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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Kenngröße einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug. Die elektrische Maschine wird insbesondere als elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug eingesetzt und bevorzugt durch ein Getriebe zur Übertragung eines Drehmomentes zum Antrieb des Kraftfahrzeuges ergänzt.
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Parameter wie z.B. die Induktivität einer elektrischen Maschine, sind Größen, die für den Betrieb bzw. für die gezielte Ansteuerung benötigt werden. Es ist bekannt, dass bestimmte Parameter der elektrischen Maschine stromabhängig sind. Diese Abhängigkeit kann mit bestimmten Verfahren ausgemessen werden und in Form von Kennfeldern abgebildet werden. Um die Abhängigkeit vom Strom vermessen zu können, muss der entsprechende Strom auch eingeprägt werden. Bestimmte Bestromungszustände sind dann auch Drehmomentbildend. Wird der Rotor dann nicht blockiert bzw. kann das sich bildende Drehmoment nicht vollständig abgestützt werden, dann führt dies zu einer Drehbewegung des Rotors. Zum einen kann es sein, dass diese Bewegung aufgrund von äußeren Randbedingungen zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht auftreten darf oder die Bewegung nicht kontrolliert abläuft und dann zu einer Zerstörung führen könnte. Da bestimmte Parameter darüber hinaus von der Rotorlage abhängig sind, kann eine Bewegung des Rotors dann auch zu einer falschen Zuordnung der gemessenen Werte führen.
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Aus der
DE 10 2015 211 863 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln von stromabhängigen und/oder drehwinkelstellungsabhängigen Kenngrößen einer elektrischen Maschine bekannt. Darin wird ausgeführt, dass der Rotor zur Durchführung des Verfahrens zunächst in eine bestimmte Lage gebracht und anschließend blockiert wird. Im blockierten Zustand wird der Rotor mit einem elektrischen Strom zur Bestimmung der Kenngrößen beaufschlagt. Derartige Messungen können nur an speziell dafür ausgestatteten Prüfständen durchgeführt werden.
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Daher erfordern vorbekannte Methoden zur Ermittlung mindestens einer Kenngröße einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug einen hohen apparativen Aufwand und viel Zeit. Zudem ist das Fahrzeug für den langen Prüfungszeitraum samt Rüstzeit nicht anderweitig nutzbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lindern oder gar zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren bzw. ein Selbstsensierungsverfahren vorgeschlagen werden, das eine Ermittlung von Kenngrößen auch unabhängig vom Prüfstand erlaubt.
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Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder mit Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Kenngröße einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug weist zumindest die elektrische Maschine zum Antrieb mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeuges sowie einen Umrichter zur Regelung der elektrischen Maschine auf. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Bestromen der elektrischen Maschine über den Umrichter und Erzeugen eines ersten Drehmoments auf einen Rotor der elektrischen Maschine; und dabei
- b) Sicherstellen, dass der Rotor nicht rotiert.
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Der Umrichter dient der Regelung der elektrischen Maschine. Er ist Bestandteil des Kraftfahrzeuges, d. h. das Kraftfahrzeug ist ohne den Umrichter nicht wie vorgesehen betriebsbereit bzw. nicht betreibbar. Die Bestromung der elektrischen Maschine erfolgt über den Umrichter, d. h. über den Umrichter ist die elektrische Maschine mit einer Spannungsversorgung verbunden. Bei dem Umrichter kann es sich um einen DC/AC-Wandler handeln. Eingangsseitig kann der Umrichter mit einer Batterie als elektrische Energiequelle verbunden sein, so dass dort eine Gleichspannung anliegt. Ausgangsseitig kann der Umrichter der elektrischen Maschine eine Wechselspannung bereitstellen. Mit dem Umrichter kann die elektrische Spannung, die Stromstärke und/oder die Frequenz einer Wechselspannung beeinflusst werden.
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Das infolge der Bestromung auf den Rotor wirkende erste Drehmoment würde ohne Schritt b) eine Rotation des Rotors bewirken. Hier wird nun die Rotation aktiv verhindert, d. h. durch die Einleitung einer Gegenmaßnahme. Schritt b) umfasst insbesondere eine Maßnahme bzw. Einstellung einer (integrierten) Komponente des Kraftfahrzeuges, so dass der Rotor trotz anliegendem ersten Drehmoment nicht rotiert bzw. blockiert ist. Der Rotor rotiert dann nicht, wenn dieser eine Drehbewegung von maximal 10 Winkelgrad bzw. +/- 5 Winkelgrad um eine (aktuelle) Position des Rotors herum ausführt, insbesondere während des Verfahren zur Bestimmung der mindestens einen Kenngröße. In Abhängigkeit von der Messmethode, der Ausgestaltung der elektrischen Maschine und/oder der gewünschten Genauigkeit des Verfahrens kann diese (noch zulässige) Drehbewegung beispielsweise maximal auf 5 Winkelgrad, 2 Winkelgrad oder 1 Winkelgrad (ggf. jeweils hälftig um eine Position des Rotors herum) begrenzt werden. Hierfür ist insbesondere ein abgestimmter und/oder durch Schritt b) (unmittelbar) imitierter Betriebsmodus mindestens einer dieser Komponenten einzurichten.
