DE102014216649A1

DE102014216649A1 - Verfahren zur detektion von stromsensorfehlern im elektroantriebssystem unter verwendung des spannungssollwertfehlers

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Publication number: DE102014216649A1
Application number: DE102014216649.7A
Authority: DE
Inventors: Chang-Jiang Wang; Michael Degner; Rimma Isayeva; Liwen Xu; Daniel R. Luedtke
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2015-03-05
Also published as: US9372234B2; CN104422918B; CN104422918A; US20150061708A1

Abstract

Systeme, Vorrichtungen und Verfahren detektieren einen Stromsensorfehler in einem Elektromaschinen-FOC-System. Ein Spannungssollwert wird überwacht, um das Vorhandensein einer AC-Komponente zu detektieren, die anzeigen kann, dass ein Fehler an einem Stromsensor aufgetreten ist. Als Beispiel: Ein Sensorfehlerdetektionsmodul kann dazu ausgelegt sein, die Abweichung zwischen einem tatsächlichen Spannungssollwert und einem idealen Spannungssollwert zu bestimmen, um einen komplexen Abweichungsraumzeiger bereitzustellen. Indem der Abweichungsraumzeiger in ein Bezugssystem transformiert wird, das mit einer Grundschwingungsfrequenz des Spannungssollwerts rotiert, kann eine DC-Komponente des Mitsystems und des Gegensystems gefiltert und ihre Amplituden bestimmt werden. Fehlerdetektion kann auf der Gesamtamplitude basieren, die durch die Amplituden der Mitsystem- und Gegensystemkomponenten bestimmt wird. Die Erfindung ermöglicht es, dass ein FOC-System mit zwei, anstatt mit drei, Stromsensoren betrieben wird und stellt eine zweckmäßige Fehlerdiagnostik für einen Stromsensor bereit.

Description

Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektronische Antriebssystemdiagnostik und insbesondere auf Fehlerdetektion für Stromsensoren, die zur feldorientierten Maschinenregelung verwendet werden.
Elektromaschinen können verwendet werden, um Drehmoment für verschiedene Arten von Systemen bereitzustellen, wie zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, Elektroantriebssysteme für elektrisch betriebene Fahrzeuge, in denen von Maschinen erzeugtes Drehmoment zum Fahrzeugantrieb verwendet wird. Elektroantriebssysteme sind zur Regelung des Maschinenbetriebs und der Drehmomentausgabe häufig auf feldorientierte Techniken angewiesen. Feldorientierte Regelung erfordert, dass Rückkopplungsstrom einem Maschinen-Controller bereitgestellt wird, so dass eine Bestimmung in Bezug darauf erfolgen kann, ob die Drehmomentausgabe angepasst werden muss, und so dass jegliche erforderliche Anpassung durchgeführt werden kann. Dementsprechend werden mehrere Stromsensoren angeordnet, um Strom zu detektieren und die erforderliche Rückkopplung bereitzustellen. In einer typischen Anordnung werden zwei Stromsensoren speziell zur Drehmomentregelung eingesetzt, und ein dritter Stromsensor wird verwendet, um nicht beabsichtigte Drehmomentabgabe zu detektieren. Ein Diagnosealgorithmus kann entworfen werden, um die Messwerte aller drei Sensoren zu summieren und die Summe mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen, um einen Drehmomentabgabefehler zu detektieren. Während der Prüfsummenalgorithmus dazu entworfen ist, einen Fehler in der Drehmomentregelung zu detektieren, der zu einer nicht beabsichtigten Drehmomentabgabe führt, ist sie in vielen Fällen auf ihn als ein Mittel zum Detektieren eines Stromsensorfehlers angewiesen, weil den meisten, wenn nicht allen, feldorientierten Regelungssystemen eine spezielle Fehlerdiagnostik für einen Stromsensor fehlt.
Allerdings sind mit der Verwendung eines Prüfsummenverfahrens zur Sensorfehlerdetektion mehrere Problemstellungen verknüpft. Zum Beispiel gibt es keinen einheitlichen Ansatz zum Bestimmen eines Schwellenwerts für den Prüfsummenvergleich. Mehrere Faktoren können die Schwellenwertbestimmung beeinflussen, einschließlich der Sensorgenauigkeit, des Signal-Rausch-Pegels und des Sensorstrombereichs, somit kann ein Schwellenwert sensor- und anwendungsspezifisch sein, und seine Bestimmung kann einen zeitaufwendigen Kalibrierungsprozess erfordern. Zusätzlich erhöht die Aufnahme eines dritten Sensors, um die Ausführung eines Prüfsummenalgorithmus zu ermöglichen, die Anzahl der Systemkomponenten. Wenn das Fahrzeugantriebssystem sowohl einen Traktionsmotor als auch einen Generator enthält, werden zwei zusätzliche Komponente hinzugefügt, wobei jede zusätzliche Komponente die Kosten des Systems erhöht, während sie die Gesamtzuverlässigkeit des Systems verringert.
Ein Beispielsystem kann Folgendes enthalten: eine Elektromaschine (EM), ein Energieumwandlungsmodul (ECM, energy conversion module), das zum Energieaustausch mit der Maschine ausgelegt ist, einen oder mehrere Sensoren, die dazu ausgelegt sind, einen Phasenstrom zwischen dem ECM und der Elektromaschine zu detektieren, einen Controller, der dazu ausgelegt ist, einen Spannungssollwert bereitzustellen, der dazu ausgelegt ist, die EM-Produktion eines gewünschten Drehmoments zu bewirken, und ein Sensorfehlerdetektionsmodul (SFDM), das dazu ausgelegt ist, den Spannungssollwert zu verwenden, um einen Fehler an einem oder mehreren Sensoren zu detektieren. In einem Ausführungsbeispiel kann das SFDM dazu ausgelegt sein, eine AC-Komponente des Spannungssollwerts zu überwachen und ein Attribut der Komponente mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen, um das Vorhandensein eines Sensorfehlers zu detektieren. Zum Beispiel kann das SFDM dazu ausgelegt sein, die Amplitude einer Grundschwingungskomponente des Spannungssollwerts mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen. In einem Ausführungsbeispiel kann das SFDM dazu ausgelegt sein, eine Abweichung zwischen einem Spannungssollwert, der vom Controller bereitgestellt wird, und einem idealen Spannungssollwert zu bestimmen und die Abweichung zu verwenden, um das Vorhandensein eines Sensorfehlers zu detektieren.
Ein beispielhaftes SFDM kann Folgendes enthalten: ein AC-Komponentenüberwachungsmodul (ACMM, ac component monitoring module), das dazu ausgelegt ist, eine oder mehrere AC-Komponenten eines Spannungssollwertsignals zu überwachen, und ein Fehlerbestimmungsmodul (EDM, error determination module), das dazu ausgelegt ist, eine Fehlerbestimmung auf Basis der einen oder der mehreren AC-Komponente(n) vorzunehmen. In einem Ausführungsbeispiel kann das ACMM dazu ausgelegt sein, eine Grundschwingungskomponente einer Sollspannung zu vereinzeln, und ein EDM kann dazu ausgelegt sein, die Amplitude der Grundschwingungskomponente mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen.
