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Diese Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch betriebenes Fahrzeug und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf ein Drehmomentüberwachungssystem und -verfahren zum Schätzen von Elektromaschinendrehmoment ohne Messen von Stromrückkopplung.
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Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV, Hybrid Electric Vehicles), Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV), batterieelektrische Fahrzeuge (BEV), Brennstoffzellenfahrzeuge und andere bekannte elektrisch betriebene Fahrzeuge unterscheiden sich von konventionellen Kraftfahrzeugen darin, dass sie mit einer oder mehreren Elektromaschinen (d. h. Elektromotoren und/oder Generatoren) angetrieben werden, anstatt mit oder zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor. Typischerweise wird Elektromaschinen Hochspannungsstrom von einer oder mehreren Batterien, die elektrische Leistung speichern, zugeführt.
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Elektromaschinen schließen möglicherweise Synchronmotoren ein, die einen Stator aufweisen, der im Allgemeinen einen Rotor mit vergrabenen Permanentmagneten umschließt. Jede Phasenwicklung der Elektromaschine wird möglicherweise von einem Stromsensor überwacht, der direkt die Ströme der Elektromaschine misst. Diese gemessenen Ströme werden dann möglicherweise genutzt, um fehlerhaftes Elektromaschinendrehmoment zu detektieren, zum Beispiel um unbeabsichtigte Fahrzeugbewegung zu vermeiden. Allerdings tragen Stromsensoren zu Kosten und Gewicht bei und können zu Sensorstörungen neigen. Demzufolge sind zusätzliche Fortschritte in diesem Technologiebereich wünschenswert.
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Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Ansteuern eines Fahrzeugs unter Verwendung eines geschätzten Drehmoments einer Elektromaschine, wobei das geschätzte Drehmoment auf einem oder mehreren, mit der Elektromaschine verknüpften Parametern basiert, die unabhängig von gemessener Stromrückkopplung sind.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorher genannten Verfahrens beinhaltet das Verfahren das Vergleichen des geschätzten Drehmoments mit einem erwarteten Drehmoment.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der beiden vorher genannten Verfahren beinhaltet das Verfahren zum Ansteuern des Fahrzeugs das Verhindern des Betriebs des Fahrzeugs, falls eine Differenz zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem erwarteten Drehmoment einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet das Verfahren zum Ansteuern des Fahrzeugs das Einschränken des Betriebs des Fahrzeugs, falls eine Differenz zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem erwarteten Drehmomentfehler einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren zählen zu dem einen oder den mehreren Parametern Spannungen.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren zählen zu dem einen oder den mehreren Parametern Induktivitäten.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren zählen zu dem einen oder den mehreren Parametern physikalische Flussverkettungen.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren zählen zu dem einen oder den mehreren Parametern Widerstandswerte.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren zählen zu dem einen oder den mehreren Parametern gemessene Spannungen der Elektromaschine.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren wird das geschätzte Drehmoment unter Verwendung der folgenden Gleichung abgeleitet:
wobei gilt:
- Npp
- ist die Polpaar-Anzahl,
- Iq und Id
- sind der q-Achsen- bzw. der d-Achsenstrom,
- λm
- ist die Permanentmagnetflussverkettung, und
- Lq und Ld
- sind die q-Achsen- bzw. die d-Achseninduktivität.
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Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Ansteuern eines Fahrzeugs unter Verwendung eines geschätzten Drehmoments einer Elektromaschine, wobei das geschätzte Drehmoment ohne Messung von Stromrückkopplung aus der Elektromaschine abgeleitet wird.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorher genannten Verfahrens wird das geschätzte Drehmoment aus wenigstens einem von folgenden, mit der Elektromaschine verknüpften Parametern abgeleitet: Induktivitätsschätzwerten, Spannungsschätzwerten, Widerstandsschätzwerten und Schätzwerten der physikalischen Flussverkettung.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der beiden vorher genannten Verfahren beinhaltet das Verfahren das Berechnen des geschätzten Drehmoments der Elektromaschine, das Vergleichen des geschätzten Drehmoments mit einem erwarteten Drehmoment und das Durchführen des Ansteuerschritts als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem erwarteten Drehmoment einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet das Verfahren zum Durchführen des Ansteuerschritts das Verhindern des Betriebs des Fahrzeugs.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet das Verfahren zum Durchführen des Ansteuerschritts das Einschränken des Betriebs des Fahrzeugs.