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Das Verfahren ist insbesondere nach Art eines Selbstsensierungsverfahrens ausgeführt und/oder dient zur Ermittlung bzw. Einrichtung vordefinierter Parameter der elektrischen Maschine für einen Betrieb des Kraftfahrzeuges.
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Mindestens eine Komponente kann ein Bestandteil eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeuges sein, wobei über den Antriebsstrang zumindest ein Rad des Kraftfahrzeuges mit der elektrischen Maschine drehmomentübertragend verbindbar ist.
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In einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Rotation des Rotors durch eine Blockierung des zumindest einen Rades verhindert.
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Insbesondere umfasst der Antriebsstrang eine (erste) Kupplung, die zwischen der elektrischen Maschine und dem zumindest einen Rad angeordnet ist, wobei für Schritt b) die Kupplung die elektrische Maschine mit dem zumindest einen Rad drehmomentübertragend verbindet. Damit kann die Blockade des zumindest einen Rades die Rotation des Rotors verhindern.
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Das zumindest eine Rad kann für Schritt b) durch eine Bremse blockiert werden, z. B. durch eine Parkbremse, die automatisch oder durch einen Fahrer betätigt wird.
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Eine Möglichkeit ist demnach, das Drehmoment, dass während der Parameteridentifikation entsteht, über den Antriebsstrang gegen die blockierten Räder zu stützen. Falls sich eine Anfahrkupplung im Antriebsstrang befindet, dann wird diese geschlossen, sodass die elektrische Maschine ein Drehmoment auf die Räder übertragen kann. Die Räder werden folglich während der Identifikation durch die aktivierte Parkbremse blockiert. Es ist darauf zu achten, dass das durch die Vermessung entstehende Drehmoment nicht größer ist, als das abstützende Drehmoment, das durch die Haftreibung der Räder entsteht. Dies gilt insbesondere für den Fall, wenn nicht (direkt) die Räder blockiert werden, die mit dem Drehmoment beaufschlagt werden, sondern die anderen.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung umfasst der Antriebsstrang (ggf. zusätzlich) zumindest ein Getriebe, wobei eine Rotation des Rotors durch eine Blockierung des zumindest einen Getriebes, bzw. durch die Blockierung zumindest einer Komponente im Getriebe, verhindert wird. Insbesondere ist dann eine Blockade des zumindest einen Rades nicht erforderlich. In diesem Fall wird das abstützende Drehmoment folglich nicht über die Räder sondern das blockierte Getriebe erzeugt, z. B. wenn sich das Fahrzeug in einer Parksituation befindet.
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Gemäß einer dritten Ausgestaltung umfasst der Antriebsstrang zumindest eine weitere Antriebseinheit (z. B. eine Verbrennungskraftmaschine) mit einer Antriebswelle (z. B. einer Kurbelwelle), wobei die Antriebswelle über den Antriebsstrang mit der elektrischen Maschine und mit dem zumindest einen Rad des Kraftfahrzeuges drehmomentübertragend verbindbar ist, wobei eine Rotation des Rotors durch eine Blockierung der Antriebswelle verhindert wird.
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Insbesondere umfasst der Antriebsstrang eine (zweite) Kupplung, die zwischen der elektrischen Maschine und der weiteren Antriebseinheit angeordnet ist, wobei für Schritt b) die Kupplung die elektrische Maschine mit der Antriebswelle der Antriebseinheit drehmomentübertragend verbindet. Damit kann die Blockade des zumindest einen Rades die Rotation des Rotors verhindern.
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Gemäß einer vierten Ausgestaltung kann die elektrische Maschine über den Umrichter bestromt werden zur Erzeugung eines dem ersten Drehmoment entgegengesetzten zweiten Drehmoments. Insbesondere wird dabei ein Trägheitsmoment zumindest des Rotors zur Vermeidung einer Rotation des Rotors ausgenutzt.
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Das zweite Drehmoment erfüllt die Funktion, die Rotation des Rotors zu verhindern. Insbesondere kann das zweite Drehmoment zeitversetzt zum ersten Drehmoment angelegt werden und/oder weist einen anderen, insbesondere geringeren oder höheren Betrag auf, wobei das Trägheitsmoment zumindest des Rotors eine Rotation des Rotors verhindert.
