}{l} (a^{2} ω_{e}^{2} L_{q}^{2} + a^{2} R^{2}) I_{q}^{2} + (2 a R K_{e} ω_{m} + 2 a^{2} K ω_{e} (L_{q} - L_{d}) I_{d}) I_{q} + (a^{2} R^{2} I_{d}^{2} + K_{e}^{2} ω_{m}^{2} \\ + a^{2} ω_{e}^{2} L_{q}^{2} I_{d}^{2} - 2 a K_{e} ω_{m} ω_{e} L_{d} I_{d} - V_{e c u}^{2}) = 0 \end{array}$
$A_{l q v} = a^{2} ω_{e}^{2} L_{q}^{2} + a^{2} R^{2}$
$B_{l d p} = a R K_{e} ω_{m} + 2 a^{2} R ω_{e} (L_{q} - L_{d}) I_{d p}$
$C_{l d p} = a^{2} R^{2} I_{d p}^{2} + K_{e}^{2} ω_{m}^{2} + a^{2} ω_{e}^{2} L_{q}^{2} I_{d}^{2} - 2 a K_{e} ω_{m} ω_{e} L_{d} I_{d} - V_{e c u}^{2}$
$I_{q v} = \frac{- B_{l q v} \pm \sqrt{B_{l q v}^{2} - 4 A_{l q v} C_{l q v}}}{2 A_{l q v}}$
(„+“ für positiven Drehmomentbefehl verwenden und umgekehrt)
Der VPT-Block 322 berechnet somit die auf der Spannung basierende Drehmomentgrenze T_v als Spitzendrehmoment auf der Grundlage des erhaltenen I_dp und $I_{q v}, T_{v} = a K_{e} I_{d v} + \frac{3}{2} \frac{N_{p}}{2} \frac{1}{2} (L_{q} - L_{d}) I_{q v} I_{d v}$
Der MDR-Block 332 berechnet den strombegrenzten d-Achsen-Strom I_dmaxr zur Erfüllung der Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 gemäß $I d_{m a x} = {\begin{cases} I_{d p}, T_{r p} < T_{r v} und ω_{m} < 0 (or) T_{r p} \geq T_{r v} u n d ω_{m} > 0 \\ I_{d i t r} \end{cases}$
Kurz gesagt, dem strombegrenzten d-Achsenstrom I_dmaxr wird in allen Fällen der Wert von I_dp zugewiesen, außer wenn das System im Rückspeisebetrieb (Quadranten II, IV von 3) betrieben wird und wenn das Ausgangsdrehmoment T_e auf die auf dem Rückspeisestrom basierende Drehmomentgrenze Trbegrenzt ist. Wenn das System im Rückspeisebetrieb arbeitet und wenn das Ausgangsdrehmoment T_e auf die rückspeisestrombasierte Drehmomentgrenze Trbegrenzt ist, dann wird der strombegrenzte d-Achsenstrom I_dmaxr unter Verwendung eines iterativen Lösungsverfahrens berechnet. Ein von einem iterativen Lösungsverfahren ausgegebener d-Achsenstrom I_dmaxr wird unter Verwendung eines iterativen Lösungsverfahrens durch Wobbeln von I_d und durch Auflösen nach I_q erhalten, was sowohl die Spannungsgleichung als auch die Leistungsgleichung für die Rückspeisestromgrenze I_rl erfüllt.
Die maximalen und minimalen Werte von I_d, die beim Wobbeln verwendet werden, werden durch Setzen von I_q = 0 in der Spannungsgleichung erhalten. Dies ist wie folgt dargestellt. $(a^{2} R^{2} + a^{2} ω_{e}^{2} L_{d}^{2}) I_{d}^{2} - (2 a K_{e} ω_{m} ω_{e} L_{d}) I_{d} + (K_{e}^{2} ω_{m}^{2} - V_{e c u}^{2}) = 0$
$A_{l d m m} = a^{2} R^{2} + a^{2} ω_{e}^{2} L_{d}^{2}$
$B_{l d m m} = - (2 a K_{e} ω_{m} ω_{e} L_{d})$
$C_{I d m m} = K_{e}^{2} ω_{m}^{2} - V_{e c u}^{2}$
Die Lösung der obigen quadratischen Gleichung, $I_{d m m} = \frac{- B_{l d m m} \pm \sqrt{B_{l d m m}^{2} - 4 A_{l d m m} C_{l d m m})}}{2 A_{l d m m}}$
(„+“ für maximalen I_d und „-“ für minimalen I_d verwenden)
Der MDA-Block 334 berechnet den endgültigen maximalen d-Achsen-Strom I_dmaxf wie folgt: $I d_{m a x f} = {\begin{cases} I d_{m a x v}, T_{c} \geq 0 und ω_{m} \geq 0 (oder) T_{c} < 0 u n d ω_{m} < 0 \\ max (I d_{m a x v}, I d_{m a x r}) \end{cases}$
Mit anderen Worten, der MDA-Block 334 stellt den endgültigen maximalen d-Achsen-Strom I_dmaxf auf den Wert des spannungsbasierten maximalen d-Achsen-Stromes I_dmaxr ein, wenn das System entweder im ersten oder im dritten Quadranten betrieben wird (d.h. wenn das System Leistung vom DC-Bus bezieht). In anderen Fällen (d.h. wenn das System entweder im zweiten oder im vierten Quadranten betrieben wird), stellt der MDA-Block 334 den endgültigen maximalen d-Achsenstrom I_dmaxf auf den höchsten Wert aus dem spannungsbasierten maximalen d-Achsenstrom I_dmaxv und dem auf der Rückspeisestromgrenze basierenden maximalen d-Achsenstroms I_dmaxr ein.
