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DE102008046303A1 - Verfahren und System zum Steuern von Wechselrichtern bei Elektroantrieben von Fahrzeugen mit Getrieben mit zwei Betriebsarten - Google Patents

Verfahren und System zum Steuern von Wechselrichtern bei Elektroantrieben von Fahrzeugen mit Getrieben mit zwei Betriebsarten Download PDF

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DE102008046303A1
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inverter
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Brian A. Torrance Welchko
Steven E. Torrance Schulz
Silva Redondo Beach Hiti
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GM Global Technology Operations LLC
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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das System umfasst eine Leistungsquelle eines Antriebsaggregats und ein elektromechanisches kombiniert-leistungsverzweigtes Getriebe mit zwei Betriebsarten, das einen ersten und zweiten Motor umfasst, die mit der Leistungsquelle des Antriebsaggregats gekoppelt sind, einen Wechselrichter, der mit dem ersten und zweiten Motor gekoppelt ist, und einen Prozessor, der mit dem ersten und zweiten Motor und dem Wechselrichter gekoppelt ist. Der Prozessor ist ausgestaltet, um ein Signal, das den Wechselrichter steuert, unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist, und um das Signal unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wechselrichter, und sie betrifft insbesondere Verfahren und Systeme zum Steuern von Wechselrichtern bei Elektroantriebssystemen von Kraftfahrzeugen, welche Getriebe mit zwei Betriebsarten verwenden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte sowie sich immer weiter entwickelnde Vorlieben bezüglich des Stils zu wesentlichen Veränderungen bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen geführt. Eine der Veränderungen betrifft die Komplexität der elektrischen und der Antriebssysteme in Kraftfahrzeugen, speziell Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff, wie etwa Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen. Derartige Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff verwenden typischerweise einen Elektromotor, möglicherweise in Kombination mit einem weiteren Aktuator, um die Räder anzutreiben.
  • Unstetige Pulsbreitenmodulationsverfahren (DPWM-Verfahren) werden oft angewandt, um die Schaltaktion von dreiphasigen Spannungszwischenkreisumrichtern zu steuern, welche verwendet werden, um die Phasenströme von dreiphasigen Wechselstrommotoren (AC-Motoren) zu steuern. Ein wesentlicher Vorteil von DPWM-Verfahren gegenüber stetigen PWM- Verfahren, wie etwa einer sinusförmigen oder einer Raumvektormodulation, besteht in verringerten Wechselrichterschaltverlusten, was dazu beiträgt, den Wirkungsgrad von hybriden Elektrofahrzeugen zu verbessern, speziell, wenn nur die Elektromotoren verwendet werden. DPWM-Verfahren unterscheiden sich von stetigen PWM-Verfahren dadurch, dass bei einem gegebenen Schaltzyklus nur ein Nullvektor verwendet wird. Als Folge wird jeder Schalter bei einem dreiphasigen Wechselrichter typischerweise nicht bei 60° Segmenten eines elektrischen Zyklus geschaltet. Die Anordnung des fest eingestellten (engl. „clamped") 60°-Segments bezüglich der Wechselrichterausgangsspannung und des Lastleistungsfaktors bestimmt den Typ des DPWM-Verfahrens und daraus resultierender PWM-Eigenschaften.
  • Im Idealfall arbeiten die Schalterpaare in jedem Phasenschenkel des dreiphasigen Spannungszwischenkreisumrichters jeweils in einer komplementären Weise derart, dass ein Schalter immer "eingeschaltet" und der andere Schalter immer "ausgeschaltet" ist. In der Praxis wird jedoch typischerweise eine Leerzeit oder Totzeit bei jedem Übergang eines Schaltzustands des Spannungszwischenkreisumrichters eingefügt. Die Totzeit ist ein kurzes Intervall, in dem beide Schalter "ausgeschaltet" sind. Dies verhindert, dass beide Schalter in einem Phasenschenkel des Spannungszwischenkreisumrichters gleichzeitig "eingeschaltet" sind, was den Spannungszwischenkreisumrichter kurzschließen könnte.
  • Zudem kann die Gatetreiberschaltung Begrenzungen aufweisen oder die Schalter können der minimalen "Einschalt"-Zeitdauer, die einem Schalter in dem Spannungszwischenkreisumrichter befohlen wird (z. B. von einem Steuerungsmodul, einem Prozessor oder dergleichen gesteuert), Begrenzungen auferlegen. Die Begrenzungen bei der minimalen Impulsbreite und der Totzeit führen zu endlichen minimalen (z. B. ungleich Null) und maxi malen (z. B. ungleich Eins) Werten eines Tastverhältnisses, welches von dem Controller (z. B. einem DPWM-Modulator) befohlen werden kann.
  • Diese nichtlinearen Effekte, die Totzeit und die minimale Impulsbreite, bringen eine Verzerrung in ideale Wechselrichterausgangsspannungen ein, wie sie von der DPWM-Steuerung erzeugt werden. Da eine DPWM-Steuerung im Vergleich mit stetigen PWM-Verfahren verringerte Verluste bietet, ist es wünschenswert, DPWM-Steuerungsverfahren zu verwenden, während gleichzeitig die Verzerrung minimiert wird, die von den nichtlinearen Wechselrichtereffekten verursacht wird. In letzter Zeit wurden verschiedene Kompensationsverfahren entwickelt, um die Verzerrungseffekte von Wechselrichter-Nichtlinearitäten auf eine DPWM-Steuerung zu verringern. Die verschiedenen Kompensationsverfahren wurden jedoch nicht mit einem einzigen einheitlichen Steuerungsverfahren verwendet.
  • Eine weitere Herausforderung besteht darin, ein Antriebssystem bereitzustellen, das über eine breite Vielfalt von Betriebsbedingungen mit hohen Wirkungsgraden arbeitet. Wünschenswerte Getriebe, die in derartigen Antriebssystemen verwendet werden, sollen die Vorteile eines seriellen Hybridgetriebes für wünschenswerte Arbeitszyklen mit niedriger Durchschnittsleistung – d. h. Start/Stopp-Arbeitszyklen mit niedriger Drehzahl – sowie die Vorteile eines parallelen Hybridgetriebes für Arbeitszyklen mit einer hohen durchschnittlichen Ausgangsleistung und hoher Drehzahl zu ihrem Vorteil nutzen.
  • Entsprechend ist es wünschenswert, ein Steuerungsverfahren bereitzustellen, welches das für die aktuellen Systembetriebsbedingungen am besten geeignete DPWM-Kompensationsverfahren verwendet, speziell bei einem Kraftfahrzeug, das ein Getriebe verwendet, welches die Vorteile sowohl serieller als auch paralleler Hybridgetriebe umfasst. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bei einer Ausführungsform wird ein Kraftfahrzeugantriebssystem bereitgestellt. Das System umfasst eine Leistungsquelle eines Antriebsaggregats und ein elektromechanisches kombiniert-leistungsverzweigtes Getriebe mit zwei Betriebsarten, das einen ersten und zweiten Motor umfasst, welches mit der Leistungsquelle des Antriebsaggregats gekoppelt ist, einen mit dem ersten und zweiten Motor gekoppelten Wechselrichter und einen Prozessor, der mit dem ersten und zweiten Motor und dem Wechselrichter gekoppelt ist. Der Prozessor ist ausgestaltet, um ein Signal unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, das den Wechselrichter steuert, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist, und um das Signal unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Kraftfahrzeugantriebssystem bereitgestellt. Das System umfasst eine Leistungsquelle eines Antriebsaggregats, ein elektromechanisches kombiniert-leistungsverzweigtes Getriebe mit zwei Betriebsarten, das mit der Leistungsquelle des Antriebsaggregats gekoppelt ist, einen Wechselrichter, der mit dem ersten und zweiten Motor gekoppelt ist, eine mit dem Wechselrichter gekoppelte Energiespeichereinrichtung und einen Prozessor, der mit dem ersten und zweiten Mo tor und dem Wechselrichter gekoppelt ist. Das Getriebe umfasst ein Antriebselement, um Leistung von dem Antriebsaggregat zu empfangen, ein Abtriebselement, um Leistung aus dem Getriebe zu liefern, einen ersten und zweiten Motor, die koaxial ausgerichtet sind, erste, zweite und dritte koaxial ausgerichtete Planetenradanordnungen, wobei jede Planetenradanordnung erste, zweite und dritte Zahnradelemente verwendet, wobei der erste und zweite Motor mit den drei Planetenradanordnungen koaxial ausgerichtet sind, mindestens eines der ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente in der ersten oder zweiten Planetenradanordnung mit dem ersten Motor verbunden ist und ein weiteres der ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente in der zweiten und dritten Planetenradanordnung mit dem zweiten Motor verbunden ist, eines der Zahnradelemente der ersten Planetenradanordnung mit dem Antriebselement kontinuierlich verbunden ist, einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente, die jeder der Planetenradanordnungen zugeordnet sind, miteinander und mit dem Abtriebselement selektiv zu verbinden, einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente des dritten Planetenradsatzes selektiv mit Masse zu verbinden, einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes mit einem weiteren der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes selektiv zu verbinden, ein erstes Verbindungselement, das eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich verbindet, und ein zweites Verbindungselement, das eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des dritten Planetenradsatzes kontinuierlich verbindet. Der Prozessor ist ausgestaltet, um ein Signal, welches den Wechselrichter steuert, unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist, und um das Signal unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens auf das Signal zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Kraftfahrzeugantriebssystem bereitgestellt. Das System umfasst eine Brennkraftmaschine, ein elektromechanisches kombiniert-leistungsverzweigtes Getriebe mit zwei Betriebsarten, das mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, einen Wechselrichter, der mit dem ersten und zweiten Motor gekoppelt ist, mindestens eine Batterie, die mit dem Wechselrichter gekoppelt ist, und einen Prozessor, der mit dem ersten und zweiten Motor und dem Wechselrichter gekoppelt ist. Das Getriebe umfasst ein Antriebselement, um Leistung von der Brennkraftmaschine zu empfangen, ein Abtriebselement, um Leistung aus dem Getriebe zu liefern, einen ersten und zweiten Motor, die koaxial ausgerichtet sind, erste, zweite und dritte koaxial ausgerichtete Planetenradanordnungen, wobei jede Planetenradanordnung erste, zweite und dritte Zahnradelemente verwendet, der erste und zweite Motor mit den drei Planetenradanordnungen koaxial ausgerichtet sind, mindestens eines der ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente in der ersten oder zweiten Planetenradanordnung mit dem ersten Motor verbunden ist und ein weiteres der ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente in der zweiten und dritten Planetenradanordnung mit dem zweiten Motor verbunden ist, eines der Zahnradelemente der ersten Planetenradanordnung mit dem Antriebselement kontinuierlich verbunden ist, einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente, die jeder Planetenradanordnung zuordnet sind, miteinander und mit dem Abtriebselement selektiv zu verbinden, einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente des dritten Planetenradsatzes selektiv mit Masse zu verbinden, einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente des zweiten Planeten radsatzes mit einem weiteren der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes selektiv zu verbinden, ein erstes Verbindungselement, das eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich verbindet, und ein zweites Verbindungselement, das eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des dritten Planetenradsatzes kontinuierlich verbindet. Der Prozessor ist ausgestaltet, um ein Signal, das eine minimale Impulsbreite und eine maximale Impulsbreite aufweist, welches den Wechselrichter steuert, unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist, und um das Signal unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  • Bei dem ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahren wird das Signal empfangen und ein Tastverhältnis des Signals weist einen Bereich von einem minimal erreichbaren Tastverhältnis bis zu einem maximal erreichbaren Tastverhältnis auf. Ein zweites Signal wird erzeugt, wenn sich das Tastverhältnis des Signals innerhalb eines Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs außerhalb der minimalen und maximalen Impulsbreiten befindet und kleiner als ein erster Begrenzungswert ist. Das zweite Signal weist das minimal erreichbare Tastverhältnis auf. Ein drittes Signal wird erzeugt, wenn sich das Tastverhältnis des Signals innerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs befindet und das Tastverhältnis des Signals entweder mindestens gleich dem ersten Begrenzungswert ist oder das Tastverhältnis des Signals nicht größer als ein zweiter Begrenzungswert ist. Das dritte Signal weist die minimale oder die maximale Impulsbreite auf, je nachdem, welche sich näher bei dem Tastverhältnis des Signals befindet, und der zweite Begrenzungswert ist größer als der erste Be grenzungswert. Ein viertes Signal wird erzeugt, wenn sich das Tastverhältnis des Signals innerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs befindet und größer als der zweite Begrenzungswert ist. Das vierte Signal weist das maximal erreichbare Tastverhältnis auf. Das zweite oder das dritte oder das vierte Signal wird an den Wechselrichter geliefert.
  • Bei dem zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahren wird ein Ausgangsspannungsvektor des Wechselrichters überwacht. Der Wechselrichter weist einen Schaltzyklus mit mehreren Phasenschenkeln und einem Nullvektor auf. Der Ausgangsspannungsvektor basiert auf dem Schaltzyklus des Wechselrichters. Ein modifizierter Schaltzyklus wird erzeugt, indem ein Tastverhältnis jedes der mehreren Phasenschenkel durch ein Tastverhältnis des Nullvektors modifiziert wird, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet. Ein Ausgangssignal, das den modifizierten Schaltzyklus aufweist, wird an den Wechselrichter geliefert.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird hierin nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und
  • 1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 ein Blockdiagramm eines Spannungszwischenkreisumrichtersystems in dem Kraftfahrzeug von 1 ist;
  • 3 eine schematische Ansicht eines Wechselrichters in dem Kraftfahrzeug von 1 ist;
  • 4 eine schematische Ansicht eines elektromechanischen Verbundverzweigungsgetriebes mit zwei Betriebsarten in dem Kraftfahrzeug von 1 ist;
  • 5 eine Wahrheitstabelle ist, die feste Übersetzungen für den Betrieb des Getriebes von 4 darstellt;
  • 6 ein graphischer Vergleich eines Modulationsindex und einer Schaltfrequenz des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems ist, der ein Verfahren zum Schalten zwischen einem ersten, zweiten und dritten Kompensationsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 7 eine Wellenform ist, welche die Beziehung zwischen einem Phasentastverhältnis und einer Impulsbreite veranschaulicht, die zum Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems von 2 nützlich ist;
  • 8 ein Flussdiagramm des ersten Kompensationsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 9 ein Flussdiagramm des ersten Kompensationsverfahrens gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 10–12 Graphen einer Wechselrichterausgangsspannung mit Verzerrungsregionen sind, die zum weiteren Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems von 2 nützlich sind;
  • 13 ein Graph mehrerer Verzerrungsspannen ist, der zum weiteren Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems von 2 nützlich ist;
  • 14–17 Phasentastverhältnisse sind, die zum weiteren Verständnis des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems nützlich sind;
  • 18 ein Flussdiagramm des zweiten Kompensationsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 19 eine Eingangsmodulationswellenform ist, die zum weiteren Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems von 2 nützlich ist;
  • 20 eine Eingangsmodulationswellenform ist, die zum weiteren Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems von 2 nützlich ist; und
  • 21 ein Flussdiagramm des dritten Kompensationsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu beschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist.
