CN115039336A - 电动马达装置和用于控制电动马达的马达制动过程的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制电动马达(12)的马达制动过程的方法，电动马达为车辆提供驱动扭矩并且经由至少两个马达连接(Ma)通过具有多个开关元件(S1至S6)的逆变器电路(20)进行电气驱动，并且具有能够以马达速度(n)旋转的转子(14)，转子在电动马达制动过程期间由于逆变器电路(20)采用制动开关位置(Sb)而受到速度相关的制动扭矩，并且由于逆变器电路(20)采用断开开关位置(Sa)而受到比制动开关位置(Sb)中的制动扭矩小的制动扭矩(Nb)或者没有制动扭矩(Nb)，其中，在马达制动过程期间，在马达速度(n)低于限制速度(ng)时，借助于交替切换(S)以与断开开关位置(Sa)的断开开关位置间隔交替的方式在制动开关位置间隔中采用制动开关位置(Sb)。本发明还涉及一种电动马达装置(10)，其具有用于通过这样的方法控制马达制动过程的逆变器电路(20)。

Description

电动马达装置和用于控制电动马达的马达制动过程的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于控制电动马达的马达制动过程的方法。此外，本发明涉及根据权利要求10所述的电动马达装置。

背景技术

DE 10 2017 111 108 A1描述了在变速器故障的情况下制动车辆的方法。它描述了如果发生变速器故障则通过车轮制动器执行制动过程。

车辆至少在其不再运动时处于安全状态。除了可以使用布置在车辆车轮上的车辆制动器来制动车辆或者在车辆制动器也发生故障的情况下，可以通过用作车辆的驱动元件的电动马达来进行制动过程。电动马达具有能够以马达速度旋转的转子，并且通过具有多个开关元件的逆变器电路经由马达连接进行电气控制。

可以通过采用逆变器电路的制动开关位置来启动马达制动过程，在制动开关位置中至少两个马达连接被短路。所产生的制动扭矩与转子的马达速度相关。在较低的马达速度下，可能会出现马达制动扭矩上的不期望的增加，这会导致对车辆过度制动，这进而可能影响车辆的安全性。

发明内容

本发明的目的是改进马达制动。马达制动过程应更加一致。车辆应该倍更安全地制动。

这些目的中的至少一个目的通过具有根据权利要求1所述的特征的用于控制马达制动过程的方法来实现。这允许在较低的马达速度下更一致地施加制动扭矩。可以以更稳定且更平滑的方式制动车辆。可以更安全地执行车辆的制动。可以防止车辆由于马达制动而偏斜。

电动马达可以布置在电动车辆中。电动马达可以不可旋转地连接至车辆车轮。变速器可以有效地布置在电动马达与车辆车轮之间。

电动马达可以具有若干马达相。马达相可以各自通过马达连接而连接至逆变器电路。电动马达可以是无刷直流马达。电动马达可以具有三个马达相。

逆变器电路可以是半桥电路。半桥电路可以是多半桥电路，特别是三半桥电路。

限制速度可以小于或等于3000rpm。

在马达制动过程期间，制动参数特别是交替切换频率、各个制动开关位置间隔的时间段和/或各个断开开关位置间隔的时间段可以被指定为马达速度的函数，并且可以在车辆运行期间被调用。这些制动参数也可以根据加速度信息以适合的方式被控制和/或调节以调节制动扭矩。

可以在紧急制动期间启动马达制动。

在本发明的优选实施方式中，各个制动开关位置间隔的时间段根据马达速度来设置。低于限制速度时，各个制动开关位置间隔的时间段可以与马达速度成比例。

在本发明的特定实施方式中，各个断开开关位置间隔的时间段根据马达速度来设置。低于限制速度时，各个断开开关位置间隔的时间段可以与马达速度成比例。

在本发明的优选实施方式中，至少一个制动开关位置间隔的时间段与至少一个随后的断开开关位置间隔的时间段不同。

在本发明的特定实施方式中，至少两个马达连接在制动开关位置中被电短路。在制动开关位置中，可以闭合分配给供电电压的相同电压电位的至少两个开关元件。也可以闭合分配给供电电压的相同电压电位的所有开关元件。

