DE102009000928A1

DE102009000928A1 - Harmonische Verringerung der Drehmomentwelligkeit bei geringen Motorgeschwindigkeiten

Info

Publication number: DE102009000928A1
Application number: DE102009000928A
Authority: DE
Inventors: Steven E. Torrance Schulz; Goro West Bloomfield Tamai; Silva Redondo Beach Hiti
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2029-02-18
Also published as: DE102009000928B4; US7768220B2; US20090267555A1; CN101567661A; CN101567661B

Abstract

Es sind Verfahren und Systeme zum Verringern der Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotor angegeben. Ein Verfahren umfasst das Empfangen eines Drehmomentkommandos und das Bestimmen eines Aufhebungsstromkommandos basierend auf dem Drehmomentkommando. Das Verfahren umfasst weiter das Erzeugen eines Oberschwingungs-Aufhebungskommandos basierend auf dem Aufhebungsstromkommando, wobei das Oberschwingungs-Aufhebungskommando eine Phasenverschiebung und eine Dämpfung, die durch das stromgeregelte Steuermodul eingeleitet werden, kompensiert, und wobei das stromgeregelte Steuermodul mit einem Inverter gekoppelt ist, der mit dem Elektromotor gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst weiter das Liefern des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos an das stromgeregelte Steuermodul, wobei das stromgeregelte Steuermodul dafür konfiguriert ist, den Inverter als Antwort auf das Oberschwingungs-Aufhebungskommando und das Drehmomentkommando zu steuern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen des hier beschriebenen Gegenstands betreffen allgemein elektromotorische Antriebssysteme und insbesondere betreffen Ausführungsformen des Gegenstands Verfahren und Vorrichtungen zum Verringern der Drehmomentwelligkeit in Elektromotoren, welche in elektrischen und hybridelektrischen Fahrzeugantriebssystemen eingesetzt werden.
HINTERGRUND
In Fahrzeugen mit elektrischen Traktionsmotoren werden Wechselstrommotorantriebe (AC-Motorantriebe) dazu benutzt, ein benötigtes Drehmoment an die Motorwelle zu liefern. Bei den meisten Motorantrieben wird versucht, einen ausgewogenen Satz reiner Sinusströme an die Statorwicklungen des Motors zu liefern, um ein konstantes Drehmoment ohne Verzerrung oder Welligkeit zu erzeugen. Jedoch existiert aufgrund praktischer Konstruktionsbedingungen eine Welligkeit selbst bei Erregung mit rein sinusförmigen Statorströmen. Drehmomentwelligkeit kann zu Geschwindigkeitsschwankungen führen, Resonanzen in den Antriebssträngen erregen oder andere unerwünschte Effekte hervorrufen. Im Fall eines Fahrzeugs kann Drehmomentwelligkeit Fahrzeugoszillationen oder Geräuschentwicklung hervorrufen.
In einigen Situationen kann die Drehmomentwelligkeit, die von einem Motor erzeugt wird, dadurch verringert werden, dass mechanische Änderungen am Design des Motors gemacht werden, beispielsweise an der Wicklungskonfiguration, der Geometrie der Statorzähne, der Geometrie der Rotorbarriere und der Schrägstellung des Rotors. Jedoch gibt es einen Zielkonflikt zwischen Drehmomentwelligkeit und Drehmomentdichte des Motors. Deshalb liefert der Motor in allen praktischen Einsätzen eine bestimmte Drehmomentwelligkeit, wenn ihm ein sinusförmiger Strom zugeführt wird. Passive Dämpfungsverfahren, wie beispielsweise das Versehen des Fahrzeugs mit strukturellen Verstärkungen oder schalldämpfenden Materialien, können dafür eingesetzt werden, einige der nachteiligen Auswirkungen einer Drehmomentwelligkeit zu verringern und akustische Geräuschentwicklung zu mildern. Jedoch können diese Dämpfungsverfahren kostenintensiv sein und gehen das Problem der durch den Motor erzeugten Drehmomentwelligkeit nicht direkt an.
Im Fall von Hybridfahrzeugen oder elektrischen Fahrzeugen können Überwachungskontroller der höheren Ebene Algorithmen wie die aktive Dämpfung einsetzen, die darauf ausgerichtet sind, das Drehmomentkommando, das dem Wechselstrommotorantrieb zugeführt wird, zu modulieren, um die Erregung von Resonanzen in den Antriebssträngen, die teilweise von der Drehmomentwelligkeit herrühren, zu minimieren. Jedoch können diese Algorithmen typischerweise nicht bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten arbeiten, da sie nicht zwischen der Modulation des vom Fahrer angeforderten Drehmomentkommandos und den durch die Drehmomentwelligkeit des Wechselstrommotors induzierten Oszillationen unterscheiden können. Alternative Techniken sind darauf ausgerichtet, einen Oberwellenaufhebungsstrom in das fundamentale synchrone Bezugssystem zu injizieren. Jedoch gelingt es mit diesen Techniken nicht, die Effekte der Beschränkungen für die Bandbreite des Stromreglers auf das System zu behandeln, wodurch es gegebenenfalls zu einer verstärkten Drehmomentwelligkeit kommt.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren zur Verringerung der Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotor angegeben. Der Elektromotor ist mit einem Inverter gekoppelt, welcher mit einem stromgeregelten Steuermodul gekoppelt ist, wobei der Inverter dafür ausgelegt ist, den Elektromotor anzusteuern. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines Drehmomentkommandos und das Bestimmen eines Aufhebungsstromkommandos basierend auf dem Drehmomentkommando. Das Verfahren umfasst weiter das Erzeugen eines Oberschwingungs-Aufhebungskommandos basierend auf dem Aufhebungsstromkommando, wobei das Oberschwingungs-Aufhebungskommando erzeugt wird, um eine Phasenverschiebung und eine Dämpfung, die durch das stromgeregelte Steuermodul eingeleitet werden, zu kompensieren, und das Liefern des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos an das stromgeregelte Steuermodul, wobei das stromgeregelte Steuermodul dafür konfiguriert ist, den Inverter als Antwort auf das Oberschwingungs-Aufhebungskommando und das Drehmomentkommando zu steuern.
Es wird ein Verfahren zur Verringerung der Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotor als Antwort auf ein Drehmomentkommando angegeben. Der Elektromotor ist mit einem Inverter gekoppelt, welcher mit einem stromgeregelten Steuermodul gekoppelt ist, wobei der Inverter dafür ausgelegt ist, den Elektromotor anzusteuern. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Oberschwingungs-Aufhebungskommandos basierend auf dem Drehmomentkommando, wobei das Oberschwingungs-Aufhebungskommando angepasst ist, eine vom stromgeregelten Steuermodul eingeleitete Phasenverschiebung zu kompensieren, und das Liefern des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos an das stromgeregelte Steuermodul.