Ein beispielhaftes SFDM kann Folgendes enthalten: ein Spannungs-Mapping-Modul (VMM, voltage mapping module), das dazu ausgelegt ist, einen idealen Spannungssollwert für eine Elektromaschine auf Basis eines Solldrehmoments bereitzustellen, und ein Abweichungsbestimmungsmodul (DDM, deviation determination module), das dazu ausgelegt ist, eine Abweichung zwischen dem idealen Spannungssollwert und einem für eine Elektromaschine bereitgestellten tatsächlichen Spannungssollwert zu bestimmen. Als Beispiel: Ein Abweichungsraumzeiger kann auf Basis von Abweichungen in d-Achsen- und q-Achsen-Spannungen zwischen idealen und tatsächlichen Spannungssollwerten bereitgestellt werden.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen des Vorhandenseins eines Sensorfehlers kann Folgendes beinhalten: das Aufnehmen eines Spannungssollwerts für eine Elektromaschine, das Überwachen einer AC-Komponente des Spannungssollwerts und das Verwenden der AC-Komponente, um zu bestimmen, ob ein Sensorfehler vorhanden ist. Als Beispiel: Das Überwachen einer AC-Komponente kann Folgendes umfassen: das Filtern oder Vereinzeln einer Grundschwingungskomponente der AC-Komponente und das Vergleichen der Amplitude der Grundschwingungskomponente mit einem vorbestimmten Schwellenwert, um zu bestimmen, ob ein Sensorfehler vorhanden ist. Ein Verfahren kann weiterhin das Setzen eines Fehlermerkers in einen Fehlerzustand beinhalten, wenn ein Fehler detektiert wird.
Ein beispielhaftes Verfahren kann Folgendes umfassen: das Bereitstellen eines idealen Spannungssollwerts, das Aufnehmen eines tatsächlichen Spannungssollwerts, das Bestimmen der Abweichung zwischen dem idealen und dem tatsächlichen Sollwert und das Verwenden der Abweichung, um das Vorhandensein eines Sensorfehlers zu detektieren. Als Beispiel: Ein Verfahren kann das Bereitstellen eines Abweichungsraumzeigers beinhalten, der die Abweichungen zwischen den idealen und den tatsächlichen d-Achsen- und q-Achsen-Spannungssollwerten umfasst. Mitsystem- und Gegensystemkomponenten des Spannungsabweichungsraumzeigers können vereinzelt und gefiltert werden, und die Amplituden der Mitsystem- und Gegensystemkomponenten können bestimmt und summiert werden, um eine Gesamtamplitude für eine Grundschwingungsfrequenzkomponente bereitzustellen. Die Gesamtamplitude kann mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob ein Sensorfehler existiert.
1 zeigt ein beispielhaftes System zur Sensorfehlerdetektion.
2A zeigt einen q-Achsen-Spannungssollwert bei normalem und fehlerhaftem Betrieb.
2B zeigt einen d-Achsen-Spannungssollwert bei normalem und fehlerhaftem Betrieb.
3 zeigt ein komplexes Frequenzspektrum von Sollspannungen.
4A zeigt ein beispielhaftes Sensorfehler-Detektionsmodul.
4B zeigt ein beispielhaftes Sensorfehler-Detektionsmodul.
4C zeigt ein beispielhaftes Sensorfehler-Detektionsmodul.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Detektieren eines Sensorfehlers.
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Detektieren eines Sensorfehlers.
7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Detektieren eines Sensorfehlers.
8 zeigt eine beispielhafte Hysterese-Fehlerdetektionsantwort.
Hierin werden Ausführungsbeispiele der Erfindung vorgelegt; allerdings wird die Erfindung möglicherweise in den unterschiedlichsten alternativen Formen ausgeführt, wie sich für Fachleute ergeben wird. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern und eine Basis für die Ansprüche bereitzustellen, sind verschiedene Figuren in der Spezifikation enthalten. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu, und bezogene Merkmale sind möglicherweise weggelassen, um so die neuartigen Merkmale der Erfindung zu betonen. Strukturelle und funktionale Details, die in den Figuren aufgezeigt werden, werden bereitgestellt, um Fachleute die Anwendung der Erfindung zu lehren, und sind nicht als Einschränkungen zu interpretieren. Zum Beispiel können Module und Controller für Systeme verschiedenartig angeordnet und/oder kombiniert werden und werden hier möglicherweise nicht in Veranschaulichungen von Ausführungsbeispielen aufgezeigt, um neuartige Aspekte der Erfindung besser zu betonen. Zusätzlich können Systemkomponenten verschiedenartig angeordnet werden, wie in der Technik bekannt ist.
1 zeigt ein Elektromaschinensystem 10, das beispielhaft als ein Elektroantriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug umgesetzt werden kann, wie zum Beispiel als ein batterieelektrisches oder ein Hybridelektro-Fahrzeug. Das beispielhafte System 10 enthält ein Energieumwandlungsmodul (ECM) 12, das dazu ausgelegt ist, AC-DC-, DC-AC- und DC-DC-Wandlungen durchzuführen, und eine Elektromaschine (EM) 14, die zum Energieaustausch mit dem ECM 12 ausgelegt ist, das Drehmoment produzieren kann, das zum Fahrzeugantrieb verwendet werden kann. In einem Ausführungsbeispiel kann das ECM 12 dazu ausgelegt sein, eine DC-Spannung aus einer Energiespeichereinrichtung (ESD, energy storage device) (nicht dargestellt), wie zum Beispiel aus einer Batterie- oder Kondensatorbank, zu wandeln, um einen dreiphasigen Wechselstrom für die EM 14 bereitzustellen. Einer oder mehrere Sensoren 16 können für Folgendes angeordnet sein: zum Detektieren eines oder mehrerer Phasenströme, die der EM 14 bereitgestellt werden, und zum Bereitstellen von Rückkopplung für einen Maschinen-Controller 18, der dazu ausgelegt ist, Betrieb und Drehmomentausgabe der EM 14 zu regeln. In einem Ausführungsbeispiel kann das System 10 Folgendes enthalten: einen ersten Sensor 16a, der zum Detektieren eines für die EM 14 bereitgestellten ersten Stroms von „Phase a” ausgelegt ist und einen zweiten Sensor 16b, der zum Detektieren eines für die EM 14 bereitgestellten zweiten Stroms von „Phase b” ausgelegt ist. Der Controller 18 kann kommunizierend mit einem Sensorfehlerdetektionsmodul (SFDM) 20 verschaltet sein. In einem Ausführungsbeispiel kann das SFDM 20 dazu ausgelegt sein, vom Controller 18 bereitgestellte Spannungssollwertsignale zu verwenden, um einen Fehler an einem oder mehreren Sensoren 16 zu detektieren.
Wenn das System 10 als ein Elektroantriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug eingesetzt wird, kann das ECM 12 auf eine Hochspannungsbatterie angewiesen sein, wie zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, eine 300-V-Lithium-Ionen-Batterie als eine Energiequelle. In einem Ausführungsbeispiel kann das ECM 12 Folgendes enthalten: einen DC-DC-Wandler (nicht dargestellt), um eine aufgenommene Spannung herauf- oder herunter zu stufen, und einen DC-AC-Wechselrichter (nicht dargestellt) zum Wandeln eines DC-Signals in ein AC-Signal und zum Wandeln eines AC-Signals in ein DC-Signal. Somit kann das ECM 12 dazu ausgelegt sein, Energie von einer ESD zu einer Elektromaschine, wie zum Beispiel einem Elektromotor, zu übertragen, und es kann dazu ausgelegt sein, Energie von einer Elektromaschine, wie zum Beispiel einem Generator, zu einer ESD zu übertragen. Als Beispiel, aber nicht zur Einschränkung: Die EM 14 kann in Form eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) vorliegen, der unter feldorientierter Regelung (FCC, field-oriented control) betrieben wird.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Spannungssollwert des Controllers 18 an die EM 14 über einen ECM-Wechselrichter angelegt werden, der dazu ausgelegt ist, der EM 14 einen dreiphasigen Strom bereitzustellen. Der eine oder die mehreren Sensoren 16 können dazu ausgelegt sein, Phasenstromrückkopplung bereitzustellen, die vom Controller 18 gemäß FCC-Techniken zur Drehmomentregelung der EM 14 verwendet werden kann.
