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EINLEITUNG
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Motorsysteme, wie beispielsweise Permanentmagnet-Wechselstrom-(PMAC)-Motorsysteme, können in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden und sind in der Technik bekannt. Einige Motorsysteme beinhalten einen Motor, der an jede Phase eines Drehstromwechselrichters angeschlossen ist, und eine Steuerung, die an den Motor und den Drehstromwechselrichter in einer als Drehstrommotor bezeichneten Konfiguration angeschlossen ist.
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Der Drehstromwechselrichter ist konfiguriert, um dem Motor eine Spannung zur Verfügung zu stellen, um das vom Motor erzeugte Drehmoment zu steuern. Dazu wird jede Wechselrichterphase zwischen eine Spannungsquelle und den Motor geschaltet und beinhaltet ein Paar (z. B. einen Hoch- und einen Tief)-Feldeffekttransistoren („FETs“) oder andere Arten von Halbleiter-Schaltvorrichtungen, die über ihre Schaltvorgänge (d. h. EIN/AUS-Funktionen) die Höhe der dem Motor zugeführten Spannung steuern. Die Schaltvorgänge der Umschaltvorrichtungen werden typischerweise durch Pulsweitenmodulations-(„PWM“)-Techniken gesteuert. Insbesondere werden die Schaltvorrichtungen angeschlossen, um die A-, B- und C-Phasen des Motors mit Dreiphasenspannung zu versorgen. Während des Betriebs werden die Phasen A, B und C des Motors um 120 Grad (elektrisch) auseinander gehalten. Wenn beispielsweise Phase A bei 120 Grad liegt (d. h. θ=120°), dann wäre Phase B bei Phase A plus 120 Grad (d. h. θ+120°) und Phase C bei Phase A minus 120 Grad (d. h. θ-120°).
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Das vom Motor erzeugte Drehmoment ist funktionell abhängig von der Amplitude des elektrischen Stroms in den Phasen A, B und C, der auch als Motorstrom bezeichnet wird. Die Frequenz des Motorstroms wird so gewählt, dass ein Magnetfeld oder Fluss in den Phasenwicklungen erzeugt wird, das sich um einen Anker mit einer vorgegebenen Drehzahl dreht, wodurch ein Rotor im Motor in Rotation versetzt wird. Die Drehzahl des Rotors wird somit durch die Amplitude und Frequenz des Motorstroms bestimmt.
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Typischerweise wird der rotierende Fluss so gesteuert, dass er den Rotor um einen Winkel führt, der oft als „Vorschubwinkel“ bezeichnet wird. Der Vorschubwinkel kann durch Einstellen des Phasenwinkels des den Motorwicklungen zugeführten Stroms gesteuert werden und wird mit steigender Rotordrehzahl in Abhängigkeit vom Drehmoment und Leistungsbedarf des Motors erhöht. Wenn der Fluss den Rotor nicht um den richtigen Vorschubwinkel führt und/oder wenn der Fluss nicht die richtige Drehzahl beinhaltet, kann der Motor hohe Ströme und/oder Drehmomentschwingungen erfahren, die zu einer Beschädigung des Motorsystems führen können.
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Um zu verhindern, dass der Motor hohe Ströme und/oder Drehmomentschwingungen erfährt, verfolgen die Motorsysteme stets die aktuelle elektrische Position des Motors, d. h. die Position des Rotors (oder des Flusses) und die aktuelle Motordrehzahl. Einige Motorsysteme beinhalten daher einen absoluten Positionssensor, wie beispielsweise einen Resolver, um die Rotorposition und die Motordrehzahl zu synchronisieren. Positionssensoren liefern typischerweise zwei Ausgangssignale zum Steuern und Betreiben des Motors. So kann beispielsweise ein Sinus- und ein Cosinus-Hüllkurvensignal ausgegeben und zum Steuern und Betreiben des Motors verwendet werden.
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Wenn ein Ausgangssignal fehlerhaft ist, können diese Systeme den Motor abschalten oder die Steuerung auf eine Sicherungsquelle für die elektrische Position des Motors umschalten. Das Abschalten des Motors ist unter bestimmten Umständen nicht erwünscht. Des Weiteren beinhaltet das Bereitstellen einer Sicherungsquelle für die elektrische Position des Motors typischerweise die Verwendung eines oder mehrerer zusätzlicher Schaltungen und/oder Sensoren zum Berechnen der Motorbedingungen.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, Systeme und Verfahren zum Betreiben von Motoren bereitzustellen, ohne dass zusätzliche Schaltungen und/oder Sensoren erforderlich sind, um eine Sicherungsquelle für die elektrische Position des Motors bereitzustellen. Des Weiteren ist es wünschenswert, Systeme und Verfahren zum Betreiben von Motoren mit einem einzelnen Motorpositionssignal bereitzustellen. Weiterhin werden weitere wünschenswerte Funktionen und Merkmale aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und der Einführung.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Systeme und Verfahren zum Betreiben von Motoren, wie beispielsweise Permanentmagnet-Wechselstrom-(PMAC)-Motoren, sind vorgesehen. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Motors das Empfangen eines ersten Ausgangs, der einer Motorwinkelposition entspricht. Das Verfahren beinhaltet weiterhin die Synthese eines synthetisierten zweiten Ausgangs aus dem ersten Ausgang und einer geschätzten Motorwinkelgeschwindigkeit. Das Verfahren beinhaltet auch das Berechnen der Motorwinkelposition aus dem ersten Ausgang und dem synthetisierten zweiten Ausgang. Das Verfahren beinhaltet das Schätzen der Motorwinkelgeschwindigkeit aus der Motorwinkelposition. Des Weiteren beinhaltet das Verfahren das Betreiben des Motors zum Erzeugen eines Drehmoments basierend auf der Motorwinkelposition und der Motorwinkelgeschwindigkeit.
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In einer exemplarischen Ausführungsform ist der erste Ausgang, welcher der Motorwinkelposition entspricht, ein Sinus-Hüllkurvensignal oder ein Cosinus-Hüllkurvensignal. In einer exemplarischen Ausführungsform liefert ein mit dem Motor gekoppelter vektorbasierter Positionssensor den ersten Ausgang. In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird der erste Ausgang durch einen Resolver, einen magnetoresistiven Sensor oder einen Wirbelstromsensor erzeugt.
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In bestimmten exemplarischen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren weiterhin das Empfangen eines zweiten Ausgangs entsprechend der Motorwinkelposition, das Bestimmen, dass der erste Ausgang nicht fehlerhaft ist, und das Bestimmen, dass der zweite Ausgang fehlerhaft ist.
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In einigen exemplarischen Ausführungsformen synthetisiert ein Quadratur-Hüllkurvengenerator den synthetisierten zweiten Ausgang aus dem ersten Ausgang und die geschätzte Motorwinkelgeschwindigkeit. In diesen Ausführungsformen kann der Quadratur-Hüllkurvengenerator einen Frequenz-angepassten Allpassfilter oder einen räumlichen Ableitungsfilter darstellen.
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In exemplarischen Ausführungsformen wird der Motor basierend auf der Motorwinkelposition und der geschätzten Motorwinkelgeschwindigkeit betrieben, wenn die absolute Motordrehzahl größer oder gleich einem ausgewählten Absolutwert |n1| ist, und das Verfahren beinhaltet ferner die Identifizierung dessen, dass die absolute Motordrehzahl kleiner als der ausgewählte Absolutwert |n1| ist, und, nachdem festgestellt wurde, dass die absolute Motordrehzahl kleiner als der ausgewählte Absolutwert |n1| ist, Steuern des Motors zum Erzeugen kein Drehmoment und keinen Strom. In diesen exemplarischen Ausführungsformen kann das Verfahren nach anfänglicher Steuerung des Motors, um kein Drehmoment und keinen Strom zu erzeugen, ferner das Bestimmen, dass die absolute Motordrehzahl größer oder gleich einem gewählten Absolutwert |n2| ist, das Erzeugen von Drehmoment mit dem Motor und das Erfassen der Drehrichtung des Motors beinhalten. In bestimmten exemplarischen Ausführungsformen beinhaltet das Bestimmen, dass die absolute Motordrehzahl größer oder gleich einem ausgewählten Absolutwert |n2| ist, auch das Durchführen eines emulierten Encoders mit zwei Impulsen pro Umdrehung oder das Durchführen einer Drehzahlobergrenzenberechnung. Des Weiteren beinhaltet das Erfassen der Drehrichtung des Motors in bestimmten exemplarischen Ausführungsformen das Durchführen eines dreiphasigen, kurzstrombasierten Erfassungsprozesses oder eines Stromregler-basierten Erfassungsprozesses.
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In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren auch das Bestimmen, dass die absolute Motordrehzahl größer oder gleich einem ausgewählten Absolutwert |n3| ist, worin |n3| größer oder gleich |n2| ist, und, nachdem festgestellt wurde, dass die absolute Motordrehzahl größer oder gleich einem ausgewählten Wert |n3| ist, das Betreiben des Motors zum Erzeugen von Drehmoment. Derartige Ausführungsformen können beispielsweise das Betreiben des Motors zum Erzeugen eines Drehmoments basierend auf der Motorwinkelposition und der Motorwinkelgeschwindigkeit beinhalten.
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In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren nach anfänglicher Steuerung des Motors, um kein Drehmoment und keinen Strom zu erzeugen, das Bestimmen, dass die absolute Motordrehzahl größer oder gleich einem ausgewählten Absolutwert |n2| ist, das Erzeugen von Drehmoment mit dem Motor und das Erfassen einer Drehrichtung des Motors, und nach einem Zeitintervall t1 aus dem Bestimmen, dass die absolute Motordrehzahl größer oder gleich einem ausgewählten Absolutwert |n2| ist, das Betreiben des Motors, um basierend auf der Motorwinkelposition und der Motorwinkelgeschwindigkeit Drehmoment zu erzeugen.