Es wird eine Vorrichtung für einen Kontroller zum Verringern der Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotor als Antwort auf ein Drehmomentkommando angegeben, wobei der Elektromotor mit einem Inverter gekoppelt ist. Der Kontroller weist ein stromgeregeltes Steuermodul auf, wobei das stromgeregelte Steuermodul Steuersignale für den Inverter als Antwort auf das Drehmomentkommando erzeugt, und einen Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock, der mit dem stromgeregelten Steuermodul gekoppelt ist. Der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock ist dafür konfiguriert, ein Oberschwingungs-Aufhebungskommando für das stromgeregelte Steuermodul zu erzeugen, um eine Oberschwingung der Drehmomentwelligkeit zu verringern, wobei das Oberschwingungs-Aufhebungskommando eine durch das stromgeregelte Steuermodul eingeleitete Phasenverschiebung kompensiert.
Diese Zusammenfassung ist angegeben, um eine Auswahl an Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, wobei die Konzepte nachstehend in der detaillierten Beschreibung weiter ausgeführt sind. Die Zusammenfassung dient nicht dazu, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, und sie ist auch nicht dafür gedacht, als Hilfe beim Bestimmen des Schutzbereichs des beanspruchten Gegenstands verwendet zu werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein besseres Verständnis des Gegenstands kann durch Bezug auf die detaillierte Beschreibung und die Ansprüche im Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren erzielt werden, wobei sich gleiche Bezugszeichen in den gesamten Figuren auf ähnliche Elemente beziehen.
1 ist ein Blockschaubild eines elektromotorischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform;
2 ist ein detailliertes Blockschaubild des elektromotorischen Antriebssystems von 1 für eine Implementierung eines Bezugssystem vom Typus d-q, welches zusätzliche Komponenten und Zwischensignale zwischen Komponenten gemäß einer Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Blockschaltbild eines Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblocks gemäß einer Ausführungsform;
4 ist ein detailliertes Blockschaltbild des Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblocks von 3 für eine Implementierung eines Bezugssystems vom Typus d-q, welches zusätzliche Komponenten und Zwischensignale zwischen Komponenten gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
5 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Verringern von Oberwellen der Drehmomentwelligkeit bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten gemäß einer Ausführungsform;
6 ist ein Graph eines sinusförmigen Stroms, der einem Motor zugeführt wird, für einen exemplarischen Fall;
7 ist ein Graph des vom Motor als Antwort auf den sinusförmigen Strom von 6 erzeugten Drehmoments für einen exemplarischen Fall;
8 ist ein Graph einer schnellen Fouriertransformierten (FFT = engl. fast Fourier transform) des Motordrehmoments von 7 für einen exemplarischen Fall;
9 ist ein Graph eines Stromes, der einem Motor zugeführt wird und der eine Oberwellenaufhebungskomponente unter Verwendung der hier beschriebenen Techniken aufweist, für einen exemplarischen Fall;
10 ist ein Graph des Drehmoments, das durch den Motor als Antwort auf den Strom von 9 erzeugt wird, für einen exemplarischen Fall; und
11 ist ein Graph einer schnellen Fouriertransformierten (FFT) des Motordrehmoments von 10 für einen exemplarischen Fall.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung dient von ihrer Art her nur der Veranschaulichung und ist nicht dafür gedacht, die Ausführungsformen des Gegenstands oder die Anwendungen und Einsätze derartiger Ausführungsformen zu beschränken. Das Wort ”exemplarisch” bedeutet nach seiner Verwendung in diesem Text ”als Beispiel, dem Fall oder der Veranschaulichung dienend”. Eine beliebige Implementierung, die hier als exemplarisch beschrieben ist, muss nicht zwingend als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen gedeutet werden. Darüber hinaus ist nicht beabsichtigt, durch irgendeine hier ausdrücklich oder implizit erwähnte Theorie, welche im vorstehenden technischen Gebiet, im Hintergrund, in der kurzen Zusammenfassung oder in der folgenden detaillierten Beschreibung genannt ist, festgelegt zu werden.
Techniken und Technologien können hier als funktionale und/oder logische Blockkomponenten und mit Bezug auf symbolische Darstellungen von Operationen, Prozessaufgaben und Funktionen, die von verschiedenen Computerkomponenten oder Vorrichtungen ausgeführt werden, beschrieben sein. Solche Operationen, Aufgaben und Funktionen werden manchmal als ”computergesteuert”, ”computergestützt”, ”softwareimplementiert” oder ”computerimplementiert” bezeichnet. In der Praxis können eine oder mehrere Prozessoreinrichtungen die beschriebenen Operationen, Aufgaben und Funktionen ausführen, indem elektrische Signale, die Datenbits an Speicherstellen im Systemspeicher darstellen, beeinflusst werden oder andere Verarbeitungen von Signalen ausgeführt werden. Die Speicherstellen, an denen Datenbits gehalten werden, sind physikalische Orte, welche spezielle elektrische, magnetische, optische oder organische Eigenschaften entsprechend den Datenbits aufweisen. Es ist anzumerken, dass die verschiedenen Blockkomponenten, die in den Figuren gezeigt sind, durch eine beliebige Anzahl an Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten verwirklicht werden können, welche für die Ausführung der spezifischen Funktionen konfiguriert sind. Beispielsweise kann eine Ausführungsform eines Systems oder einer Komponente verschiedene Komponenten integrierter Schaltkreise, z. B. Speicherelemente, Elemente für die digitale Signalverarbeitung, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen, umfassen, welche verschiedene Funktionen unter der Steuerung eines Mikroprozessors oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuereinrichtungen ausführen können.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind. Wenn nicht anders angegeben, so bedeutet ”verbunden” im Gebrauch in diesem Text, dass ein Element, ein Knoten oder ein Merkmal direkt, jedoch nicht zwingend mechanisch, mit einem anderem Element, einem anderen Knoten oder einem anderen Merkmal kombiniert ist (oder damit direkt kommuniziert). Ähnlich bedeutet ”gekoppelt”, wenn nicht anders angegeben, dass ein Element, ein Knoten oder ein Merkmal direkt oder indirekt, jedoch nicht zwingend mechanisch, mit einem anderen Element, einem anderen Knoten oder einem anderen Merkmal kombiniert ist (oder damit direkt oder indirekt kommuniziert). Somit können, auch wenn das Schema in den Figuren eine exemplarische Anordnung von Elementen darstellen mag, zusätzliche Zwischenelemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten in einer Ausführungsform des dargestellten Gegenstands vorhanden sein.
Aus Gründen der Knappheit ist es möglich, dass herkömmliche Techniken, die sich auf einige funktionale Aspekte des Systems (und die individuellen Operationskomponenten des Systems) beziehen, hier nicht detailliert beschrieben sind. Darüber hinaus sollen die Verbindungslinien, die in den verschiedenen hier enthaltenen Figuren gezeigt sind, exemplarische funktionale Verhältnisse und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen repräsentieren. Es ist anzumerken, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Verhältnisse oder physikalische Kopplungen in einer Ausführungsform des Gegenstandes enthalten sein können.

