锁相回路，发电机控制装置和用于控制混合动力机动车的电驱动系统的方法

摘要

本发明涉及一种用于通过内燃机馈电的发电机的转速调节的锁相回路，具有输入接头，其被设计用于接收在发电机的驱动轴上测量的转速信号，振幅确定装置，其与输入接头耦联并且其被设计用于确定测量的转速信号的转速波动的振幅，修正函数装置，其与振幅确定装置和输入接头耦联并且其被设计用于基于转速波动的确定的振幅和测量的转速信号确定转速修正信号，相位鉴别器，其与振幅确定装置和修正函数装置耦联并且其被设计用于确定在测量的转速信号和转速修正信号之间的相位差信号，其中，修正函数装置被设计用于基于确定的相位差信号将转速修正信号调节到为零的相位差，和求和元件，其被设计用于，从测量的转速信号中减去转速修正信号并且提供修正的转速信号到锁相回路的输出接头上。

说明书

本发明涉及一种锁相回路，一种发电机控制装置和一种用于控制混合动力机动车的电驱动系统的方法。

现有技术

在具有增程器的混合动力机动车中，内燃机驱动作为发电机的电机。在此情况下内燃机与发电机持久地机械耦联。由于内燃机不必以低的转速运行，因此内燃机的回转质量可以选择得很小或者完全被节省，其中，只有内燃机和电机的质量用作回转质量。但是由于以内燃机的点火频率脉动的马达转矩，回转质量的这种减小也同时导致驱动轴上的转矩波动的增大。

文献DE102004062012A1例如建议，为了减振在由内燃机和电机构成的经由刚性驱动轴耦联的系统中探测各个机器的实际转速并且接入到两个机器的目标转矩上。

但是存在对这样的可能性的需要，即避免内燃机的转矩波动传递到发电机上并且由此减小内燃机壳体的振动以及抑制在发电机的输出电流中的电流振荡。

本发明的公开

本发明因此按照一个方面创造一种用于通过内燃机馈电（供给）的发电机的转速调节的锁相回路（锁相环），具有输入接头，其被设计用于，接收在发电机驱动轴上测量的转速信号，振幅确定装置，其与输入接头耦联，和其被设计用于，确定测量的转速信号的转速波动的振幅，修正函数装置，其与振幅确定装置和输入接头耦联，和其被设计用于，基于转速波动的确定的振幅和测量的转速信号确定转速修正信号，相位鉴别器，其与振幅确定装置和修正函数装置耦联，和其被设计用于，确定在测量的转速信号和转速修正信号之间的相位差信号，其中，修正函数装置被设计用于，基于确定的相位差信号将转速修正信号调节到零相位差，和求和元件，其被设计用于，从测量的转速信号减去转速修正信号和提供修正的转速信号到锁相回路的输出接头。

本发明按照另一个方面创造一种用于通过内燃机馈电的发电机的转速调节的发电机控制装置，具有按照本发明的锁相回路，修正元件，其被设计用于，从实际值转速信号减去由锁相回路产生的转速修正信号和由此产生修正的实际值转速信号，转速调节装置，其与修正元件耦联，和其被设计用于，由修正的实际值转速信号确定目标值转矩，电流调节装置，其与转速调节装置耦联，和其被设计用于，由确定的目标值转矩确定目标值电流，和n相逆变器装置，其与电流调节装置耦联，和其被设计用于，产生用于控制发电机的n相交变电流信号。

本发明按照另一个方面创造一种电驱动系统，具有内燃机，发电机，其与内燃机连接，按照本发明的发电机控制装置，其被设计用于，控制发电机，和内燃机控制装置，其被设计用于，输出目标值转速信号到发电机控制装置和输出用于控制内燃机的目标转矩。

本发明按照另一个方面创造一种混合动力机动车，其具有按照本发明的电驱动系统。

本发明按照另一个方面创造一种用于通过内燃机馈电的发电机的转速调节的方法，具有步骤：测量发电机的转速信号，确定测量的转速信号的转速波动的振幅，基于转速波动的确定的振幅和测量的转速信号确定转速修正信号，确定在测量的转速信号和转速修正信号之间的相位差信号，基于确定的相位差信号调节转速修正信号的相位差到零，和从测量的转速信号中减去转速修正信号，以提供用于发电机的转速调节的修正的转速信号。

本发明的优点

本发明的一种构思是，通过用于发电机的转速调节的相应的修正信号补偿通过脉动地在内燃机中产生的转矩推动力和由此在发电机的驱动轴上形成的周期性的转矩波动。

这通过锁相回路(PLL，“phase-lockedloop”“锁相环”)实施，其取消从转速控制信号中减去与点火同步的振荡（变化量）。由此发电机控制装置的转速调节器对通过内燃机产生的转矩波动不再作出反应并且因此避免在驱动轴上的转矩振荡和同时避免在通过发电机的电流产生中的波动。

这种方法的一个显著的优点在于可以减小在内燃机外壳上的反馈的（混乱的）振动。尤其是在具有小的回转质量的内燃机中，这改善了马达的NVH(“noise，vibration，harness”“噪声，振动，线束”)以及有助于通过减小机械磨损延长马达部件的寿命。