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In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einem Rotor, einem mit dem Motor gekoppelten und zur Spannungsversorgung des Motors konfigurierten Wechselrichter und einer mit dem Wechselrichter und dem Motor gekoppelten Steuerung vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen eines Ausgangssignals, das einer Motorwinkelposition entspricht, und das Erfassen der absoluten Motordrehzahl basierend auf der Motorwinkelposition mit der Steuerung. Das Verfahren beinhaltet das Steuern des Motors mit der Steuerung, um kein Drehmoment zu erzeugen, wenn die absolute Motordrehzahl kleiner als ein ausgewählter Absolutwert |n1| ist, und nachdem der Motor kein Drehmoment erzeugt hat, und wenn die absolute Motordrehzahl größer oder gleich einem ausgewählten Absolutwert |n2| ist, das Erzeugen von Drehmoment mit dem Motor und das Erfassen einer Drehrichtung des Motors; und Steuern des Motors mit der Steuerung, um ein Drehmoment zu erzeugen, wenn die absolute Motordrehzahl größer oder gleich einem ausgewählten Absolutwert |n3| größer oder gleich |n2| ist.
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In einer exemplarischen Ausführungsform ist der Ausgang, welcher der Motorwinkelposition entspricht, ein Sinus-Hüllkurvensignal oder ein Cosinus-Hüllkurvensignal. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Erfassen der absoluten Motordrehzahl, basierend auf der Motorwinkelposition, mit der Steuerung das Durchführen eines emulierenden Encoder-Verfahrens mit zwei Impulsen pro Umdrehung. In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform kann eine Geschwindigkeitsobergrenze berechnet werden, um festzustellen, ob die absolute Motordrehzahl kleiner als ein gewählter Absolutwert ist. In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Erfassen der Drehrichtung des Motors das Durchführen eines dreiphasigen, kurzstrombasierten Erfassungsprozesses oder eines Stromreglerbasierten Erfassungsprozesses.
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Gemäß einer anderen exemplarischen Ausführungsform ist ein Motorsystem vorgesehen. Das Motorsystem beinhaltet einen Motor, einen Wechselrichter, der mit dem Motor gekoppelt und konfiguriert ist, um eine Spannung an den Motor abzugeben, und eine Steuerung, die mit dem Wechselrichter und dem Motor gekoppelt ist. Die Steuerung beinhaltet eine Steuerlogik, die konfiguriert ist, um einen Algorithmus zum Steuern des Motors basierend auf nur einem Ausgangssignal, das einer Motorwinkelposition entspricht, auszuführen. Außerdem beinhaltet die Steuerung eine Pausenlogik, die konfiguriert ist, um zu bestimmen, wann der Motor aufgrund des Ausgangssignals, das der Winkelposition des Motors entspricht, pausiert werden soll. Des Weiteren beinhaltet die Steuerung eine Antriebslogik, die konfiguriert ist, um das Drehmoment auf Null (0) Newtonmeter (N-m) als Reaktion auf eine bestimmte Pause des unären SignalSteuerungsalgorithmus zu treiben.
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Die Steuerung beinhaltet auch eine Geschwindigkeitserfassungslogik, die konfiguriert ist, um eine absolute Motordrehzahl als Reaktion auf eine bestimmte Pause des Algorithmus zum Steuern des unären Signals zu erfassen. Die Steuerung beinhaltet eine Richtungserfassungslogik, die konfiguriert ist, um eine Drehrichtung des Motors als Reaktion auf das Erfassen der absoluten Drehzahl über einer ausgewählten absoluten Drehzahl zu erfassen. Die Steuerung beinhaltet weiterhin eine Neustartlogik, die konfiguriert ist, um zu bestimmen, wann der Algorithmus zum Steuern des unären Signals basierend auf der absoluten Drehzahl des Motors neu gestartet werden soll.
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In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Motorsystem weiterhin einen vektorbasierten Positionssensor, der mit dem Motor und der Steuerung gekoppelt ist, um das der Motorwinkelposition entsprechende Ausgangssignal auszugeben.
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In bestimmten exemplarischen Ausführungsformen ist die Steuerlogik eine Kontingentsteuerungslogik, und das Motorsystem beinhaltet weiterhin eine primäre Steuerlogik, die konfiguriert ist, um einen binären Signalsteuerungsalgorithmus zum Steuern des Motors basierend auf zwei Ausgangssignalen entsprechend der Motorwinkelposition auszuführen; und eine Fehlererkennungslogik, die konfiguriert ist, um zu erkennen, dass ein zweites Ausgangssignal entsprechend der Motorwinkelposition fehlerhaft ist, und um die Steuerung des Motors von der primären Steuerlogik auf die Kontingentsteuerungslogik zu schalten.
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In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Erfassen der Drehrichtung eines Motors vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Ansteuern eines Nullstroms an eine synchrone Referenzrahmensteuerung, das Erzeugen eines Winkels basierend auf einer vorausgesetzten Drehrichtung, das Durchführen einer Direkt-Quadratur-Null-Transformation mit dem Winkel, das Prüfen der resultierenden Spannungsbefehle und das Identifizieren der vorausgesetzten Drehrichtung als Drehrichtung, wenn die Spannungsbefehlsausgänge des Stromreglers im Wesentlichen konstant sind.
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Figurenliste
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Die vorliegende Thematik wird im Folgenden in Verbindung mit den nachstehenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und worin:
- 1 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Ausführungsform mit einem Permanentmagnet-Wechselstrom-(PMAC)-Motorsystem gemäß der Ausführungsformen hierin;
- 2 stellt einen konventionellen Resolver-Sensor mit einer Rotoranregung zur Verwendung im Fahrzeug von 1 gemäß der Ausführungsformen hierin dar;
- 3 ist ein Vektordiagramm, das einen Motorpositionssensorausgang gemäß der Ausführungsformen hierin darstellt;
- 4 ist eine schematische Darstellung eines Systems zum Steuern des Betriebs eines Motors mit einem Hüllkurvensignal, wenn der Motor gemäß der Ausführungsformen hierin oberhalb der Drehzahl Null arbeitet;
- 5 ist eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines frequenzangepassten Allpassfilters mit einer exemplarischen Bandbreite von 100 Bogen pro Sekunde, die im System von 4, mit einer Frequenz (Bogenmaß pro Sekunde) von 100 bis 104 entlang der horizontalen x-Achse, einer Phase (Grad) von -90 bis 180 im unteren Abschnitt der vertikalen y-Achse und einer Größe (abs) von 0 bis 2 im oberen Abschnitt der vertikalen y-Achse, entsprechend den hierin enthaltenen Ausführungsformen;
- 6 ist ein schematisches Diagramm eines Systems zum Steuern des Betriebs des Motors, wenn ein Hüllkurvensignal verloren geht, wenn der Motor nahe und/oder bei einer Drehzahl von Null arbeitet, einschließlich eines drehzahlbasierten Richtungsbestimmungsverfahrens;
- 7 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Bestimmen der Drehrichtung eines Motors gemäß der Ausführungsformen hierin dar;
- 8 ist eine Grafik, die eine Drehzahlobergrenzenberechnung für die Geschwindigkeitserfassungslogik von 6 und 9 mit der Zeit (T) entlang der horizontalen x-Achse, einem Nulldurchgangszeitzähler am unteren Abschnitt der y-Achse und einer ungestörten Hüllkurve am oberen Abschnitt der y-Achse gemäß der Ausführungsformen hierin;
- 9 ist ein schematisches Diagramm eines Systems zum Steuern des Betriebs des Motors, wenn ein Hüllkurvensignal verloren geht, wenn der Motor nahe und/oder bei einer Drehzahl von Null arbeitet, einschließlich eines zeitbasierten Richtungsbestimmungsverfahrens;
- 10 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines Motors in einer Betriebsart nahe Null gemäß der Ausführungsformen hierin dar;
- 11 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines Motors in einer Betriebsart nahe Null gemäß der Ausführungsformen hierin dar; und
- 12 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines Motors gemäß der Ausführungsformen hierin dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die nachfolgende ausführliche Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Natur und soll die Ausführungsformen des Gegenstandes oder die Anwendungen und Verwendungen derartiger Ausführungsformen in keiner Weise einschränken. Wie hierin verwendet, bedeutet das Wort „exemplarisch“ „dient als ein Beispiel, eine Instanz oder Veranschaulichung“. Jede hierin als exemplarisch beschriebene Anwendung ist gegenüber anderen Anwendungen nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft auszulegen. Weiterhin besteht keine Absicht, im vorstehenden technischen Bereich, Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung an eine ausdrücklich oder implizit vorgestellte Theorie gebunden zu sein.
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Die Techniken und Technologien können hierin in Bezug auf die funktionellen und/oder logischen Blockkomponenten und unter Bezugnahme auf symbolische Darstellungen von Vorgängen, Programmverarbeitungen und Funktionen beschrieben werden, die von verschiedenen Computerkomponenten oder Vorrichtungen durchgeführt werden können. Diese Vorgänge, Programme und Funktionen werden zuweilen als Computer-ausgeführt, computerisiert, Software-implementiert oder Computerimplementiert bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl an Hardware, Software und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die dafür konfiguriert sind, die spezifischen Funktionen auszuführen. So kann beispielsweise eine Ausführungsform eines Systems oder einer Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten, z. B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Wertetabellen oder dergleichen, einsetzen, die eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuergeräte ausführen können.
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Wenn in Software oder Firmware implementiert, sind verschiedene Elemente der hierin beschriebenen Systeme im Wesentlichen die Codesegmente oder Anweisungen, die die verschiedenen Aufgaben ausführen. In bestimmten Ausführungsformen sind die Programm- oder Codesegmente auf einem physischen, prozessorlesbaren Medium gespeichert, bei dem es sich um jedes Medium handeln kann, das in der Lage ist, Informationen zu speichern oder zu übertragen. Beispiele des nicht transitorischen und prozessorlesbaren Mediums beinhalten eine elektronische Schaltung, eine Halbleiterspeichervorrichtung, einen ROM, einen Flash-Speicher, einen löschbaren ROM (EROM), eine Diskette, eine CD-ROM, eine optische Platte, eine Festplatte oder ähnliches.
