DE102019129509A1

DE102019129509A1 - Aktive steuerung der stromzufuhrdynamik für synchronmotorantriebe

Info

Publication number: DE102019129509A1
Application number: DE102019129509.2A
Authority: DE
Inventors: Prerit Pramod; Jeffrey A. Zuraski
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-05-07
Also published as: US11511630B2; CN111146983A; CN111146983B; US20200189399A1

Abstract

Ein Motorsteuerungssystem ist konfiguriert, um: eine Stromzufuhrgrenze für einen Elektromotor zu bestimmen; eine Stromzufuhr des Elektromotors zu empfangen; einen oder mehrere Motorbefehle zu identifizieren; den einen oder die mehreren Motorbefehle als Reaktion auf eine Feststellung einzustellen, dass die Stromzufuhr größer als die Stromzufuhrgrenze ist; und den Elektromotor selektiv unter Verwendung des einen oder der mehreren eingestellten Motorbefehle zu steuern.

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der am 1. November 2018 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/754,130, die hierin durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Fahrzeuge wie Pkw, Lkw, Sportnutzfahrzeuge, Crossovers, Minivans oder andere geeignete Fahrzeuge beinhalten zunehmend verschiedene Elektromotorantriebe zum Betreiben oder Antreiben verschiedener Merkmale des Fahrzeugs, wie etwa Scheibenwischer, elektrische Fensterheber, Fahrzeugantrieb und so weiter. Die Leistungsverwaltung in einem typischen Elektromotorantrieb erfolgt durch Steuern einer Grenze der Stromzufuhr, die der Elektromotorantrieb aus einer Stromquelle entnimmt. Das Steuern der Stromzufuhrgrenze kann das aktive Vorhersagen einer Versorgungsstromaufnahme für den Elektromotorantrieb für einen gegebenen Betriebszustand und danach das entsprechende Ändern eines Motordrehmoments oder eines Strombefehls des Elektromotorantriebs beinhalten. Eine solche Steuerung des Elektromotorantriebs kann als Vorsteuerung oder modellbasierte Steuerung bezeichnet werden.
Aufgrund der Komplexität eines mathematischen Modells, das zur Beschreibung eines Elektromotorsteuerungssystems verwendet wird, kann dieser Vorsteuerungsansatz oder Ansatz mit modellbasierter Steuerung relativ komplex und daher beim Ausführen für die zugehörigen Rechenressourcen belastend sein, insbesondere in begrenzter Zeit, wie beispielsweise in Echtzeit oder im Wesentlichen in Echtzeit. Darüber hinaus werden mit zunehmender Komplexität solcher elektromotorischer Antriebe dynamische Eigenschaften bei solchen Ansätzen typischerweise ignoriert, was zum Teil auf die zunehmende Komplexität zurückzuführen ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf die aktive Regelung der Stromzufuhrdynamik für synchrone Motorantriebe mit geschlossenem Regelkreis.
Ein Aspekt der offenbarten Ausführungsformen beinhakltet ein Motorsteuerungssystem. Das Motorsteuerungssystem beinhaltet einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher enthält Anweisungen, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen: eine Stromzufuhrgrenze für einen Elektromotor zu bestimmen; eine Stromzufuhr des Elektromotors zu empfangen; einen oder mehrere Motorbefehle zu identifizieren; den einen oder die mehreren Motorbefehle als Reaktion auf eine Feststellung einzustellen, dass die Stromzufuhr größer als die Stromzufuhrgrenze ist; und den Elektromotor selektiv unter Verwendung des einen oder der mehreren eingestellten Motorbefehle zu steuern.
Ein weiterer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren zur Motorsteuerung. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen einer Stromzufuhrgrenze für einen Elektromotor. Das Verfahren beinhaltet auch das Empfangen einer Stromzufuhr des Elektromotors. Das Verfahren beinhaltet auch das Identifizieren eines oder mehrerer Motorbefehle. Das Verfahren beinhaltet auch das Einstellen des einen oder der mehreren Motorbefehle basierend auf der Stromzufuhr und der Stromzufuhrgrenze. Das Verfahren beinhaltet auch das selektive Steuern des Elektromotors unter Verwendung des einen oder der mehreren eingestellten Motorbefehle.
Ein weiterer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen beinhaltet ein Lenksystem. Das Lenksystem beinhaltet einen Synchronmotorantrieb, einen Prozessor und einen Speicher. Der Synchronmotorantrieb ist einem Fahrzeug zugeordnet. Der Prozessor ist in Kommunikation mit dem Synchronmotorantrieb und ist konfiguriert, um den Synchronantrieb selektiv zu steuern. Der Speicher beinhaltet Anweisungen, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen: eine Stromzufuhrgrenze für den Synchronmotorantrieb zu bestimmen; eine Stromzufuhr des Synchronmotorantriebs zu empfangen; aktiv eine Drehmomentgrenze basierend auf der Stromzufuhrgrenze als Reaktion auf eine Feststellung zu erzeugen, dass die Stromzufuhr größer als die Stromzufuhrgrenze ist; und selektiv den Synchronmotorantrieb unter Verwendung der Drehmomentgrenze zu steuern.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser ersichtlich.
Figurenliste
Die Offenbarung lässt sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verstehen, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass nach gängiger Praxis die verschiedenen Merkmale der Zeichnungen nicht maßstabsgetreu sind. Im Gegenteil, die Dimensionen der verschiedenen Merkmale werden aus Gründen der Übersichtlichkeit beliebig vergrößert oder verkleinert.

1 veranschaulicht im Allgemeinen ein exemplarisches Lenksystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
2 veranschaulicht im Allgemeinen ein Blockdiagramm eines exemplarischen Regelkreises für ein aktives Energiemanagement gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht im Allgemeinen eine Stromzufuhrregelstruktur mit einem Drehmomentbefehl als Steuersignal gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
4 veranschaulicht im Allgemeinen einen exemplarischen Prozessor gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Motorsteuerverfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Erörterung bezieht sich auf verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung. Obwohl eine oder mehrere dieser Ausführungsformen bevorzugt sein können, sollten die offenbarten Ausführungsformen nicht so ausgelegt oder anderweitig verwendet werden, dass sie den Umfang der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, einschränken. Darüber hinaus wird der Fachmann verstehen, dass die folgende Beschreibung eine breite Anwendung hat, und die Erörterung einer Ausführungsform soll nur exemplarisch für diese Ausführungsform sein und nicht andeuten, dass der Umfang der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Wie beschrieben, beinhalten Fahrzeuge, wie Pkw, Lkw, Sportnutzfahrzeuge, Crossovers, Minivans oder andere geeignete Fahrzeuge zunehmend verschiedene Elektromotorantriebe zum Bedienen oder Antreiben verschiedener Merkmale des Fahrzeugs, einschließlich Scheibenwischer, elektrische Fensterheber, Fahrzeugantrieb und so weiter. Die Energieverwaltung in einem typischen Elektromotorantrieb erfolgt durch Steuern einer Grenze für die Stromzufuhr, die der Elektromotorantrieb aus einer Stromquelle entnimmt. Das Steuern der Stromzufuhrgrenze kann das aktive Vorhersagen einer Stromzufuhraufnahme für den Elektromotorantrieb für einen gegebenen Betriebszustand und danach das entsprechende Ändern eines Motordrehmoments oder eines Strombefehls des Elektromotorantriebs beinhalten. Eine solche Steuerung des Elektromotorantriebs kann als Vorsteuerung oder modellbasierte Steuerung bezeichnet werden.