Hierin erörterte Technologien und Konzepte beziehen sich auf das Reduzieren von Drehmomentwelligkeit in elektromotorischen Antriebssystemen. Wie hierin verwendet, ist die Bedeutung von unteren Indizes und oberen Indizes wie folgt:
Untere Indizes d und q: Maß im d-q-Bezugssystem. Das d-q-Bezugssystem ist in kartesischen Koordinaten synchron mit der Rotation eines Rotors im Elektromotor.

Unterer Index s:	Maß in den Statorwicklungen des Elektromotors.
Oberer Index e:	Maß im rotierenden (synchronen) Bezugssystem.
Oberer Index r:	Maß, das sich auf den Maschinenrotor bezieht.
Oberer Index *:	Angewiesene Größe

Mit Bezug auf 1 umfasst ein Elektromotorsystem 5 in einer exemplarischen Ausführungsform ohne Beschränkung: einen Elektromotor 10, eine Energiequelle 11, einen Inverter 12, ein elektronisches Steuerungssystem 14, einen Stromkommando-Erzeugerblock 16, einen Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18, ein Summenglied 19, ein stromgeregeltes Steuermodul 20 und ein Drehmeldersystem 22.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist der Elektromotor 10 mit dem Inverter 12 gekoppelt, welcher mit der Energiequelle 11 gekoppelt ist. Das elektronische Steuersystem 14 ist mit dem Stromkommando-Erzeugerblock 16 und dem Oberschwingungsaufhebungs- Kommandoblock 18 gekoppelt. Der Stromkommando-Erzeugerblock 16 kann darüber hinaus mit der Energiequelle 11 gekoppelt sein. Der Ausgang des Stromkommando-Erzeugerblocks 16 und der Ausgang des Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblocks 18 speisen das Summenglied 19, welches auch einen Ausgang des stromgeregelten Steuermoduls 20 empfängt. Der Ausgang des Summengliedes 19 ist mit dem stromgeregelten Steuermodul 20 gekoppelt. Das stromgeregelte Steuermodul 20 kann darüber hinaus mit dem Elektromotor 10 gekoppelt sein und speist das Summenglied 19, um eine Rückkopplungsschleife zu erzeugen. Das Drehmeldersystem 22 ist mit dem Elektromotor 10 gekoppelt und ist darüber hinaus mit dem Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 und dem stromgeregelten Steuermodul 20 gekoppelt, um Information bezüglich des Betriebs des Elektromotors 10 bereitzustellen.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist der Elektromotor 10 eine Dreiphasen-Wechselstrommaschine (dreiphasige AC-Maschine) mit einem Rotor und mit Statorwicklungen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Elektromotor 10 ein Motor mit einem internen Permanentmagneten (IPM-Motor; IPM = engl. internal permanent magnet), ein Induktionsmotor, ein Synchron-Reluktanzmotor oder ein anderer geeigneter Motor sein, wie dies ersichtlich ist. Darüber hinaus ist anzumerken, dass der hier erörterte Gegenstand nicht auf Dreiphasenmaschinen beschränkt ist, sondern für eine beliebige Anzahl an Phasen ausgelegt werden kann. in einer exemplarischen Ausführungsform liefert die Energiequelle 11 elektrische Energie und/oder Spannung zum Antreiben des Elektromotors 10 an den Inverter 12. Die Energiequelle 11 kann eine Batterie, eine Brennstoffzelle, einen Doppelschichtkondensator oder eine beliebige andere Energiequelle, die im Stand der Technik bekannt ist, umfassen. Der Elektromotor 10 läuft als Antwort auf eine Spannung, die vom Inverter 12 an die Statorwicklungen angelegt wird, wodurch drehmomenterzeugende Ströme in den Statorwicklungen geschaffen werden. In einer exemplarischen Ausführungsform liefert der Inverter 12 pulsbreitenmodulierte (PWM = pulse width modulated) Spannungssignale an jede Phase der Statorwicklungen und kann eine Anzahl an Transistorenschalterpaaren zum Modulieren der gelieferten Spannung aufweisen, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
In einer exemplarischen Ausführungsform kann das elektronische Steuersystem 14 verschiedene Sensoren und Antriebssteuermodule, elektronische Steuereinheiten (ECUs = engl. electronic control units) oder mindestens einen Prozessor und/oder einen Speicher mit darin gespeicherten Instruktionen beinhalten (oder ein anderes computerlesbares Medium, auf dem diese gespeichert sind), um die nachstehend beschriebenen Verfahren und Prozesse auszuführen. Obwohl nicht gezeigt, kann das elektronische Steuersystem 14 mit zusätzlichen Fahrzeugkomponenten gekoppelt sein, wie es für den Fachmann ersichtlich ist. In einer exemplarischen Ausführungsform erzeugt das elektronische Steuersystem 14 ein Drehmomentkommando (T*) als Antwort auf eine Drehmomentanforderung und liefert das Drehmomentkommando an den Stromkommando-Erzeugerblock 16 und den Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18.
In einer exemplarischen Ausführungsform erzeugt der Stromkommando-Erzeugerblock 16 ein Synchron-Statorstromkommando (I_s ^e*) bei einer elektrischen Grundfrequenz (f_e), um den Elektromotor 10 mit dem angewiesenen Drehmoment zu betreiben. Gemäß einer Ausführungsform wird das Synchron-Statorstromkommando als zwei Komponenten relativ zum d-q-Bezugssystem, I_ds ^e* und I_qs ^e*, verwirklicht, wie nachstehend noch detaillierter erörtert (siehe 2). In einer exemplarischen Ausführungsform basiert das Stromkommando I_s ^e* auf dem Drehmomentkommando (T*), der Spannung der Energiequelle (V_DC), der Winkelgeschwindigkeit des Motors (ω_r) und gegebenenfalls anderen Betriebsparametern des Elektromotorsystems 5. Der Stromkommando-Erzeugerblock 16 liefert das Stromkommando I_s ^e* an das Summenglied 19.
In einer exemplarischen Ausführungsform liefert der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 ein zweites Stromkommando (I_s ^e*_H) an das Summenglied 19, um Oberschwingungen der Drehmomentwelligkeit im Elektromotor 10 für ein Vielfaches oder mehrere Vielfache der elektrischen Grundfrequenz aufzuheben. Gemäß einer Ausführungsform kann das Oberschwingungs-Aufhebungskommando im d-q-Bezugssystem als I_ds ^e*_H und I_qs ^e*_H verwirklicht werden, wie detaillierter nachstehend noch erörtert (siehe 2). Der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 ist dafür konfiguriert, zusätzliche Aufgaben und Funktionen zu erfüllen, wie nachstehend noch detaillierter erörtert.
In einer exemplarischen Ausführungsform liefert das stromgeregelte Steuermodul 20 eine gemessene Stromrückmeldung (I_s ^e) vom Elektromotor 10 an das Summenglied 19. Der Ausgang des Summengliedes 19 ist ein Stromfehlerkommando (I_s ^e*_err), welches I_s ^e* + I_s ^e*_H – I_s ^e repräsentiert. Gemäß einer Ausführungsform erzeugt das stromgeregelte Steuermodul 20 Dreiphasen-Spannungskommandos basierend auf dem Stromfehlerkommando I_s ^e*_err. Das stromgeregelte Steuermodul 20 liefert die Dreiphasen-Spannungskommandos an den Inverter 12, um das angewiesene Drehmoment im Elektromotor 10 zu erzeugen. In einer exemplarischen Ausführungsform reguliert das stromgeregelte Steuermodul 20 den Strom im Elektromotor 10, wie nachstehend noch detaillierter erörtert.