此外存在优点，在通过发电机产生的电流中的电流振荡或电流波动可以减小。由于在电池中的损失功率与电流强度成二次方地和与电池内电阻成比例地增大，因此通过这种措施可以提高馈电的牵引电池的效率以及通过减小热量输入提高它的寿命。

最后，相对于备选的方法如使用用于对点火频率滤波的陷波滤波器，使用锁相回路具有优点，即不影响调节动力学，尤其是因为与陷波滤波器不同，锁相回路在相位响应中没有位移并且由此不负面地影响相位余量。

按照本发明的锁相回路的一个实施方式，锁相回路还可以具有谐波发生器，其与输入接头耦联，和其被设计用于，产生测量的转速信号的谐波信号和作为输入信号输出到修正函数装置，其中，修正函数装置被设计用于，还基于谐波信号确定转速修正信号。这尤其在不对称的转矩脉动情况下实现尽可能精确的修正驱动轴上的转矩。按照本发明的锁相回路的另一个实施方式，谐波发生器可以被设计用于，产生直到至少二次谐波的谐波信号。由此在合理的计算费用下以足够的精确度复制转速波动。

按照本发明的驱动系统的一个实施方式，驱动系统还可以包括转速调节器，其被设计用于，测量发电机的驱动轴上的转速信号并且输出到锁相回路。

本发明的实施方式的其它的特征和优点由以下参照附图的描述得出。

附图简述

附图所示:

图1是按照本发明的一个实施方式的混合动力机动车的电驱动系统的示意图;

图2是按照本发明的另一个实施方式的用于电驱动系统的马达控制机构的示意图;

图3是按照本发明的另一个实施方式的在图2中的马达控制机构在较大的细节图中的示意图;

图4是按照本发明的另一个实施方式的用于发电机控制装置的锁相回路的示意图;和

图5是按照本发明的另一个实施方式的用于控制电驱动系统的方法的示意图。

一般地相同的附图标记表示相同类型或相同作用的部件。在图中示出的示意的几何模型仅仅是示例性的特性的，其出于清楚的原因被理想化地示出。显然在实际中由于不同的边缘条件可以产生不同的几何模型并且示出的几何模型仅仅用于说明本发明的原理和功能性的方面。

图1示出用于串联的混合动力机动车的传动系100的示意图。传动系100包括内燃机101，其示例性地经由驱动轴102与发电机103耦联。除了驱动轴102，内燃机101和发电机103也可以备选地经由皮带或传动机构相互连接。例如内燃机101可以经由皮带和相应的传动比如此地与发电机103连接，即发电机103比内燃机101较快速地旋转。由此可以实现两个机器的最佳效率，它们可以在不同的转速下。

发电机103馈电给整流器104，其可以一方面给牵引电池105供电并且另一方面给直流电压中间电路106供电。从发电机103或牵引电池105和/或直流电压中间电路106可以对逆变器107供给直流电压，其中，逆变器107又提供多相的交变电流用于传动系100的电驱动108。这种传动系统优先在具有增程器(“rangeextender”)的混合动力机动车中使用。

在这种传动系统中内燃机101驱动作为发电机103的电机，以便以产生的电流或者给牵引电池105充电和/或给电驱动108供电。在增程器情况下内燃机101始终与发电机103机械地耦联。由于内燃机101不必以低的转速运行，因此内燃机101的回转质量可以选择得小或完全省去，其中，只有内燃机和电机的质量用作回转质量。但是由于马达的以内燃机101的点火频率脉动的转矩，回转质量的这种减小同时也导致驱动轴102上的转矩波动的增大。

图2示出用于电驱动系统1，如其可以在图1的传动系100中使用的，的示例性的马达控制机构的示意图。马达控制机构具有控制侧S以及驱动侧D。

在控制侧S上设有机动车控制机构60，其反映驾驶员愿望并且作为目标功率信号Ps输出到内燃机控制装置20。内燃机控制装置20被设计用于，由目标功率确定目标值转速信号ns并且输出到发电机控制装置30。同时内燃机控制装置20产生用于控制内燃机101的目标转矩tqE。发电机控制装置30又将电参数如电池电压u或发电机103的产生的电流i传回到内燃机控制装置20并且同时产生与转速相关的用于控制发电机103的相的交变电流信号。

驱动系统1此外可以具有转速调节器40，其安装在驱动轴102上或其附近和探测驱动轴102的实际转速。该实际转速然后由转速调节器40转换成测量的转速信号nm并且输出到发电机控制装置30。也可以的是，转速信号nm在转速调节器40中已经直接地按照在图4中以下描述的相位调节被转换成修正的转速信号nc并且输出到发电机控制装置30。