Aufgrund der Komplexität eines mathematischen Modells, das zur Beschreibung eines Elektromotorsteuerungssystems verwendet wird, kann dieser Vorsteuerungsansatz oder Ansatz mit modellbasierte Steuerung relativ komplex und daher beim Ausführen für die zugehörigen Rechenressourcen belastend sein, insbesondere in begrenzter Zeit, wie beispielsweise in Echtzeit oder im Wesentlichen in Echtzeit. Darüber hinaus werden bei zunehmender Komplexität solcher elektromotorischer Antriebe dynamische Eigenschaften bei solchen Ansätzen typischerweise ignoriert, was zum Teil auf die zunehmende Komplexität zurückzuführen ist. Zusätzlich zu diesen technischen Herausforderungen fehlt dem Vorsteuerungsansatz und dem Ansatz mit modellbasierter Steuerung die Empfindlichkeit bei Parameterschätzfehlern (z.B. manchmal auch als Modellierungsunsicherheit bezeichnet).
Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, veranschaulicht 1 im Allgemeinen ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) 40 nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Das EPS-System 40 beinhaltet einen Lenkmechanismus 36. Der Lenkmechanismus 36 kann ein Zahnstangensystem beinhalten. Der Lenkmechanismus 36 kann eine in einem Gehäuse 50 angeordnete mit Zähnen versehene Zahnstange und ein im Allgemeinen unter einem Getriebegehäuse 52 angeordnetes Ritzel beinhalten.
Das EPS-System 40 beinhaltet eine Bedienereingabe 26. Die Bedienereingabe 26 kann ein Lenkrad, wie beispielsweise ein Handrad und ähnliches, oder eine andere geeignete Eingabe beinhalten. Wenn die Bedienereingabe 26, im Folgenden als Lenkrad 26 bezeichnet, gedreht (z.B. eingeschlagen) wird, dreht sich eine obere Lenkwelle 29 (z.B. wird eingeschlagen) und eine untere Lenkwelle 51, die über ein Kreuzgelenk 34 mit der oberen Lenkwelle 29 verbunden oder in mechanischer Verbindung mit dieser steht, dreht das Ritzel (z.B. schlägt es ein). Durch die Drehung des Ritzels bewegt sich die Zahnstange, wodurch veranlasst wird, dass sich eine oder mehrere Spurstangen 38 bewegen. Durch die Bewegung der Zahnstange wird eine Bewegung der Lenkungsachsschenkel 39 veranlasst, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 dreht (z.B. einschlägt).
In einigen Ausführungsformen wird Unterstützung durch die elektrische Servolenkung durch eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die im Allgemeinen durch Bezugszeichen 24 bezeichnet ist. Die Steuervorrichtung 24 beinhaltet eine Steuerung 16 und eine elektrische Maschine 46. Die elektrische Maschine 46 kann einen Permanentmagnet-Synchronmotor oder eine andere geeignete elektrische Maschine beinhalten. Die elektrische Maschine 46 wird im Folgenden als Motor 46 bezeichnet.
In einigen Ausführungsformen kann eine Fahrzeugstromzufuhr 10 konfiguriert sein, um die Steuerung 16 mit Strom (z.B. mit elektrischer Energie oder einer anderen geeigneten Energie) zu versorgen. So kann beispielsweise die Fahrzeugstromversorgung 10 über eine Leitung 12 mit der Steuerung 16 verbunden sein. Die Fahrzeugstromversorgung 10 kann die Steuerung 16 über die Leitung 12 mit elektrischer Energie versorgen.
In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 16 ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14 empfangen. So kann beispielsweise ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17 konfiguriert sein, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs zu erfassen oder zu messen. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17 kann das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14 erzeugen und/oder an die Steuerung 16 übermitteln.
In einigen Ausführungsformen kann ein Positionssensor 32 konfiguriert sein, um einen Lenkwinkel zu messen oder zu erfassen. Der Positionssensor 32 kann einen Sensor mit optischer Codierung, einen Sensor mit variablem Widerstand oder einen anderen geeigneten Typ von Positionssensor beinhalten. Der Positionssensor 32 kann ein Positionssignal 20 erzeugen und/oder an die Steuerung 16 übermitteln. Das Positionssignal 20 kann repräsentativ für den Lenkwinkel sein.
In einigen Ausführungsformen kann eine Motordrehzahl mit einem Drehzahlmesser oder einer anderen Vorrichtung gemessen werden. Der Drehzahlmesser kann ein Motordrehzahlsignal 21 an die Steuerung 16 übermitteln. Das Motordrehzahlsignal 21 kann repräsentativ für die Motordrehzahl sein. Eine Motordrehzahl (ω_m) kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus bestimmt werden. So kann beispielsweise die Motordrehzahl ω_m als Änderung einer Motorposition θ, die vom Positionssensor 32 gemessen wird, über einen vorbestimmten Zeitraum berechnet werden. Die Motordrehzahl ω_m kann als Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung bestimmt werden: $ω_{m} = Δθ/Δ t$
Dabei ist Δt eine Abtastzeit und Δθ eine Positionsänderung während der Abtastzeit. Zusätzlich oder alternativ kann die Motordrehzahl aus der Motorposition als Zeitrate der Positionsänderung abgeleitet werden. Es ist festzustellen, dass es zahlreiche bekannte Methoden gibt, um die Funktion einer Ableitung auszuführen.
Wenn das Lenkrad 26 gedreht (z.B. eingeschlagen) wird, erfasst der Drehmomentsensor 28 ein von einem Fahrzeugführer auf das Lenkrad 26 aufgebrachtes Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab und einen variablen Widerstandssensor beinhalten, der ein variables Drehmomentsignal 18 an die Steuerung 16 in Bezug auf den Betrag der axialen Drehung ausgibt, der auf den Torsionsstab aufgebracht wird. Es ist zu verstehen, dass, obwohl hierin nur begrenzte Beispiele aufgeführt sind, der Drehmomentsensor 28 jedes geeignete Drehmomentsensorgerät beinhalten kann, das mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird. Als Reaktion auf die verschiedenen Eingaben erzeugt die Steuerung 16 einen Befehl 22 und übermittelt diesen an den Elektromotor 46. Der Elektromotor 46 kann konfiguriert sein, um für das Lenksystem durch eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 Drehmomentunterstützung bereitzustellen, die der Fahrzeuglenkung Drehmomentunterstützung bieten kann.
Es ist zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen zwar mit Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkungsanwendungen beschrieben sind, es jedoch zu beachten ist, dass diese Bezugnahmen nur veranschaulichend sind und die offenbarten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, die einen Elektromotor verwendet, z.B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber hinaus können die hierin enthaltenen Referenzen und Beschreibungen für viele Formen von Parametersensoren gelten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Drehzahl und dergleichen. Außerdem ist zu verstehen, dass, wenn hierin auf elektrische Maschinen Bezug genommen wird, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Motoren, im Folgenden, aus Gründen der Kürze und Einfachheit, ohne Einschränkung nur auf Motoren Bezug genommen wird.