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Der Kürze halber können herkömmliche Techniken im Zusammenhang mit Fahrzeugdesign, Fahrzeugsteuerungssystemen, regenerativen Bremssystemen, elektrischen und hybriden elektrischen Antrieben, fahrzeugbasierten elektronischen Steuergeräten (ECUs) und fahrzeugbasierten Netzwerkprotokollen und verwandten Architekturen hierin nicht im Detail beschrieben werden. Ferner sollen die in den verschiedenen hierin enthaltenen Figuren gezeigten Verbindungsleitungen exemplarische funktionale Beziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darstellen. Es sollte beachtet werden, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform des Gegenstands vorhanden sein können.
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Die Ausführungsformen hierin sehen ein System und Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Motors basierend auf einem einzigen Ausgangssignal vor, das einer aktuellen Motorwinkelposition entspricht. Ein derartiges System und Verfahren kann als Sicherungs- oder Notbetriebsart für eine primäre Betriebsart vorgesehen werden, die den Betrieb des Motors basierend auf zwei Ausgangssignalen steuert, die einer aktuellen Motorwinkelposition entsprechen. So können beispielsweise die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren den Betrieb eines Motors basierend auf einem Sinus-Hüllkurvensignal entsprechend der Motorwinkelposition und einem Cosinus-Hüllkurvensignal entsprechend der Motorwinkelposition während einer primären Betriebsart steuern.
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Wenn eines der Signale fehlerhaft oder anderweitig nicht verfügbar ist, können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren den Betrieb des Motors basierend auf dem nicht fehlerhaften Signal steuern, sodass der Motor nicht abgeschaltet werden muss, wenn das Signal fehlerhaft ist. Ein Signal gilt als fehlerhaft, wenn Positionsinformationen nicht mehr extrahiert werden können. Beispiele für fehlerhafte Signale sind diejenigen mit Ausgängen, die zu klein oder zu groß sind, um verwendet zu werden, oder die ein hohes Maß an Rauschen oder Störungen beinhalten.
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Weiterhin sind hierin Ausführungsformen vorgesehen, die den Betrieb des Motors bei unterschiedlichen Drehzahlverhältnissen ansprechen. So kann beispielsweise eine Hochgeschwindigkeits-Betriebsart vorgesehen werden, um den Betrieb des Motors bei Drehzahlen über einer gewählten Drehzahl nahe Null zu steuern. Wenn die Motordrehzahl nahe Null ist, d. h. gleich oder kleiner als die gewählte Drehzahl nahe Null ist, wird eine Betriebsart mit niedriger Drehzahl bereitgestellt, um die Drehmomenterzeugung durch den Motor zu unterbrechen und zu bestimmen, wann in die Betriebsart mit hoher Drehzahl wiederhergestellt wird.
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1 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Ausführungsform eines Fahrzeugs 100 mit einem Permanentmagnet-Wechselstrom-(PMAC)-Motorsystem. Das Fahrzeug 100 kann ein Fahrzeug mit Frontantrieb, ein Fahrzeug mit Heckantrieb, ein Fahrzeug mit Allradantrieb oder dergleichen sein. Die in 1 veranschaulichte nicht einschränkende Ausführungsform stellt ein Fahrzeug mit Frontantrieb dar. Das Fahrzeug 100 kann, ohne Einschränkung, folgendes beinhalten: Straßenräder 102; mindestens eine Antriebsachse 104; ein Antriebssystem 106; ein Elektromotor/Generator (MÖGEN) 108, im Folgenden als Motor bezeichnet; ein Energiespeichersystem (ESS) 110 für das Antriebssystem 106; ein computer- oder prozessorbasiertes Steuerungssystem 112, d. h. Steuerung; eine Anzahl von Fahrzeugsensoren 114; ein Reibungsbremssystem 116; ein Gaspedal 118; und ein Bremspedal 120.
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1 verdeutlicht das Fahrzeug 100 in stark vereinfachter Form. Es sollte beachtet werden, dass eine praktische Ausführungsform des Fahrzeugs 100 viele zusätzliche Komponenten, Subsysteme und Elemente beinhaltet, die zusammenwirken, um eine Vielzahl von herkömmlichen und gewöhnlichen Merkmalen und Funktionen bereitzustellen. Aus Gründen der Kürze und Klarheit werden hier herkömmliche Aspekte des Fahrzeugs 100 (die unwichtig sein können oder nicht mit dem offenbarten Gegenstand in Zusammenhang stehen) nicht näher beschrieben.
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Das Antriebssystem 106 liefert Zugkraft an die Antriebsachse(n) 104. Das Antriebssystem 106 kann, ohne Einschränkung, ein Getriebe, einen Drehmomentwandler und einen Verbrennungsmotor (für HEV- oder Plug-in-HEV-Fahrzeuge) beinhalten. Zur besseren Veranschaulichung sind diese Komponenten in 1 nicht dargestellt. Das Antriebssystem 106 ist in geeigneter Weise für das Zusammenwirken mit dem Motor 108 und dem ESS 110 ausgelegt und gesteuert, so dass die Straßenräder 102 (z. B. die vorderen Antriebsräder in diesem Beispiel) vom Motor 108 mit der im ESS 110 gespeicherten elektrischen Energie angetrieben werden können. Der Motor 108, das ESS 110 und/oder andere Merkmale und Funktionen des Fahrzeugs 100 werden über die Steuerung 112 gesteuert.
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Das Steuersystem 112 kann mit einem oder mehreren integrierten elektronischen Steuermodulen implementiert werden. In bestimmten Ausführungsformen ist die Funktionalität des Steuerungssystems 112 auf eine Vielzahl von physikalisch unterschiedlichen elektronischen Steuerungsmodulen des Fahrzeugs 100 verteilt. So kann beispielsweise das Steuerungssystem 112 ohne Einschränkung eines oder mehrere der folgenden umfassen oder mit diesen zusammenwirken: ein zentrales Steuerungsmodul, ein Motorsteuerungsmodul, ein Getriebesteuerungsmodul, ein Wechselrichtermodul, ein Bremssteuerungsmodul, ein Karosseriesteuerungsmodul, ein Antriebsstrangsteuerungsmodul und ein Batteriesteuerungsmodul. Diese und möglicherweise weitere Module beinhalten die Steuerlogik und die Funktionsfähigkeiten, die notwendig sind, um das Fahrzeug 100 in der gewünschten Weise zu betreiben. Die Steuerung 112 kann, wenn sie auf diese Weise konfiguriert ist, die übergeordnete Steuerung und Koordination einiger oder aller der vorstehend genannten Module übernehmen. Der Einfachheit halber wird das Steuerungssystem 112 als ein einzelner Block dargestellt, wobei auch separate, getrennte Komponenten in einer Ausführungsform des Fahrzeugs 100 eingesetzt werden können. In bestimmten Ausführungsformen kann das Steuerungssystem 112 konfiguriert werden, um einen Teil oder die gesamte Funktionalität des im Folgenden näher beschriebenen Instrumentenanzeigesystems bereitzustellen oder zu unterstützen.
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Das Steuerungssystem 112 (und jedes einzelne Steuermodul an Bord des Fahrzeugs 100) kann als universeller digitaler Computer konfiguriert werden, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit oder eine andere Form von Prozessoreinheit, einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, eine Analog-Digital- (A/D) und eine Digital-Analog-Schaltung (D/A) sowie eine Ein-/Ausgabeschaltung und Vorrichtungen (E/A), sowie entsprechende Signalkonditionierung und Pufferschaltung beinhaltet. Jeder Satz von Algorithmen, der in der Steuerung 112 (und jedem einzelnen Steuermodul an Bord des Fahrzeugs 100) untergebracht oder zugänglich ist, kann im ROM gespeichert und bei Bedarf ausgeführt werden, um die entsprechenden Funktionen zu implementieren.
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Das Steuersystem 112 und andere funktionelle Module des Fahrzeugs 100 können mit einer oder mehreren ECUs implementiert werden. So kann das Fahrzeug 100 beispielsweise ohne Einschränkung beliebige oder alle der folgenden ECUs beinhalten: Karosseriesteuerungsmodul; Zentralstapelmodul; Speichersitzmodul; Instrumententafel-Cluster-Modul; Rücksitz-Entertainmentmodul; Heckklappenmodul; Verstärkermodul; Übertragungsmodul; Klimakontroll-(HVAC)-Modul; und ein Motorsteuermodul. Obwohl eine ECU die beschriebenen Funktionen verwalten kann, können verschiedene Ausführungsformen eine Vielzahl von ECUs einsetzen, um die Funktionen in einer zusammenwirkenden und verteilten Weise zu unterstützen. Des Weiteren können Systeme eingesetzt werden, ohne Einschränkung: mindestens eine Prozessorvorrichtung; mindestens eine computerlesbare Speichervorrichtung oder ein Speichermedium; und ein Ein-/Ausgabemodul (z. B. ein entsprechend konfigurierter Sender-Empfänger) und zusätzliche Elemente, Vorrichtungen und Funktionsmodule, die zusammenwirken, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Die Prozessorvorrichtung des Steuersystems 112 ist in der Lage, die in dem computerlesbaren Speichermedium gespeicherten vom Prozessor ausführbaren Anweisungen auszuführen, worin die Anweisungen die ECU dazu veranlassen, die verschiedenen Prozesse, Operationen und Funktionen, für die dieselbe verantwortlich ist, auszuführen. In der Praxis kann die Prozessorvorrichtung des Steuersystems 112 als ein Mikroprozessor, eine Anzahl von diskreten Prozessorvorrichtungen, einen inhaltsadressierbaren Speicher, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, eine feldprogrammierbare Gate-Anordnung, eine geeignete programmierbare Logikvorrichtung, eine diskrete Gate- oder Transistorlogik, diskret Hardware-Komponenten oder eine beliebige Kombination derselben implementiert sein, um die gewünschten Funktionen auszuführen.
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Das Speichermedium (und/oder jede allgemeine Speichervorrichtung oder jedes Speicherelement) kann verwendet werden, um Programmcode zu speichern, der ein Betriebssystem, einen Boot-Loader oder ein BIOS für die ECU definiert. Darüber hinaus kann das Speichermedium einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff beinhalten, der als temporärer Datenspeicher für die Prozessorvorrichtung dient. Hierzu kann die Prozessorvorrichtung auf das Speichermedium schreiben und je nach Bedarf aus demselben lesen, um den Betrieb der ECU zu unterstützen.