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Ein Drehmomentüberwachungssystem gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem eine Elektromaschine und eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Drehmoment der Elektromaschine zu schätzen, ohne Stromrückkopplung aus der Elektromaschine zu messen.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorher genannten Systems ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, das Drehmoment auf Basis wenigstens eines der folgenden, mit der Elektromaschine verknüpften Parametern zu schätzen: Induktivitätsschätzwerten, Spannungsschätzwerten, Widerstandsschätzwerten und Schätzwerten der physikalischen Flussverkettung.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der beiden vorher genannten Systeme steht ein einstellbarer Spannungswandler in Kommunikation mit der Steuereinheit.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme ist ein Wechselrichter mit der Elektromaschine durch mehrere Wicklungen verbunden.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme setzt die Steuereinheit die folgende Drehmomentgleichung ein, um das Drehmoment abzuleiten:
wobei gilt:
- Npp
- ist die Polpaar-Anzahl,
- Iq und Id
- sind der q-Achsen- bzw. der d-Achsenstrom,
- λm
- ist die Permanentmagnetflussverkettung, und
- Lq und Ld
- sind die q-Achsen- bzw. die d-Achseninduktivität.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen in den vorangehenden Absätzen, den Ansprüchen oder der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, einschließlich beliebiger ihrer verschiedenen Aspekte oder entsprechender einzelner Merkmale, können unabhängig oder in irgendeiner Kombination aufgenommen werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, es sei denn, derartige Merkmale sind nicht kompatibel.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden sich für Fachleute aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ergeben. Die Zeichnungen, die zur ausführlichen Beschreibung gehören, können kurz wie folgt beschrieben werden.
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
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2 veranschaulicht ein mathematisches Modell eines Elektromaschinenrotors im Verhältnis zu einer Längsachse und einer Querachse.
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3 veranschaulicht ein Drehmomentüberwachungssystem.
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4 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Schätzen des Drehmoments einer Elektromaschine unter Verwendung des Drehmomentüberwachungssystem aus 3.
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Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Drehmomentüberwachungssystem und -verfahren zum Schätzen des Drehmoments einer Elektromaschine eines Fahrzeugs.
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Das erfindungsgemäße Drehmomentüberwachungssystem schätzt ein Elektromaschinendrehmoment auf Basis verschiedener geschätzter Parameter, ist jedoch nicht auf gemessene Stromrückkopplung aus der Elektromaschine angewiesen. Dementsprechend werden möglicherweise einer oder mehrere Stromsensoren im System weggelassen. Diese und andere Merkmale werden hier ausführlicher erörtert.
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug 12, wie zum Beispiel für ein HEV. Obwohl für ein HEV aufgezeigt, sollte verstanden werden, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEV beschränkt sind und sich auf andere elektrisch betriebene Fahrzeuge erstrecken könnten, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, auf PHEV, BEV und Brennstoffzellenfahrzeuge.
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In einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein leistungsverzweigtes Hybridantriebssystem, das Folgendes einsetzt: ein erstes Antriebssystem, das eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor 14 und einem Generator 16 enthält (d. h. eine erste Elektromaschine), und ein zweites Antriebssystem, das wenigstens einen Elektromotor 36 (d. h. eine zweite Elektromaschine), den Generator 16 und eine Batterie 50 enthält. Zum Beispiel bilden der Elektromotor 36, der Generator 16 und die Batterie 50 möglicherweise ein Elektroantriebssystem 25 des Antriebsstrangs 10. Das erste und das zweite Antriebssystem generieren Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 30 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 anzutreiben.
