DE102019110797A1

DE102019110797A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors mit einer parameterangepassten Ansteuerung

Info

Publication number: DE102019110797A1
Application number: DE102019110797.0A
Authority: DE
Inventors: Pierre Millithaler; Benjamin Schiel; Jean-Francois Heyd; Jochen Reith; Carsten Angrick; Jiufang Peng
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2039-04-27
Also published as: WO2020216399A1; DE102019110797B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (10) zur Ansteuerung eines Elektromotors (12), wobei der Elektromotor (12) abhängig von der Ansteuerung über eine Eingangsgrösse (/) eine durch wenigstens einen Parameter (P) des Elektromotors (12) beeinflusste Zielgrösse (ψ) aufweist und die Ansteuerung erfolgt, indem zunächst ein Simulationsmodell (18) des Elektromotors (12) erstellt wird, das den toleranzinvarianten nominellen Zusammenhang (f0) zwischen wenigstens einer nominellen Zielgrösse (ψ0) und einer nominellen Eingangsgrösse (l0) abhängig von einem nominellen Parameter (P0) abbildet, wobei vor einer anwendungsseitigen Inbetriebnahme des Elektromotors (12) der toleranzabhängig veränderte Parameter (Pc) erfasst wird und der davon abhängige veränderte Zusammenhang (fc), durch den bei angenommener nomineller Eingangsgrösse (l0) eine gegenüber der nominellen Zielgrösse (ψ0) veränderte Zielgrösse (ψc) vorliegt, festgestellt wird und das Simulationsmodell abhängig von dem veränderten Parameter (Pc) und dem veränderten Zusammenhang (fc) angepasst und als angepasstes Simulationsmodell (20) zur Ansteuerung des Elektromotors (12) eingesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors ist beispielsweise aus DE 10 2015 212 685 A1 bekannt. Darin wird ein Verfahren zur Anpassung einer Regelung eines Elektromotors beschrieben, bei dem Regelparameter zur Ansteuerung des Elektromotors angepasst werden. Im Betrieb des Elektromotors können die Regelparameter abhängig von Einflüssen sein. Um diese betriebsabhängigen Einflüsse zu kompensieren, werden geänderte Regelparameter während des Betriebs zur Ansteuerung des Elektromotors berechnet. Die Anpassung der Regelparameter erfolgt dabei in einem stationären Betrieb des Elektromotors.
Ein Elektromotor weist üblicherweise abhängig von der Ansteuerung über eine Eingangsgrösse, beispielsweise einen elektrischen Strom eine durch wenigstens einen Parameter des Elektromotors beeinflusste Zielgrösse, beispielsweise einen Verkettungsfluss auf. Die Ansteuerung der Elektromotoren erfolgt dabei allgemein und für alle gefertigten Elektromotoren gleich. Mögliche bei der Fertigung der Elektromotoren entstehende Toleranzen, die sich auf den Parameter auswirken, können jedoch die Funktion des einzelnen Elektromotors beeinflussen. Bleiben diese Abweichungen unberücksichtigt, kann die Leistung der Elektromotoren voneinander abweichen. Dadurch kann es zu unerwünschtem unterschiedlichen Verhalten der Elektromotoren in der Anwendung, beispielsweise in einem Fahrzeug, kommen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Elektromotor zu verbessern. Die Kosten und die Toleranzempfindlichkeit des Elektromotors sollen verringert werden.
Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann eine effizientere Ansteuerung des Elektromotors bewirkt werden. Der Elektromotor kann leistungsfähiger betrieben werden. Die Kosten für den Elektromotor können verringert werden. Die Drehmomentgenauigkeit des Elektromotors kann erhöht werden. Die Toleranzempfindlichkeit des Elektromotors wird verringert.
Der Elektromotor kann in einem Fahrzeug wirksam sein, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug. Auch kann der Elektromotor in einem Hybridmodul in einem Hybridfahrzeug wirksam sein.
Der nominelle Zusammenhang f₀ gibt die nominelle Zielgrösse Wo abhängig von der nominellen Eingangsgrösse l₀ und dem nominellen Parameter P₀ gemäß $ψ_{0} = f_{0} (I_{0}, P_{0})$
an.
Der veränderte Zusammenhang f_c gibt die veränderte Zielgrösse ψ_c abhängig von der nominellen Eingangsgrösse l₀ und dem veränderten Parameter P_c gemäß $ψ_{c} = f_{c} (I_{0}, P_{c})$
an.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein relativer Parameter P' als relative Differenz aus dem veränderten Parameter P_c und dem nominellen Parameter P₀ in Bezug auf den nominellen Parameter P₀ gemäß $P' = \frac{P_{c} - P_{0}}{P_{0}}$
berechnet und das Simulationsmodell wird abhängig von dem relativen Parameter P' angepasst und als angepasstes Simulationsmodell zur Ansteuerung des Elektromotors eingesetzt.
In einer speziellem Ausführung der Erfindung wird eine relative Zielgrösse ψ' abhängig von der nominellen Eingangsgrösse l₀ und dem relativen Parameter P' gemäß folgendem angepassten Zusammenhang $ψ' = f' (I_{0}, P')$
berechnet.
In einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung wird eine angepasste Zielgrösse ψ_a abhängig von der veränderten Zielgrösse und der relativen Zielgrösse berechnet und das Simulationsmodell wird abhängig von der angepassten Zielgrösse ψ_a angepasst und als angepasstes Simulationsmodell zur Ansteuerung des Elektromotors eingesetzt. Alternativ oder zusätzlich kann das Simulationsmodell abhängig von dem angepassten Zusammenhang nach (4) angepasst werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die angepasste Zielgrösse ψ_a gemäß folgendem Zusammenhang $ψ_{a} = \frac{ψ_{c}}{ψ'} + 1$
berechnet.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung erfolgt die Erfassung des veränderten Parameters P_c durch eine Messung. Die Messung kann in einem Prüfstand, bevorzugt vor anwendungsseitiger Inbetriebnahme des Elektromotors, erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist der Elektromotor einen Rotor und einen Stator auf und der Parameter P ist eine Luftspaltbreite, eine Remanenzflussdichte und/oder ein Füllfaktor des Stators.
In einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung ist die Eingangsgrösse ein elektrischer Strom des Elektromotors und/oder die Zielgrösse ein Verkettungsfluss des Elektromotors.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Anpassung der Ansteuerung bei oder nach Fertigung des Elektromotors. Die Anpassung der Ansteuerung kann ausschließlich einmalig vor Inbetriebnahme des Elektromotors erfolgen.
In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist die Differenz zwischen verändertem Parameter P_c und nominellem Parameter P₀ abhängig von der Fertigungstoleranz des Elektromotors.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:

1: Einen Elektromotor in einer speziellen Ausführung der Erfindung.
2: Ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Ansteuerung eines Elektromotors in einer speziellen Ausführung der Erfindung.

1 zeigt einen Elektromotor 12 in einer speziellen Ausführung der Erfindung. Der Elektromotor 12 kann als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) ausgeführt sein und weist abhängig von der Ansteuerung über eine Eingangsgrösse / eine durch wenigstens einen Parameter P des Elektromotors 12 beeinflusste Zielgrösse ψ auf. Die Eingangsgrösse / ist ein elektrischer Strom des Elektromotors 12. Der Elektromotor 12 weist einen Rotor 14 und einen Stator 16 auf und ist hier beispielsweise als Innenläufer ausgeführt. Der elektrische Strom bewirkt in dem Stator 16 einen Verkettungsfluss, der die Zielgrösse ψ bildet. Der Verkettungsfluss kann die Einheit T . m² haben.
Die Zielgrösse ψ hängt dabei von der Eingangsgrösse / über folgenden Zusammenhang ab $ψ= f (I)$
Dieser Zusammenhang wird dabei durch den wenigstens einen Parameter P beeinflusst. Der Parameter P kann eine Luftspaltbreite, eine Remanenzflussdichte und/oder ein Füllfaktor des Stators 16 sein. Der Parameter P kann durch die Fertigungstoleranzen des Elektromotors 12 abweichend von einem nominellen Parameter P₀ sein.
Ein toleranzinvarianter Zusammenhang gibt die nominelle Zielgrösse ψ₀ abhängig von der nominellen Eingangsgrösse l₀ und dem nominellen Parameter P0 wie folgt an $ψ_{0} = f_{0} (I_{0}, P_{0})$
Der nominelle Parameter kann beispielsweise eine Luftspaltbreite von 1 mm, eine Remanenzflussdichte von 1,2 T oder ein Füllfaktor des Stators von 0,97 sein.
Unter Berücksichtigung von Toleranzen, die einen gegenüber dem nominellen Parameter P0 veränderten Parameter P_c bewirken, hängt die veränderte Zielgrösse ψc über folgenden veränderten Zusammenhang von der nominellen Eingangsgrösse l₀ und dem veränderten Parameter P_c ab $ψ_{c} = f_{c} (I_{0}, P_{c})$
Die Differenz zwischen dem verändertem Parameter P_c und dem nominellem Parameter P₀ ist von der Fertigungstoleranz abhängig.
In 2 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens 10 zur Ansteuerung eines Elektromotors in einer speziellen Ausführung der Erfindung dargestellt. Die Ansteuerung des Elektromotors erfolgt, indem zunächst ein Simulationsmodell 18 des Elektromotors erstellt wird, das den toleranzinvarianten nominellen Zusammenhang zwischen der nominellen Zielgrösse wo und der nominellen Eingangsgrösse l₀ abhängig von dem nominellen Parameter P₀ gemäß (7) abbildet.
Vor einer anwendungsseitigen Inbetriebnahme des Elektromotors, beispielsweise in einem Fahrzeug, wird folgendes weitere Verfahren, insbesondere einmalig bei oder nach der Fertigung des Elektromotors durchgeführt. Zunächst wird der toleranzabhängig veränderte Parameter P_c erfasst. Der veränderte Parameter P_c kann beispielsweise in einem Prüfstand gemessen werden. Anschließend wird der von dem veränderten Parameter P_c abhängige veränderte Zusammenhang nach (8) durch den bei angenommener nomineller Eingangsgrösse l₀ eine gegenüber der nominellen Zielgrösse ψ₀ veränderte Zielgrösse ψ_c vorliegt, festgestellt.
Insbesondere wird weiterhin ein relativer Parameter P' als relative Differenz aus dem veränderten Parameter P_c und dem nominellen Parameter P₀ in Bezug auf den nominellen Parameter P₀ gemäß $P' = \frac{P_{c} - P_{0}}{P_{0}}$
berechnet. Weiterhin wird eine relative Zielgrösse ψ' abhängig von der nominellen Eingangsgrösse l₀ und dem relativen Parameter P' gemäß folgendem angepassten Zusammenhang $ψ' = f' (I_{0}, P')$
berechnet und weiterhin eine angepasste Zielgrösse ψ_a abhängig von der veränderten Zielgrösse ψc und der relativen Zielgrösse ψ' nach $ψ_{a} = \frac{ψ_{c}}{ψ'} + 1$
berechnet. Diese angepasste Zielgrösse ψ_a wird in einem angepassten Simulationsmodell 20 zur Ansteuerung des Elektromotors unter Heranziehung des angepassten Zusammenhangs nach (10) eingesetzt. Beispielsweise kann der angepasste Zusammenhang nach (10) und die angepasste Zielgrösse nach (11) in der Steuerungssoftware zur Ansteuerung des Elektromotors berücksichtigt und hinterlegt werden. Dadurch kann eine effizientere Ansteuerung des Elektromotors bewirkt und die Drehmomentgenauigkeit des Elektromotors erhöht werden.
Bezugszeichenliste