Der endgültige maximale d-Achsenstrom I_dmaxf wird von dem RCPT-Block 320 und von dem VPT-Block 322 verwendet, um das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_r bzw. die spannungsbasierte Drehmomentgrenze T_v zu berechnen. Das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment Trund die spannungsbasierte Drehmomentgrenze T_v werden von dem PTA-Block 324 weiter arbitriert, um das endgültige Spitzendrehmoment T_pk zu senden, das alle Beschränkungen erfüllt. Dieses endgültige Spitzendrehmoment T_pk wird mit der Motordrehmomentanforderung T_c durch den TCL-Block 326 begrenzt, der einen Befehl für ein begrenztes Drehmoment T_command erzeugt, der an den Block 312 zur Berechnung des Strombefehls übermittelt wird, der ähnlich oder identisch wie der Block 212 zur Berechnung des Strombefehls des ersten Algorithmus 200 funktionieren kann.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zur Berechnung eines auf einer Rückspeisestromgrenze basierenden maximalen d-Achsenstroms I_dmaxr, der ein höchster Wert für einen d-Achsenstrom ist, der erzeugt werden kann, während der Batteriestrom I_s die Rückspeisestromgrenze I_rl erfüllt. Das im Flussdiagramm von 7 dargestellte Verfahren 400 wird durch den MDR-Block 332 durchgeführt.
Das Verfahren 400 umfasst im Schritt 402 das Lösen der Diskriminante der Leistungsgleichung, um einen d-Achsen-Spitzenstrom I_dp zu finden, der dem entspricht, dass der Wechselrichter 124 einen Batteriestrom I_s an den Gleichstrombus 12 liefert, der die Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 erfüllt. Mit anderen Worten, der d-Achsen-Spitzenstrom I_dp ist ein d-Achsenstrom, der den Wechselrichter 124 veranlasst, einen Batteriestrom I_s an den Gleichstrombus 12 zu liefern, der kleiner oder gleich der Rückspeisestromgrenze I_rl ist.
Das Verfahren 400 beinhaltet im Schritt 404 auch das Ersetzen des d-Achsen-Spitzenstroms I_dp in der Leistungsgleichung, um ein entsprechendes auf der Rückspeisestromgrenze basierendes Drehmoment T_rp zu finden. Dieser Schritt 404 kann mit dem RCPT-Block 320 oder einem ähnlichen Algorithmus oder Rechner durchgeführt werden, wobei der in Schritt 402 erhaltene d-Achsen-Spitzenstrom I_dp verwendet wird.
Das Verfahren 400 beinhaltet im Schritt 406 auch das Ersetzen des d-Achsen-Spitzenstroms I_dp in der Spannungsgleichung, um eine entsprechende spitzenspannungsbasierte Drehmomentgrenze T_rv zu finden, die der Spannungsgrenzenbeschränkung V_b des Gleichstrombusses 12 entspricht. Dieser Schritt 406 kann unter Verwendung des VPT-Blocks 322 oder eines ähnlichen Algorithmus oder Rechners unter Verwendung des in Schritt 402 erhaltenen d-Achsen-Spitzenstroms I_dp durchgeführt werden.
Das Verfahren 400 fährt in Schritt 408 fort mit dem Vergleichen des in Schritt 404 erhaltenen, auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Drehmoments T_rp mit der in Schritt 406 erhaltenen, auf der Spitzenspannung basierenden Drehmomentgrenze T_rv, um zu bestimmen, ob das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_rp kleiner als die auf der Spitzenspannung basierende Drehmomentgrenze T_rv ist. Ein „Ja“-Ergebnis dieses Vergleichs zeigt an, dass das Rückspeisedrehmoment, das von der elektrischen Maschine 19 erzeugt werden kann, nicht durch die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b des Gleichstrombusses 12 begrenzt wird. In diesem Fall wird in Schritt 410 der maximale d-Achsenstrom I_dmaxr auf den d-Achsen-Spitzenstrom I_dp eingestellt. Ein „Nein“-Ergebnis des Vergleichs in Schritt 408 zeigt an, dass das Rückspeisedrehmoment, das von der elektrischen Maschine 19 erzeugt werden kann, durch die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b des Gleichstrombusses 12 und die Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 begrenzt wird. In diesem Fall wird in Schritt 412 der maximale d-Achsenstrom I_dmaxr so bestimmt, dass er sowohl die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b als auch die Rückspeisestromgrenze I_rl erfüllt. In einigen beispielhaften Ausführungsformen bestimmt Schritt 412 den maximalen d-Achsen-Strom I_dmaxr unter Verwendung eines iterativen Lösungsverfahrens, um einen d-Achsen-Ausgangsstrom I_ditr zu bestimmen, der sowohl die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b als auch die Rückspeisestromgrenze I_rl erfüllt.
