DE102015214555A1 - Vehicle, device and method for determining a current setpoint vector for a synchronous motor of an electromechanical steering - Google Patents
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- H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
- H02P29/66—Controlling or determining the temperature of the rotor
Abstract
Es werden ein Fortbewegungsmittel, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines Stromsollvektors (Id_soll, Iq_soll) für einen Synchronmotor einer elektromechanischen Lenkung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte:
– Auslesen eines ersten Kennfeldes (4) aus einem Speicher, welches eine Abhängigkeit eines d-Stromes (Id)
– von einem Sollmoment (Msoll) des Synchronmotors und
– von einer Temperatur (ϑmot) des Synchronmotors beschreibt,
– Auslesen eines zweiten Kennfeldes (5) aus einem Speicher, welches eine Abhängigkeit des d-Stromes (Id)
– von einer Drehzahl (φ') des Synchronmotors und
– von einer Zwischenkreisspannung (Uz) zum Betrieb des Synchronmotors beschreibt, und
– Ermitteln eines ersten d-Stromsollvektors (Id_soll) mittels des ersten Kennfeldes (4) und des zweiten Kennfeldes (5). A means of locomotion, a device and a method for determining a current desired vector (Id_soll, Iq_soll) for a synchronous motor of an electromechanical steering are proposed. The method comprises the steps:
- reading out a first characteristic field (4) from a memory which has a dependence of a d-current (Id)
- Of a nominal torque (Msoll) of the synchronous motor and
Of a temperature (θmot) of the synchronous motor describes
- Reading a second map (5) from a memory, which has a dependence of the d-current (Id)
- Of a speed (φ ') of the synchronous motor and
- describes an intermediate circuit voltage (Uz) for the operation of the synchronous motor, and
- Determining a first d-current target vector (Id_soll) by means of the first map (4) and the second map (5).
Description
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines Stromsollvektors für einen Synchronmotor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine vereinfachte Ermittlung eines Stromsollvektors für einen Synchronmotor einer elektromechanischen Lenkung für ein Fortbewegungsmittel. The present invention relates to a means of locomotion, a device and a method for determining a current setpoint vector for a synchronous motor. In particular, the present invention relates to a simplified determination of a current target vector for a synchronous motor of an electromechanical steering for a means of transportation.
Im Stand der Technik werden zunehmend elektromechanisch unterstützte Lenksysteme vorgeschlagen. In der elektromechanischen Lenkung wird mitunter eine permanentmagneterregte Synchronmaschine mit einem großen Reluktanzmoment eingesetzt. Das heißt, dass der Motorstrom einen d-Anteil auch im Ankerstellbereich haben muss, damit ein gewünschtes Moment mit dem minimalen Strom erreicht werden kann. Die optimale Aufteilung des Motorstroms auf den d-Anteil und den q-Anteil ist eine Funktion des Sollmomentes, der Drehzahl, der Temperatur des Motors und der Zwischenkreisspannung (in den meisten Fällen also die Spannung über dem Zwischenkreiskondensator). Eine direkte Darstellung des d-Stroms und des q-Stroms im Steuerprogramm kann also in der Form eines vierdimensionalen Kennfeldes erfolgen. Dieser Zusammenhang ist sehr komplex, rechenaufwändig und kann in der Praxis nur offline (d.h. nicht vom Steuerprogramm eines Lenksystems) berechnet werden. Der hierfür benötigte Speicherplatz und der Rechenaufwand für die Interpolation in einem 4D-Kennfeld sind für automobile Anwendungen also unakzeptabel groß. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ermittlung eines Stromsollvektors einerseits möglichst exakt, andererseits mittels geringstmöglichen Rechenaufwandes vorzunehmen. In the prior art increasingly electromechanically assisted steering systems are proposed. In the electromechanical steering, a permanent magnet synchronous machine with a large reluctance torque is sometimes used. This means that the motor current must also have a d-component in the armature adjustment range so that a desired torque can be achieved with the minimum current. The optimum distribution of the motor current to the d-component and the q-component is a function of the setpoint torque, the speed, the temperature of the motor and the DC link voltage (in most cases the voltage across the DC link capacitor). A direct representation of the d-current and the q-current in the control program can thus take place in the form of a four-dimensional characteristic diagram. This relationship is very complex, computationally expensive, and in practice can only be calculated offline (i.e., not by the steering program of a steering system). The space required for this and the computational effort for the interpolation in a 4D map are therefore unacceptably large for automotive applications. It is therefore an object of the present invention to determine the determination of a current setpoint vector on the one hand as accurately as possible, on the other hand by means of the least possible computational effort.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Stromsollvektors für einen Synchronmotor einer elektromechanischen Lenkung gelöst. Der Stromsollvektor kann einen d-Sollanteil und einen q-Sollanteil aufweisen. Der Stromsollvektor kann beispielsweise als orthogonale Überlagerung eines d-Sollstroms und eine q-Sollstroms im läuferfesten Koordinatensystem einer Synchronmaschine beschrieben werden. Bezüglich Hintergrundinformationen der Beschreibung von elektrischen Vorgängen und Größen in einem Synchronmotor wird auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. The object identified above is achieved by a method for determining a current setpoint vector for a synchronous motor of an electromechanical steering system. The current setpoint vector may have a d-set component and a q-set component. The current setpoint vector can be described, for example, as an orthogonal superimposition of a d-set current and a q-setpoint current in the rotor-fixed coordinate system of a synchronous machine. For background information describing electrical operations and magnitudes in a synchronous motor, reference is made to the pertinent literature.