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Merkmale, die miteinander "verbunden oder "gekoppelt" sind. Bei der Verwendung hierin bedeutet "verbunden", sofern es nicht ausdrücklich anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Merkmal mit einem weiteren Element/Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Gleichermaßen bedeutet "gekoppelt", sofern es nicht ausdrücklich anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Merkmal mit einem weiteren Element/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Es sollte jedoch verstanden sein, dass, obwohl zwei Elemente nachstehend bei einer Ausführungsform als "verbunden" beschrieben sein können, ähnliche Elemente bei alternativen Ausführungsformen "gekoppelt" sein können und umgekehrt. Obwohl die hierin gezeigten schematischen Zeichnungen beispielhafte Anordnungen von Elementen darstellen, können daher zusätzliche dazwi schenkommende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten bei einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein. Es sollte auch verstanden sein, dass 1–21 rein zur Veranschaulichung dienen und möglicherweise nicht maßstabgetreu gezeichnet sind.
  • 1 bis 21 veranschaulichen ein Kraftfahrzeugantriebssystem. Das System umfasst eine Leistungsquelle eines Antriebsaggregats und ein elektromechanisches kombiniert-leistungsverzweigtes Getriebe mit zwei Betriebsarten, das einen ersten und zweiten Motor umfasst, das mit der Leistungsquelle des Antriebsaggregats gekoppelt ist, einen mit dem ersten und zweiten Motor gekoppelten Wechselrichter, und mindestens einen Prozessor, der mit dem ersten und zweiten Motor und dem Wechselrichter gekoppelt ist. Der mindestens eine Prozessor ist ausgestaltet, um ein erstes Spannungsverzerrungskompensationsverfahren auf ein Signal anzuwenden, welches den Wechselrichter steuert, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist, und um ein zweites Spannungsverzerrungskompensationsverfahren auf das Signal anzuwenden, wenn der Modulationsindex größer oder gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  • 1 veranschaulicht ein Fahrzeug 30 oder "Kraftfahrzeug" gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 30 umfasst ein Chassis 32, eine Karosserie 34, vier Räder 36 und ein elektronisches Steuerungssystem (oder eine elektronische Steuerungseinheit (ECU)) 38. Die Karosserie 34 ist auf dem Chassis 32 angeordnet und umhüllt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs 30. Die Karosserie 34 und das Chassis 32 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 36 sind jeweils in der Nähe einer jeweiligen Ecke der Karosserie 34 mit dem Chassis 32 drehbar gekoppelt.
  • Das Kraftfahrzeug 30 kann ein beliebiger einer Anzahl verschiedener Typen von Kraftfahrzeugen sein, wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV), und kann ein Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Heckantrieb oder Frontantrieb), ein Vierradantrieb (4WD) oder ein Allradantrieb (AWD) sein. Das Fahrzeug 30 kann auch einen beliebigen oder eine Kombination einer Anzahl verschiedener Typen von Maschinen (oder Aktuatoren) umfassen, wie zum Beispiel eine Benzin- oder dieselgespeiste Brennkraftmaschine, die Maschine eines "Fahrzeugs mit flexiblem Kraftstoff" (FFV, FFV von flex fuel vehicle) (d. h., die eine Mischung aus Benzin und Alkohol verwendet), eine mit einem gasförmigen Gemisch (z. B. Wasserstoff und/oder Erdgas) gespeiste Maschine, eine hybride Brennkraft/Elektromotormaschine, und einen Elektromotor.
  • Bei der in 1 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist das Kraftfahrzeug 30 ein Hybridfahrzeug und umfasst ferner eine Aktuatoranordnung (oder einen Antriebsstrang) 40, eine Batterie 42, einen Gleichrichter/Wechselrichter (oder Wechselrichter) 44 und einen Radiator 46. Der Antriebsstrang 40 umfasst eine Brennkraftmaschine 48 und ein Elektromotorsystem (oder Motor/Generator-System) 50. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, umfasst das Elektromotorsystem 50 bei einer Ausführungsform zwei sinusförmig gewickelte Wechselstrommotoren/Generatoren (AC-Motoren/Generatoren) (oder Motoren) (z. B. Permanentmagnet oder Induktion), wie sie üblicherweise bei Kraftfahrzeugen verwendet werden (z. B. bei Traktionsantriebssteuerungssystemen und dergleichen). Wie der Fachmann feststellen wird, umfasst jeder der Elektromotoren eine Statoranordnung (welche leitfähige Spulen umfasst), eine Rotoranordnung (welche einen ferromagnetischen Kern umfasst) und ein Kühlfluid (d. h. ein Kühlmittel). Die Statoranordnung und/oder die Rotoranordnung in den Elektromotoren kann mehrere (z. B. sechzehn) elektromagnetische Pole umfassen, wie allgemein verstanden wird.
  • Noch mit Bezug auf 1 und wie nachstehend genauer beschrieben ist, sind die Brennkraftmaschine 48 und das Elektromotorsystem 50 derart zusammengebaut, dass beide mit wenigstens einigen der Räder 36 durch eine oder mehrere Antriebswellen 52 mechanisch gekoppelt sind. Der Radiator 46 ist mit dem Rahmen an einem äußeren Abschnitt desselben verbunden und umfasst, obwohl es nicht im Detail veranschaulicht ist, mehrere Kühlkanäle dort hindurch, die ein Kühlfluid (d. h. ein Kühlmittel) enthalten, wie etwa Wasser und/oder Ethylenglykol (d. h. "Frostschutz"), und ist mit der Maschine 48 und dem Wechselrichter 44 gekoppelt. Wieder mit Bezug auf 1 empfängt bei der dargestellten Ausführungsform der Wechselrichter 44 ein Kühlmittel und teilt dieses mit dem Elektromotor 50. Der Radiator 46 kann auf ähnliche Weise mit dem Wechselrichter 44 und/oder dem Elektromotor 50 verbunden sein.
  • Das elektronische Steuerungssystem 38 steht in wirksamer Verbindung mit der Aktuatoranordnung 40, der Batterie 42 und dem Wechselrichter 44. Obwohl es nicht im Detail gezeigt ist, umfasst das elektronische Steuerungssystem 38 verschiedene Sensoren und Kraftfahrzeugsteuerungsmodule oder elektronische Steuerungseinheiten (ECUs), wie etwa ein Wechselrichtersteuerungsmodul und einen Fahrzeugcontroller, und mindestens einen Prozessor und/oder einen Speicher, welcher darin (oder in einem anderen computerlesbaren Medium) gespeicherte Anweisungen umfasst, um die Prozesse und Verfahren wie nachstehend beschrieben auszuführen.
  • Mit Bezug auf 2 ist ein Spannungszwischenkreisumrichtersystem (oder Elektroantriebssystem) 54 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Spannungszwischenkreisumrichtersystem 54 umfasst einen Controller 56, den mit einem Ausgang des Controllers 56 gekoppelten Wechselrichter 44, den mit einem ersten Ausgang des Wechselrichters 44 gekoppelten Motor 50 und einen Modulator 58, der einen mit einem zweiten Ausgang des Wechselrichters 44 gekoppelten Eingang aufweist und einen Ausgang aufweist, der mit einem Eingang des Controllers 56 gekoppelt ist. Der Controller 56 und der Modulator 58 können mit dem in 1 gezeigten elektronischen Steuerungssystem 38 zusammengebaut sein.
  • 3 veranschaulicht den Wechselrichter 44 von 1 und 2 genauer. Der Wechselrichter 44 umfasst eine dreiphasige Schaltung, die mit dem Motor 50 gekoppelt ist. Insbesondere umfasst der Wechselrichter 44 ein Schalternetzwerk mit einem ersten Eingang, der mit einer Spannungsquelle Vdc (z. B. der Batterie 42) gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit dem Motor 50 gekoppelt ist. Obwohl eine einzige Spannungsquelle gezeigt ist, kann eine verteilte Gleichstromverbindung (DC-Verbindung) mit zwei seriellen Quellen verwendet werden.
  • Das Schalternetzwerk umfasst drei Paare serieller Schalter mit antiparallelen Dioden (d. h. antiparallel zu jedem Schalter), welche jeder der Phasen entsprechen. Jedes der Paare serieller Schalter umfasst einen ersten Schalter (oder Transistor) 60, 62 und 64 mit einem ersten Anschluss, der mit einer positiven Elektrode der Spannungsquelle 42 gekoppelt ist, und einen zweiten Schalter 66, 68 und 70 mit einem zweiten Anschluss, der mit einer negativen Elektrode der Spannungsquelle 42 gekoppelt ist, und mit einem ersten Anschluss, der mit einem zweiten Anschluss des jeweiligen ersten Schalters 60, 62 und 64 gekoppelt ist. Um den Schaltzyklus und den Ausgangsspannungsvektor des Wechselrichters 44 zu überwachen, ist der Modulator 58 mit dem Ausgang des Wechselrichters 44 gekoppelt.
  • 4 veranschaulicht den Antriebsstrang 40 und/oder ein Getriebe 110 in dem Kraftfahrzeug 30 (1) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die dargestellte Ausführungsform ist ein elektromechanisches (oder hybrides) kombiniert-leistungsverzweigtes Getriebe mit zwei Betriebsarten. Das Hybridgetriebe 110 weist ein Antriebselement 112 auf, das dem Wesen nach eine Welle sein kann, die von der Brennkraftmaschine 48 direkt angetrieben sein kann. Ein Dämpfer für ein transientes Drehmoment kann zwischen eine Abtriebswelle 118 der Maschine 48 und das Antriebselement 112 des Hybridgetriebes 110 eingebaut sein. Ein Beispiel eines Dämpfers für ein transientes Drehmoment des Typs, der für die vorliegende Verwendung empfohlen wird, ist in dem US-Patent Nr. 5,009,301 genau offenbart, welches am 23. April 1991 an General Motors Corporation erteilt wurde, welches durch Bezugnahme vollständig hierin aufgenommen ist. Der Dämpfer für ein transientes Drehmoment kann eine Drehmomentübertragungseinrichtung 120 umfassen oder in Verbindung mit dieser verwendet werden, um ein selektives Ineingriffbringen der Maschine 48 mit dem Hybridgetriebe 110 zu ermöglichen, aber es sollte verstanden sein, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung 120 nicht verwendet wird, um die Betriebsart, in welcher das Hybridgetriebe 110 arbeitet, zu verändern oder zu steuern.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform kann die Maschine 48 (oder die Leistungsquelle des Antriebsaggregats) eine Maschine mit fossilem Kraftstoff sein, wie etwa eine Dieselmaschine, die geeignet ausgelegt ist, um ihren verfügbaren Leistungsabtrieb so bereitzustellen, dass er mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (RPM bzw. U/min) geliefert wird. Unabhängig von dem Mittel, durch welches die Maschine 48 mit dem Antriebselement 112 des Getriebes 110 verbunden ist, ist das Antriebselement 112 mit einem Planetenradsatz 124 in dem Getriebe 110 verbunden.
  • Das Hybridgetriebe 110 verwendet drei Planetenradsätze (oder Anordnungen) 124, 126 und 128. Der erste Planetenradsatz 124 weist ein äußeres Zahnradelementelement 130 auf, das allgemein als das Hohlrad bezeichnet werden kann, welches ein inneres Zahnradelement 132 umgibt, das allgemein als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 134 sind an einem Träger 136 drehbar derart montiert, dass jedes Planetenradelement 134 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 130 als auch dem inneren Zahnradelement 132 kämmt.
  • Der zweite Planetenradsatz 126 weist auch ein äußeres Zahnradelement 138 auf, das allgemein als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 140 umgibt, das allgemein als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 142 sind an einem Träger 144 drehbar derart montiert, dass jedes Planetenrad 142 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 138 als auch dem inneren Zahnradelement 140 kämmt.
  • Der dritte Planetenradsatz 128 weist auch ein äußeres Zahnradelement 146 auf, das allgemein als das Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 148 umgibt, das allgemein als das Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 150 sind an einem Träger 152 drehbar derart montiert, dass jedes Planetenrad 150 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 146 als auch dem inneren Zahnradelement 148 kämmt.
  • Bei einer Ausführungsform beträgt das Zahnverhältnis Hohlrad/Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes 124 65/33, das Zahnverhältnis Hohlrad/Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes 126 beträgt 65/33 und das Zahnverhältnis Hohlrad/Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes 128 beträgt 94/34.
  • Obgleich alle drei Planetenradsätze 124, 126 und 128 selbst "einfache" Planetenradsätze sind, sind der erste und zweite Planetenradsatz 124 und 126 dadurch zusammengesetzt, dass das innere Zahnradelement 132 des ersten Planetenradsatzes 124, etwa durch ein Kupplungsnabenrad 154, mit dem äußeren Zahnradelement 138 des zweiten Planetenradsatzes 126 verbunden ist. Das verbundene innere Zahnradelement 132 des ersten Planetenradsatzes 124 und das äußere Zahnradelement 138 des zweiten Planetenradsatzes 126 sind mit einem ersten Motor/Generator 156 kontinuierlich verbunden.
  • Die Planetenradsätze 124 und 126 sind ferner dadurch zusammengesetzt, dass der Träger 136 des ersten Planetenradsatzes 124, etwa durch eine Welle 160, mit dem Träger 144 des zweiten Planetenradsatzes 126 verbunden ist. Somit sind die Träger 136 und 144 des ersten und zweiten Planetenradsatzes 124 bzw. 126 verbunden. Die Welle 160 ist auch mit dem Träger 152 des dritten Planetenradsatzes 128 selektiv verbunden, wie etwa durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung 162, welche, wie nachstehend hierin genauer erläutert wird, angewandt wird, um die Auswahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 110 zu unterstützen.
  • Der Träger 152 des dritten Planetenradsatzes 128 ist mit dem Getriebeabtriebselement 164 direkt verbunden. Wenn das Hybridgetriebe 110 in einem Straßenfahrzeug verwendet wird, kann das Abtriebselement 164 mit den (nicht gezeigten) Fahrzeugachsen verbunden sein, die wiederum in den Antriebswellen 52 (in 1 gezeigt) enden können.
