DE102007021892A1

DE102007021892A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Sternspannungsmodulation verwendenden Elektromotors

Info

Publication number: DE102007021892A1
Application number: DE102007021892A
Authority: DE
Inventors: Paul H. Shelby Township Kahler; Kevin Troy McLaughlin
Original assignee: TRW Automotive US LLC
Current assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2007-12-20
Also published as: US7528562B2; US20070262744A1

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors umfasst den Schritt des Bestimmens von Multiphasenspannungsanforderungswerten. Das Verfahren umfasst auch den Schritt des Bestimmens einer Sternspannung (V<SUB>star</SUB>) des Elektromotors und das Bestimmen von Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten als eine Funktion der Sternspannung (V<SUB>star</SUB>) und der Mehrphasenspannungsanforderungswerte. Das Verfahren umfasst weiter den Schritt des Lieferns von Mehrphasenspannung an den Elektromotor in Übereinstimmung mit den Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten, um den Elektromotor zu speisen.

Description

Verweise auf verwandte Anmeldungen

Nicht anwendbar.

Erklärung bezüglich öffentlich geförderter Forschung

Nicht anwendbar

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Sternmodulation verwendenden Elektromotors.
Beschreibung verwandter Technik
Elektromotoren werden verwendet um eine Vielzahl Fahrzeugsysteme anzutreiben, wie z.B. elektrische Lenkungsunterstützersysteme, die wohlbekannt sind. In diesen Systemen stellt ein elektrischer Hilfsmotor, wenn erregt ist, Drehmomentunterstützung bereit, um dem Fahrer beim Drehen lenkbarer Räder des Fahrzeugs zu helfen. Der elektrische Hilfsmotor wird typischerweise in Antwort sowohl auf das auf das Fahrzeuglenkrad wirkende Lenkdrehmoment, als auch auf die Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert. Eine Steuerung überwacht das Lenkdrehmoment und die Fahrzeuggeschwindigkeit und steuert eine Treiberschaltung, um den Strom, der an den elektrischen Hilfsmotor angelegt wird, zu steuern. Solche Fahrschaltungen können FET (Feldeffekttransistoren) oder andere Arten von wirkend zwischen der Fahrzeug batterie und dem elektrischen Hilfsmotor verschalteten Halbleiterschaltern umfassen. Der Motorstrom ist durch Pulsweitenmodulation der FETs oder Schalter gesteuert.
Ein elektrisches Lenkungsunterstützersystem kann einen Permanentmagnetwechselstrommotor (PMAC) verwenden. Der PMAC-Motor ist ein Dreiphasenmotor. Die FETs wären verschaltet, um Dreiphasenspannung/-strom für jede Phase (A, B, C) des PMAC-Motors bereitzustellen. Die Sternspannung des PMAC-Motors ist die Summe der Phasenspannungen A, B und C des Motors. Die Sternspannung ist an dem Sternpunkt des Motors gemessen, wo die Motorphasen mit dem System, z.B. Batterieerde, verbunden ist.
Motorsteuerverfahren umfassen Stromsteueralgorithmen, die annehmen, dass die Sternspannung des Motors konstant oder ungesteuert bleibt. In der Realität kann die Sternspannung aufgrund einer Vielzahl Faktoren variieren, wie z.B. Impendanzvariationen, die durch Unterschiede in den Windungen der einzelnen Motorphasen ausgelöst werden. Eine als konstant angenommene Sternspannung in einer Steuerungsanordnung kann zur Übermodulation führen. Wenn zum Beispiel die Sternspannung als Null angenommen wird und in Wirklichkeit höher ist, würde eine Pulsweitenmodulation der FETs zur Lieferung gewünschter Spannung an irgendeiner der Motorphasen in Wirklichkeit eine höhere an die Phasen zu liefernde Spannung verursachen. Im Ergebnis würden die sinusförmigen durch Pulsweitenmodulation der FETs erzeugten Spannungen abgeschnitten.
Übermodulation kann auch als Funktion des Rotorwinkels zu Veränderungen in der Sternspannung führen. Im Ergebnis könnte die für jede Phase verfügbare Spannung abhängig von den Betriebsbedingungen variieren. Dies kann zu Phase-zu-Phase-Störungen führen und kann hervorrufen, dass Phase-zu-Phase-Spannungen und -Ströme nicht-sinusförmig werden. Nicht-sinusförmige Phase-zu-Phase-Spannungen und -Ströme können ungewünschte Drehmomentwellen (torque ripple) und/oder akustische Geräusche produzieren.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stromsteuerung in einem Elektromotor bereitgestellt, die Sternspannungsmodulation zum Maximieren der Kraft, Minimieren der Leitung-zu-Leitung-Spannungsstörungen und Reduzierung von Drehmomentwellen verwendet.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bestimmens von Mehrphasenspannungsbefehlswerten, des Bestimmens einer Sternspannung des Elektromotors und des Bestimmens von Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten als eine Funktion der Sternspannung und der Mehrphasenanforderungswerte. Das Verfahren umfasst weiter den Schritt des Lieferns von Mehrphasenspannung an den Elektromotor in Übereinstimmung mit den Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten, um den Elektromotor zu erregen.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bestimmens von Mehrphasenspannungsbefehlswerten, des Bestimmens einer Sternspannung des elektrischen Motors; und des Bestimmens von Mehrphasenspannungsausgabe-befehlswerten als eine Funktion der Sternspannung und der Mehrphasenspannungsanforder-ungswerte. Das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt des Lieferns von Mehrphasenspannung an den Elektromotor in Übereinstimmung mit den Mehrphasenspannungsausgabe-befehlswerten, um den elektrischen Motor zu erregen.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Hilfsmotors eines elektrischen Lenkungsunterstützerssystems. Das Verfahren umfasst das Bestimmen der dq-Motorspannungsanforderungswerte als Antwort auf das angelegte Lenkdrehmoment. Das Beschränken der dq-Spannungsanforderungswerte auf beschränkte dq- Spannungsanforderungswerte. Überführen der beschränkten dq-Spannungsanforderungswerte in Mehrphasenspannungsbefehlswerte. Bestimmen einer Sternspannung des elektrischen Motors. Bestimmen von Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten als eine Funktion der Sternspannung und der Mehrphasenspannungsbefehlswerte. Liefern der Mehrphasenspannung an den elektrischen Hilfsmotor in Übereinstimmung mit den Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten, um den elektrischen Hilfsmotor erregen. Die Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerte sind bestimmt als eine Funktion der Sternspannung und der Mehrphasenspannungsbefehlswerte, wobei die Mehrphasenspannung einen Sternspannungsversatz verwendend moduliert ist.