Wie in der Technik bekannt ist, spielt Stromrückkopplung eine wichtige Rolle bei der FCC. Mit Bezug auf 1: Der Controller 18 kann einen Drehmomentsollwert T* und Rückkopplungsstrom i_f aufnehmen und beide verwenden, um einen Spannungssollwert V* bereitzustellen. Fehler an den Sensoren 16 können zu fehlerhafter Stromrückkopplung führen, welche wiederum bewirkt, dass der Controller 18 fehlerhafte Spannungssollwerte bereitstellt, die die Drehmomentregelung nachteilig beeinflussen können. Falsche Drehmomentabgabe kann, sehr zum Ärger eines Fahrers, die Fahrzeugleistung spürbar beeinflussen.
Die Wirkungen von Sensorfehlern auf den Rückkopplungsstrom können analytisch ausgedrückt werden. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Stromsensorfehlern: Offset-Fehler, bei denen ein Eingang von null Strom zu einer Spannungsausgabe nicht null führt, und Verstärkungsfehler, bei denen die Verstärkung irgendeinen Wert ungleich eins annimmt, so dass eine inkrementelle Änderung des Stromeingangs nicht die korrekte inkrementelle Änderung der Spannungsausgabe des Sensors produziert. Ein Sensorfehler kann entweder eine oder beide Fehlerarten bewirken, und beide Fehlerarten können zu Spannungssollwert- und Drehmomentfehlern beitragen. Wie in der Technik bekannt ist, verwenden FOC-Techniken sowohl stationäre als auch rotierende Bezugssysteme und führen für Stromregelungsoperationen Transformationen zwischen den beiden durch. Im stationären Bezugssystem können Phasenströme, die als Rückkopplung von Stromsensoren bereitgestellt werden, wie folgt ausgedrückt werden: i s / a_read = k_ai s / real + I_{a_offset} i s / b_read – k_bi s / b_real + I_{b_offset} i s / c_read = –i s / a_read – i s / b_read (1) wobei gilt:

i s / a_read: ist der Strom von Phase a, erfasst vom Sensor a
i s / b_read: ist der Strom von Phase b, erfasst vom Sensor b
i s / c_read: ist der Strom von Phase c, berechnet vom Sensor c
k_a: ist die Verstärkung des Sensors a
k_b: ist die Verstärkung des Sensors b
i s / areal: ist der reale oder tatsächliche Strom von Phase a
i s / b_real: ist der reale oder tatsächliche Strom von Phase b
I_{a_offset}: ist der Offset-Fehler von Sensor a
I_{b_offset}: ist der Offset-Fehler von Sensor b

Bei den oben genannten Ausdrücken können die gemessenen Fehler jedes Phasenstroms wie folgt ausgedrückt werden: δi s / a = i s / a_read – i s / areal = k_a – 1)i s / a_real + I_{a_offset} δi s / b = i s / b_read – i s / b_real = (k_b – 1)i s / b_real + I_{b_offset} δi s / c = i s / c_read – i s / c_real = (1 – k_a)i s / a_real + (1 – k_b)i s / b_real – I_{a_offset} – I_{b_offset} (2)
Wenn das Koordinatenbezugssystem vom stationären xy-Bezugssystem in das rotierende dq-Bezugssystem transformiert wird, können die oben genannten Fehler der Phasenströme in die folgenden Fehler in d- und q-Achsen-Strömen transformiert werden:
wobei gilt:
Wie aus Gleichung (3) zu erkennen ist, enthalten die d-Achsen- und q-Achsen-Stromfehler aufgrund der Verstärkungs- und Offset-Charakteristika von Sensor a und Sensor b sowohl eine DC-Komponente als auch eine AC-Grundschwingungskomponente und eine AC-Komponente der ersten Oberschwingung. Wenn Rückkopplungsstrom Fehler enthält, die AC-Komponenten aufweisen, können für das ECM 12 bereitgestellte Spannungsansteuersignale ebenfalls AC-Komponenten enthalten.
Als ein Beispiel für die Wirkungen eines Sensorfehlers auf Spannungssollwertsignale zeigt 2A Simulationsergebnisse für die q-Achsen-Spannung über der Zeit im normalen Betrieb und bei Sensorfehlerzuständen. 2B zeigt Simulationsergebnisse für die d-Achsen-Spannung über der Zeit bei normalen Betriebszuständen und bei Sensorfehlerzuständen. Wie aus den Kurvenverläufen zu erkennen ist, bleiben Spannungssollwerte bei normalem Betrieb ziemlich konstant, bei Sensorfehlerzuständen schwanken die Spannungssollwertsignale jedoch beträchtlich um ihre DC-Werte mit einem sinusförmigen Schwingungsverlauf. Die vorliegende Erfindung kann diese AC-Schwankung verwenden, um zu detektieren, dass ein Fehler an einem Stromsensor existiert.
3 zeigt ein beispielhaftes komplexes Frequenzspektrum der Spannungssollwerte bei 1500 U/min. Obwohl die DC-Komponente möglicherweise die herausragendste ist, kann bei Sensorfehlerzuständen spürbare Leistung in den Spannungssollwertsignalkomponenten der Grundschwingungsfrequenz und der ersten Oberschwingung übertragen werden. Die Grundschwingungskomponenten und die Komponenten der ersten Oberschwingung können sowohl Mitsystem- als auch Gegensystemkomponenten enthalten.
Um die Regelung des Maschinendrehmoments zu verbessern, ist das SFDM 20 dazu ausgelegt, das Vorhandensein eines Fehlers oder eines Fehlerzustands bei allen Stromsensoren 16 zu detektieren und zu kennzeichnen. 4A zeigt einen Controller 18, der kommunizierend mit einem beispielhaften SFDM 20 verschaltet ist. Der Controller 18 kann einen Prozessor 22 enthalten, der dazu ausgelegt ist, mit dem Betrieb des Controllers 18 und/oder des SFDM 20 verknüpfte Verarbeitungsfunktionen durchzuführen. Als Beispiel: Der Prozessor 22 kann eine vorprogrammierte Einrichtung sein, die mit den Logik- und Berechnungs-/Verarbeitungsfähigkeiten ausgelegt ist, die erforderlich sind, um die Funktionen des Controllers 18 durchzuführen. In einem Ausführungsbeispiel kann der Prozessor 22 dazu ausgelegt sein, Logik für Algorithmen auszuführen, die vom Controller 18 und dem SFDM 20 durchgeführt werden, welche möglicherweise Hardware, Software, Firmware und/oder irgendeine Kombination daraus enthalten. Ein Speicher 23 (MEM) kann mit dem Prozessor 22 verschaltet sein und kann sowohl Nur-Lese Speicher (ROM) zum Speichern von Befehlen für den Prozessor 22 als auch Direktzugriffspeicher (RAM) zur Verwendung während der Rechen- und Verarbeitungsoperationen enthalten.
