DE102020122099A1 - Verfahren zur Modulation der Drehmomentwelligkeit und/oder der Radialkraft einer drehstrombetriebenen elektrischen Maschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein/eine Verfahren zur Modulation der Drehmomentwelligkeit und/oder der Radialkraft einer drehstrombetriebenen elektrischen Maschine (10), insbesondere einer elektrischen Antriebsmaschine eines elektromotorisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, umfassend die Verfahrensschritte: - Auswahl von zumindest einer Harmonischen (HM1_EM) im Drehmoment der elektrischen Maschine (10) und/oder Auswahl von zumindest einer Harmonischen (HM_X) einer mit der elektrischen Maschine (10) gekoppelten Last (20), wobei die Modulation der zumindest einen ausgewählten Harmonischen (HM1_EM, HM_X) durch Aufprägung der zumindest einen ausgewählten Harmonischen (HM1_EM, HM_X) auf den d-Strom und/oder q-Strom oder auf eine hiermit korrelierende Größe zur Erzeugung einer Sollgröße (w) für die Ansteuerung der elektrischen Maschine (10) erfolgt, wobei der Phasenwinkel der Harmonischen im d-Strom (Id) und/oder der Harmonischen im q-Strom (Iq) zum Rotorwinkel zumindest zeitweise verschieden eingestellt ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modulation der Drehmomentwelligkeit und/oder der Radialkraft einer drehstrombetriebenen elektrischen Maschine, insbesondere einer elektrischen Antriebsmaschine eines elektromotorisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, umfassend die Verfahrensschritte: Auswahl von zumindest einer Harmonischen im Drehmoment der elektrischen Maschine und/oder Auswahl von zumindest einer Harmonischen einer mit der elektrischen Maschine gekoppelten Komponente.
• Aus der DE 10 2014 208 384 A1 ist ein Verfahren zum Reduzieren eines Zahneingriffgeräusches eines elektrisch antreibbaren Antriebsstrangs mit einem Zahnradgetriebe und einem Elektromotor bekannt. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: Ermitteln eines Betriebszustandes des Antriebsstrangs (10), Auslesen eines dem ermittelten Betriebszustand zugeordneten Datensatzes aus einem Datenspeicher, und Anpassen eines Drehmomentes des Elektromotors entsprechend dem Datensatz. Es wird vorgeschlagen, das Getriebe mit einem Drehmomentsignal zu beaufschlagen, welches der Vibration oder dem Geräusch des Getriebes entgegenwirkt. Das Signal des Kompensationsdrehmoments wird anderen Wunschdrehmomenten, wie etwa ein statisches Antriebsmoment, aufaddiert.
• Aus der DE 10 2014 007 502 A1 ist ein Verfahren zur Geräuschmodulation eines Elektromotors bekannt, wobei der Elektromotor ein dreiphasiger Synchronmotor ist, der unter Verwendung einer Vektorregelung mittels eines Motorsteuergeräts angetrieben ist, wobei in einer Regelstrecke Istwerte für die gedrehten Stromkomponenten id und iq gewonnen werden, wobei id dem Magnetisierungsstrom und iq dem Drehmoment bildenden Strom des Synchronmotors entsprechen, und wobei die Istwerte mit vorgegebenen Führungsgrößen (iq_soll, id_soll) verglichen werden. Dabei werden die Differenzen zwischen den Istwerten und den Führungsgrößen über einen ersten Regler und eine erste Transformationsstufe in einem Duty-Cycle für einen PWM-Generator in Stellgrößen umgerechnet, um die Ist-Werte (iq, id) auf die Führungsgrößen (iq_soll, id_soll) zu regeln. Darüber hinaus wird die den Magnetisierungsstrom bildende Stromkomponente (id) in Abhängigkeit von einem akustischen Zustand, der von einer Messeinrichtung gemessen und mittels einer Signalausgabe an das Motorsteuergerät weitergegeben wurde, mittels eines Akustikreglers an einen gewünschten akustischen Zustand angepasst.
• Ferner beschreibt die DE 10 2009 000 928 A1 ein Verfahren zum Verringern der Drehmomentwelligkeit in einem Elektromotor. 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 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.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Modulation der Drehmomentwelligkeit und/oder der Radialkraft einer drehstrombetriebenen elektrischen Maschine bereitzustellen, welches im Hinblick auf die Modulationsvielfalt verbessert ist. Mit Vorteil soll ein Verfahren bereitgestellt werden, welches im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren die Drehmomentwelligkeit oder die auftretenden Radialkräfte einer elektrischen Antriebsmaschine in einem Antriebsstrang eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs reduziert und damit Geräuschemissionen im Fahrzeug weiter reduziert.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Modulation der Drehmomentwelligkeit und/oder der Radialkraft einer drehstrombetriebenen elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dafür die Verfahrensschritte: Auswahl von zumindest einer Harmonischen im Drehmoment der elektrischen Maschine und/oder Auswahl von zumindest einer Harmonischen einer mit der elektrischen Maschine gekoppelten Komponente des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß erfolgt die Modulation der zumindest einen ausgewählten Harmonischen durch Aufprägung der zumindest einen ausgewählten Harmonischen auf den d-Strom und/oder q-Strom oder auf eine hiermit korrelierende Größe, wie die Statorspannung der elektrischen Maschine oder den magnetischen Fluss innerhalb der elektrischen Maschine, zur Erzeugung einer Sollgröße für die Ansteuerung der elektrischen Maschine, wobei der Phasenwinkel der Harmonischen des d-Stroms und/oder der Phasenwinkel der Harmonischen des q-Stroms zum Rotorwinkel zumindest zeitweise verschieden eingestellt ist, so dass der Phasenwinkel der d-Komponente zumindest zeitweise ungleich dem Phasenwinkel der q-Komponente ist. Hierdurch wird die Bandbreite der Modulationsvielfalt zur Beeinflussung von durch die elektrische Maschine oder von durch Komponenten im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs erzeugten Vibrationen und/oder Geräuschen erheblich vergrößert und so die Möglichkeiten zur entsprechenden Beeinflussung verbessert.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden somit insbesondere gezielt Harmonische im Drehmoment der elektrischen Maschine oder im Antriebsstrang und damit Vibrationen und Geräusche gemindert, indem Harmonische auf den d-Strom bzw. den q-Strom aufgeprägt werden. Anstatt Harmonische zu mindern könne diese jedoch auch einfach nur an gewünschte Vorgaben angepasst werden. Dieser Strom lässt sich mit Amplitude und Phase darstellen: $$i_{\text{d}}^{*}=i_{\text{d}\text{,1}}^{*}+{\displaystyle \sum _k^N{i}_{\text{d},k}}\cdot \text{cos}\left(k\omega t+{\phi }_{\text{d},k}\right)$$

