DE102018203355A1 - CONTROL SYSTEM FOR AN INDUCTION MACHINE AND ELECTRIC VEHICLE - Google Patents
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Abstract
[Gegenstand] Ein Steuersystem für eine Induktionsmaschine bereitzustellen, das in der Lage ist, zwei Rotoren selbst während einer Kurvenfahrt zweckmäßig anzutreiben:[Lösung] Es wird ein Steuersystem für eine Induktionsmaschine offenbart. Das Steuersystem umfasst als Steuereinheit eine ECU (5). Die ECU (5) berechnet Zieldrehmomente für die entsprechenden zwei Rotoren (22, 23), die beidseitig eines Stators (21) eines Motors (2) angeordnet sind, aufgrund einer Drehmomentverteilung zwischen den zwei Rotoren und eines vom Motor (2) zu erzeugenden Gesamtdrehmoments; und wählt als Frequenz für die Synchrondrehzahl des Motors (2) eine den zwei Rotoren (22, 23) gemeinsame Antriebsfrequenz aufgrund der Zieldrehmomente und der Drehzahlen der entsprechenden zwei Rotoren (22, 23) aus.[Article] To provide a control system for an induction machine capable of driving two rotors properly even during cornering: [solution] A control system for an induction machine is disclosed. The control system comprises as ECU a ECU (5). The ECU (5) calculates target torques for the respective two rotors (22, 23) disposed on both sides of a stator (21) of a motor (2) due to a torque distribution between the two rotors and a total torque to be generated by the motor (2) ; and selects, as a frequency for the synchronous speed of the motor (2), a drive frequency common to the two rotors (22, 23) based on the target torques and the speeds of the respective two rotors (22, 23).
Description
[Technisches Gebiet][Technical area]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Induktionsmaschine.The present invention relates to a control system for an induction machine.
[Hintergrund der Technik][Background of the technique]
Die in der Folge als Patentliteratur 1 bezeichnete
Im Einzelnen wird eine Spannung auf der Grundlage eines Durchschnitts bestimmt, der der Summe der Drehzahl eines Rotors für das linke Antriebsrad und der Drehzahl des anderen Rotors für das rechte Antriebsrad, geteilt durch zwei, entspricht. Anhand der bestimmten Spannung wird eine von unterschiedlichen Drehmoment/Schlupf-Kurven ausgewählt. Das Drehmoment wird durch Abfragen der ausgewählten Drehmoment/Schlupfkurve bestimmt.Specifically, a voltage is determined based on an average corresponding to the sum of the rotational speed of a rotor for the left driving wheel and the rotational speed of the other rotor for the right driving wheel divided by two. Based on the determined voltage, one of different torque / slip curves is selected. The torque is determined by querying the selected torque / slip curve.
Um während einer Kurvenfahrt das Auftreten einer ungewünschten Wendefähigkeit zu verhindern, wird ein Zieldrehmoment des Rotors für das auf der Innenseite befindliche Antriebsrad und ein Zieldrehmoment des Rotors für das auf der Außenseite befindliche Antriebsrad bestimmt, nachdem die Synchrondrehzahl der Induktionsmaschine im Sinne einer Erhöhung der Synchrondrehzahl aktualisiert worden ist, so dass das Drehmoment des Rotors für das äußere Antriebsrad größer ist als das Drehmoment des Rotors für das innere Antriebsrad.In order to prevent the occurrence of undesired turning ability during cornering, a target torque of the rotor for the inside drive wheel and a target torque of the outside drive wheel are determined after the synchronous speed of the induction machine is updated to increase the synchronous speed has been so that the torque of the rotor for the outer drive wheel is greater than the torque of the rotor for the inner drive wheel.
Um außerdem dasselbe Fahrgefühl bei einer Beschleunigung während einer Kurvenfahrt wie während einer Geradeausfahrt anzubieten, wird die Spannung reduziert, um die Drehmoment/Schlupf-Kurve in eine neue Kurve derart zu verändern, dass der Durchschnitt, der der Summe des Drehmoments des Rotors für das innere Antriebsrad und des Drehmoments des Rotors für das äußere Antriebsrad, geteilt durch zwei, entspricht, dem Drehmoment zur Geradeausfahrt entspricht, welches durch Abfragen der ausgewählten Drehmoment/Schlupf-Kurve bestimmt wird.In addition, to offer the same ride feel during acceleration during cornering, such as during straight-ahead driving, the tension is reduced to change the torque / slip curve to a new curve such that the average, which is the sum of the rotor's internal torque Drive wheel and the torque of the rotor for the outer drive wheel, divided by two, corresponds to the torque for driving straight ahead, which is determined by querying the selected torque / slip curve.