Der Controller 18 kann ein Strom-Mapping-Modul (CMM, current mapping module) 24, ein Stromregelungsmodul (CCM, current control module) 26 und ein Pulsweitenmodulationsmodul (PWMM) 28 enthalten. Das CMM 24 kann ein gespeichertes Array oder Tabelle mit Sollstromwerten umfassen, die mit jeweiligen Solldrehmomenten und Rotationsgeschwindigkeiten verknüpft sind. Zum Beispiel wird das gespeicherte Array möglicherweise im Speicher 23, in einer separaten Speichereinrichtung oder im CMM 24 gespeichert. In einem Ausführungsbeispiel kann das CMM 24 dazu ausgelegt sein, einen Drehmomentsollwert T* für die EM 14 von einer Fahrzeugsteuereinheit (VCU, vehicle control unit) (nicht dargestellt) oder einer elektronischen Steuereinheit (ECU, electronic control unit) (nicht dargestellt) aufzunehmen, zum Beispiel über einen CAN-Bus des Fahrzeugs, mit dem der Controller 18 verschaltet sein kann. Das CMM 24 kann auch dazu ausgelegt sein, die Rotationsgeschwindigkeit ω_r der EM 14 aufzunehmen, zum Beispiel von einem Drehstellungssensor an der EM 14, von einer mit einem Drehstellungssensor verschalteten VCU oder ECU oder von anderen Mitteln. Durch die Verwendung der Maschinenbetriebsparameter ω_r und T* kann das CMM dazu ausgelegt sein, auf Basis des gespeicherten Arrays mit Sollstromwerten einen Sollstrom I* bereitzustellen, der zum Beispiel als I*_q und I*_d in einem rotierenden Bezugssystem ausgedrückt werden kann und der erwartungsgemäß die Produktion des Solldrehmoments durch die EM 14 zum Ergebnis hat, was durch nachstehende Gleichung (4) gezeigt wird. I* = I * / dd + I * / qq ^ (4)
In einem Ausführungsbeispiel kann das CCM 26 dazu ausgelegt sein, den Sollstrom I* und Stromrückkopplung i_f von der EM 14 aufzunehmen, um einen entsprechenden Spannungssollwert V* für die EM 14 bereitzustellen. Der Spannungssollwert V* kann die Komponenten V*_d und V*_q für die d- bzw. die q-Achsen umfassen, wie in nachstehender Gleichung (5) gezeigt wird. V* = V * / dd ^ + V * / qq ^ (5)
Der Spannungssollwert V* kann dem ECM 12 bereitgestellt werden. Als Reaktion darauf kann das ECM 12 den Spannungssollwert V* an die EM 14 über Phasenstrom anlegen. In einem beispielhaften System kann ein Transformationsmodul TM 25 dazu ausgelegt sein, die Rückkopplungsphasenströme i_a und i_b, die von den Sensoren 16a, b detektiert wurden, aufzunehmen und sie in die Rückkopplungsströme i_d und i_q in einem rotierenden Bezugssystem zu transformieren. Das CCM 26 kann dazu ausgelegt sein, die Ströme i_d und i_q aufzunehmen und die Differenz zwischen ihnen und den Stromsollwerten I*_d und I*_q zu bestimmen, um die Differenzen Δi_d und Δi_q bereitzustellen. Das CCM 26 kann dazu ausgelegt sein, Spannungssollwerte V*_d und V*_q auf Basis von Δi_d und Δi_q bereitzustellen. In einem Ausführungsbeispiel können die Spannungssollwerte V*_d und V*_q im Transformationsmodul 27 in ein stationäres Bezugssystem transformiert und dem PWMM 28 bereitgestellt werden. Das PWMM 28 kann dazu ausgelegt sein, die Spannungssollwerte durch Pulsweitenmodulation zu modulieren, um Ansteuersignale für einen Wechselrichter des ECM 12 (nicht dargestellt) bereitzustellen, der dazu ausgelegt ist, der EM 14 Wechselstrom bereitzustellen. Die von den Transformationsmodulen 25 und 27 ausgeführten Transformationen zwischen zwei- und dreiphasigen Koordinatensystemen und zwischen stationären und rotierenden Bezugssystemen können unter Verwendung von Park- und Clarke-Transformationen, wie sie in der Technik bekannt sind, durchgeführt werden und für Vektor- oder feldorientierte Regelung von Elektromaschinen angewendet werden.
Das SFDM 20 kann ein AC-Komponentenüberwachungsmodul (ACMM) 30 und ein Fehlerbestimmungsmodul (EDM) 34 enthalten. Das ACMM 30 kann dazu ausgelegt sein, eine oder mehrere AC-Komponenten des vom CMM 26 bereitgestellten Spannungssollwerts V* zu vereinzeln. Als Beispiel: Das ACMM 30 kann dazu ausgelegt sein, eine oder mehrere AC-Komponenten aus dem Sollwert V*_d und eine oder mehrere Komponenten aus dem Sollwert V*_q zu vereinzeln. In einem Ausführungsbeispiel kann eine Grundschwingungskomponente vereinzelt werden. Das EDM 34 kann dazu ausgelegt sein, die entnommene AC-Komponente zu verwenden, um zu bestimmen, ob ein Sensorfehler vorhanden ist. In einem Ausführungsbeispiel kann die Amplitude einer AC-Komponente mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden, um diese Bestimmung vorzunehmen.
4B zeigt ein Ausführungsbeispiel für das SFDM 20. Als Beispiel, aber nicht zur ohne Einschränkung: Das ACMM 30 kann Folgendes umfassen: ein Spannungs-Mapping-Modul (VMM) 31, ein Abweichungsbestimmungsmodul (DDM) 32 und ein AC-Komponentengrößenmodul (ACMM, ac component magnitude module) 33. In einem Ausführungsbeispiel kann das VMM 31 eine gespeicherte Tabelle oder ein Array umfassen, die jeweilige Drehmomentsollwerte mit jeweiligen idealen Spannungssollwerten V**_d und V**_q verknüpft. Die idealen Spannungssollwerte sind diejenigen Spannungen, die, wenn sie über das ECM 12 an die EM 14 angelegt werden, erwartungsgemäß die Produktion des gewünschten Solldrehmoments durch die EM 14 bewirken. Als Beispiel: Die idealen Spannungen können im VMM 31 oder im Speicher 23 gespeichert werden. Die idealen Spannungssollwerte schwanken mit den Maschinenbetriebszuständen. In einem Ausführungsbeispiel kann das VMM 31 dazu ausgelegt sein, Betriebsparameter vom CMM 24 aufzunehmen, wie zum Beispiel ideale Stromsollwerte I*_d und I*_q, das Solldrehmoment T* und die Rotationsgeschwindigkeit ω_r der EM 14, und einen idealen Spannungssollwert auf Basis der Parameter auszuwählen. Das VMM 31 kann dazu ausgelegt sein, eine ideale Längsachsenspannung V**_d und eine ideale Querachsenspannung V**_q bereitzustellen, die mit den Parametern der in der Tabelle der idealen Spannungen gespeicherten Spannungen verknüpft sind. Für Werte der Betriebsparameter, die nicht explizit in der Tabelle enthalten sind, kann die VMM 31 dazu ausgelegt sein, ein Schema anzuwenden, wie zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, einen Interpolationsalgorithmus, einen Rundungsalgorithmus oder andere Prozesse zum Auswählen oder Berechnen einer idealen Spannung anhand der gespeicherten Tabelle. Als Beispiel: Das VMM 31 kann logische Befehle umfassen, die vom Prozessor 22 oder von einem dem VMM 31 zugeordneten Prozessor ausgeführt werden können, um eine ideale Spannung bereitzustellen.
