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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines in einem Wankstabilisator angeordneten Elektromotors. Ferner betrifft die Erfindung einen Wankstabilisator für ein Fahrzeug.
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Üblicherweise weist jede Radachse eines Kraftfahrzeugs einen Wankstabilisator auf, der nach dem Torsionsstabprinzip arbeitet. Der Wankstabilisator ist im Wesentlichen parallel zur Fahrzeugachse angeordnet und an beiden Enden über eine jeweilige Koppelstange mit der Radaufhängung verbunden. Ferner ist der Wankstabilisator zur Stabilisierung des Karosserieaufbaus gegenüber unerwünschten Wankbewegungen um die Längsachse des Kraftfahrzeuges vorgesehen. Solche Wankbewegungen treten beispielsweise bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs auf.
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Aus der
DE 10 2013 205 903 A1 geht ein Wankstabilisator für ein Fahrzeug hervor. Der Wankstabilisator weist einen Aktuator sowie zwei an den Aktuator angeschlossene Stabilisationsbauteile auf. Die Stabilisationsbauteile sind über Lagereinrichtungen gegenüber dem Fahrzeug drehbar oder schwenkbar gelagert. Die Stabilisationsbauteile sind optional als Drehstabfedern ausgebildet und weisen an ihren freien Enden Schnittstellen zur Anbindung zum Beispiel an eine Radaufhängung des Fahrzeugs auf. Ferner ist der Aktuator als elektromechanischer Aktuator ausgebildet und weist eine Gehäuseanordnung zur Aufnahme der elektromechanischen Komponenten wie Elektromotor und Getriebe auf, wobei der Aktuator auf jeder Seite mit einem Endabschnitt mit einem der Stabilisationsbauteile drehfest verbunden ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges und genaues Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines in einem Wankstabilisator angeordneten Elektromotors zu schaffen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines in einem Wankstabilisator angeordneten Elektromotors erfolgt mittels mindestens einem an einer Steuer- oder Sensoreinheit des Wankstabilisators angeordneten Temperatursensor, wobei der Elektromotor einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei die Temperatur an der Steuer- oder Sensoreinheit und eine Verlustleistung an den Windungen des Stators erfasst werden und als Eingangsgrößen in ein Temperaturmodell eingespielt werden, wobei das Temperaturmodell dazu vorgesehen ist, aus der Temperatur an der Steuer- oder Sensoreinheit und der Verlustleistung an den Windungen des Stators die Temperatur an den Windungen des Stators sowie an den Magneten des Rotors zu ermitteln. In diesem Zusammenhang wird unter dem Begriff „erfassen“ berechnen beziehungsweise schätzen verstanden.
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Die Temperatur der Steuereinheit (ECU) wird vorzugsweise an einer B6-Brücke durch den mindestens einen Temperatursensor erfasst und dient als Messgröße zur Berechnung der Temperatur an den Windungen des Stators sowie an den Magneten des Rotors. Bei Wankstabilisatoren, bei denen die Steuereinheit räumlich getrennt vom Elektromotor angeordnet ist, wird die Temperatur in der am Elektromotor angeordneten Sensoreinheit mit einem Sensor erfasst und dient als Messgröße zur Berechnung der Temperatoren an den Windungen des Stators und den Magneten des Rotors. Insbesondere kann die Steuer- oder Sensoreinheit zwei oder mehr Temperatursensoren umfassen, wobei die Genauigkeit der Berechnung der Temperatur an den Windungen des Stators sowie an den Magneten des Rotors mit der Anzahl der Temperatursensoren an der Steuer- oder Sensoreinheit zunächst zunimmt. Vorteilhafterweise sind die Temperatursensoren räumlich an der Steuer- oder Sensoreinheit verteilt, wodurch Temperaturmessungen aus unterschiedlichen Entfernungen zum Elektromotor generiert werden. Dadurch kann beispielsweise auch eine Umgebungstemperatur abgeleitet werden.
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Die berechneten Temperaturen an den Windungen des Stators sowie an den Magneten des Rotors werden einerseits zum Schutz des Elektromotors vor Überhitzung bzw. Zerstörung herangezogen, andererseits dienen sie als Eingangssignal für eine Motorregelung. In der Motorregelung werden diese Informationen dazu genutzt, die Phasenströme in Abhängigkeit der ermittelten Temperaturen einzustellen, um das gewünschte Motormoment für den Wankaktuator umzusetzen.
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Vorzugsweise wird die Temperatur an den Windungen des Stators sowie an den Magneten des Rotors unter Berücksichtigung zumindest eines Temperaturaustausches zwischen dem Rotor und dem Stator ermittelt. Mithin wird angesetzt, dass die Windungen des Stators Wärme mittels Wärmeleitung und Wärmestrahlung mit den Magneten des Rotors austauschen.