In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 16 Drehmoment, Position, Drehzahl und dergleichen verwenden, um einen oder mehrere Befehle zu erzeugen, um die gewünschte Ausgangsleistung der elektrischen Maschine 46 zu liefern. So kann beispielsweise die Steuerung 16 mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems in Verbindung stehen. Die Steuerung 16 kann von jedem der Sensoren verschiedene Signale empfangen. Die Steuerung 16 kann konfiguriert sein, um quantifizierte Informationen zu den empfangenen Signalen zu erhalten. Die Steuerung 16 kann als Reaktion auf die quantifizierten Informationen ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale bereitstellen. So kann beispielsweise die Steuerung 16 dem Motor 46 einen oder mehrere Ausgangsbefehle zur Verfügung stellen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung 16 konfiguriert, um aus einem Umrichter eine oder mehrere entsprechende Spannungen zu entwickeln. In einigen Ausführungsformen kann der Umrichter in die Steuerung 16 integriert sein, so dass beim Anlegen auf den Motor 46 ein gewünschtes Drehmoment oder eine gewünschte Position erzeugt wird.
In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 16 konfiguriert sein, um in einem Steuerungsmodus mit Rückkopplung (z.B. als Stromregler) zu arbeiten und den Befehl 22 zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 16 konfiguriert sein, um in einem Vorsteuerungsmodus zu arbeiten, um den Befehl 22 zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann der Befehl 22 (z.B. durch die Steuerung 16) wie beschrieben basierend auf der Position und/oder Drehzahl des Motors 46 und/oder dem gewünschten Drehmoment bestimmt werden (z.B. weil sich die dem Befehl 22 zugeordneten Spannungen auf die Position und Drehzahl des Motors 46 und das gewünschte Drehmoment beziehen). So kann beispielsweise die Steuerung 16 die Position und/oder Drehzahl des Rotors und das von einem Fahrzeugführer aufgebrachte Drehmoment bestimmen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Positionsgeber mit einer Lenkwelle 51 verbunden sein. Der Positionsgeber kann konfiguriert sein, um eine Winkelposition θ zu erfassen. Der Positionsgeber kann eine Drehposition basierend auf optischer Erkennung, Magnetfeldschwankungen, anderen Methoden oder einer Kombination davon erfassen. Typische Positionssensoren beinhalten Potentiometer, Resolver, Synchros, Geber und dergleichen sowie Kombinationen, die mindestens eines der vorgenannten umfassen. Der Positionsgeber gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit die des Motors 46 anzeigt.
Die Steuerung 16 kann konfiguriert sein, um das gewünschte Drehmoment unter Verwendung eines oder mehrerer Drehmomentsensoren 28 zu bestimmen, die Drehmomentsignale 18 übertragen, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. In einigen Ausführungsformen kann ein solcher Drehmomentsensor 28 daraus ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 erzeugen und auf eine Vorrichtung mit einem nachgiebigen Drehstab, T-Stab, mit einer Feder oder einer ähnlichen Vorrichtung reagieren, die konfiguriert ist, um eine Reaktion bereitzustellen, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Temperatursensoren 23 an dem oder in der Nähe des Motors 46 angeordnet sein. Der Temperatursensor 23 kann konfiguriert sein, um eine Temperatur eines Sensorabschnitts des Motors 46 direkt oder indirekt zu messen. Der Temperatursensor 23 ist konfiguriert, um ein Temperatursignal 25 an die Steuerung 16 zu übermitteln (z.B. um die hier beschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen). Der eine oder die mehreren Temperatursensoren 23 können Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate, andere geeignete Sensoren oder eine Kombination daraus beinhalten. Der eine oder die mehreren Temperatursensoren 23 können bei geeigneter Anordnung an dem oder in der Nähe des Motors 46 ein kalibrierbares Signal proportional zu einer bestimmten Temperatur liefern.
Das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und unter anderem ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 werden wie beschrieben an die Steuerung 16 übermittelt. Die Steuerung 16 verwendet alle Eingangssignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, was zu einem Rotorpositionswert, einem Motordrehzahlwert und einem Drehmomentwert führt (die z.B. wie hier beschrieben verwendet werden können). Die verschiedenen Messsignale, wie sie hierin beschrieben sind, können linearisiert, kompensiert und gefiltert werden (z.B. durch die Steuerung 16 oder eine andere geeignete Vorrichtung), um die Eigenschaften zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften der verschiedenen von der Steuerung 16 empfangenen Signale zu beseitigen. So können beispielsweise die verschiedenen Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern oder um einen großen Dynamikbereich des Signals zu erreichen. Zusätzlich oder alternativ kann eine frequenz- oder zeitabhängige Kompensation und Filterung verwendet werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Um die beschriebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung sowie die damit verbundenen Berechnungen (z.B. die Identifizierung von Motorparametern, Regelalgorithmen und dergleichen) durchzuführen, kann die Steuerung 16 ohne Einschränkung einen oder mehrere Prozessoren, einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere digitale Signalprozessoren (DSP), Arbeitsspeicher, Massenspeicher, ein oder mehrere Register, Zeitgeber, einen oder mehrere Interrupts, eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen, eine oder mehrere Ein-/Ausgangssignal-Schnittstellen und dergleichen oder eine Kombination derselben beinhalten. So kann die Steuerung 16 beispielsweise eine Eingangssignalverarbeitung und -filterung beinhalten, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder Erfassung solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen. Zusätzliche Merkmale der Steuerung 16 und bestimmte Prozesse darin werden hierin ausführlich erläutert.
In einigen Ausführungsformen ermöglichen die hierin beschriebenen technischen Lösungen einen Regelungs- oder Rückkopplungsansatz zur Begrenzung des Zufuhrstroms (z.B. Energiemanagement). Es ist zu verstehen, dass, obwohl die technischen Lösungen hierin unter Verwendung von Ausführungsformen eines Lenksystems beschrieben werden, die technischen Lösungen auf jedes andere Motorsteuerungssystem anwendbar sind, das in einer anderen Anwendung verwendet wird, wie beispielsweise Motorpumpen, Industrieriemen und verschiedene derartige Anwendungen.
Wie hierin beschrieben, wird das Energiemanagement in Elektromotorantrieben typischerweise durch Steuern der Grenze für die Stromzufuhr durchgeführt, die das System einer Stromquelle entnimmt. Diese Steuerung (z.B. manchmal auch als Begrenzung bezeichnet) wird durchgeführt, indem aktiv eine Stromzufuhraufnahme für den Motorantrieb für einen gegebenen Betriebszustand vorhergesagt wird und anschließend ein Motordrehmoment oder ein oder mehrere Strombefehle des Motorantriebs entsprechend geändert werden. Aufgrund der Komplexität eines mathematischen Modells, das zur Beschreibung eines Elektromotorsteuerungssystems verwendet wird, kann dieser Vorsteuerungsansatz oder Ansatz mit modellbasierte Steuerung relativ komplex und daher für zugehörige Rechenressourcen belastend sein, insbesondere bei Ausführung in begrenzter Zeit, wie beispielsweise in Echtzeit oder im Wesentlichen in Echtzeit. Darüber hinaus werden bei weiterhin zunehmender Komplexität solcher Elektromotoriantriebe dynamische Eigenschaften bei solchen Ansätzen typischerweise ignoriert, was zum Teil auf die zunehmende Komplexität zurückzuführen ist. Zusätzlich zu diesen technischen Herausforderungen fehlt dem Vorsteuerungsansatz und dem Ansatz mit modellbasierter Steuerung die Empfindlichkeit bei Parameterschätzfehlern (z.B. manchmal auch als Modellierungsunsicherheit bezeichnet).