  

  $$i_{\text{q}}^{*}=i_{\text{q}\text{,1}}^{*}+{\displaystyle \sum _k^N{i}_{\text{q},k}}\cdot \text{cos}\left(k\omega t+{\phi }_{\text{q},k}\right)$$

  
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auswahl von zumindest einer Harmonischen im Drehmoment der elektrischen Maschine und/oder Auswahl von zumindest einer Harmonischen einer mit der elektrischen Maschine gekoppelten Komponente und die Modulation der zumindest einen ausgewählten Harmonischen durch Aufprägung der zumindest einen ausgewählten Harmonischen auf den d-Strom und/oder q-Strom oder auf eine hiermit korrelierende Größe zur Ansteuerung der elektrischen Maschine mit der Maßgabe erfolgt, dass das Drehmoment der elektrischen Maschine und/oder das Drehmoment des Antriebsstrangs geglättet wird, so dass Vibrationen und Geräusche reduziert werden. Aus allen möglichen Kombinationen aus d-Strom und q-Strom, die gezielt Harmonische im Drehmoment mindern, gibt es welche, die in einer geringsten Stromamplitude, Spannungsamplitude, Verlustamplitude, usw. resultieren. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass das Drehmoment der elektrischen Maschine oder des mit der elektrischen Maschine verbundenen Antriebsstrangs geglättet werden kann, so dass unerwünschte Vibrationen und Geräusche deutlich verbessert gedämpft werden können.
• Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der d-Strom und/oder der q-Strom so ausgewählt werden, dass der Betrag der resultierenden Statorspannung $$\left|u\right|=\sqrt{u_{\text{d}}^2+u_{\text{q}}^2}$$

  

  oder der Betrag des resultierenden Statorstroms $$\left|i\right|=\sqrt{i_{\text{d}}^2+i_{\text{q}}^2}$$