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Stromsteuerung in einem Elektromotor bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst Mittel zum Bereitstellen eines benötigten Drehmomentsignals, dass das vom Elektromotor benötigte Ausgabedrehmoment anzeigt. Motorsteuerungsmittel empfangen das benötigte Drehmomentsignal und stellen ein Stromanforderungssignal zumindest teilweise basierend auf dem benötigten Drehmomentsignal bereit. Stromsteuerungsmittel bestimmen Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerte zumindest teilweise basierend auf dem Stromanforderungssignal. Die Stromsteuerungsmittel bestimmen auch eine Sternspannung für den Elektromotor. Die Stromsteuermittel bestimmen Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerte als eine Funktion der Sternspannung und der Mehrphasenspannungsbefehlswerte. Die Vorrichtung umfasst auch Mittel zum Liefern von Mehrphasenspannung zu dem Elektromotor in Übereinstimmung mit dem Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten, um den Elektromotor zu erregen.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auch ein elektrisches Lenkunterstützersystem, das einen mit einem Lenkstab wirkend verbundenen Hilfsmotor umfasst, bereitgestellt. Der elektrische Hilfsmotor stellt, wenn er erregt ist, Lenkunterstützung bereit. Ein Drehmomenterfassungsmittel ist wirkend mit einem Fahrzeuglenkrad verbunden. Das Drehmomenterfassungsmittel stellt ein erfasstes das angelegte Lenkdrehmoment anzeigende Drehmomentsignal bereit. Ein Motorsteuerungsmittel ist wirkend mit dem Drehmomenterfassungsmittel verbunden. Das Motorsteuerungsmittel wirkt, um ein zumindest teilweise auf dem erfassten Drehmomentsignal basierendes Stromanforderungssignal bereitzustellen. Ein Stromsteuermittel ist wirkend mit dem Motorsteuermittel verbunden. Das Stromsteuermittel umfasst Mittel zum zumindest teilweise auf dem Stromanforderungssignal basierten Bestimmen von Mehrphasenspannungsbefehlswerten und ein Mittel zum Bestimmen der Sternspannung des Elektromotors. Das Stromsteuermittel wirkt, um Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerte als Funktion der Sternspannung und der Mehrphasenspannungsbefehlswerte zu bestimmen. Ein Mittel zum Liefern von Mehrphasenspannung an den elektrischen Hilfsmotor in Übereinstimmung mit den Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten um den Elektromotor zu erregen ist ebenfalls bereitgestellt.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bestimmen von Mehrphasenspannungsbefehlswerten. Eine Sternspannung des Elektromotors ist bestimmt. Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerte sind bestimmt als eine Funktion der Sternspannung und der Mehrphasenspannungsbefehlswerte. Mehrphasenspannung ist an den Elektromotor in Übereinstimmung mit den Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten geliefert, um den Elektromotor zu erregen. Die Sternspannung des Elektromotors ist proportional zu den Mehrphasenbefehlswerten wie folgt: V_star = –k·V_Acmd·V_Bcmd·V_Ccmd, wobei V_Acmd, V_Bcmd und V_Ccmd Mehrphasenspannungsbefehle und k eine Modulationskonstante sind.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bestimmen von Mehrphasenspannungsbefehlswerten. Eine Sternspannung des Elektromotors ist bestimmt. Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerte sind bestimmt als Funktion der Sternspannung und der Mehrphasenspannungsbefehlswerte. Mehrphasenspannung ist an den Elektromotor geliefert in Übereinstimmung mit den Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten, um den Elektromotor zu erregen. Die Sternspannung des Elektromotors ist bestimmt als die Differenz zwischen einem der Mehrphasenspannungsbefehlswerte und der Hälfte einer Gesamtsystemspannung, wobei ein Mehrphasenspannungsbefehlswert einen Absolutbetrag größer als die Hälfte der Gesamtsystemspannung hat.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann der Technik, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, durch das Lesen der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich werden, wobei:
1. eine schematische Darstellung eines elektrischen Lenkunterstützersystems in Übereinstimmung mit einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist.
2 eine schematische Darstellung eines Abschnitts des Systems aus 1 ist.
3 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen einer dq-Achsene und Dreiphasenspannungen eines Elektromotors des Systems aus 1 illustriert.
4 ein Graph ist, der die maximale dq-Spannung bei 0 elektrischen Grad für den Elektromotor des Systems aus 1 illustriert.
5 ein Graph ist, der die maximale dq-Spannung bei Steigerungen um 10 elektrische Grad für den Elektromotor des Systems aus 1 illustriert.
6a ein Graph ist, der eine beschränkte dq-Spannung bei 0 elektrischen Grad für den Elektromotor des Systems aus 1 illustriert.
6b ein Graph ist, der eine übermodulierte dq-Spannung bei 0 elektrischen Grad für einen Elektromotor eines Motorsteuerungssystemsillustriert, dass eine konstante Sternspannung des Elektromotors annimmt.
7 ein funktionales Blockdiagramm ist, das die Wirkweise eines Stromsteuerabschnitts der Steuerung aus 2 illustriert.
8a und 8b Graphen sind, die jeweils erkannte Dreiphasen- und dq-Spannungen für einen Elektromotor eines Motorsteuerungssystemsillustrieren, das eine konstante Sternspannung an dem Elektromotor annimmt.
9a und 9b Graphen sind, die jeweils eine erkannte Sternspannung und AB Leitung-zu-Leitung-Spannung für einen Elektromotor eines Motorsteuersystems illustrieren, das eine konstante Sternspannung an dem Elektromotor annimmt.
10a und 10b Dreiphasenspannungsgraphen sind, die jeweils vor dem Versatz und Phasenspannung mit Sternspannungsversatz für den Elektromotor des Systems aus 1 illustrieren.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
1 illustriert eine erste Ausführung die einen Elektromotor in einem fahrzeugelektrischen Lenkunterstützersystem 10 verwendet, das ein Fahrzeuglenkrad 12, das mit einem Eingabeschaft 14 verbunden ist, umfasst. Der Eingabeschaft 14 ist mit einem Ausgabeschaft 18 durch eine Torsionsstange (nicht gezeigt) wirkend verbunden. Der Ausgangsschaft 18 ist mit den lenkbaren Rädern, die schematisch an Block 20 illustiriert sind, wirkend verbunden. Die Torsionsstange verdreht als Antwort auf das am Fahrzeuglenkrad 12 angelegte Drehmoment und führt zu relativer Rotation zwischen dem Eingabeschaft 14 und dem Ausgabeschaft 18. Ein Drehmomentsensor 16 ist mit dem Eingabeschaft 14 und dem Ausgabeschaft 18 wirkend verbunden. Der Drehmomentsensor 16 erfasst die relative Drehbewegung zwischen dem Eingabeschaft 14 und dem Ausgabeschaft 18 und stellt ein dies anzeigendes Signal, welches wiederum das angelegte Lenkdrehmoment anzeigt, bereit. Der Drehmomentsensor 16 umfasst die Kombination der Torsionsstangen- und dem relativen Rotations-Positionssensor.