Mit nunmehrigem Bezug auf 2 ist in einer exemplarischen Ausführungsform das Elektromotorsystem 5 im d-q-Bezugssystem implementiert. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das stromgeregelte Steuermodul 20 einen Synchronsystem-Stromregler 24, einen Synchron/Stationär-Transformationsblock 26, einen Zweiphasen/Dreiphasen-Transformationsblock 28, einen Dreiphasen/Zweiphasen-Transformationsblock 30 und einen Stationär/Synchron-Transformationsblock 32. Das Drehmeldersystem 22 beinhaltet einen Drehmelder 34 und einen Drehmelderausgang-Digitalwandler 36.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist der Ausgang des Summengliedes 19 mit dem Synchronsystem-Stromregler 24 gekoppelt. Der Synchronsystem-Stromregler 24 ist mit dem Synchron/Stationär-Transformationsblock 26 gekoppelt, welcher mit dem Zweiphasen/Dreiphasen-Transformationsblock 28 gekoppelt ist, der wiederum mit dem Inverter 12 gekoppelt ist. Der Dreiphasen/Zweiphasen-Transformationsblock 30 ist mit dem Elektromotor 10 gekoppelt und mit dem Stationär/Synchron-Transformationsblock 32, welcher mit dem Summenglied 19 gekoppelt ist, um wie gezeigt eine Rückkopplungsschleife zu erzeugen.
Mit erneutem Bezug auf 2 wird in einer exemplarischen Ausführungsform das Stromfehlerkommando dem Synchronsystem-Stromregler 24 zugeführt. Der Synchronsystem-Stromregler 24 reguliert den Motorstrom durch Bereitstellen von Spannungskommandos so, dass der im Elektromotor 10 gemessene Strom dem Stromkommando (I_s ^e* + I_s ^e*_H) folgt. Die Ausgänge des Synchronsystem-Stromreglers 24 sind Zwischenspannungskommandos V_ds ^e* und V_qs ^e*^, welche von dem Synchron/Stationär-Transformationsblock 26 verarbeitet werden, der die Rotorposition θ_r (beispielsweise aus dem Drehmeldersystem 22, wie nachstehend beschrieben) dazu verwendet, die Spannungskommandos aus dem Synchronbezugssystem in das stationäre Bezugssystem zu transformieren, und zwar gemäß einer herkömmlichen Koordinatentransformation. Die Ausgänge aus dem Synchron/Stationär-Transformationsblock 26 sind die zweiphasigen Alpha-Beta-Spannungskommandos V_α* und V_β* des stationären Bezugssystems. Die Alpha-Beta-Spannungskommandos werden dann an den Zweiphasen/Dreiphasen-Transformationsblock 28 weitergeleitet, welcher die Alpha-Beta-Spannungskommandos in die äquivalenten Dreiphasensignale V_a*, V_b* und V_c* umwandelt. Die Dreiphasenspannungskommandos V_a*, V_b*, V_c* des stationären Bezugssystems sind die Operationssteuersignale, welche dem Inverter 12 zugeleitet werden, welcher die Spannungs kommandos verarbeitet und die angewiesenen Spannungen an Statorwicklungen des Elektromotors 10 anlegt.
In einer exemplarischen Ausführungsform werden zwei (oder drei) Statorphasenströme erfasst und an den Dreiphasen/Zweiphasen-Transformationsblock 30 weitergeleitet. Der Dreiphasen/Zweiphasen-Transformationsblock 30 wandelt die Dreiphasenströme I_a, I_b und I_c in äquivalente zweiphasige Alpha-Beta-Ströme Iα und Iβ um. Der Stationär/Synchron-Transformationsblock 32 transformiert (unter Einsatz der Rotorposition θ_r, welche durch das Drehmeldersystem 22 geliefert werden kann, wie nachstehend beschrieben) die Alpha-Beta-Ströme in Größen I_ds ^e, I_qs ^e des synchronen Bezugssystems, welche, wie gezeigt, zurück zum Summenglied 19 geführt werden, um eine Rückkopplungsschleife für die Stromregelung zu schaffen. Die Ausgänge des Summenglieds 19 (d. h. die Stromfehlerkommandos) sind die Fehlersignale des synchronen Bezugssystems, welche Eingängen des Synchronsystem-Stromreglers 24 zugeführt werden.
In einer exemplarischen Ausführungsform umfasst das Drehmeldersystem 22 einen Drehmelder 34, welcher mit dem Elektromotor gekoppelt ist. Der Ausgang des Drehmelders 34 ist mit einem Drehmelderausgang-Digitalwandler 36 gekoppelt. Der Drehmelderausgang-Digitalwandler 36 erzeugt eine digitale Darstellung der Rotorposition, welche dem Synchron/Stationär-Transformationsblock 26, dem Stationär/Synchron-Transformationsblock 32 und dem Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 zugeführt wird.
Mit erneutem Bezug auf 2 misst in einer exemplarischen Ausführungsform das Drehmeldersystem 22 die Rotorposition (θ_r) und die Motorgeschwindigkeit (n_r) und stellt die gemessenen Werte anderen Systemkomponenten zur Verfügung. Der Drehmelder 34 (oder eine ähnliche Geschwindigkeitserfassungsvorrichtung) erfasst die Position des Rotors und leitet hierdurch die Geschwindigkeit des Elektromotors 10 her. Der Drehmelderausgang-Digitalwandler 36 wandelt die Signale aus dem Drehmelder 34 in digitale Signale (z. B. ein digitales Motorgeschwindigkeitssignal und ein digitales Rotor-Winkelpositionssignal) um, wie es im Stand der Technik üblich ist. Das Drehmeldersystem 22 kann digitale Darstellungen der Rotorposition und der Motorgeschwindigkeit dem Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18, dem stromgeregelten Steuermodul 20 und/oder anderen Systemkomponenten, wie hier beschrieben, zuführen.
Für die in 2 dargestellte Implementierung erzeugt der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 I_ds ^e*_H und I_qs ^e*_H als Antwort auf das Drehmomentkommando und auf andere Systemparameter. Beide Ausgänge des Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblocks 18 werden in das Summenglied 19 eingespeist. Somit beeinflusst der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 den Betrieb des stromgeregelten Steuermoduls 20.