Das DDM 32 kann dazu ausgelegt sein, die Differenz oder Abweichung zwischen idealen Sollspannungen und tatsächlichen Sollspannungen zu bestimmen. Zum Beispiel kann das DDM 32 dazu ausgelegt sein, ideale Spannungssollwertkomponenten V**_d und V**_q vom VMM 31 aufzunehmen und tatsächliche, vom CMM 26 bereitgestellte Spannungssollwertkomponenten V*_d und V*_q aufzunehmen und die Differenz zwischen ihnen zu bestimmen. Das DDM 32 kann dazu ausgelegt sein, ein ΔV_d, das die Differenz zwischen der idealen und der tatsächlichen d-Achsensollspannung darstellt, und ein ΔV_q, das die Differenz zwischen der idealen und der tatsächlichen q-Achsensollspannung darstellt, bereitzustellen. Wie oben analytisch aufgezeigt worden ist, können Sensorfehler AC-Komponenten in der Sensorausgabe erzeugen, und diese AC-Komponenten können in den für die EM 14 bereitgestellten Spannungssollwerten eingeschlossen sein. Als ein Ergebnis kann die Abweichung zwischen idealen und tatsächlichen Spannungssollwerten AC-Komponenten, wie zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, eine Grundschwingungskomponente und andere Oberschwingungskomponenten, umfassen. In einem Ausführungsbeispiel kann das DDM 332 einen komplexen Raumzeiger ΔV ⇀_s bereitstellen, der eine reelle Komponente ΔV_d und eine imaginäre Komponente ΔV_q aufweist, wie durch nachstehende Gleichung (6) ausgedrückt wird: ΔV ⇀_s = ΔV_d + jΔV_q (6)
Als Beispiel, aber nicht zur Einschränkung: Einer oder mehrere Filter können verwendet werden, um jeweilige Komponenten des AC-Signals zu vereinzeln. Wie hier vorher beschrieben wurde, können spezielle Oberschwingungskomponenten vereinzelt werden, einschließlich Mitsystem- und Gegensystemkomponenten. In einem Ausführungsbeispiel kann das ACMM 33 dazu ausgelegt sein, den komplexen Raumzeiger ΔV ⇀_s aufzunehmen und die Größe seiner Grundschwingungsfrequenzkomponente bereitzustellen. 4C zeigt eine beispielhafte Konfiguration für das ACMM 33, das Hardware, Software, Firmware oder irgendeine Kombinationen daraus umfassen kann. Zum Beispiel kann das ACMM 33 Software-Module umfassen, die codierte logische Befehle zum Umsetzen der Berechnungen und Algorithmen umfassen, die mit dem Bereitstellen der Größe einer AC-Komponente verknüpft sind. Als Beispiel: Die Befehle können vom Prozessor 22 oder einem Prozessor (nicht dargestellt) im ACMM 33 ausgeführt werden. Das beispielhafte ACMM 33 kann ein Transformationsmodul TM 40, ein Filtermodul (FM) 42 und ein Amplitudenbestimmungsmodul (ADM, amplitude determination module) 44 enthalten. Das Transformationsmodul 40 kann dazu ausgelegt sein, den komplexen Raumzeiger ΔV ⇀_s aufzunehmen und ihn in einen Raumzeiger ΔV ⇀_p in einem mit einer Grundschwingungsfrequenz des tatsächlichen Spannungssollwerts rotierenden Bezugssystem zu transformieren, um den komplexen Raumzeiger ΔV ⇀_s aufzunehmen und ihn in einen Spannungsraumzeiger ΔV ⇀_p in einem Bezugssystem, das mit der Grundschwingungsfrequenz von ΔV ⇀_s in der Mitsystemrichtung rotiert, zu transformieren. Als Beispiel: ΔV ⇀_p kann durch die nachstehende Gleichung (7) ausgedrückt werden:
Als ein Ergebnis dieser Transformation wird die Grundschwingungs-Mitsystemkomponente von ΔV ⇀_s zur DC-Komponente von ΔV ⇀_p Das FM 42 kann dazu ausgelegt sein, den Mitsystem-Raumzeiger ΔV ⇀_p aufzunehmen und seine DC-Komponente zu entnehmen. Zum Beispiel kann das FM 42 einen Tiefpassfilter umfassen, der dazu ausgelegt sein kann, die DC-Komponente von ΔV ⇀_p zu entnehmen, um die Grundschwingungs-Mitsystemkomponente von ΔV ⇀_s zu vereinzeln. Die Grundschwingungs-Mitsystemkomponente von ΔV ⇀_s kann, wie durch nachstehende Gleichung (8) gezeigt wird, ausgedrückt werden: ΔV ⇀_p1 = ΔV_p1d + jV_p1q (8)
Das ADM 42 kann dazu ausgelegt sein, ΔV ⇀_p1 aufzunehmen und seine Größe zu bestimmen. In einem Ausführungsbeispiel kann das ADM 42 dazu ausgelegt sein, eine Größe unter Verwendung der d-Achsen- und q-Achsen-Komponenten des Raumzeigers ΔV ⇀_p1 zu berechnen, wie durch Gleichung (9) nachstehend gezeigt wird:
Das ACMM 33 kann dazu ausgelegt sein, zum Beispiel auch eine Gegensystemkomponente des Signals zu verwenden. In einem Ausführungsbeispiel kann das ACMM 33 weiterhin ein TM 41 enthalten, das dazu ausgelegt ist, den komplexen Raumzeiger ΔV ⇀_s in einen Raumzeiger ΔV ⇀_n in einem Bezugssystem, das mit der Grundschwingungsfrequenz in der Gegensystemrichtung rotiert, zu transformieren. Der Raumzeiger ΔV ⇀_n kann durch die nachstehende Gleichung (10) ausgedrückt werden:
Ein FM 43 kann einen Tiefpassfilter umfassen, der dazu ausgelegt ist, die DC-Komponente des Raumzeigers ΔV ⇀_n durchzulassen, um die Grundschwingungs-Gegensystemkomponente ΔV ⇀_n1 des komplexen Raumzeigers ΔV ⇀_s bereitzustellen. Die Grundschwingungs-Gegensystemkomponente ΔV ⇀_n1 kann durch nachstehende Gleichung (9) ausgedrückt werden: ΔV ⇀_n1 = ΔV_n1d + jΔV_n1q (11)
Ein ADM 45 kann dazu ausgelegt sein, den Grundschwingungs-Gegensystemraumzeiger ΔV ⇀_n1 aufzunehmen und seine Amplitude zu bestimmen. In einem Ausführungsbeispiel kann das ADM 45 dazu ausgelegt sein, die Größe oder Amplitude des Vektors ΔV ⇀_n1 durch Umsetzen der nachstehenden Gleichung (12) zu bestimmen:
Somit kann das ACMM 33 dazu ausgelegt sein, die Amplituden der Grundschwingungs-Mitsystemkomponente und der Grundschwingungs-Gegensystemkomponente des komplexen Raumzeigers ΔV ⇀_s zu bestimmen, der aus den d-Achsen- und q-Achsen-Abweichungen zwischen idealen und tatsächlichen Spannungssollwerten besteht.