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Gerade in diesem Fall kann das Verfahren so gestaltet sein, dass der Rotor zwar nicht rotiert, dieser jedoch ggf. noch eine (minimale) Drehbewegung ausführt, beispielsweise bis zu maximal 10 Winkelgrad bzw. +/- 5 Winkelgrad um eine Position des Rotors herum. Diese Drehbewegung ist beispielsweise deshalb hinzunehmen, weil die Bestimmung und/oder Realisierung beider Drehmomente mit Toleranzen und/oder einer Verzögerung einher gehen kann.
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Folglich kann durch eine geschickte Reihenfolge der verschiedenen Bestromungssituationen das Trägheitsmoment durch die Rotormasse ausgenutzt werden, um eine Bewegung des Rotors zu minimieren. Führt beispielsweise eine bestimmte Bestromungssituation A zu einem Drehmoment in positiver Drehrichtung, so kann eine dazu komplementäre Bestromungssitutaion B zu einem Drehmoment in entgegengesetzter Richtung führen. Was jeweils komplementäre Bestromungssituationen sind, kann jeweils vorbestimmt bzw. definiert vorgegeben sein. Sind die Bestromungssituationen (im Vergleich zur Rotorträgheit) ausreichend kurz, kann durch die Massenträgheit bedingte Verzögerung eine Drehbewegung minimiert werden.
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Insbesondere wird das Verfahren ausschließlich mit für den Betrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehenen, insbesondere in dem Kraftfahrzeug integrierten, Komponenten durchgeführt. Das heißt insbesondere, dass diese Komponenten alle Bestandteile des Kraftfahrzeuges sind, d. h. das Kraftfahrzeug ist ohne jede einzelne dieser Komponenten nicht wie vorgesehen betriebsbereit bzw. nicht betreibbar. Insbesondere wird das Verfahren also nicht an einem Prüfstand durchgeführt, sondern kann im normalen Betrieb des Kraftfahrzeuges und gerade ohne Anwendung von externen Mitteln (also separate Bremsen, Umrichter, etc.) durchgeführt werden.
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Die hier angeführten vier Ausgestaltungen des Verfahrens können einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander vorgesehen sein.
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Es wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest aufweisend eine elektrische Maschine zum Antrieb mindestens einer Komponente des Kraftfahrzeuges sowie einen Umrichter zur Regelung der elektrischen Maschine, wobei das Kraftfahrzeug zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet bzw. eingerichtet ist.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren gezeigten Merkmale schematisch sind und insbesondere nicht hinsichtlich ihrer Größenverhältnisse aussagekräftig sind. Die in einer Figur dargestellten Merkmale können einzeln oder in Kombination miteinander mit Inhalten anderer Figuren und/oder der vorstehenden Beschreibung kombiniert werden, soweit dies nicht zu einem technischen Widerspruch führt oder hier explizit ausgeschlossen ist.
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Es zeigen schematisch:
- 1: ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang;
- 2: eine elektrische Maschine in einer Schnittansicht; und
- 3: die elektrische Maschine in einer weiteren Schnittansicht.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 3 mit einem Antriebsstrang 8. Der Antriebsstrang 8 umfasst hier eine elektrische Maschine 2, die über einen Umrichter 5 mit einer Spannungsversorgung 18 verbunden ist. Weiter ist eine Verbrennungskraftmaschine als Antriebseinheit 14 über eine Antriebswelle 15 und eine Kupplung 11 mit der elektrischen Maschine 2 verbunden. Die elektrische Maschine 2 ist über eine weitere Kupplung 11 mit einem Getriebe 13 verbunden. Ein Drehmoment der Antriebseinheit 14 und/oder der elektrischen Maschine 2 wird über das Getriebe 13 auf die Räder 9 übertragen. Die Räder 9 des Kraftfahrzeuges 3 sind über Bremsen 12 blockierbar.
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Für das Verfahren zur Bestimmung von mindestens einer Kenngröße 1 der elektrischen Maschine 2 weist das Kraftfahrzeug 3 die elektrische Maschine 2 zum Antrieb mindestens einer Komponente 4 des Kraftfahrzeuges 3 (z. B. eine Achse 24, die Räder 9, ein Teil des Getriebes 13, ein Teil der Kupplungen 11, etc.) sowie einen Umrichter 5 zur Regelung der elektrischen Maschine auf.
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Eine Rotation 10 des Rotors 7 kann durch eine Blockierung der Räder 9 verhindert werden. Dafür kann z. B. eines der Räder 9 der Achse 24 durch die Bremse 12 blockiert werden, so dass das Kraftfahrzeug 3 steht. Dadurch bedingt sind auch alle anderen Räder 9 blockiert.