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Der Verbrennungsmotor 14, wie zum Beispiel ein Motor mit innerer Verbrennung, und der Generator 16 sind möglicherweise durch ein Verteilergetriebe 18 verbunden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Verteilergetriebe 18 ein Planetengetriebesatz. Selbstverständlich werden möglicherweise andere Verteilergetriebetypen, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 16 zu verbinden. Das Verteilergetriebe 18 enthält möglicherweise einen Zahnkranz 20, ein Sonnenrad 22 und eine Trägerbaugruppe 24. Der Generator 16 wird vom Verteilergetriebe 18 angetrieben, wenn er als ein Generator fungiert, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 16 kann alternativ als ein Elektromotor funktionieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch er Drehmoment an eine Welle 26 abgibt, die mit der Trägerbaugruppe 24 des Verteilergetriebes 18 verbunden ist. Weil der Generator 16 betriebsfähig mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 vom Generator 16 gesteuert werden.
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Der Zahnkranz 20 des Verteilergetriebes 18 ist möglicherweise mit einer Welle 28 verbunden, die mit den Fahrzeugantriebsrädern 30 durch ein zweites Verteilergetriebe 32 verbunden ist. Das zweite Verteilergetriebe 32 enthält möglicherweise einen Zahnradsatz, der mehrere Zahnräder 34A, 34B, 34C, 34D, 34E und 34F aufweist. Andere Verteilergetriebe sind möglicherweise ebenfalls geeignet. Die Zahnräder 34A–34F übertragen Drehmoment vom Verbrennungsmotor 14 zu einem Differentialgetriebe 38, um Traktion für die Fahrzeugantriebsräder 30 bereitzustellen. Das Differentialgetriebe 38 enthält möglicherweise mehrere Zahnräder, die die Übertragung von Drehmoment zu den Fahrzeugantriebsrädern 30 ermöglichen. Das zweite Verteilergetriebe 32 ist mechanisch mit einer Achse 40 durch das Differentialgetriebe 38 verkoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 30 zu verteilen.
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Der Elektromotor 36 kann auch eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 30 durch Drehmomentabgabe an eine Welle 46 anzutreiben, die ebenfalls mit dem zweiten Verteilergetriebe 32 verbunden ist. In einer Ausführungsform sind der Elektromotor 36 und der Generator 16 Teil eines Bremsenergierückgewinnungssystems, in dem sowohl der Elektromotor 36 als auch der Generator 16 als Elektromotoren zur Abgabe von Drehmoment eingesetzt werden können. Zum Beispiel können sowohl der Elektromotor 36 als auch der Generator 16 beide elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus 48 und an die Batterie 50 abgeben. Die Batterie 50 ist möglicherweise eine Hochspannungsbatterie, die in der Lage ist, elektrische Leistung zum Betreiben des Elektromotors 36 und des Generators 16 abzugeben. Andere Arten von Energiespeichereinrichtungen und/oder -abgabeeinrichtungen können zur Verwendung im elektrisch betriebenen Fahrzeug 12 ebenfalls eingebaut werden.
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Der Elektromotor 36, der Generator 16, das Verteilergetriebe 18 und das Verteilergetriebe 32 werden möglicherweise im Allgemeinen als eine Transaxle 42 oder Getriebe des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 bezeichnet. Wenn demzufolge ein Fahrer eine spezielle Schaltstellung auswählt, wird die Transaxle 42 geeignet angesteuert, um den entsprechenden Gang zum Voranbringen des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 bereitzustellen, indem er den Fahrzeugantriebsrädern 30 Traktion bereitstellt.