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Ein Eingabe/Ausgabe-Modul kann unter Verwendung von Software, Firmware, Hardware, Verarbeitungslogik oder einer geeigneten Kombination derselben realisiert werden. In bestimmten exemplarischen Ausführungsformen ist das Eingabe/AusgabeModul in geeigneter Weise konfiguriert, um die Datenkommunikation zwischen der ECU und anderen Modulen, ECUs, Sensoren oder Geräten an Bord des Trägerfahrzeugs 100 zu unterstützen. Das Eingabe/Ausgabe-Modul kann zudem so ausgelegt sein, dass es die Datenkommunikation mit externen Geräten oder Quellen unterstützt. So kann zum Beispiel das Eingabe/Ausgabe-Modul verwendet werden, um Ausgabedaten von „externen“ Sensoren zu empfangen, die ansonsten nicht mit dem Kommunikationsnetzwerk an Bord des Fahrzeugs 100 gekoppelt sind.
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Das ESS 110 kann als eine oder mehrere Batterien konfiguriert werden, wobei andere elektrische und/oder elektrochemische Energiespeicher, die elektrische Energie speichern und abgeben können, hier verwendet werden können. Die Größe des ESS 110 kann basierend auf Faktoren, wie Regenerativbremsanforderungen, Anwendungsfragen in Bezug auf typische Straßenqualität und -temperatur sowie Antriebsanforderungen wie Emissionen, Leistungsunterstützung und elektrische Reichweite, bestimmt werden. Im Allgemeinen handelt es sich beim ESS 110 um eine relativ hochspannungsfähige Gleichstrom-(DC)-Vorrichtung, die über eine ausreichend konstruierte und geführte Gleichstromverkabelung mit einem Wechselrichtermodul (nicht dargestellt) gekoppelt ist.
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Der elektrische Motor 108 ist mechanisch mit mindestens einem der Straßenräder 102 gekoppelt und elektrisch mit dem ESS 110 gekoppelt. Der elektrische Motor 108 kann wahlweise als Energieversorger oder als Stromgenerator betrieben werden. Beim Betrieb als Elektromotor oder Stromversorger versorgt der Motor 108, der je nach Ausführung des Fahrzeugs 100 als Einzel- oder Mehrfacheinheit ausgeführt werden kann, das Antriebssystem 106 mit Strom. Beim Betrieb als Generator empfängt der Motor 108 elektrische Energie aus dem Antriebssystem 106. In diesem Zusammenhang ist die Steuerung 112 angepasst, um elektrische Energie vom Motor 108 zum ESS 110 zu leiten oder zu verteilen, um das ESS 110 aufzuladen, und/oder um die elektrische Energie vom ESS 110 auf eine andere elektrische Leistungseinheit (nicht dargestellt) zu verteilen, die zu diesem Zeitpunkt als Elektromotor betrieben wird.
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Das Fahrzeug 100 beinhaltet ein herkömmliches elektromechanisches oder hydraulisches Reibungsbremssystem 116, bei dem ein fluidbetätigter Belag- und/oder Trommelbremsmechanismus verwendet wird, der in der Nähe jedes Straßenrades 102 positioniert ist. Das Reibungsbremssystem 116 liefert ein Reibungsbremsmoment, das durch ein elektronisches/regeneratives Bremsmoment ergänzt werden kann. Wenn ein Fahrer oder Betreiber des Fahrzeugs 100 ein Bremspedal 120 betätigt, um dadurch eine Kraft und einen Fahrweg einzugeben, die ein fahrergesteuertes Gesamtbremsmoment beschreiben, bremst das Reibungsbremssystem 116 das Fahrzeug 100 über eine Kombination aus Reibungsbremsmoment und regenerativem Bremsmoment (falls vorhanden).
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Weiterhin unter Bezugnahme auf 1 ist das Fahrzeug 100 auch mit verschiedenen Sensoren 114 ausgestattet, die Informationen (hierin als Fahrzeugzustandsdaten bezeichnet) über den aktuellen Betriebszustand oder Zustand des Fahrzeugs 100 erfassen oder erhalten. Sie können beispielsweise die Sensoren 114 Raddrehzahlsensoren beinhalten, welche die Raddrehzahl und die Radschlupfdaten messen (die Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung kann von der Steuerung 112 basierend auf den Raddrehzahldaten berechnet werden). Die Sensoren 114 können auch Sensoren beinhalten, welche die Position und/oder den Verfahrweg des Bremspedals 120 und des Gaspedals 118 erfassen. Die Sensoren 114 können auch Sensoren beinhalten, die den aktuellen Ladezustand des ESS 110, die Lade- und/oder Entladeleistung des ESS 110 zu einem bestimmten Zeitpunkt und die Temperatur des ESS 110 zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmen. Während des Betriebs des Fahrzeugs 100 empfängt das Steuerungssystem 112 Echtzeit-Fahrzeugstatusdaten über Eingangssignale, die den verschiedenen Sensoren 114 entsprechen, die an verschiedenen Positionen im Fahrzeug 100 eingesetzt werden können. Die Sensordaten können mit einer beliebigen Abtastrate erfasst und verarbeitet werden, z. B. einmal alle 10 Millisekunden.
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In einer exemplarischen Ausführungsform beinhalten die Sensoren 114 Sensoren, die mit dem Motor 108 gekoppelt sind, um die Eigenschaften des Motors 108 zu erfassen. 2 veranschaulicht einen derartigen Sensor 114. In der Ausführungsform von 2 ist der Sensor 114 ein Resolver-Sensor, wobei andere Sensoren zum Überwachen einer elektrischen Position eines Motors verwendet werden können.
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2 veranschaulicht den Rotor 202 und den Stator 204 des Resolver-Sensors 114. Wie dargestellt, beinhaltet der Resolver-Sensor 114 drei verschiedene Spulenwicklungen: die Referenzwicklung 212, die Sinuswicklung 214 und die Cosinuswicklung 216. Die Referenzwicklung 212 ist auf dem Rotor 202 des Motors 108 montiert. Die Sinuswicklung 214 und die Cosinuswicklung 216 sind am Stator 204 des Motors 108 montiert. Die Sinuswicklung 214 und die Cosinuswicklung 216 sind um 90° zur Rotorachse versetzt angeordnet.
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Die Referenzwicklung 212 wird durch eine sinusförmige AC-Spannung angeregt. Die Sinuswicklung 214 und die Cosinuswicklung 216 empfangen eine Spannung, die durch die Referenzwicklung 212 induziert wird. Die Amplituden der in der Sinuswicklung 214 und der Cosinuswicklung 216 induzierten Spannungen werden durch den Winkel des Rotors 202 oder der Referenzwicklung 212 bestimmt und entsprechen dem Sinus und Cosinus der Winkelposition des Rotors 202.
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Während sich der Rotor 202 dreht, dreht sich die Referenzwicklung 212. Während sich die Referenzwicklung 212 dreht, ändert sich der Differenzwinkel zwischen der Referenzwicklung 212 und den Sinus-/Cosinus-Wicklungen 214, 216, dargestellt als Theta-Drehwinkel oder θ in 2. Wenn sich der Motor 108 dreht, ändert sich somit die Ausgangsspannung der Sinuswicklung 214 und der Cosinuswicklung 216 entsprechend der Position der Rotorwelle.
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Obwohl ein Sensor des Resolvertyps
114 in
2 dargestellt ist, können die hierin aufgeführten Ausführungsformen für Systeme verwendet werden, die die Motorposition erfassen, wie beispielsweise vektorbasierte Positionssensoren einschließlich Resolver- und magnetoresistive Sensoren oder andere Arten von Sensoren einschließlich Wirbelstromsensoren. Exemplarische Ausführungsformen dieser Sensoren können konfiguriert sein, um Ausgänge der folgenden Form aufzuweisen:
wobei θ der durch den Sensor oder das Abtastverfahren erfasste Winkel ist, der eventuell skaliert werden muss, um die elektrische Position des Motors zu erreichen.
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Bei einem Resolver-Sensor wäre der Sensor-Multiplikationsfaktor die Anzahl der Lappen.
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Bei einigen Sensoren, wie beispielsweise Resolver-Sensoren, ist eine gewisse Verarbeitung der rohen Sensorsignale erforderlich, um die folgenden Hüllkurvensignale zu erhalten:
S und
C. Die Hüllkurvensignale können auf verschiedene Arten verarbeitet werden, um θ zu extrahieren, und herkömmliche Verfahren erfordern, dass sowohl
S als auch
C zur Berechnung zur Verfügung stehen. Ein Verfahren besteht darin, den Vier-Quadranten inversen Tangens der Signalhüllkurven aufzunehmen:
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Dies kann grafisch repräsentiert werden, wie in 3 dargestellt, welches ein Vektordiagramm eines Sensorausgangs ist, indem das Hüllkurvensignal C auf der horizontalen Achse (Cosinus) und das Hüllkurvensignal S auf der vertikalen Achse (Sinus) aufgetragen wird. 3 veranschaulicht, dass die konventionelle Betriebsart unbrauchbar wird, wenn eines der Hüllkurvensignale verloren geht:
- Wenn S = 0 ist, wird Atan2(0,C) immer 0° oder 180° sein
- Wenn C = 0 ist, wird Atan2(S,0) immer 90° oder 270° sein
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Im konventionellen Betrieb muss bei S = 0 oder C = 0 der Motor abgeschaltet werden oder die Steuerung muss auf eine Sicherungsquelle der Positionsinformationen umschalten. Die hierin enthaltenen Ausführungsformen ermöglichen die weitere Steuerung des Betriebs eines Motors basierend auf nur einem Hüllkurvensignal durch Synthetisieren des Hüllkurvensignals, das unter Verwendung des verbleibenden Hüllkurvensignals und einer Schätzung der Motorgeschwindigkeit verloren gegangen ist. Wenn beispielsweise das Hüllkurvensignal S verloren geht, dann synthetisieren das System und das Verfahren das Hüllkurvensignal Ss unter Verwendung des verbleibenden Hüllkurvensignals C und einer Schätzung der Motorgeschwindigkeit. Ebenso wenn das Hüllkurvensignal C verloren geht, dann synthetisieren das System und das Verfahren das Hüllkurvensignal Ss unter Verwendung des verbleibenden Hüllkurvensignals S und einer Schätzung der Motorgeschwindigkeit.