  

  minimiert werden, wobei die d-Komponente der Statorspannung sich ergibt: $$u_{\text{d}}=R\cdot i_{\text{d}}+\frac{\text{d}{\Psi }_{\text{d}}\left(i_{\text{d}},i_{\text{q}},\gamma \right)}{\text{d}t}-\omega {\Psi }_{\text{q}}\left(i_{\text{d}},i_{\text{q}},\gamma \right)$$

  

  und wobei die q-Komponente der Statorspannung sich ergibt $$u_{\text{q}}=R\cdot i_{\text{q}}+\frac{\text{d}{\Psi }_{\text{q}}\left(i_{\text{d}},i_{\text{q}},\gamma \right)}{\text{d}t}-\omega {\Psi }_{\text{d}}\left(i_{\text{d}},i_{\text{q}},\gamma \right)$$

  

  ist.
• Der Betrag der induzierten Spannung ist dabei abhängig von der Drehzahl der elektrischen Maschine und von der Änderung des magnetischen Flusses in derselben.
• Das Drehmoment $$M\approx \frac{3}{2}p\left({\Psi }_{\text{d}}\left(i_{\text{d}},i_{\text{q}},\gamma \right)i_{\text{q}}^{*}+{\Psi }_{\text{q}}\left(i_{\text{d}},i_{\text{q}},\gamma \right)\cdot i_{\text{d}}^{*}\right)$$