[Stand der Technik][State of the art]
[Patentliteratur][Patent Literature]
Patentliteratur 1:
[Zusammenfassung der Erfindung]Summary of the Invention
[Technische Aufgabe][Technical task]
In einem Fall, in dem, wie in
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Steuersystem für eine Induktionsmaschine bereitzustellen, das in der Lage ist, zwei Rotoren selbst bei Kurvenfahrt ordnungsgemäß anzutreiben.The object of the present invention is to provide a control system for an induction machine capable of properly driving two rotors even when cornering.
[Lösung der Aufgabe][Solution of the task]
Es wird ein Steuersystem für eine Induktionsmaschine bereitgestellt, die zwei Rotoren umfasst, die in der Lage sind, mit unterschiedlichen Drehzahlen zu drehen. Das Steuersystem umfasst: eine Steuereinheit. Die Steuereinheit berechnet jeweils Zieldrehmomente für die zwei Rotoren, auf der Grundlage einer Drehmomentverteilung zwischen den zwei Rotoren und eines von der Induktionsmaschine zu erzeugenden Gesamtdrehmoments. Außerdem wählt die Steuereinheit als Frequenz der Synchrondrehzahl der Induktionsmaschine, auf der Grundlage der Zieldrehmomente und der Drehzahlen der entsprechenden zwei Rotoren, eine gemeinsame Antriebsfrequenz der zwei Rotoren aus.There is provided a control system for an induction machine comprising two rotors capable of rotating at different speeds. The control system comprises: a control unit. The control unit calculates target torques for the two rotors, respectively, based on a torque distribution between the two rotors and a total torque to be generated by the induction machine. In addition, the control unit selects a common drive frequency of the two rotors as a frequency of the synchronous speed of the induction machine, based on the target torques and the speeds of the corresponding two rotors.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung][Advantageous Effects of Invention]
Dadurch werden die zwei Rotoren erfindungsgemäß selbst bei Kurvenfahrt ordnungsgemäß angetrieben.As a result, the two rotors according to the invention are driven properly even when cornering.
Figurenliste list of figures
-
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Steuersystems für eine Induktionsmaschine.1 is a schematic representation of an embodiment of a control system for an induction machine. -
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Stators der Induktionsmaschine.2 is a perspective view of a stator of the induction machine. -
3 ist eine perspektivische Ansicht zweier Rotoren der Induktionsmaschine.3 is a perspective view of two rotors of the induction machine. -
4 ist eine Schnittansicht der Induktionsmaschine.4 is a sectional view of the induction machine. -
5 zeigt ein Fahrzeug während einer Kurvenfahrt.5 shows a vehicle while cornering. -
6 zeigt ein beispielhaftes Drehmoment/Schlupf-Kennfeld.6 shows an exemplary torque / slip map. -
7 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerung des Steuersystems darstellt.7 FIG. 10 is a block diagram illustrating control of the control system. FIG. -
8 zeigt eine in dem Steuersystem ausgeführte Änderung des Drehmoment/Schlupf-Kennfelds.8th shows a change in the torque / slip map performed in the control system.
[Ausführung der Erfindung][Embodiment of the Invention]
Vorliegend wird ein Steuersystem für eine Induktionsmaschine offenbart, die zwei Rotoren umfasst, die in der Lage sind, mit unterschiedlichen Drehzahlen zu drehen. Das Steuersystem umfasst: eine Steuereinheit. Die Steuereinheit berechnet Zieldrehmomente für die zwei entsprechenden Rotoren, auf der Grundlage einer Drehmomentverteilung zwischen den zwei Rotoren und eines von der Induktionsmaschine zu erzeugenden Gesamtdrehmoments. Außerdem wählt die Steuereinheit als Frequenz der Synchrondrehzahl der Induktionsmaschine, auf der Grundlage der Zieldrehmomente und der Drehzahlen der entsprechenden zwei Rotoren, eine gemeinsame Antriebsfrequenz der zwei Rotoren aus.In the present, there is disclosed a control system for an induction machine comprising two rotors capable of rotating at different speeds. The control system comprises: a control unit. The control unit computes target torques for the two respective rotors based on a torque distribution between the two rotors and a total torque to be generated by the induction machine. In addition, the control unit selects a common drive frequency of the two rotors as a frequency of the synchronous speed of the induction machine, based on the target torques and the speeds of the corresponding two rotors.