Die hierin beschriebenen technischen Lösungen sprechen auf die hierin beschriebenen technischen Herausforderungen an. In einigen Ausführungsformen wird eine Messung des Zufuhrstroms verwendet, um die Begrenzung aktiv durchzuführen. Diese Messung kann von einem direkten Sensor oder einem Beobachter, der das Signal unter Verwendung des Modells der Energiezufuhrschaltung des Antriebssystems rekonstruiert, erfasst oder gemessen werden. Es ist zu verstehen, dass es sich hierbei nicht um ein typisches geschlossenes Regelsystem handelt, das ein Regelungs- oder Nachführungsproblem verwendet, sondern um einen bedingten Regler. Darüber hinaus verbessern die hierin beschriebenen technischen Lösungen gemäß einigen Ausführungsformen die Abstimmbarkeit und Implementierung des bedingten Reglers für die gemeinsame Begrenzung von Zufuhr- und Rückspeisestrom.
Die aktive Regelung des Stroms oder der Energie der Stromzufuhr mittels Rückführung ist kein Nachführungsregelungsproblem, sondern ein Anti-Windup-Problem. Wie allgemein in 2 dargestellt, wird für die Zwecke der vorliegenden Diskussion davon ausgegangen, dass die Dynamik der Motordrehmomentregelung in dem linearen Betriebsbereich liegt. Die hierin beschriebenen technischen Lösungen sind jedoch unter allen Betriebsbedingungen anwendbar, wie der Fachmann leicht erkennt.
Die Dynamik der Drehmomentregelung kann vereinfacht werden (wie noch beschrieben wird), was es ermöglichen kann, alle Elektromotorantriebe (z.B. für bürstenbehaftete Gleichstrommotoren, Synchronmotoren usw.) unabhängig davon zu berücksichtigen, wie die Drehmomentregelung erreicht wird. Anschließend wird der „Regler“ so implementiert, dass er aktiv eine Drehmomentbegrenzung Tl erzeugt, die den Basisdrehmomentbefehl begrenzt. Es ist zu beachten, dass hier nur positive Zufuhrströme und -drehmomente berücksichtigt werden, jedoch ist eine Erweiterung der hierin beschriebenen technischen Lösungen, die mit der negativen Seite betrieben werden kann, unkompliziert. Wenn der Basisdrehmomentbefehl die Grenze überschreitet, wird der Drehmoment-Sättigungsblock aktiv. Wenn die Stromzufuhrgrenze Is* größer ist als der gemessene oder geschätzte Zufuhrstrom Is, ist der Stromzufuhrreglerblock inaktiv und wird nur aktiviert, wenn letzterer ersteren überschreitet.
Wenn sowohl der Drehmomentblock als auch der Stromzufuhrblock aktiv sind, kann das Blockdiagramm des geschlossenen Regelkreises gezeichnet werden, wie in 3 allgemein dargestellt. Da die Grenzen aktiv sind, können die Blockgleichungen wie folgt beschrieben werden: $T_{l} = L_{s c} I_{s f}^{*} - L_{s m} I_{s}$
$T_{f}^{*} = T_{l}$
$T_{e} = H_{e} T_{f}^{*}$
$I_{s} = C_{d} V_{d} + C_{e} T_{e}$
Wie man sieht, arbeitet der Regelkreis unter den Grenzbedingungen linear. Diese Gleichungen können zu den folgenden Gleichungen im geschlossenen Regelkreis führen. $\begin{matrix} I_{s} = C_{d} V_{d} + C_{e} T_{e} \\ = C_{d} V_{d} + C_{e} H_{e} T_{f}^{*} \\ = C_{d} V_{d} + C_{e} H_{e} T_{l} \\ = C_{d} V_{d} + C_{e} H_{e} (L_{s c} I_{s f}^{*} - L_{s m} I_{s}) \\ (1 + C_{e} H_{e} L_{s m}) I_{s} = C_{d} V_{d} + C_{e} H_{e} L_{s c} I_{s f}^{*} \end{matrix}$
Dementsprechend wird in diesem Fall die Übertragungsfunktion des geschlossenen Regelkreises zu: $M_{n} = \frac{I_{s}}{I_{s f}^{*}} = \frac{C_{e} H_{e} L_{s c}}{1 + C_{e} H_{e} L_{s m}}$
Obwohl ein Integrierer innerhalb des Stromzufuhrreglerblocks verwendet werden kann, um Schrittbefehle nachzuführen, kann die folgende Reglerstruktur verwendet werden, um die hierin beschriebenen technischen Herausforderungen zu bewältigen. $L_{s c} = L_{s m} = \frac{K_{i}}{s}$
Der obige Regler arbeitet optimal, wenn der Regelkreis linear arbeitet. Darüber hinaus ermöglicht die analytische Behandlung des Reglerentwurfs das geeignete Entwerfen und Abstimmen des Reglers. Eine technische Herausforderung stellt sich jedoch, wenn der lineare Betrieb der obigen Steuerung endet. Beispielsweise ist zu beachten, dass die Drehmomentbegrenzung nicht aktiv ist, obwohl die Stromzufuhrbegrenzung aktiv ist. In diesem Fall kann der Ausgang des Stromzufuhrreglers vollständig ignoriert werden, was zu einer unerwünschten Regler-Windup-Situation führt, so dass ein Anti-Windup-Regler für diese Situation erforderlich ist. Als nächstes ist die Situation zu betrachten, in der der Zufuhrstrom unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt. In dieser Situation ist der Reglerausgang unendlich (d.h. der Basisdrehmomentbefehl wird überhaupt nicht begrenzt). Auch hier ist das Integrierer-Windup bei Bedarf durch geeignete Steuerblöcke zu vermeiden. Wenn der Fehler jedoch einfach auf Null gesetzt wird, ist der Integrierer unter dieser Bedingung nicht in der Lage, den wahren Eingang und damit den Ausgang auf stationäre Werte zu überführen. Im einfachsten Fall kann der Fehler unbegrenzt bleiben. In diesem Fall können die Übertragungsfunktionen des geschlossenen Regelkreises wie folgt beschrieben werden: $T_{l} = L_{s} (I_{s f}^{*} - I_{s}) - K_{t a} (T_{f}^{*} - T_{l})$
$I_{s} = C_{d} V_{d} + C_{e} H_{e} T_{f}^{*}$
$T_{f}^{*} = {(C_{e} H_{e})}^{- 1} (I_{s} - C_{d} V_{d})$
$T_{f}^{*} - T_{l} = \frac{1}{C_{e} H_{e}} I_{s} - \frac{C_{d}}{C_{e} H_{e}} V_{d} - L_{s} (I_{s f}^{*} - I_{s}) - K_{t a} (T_{f}^{*} - T_{l})$
$(1 + K_{t a}) (T_{f}^{*} - T_{l}) = (\frac{1}{C_{e} H_{e}} + L_{s}) I_{s} - \frac{C_{d}}{C_{e} H_{e}} V_{d} - L_{s} I_{s f}^{*}$
$I_{s} = \frac{C_{e} H_{e} L_{s}}{1 + C_{e} H_{e} L_{s}} I_{s f}^{*} + \frac{C_{d}}{1 + C_{e} H_{e} L_{s}} V_{d} + \frac{C_{e} H_{e} (1 + K_{t a})}{1 + C_{e} H_{e} L_{s}} (T_{f}^{*} - T_{i})$
Einige der hierin offenbarten Ausführungsformen können eine weitere Anti-Windup-Rückmeldung von einem Sättigungsblock am Ausgang des Integrierers beinhalten, der die Ausgabe auf den unbegrenzten Drehmomentbefehl Tc regelt. In diesem Fall können die neuen Gleichungen wie folgt geschrieben werden, $T_{l} = L_{s} (I_{s f}^{*} - I_{s}) - K_{t a} (T_{f}^{*} - T_{l}) - K_{i a} (T_{l} - T_{l}^{'})$
Dies verleiht dem Regler zusätzliche Flexibilität und dynamische Abstimmbarkeit zum Zwecke der Regelung.