8 zeigt ein Diagramm der Drehmomentkapazität eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. 9 zeigt ein Diagramm des d-Achsen-Stromes eines beispielhaften Motorsteuerungssystems gemäß nach der vorliegenden Offenlegung.
10-19 zeigen Diagramme verschiedener Merkmale von beispielhaften Motorsteuerungssystemen nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung und im Vergleich zu konventionellen Konstruktionen. 10 zeigt ein Diagramm 1000 des Batteriestroms I_s, der aus dem Gleichstrombus 12 entnommen oder vom Wechselrichter 124 an den Gleichstrombus 12 geliefert wird, wobei eine Linie das System mit einer Rückspeisestromgrenze I_rl von -15 A und eine weitere Linie das System ohne Rückspeisestromgrenze I_rl zeigt. 11 zeigt ein Diagramm 1100 des Motorstroms eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung.
12 zeigt ein Diagramm 1200 des q-Achsenstromes in Abhängigkeit vom d-Achsen-Strom eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. Insbesondere enthält Diagramm 1200 eine Darstellung des q-Achsenstroms, der durch die Leistungsgleichung berechnet wurde (d.h. ein q-Achsenstrom zur Erfüllung der Rückspeisestromgrenze I_rl) und der kleiner bleibt als eine Darstellung des q-Achsenstroms, der durch die Spannungsgleichung berechnet wurde (d.h. ein q-Achsenstrom zur Erfüllung der Spannungsgrenzenbeschränkung V_b). 13 zeigt ein Diagramm 1300 des q-Achsenstroms in Abhängigkeit vom d-Achsenstrom eines beispielhaften -Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. Die Darstellungen von Diagramm 1300 sind denen in Diagramm 1200 ähnlich, mit der Ausnahme, dass die durch die Leistungsgleichung berechnete Darstellung des q-Achsenstroms (d.h. ein q-Achsenstrom zur Erfüllung der Rückspeisestromgrenze I_rl) an einigen Punkten den Wert der Darstellung des durch die Spannungsgleichung berechneten q-Achsenstroms (d.h. ein q-Achsenstrom zur Erfüllung der Spannungsgrenzenbeschränkung V_b) überschreitet. 12 und 13 stellen zwei verschiedene Szenarien dar, die von dem MDR-Block 332 verwendet werden, um den auf der Rückspeisestromgrenze basierenden maximalen d-Achsenstrom I_dmaxr zu berechnen.
14 zeigt ein Diagramm 1400 des Batteriestroms I_s in Abhängigkeit von der Drehzahl (RPM) eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. Insbesondere enthält das Diagramm 1400 Linien, die verschiedene Batterieströme I_s zeigen, wenn das System Rückspeisestromgrenzen I_rl von -50 A, -15 A und -5 A aufweist und wenn das System keine Rückspeisestromgrenze I_rl aufweist (was auch durch eine sehr hohe Einstellung der Rückspeisestromgrenze I_rl umgesetzt werden kann).
15 zeigt ein Diagramm 1500 der maximalen d-Achsenströme I_dmax eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. Konkret zeigt Diagramm 1500 Darstellungen der maximalen d-AchsenStröme I_dmax zur Erfüllung der Entmagnetisierungsstromgrenze I_{d_demag} der elektrischen Maschine 19 und zum Betrieb der elektrischen Maschine 19 bei verschiedenen Versorgungsspannungen und Drehmomenten (angegeben in Newtonmeter, Nm), einschließlich: 12V und 5 Nm, 12V und 1 Nm und 5V und 1 Nm.
16 zeigt ein Diagramm 1600 der Drehmomentkapazität eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. 16 enthält eine Darstellung des Drehmoments, das von einer elektrischen Maschine 19 bei verschiedenen Drehzahlen mit dem Wechselrichter 124 unter Verwendung des ersten Algorithmus 200 der vorliegenden Offenlegung („erster Algor.“) und unter Verwendung des zweiten Algorithmus 300 der vorliegenden Offenlegung („zweiter Algor.“) erzeugt wird. 17 zeigt ein Diagramm 1700 des Batteriestromes I_s eines beispielhaften Motorsteuerungssystems unter Verwendung des zweiten Algorithmus 300 der vorliegenden Offenlegung („zweiter Algor.“). Konkret enthält Diagramm 1700 eine Darstellung des Batteriestromes I_s zwischen dem Gleichstrombus 12 und einem Steuergerät 16, das mit dem zweiten Algorithmus 300 betrieben wird. In einigen Ausführungsformen kann der in 17 dargestellte Batteriestrom I_s identisch mit denjenigen sein, die mit dem ersten Algorithmus 200 erzeugt und/oder verbraucht werden, und/oder mit denjenigen, die mit einem konventionellen Steuerungsverfahren erzeugt und/oder verbraucht werden.