图3在较大的细节图中示出图2中的马达控制机构的示意图。功率控制装置21，其例如可以是内燃机控制装置20的一部分或在其中实施，一方面产生目标值转速信号ns和另一方面产生用于控制内燃机101的转矩目标值tqE。目标值转速信号ns被供入到减法元件50中，其被设计用于，从目标值转速信号ns中减去由锁相回路10产生的修正的转速实际值信号nc和由此产生转速差信号nDelta。减法元件50以及锁相回路10可以例如是发电机控制装置30的一部分或在其中实施。锁相回路10和其功能在结合图4下详细描述。

在发电机控制装置30中此外设置转速调节装置31，其与减法元件50耦联。转速调节装置31被设计用于，由转速差信号nDelta确定目标值转矩tqG，其被供给到电流调节装置32中。该电流调节装置32被设计用于，由确定的目标值转矩tqG确定目标值电流iG，其然后在与电流调节装置32耦联的n相逆变器装置33中被转换成用于控制发电机103的n相交变电流信号。在图2至4的示例中，发电机103是三相电机，其中，但是也可以的是，依据机器的种类和类型使用具有不同的相位的电机。

图4示出用于发电机控制装置，例如图2中的发电机控制装置30的锁相回路10的示意图。如结合图2已经提及的那样，锁相回路10也可以在转速调节器40中实施。锁相回路10可以不仅以硬件而且以软件实施。在以软件实施的情况下，锁相回路10可以被集成到发电机控制装置30的软件或固件中并且通过相应的软件接口对发电机控制装置30供给输入信号。锁相回路10也可以作为在转速调节器40和发电机控制装置30之间的自己的部件实施。

锁相回路10用于修正通过内燃机101馈电的发电机103的转速实际值信号nm。在输入接头16上接收在发电机103的驱动轴102上测量的转速信号nm。谐波发生器11，其与输入接头16耦联，由测量的转速信号nm产生测量的转速信号nm的直到一定的次的，例如直到包括二次谐波的谐波信号nmh。原则上是人员多的谐波，其中，包括到（流入到）调节中的谐波的数量提高对转速波动的复制的精确度。但是从技术角度看，该数量受分辨率，即转速信号nm的采样率限制，因为相位误差仅仅可以通过这种分辨率的精度调节。谐波信号nmh(与测量的转速信号nm一起)作为输入信号输出到修正函数装置13。修正函数装置13用于，进一步地基于测量的转速信号nm以及必要时谐波信号nmh来确定转速修正信号C。

修正函数装置13例如可以由数控振荡器(NCO，“numericcontrolledoscillator”)构造，其除了转速修正信号C还输出二进制转速修正信号Cn，其仅仅给出被在1上标准化的转速修正信号C的相位。

为了能够确定转速修正信号C，设置振幅确定装置12，其由输入接头16供给测量的转速信号nm和可以确定测量的转速信号nm的转速波动的振幅Af。该振幅Af被提供给修正函数装置13，其基于转速波动的确定的振幅Af确定转速修正信号C。振幅确定装置12可以具有高通滤波器，其可以对测量的转速信号nm中的稳态分量滤波。一种用于振幅Af的振幅确定的可能性此时在于对清除了稳态分量的转速信号nm的傅立叶分解，尤其是在考虑一次傅立叶分量（谐波分量）下。在此情况下确定相应的傅立叶系数和计算与傅立叶系数的均方根成比例的振幅Af。

锁相回路10还包括相位鉴别器14，其与振幅确定装置12和修正函数装置13耦联。相位鉴别器14用于确定在测量的转速信号nm和转速修正信号C之间的相位差信号Pe。为此相位鉴别器14将测量的转速信号nm在确定的振幅Anf上标准化，其通过振幅确定装置12提供，并且比较二进制的转速修正信号Cn与测量的转速信号nm。相位差信号Pe然后反馈到修正函数装置13中，其可以基于确定的相位差信号Pe将转速修正信号C调节到零的相位差。由此可以使转速修正信号C和测量的转速信号nm在相位上一致（重叠），由此转速调节的相位余量与修正的转速信号nc被输出到锁相回路10的输出接头17上，该修正的转速信号作为求和元件15的输出函数，求和元件从测量的转速信号nm中减去转速修正信号C。修正的转速信号nc用于借助于在图3中示出的减法元件50从目标转速ns中减去。

图5示出通过内燃机馈电的发电机的转速调节的方法20的示意图。方法20可以尤其在借助于如图3和4中示出和解释的锁相回路10用于在图2中示出的马达控制机构的转速调节。

在第一步骤21中测量在发电机103的驱动轴102上的转速信号nm。第二步骤22包括确定测量的转速信号nm的转速波动的振幅Af。基于转速波动的确定的振幅Af和测量的转速信号nm然后可以在步骤23中确定转速修正信号C。在测量的转速信号nm和转速修正信号C之间存在相位差，其在步骤24中确定并且作为相位差信号Pe被反馈，由此在步骤中转速修正信号C的相位差可以基于确定的相位差信号Pe被调节到零。最后可以在步骤26中从测量的转速信号nm中减去转速修正信号C，以便提供用于发电机的转速调节的修正的转速信号nc。

可选择地，在步骤27中可以产生测量的转速信号nm的谐波信号nmh，并且它们在步骤28中被附加地用于确定转速修正信号C。