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4 veranschaulicht ein System 300 zum Steuern des Betriebs des Motors, wenn ein Hüllkurvensignal verloren geht, wenn der Motor oberhalb der Drehzahl Null arbeitet. Wie dargestellt, stellt eine Signalquelle 320, wie beispielsweise ein Sensor, z. B. der Sensor 114, zwei Signalhüllkurven oder Ausgänge 321 und 322 zur Verfügung.
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In einer exemplarischen Ausführungsform werden die Signalhüllkurven 321 und 322 an die Steuerlogik 325 übermittelt, die konfiguriert ist, um einen einheitlichen Signal-Steueralgorithmus zum Steuern des Motors basierend auf nur einem Ausgangssignal, das einer Motorwinkelposition entspricht, auszuführen. Insbesondere werden die Signalhüllkurven 321 und 322 an ein Fehlererkennungsmodul 330 in der Steuerlogik 325 übermittelt. Das Fehlererkennungsmodul 330 ermittelt, ob eine oder beide der Signalhüllkurven 321 und/oder 322 fehlerhaft sind und/oder verloren gegangen sind. Dies kann durch Schätzen der Amplitude jeder Hüllkurve oder des Ausmaßes der vorliegenden Störungen erreicht werden.
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Wenn nur eine Hüllkurve 321 oder 322 fehlerhaft ist, ermittelt das Fehlererkennungsmodul 330, welche Hüllkurve 321 oder 322 fehlerhaft ist und welche Hüllkurve 322 oder 321 noch ordnungsgemäß als fehlerfreie Hüllkurve 331 funktioniert.
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Die fehlerfreie Hüllkurve 331 wird dann vom Fehlererkennungsmodul 330 an ein Hüllkurvenerzeugungsmodul 340 in der Steuerlogik 325 übermittelt. Ein exemplarisches Hüllkurvenerzeugungsmodul 340 ist ein Quadratur-Hüllkurvengenerator. Das Hüllkurvenerzeugungsmodul 340 synthetisiert eine synthetisierte Hüllkurve 341, um die fehlerhafte Hüllkurve (321 oder 322) zu ersetzen. In einer exemplarischen Ausführungsform synthetisiert das Hüllkurvenerzeugungsmodul 340 die synthetisierte Hüllkurve 341 aus der nicht fehlerhaften Hüllkurve 331 und der geschätzten Geschwindigkeit 361, d. h. eine Schätzung der Geschwindigkeit ω des Sensors.
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Wie dargestellt, werden dann die nicht fehlerhafte Hüllkurve 331 und die synthetisierte Hüllkurve 341 an ein Positionsberechnungsmodul 350 in der Steuerlogik 325 übermittelt. Ein derartiges Modul 350 kann gleich oder redundant zu einem Positionsberechnungsmodul sein, das zwei nicht fehlerhafte Hüllkurven empfängt. Positionsberechnungsmodul 350 berechnet eine Sensorposition 351, d. h. die Position θ des Sensors, die für die Motorsteuerung verwendet wird.
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Wie dargestellt, wird die Sensorposition 351 an ein Geschwindigkeitsschätzungsmodul 360 übermittelt. Ein exemplarisches Geschwindigkeitsschätzungsmodul 360 ist ein Bewegungszustandsfilter. Das Geschwindigkeitsschätzungsmodul 360 ist konfiguriert, um die Geschwindigkeit ω des Sensors als geschätzte Geschwindigkeit 361 zu schätzen, die dem Hüllkurvenerzeugungsmodul 340 mitgeteilt und wie vorstehend beschrieben verwendet wird.
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Weiterhin wird die Sensorposition 351 auch an ein Motorsteuerungsmodul 370 übermittelt. Zudem wird die geschätzte Geschwindigkeit 361 an das Motorsteuerungsmodul 370 übermittelt. Das Motorsteuerungsmodul 370 verwendet die geschätzte Geschwindigkeit 361 und die Sensorposition 351, um geeignete Motorbetriebsbefehle zu ermitteln und an den Motor zu übermitteln. Die Position wird verwendet, um die Motorphasenströme in einen Bezugsrahmen umzuwandeln, der synchron zum Rotorfluss ist. Die resultierenden synchronen Bezugsrahmenströme werden dann zusammen mit der geschätzten Geschwindigkeit zum Ausführen eines synchronen Bezugsrahmenstromreglers verwendet. Die Steuerung erzeugt Spannungsbefehle an den Wechselrichter, um ein vorgegebenes Drehmoment im Motor zu erzeugen.
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Mit Bezug zurück auf das Hüllkurvenerzeugungsmodul 340 wird darauf hingewiesen, dass ein exemplarisches Hüllkurvenerzeugungsmodul 340 ein frequenzangepasster Allpassfilter sein kann. Ein derartiger Filter kann verwendet werden, um eine synthetisierte Hüllkurve 341 zu erhalten, die eine Schätzung der fehlerhaften Hüllkurve 321 oder 322 ist, die die gleiche Amplitude und eine Phasenverzögerung oder Führung von 90° in Bezug auf die nicht fehlerhafte Hüllkurve 331 aufweist. Ein exemplarischer Allpassfilter erster Ordnung weist über den gesamten Frequenzbereich des Eingangs eine Einheitsverstärkung und eine Phasenverschiebung von 90° bei der Filterbandbreite auf. Die Filterbandbreite kann online so angepasst werden, dass sie der Grundfrequenz des Sensors, ω, entspricht, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
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Diese Ausführungsform in 5 kann S als Eingabe in Form einer nicht fehlerhaften Hüllkurve 331, d. h. A*sin(θ), und eine synthetisierte Version von C als Ausgabe in Form einer synthetisierten Hüllkurve 341, d. h. A*cos(θ), beinhalten. Wenn C die nicht fehlerhafte Hüllkurve wäre, dann wäre -C (negatives C) der Eingang und eine synthetisierte Version von S der Ausgang. In beiden Fällen muss der Filterausgang durch das Zeichen 345 der Geschwindigkeit ω bei Block 348 vervielfacht werden, um die Drehrichtung des Motors zum Erhalt der synthetisierten Hüllkurve 341 zu berücksichtigen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Hüllkurvenerzeugungsmodul
340 aus
4 ein räumlicher Ableitungsfilter sein. Ein derartiger Filter kann verwendet werden, um eine synthetisierte Hüllkurve
341 zu erhalten, die eine Schätzung der fehlerhaften Hüllkurve
321 oder
322 ist, die die gleiche Amplitude und eine Phasenverzögerung oder Führung von 90° in Bezug auf die nicht fehlerhafte Hüllkurve
331 aufweist. Eine exemplarische räumliche Ableitung kann im kontinuierlichen Bereich geschrieben werden als:
und im diskreten Zeitbereich als:
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Die vorstehenden Gleichungen zeigen, dass die räumliche Ableitung das gleiche allgemeine Ergebnis liefert wie der Allpassfilter von 5.
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Wie angemerkt, veranschaulicht 4 ein System 300 zum Steuern des Betriebs des Motors, wenn ein Hüllkurvensignal verloren geht, wenn der Motor oberhalb der Drehzahl Null arbeitet. Bestimmte Module und Gleichungen, die das System 300 von 4 verwendet, wie das Hüllkurvenerzeugungsmodul 340, erfordern, dass die Geschwindigkeit (Drehzahl und Richtung) des Sensors bekannt und ungleich Null ist. Bei normalem Gebrauch stoppt der Motor jedoch und kann möglicherweise die Richtung ändern. Unter diesen Bedingungen können die Systeme von 6 oder 9 verwendet werden, um eine kontinuierliche Motorsteuerung durch einen Betrieb nahe und über der Nulldrehzahl zu unterstützen.
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Die 6 und 9 stellen jeweils ein schematisches Diagramm eines Systems 400 zum Steuern des Betriebs des Motors bei Verlust eines Hüllkurvensignals bereit, wenn der Motor nahe und/oder bei einer Nulldrehzahl arbeitet. Als ein veranschaulichendes Beispiel ändert sich die Drehzahl in den 6 und 9 in Pfeilrichtung 410 von einer negativen hohen Drehzahl (- hohe Drehzahl) zu einer positiven hohen Drehzahl (+ hohe Drehzahl) von links nach rechts.
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Beginnend auf der linken Seite der 6 und 9, wird jedes Verfahren zum Betrieb mit einer einzigen Hüllkurve in Bezug auf das System 300 von 4 bei absoluten Motordrehzahlen größer oder gleich dem Absolutwert |n1| einer gewählten niedrigen Drehzahl n1, d. h. im Motordrehzahlbereich 412, angewendet. Wenn die absolute Motordrehzahl auf |n1| sinkt, wird die Verwendung des Verfahrens für den Betrieb mit einer einzigen Hüllkurve angehalten. Im Kontext eines Resolver-Sensors kann der Absolutwert |n1| der gewählten niedrigen Drehzahl n1 von der Anzahl der Resolverlappen abhängig sein. In einer exemplarischen Ausführungsform liegt |n1| bei etwa 200 bis etwa 400 U/min für einen 2X-Resolver. Die Pausenlogik kann verwendet werden, um zu bestimmen, wann das vorstehend beschriebene Verfahren für den Betrieb mit einer einzelnen Hüllkurve in Bezug auf 4 zu pausieren ist, d. h. wann die Steuerung des Motors basierend auf dem Ausgangssignal, das der Winkelposition des Motors entspricht, zu pausieren ist. Eine derartige Logik kann das Bestimmen beinhalten, dass der Absolutwert der Drehzahl des Motors kleiner als |n1| ist. Wenn der Absolutwert der Motordrehzahl kleiner als |n1| ist, weist die Steuerung den Wechselrichter an, eine dreiphasige Öffnung durchzuführen, um kein Drehmoment und keinen Strom zu erzeugen. Somit wird im Drehzahlbereich 414 kein Drehmoment und kein Strom durch den Motor erzeugt.