18 zeigt ein Diagramm 1800 des Motorstroms eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. Konkret enthält 18 eine Darstellung des Motorstroms in der elektrischen Maschine 19 bei verschiedenen Drehzahlen, wobei der Wechselrichter 124 den ersten Algorithmus 200 der vorliegenden Offenlegung („erster Algor.“) und den zweiten Algorithmus 300 der vorliegenden Offenlegung („zweiter Algor.“) verwendet. 19 zeigt ein Diagramm 1900 des d-Achsen-Stromes I_d eines beispielhaften Motorsteuerungssystems nach Aspekten der vorliegenden Offenlegung. Insbesondere enthält 19 eine Darstellung des d-Achsenstroms I_d in der elektrischen Maschine 19 bei verschiedenen Drehzahlen, wobei der Wechselrichter 124 den ersten Algorithmus 200 der vorliegenden Offenlegung („erster Algor.“) und den zweiten Algorithmus 300 der vorliegenden Offenlegung („zweiter Algor.“) verwendet.
Ein Verfahren 2000 zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine 19 ist im Flussdiagramm von 20A - 20B dargestellt. Das Verfahren 2000 beinhaltet im Schritt 2002 das Berechnen einer spannungsbasierten Drehmomentgrenze T_v, die einer Spannungsgrenzenbeschränkung V_b eines Gleichstrombusses 12 entspricht. Die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b ist ein maximaler Spannungswert für den Gleichstrombus 12. Die Spannungsgrenzenbeschränkung V_b kann von den Eigenschaften der Batterie 10 und/oder anderen Aspekten des Bordnetzes abhängen.
Das Verfahren 2000 beinhaltet im Schritt 2004 auch das Berechnen eines auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Drehmoments T_r, das einer Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 entspricht. Die Rückspeisestromgrenze I_rl ist ein maximaler Stromwert, den der Wechselrichter 124 an den Gleichstrombus 12 liefern darf. Die Rückspeisestromgrenze I_rl kann von den Eigenschaften der Batterie 10 und/oder anderen Aspekten des Bordnetzes abhängen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Berechnens des auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Drehmoments T_r, das der Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 (Schritt 2004) entspricht, die Verwendung der endgültigen Direkt-Achsenstromgrenze I_dmaxf. Da das Spitzendrehmoment für eine gegebene Rückspeisestromgrenze I_rl bei dem maximalen d-Achsen-Motorstromwert auftritt, kann die endgültige Direkt-Achsenstromgrenze I_dmaxf in die Gleichung eingesetzt werden, die zur Berechnung eines entsprechenden q-Achsenstroms und dann des auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Drehmoments T_r verwendet wird.
Das Verfahren 2000 beinhaltet im Schritt 2006 auch das Berechnen einer Drehmomentgrenze T_pk, die durch das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_r definiert ist, wenn das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_r kleiner ist als die spannungsbasierte Drehmomentgrenze T_v. In einigen Ausführungsformen wird die Drehmomentgrenze T_pk durch die strombasierte Drehmomentgrenze T_r definiert, wenn das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_r kleiner oder gleich der spannungsbasierten Drehmomentgrenze T_v ist.
Das Verfahren 2000 beinhaltet im Schritt 2008 auch das Ansteuern einer Vielzahl von Schaltern innerhalb eines Wechselrichters 124, um die elektrische Maschine 19 zu veranlassen, ein Ausgangsdrehmoment Tezu erzeugen, das einer Drehmomentanforderung T_c entspricht und mit der Drehmomentgrenze T_v übereinstimmt. Dieser Schritt 2008 kann von einem Wechselrichter 124 unter dem Befehl oder der Leitung einer Steuereinheit 130 ausgeführt werden.
Das Verfahren 2000 beinhaltet im Schritt 2009 auch das Ansteuern der Vielzahl von Schaltern innerhalb des Wechselrichters 124, um einen Direkt-Achsenstrom I_d so zu regulieren, dass ein maximaler d-Achsenstrom I_dmax nicht überschritten wird. Der maximale d-Achsenstrom I_dmax wird definiert durch entweder einen Entmagnetisierungsstrom-Grenzwert I_{d_demag} der elektrischen Maschine 19 oder einen d-Achsen-Spitzenstrom I_dp, der einem Quadratur-Achsenstrom I_q mit einer realen Lösung entspricht. Dieser Schritt 2009 kann durch den Wechselrichter 124 unter dem Befehl oder der Leitung der Steuereinheit 130 ausgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen wird der Direkt-Achsenstrom I_d so begrenzt, dass er eine Entmagnetisierungsstromgrenze I_{d_demag} der elektrischen Maschine 19 nicht überschreitet. Handelt es sich bei der elektrischen Maschine 19 beispielsweise um einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), können Ströme des Direkt-Achsenstroms I_d, die die Entmagnetisierungsstromgrenze l_{d_demag} überschreiten, dazu führen, dass Permanentmagnete innerhalb der elektrischen Maschine 19 permanent entmagnetisiert werden. In einigen Ausführungsformen wird eine solche Entmagnetisierung verhindert oder vermieden, indem der Direkt-Achsenstrom I_d so begrenzt wird, dass er die Entmagnetisierungsstromgrenze I_{d_demag} der elektrischen Maschine 19 nicht überschreitet. Alternativ kann in einigen Ausführungsformen zugelassen werden, dass der Direkt-Achsenstrom Id die Entmagnetisierungsstromgrenze l_{d_demag} der elektrischen Maschine 19 überschreitet. Beispielsweise kann in einem elektrischen Servolenkungssystem (EPS-System) der Direkt-Achsenstrom I_d die Entmagnetisierungsstromgrenze I_{d_demag} während dynamischer Lenkereignisse wie dem Bremsen über Bordsteine überschreiten. Solche Anwendungen können relativ selten und/oder von kurzer Dauer sein, so dass das Risiko einer Entmagnetisierung der elektrischen Maschine 19 relativ gering sein kann.