Es ist zu beachten, dass die vorstehende Beschreibung zwar für den Fall bereitgestellt ist, dass das Steuersignal als Drehmomentbefehl betrachtet wird, dass aber auch andere Ausführungsformen, bei denen das Steuersignal als Motorstrom- oder -spannungsbefehl gewählt wird, entworfen werden können. Weiterhin gibt es keine Einschränkung der Form des Steuersignals, d.h. das Steuersignal ist nicht auf eine Drehmoment-, Strom- oder Spannungsgrenze beschränkt und kann stattdessen ein Skalierungsfaktor (z.B.) für den Motorstrombefehl sein, der weiter auf Null bis Eins begrenzt ist. Auf diese Weise wird der Ausgang des Stromzufuhrreglers zu einem Skalar zwischen Null und Eins, der den Strombefehl reduziert, wenn der Iststrom über der Stromgrenze liegt.
Die hierin beschriebenen technischen Lösungen ermöglichen die Begrenzung der Stromzufuhr oder der Leistungsaufnahme durch Modifizierung des Motordrehmoments oder der Motorströme unter Verwendung einer Messung oder Schätzung der Stromzufuhr (die Schätzung ist eine Schätzung im geschlossenen Regelkreis) und der Begrenzung der Stromzufuhr oder der Leistungsaufnahme.
4 veranschaulicht im Allgemeinen eine Kommunikationsvorrichtung 200 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Die Kommunikationsvorrichtung 200 kann einen Computer beinhalten, wie beispielsweise einen Server, einen Laptop-Computer, einen Tablet-Computer, ein Telefon und dergleichen. Die Kommunikationsvorrichtung 200 kann als eine oder mehrere der in 3 allgemein dargestellten Vorrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise die Benutzervorrichtungen 110, die Datenkorrekturvorrichtung 120, die Datenerfassungsvorrichtung 130 oder eine Kombination derselben.
Die Kommunikationsvorrichtung 200 beinhaltet unter anderem einen Prozessor 205, einen mit einem Speichercontroller 215 gekoppelten Speicher 210 und eine oder mehrere Eingabevorrichtungen 245 und/oder Ausgabevorrichtungen 240, wie beispielsweise Peripherie- oder Steuervorrichtungen, die über einen lokalen I/O-Controller 235 kommunikativ gekoppelt sind. Diese Vorrichtungen 240 und 245 können beispielsweise Batteriesensoren, Positionssensoren (Höhenmesser, Beschleunigungssensor, GPS), Anzeige-/Identifizierungsleuchten und dergleichen beinhalten. Eingabevorrichtungen wie eine herkömmliche Tastatur 250 und eine Maus 255 können mit dem I/O- Controller 235 gekoppelt sein. Der I/O- Controller 235 kann beispielsweise ein oder mehrere Busse oder andere drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen sein, wie sie in der Technik bekannt sind. Der I/O-Controller 235 kann zusätzliche Elemente aufweisen, die zur Vereinfachung weggelassen werden, wie z.B. Controller, Puffer (Caches), Treiber, Repeater und Empfänger, um die Kommunikation zu ermöglichen.
Die I/O-Vorrichtungen 240, 245 können ferner Vorrichtungen beinhalten, die sowohl Ein- als auch Ausgänge kommunizieren, zum Beispiel Platten- und Bandspeicher, eine Netzwerkschnittstellenkarte (NIC) oder einen Modulator/Demodulator (zum Zugriff auf andere Dateien, Vorrichtungen, Systeme oder ein Netzwerk), einen Hochfrequenz- (RF) oder einen anderen Sender/Empfänger, eine Telefonschnittstelle, eine Brücke, einen Router und dergleichen.
Der Prozessor 205 beinhaltet eine Hardwarevorrichtung zum Ausführen von Hardware- oder Softwarebefehlen, insbesondere der im Arbeitsspeicher 210 gespeicherten. Der Prozessor 205 kann ein kundenspezifischer oder kommerziell verfügbarer Prozessor, eine Zentraleinheit (CPU), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren, die der Kommunikationsvorrichtung 200 zugeordnet sind, ein halbleiterbasierter Mikroprozessor (in Form eines Mikrochips oder Chipsatzes), ein Makroprozessor oder eine andere Vorrichtung zur Ausführung von Anweisungen sein. Der Prozessor 205 beinhaltet einen Cache 270, der unter anderem einen Befehlscache zur Beschleunigung des Abrufs ausführbarer Anweisungen, einen Datencache zur Beschleunigung des Abrufens und Speicherns von Daten und einen Translation Lookaside Buffer (TLB) zur Beschleunigung der Adressübersetzung von virtuell zu physikalisch sowohl für ausführbare Anweisungen als auch für Daten beinhalten kann. Der Cache 270 kann als eine Hierarchie von mehreren Cache-Ebenen (L1, L2 usw.) organisiert sein.
Der Arbeitsspeicher 210 kann ein oder mehrere flüchtige Speicherelemente (z.B. Direktzugriffsspeicher, RAM, wie DRAM, SRAM, SDRAM) und nichtflüchtige Speicherelemente (z.B. ROM, löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), elektronisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM), programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM), Bänder, Compact-Disc-Lese-Speicher (CD-ROM), Platten, Disketten, Steckmodule, Kassetten oder dergleichen) beinhalten. Darüber hinaus kann der Arbeitsspeicher 210 elektronische, magnetische, optische oder andere Arten von Speichermedien beinhalten. Es ist zu beachten, dass der Arbeitsspeicher 210 eine verteilte Architektur aufweisen kann, bei der verschiedene Komponenten entfernt voneinander angeordnet sind, aber vom Prozessor 205 darauf zugegriffen werden kann.
Die Anweisungen im Arbeitsspeicher 210 können ein oder mehrere separate Programme beinhalten, von denen jedes eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zur Implementierung logischer Funktionen umfasst. Im Beispiel von 2 beinhalten die Anweisungen im Arbeitsspeicher 210 ein geeignetes Betriebssystem (OS) 211. Das Betriebssystem 211 kann im Wesentlichen die Ausführung anderer Computerprogramme steuern und bietet Ablaufplanung, Eingabe-Ausgabe-Steuerung, Datei- und Datenverwaltung, Speicherverwaltung, Kommunikationssteuerung und zugehörige Dienste.