Lenkunterstützung ist durch das erregen eines Elektromotors 22 bereitgestellt. Der elektrische Hilfsmotor 22 kann mit den lenkbaren Rädern 20 durch einen Zahnstangengetriebesatz wirkend verbunden sein. Alternativ kann der Motor 22 mit der Lenksäule wie z.B. mit der Kammwalze oder dem Ausgabeschaft 18 wirkend verbunden sein. Es ist selbstverständlich, dass das System 10, in Übereinstimmung mit der vor liegenden Erfindung, entweder mit einem Zahnstangenantrieb, einem Ritzelantrieb, einem Säulenantrieb oder jeder Art eines elektrischen Lenkunterstützersystems verwendet sein kann. Das System 10 kann auch zur Benutzung mit einem elektrisch betriebenen hydraulischen Lenksystem angepasst werden. Zum Zweck der Illustration und der Diskussion ist der Motor 22 als mit den lenkbaren Rädern 20 wirkend verbunden schematisch dargestellt. Es ist selbstverständlich, dass diese Verbindung durch eine bekannte Zahnstangenantriebs-, Säulenantriebs-, Ritzelantriebsverbindung, usw. hergestellt ist.
Vorzugsweise ist der elektrische Hilfsmotor 22 ein Mehrphasenmotor, wie z.B. ein Dreiphasenpermanentmagnetwechselstrommotor ("PMAC") einer bekannten Konfiguration, dessen Phasen mit A, B, und C bezeichnet sind. Der PMAC-Motor 22 umfasst eine Vielzahl Statorpole, die in einem Stator-Gehäuse in einem im wesentlichen kreisförmigen Feld um den Rotor angeordnet sind. Der Rotor ist ebenfalls innerhalb des Stator-Gehäuses angeordnet und ist um eine Mittelachse drehbar. Der Rotor umfasst eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Rotorpolen in einem im wesentlichen kreisförmigen Feld mit einem assoziierten Permanentmagneten, der an jedem Rotorpol angeordnet ist. Wenn die Statorwicklungen durch passende Wechselstromsignale erregt sind, erzeugen die erregten Statorpole ein elektrisches Feld, das mit dem magnetischen Rotorfeld interagiert und das Rotieren des Rotors verursacht.
Der Drehmomentsensor 16 erfasst die an dem Lenkrad 12 anliegende Größe des Lenkdrehmoments. Der Drehmomentsensor 16 kann ein induktiver Drehmomentsensor, ein optischer Drehmomentsensor, ein widerständischer Drehmomentsensor oder jede andere bekannte Art von Drehmomentsensor sein. Der Drehmomentsensor 16 stellt ein an 24 angezeigtes, erfasstes, die Größe des angelegten Lenkdrehmoments anzeigendes, Drehmomentsignal τ_s an einer Steuerung 26 bereit.
Die Steuerung 26 ist vorzugsweise ein Mikroprozessor oder Mikrocomputer, der programmiert ist, den elektrischen Hilfsmotor 22 als Antwort auf ein oder mehrere das Drehmomentsensorsignal τ_s einschließende Eingabesignale zu steuern. Andere Ein gabesignale 28, wie z.B. von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, Warmstartsteuerungssignalen, und/oder andere gewünschte Eingabesignale stellen ein Signal/Signale an der Steuerung 26 bereit.
Die Steuerung 26 empfängt Strom von einer Stromquelle 34, wie z.B. der Fahrzeugbatterie, über einen Zündschalter 35. Der zur Steuerung 26 gelieferte Strom ist entsprechend gefiltert oder anderweitig aufbereitet und durch einen Spannungsregler (nicht gezeigt) auf einem gewünschten Spannungsniveau gehalten. Elektrischer Strom wird an der Steuerung 26 bereitgestellt, wenn der Zündschalter 35 in der RUN-(Betrieb-)Position ist.
Ein Motorpositionssensor 36 ist mit dem elektrischen Hilfsmotor 22 durch Verbindung 38 wirkend verbunden. Der Motorpositionssensor 36 überwacht die relative Position zwischen dem Rotor und dem Stator des Motors 22 und stellt ein an 40 angezeigtes Motorpositionssignal Θ an der Steuerung 26 bereit.
Die Steuerung 26 bestimmt einen an 42 angezeigten Spannungsausgabebefehl V_out. Der Spannungsausgabebefehl V_out ist als vom Motor benötigte Spannung zum Erregen des elektrischen Hilfsmotors 22 bestimmt, um eine angemessene Lenkunterstützung gemäß der Steuerungseingabesignale bereitzustellen. Der Motorspannungsbefehl V_out 42 wird zu einer Treiberschaltung 44 geliefert, die im Gegenzug eine angemessene Menge elektrischen Stroms an jeder der Vielzahl von Phasen (A, B, und C) des Motors 22 bereitstellt. Die Treiberschaltung 44 ist durch ein Stromrelais 48 mit der Stromversorgung 34 verbunden. Die Treiberschaltung 44 steuert die elektrische Spannung in jeder der Phasen A, B, und C des Motors 22 als Antwort auf den Spannungsbefehl V_out.
Die Steuerung 26 umfasst vorzugsweise mit einem Feld Schaltelemente steuerbar verbundene Pulsweitenmodulationsschaltkreise oder -ausgänge, vorzugsweise FETs, die die Treiberschaltung 44 umfassen. Entsprechend sind die FETs der Treiberschaltung 44 pulsweitenmoduliert, um die Spannung in jeder der Phasen des Elektromo tors 22 auf einem dem angelegten Lenkdrehmoment und jedem anderen Steuereingabesignal angemessenen Nieveau zu steuern. Die Pulsweitenmodulation jeder Phase während des Erregens verändert sich sinusartig, so dass die Spannung über eine erregte Motorspule sich sinusartig mit einem Betriebszyklus verändert, was zu einer Frequenz außerhalb des hörbaren Bereichs, wie z.B. 42,5 Mikrosekunden, führt.
Die Steuerung 26 kann auch programmiert sein, passende Systemdiagnosen durchzuführen, um eine richtige Funktion des Systems 10 und insbesondere eine richtige Funktion des elektrischen Hilfsmotors 22 und der Treiberschaltung 44 zu gewährleisten. Die Steuerung 26 kann solche Diagnosen basierend auf den Eingabesignalen an der Steuerung 26 durchführen. Zum Beispiel kann das Eingabesignal 28 die Ausgabe eines die Temperatur der Treiberschaltung 44 anzeigenden Temperatursensors umfassen. Andere Diagnosen können die Analyse des Drehmomentsensorsignals, Spannunsnieveaus, usw. umfassen. Die Steuerung 26 kann mit dem Stromrelais 48, angezeigt an 50, verbunden werden, um das Relais beim Feststellen eines vorbestimmten Fehlerzustands des Systems 10 zu öffnen und dadurch den Motor 22 abzuschalten.
Das System 10 umfasst auch ein Überwachungselement 54 zur Überwachung der tatsächlich an jeder Phase (A, B, C) des elektrischen Hilfsmotors 22 gelieferten Spannung und/oder Stroms. Das Überwachungselement 54 stellt mit jeder Phase des Motors 22 ein assoziiertes, die überwachte Spannung (V_A, V_B, V_C) und/oder den überwachten Strom (i_A, i_B, i_C) anzeigendes Signal 56 an der Steuerung 26 bereit. Vorzugsweise zeigt das Signal 56 den Durchschnittsstrom und die Durchschnittsspannung über den sinusförmigen Pulsweitenmodulationszyklus für jede Phase des Motors 22 an. Filtern kann nötig sein, um unerwünschte, aus der Pulsweitenmodulation resultierende Effekte zu entfernen. Bezugnehmend auf 2 umfasst die Steuerung 26 eine Motorsteuerung 60 und eine Stromsteuerung 62. Die Motorsteuerung 60 und die Stromsteuerung 62 können getrennte Abschnitte einer Einzelsteuerung, getrennte Steuerungen die wirkend verbunden sind, oder diskrete digitale und/oder analoge Komponenten aufweisen, um den hier beschriebenen Steuerprozess auszuführen.