Das Verfahren 2000 beinhaltet im Schritt 2010 auch das Berechnen eines Drehmomentbefehls T_command als den kleineren aus der Drehmomentanforderung T_c und der Drehmomentgrenze T_pk. Dieser Schritt 2010 kann z.B. durch einen Drehmomentbefehl -Begrenzungsblock (TCL-Block) 226, 326 durchgeführt werden.
Das Verfahren 2000 beinhaltet im Schritt 2012 auch das Berechnen eines vorläufigen d-Achsen-Stromes I'_d und eines vorläufigen q-Achsen-Stromes I'_q, die zusammen I'_dq genannt werden und der elektrischen Maschine entsprechen, die den Drehmomentbefehl T_command erzeugt. Dieser Schritt 2012 kann z.B. unter Verwendung einer Berechnung des maximalen Drehmoments pro Ampere (MTPA) durchgeführt werden, z.B. durch den MTPA-Block 240 des ersten Algorithmus 200 oder durch den MTPA-Block 340 des zweiten Algorithmus 300.
Das Verfahren 2000 umfasst im Schritt 2014 auch das Berechnen eines modifizierten d-Achsenstroms I''_d, der dem Wechselrichter 124 entspricht, der die Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 erfüllt. Dieser Schritt 2014 kann z.B. mit Hilfe einer rückspeisestrombasierten d-Achsen-Motorstrom-Suchberechnung (RCDC-Berechnung) durchgeführt werden, z.B. durch den RCDC-Block 242 des ersten Algorithmus 200 oder durch den RCDC-Block 342 des zweiten Algorithmus 300.
Schritt 2014 des Berechnens des modifizierten d-Achsenstroms I''_d, der dem Wechselrichter 124 entspricht, der die Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 erfüllt, kann mehrere Teilschritte umfassen, wie im Flussdiagramm von 20C dargestellt. In einigen Ausführungsformen ist der RCDC-Block 242 so konfiguriert, dass er die folgenden Teilschritte ausführt.
Schritt 2014 beinhaltet im Teilschritt 2014A das Berechnen eines spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxv der elektrischen Maschine, der der Spannungsgrenzenbeschränkung V_b des Gleichstrombusses 12 entspricht. Dieser Teilschritt 2014A kann z.B. durch den Block 330 zur Begrenzung des maximalen d-Achsenstroms (MDV-Block) durchgeführt werden.
Schritt 2014 beinhaltet in Teilschritt 2014B auch das Einstellen eines prospektiven/voraussichtlichen d-Achsenstroms I_{d_prosp} auf der Grundlage des spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxv. In einigen Ausführungsformen wird der prospektive d-Achsen-Strom I_{d_prosp} gleich dem spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstrom I_dmaxv eingestellt. Mit anderen Worten, der spannungsbegrenzte Direkt-Achsenstrom I_dmaxv kann als Anfangswert bei einer Suche verwendet werden.
Schritt 2014 umfasst im Teilschritt 2014C auch das Berechnen eines geschätzten Batteriestroms I_{s_est}, der vom Wechselrichter 124 erzeugt wird, mit dem prospektiven d-Achsen-Strom I_{d_prosp}. Dieser Teilschritt 2014C entspricht dem Testen jedes einzelnen prospektiven d-Achsen-Stroms I_{d_prosp}, um festzustellen, ob die Suche erfolgreich ist.
Schritt 2014 beinhaltet in Teilschritt 2014D auch das Erhöhen des prospektiven d-Achsenstroms I_{d_prosp}, bis der prospektive d-Achsenstrom I_{d_prosp} dem geschätzten Batteriestrom I_{s_est} entspricht, der die Rückspeisestromgrenze I_rl erfüllt. Der prospektive d-Achsen-Strom I_{d_prosp} kann in Schritten erhöht werden, wobei die Schritte fest oder variabel sein können.
Das Verfahren 2000 umfasst im Schritt 2016 auch das Berechnen eines strombegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxr der elektrischen Maschine, der der Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 entspricht. Dieser Schritt 2016 kann z.B. durch den Block 332 zur Begrenzung des Rückspeisestroms (MDR-Block) des zweiten Algorithmus 300 durchgeführt werden. Der Schritt des Berechnens des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxr der elektrischen Maschine, der der Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 entspricht (Schritt 2016), kann mehrere Teilschritte umfassen, wie im Flussdiagramm von 20D dargestellt. In einigen Ausführungsformen ist der MDR-Block 332 so konfiguriert, dass er die folgenden Teilschritte ausführt. Schritt 2016 und seine entsprechenden Teilschritte sind auch in dem im Flussdiagramm von 7 gezeigten Verfahren 400 beschrieben.