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Eine Rotation 10 kann auch über eine Kupplung 11 blockiert werden, die zwischen der elektrischen Maschine 2 und dem zumindest einen Rad 9 angeordnet ist, wobei für Schritt b) die Kupplung 11 die elektrische Maschine 2 mit dem zumindest einen Rad 9 drehmomentübertragend verbindet. Damit kann die Blockade des zumindest einen Rades 9 die Rotation 10 des Rotors 7 verhindern.
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Das zumindest eine Rad kann für Schritt b) durch eine Bremse blockiert werden, z. B. durch eine Parkbremse, die automatisch oder durch einen Fahrer betätigt wird.
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Eine Rotation 10 kann auch über ein Getriebe 13 blockiert werden, wobei eine Rotation 10 des Rotors 7 durch eine Blockierung des Getriebes 13, bzw. durch die Blockierung zumindest einer Komponente 4 im Getriebe 13, verhindert wird.
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Eine Rotation 10 kann auch über die Antriebswelle 15 blockiert werden, die dazu über den Antriebsstrang 8 mit der elektrischen Maschine 2 und mit dem zumindest einen Rad 9 des Kraftfahrzeuges 3 über z. B. eine Kupplung 11 drehmomentübertragend verbindbar ist.
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Weiter kann die elektrische Maschine 2 über den Umrichter 5 bestromt werden zur Erzeugung eines dem ersten Drehmoment 6 entgegengesetzten zweiten Drehmoments 16 (siehe 2 und 3). Dabei kann ein Trägheitsmoment 17 zumindest des Rotors 7 zur Vermeidung einer Rotation 10 des Rotors 7 ausgenutzt werden.
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Das Verfahren wird ausschließlich mit für den Betrieb des Kraftfahrzeuges 3 vorgesehenen Komponenten 4 durchgeführt. Jede Komponenten 4 ist dabei Bestandteile des Kraftfahrzeuges 3, d. h. das Kraftfahrzeug 3 ist ohne jede einzelne dieser Komponenten 4 nicht wie vorgesehen betriebsbereit bzw. nicht betreibbar. Das Verfahren wird also nicht an einem Prüfstand durchgeführt, sondern kann im normalen Betrieb des Kraftfahrzeuges 3 und gerade ohne Anwendung von externen Mitteln (also separate Bremsen, Umrichter, etc.) durchgeführt werden.
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Das infolge der Bestromung auf den Rotor 7 wirkende erste Drehmoment 6 würde ohne Schritt b) eine Rotation 10 des Rotors 7 bewirken. Hier wird nun die Rotation 10 aktiv verhindert, d. h. durch die Einleitung einer Gegenmaßnahme.
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2 zeigt eine elektrische Maschine 2 in einer Schnittansicht. 3 zeigt die elektrische Maschine 2 in einer weiteren Schnittansicht. Die 2 und 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
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Die elektrische Maschine umfasst einen drehbaren Rotor 7 und einen stationären Stator 19. Über den Umrichter 5 wird die elektrische Maschine 2 mit elektrischer Leistung beaufschlagt. Dabei können die elektrischen Kenngrößen 1 der elektrischen Maschine 2 in einem statorfesten Koordinatensystem 21 oder einem rotorfesten Koordinatensystem 22 angegebenen werden. Die Lage des Rotors 7 zum Stator 19 wird über den Rotorlagewinkel 23 definiert. Ein Stromvektor 20 erzeugt ein erstes Drehmoment 6 an dem Rotor 7, wobei durch das Verfahren eine durch das erste Drehmoment 6 bewirkbare Rotation 10 verhindert werden soll.
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Gemäß 3 wird ein zweites Drehmoment 16 an dem Rotor 7 angelegt. Das zweite Drehmoment 16 soll die Rotation 10 des Rotors 7 (durch das erste Drehmoment 6) verhindern. Insbesondere kann das zweite Drehmoment 16 zeitversetzt zum ersten Drehmoment 6 angelegt werden und/oder weist einen anderen, insbesondere geringeren Betrag auf, wobei das Trägheitsmoment 17 zumindest des Rotors 7 eine Rotation 10 des Rotors 7 verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kenngröße
- 2
- Maschine
- 3
- Kraftfahrzeug
- 4
- Komponente
- 5
- Umrichter
- 6
- erstes Drehmoment
- 7
- Rotor
- 8
- Antriebsstrang
- 9
- Rad
- 10
- Rotation
- 11
- Kupplung
- 12
- Bremse
- 13
- Getriebe
- 14
- Antriebseinheit
- 15
- Antriebswelle
- 16
- zweites Drehmoment
- 17
- Trägheitsmoment
- 18
- Spannungsversorgung
- 19
- Stator
- 20
- Stromvektor
- 21
- statorfestes Koordinatensystem
- 22
- rotorfestes Koordinatensystem
- 23
- Rotorlagewinkel
- 24
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015211863 A1 [0003]