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Der Antriebsstrang 10 enthält möglicherweise zusätzlich ein Steuerungssystem 44, um verschiedene Aspekte des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 zu überwachen und/oder zu steuern. Zum Beispiel kommuniziert das Steuerungssystem 44 möglicherweise mit dem Elektroantriebssystem 25, den Verteilergetrieben 18, 32 oder anderen Komponenten, um das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 zu überwachen und/oder anzusteuern. Das Steuerungssystem 44 enthält Elektronik und/oder Software, um die notwendigen Ansteuerfunktionen zum Betreiben des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 auszuführen. In einer Ausführungsform ist das Steuerungssystem 44 eine Kombination aus Fahrzeugsystemsteuerung und Antriebsstrangsteuerungsmodul (VSP/PCM, Vehicle System Controller/Powertrain Control Module). Obwohl es als eine einzelne Hardware-Einrichtung gezeigt wird, zählen zum Steuerungssystem 44 möglicherweise mehrere Steuerungen in Form von mehreren Hardware-Bauelementen oder mehreren Software-Steuerungen innerhalb eines oder mehrerer Hardware-Bauelemente.
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Ein Controller Area Network (CAN) 52 gestattet es dem Steuerungssystem 44, mit der Transaxle 42 zu kommunizieren. Zum Beispiel empfängt das Steuerungssystem 44 möglicherweise Signale aus der Transaxle 42, die angeben, ob ein Übergang zwischen Schaltstellungen auftritt. Das Steuerungssystem 44 könnte auch mit einem Batteriesteuermodul der Batterie 50 oder anderen Steuerungseinrichtungen kommunizieren.
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Zusätzlich enthält das Elektroantriebssystem 25 möglicherweise eine oder mehrere Steuerungen 54, wie zum Beispiel eine Wechselrichtersystemsteuerung (ISC, Inverter System Controller). Die Steuerung 54 ist dazu ausgelegt, spezifische Komponenten innerhalb der Transaxle 42 anzusteuern, wie zum Beispiel den Generator 16 und/oder den Elektromotor 36, wie zum Beispiel zur Unterstützung von bidirektionalem Leistungsfluss. In einer Ausführungsform ist die Steuerung 54 eine Wechselrichtersystemsteuerung, die mit einem einstellbaren Spannungswandler kombiniert ist (ISC/VVC, Inverter System Controller/Variable Voltage Converter).
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Mit Bezug auf 2: Elektromaschinen, wie zum Beispiel der Generator 16 und der Elektromotor 36 aus 1, enthalten möglicherweise einen Rotor 56 (der möglicherweise mit einer Welle verbunden ist), der rotiert, um Drehmoment zum Antreiben der Fahrzeugantriebsräder 30 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 aus 1 zu generieren. Der Rotor 56 kann mathematisch im Bezug zu einem dreiphasigen stationären Bezugssystem a, b und c dargestellt werden. Das dreiphasige stationäre Bezugssystem a, b und c wird möglicherweise zweidimensional mittels eines stationären dq-Bezugssystems und eines rotierenden dq-Bezugssystems dargestellt. Zum Beispiel enthält das stationäre dq-Bezugssystem eine Längsachse ds und eine Querachse qs, und das rotierende dq-Bezugssystem enthält eine Längsachse dr und eine Querachse qr. Das rotierende dq-Bezugssystem ist mit der Bewegung des Rotors 56 abgeglichen. θr stellt eine Winkelstellung des Rotors 56 dar und verläuft zwischen den Längsachsen dr, ds. Möglicherweise wird es während des Betriebs des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 nötig, das Betriebsdrehmoment der Elektromaschine 16, 36 zu schätzen, um die elektrischen Ansteueranforderungen zu erfüllen und fehlerhafte Drehmomenterzeugung zu vermeiden, die zu unbeabsichtigter Fahrzeugbewegung führen kann.