  • Das innere Zahnradelement 140 des zweiten Planetenradsatzes 126 ist mit dem inneren Zahnradelement 148 des dritten Planetenradsatzes 128, etwa durch eine Hohlwelle 166, welche die Welle 160 umgibt, verbunden. Das äußere Zahnradelement 146 des dritten Planetenradsatzes 128 ist mit Masse, die durch das Getriebegehäuse 168 dargestellt ist, durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung 170 selektiv verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 170 wird, wie auch hierin nachstehend erläutert wird, ebenfalls angewandt, um die Auswahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 110 zu unterstützen. Die Hohlwelle 166 ist auch mit einem zweiten Motor/Generator 172 kontinuierlich verbunden. Alle Planetenradsätze 124, 126 und 128 sowie die zwei Motoren/Generatoren 156 und 172 sind koaxial ausgerichtet, wie etwa um die axial angeordnete Welle 160 herum. Es wird angemerkt, dass beide Motoren/Generatoren 156 und 172 eine ringförmige Ausgestaltung aufweisen, welche ihnen ermöglicht, die drei Planetenradsätze 124, 126 und 128 derart zu umgeben, dass die Planetenradsätze 124, 126 und 128 radial innerhalb der Motoren/Generatoren 156 und 172 angeordnet sind. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass die Gesamtumhüllende – d. h. die Umgebungsdimension – des Getriebes 110 minimiert ist.
  • Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 173 verbindet das Sonnenrad 140 selektiv mit Masse (d. h. mit dem Getriebegehäuse 168). Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 175 dient als eine Verriegelungskupplung, welche die Planetenradsätze 124, 126, die Motoren 156, 172 und den Antrieb verriegelt, sodass sie als eine Gruppe rotieren, indem sie das Sonnenrad 140 mit dem Träger 144 selektiv verbindet. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 162, 170, 173, 175 sind alle Reibungskupplungen.
  • Wie hier voranstehend in Verbindung mit der Beschreibung der Maschine 48 erläutert wurde, sollte es auf ähnliche Weise verstanden sein, dass der Drehzahl- und Leistungsabtrieb des ersten und zweiten Motors/Generators 156 und 172 ebenfalls für die Erfindung nicht kritisch ist, aber um ein absolut klares Verständnis des Hybridgetriebes 110 zu erzielen, weisen die Motoren/Generatoren 156 und 172 eine kontinuierliche Klassifizierung von 22 kW (30 PS) und eine Maximaldrehzahl von etwa 10.200 U/min (RPM) auf. Die kontinuierliche Leistungsklassifizierung beträgt etwa ein Zehntel derjenigen der Maschine 48, und die Maximaldrehzahl beträgt etwa das 1,5-fache derjenigen der Maschine 48, obwohl diese Werte von dem Typ der Maschine, dem endgültigen Gangschema und dem Arbeitszyklus abhängen.
  • Wie aus der voranstehenden Beschreibung und mit speziellem Bezug auf 2 ersichtlich sein sollte, empfängt das Getriebe 110 selektiv Leistung von der Maschine 48. Wie nun erläutert wird, empfängt das Hybridgetriebe 110 auch Leistung von der Batterie 42, mit welcher die ECU 38 über Übertragungsleitungen 178A und 178B kommuniziert. Die ECU 38 kommuniziert mit dem ersten Motor/Generator 156 durch Übertragungsleitungen 178C und 178D, und die ECU 38 kommuniziert auf ähnliche Weise mit dem zweiten Motor/Generator 172 durch Übertragungsleitungen 178E und 178F.
  • Wie aus dem vorhergehenden Paragraph ersichtlich ist, kann ein spezielles strukturelles Element, eine Komponente oder eine Anordnung an mehr als einer Stelle verwendet werden. Bei einer allgemeinen Bezugnahme auf diesen Typ von strukturellem Element, Komponente oder Anordnung wird eine allgemeine numerische Bezeichnung verwendet. Wenn jedoch eines der strukturellen Elemente, eine der Komponenten oder Anordnungen, die so bezeichnet sind, individuell bezeichnet werden muss, wird es/sie mit Hilfe eines angehängten Buchstabens bezeichnet, der in Kombination mit der numerischen Bezeichnung verwendet wird, welche für die allgemeine Bezeichnung dieses strukturellen Elements, dieser Komponente oder Anordnung verwendet wird. Folglich gibt es mindestens sechs Übertragungsleitungen, welche allgemein durch das Bezugszeichen 178 bezeichnet sind, aber die speziellen, individuellen Übertragungsleitungen werden daher als 178A, 178B, 178C, 178D, 178E und 178F in der Beschreibung und in den Zeichnungen bezeichnet. Diese gleiche Suffix-Konvention wird in der gesamten Beschreibung verwendet.
  • Das Antriebselement 112 kann ein Antriebszahnrad 180 darstellen. Wie dargestellt ist, verbindet das Antriebszahnrad 180 das Antriebselement 112 starr mit dem äußeren Zahnradelement 130 des ersten Planetenradsatzes 124, und das Antriebszahnrad 180 empfängt daher Leistung von der Maschine 48 und/oder den Motoren/Generatoren 156 und/oder 172. Das Antriebszahnrad 180 kämmt mit einem Zwischenzahnrad 182, welches wiederum mit einem Übertragungszahnrad 184 kämmt, das an einem Ende einer Welle 186 befestigt ist. Das andere Ende der Welle 186 kann an einer Getriebefluidpumpe und/oder einer PTO-Einheit befestigt sein, welche entweder einzeln oder gemeinsam mit 188 bezeichnet sind.
  • Die ECU 38 erhält Information sowohl von dem ersten als auch dem zweiten Motor/Generator 156 bzw. 172, von der Maschine 48 und der Batterie 42. In Ansprechen auf die Aktion eines Bedieners oder eine "Bedieneranforderung" (z. B. von einem Fahrbereichswahlhebel, einem Gaspedal und/oder einem Bremspedal) ermittelt die ECU 38, was erforderlich ist, und betätigt dann die selektiv betriebenen Komponenten des Hybridgetriebes 110 in geeigneter Weise, um auf die Bedieneranforderung zu antworten.
  • Wenn bei der beispielhaften Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, der Bediener zum Beispiel einen Vorwärtsfahrbereich gewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal betätigt, ermittelt die ECU 38, ob das Fahrzeug beschleunigen oder langsamer werden soll. Die ECU 38 überwacht auch den Zustand der Leistungsquellen und bestimmt den Abtrieb des Getriebes, der erforderlich ist, um eine gewünschte Beschleunigungs- oder Verlangsamungsrate zu bewirken. Unter der Leitung der ECU 38 ist das Getriebe in der Lage, einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von langsam bis schnell bereitzustellen, um die Bedieneranforderung zu erfüllen.
  • Das Getriebe 110 arbeitet als elektromechanisches kombiniert-leistungsverzweigtes Getriebe mit zwei Betriebsarten eines Fahrzeugs. Mit anderen Worten empfängt das Abtriebselement 164 Leistung durch zwei verschiedene Getriebezüge in dem Getriebe 110. Eine erste Betriebsart oder ein erster Getriebezug wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 170 betätigt wird, um das äußere Zahnradelement 146 des dritten Planetenradsatzes 128"mit Masse zu verbinden". Eine zweite Betriebsart oder ein zweiter Getriebezug wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 170 gelöst wird und die Drehmomentübertragungseinrichtung 162 gleichzeitig betätigt wird, um die Welle 160 mit dem Träger 152 des dritten Planetenradsatzes 128 zu verbinden.
  • Fachleute werden feststellen, dass die ECU 38 dazu dient, in jeder Betriebsart einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von relativ langsam bis relativ schnell bereitzustellen. Diese Kombination von zwei Betriebsarten mit einem langsamen bis schnellen Abtriebsdrehzahlbereich bei jeder Betriebsart ermöglicht es dem Getriebe 110, ein Fahrzeug von einer stationären Bedingung bis zu Autobahngeschwindigkeiten voranzutreiben. Zudem koordiniert die ECU 38 den Betrieb des Getriebes 110, um synchronisierte Schaltvorgänge zwischen den Betriebarten zu ermöglichen.
  • Eine erste und zweite "Betriebsart" bezeichnet Umstände, bei welchen die Getriebefunktionen und die gesteuerte Drehzahl und das Drehmoment der Motoren/Generatoren 156 und 172 von einer Kupplung (z. B. der Kupplung 162 oder der Kupplung 170) gesteuert werden, so wie es alles in dem US-Patent Nr. 5,009,301 beschrieben ist, das am 23. April 1991 an General Motors Corporation erteilt wurde. Auch können gewisse "Bereiche" eines Betriebs durch Anwenden einer zusätzlichen Kupplung (z. B. der Kupplung 162, 173 oder 175) erreicht werden.
  • Wenn die zusätzliche Kupplung angewandt wird (d. h. wenn zwei Kupplungsmechanismen angewandt werden), wird ein starres Drehzahlverhältnis von Antrieb zu Abtrieb (d. h. ein starres Übersetzungsverhältnis) erreicht, wie in der Wahrheitstabelle von 5 veranschaulicht ist. Die Umdrehungen der Motoren/Generatoren 156 und 172 werden dann von der internen Drehung des Mechanismus abhängen, wie er durch das Kuppeln definiert ist, und proportional zu der Antriebsdrehzahl sein. Die Motoren/Generatoren 156 und 172 sind vollständig unabhängig von einem Leistungsfluss von der Maschine an den Abtrieb, wodurch es ermöglicht wird, dass beide Motoren sind, beide wie Generatoren funktionieren, oder eine beliebige Kombination daraus. Dies ermöglicht beispielsweise bei einer Beschleunigung in dem ersten starren Übersetzungsverhältnis, dass die Maschinenleistung und beide Einheiten, die wie Motoren funktionieren, welche Leistung von der Batterie 42 empfangen, beim Vorantreiben des Fahrzeugs durch den dritten Planetenradsatz 128 an den Abtrieb 164 zusammenwirken.
  • Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Funktion des Getriebes jederzeit von einem Betrieb mit einem starren Übersetzungsverhältnis zu einer Betriebsartensteuerung umgeschaltet werden kann, indem während einer Betriebsart die zusätzliche Kupplung betätigt wird (d. h. eingerückt oder ausgerückt wird). Eine Bestimmung des Betriebs mit einem starren Übersetzungsverhältnis oder einer Betriebsartensteuerung erfolgt durch Algorithmen in der ECU 38, welche das Getriebe steuern.
  • Zudem können die Betriebsarten die starren Betriebsübersetzungsverhältnisse überlappen. Die Auswahl der Betriebsart oder des starren Übersetzungsverhältnisses hängt wieder von der Eingabe des Fahrers und der Antwort des Fahrzeugs darauf ab. Bei einer Ausführungsform fällt der erste Bereich in die erste Betriebsart, wenn C1 und C4 (d. h. die Kupplungen 170 und 175) in Eingriff gebracht sind, und der zweite Bereich fällt in die erste Betriebsart, wenn C2 und C1 (die Kupplungen 162 und 170) in Eingriff gebracht sind. Wie in 5 veranschaulicht ist, ist ein dritter Bereich mit starrem Übersetzungsverhältnis während der zweiten Betriebsart verfügbar, wenn C2 und C4 (die Kupplungen 162 und 175) in Eingriff gebracht sind, und ein vierter Bereich mit starrem Übersetzungsverhältnis ist während der zweiten Betriebsart verfügbar, wenn C2 und C3 (die Kupplungen 162 und 173) in Eingriff gebracht sind.
  • In der ersten Betriebsart und wenn die ECU 38 ermittelt hat, dass der Bediener wünscht, sich aus einer stationären Bedingung vorwärts zu bewegen und zu beschleunigen, wird die Drehmomentübertragungseinrichtung 120 in Eingriff gebracht, was bewirkt, dass die Maschine 48 mit dem Hybridgetriebe 110 verbunden wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 120 bleibt angelegt, wenn sich das Fahrzeug durch einen Drehzahlbereich voranbewegt, der hier nachstehend genauer beschrieben wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 162 wird nicht angewendet und bleibt außer Eingriff gestellt, während die Drehmomentübertragungseinrichtung 170 in Eingriff gebracht ist. In dieser Situation bringt die Maschine 48 Antriebsleistung auf das äußere Zahnradelement 130 des ersten Planetenradsatzes 124 derart auf, dass sich das äußere Element 130 gemeinsam mit dem Antriebselement 112 (und damit mit der Maschine 48) dreht. Der erste Motor/Generator 156 dreht gleichzeitig das innere Zahnradelement 132 des ersten Planetenradsatzes 124 und das äußere Zahnradelement 138 des zweiten Planetenradsatzes 126 in die gleiche Richtung, wodurch der Träger 136 in die gleiche Richtung getrieben wird, was eine Drehung des inneren Zahnradelements 140 des zweiten Planetenradsatzes 124 bewirkt.
  • Der zweite Motor/Generator 172 arbeitet während der ersten Betriebsart wie ein Motor, und treibt daher die Hohlwelle 166 in eine Richtung, welche bewirkt, dass das innere Zahnradelement 148 des dritten Planetenradsatzes 128 die Planetenräder 150 des dritten Planetenradsatzes 128 gegen das äußere Zahnradelement 146 des dritten Planetenradsatzes 128 dreht. Das äußere Zahnradelement 146 ist starr, dadurch dass es mit Masse verbunden wurde, sodass der Träger 152 das Abtriebselement 164 in eine Richtung treibt, welche benötigt wird, um eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs zu erzielen.
  • Die Drehung der Hohlwelle 166, die durch eine Drehung des zweiten Motors/Generators 172 bewirkt wird, der wie ein Motor arbeitet, dreht auch das innere Zahnradelement 140 des zweiten Planetenradsatzes 126. Da die Drehmomentübertragungseinrichtung 162 außer Eingriff gestellt bleibt, sind die Träger 136 und 144 des ersten und zweiten Planetenradsatzes 124 bzw. 126 frei drehbar, aber nur gemeinsam, insofern als die zwei Träger 136 und 144 verbunden sind. Als Folge erzwingt die Drehung des äußeren Zahnradelements 130 des ersten Planetenradsatzes 124, die von der Maschine 48 bewirkt wird, und die Drehung des inneren Zahnradelements 140, die von dem zweiten Motor/Generator 172 bewirkt wird, dass das innere Zahnradelement 132 des ersten Planetenradsatzes 124 und das damit verbundene äußere Zahnradelement 138 des zweiten Planetenradsatzes 126 den ersten Motor/Generator 156 in diese Richtung (und mit dieser Geschwindigkeit) treiben, was bewirkt, dass der erste Motor/Generator 56 zumindest anfänglich als Generator dient.
  • Bei einer Betriebsart arbeitet das Getriebe in der ersten Betriebsart vom Stillstand (d. h. das Fahrzeug bewegt sich nicht) bis etwa 112,7 km/h (70 MPH). Bei Geschwindigkeiten, die größer als etwa 112,7 km/h (70 MPH) sind, arbeitet das Getriebe in der zweiten Betriebsart.