在本发明的优选实施方式中，处于断开开关位置的大部分开关元件处于阻断位置。在阻断位置中，电力传输被中断。

在本发明的特定实施方式中，所有开关元件在断开开关位置中处于阻断位置。

在本发明的优选实施方式中，在马达速度高于限制速度时的马达制动期间，制动开关位置被无中断地采用。

在本发明的优选实施方式中，限制速度对应于由于断开开关位置而由转子在开关元件处感生的电压低于限制电压时的马达速度。因此，开关元件上的电压负载可以在断开开关位置减小。

此外，为了实现以上提及的目的中的至少一个，提出了一种用于为车辆提供驱动扭矩的电动马达装置，该电动马达装置具有：电动马达，该电动马达具有可旋转的转子，该可旋转的转子在电动马达制动过程期间受到制动扭矩并且能够以马达速度旋转；以及逆变器电路，该逆变器电路用于通过具有上述特征中的至少一个的方法来控制马达制动过程。

根据附图的描述以及附图本身，本发明的其他优点和有利实施方式是明显的。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明。在附图中：

图1：示出了本发明的具体实施方式中的电动马达装置。

图2：示出了本发明的具体实施方式中的方法实施方式中的制动扭矩曲线。

图3：以放大图示出了图2中的细节A。

具体实施方式

图1示出了本发明的具体实施方式中的电动马达装置10。电动马达装置10布置在车辆中以提供驱动扭矩，并且具有使转子14能够以马达速度旋转的电动马达12。电动马达12可以通过变速器16向车辆的车辆车轮18输出用于驱动车辆的驱动扭矩。转子14可以通过变速器16以旋转固定的方式连接至车辆车轮18。

电动马达12可以是可由逆变器电路20控制的无刷DC马达。电动马达12可以具有三个马达相Mp。各个马达相Mp通过马达连接Ma连接至逆变器电路20。逆变器电路20由优选为DC电压的供电电压Ub馈电。供电电压Ub可以由车辆电池提供。车辆可以优选地是电动车辆。

逆变器电路20特别是多半桥电路，在此为用于驱动三个马达相Mp的三半桥电路。逆变器电路20具有六个开关元件S1至S6。用于通过转子14触发制动扭矩的电动马达制动过程优选地通过逆变器电路20采用制动开关位置来设置，在该制动开关位置中，通过逆变器电路20使至少两个马达连接Ma短路。特别地，可以通过接通三个开关元件S1至S3或接通其他三个开关元件S4至S6使所有三个马达相Mp短路。

当逆变器电路20处于断开开关位置时，由转子14引起的制动扭矩小于制动开关位置中的制动扭矩，或者根本不存在制动扭矩。当所有开关元件S1至S6切换至阻断位置时，可以采用断开开关位置。然而，转子14的旋转运动然后可以在开关元件S1至S6处产生感生电压，该感生电压加载开关元件S1至S6并且是速度相关的。感生电压与马达速度成比例。

图2示出了本发明的具体实施方式中的方法的实施方式中的制动扭矩曲线。经由马达速度n完全无中断地采用的由逆变器电路的制动开关位置引起的马达制动过程在转子上产生速度相关的制动扭矩Nb。制动扭矩Nb与马达速度n成反比。因此，在低马达速度下，制动扭矩Nb可以具有高值。

假设电动马达要通过电动马达制动过程从高马达速度n开始进行制动，则制动扭矩Nb将仅略微变化，直到此处的3000rpm的限制速度ng，并且随着越来越低的马达速度n而从限制速度ng增加。因此，车辆在较低的马达速度n下被更强地制动，并且甚至可能取决于道路状况由于过大的制动扭矩Nb而偏斜。

为此，在马达速度n低于限制速度ng的马达制动过程期间，通过在与断开开关位置的断开开关位置间隔交替地在制动开关位置间隔中进行交替切换S来采用制动开关位置。所得到的制动扭矩曲线Nb1因此被平均地调整为在马达速度n高于限制速度ng时的制动扭矩曲线Nb0。因此，可以在马达速度n上更一致地施加制动扭矩Nb，并且可以实现更一致的平均制动扭矩Nbm。车辆可以以更稳定且更平滑的方式被制动，并且可以更安全地执行车辆的制动过程。可以防止车辆由于马达制动而偏斜。