Dadurch werden die zwei Rotoren erfindungsgemäß selbst bei Kurvenfahrt ordnungsgemäß angetrieben.As a result, the two rotors according to the invention are driven properly even when cornering.
[Ausführungsformen][Embodiments]
In der Folge wird bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben, wie eine Induktionsmaschine in der vorliegenden Ausführung gesteuert wird.In the following, it will be described in detail with reference to the accompanying drawings how to control an induction machine in the present embodiment.
In
Die Induktionsmaschine
Eine Seite des ersten Rotors
Die erste Abtriebswelle 24 ist mit einem linken Antriebsrad 61 verbunden. Das linke Antriebsrad 61 dreht zusammen mit dem ersten Rotor
Eine Seite des zweiten Rotors
Die zweite Abtriebswelle 25 ist mit einem rechten Antriebsrad 62 verbunden. Das rechte Antriebsrad 62 dreht zusammen mit dem zweiten Rotor
Die erste Abtriebswelle 24 und die zweite Abtriebswelle 25 sind nicht direkt verbunden, so dass die erste und die zweite Abtriebswelle 24 und 25 mit unabhängigen Drehzahlen drehen können. In der vorliegenden Ausführungsform fluchten die jeweiligen Drehachsen des ersten und des zweiten Rotors
Bezugnehmend auf die
Der Statorkern
In der Beschreibung bezeichnen der Begriff „Umfangsrichtung“ und dessen Ableitungen die Umfangsrichtung in Bezug auf die Mittelachse des Stators
Ferner bezeichnen der Begriff „radiale Richtung“ und dessen Ableitungen eine der Richtungen entlang der Linien, die die Mittelachse im rechten Winkel kreuzen. Mit anderen Worten bezeichnen die radialen Richtungen die sich von der Mittelachse radial erstreckenden Richtungen. Der Betriff „Außenseite in der radialen Richtung“ bezeichnet die von der Mittelachse radial entfernte Seite. Der Begriff „Innenseite in der radialen Richtung“ bezeichnet eine radial nahe oder von der Mittelachse weniger entfernte Seite.Further, the term "radial direction" and its derivatives designate one of the directions along the lines crossing the central axis at right angles. In other words, the radial directions denote the directions extending radially from the central axis. The term "outside in the radial direction" refers to the side remote from the central axis. The term "inside in the radial direction" refers to a side that is radially near or less distant from the center axis.
Die Statorzähne
Die Statorwicklung
Mit der toroidalen Wicklung besteht die Möglichkeit, die Spulenenden konzentrisch auf der Innenseite in der radialen Richtung anzuordnen, was zur Verkleinerung der Induktionsmaschine
Die Statorwicklung
Bezugnehmend auf die
Die Rotorstäbe
Der zweite Rotor
Wie beim ersten Rotor
Der erste Rotor
Wie in
Durch der Statorwicklung
Wieder bezugnehmend auf
Die Batterie 4 kann eine Nickel-Batterie oder eine Lithium-Batterie sein und umfasst mehrere in Reihe geschaltete Zellen. Die Batterie 4 speist Leistung in die Induktionsmaschine 2 über den Wechselrichter
Die ECU
Der ROM dieser Rechnereinheit speichert Programme, durch die diese Rechnereinheit die Funktion der ECU
Verschiedene Sensoren sind mit den Eingangskanälen der ECU
Der Gaspedalstellungssensor 71 erfasst eine Gaspedalstellung eines nicht gezeigten Gaspedals. Das Gaspedal wird durch den Fahrzeugbetreiber (oder Fahrer) betätigt.The accelerator
Der Bremsen-Hydraulikdrucksensor 72 stellt, als Sensor-Information, ein Spannungssignal bereit, das den bei oder während einer Bremsbetätigung ausgeübten Bremsdruck bezeichnet. Das Spannungssignal wird größer, je tiefer das Bremspedal niedergedrückt wird. Die ECU
Der Lenkwinkelsensor 73 erfasst einen Lenkwinkel oder eine Position eines nicht gezeigten Lenkrads. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 74 erfasst eine Fahrzeuggeschwindigkeit, mit der das Fahrzeug
Der Raddrehzahlsensor
Verschiedene Arten von Zielsteuerungsinstrumenten sind mit den Ausgangskanälen der ECU
Die ECU
Die ECU
Bezugnehmend auf die
Die ECU
Die ECU
Während einer Kurvenfahrt, die eine Differenz zwischen einer Drehzahl des linken Antriebrads 61 und einer Drehzahl des rechten Antriebrads 62 verursacht, ist das berechnete Ziel-Giermoment Mr* in derselben Richtung ausgerichtet, wie die Richtung in der die Giergeschwindigkeit γ ausgerichtet ist, wenn zum Beispiel die Querbeschleunigung Ay geringer ist als die Ziel-Querbeschleunigung Ay* oder wenn die Giergeschwindigkeit γ geringer ist als die Ziel-Giergeschwindigkeit γ*.During cornering, which causes a difference between a rotational speed of the
Während einer Kurvenfahrt ist das berechnete Giermoment Mr* in der entgegengesetzten Richtung zu der Richtung ausgerichtet, in der die Giergeschwindigkeit γ ausgerichtet ist, wenn zum Beispiel die Querbeschleunigung Ay größer ist als die Ziel-Querbeschleunigung Ay* oder wenn die Giergeschwindigkeit γ größer ist als die Ziel-Giergeschwindigkeit γ*.During cornering, the calculated yaw moment M r * is oriented in the opposite direction to the direction in which the yaw rate γ is aligned, for example, when the lateral acceleration A y is greater than the target lateral acceleration A y * or when the yaw rate γ is greater is the target yaw rate γ *.