  • Es können auch starre Übersetzungsverhältnisse gewählt werden, welche den Betrieb der Betriebsarten überlappen, um eine Beschleunigung weiter zu verbessern, indem die Leistung, welche den Abtrieb 164 erreicht, erhöht wird, und/oder um den Wirkungsgrad zu verbessern.
  • Bei etwa 112,7 km/h (70 MPH) wird die Verriegelungskupplung 175 in Eingriff gebracht, während die Kupplung 170 in Eingriff gebracht bleibt. Bei dieser Ausgestaltung befindet sich das Getriebe 110 in dem ersten starren Übersetzungsverhältnis, wie es durch den dritten Planetenradsatz 128, wie in 2 gezeigt, definiert ist. Wenn die Kupplung 175 in Eingriff gebracht ist, drehen sich die ersten zwei Planetenradsätze 124 und 126 und die Motoren/Generatoren 156 und 172 mit der Antriebsdrehzahl und sind mit dem Sonnenrad 148 des dritten Planetenradsatzes 128 verbunden. Wenn die Kupplung 170 auch eingerückt ist, wird von dem dritten Planetenradsatz 128 eine Drehzahlreduktion bereitgestellt, welche dazu führt, dass das Drehmoment vervielfacht wird. Sämtliche Leistung wird durch die Planetenradsätze mechanisch übertragen (d. h. in den Moto ren/Generatoren 156 und 172 ist kein Drehmoment vorhanden), was elektrische Verluste minimiert und einen Betrieb mit einem höheren Wirkungsgrad bereitstellt. Wenn jedoch das volle Drehmoment in dem ersten und zweiten Motor/Generator 156 und 172 aufgebracht wird, kann eine deutliche Leistungssteigerung realisiert werden. Wenn beide Motoren durch die Einrichtung 175 miteinander verriegelt sind, können der erste und der zweite Motor/Generator 156 und 172 auch eine beliebige regenerative Leistung gleichmäßig teilen, was zu einer höheren Bremsleistung mit verbesserter Kühlung führt. Nur der dritte Planetenradsatz 128 ist aktiv, weil die Drehmomentübertragungseinrichtung (oder Verriegelungskupplung) 175 den ersten und zweiten Planetenradsatz 124 und 126 verriegelt. Der Eingriff der Drehmomentübertragungseinrichtung 175 schützt auch die Motoren/Generatoren 156 und 172, wenn der für einen Leistungsverzweigungsbetrieb notwendige Leistungsfluss die Motoren/Generatoren überlasten würde. Wenn sich das Fahrzeug einen Berg hinauf schleppt oder hievt, sind daher die Motoren/Generatoren geschützt.
  • Bei einem Normalbetrieb wird bei niedrigen Drehzahlen nur die Kupplung 170 in Eingriff gebracht, aber wenn Maximalleistung gefordert ist, wird auch die Verriegelungskupplung 175 in Eingriff gebracht. Der erste und zweite Motor 156 und 172 kann mit der Kupplung 175 aktiviert werden, um eine maximal verfügbare Leistung zu erreichen. Diese Kupplung stellt auch die Möglichkeit bereit, dass alle drei, nämlich die Maschine 48 und die Motoren/Generatoren 156 und 172, das Fahrzeug für eine maximale Beschleunigung gleichzeitig vorantreiben.
  • Bei einer Ausführungsform wird bei etwa 64,4 km/h (40 MPH) die Verriegelungskupplung 175 außer Eingriff gestellt. Danach arbeitet der zweite Motor/Generator 172 wie ein Motor. Der erste Motor/Generator 156 arbeitet wie ein Generator bis zu einem Punkt, bei welchem der erste Mo tor/Generator 156 stationär ist (z. B. bei etwa 83,7 km/h (52 MPH)). Der Motor/Generator 156 kehrt dann die Richtung um und arbeitet wie ein Motor.
  • Die Kupplung 162 wird zum Beispiel bei etwa 91,7 km/h (57 MPH) in Eingriff gebracht. Wenn die Kupplungen 162 und 170 in Eingriff gebracht sind, wird ein zweites starres Übersetzungsverhältnis erreicht (z. B. 1,7:1, wie in 5 gezeigt ist). Während des zweiten starren Übersetzungsverhältnisses sind alle drei Zahnradsätze 124, 126 und 128 aktiv. Für einen vollständig mechanischen Betrieb können die Motoren/Generatoren 156 und 172 während des Eingriffs der Kupplungen 162 und 170 ausgeschaltet werden. Während des zweiten starren Übersetzungsverhältnisses können die Motoren 156 und 172 frei drehen, ohne dass ein Drehmoment vorhanden ist. Die erste Betriebsart endet, wenn die Kupplung 170 ausgeschaltet wird und die Kupplung 162 für die zweite Betriebsart mit hohem Wirkungsgrad im Eingriff bleibt.
  • Bei der voranstehenden Beschreibung wird die Getriebebetriebsart I, wie sie in dem US-Patent Nr. 5,009,301 beschrieben ist, um die Fähigkeit zum Starten in der Betriebsart I, zum Umschalten auf das starre Übersetzungsverhältnis 1, zur Rückkehr zu der Betriebsart I und dann zu dem starren Übersetzungsverhältnis 2 erweitert. Der tatsächliche Betrieb in dem Fahrzeug wird durch Eingaben an die ECU 38 bestimmt. Das Getriebe kann nur in der Betriebsart 1 betrieben werden, oder in irgendeiner Kombination, soweit es notwendig ist, um den Wirkungsgrad, die Leistung oder die Bremsleistung zu verbessern.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform weisen die äußeren Zahnradelemente 130 und 138 in jedem der ersten und zweiten Planetenradsätze 124 und 126 65 Zähne auf und die inneren Zahnradelemente 132 und 140 in jedem der ersten und zweiten Planetenradsätze 124 und 126 weisen 33 Zähne auf. Das äußere Zahnradelement 146 des dritten Planetenradsatzes 128 weist 94 Zähne auf und das innere Zahnradelement 148 des dritten Planetenradsatzes 128 weist 34 Zähne auf. Mit der voranstehend hierin beschriebenen Ausgestaltung des Getriebes 110 und mit der voranstehend angegebenen Anzahl von Zähnen der inneren und äußeren Zahnradelemente liefert das Getriebe einen mechanischen Punkt (d. h. bei etwa 80,5 km/h (50 MPH)), während es in der ersten Betriebsart arbeitet, bei welchem der erste Motor/Generator 56 eine Drehzahl von Null aufweist. Um die Beschreibung bezüglich des Betriebs der Motoren/Generatoren bei der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform zu vervollständigen, muss der Betrieb des Getriebes in der zweiten Betriebsart betrachtet werden.
  • Der Übergang von der ersten (Betriebsart I) in die zweite (Betriebsart II) Betriebsart wird erreicht, indem die Drehmomentübertragungseinrichtung 170 außer Eingriff gebracht wird und die Anwendung der Drehmomentübertragungseinrichtung 162 fortgesetzt wird. Auf eine Weise, die der voranstehend beschriebenen ersten Betriebsart ähnelt, überlappt die zweite Betriebsart starre Übersetzungsverhältnisse, wie in 5 gezeigt ist.
  • Zu Beginn der zweiten Betriebsart geht der erste Motor/Generator 156 von der Arbeitsweise wie ein Motor zu der Arbeitsweise wie ein Generator über. Der erste Motor/Generator 156 fährt fort, während eines Betriebs des Getriebes 110 in der zweiten Betriebsart wie ein Generator zu arbeiten, während das Fahrzeug Geschwindigkeit aufnimmt von zum Beispiel etwa 112,7 km/h (70 MPH) bis etwa 141,6 km/h (88 MPH). Bei etwa 141,6 km/h (88 MPH) geht der erste Motor/Generator 156 von der Arbeitsweise wie ein Generator über zu der Arbeitsweise wie ein Motor, wenn er einen mechanischen Punkt durchquert, bei dem der Motor/Generator 156 eine Drehzahl von Null aufweist. Der erste Motor/Generator 156 fährt danach fort, wie ein Motor zu arbeiten.
  • Zu Beginn der zweiten Betriebsart fährt der zweite Motor/Generator 172 fort, wie ein Motor zu arbeiten. Tatsächlich arbeitet der zweite Motor/Generator 172 wie ein Motor, bis das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von etwa 141,6 km/h (88 MPH) erreicht, an welchem Punkt er in einen Betrieb als Generator übergeht, und fährt danach fort, wie ein Generator zu arbeiten.
  • Mit der voranstehend hierin beschriebenen Ausgestaltung des Getriebes 110 und mit der voranstehend angegebenen Anzahl von Zähnen der inneren und äußeren Zahnradelemente stellt das Getriebe 110 zwei mechanische Punkte bereit, während es in der zweiten Betriebsart arbeitet. Das heißt, dass bei einer Ausführungsform der erste Motor/Generator 156 eine Drehzahl von Null bei etwa 141,6 km/h (88 MPH) aufweist, und der zweite Motor/Generator 172 eine Drehzahl von Null bei etwa 334,7 km/h (208 MPH) aufweist.
  • Wie in 5 veranschaulicht ist, sind während der zweiten Betriebsart ein drittes und viertes starres Übersetzungsverhältnis verfügbar. Das dritte starre Übersetzungsverhältnis kann durch das gleichzeitige Ineingriffbringen der Kupplungen 162 und 175 hergestellt werden, welches alle Zahnradsätze mit einem Übersetzungsverhältnis 1:1 verriegelt, sodass der Abtrieb 164 mit der gleichen Drehzahl rotiert wie der Antrieb 112.
  • Das vierte starre Übersetzungsverhältnis wird durch das Ineingriffbringen der Kupplungen 162 und 173 hergestellt, um ein starres Überdrehzahl-Übersetzungsverhältnis von 0,74:1 bereitzustellen, wie in 2 gezeigt ist. Bei dem vierten starren Übersetzungsverhältnis sind der erste und zweite Planetenradsatz 124 und 126 aktiv und die Motoren/Generatoren 156 und 172 können frei laufen, ohne dass ein Drehmoment vorhanden ist.
  • Entsprechend stellt das Getriebe 110 drei mechanische Punkte und vier verfügbare starre Übersetzungsverhältnisse bereit, wodurch elektrische Verluste in den Motoren/Generatoren minimiert werden, während in der ersten Betriebsart über die Verriegelungskupplung 175 eine maximale Leistung schnell bereitgestellt wird.
  • Es ist zu verstehen, dass die exakte Stelle der voranstehend erwähnten mechanischen Punkte nicht nur von der Anzahl von Zähnen an den inneren und äußeren Zahnradelementen der Planetenradsätze bestimmt wird, sondern auch von der Drehzahl der Antriebswelle 112. Bei der für die inneren und äußeren Zahnradelemente der beispielhaften Ausführungsform offenbarten Anzahl von Zähnen wird folglich ein Anstieg der Drehzahl der Antriebswelle 112 die Stellen der mechanischen Punkte zu höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten verschieben und umgekehrt wird eine Verringerung bei der Drehzahl des Antriebselements 112 die mechanischen Punkte zu niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten verschieben.
  • Die Rückwärtsbetriebsart wird bewirkt, indem die ECU 38 den zweiten Motor/Generator 172 wie einen Motor arbeiten lässt, aber seine Drehrichtung von der Richtung, in welche sich der zweite Motor/Generator 172 dreht, wenn das Fahrzeug anfangt, sich aus einer stationären Stellung in der ersten Betriebsart vorwärts zu bewegen, umkehrt.
  • Das elektromechanische kombiniert-leistungsverzweigte Getriebe 110 mit zwei Betriebsarten verwendet somit eine Verriegelungskupplung und stellt vier verfügbare mechanische Punkte bereit. Es ermöglicht, dass eine maximale Leistung zum Ziehen und Schleppen schneller erreicht wird und ermöglicht die Verwendung kleinerer elektrischer Komponenten. Durch das Bereitstellen starrer Übersetzungsverhältnisse bei einem elektrischen variablen Getriebe wird eine maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit mit vernünftigen Kosten erreicht.
  • Die Verriegelungskupplung 175, die zwischen Planetenträger 144 und dem Sonnenrad 140 schematisch gezeigt ist, kann auch so angeordnet sein, dass sie das Hohlrad 138 und das Sonnenrad 140 verbindet, und wird die gleiche Verriegelungsfunktion bereitstellen. Alternativ kann die Verriegelungskupplung 175 das Sonnenrad 140 und das Hohlrad 148 des zweiten Planetenradsatzes 126 verbinden. Als eine weitere Alternative kann die Verriegelungskupplung 175 den Träger 136 und das Hohlrad 130 des ersten Planetenradsatzes 124 verbinden.
  • Immer noch mit Bezugnahme auf 1 wird in Übereinstimmung mit Aspekten dieser speziellen Erfindung das Fahrzeug 30 im Betrieb betrieben, indem Leistung an die Räder 36 von der Brennkraftmaschine 48 und der Elektromotoranordnung 50 abwechselnd und/oder von der Brennkraftmaschine 48 und der Elektromotoranordnung 50 gleichzeitig geliefert wird. Um die Elektromotoranordnung 50 mit Leistung zu versorgen, wird DC-Leistung von der Batterie 42 an den Wechselrichter 44 geliefert, welcher die DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt, bevor die Leistung an die Elektromotoren 156 und 172 gesandt wird. Wie der Fachmann feststellen wird, wird die Umwandlung von DC-Leistung in AC-Leistung im Wesentlichen ausgeführt, indem die Transistoren in dem Wechselrichter 44 mit einer "Schaltfrequenz", wie zum Beispiel 12 Kilohertz (kHz) betrieben (d. h. wiederholt geschaltet) werden.
  • Wieder mit Bezug auf 2 erzeugt der Controller 56 allgemein ein Pulsbreitenmodulationssignal (PWM-Signal), um die Schaltaktion des Wechsel richters 44 zu steuern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Controller 56 vorzugsweise ein unstetiges PWM-Signal (DPWM-Signal) mit einem einzigen Nullvektor, der jedem Schaltzyklus des Wechselrichters 44 zugeordnet ist. Der Wechselrichter 44 wandelt dann das PWM-Signal in eine modulierte Spannungswellenform um, um den Motor 50 zu betreiben.
  • Um den Betrieb des Motors 50 zu optimieren, überwacht der Modulator 58 die von dem Wechselrichter 44 erzeugte modulierte Spannungswellenform und ermittelt, wann das Schalten des Wechselrichters 44 in einer Verzerrungsregion stattfindet, die auf nichtlinearen Begrenzungen (z. B. eine minimale Impulsbreite und eine Totzeit) beruht, welche dem Wechselrichter 44 zugeordnet sind. Wenn der Wechselrichter 44 in der Verzerrungsregion arbeitet, weist der Modulator 58 den Controller 56 an, ein modifiziertes DPWM-Signal zu übertragen, das die Verzerrungsregion kompensiert (z. B. durch ein Variieren eines Tastverhältnisses für jeden Phasenschenkel des Schaltzyklus).