Mit erneutem Bezug auf 2 führt die Rückkopplungsschleife für die Stromregelung eine Bandbreitenfrequenzbeschränkung (d. h. eine Abschneidefrequenz) für das Frequenzansprechverhalten des stromgeregelten Steuermoduls 20 ein. Die Bandbreitenfrequenz (f_bw) wird zum Teil durch die maximale Schaltfrequenz des PWM-Inverters 12 und die Abtastfrequenz des Elektromotorsystems 5 bestimmt, welches zwei Faktoren sind, die die erreichbare Bandbreite des stromgeregelten Steuermoduls 20 beschränken. In einer exemplarischen Ausführungsform kann sich die Bandbreitenfrequenz im Bereich von 300 bis 500 Hz bewegen, obgleich sie in anderen Ausführungsformen 1 kHz oder mehr betragen kann. Die Bandbreitenbeschränkung des stromgeregelten Steuermoduls 20 bringt Dämpfung und Phasenverschiebung mit sich, was das Frequenzansprechverhalten des stromgeregelten Steuermoduls beeinflusst. Dies beschränkt die Fähigkeit des Synchronsystem-Stromreglers 24, zuverlässig dem Oberschwingungs-Aufhebungskommando zu folgen, wenn sich die angewiesenen Frequenzen an f_bw annähern oder diese übersteigen.
Mit nunmehrigem Bezug auf die 3 und 4 erzeugt der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 in einer exemplarischen Ausführungsform ein Oberschwingungs-Aufhebungskommando I_s ^e*_H, um eine Drehmomentwelligkeit zu reduzieren, welche von einer identifizierten Oberschwingung H der Welligkeit hervorgerufen wird. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18, ohne Begrenzung, Folgendes: einen Aufhebungsstrom-Kommandoblock 38, einen Größenkompensationsblock 40, einen Phasenkompensationsblock 42, einen Deaktivierungsblock 44 und einen Rechtwinkligkeitskonversionsblock 46. Der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 kann als Eingänge ein Drehmomentkommando (T*), eine Rotorposition (θ_r), eine Motorgeschwindigkeit (n_r), eine elektrische Winkelgeschwindigkeit (ω_e = 2πf_e), die Stromreglerbandbreite (ω_bw) und/oder die aufzuhebende Oberschwingung (H) der Welligkeit aufweisen. Wie in 4 gezeigt, kann der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 im d-q-Bezugssystem verwirklicht und/oder implementiert sein.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Aufhebungsstrom-Kommandoblock 38 mit dem Größenkompensationsblock 40 und dem Phasenkompensationsblock 42 gekoppelt. Der Ausgang des Größenkompensationsblocks 40 ist mit dem Eingang des Deaktivierungsblocks 44 gekoppelt. Der Ausgang des Deaktivierungsblocks 44 und der Ausgang des Phasenkompensationsblocks 42 sind mit dem Rechtwinkligkeitskonversionsblock 46 gekoppelt. Wie in 2 gezeigt, ist der Ausgang des Rechtwinkligkeitskonversionsblocks 46 mit dem Summenglied 19 gekoppelt. In einer exemplarischen Ausführungsform kompensiert der Größenkompensationsblock 40 die Dämpfung des stromgeregelten Steuermoduls 20 und der Phasenkompensationsblock 42 kompensiert die Phasenverschiebung des stromgeregelten Steuermoduls 20, wie nachstehend detaillierter beschrieben.
Mit nunmehrigem Bezug auf 5 kann in einer exemplarischen Ausführungsform der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock dafür konfiguriert sein, einen Drehmomentwelligkeits-Reduktionsprozess 500 sowie zusätzliche Aufgaben, Funktionen und Operationen auszuführen, wie nachstehend beschrieben. Die verschiedenen Aufgaben können durch Software, Hardware, Firmware oder eine beliebige Kombination derselben ausgeführt werden. Zum Zweck der Veranschaulichung kann sich die folgende Beschreibung auf Elemente beziehen, die vorstehend mit Bezug auf die 1 bis 4 genannt wurden. In der Praxis können die Aufgaben, Funktionen und Operationen durch verschiedene Elemente des beschriebenen Systems ausgeführt werden. Es ist anzumerken, dass eine beliebige Anzahl an zusätzlichen oder alternativen Aufgaben enthalten sein kann und in ein umfassenderes Verfahren oder einen umfassenderen Prozess integriert sein kann, welcher zusätzliche Funktionalitäten aufweist, die hier nicht detailliert beschrieben sind.
Mit erneutem Bezug auf 5 und mit bleibendem Bezug auf die 3 und 4 wird in einer exemplarischen Ausführungsform eine aufzuhebende Oberschwingung H der Welligkeit identifiziert (Aufgabe 502). Gemäß einer Ausführungsform ist H ein ganzzahliges Vielfaches, das eine Oberschwingung der elektrischen Grundfrequenz, welche die Drehmomentwelligkeit verursacht, repräsentiert. In einer exemplarischen Ausführungsform kann die Oberschwingung der Welligkeit basierend auf charakteristische Motorbetriebseigenschaften vorbestimmt und in dem Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 vorkonfiguriert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Oberschwingung der Welligkeit außerhalb des Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblocks 18 erzeugt werden (d. h. dem Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 von einem elektronischen Steuersystem oder einem anderen Fahrzeugsteuermodul aus zugeführt werden). In einer exemplarischen Ausführungsform erzeugt der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 das Oberschwingungs-Aufhebungskommando basierend auf der identifizierten Oberschwingung der Welligkeit.
In einer exemplarischen Ausführungsform ist der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 dafür konfiguriert, ein Drehmomentkommando T* zu empfangen (Aufgabe 504). Das Drehmomentkommando kann dem Aufhebungsstrom-Kommandoblock 38 vom elektronischen Steuersystem oder einem anderen Steuermodul innerhalb eines Fahrzeugs aus als Antwort auf eine Benutzerforderung nach einem Drehmoment (z. B. ein Fahrzeuglenker, der ein Gaspedal drückt) zugeführt werden.
In einer exemplarischen Ausführungsform bestimmt der Aufhebungsstrom-Kommandoblock 38 ein Aufhebungsstromkommando basierend auf dem Drehmomentkommando (Aufgabe 506). Der Aufhebungsstrom-Kommandoblock 38 liefert ein Aufhebungsstromkommando für die Oberschwingungsfrequenz (H·f_e) basierend auf dem Drehmomentkommando und vorbestimmten charakteristischen Drehmomenteigenschaften des Elektromotors. Die charakteristischen Drehmomentwelligkeitseigenschaften des Elektromotors sind eine komplexe Funktion des Motordesigns, einschließlich der Laminationsgeometrie des Stators und des Rotors und der Wicklungskonfiguration. In einer exemplarischen Ausführungsform können die vorbestimmten charakteristischen Drehmomentwelligkeitseigenschaften entweder empirisch oder durch die Finite-Element-Methode (FEA = engl. finite element analysis) bestimmt werden. Gemäß einer Ausführungsform bestimmt der Aufhebungsstrom-Kommandoblock 38 das Aufhebungsstromkommando durch Empfangen des Aufhebungsstromkommandos aus einer Nachschlagetabelle 39, welche gespeicherte Stromaufhebungskommandos entsprechend einem Bereich an möglichen Eingangs drehmomentkommandos enthält. In einer anderen Ausführungsform kann der Aufhebungsstrom-Kommandoblock 38 das Aufhebungsstromkommando bestimmen, indem eine Polynomkurvenanpassung am Drehmomentkommando ausgeführt wird. In der exemplarischen Ausführungsform ist das Aufhebungsstromkommando ein polares Maß mit einer Größe (M) und einem Aufhebungsphasenwinkel (Φ), wie in 4 markiert.