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3 veranschaulicht ein Drehmomentüberwachungssystem 58, das in ein Fahrzeug eingebaut werden kann, wie zum Beispiel in das Fahrzeug 12 aus 1. Das Drehmomentüberwachungssystem 58 schätzt ein Drehmoment einer Elektromaschine 69 (d. h. des Elektromotors 36 und/oder des Generators 16 aus 1). Wie unten ausführlicher erörtert wird, kann das Drehmomentüberwachungssystem 58 dazu betrieben werden, Drehmoment zu schätzen, ohne auf Stromrückkopplung aus der Elektromaschine 69 angewiesen zu sein.
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In einer Ausführungsform enthält das Drehmomentüberwachungssystem 58 eine Steuereinheit 60, einen einstellbaren Spannungswandler 62 und einen Wechselrichter 64. Die Steuereinheit 60, der einstellbare Spannungswandler 62 und der Wechselrichter 64 sind möglicherweise Teil der Steuerung 54. Alternativ können diese Komponenten getrennt von der Steuerung 54 vorhanden sein.
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Das Drehmomentüberwachungssystem 58 setzt möglicherweise einen oder mehrere Algorithmen ein, die in die Steuereinheit 60 programmiert sind, um spezielle Spannungssollwerte anzuwenden und spezielles Verarbeiten der Rückkopplungssignale zu verwenden, um mehrere Aufgaben in Bezug auf den Betrieb der Elektromaschine 69 durchzuführen, einschließlich des Schätzens eines Drehmoments der Elektromaschine 69. Zum Beispiel steuert die Steuereinheit 60 möglicherweise den dreiphasigen Wechselstrom in der Elektromaschine 69, indem sie dreiphasige Spannungen Uabc zum Wechselrichter 64 anweist und den dreiphasigen Strom Iabc und die Rotorstellung θr als Rückkopplung aus dem Wechselrichter 64 bzw. der Elektromaschine 69 misst. Der einstellbare Spannungswandler 62 wird möglicherweise verwendet, um in einer Ausführungsform ein Steuersignal in einen geeigneten Spannungspegel zur Steuerung des Wechselrichters 64 umzuwandeln.
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Das Drehmomentüberwachungssystem 58 kann optional einen Spannungssensor 66 enthalten. Der Spannungssensor 66 ist dazu ausgelegt, eine Spannung über einer oder mehreren der Wicklungen a, b oder c zu messen, die zwischen dem Wechselrichter 64 und der Elektromaschine 69 verlaufen. In einer Ausführungsform sind die Wicklungen a, b und c in einer Y-Anordnung verbunden, obwohl auch andere Anordnungen in Betracht gezogen werden.
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In einer nicht einschränkenden Ausführungsform wird das Drehmoment der Elektromaschine 69 möglicherweise unter Verwendung von mehreren Parametern der Elektromaschine 69 geschätzt, die unabhängig von der gemessenen Stromrückkopplung aus der Elektromaschine 69 sind. Zu den zum Schätzen des Drehmoments der Elektromaschine 69 verwendeten Parametern zählen möglicherweise einer oder mehrere der folgenden Parameter: geschätzte oder gemessene Spannungen, Induktivitäten, physikalische Flussverkettungen und Widerstandswerte.
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In einer Ausführungsform werden möglicherweise die Gleichungen (1) bis (6), die unten beschrieben werden, in die Steuereinheit 60 des Drehmomentüberwachungssystems 58 programmiert, um das Drehmoment der Elektromaschine 69 zu schätzen. Die Gleichungen (1) bis (6) werden möglicherweise verwendet, um verschiedene Parameter zum Ableiten des Drehmoments zu schätzen.
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Zum Beispiel wird ein Drehmoment M
em der Elektromaschine
69 möglicherweise durch die folgende Gleichung beschrieben:
wobei gilt:
- Npp
- ist die Polpaar-Anzahl,
- Iq und Id
- sind der q-Achsen- bzw. der d-Achsenstrom,
- λm
- ist die Permanentmagnetflussverkettung (in Weber x Windungszahl), und
- Lq und Ld
- sind die q-Achsen- bzw. die d-Achseninduktivität (in Henry).