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Bevorzugt wird die Temperatur an den Windungen des Stators sowie an den Magneten des Rotors unter Berücksichtigung zumindest eines Temperaturaustausches zwischen dem Stator und der Umgebung ermittelt. Mithin wird angesetzt, dass die Windungen des Stators Wärme mittels Wärmeleitung und Wärmestrahlung mit der Umgebung austauschen. Dieser Temperaturaustausch ist insbesondere von der Temperatur der Umgebung abhängig. Ferner hängt der Temperaturaustausch zwischen dem Stator und der Umgebung auch von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs sowie einer relativen Luftfeuchtigkeit ab. Insbesondere führt Regenwasser oder Schnee zu einem erhöhten Temperaturaustausch zwischen dem Stator und der Umgebung.
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Ferner bevorzugt wird die Temperatur an den Windungen des Stators sowie an den Magneten des Rotors unter Berücksichtigung zumindest eines Temperaturaustausches zwischen dem Rotor und der Steuer- oder Sensoreinheit ermittelt. Insbesondere findet über eine Rotorwelle die Wärmeleitung zur Steuer- oder Sensoreinheit statt.
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Des Weiteren bevorzugt wird die Temperatur an den Windungen des Stators sowie an den Magneten des Rotors unter Berücksichtigung zumindest eines Temperaturaustausches zwischen dem Stator und der Steuer- oder Sensoreinheit ermittelt. Dabei findet die Wärmeleitung zur Steuer- oder Sensoreinheit über eine Verschalteplatte statt, die räumlich zwischen der Steuer- oder Sensoreinheit und dem Elektromotor angeordnet ist.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Verlustleistung an den Windungen des Stators mittels eines Kennfelds unter Berücksichtigung aktueller Betriebsparameter des Elektromotors ermittelt wird. Auf Basis eines Simulationsmodells der Motorsteuerung wird das Kennfeld erstellt, welches vorzugsweise in Abhängigkeit des angeforderten Motormoments, der aktuellen Spannung, der aktuellen Motordrehzahl und der aktuellen Umgebungstemperatur sowie Elektromotortemperatur die Verlustleistung im Elektromotor und in der Steuer- oder Sensoreinheit angibt. Dieses Kennfeld bildet bevorzugt stationäre Arbeitspunkte ab, kann jedoch auch als Näherung für transiente Vorgänge genutzt werden. Das Kennfeld wird insbesondere mit Hilfe von Messungen an einem Prüfstand erstellt.
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Vorzugsweise wird ein Umgebungstemperatursensor zur Messung einer Umgebungstemperatur verwendet. Dabei kann der Umgebungstemperatursensor irgendwo im oder am Fahrzeug angeordnet sein, wobei die Umgebungstemperatur über ein BUSSystem zum Wankstabilisator geleitet wird. Alternativ oder ergänzend kann ein Umgebungsbeobachter zur Ermittlung der Umgebungstemperatur verwendet werden. Aufgrund von Witterung sowie der vorherrschenden Fahrsituation können sich die Eigenschaften der Temperaturübergänge ändern. Zur Kompensation dieser Änderungen kann mit Hilfe eines Umgebungsbeobachters, insbesondere Luenberger-Beobachters die Umgebungstemperatur geschätzt werden. Dabei kann bevorzugt auch eine Temperatur für die Steuer- oder Sensoreinheit berechnet werden. Die Differenz aus gemessener und berechneter Temperatur der Steuer- oder Sensoreinheit wird in den Beobachter der Umgebungstemperatur zurückgeführt.
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Der erfindungsgemäße Wankstabilisator für ein Fahrzeug umfasst einen Elektromotor und eine Steuer- oder Sensoreinheit, wobei der Elektromotor einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei die Steuer- oder Sensoreinheit mindestens einen Temperatursensor aufweist, der dazu vorgesehen ist, die Temperatur an der Steuer- oder Sensoreinheit zu messen und über ein Temperaturmodell die Temperatur an den Windungen des Stators sowie an den Magneten des Rotors zu ermitteln.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass räumlich zwischen dem Elektromotor und der Steuer- oder Sensoreinheit eine Verschalteplatte ohne Temperatursensor angeordnet ist. Die Verschalteplatte ist auch als B-Schild bekannt und an dem Elektromotor angeordnet sowie in der Regel mit diesem verbunden. Gemäß dem allgemein bekannten Stand der Technik wird die Temperatur an den Windungen des Stators sowie an den Magneten des Rotors auf Grundlage einer gemessenen Temperatur in der Verschalteplatte berechnet. Der in der Verschalteplatte integrierte Temperatursensor ist relativ teuer gegenüber den in der Steuer- oder Sensoreinheit angeordneten Temperatursensoren.
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Mithin entfällt der relativ teure Temperatursensor in der Verschalteplatte, wobei stattdessen bereits vorhandene Temperatursensoren innerhalb des Wankstabilisators, nämlich jene in der Steuer- oder Sensoreinheit des Wankstabilisators verwendet werden.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt. Es zeigen
- 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Wankstabilisators für ein Fahrzeug, und
- 2 eine Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens für den Wankstabilisator gemäß 1.