Schritt 2016 beinhaltet bei Teilschritt 2016A das Berechnen eines Direkt-Achsenspitzenstroms I_dp, der dem Wechselrichter 124 entspricht, der einen Batteriestrom I_s an den Gleichstrombus 12 liefert, der kleiner ist als die Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12. In einigen Ausführungsformen entspricht der Direkt-Achsenspitzenstrom I_dp dem Wechselrichter 124, der einen Batteriestrom I_s an den Gleichstrombus 12 liefert, der kleiner oder gleich der Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 ist. Dieser Teilschritt 2016A entspricht Schritt 402 des im Flussdiagramm von 7 dargestellten Verfahrens 400.
Schritt 2016 umfasst in Teilschritt 2016B auch das Berechnen eines auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Drehmoments T_rp, das der Rückspeisestromgrenze I_rl des Gleichstrombusses 12 entspricht, unter Verwendung des Direkt-Achsenspitzenstroms Idp. Dieser Teilschritt 2016B entspricht Schritt 404 des im Flussdiagramm von 7 dargestellten Verfahrens 400.
Schritt 2016 umfasst im Teilschritt 2016C auch das Berechnen einer spitzenspannungsbasierten Drehmomentgrenze T_rv, die der Spannungsgrenzenbeschränkung V_b des Gleichstrombusses 12 entspricht, unter Verwendung des Direkt-Achsenspitzenstroms I_dp. Dieser Teilschritt 2016C entspricht Schritt 406 des im Flussdiagramm von 7 gezeigten Verfahrens 400.
Schritt 2016 beinhaltet im Teilschritt 2016D auch das Verwenden des Direkt-Achsenspitzenstroms I_dp als strombegrenzter Direkt-Achsenstrom I_dmaxr, wenn das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_rp kleiner ist als die auf der Spitzenspannung basierende Drehmomentgrenze T_rv. Dieser Teilschritt 2016D entspricht Schritt 410 des im Flussdiagramm von 7 gezeigten Verfahrens 400.
Schritt 2016 beinhaltet im Teilschritt 2016E auch das Berechnen eines Wertes des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxr, der kleiner als der Direkt-Achsenspitzenstrom I_dp ist, wenn das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment T_rp nicht kleiner als die auf der Spitzenspannung basierende Drehmomentgrenze T_rv ist. In einigen Ausführungsformen beinhaltet Teilschritt 2016E das Berechnen eines Wertes des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxr, der kleiner oder gleich dem Direkt-Achsenspitzenstrom I_dp ist. Dieser Teilschritt 2016E entspricht Schritt 412 des im Flussdiagramm von 7 dargestellten Verfahrens 400. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Teilschritt 2016E die Verwendung eines Intervallhalbierungsverfahrens. Dieser Teilschritt 2016E kann jedoch unter Verwendung anderer bekannter numerischer Techniken mit Intervalllösungsverfahren durchgeführt werden.
Das Verfahren 2000 beinhaltet in Schritt 2018 auch das Berechnen einer endgültigen Direkt-Achsenstromgrenze I_dmaxf unter Verwendung des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxr. Dieser Schritt 2014 kann z.B. durch den Block 334 zur Arbitrierung des maximalen d-Achsenstroms (MDA-Block) des zweiten Algorithmus 300 durchgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen und wie im Flussdiagramm von 20E dargestellt, umfasst der Schritt des Berechnens der endgültigen Direkt-Achsenstromgrenze I_dmaxf unter Verwendung des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxr (Schritt 2018) ferner das Einstellen der endgültigen Direkt-Achsenstromgrenze I_dmaxf gleich dem größten Wert aus dem spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstrom I_dmaxv und dem strombegrenzten Direkt-Achsenstrom I_dmaxr im Teilschritt 2018A. Mit anderen Worten, der Teilschritt 2018 umfasst das Verwenden des größten Stroms des spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxv und des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxr als endgültige Direkt-Achsenstromgrenze I_dmaxf. Dieser Teilschritt 2018A kann z.B. durch den Block 334 zur Arbitrierung des maximalen d-Achsenstroms (MDA-Block) des zweiten Algorithmus 300 durchgeführt werden.
Das Verfahren 2000 beinhaltet im Schritt 2020 auch das Berechnen eines spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstroms I_dmaxv der elektrischen Maschine, der der Spannungsgrenzenbeschränkung V_b des Gleichstrombusses 12 entspricht. Dieser Schritt 2020 kann z.B. durch den Block 330 für einen maximalen d-Achsenstrom für eine Spannungsbeschränkung (MDV-Block) des zweiten Algorithmus 300 durchgeführt werden.
Obwohl die vorliegende Offenlegung im Zusammenhang mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, sollte leicht verständlich sein, dass die vorliegende Offenlegung nicht auf diese offengelegten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die vorliegende Offenlegung so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen enthält, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber im Umfang der vorliegenden Offenlegung angemessen sind. Darüber hinaus sind zwar verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung beschrieben worden, aber es ist zu verstehen, dass Aspekte der vorliegenden Offenlegung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen oder Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung nicht als durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt zu betrachten.