10: Verfahren
12: Elektromotor
14: Rotor
16: Stator
18: Simulationsmodell
20: Simulationsmodell
f: Zusammenhang
f': angepasster Zusammenhang
f₀: nomineller Zusammenhang
f_c: veränderter Zusammenhang
I: Eingangsgrösse
I₀: nominelle Eingangsgrösse
P: Parameter
P': relativer Parameter
P₀: nomineller Parameter
P_c: veränderter Parameter
ψ: Zielgrösse
ψ': relative Zielgrösse
ψ₀: nominelle Zielgrösse
ψ_c: veränderte Zielgrösse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015212685 A1 [0002]

Claims

Verfahren (10) zur Ansteuerung eines Elektromotors (12), wobei der Elektromotor (12) abhängig von der Ansteuerung über eine Eingangsgrösse (/) eine durch wenigstens einen Parameter (P) des Elektromotors (12) beeinflusste Zielgrösse (ψ) aufweist und die Ansteuerung erfolgt, indem zunächst ein Simulationsmodell (18) des Elektromotors (12) erstellt wird, das den toleranzinvarianten nominellen Zusammenhang (f₀) zwischen wenigstens einer nominellen Zielgrösse (ψ₀) und einer nominellen Eingangsgrösse (l₀) abhängig von einem nominellen Parameter (P₀) abbildet, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer anwendungsseitigen Inbetriebnahme des Elektromotors (12) der toleranzabhängig veränderte Parameter (P_c) erfasst wird und der davon abhängige veränderte Zusammenhang (f_c), durch den bei angenommener nomineller Eingangsgrösse (l₀) eine gegenüber der nominellen Zielgrösse (ψ₀) veränderte Zielgrösse (ψ_c) vorliegt, festgestellt wird und das Simulationsmodell abhängig von dem veränderten Parameter (P_c) und dem veränderten Zusammenhang (f_c) angepasst und als angepasstes Simulationsmodell (20) zur Ansteuerung des Elektromotors (12) eingesetzt wird.
Verfahren (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein relativer Parameter (P') als relative Differenz aus dem veränderten Parameter (P_c) und dem nominellen Parameter (Po) in Bezug auf den nominellen Parameter (Po) berechnet wird und das Simulationsmodell abhängig von dem relativen Parameter (P') angepasst und als angepasstes Simulationsmodell (20) zur Ansteuerung des Elektromotors eingesetzt wird.
Verfahren (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine relative Zielgrösse (ψ') abhängig von der nominellen Eingangsgrösse (l₀) und dem relativen Parameter (P') berechnet wird.
Verfahren (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine angepasste Zielgrösse (ψ_a) abhängig von der veränderten Zielgrösse (ψ_c) und der relativen Zielgrösse ψ') berechnet wird und das Simulationsmodell abhängig von der angepassten Zielgrösse (ψ_a) angepasst und als angepasstes Simulationsmodell (20) zur Ansteuerung des Elektromotors eingesetzt wird.
Verfahren (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die angepasste Zielgrösse (ψ_a) gemäß $ψ_{a} = \frac{ψ_{c}}{ψ'} + 1$
berechnet wird.
Verfahren (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung des veränderten Parameters (P_c) durch eine Messung erfolgt.
Verfahren (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (12) einen Rotor (14) und einen Stator (16) aufweist und der Parameter (P) eine Luftspaltbreite, eine Remanenzflussdichte und/oder ein Füllfaktor des Stators (16) ist.
Verfahren (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgrösse (/) ein elektrischer Strom des Elektromotors (12) ist und/oder die Zielgrösse (ψ) ein Verkettungsfluss des Elektromotors (12) ist.
Verfahren (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Ansteuerung bei oder nach Fertigung des Elektromotors (12) erfolgt
Verfahren (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen verändertem Parameter (P_c) und nominellem Parameter (P₀) abhängig von der Fertigungstoleranz des Elektromotors (12) ist.