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Gemäß 1 weist ein - hier nur teilweise dargestellter - erfindungsgemäßer Wankstabilisator für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrzeug einen Elektromotor 1 mit einem Stator 4 und einem Rotor 5 sowie eine Steuer- oder Sensoreinheit 2 mit einem Temperatursensor 3 auf, wobei räumlich zwischen dem Elektromotor 1 und der Steuer- oder Sensoreinheit 2 eine Verschalteplatte 10 ohne Temperatursensor angeordnet ist. Mithin umfasst der erfindungsgemäße Wankstabilisator keinen Temperatursensor auf der Verschalteplatte 10. Trotz des Entfalls des relativ teuren Temperatursensors auf der Verschalteplatte 10 kann die Temperatur an den - hier nicht näher dargestellten - Windungen des Stators 4 sowie an den - hier nicht näher dargestellten - Magneten des Rotors 5 mittels des in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden. Dies ist insbesondere zum Bauteilschutz und zur Steigerung der Güte der Regelung des Elektromotors 1 notwendig. Ferner weist das Fahrzeug einen Umgebungstemperatursensor 8 zur Messung einer Umgebungstemperatur auf.
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Gemäß 2 wird bei dem Verfahren zur Bestimmung der Temperatur des im Wankstabilisator angeordneten Elektromotors 1 mittels des in der Steuer- oder Sensoreinheit 2 des Wankstabilisators integrierten Temperatursensors 3 die Temperatur E1 an der Steuer- oder Sensoreinheit 2 gemessen. Ferner wird die Verlustleistung E2 an den Windungen des Stators 4 mittels eines Kennfelds unter Berücksichtigung aktueller Betriebsparameter des Elektromotors 1 ermittelt. Dabei wird insbesondere das angeforderte Motormoment des Elektromotors 1, die aktuelle Spannung des Elektromotors 1 und die aktuelle Motordrehzahl des Elektromotors 1 berücksichtigt. Die gemessene Temperatur E1 an der Steuer- oder Sensoreinheit 2 und die Verlustleistung E2 an den Windungen des Stators 4 werden als Eingangsgrößen in ein Temperaturmodell 6 eingespielt.
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Das Temperaturmodell 6 ist dazu vorgesehen, aus der Temperatur E1 an der Steuer- oder Sensoreinheit 2 und der Verlustleistung E2 an den Windungen des Stators 4 die Temperatur F1 an den Windungen des Stators 4 sowie die Temperatur F2 an den Magneten des Rotors 5 zu ermitteln. Dabei wird, insbesondere mit Bezugnahme auf 1, die Temperatur F1 an den Windungen des Stators 4 sowie die Temperatur F2 an den Magneten des Rotors 5 unter Berücksichtigung eines Temperaturaustausches A zwischen dem Rotor 5 und dem Stator 4, eines Temperaturaustausches B zwischen dem Stator 4 und der Umgebung 7, eines Temperaturaustausches C zwischen dem Rotor 5 und der Steuer- oder Sensoreinheit 2 sowie eines Temperaturaustausches D zwischen dem Stator 5 und der Steuer- oder Sensoreinheit 2 ermittelt. Ferner wird ein Umgebungsbeobachter 9 zur Ermittlung der Umgebungstemperatur verwendet. Der Umgebungsbeobachter 9 verwendet zur Ermittlung der Umgebungstemperatur die Verlustleistung G an der Steuer- oder Sensoreinheit 2. Des Weiteren wird für eine Rückführung H zur Erhöhung der Messgüte eine berechnete Temperatur I1 an der Steuer- oder Sensoreinheit 2 mit der gemessenen Temperatur E1 an der Steuer- oder Sensoreinheit 2 verglichen. Der Umgebungsbeobachter 9 generiert eine berechnete Umgebungstemperatur I2. Alternativ kann der Umgebungsbeobachter 9 entfallen, wobei die Umgebungstemperatur mittels des Umgebungstemperatursensors 8 gemessen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Steuer- oder Sensoreinheit
- 3
- Temperatursensor
- 4
- Stator
- 5
- Rotor
- 6
- Temperaturmodell
- 7
- Umgebung
- 8
- Umgebungstemperatursensor
- 9
- Umgebungsbeobachter
- 10
- Verschalteplatte
- A
- Temperaturaustausches zwischen dem Rotor und dem Stator
- B
- Temperaturaustausches zwischen dem Stator und der Umgebung
- C
- Temperaturaustausches zwischen dem Rotor und der Steuer- oder Sensoreinheit
- D
- Temperaturaustausches zwischen dem Stator und der Steuer- oder Sensoreinheit
- E1
- Temperatur an der Steuereinheit
- E2
- Verlustleistung an den Windungen des Stators
- F1
- Temperatur an den Windungen des Stators
- F2
- Temperatur an den Magneten des Rotors
- G
- Verlustleistung an der Steuereinheit
- H
- Rückführung
- I1
- berechnete Temperatur an der Steuereinheit
- I2
- berechnete Umgebungstemperatur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013205903 A1 [0003]