Claims

Steuersystem zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine, das umfasst: einen Wechselrichter, der so betrieben werden kann, dass er mit Schaltern Strom von Wechselstrom-Phasenbussen der elektrischen Maschine auf einen Gleichstrombus gleichrichtet; und ein Steuergerät, das betrieben werden kann, um: eine spannungsbasierte Drehmomentgrenze zu berechnen, die einer Spannungsgrenzenbeschränkung des Gleichstrombusses entspricht; eine strombasierte Drehmomentgrenze zu berechnen, die einer Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht; eine Drehmomentgrenze zu berechnen, die durch die strombasierte Drehmomentgrenze definiert ist, wenn die strombasierte Drehmomentgrenze kleiner als die spannungsbasierte Drehmomentgrenze ist; die Schalter zu betätigen, um zu bewirken, dass die elektrische Maschine ein Ausgangsdrehmoment erzeugt, das einer Drehmomentanforderung entspricht und der Drehmomentgrenze entspricht; und die Schalter zu betätigen, um einen Direkt-Achsenstrom so zu regulieren, dass er einen maximalen d-Achsenstrom nicht überschreitet, wobei der maximale d-Achsenstrom entweder durch eine Entmagnetisierungsstromgrenze der elektrischen Maschine oder durch einen d-Achsenspitzenstrom definiert ist, der einem Quadratur-Achsenstrom mit einer realen Lösung entspricht.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei der maximale d-Achsenstrom durch den d-Achsen-Spitzenstrom definiert ist, der dem Quadratur-Achsenstrom mit einer realen Lösung entspricht.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei der maximale d-Achsenstrom durch die Entmagnetisierungsstromgrenze der elektrischen Maschine definiert ist.
Steuersystem nach Anspruch 3, wobei die Entmagnetisierungsstromgrenze gleich 4K_e / (√3 L_dN_p) ist, wobei K_e eine Konstante der elektromagnetischen Gegenkraft ist, L_d eine Direktachseninduktivität der elektrischen Maschine ist und N_p eine Anzahl von Polen der elektrischen Maschine ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät weiterhin betrieben werden kann, um: einen Drehmomentbefehl als den kleineren aus der Drehmomentanforderung und der Drehmomentgrenze zu berechnen; und einen vorläufigen d-Achsen-Strom und einen vorläufigen q-Achsen-Strom entsprechend der elektrischen Maschine zu berechnen, die den Drehmomentbefehl erzeugt.
Steuersystem nach Anspruch 5, wobei das Steuergerät weiterhin betrieben werden kann, um: einen modifizierten d-Achsen-Strom zu berechnen, der dem Wechselrichter entspricht, der die Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses erfüllt.
Steuersystem nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät weiterhin betrieben werden kann, um: einen spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstrom der elektrischen Maschine zu berechnen, der der Spannungsgrenzenbeschränkung des Gleichstrombusses entspricht; einen prospektiven d-Achsen-Strom gleich dem spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstrom einzustellen; einen geschätzten Batteriestrom zu berechnen, der vom Wechselrichter mit dem prospektiven d-Achsenstrom erzeugt wird; und den prospektiven d-Achsen-Strom zu erhöhen, bis der prospektive d-Achsen-Strom dem geschätzten Batteriestrom entspricht, der die Rückspeisestromgrenze erfüllt.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät weiterhin betrieben werden kann, um: einen strombegrenzten Direkt-Achsenstrom der elektrischen Maschine zu berechnen, der der Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht; eine endgültige Direkt-Achsenstromgrenze unter Verwendung des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms zu berechnen; und die endgültige Direkt-Achsenstromgrenze zu verwenden, um die strombasierte Drehmomentgrenze zu berechnen, die der Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht.
Steuersystem nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät weiterhin betrieben werden kann, um: einen spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstrom der elektrischen Maschine zu berechnen, der der Spannungsgrenzenbeschränkung des Gleichstrombusses entspricht; und wobei das Berechnen der endgültigen Direkt-Achsenstromgrenze unter Verwendung des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms ferner das Verwenden des größten aus dem spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstrom und dem strombegrenzten Direkt-Achsenstrom als die endgültige Direkt-Achsenstromgrenze umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die elektrische Maschine so konfiguriert ist, dass sie mindestens eine der folgenden Aufgaben ausführt: Aufbringen eines Unterstützungsmoments auf ein Lenksystem eines Fahrzeugs und Steuern des Lenksystems.
