DE102009050621A1

DE102009050621A1 - Robuste PID-Regelung für die Regelvorrichtung eines bürstenlosen Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE102009050621A1
Application number: DE102009050621A
Authority: DE
Inventors: Marv M. North Olmsted Hamdan; David J. Broadview Heights Pfefferl
Original assignee: Bendix Commercial Vehicle Systems LLC
Current assignee: Bendix Commercial Vehicle Systems LLC
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2009-10-24
Publication date: 2010-07-22
Also published as: US20100111707A1; US8308441B2

Abstract

Bei der Regelung eines Luftverdichters (13) für ein pneumatisches Bremssystem eines großen Hybrid-Nutzfahrzeugs (z.B. eines Busses, eines Paketzustellungswagens etc.) wird zum Regeln eines Luftverdich, z.B. wenn die Motorwelle rotiert, eine Proportional-, Integral- und Differential-Regelung (PID) verwendet, und während des Hochfahrens oder bei Syst Welle, wird zur Regelung eine Zustandsmaschine verwendet. Auf diese Weise werden Stillstands-Ereignisse, die aufgrund der Unfähigkeit der PID-Regelung zur Korrektur unerwarteter Störungen auftreten, durch den Einsatz der Maschinenzustands-Regelung beseitigt.

Description

Die vorliegende Erfindung ist speziell vorgesehen zur Anwendung in Nutzfahrzeugsystemen und betrifft insbesondere die Motorregelung bei Hybrid-Nutzfahrzeugen. Die hier beschriebene Technik ist jedoch auch für andere Motorregelsysteme, andere Nutzfahrzeuge und andere Hybridfahrzeugsysteme verwendbar.
Regelvorrichtungen mit Proportional-, Integral- und Differential-Regelung (PID) weisen typischerweise einen mit Rückkopplungsschleife versehenen Rückkopplungsmechanismus auf und werden in Regelsystemen verwendet (z. B. industriellen Regelsystemen, Automobil-Regelsystemen etc.). Eine PID-Regelvorrichtung passt iterativ einen oder mehrere Parameter an (z. B. Strom, Spannung etc.), um eine Abweichung (z. B. einen Fehler) zwischen einer gemessenen Prozessvariablen und einem gewünschten Sollwert korrekt zu minimieren, indem ein Korrekturvorgang zur Anpassung des Vorgangs bestimmt wird. Das Bestimmen des Korrekturvorgangs beinhaltet das Berechnen dreier separater Parameterwerte für den gemessenen Fehler, bei denen es sich um Proportional-, Integral- und Differential-Werte handelt. Der Proportionalwert wird verwendet, um eine geeignete Reaktion auf den aktuellen Fehler zu bestimmen, der Intergralwert wird verwendet, um basierend auf der Summe der zuvor aufgetretenen Abweichungen eine geeignete Reaktion zu bestimmen, und der Differentialwert wird verwendet, um basierend auf der Rate, mit der sich die Abweichung verändert hat, eine geeignete Reaktion zu bestimmen. Die gewichtete Summe dieser drei Werte dient zum Anpassen des Vorgangs über ein Regelelement (z. B. eine Strom- oder Spannungsquelle, ein Ventil etc.).
Durch Abstimmen der drei Konstanten in dem Algorithmus der PID-Regelvorrichtung kann eine Regelvorrichtung einen Regelmechanismus erstellen, der auf die spezifischen Prozesserfordernisse zugeschnitten ist. Die Reaktion der Regelvorrichtung lässt sich beschreiben anhand der Ansprechempfindlichkeit der Regelvorrichtung auf einen Fehler, anhand des Maßes, in dem die Regelvorrichtung den Sollwert überschießt (”overshoot”) und/oder anhand des Grads der Systemoszillation. Die Verwendung des PID-Algorithmus zur Regelung garantiert jedoch keine optimale Regelung des Systems oder der Systemstabilität, und der PID-Algorithmus ist nicht in der Lage, unerwartete Systemstörungen (z. B. Abwürgen des Motors, Kurzschluss etc. zu berücksichtigen.
Nicht in allen Anwendungsfällen sind sämtliche Regelvariablen oder -module erforderlich; vielmehr besteht bei einigen Anwendungsfällen die Möglichkeit, zur Durchführung der gewünschten Systemregelung nur einen Modus oder zwei Modi zu verwenden. Dies wird erreicht, indem der Verstärkungsfaktor unerwünschter Regelsignale (bzw. des einen Regelsignals) auf Null gesetzt wird. Wenn beispielsweise der Ableitungs-Verstärkungsfaktor auf Null gesetzt wird, wird die PID-Regelvorrichtung zu einer PI-Regelvorrichtung. Die Verwendung von PI-Regelvorrichtungen ist besonders weit verbreitet, da der Differential-Vorgang besonders empfindlich gegenüber Messrauschen ist und da das Nichtvorhandensein eines Integralwerts möglicherweise verhindern kann, dass das System aufgrund des Regelvorgangs seinen Zielwert erreicht.