Die ECU
Die ECU
Die ECU
Gemäß dem Prinzip der dreiphasigen Induktionsmaschine rotiert der Rotor mit einer Drehzahl, die stets geringer als die Drehzahl des Statordrehfelds ist, welche Synchrondrehzahl genannt wird. Die relative Drehzahl zwischen dem Statorfeld und dem Rotor übt ein Drehmoment aus. Die Differenz zwischen der Synchrondrehzahl (ns) und der Ist-Drehzahl (nx) des Rotors wird „Schlupf (s)“ genannt.
Das Verhältnis zwischen Drehmoment und Schlupf in der Induktionsmaschine
Aus dieser Drehmoment/Schlupf-Kennlinie wird deutlich, dass das linke Antriebsrad 61 ein Drehmoment T1 erzeugt, wenn der Schlupf des ersten Rotors
Die ECU
Die ECU
Die ECU
Das Drehmoment/Schlupf-Auswahlmodul 51 wählt eine der verschiedenen Drehmoment/Schlupf-Kennfelder aus, das das Zieldrehmoment T1* für das linke Antriebsrad 61, das Zieldrehmoment T2* für das rechte Antriebsrad 62, die Ist-Drehzahl n1 des ersten Rotors
Der ROM der ECU
Das Drehmoment/Schlupf-Auswahlmodul 51 bestimmt eine Ziel-Synchrondrehzahl, ns*, des Statorfelds im Stator
Der ASR 52 berechnet einen Rotor- oder Drehmomentstrom, iτ1, so dass eine Abweichung der aktuellen oder der Ist-Winkelgeschwindigkeit, ω1, im ersten Rotor
Das Integral-Modul 53 integriert die synchrone Winkelgeschwindigkeit, ωst*, in Beziehung auf die Zeit, um eine synchrone Winkelbewegung θst anzubieten. Das Berechnungsmodul 54 berechnet eine Winkelbewegung θ1 für den ersten Rotor
Das Strombefehlberechnungsmodul 55 berechnet dreiphasige Wechselstrombefehle ia1*, ib1* und ic1* (d.h. Ströme im Koordinatensystem im Ruhezustand) durch Verarbeitung des Statorstroms im* und des Rotorstroms iτ1*, aufgrund des vom Berechnungsmodul 54 bereitgestellten cos θ1 und sin θ1.The current
Das Stromsteuerungsmodul 56 berechnet Spannungsbefehle vu*, vv*, und vw*, für entsprechende U, V und W-Phasen in Antwort auf die Strombefehle iu*, iv*, und iw*, die Abweichungen von erfassten dreiphasigen Ist-Wechselströmen von den entsprechenden Strombefehlen ia1*, ib1*, und ic1* darstellen, die durch das Strombefehlberechnungsmodul 55 bereitgestellt werden. Die Spannungsbefehle vu*, vv*, und vw*, werden zum Antrieb eines spannungsgesteuerten Wechselrichters
Der Wechselrichter
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Drehmoment/Schlupf-Kennfelder selektiv zur Bestimmung der Synchrondrehzahl ns verwendet werden, können Analyse-Kennfelder eines elektromagnetischen Felds, die durch die Analyse von elektromagnetischen Feldern bestimmt werden, oder Kennfelder, die durch Versuche bestimmt werden, zur Bestimmung der Synchrondrehzahl, ns, verwendet werden.Although in the present embodiment, the torque / slip maps are selectively used to determine the synchronous speed n s , analysis maps of an electromagnetic field determined by the analysis of electromagnetic fields or maps determined by experiments may be used for determination the synchronous speed, n s , are used.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl von Schlitzen im Stator 21 36 ist, und die Anzahl von Schlitzen sowohl im ersten Rotor
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform der erste Rotor
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform ein einziger Stator zwei Rotoren antreibt, kann die vorliegende Offenbarung auch in einem einzigen Wechselrichter angewendet werden, der zum Antrieb von zwei Motoren gleicher Struktur verwendet wird.Although a single stator drives two rotors in the present embodiment, the present disclosure may be applied to a single inverter used to drive two motors of the same structure.