Die Motorsteuerung 60 führt einen auf die Eingänge 24, 30 und 40 reagierenden Algorithmus aus, um einen Spannungsbefehl i_cmd, angezeigt an 70, und ein Rotorfortschrittswinkel γ, angezeigt an 72, an der Stromsteuerung 62 bereitzustellen. Das Stromkommando i_cmd ist funktional abhängig von τ/K_T wobei τ ein angefordertes Motordrehmoment, z.B. in Ibf·ft, und K_T eine Drehmomentkonstante des Motors 22, z.B. in Ampere/Ibf·ft, ausdrückt. Das Stromkommando i_cmd ist die Menge an Strom in Ampere, die an den Motor 22 zu liefern ist. Der Rotortortschrittswinkel γ zeigt den Winkel in Bezug auf den Stator an, zu dem der Rotor zu befehlen ist. Der Rotorfortschrittswinkel γ ist basierend auf dem angeforderten Motordrehmoment τ und der erfassten Rotorposition Θ bestimmt.
Die Motorsteuerung 60 bestimmt einen benötigten Motordrehmomentwert τ, um Lenkunterstützung bereitzustellen. Das benötigte Motordrehmoment τ basiert, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, zumindest teilweise auf dem erfassten angelegten Lenkdrehmomentsignal τ_s, angezeigt an 24, der erfassten Rotorposition relativ zu dem Stator oder Winkel θ, angezeigt an 40, und der Motorrotorgeschwindigkeit ω_r, die von der Veränderung der Rotorposition θ als Funktion der Zeit bestimmt ist. Das benötigte Motordrehmoment τ kann durch das Verwenden von Gleichungen oder durch die Auswahl von Werten aus einer Nachschlagetabelle (look-up table) bestimmt sein. Es ist selbstverständlich, dass die Nachschlagetabelle diskrete Werte des benötigten Motordrehmoments τ als eine Funktion des erfassten Eingabesignals enthalten würde. Eine Interpolation der Nachschlagetabellendaten kann verwendet werden, um das angeforderte Motordrehmoment τ zu bestimmen.
Der Rotorfortschrittswinkel γ ist vorzugsweise zumindest teilweise basierend auf der bestimmten Rotationsgeschwindigkeit ω_r des Rotors aus der Nachschlagetabelle ausgewählt. Interpolation kann verwendet werden, um den Rotorfortschrittswinkel γ basierend auf in der Nachschlagetabelle gespeicherten Werten genauer zu bestimmen. Es ist jedoch selbstverständlich, dass der Rotorfortschrittswinkel alternativ durch die Verwendung von Gleichungen bestimmt werden kann. Während der Rotorfortschrittswinkel γ als durch den Motorsteuerungsabschnitt 60 der Steuerung 26 berechnet dargestellt ist, kann der Rotorfortschrittswinkel γ auch durch den Stromsteuerungsabschnitt 62 der Steuerung 26 berechnet sein.
Die Stromsteuerung 62 führt einen Algorithmus aus, um den an 42 angezeigten Spannungsausgabebefehl V_out an der Treiberschaltung 44 (1) bereitzustellen. Die Stromsteuerung 62 befehligt FETs in der Treiberschaltung 44. Genaue Kenntnis der Spannung der Stromversorgung 34, z.B. der Batteriespannung, ist nicht nötig um die Spannung über die Motorwindungen, d.h. den Phasen A, B und C, zu steuern. Der von der Motorsteuerung 60 und der Stromsteuerung 62 verwendete Algorithmus verwendet normalisierte Spannungsbefehle, wobei 1 die gesamte Batteriespannung und 0 Volt relativ zur Batterierde ist. Die gesamte Batteriespannung ist erreicht durch befehlen des FET 5 (auf) vollständig AN. Null Batteriespannung (ist erreicht) durch Befehlen des FET 5 (auf) vollständig AUS. Der Sternpunkt (oder das Y) des Motors (die gemeinsame Verbindung der Motorphasen) ist bei 0,5 der Batteriespannung gehalten, so dass die Maximalspannung über eine Motorphasenspule relativ zu dem Sternverbindungspunkt entweder +0,5·(Batteriespannung) oder –0,5·(Batteriespannung) ist.
Bekannte Stromsteuerverfahren für sternkonfigurierte Motoren nehmen an, dass die Sternspannung des Motors konstant bleibt. In der Praxis jedoch führt Übermodulation, d.h. Abschneiden der Sinuswellen durch Pulsweitenmodulation, zu Veränderungen in der Sternspannung. Als Ergebnis kann die maximal verfügbare Spannung für jede Motorphase nicht unter allen Bedingungen +0,5 (mal) die Batteriespannung sein. Dies kann zu Phase-zu-Phase-Störungen und dazu führen, dass die Phase-zu-Phase-Spannungen nicht-sinusförmig werden. Diese nicht-sinusförmigen Phase-zu-Phase-Spannungen können unerwartete Drehmomentwellen und/oder akustische Geräusche erzeugen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sternspannung auf solche Weise moduliert, die eine Erhöhung in der Leitung-zu-Leitung-Spannung erlaubt, während ein sinusförmiger Trieb erhalten ist. Die Sternspannungsmodulation der vorliegenden Erfindung resultiert nicht in einer Leistungsreduktion und minimiert Wechselstromstörungen bei hohen Motordrehzahlen. Dies hilft Motordrehmomentwellen und akustische Geräusche zu reduzieren.
Beim Durchführen von Berechnungen, um die an den drei Phasen des Motors anzulegende Spannung zu bestimmen, ist es wünschenswert, die Berechnungen in einem dq-Bezugsrahmen, d.h. dq-Vektoranalyse verwendend, durchzuführen, um die Berechnungen zu vereinfachen. Die dq-Vektoranalyse umfasst eine zweidimensionale Vektorrepräsentation der Motorspannung, die mit den Motorspannungswerten der drei Phasen (A, B, C) übereinstimmt. Motorspannungen können in beide Richtungen von dem dq-Referenzrahmen und dem ABC-Motorphasenrahmen durch Verwenden bekannter mathematischer Transformationsmethoden überführt werden. ABC Rahmenspannungen können in den dq-Rahmen durch Verwendung einer T Matrixtransformation überführt werden. Die dq-Rahmen-Spannungen können in den ABC-Rahmen zurücküberführt werden, durch Verwendung einer T' Matrixtransformation.
Ist ein (elektrischer) Rotorwinkel θ und ein Rotorfortschrittswinkel γ gegeben, kann die größte zu erreichende dq-Spannungsgröße bestimmt werden. Als ein Beispiel sei angenommen, dass der Rotorwinkel θ Null und die maximale dq-Spannungsgröße für alle Fortschrittswinkel berechnet ist.
Bei 0 Grad ist die T-Matrix:
wie in Gleichung (1) gezeigt zeigt die A-Phasenspannung in die dq-Richtung [0,1], die B-Phasenspannung zeigt in die dq-Richtung [0,86603, –0,5] und die C-Phasenspannung zeigt in die dq-Richtung [0,86603, –0,5]. Ein Diagramm der Beziehung zwischen der dq-Achsene und der ABC-Vektoren ist in 3 für 0 elektrische Grade gezeigt. Beachte, dass in Gleichung (1) die erste Zeile der T-Matrix Sinusfunktionen und die zweiten Zeile Cosinusfunktionen sind. Ist der elektrische Winkel Θ gegeben, ist ein Algorithmus zum Bestimmen des maximalen dq-Vektors bei jedem Fortschrittswinkel wie folgt verfügbar:

1. Wähle einen Fortschrittswinkel γ und erstelle einen Vektor in dem dq-Rahmen der Länge 2:
2. Bestimme das Skalarprodukt des Vektors v_dq mit jeder der drei Spalten der T-Matrix, d.h. berechne den Vektor T'v_dq.
3. Setze den Befehl für die zwei Vektoren, der den maximalen absoluten Wert des Skalarprodukts erzeugt, entsprechend 0,5 (mal) dem Signum des Skalarprodukts. Ist z.B. der dq-Vektor gleich [1,0] und zeigt entlang der X-Achsen-Richtung, dann ist das Skalarprodukt [0,86683, –0,86603].
4. Befiehl den verbleibenden Vektor auf eine Größe, so dass der durch das Multiplizieren des abschließenden Befehls mit der T-Matrix erhaltene Vektor in dieselbe Richtung zeigt, wie der ursprüngliche dq-Vektor. In dem vorliegenden Beispiel kann der erste Vektor nicht entlang der X-Achse zeigen und ist deshalb 0. Im Allgemeinen muss der dritte Vektor zu einer Nicht-Nullgröße befohlen sein, um die Richtung des dq-Vektors zu erhalten. Sei α die Richtung des ursprünglichen dq-Vektors: α = atan2(vq,vd) (3)