PID-Regelvorrichtungen werden in der Automobilindustrie zum Regeln verschiedener Systeme verwendet. Ein beträchtlicher Nachteil von PID-Regelvorrichtungen besteht darin, dass sie typischerweise nur über einen relativ engen Bereich von Systemparametern wirksam sind. Trotz Verbesserungen der Abstimmung, z. B. durch entsprechende Pol-Platzierung, Fuzzy Logic, automatische Abstimmung, Regelung mit Verstärkungsplanung (”Gain-Scheduling”-Regelung), Adaptierung etc. sind PID-Regelvorrichtungen weiterhin nicht optimal, wenn sie dazu verwendet werden, einen Motor oder ein System über einen weiten Bereich von Betriebsparametern hinweg zu regeln. Versuche, eine PID-Regelvorrichtung für den Betrieb über einen weiten Bereich von Systemparametern oder -variablen anzupassen, führen nachteiligerweise zu einer suboptimalen Leistungsfähigkeit.
Es ist Aufgabe der Erfindung, neuartige und verbesserte Systeme und Verfahren zur Motorregelung bei Hybrid-Nutzfahrzeugen zu schaffen, bei denen die oben aufgeführten sowie weiteren Probleme beseitigt sind.
Zur Lösung der Aufgabe weist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein System zum Regeln eines Luftverdichters eines Hybrid-Nutzfahrzeugs eine Niederspannungs-(LV-)Regelvorrichtung mit einer PID-Regelvorrichtung, die einen Luftverdichtermotor während des Normalbetriebs regelt, und eine Maschinenzustands-Regelvorrichtung auf, die den Luftverdichtermotor während des Hochfahrens und bei äußeren Systemstörungen regelt. Das System weist ferner eine Hochspannungs-Treiberschaltung auf, die ein oder mehrere Regelsignale von der LV-Regelvorrichtung empfängt und eine Brückenschaltung treibt, um den dem Luftverdichtermotor zugeführten Strom zu regeln und dadurch den Betrieb des Motors zu regeln. Zusätzlich weist das System einen oder mehrere Sensoren auf, die mindestens einen Parameter des Luftverdichtermotors messen und Rückkopplungsinformation an die LV-Regelvorrichtung ausgeben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Regeln eines Hilfsmotors eines Hybridfahrzeugs bereitgestellt, bei dem mittels eines oder mehrerer Sensoren festgestellt wird, ob sich eine Motorwelle in einem Rotations-Betriebszustand befindet, bei dem ferner mittels Proportional-, Integral- und Differential-Regelung (PID) die Drehzahl der Motorwelle geregelt wird, wenn sich die Motorwelle in einem Rotations-Betriebszustand befindet, und bei dem mittels Regelung durch eine Zustandsmaschine die Drehzahl der Motorwelle geregelt wird, wenn sich die Motorwelle nicht in einem Rotations-Betriebszustand befindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung, welche die Regelung eines Schrauben-Luftverdichters eines Hybrid-Nutzfahrzeugs erleichtert, eine Vorrichtung zur Luftverdichtung zwecks pneumatischer Betätigung des Bremssystems und eine Vorrichtung zur Energieversorgung der Luftverdichtungsvorrichtung auf. Die Vorrichtung gemäß dem letztgenannten weiteren Aspekt der Erfindung enthält ferner eine Vorrichtung zur Durchführung einer Proportional-, Integral- und Differential-Regelung (PID) der Energieversorgungsvorrichtung der Luftverdichtungsvorrichtung während deren Betriebs, und zur Durchführung einer mittels einer Zustandsmaschine erfolgenden Regelung der Energieversorgungsvorrichtung während des Startens der Energieversorgungsvorrichtung und während externer Systemstörungen. Die Vorrichtung gemäß dem weiteren Aspekt weist ferner eine Vorrichtung zur Detektion mindestens eines Parameters der Energieversorgungsvorrichtung und zur Erzeugung von Rückkopplungsinformation auf, die den mindestens einen Parameter beschreibt.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass unerwartete Systemstörungen eine mittels einer Zustandsmaschine vorgenommene Regelung auslösen.
Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, dass eine PID-Regelung verwendet wird, wenn diese am effizientesten ist, und ein Umschalten auf eine durch eine Zustandsmaschine erfolgende Regelung vorgenommen wird, wenn die PID-Regelung effizient ist.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen genauer erläutert.