  
• Der elektrischen Maschine ist wiederum abhängig vom magnetischen Fluss als auch vom Strom in D-Richtung sowie vom Strom in q-Richtung. Somit ergeben sich eine erheblich gesteigerte Anzahl an Kombinationen, die zu dem Drehmoment der elektrischen Maschine durch i_d1 und i_q1 ein zusätzliches Drehmoment durch idk und i_qk aufprägen (M_k). Dabei kann der Strom für das Drehmoment M_k durch die zuvor beschriebenen Freiheitsgrade so ausgewählt werden, dass er zusätzliche Bedingungen, wie z.B. minimaler Betrag der Statorspannungsamplitude oder minimaler Betrag der Statorstromamplitude oder dergleichen, erfüllt. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass durch einen kleineren Spannungsraumzeiger (durch die Minimierung der Statorspannungsamplitude) ein Betreiben der elektrischen Maschine auch nahe der Spannungsgrenzen erlaubt - also beispielsweise im Bereich der unteren Spannungsgrenze, wenn die Batterie bereits relativ leer ist- oder im Bereich der oberen Spannungsgrenze, wenn die elektrische Maschine zur Beschleunigung unter Volllast betrieben werden soll.
• Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass für die Erzeugung der Sollgröße
• - eine Harmonische berechnet wird, unter Durchführung folgender Verfahrensschtritte:
• - Modellierung des Drehmoments oder der Radialkraft bzw. einer resultierenden Schwingung der elektrischen Maschine mit dem Ziel einer Minimierung des Drehmomentrippels unter Berücksichtigung der induzierten Spannung und/oder der Radialkräfte oder mit dem Ziel einer Minimierung der Radialkräfte unter Berücksichtigung der induzierten Spannung, und
• - Erzeugen von Drehmomentrippel und/oder Radialkräften unter Berücksichtigung der induzierten Spannung, und
• - Modellierung der induzierten Spannung unter Berücksichtigung des Drehmomentrippels und/oder der Radialkräfte.
• Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zur Erzeugung einer Sollgröße für die Ansteuerung der elektrischen Maschine der d-Strom, der q-Strom sowie der d-Phasenwinkel und der q-Phasenwinkel aus einer Tabelle ausgelesen werden. Mit Vorteil können zur Erzeugung einer Sollgröße für die Ansteuerung der elektrischen Maschine Größen aus vier verschiedenen Tabellen ausgelesen werden, wobei zwei der Tabellen jeweils Amplituden von d-Größen und q-Größen beinhalten und wobei zwei weitere Tabellen jeweils die zugehörigen Phasen der d-Größen und der q-Größen beinhalten. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass zur Erzeugung einer Sollgröße für die Ansteuerung der elektrischen Maschine Größen aus vier verschiedenen Tabellen ausgelesen werden, wobei zwei der Tabellen jeweils reelle Amplitudenwerte von d-Größen und q-Größen beinhalten und wobei zwei weitere Tabellen jeweils imaginäre Amplitudenwerte der d-Größen und der q-Größen beinhalten. Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer Sollgröße für die Ansteuerung der elektrischen Maschine besteht darin, dass Größen aus einer insbesondere ausschließlich Amplitudengrößen beinhaltenden Tabelle ausgelesen werden, wobei weitere benötigte Größen gemäß einer vorbestimmten Vorschrift ermittelt werden.
• Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können.
• Es zeigen:
• 1 den Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs in einem Blockschaltbild in schematischer Darstellung,
• 2 in der oberen Darstellung, den Drehmomentverlauf einer elektrischen Maschine mit drei unterschiedlichen Ansteuerverfahren, und in der unteren Darstellung, die zu den in 2 oben gezeigten Drehmomentverläufen zugehörigen Spannungsverläufe am Stator der entsprechend angesteuerten elektrischen Maschine,
• 3 das Blockschaltbild der Steuer- und Regeleinheit aus 1 in einer detailierteren Darstellung,
• 4 das Blockschaltbild des Sollwertgebers aus 1 in einer detailierteren Darstellung,
• 5 das Blockschaltbild der Harmonischen aus 4 nach dem Stand der Technik als auch nach der Erfindung in einer Gegenüberstellung, und
• 6 das Blockschaltbild des Sollwertgebers aus 4 in einer erweiterten Darstellung.