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Unterhalb der Drehzahl n1 gilt die Sensorposition als nicht erkennbar. Allerdings muss die Sensorposition bekannt sein, bevor die Drehmomenterzeugung durch den Motor wieder aufgenommen werden kann. Daher beinhaltet das Verfahren eine Drehzahlerfassungslogik 430, die konfiguriert ist, um eine absolute Drehzahl des Motors im Motordrehzahlbereich 414 als Reaktion auf eine bestimmte Pause des unären Signalregelalgorithmus bei der Motordrehzahl n1 zu erfassen. Die Drehzahlerfassungslogik 430 kann eine absolute Drehzahlerfassung mit einer Hüllkurve durchführen. Von der niedrigen negativen Drehzahl n1 bis zur niedrigen positiven Drehzahl n2 wird die absolute Drehzahl des Motors von der Drehzahlerfassungslogik 430 erfasst. Im Kontext eines Resolver-Sensors die niedrige positive Drehzahl n2 wiederum von der Anzahl der Resolverlappen abhängig sein. Der Wert der niedrigen positiven Drehzahl n2 kann auch vom Kurzschlussverhalten des Motors abhängig sein. In einer exemplarischen Ausführungsform liegt die niedrige positive Drehzahl n2 bei etwa 500 bis etwa 700 U/min für einen 2X-Resolver. In einer exemplarischen Ausführungsform basiert die Drehzahlerfassungslogik 430 auf dem Erkennen der Nulldurchgänge der nicht fehlerhaften Hüllkurve 331, um eine Drehzahlberechnung mit niedriger Auflösung zu realisieren.
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Die Drehzahlerfassungslogik 430 verwendet beispielsweise in den 6 und 9 ein Encoder-Verfahren mit zwei Impulsen pro Umdrehung, um eine absolute Drehzahl des Motors zu schätzen. Wie dargestellt, wird beim emulierten Encoder-Verfahren die nicht fehlerhafte Hüllkurve 331 an ein Nulldurchgangserfassungsmodul 440 übermittelt. Das Nulldurchgangserfassungsmodul 440 bildet ein Impulssignal 441 aus der nicht fehlerhaften Hüllkurve 331 und übermittelt das Impulssignal 441 an ein Zweiimpuls pro Umdrehung (2 PPR) emuliertes Encodersignal-Erzeugungsmodul 450. Das emulierte Encodersignal-Erzeugungsmodul 450 erzeugt eine Pulszahl 451 und markiert jedes Mal einen Zeitstempel 452, wenn die nicht fehlerhafte Hüllkurve 331 den Nullpunkt kreuzt.
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Die Pulszahl 451 und der Zeitstempel 452 werden an ein Drehzahlberechnungsmodul 460 mit niedriger Auflösung übermittelt. Das Drehzahlberechnungsmodul 460 mit niedriger Auflösung zählt die Flanken des vorgenannten Impulssignals 441 und berechnet in Verbindung mit den Zeitstempeln 452 die absolute Drehzahl 461 des Motors aus einem Encodersignal in den bekannten M-, T- oder M/T-Verfahren.
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7 veranschaulicht ein exemplarisches Verfahren 700 zum Bestimmen der Drehrichtung eines Motors, wenn der Absolutwert der Drehzahl größer oder gleich |n2| über die Stromregelung ist. Bei dem veranschaulichten Verfahren 700 beinhaltet die Aktion 710 die Annahme einer Drehrichtung. Die ursprünglich gewählte Drehrichtung kann basierend auf der zuletzt bekannten Drehrichtung, der häufigsten Betriebsbedingung oder beliebig gewählt werden.
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Die Aktion 720 beinhaltet das Synthetisieren des fehlerhaften Sensorausgangs mit der angenommenen Drehrichtung. So synthetisiert beispielsweise der Quadratur-Hüllkurvengenerator den fehlerhaften Positionssensorausgang mit der angenommenen Drehrichtung.
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Das Verfahren 700 beinhaltet das Berechnen der Motorposition aus den nicht fehlerhaften und synthetisierten Sensorausgängen bei der Aktion 730. So berechnet beispielsweise der Quadratur-Hüllkurvengenerator eine Schätzung der Motorposition aus dem nicht fehlerhaften Sensorausgang und dem synthetisierten Sensorausgang.
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Das Verfahren 700 beinhaltet weiterhin das Ansteuern von Nullstrom an den synchronen Rahmenstromregler bei der Aktion 740 und das Verzögern für den Zeitraum t2 bei der Aktion 750. Insbesondere beinhaltet das Verfahren 700 die Verwendung der berechneten Position, um eine synchrone Referenzrahmensteuerung zum Liefern eines Nullstrombefehls an den synchronen Rahmenstromregler durchzuführen. Um einen Nullstrom zu erreichen, muss der Regler die Gegen-EMF-Spannung des Motors steuern. Wenn die angenommene Drehrichtung korrekt ist, dann ist die Spannung der Q-Achse im synchronen Bezugsrahmen im Wesentlichen konstant und gleich der Motordrehzahl mal der Dauermagnetflussverknüpfung (d. h. im Wesentlichen gleich der Gegen-EMF-Spannung des Motors) und die Spannung der D-Achse ist im Wesentlichen konstant und gleich Null. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Wert „im Wesentlichen konstant“ sein, wenn die Differenz zwischen dem maximalen Absolutwert |max| und dem minimalen Absolutwert |min| kleiner als ein ausgewählter Wert Δ ist: |max| - |min| < Δ. Andere Ausführungsformen können mit verschiedenen Techniken „im Wesentlichen konstant“ definieren. Wenn die angenommene Drehrichtung falsch ist, dann sind die Spannungsbefehle der D- und Q-Achse sinusförmig bei einer Frequenz, die doppelt so hoch ist wie die Motordrehzahl, mit einer Spitzengröße, die ungefähr gleich der Gegen-EMF-Spannung des Motors ist.
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Die Abfrage 755 fordert an, ob die Spannung der Q-Achse ungefähr gleich der Spannung der Gegen-EMF des Motors ist und ob die Spannung der D-Achse etwa gleich Null ist. Wenn die Q-Achsenspannung nicht annähernd gleich der Gegen-EMF-Spannung des Motors ist oder wenn die D-Achsenspannung nicht annähernd gleich Null ist, wie bei Zeile 756, dann wird bei der Aktion 760 die entgegengesetzte Drehrichtung erkannt, d. h. entgegen der zuletzt in der Abfrage 755 verwendeten Drehrichtung. Das Verfahren 700 wird dann bei Aktion 720 fortgesetzt, indem der fehlerhafte Sensorausgang mit der bei Aktion 760 ermittelten Drehrichtung synthetisiert wird.
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Wenn bei der Abfrage 755 die Q-Achsenspannung ungefähr gleich der Gegen-EMF-Spannung des Motors ist und die D-Achsenspannung ungefähr Null ist, wie bei Zeile 758, dann wird bei Aktion 770 ein Zähler inkrementiert. Dann wird die Abfrage 775 durchgeführt und es wird abgefragt, ob der Zähler größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist. Wenn nein, beispielsweise in Zeile 776, wird die Abfrage 755 wiederholt. Wenn ja, wie bei Zeile 778, dann wird bei der Aktion 780 der Motorbetrieb mit dem Verfahren 500 wieder aufgenommen.
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Dadurch wird die Prüfung (d. h. Abfrage 755, Aktion 770 und Abfrage 775) kontinuierlich durchgeführt, bis der Zähler bei der Abfrage 775 den vorgegebenen Schwellenwert erreicht und das Verfahren die Aktion 780 fortsetzt, oder bis die Prüfung bei Zeile 756 fehlschlägt und die entgegengesetzte Drehrichtung bei der Aktion 760 erkannt wird. Damit soll die Möglichkeit der Wiederaufnahme des Motorbetriebs ausgeschlossen werden, da eine einzige Instanz der Q-Achsenspannung ungefähr gleich der Gegen-EMF-Spannung des Motors und der D-Achsenspannung ungefähr gleich Null ist. Ein derartiger Fall tritt periodisch auf, wenn die Spannungsbefehle sinusförmig mit der doppelten Motordrehzahl variieren, wenn die angenommene Richtung falsch ist.
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Wird durch die Logik bestimmt, dass die Drehrichtung bei der Abfrage 755 falsch und die entgegengesetzte Drehrichtung bei der Aktion 760 erkannt wird, wird die Überprüfung der DQ-Spannungsbefehle nach den Aktionen 720, 730, 740 und 750 wiederholt. Wenn die Prüfung der DQ-Spannungsbefehle abgeschlossen ist (da die angenommene Drehrichtung umgedreht wurde), kann der Motorbetrieb bei der Aktion 780 wieder aufgenommen werden.
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Mit Bezug zurück auf
6, verwendet die Drehzahlerfassungslogik
430 eine Drehzahlobergrenzenberechnung. Die Drehzahlobergrenzenberechnung wird verwendet, um zu bestimmen, ob die absolute Drehzahl kleiner als ein ausgewählter Wert ist. Die Drehzahlobergrenzenberechnung vergleicht das Zeitintervall zwischen zwei Nulldurchgängen der nicht fehlerhaften Hüllkurve mit einem offline berechneten Schwellenwert, welcher der interessierenden Drehzahl entspricht, d. h.
n2. Dieser Wert kann geschätzt werden als:
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Wenn das Zeitintervall zwischen zwei Nulldurchgängen der nicht fehlerhaften Hüllkurve größer oder gleich tn2 ist, dann ist der Absolutwert der Drehzahl kleiner als |n2|, d. h. unterhalb der Obergrenze von |n2|. Diese Ausführungsform ist in 8 veranschaulicht.
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In einer Ausführungsform wird eine Drehzahlobergrenzenberechnung durchgeführt, indem ein Timer gestartet wird, sobald ein erster Nulldurchgang der nicht fehlerhaften Hüllkurve erkannt wird. Anschließend wird der Timer kontinuierlich überwacht oder überprüft, bis der nächste Nulldurchgang der nicht fehlerhaften Hüllkurve erkannt wird. Wenn der Timer vor dem nächsten Nulldurchgang tn2 erreicht, dann ist die absolute Drehzahl kleiner als |n2|.