Es zeigen:
1 ein System zum Implementieren einer robusten PID-Regelung eines Verdichtermotors eines Hybrid-Nutzfahrzeugs, wobei das System eine Niederspannungs-(LV-)Regelungsplatine (z. B. eine Motorregelungsplatine) und eine Hochspannungs-(HV)Treiberschaltung aufweist, die eine Brückenschaltung zum Aktivieren von Wicklungen in dem Motor regeln,
2 eine schematische Darstellung der Maschinenzustands-Regelvorrichtung mit mehreren Motor-Zuständen, die durch sie geregelt werden,
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Zustandsmaschine mit Beispielen von Zustandsübergangs-Bedingungen oder -Kriterien, die ausgewertet und/oder geregelt werden, um den Übergang des Motors zwischen verschiedenen Zuständen zu bewerten bzw. zu handhaben,
4 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Verhältnisse zwischen der Motor-Drehzahl (U/min.), der Zeit und dem Motorzustand während des Maschinenzustands-Übergangs von dem Zustand 0 (STOPPED) über den Zustand 1 (STARTUP) in den Zustand 2 (SPINNING) während des Normalbetriebs,
5 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Verhältnisse zwischen der Motor-Drehzahl (U/min.), der Zeit und dem Motorzustand während des Maschinenzustands-Übergangs von dem Zustand 0 (STOPPED) über den Zustand 1 (STARTUP) in den Zustand 2 (SPINNING) in der Situation, in welcher der Motor stillsteht, während er bei stillstehender Welle einen Drehversuch unternimmt, und
6 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Verhältnisse zwischen der Motor-Drehzahl (U/min.), der Zeit und dem Motorzustand während des Maschinenzustands-Übergangs zwischen dem Zustand 2 (SPINNING) und dem Zustand 3 (Behebung eines Stillstands) in der Si tuation, in welcher der Verdichtermotor rotiert und dann plötzlich blockiert.
Im Folgenden werden Systeme und Verfahren beschrieben, bei denen eine Maschinenzustands-Regelung mit einer PID-Regelung kombiniert wird, um eine robuste Regelung auch über dynamische Belastungsstörungen und plötzliche Systemveränderungen hinweg zu ermöglichen. Gemäß einem Merkmal wird eine PID-Regelung nur verwendet, wenn sich ein Motor in einem Rotationszustand befindet, um einen Stillstandszustand zu verhindern, und ansonsten wird eine Maschinenzustands-Regelung verwendet. Dieses Merkmal erleichtert die Durchführung einer zuverlässigen Motorregelung, z. B. bei einem elektrischen Verdichtermotor, über sämtliche Motorzustände und/oder -bedingungen hinweg. Indem eine PID-Regelung nur während eines Rotationszustands verwendet wird, können andere Systemstörungen über die Zustandsmaschine geregelt werden. Die Kombination der beiden Verfahren während zweier verschiedener Zustände bietet eine robuste Regelung und ermöglicht einen glatten Stromanstieg oder ”Kick” zwischen Zuständen, wodurch wiederum ein Abschwächen oder Beseitigen einer oder mehrerer starker mechanischer Stoßeinwirkungen auf Systemkomponenten erleichtert wird. Die Systeme und Verfahren gemäß der Erfindung sind insbesondere anwendbar bei Luftverdichtern, die in Bremssystemen großer Hybrid-Nutzfahrzeuge verwendet werden, welche häufig anfahren und stoppen, z. B. in Bremssystemen von Bussen, Müllabholungsfahrzeugen, Paketzustellfahrzeugen, Baufahrzeugen (z. B. Kipplastern) und dgl.