Ein Summenbildungsmodul (SM) 46 kann dazu ausgelegt sein, die Amplituden der Mitsystem- und Gegensystemkomponenten zu summieren, um eine Größe für eine AC-Komponente bereitzustellen. Um zum Beispiel die Amplitude oder Größe der Grundschwingungskomponente des Abweichungsraumzeigers ΔV ⇀_s zu bestimmen, dargestellt durch |ΔV ⇀₁| , kann das SM 46 dazu ausgelegt sein, die Amplituden der Gegensystem- und Mitsystemkomponenten der Grundschwingungskomponente zu addieren, wie durch nachstehende Gleichung (13) gezeigt wird: |ΔV ⇀₁| = |ΔV ⇀_p1| + |ΔV ⇀_n1| (13)
Die Erörterung oben zielt auf das Bereitstellen einer Amplitude für eine Grundschwingungskomponente eines AC-Signals ab. Allerdings wird in Betracht gezogen, dass Größen für andere AC-Komponenten ebenfalls vom ACMM 33 bestimmt werden können; zum Beispiel kann eine Größe für eine erste Oberschwingungskomponente bestimmt werden. In einem Ausführungsbeispiel können das FM 42 und das FM 43 dazu ausgelegt sein, mit den ADMs 44 und 45, die dazu ausgelegt sind, die Amplituden der entnommenen Oberschwingungs-Mitsystem- und Gegensystemkomponenten zu bestimmen, eher eine Oberschwingungskomponente als eine DC-Komponente eines Mitsystems bzw. Gegensystems zu bestimmen.
Das EDM 34 kann dazu ausgelegt sein, die Größe oder Amplitude einer AC-Komponente zu verwenden, um zu bestimmen, ob ein Fehler an einem Stromsensor, wie zum Beispiel am Sensor 16a oder 16b, existiert. Wenn die Sensoren 16 als ideale Sensoren ohne Fehler wirken, sollte die Größe |ΔV ⇀₁| der Grundschwingungskomponente von ΔV ⇀_s null sein. Somit kann eine Größe nicht null das Vorhandensein eines Sensorfehlers anzeigen. Allerdings können auch Rauschfaktoren zu einer Bestimmung einer Größe nicht null für |ΔV ⇀₁| führen. Somit kann in einem Ausführungsbeispiel das EDM 34 dazu ausgelegt sein, die Größe mit einem vorbestimmten Schwellenwert zu vergleichen, um das Vorhandensein eines Sensorfehlers zu bestimmen. Zum Beispiel kann das EDM 34 dazu ausgelegt sein, die Größe |ΔV ⇀₁| mit einem Schwellenwert V_sh1 zu vergleichen. Das EDM 34 kann dazu ausgelegt sein, einen Fehlermerker zu setzen, um einen Fehlerzustand anzuzeigen, falls |ΔV ⇀₁| V_sh1 übersteigt. In einem Ausführungsbeispiel kann das EDM 34, um Rauschwirkungen abzuschwächen, für eine hysteresegeregelte Ausgabe ausgelegt sein. Zum Beispiel kann das EDM 34 weiterhin dazu ausgelegt sein, die Größe |ΔV ⇀₁| mit einem zweiten Schwellenwert Vsh2 zu vergleichen. Falls |ΔV ⇀₁| unter V_sh2 liegt, kann ein Fehlermerker gesetzt werden, um anzuzeigen, dass kein Fehler vorhanden ist. Ebenfalls wird in Betracht gezogen, dass spezielle Schwellenwerte für jeweilige Komponenten eingerichtet werden können. Zum Beispiel kann ein erster Schwellenwert für eine Größe einer Grundschwingungskomponente eingerichtet werden, während ein anderer Schwellenwert für eine andere Größe einer Oberschwingungskomponente eingerichtet wird. Es wird in Betracht gezogen, dass die Fehlerbestimmung die Ergebnisse eines oder mehrerer Größenvergleiche berücksichtigen kann. In einem Ausführungsbeispiel kann das EDM 34 kommunizierend mit einem Diagnosemodul verschaltet sein, zum Beispiel an einer Motorsteuereinheit (ECU, engine control unit) oder Fahrzeugsteuereinheit (VCU) oder einem Armaturenbrett-Display, das dazu ausgelegt ist, eine Fehleranzeige vom EDM 34 aufzunehmen und ein Fehlerindikator-Display für einen Betreiber und/oder einen Fehlerdiagnose-Code für Servicekräfte bereitzustellen.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 50 zum Bestimmen und Melden eines Stromsensorfehlers. Im Block 52 kann eine Sollspannung aufgenommen werden. Zum Beispiel kann das ACMM 30 eine Sollspannung V* aufnehmen, die vom Controller 18 bereitgestellt wird. Als Beispiel: Das ACMM 30 kann V*_d und V*_q aufnehmen, die Bund q-Achsen-Komponenten der Sollspannung V*. Im Block 54 können eine oder mehrere Komponenten der Sollspannung vereinzelt werden. Zum Beispiel kann das ACMM 30 eine Grundschwingungskomponente der Sollspannung vereinzeln. Im Block 56 kann ein Attribut der AC-Komponente mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden. Zum Beispiel kann die Amplitude einer Grundschwingungskomponente mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden. Attribute einer oder mehrerer AC-Komponenten können verglichen werden, und verschiedene vorbestimmte Schwellenwerte können eingerichtet werden. Zusätzlich wird in Betracht gezogen, dass andere Attribute als die Amplitude verwendet werden können. Im Block 58 kann auf Basis des Vergleichs bestimmt werden, ob ein Fehlerzustand vorliegt oder ob kein Fehlerzustand vorliegt. Falls zum Beispiel die Amplitude einer AC-Komponente unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, kann bestimmt werden, dass kein Fehler existiert. Falls die Amplitude einer AC-Komponente einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, kann bestimmt werden, dass ein Sensorfehler vorhanden ist. Eine Fehlerbstimmung kann auf einem einzelnen Komponentenvergleich basieren, oder sie kann auf den Ergebnissen von Vergleichen von mehr als einer AC-Komponente basieren. Im Block 59 kann ein Fehlermerker gesetzt werden, um anzuzeigen, ob ein Fehler detektiert worden ist. Wenn zum Beispiel bestimmt wurde, dass ein Sensorfehler existiert, kann ein Fehlermerker auf 1 gesetzt werden, und einem Diagnosemodul kann ein Signal bereitgestellt werden. Ein Fehlermerker kann auf 0 gesetzt werden, wenn kein Fehler detektiert worden ist.