Verfahren zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine, umfassend: Berechnen einer spannungsbasierten Drehmomentgrenze, die einer Spannungsgrenzenbeschränkung eines Gleichstrombusses entspricht; Berechnen einer strombasierten Drehmomentgrenze, die einer Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht; Berechnen einer Drehmomentgrenze, die durch die strombasierte Drehmomentgrenze definiert wird, wenn die strombasierte Drehmomentgrenze kleiner als die spannungsbasierte Drehmomentgrenze ist; Befehlen einer Vielzahl von Schaltern innerhalb eines Wechselrichters, um die elektrische Maschine zu veranlassen, ein Ausgangsdrehmoment zu erzeugen, das einer Drehmomentanforderung entspricht und der Drehmomentgrenze entspricht; und Befehlen der Vielzahl von Schaltern, um einen Direkt-Achsenstrom so zu regulieren, dass er einen maximalen d-Achsenstrom nicht überschreitet, wobei der maximale d-Achsenstrom entweder durch eine Entmagnetisierungsstromgrenze der elektrischen Maschine oder einen d-Achsenspitzenstrom definiert wird, der einem Quadratur-Achsenstrom mit einer realen Lösung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Direkt-Achsenstrom durch die Entmagnetisierungsstromgrenze der elektrischen Maschine definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend: Berechnen eines Drehmomentbefehls als dem kleineren Wert aus der Drehmomentanforderung und der Drehmomentgrenze; und Berechnen eines vorläufigen d-Achsenstroms und eines vorläufigen q-Achsenstroms entsprechend der elektrischen Maschine, die den Drehmomentbefehl erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 13, weiter umfassend: Berechnen eines modifizierten d-Achsenstroms, der dem Wechselrichter entspricht, der die Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Berechnen des modifizierten d-Achsenstromes, der dem Wechselrichter entspricht, der die Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses erfüllt, ferner umfasst: Berechnen eines spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstroms der elektrischen Maschine, der der Spannungsgrenzenbeschränkung des Gleichstrombusses entspricht; Einstellen eines prospektiven d-Achsenstroms basierend auf dem spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstrom; Berechnen eines geschätzten Batteriestroms, der vom Wechselrichter mit dem prospektiven d-Achsen-Strom erzeugt wird; und Erhöhen des prospektiven d-Achsenstroms, bis der prospektive d-Achsenstrom dem geschätzten Batteriestrom entspricht, der die Rückspeisestromgrenze erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend: Berechnen eines strombegrenzten Direkt-Achsenstroms der elektrischen Maschine, der der Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht; Berechnen einer endgültigen Direkt-Achsenstromgrenze unter Verwendung des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms; und wobei das Berechnen der strombasierten Drehmomentgrenze, die der Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht, das Verwenden der endgültigen Direkt-Achsenstromgrenze einschließt.
Verfahren nach Anspruch 16, weiter umfassend: Berechnen eines spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstroms der elektrischen Maschine, der der Spannungsgrenzenbeschränkung des Gleichstrombusses entspricht; und wobei das Berechnen der endgültigen Direkt-Achsenstromgrenze unter Verwendung des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms ferner das Verwenden des größten aus dem spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstrom und dem strombegrenzten Direkt-Achsenstrom als die endgültige Direkt-Achsenstromgrenze umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Berechnen des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms der elektrischen Maschine, der der Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht, weiter umfasst: Berechnen eines Direkt-Achsenspitzenstroms, der dem Wechselrichter entspricht, der einen Batteriestrom an den Gleichstrombus liefert, der kleiner ist als die Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses; Berechnen eines auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Drehmoments, das der Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht, unter Verwendung des Direkt-Achsenspitzenstroms; Berechnen einer auf der Spitzenspannung basierenden Drehmomentgrenze, die der Spannungsgrenzenbeschränkung des Gleichstrombusses entspricht, unter Verwendung des Direkt-Achsenspitzenstroms; Verwenden des Direkt-Achsenspitzenstroms als strombegrenzter Direkt-Achsenstrom, wenn das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment kleiner als die auf der Spitzenspannung basierende Drehmomentgrenze ist; und Berechnen eines Wertes des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms, der kleiner als der Direkt-Achsenspitzenstrom ist, wenn das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment nicht kleiner als die auf der Spitzenspannung basierende Drehmomentgrenze ist.
Verfahren zum Steuern des Betriebs einer elektrischen Maschine, umfassend: Berechnen eines spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstroms der elektrischen Maschine, der einer Spannungsgrenzenbeschränkung eines Gleichstrombusses entspricht; Berechnen eines strombegrenzten Direkt-Achsenstroms der elektrischen Maschine, der einer Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht; Berechnen einer endgültigen Direkt-Achsenstromgrenze als größter aus dem spannungsbegrenzten Direkt-Achsenstrom und dem strombegrenzten Direkt-Achsenstrom; und Befehlen einer Vielzahl von Schaltern innerhalb eines Wechselrichters, um die elektrische Maschine zu veranlassen, ein Ausgangsdrehmoment mit einem Direkt-Achsenstrom zu erzeugen, der die endgültige Direkt-Achsenstromgrenze erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 19, weiter umfassend: Berechnen eines Direkt-Achsenspitzenstroms, der dem Wechselrichter entspricht, der einen Batteriestrom an den Gleichstrombus liefert, der kleiner ist als die Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses; Berechnen eines auf der Rückspeisestromgrenze basierenden Drehmoments, das der Rückspeisestromgrenze des Gleichstrombusses entspricht, unter Verwendung des Direkt-Achsenspitzenstroms; Berechnen einer auf der Spitzenspannung basierenden Drehmomentgrenze, die der Spannungsgrenzenbeschränkung des Gleichstrombusses entspricht, unter Verwendung des Direkt-Achsenspitzenstroms; Verwenden des Direkt-Achsenspitzenstroms als strombegrenzter Direkt-Achsenstrom, wenn das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment kleiner als die auf der Spitzenspannung basierende Drehmomentgrenze ist; und Berechnen eines Wertes des strombegrenzten Direkt-Achsenstroms, der kleiner als der Direkt-Achsenspitzenstrom ist, wenn das auf der Rückspeisestromgrenze basierende Drehmoment nicht kleiner als die auf der Spitzenspannung basierende Drehmomentgrenze ist.