鎖相回路，發(fā)電機控制裝置和用于控制混合動力機動車的電驅(qū)動系統(tǒng)的方法
【專利說明】鎖相回路，發(fā)電機控制裝置和用于控制混合動力機動車的電驅(qū)動系統(tǒng)的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種鎖相回路，一種發(fā)電機控制裝置和一種用于控制混合動力機動車的電驅(qū)動系統(tǒng)的方法。
現(xiàn)有技術(shù)
[0002]在具有增程器的混合動力機動車中，內(nèi)燃機驅(qū)動作為發(fā)電機的電機。在此情況下內(nèi)燃機與發(fā)電機持久地機械耦聯(lián)。由于內(nèi)燃機不必以低的轉(zhuǎn)速運行，因此內(nèi)燃機的回轉(zhuǎn)質(zhì)量可以選擇得很小或者完全被節(jié)省，其中，只有內(nèi)燃機和電機的質(zhì)量用作回轉(zhuǎn)質(zhì)量。但是由于以內(nèi)燃機的點火頻率脈動的馬達轉(zhuǎn)矩，回轉(zhuǎn)質(zhì)量的這種減小也同時導(dǎo)致驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩波動的增大。
[0003]文獻DE102004062012A1例如建議，為了減振在由內(nèi)燃機和電機構(gòu)成的經(jīng)由剛性驅(qū)動軸耦聯(lián)的系統(tǒng)中探測各個機器的實際轉(zhuǎn)速并且接入到兩個機器的目標轉(zhuǎn)矩上。
[0004]但是存在對這樣的可能性的需要，即避免內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)矩波動傳遞到發(fā)電機上并且由此減小內(nèi)燃機殼體的振動以及抑制在發(fā)電機的輸出電流中的電流振蕩。
[0005]本發(fā)明的公開
本發(fā)明因此按照一個方面創(chuàng)造一種用于通過內(nèi)燃機饋電(供給)的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的鎖相回路(鎖相環(huán))，具有輸入接頭，其被設(shè)計用于，接收在發(fā)電機驅(qū)動軸上測量的轉(zhuǎn)速信號，振幅確定裝置，其與輸入接頭耦聯(lián)，和其被設(shè)計用于，確定測量的轉(zhuǎn)速信號的轉(zhuǎn)速波動的振幅，修正函數(shù)裝置，其與振幅確定裝置和輸入接頭耦聯(lián)，和其被設(shè)計用于，基于轉(zhuǎn)速波動的確定的振幅和測量的轉(zhuǎn)速信號確定轉(zhuǎn)速修正信號，相位鑒別器，其與振幅確定裝置和修正函數(shù)裝置耦聯(lián)，和其被設(shè)計用于，確定在測量的轉(zhuǎn)速信號和轉(zhuǎn)速修正信號之間的相位差信號，其中，修正函數(shù)裝置被設(shè)計用于，基于確定的相位差信號將轉(zhuǎn)速修正信號調(diào)節(jié)到零相位差，和求和元件，其被設(shè)計用于，從測量的轉(zhuǎn)速信號減去轉(zhuǎn)速修正信號和提供修正的轉(zhuǎn)速信號到鎖相回路的輸出接頭。
[0006]本發(fā)明按照另一個方面創(chuàng)造一種用于通過內(nèi)燃機饋電的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的發(fā)電機控制裝置，具有按照本發(fā)明的鎖相回路，修正元件，其被設(shè)計用于，從實際值轉(zhuǎn)速信號減去由鎖相回路產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速修正信號和由此產(chǎn)生修正的實際值轉(zhuǎn)速信號，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，其與修正元件耦聯(lián)，和其被設(shè)計用于，由修正的實際值轉(zhuǎn)速信號確定目標值轉(zhuǎn)矩，電流調(diào)節(jié)裝置，其與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置耦聯(lián)，和其被設(shè)計用于，由確定的目標值轉(zhuǎn)矩確定目標值電流，和η相逆變器裝置，其與電流調(diào)節(jié)裝置耦聯(lián)，和其被設(shè)計用于，產(chǎn)生用于控制發(fā)電機的η相交變電流信號。
[0007]本發(fā)明按照另一個方面創(chuàng)造一種電驅(qū)動系統(tǒng)，具有內(nèi)燃機，發(fā)電機，其與內(nèi)燃機連接，按照本發(fā)明的發(fā)電機控制裝置，其被設(shè)計用于，控制發(fā)電機，和內(nèi)燃機控制裝置，其被設(shè)計用于，輸出目標值轉(zhuǎn)速信號到發(fā)電機控制裝置和輸出用于控制內(nèi)燃機的目標轉(zhuǎn)矩。