1 zeigt ein System 10 zum Implementieren einer robusten PID-Regelung eines Motors 12, der mit einem Verdichter 13 eines Hybrid-Nutzfahrzeugs verbunden ist. Das System 10 weist eine Niederspannungs-(LV-)Regelungsplatine 14 (z. B. eine Motorregelungsplatine) und eine Hochspannungs-(HV-)Treiberschaltung 16 auf, die eine Brückenschaltung 18 zum Aktivieren von Wicklungen 19 des Motors regeln. Gemäß einem Beispiel handelt es sich bei der LV-Regelungsplatine 14 um eine 12-V-Platine, und die HV-Treiberschaltung 16 hat eine Spannung von ungefähr 320 V–640 V.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Verdichter 13 ein Schrauben-Luftverdichter. An die LV-Regelungsplatine 14 wird ein gewünschter Drehzahl-Eingabewert oder -Befehl ausgegeben, und die Drehzahl Verdichtermotorwelle wird überwacht, um der LV-Regelungsplatine 14 ein Drehzahl-Rückkopplungssignal 20 zuzuführen, mit dessen Hilfe die Drehzahl des Motors geregelt wird. Gemäß weiteren Beispielen wird das Drehzahl-Rückkopplungssignal 20 von einem oder mehreren Kodierern, einem oder mehreren Drehmeldern (z. B. einem elektrischen Drehtransformator zum Messen von Drehgraden) oder einem anderen geeigneten Sensor erzeugt. Ferner wird gemäß einem Ausführungsbeispiel ein sensorloses Rückkopplungssignal erzeugt, z. B. durch Messen des rückwirkenden elektromagnetischen Felds (EMF) bei nichtgetriebenen Spulen, um daraus auf die Wellenposition etc. zu schließen. Optional kann eine trapezförmige 6-Stufen-Regelkomponente 24 (z. B. mit 6-Stufen-Kommutation) verwendet werden, um den Verdichtermotor beim Erzeugen der Luftverdichtung zu treiben. Gemäß einer Ausführungsform ist der Verdichtermotor ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor).
Das System 10 erleichtert die Reduzierung unerwünschter parasitärer Verluste in dem Motor 12. Drehzahl-Rückkopplungsinformation 20 aus dem einen oder den mehreren Hall-Sensoren 22 wird an die LV-Regelungsplatine 14 übermittelt, welche die Tastverhältnisse der Schalter H_A, H_B, H_C, L_A, L_B, L_C auf der Basis der Rückkopplungsinformation 20 einstellt. Während Phasen eines normalen Motorbetriebs verwendet die LV-Regelungsplatine 14 eine PID-Regelvorrichtung 26 zum Regeln des Motorbetriebs. Jedoch verwendet die LV-Regelungsplatine 14 dann eine Maschinenzustands-Regelvorrichtung 28, wenn ein auslösendes Ereignis auftritt, wie z. B. ein Starten oder Stoppen des Motors, eine plötzliche Belastungsveränderung (z. B. eine mechanische Fehlfunktion oder eine Beschädigung einer mechanischen Komponente) etc. Die Maschinenzustands-Regelvorrichtung 28 und die PID-Regelvorrichtung 26 können in dem dauerhaften Speicher 30 in oder an der LV-Regelungsplatine 14 gespeichert werden, z. B. in Form eines oder mehrerer Sätze maschinenausführbarer Instruktionen, die von einem Prozessor 32 ausgeführt werden. Auf diese Weise erleichtert das System 10 das Verhindern eines Stillstandszustands des Verdichtermotors, der auftreten kann, wenn der Verdichter kalt ist, oder bei häufigem Starten und Stoppen, bei mechanischem Versagen etc.
Gemäß einer Ausführungsform verwendet das System Unterbrechungen, um Zustandsveränderungen (z. B. Drehen oder Nicht-Drehen) zu detektieren. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein (nicht gezeigter) Fehlverdrahtungs-Detektor vorgesehen, um zu gewährleisten, dass der 3-Phasen-Luftverdichter korrekt verdrahtet ist, was wiederum einen korrekten Betrieb der Zustandsmaschine erleichtert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform gibt die Hochspannungs-Treiberschaltung ungefähr 320 V bei 18 A an die Brückenschaltung aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird Information zur Angabe einer Störung (z. B. Blockade der Welle, Abwürgen etc.) des Motors und/oder Verdichters in dem Speicher 30 gespeichert, um eine Fehlervorhersage oder dgl. zu erleichtern. Beispielsweise wird in dem Speicher 30 Information über die Anzahl und Häufigkeit von Systemstörungen (z. B. entsprechend der Herleitung aus der Drehzahl-Rückkopplungsinformation 20) gespeichert. Der Prozessor 32 analysiert die Störungsinformation, um das Motorverhalten und/oder das Verdichterverhalten zu diagnostizieren. Auf der Basis dieser Analyse identifiziert der Prozessor potentielle Versagensbedingungen in dem Motor 12 und/oder dem Verdichter 13.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform teilt der Prozessor dem Benutzer Information über ein potentielles Versagen mit. Beispielsweise kann der Prozessor anhand der Störungsinformation feststellen, dass der Motor zyklisch zwischen zwei Zuständen wechselt und dass ein Ausfallzustand imminent ist. Der Prozessor löst dann eine Warnmeldung oder ein Hinweissignal aus (z. B. ein Aufleuchten des Hinweises ”Wartung erforderlich” oder einen anderen geeigneten Hinweis), um den Benutzer auf den potentiellen Aus fallzustand hinzuweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Prozessor, falls er feststellt, dass die Anzahl und/oder Häufigkeit von Störungen einen vorbestimmten Schwellenwert der Anzahl bzw. Häufigkeit überschritten hat, ein Signal oder einen Hinweis zur Angabe der Möglichkeit eines bevorstehenden Ausfallzustands erzeugt bzw. an den Benutzer übermittelt.