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 60 zum Bestimmen eines Fehlerzustands an einem oder mehreren Stromsensoren. Das Verfahren 60 stellt einen beispielhaften Prozess zum Vereinzeln einer AC-Komponente des Spannungssollwertsignals bereit. Im Block 62 können einer oder mehrere Betriebsparameter aufgenommen werden. Als Beispiel, aber nicht zur Einschränkung: Das SFDM 20 kann einen Drehmomentsollwert T* für die EM 14 vom Controller 18 oder einer ECU oder VCU des Fahrzeugs aufnehmen. Zusätzlich kann das SFDM 20 die Rotationsgeschwindigkeit ω_r der EM 14 vom Controller 18, einem Stellungs- oder Geschwindigkeitssensor an der EM 14, einer ECU oder VCU aufnehmen. Das SFDM 20 kann weiterhin die vom CMM 26 bereitgestellten Sollströme I*_d und I*_q aufnehmen.
Im Block 64 kann das SFDM 20 ideale Spannungssollwerte V**_q und V**_d auf Basis der aufgenommenen Betriebsparameter bereitstellen. Zum Beispiel kann das VMM 31 dazu ausgelegt sein, einen gespeicherten idealen Spannungswert auf Basis der aufgenommenen idealen Stromsollwerte, dem Drehmomentsollwert und der Rotationsgeschwindigkeit der EM 14 auszuwählen. Im Block 66 kann ein tatsächlicher Spannungssollwert, der für eine Elektromaschine bereitgestellt wird, aufgenommen werden. Zum Beispiel kann das DDM 32 V*_q und V*_d vom CCM 26 aufnehmen. Im Block 68 kann die Differenz zwischen idealen und tatsächlichen Spannungssollwerten bestimmt werden. Zum Beispiel kann das DDM 32 die Differenzen ΔV_q und ΔV_d zwischen idealen und tatsächlichen q-Achsen- und d-Achsen-Spannungssollwerten bestimmen. Bei eingeschwungenen Zuständen bleiben die Spannungssollwerte V*_d und V*_q im Wesentlichen konstant und sollten gleich den idealen Spannungssollwerten V**_d und V**_q sein, wenn die Stromsensoren normal arbeiten. Wenn allerdings Fehler an den Sensoren auftreten, werden die tatsächlichen Spannungssollwerte von den idealen Spannungssollwerten abweichen. Wie oben durch Gleichung (3) gezeigt wird, induzieren Sensorfehler AC-Komponenten in Stromsensormesswerte, und diese AC-Komponenten können in die Spannungssollwerte eingeschlossen werden, die auf den fehlerhaften Sensormesswerten basieren. Diese AC-Komponenten bewirken, dass die tatsächlichen Spannungssollwerte sich von den idealen, vom VMM 31 bereitgestellten Spannungssollwerten unterscheiden. In einem Ausführungsbeispiel können die Abweichungen zwischen den idealen und den tatsächlichen Spannungssollwerten als ein Abweichungsraumzeiger ausgedrückt werden. Zum Beispiel kann das DDM 32 den komplexen Raumzeiger ΔV ⇀_s bereitstellen, der durch Gleichung (6) dargestellt wird. Im Block 70 kann eine Bestimmung in Bezug darauf erfolgen, ob ein Stromsensorfehler existiert. Als Beispiel: Das EDM 34 kann die vom DDM 32 bestimmte Abweichung verwenden, um das Vorhandensein eines Fehlers zu detektieren. In einem Ausführungsbeispiel kann das EDM 34 einen Aspekt der Abweichung mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleichen, um seine Bestimmung vorzunehmen. Wie oben erörtert worden ist, kann ein Vergleichsprozess Vergleiche mit einem oder mehreren Schwellenwerten beinhalten. Im Block 72 kann ein Fehlermerker gesetzt werden, um anzuzeigen, ob ein Fehler detektiert worden ist. Wenn zum Beispiel bestimmt wurde, dass ein Sensorfehler existiert, kann das EDM 34 einen Fehlermerker setzen, um anzuzeigen, dass ein Sensorfehler detektiert worden ist. Als Beispiel: Ein Fehlersignal kann einem Diagnosemodul bereitgestellt werden.
7 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 80, das umgesetzt werden kann, um zu bestimmen, ob ein Fehlerzustand existiert. Im Block 82 kann eine Abweichung zwischen einem tatsächlichen und einem idealen Spannungssollwert aufgenommen werden. Zum Beispiel kann das EDM 34 die Abweichungen ΔV_d und ΔV_q vom DDM 32 in Form des komplexen Abweichungsraumzeigers ΔV ⇀_s aufnehmen. Im Block 84 können die Mitsystemkomponenten des komplexen Abweichungsraumzeigers bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann das TM 40 den Raumzeiger ΔV ⇀_s in den Raumzeiger ΔV ⇀_p in einem mit einer Grundschwingungsfrequenz in einer Mitsystemrichtung rotierenden Bezugssystem transformieren, wie durch Gleichung (7) ausgedrückt wird. Im Block 86 kann eine Grundschwingungs-Mitsystemkomponente des Abweichungsraumzeigers ΔV ⇀_s entnommen werden. Zum Beispiel kann das FM 41 ΔV ⇀_p aufnehmen und seine DC-Komponente ΔV ⇀_p1 herausfiltern, wie durch oben genannte Gleichung (8) ausgedrückt wird. Im Block 88 kann die Größe der Grundschwingungs-Mitsystemkomponente |ΔV ⇀₁| bestimmt werden. Zum Beispiel kann das ADM 44 die Größe |ΔV ⇀_p1| durch Umsetzen der oben genannten Gleichung (9) bestimmen.
Ein analoger Prozess kann für die Gegensystemkomponente des komplexen Abweichungsraumzeigers durchgeführt werden. Im Block 90 kann die Gegensystemkomponente des komplexen Abweichungsraumzeigers vereinzelt werden.
Zum Beispiel kann das TM 41 den Raumzeiger ΔV ⇀_s in den mit einer Grundschwingungsfrequenz in der Gegensystemrichtung rotierenden Raumzeiger ΔV ⇀_n transformieren, wie durch oben genannte Gleichung (10) ausgedrückt wird. Im Block 92 kann die Grundschwingungs-Gegensystemkomponente des Abweichungsraumzeigers ΔV ⇀_s entnommen werden. In einem Ausführungsbeispiel kann das FM 43 die DC-Komponente von ΔV ⇀_n filtern, um die Grundschwingungs-Gegensystemkomponente ΔV ⇀_n1 bereitzustellen, wie durch oben genannte Gleichung (11) ausgedrückt wird. Im Block 94 kann die Amplitude der Grundschwingungs-Gegensystemkomponente bestimmt werden. Zum Beispiel kann das ADM 45 dazu ausgelegt sein, die Größe |ΔV ⇀_n1| durch Umsetzen der durch oben genannte Gleichung (12) beschriebenen Operationen bereitzustellen. Im Block 96 kann die Gesamtamplitude der Grundschwingungskomponente bestimmt werden. Zum Beispiel kann das SM 46 die Amplitude der Grundschwingungs-Mitsystemkomponente, |ΔV ⇀_p1| , und die Amplitude der Grundschwingungs-Gegensystemkomponente, |ΔV ⇀_n1| , aufnehmen und sie gemäß oben genannter Gleichung (13) addieren, um die Amplitude |ΔV ⇀₁| der Grundschwingungskomponente bereitzustellen. Sobald die Gesamtamplitude der Grundschwingungskomponente bereitgestellt worden ist, kann sie verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Fehlerzustand an einem Stromsensor vorhanden ist. Zum Beispiel kann im Block 98 die Amplitude der Grundschwingungskomponente |ΔV ⇀₁| mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob ein Fehlerzustand existiert. Wie hierin vorher erörtert worden ist, kann ein Hystereseprozess umgesetzt werden, um die Wirkungen von Rauschen auf den Fehlerdetektionsprozess abzuschwächen. Als Beispiel, aber nicht zur Einschränkung: Das EDM 34 kann |ΔV ⇀₁| mit einem ersten Schwellenwert V_sh1 und einem zweiten Schwellenwert V_sh2 vergleichen. Falls |ΔV ⇀₁| größer als V_sh1 ist, kann das EDM 34 bestimmen, dass ein Fehlerzustand existiert, falls |ΔV ⇀₁| kleiner als V_sh2 ist, kann das EDM 34 bestimmen, dass kein Fehlerzustand existiert. Im Block 100 kann ein Fehlersignal gesetzt werden, um den Fehlerstatus anzuzeigen. Zum Beispiel kann das EDM 34 ein Fehlersignal auf 1 setzen, wenn ein Fehler detektiert wird, und auf 0, wenn kein Fehler detektiert wird, wie in 8 gezeigt wird.