[0008]本發(fā)明按照另一個方面創(chuàng)造一種混合動力機動車，其具有按照本發(fā)明的電驅(qū)動系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明按照另一個方面創(chuàng)造一種用于通過內(nèi)燃機饋電的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方法，具有步驟:測量發(fā)電機的轉(zhuǎn)速信號，確定測量的轉(zhuǎn)速信號的轉(zhuǎn)速波動的振幅，基于轉(zhuǎn)速波動的確定的振幅和測量的轉(zhuǎn)速信號確定轉(zhuǎn)速修正信號，確定在測量的轉(zhuǎn)速信號和轉(zhuǎn)速修正信號之間的相位差信號，基于確定的相位差信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速修正信號的相位差到零，和從測量的轉(zhuǎn)速信號中減去轉(zhuǎn)速修正信號，以提供用于發(fā)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的修正的轉(zhuǎn)速信號。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點
本發(fā)明的一種構(gòu)思是，通過用于發(fā)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的相應(yīng)的修正信號補償通過脈動地在內(nèi)燃機中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩推動力和由此在發(fā)電機的驅(qū)動軸上形成的周期性的轉(zhuǎn)矩波動。
[0011]這通過鎖相回路(PLL，“phase-locked loop” “鎖相環(huán)”)實施，其取消從轉(zhuǎn)速控制信號中減去與點火同步的振蕩(變化量)。由此發(fā)電機控制裝置的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器對通過內(nèi)燃機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動不再作出反應(yīng)并且因此避免在驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩振蕩和同時避免在通過發(fā)電機的電流產(chǎn)生中的波動。
[0012]這種方法的一個顯著的優(yōu)點在于可以減小在內(nèi)燃機外殼上的反饋的(混亂的)振動。尤其是在具有小的回轉(zhuǎn)質(zhì)量的內(nèi)燃機中，這改善了馬達的NVH( “noise ,vibrat1n，harness' “噪聲，振動，線束”)以及有助于通過減小機械磨損延長馬達部件的壽命。
[0013]此外存在優(yōu)點，在通過發(fā)電機產(chǎn)生的電流中的電流振蕩或電流波動可以減小。由于在電池中的損失功率與電流強度成二次方地和與電池內(nèi)電阻成比例地增大，因此通過這種措施可以提高饋電的牽引電池的效率以及通過減小熱量輸入提高它的壽命。
[0014]最后，相對于備選的方法如使用用于對點火頻率濾波的陷波濾波器，使用鎖相回路具有優(yōu)點，即不影響調(diào)節(jié)動力學(xué)，尤其是因為與陷波濾波器不同，鎖相回路在相位響應(yīng)中沒有位移并且由此不負面地影響相位余量。
[0015]按照本發(fā)明的鎖相回路的一個實施方式，鎖相回路還可以具有諧波發(fā)生器，其與輸入接頭耦聯(lián)，和其被設(shè)計用于，產(chǎn)生測量的轉(zhuǎn)速信號的諧波信號和作為輸入信號輸出到修正函數(shù)裝置，其中，修正函數(shù)裝置被設(shè)計用于，還基于諧波信號確定轉(zhuǎn)速修正信號。這尤其在不對稱的轉(zhuǎn)矩脈動情況下實現(xiàn)盡可能精確的修正驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩。按照本發(fā)明的鎖相回路的另一個實施方式，諧波發(fā)生器可以被設(shè)計用于，產(chǎn)生直到至少二次諧波的諧波信號。由此在合理的計算費用下以足夠的精確度復(fù)制轉(zhuǎn)速波動。
[0016]按照本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)的一個實施方式，驅(qū)動系統(tǒng)還可以包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其被設(shè)計用于，測量發(fā)電機的驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)速信號并且輸出到鎖相回路。
[0017]本發(fā)明的實施方式的其它的特征和優(yōu)點由以下參照附圖的描述得出。
[0018]附圖簡述附圖所示:
圖1是按照本發(fā)明的一個實施方式的混合動力機動車的電驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖；
圖2是按照本發(fā)明的另一個實施方式的用于電驅(qū)動系統(tǒng)的馬達控制機構(gòu)的示意圖；
圖3是按照本發(fā)明的另一個實施方式的在圖2中的馬達控制機構(gòu)在較大的細節(jié)圖中的示意圖；
圖4是按照本發(fā)明的另一個實施方式的用于發(fā)電機控制裝置的鎖相回路的示意圖；和圖5是按照本發(fā)明的另一個實施方式的用于控制電驅(qū)動系統(tǒng)的方法的示意圖。