2 zeigt die Maschinenzustands-Regelvorrichtung 28 sowie mehrere Motorzustände, die von dieser geregelt werden. Eine Eingabe- oder Referenz-Motordrehzahl 42 wird bestimmt, eingegeben oder empfangen (z. B. durch den Prozessor oder dgl.) Falls die Referenzdrehzahl kleiner ist als eine Mindest-Betriebsdrehzahl des Motors, dann wird eine MotorRun-Bedingung als nicht zutreffend bestimmt und ein StopMotor-Befehl 44 an den Motor ausgegeben, um zu gewährleisten, dass der Motor nicht läuft und/oder nicht versucht, mit der unterhalb der Mindestdrehzahl liegenden Drehzahl zu laufen. Der StopMotor-Befehl hat den Effekt, dass sowohl eine MotorRun-Bedingung als auch eine MotorRunning-Bedingung nicht zutreffen, was wiederum die Feststellung ermöglicht, dass sich der Motor in einem STOPPED-Zustand (Zustand 0) 46 befindet. Bei einigen Szenarien wird ein Satz von Diagnose-Instruktionen 48 ausgeführt, um festzustellen, ob ein Fehlerzustand des Motors vorliegt.
Falls die Referenzdrehzahl größer ist als die minimal zulässige Motordrehzahl, wird ein MotorRun-Befehl ausgegeben, so dass eine MotorRun-Bedingung erfüllt ist (d. h. dem Motor wird befohlen, zu rotieren). Der STOPPED-Zustand 50 des Motors wird geprüft und, da die MotorRun-Bedingung erfüllt ist, wird festgestellt, dass ein zweiter Zustand (Zustand 1) 52 des Motors vorliegt, in dem sich der Motor in einer weichen ”Kick”-Betriebsart (z. B. einer Betriebsart mit weichem Übergang) befindet. In dem Zustand 1 (auch bezeichnet als PDC_KICK_FROM_STOPPED, oder STARTUP) wird der Verdichtermotor aus einem gestoppten Zustand (z. B. Zustand 1) heraus hochgefahren.
Falls die MotorRun-Bedingung und die MotorRunning-Bedingung beide vorliegen, wird festgestellt, dass sich der Motor in einem dritten Zustand (Zustand 2) 54 befindet, in dem der Motor rotiert. Falls nach der Feststellung, dass sich der Motor im Zustand 2 befindet, die MotorRunning-Bedingung nicht mehr erfüllt ist, wird festgestellt, dass sich der Motor in einem vierten Zustand (Zustand 3) 56 befindet (z. B. einer Weich-”Kick”-Betriebsart oder PDC_KICK_FROM_SPINNING), in der Motor aus einem rotierenden Zustand in einen nichtrotierenden Zustand übergeht. Falls die MotorRunning-Bedingung wieder erfüllt ist, wird festgestellt, dass sich der Motor wieder in dem SPINNING-Zustand (z. B. Zustand 2) befindet.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Zustandsmaschine 28 mit Beispielen von Zustandsübergangs-Bedingungen oder -Kriterien, die ausgewertet und/oder geregelt werden, um die Übergänge des Motors zwischen Zuständen zu beurteilen bzw. zu handhaben. Beispielsweise können die diagnostischen Instruktionen 46 ausgeführt werden, nachdem festgestellt worden ist, dass sich der Motor über eine erste vorbestimmte Zeitperiode T1 (z. B. 2 Sekunden, 5 Sekunden, 6 Sekunden, 10 Sekunden etc.) in einem Stillstandszustand befunden hat.
Gemäß einem weiteren Beispiel verbleibt der Motor so lange in dem Zustand 1 (z. B. der Hochfahr-/Rampen-Betriebsart, oder einem Übergang aus dem gestoppten Zustand 0), wie die folgenden Bedingungen zutreffen: ein Referenz- oder Regel-Ausgangssignal Y_k ist auf 0,95Y_k-1 + 0,05 gesetzt, bis Y_k gleich einem INITIAL_PDC_KICK-Wert ist (z. B. ungefähr 98% des Maximalstroms oder einem anderen vorbestimmten Wert dieses Stroms); der Motor ist während einer Dauer von T1 Sekunden nicht zum Stillstand gekommen; und die MotorRunning-Bedingung war während mindestens einer zweiten vorbestimmten Zeitperiode T2 erfüllt (z. B. 0,5 Sekunden lang oder während einer Dauer mit einem anderen vorbestimmten Zeitwert).
