用于运行机动车驱动装置的方法以及相应的驱动装置与流程

本发明涉及一种用于运行机动车的驱动装置的方法，其中驱动装置具有电机，该电机通过借助于脉宽调制驱控的逆变器电连接到直流电源上，其中该脉宽调制根据预先规定的占空比进行。本发明还涉及一种用于机动车的驱动装置。

背景技术：

由现有技术例如已知文献de102017208093a1。该专利文献描述了一种用于运行电机的方法，其中，借助于脉宽调制来驱控电机的逆变器。在此规定，由与额定转速相关的电压值以及与时间相关的角度值来确定用于脉宽调制的占空比。

技术实现要素：

本发明的目的是，提出一种用于运行用于机动车的驱动装置的方法，该方法相对于已知的方法具有优点，尤其是能够提供更高的驱动功率。

该目的根据本发明借助一种具有权利要求1所述特征的用于运行用于机动车的驱动装置的方法来实现。在此规定，在占空比小于阈值的情况下，使用连续的脉宽调制来驱控逆变器，并且在占空比超过阈值时切换到不连续的脉宽调制。

驱动装置用于驱动机动车，因而即用于提供旨在驱动机动车的驱动转矩。为了提供驱动转矩，驱动装置还配备有电机，该电机因而也可以被称为牵引电机。电机利用由直流电源提供的电能运行。直流电源例如以电池的形式存在。优选地，直流电源具有至少100v、至少200v、至少400v、至少600v或至少800v的额定电压。

电机以三相电机的形式存在。相应地，电机的运行需要逆变器，该逆变器优选被设计为脉冲逆变器。电机优选通过逆变器电连接至直流电源。逆变器尤其具有b6-桥电路，该b6-桥电路具有至少六个开关，这些开关被交替地控制，以便由直流电源提供的直流电产生用于运行电机所需的三相电流。

借助脉宽调制来进行对逆变器的驱控。在此，预先给定占空比，并且根据占空比执行脉宽调制。逆变器的线性调制范围直接取决于逆变器或逆变器的开关的锁定时间或死区时间。锁定时间越长，线性调制范围越小。然而，由电机提供的驱动功率与逆变器的线性调制范围的长度成正比。换言之，电机的驱动功率受逆变器的锁定时间的限制。

出于该原因，应通过所述方法增大线性调制范围，即，优选增大直至一半的锁定时间。为此规定，在占空比小于阈值的情况下，使用连续的脉宽调制来控制逆变器。在占空比较低的情况下，应当驱控电机使其尽可能高效地工作。

相反，如果预先给定的占空比超过阈值，则从连续的脉宽调制切换至不连续的脉宽调制。使用不连续脉宽调制引起逆变器的线性调制范围的增大，因为在给定的占空比下，在额定电压与由占空比产生的逆变器输出电压的曲线的线性范围之间的间距增大。因此借助不连续的脉宽调制能够进一步提高占空比。

换言之，根据占空比选择并执行脉宽调制的类型。在驱动装置启动运行时，逆变器首先以常规运行模式运行，在该常规运行模式中，首先借助于连续的脉宽调制驱控逆变器。如果预先给定的占空比达到或者超过阈值，则从常规运行模式切换到功率运行模式并且用于运行逆变器。在功率运行模式中，利用不连续的脉宽调制来驱控逆变器，从而得到逆变器的线性调制范围的上述增大。由此，电机和驱动装置的驱动功率可以明显增大。

本发明的一个改进方案规定，作为连续的脉宽调制使用空间矢量调制。空间矢量调制与例如正弦脉宽调制相比能够实现电机上的更高的有效电压。空间矢量调制也可以称为spacevectormodulation、svm或svpwm。所述操作方式使驱动装置能够有效和高效运行。

本发明的一种改进方案规定，在不连续的脉宽调制时，在电机的确定的转角范围上执行箝位。因此在确定的转角内不进行真正意义上的脉宽调制，而是电机的至少一个开关在确定的转角范围内保持闭合。由此，在电机上施加的有效电压明显升高。同时，在给定的占空比下，在直流电源的额定电压与位于确定的转角之外的电压曲线的线性区域之间的间距增大。因此通过提高占空比能够实现电压的线性区域的升高，从而以已经描述的方式和方法实现线性调制范围的增大。