Zusätzliche Daten, die beispielsweise Anweisungen für den Prozessor 205 oder andere abrufbare Informationen beinhalten, können im Massenspeicher 220 gespeichert werden, der eine Speichervorrichtung wie ein Festplattenlaufwerk oder ein Solid State Drive sein kann. Die im Arbeitsspeicher 210 oder im Massenspeicher 220 gespeicherten Anweisungen können diejenigen beinhalten, die es dem Prozessor ermöglichen, einen oder mehrere Aspekte der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren auszuführen.
Die Kommunikationsvorrichtung 200 kann ferner einen Anzeigecontroller 225 beinhalten, der mit einer Benutzerschnittstelle oder Anzeige 230 gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen kann die Anzeige 230 ein LCD-Bildschirm sein. In weiteren Ausführungsformen kann die Anzeige 230 eine Vielzahl von LED-Statusleuchten beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Kommunikationsvorrichtung 200 ferner eine Netzwerkschnittstelle 260 zur Kopplung an ein Netzwerk 265 beinhalten. Das Netzwerk 265 kann ein IPbasiertes Netzwerk zur Kommunikation zwischen der Kommunikationsvorrichtung 200 und einem externen Server, Client und dergleichen über eine Breitbandverbindung sein. In einer Ausführungsform kann das Netzwerk 265 ein Satellitennetzwerk sein. Das Netzwerk 265 sendet und empfängt Daten zwischen der Kommunikationsvorrichtung 200 und externen Systemen. In einigen Ausführungsformen kann das Netzwerk 265 ein verwaltetes IP-Netzwerk sein, das von einem Dienstanbieter verwaltet wird. Das Netzwerk 265 kann drahtlos implementiert sein, beispielsweise unter Verwendung von drahtlosen Protokollen und Technologien wie WiFi, WiMax, Satellit oder anderen. Das Netzwerk 265 kann auch ein paketvermitteltes Netzwerk sein, wie beispielsweise ein lokales Netzwerk, ein Weitbereichsnetzwerk, ein Metropolitan Area Network, das Internet oder eine andere ähnliche Art von Netzwerkumgebung. Das Netzwerk 265 kann ein festes drahtloses Netzwerk, ein drahtloses lokales Netzwerk (LAN), ein drahtloses Weitvbereichsnetzwerk (WAN), ein persönliches Netzwerk (PAN), ein virtuelles privates Netzwerk (VPN), ein Intranet oder ein anderes geeignetes Netzwerksystem sein und kann Geräte zum Empfangen und Senden von Signalen beinhalten.
In einigen Ausführungsformen können die Kommunikationsvorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 die hierin beschriebenen Verfahren durchführen. Die hierin beschriebenen Verfahren, die von der Kommunikationsvorrichtung 200 und/oder der Steuerung 16 durchgeführt werden, sind jedoch nicht als einschränkend zu verstehen, und jede Art von Software, die auf einer Steuerung ausgeführt wird, kann die hierin beschriebenen Verfahren durchführen, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. So kann beispielsweise ein Prozessor, der Software innerhalb einer Rechenvorrichtung ausführt, die hierin beschriebenen Verfahren durchführen.
5 ist ein Flussdiagramm, das im Allgemeinen ein Motorsteuerverfahren 500 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Bei 502 bestimmt das Verfahren 500 eine Stromzufuhrgrenze. So können beispielsweise die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 eine Stromzufuhrgrenze für einen Elektromotor bestimmen. Bei 504 empfängt das Verfahren 500 eine Stromzufuhr. So können beispielsweise die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 eine Stromzufuhr des Elektromotors empfangen. In einigen Ausführungsformen kann die Stromzufuhr eine gemessene Stromzufuhr beinhalten und sie kann von einem Sensor empfangen werden, der konfiguriert ist, um eine Stromzufuhr des Elektromotors zu messen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Stromzufuhr eine geschätzte Stromzufuhr und sie wird von einem Beobachter empfangen, der die Stromzufuhr unter Verwendung eines Modells einer Energiezufuhrschaltung schätzt, die konfiguriert ist, um den Elektromotor mit Energie zu versorgen. Bei 506 identifiziert das Verfahren 500 einen oder mehrere Motorbefehle. So können beispielsweise die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 einen oder mehrere Motorbefehle identifizieren. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der eine oder beinhalten die mehreren Motorbefehle einen oder mehrere Drehmomentbefehle für den Elektromotor, einen oder mehrere Strombefehle für den Elektromotor, einen oder mehrere andere geeignete Befehle oder eine Kombination davon.
Bei 508 stellt das Verfahren 500 den einen oder die mehreren Motorbefehle ein. So können beispielsweise die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 den einen oder die mehreren Motorbefehle basierend auf der Stromzufuhr und der Stromzufuhrgrenze einstellen. So kann beispielsweise die Stromzufuhrgrenze ein positiver Strom sein. Die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 können den einen oder die mehreren Motorbefehle als Reaktion auf eine Feststellung anpassen, dass die Stromzufuhr größer als die Stromzufuhrgrenze ist. In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme eine regenerative Stromzufuhr beinhalten. So kann beispielsweise die Stromzufuhrgrenze negativ sein. Die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 können konfiguriert sein, um die Grenze der Stromzufuhr aktiv zu steuern, wenn die Stromzufuhr kleiner (z.B. negativer) als die Grenze der Stromzufuhr ist. Dementsprechend können die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 den einen oder die mehreren Motorbefehle als Reaktion auf eine Feststellung einstellen, dass die Stromzufuhr kleiner als die Stromzufuhrgrenze ist.
Bei 510 steuert das Verfahren 500 den Elektromotor mit dem einen oder den mehreren eingestellten Motorbefehlen. So können beispielsweise die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 den Elektromotor selektiv über den einen oder die mehreren eingestellten Motorbefehle steuern. In einigen Ausführungsformen können die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 den Elektromotor selektiv mit dem einen oder den mehreren Motorbefehlen steuern, wenn festgestellt wird, dass die Stromzufuhr kleiner als die Stromzufuhrgrenze ist (z.B. wenn die Stromzufuhrgrenze positiv ist). In einigen Ausführungsformen können die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 den Elektromotor selektiv mit dem einen oder den mehreren Motorbefehlen steuern, wenn festgestellt wird, dass die Stromzufuhr kleiner als die Stromzufuhrgrenze ist (z.B. wenn die Stromzufuhrgrenze negativ ist). In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 eine Drehmomentbegrenzung aktiv erzeugen. Die Vorrichtung 200 und/oder die Steuerung 16 können einen Basisdrehmomentbefehl basierend auf der Drehmomentgrenze begrenzen.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet ein Motorsteuerungssystem einen Prozessor und einen Arbeitsspeicher. Der Arbeitsspeicher enthält Anweisungen, die bei Ausführung durch den Prozessor den Prozessor dazu veranlassen: eine Stromzufuhrgrenze für einen Elektromotor zu bestimmen; eine Stromzufuhr des Elektromotors zu empfangen; einen oder mehrere Motorbefehle zu identifizieren; den einen oder die mehreren Motorbefehle als Reaktion auf eine Feststellung einzustellen, dass die Stromzufuhr größer als die Stromzufuhrgrenze ist; und den Elektromotor selektiv unter Verwendung des einen oder der mehreren eingestellten Motorbefehle zu steuern.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Stromzufuhr eine gemessene Stromzufuhr. In einigen Ausführungsformen wird die Stromzufuhr von einem Sensor empfangen, der konfiguriert ist, um eine Stromzufuhr des Elektromotors zu messen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Stromzufuhr eine geschätzte Stromzufuhr. In einigen Ausführungsformen wird die Stromzufuhr von einem Beobachter empfangen, der die Stromzufuhr anhand eines Modells einer Energiezufuhrschaltung schätzt, die konfiguriert ist, um den Elektromotor mit Energie zu versorgen. In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Motorbefehle einen oder mehrere Drehmomentbefehle, die dem Elektromotor zur Verfügung gestellt werden. In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Motorbefehle einen oder mehrere Strombefehle, die dem Elektromotor zur Verfügung gestellt werden. In einigen Ausführungsformen bewirken die Anweisungen außerdem, dass der Prozessor aktiv eine Drehmomentgrenze erzeugt und einen Basisdrehmomentbefehl basierend auf der Drehmomentgrenze begrenzt. In einigen Ausführungsformen bewirken die Anweisungen ferner, dass der Prozessor den Elektromotor selektiv mit einem oder mehreren Motorbefehlen steuert, wenn festgestellt wird, dass die Stromzufuhr nicht größer als die Stromzufuhrgrenze ist.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren zur Motorsteuerung das Bestimmen einer Stromzufuhrgrenze für einen Elektromotor. Das Verfahren beinhaltet auch das Empfangen einer Stromzufuhr des Elektromotors. Das Verfahren beinhaltet auch das Identifizieren eines oder mehrerer Motorbefehle.