Falls MotorRunning erfüllt ist und MotorRun erfüllt ist, wird der PID-Wert gleich Y_k gesetzt, und der Motor geht aus dem Zustand 1 (Hochfahren) in den Zustand 2 (SPINNING) über, in dem die PID zum Regeln des Motors betrieben wird. Der Motor verbleibt so lange in dem Zustand 2, wie die folgenden Bedingungen erfüllt sind: der Motor ist während einer Zeitperiode T1 nicht zum Stillstand gekommen, und die MotorRunning-Bedingung ist während einer Periode von weniger als der Zeitperiode T2 nicht erfüllt. Falls der Motor während einer T1 überschreitenden Zeitperiode stillsteht, werden die Diagnose-Instruktionen 48 ausgeführt. Falls die MotorRunning-Bedingung während einer T2 überschreitenden Zeitperiode nicht erfüllt ist, dann ist Y_k-1 gleich dem PID-Wert, und der Motor geht in den Zustand 3 über.
Der Motor verbleibt in dem Zustand 3 (z. B. Übergang aus dem Rotieren), solange die folgenden Bedingungen zutreffen: Y_k = 0,95Y_k-1 + 0,05, bis Y_k gleich dem INITIAL_PDC_Kick-Wert ist; der Motor ist während einer Zeitperiode von T1 oder mehr nicht zum Stillstand gekommen; und die MotorRunning-Bedingung ist nicht erfüllt. Nachdem die MotorRunning-Bedingung während einer Zeitperiode von mehr als T3 erfüllt ist (z. B. 300 ms, 500 ms, 1 s, oder während einer anderen vorbestimmten Zeitperiode), dann ist der PID-Wert gleich Y_k, der Motor kehrt in den Zustand 2 (SPINNING) zurück, und die PID-Regelvorrichtung 26 übernimmt die Regelung des Motors.
4 zeigt ein Schaubild 70 zur Veranschaulichung der Verhältnisse zwischen der Motor-Drehzahl (U/min.), der Zeit und dem Motorzustand während des Maschinenzustands-Übergangs von dem Zustand 0 (STOPPED) über den Zustand 1 (STARTUP) in den Zustand 2 (SPINNING) während des Normalbetriebs. Die Referenzdrehzahl S_ref ist als durchgehende Linie gezeigt, die ausgehend von dem Zeitpunkt 0+ (Hochfahr-Zeit) auf eine Dauer-Drehzahl von 3000 U/min. ansteigt. Die Ist-Motordrehzahl S_act (gemessen z. B. mittels der Hall-Sensoren gemäß 1 oder eines oder mehrerer anderer geeigneter Sensoren) ist als gepunktete Linie gezeigt, die der Referenzdrehzahl-Linie eng folgt. Das Regel-Ausgangssignal Y_k ist als kurzgestrichelte Linie gezeigt, und der Motorzustand MS ist als langgestrichelte Linie gezeigt.
Nachdem der Motor einen MotorRun-Befehl empfangen hat und nachdem die MotorRunning-Bedingung erfüllt ist, geht Motor bei 72 aus dem Zustand 0 (STOPPED) in den Zustand 1 (STARTUP) über. Nachdem die MotorRunning-Bedingung erfüllt worden ist, geht der Motor bei 74 in den Zustand 2 (SPINNING) über. Während der Übergänge regelt die Maschinenzustands-Regelvorrichtung 28 den Motor. Nachdem sich der Motor in dem Zustand 2 (SPINNING) befindet, übernimmt die PID-Regelvorrichtung 26 und setzt die Regelung des Motors fort, falls kein – oder bis – ein weiterer Zustandsübergang erfolgt. Das Schalten der PID-Regelung ist bei 76 an der Regelausgangssignal-Linie gezeigt, die proportional zu der Referenzdrehzahl-Linie ansteigt, bis sich das Regelausgangssignal stabilisiert, wenn die Referenzdrehzahl den Dauerzustand erreicht.