In einer exemplarischen Ausführungsform erzeugt der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 das Oberschwingungs-Aufhebungskommando durch Modifizieren der Größe des Aufhebungsstromkommandos basierend auf der Frequenz der identifizierten Oberschwingung der Welligkeit, um die Dämpfung des stromgeregelten Steuermoduls zu kompensieren (Aufgabe 508). Das stromgeregelte Steuermodul kann als ein einpoliger Tiefpassfilter mit einem Pol bei der Bandbreitenfrequenz (ω_bw = 2πf_bw) modelliert werden, wobei die Verstärkung des Stromreglers folgendes Frequenzansprechverhalten aufweist:

Dementsprechend wird die Dämpfung verstärkt (oder die Größe der Verstärkung verringert sich), wenn Kommandofrequenzen, die dem stromgeregelten Steuermodul zugeführt werden, zunehmen (d. h. ω→ω_bw). In einer exemplarischen Ausführungsform erzeugt der Größenkompensationsblock 40 zur Kompensation der Dämpfung eine angepasste Größe (M') durch Multiplizieren der Größe mit einem Kompensationsfaktor, so dass
Mit Bezug auf 4 kann der Größenkompensationsblock 40 einen Verstärkungskompensations-Operationsblock 41 enthalten, der mit einem ersten Multiplizierer 43 gekoppelt ist, welcher die Größe M des Aufhebungsstromkommandos als Eingang empfängt. Der Verstärkungskompensations-Operationsblock 41 evaluiert
und liefert das Ergebnis an den ersten Multiplizierer 43, um M' zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Bandbreitenfrequenz des stromgeregelten Steuermoduls vorbestimmt werden, und der Größenkompensationsblock 40 kann entsprechend vorkonfiguriert werden.
In einer exemplarischen Ausführungsform erzeugt der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock 18 das Oberschwingungs-Aufhebungskommando durch Modifizieren des Aufhebungsphasenwinkels, um die Phasenverschiebung des stromgeregelten Steuermoduls (Aufgabe 510) zu kompensieren. Wie vorstehend erörtert, kann das stromgeregelte Steuermodul als ein einpoliger Tiefpassfilter mit einem Pol bei der Bandbreitenfrequenz (ω_bw = 2πf_bw) modelliert werden, so dass die Phasenverschiebung des stromgeregelten Steuermoduls durch γ = tan^–1(H × ω_e/ω_bw) bestimmt wird. Mit Bezug auf 4 kann der Phasenkompensationsblock 42 einen Phasenkorrekturblock 45 beinhalten, welcher tan^–1(H × ω_e/ω_bw) evaluiert, um γ zu erzeugen. Zusätzlich muss die Lage der identifizierten Oberschwingung der Welligkeit berücksichtigt werden, indem ein Oberschwingungsphasenwinkel entsprechend der Oberschwingungsposition hinzugefügt wird, und zwar bestimmt durch H × θ_r, was durch einen zweiten Multiplizierer 47 erzeugt werden kann. In einer exemplarischen Ausführungsform modifiziert der Phasenkompensationsblock 42 den Aufhebungsphasenwinkel durch Addieren einer Kompensierenden Phasenverschiebung und eines Oberschwingungsphasenwinkels, wobei der Oberschwingungsaufhebungs-Phasenwinkel durch Φ' = Φ + γ + H × θ_r bestimmt wird.
Mit erneutem Bezug auf 4 ist in einer exemplarischen Ausführungsform der Deaktivierungsblock 44 dafür konfiguriert, das Oberschwingungs-Aufhebungskommando zu unterbinden, wenn die Motorgeschwindigkeit (n_r) größer ist als eine Schwellenwertgeschwindigkeit (n_th) (Aufgaben 512, 514). In dieser Hinsicht kann der Deaktivierungsblock 44 mit einem Maßstabfaktorblock 49 und einem dritten Multiplizierer 51 implementiert sein, welcher M' als Eingang empfängt. Der Maßstabfaktorblock 49 berechnet einen Maßstabfaktor d_n, welcher dem dritten Multiplizierer 51 zugeführt wird, um das Oberschwingungs-Aufhebungskommando zu unterbinden, wenn die Geschwindigkeit zunimmt. Wenn die Geschwindigkeit zunimmt, nimmt die elektrische Grundfrequenz (f_e) zu, wodurch bewirkt wird, dass sich die Frequenz des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos (d. h. H·f_e) der Schaltfrequenz des Inverters annähert. An einem bestimmten Punkt erreicht das Verhältnis der Oberschwingungsfrequenz zur Schaltfrequenz ein Niveau, bei dem das Oberschwingungs-Aufhebungskommando nicht länger wirksam ist, und zwar aufgrund von Pulsverhältnisbeschränkungen (Pulsverhältnis = Verhältnis der Oberschwingungsfrequenz zur ausgegebenen PWM-Frequenz). Dementsprechend wird das Oberschwingungs-Aufhebungskommando deaktiviert, wenn die Geschwindigkeit zunimmt.
In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Drehmeldersystem 22 die Motorgeschwindigkeit n_r dem Deaktivierungsblock 44 zuführen. In alternativen Ausführungsformen kann die Motorgeschwindigkeit basierend auf n_r = 120·f_e/p berechnet werden, wobei p Anzahl an Polen im Elektromotor ist. In einer exemplarischen Ausführungsform wird die Größe des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos durch Multiplizieren der angepassten Größe mit einem Maßstabfaktor modifiziert, um das Oberschwingungs-Aufhebungskommando reibungslos zwischen einer ersten Geschwindigkeit (n₁) und der Schwellenwertgeschwindigkeit zu unterbinden. Beispielsweise kann der Maßstabfaktor d_n linear von 1 bei der Geschwindigkeit n₁ bis 0 bei der Schwellenwertgeschwindigkeit n_th (und bei auf diese folgenden Geschwindigkeiten) variieren, so dass für n_th ≥ n_r ≥ n₁ gilt: M'' = d_n × M'.