Das Verfahren beinhaltet auch das Einstellen des einen oder der mehreren Motorbefehle basierend auf der Stromzufuhr und der Stromzufuhrgrenze. Das Verfahren beinhaltet auch das selektive Steuern des Elektromotors unter Verwendung des einen oder der mehreren eingestellten Motorbefehle.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Stromzufuhr eine gemessene Stromzufuhr. In einigen Ausführungsformen wird die Stromzufuhr von einem Sensor empfangen, der konfiguriert ist, um eine Stromzufuhr des Elektromotors zu messen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Stromzufuhr eine geschätzte Stromzufuhr. In einigen Ausführungsformen wird die Stromzufuhr von einem Beobachter empfangen, der die Stromzufuhr anhand eines Modells einer Energiezufuhrschaltung schätzt, die konfiguriert ist, um den Elektromotor mit Energie zu versorgen. In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Motorbefehle einen oder mehrere Drehmomentbefehle, die dem Elektromotor zur Verfügung gestellt werden. In einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Motorbefehle einen oder mehrere Strombefehle, die dem Elektromotor zur Verfügung gestellt werden. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren auch das aktive Erzeugen einer Drehmomentgrenze und das Begrenzen eines Basisdrehmomentbefehls basierend auf der Drehmomentgrenze. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren auch das selektive Steuern des Elektromotors unter Verwendung des einen oder der mehreren Motorbefehle als Reaktion auf eine Feststellung, dass die Stromzufuhr nicht größer als die Stromzufuhrgrenze ist. In einigen Ausführungsformen ist die Stromzufuhrgrenze positiv. In einigen Ausführungsformen ist die Stromzufuhrgrenze negativ.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet ein Lenksystem einen Synchronmotorantrieb, einen Prozessor und einen Arbeitsspeicher. Der Synchronmotorantrieb ist einem Fahrzeug zugeordnet. Der Prozessor ist in Kommunikation mit dem Synchronmotorantrieb und konfiguriert, um den Synchronmotorantrieb selektiv zu steuern. Der Arbeitsspeicher beinhaltet Anweisungen, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen: eine Stromzufuhrgrenze für den Synchronmotorantrieb zu bestimmen; eine Stromzufuhr des Synchronmotorantriebs zu empfangen; aktiv eine Drehmomentgrenze basierend auf der Stromzufuhrgrenze als Reaktion auf eine Feststellung zu erzeugen, dass die Stromzufuhr größer als die Stromzufuhrgrenze ist; und selektiv den Synchronmotorantrieb unter Verwendung der Drehmomentgrenze zu steuern.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Lenksystem ferner einen Sensor, der konfiguriert ist, um: die Stromzufuhr des Synchronmotorantriebs zu messen und die Stromzufuhr an den Prozessor zu übermitteln.
Die vorliegenden technischen Lösungen können ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt auf jedem möglichen technischen Detaillierungsgrad der Integration sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien mit computerlesbaren Programmanweisungen beinhalten, um einen Prozessor zu veranlassen, Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen auszuführen.
Aspekte der vorliegenden technischen Lösungen werden hierin mit Bezug auf Flussdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß den Ausführungsformen der technischen Lösungen beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Flussdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagrammen durch computerlesbare Programmanweisungen umgesetzt werden können.
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Abbildungen veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und Betriebsweise möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden technischen Lösungen. In diesem Zusammenhang kann jeder Block im Flussdiagramm oder in den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil der Anweisungen darstellen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) umfasst. In einigen alternativen Implementierungen können die in den Blöcken angegebenen Funktionen außerhalb der in den Abbildungen angegebenen Reihenfolge auftreten. So können beispielsweise zwei aufeinanderfolgend gezeigte Blöcke im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können je nach Funktionalität manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Flussdiagrammdarstellung und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagrammdarstellung durch spezielle hardwarebasierte Systeme implementiert werden kann, die die angegebenen Funktionen oder Handlungen ausführen oder Kombinationen von spezieller Hardware und Computeranweisungen ausführen.
Die obige Diskussion soll die Prinzipien und verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden für die Fachwelt sichtbar werden, sobald die vorstehende Offenbarung vollständig verstanden ist. Es ist beabsichtigt, die folgenden Ansprüche so zu interpretieren, dass sie alle diese Variationen und Änderungen umfassen.
Das Wort „Beispiel“ wird hierin verwendet, um als Beispiel, Instanz oder Illustration zu dienen. Alle Aspekte oder Konstruktionen, das hierin als „Beispiel“ beschrieben sind, sind nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Konstruktionen auszulegen. Vielmehr soll die Verwendung des Wortes „Beispiel“ dazu dienen, Konzepte konkret darzustellen. Wie in dieser Anwendung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein inklusives „oder“ und nicht ein exklusives „oder“ bedeuten. Das heißt, wenn es nicht anders angegeben oder aus dem Kontext hervorgeht, soll „X beinhaltet A oder B“ alle natürlichen inklusiven Permutationen bedeuten. Das heißt, wenn X A beinhaltet, beinhaltet X B; oder wenn X sowohl A als auch B beinhaltet, dann ist „X beinhaltet A oder B“ in jedem der vorstehenden Fälle erfüllt. Darüber hinaus sind die Artikel „einer/eine/eines“, wie sie in dieser Anmeldung und in den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, im Allgemeinen so auszulegen, dass sie „einen oder mehrere“ bedeuten, sofern es nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang hervorgeht, dass sie auf eine Singularform gerichtet sind. Darüber hinaus ist die Verwendung des Begriffs „eine einzelne Implementierung“ oder „eine Implementierung“ durchweg nicht so gedacht, dass diese die gleiche Ausführungsform oder Implementierung bedeuten, es sei denn, sie werden als solche beschrieben.