In einem ersten Schritt wird ein erstes Kennfeld aus einem Speicher ausgelesen, wobei das erste Kennfeld eine Abhängigkeit des d-Stromes des Stromsollvektors von einem Sollmoment des Synchronmotors und von einer Temperatur des Synchronmotors beschreibt. Die Temperatur kann beispielsweise anhand eines entsprechenden Temperatursensors gemessen und/oder anhand weiterer messtechnisch erhältlicher Kenngrößen, insbesondere anhand eines thermischen Modells des Synchronmotors, ermittelt werden. In entsprechender Weise wird ein zweites Kennfeld aus dem Speicher ausgelesen, welches eine Abhängigkeit des d-Stromes von einer Drehzahl des Synchronmotors und von einer Zwischenkreisspannung zum Betrieb des Synchronmotors beschreibt. Die Drehzahl kann eine aktuelle tatsächliche Drehzahl des Synchronmotors sein. Die Zwischenkreisspannung kann in einem Zwischenkreis anliegen, welcher eine Gleichstrom-Energieversorgung in eine Wechselgröße für den Betrieb des Synchronmotors umwandelt. Insbesondere kann der Synchronmotor dreiphasig ausgestaltet sein. Anhand der beiden Kennfelder wird anschließend ein erster d-Stromsollvektor ermittelt, indem das Sollmoment, die Temperatur, die Drehzahl sowie die Zwischenkreisspannung ermittelt und in Verbindung mit den Kennfeldern zum Auslesen eines Wertes für den ersten d-Stromsollvektor verwendet werden. Im Ergebnis wird der im Stand der Technik bekannte hohe Rechenaufwand für die Übertragung der elektrischen Messgrößen Strom und Spannung in das läuferfeste Koordinatensystem beziehungsweise aus dem läuferfesten Koordinatensystem vermieden. Leistungsfähige Prozessoren werden durch die Verwendung der beiden Kennfelder erübrigt. Auf diese Weise kann die Ermittlung des Stromsollvektors erfindungsgemäß exakt und dennoch mit einem geringen Rechenaufwand erfolgen. In a first step, a first map is read from a memory, wherein the first map describes a dependence of the d-current of the current setpoint vector of a desired torque of the synchronous motor and a temperature of the synchronous motor. The temperature can be measured, for example, by means of a corresponding temperature sensor and / or determined on the basis of further metrologically available parameters, in particular on the basis of a thermal model of the synchronous motor. In a corresponding manner, a second map is read from the memory, which describes a dependence of the d-current of a rotational speed of the synchronous motor and of an intermediate circuit voltage for the operation of the synchronous motor. The speed may be a current actual speed of the synchronous motor. The DC link voltage can be present in a DC link, which converts a DC power supply into an AC variable for the operation of the synchronous motor. In particular, the synchronous motor can be designed in three phases. Based on the two maps, a first d-current target vector is then determined by the target torque, the temperature, the speed and the DC link voltage determined and used in conjunction with the maps to read out a value for the first d-current setpoint vector. As a result, the known in the prior art high computational effort for the transmission of the electrical quantities current and voltage in the rotor fixed coordinate system or from the rotor fixed coordinate system is avoided. Powerful processors are eliminated by using the two maps. In this way, the determination of the current desired vector can be carried out according to the invention exactly and yet with a low computational outlay.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.