• 1 zeigt den Antriebsstrang 100 eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs in einem Blockschaltbild in schematischer Darstellung. Dabei ist die elektrische Maschine 10 ausgangsseitig mechanisch an eine Last 20, wie z.B. die Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs gekoppelt. Eingangsseitig wird die elektrische Maschine 10 von einer Leistungselektronik 30 angesteuert, welche beispielsweise die Statorwicklungen der elektrischen Maschine 10 mit Drehstrom versorgt. Dafür ist die Leistungselektronik zum einen mit einer Energiequelle 40, wie zum Beispiel der Bordnetzbatterie des Kraftfahrzeugs verbunden, wobei die von der Batterie gelieferte Gleichspannung bzw. der Gleichstrom über entsprechende Wechselrichter der Leistungselektronik 30 entsprechend in Drehstrom umgewandelt wird. Über eine weitere eingangsseitige Schnittstelle ist die Leistungselektronik 30 an eine Steuer-/Regeleinheit 50 angebunden, welche die Leistungselektronik gemäß den Sollwertvorgaben eines eingangsseitig angebundenen Sollwertgebers 60 ansteuert. Dabei wird die Steuer-/Regeleinheit 50 optional über entsprechende Sensoren mit für die Ansteuerung der elektrischen Maschine 10 wichtigen Betriebsgrößen von der elektrischen Maschine 10, von der durch die elektrische Maschine 10 angetriebenen Last 20 sowie von der die Leistungselektronik 30 bzw. die elektrische Maschine 10 versorgenden Energiequelle 40 beliefert.
• 2 zeigt in der oberen Darstellung den Drehmomentverlauf einer elektrischen Maschine 10 mit drei unterschiedlichen Ansteuerverfahren. Dabei zeigt der erste Drehmomentverlauf M1 (Volllinie), das sich einstellende Drehmoment bei einer Ansteuerung der elektrischen Maschine 10 mit sinusförmiger Anregung ohne harmonische Anteile gemäß dem Stand der Technik. Der zweite Drehmomentverlauf M2 (strich-punktierte Linie) zeigt den sich einstellenden Drehmomentverlauf bei sinusförmiger Anregung mit standard-harmonischen Anteilen gemäß dem Stand der Technik. Schließlich zeigt der verbleibende dritte Drehmomentverlauf M3 (gepunktete Linie), im Vergleich hierzu, den sich einstellenden Drehmomentverlauf bei sinusförmiger Anregung mit harmonischen Anteilen gemäß der Erfindung, wobei die d-Größen und/oder die q-Größen einen Phasenwinkel aufweisen, der zumindest zeitweise verschieden ist zum Rotorwinkel. 2 zeigt in der unteren Darstellung die zu den in 2 oben gezeigten Drehmomentverläufen zugehörigen Spannungsverläufe am Stator der entsprechend angesteuerten elektrischen Maschine 10. Dabei zeigt der erste Spannungsverlauf U1 (Volllinie), die sich einstellende Spannung bei einer Ansteuerung der elektrischen Maschine 10 mit sinusförmiger Anregung ohne harmonische Anteile gemäß dem Stand der Technik. Der zweite Spannungsverlauf U2 (strich-punktierte Linie) zeigt den sich einstellenden Spannungsverlauf bei sinusförmiger Anregung mit standard-harmonischen Anteilen gemäß dem Stand der Technik. Schließlich zeigt der verbleibende dritte Spannungsverlauf U3 (gepunktete Linie), im Vergleich hierzu, den sich einstellenden Spannungsverlauf bei sinusförmiger Anregung mit harmonischen Anteilen gemäß der Erfindung, wobei die d-Größen und/oder die q-Größen einen Phasenwinkel aufweisen, der zumindest zeitweise verschieden ist zum Rotorwinkel. Am dargestellten Beispiel ist gut zu erkennen, dass mit der erfindungsgemäßen Methode ein gleiches Drehmoment wie mit herkömmlichen Verfahren bereitgestellt werden kann, wobei eine deutlich geringere Spannungsamplitude erforderlich ist.
• 3 zeigt das Blockschaltbild der Steuer-/Regeleinheit 50 aus 1 in einer detailierteren Darstellung. Gezeigt ist die Steuer-/Regeleinheit 50 mit ihren statischen Eingangsgrößen von d-Strom und q-Strom I_d0 und I_q0 sowie mit den dynamischen, in Anhängigkeit von Rotorwinkel sich ändernden d- und q-Eingangsgrößen I_dk (γ) und I_dq (y). Ausgangsseitig sind die Sollgrößen U_a, _b, _c zur Ansteuerung der Leistungselektronik 30 dargestellt. Ein Sollwert-Istwert- Vergleich sowie die entsprechende Regelung sind entweder mit additivem Anteil möglich - oder indem der dynamische Teil beim Sollwert-Istwert-Vergleich herausgefiltert und beim anschließenden Stellvorgang wieder aufaddiert wird (sog. Blindes Addieren des dynamischen Teils als Spannung).