Implementierungen der hierin beschriebenen Systeme, Algorithmen, Verfahren, Anweisungen usw. können in Hardware, Software oder einer beliebigen Kombination davon realisiert werden. Die Hardware kann beispielsweise Computer, IP-Kerne, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikarrays, optische Prozessoren, programmierbare Logiksteuerungen, Mikrocodes, Mikrocontroller, Server, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder jede andere geeignete Schaltung beinhalten. In den Ansprüchen ist der Begriff „Prozessor“ so zu verstehen, dass er die gesamte vorgenannte Hardware umfasst, entweder einzeln oder in Kombination. Die Begriffe „Signal“ und „Daten“ werden austauschbar verwendet.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff Modul eine gebündelte funktionale Hardwareeinheit beinhalten, die für die Verwendung mit anderen Komponenten ausgelegt ist, einen Satz von Anweisungen, die von einer Steuerung ausführbar sind (z.B. ein Prozessor, der Software oder Firmware ausführt), Verarbeitungsschaltungen, die konfiguriert sind, um eine bestimmte Funktion auszuführen, und eine eigenständige Hard- oder Softwarekomponente, die mit einem größeren System verbunden ist. Ein Modul kann beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein im Feld programmierbares Gate Array (FPGA), eine Schaltung, eine digitale Logikschaltung, eine analoge Schaltung, eine Kombination von diskreten Schaltungen, Gates und anderen Arten von Hardware oder eine Kombination davon beinhalten. In anderen Ausführungsformen kann ein Modul einen Speicher beinhalten, der Anweisungen speichert, die von einer Steuerung ausgeführt werden können, um eine Funktion des Moduls zu implementieren.
Darüber hinaus können beispielsweise in einem Aspekt die hierin beschriebenen Systeme mit einem Universalcomputer oder Universalprozessor mit einem Computerprogramm implementiert werden, das bei Ausführung eine der hierin beschriebenen entsprechenden Methoden, Algorithmen und/oder Anweisungen ausführt. Darüber hinaus oder alternativ kann beispielsweise ein spezieller Computer/Prozessor verwendet werden, der andere Hardware zur Ausführung einer der hierin beschriebenen Methoden, Algorithmen oder Anweisungen enthalten kann.
Darüber hinaus können alle oder ein Teil der Implementierungen der vorliegenden Offenbarung in Form eines Computerprogrammprodukts erfolgen, das beispielsweise von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium aus zugänglich ist. Ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium kann jede Vorrichtung sein, die beispielsweise das Programm konkret enthalten, speichern, kommunizieren oder transportieren kann, um es durch einen oder in Verbindung mit einem Prozessor zu verwenden. Das Medium kann beispielsweise eine elektronische, magnetische, optische, elektromagnetische oder Halbleitervorrichtung sein. Andere geeignete Medien sind ebenfalls verfügbar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen, Implementierungen und Aspekte wurden beschrieben, um ein einfaches Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen, und sie schränken die vorliegende Offenbarung nicht ein. Im Gegenteil, die Offenbarung soll verschiedene Änderungen und gleichwertige Anordnungen abdecken, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, wobei diesem Anwendungsbereich die breiteste Auslegung zu gewähren ist, um alle Änderungen und gleichwertigen Strukturen abzudecken, die nach dem Gesetz zulässig sind.

Claims

Motorsteuerungssystem, umfassend: einen Prozessor; und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, veranlassen, dass der Prozessor: eine Stromzufuhrgrenze für einen Elektromotor bestimmt; eine Stromzufuhr des Elektromotors empfängt; einen oder mehrere Motorbefehle identifiziert; den einen oder die mehreren Motorbefehle als Reaktion auf eine Feststellung, dass die Stromzufuhr größer als die Stromzufuhrgrenze ist, einstellt; und den Elektromotor unter Verwendung des einen oder der mehreren eingestellten Motorbefehle selektiv steuert.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Stromzufuhr eine gemessene Stromzufuhr beinhaltet.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei die Stromzufuhr von einem Sensor empfangen wird, der konfiguriert ist, um eine Stromzufuhr des Elektromotors zu messen.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Stromzufuhr eine geschätzte Stromzufuhr beinhaltet.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 4, wobei die Stromzufuhr von einem Beobachter empfangen wird, der die Stromzufuhr unter Verwendung eines Modells einer Energiezufuhrsschaltung schätzt, die konfiguriert ist, um den Elektromotor mit Energie zu versorgen.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Motorbefehle einen oder mehrere Drehmomentbefehle beinhalten, die dem Elektromotor bereitgestellt werden.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Motorbefehle einen oder mehrere Strombefehle beinhalten, die dem Elektromotor bereitgestellt werden.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen ferner veranlassen, dass der Prozessor aktiv eine Drehmomentgrenze erzeugt und einen Basisdrehmomentbefehl basierend auf der Drehmomentgrenze begrenzt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Anweisungen ferner veranlassen, dass der Prozessor den Elektromotor selektiv unter Verwendung des einen oder der mehreren Motorbefehle als Reaktion auf eine Feststellung steuert, dass die Stromzufuhr nicht größer als die Stromzufuhrgrenze ist.
Verfahren zur Motorsteuerung, umfassend: Bestimmen einer Stromzufuhrgrenze für einen Elektromotor; Empfangen einer Stromzufuhr des Elektromotors; Identifizieren eines oder mehrerer Motorbefehle; Einstellen des einen oder der mehreren Motorbefehle basierend darauf, dass die Stromzufuhr größer als die Stromzufuhrgrenze ist; und selektives Steuern des Elektromotors unter Verwendung des einen oder der mehreren eingestellten Motorbefehle.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Stromzufuhr eine gemessene Stromzufuhr beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Stromzufuhr von einem Sensor empfangen wird, der konfiguriert ist, um eine Stromzufuhr des Elektromotors zu messen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Stromzufuhr eine geschätzte Stromzufuhr beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Stromzufuhr von einem Beobachter empfangen wird, der die Stromzufuhr unter Verwendung eines Modells einer Energiezufuhrschaltung schätzt, die konfiguriert ist, um den Elektromotor mit Energie zu versorgen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der eine oder die mehreren Motorbefehle einen oder mehrere Drehmomentbefehle beinhalten, die dem Elektromotor bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der eine oder die mehreren Motorbefehle einen oder mehrere Strombefehle beinhalten, die dem Elektromotor bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Stromzufuhrgrenze positiv ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Stromzufuhrgrenze negativ ist.
Lenksystem, umfassend: einen Synchronmotorantrieb eines Fahrzeugs; einen Prozessor, der mit dem Synchronmotorantrieb in Verbindung steht und zum selektiven Steuern des Synchronmotorantriebs konfiguriert ist; und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, veranlassen, dass der Prozessor: eine Stromzufuhrgrenze für den Synchronmotorantrieb bestimmt; eine Stromzufuhr des Synchronmotorantriebs empfängt; aktiv eine Drehmomentgrenze basierend auf der Stromzufuhrgrenze als Reaktion auf eine Feststellung erzeugt, dass die Stromzufuhr größer als die Stromzufuhrgrenze ist; und den Synchronmotorantrieb unter Verwendung der Drehmomentgrenze selektiv steuert.
Lenksystem nach Anspruch 19, ferner umfassend einen Sensor, der konfiguriert ist, um: die Stromzufuhr des Synchronmotorantriebs zu messen; und die Stromzufuhr an den Prozessor zu übermitteln.