Während die Verfahren 60 und 80 Beispiele für Fehlerdetektionsprozesse bereitstellen, die umgesetzt werden können, wird in Betracht gezogen, dass die Erfindung in den unterschiedlichsten Arten angewendet werden kann. Zum Beispiel können andere AC-Komponenten als die Grundschwingungsfrequenzkomponente entnommen und zur Bestimmung, ob ein Sensorfehler vorhanden ist, verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann das SFDM 20 kommunizierend mit einem Diagnosemodul an einem Fahrzeug verschaltet werden, was ermöglicht, dass ein am EDM 34 detektierter Fehlerzustand an das Diagnosemodul gemeldet wird und ein Betreiber oder Servicetechniker darauf aufmerksam gemacht wird.
In der Vergangenheit waren drei Sensoren in einem FOC-System erforderlich, zwei zur Drehmomentregelung und einer zur Detektion von nicht beabsichtigter Drehmomentabgabe. Die Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung heben die Notwendigkeit auf, einen dritten Sensor einzusetzen, und ermöglichen, dass ein FOC-System mit nur zwei Sensoren betrieben wird. Dadurch, dass ein dritter Sensor entbehrlich ist, können die Gesamtsystemkosten reduziert werden, während die Gesamtsystemzuverlässigkeit verbessert werden kann. Zusätzlich hebt die Erfindung die Notwendigkeit des Experimentierens beim Bestimmen eines Prüfsummenschwellenwerts zur Detektion von Drehmomentabgabefehlern auf und stellt eine universelle Lösung bereit, die einfach, ohne Beachtung spezifischer individueller Sensorcharakteristika, umgesetzt werden kann.
Es beschleunigt den Fehlerbehebungsprozess, einen speziellen Fehlermerker und Diagnostik für einen Stromsensor zur Verfügung zu haben, anstatt lediglich einen Fehlermerker für Drehmomentabgabefehler, weil die Notwendigkeit vermieden wird, dass ein Servicetechniker andere mögliche Fehlerquellen als die Sensoren untersucht, wie zum Beispiel einen funktionsgestörten Maschinen-Controller. Gleichermaßen schließt sie die Sensoren als eine mögliche Ursache aus, sollte eine Drehmomentfehlabgabe auftreten, wenn kein Sensorfehlerzustand detektiert wird, was die Zeit und die Kosten für das Prüfen und/oder Ersetzen der Stromsensoren einspart.
Hierin sind Ausführungsbeispiele vorgelegt worden, jedoch versteht sich und wird in Betracht gezogen, dass die Erfindung in verschiedenen anderen Formen angewendet werden kann. Zum Beispiel kann ein SFDM, das hierin als ein von einem Maschinen-Controller getrenntes Modul erörtert wird, als Teil des Controllers integriert werden. Analog kann Funktionalität, die hier mit spezifischen Modulen verknüpft ist, kombiniert oder neu konfiguriert werden. Verschiedene Mittel und Verfahren zum Vereinzeln und Überwachen einer oder mehrerer AC-Komponenten werden in Betracht gezogen, ebenso wie andere Mittel und Verfahren zum Bestimmen einer Differenz zwischen den tatsächlichen und idealen Sollwerten.

Claims

System, das Folgendes umfasst: eine Elektromaschine (EM); ein Energieumwandlungsmodul (ECM), das dazu ausgelegt ist, Energie für die EM bereitzustellen; einen Sensor, der dazu ausgelegt ist, einen Phasenstrom zwischen dem ECM und der EM zu detektieren; einen Controller, der dazu ausgelegt ist, einen Spannungssollwert bereitzustellen, der dazu ausgelegt ist, die Produktion eines gewünschten Drehmoments durch die EM zu bewirken; und ein Sensorfehlerdetektionsmodul (SFDM), das dazu ausgelegt ist, den Spannungssollwert zu verwenden, um einen Fehler am Sensor zu detektieren.
System nach Anspruch 1, wobei das SFDM dazu ausgelegt ist, eine Wechselstrom-(AC-)Komponente des Spannungssollwerts zu überwachen.
System nach Anspruch 2, wobei das SFDM dazu ausgelegt ist, eine Grundschwingungsfrequenzkomponente der AC-Komponente des Spannungssollwerts zu überwachen.
System nach Anspruch 1, wobei das SFDM dazu ausgelegt ist, eine Abweichung zwischen dem vom Controller bereitgestellten Spannungssollwert und einem idealen Spannungssollwert zu bestimmen.
System nach Anspruch 4, wobei das SFDM dazu ausgelegt ist, die Abweichung zu verwenden, um den Sensorfehler zu detektieren.
Sensorfehlerdetektionsmodul (SFDM), das Folgendes umfasst: ein Spannungs-Mapping-Modul (VMM), das dazu ausgelegt ist, einen idealen Spannungssollwert bereitzustellen, der dazu ausgelegt ist, eine gewünschte Elektromaschinen-(EM-)Drehmomentausgabe zu bewirken; ein Abweichungsbestimmungsmodul (DDM), das dazu ausgelegt ist, eine Abweichung zwischen dem idealen Spannungssollwert und einem tatsächlichen, für die EM bereitgestellten Spannungssollwert zu bestimmen; und wobei das SFDM dazu ausgelegt ist, die Abweichung zu verwenden, um zu bestimmen, ob ein Sensorfehler vorhanden ist.
SFDM nach Anspruch 6, wobei das DDM dazu ausgelegt ist, eine Wechselstrom-(AC-)Komponente des Spannungssollwerts zu vereinzeln.
SFDM nach Anspruch 7, wobei das SFDM dazu ausgelegt ist, eine Grundschwingungsfrequenzkomponente des tatsächlichen Spannungssollwerts zu vereinzeln.
SFDM nach Anspruch 8, wobei das SFDM dazu ausgelegt ist, die Amplitude der Grundschwingungsfrequenzkomponente zu bestimmen.
Verfahren, das Folgendes umfasst: das Aufnehmen eines Betriebsparameters; das Bereitstellen eines idealen Spannungssollwerts als Reaktion auf den Parameter; das Aufnehmen eines tatsächlichen Spannungssollwerts für eine Elektromaschine; das Bestimmen einer Abweichung zwischen dem idealen Spannungssollwert und dem tatsächlichen Spannungssollwert; und das Verwenden der Abweichung, um zu bestimmen, ob ein Fehler an einem Stromsensor existiert.