Der erste d-Stromsollvektor kann beispielsweise als Minimum eines zweiten d-Stromsollvektors, welcher aus dem ersten Kennfeld ermittelt wird, und eines dritten d-Stromsollvektors, der aus dem zweiten Kennfeld ermittelt wird, ermittelt werden. Anhand eines vorgegebenen Betriebszustandes werden also jeweilige Ausgangsgrößen des ersten Kennfeldes und des zweiten Kennfeldes ermittelt und die geringere Ausgangsgröße als neuer d-Stromsollvektor verwendet. The first d-current target vector can be determined, for example, as the minimum of a second d-current target vector, which is determined from the first map, and a third d-current target vector, which is determined from the second map. On the basis of a given operating state, respective output variables of the first characteristic diagram and of the second characteristic field are determined, and the smaller output variable is used as the new d-current desired vector.
Das erste Kennfeld kann beispielsweise für eine Motordrehzahl von 0 Umdrehungen pro Minute und eine Zwischenkreisspannung entsprechend ihrem Nennwert (z. B. 12,8 Volt) optimiert sein. Mit anderen Worten werden die im zweiten Kennfeld enthaltenen Größen bei der Erstellung des ersten Kennfeldes in vordefinierter Weise als konstant angenommen. For example, the first map may be optimized for an engine speed of 0 revolutions per minute and an intermediate circuit voltage corresponding to its rated value (eg, 12.8 volts). In other words, the variables contained in the second map are assumed to be constant in a predefined manner when the first map is created.
Das zweite Kennfeld kann für eine konstante Temperatur des Synchronmotors erstellt beziehungsweise optimiert sein. Die Temperatur kann beispielsweise im Bereich von –20 °C liegen, da die Magnetstärke und die induzierte elektromotorische Kraft bei niedrigen Temperaturen höher sind. The second map can be created for a constant temperature of the synchronous motor or be optimized. For example, the temperature may be in the range of -20 ° C because the magnetic strength and the induced electromotive force are higher at low temperatures.
Bevorzugt kann ein q-Stromsollvektor anhand der folgenden Motorgleichung ermittelt werden:
- M
- das Sollmoment des Synchronmotors,
- ZP
- die Polpaarzahl eines Rotors des Synchronmotors,
- F(T)
- ein temperaturabhängiger Permanentmagnetschluss, welcher über ein Kennfeld oder über eine Berechnung ermittelt wird,
- Ld
- die Induktivität eines Stators des Synchronmotors in d-Richtung,
- Lq
- die Induktivität eines Stators des Synchronmotors in q-Richtung und
- Id
- der ermittelte erste d-Stromsollvektor ist.
- M
- the nominal torque of the synchronous motor,
- ZP
- the pole pair number of a rotor of the synchronous motor,
- F (T)
- a temperature-dependent permanent magnet closure, which is determined via a characteristic field or via a calculation,
- Ld
- the inductance of a stator of the synchronous motor in the d-direction,
- Lq
- the inductance of a stator of the synchronous motor in q-direction and
- id
- the determined first d-current target vector is.
Dabei kann der temperaturabhängige Permanentmagnetschluss F(T) als Kennlinie oder als Berechnungsformel vorgegeben werden, da die Abhängigkeit der Magnetstärke von der Temperatur fast linear ist. Here, the temperature-dependent permanent magnet F (T) can be specified as a characteristic or as a calculation formula, since the dependence of the magnetic strength of the temperature is almost linear.
Bevorzugt kann ein drittes Kennfeld aus einem Speicher ausgelesen werden, welches eine Abhängigkeit eines maximalen, betriebspunktabhängigen Motormomentes von einer Drehzahl des Synchronmotors und von einer Zwischenkreisspannung zum Betrieb des Synchronmotors beschreibt. Das Maximalmoment des Synchronmotors wird also als ein vorberechnetes 2D-Kennfeld implementiert. Das dritte Kennfeld kann beispielsweise für eine maximale Temperatur des Synchronmotors, insbesondere zwischen 90 °C und 110 °C, erstellt werden. Preferably, a third characteristic map can be read from a memory, which describes a dependency of a maximum operating-point-dependent engine torque on a rotational speed of the synchronous motor and on an intermediate circuit voltage for operation of the synchronous motor. The maximum torque of the synchronous motor is thus implemented as a pre-calculated 2D map. The third characteristic map can be created, for example, for a maximum temperature of the synchronous motor, in particular between 90 ° C and 110 ° C.