本发明的一种改进方案规定，箝位在60°或120°的转角范围上进行，尤其是对称地进行。在60°的转角的情况下，仅在相应相位的一部分上进行箝位，即在一半的相位上进行箝位。相反，如果使用120°的转角范围，则在整个相应相位上进行箝位。与120°的转角范围相比，对于60°的转角范围而言，不仅能够在相电压的较高的电压范围内、也能在相电压的较低的电压范围内进行箝位。另一方面，如果使用120°的转角范围，则要么针对较高的电压范围、要么针对较低的电压范围进行箝位。无论怎样都通过箝位实现了线性调制范围的增大。

本发明的一种改进方案规定，对于数个占空比，对于连续的脉宽调制确定第一失真值，对于非连续的脉宽调制确定第二失真值，其中，将阈值设置为如下占空比：对于该占空比，第二失真值好于第一失真值。例如，尤其是以不变的间隔历经所有可能的占空比。因此可以规定，从占空比为0开始，提高占空比，直至达到最大的占空比，例如1。

所述提高在此通过恒定值的增量来进行。对于这些占空比中的每个占空比都确定第一失真值和第二失真值。每个占空比因此分别被分配有第一失真值和第二失真值。从这些占空比中找出如下占空比：对于该占空比，第二失真值好于第一失真值。特别优选的是，找出所述条件适用的最小的占空比。

失真值应理解为定义由相应的占空比引起的相电压的失真的值。在此，失真尤其描述谐波对相电压的影响。第二失真值应比第一失真值更好这一条件理解为，第二失真值描述了比第一失真值更小的失真或相电压受谐波的更小的影响。根据失真值的定义，失真值可以随着失真增加而增加或减小。如果失真值增大，则满足了第二失真值小于第一失真值时的条件。如果失真值减小，则满足了第二失真值大于第一失真值时的条件。

特别优选地，借助于测试台、也就是在驱动装置启动运行之前执行所述操作方式。在此可以使用驱动装置本身或者与驱动装置结构相同的驱动装置。无论怎样都借助于所描述的方法来确定阈值并且将其存储在驱动装置中。通过这种方式和方法，能够实现线性调制范围的特别明显的增大，因为阈值与驱动装置或驱动装置的电机相适配。

本发明的一个改进方案规定，使用失真因子或加权总谐波失真值(wthd值)作为失真值。基于如下关系式来计算失真因子

其中，电压u相当于相电压，电压un描述了n＝1时的基本振荡以及n>1时的谐波。

另一方面，加权总谐波失真值由例如如下关系式得出：

所述失真因子或者说wtthd值使得能够特别有效地求得阈值。

本发明的一个改进方案规定，阈值是第一阈值，在低于与第一阈值不同的第二阈值时，从不连续的脉宽调制切换到连续的脉宽调制。原则上当然可以规定，阈值不仅用于从连续的脉宽调制向不连续的脉宽调制的切换，而且用于从不连续的脉宽调制向连续的脉宽调制的切换。在占空比超过阈值时，因此从连续的脉宽调制切换至不连续的脉宽调制，在占空比低于阈值时，从不连续的脉宽调制切换至连续的脉宽调制。

但有利的是，在不同的值下进行切换。因此，只有在占空比超过第一阈值时，才从连续的脉宽调制切换至不连续的脉宽调制；相反，在占空比低于第二阈值时才进行从不连续的脉宽调制向连续的脉宽调制的转换。第二阈值在此与第一阈值不同，尤其是第二阈值更小。由此，迟滞地进行切换，使得即使在占空比围绕阈值小幅变化时也不进行连续的脉宽调制与非连续的脉宽调制之间或反之在非连续的脉宽调制与连续的脉宽调制之间的持久切换。由此实现驱动装置的特别高效的运行。

本发明的一种改进方案规定，在考虑到逆变器开关的死区时间的情况下根据额定值确定占空比。逆变器的开关具有死区时间，以便防止直流电源通过逆变器短路。死区时间因此确保了一个相的至少两个开关不会同时闭合，而是一个开关只有在另一个开关确切断开之后才闭合。这在利用持续的脉宽调制驱控逆变器时减小了最大可能的占空比且因此最大可能的相电压。但是，由于以不连续的脉宽调制至少暂时运行逆变器，仍可以实现驱动装置的高的驱动功率。

本发明的一种改进方案规定，由所述死区时间求得最大占空比和最小占空比，其中在占空比达到所述最大占空比时和/或在占空比达到所述最小占空比时切换至不连续的脉宽调制。因此，从连续脉宽调制到不连续脉宽调制的切换不是仅仅根据阈值进行，而是额外也根据最大占空比或最小占空比进行。