  • DPWM-Steuerungsverfahren bringen in die angelegte Ausgangsspannung aufgrund der Nichtlinearität des Wechselrichters durch Totzeit- und minimale Impulsbreitenbeschränkungen eine Verzerrung ein. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Anwenden verschiedener Kompensationsverfahren auf die DPWM-Steuerung bereitgestellt, welches einen minimierten Verzerrungsbetrag über den gesamten Betriebsbereich des Systems ermöglicht.
  • Die minimale von Null verschiedene Einschaltdauer eines speziellen DPWM-Steuerungszyklus kann als tmin definiert sein, während die maximale nicht kontinuierliche Einschaltdauer eines speziellen DPWM-Steuerungszyklus als tmax definiert sein kann. Wie der Fachmann feststel len wird, können die durch tmin und tmax definierten physikalischen Zeitintervalle aus der verwendeten Hardware (Wechselrichterschalter und Gatetreiber) in Verbindung mit der Flexibilität der verfügbaren Hardware, die zur Implementierung des gewünschten DPWM-Verfahrens verwendet wird, ermittelt werden. Beispielsweise können einige Hardwareimplementierungen des Controllers bei einigen oder allen Fällen die Zeitintervalle mehr oder weniger begrenzen. Aus den physikalischen Zeitintervallen können nicht fest eingestellte Grenzen für das Tastverhältnis ausgedrückt werden als dmin = Fehler! tmin (1) dmax = Fehler! tmax (2)wobei ts das Zeitintervall des DPWM-Steuerungszyklus darstellt. Der Kehrwert des Steuerungszyklus liefert die Wechselrichterschaltfrequenz oder Trägerfrequenz (fs). Mathematisch kann die Trägerfrequenz ausgedrückt werden als fs = Fehler! (3)Außerdem ist festzustellen, dass eine variable Trägerfrequenz eingesetzt werden kann, die derart begrenzt ist, dass fs_min ≤ fs ≤ fs_max (4)
  • Es ist anzumerken, dass aufgrund einer veränderbaren Trägerfrequenz sich die maximalen und minimalen nicht fest eingestellten Tastverhältnisse, welche bei dem speziellen Arbeitspunkt erreicht werden können, gemäß den Gleichungen 1–4 wie voranstehend angegeben ebenfalls mit der Trägerfrequenz ändern.
  • Der Modulationsindex des PWM-Signals definiert die Amplitude der Grundkomponente der Ausgangsspannung. Dieser wird oft mit Hilfe der maximalen Grundausgangsspannung definiert, welche von dem Wechselrichter bei dem sechsstufigen Betrieb, der nachstehend beschrieben wird, erzeugt werden kann. Der Modulationsindex ist dann gegeben als
    Figure 00350001
    wobei V*1 die befohlene Amplitude der Grundkomponente ist und Vdc die maximale Ausgangsspannung der Batterie 42 ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungsverfahren bereitgestellt, welches ein optimales DPWM-Kompensationsverfahren auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des Elektroantriebssystems wählt. Insbesondere kann die Wahl des geeigneten Kompensationsverfahrens zumindest teilweise auf dem in dem Elektroantriebssystem vorliegenden Modulationsindex basieren. Bei einer Ausführungsform wählt das Steuerungsverfahren zwischen drei Kompensationsverfahren (d. h. einem ersten, einem zweiten und einem dritten Verfahren).
  • Die drei Kompensationsverfahren können als ein "Kompensationsverfahren mit einem niedrigen Modulationsindex (LowMod)", ein "Kompensationsverfahren mit einem mittleren Modulationsindex (MidMod)", und ein "Kompensationsverfahren mit einem hohen Modulationsindex (HighMod)" verallgemeinert werden. Wie durch die bereitgestellten verallgemeinerten Bezeichnungen nahegelegt wird, wird das LowMod oder (erste) Kompensationsverfahren bei Augenblicken mit relativ niedrigen Modulationsindizes eingesetzt, das MidMod (oder zweite) Kompensationsverfahren wird bei Augenblicken mit Modulationsindizes in einem mittleren Bereich eingesetzt, und das HighMod (oder dritte) Kompensationsverfahren wird bei Augenblicken mit relativ hohen Modulationsindizes eingesetzt. Beispiele dieser Kompensationsverfahren sind nachstehend genau beschrieben.
  • 6 ist eine graphische Veranschaulichung der Verwendung jedes der Kompensationsverfahren in Bezug auf den Modulationsindex und die Trägerfrequenz (fs) des Elektroantriebssystems gemäß dem Steuerungsverfahren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist, umfasst der Graph eine Region für jedes der Kompensationsverfahren: eine LowMod-Region 200, eine MidMod-Region 202 und eine HighMod-Region 204. Wie 6 veranschaulicht, wird das LowMod-Kompensationsverfahren bei Perioden eingesetzt (d. h. verwendet oder angewandt), in welchen das System einen niederen Modulationsindex (d. h. innerhalb der LowMod-Region 200) an den Motor anlegt. Bei Perioden mit mittleren Modulationsindizes (d. h. in der MidMod-Region 202) verwendet das Verfahren das MidMod-Kompensationsverfahren. In der Nähe der Grenze zwischen der LowMod-Region 200 und der MidMod-Region 202 wählt das Verfahren das gewünschte Kompensationsverfahren unter Verwendung eines Hysteresebands 206 (oder eines anderen Übergangsverfahrens) zwischen den zwei jeweiligen Kompensationsverfahren.
  • Bei einer Ausführungsform wird die Untergrenze des Hysteresebands bei der LowMod-Region 200 in etwa ermittelt aus
    Figure 00360001
    und die Grenze zwischen der MidMod-Region 202 und der HighMod-Region 204 ergibt sich annähernd aus
    Figure 00370001
  • Das Steuerungsverfahren kann mehrere mögliche Verfahren zum Übergang zwischen den Kompensationsregionen 200, 202 und 204 verwenden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wendet das System das HighMod-Kompensationsverfahren an, wenn sich die Trägerfrequenz bei ihrem Maximalwert (fs_max) befindet und der Controller 56 ermittelt, dass sich der durch die Gleichung 7 berechnete Modulationsindex in der HighMod-Region 204 befindet. Wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wendet der Controller 56 das HighMod-Kompensationsverfahren mit einem zusätzlichen Hystereseband 208 (oder einem anderen Übergangsverfahren) derart an, dass das System wieder in das MidMod-Kompensationsverfahren wechselt, wenn der geforderte Modulationsindex abnimmt. Im Fall, dass der Controller 56 ermittelt, dass sich der durch die Gleichung 7 berechnete Modulationsindex in der HighMod-Region befindet, sich die Schaltfrequenz aber nicht bei ihrem Maximalwert befindet, wendet der Controller 56 das LowMod-Kompensationsverfahren an.
  • Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wendet der Controller 56 das HighMod-Kompensationsverfahren unabhängig von der Trägerfrequenz an. Bei einer derartigen Ausführungsform ist das zusätzliche Hystereseband 208 in der Nähe der Grenze zwischen der MidMod-Region 202 und der HighMod-Region 204 ebenfalls vorgesehen, wobei die Obergrenze des Hysteresebands der MidMod-Kompensation durch die Gleichung 7 bereitgestellt wird.
  • Bei einer dritten bevorzugten Ausführungsform wendet der Controller 56 das LowMod-Kompensationsverfahren bei allen Modulationsindizes an, ob nun ein zusätzliches Kompensationsverfahren (d. h. MidMod- oder High-Mod-Kompensation) angewandt wird oder nicht. Bei einer derartigen Ausführungsform ist festzustellen, dass die Kompensationsgrenzen (d. h. dmax und dmin) so gewählt sind, dass sie weniger restriktiv als diejenigen sind, welche verwendet werden, um irgendwelche zusätzlichen Kompensationsverfahren anzuwenden, sodass das LowMod-Kompensationsverfahren die Arbeitsweise der anderen potenziellen Kompensationsverfahren nicht beeinträchtigt.
  • Folglich wird das Signal unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist. Das Signal wird unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich (d. h. größer oder gleich) dem ersten Modulationsindexwert ist.
  • Bei einer Ausführungsform wird das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, der größer als der erste ist, und sich eine Schaltfrequenz des Wechselrichters bei einem Maximalwert befindet. Das Signal wird unter Verwendung des ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem zweiten Modulationsindexwert ist und sich die Schaltfrequenz des Wechselrichters nicht bei dem Maximalwert befindet. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, der größer als der erste Modulationsindexwert ist.
  • LowMod-Kompensationsverfahren
  • Bei dem LowMod-Kompensationsverfahren wird bei einer Ausführungsform die Auswirkung der Verzerrungen dadurch reduziert, dass eine durchschnittliche Ausgangsspannung in der Verzerrungsregion aufrechterhalten wird. Um eine durchschnittliche Ausgangsspannung in dem unteren Ausgangsspannungsverzerrungsbereich (z. B. zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis und der minimalen Impulsbreite) aufrecht zu erhalten, kann das Tastverhältnis derart modifiziert werden, dass eine Ausgangsspannung, welche der minimalen Impulsbreite zugeordnet ist, während einer Hälfte des unteren Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs erzeugt wird. Um auf ähnliche Weise eine durchschnittliche Ausgangsspannung in dem oberen Ausgangsspannungsverzerrungsbereich (z. B. zwischen der maximalen Impulsbreite und dem maximal erreichbaren Tastverhältnis) aufrecht zu erhalten, kann das Tastverhältnis derart modifiziert werden, dass eine Ausgangsspannung, welche der maximalen Impulsbreite zugeordnet ist, während einer Hälfte des oberen Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs erzeugt wird.
  • Obere und untere Begrenzungswerte können verwendet werden, um anzuzeigen, wann das Tastverhältnis modifiziert werden muss, und wann sich das Tastverhältnis in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet. Zum Beispiel wird bei einer Ausführungsform das Tastverhältnis auf das minimal erreichbare Tastverhältnis (diskret Null) modifiziert, wenn das Tastverhältnis kleiner als der untere Begrenzungswert ist. Das Tastverhältnis wird auf die minimale Impulsbreite modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer oder gleich dem unteren Begrenzungswert ist. Das Tast verhältnis wird auf die maximale Impulsbreite modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer als die maximale Impulsbreite ist. Das Tastverhältnis wird auf das maximal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer als der obere Begrenzungswert ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform werden die unteren und oberen Begrenzungswerte als die Mittelpunkte der jeweiligen Verzerrungsbereiche gewählt (z. B. untere und obere Ausgangsspannungsverzerrungsbereiche), obwohl die Begrenzungswerte bei einem beliebigen Punkt innerhalb der jeweiligen Verzerrungsbereiche gewählt werden können. Zum Beispiel wird der untere Begrenzungswert als der Mittelpunkt zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis und der minimalen Impulsbreite gewählt, und der obere Begrenzungswert wird als der Mittelpunkt zwischen der maximalen Impulsbreite und dem maximal erreichbaren Tastverhältnis gewählt. Wenn sich das Tastverhältnis außerhalb des Verzerrungsbereichs befindet, wird das Tastverhältnis nicht modifiziert, um Verzerrungseffekte zu verringern, und wird in dem Signal beibehalten, das an den Wechselrichter 44 geliefert wird.
  • 7 ist eine graphische Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Phasentastverhältnis und der Impulsbreite und ist nützlich zum Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54, das in 2 gezeigt ist, speziell bezüglich des LowMod-Kompensationsverfahrens. Es werden ein ideales Tastverhältnis 300 und ein Tastverhältnis 302 gezeigt, das gemäß einer Ausführungsform des LowMod-Kompensationsverfahrens modifiziert ist. Die minimale und maximale Impulsbreite (dmin, dmax) skizzieren eine Grenze für den Ausgangsspannungsverzerrungsbereich. Zum Beispiel befindet sich der Ausgangsspannungsverzerrungsbereich unter der minimalen Impulsbreite (dmin) und über der maximalen Impulsbreite (dm) und ist durch das minimal erreichbare Tastverhältnis (z. B. diskret Null) bzw. das maximal erreichbare Tastverhältnis (z. B. diskret Eins) begrenzt. Bei dieser Ausführungsform ist der untere Begrenzungswert (dclipLower) der Mittelpunkt zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis (diskret Null (0)) und der minimalen Impulsbreite (dmin), und der obere Begrenzungswert (dclipUpper) ist der Mittelpunkt zwischen der maximalen Impulsbreite (dm) und dem maximal erreichbaren Tastverhältnis (diskret Eins (1)). Der zweite Begrenzungswert (z. B. dclipUpper) ist größer als der erste Begrenzungswert (z. B. dclipLower). Die minimale und maximale Impulsbreite basieren auf dem Verhindern eines Kurzschlusses der Schaltschaltung.
  • 8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 304 zum Steuern eines Spannungszwischenkreisumrichters gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des LowMod-Kompensationsverfahrens. Mit Bezug auf 2 und 8 weist der Wechselrichter 44 einen Ausgangsspannungsverzerrungsbereich auf. Zum Beispiel liegt in 8 der Ausgangsspannungsverzerrungsbereich zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. einer diskreten Null) und der minimalen Impulsbreite (z. B. dmin), sowie zwischen der maximalen Impulsbreite (z. B. dmax) und einem maximal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. einer diskreten Eins). Das Verfahren 304 beginnt bei Schritt 306 und ein erstes Signal mit einem Tastverhältnis wird bei Schritt 308 empfangen. Zum Beispiel empfängt der Modulator 58 ein PWM-Signal von dem Controller 56. Das Tastverhältnis weist einen Bereich von dem minimal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. einer diskreten Null) bis zu dem maximal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. einer diskreten Eins) auf.
  • Das Tastverhältnis wird auf das minimal erreichbare Tastverhältnis (z. B. diskret Null) modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis innerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs befindet und kleiner als ein erster Begrenzungswert ist (z. B. dclipLower), wie bei Schritt 310 angegeben ist. Das Tastverhältnis wird auf die minimale oder die maximale Impulsbreite modifiziert, je nachdem, welche näher liegt, wenn sich das Tastverhältnis in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet, das Tastverhältnis größer oder gleich dem ersten Begrenzungswert ist und das Tastverhältnis kleiner oder gleich einem zweiten Begrenzungswert ist, wie bei Schritt 312 angezeigt ist. Bei einer Ausführungsform wird das Tastverhältnis auf die minimale Impulsbreite modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und größer oder gleich dem ersten Begrenzungswert ist, und das Tastverhältnis wird auf die maximale Impulsbreite modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und kleiner oder gleich dem zweiten Begrenzungswert ist. Der erste Begrenzungswert kann so gewählt sein, dass er in etwa einen Mittelpunkt zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis und der minimalen Impulsbreite bildet, und der zweite Begrenzungswert kann so gewählt sein, dass er in etwa einen Mittelpunkt zwischen dem maximal erreichbaren Tastverhältnis und der maximalen Impulsbreite bildet.