Bevorzug wird also der Sollwert des d-Stromes über zwei 2D-Kennfelder vorgegeben. Das erste 2D-Kennfeld stellt eine Abhängigkeit des d-Stromes vom Sollmoment und der Motortemperatur dar. Dieses Kennfeld wird offline für den sogenannten „Ankerstellbereich“ vorberechnet und berücksichtigt den Temperatureinfluss auf die Magnetstärke. Die Optimierung des Kennfeldes wird für die Betriebspunkte mit zwei konstanten Betriebsparametern durchgeführt. Dabei wird die Motordrehzahl gleich 0 und die Zwischenkreisspannung gleich einem Nennwert von 12,8 Volt angenommen. Unter einer „offline“-Vorberechnung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass das Kennfeld selbst bereits in Datenform vorliegt, wenn das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass insbesondere während eines Startvorgangs eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels das erste Kennfeld und das zweite Kennfeld, insbesondere auch das dritte Kennfeld, in einem Speicher abgelegt sind. Insbesondere kann eine Bedatung in einem Auslieferungszustand und/oder in einem Werkstattaufenthalt erfolgen. Daher müssen die aus dem ersten, zweiten und dritten Kennfeld ermittelbaren Zusammenhänge nicht in Echtzeit berechnet werden, wozu ein erheblicher rechentechnischer Aufwand betrieben werden müsste, sondern Tabellenwerke, deren Informationen anhand der Eingabegrößen ausgelesen werden können, können zur Repräsentation dieser Informationen, insbesondere in diskreter Form bereitgehalten werden. Aus den zwei mittels des ersten und des zweiten Kennfeldes (z.B. beides 2D-Kennfelder) berechneten d-Stromwerten wird der Minimalwert (beide Werte sind negativ) beziehungsweise der Wert mit dem größten Betrag als Sollwert für den d-Strom des Synchronmotors verwendet. Favor so the setpoint of the d-current is set via two 2D maps. The first 2D map represents a dependency of the d-current on the nominal torque and the motor temperature. This map is pre-calculated offline for the so-called "anchorage range" and takes into account the temperature influence on the magnetic strength. The optimization of the characteristic map is carried out for the operating points with two constant operating parameters. The engine speed is assumed to be 0 and the intermediate circuit voltage equal to a nominal value of 12.8 volts. In the context of the present invention, an "offline" pre-calculation is understood to mean that the characteristic field itself is already in data form when the method according to the invention is carried out. This means that, in particular during a starting process of a means of transport configured according to the invention, the first characteristic map and the second characteristic field, in particular also the third characteristic field, are stored in a memory. In particular, a conditioner may be in a delivery state and / or in a workshop visit. Therefore, the relationships that can be determined from the first, second and third maps need not be calculated in real time, for which a considerable computational effort would have to be operated, but rather tables whose information can be read out on the basis of the input variables can be used to represent this information, in particular in a discrete form be kept ready. From the two d current values calculated by the first and second maps (e.g., both 2D maps), the minimum value (both values are negative) and the value having the largest magnitude, respectively, are used as the set value for the d current of the synchronous motor.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Stromsollvektors für einen Synchronmotor (z. B. einer elektromechanischen Lenkung) vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst einen Datenspeicher und eine Auswerteeinheit, welche beispielsweise als Mikrocontroller, programmierbarer Prozessor, Nanocontroller o.ä. ausgestaltet sein kann. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, ein erstes Kennfeld aus dem Speicher auszulesen, welches eine Abhängigkeit eines d-Stromes von einem Sollmoment des Synchronmotors und von einer Temperatur des Synchronmotors beschreibt. Entsprechend ist die Auswerteeinheit eingerichtet, ein zweites Kennfeld aus dem Speicher auszulesen, welches eine Abhängigkeit des d-Stromes von einer Drehzahl des Synchronmotors und von einer Zwischenkreisspannung zum Betrieb des Synchronmotors beschreibt. Schließlich ist die Auswerteeinheit eingerichtet, einen ersten d-Stromsollvektor mittels des ersten Kennfeldes und des zweiten Kennfeldes zu ermitteln. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung eingerichtet, ein Verfahren auszuführen, wie es in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt oben im Detail beschrieben worden ist. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen denjenigen des erfindungsgemäßen Verfahrens derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for detecting a current command vector for a synchronous motor (eg, an electromechanical steering). The device comprises a data memory and an evaluation unit, which can be used, for example, as a microcontroller, programmable processor, nanocontroller or the like. can be designed. The evaluation unit is set up to read out a first characteristic map from the memory which describes a dependence of a d-current on a nominal torque of the synchronous motor and on a temperature of the synchronous motor. Accordingly, the evaluation unit is set up to read out a second characteristic map from the memory which describes a dependence of the d-current on a rotational speed of the synchronous motor and on an intermediate-circuit voltage for operation of the synchronous motor. Finally, the evaluation unit is set up to determine a first d-current setpoint vector by means of the first characteristic diagram and the second characteristic diagram. In this way, the device according to the invention is set up to carry out a method as has been described above in detail in connection with the first-mentioned aspect of the invention. The features, feature combinations and the advantages resulting from these correspond to those of the method according to the invention in such a way that reference is made to avoid repetition of the above statements.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel (z. B. ein PKW, ein Transporter, ein LKW, ein Motorrad) vorgeschlagen, welches eine elektromechanische Lenkung aufweist, welche durch eine (z. B. permanentmagneterregte) Synchronmaschine zur Erzeugung eines Lenkunterstützungsmomentes angetrieben wird. Zudem umfasst das Fortbewegungsmittel eine Vorrichtung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt, sodass sich die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile in entsprechender Weise ergeben. According to a third aspect of the present invention, there is proposed a means of locomotion (eg, a car, a van, a truck, a motorbike) having an electromechanical steering provided by a synchronous machine (eg, permanent magnet excited) for generating a steering assist torque is driven. In addition, the means of transportation includes a device according to the second-mentioned aspect of the invention, so that the features, feature combinations and resulting from these advantages result in a corresponding manner.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine besonders hohe Energieeffizienz in einem elektrischen Synchronantrieb. The present invention enables a particularly high energy efficiency in an electric synchronous drive.
Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist: Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Im Ergebnis wird mit geringstmöglichem Rechenaufwand ein sehr exaktes Ergebnis ermittelt, anhand dessen ein Stromsollvektor für den Betrieb eines Synchronmotors eines elektromechanischen Lenksystems erhältlich ist. Der Stromsollvektor gibt eindeutig die für die Erzeugung des Sollmomentes benötigen Ströme in jeder Phase der Statorwicklung vor. As a result, a very accurate result is determined with the least possible computational effort, based on which a current setpoint vector for the operation of a synchronous motor of an electromechanical steering system is available. The current setpoint vector unambiguously predetermines the currents required in each phase of the stator winding for generating the setpoint torque.
Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Vorrichtung contraption
- 2 2
- Resolver resolver
- 3 3
- drittes 2D-Kennfeld third 2D map
- 4 4
- erstes 2D-Kennfeld first 2D map
- 5 5
- zweites 2D-Kennfeld second 2D map
- 6 6
- Lenkhandrad (Lenkrad) Steering wheel (steering wheel)
- 7 7
- Lenksäule steering column
- 8 8th
- Lenkgetriebe steering gear
- 9 9
- Zahnstange rack
- 10 10
- PKW car
- 11 11
- lenkbares Vorderrad steerable front wheel
- 12 12
- Endstufe final stage
- 13 13
- Synchronmotor synchronous motor
- 14 14
- Auswerteeinheit evaluation
- 15 15
- Signalleitung signal line
- 16 16
- Multiplizierer multipliers
- 17 17
- Teiler divider
- 18 18
- Induktivitätsdifferenz inductance difference
- 19 19
- Multiplizierer multipliers
- 20 20
- Minimalwertermittler Minimum value calculator
- 21 21
- Addierer adder
- 22 22
- 1D-Kennlinie 1D characteristic
- 23 23
- Datenspeicher data storage
- 100 bis 500100 to 500
- Verfahrensschritte steps
- M M
- Motormoment engine torque
- I I
- Strom electricity
- Θ Θ
- Temperatur temperature
- U U
- Spannung tension
- φ φ
- Drehzahl rotation speed
- L L
- Induktivität inductance
- Z Z
- Polpaarzahl number of pole pairs
Claims (10)
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DE102015214555.7A DE102015214555A1 (en) | 2015-07-30 | 2015-07-30 | Vehicle, device and method for determining a current setpoint vector for a synchronous motor of an electromechanical steering |
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