最大占空比和最小占空比由死区时间得出。最大占空比尤其小于1，最小占空比大于0。最大占空比和最小占空比描述了当考虑逆变器的开关的死区时间时能够存在的最大或最小的占空比。如果占空比已经达到最大占空比或最小占空比，则线性调制范围耗尽，使用连续脉宽调制不再能实现电机的驱动功率的进一步提高。因此为了仍进一步提高驱动功率，切换到不连续的脉宽调制。由此产生驱动装置的更高的驱动功率。

本发明还涉及一种用于机动车的驱动装置，该驱动装置尤其用于执行根据本说明书中的实施方式所述的方法，该驱动装置具有电机，该电机通过借助于脉宽调制被驱控的逆变器电连接到直流电源，其中，驱动装置被设置和设计用于根据预先规定的占空比执行脉宽调制。在此规定，驱动装置还被设置和设计用于，在占空比小于阈值的情况下使用连续的脉宽调制来控制逆变器并且在占空比超过阈值时切换到不连续的脉宽调制。

已经指出了驱动装置的这种设计方案或这种操作方式的优点。不仅驱动装置而且用于运行驱动装置的方法都在说明书的范围内改进实施，从而在这方面可以予以参考。

附图说明

下面借助于在附图中示出的实施例来详述本发明，但非限制本发明。在此唯一的附图示出：

图1中示出了多个图表，在这些图表中分别关于脉宽调制的周期示出了施加到驱动装置的电机上的相电压，其中利用连续的脉宽调制、利用不连续的第一脉宽调制、利用不连续的第二脉宽调制或者利用不连续的第三脉宽调制来运行电连接至电机的逆变器。

具体实施方式

附图1示出了施加在用于机动车的驱动装置的电机上的相电压的图表。相电压借助于逆变器提供，该逆变器一方面与直流电源电连接，另一方面与电机电连接。换句话说，电机通过逆变器与直流电源电连接。

逆变器具有多个开关，这些开关例如作为功率晶体管或类似物存在。逆变器或其开关借助脉宽调制来控制。所述图表分别以曲线1示出了第一相电压的曲线，以曲线2示出了第二相电压的曲线，并且以曲线3示出了第三相电压的曲线。在此分别关于直流电源的额定电压绘出相电压。此外示出了最小电压4和最大电压5。在此，最小电压大于0，而最大电压5小于额定电压。该情况由逆变器或逆变器的开关的死区时间产生。

在最上面的图表中，曲线1、2、3示出了以连续脉宽调制对逆变器的操作。上面第二个图表的曲线1、2、3示出了在以不连续的第一脉宽调制操作逆变器时的相电压、上面第三个图表的曲线1、2、3示出了在以不连续的第二脉宽调制操作逆变器时的相电压、上面第四个图表的曲线1、2、3示出了在以不连续的第第三脉宽调制操作逆变器时的相电压。

在不连续的第一脉宽调制的范围内，箝位被规定在60°的转角范围内，对于不连续的第二和第三脉宽调制分别被规定在120°的转角范围内。可以看出，对于不连续的第二脉宽调制在较低的电压水平实现箝位，对于不连续的第三脉宽调制在较高的电压水平实现箝位。前者可以称为clampb-，后者可以称为clampb+。不连续的第一脉宽调制也可以称为平顶(flattop)。

在最上面的图表中，对于第一曲线1示出了出现最大相电压的位置6和存在最小相电压的位置7。在这里例如规定的80％的占空比时，位置6与最大电压具有确定的间距，位置7与最小电压4具有确定的间距。

在示出了不连续的脉宽调制的图表中，对于曲线1要么示出了曲线1具有不连续性的位置8和9，要么同样示出了出现最大或最小相电压的位置。在前一种情况下，位置8和9分别限定曲线1的实施箝位的区域。

可以看出，对于不连续的脉宽调制，位置8比位置6离最大电压5更远，相反地，位置9比位置7离最小电压更远。这意味着，由于不连续的脉宽调制而存在更大的线性调制范围。

现在在驱动装置的运行中规定，根据规定的占空比进行脉宽调制。如果占空比小于阈值，则利用连续的脉宽调制来驱控逆变器。相反，如果占空比大于或者等于所述阈值，那么为了控制所述逆变器而使用不连续的脉宽调制。该情况可以从这里所述的三个不连续脉宽调制中得出。但原则上能够实现不连续的脉宽调制的任意设计。

附图标记列表：

1曲线

2曲线

3曲线

4最小电压

5最大电压

6位置

7位置

8位置

9位置