  • Bei Schritt 314 wird das Tastverhältnis auf das maximal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und größer als der zweite Begrenzungswert ist. Ein zweites Signal wird (z. B. durch den Modulator 58) an den Wechselrichter 44 übertragen, wie bei Schritt 316 angezeigt ist. Das zweite Signal umfasst das Tastverhältnis (z. B. modifiziert oder nicht modifiziert auf der Grundlage der vorhergehenden Schritte). Zum Beispiel wird das Tastverhältnis des ersten Signals in dem zweiten Signal beibehalten, wenn sich das Tastverhältnis außerhalb des Ausgangssparmungsverzerrungsbereichs befindet. Bei einer Ausführungsform sind das erste und zweite Signal DPWM-Signale zum Steuern des Schalternetzwerks des Wechselrichters 44. Das Verfahren 304 endet bei Schritt 318.
  • Der Wechselrichter 44 weist eine erste durchschnittliche Ausgangsspannung auf, die dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich zugeordnet ist (z. B. zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis und der minimalen Impulsbreite). Zudem weist der Wechselrichter 44 eine zweite durchschnittliche Ausgangsspannung auf, die dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich zugeordnet ist (z. B. zwischen der maximalen Impulsbreite und dem maximal erreichbaren Tastverhältnis). Bei dieser Ausführungsform wird die erste durchschnittliche Ausgangsspannung beibehalten, wenn das Tastverhältnis größer oder gleich dem minimal erreichbaren Tastverhältnis ist und das Tastverhältnis kleiner als die minimale Impulsbreite ist. Zudem wird die zweite durchschnittliche Ausgangsspannung beibehalten, wenn das Tastverhältnis größer als die maximale Impulsbreite ist und das Tastverhältnis kleiner oder gleich dem maximal erreichbaren Tastverhältnis ist.
  • 9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 320 zum Steuern eines Spannungszwischenkreisumrichters gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des LowMod-Kompensationsverfahrens. Mit Bezug auf 2 und 9 beginnt das Verfahren 320 bei Schritt 322, und bei Schritt 324 wird ein erstes Signal empfangen (z. B. von dem Modulator 58), das ein Tastverhältnis aufweist. Das Tastverhältnis weist einen Bereich von dem minimal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. diskret Null) bis zu dem maximal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. diskret Eins) auf. Das Tastverhältnis wird modifiziert, um eine erste durchschnittliche Ausgangsspannung in dem ersten Verzerrungsbereich beizubehalten, wenn sich das Tastverhältnis in dem ersten Verzerrungsbereich befindet, wie bei Schritt 326 angezeigt ist. Bei einer Ausführungsform wird das Tastverhältnis auf das minimal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem ersten Verzerrungsbereich befindet und kleiner als ein Begrenzungswert (z. B. dclipLower) in dem ersten Verzerrungsbereich ist, und das Tastverhältnis wird auf das minimale Tastverhältnis modifiziert, wenn das Tastverhältnis in dem ersten Verzerrungsbereich liegt und größer oder gleich dem Begrenzungswert ist. Der Begrenzungswert (z. B. dclipLower) kann so gewählt sein, dass er in etwa einen Mittelpunkt zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis und der minimalen Impulsbreite bildet. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Tastverhältnis auf das minimal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer oder gleich dem minimal erreichbaren Tastverhältnis ist und das Tastverhältnis kleiner als der Begrenzungswert ist, und das Tastverhältnis wird auf die minimale Impulsbreite modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer oder gleich dem Begrenzungswert ist und das Tastverhältnis kleiner als die minimale Impulsbreite ist.
  • Das Tastverhältnis wird modifiziert, um eine zweite durchschnittliche Ausgangsspannung in dem zweiten Verzerrungsbereich beizubehalten, wenn sich das Tastverhältnis in dem zweiten Verzerrungsbereich befindet, wie bei Schritt 328 angezeigt ist. Bei einer Ausführungsform wird das Tastverhältnis auf die maximale Impulsbreite modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem zweiten Verzerrungsbereich befindet und kleiner oder gleich einem Begrenzungswert (z. B. dclipUpper) in dem zweiten Verzerrungsbereich ist, und das Tastverhältnis wird auf das maximal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem zweiten Verzerrungsbereich befindet und größer als der Begrenzungswert ist. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Tastverhältnis auf die maximale Impulsbreite modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer als die maximale Impulsbreite ist und das Tastverhältnis kleiner als der Begrenzungswert ist, und das Tastverhältnis wird auf das maximal erreichbare Tastverhält nis modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer als der Begrenzungswert ist und das Tastverhältnis kleiner oder gleich dem maximal erreichbaren Tastverhältnis ist.
  • Ein zweites Signal wird an den Wechselrichter 44 geliefert, wie bei Schritt 330 angezeigt ist, und das Verfahren endet bei Schritt 332. Das zweite Signal umfasst das Tastverhältnis. Das Tastverhältnis des ersten Signals wird beispielsweise in dem zweiten Signal beibehalten, wenn sich das Tastverhältnis außerhalb des ersten Verzerrungsbereichs und außerhalb des zweiten Verzerrungsbereichs befindet (z. B. zwischen dmin und dmax).
  • MidMod-Kompensationsverfahren
  • 10–12 sind Graphen von Wechselrichterausgangsspannungen mit Verzerrungsregionen, die zum Verständnis des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54 nützlich sind, insbesondere mit Bezug auf das MidMod-Kompensationsverfahren. Die Wechselrichterausgangsspannungen sind durch Vektoren V1, V2, V3, V4, V5 und V6 dargestellt, die dem Schalten für jede Phase (z. B. jede von drei Phasen) des Schaltzyklus entsprechen. Jede der Phasen weist zwei Stati auf (d. h. einer diskreten Eins und einer diskreten Null entsprechend). Mit Bezug auf 3 und 10–12 ist zum Beispiel V1 der Spannungsvektor, der einem diskreten Eins-Status des ersten Paars von Schaltern 60 und 66 und einem diskreten Null-Status sowohl des zweiten als auch des dritten Paars von Schaltern 62 und 68 und 64 und 70 entspricht. V2 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Eins-Status sowohl des ersten als auch des zweiten Paars von Schaltern 60 und 66 und 62 und 68 und einem diskreten Null-Status des dritten Paars von Schaltern 64 und 70 entspricht. V3 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Null-Status sowohl des ersten als auch des dritten Paars von Schaltern 60 und 66 und 64 und 70 und einem diskreten Eins-Status des zweiten Paars von Schaltern 62 und 68 entspricht. V4 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Null-Status des ersten Paars von Schaltern 60 und 66 und einem diskreten Eins-Status sowohl des zweiten als auch des dritten Paars von Schaltern 62 und 68 und 64 und 70 entspricht. V5 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Null-Status sowohl des ersten als auch des zweiten Paars von Schaltern 60 und 66 und 62 und 68 und einem diskreten Eins-Status des dritten Paars von Schaltern 64 und 70 entspricht. V6 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Eins-Status sowohl des ersten als auch des dritten Paars von Schaltern 60 und 66 und 64 und 70 und einem diskreten Null-Status des zweiten Paars von Schaltern 62 und 68 entspricht. Ein Nullvektor (z. B. im Zentrum der Graphen) entspricht entweder einem diskreten Eins-Status für jedes der Paare von Schaltern 60 und 66, 62 und 68, und 64 und 70 oder einem diskreten Null-Status für jedes der Paare von Schaltern 60 und 66, 62 und 68, und 64 und 70.
  • Eine Verzerrungsregion 400, die der dreißig Grad (30°) voreilenden Leistungsfaktorlast von DPWMO zugeordnet ist, ist in 10 gezeigt, eine Verzerrungsregion 402, die der einheitlichen Leistungsfaktorlast von DPWM1 zugeordnet ist, ist in 11 gezeigt, und eine Verzerrungsregion 404, die der dreißig Grad (30°) nacheilenden Leistungsfaktorlast zugeordnet ist, die DPWM2 zugeordnet ist, ist in 13 gezeigt. Bei allen Betriebsbedingungen ist das Schaltnetzwerk minimalen Impulsbreitengrenzen und Totzeit-Begrenzungen unterworfen, welche nichtlineare Begrenzungen sind, die durch die Verzerrungsregionen dargestellt werden. Da die Wechselrichterbegrenzungen der minimalen Impulsbreite und der Totzeit starre Zeitwerte sind, schwankt die Winkelbreite (θ) oder Spanne der Verzerrungsregion, wie in 12 gezeigt ist, mit der Modulationstiefe der Ausgangsspannung und der Schaltfrequenz des Schaltnetzwerks.
  • Die Schalter 60–70 können auf der Grundlage eines modifizierten verallgemeinerten DPWM-Verfahrens (GDPWM-Verfahrens) derart aktiviert (z. B. geschlossen) werden, dass das fest eingestellte Segment in Abhängigkeit von dem Leistungsfaktor oder einer anderen Bedingung eingestellt wird. Im Allgemeinen ist das GDPWM-Verfahren bei Hybridfahrzeuganwendungen vorzuziehen, weil Wechselrichterverluste gegenüber stetigen PWM-Verfahren verringert werden können. Da der Nullvektor leicht moduliert werden kann, kann GDPWM für jede beliebige Betriebsbedingung konfiguriert werden. Bei GDPWM werden die Verzerrungsregionen jedoch durch einen Winkelversatz zu den Sektorübergängen gedreht, und somit verändern sich die Verzerrungsregionen bei GDPWM kontinuierlich. Durch eine korrekte Steuerung der Ausgangsimpulse des DPWM-Signals von dem Controller 56, wie durch den Modulator 58 modifiziert, werden die Auswirkungen dieser Nichtlinearitäten (die durch die Verzerrungsregionen dargestellt sind), kompensiert. Bei GDPWM wählt der Modulator 58 einen geeigneten Nullvektor auf der Grundlage des maximalen Phasenstroms, dessen Winkel mit dem Lastleistungsfaktor schwankt.
  • 13 ist ein Graph mit mehreren Verzerrungsspannen, der zum weiteren Verständnis des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54 nützlich ist. Die Verzerrungsspannen variieren auf der Grundlage der Schaltfrequenz (z. B. 2 kHz, 4 kHz, 6 kHz, 8 kHz, 10 kHz und 12 kHz) und eines Modulationsindex. Weil die Verzerrungsspanne mit der Schaltfrequenz variiert, kann es sein, dass ein Schalten des Nullvektors nur in Abhängigkeit von der räumlichen Lage des befohlenen Spannungsvektors (z. B. in den Raumvektordiagrammen, die in 10–12 gezeigt sind) nicht praktisch ist, da sich die Verzerrungsregionen kontinuierlich ändern, wenn die GDPWM verwendet wird. Das modifizierte GDPWM-Verfahren wählt den Nullvektor, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet, indem es mit den Phasentastverhältnisbefehlen direkt arbeitet.
  • 14–17 sind Phasentastverhältnisse, die zum weiteren Verständnis des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54 nützlich sind. 14 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc) für einen Schaltzyklus. Das Phasentastverhältnis da befindet sich in einer Verzerrungsregion zwischen dem minimalen Tastverhältnis (dmin) und diskret Null, während sich das Phasentastverhältnis dc bei diskret Null befindet. Das Phasentastverhältnis db befindet sich zwischen dmin und dem maximalen Tastverhältnis (dmax). 15 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und de), nachdem das Tastverhältnis des Nullvektors zu den Tastverhältnissen jedes Phasenschenkels des in 14 gezeigten Schaltzyklus addiert wurde. In 15 befinden sich die Phasentastverhältnisse da und de nun zwischen dmin und dmax und db befindet sich nun bei diskret Eins. Durch das Addieren des Tastverhältnisses des Nullvektors zu den Tastverhältnissen jedes Phasenschenkels in dem Schaltzyklus, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in der Verzerrungsregion zwischen dmin und diskret Null befindet, wird diese Verzerrungsregion von dem Spannungszwischenkreisumrichtersystem 54 kompensiert.
  • 16 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc) für einen weiteren Schaltzyklus. Das Phasentastverhältnis da befindet sich in einer Verzerrungsregion zwischen dmax und diskret Eins, das Phasentastverhältnis dc befindet sich bei diskret Eins und das Phasentastverhältnis db befindet sich zwischen dmin und dmax. 17 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc), nachdem das Tastverhältnis des Nullvektors von den Tastverhältnissen jedes Phasenschenkels des in 16 gezeigten Schaltzyklus subtrahiert wurde. In 17 befinden sich die Phasentastverhältnisse da und dc nun zwischen dmin und dmax und das Phasentastverhältnis db be findet sich nun bei diskret Null. Durch das Subtrahieren des Tastverhältnisses des Nullvektors von den Tastverhältnissen jedes Phasenschenkels in dem Schaltzyklus, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in der Verzerrungsregion zwischen dmin und diskret Null befindet, wird diese Verzerrungsregion von dem Spannungszwischenkreisumrichtersystem 54 kompensiert.
  • Zurück auf 2 Bezug nehmend überträgt bei einer beispielhaften Ausführungsform der Modulator 58 ein Steuerungssignal oder Modulationssignal an den Controller 56, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in der Verzerrungsregion befindet. Dieses Steuerungssignal oder Modulationssignal ändert das DPWM-Signal, indem das Tastverhältnis jedes Phasenschenkels in dem Schaltzyklus durch ein Tastverhältnis des Nullvektors verändert wird. Wenn zum Beispiel ein Phasenschenkel des Schaltzyklus kleiner als dmin (und nicht diskret Null) ist, addiert der Modulator 58 das Tastverhältnis des Nullvektors zu jedem Phasenschenkel in dem Schaltzyklus. Wenn ein Phasenschenkel des Schaltzyklus größer als dmax (und nicht diskret Eins) ist, subtrahiert der Modulator 58 das Tastverhältnis des Nullvektors von jedem Phasenschenkel in dem Schaltzyklus. Der Controller 56 überträgt das modifizierte DPWM-Signal an den Wechselrichter 44.