In einer exemplarischen Ausführungsform wandelt der Rechtwinkligkeitskonversionsblock 46 das Oberschwingungs-Aufhebungskommando von einem polaren Maß (mit der Größe M'' und der Phase Φ') in ein rechtwinkliges Maß um (Aufgabe 516). In einer exemplarischen Ausführungsform erzeugt der Rechtwinkligkeitskonversionsblock 46 das Oberschwingungs-Aufhebungskommando im synchronen d-q-Bezugssystem, wobei I_ds ^e*_H = M''·cosΦ' und I_qs ^e*_H = M''·sinΦ'. Mit Bezug auf 4 kann der Rechtwinkligkeitskonversionsblock 46 als ein Sinusoperatorblock 53, ein Kosinusoperatorblock 55, ein vierter Multiplizierer 57 und ein fünfter Multiplizierer 59 verwirklicht werden. Der Sinusoperatorblock 53 und der Kosinusoperatorblock 55 empfangen jeweils den Oberschwingungsaufhebungs-Phasenwinkel Φ' und führen die Sinus- bzw. Kosinusoperatorfunktion an Φ' aus. Der vierte Multiplizierer 57 empfängt den Ausgang des Sinusoperatorblocks 53 und M'' als Eingänge und erzeugt I_qs ^e*_H. Der fünfte Multiplizierer 59 empfängt den Ausgang des Kosinusoperatorblocks 55 und M'' als Eingänge und erzeugt I_ds ^e*_H. Der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock liefert das Oberschwingungs-Aufhebungskommando über das Summenglied 19 an das stromgeregelte Steuermodul (Aufgabe 518). Der Drehmomentwelligkeits-Reduktionsprozess 500 wird kontinuierlich ausgeführt und die Schleife, die durch die Aufgaben 504, 506, 508, 510, 512, 514, 516 und 518 definiert ist, kann sich wiederholen und auf Veränderungen im System reagieren, beispielsweise auf Veränderungen des Drehmomentkommandos T* oder der Rotorposition.
Mit nunmehrigem Bezug auf die 6 bis 11 zeigt das Motordrehmoment für einen exemplarischen Fall eine Welligkeitskomponente gemäß 7, wenn der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock nicht aktiv ist und ein sinusförmiger Strom, wie er in 6 gezeigt ist, dem Motor zugeführt wird. 8 veranschaulicht eine schnelle Fouriertransformierte (FFT) der Drehmomentwelligkeit von 7, welche eine Drehmomentwelligkeit offen legt, die durch eine dominante Oberschwingung der elektrischen Grundfrequenz entsprechend der 12. Oberschwingung erzeugt wird. Wie in 9 gezeigt, ist, wenn der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock mit H = 12 aktiviert wird, der dem Motor zugeführte Strom eher verzerrt als rein sinusförmig, und dies ist das Ergebnis des Oberschwingungsaufhebungsstroms, der dem stromgeregelten Steuermodul zugeführt wird. Als Antwort auf das Oberschwingungs-Aufhebungskommando erzeugt der Motor ein gleichmäßigeres Drehmoment, und Oszillationen der Drehmomentwelligkeit werden merklich verringert, wie in 10 gezeigt. Wie in 11 gezeigt, offenbart eine FFT des Motordrehmoments von 10, dass der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock mit H = 12 effektiv die 12. Oberschwingung aufhebt.
Es ist anzumerken, dass die gezeigte exemplarische Ausführungsform nur dem Zweck der Veranschaulichung dient, und das Elektromotorsystem kann so angepasst werden, dass es zusätzliche Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblöcke, oder der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock kann so angepasst werden (z. B. durch Vervielfältigen der individuellen Komponentenblöcke), dass zusätzliche Oberschwingungen angegangen werden können und die Drehmomentwelligkeit weiter reduziert wird. Somit können in alternativen Ausführungsformen mehrere Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblöcke dazu verwendet werden, mehrfache Oberschwingungen aufzuheben.
Ein Vorteil der vorstehend beschriebenen Verfahren und/oder Systeme liegt darin, dass das Elektromotorsystem ein gleichmäßigeres Drehmoment bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten aufweist. Darüber hinaus ermöglicht eine Kompensation der Dämpfung und Phasenverschiebung, die durch das stromgeregelte Steuermodul eingeleitet werden, dass das Oberschwingungs-Aufhebungskommando zuverlässig vom Synchronsystem-Stromregler verfolgt werden kann, wenn die elektrische Grundfrequenz zunimmt. Andere Ausführungsformen können Systeme und Verfahren, wie sie vorstehend beschrieben wurden, in verschiedenen Arten von Automobilen, verschiedenen Fahrzeugen (z. B. Wasserfahrzeugen und Luftfahrzeugen) oder überhaupt in verschiedenen mechanischen Systemen verwenden, so wie sie auch in jeder Situation implementiert werden können, in der eine Oberschwingungswelligkeit des Drehmoments besteht.
Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden detaillierten Beschreibung angegeben wurde, ist anzumerken, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch anzumerken, dass die hierin beschriebene exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen nicht dafür gedacht sind, den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration des beanspruchten Gegenstands auf irgendeine Weise zu beschränken. Eher gibt die vorstehende detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine geeignete Anleitung an die Hand, um die beschriebene Ausführungsform oder die beschriebenen Ausführungsformen zu implementieren. Verschiedene Änderungen können bezüglich der Funktion und der Anordnung von Elementen gemacht werden, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie durch die beigefügten Ansprüchen definiert ist, was zum Zeitpunkt des Einreichens der Anmeldung bekannte Äquivalente einschließt.

Claims

Verfahren zum Verringern der Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotor zur Verwendung in einem elektromotorischen Antriebssystem für ein Fahrzeug, wobei der Elektromotor mit einem Inverter gekoppelt ist, welcher mit einem stromgeregelten Steuermodul gekoppelt ist, wobei der Inverter dafür konfiguriert ist, den Elektromotor anzusteuern, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: • Empfangen eines Drehmomentkommandos; • Bestimmen eines Aufhebungsstromkommandos basierend auf dem Drehmomentkommando; • Erzeugen eines Oberschwingungs-Aufhebungskommandos basierend auf dem Aufhebungsstromkommando, wobei das Oberschwingungs-Aufhebungskommando erzeugt wird, um eine Phasenverschiebung und eine Dämpfung, welche durch das stromgeregelte Steuermodul eingeleitet werden, zu kompensieren; und • Liefern des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos an das stromgeregelte Steuermodul, wobei das stromregulierte Steuermodul dafür konfiguriert ist, den Inverter als Antwort auf das Oberschwingungs-Aufhebungskommando und das Drehmomentkommando zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine elektrische Winkelgeschwindigkeit und eine Motorgeschwindigkeit aufweist und einen Rotor umfasst, der eine Position hat, wobei das Erzeugen des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos weiter Folgendes aufweist: • Identifizieren einer ersten Oberschwingung der Welligkeit, wobei die erste Oberschwingung der Welligkeit ein Vielfaches einer elektrischen Grundfrequenz des Elektromotors repräsentiert; • Modifizieren eines Phasenwinkels des Aufhebungsstromkommandos basierend auf der ersten Oberschwingung der Welligkeit, der elektrischen Winkelgeschwindigkeit und der Position des Rotors; und • Modifizieren einer Größe des Aufhebungsstromkommandos basierend auf der elektrischen Winkelgeschwindigkeit und der ersten Oberschwingung der Welligkeit.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifizieren des Phasenwinkels weiter das Addieren einer kompensierenden Phasenverschiebung umfasst, welche durch H × θ_r + tan^–1(H·ω_e/ω_bw) bestimmt wird, wobei H die erste Oberschwingung der Welligkeit ist, θ_r die Position des Rotors, ω_e die elektrische Winkelgeschwindigkeit und ω_bw eine Bandbreite des stromgeregelten Steuermoduls.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifizieren der Größe weiter das Multiplizieren der Größe mit
umfasst, wobei H die erste Oberschwingung der Welligkeit ist, ω_e die elektrische Winkelgeschwindigkeit und ω_bw eine Bandbreite des stromgeregelten Steuermoduls.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter das Unterbinden des Oberschwingungs-Aufhebungskommando umfasst, wenn die Motorgeschwindigkeit größer ist als eine Schwellenwertgeschwindigkeit.