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Mit Bezug zurück auf 6 beinhaltet das System 400 zum Steuern des Betriebs des Motors, wenn ein Hüllkurvensignal verloren geht, wenn der Motor in der Nähe und/oder bei Drehzahl Null arbeitet, außerdem eine Richtungserfassungslogik 480, die konfiguriert ist, um eine Drehrichtung des Motors zu erfassen, wie beispielsweise einen PMAC-Motor. Die Richtungserfassungslogik 480 von 6 ist drehzahlbasiert und kann zum Erfassen einer Drehrichtung des Motors nach oder in Reaktion auf das Erfassen der absoluten Drehzahl als gleich oder größer oder gleich der gewählten positiven Drehzahl n2 gerichtet sein. Insbesondere nachdem das Geschwindigkeitsberechnungsmodul 460 mit niedriger Auflösung die absolute Geschwindigkeit 461 auf mindestens |n2| festgelegt hat, erkennt die Richtungserfassungslogik 480 die Drehrichtung des Motors. In einer exemplarischen Ausführungsform verwendet die Richtungserfassungslogik 480 ein dreiphasiges kurzstrombasiertes Erfassungsverfahren oder ein stromreglerbasiertes Erfassungsverfahren.
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6 veranschaulicht eine dreiphasige kurzschlussstrombasierte Ausführungsform, die sehr verständlich ist. Die stromreglerbasierte Ausführungsform beinhaltet das Ansteuern von Nullstrom an einen synchronen Referenzstromregler und das Überprüfen der resultierenden Spannungsbefehle. Wenn dieser aktiv ist, kann der Quadratur-Hüllkurvengenerator mit einer angenommenen Richtung verwendet werden, um einen Winkel für die für den Synchronstromregler erforderliche dq-Transformation zu liefern. Wenn die angenommene Richtung stimmt, sind die Spannungsbefehlsausgänge des Stromreglers relativ konstant. Wenn die angenommene Richtung falsch ist, variieren die Spannungsbefehle sinusförmig mit der doppelten elektrischen Frequenz des Motors.
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Während die Richtungserfassungslogik 480 die Richtung 481 im Motordrehzahlbereich 416 bestimmt, erfasst die Drehzahlerfassungslogik 430 weiterhin eine absolute Drehzahl 461 des Motors. Nachdem die Richtung 481 bestimmt wurde und die absolute Drehzahl 461 ausreichend hoch, d. h. mindestens gleich |n3| ist, kann der Hüllkurvenbetrieb wie in 4 beschrieben wieder aufgenommen und die Drehmomentfähigkeit im Motordrehzahlbereich 418 wiederhergestellt werden. In einer exemplarischen Ausführungsform liegt n3 bei etwa 600 bis etwa 800 U/min. In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Bestimmen der Wiederanlaufsteuerung des Motors mit dem in 4 beschriebenen Hüllkurvenbetrieb durch eine Wiederanlauflogik durchgeführt werden.
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9 veranschaulicht eine Richtungserfassungslogik 480, die zeitbasiert ist und zum Erfassen einer Drehrichtung des Motors nach oder als Reaktion auf eine Schätzung der absoluten Drehzahl bei oder über einer gewählten absoluten Drehzahl |n2| gerichtet werden kann. Insbesondere nachdem das Geschwindigkeitsberechnungsmodul 460 mit niedriger Auflösung die absolute Geschwindigkeit 461 auf mindestens |n2| festgelegt hat, erkennt die Richtungserfassungslogik 480 die Drehrichtung des Motors. In einer exemplarischen Ausführungsform verwendet die Richtungserfassungslogik 480 ein dreiphasiges kurzstrombasiertes Erfassungsverfahren oder ein stromreglerbasiertes Erfassungsverfahren.
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9 veranschaulicht erneut eine dreiphasige kurzschlussstrombasierte Ausführungsform, die sehr verständlich ist. Die stromreglerbasierte Ausführungsform beinhaltet das Ansteuern von Nullstrom an einen synchronen Referenzstromregler und das Überprüfen der resultierenden Spannungsbefehle. Wenn dieser aktiv ist, kann der Quadratur-Hüllkurvengenerator mit einer angenommenen Richtung verwendet werden, um einen Winkel für die für den Synchronstromregler erforderliche dq-Transformation zu liefern. Wenn die angenommene Richtung stimmt, sind die Spannungsbefehlsausgänge des Stromreglers relativ konstant. Wenn die angenommene Richtung falsch ist, variieren die Spannungsbefehle sinusförmig mit der doppelten elektrischen Frequenz des Motors.
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In 9 bestimmt die Richtungserfassungslogik 480 die Richtung 481 für ein vorgegebenes Zeitintervall, t1. Nachdem die Richtung 481 bestimmt wurde und das Zeitintervall abgelaufen ist, kann der Einzelhüllkurvenbetrieb wie in 4 beschrieben wieder aufgenommen und die Drehmomentfähigkeit im Drehzahlbereich 418 wiederhergestellt werden. In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Bestimmen der Wiederanlaufsteuerung des Motors mit dem in 4 beschriebenen Hüllkurvenbetrieb durch eine Wiederanlauflogik durchgeführt werden.
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10 veranschaulicht ein Verfahren 500 zum Betreiben eines Permanentmagnet-Wechselstrom-(PMAC)-Motors mit einem Rotor, einem Drehstromwechselrichter, der mit dem Motor gekoppelt ist und eine Spannung für den Motor bereitstellt, und einer Steuerung, die mit dem Wechselrichter und dem Motor gekoppelt ist. Das Verfahren 500 kann als Motorsteuerung eingesetzt werden, wenn der Motor zum Stillstand kommt und möglicherweise die Fahrtrichtung wechselt, und kann als eine Betriebsart nahe Null betrachtet werden. Das Verfahren 500 von 10 veranschaulicht ein geschwindigkeitsbasiertes Richtungsbestimmungsverfahren analog zu 6.
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Wie dargestellt, beinhaltet das Verfahren 500 in 10 das Empfangen eines Ausgangs mit der Steuerung bei Aktion 502. So kann beispielsweise die Steuerung einen Ausgang entsprechend einer Motorwinkelposition empfangen. In bestimmten Ausführungsformen ist der Ausgang ein Sinus-Hüllkurvensignal oder ein Cosinus-Hüllkurvensignal.
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Das Verfahren 500 umfasst weiterhin das Erfassen einer Motordrehzahl basierend auf der Motorwinkelposition bei Aktion 504. So kann beispielsweise die Steuerung die Motordrehzahl basierend auf der Motorwinkelposition durch Ausführen eines emulierten Zweiimpuls-pro-Umdrehung-Encoder-Verfahrens schätzen, durch Ausführen einer Drehzahlobergrenzenberechnung feststellen, ob die absolute Motordrehzahl kleiner als ein ausgewählter Absolutwert ist, oder durch Ausführen einer anderen geeigneten Technik und/oder Berechnung die Motordrehzahl ermitteln.
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Die Abfrage 506 erfragt, ob die absolute Motordrehzahl kleiner als der gewählte Wert |n2|, größer oder gleich |n2| und kleiner als der gewählte Wert |n3| oder größer oder gleich |n3| ist. Wenn die absolute Motordrehzahl kleiner als |n2| ist, wird das Verfahren durch Wiederholen der Aktion 504 fortgesetzt. Wenn die absolute Motordrehzahl größer oder gleich |n2| und kleiner als der gewählte Wert |n3| ist, wird das Verfahren bei Aktion 508 fortgesetzt, indem die Drehrichtung des Motors ermittelt wird. So kann beispielsweise die Steuerung einen dreiphasigen kurzstrombasierten Erfassungsprozess, einen stromreglerbasierten Erfassungsprozess oder einen anderen geeigneten Prozess zum Erfassen der Drehrichtung des Motors durchführen.
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Wenn die absolute Motordrehzahl größer oder gleich |n3| ist, wird das Verfahren bei der Aktion 514 fortgesetzt, wobei die Steuerung den Motor unter Berücksichtigung der bekannten Motordrehzahl und Drehrichtung entsprechend dem in 4 beschriebenen Einzelhüllkurvenbetrieb zum Erzeugen von Drehmoment betreiben kann. Im Allgemeinen kann die Aktion 514 als Betrieb des Motors zum Erzeugen eines Drehmoments nach dem Verfahren 600 angesehen werden.
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11 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform des Verfahrens 500 zum Betreiben eines Permanentmagnet-Wechselstrom-(PMAC)-Motors mit einem Rotor, einem Drehstromwechselrichter, der mit dem Motor gekoppelt ist und eine Spannung für den Motor bereitstellt, und einer Steuerung, die mit dem Wechselrichter und dem Motor gekoppelt ist. Das Verfahren 500 kann als Motorsteuerung eingesetzt werden, wenn der Motor zum Stillstand kommt und möglicherweise die Fahrtrichtung wechselt, und kann als eine Betriebsart nahe Null betrachtet werden. Das Verfahren 500 von 11 veranschaulicht ein zeitbasiertes Richtungsbestimmungsverfahren analog zu 9.
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Wie dargestellt, beinhaltet das Verfahren 500 das Empfangen eines Ausgangs bei Aktion 502 mit der Steuerung. So kann beispielsweise die Steuerung einen Ausgang entsprechend einer Motorwinkelposition empfangen. In bestimmten Ausführungsformen ist der Ausgang ein Sinus-Hüllkurvensignal oder ein Cosinus-Hüllkurvensignal.
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Das Verfahren 500 umfasst weiterhin das Erfassen einer Motordrehzahl basierend auf der Motorwinkelposition bei Aktion 504. So kann beispielsweise die Steuerung die Motordrehzahl erfassen, indem sie die Motordrehzahl basierend auf der Motorwinkelposition über ein emuliertes Zweiimpuls-pro-Umdrehung Encoder-Verfahren schätzt oder eine andere geeignete Technik durchführt. Des Weiteren kann die Steuerung die Motordrehzahl basierend auf einer Drehzahlobergrenzenberechnung ermitteln.