  • 18 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 406 zum Steuern eines Spannungszwischenkreisumrichters gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des MidMod-Kompensationsverfahrens. Das Verfahren beginnt bei Schritt 408. Bei Schritt 410 wird dem Motor 50 eine Spannung auf der Grundlage eines Schaltzyklus und eines Ausgangsspannungsvektors geliefert. Der Schaltzyklus weist mehrere Phasenschenkel und einen Nullvektor auf. Ein Tastverhältnis jedes der mehreren Phasenschenkel wird durch ein Tastverhältnis des Nullvektors modifiziert, wenn sich der Ausgangs spannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet. Bei Schritt 412 wird ein Tastverhältnis des Nullvektors zu jedem der mehreren Phasenschenkel addiert, wenn ein Tastverhältnis eines ersten Phasenschenkels des Schaltzyklus kleiner als ein minimales Tastverhältnis ist, was die Verzerrungsregion anzeigt. Bei Schritt 414 wird das Tastverhältnis des Nullvektors von jedem der mehreren Phasenschenkel subtrahiert, wenn ein Tastverhältnis eines zweiten Phasenschenkels größer als ein maximales Tastverhältnis ist, was die Verzerrungsregion anzeigt. Das Verfahren 206 endet bei Schritt 416.
  • HigMod-Kompensationsverfahren
  • 19 ist eine Eingangsmodulationswellenform, die zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54 nützlich ist, insbesondere in Hinsicht auf das HighMod-Kompensationsverfahren. Um die Erläuterung zu vereinfachen ist die Eingangsmodulationswellenform mit Bezug auf die Tastverhältnisse gezeigt und beschrieben, welche der positiven Halbwelle eines Eingangsmodulationssignals (z. B. eines PWM-Signals) zugeordnet sind, das an den Wechselrichter 44 geliefert wird. Die Eingangsmodulationswellenform umfasst auch eine im Wesentlichen symmetrische negative Halbwelle für jeden Grundzyklus des Eingangsmodulationssignals. Zudem entspricht die positive Halbwelle des Eingangsmodulationssignals einem einzelnen Phasenschenkel des Wechselrichters 44. Sobald der Modulationsindex (Mi) über einen Wert hinaus ansteigt, bei dem ein befohlenes Tastverhältnis (d) größer als eine maximale Tastverhältnisgrenze (dmax) oder kleiner als eine minimale Tastverhältnisgrenze (dmin) ist, kann die Beziehung von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung des Spannungszwischenkreisumrichters nichtlinear werden.
  • 20 ist eine Ausgangsmodulationswellenform, die zur weiteren Erläuterung des Betriebs des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54 nützlich ist. Um die Erläuterung zu vereinfachen ist die Ausgangsmodulationswellenform mit Bezug auf die Tastverhältnisse gezeigt und beschrieben, welche der positiven Halbwelle eines modifizierten Modulationssignals (z. B. eines modifizierten PWM-Signals) zugeordnet sind, das an den Spannungszwischenkreisumrichter geliefert wird. Um die Linearität von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung der Grundkomponente des Spannungszwischenkreisumrichters im Wesentlichen beizubehalten, wird die in 19 gezeigte Eingangsmodulationswellenform auf die maximale Tastverhältnisgrenze (dmax) zwischen ersten und zweiten Phasenwinkeln (z. B. α1 und α2) der ersten positiven Hälfte der Eingangsmodulationswellenform (z. B. zwischen etwa 0° und etwa 90°) beschränkt. Sobald der elektrische Phasenwinkel der Eingangsmodulationswellenform den zweiten Phasenwinkel (α2) erreicht hat, wird das Tastverhältnis auf ein Referenzpotenzial, wie etwa eine obere Spannungssammelschiene, begrenzt. Bei einer zweiten positiven Hälfte (z. B. zwischen etwa 90° und etwa 180°) wird die in 19 gezeigte Eingangsmodulationswellenform auf ähnliche Weise bei ersten und zweiten Phasenwinkeln der zweiten positiven Hälfte, die zu den ersten und zweiten Phasenwinkeln (α1, α2) der ersten Hälfte der positiven Hälfte der Eingangsmodulationswellenform bei etwa 90° symmetrisch sind, auf dmax begrenzt. Das Ergebnis dieses Vorgangs ist die in 20 gezeigte Ausgangsmodulationswellenform. Zudem wird dieser Vorgang des Begrenzens des Tastverhältnisses in der ersten und zweiten Hälfte der positiven Halbwelle des Eingangsmodulationssignals für die erste und zweite Hälfte der negativen Halbwelle des Eingangsmodulationssignals wiederholt.
  • Ein minimaler Modulationsindex (Mi_min), bei welchem diese Kompensation auftritt (z. B. die Modifikation der Tastverhältnisse der Eingangsmodulationswellenform), wird vorzugsweise abgeleitet aus: Mi_min = Fehler! (8)wobei dmax auf ± 0,5 bezogen ist, wie in 19 und 20 gezeigt ist, und der Faktor k gegeben ist als: k = 2Vdc/p (9)
  • Ein Übermodulationsbereich, der einem maximalen Modulationsindex (Mi_max) entspricht, tritt auf bei: Mi_max = p/2√3 ≈ 0,907 (10)
  • Der minimale Modulationsindex (Mi_min) und der maximale Modulationsindex (Mi_max) bilden einen Kompensationsbereich (z. B. Mi_min < Mi < Mi_max) für eine mögliche Verzerrung der Beziehung von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung des Spannungszwischenkreisumrichters.
  • Wenn sich der Modulationsindex (Mi) in dem Verzerrungsbereich (z. B. Mi_min < Mi < Mi_max) befindet, ist der erste Phasenwinkel (α1) eine Funktion sowohl des Modulationsindex (Mi) als auch der maximalen Impulsbreite und wird ermittelt durch Lösen von dmax = Mi k sin (α1) – ½ – Mi k sin (α1 – 2π/√3) (11)
  • Sobald der erste Phasenwinkel (α1) bekannt ist, wird der zweite Phasenwinkel (α2), welcher ebenfalls eine Funktion sowohl des Modulationsindex (Mi) als auch der maximalen Impulsbreite ist, ermittelt durch Lösen von Mi k= 1/π2 [2 M k π α1 + 2 Mi α1 + √3Mi – 2π] + 1/π2 [2π cos (α1) – Mi k π sin (2α1) – 2 Mi sin (2a1 + π/3)] + 4/π dmax [cos (α1) – cos (α2) ] + πcos (α2) (12)
  • Der Wert von dclip variiert mit dem ersten und zweiten Phasenwinkel (α1, α2), welche wiederum mit dem befohlenen Modulationsindex (Mi) und der maximalen Impulsbreite variieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Wert von dclip vorbestimmt und für einen Zugriff durch den Controller 56 (2) gespeichert sein (z. B. in einer Nachschlagetabelle), um Tastverhältnisse zu ermitteln, die normalerweise an den Wechselrichter 44 (1) geliefert werden. Unter Verwendung dieses vorbestimmten Werts von dclip für den befohlenen Modulationsindex (Mi) können die Impulse, die tatsächlich an das Schalternetzwerk übertragen werden, von dem Controller 56 modifiziert werden.
  • Wenn der befohlene Modulationsindex (Mi) größer als der maximale Modulationsindex (Mi_max) ist, kann der Wert von dclip angenähert werden zu dclip = 1/2 – 1/2 (1/2 – dmax) (13)
  • Mit Bezug auf 2 und 21 ist ein Verfahren 500 zum Steuern eines Modulationssignals für den Wechselrichter 44 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des HighMod-Kompensationsverfahrens gezeigt. Das Verfahren 500 beginnt bei Schritt 502 und der Controller 56 ermittelt bei Schritt 504, ob der befohlene Modulationsindex (Mi) größer als der minimale Modulationsindex (Mi_min) ist. Wie zuvor erwähnt zeigt der minimale Modulationsindex (Mi_min) einen Verzerrungsbereich an, welcher der maximalen Tastverhältnisgrenze (dm) entspricht. In dem Fall, dass der befohlene Modulationsindex (Mi) kleiner als der minimale Modulationsindex (Mi_min) ist, ermittelt der Controller 56 die Tastverhältnisse für jeden Phasenschenkel des Eingangsmodulationssignals bei Schritt 506. Zum Beispiel ermittelt der Controller 56 für einen dreiphasigen Spannungszwischenkreisumrichter die Tastverhältnisse der Phasenschenkel für jede der drei Phasen. Nachdem die Tastverhältnisse bei Schritt 506 ermittelt wurden, überträgt der Controller 56 bei Schritt 508 ein Ausgangstastverhältnis an den Wechselrichter 44.
  • In dem Fall, dass der befohlene Modulationsindex (Mi) größer als der minimale Modulationsindex (Mi_min) ist, ermittelt der Controller 56 bei Schritt 510 die Tastverhältnisse für jeden Phasenschenkel des Eingangsmodulationssignals. Nachdem die Tastverhältnisse bei Schritt 510 bestimmt wurden, ermittelt der Controller 56 bei Schritt 512, ob der befohlene Modulationsindex (Mi) größer als der maximale Modulationsindex (Mi_max) ist. In dem Fall, dass der befohlene Modulationsindex (Mi) kleiner als der maximale Modulationsindex (Mi_max) ist, begrenzt der Controller 56 bei Schritt 514 das Tastverhältnis auf die maximale Tastverhältnisgrenze dmax bei einem ersten Satz von Phasenwinkeln (α1, α2), wenn Mi_min < Mi < Mi_max ist.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform stellt der Controller 56 das Eingangsmodulationssignal auf ein erstes Potenzial fest ein, wenn das Tastverhältnis den ersten Phasenwinkel (α1) erreicht, was die maximale Tast verhältnisgrenze (dmax) anzeigt, und er stellt das Signal auf ein zweites Potenzial fest ein, wenn das Tastverhältnis einen zweiten Phasenwinkel (α2) erreicht.
  • Aus den voranstehenden Gleichungen 9 und 10 tritt bei einer beispielhaften Ausführungsform der Übermodulationsbereich, der dem maximalen Modulationsindex (Mi_max) entspricht, auf bei: Mi_max = p/2√3 ≈ 0,907.
  • Der Controller 56 begrenzt das Tastverhältnis bei Schritt 516 auf die maximale Tastverhältnisgrenze dmax bei einem zweiten Satz von Phasenwinkeln (α1, α2), der von dem ersten Satz von Phasenwinkeln verschieden ist, wenn Mi > Mi_max ist. Zum Beispiel stellt der Controller 56 das Eingangsmodulationssignal auf ein erstes Potenzial fest ein, wenn das Tastverhältnis den ersten Phasenwinkel (α1) erreicht, was die maximale Tastverhältnisgrenze (dmax) anzeigt, und er stellt das Signal auf ein zweites Potenzial fest ein, wenn das Tastverhältnis einen zweiten Phasenwinkel (α2) erreicht, wenn Mi > Mi_max ist.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die zweite Tastverhältnisgrenze (dclip) bestimmt durch: dclip = 1/2 – 1/2 (1/2 – dmax) (14)
  • Nachdem das Tastverhältnis bei Schritt 516 auf die zweite Tastverhältnisgrenze begrenzt wurde, überträgt der Controller 56 bei Schritt 508 das Ausgangstastverhältnis, wie es dem modifizierten Signal zugeordnet wurde. Das Verfahren endet bei Schritt 518.
  • Obwohl die beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf ein DPWM-Signalverfahren gezeigt und beschrieben wurde, eines, das für eine Leistungsfaktorlast von Eins (z. B. DPWM1) schaltverlustoptimiert ist, können die Gleichungen, welche die verschiedenen Tastverhältnisse darstellen, für andere DPWM-Signalverfahren modifiziert werden.
  • Obwohl mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte verstanden sein, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten offengelegt ist.
  • 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
    • - US 5009301 [0042, 0061, 0074]

Claims (20)

  1. Kraftfahrzeugantriebssystem, das umfasst: eine Leistungsquelle eines Antriebsaggregats; ein elektromechanisches kombiniert-leistungsverzweigtes Getriebe mit zwei Betriebsarten, das mit der Leistungsquelle des Antriebsaggregats gekoppelt ist, wobei das Getriebe einen ersten und zweiten Motor umfasst; einen Wechselrichter, der mit dem ersten und zweiten Motor gekoppelt ist; und einen Prozessor, der mit dem ersten und zweiten Motor und dem Wechselrichter gekoppelt ist, wobei der Prozessor ausgestaltet ist, um: ein Signal, das den Wechselrichter steuert, unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist; und das Signal unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  2. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 1, wobei das Getriebe ferner umfasst: ein Antriebselement, um Leistung von dem Antriebsaggregat zu empfangen; ein Abtriebselement, um Leistung aus dem Getriebe zu liefern; erste, zweite und dritte koaxial ausgerichtete Planetenradanordnungen, wobei jede Planetenradanordnung erste, zweite und dritte Zahnradelemente verwendet, wobei der erste und zweite Motor miteinander und mit den drei Planetenradanordnungen koaxial ausgerichtet sind, wobei mindestens eines der ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente in der ersten oder zweiten Planetenradanordnung mit dem ersten Motor verbunden ist, und ein weiteres der ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente in der zweiten und dritten Planetenradanordnung mit dem zweiten Motor verbunden ist, wobei eines der Zahnradelemente der ersten Planetenradanordnung mit dem Antriebselement kontinuierlich verbunden ist; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente, die jeder Planetenradanordnung zugeordnet sind, miteinander und mit dem Abtriebselement selektiv zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente des dritten Planetenradsatzes mit Masse selektiv zu verbinden; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes mit einem weiteren der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes selektiv zu verbinden; ein erstes Verbindungselement, das eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich verbindet; und ein zweites Verbindungselement, das eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des dritten Planetenradsatzes kontinuierlich verbindet.
  3. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 2, wobei der Prozessor ferner ausgestaltet ist, um: das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist und sich eine Schaltfrequenz des Wechselrichters bei einem Maximalwert befindet, wobei der zweite Modulationsindexwert größer als der erste Modulationsindexwert ist; und das Signal unter Verwendung des ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem zweiten Modulationsindexwert ist und sich die Schaltfrequenz des Wechselrichters nicht bei dem Maximalwert befindet.
  4. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 2, wobei der Prozessor ferner ausgestaltet ist, um das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, wobei der zweite Modulationsindexwert größer als der erste Modulationsindexwert ist.
  5. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 4, wobei der Prozessor ferner ausgestaltet ist, um das Signal unter Verwendung des ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  6. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 3, wobei der erste Modulationsindexwert zumindest teilweise auf einer minimalen von Null verschiedenen Dauer eines Steuerungszyklus des Antriebssystems basiert und der zweite Modulationsindexwert zumindest teilweise auf einer maximalen nicht kontinuierlichen Dauer des Steuerungszyklus des Antriebssystems basiert, wobei der erste und zweite Modulationsindexwert zumindest teilweise auf der Schaltfrequenz des Wechselrichters basieren, wobei das Antriebssystem eine minimale Impulsbreite, die zumindest teilweise auf der minimalen von Null verschiedenen Dauer des Steuerungszyklus des Antriebssystems und der Schaltfrequenz des Wechselrichters basiert, eine maximale Impulsbreite, die zumindest teilweise auf der maximalen nicht kontinuierlichen Dauer des Steuerungszyklus des Antriebssystems und der Schaltfrequenz des Wechselrichters basiert, und einen Ausgangsspannungsverzerrungsbereich aufweist, der sich außerhalb der minimalen und maximalen Impulsbreite befindet.