Wie zuvor beschrieben, werden in der vorliegenden Ausführungsform das Zieldrehmoment T1* für das linke Antriebsrad 61 und das Zieldrehmoment T2* für das rechte Antriebsrad 62 aufgrund der Zieldrehmoment-Differenz Δ Tr* und des gesamten Zieldrehmoments ∑Tr* berechnet. Die Frequenz f0 und der Strombefehl A0 für das fundamentale magnetische Drehfeld im Stator
Dadurch können der erste Rotor
Wenn der Motor
Ferner kann die Antriebsfrequenz einfach dadurch angenommen werden, dass ein Drehmoment/Schlupf-Kennfeld unter einer Vielzahl von Drehmoment/Schlupf-Kennfeldern ausgewählt wird, das dem Zieldrehmoment T1* für das linke Antriebsrad 61 und dem Zieldrehmoment T2* für das rechte Antriebsrad 62 entspricht, und die Frequenz fo und der Strombefehl A0 für das fundamentale magnetische Drehfeld im Stator
Ferner wird die Drehzahlsteuerung dadurch durchgeführt, dass als Drehzahlen die Drehzahl des Rotors auf der Außenradseite verwendet wird, dessen Drehmoment gering ist und unstabil wird.Further, the speed control is performed by using, as the rotational speeds, the rotational speed of the rotor on the outer wheel side, the torque of which is low and becomes unstable.
Dies verbessert die Stabilität des Fahrzeugs während einer Kurvenfahrt, im Vergleich zu, wenn die Drehzahlsteuerung aufgrund der Drehzahl des Rotors auf der Innenradseite durchgeführt wird.This improves the stability of the vehicle during cornering, as compared to when the speed control is performed due to the rotational speed of the rotor on the Innenradseite.
Ferner sind der erste Rotor
Dadurch wird eine elektrische Induktionsmaschine mit einer Differenzialfunktion kostensparend ausgeführt, ohne dass die Anzahl von Komponenten erhöht wird, da es nicht notwendig ist, ein Differenzialgetriebe und einen Stator und einen Wechselrichter für jeden der zwei Rotoren bereitzustellen. Dies führt zu einer Verringerung des Gewichts des Fahrzeugs und einer Reduzierung der Herstellungskosten des Motors
Obwohl die Offenbarung die vorliegende Ausführungsform betrifft, aber nicht darauf beschränkt ist, ist offensichtlich, dass der Fachmann Änderungen vornehmen könnte, ohne vom Grundsatz der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle möglichen Modifikationen und Äquivalente sind als durch die beigefügten Ansprüche bedeckt zu betrachten.Although the disclosure is directed to, but not limited to, the present embodiment, it will be obvious that those skilled in the art could make changes without departing from the spirit of the present invention. All possible modifications and equivalents are to be considered covered by the appended claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Motor (oder Induktionsmaschine)Motor (or induction machine)
- 33
- Wechselrichterinverter
- 55
- Elektronische Steuereinheit (ECU) (oder Steuereinheit)Electronic control unit (ECU) (or control unit)
- 2121
- Statorstator
- 2222
- Erster RotorFirst rotor
- 2323
- Zweiter RotorSecond rotor
- 7676
- Radgeschwindigkeitssensor für das linke AntriebsradWheel speed sensor for the left drive wheel
- 7777
- Radgeschwindigkeitssensor für das rechte AntriebsradWheel speed sensor for the right drive wheel
- 211211
- Statorkernstator core
- 212212
- Ankerspulearmature coil
- 213213
- Statorzähnestator teeth
- 221221
- Rotorkernrotor core
- 222222
- Stromschieneconductor rail
- 223223
- Rotorzähnerotor teeth
- 231231
- Rotorkernrotor core
- 232232
- Stromschieneconductor rail
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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