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Die Spannungen Ud und Uq der Elektromaschine 69 werden möglicherweise durch die folgenden Gleichungen beschrieben: Ud = IdRs - IqLqωre (2) Uq = IqRs + (λm + IdLd)ωre (3) wobei gilt:
- Ud und Uq
- sin d die d-Achsen- bzw. die q-Achsen-Spannung,
- Rs
- ist der physikalische Statorphasenwiderstand, und
- ωre
- ist die elektrische Rotorwinkelgeschwindigkeit.
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Wegen der Kernsättigung der Elektromaschine 69 sind die physikalischen Induktivitätsschätzwerte Ld und Lq möglicherweise vom Arbeitspunkt abhängig. Demzufolge werden in einer Ausführungsform die Induktivitätsschätzwerte Ld und Lq als eine Funktion der Ströme Id/Iq zugeordnet und basieren möglicherweise auf gemessenen Kalibrierdaten der Elektromaschine 69.
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In einer Ausführungsform können die Spannungsschätzwerte Ud und Uq exakt auf Basis der Sollspannungen Uabc geschätzt werden, die von der Steuereinheit 60 während des Kompensierens irgendwelcher Nichtlinearitäten des Wechselrichters 64 kommuniziert werden. Zum Beispiel können die Nichtlinearitäten des Wechselrichters 64 bewirken, dass die wahre Ausgangsspannung von der Sollspannung abweicht und möglicherweise Folgendes enthält: PWM-Totzeit, die eine absichtlich eingebrachte Verzögerung zwischen Ausschalten und Einschalten von Komplementärschaltern auf dem gleichen Wechselrichterstrang ist, und Kollektor-Emitter-Schalterspannungsabfall und Dioden-Spannungsabfall. Der Einfluss dieser Spannungsabfälle auf die Ausgangsspannung hängt von Richtung und Größe des Phasenstroms in jedem Strang des Wechselrichters 64 ab. Alternativ können die Spannungsschätzwerte Ud, Uq unter Verwendung des in 3 beschriebenen Spannungssensors 66 gemessen werden.
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In einer anderen Ausführungsform basieren die physikalischen Widerstandsschätzwerte Rs auf Statortemperaturen der Elektromaschine 69. Die physikalische Flussverkettung λm wird möglicherweise in einer Ausführungsform anhand einer Temperatur eines Permanentmagneten des Rotors der Elektromaschine geschätzt. Schließlich wird die elektrische Rotorwinkelgeschwindigkeit ωre möglicherweise aus einem gemessenen Stellungssignal des Rotors der Elektromaschine 69 berechnet, wie zum Beispiel unter Verwendung eines Resolvers oder eines anderen Sensors.
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Die oben genannten Gleichungen (1), (2) und (3) können manipuliert werden, um das Drehmoment der Elektromaschine
69 zu modellieren, ohne auf gemessene Ströme angewiesen zu sein. Zuerst ergibt das Lösen der Spannungsgleichungen (2) und (3) zum Schätzen der Ströme I
d, I
q die folgenden Gleichungen:
wobei gilt:
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Dann kann das Drehmoment der Elektromaschine
69 unter Verwendung der folgenden Drehmomentgleichung geschätzt werden, die aus der Gleichung (1) folgt:
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4 veranschaulicht, unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1–3, schematisch ein Verfahren 100 zum Schätzen des Drehmoments einer Elektromaschine 69. Im Block 102 schätzt das Verfahren 100 ein Betriebsdrehmoment einer Elektromaschine 69 unter Verwendung des Drehmomentüberwachungssystems 58. Der Drehmomentschätzwert basiert möglicherweise auf einem oder mehreren, mit der Elektromaschine 69 verknüpften Parametern, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, geschätzter oder gemessener Spannungen, Induktivitäten, physikalischer Flussverkettungen und Widerstandswerten. Das Verfahren 100 ist allerdings nicht auf gemessene Stromrückkopplung angewiesen. Mit anderen Worten: Das Drehmoment wird unabhängig von irgendeiner gemessenen Stromrückkopplung aus der Elektromaschine 69 geschätzt. Dies gestattet möglicherweise das Weglassen eines oder mehrerer Stromsensoren zum Überwachen der Wicklungen a, b und c, die den Wechselrichter 64 mit der Elektromaschine 69 verbinden (siehe 3).