• 4 zeigt das Blockschaltbild des Sollwertgebers 60 zur Vorgabe von Sollwerten an die Steuer-/Regeleinheit 50 aus 1 in einer detailierteren Darstellung. Der gezeigte Sollwertgeber 60 stellt ausgangsseitig die bereits vorstehend bezüglich 3 bereits erläuterten Eingangsgrößen für die Steuer-/Regeleinheit 50 zur Verfügung. Diese werden erzeugt, indem eine Drehmomentanforderung durch einen Drehmomentteil 61 modelliert wird, wobei eine Harmonische H_{M1_EM} im Drehmoment der elektrischen Maschine 10 ausgewählt wird und/oder Harmonischen H_{M_X} einer mit der elektrischen Maschine 10 gekoppelten Last 20 des Antriebsstrangs. Anschließend erfolgt eine Modulation der zumindest einen ausgewählten Harmonischen H_{M1_EM}, H_{M_X} durch Aufprägung der zumindest einen ausgewählten Harmonischen H_{M1_EM}, H_{M_X} auf den d-Strom und/oder auf den q-Strom zur Erzeugung einer Sollgröße w für die Ansteuerung der elektrischen Maschine 10. Dabei ist der Phasenwinkel φ_d,k, φ_q,k der Harmonischen H_ld im d-Strom Id und/oder der Harmonischen H_lq im q-Strom lq zum Rotorwinkel (γ) zumindest zeitweise verschieden eingestellt ist, so dass φ_d,k ≠ φ_q,k ist. Der Phasenwinkel (relativ zum Rotorwinkel) des Stroms (Id, Iq) ist damit unabhängig von Id und Iq einstellbar, so dass, wenn es von Vorteil ist, dieser verschieden eingestellt werden kann.
• Die dem Harmonischenteil 62 zugrundliegende Berechnungsstrategie beinhaltet zumindest die Teile:
• - Modulation des Drehmoments und/oder der Radialkräfte,
• - Minimierung des Drehmomentrippels unter Berücksichtigung der induzierten Spannung und/oder der Radialkräfte,
• - Minimierung der Radialkräfte unter Berücksichtigung des Drehmomentrippels und/oder der induzierten Spannung,
• - Erzeugen von Drehmomentrippel und/oder Radialkräften unter Berücksichtigung der induzierten Spannung,
• - Modulation der induzierten Spannung unter Berücksichtigung des Drehmomentrippels und/oder der Radialkräfte.
• Dabei erhält der Harmonischenteil 62 sowohl optional Eingangsgrößen von außen in Form einer Rippelanforderung als auch von innen, vom Drehmomentteil 61 her. Ausgangsseitig werden durch den Sollwertgeber 60 dann durch den Drehmomentteil 61 sowohl die statischen Größen als Eingangsgrößen für die Steuer-/Regeleinheit 50 bereitgestellt als auch die dynamischen Größen als Eingangsgrößen für die Steuer-/Regeleinheit 50 bereitgestellt.
• 5 zeigt das Blockschaltbild des Harmonischenteils 62 aus 4 nach dem Stand der Technik (oben) als auch nach der Erfindung (unten) in einer Gegenüberstellung. Dabei ist gut zu erkennen, dass gemäß der Erfindung die Phasenwinkel von d-Strom und q-Strom grundsätzlich verschieden sind.
• 6 zeigt das Blockschaltbild des Sollwertgebers 60 aus 4 in einer erweiterten Darstellung. Die in 4 bereits gezeigte und erläuterte Darstellung des Sollwertgebers 60 ist in dieser Ausgestaltung um einen entsprechenden Tabellenteil 63 erweitert, durch den zur Erzeugung einer Sollgröße w für die Ansteuerung der elektrischen Maschine 10 beispielsweise der d-Strom Id, der q-Strom Iq sowie der d-Phasenwinkel φ_d,k und der q-Phasenwinkel φ_q,k aus einer Tabelle ausgelesen werden können. Zur Erzeugung einer Sollgröße w für die Ansteuerung der elektrischen Maschine 10 können Größen aus vier verschiedenen Tabellen ausgelesen werden, wobei zwei der Tabellen jeweils Amplituden von d-Größen und q-Größen beinhalten und wobei zwei weitere Tabellen jeweils die zugehörigen Phasen der d-Größen und der q-Größen beinhalten. Alternativ ist vorgesehen, dass zur Erzeugung einer Sollgröße für die Ansteuerung der elektrischen Maschine Größen aus vier verschiedenen Tabellen ausgelesen werden, wobei zwei der Tabellen jeweils reelle Amplitudenwerte von d-Größen und q-Größen beinhalten und wobei zwei weitere Tabellen jeweils imaginäre Amplitudenwerte der d-Größen und der q-Größen beinhalten. Schließlich können zur Erzeugung einer Sollgröße für die Ansteuerung der elektrischen Maschine Größen aus einer insbesondere ausschließlich Amplitudengrößen beinhaltenden Tabelle ausgelesen werden, wobei weitere benötigte Größen gemäß einer vorbestimmten Vorschrift ermittelt werden.
• Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
• Bezugszeichenliste