Seien v₁ und v₂ die Richtungen der zwei ABC-Vektoren, die das maximale Skalarprodukt erzeugen und v₃ die Richtung des dritten. Sei m₁ die Größe von v₁, m₂ die Größe von v₂ und m₃ die Größe von v₃. Der letztendliche dq-Vektor ist: vdq = m1v1 + m2v2 + m3v3 (4)und muss in die Richtung von αzeigen. Wird ein zweiter Index von entweder d oder q zu den "v" Vektoren addiert, um die d-Achsen- und die q-Achsenkomponenten zu rotieren, ist der Winkel der letztendlichen Vektoren: α = atan2 ((m1v1q + m2v2q + m3v3q), (m1vd1 + m2v2d + m3v3d)) (5)was für m₃ gelöst werden kann.
Beispielhaft für den oben angegebenen Algorithmus sei θ = 0,5 Radiant. Die T-Matrix ist:
Sei γ = 0,29671 Radiant. Der dq-Spannungsvektor ist:
Die Quantität T'v_dq aus Schritt 2 ist [1,4301, 0,49576, –1,9259]. Setze den Befehl für die A-Phase aus Schritt 3 auf +0.5 und den Befehl für die C-Phase auf –0,5. Das Lösen von Gleichung (5) für die Größe der B-Phase ergibt 0,22295. Der maximale dq-
Vektor für die gewünschte Richtung ist:
Den obigen Algorithmus verwendend kann die maximale dq-Spannung für alle Fortschrittswinkel γ bei einem festen Rotorwinkel θ bestimmt sein. Es ist selbstverständlich, dass in der Praxis die dq-Spannung konstant ist und der Rotorwinkel θ rotiert. Der Ansatz mit dem festen Rotorwinkel θ ist jedoch für illustrierende Zwecke ausreichend. 4 illustriert die maximale dq-Spannung für alle Fortschrittswinkel γ bei einem festen Rotorwinkel θ von 0 Grad. In 5 sind die Sechsecke rotiert, um die maximale dq-Spannung für alle Fortschrittswinkel γ bei Steigerungen des Rotorwinkels θ um 10 elektrische Grad zu illustrieren. Beachte, dass das innere der Sechsecke in 5 einen Kreis bildet. Die dq-Spannungen, die durch diesen Kreis repräsentiert sind, sind unabhängig von der Orientierung des Sechsecks verfügbar, d.h. unabhängig von dem Rotorwinkel θ.
Der Kreis maximalen Radius', der in das Sechseck passt, hat einen Radius von 1/√3. Der Kreis mit diesem Radius und das Sechseck sind in 6a für 0 elektrische Grade gezeigt. Der Kreis tangiert 6 Punkte des Sechsecks und hat deshalb den größten Radius, der in das Sechseck passt. Die durch den Kreis repräsentierten dq-Spannungen sind deshalb geringer oder gleich der maximalen dq-Spannung bei jedem Fortschrittswinkel γ. Wäre der Radius des Kreises so, dass ein Abschnitt des Kreises sich über das Sechseck erstreckt, wäre die dq-Spannung an dieser Stelle durch das Sechseck an Stelle des Kreises beschränkt. In diesem Fall, wäre die dq-Spannung gestört, so dass die Größe der dq-Spannung nicht bei jedem Fortschrittswinkel γ konstant wäre. Es ist deshalb selbstverständlich, dass der Kreis die größte verfügbare dq-Spannung ohne Störung für jeden Fortschrittswinkel jeder Rotorposition θ repräsentiert.
Im Gegensatz dazu illustriert 6b den Kreis (gestrichelte Linie) von 6a zusammen mit einer übermodulierten Spannung (durchgehende Linie) bei 0 elektrischen Graden. Die übermodulierte Spannung verwendet einen Übermodulationsfaktor von 1,3. Es ist selbstverständlich, dass die durch Übermodula tion erzeugte dq-Spannung gestört und nicht an jedem Fortschrittswinkel γ konstant ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Sternspannung verwendet, um die maximale dq-Spannung ohne Störung zu erhöhen. Da der Null-Raum der T-Matrix [1 1 1] ist, kann jede Spannung zu allen drei ABC Befehlen addiert sein, ohne die dq-Spannung zu beeinflussen. Deshalb kann, falls es gewünscht ist eine der ABC Spannungen über die Schranke von 0,5 zu erhöhen, die Sternspannung angepasst, d.h. verringert, werden, um eine höhere Spannung von einer Speziellen der ABC-Spannungen zu beeinflussen. Dies setzt die Tatsache voraus, dass die anderen zwei Spannungen nicht an ihrer Schranke sein dürfen, da sonst das Verfahren nicht funktioniert. Falls die Größe der dq-Spannungen jedoch auf den Kreis aus 5, d.h. auf 1/(√3), beschränkt ist, wird nur eine der Leitungen A, B und C jemals an einer Schranke sein und die Sternspannung kann in einer Weise moduliert werden, um alle drei ABC Spannungen ohne Störung sinusförmig in Bezug zu dem Stern halten.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Algorithmus zur Sternspannungsmodulation wie folgt gegeben:

1. Berechne geforderte q-Achsen- und d-Achsen-Spannungen, v_q bzw. v_d, unter Verwendung eines PE Steuergesetzes.
2. Berechne die Vektorgröße der geforderten v_q und v_d Spannungen.
3. Beschränke die Vektorgrößen von v_d und v_q so, dass ihre Vektorrichtung unverändert ist aber ihre Größe kleiner als 1/(√3 ) ist.
4. Überführe die beschränkten v_d und v_q in dem ABC-Rahmen unter Verwendung der T'-Matrix.
5. Berechnen der Sternspannung nach der folgenden Formel: V_star = –k·V_A·V_B·V_C, wobei V_A, V_B, V_C Phasenspannungen sind und k eine Modulationskonstante ist. Vorzugsweise ist die Modulationskonstante auf 2 beschränkt und eine jeweilige Phasenspannung ist zwischen +0,5 und –0,5 gehalten.
6. Addiere die Sternspannung zu jeder der drei ABC Phasen.
7. Beeinflusse die Spannungen auf 0,5 der Batteriespannung, (d.h. addiere 0,5 zu jedem der ABC-Phasenspannungsbefehle).
8. Beschränke die Spannungsbefehle auf zwischen 0 und 1.

Im obigen Algorithmus ist eine allgemeinere Formel zur Bestimmung der Modulationskonstante repräsentiert durch die Formel: k = 0,5/X2 wobei ein Ziel wäre, die Phasenspannung auf +/–X zu beschränken und während dessen eine maximale Phase-zu-Phase-Spannung zu erlauben (d.h. ein Beschränken der Phasenspannung auf +1,0 und –1,0 würde in einer Modulationskonstante von 0,5 resultieren).
Die Sternspannung könnte alternativ in Schritt 5 wie folgt berechnet werden: if (abs(VA) > (1/2)), then Vstar = (sign(VA)·(1/2)) – VA; if (abs(VB) > (1/2)), then Vstar = (sign(VB)·(1/2)) – VB; if (abs(VC) > (1/2)), then Vstar = (sign(VC)·(1/2)) – VC;wobei sign() das mathematische Signum (d.h. plus (+) oder Minus (–) der Quantität in Klammern) anzeigt. Wie oben erwähnt wird nur eine der A, B und C Spannungen jemals die Schranke von 0,5 zu einer Zeit überschreiten. Deshalb wird nur die linke Seite einer der obigen Gleichungen jemals wahr und nur ein Wert der Sternspannung wird bestimmt.
In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung steuert die Steuerung 62 (2) den für die Phasen A, B und C des Motors 22 (1) bereitgestellten Strom in Übereinstimmung mit der in 7 illustrierten Steuerschleife. Die Steuerschleife des Funktionsblockdiagramms aus 7 steuert den Motorstrom in Übereinstimmung mit dem Sternspannungsmodulationsalgorithmus, der oben beschrieben wurde.
Bei Funktion 100 sind die d-Achsen- und die q-Achsen-Strombefehle basierend auf dem Fortschrittswinkel γ, angezeigt an 72, und der durch die Motorsteuerung 60 (2) bereitgestellte Strombefehl, angezeigt an 70, berechnet. Die berechneten dq-Strombefehle, i_qcmd und i_dcmd sind nach den folgenden Gleichungen bestimmt: iqcmd = icmd (cos(γ)) (8a) idcmd = icmd (sin(γ)) (8b)
Bei Funktion 102 sind die d-Achsen- und die q-Achsen-Ströme basierend auf den gemessenen drei Phasenströmen (I_A, I_B, I_C,), die durch das gemessene Dreiphasenstromsignal, das bei 56 angezeigt ist, unter Verwendung der T-Matrix berechnet:
Bei Funktion 104 ist die gemessene d-Achsen-Spannung I_dmeas von dem berechnten d-Achsen-Strombefehl i_dcmd abgezogen, um ein d-Achsen-Stromfehlersignal I_derr zu bestimmen. Bei Funktion 106 ist der gemessene q-Achsen-Strom i_qmeas von dem berechneten q-Achsen-Strombefehlt i_qcmd abgezogen, um eine q-Achsen-Stromfehlersignal i_derr zu bestimmen.
Bei Funktion 110 ist eine d-Achsen-Stromanforderung V_ddmdbasierend auf dem d-Achsen-Stromfehler i_derr unter Verwendung eines Proportional- und Integral-Steueralgorithmus (PI) erzeugt. Bei Funktion 112 ist eine q-Achsen-Spannungsanforderung v_qdmd basierend auf dem q-Achsen-Stromfehler i_qerr unter Verwendung eines PI Steueralgorithmus erzeugt.
Bei Funktion 114 sind die Vektorgrößen der dq-Spannungsanforderungen v_ddmd und v_qdmd berechnet. Funktion 114 erzeugt dq-Spannungsbefehle v_dcmd' und V_qcmd'. Bei Funktion 116 sind die dq-Spannungsbefehle v_dcmd' und V_qcmd' beschränkt, so dass ihre Vektorrichtung unverändert, aber ihre Größe geringer als 1/(√3) ist. Funktion 116 erzeugt beschränkte dq-Spannungsbefehle v_dcmd'' und V_qcmd''. Bei Funktion 120 sind die beschränkten dq-Spannungsbefehle v_dcmd'' und V_qcmd'' mittels der T'-Matrix in den ABC-Dreiphasenrahmen überführt:
Funktion 120 erzeugt Dreiphasenspannungsanforderungen V_Acmd, V_Bcmd und V_Ccmd. In Funktion 122 ist die Sternspannung gemäß der folgenden Formel bestimmt: Vstar = –k·VAcmd·VBcmd·VCcmd,wobei V_Acmd, V_Bcmd, V_Ccmd Befehlsphasenspannungen sind und k eine Modulationskonstante ist.
Eine bevorzugte Modulationskonstante k = 2 hält die resultierenden ABC Spannungsbefehle V_Acmd', V_Bcmd' und V_Ccmd' zwischen –0,5 und +0,5.
In der alternativen Ausführung ist die Sternspannung als Differenz zwischen den ABC Befehlen und 0,5 gemäß der folgenden Formel berechnet: if (abs(VA) > (1/2)), then Vstar = (sign(VA)·(1/2)) – VB; if (abs(VB) > (1/2)), then Vstar = (sign(VB)·(1/2)) – VB; if (abs(VC) > (1/2)), then Vstar = (sign(VC)·(1/2)) – VC;wobei nur eine der Spannungen A, B, C zu einer Zeit jemals die Schranke von 0,5 überschreitet und deshalb nur ein Wert für die Sternspannung bestimmt sein wird.
Bei Funktion 124 ist die bestimmte Sternspannung V_star zu jeder der drei Phasenspannungsbefehlen V_Acmd, V_Bcmd, V_Ccmd addiert.
Bei Funktion 126 sind die resultierenden ABC Spannungsbefehle V_Acmd', V_Bcmd' und V_Ccmd' auf den in 42 dargestellten (1, 2 und 7) Spannungsausgabebefehl V_out formatiert und an die Treiberschaltung 44 gesendet (1). Bei Funktion 126 (7) ist der Spannungsausgabebefehl V_out formatiert, um passende FET Pulsweitenmodulationsbefehle für jede der resultierenden ABC Spannungsbefehle V_Acmd', V_Bcmd' und C_Ccmd' bereitzustellen. Die ABC Spannungsanforderungen V_Acmd, V_Bcmd und V_Ccmd sind auch zu 0,5 Batteriespannung beeinflusst, d.h. 0,5 ist jeweils zu V_Acmd', V_Bcmd' und V_Ccmd' addiert. Die resultierenden ABC-Spannungsbefehle V_Acmd', V_Bcmd' und V_Ccmd' sind dann auf ≥ 0 und ≤ 1 beschränkt.
Es kann wünschenswert sein die resultierenden ABC-Spannungsanforderungen V_Acmd', V_Bcmd' und V_Ccmd' auf Werte zwischen 0,03 und 0,97 zu beschränken um Durchschussströme unter allen Bedingungen zu vermeiden. Bei der vorliegenden Erfindung ist dies jedoch nicht nötig da solche Spannungsbeschränkungen dem durch die Stromsteuerung 62 ausgeführten Algorithmus inhärent sind. Die Spannungsbe schränkung kann deshalb die über die Spule(n) erreichbare maximale Spannung erhöhend und Schaltverluste reduzierend erhöht werden.
Für die Leistungsfähigkeit der Sternspannungsmodulationstechnik der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu bekannten Übermodulationstechniken soll folgendes Beispiel dienen: Angenommen die dq-Spannung von v_q = 1,3·0,5 und v_d = 0 ist gewünscht. Dies ist equivalent zu bekannten Stromsteuerverfahren die einen Übermodulationsfaktor von 1,3 verwenden. Beachte, dass es wegen des Rotierens der ABC-Spannungen um die dq-Spannungen keinen Unterschied macht, welche Richtung für die dq-Spannungen zur Illustration des Bebeschränkungseffektes gewählt ist. Über eine Rotation werden Vektoren ähnlicher Länge ähnlich beschränkt, allerdings bei verschiedenen elektrischen Winkeln.
8a und 8b und 9a und 9b illustrieren das Resultat das durch Anwenden der bekannten Übermodulationstechniken mit einem Übermodulationsfaktor von 1,3 erzielt wird, um die ABC Spannungsbefehle V_Acmd, V_Bcmd und V_Ccmd zu steuern. 8a zeigt die effektiven ABC Spannungen (angezeigt an A, B und C) und 8b die resultierenden erzielten dq-Spannungen (angezeigt an d und q). Wie in 8b gezeigt, haben sowohl die d-Achsen- als auch die q-Achsen-Spannungen wellige, durch die im ABC-Rahmen durchgeführte Beschränkung eingeführte, Wechselstromkomponenten. Dies ist belegt durch die nicht-lineare Erscheinung der dq-Spannungen in 8b.
9a illustriert die durch die bekannten Übermodulationstechniken berechnete Spannung als den Durchschnitt der Summe der drei Spannungen bei jedem elektrischen Winkel. 9b illustriert die AB Leitung-zu-Leitung-Spannung, die als Differenz zwischen den A und B Spannungen berechnet ist. Wie in 9a gezeigt ist die Sternspannung nicht sinusförmig und die AB Leitung-zu-Leitung-Spannung ist sowohl am Minimal- als auch am Maximalwert flach, was eine Störung der Spannung anzeigt.
10a und 10b illustrieren die Vorteile durch die Modulation der Phasenspannungen mittels des Sternspannungsversatzes gemäß der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. 10a illustriert einen Graph der Phasen-Spannungen eines Motors vor der Verwendung eines Sternspannungsversatzes. 10b illustriert einen Graph der Sternmodulationstechnik, der die Phasenspannungen und Sternspannung illustriert, die den Sternspannungsversatz V_star = –k·V/V_Acmd·V_Bcmd·V_Ccmd (d.h. k = 2) verwendet. Wenn die Phasenspannungen V_A, V_B und V_C, klein sind ist die Sternspannung vernachlässigbar und hat geringe Auswirkungen auf die Phasenspannungen. Wenn die Phasenspannung ansteigt, steigt die Sternspannung kubisch mit der Phasenspannungen. Als Resultat ist eine rein sinusförmige Sternspannungssinuswelle erzeugt, die eine dreimal höhere Frequenz als die einer einzelnen Phasenspannung hat. Die Spannweiten der größeren Phasenspannungen sind beschränkt, während die sinusförmigen Phasen-zu-Phasen-Spannungen der größeren Amplituden erhalten bleiben. Die durch das Sternspannungsmodulationsverfahren der vorliegenden Erfindung erzielte Sternspannung hat Harmonien. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Modulationstechnik in Systemen, die Dreiphasenspannungen auf andere Weise erzeugen, verwendet werden kann, solange die Beziehung zwischen den Spannungen erhalten ist. Die Spannungen können z.B. als drei Punkte einer Sinuskurve mit gleicher Amplitude und einem Versatz von 120 Grad illustriert sein.
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen erkennen. Die beiliegenden Ansprüche sind dazu vorgesehen, solche Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen innerhalb des Fachgebiets abzudecken.
Tabelle der Bezugszeichen