图3以放大图示出了图2中的细节A。还示出了与马达速度n相关的制动开关位置Sb与断开开关位置Sa之间的交替切换S。从转子以高于限制速度ng的马达速度n旋转开始，并且由逆变器电路的制动开关位置Sb启动的马达制动过程被采用而无中断直到限制速度ng，当达到限制速度ng时，制动开关位置Sb被断开开关位置Sa替换。在第一时间段ta1内保持断开开关位置Sa。在此时间期间，制动扭矩Nb减小。

在经过第一时间段ta1之后，替换断开开关位置Sa并且在第一时间段tb1内采用制动开关位置Sb。然后，在第二时间段ta2内，断开开关位置Sa再次与制动开关位置Sb交替。在经过第二时间段ta2之后，在第二时间段tb2内再次采用制动开关位置Sb。这些交替切换S特别地发生直到转子不再旋转。

第一时间段ta1大于相应断开开关位置Sa的随后的第二时间段ta2，因为从已经达到限制速度ng的马达速度n开始的制动扭矩Nb比在交替切换S的进一步过程中减小得更多。可以从制动扭矩Nb的所需曲线中并且例如适合于环境状况来选择断开开关位置和制动开关位置的相应时间段以及交替切换频率例如此处可用的14个交替切换S。

附图标记列表

10 电动马达装置

12 电动马达

14 转子

16 变速器

18 车辆车轮

20 逆变器电路

Ma 马达连接

Mp 马达相

n 马达速度

ng 限制速度

Nb 制动扭矩

Nb0 制动扭矩曲线

Nb1 制动扭矩曲线

Nm 平均制动扭矩

S 交替切换

S1至S6 开关元件

Sa 断开开关位置

Sb 制动开关位置

ta1 第一时间段

ta2 第二时间段

tb1 第一时间段

tb2 第二时间段

Ub 供电电压。

Claims (10)

1.一种用于控制电动马达(12)的马达制动过程的方法，所述电动马达为车辆提供驱动扭矩并经由至少两个马达连接(Ma)通过具有多个开关元件(S1至S6)的逆变器电路(20)进行电气驱动并且具有能够以马达速度(n)旋转的转子(14)，所述转子在所述电动马达制动过程期间由于所述逆变器电路(20)采用制动开关位置(Sb)而受到速度相关的制动扭矩，并且由于所述逆变器电路(20)采用断开开关位置(Sa)而受到比所述制动开关位置(Sb)的制动扭矩小的制动扭矩(Nb)或者根本没有制动扭矩(Nb)，

其特征在于，

在所述马达制动过程期间，在马达速度(n)低于限制速度(ng)时，借助于交替切换(S)以与所述断开开关位置(Sa)的断开开关位置间隔交替的方式在制动开关位置间隔中采用所述制动开关位置(Sb)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各个制动开关位置间隔的时间段(tb1，tb2)与所述马达速度(n)相关。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，各个断开开关位置间隔的时间段(ta1，ta2)被设置为与所述马达速度(n)相关。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，至少一个制动开关位置间隔的时间段(tb1，tb2)与随后的断开开关位置间隔的时间段(ta1，ta2)不同。

5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述制动开关位置(Sb)中，至少两个马达连接(Ma)被电短路。

6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述断开开关位置(Sa)中大部分开关元件(S1至S6)处于阻断位置。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述断开开关位置(Sa)中，所有开关元件(S1至S6)都处于所述阻断位置。

8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在马达速度(n)高于所述限制速度(ng)时的所述马达制动过程期间，所述制动开关位置(Sb)被无中断地采用。

9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述限制速度(ng)对应于马达速度(n)，在该马达速度处，通过所述转子(14)的断开开关位置(Sa)在所述开关元件(S1至S6)处感生的电压低于限制电压。

10.一种用于为车辆提供驱动扭矩的电动马达装置(10)，具有电动马达(12)和逆变器电路(20)，所述电动马达(12)具有能够旋转的转子(14)，所述转子(14)在电动马达制动过程期间受到制动扭矩(Nb)并且能够以马达速度(n)旋转，所述逆变器电路(20)用于通过根据前述权利要求中的一项所述的方法来控制所述马达制动过程。

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