  7. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 6, wobei das Signal ein erstes Signal ist, das ein Tastverhältnis aufweist, und das erste Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: das erste Signal empfangen wird, wobei das Tastverhältnis des ersten Signals einen Bereich von einem minimal erreichbaren Tastverhältnis bis zu einem maximal erreichbaren Tastverhältnis aufweist; ein zweites Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des ersten Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und kleiner als ein erster Begrenzungswert ist, wobei das zweite Signal das minimal erreichbare Tastverhältnis aufweist; ein drittes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des ersten Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet, und entweder das Tastverhältnis des ersten Signals mindestens gleich dem ersten Begrenzungswert ist oder das Tastverhältnis des ersten Signals nicht größer als ein zweiter Begrenzungswert ist, wobei das dritte Signal die minimale oder die maximale Impulsbreite aufweist, je nachdem, welche sich näher bei dem Tastverhältnis des ersten Signals befindet, wobei der zweite Begrenzungswert größer als der erste Begrenzungswert ist; ein viertes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des ersten Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und größer als der zweite Begrenzungswert ist, wobei das vierte Signal das maximal erreichbare Tastverhältnis aufweist; und das zweite oder dritte oder vierte Signal an den Wechselrichter übertragen wird.
  8. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 7, wobei der Wechselrichter einen Schaltzyklus mit mehreren Phasenschenkeln und einem Nullvektor aufweist und das zweite Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: ein Ausgangsspannungsvektor des Wechselrichters überwacht wird, wobei der Ausgangsspannungsvektor auf dem Schaltzyklus des Wechselrichters basiert; ein modifizierter Schaltzyklus durch Modifizieren eines Tastverhältnisses jedes der mehreren Phasenschenkel durch ein Tastverhältnis des Nullvektors erzeugt wird, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet; und ein Signal an den Wechselrichter geliefert wird, wobei das Signal den modifizierten Schaltzyklus aufweist.
  9. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 8, wobei das dritte Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: eine Tastverhältnisgrenze auf der Grundlage des ersten Signals ermittelt wird; das erste Signal auf die Tastverhältnisgrenze begrenzt wird, wenn der Modulationsindex größer als ein minimaler Modulationsindexwert ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen; und das Ausgangssignal an den Wechselrichter übertragen wird.
  10. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 9, wobei: das Getriebe ferner einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus umfasst, um eines der Zahnradelemente, das durch den dritten Drehmomentübertragungsmechanismus verbunden ist, selektiv mit Masse zu verbinden; der erste und zweite Motor die Planetenradanordnungen ringförmig umgeben und die Planetenradanordnungen radial innerhalb des ersten und zweiten Motors angeordnet sind; und das erste, zweite und dritte Zahnradelement jeder Planetenradanordnung jeweils ein Hohlrad, einen Träger und ein Sonnenrad umfassen, wobei das erste Verbindungselement das Sonnenrad der ersten Planetenradanordnung mit dem Hohlrad der zweiten Planetenradanordnung kontinuierlich verbindet und das zweite Verbindungselement das Sonnenrad der zweiten Planetenradanordnung mit dem Sonnenrad der dritten Planetenradanordnung kontinuierlich verbindet.
  11. Kraftfahrzeugantriebssystem, das umfasst: eine Leistungsquelle eines Antriebsaggregats; ein elektromechanisches kombiniert-leistungsverzweigtes Getriebe mit zwei Betriebsarten, das mit der Leistungsquelle des Antriebsaggregats gekoppelt ist, wobei das Getriebe umfasst: ein Antriebselement, um Leistung von dem Antriebsaggregat zu empfangen; ein Abtriebselement, um Leistung aus dem Getriebe zu liefern; einen ersten und zweiten Motor, die koaxial ausgerichtet sind; erste, zweite, und dritte koaxial ausgerichtete Planetenradanordnungen, wobei jede Planetenradanordnung erste, zweite und dritte Zahnradelemente verwendet, wobei der erste und zweite Motor mit den drei Planetenradanordnungen koaxial ausgerichtet sind, mindestens eines der ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente in der ersten oder zweiten Planetenradanordnung mit dem ersten Motor verbunden ist und ein weiteres der ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente in der zweiten und dritten Planetenradanordnung mit dem zweiten Motor verbunden ist, eines der Zahnradelemente der ersten Planetenradanordnung mit dem Antriebselement kontinuierlich verbunden ist; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente, die jeder Planetenradanordnung zugeordnet sind, miteinander und mit dem Abtriebselement selektiv zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente des dritten Planetenradsatzes selektiv mit Masse zu verbinden; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes mit einem weiteren der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes selektiv zu verbinden; ein erstes Verbindungselement, das eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich verbindet; und ein zweites Verbindungselement, das eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des dritten Planetenradsatzes kontinuierlich verbindet; einen Wechselrichter, der mit dem ersten und zweiten Motor gekoppelt ist; eine Energiespeichereinrichtung, die mit dem Wechselrichter gekoppelt ist; und einen Prozessor, der mit dem ersten und zweiten Motor und dem Wechselrichter gekoppelt ist, wobei der Prozessor ausgestaltet ist, um: ein Signal, das den Wechselrichter steuert, unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist; und das Signal unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  12. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 10, wobei die Leistungsquelle des Antriebsaggregats eine Brennkraftmaschine umfasst und die Energiespeichereinrichtung eine Batterie umfasst.
  13. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 12, wobei das Signal eine minimale Impulsbreite und eine maximale Impulsbreite aufweist, von einem Kraftfahrzeug, und das erste Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: das Signal empfangen wird, wobei ein Tastverhältnis des Signals einen Bereich von einem minimal erreichbaren Tastverhältnis bis zu einem maximal erreichbaren Tastverhältnis aufweist; ein zweites Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des Signals in einem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich außerhalb der minimalen und maximalen Impulsbreite befindet und kleiner als ein erster Begrenzungswert ist, wobei das zweite Signal das minimal erreichbare Tastverhältnis aufweist; ein drittes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und das Tastverhältnis des Signals entweder mindestens gleich dem ersten Begrenzungswert ist oder das Tastverhältnis des Signals kleiner oder gleich einem zweiten Begrenzungswert ist, wobei das dritte Signal die minimale oder die maximale Impulsbreite aufweist, je nachdem, welche sich näher bei dem Tastverhältnis des Signals befindet, wobei der zweite Begrenzungswert größer als der erste Begrenzungswert ist; ein viertes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und größer als der zweite Begrenzungswert ist, wobei das vierte Signal das maximal erreichbare Tastverhältnis aufweist; und das zweite oder dritte oder vierte Signal an den Wechselrichter übertragen wird.
  14. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 13, wobei das zweite Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: ein Ausgangsspannungsvektor des Wechselrichters überwacht wird, wobei der Wechselrichter einen Schaltzyklus mit mehreren Phasenschenkeln und einem Nullvektor aufweist, wobei der Ausgangsspannungsvektor auf dem Schaltzyklus des Wechselrichters basiert; ein modifizierter Schaltzyklus erzeugt wird, indem ein Tastverhältnis jedes der mehreren Phasenschenkel durch ein Tastverhältnis des Nullvektors modifiziert wird, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet; und ein Ausgangssignal an den Wechselrichter geliefert wird, wobei das Ausgangssignal den modifizierten Schaltzyklus aufweist.
  15. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 14, wobei der Prozessor ferner ausgestaltet ist, um: das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, wobei der zweite Modulationsindexwert größer als der erste Modulationsindexwert ist und sich eine Schaltfrequenz des Wechselrichters bei einem Maximalwert befindet, wobei das dritte Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: eine Tastverhältnisgrenze auf der Grundlage des Signals ermittelt wird; das Signal auf die Tastverhältnisgrenze begrenzt wird, wenn der Modulationsindex größer als ein minimaler Modulationsindexwert ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen; und das Ausgangssignal an den Wechselrichter übertragen wird; und das Signal unter Verwendung des ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert wird, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem zweiten Modulationsindexwert ist und sich die Schaltfrequenz des Wechselrichters nicht bei dem Maximalwert befindet.
  16. Kraftfahrzeugantriebssystem, das umfasst: eine Brennkraftmaschine; ein elektromechanisches kombiniert-leistungsverzweigtes Getriebe mit zwei Betriebsarten, das mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, wobei das Getriebe umfasst: ein Antriebselement, um Leistung von der Brennkraftmaschine zu empfangen; ein Abtriebselement, um Leistung aus dem Getriebe zu liefern; einen ersten und zweiten Motor, die koaxial ausgerichtet sind; erste, zweite und dritte koaxial ausgerichtete Planetenradanordnungen, wobei jede Planetenradanordnung erste, zweite und dritte Zahnradelemente verwendet, wobei der erste und zweite Motor mit den drei Planetenradanordnungen koaxial ausgerichtet sind, mindestens eines der ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente in der ersten oder zweiten Planetenradanordnung mit dem ersten Motor verbunden ist und ein weiteres der ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente in der zweiten und dritten Planetenradanordnung mit dem zweiten Motor verbunden ist, wobei eines der Zahnradelemen te der ersten Planetenradanordnung mit dem Antriebselement kontinuierlich verbunden ist; einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente, die jeder Planetenradanordnung zugeordnet sind, miteinander und mit dem Abtriebselement selektiv zu verbinden; einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente des dritten Planetenradsatzes selektiv mit Masse zu verbinden; einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus, um eines der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes mit einem weiteren der Zahnradelemente des zweiten Planetenradsatzes selektiv zu verbinden; ein erstes Verbindungselement, das eines der Elemente des ersten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich verbindet; und ein zweites Verbindungselement, das eines der Elemente des zweiten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des dritten Planetenradsatzes kontinuierlich verbindet; einen mit dem ersten und zweiten Motor gekoppelten Wechselrichter; mindestens eine Batterie, die mit dem Wechselrichter gekoppelt ist; und einen Prozessor, der mit dem ersten und zweiten Motor und dem Wechselrichter gekoppelt ist, wobei der Prozessor ausgestaltet ist, um: ein Signal, das eine minimale Impulsbreite und eine maximale Impulsbreite aufweist, welches den Wechselrichter steuert, unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner ein erster Modulationsindexwert ist, wobei das erste Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: das Signal empfangen wird, wobei ein Tastverhältnis des Signals einen Bereich von einem minimal erreichbaren Tastverhältnis bis zu einem maximal erreichbaren Tastverhältnis aufweist; ein zweites Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des Signals in einem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich außerhalb der minimalen und maximalen Impulsbreite befindet und kleiner als ein erster Begrenzungswert ist, wobei das zweite Signal das minimal erreichbare Tastverhältnis aufweist; ein drittes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des Signals innerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs befindet und entweder das Tastverhältnis des Signals mindestens gleich dem ersten Begrenzungswert ist oder das Tastverhältnis des Signals nicht größer als ein zweiter Begrenzungswert ist, wobei das dritte Signal die minimale oder die maximale Impulsbreite aufweist, je nachdem, welche sich näher bei dem Tastverhältnis des Signals befindet, wobei der zweite Begrenzungswert größer als der erste Begrenzungswert ist; ein viertes Signal erzeugt wird, wenn das Tastverhältnis des Signals innerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs liegt und größer als der zweite Begrenzungswert ist, wobei das vierte Signal das maximal erreichbare Tastverhältnis aufweist; und das zweite oder dritte oder vierte Signal an den Wechselrichter übertragen wird; und das Signal unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist, wobei das zweite Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: ein Ausgangsspannungsvektor des Wechselrichters überwacht wird, wobei der Wechselrichter einen Schaltzyklus mit mehreren Phasenschenkeln und einem Nullvektor aufweist, wobei der Ausgangsspannungsvektor auf dem Schaltzyklus des Wechselrichters basiert; ein modifizierter Schaltzyklus erzeugt wird, indem ein Tastverhältnis jedes der mehreren Phasenschenkel durch ein Tastverhältnis des Nullvektors modifiziert wird, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet; und ein Ausgangssignal an den Wechselrichter geliefert wird, wobei das Ausgangssignal den modifizierten Schaltzyklus aufweist.
  17. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 16, wobei der Prozessor ferner ausgestaltet ist, um: das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, wobei der zweite Modulationsindexwert größer als der erste Modulationsindexwert ist und sich eine Schaltfrequenz des Wechselrichters bei einem Maximalwert befindet, wobei das dritte Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens umfasst, dass: eine Tastverhältnisgrenze auf der Grundlage des Signals ermittelt wird; das Signal auf die Tastverhältnisgrenze begrenzt wird, wenn der Modulationsindex größer als ein minimaler Modulationsindexwert ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen; und das Ausgangssignal an den Wechselrichter übertragen wird; und das Signal unter Verwendung des ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem zweiten Modulationsindexwert ist und sich die Schaltfrequenz des Wechselrichters nicht bei dem Maximalwert befindet.
  18. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 17, wobei: das Getriebe ferner einen vierten Drehmomentübertragungsmechanismus umfasst, um eines der Zahnradelemente, die durch den dritten Drehmomentübertragungsmechanismus verbunden sind, selektiv mit Masse zu verbinden; der erste und zweite Motor die Planetenradanordnungen ringförmig umgeben und die Planetenradanordnungen radial innerhalb des ersten und zweiten Motors angeordnet sind; und die ersten, zweiten und dritten Zahnradelemente jeder Planetenradanordnung jeweils ein Hohlrad, einen Träger und ein Sonnenrad umfassen, wobei das erste Verbindungselement das Sonnenrad der ersten Planetenradanordnung mit dem Hohlrad der zweiten Planetenradanordnung kontinuierlich verbindet und das zweite Verbindungselement das Sonnenrad der zweiten Planetenradanordnung mit dem Sonnenrad der dritten Planetenradanordnung kontinuierlich verbindet.
  19. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 18, wobei: der erste Drehmomentübertragungsmechanismus die Träger der ersten und zweiten Planetenradanordnung mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes und dem Abtriebselement selektiv verbindet; der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus das Hohlrad des dritten Drehmomentübertragungsmechanismus selektiv mit Masse verbindet; der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus den Träger oder das Hohlrad der zweiten Planetenradanordnung mit dem Sonnenrad der zweiten Planetenradanordnung selektiv verbindet; das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Motor verbunden ist und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Motor verbunden ist; das Hohlrad der ersten Planetenradanordnung mit dem Antriebselement verbunden ist; und der Träger der dritten Planetenradanordnung mit dem Abtriebselement kontinuierlich verbunden ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das erste, zweite, dritte, vierte und das Ausgangssignal unstetige Pulsbreitenmodulationssignale (DPWM-Signale) sind.
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