10: elektrisches Fahrzeuglenkunterstützersystem
12: Fahrzeuglenkrad
14: Eingabeschaft
16: Drehmomentsensor
18: Ausgabeschaft
20: lenkbare Räder
22: Elektromotor
24: erfasstes Drehmomentsignal τ_s
26: eine Steuerung
28: Eingabesignale
30: andere Eingabesignale
34: Stromversorgung
35: Zündungsschalter
36: Motorpositionssensor
38: Verbindun
40: Motorpositionssignal θ
42: Spannungsausgabebefehl V_out
44: Treiberschaltung
48: Stromrelais
50: Verbindung
54: ein Überwachungsbauteil ein Signal
60: Motorsteuerung
62: Stromsteuerung
70: Strombefehl i_cmd
72: Rotorfortschrittswinkel γ

Claims

Ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestimmen eines Mehrphasenspannungsbefehlswertes; Bestimmen einer Sternspannung des Elektromotors; Bestimmen eines Mehrphasenspannungsausgabebefehlswertes; Liefern von Mehrphasenspannung an den Elektromotor in Übereinstimmung mit dem Mehrphasenspannungsausgabebefehlswert um den Elektromotor zu speisen; dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerte als Funktion der Sternspannung und der Mehrphasenspannungsbefehlswerte bestimmt sind, wobei die Mehrphasenspannung durch einen Sternspannungsversatz moduliert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Lieferns von Mehrphasenspannung zu dem Elektromotor als Liefern sinusförmiger Leitung-zu-Leitung-Spannungen an den Elektromotor gekennzeichnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerte als die Summe der Sternspannung und der Mehrphasenspannungsbefehlswerte gekennzeichnet sind.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens von Mehrphasenanforderungswerten weiter gekennzeichnet ist durch die Schritte: Bestimmen von dq-Motorspannungsanforderungswerten mit einem d-Achsen-Spannungsanforderungswert und einem q-Achsen-Spannungsanforderungswert; Beschränken der dq-Spannungsanforderungswerte auf beschränkte dq-Spannungsanforderungswerte, wobei die beschränkten dq-Spannungsanforderungswerte auf die höchste bei jedem Fortschrittswinkel für jeden elektrischen Winkel des Elektromotors verfügbare dq-Spannung beschränkt sind; und Überführen der beschränkten dq-Spannungsanforderungswerte in die Mehrphasenspannungsbefehlswerte.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Überführens der beschränkten dq-Spannungsanforderungswerte durch den Schritt des Verwendens einer T'-Matrix zum Überführen der beschränkten dq-Spannungsanforderungswerte in die Mehrphasenspannungsbefehlswerte gekennzeichnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Bestimmens der dq-Motorspannungsanforderungswerte durch den Schritt des Verwendens einer Proportional- und Integral-Steuervorschrift charakterisiert ist, um die dq-Spannungsanforderungswerte zu bestimmen.
Das Verfahren nach Anspruch 6 wobei der Schritt des Verwendens einer Proportional- und Integral-Steuervorschrift durch die weiteren Schritte gekennzeichnet wird: Anwenden der Proportional- und Integral-Steuervorschrift auf einen d-Achsen-Stromfehlerwert, um den d-Achsen-Spannungsanforderungswert zu bestimmen, wobei der d-Achsen-Spannungsfehlerwert als Differenz zwischen einem berechneten d-Achsen-Strombefehl und einem gemessenen d-Achsen-Strom bestimmt ist; und Anwenden der Proportional- und Integral-Steuervorschrift auf einen q-Achsen-Stromfehlerwert, um den q-Achsen-Spannungsanforderungswert zu bestimmen, wobei der q-Achsen-Stromfehlerwert als die Differenz zwischen einem berechneten q-Achsen-Strombefehl und einem gemessenen q-Achsen-Strom bestimmt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei der berechnete d-Achsen-Strombefehl und der berechnete q-Achsen-Strombefehl als eine Funktion eines Motorstrombefehlswertes und einem Motorfortschrittwinkelwertes charakterisiert sind, wobei der Motorstrombefehlswert zumindest teilweise als eine Funktion eines erfassten Drehmomentwerts bestimmt ist, wobei der Motorfortschrittswinkel zumindest teilweise als eine Funktion einer bestimmten Drehgeschwindigkeit des Elektromotors bestimmt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Beschränkens der dq-Spannungsanforderungswerte durch die Schritte des Berechnens einer Vektorgröße jedes der dq-Spannungsanforderungswerte und dem Beschränken der Vektorgrößen auf die beschränkten dq-Spannungsanforderungswerte charakterisiert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei die beschränkten dq-Spannungsanforderungswerte auf die gesamte Systemspannung multipliziert mit 1/(√3) beschränkt sind.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Sternspannung des Elektromotors durch die Differenz zwischen einem der Mehrphasenspannungsbefehlswerte und der Hälfte der gesamten Systemspannung gekennzeichnet ist, wobei einer der Mehrphasenspannungsbefehlswerte einen absoluten Wert größer als die Hälfte der gesamten Systemspannung hat.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Sternspannung des Elektromotors durch die folgende Formel gekennzeichnet ist: Vstar = –k·VA·Vb·Vc,wobei V_A, V_b, V_c Phasenspannungen sind und k eine Modulationskonstante ist.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Modulationskonstante gleich 2 ist und die vorherbestimmte Phasenspannungsausgabe zwischen +0,5 und –0,5 liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Modulationskonstante gleich 0,5 ist und die vorherbestimmte Phasenspannungsausgabe zwischen +1 und –1 liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Phasenspannungen auf eine vorbestimmte Spannung (X) beschränkt sind und die Modulationskonstante durch folgende Formel bestimmt ist: k = 0,5/X2
Das Verfahren nach Anspruch 4, weiter durch den Schritt des Veränderns der Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerte auf die Hälfte der gesamten Systemspannung gekennzeichnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 4 weiter durch den Schritt des Beschränkens der Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerte auf Werte zwischen Null-Spannung und der gesamten Systemspannung.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Elektromotor als ein elektrischer Hilfsmotor eines elektrischen Lenkunterstützungssystems gekennzeichnet ist, wobei der Schritt des Bestimmens der dq-Motorspannungsanforderungswerte durch den Schritt des Bestimmens der dq-Motorspannungsanforderungswerte als Antwort auf ein angelegtes Lenkdrehmoment gekennzeichnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor als ein Permanentmagnetdreiphasenelektromotor gekennzeichnet ist, wobei der Schritt des Bestimmens von Mehrphasenbefehlswerten durch den Schritt des Bestimmens von Dreiphasenspannungsbefehlswerten gekennzeichnet ist, wobei der Schritt des Bestimmens von Mehrphasenspannungsausgabebefehlswerten durch den Schritt des Bestimmens von Dreiphasenspannungsausgabebefehlswerten gekennzeichnet ist, und wobei der Schritt des Lieferns von Mehrphasenspannung an den Elektromotor durch den Schritt des Lieferns von Dreiphasenspannung an den Elektromotor gekennzeichnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sternspannung während eines anfänglichen Anlegens von Mehrphasenspannung an den Motor vernachlässigbar ist und wobei die Sternspannung kubisch mit den Phasenspannungen ansteigt, wenn die Mehrphasenspannungen steigen.