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Als Nächstes wird im Block 104 das geschätzte Drehmoment aus Block 102 mit einem erwarteten Drehmoment verglichen. Das erwartete Drehmoment wird möglicherweise in der Steuereinheit 60 des Drehmomentüberwachungssystems 58 gespeichert und stellt den Drehmomentwert dar, der erforderlich ist, um die Elektromaschine 69 unter irgendeiner gegebenen Bedingung geeignet anzusteuern und zu betreiben. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform werden im Block 104 das erwartete Drehmoment und das geschätzte Drehmoment verglichen, um zu bestimmen, ob eine Differenz zwischen diesen beiden Werten einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet. Der vordefinierte Schwellenwert könnte in Form eines Abweichungsprozentsatzes oder durch irgendeinen anderen Schwellenwert definiert werden. Das Überschreiten des vordefinierten Schwellenwerts zeigt fehlerhaftes Drehmoment der Elektromaschine 69 an.
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Das Verfahren 100 endet im Block 106 (oder startet alternativ wieder mit Block 102), falls die Differenz zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem erwarteten Drehmoment nicht den vordefinierten Schwellenwert überschreitet. Alternativ wird das Verfahren 100 möglicherweise mit Block 108 fortgesetzt, falls die Steuereinheit 60 bestimmt, dass die Differenz zwischen dem geschätzten Drehmoment und dem erwarteten Drehmoment den vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
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Das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 (oder irgendein anderes Fahrzeug) wird möglicherweise im Block 108 auf irgendeine Art als Reaktion auf das Detektieren von fehlerhaftem Drehmoment der Elektromaschine 69 angesteuert. In einer Ausführungsform beinhaltet das Ansteuern des Fahrzeugs im Block 108 zum Beispiel das Verhindern des Betriebs des Fahrzeugs, bis es gewartet werden kann. In einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Steuern des Fahrzeugs im Block 108 das Einschränken des Betriebs des Fahrzeugs. Andere Arten, das Fahrzeug als Reaktion auf die Detektion von fehlerhaftem Drehmoment der Elektromaschine 69 anzusteuern, werden im Schutzbereich dieser Offenbarung ebenfalls in Betracht gezogen.
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Das vorgeschlagene Verfahren 100 stellt eine relativ direkte Bestimmung eines Abweichungsschwellenwerts bereit, der mit dem Generieren von Drehmoment der Elektromaschine 69 verknüpft ist. Die vorgeschlagene Lösung funktioniert sogar im Stillstand, der typischerweise ein kritischer Arbeitspunkt der Elektromaschine 69 ist. Das Verfahren 100 wird möglicherweise auch eingesetzt, ohne dass mehrere Stromsensoren nötig sind, wodurch Kosten, Gewicht und Platzbedarf reduziert werden.
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Obwohl die unterschiedlichen, nicht einschränkenden Ausführungsformen so veranschaulicht werden, dass sie spezifische Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese besonderen Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus einer der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus einer der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass in den verschiedenen Zeichnungen gleiche Referenzziffern durchweg entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Obwohl eine besondere Komponentenanordnung offenbart und in diesen Ausführungsbeispielen veranschaulicht wird, versteht es sich, dass auch andere Anordnungen von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
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Die vorher genannte Beschreibung soll als veranschaulichend und nicht als in irgendeinem einschränkenden Sinne interpretiert werden. Ein Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass gewisse Modifikationen in den Schutzbereich dieser Offenbarung fallen könnten. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Schutzbereich und Gehalt dieser Offenbarung zu bestimmen.