5 zeigt ein Schaubild 80 zur Veranschaulichung der Verhältnisse zwischen der Motor-Drehzahl (U/min.), der Zeit und dem Motorzustand während des Maschinenzustands-Übergangs von dem Zustand 0 (STOPPED) über den Zustand 1 (STARTUP) in den Zustand 2 (SPINNING) in der Situation, in der sich der Motor im Stillstand befindet, während er versucht, mit einer blockierten Welle zu rotieren. Ausgehend von dem Zeitpunkt 0+ geht der Motor bei 72 aus dem Zustand 0 (STOPPED) in den Zustand 1 (STARTUP) über, wobei während dieser Zeit der Motor einer Maschinenzustands-Regelung unterzogen wird. Da die Motorwelle, die den Verdichter antreibt, blockiert ist, verbleibt der Motor in dem Zustand 1 und unter der Maschinenzustands-Regelung 78. Wenn die Blockade der Welle wieder aufgehoben ist (d. h. aufgrund einer Diagnose-Routine, einem Erwärmen des Verdichters oder eines anderweitigen Beseitigens des Blockadezustands), geht der Motor bei 74 in den Zustand 2 (SPINNING) über. Die PID-Regelung übernimmt bei 76, gleichzeitig mit dem Motor-Übergang in den Rotationszustand. Die PID-Regelung wird verzögert, während der Motorstrom mittels der Maschinenzustands-Regelvorrichtung 28 allmählich verstärkt wird, um einen sanften ”Kick” oder Übergang gewährleisten, bis sich die Welle zu drehen beginnt. Auf diese Weise geht der Motor trotz einer anfänglichen Störung aus dem Zustand 0 über den Zustand 1 in den Zustand 2 über.
6 zeigt ein Schaubild 90 zur Veranschaulichung der Verhältnisse zwischen der Motor-Drehzahl (U/min.), der Zeit und dem Motorzustand während des Maschinenzustands-Übergangs zwischen dem Zustand 2 (SPINNING) und dem Zustand 3 (sanfter Übergang) in der Situation, in welcher sich der Verdichtermotor dreht und dann plötzlich blockiert. Zu dem Zeitpunkt 0+ beginnt sich die Motorwelle zu drehen, während der Motor aus dem Zustand 0 (STOPPED) über den bei 72 gezeigten Zustand 1 (STARTUP) bei 74 in den Zustand 2 (SPINNING) übergeht. Das Regelausgangssignal Y_k unterliegt der PID-Regelung 76, bis die Störung (z. B. eine blockierte Welle) detektiert worden ist, wobei zu diesem Zeitpunkt die Maschinenzustands-Regelung 78 übernimmt. Beispielsweise wird bei der anfänglichen Detektion der Störung die PID-Regelung während einer Zeitperiode T2 (z. B. 0,5 Sekunden oder während einer anderen vorbestimmten Zeit) aufrechterhalten, um einen Stillstandszustand zu verifizieren. Nachdem der Stillstandszustand verifiziert ist, wird die PID-Regelung aufgehoben, und bei 82 erfolgt ein Übergang in den Zustand 3, um einen sanften Stromanstieg oder ”Kick” zu veranlassen. Ein Austritt aus dem Zustand 3 erfolgt, nachdem die Rotation der Welle während einer T3 gleichenden Zeitperiode bestätigt worden ist. Nach der Bestätigung der Wellenrotation erfolgt ein erneuter Eintritt in den Zustand 2, und die PID-Regelung wird wiederaufgenommen. Auf diese Weise erfolgt ein Übergang des Motors aus dem Zustand 0 über den Zustand 1 und den Zustand 2 in den Zustand 3 und zurück in den Zustand 2.

Claims

System zum Regeln eines Luftverdichters (13) eines Hybrid-Nutzfahrzeugs, mit: einer Niederspannungs-(LV-)Regelvorrichtung (14) mit einer PID-Regelvorrichtung (16), die einen Luftverdichtermotor (12) während des Normalbetriebs regelt, und mit einer Maschinenzustands-Regelvorrichtung (28), die den Luftverdichtermotor (12) während des Hochfahrens und bei äußeren Systemstörungen regelt; einer Hochspannungs-Treiberschaltung (16), die ein oder mehrere Regelsignale von der LV-Regelvorrichtung (14) empfängt und eine Brückenschaltung (18) treibt, um den dem Luftverdichtermotor (12) zugeführten Strom zu regeln und dadurch den Betrieb des Luftverdichtermotors (12) zu regeln; und einem oder mehreren Sensoren (22), die mindestens einen Parameter des Luftverdichtermotors (12) messen und Rückkopplungsinformation (20) an die LV-Regelvorrichtung (14) ausgeben.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverdichter (13) einen Schrauben-Luftverdichter zum Verdichten von Luft für ein Bremssystem eines Nutzfahrzeugs aufweist, und dass der mindestens eine Parameter die Drehzahl einer Antriebswelle eines Antriebsmotors für den Schrauben-Luftverdichter ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die LV-Regelvorrichtung (14) in eine Diagnose-Betriebsart eintritt, falls sich die Motorwelle nach Ablauf einer ersten vorbestimmten Zeitperiode (T1) nicht dreht.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenzustands-Regelvorrichtung (28) den Luftverdichtermotor (12) während eines Übergangs zwischen einem Stop-Zustand, einem Hochfahr-Zustand und einem Rotations-Zustand regelt, und dass die PID-Regelvorrichtung (26) den Luftverdichtermotor (12) während des Rotations-Zustands regelt.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenzustands-Regelvorrichtung (28) die Regelung des Luftverdichtermotors (12) bei Auftreten eines auslösenden Ereignisses wiederaufnimmt und die Regelung des Luftverdichtermotors (12) aufrechterhält, bis der Luftverdichter wieder in den Rotations-Zustand eintritt.