[0019]—般地相同的附圖標記表示相同類型或相同作用的部件。在圖中示出的示意的幾何模型僅僅是示例性的特性的，其出于清楚的原因被理想化地示出。顯然在實際中由于不同的邊緣條件可以產(chǎn)生不同的幾何模型并且示出的幾何模型僅僅用于說明本發(fā)明的原理和功能性的方面。
[0020]圖1示出用于串聯(lián)的混合動力機動車的傳動系100的示意圖。傳動系100包括內(nèi)燃機101，其示例性地經(jīng)由驅(qū)動軸102與發(fā)電機103耦聯(lián)。除了驅(qū)動軸102，內(nèi)燃機101和發(fā)電機103也可以備選地經(jīng)由皮帶或傳動機構(gòu)相互連接。例如內(nèi)燃機101可以經(jīng)由皮帶和相應(yīng)的傳動比如此地與發(fā)電機103連接，即發(fā)電機1 3比內(nèi)燃機1I較快速地旋轉(zhuǎn)。由此可以實現(xiàn)兩個機器的最佳效率，它們可以在不同的轉(zhuǎn)速下。
[0021]發(fā)電機103饋電給整流器104，其可以一方面給牽引電池105供電并且另一方面給直流電壓中間電路106供電。從發(fā)電機103或牽引電池105和/或直流電壓中間電路106可以對逆變器107供給直流電壓，其中，逆變器107又提供多相的交變電流用于傳動系100的電驅(qū)動108。這種傳動系統(tǒng)優(yōu)先在具有增程器(“range extender”)的混合動力機動車中使用。
[0022]在這種傳動系統(tǒng)中內(nèi)燃機101驅(qū)動作為發(fā)電機103的電機，以便以產(chǎn)生的電流或者給牽引電池105充電和/或給電驅(qū)動108供電。在增程器情況下內(nèi)燃機101始終與發(fā)電機103機械地耦聯(lián)。由于內(nèi)燃機101不必以低的轉(zhuǎn)速運行，因此內(nèi)燃機101的回轉(zhuǎn)質(zhì)量可以選擇得小或完全省去，其中，只有內(nèi)燃機和電機的質(zhì)量用作回轉(zhuǎn)質(zhì)量。但是由于馬達的以內(nèi)燃機101的點火頻率脈動的轉(zhuǎn)矩，回轉(zhuǎn)質(zhì)量的這種減小同時也導(dǎo)致驅(qū)動軸102上的轉(zhuǎn)矩波動的增大。
[0023]圖2示出用于電驅(qū)動系統(tǒng)I，如其可以在圖1的傳動系100中使用的，的示例性的馬達控制機構(gòu)的示意圖。馬達控制機構(gòu)具有控制側(cè)S以及驅(qū)動側(cè)D。
[0024]在控制側(cè)S上設(shè)有機動車控制機構(gòu)60，其反映駕駛員愿望并且作為目標功率信號Ps輸出到內(nèi)燃機控制裝置20。內(nèi)燃機控制裝置20被設(shè)計用于，由目標功率確定目標值轉(zhuǎn)速信號ns并且輸出到發(fā)電機控制裝置30。同時內(nèi)燃機控制裝置20產(chǎn)生用于控制內(nèi)燃機101的目標轉(zhuǎn)矩tqE。發(fā)電機控制裝置30又將電參數(shù)如電池電壓u或發(fā)電機103的產(chǎn)生的電流i傳回到內(nèi)燃機控制裝置20并且同時產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速相關(guān)的用于控制發(fā)電機103的相的交變電流信號。
[0025]驅(qū)動系統(tǒng)I此外可以具有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器40，其安裝在驅(qū)動軸102上或其附近和探測驅(qū)動軸102的實際轉(zhuǎn)速。該實際轉(zhuǎn)速然后由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器40轉(zhuǎn)換成測量的轉(zhuǎn)速信號nm并且輸出到發(fā)電機控制裝置30。也可以的是，轉(zhuǎn)速信號nm在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器40中已經(jīng)直接地按照在圖4中以下描述的相位調(diào)節(jié)被轉(zhuǎn)換成修正的轉(zhuǎn)速信號nc并且輸出到發(fā)電機控制裝置30。
[0026]圖3在較大的細節(jié)圖中示出圖2中的馬達控制機構(gòu)的示意圖。功率控制裝置21，其例如可以是內(nèi)燃機控制裝置20的一部分或在其中實施，一方面產(chǎn)生目標值轉(zhuǎn)速信號ns和另一方面產(chǎn)生用于控制內(nèi)燃機101的轉(zhuǎn)矩目標值tqE。目標值轉(zhuǎn)速信號ns被供入到減法元件50中，其被設(shè)計用于，從目標值轉(zhuǎn)速信號ns中減去由鎖相回路10產(chǎn)生的修正的轉(zhuǎn)速實際值信號nc和由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差信號nDelta。減法元件50以及鎖相回路10可以例如是發(fā)電機控制裝置30的一部分或在其中實施。鎖相回路10和其功能在結(jié)合圖4下詳細描述。
[0027]在發(fā)電機控制裝置30中此外設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置31，其與減法元件50耦聯(lián)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置31被設(shè)計用于，由轉(zhuǎn)速差信號