Verfahren zum Verringern der Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotor als Antwort auf ein Drehmomentkommando, wobei der Elektromotor mit einem Inverter gekoppelt ist, welcher mit einem stromgeregelten Steuermodul gekoppelt ist, wobei der Inverter dafür konfiguriert ist, den Elektromotor anzusteuern, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: • Bestimmen eines Oberschwingungs-Aufhebungskommandos basierend auf dem Drehmomentkommando, wobei das Oberschwingungs-Aufhebungskommando angepasst wird, um eine Phasenverschiebung, welche durch das stromgeregelte Steuermodul eingeleitet wird, zu kompensieren; und • Liefern des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos an das stromgeregelte Steuermodul.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos weiter Folgendes umfasst: • Bestimmen eines Aufhebungsstromkommandos basierend auf dem Drehmomentkommando, wobei das Aufhebungsstromkommando ein polares Maß mit einer Größe und einem Aufhebungsphasenwinkel ist; und • Identifizieren einer ersten Oberschwingung der Welligkeit, wobei die erste Oberschwingung der Welligkeit ein Vielfaches einer elektrischen Grundfrequenz des Elektromotors repräsentiert, wobei das Oberschwingungs-Aufhebungskommando basierend auf dem Aufhebungsstromkommando und der ersten Oberschwingung der Welligkeit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor weiter einen Rotor umfasst, der eine Position hat, wobei das Bestimmen des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos weiter Folgendes aufweist: • Erzeugen eines Oberschwingungsphasenwinkels basierend auf der ersten Oberschwingung der Welligkeit und der Position des Rotors; • Erzeugen einer kompensierenden Phasenverschiebung basierend auf der ersten Oberschwingung der Welligkeit, einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors und einer Bandbreite des stromgeregelten Steuermoduls; und • Addieren des Oberschwingungsphasenwinkels, der kompensierenden Phasenverschiebung und des Aufhebungsphasenwinkels, um einen Oberschwingungsaufhebungs-Phasenwinkel zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Oberschwingungsphasenwinkels durch H × θ_r bestimmt wird, wobei H die erste Oberschwingung der Welligkeit ist und θ_r die Position des Rotors.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der kompensierenden Phasenverschiebung durch tan^–1(H·ω_e/ω_bw) bestimmt wird, wobei H die erste Oberschwingung der Welligkeit ist, ω_e die elektrische Winkelgeschwindigkeit und ω_bw die Bandbreite des stromgeregelten Steuermoduls.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos weiter das Erzeugen einer angepassten Größe basierend auf der ersten Oberschwingung der Welligkeit, einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors und einer Bandbreite des stromgeregelten Steuermoduls umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der angepassten Größe weiter das Multiplizieren der Größe mit
umfasst, wobei H die erste Oberschwingung der Welligkeit ist, ω_e die elektrische Winkelgeschwindigkeit und ω_bw die Bandbreite des stromgeregelten Steuermoduls.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Aufhebungsstromkommandos basierend auf dem Drehmomentkommando weiter das Erhalten des Aufhebungsstromkommandos aus einer Nachschlagetabelle umfasst, wobei die Nachschlagetabelle eine Anzahl an Stromaufhebungskommandos basierend auf den charakteristischen Eigenschaften des Elektromotors gespeichert enthält, wobei die Anzahl an Stromaufhebungskommandos einer Anzahl an möglichen Eingangsdrehmomentkommandos entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Aufhebungsstromkommandos basierend auf dem Drehmomentkommando weiter das Ausführen einer Polynomkurvenanpassung am Drehmomentkommando umfasst, wobei die Polynomkurvenanpassung auf den charakteristischen Eigenschaften des Elektromotors basiert.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter Folgendes umfasst: • Identifizieren einer zweiten Oberschwingung der Welligkeit, wobei die zweite Oberschwingung der Welligkeit ein zweites Vielfaches der elektrischen Grundfrequenz repräsentiert; • Bestimmen eines zweiten Oberschwingungs-Aufhebungskommandos basierend auf dem Aufhebungsstromkommando und der zweiten Oberschwingung der Welligkeit; und • Liefern des zweiten Oberschwingungs-Aufhebungskommandos an das stromgeregelte Steuermodul.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizieren der ersten Oberschwingung der Welligkeit weiter das Auswählen eines ganzzahligen Vielfachen der elektrischen Grundfrequenz umfasst, wobei das ganzzahlige Vielfache eine Oberschwingung der elektrischen Grundfrequenz repräsentiert, welche die Drehmomentwelligkeit verursacht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter Folgendes aufweist: • Umwandeln des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos in ein Kommando in rechtwinkligen Koordinaten; und • Liefern des Kommandos in rechtwinkligen Koordinaten an das stromgeregelte Steuermodul.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine Motorgeschwindigkeit aufweist, wobei das Verfahren weiter das Unterbinden des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos umfasst, wenn die Motorgeschwindigkeit größer ist als eine Schwellenwertgeschwindigkeit, indem eine Größe des Oberschwingungs-Aufhebungskommandos um einen Maßstabfaktor basierend auf der Motorgeschwindigkeit modifiziert wird, so dass die Größe auf null reduziert wird, wenn die Motorgeschwindigkeit die Schwellenwertgeschwindigkeit erreicht hat.
Kontroller zum Verringern der Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotor als Antwort auf ein Drehmomentkommando, wobei der Elektromotor mit einem Inverter gekoppelt ist, wobei der Kontroller Folgendes aufweist: • ein stromgeregeltes Steuermodul, wobei das stromgeregelte Steuermodul Steuersignale für den Inverter als Antwort auf ein Drehmomentkommando erzeugt; und • einen Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock, der mit dem stromgeregelten Steuermodul gekoppelt ist, wobei der Oberschwingungsaufhebungs-Kommandoblock dafür konfiguriert ist, ein Oberschwingungs-Aufhebungskommando für das stromgeregelte Steuermodul zu erzeugen, um eine Oberschwingung der Drehmomentwelligkeit zu verringern, wobei das Oberschwingungs-Aufhebungskommando dafür erzeugt wird, eine durch das stromgeregelte Steuermodul eingeleitete Phasenverschiebung zu kompensieren.
Kontroller nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass er weiter einen Deaktivierungsblock aufweist, der dafür konfiguriert ist, das Oberschwingungs-Aufhebungskommando zu unterbinden, wenn die Geschwindigkeit des Elektromotors größer ist als eine Schwellenwertgeschwindigkeit.