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Die Abfrage 507 erfragt, ob die absolute Motordrehzahl kleiner als der gewählte Wert |n2| oder größer oder gleich |n2| ist. Wenn die absolute Motordrehzahl kleiner als |n2| ist, wird das Verfahren durch Wiederholen der Aktion 504 fortgesetzt. Wenn die Motordrehzahl größer oder gleich |n2| ist, wird das Verfahren bei Aktion 508 fortgesetzt, indem die Drehrichtung des Motors ermittelt wird. So kann beispielsweise die Steuerung einen dreiphasigen kurzstrombasierten Erfassungsprozess, einen stromreglerbasierten Erfassungsprozess oder einen anderen geeigneten Prozess zum Erfassen der Drehrichtung des Motors durchführen.
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Die Abfrage 512 erfragt, ob das Zeitintervall nach Beginn der Erfassung der Drehrichtung bei Aktion 508 größer oder gleich einem vorgegebenen Zeitintervall t1 ist. Wenn das Zeitintervall nicht größer oder gleich t1 ist, setzt das Verfahren 500 das Erfassen der Drehrichtung bei Aktion 508 fort. Wenn das Zeitintervall größer oder gleich t1 ist, wird das Verfahren bei der Aktion 514 fortgesetzt, wobei die Steuerung den Motor unter Berücksichtigung der bekannten Motordrehzahl und Drehrichtung entsprechend dem in 4 beschriebenen Einzelhüllkurvenbetrieb zum Erzeugen von Drehmoment betreiben kann. Im Allgemeinen kann die Aktion 514 als Betrieb des Motors zum Erzeugen eines Drehmoments nach dem Verfahren 600 angesehen werden.
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12 veranschaulicht ein Verfahren 600 zum Betreiben eines Motors. Wie dargestellt, beinhaltet das Verfahren 600 das Empfangen von Ausgängen, wie beispielsweise das Empfangen von zwei Ausgängen entsprechend einer Motorwinkelposition, bei Aktion 602 mit einer Steuerung. Insbesondere kann die Steuerung ein Sinus-Hüllkurvensignal und ein Cosinus-Hüllkurvensignal empfangen. Diese Signale können von einem mit dem Motor gekoppelten Positionssensor bereitgestellt werden. Ein exemplarischer Positionssensor kann ein Resolver oder ein magnetoresistiver Sensor, ein Wirbelstromsensor oder ein anderer geeigneter Sensor sein.
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Das Verfahren 600 beinhaltet das Erfassen von Fehlern bei Aktion 604, worin die Steuerung die Ausgänge analysiert, um zu erkennen, ob beide, einer von beiden oder keiner fehlerhaft ist. Die Abfrage 606 erfragt, ob beide Ausgänge fehlerhaft sind, ob keiner der Ausgänge fehlerhaft ist oder ob ein Ausgang fehlerhaft ist. Wenn beide Ausgänge fehlerhaft sind, beispielsweise bei Zeile 607, wird der Motor bei Aktion 608 abgeschaltet. Wenn keiner der Ausgänge fehlerhaft ist, wie beispielsweise bei Zeile 601, wird das Verfahren fortgesetzt, indem die Aktion 602 wiederholt wird, während die normale Motorsteuerung mit zwei Ausgängen beibehalten wird. Wenn ein Ausgang fehlerhaft ist, beispielsweise bei Zeile 609, wird das Verfahren bei Aktion 610 fortgesetzt. So kann beispielsweise durch die Aktion 604 und die Abfrage festgestellt werden, dass der erste Ausgang nicht fehlerhaft ist und dass der zweite Ausgang fehlerhaft ist.
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Das Verfahren 600 beinhaltet das Synthetisieren eines Ersatzausgangs bei Aktion 610, worin die Steuerung einen Ersatz oder Austausch für den fehlerhaften zweiten Ausgang synthetisiert. Insbesondere synthetisiert die Steuerung den synthetisierten zweiten Ausgang aus dem nicht fehlerhaften ersten Ausgang und aus einer geschätzten Motorwinkelgeschwindigkeit. So kann beispielsweise die Steuerung einen Quadratur-Hüllkurvengenerator verwenden, um den synthetisierten zweiten Ausgang zu synthetisieren. In einer exemplarischen Ausführungsform ist der Quadratur-Hüllkurvengenerator ein frequenzangepasster Allpassfilter, ein räumlicher Ableitungsfilter oder ein anderes geeignetes Modul, das eine synthetisierte Hüllkurve erhält, die eine Schätzung der fehlerhaften Hüllkurve ist und die die gleiche Amplitude und eine Phasenverzögerung oder -führung von 90° in Bezug auf die nicht fehlerhafte Hüllkurve aufweist.
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Das Verfahren 600 wird mit dem Berechnen der Motorposition bei Aktion 612 fortgesetzt, worin die Steuerung die Motorwinkelposition berechnet. So kann beispielsweise die Steuerung die Motorwinkelposition unter Verwendung des nicht fehlerhaften ersten Ausgangs und aus dem synthetisierten zweiten Ausgang als konventionelles Sinus-Hüllkurvensignal und einem Cosinus-Hüllkurvensignal berechnen, beispielsweise durch Aufnahme des Vier-Quadranten inversen Tangens der Signalhüllkurven, oder durch ein anderes geeignetes Verfahren.
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Das Verfahren 600 beinhaltet das Schätzen der Motorwinkelgeschwindigkeit bei Aktion 614, worin die Steuerung eine Motorwinkelgeschwindigkeit aus der Motorwinkelposition schätzt. So kann beispielsweise ein Bewegungszustandsfilter verwendet werden, um die Motorwinkelgeschwindigkeit zu schätzen. Wie durch Pfeil 615 dargestellt, wird die geschätzte Motorwinkelgeschwindigkeit bei Aktion 610 verwendet, um den Ersatzausgang zu synthetisieren. Des Weiteren beinhaltet das Verfahren 600 das Betreiben des Motors zum Erzeugen eines Drehmoments basierend auf der Motorwinkelposition und der Motorwinkelgeschwindigkeit bei Aktion 616. Das Verfahren 600 wird kontinuierlich wiederholt, da die Ausgänge bei Aktion 602 empfangen werden.
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Obwohl die Aktionen 610-616 für einen angemessenen Betrieb des Motors sorgen, wenn die Motordrehzahl größer oder gleich dem Absolutwert |n1| der gewählten niedrigen Drehzahl n1 ist, erfordert ein Motor bei einer Drehzahl von Null eine andere Verarbeitung. Daher folgt die Abfrage 620 der Aktion 614 zum Schätzen der Motorwinkelgeschwindigkeit und erfragt, ob die absolute Motordrehzahl größer oder gleich zu dem Absolutwert |n1| ist.
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Wenn die absolute Motordrehzahl größer oder gleich |n1| ist, wie in Zeile 623, dann fährt das Verfahren mit der Aktion 616 fort, worin die Steuerung den Motor betätigt, um ein Drehmoment basierend auf der Motorwinkelposition und der Motorwinkelgeschwindigkeit zu erzeugen.
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Wenn jedoch die absolute Motordrehzahl kleiner als |n1| ist, wie beispielsweise bei Zeile 627, dann sieht das Verfahren 600 vor, dass der Motor bei Aktion 630 kein Drehmoment und keinen Strom erzeugt. Nach dem Steuern des Motors, um kein Drehmoment und keinen Strom zu erzeugen, wird die als Verfahren 500 offenbarte Betriebsart nahe Null ausgeführt. Während der Betriebsart nahe Null bleibt das Drehmoment nicht auf Null, sondern der Motor erzeugt während der Richtungsbestimmung einige Drehmomente. Aktion 514 des Verfahrens 500 kann als Aktion 616 des Verfahrens 600 angesehen werden.
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Zum Durchführen des Verfahrens 500 und des Verfahrens 600 kann die Steuerung mit einer Kontingentsteuerungslogik ausgestattet werden, die konfiguriert ist, um einen Algorithmus zum Steuern des Motors basierend auf nur einem Ausgangssignal, das einer Motorwinkelposition entspricht, auszuführen. Des Weiteren beinhaltet der exemplarische Motor eine Pausenlogik, die konfiguriert ist, um zu bestimmen, wann der Motor aufgrund des Ausgangssignals, das der Motorwinkelposition entspricht, pausiert werden soll. Die Steuerung beinhaltet eine Drehzahlerfassungslogik, die konfiguriert ist, um eine absolute Drehzahl des Motors als Reaktion auf eine bestimmte Pause des Algorithmus zum Steuern des unären Signals zu erfassen, und eine Richtungserfassungslogik, die konfiguriert ist, um eine Drehrichtung des Motors als Reaktion auf das Erfassen der absoluten Drehzahl über einer ausgewählten Drehzahl zu erfassen. Des Weiteren beinhaltet die Steuerung eine Neustartlogik, die konfiguriert ist, um zu bestimmen, wann der Algorithmus zum Steuern des unären Signals basierend auf der absoluten Drehzahl des Motors neu gestartet werden soll.
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In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet die Steuerung weiterhin eine primäre Steuerlogik, die konfiguriert ist, um einen binären Signalsteuerungsalgorithmus zum Steuern des Motors basierend auf zwei Ausgangssignalen entsprechend der Motorwinkelposition auszuführen; und eine Fehlererkennungslogik, die konfiguriert ist, um zu erkennen, dass ein zweites Ausgangssignal entsprechend der Motorwinkelposition fehlerhaft ist, und um die Steuerung des Motors von der primären Steuerlogik auf die Kontingentsteuerungslogik zu schalten.
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Wie hierin beschrieben, sind Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Motors basierend auf einem einzelnen Motorpositionssignal vorgesehen. Darüber hinaus sorgen Systeme und Verfahren für einen derartigen Betrieb bei hohen Drehzahlen und Drehzahlen nahe Null. Dadurch kann ein Abschalten des Fahrzeugs vermieden werden, wenn ein Motorpositionssignal ausfällt.
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Während mindestens ein exemplarischer Aspekt in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargestellt worden ist, sollte darauf hingewiesen werden, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es versteht sich weiterhin, dass der exemplarische Aspekt bzw. die exemplarischen Aspekte lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration des offenbarten Gegenstands in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird die vorstehende ausführliche Beschreibung den Fachleuten eine bequeme Roadmap zur Implementierung eines exemplarischen Aspekts des Gegenstands zur Verfügung stellen. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, die in einem exemplarischen Aspekt beschrieben sind, ohne vom Umfang des Gegenstands abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.