System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenzustands-Regelvorrichtung (28) während einer zweiten vorbestimmten Zeitperiode (T2) ein Umschalten aus dem Rotations-Zustand in einen Stillstandsbehebungs-Zustand verzögert, um das Auftreten des auslösenden Ereignisses zu verifizieren.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite vorbestimmte Zeitperiode (T2) eine Dauer von ungefähr 100 ms bis 1 Sekunde hat.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenzustands-Regelvorrichtung (28) während einer dritten vorbestimmten Zeitperiode (T3) ein Umschalten aus einem Stillstandsbehebungs-Zustand in einen Rotations-Zustand verzögert, um zu verifizieren, dass der Luftverdichtermotor (12) wieder in den Rotations-Zustand eingetreten ist und das auslösende Ereignis nicht mehr existiert.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte vorbestimmte Zeitperiode (T3) eine Dauer von ungefähr 100 ms bis 1 Sekunde hat.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das auslösende Ereignis eine Blockade einer Motorwelle ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Sensoren (22) einen oder mehrere Hall-Sensoren, einen oder mehrere Kodierer oder einen oder mehrere Drehmelder aufweist bzw. aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die LV-Regelvorrichtung (14) mit einer vorbestimmten Ziel-Fahrzeugsystemspannung arbeitet.
Verfahren zum Regeln eines Hilfsaggregats eines Hybrid-Fahrzeus, mit folgenden Schritten: Regeln der Drehzahl der Motorwelle mittels Proportional-, Integral- und Differential-Regelung (PID), wenn sich die Motorwelle im Betriebs-Rotationszustand befindet; und Regeln der Drehzahl der Motorwelle mittels Maschinenzustands-Regelung, wenn sich die Motorwelle nicht im Betriebs-Rotationszustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsaggregat einen Luftverdichter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang zwischen einem Rotationszustand und einem Stillstandsbehebungszustand während einer vorbestimmten Zeitperiode (T2) ver zögert wird, um zu verifizieren, dass eine den Übergang auslösende Auslösebedingung erfüllt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang aus einem Stillstandsbehebungszustand in einen Rotationszustand während einer dritten vorbestimmten Zeitperiode (T3) verzögert wird, um zu verifizieren, dass die Auslösebedingung nicht mehr erfüllt ist.
Prozessor (32) oder computerlesbares Medium (30), dadurch gekennzeichnet, dass dieser bzw. dieses zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 16 programmiert ist.
Vorrichtung zum Erleichtern der Regelung eines Schrauben-Luftverdichters eines Hybrid-Nutzfahrzeugs, mit: einer Vorrichtung (13) zur Luftverdichtung zwecks pneumatischer Betätigung des Bremssystems; einer Vorrichtung (12, 16, 18) zur Energiezuführung zu der Luftverdichtungsvorrichtung (13); einer Vorrichtung (14, 26, 28, 30, 32) zur Durchführung einer Proportional-, Integral- und Differential-Regelung (PID) der zur Energiezuführungsvorrichtung (12, 16, 18) während des Betriebs der Luftverdichtungsvorrichtung (13), und zur Durchführung einer Maschinenzustands-Regelung (28) der Energiezuführungsvorrichtung (12, 16, 18) während des Hochfahrens der Energiezuführungsvorrichtung (12, 16, 18) und während externer Systemstörungen; und einer Vorrichtung (22) zum Detektieren mindestens eines Parameters der Energiezuführungsvorrichtung (12, 16, 18) und zum Ausgeben von Rückkopplungs-Information (20), die den mindestens einen Parameter beschreibt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner gekennzeichnet durch: einen Speicher (30) zur Speicherung von Störungsinformation, welche eine Nummer und die Häufigkeit von Systemstörungen beschreibt; und einen Prozessor (32) zum Analysieren der Störungsinformation zwecks Diagnose des Verhaltens des Motors (12) und/oder des Verdichters (13), zum Identifizieren potentieller Ausfallzustände des Motors (12) und/oder des Verdichters (13), und zur Mitteilung der Information über den potentiellen Ausfallzustand an den Benutzer.