10

Elektrische Maschine

20

Last (Antriebsstrang)

30

Leistungselektronik

40

Batterie/Energiequelle

50

Steuer-/Regeleinheit

60

Sollwertgeber

61

Drehmomentteil

62

Harmonischenteil

63

Tabellenteil

100

Antriebsstrang

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102014208384 A1 [0002]
• DE 102014007502 A1 [0003]
• DE 102009000928 A1 [0004]

Claims (8)

1. Verfahren zur Modulation der Drehmomentwelligkeit und/oder der Radialkraft einer drehstrombetriebenen elektrischen Maschine (10), insbesondere einer elektrischen Antriebsmaschine eines Antriebsstrangs (100) eines elektromotorisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, umfassend die Verfahrensschritte: - Auswahl von zumindest einer Harmonischen (H_{M1_EM}) im Drehmoment der elektrischen Maschine (10) und/oder Auswahl von zumindest einer Harmonischen (H_{M_X}) einer mit der elektrischen Maschine (10) gekoppelten Last (20) des Antriebsstrangs (100), dadurch gekennzeichnet, dass - Modulation der zumindest einen ausgewählten Harmonischen (H_{M1_EM}, H_{M_X}) durch Aufprägung der zumindest einen ausgewählten Harmonischen (H_{M1_EM}, H_{M_X} ) auf den d-Strom und/oder q-Strom oder auf eine hiermit korrelierende Größe zur Erzeugung einer Sollgröße () für die Ansteuerung der elektrischen Maschine (1), wobei der Phasenwinkel φ_d,k, φ_q,k) der Harmonischen (H_ld) im d-Strom (Id) und/oder der Harmonischen (H_lq) im q-Strom (Iq) zum Rotorwinkel () zumindest zeitweise verschieden eingestellt ist, so dass φ_d,k ≠ φ_q,k ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Auswahl von zumindest einer Harmonischen (H_{DM_EM}) im Drehmoment der elektrischen Maschine (10) und/oder Auswahl von zumindest einer Harmonischen (H_{DM_X}) einer mit der elektrischen Maschine (10) gekoppelten Last (20) des Antriebsstrangs (100), und die Modulation der zumindest einen ausgewählten Harmonischen (H_{DM_EM}, H_{DM_X}) durch Aufprägung der zumindest einen ausgewählten Harmonischen (H) auf den d-Strom (Id) und/oder q-Strom (Iq) oder auf eine hiermit korrelierende Größe zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (10) mit der Maßgabe erfolgt, dass das Drehmoment der elektrischen Maschine (10) und/oder das Drehmoment des Antriebsstrangs (100) geglättet wird, so dass Vibrationen und Geräusche reduziert werden.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der d-Strom (Id) und/oder der q-Strom (Iq) so ausgewählt werden, dass der Betrag der resultierenden Statorspannung $$\left|u\right|=\sqrt{u_{\text{d}}^2+u_{\text{q}}^2}$$

   

   oder der Betrag des resultierenden Statorstroms $$\left|i\right|=\sqrt{i_{\text{d}}^2+i_{\text{q}}^2}$$

   

   minimiert werden, wobei $$u_{\text{d}}=R\cdot i_{\text{d}}+\frac{\text{d}{\Psi }_{\text{d}}\left(i_{\text{d}},i_{\text{q}},\gamma \right)}{\text{d}t}-\omega {\Psi }_{\text{q}}\left(i_{\text{d}},i_{\text{q}},\gamma \right)$$

   

   und $$u_{\text{q}}=R\cdot i_{\text{q}}+\frac{\text{d}{\Psi }_{\text{q}}\left(i_{\text{d}},i_{\text{q}},\gamma \right)}{\text{d}t}-\omega {\Psi }_{\text{d}}\left(i_{\text{d}},i_{\text{q}},\gamma \right)$$

   

   ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung der Sollgröße (w) - eine Harmonische berechnet wird, unter Durchführung folgender Verfahrensschtritte: - Modellierung des Drehmoments der elektrischen Maschine (10) mit dem Ziel einer Minimierung des Drehmomentrippels unter Berücksichtigung der induzierten Spannung und/oder der Radialkräfte oder mit dem Ziel einer Minimierung der Radialkräfte unter Berücksichtigung der induzierten Spannung, und - Erzeugen von Drehmomentrippel und/oder Radialkräften unter Berücksichtigung der induzierten Spannung, und - Modellierung der induzierten Spannung unter Berücksichtigung des Drehmomentrippels und/oder der Radialkräfte.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Sollgröße (w) für die Ansteuerung der elektrischen Maschine (1) der d-Strom (Id), der q-Strom (Iq) sowie der d-Phasenwinkel φ_d,k) und der q-Phasenwinkel φ_q,k) aus einer Tabelle ausgelesen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Sollgröße (w) für die Ansteuerung der elektrischen Maschine Größen aus vier verschiedenen Tabellen ausgelesen werden, wobei zwei der Tabellen jeweils Amplituden von d-Größen und q-Größen beinhalten und wobei zwei weitere Tabellen jeweils die zugehörigen Phasen φ_d,k, φ_q,k) der d-Größen und der q-Größen beinhalten.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Sollgröße (w) für die Ansteuerung der elektrischen Maschine Größen aus vier verschiedenen Tabellen ausgelesen werden, wobei zwei der Tabellen jeweils reelle Amplitudenwerte von d-Größen und q-Größen beinhalten und wobei zwei weitere Tabellen jeweils imaginäre Amplitudenwerte der d-Größen und der q-Größen beinhalten.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Sollgröße (w) für die Ansteuerung der elektrischen Maschine Größen aus einer insbesondere ausschließlich Amplitudengrößen beinhaltenden Tabelle ausgelesen werden, wobei weitere benötigte Größen gemäß einer vorbestimmten Vorschrift ermittelt werden.

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