-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer Drehwinkelerfassung elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs mittels einer elektronischen Schaltung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine elektronische Schaltung.
-
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die von der Leistungselektronik angesteuerte Drehzahl/Frequenz/Phase/Amplitude und die von Winkelgebern, welche auch als Resolver beziehungsweise Resolvereinrichtungen bezeichnet werden können, erfasste Winkelinformation von einer permanent erregten Synchronmaschine in beispielsweise der Position nicht völlig übereinstimmen. Dies führt zu einer fehlerhaften Winkelberechnung.
-
Die
DE 10 2008 001 408 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Offsetwinkels einer elektrischen Maschine, die einen Stator, einen Rotor und eine mit dem Rotor verbundene Welle umfasst. Es ist vorgesehen, dass die Welle in einem im Wesentlichen lastfreien Zustand vorgesehen wird, der Rotor zu dem Stator in einem Fehlerwinkel angeordnet wird, der der Ausrichtung eines zum Rotor erzeugenden Rotormagnetfelds zu der Ausrichtung eines vom Stator erzeugten Statormagnetfelds entspricht und einen Sensorwinkel erfasst, durch Messung mit einem Winkelgeber, der mit der Welle verbunden ist, wobei der erfasste Sensorwinkel dem Feldwinkel zugeordnet ist. Der Offsetwinkel wird als Funktion oder Differenz zwischen Feldwinkel und Sensorwinkel vorgesehen, wobei das Anordnen des Rotors ein Einprägen eines stehenden rotierenden Statormagnetfelds umfasst, das dem Fehlerwinkel entspricht.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Korrektur einer Drehwinkelerfassung sowie eine elektronische Schaltung zu schaffen, mittels welchen verbessert eine Korrektur bei der Drehwinkelerfassung durchgeführt werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine elektronische Schaltung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer Drehwinkelerfassung einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs mittels einer elektronische Schaltung, bei welchem Rohdaten eines Signals einer Resolvereinrichtung der elektrischen Maschine an einen integrierten Schaltkreis der elektronischen Schaltung und von dem integrierten Schaltkreis zu einem Mikrocontroller der elektronischen Schaltung, welcher wiederum mit einer nachgeschalteten Phasenregelschleife der elektronischen Schaltung gekoppelt ist, zur Korrektur der Drehwinkelerfassung übertragen werden.
-
Es ist vorgesehen, dass zwischen dem integrierten Schaltkreis und dem Mikrocontroller eine Parameterlerneinrichtung der elektronischen Schaltung geschaltet ist, mittels welcher ein Fehlerwert für eine Amplitude und/oder eine Phase und/oder einem Offset des Signals bestimmt wird, wobei der Fehlerwert bei der Auswertung des Signals durch den Mikrocontroller berücksichtigt wird.
-
Dadurch ist es ermöglicht, dass eine verbesserte Korrektur einer Drehwinkelerfassung durchgeführt werden kann. Insbesondere werden bei einer Onlineauswertung die Resolverdaten in einer Funktionsebene aus einer programmierbaren logischen Schaltung, welche insbesondere dem integrierten Schaltkreis entspricht, und einer nachgeschalteten Bandendkalibrierung des Offsets und einem Phasenfehler ausgewertet. Dem folgt die Parameterlerneinheit nach. Die Signale werden mit einem idealen Signal verglichen und dahingehend angepasst. Als Beispiel dürfen die Sinus- und Kosinusspur der Resolvereinrichtung in der Auswertung keinen Gleichanteil enthalten. Das ist prinzipbedingt nicht möglich, aber aufgrund von Verschiebungen/Asymmetrien in der Vorverschaltung und Filterung kann ein Unterschied entstehen. Die Parameterlerneinrichtung ist dazu eingerichtet, über eine Periode zu integrieren und ermittelt den Wert des Offsets, um diesen aus dem Signal subtrahieren zu können. Nach dem gleichen Prinzip wird ein Amplitudenfehler als Differenz zwischen den beiden Spuren ermittelt und auch der Phasenversatz vorgesteuert. Dadurch kann eine Verbesserung der Drehmomentgenauigkeit erreicht werden.
-
Mit nochmals anderen Worten werden die Rohdaten analog gefiltert und durch den integrierten Schaltkreis, welcher insbesondere als FPGA ausgebildet ist, demoduliert. Die Parameterlerneinrichtung korrigiert das Signal an Amplitude, Phase und Offset. Der Mikrocontroller berechnet die Position der Rotorlage. Die Phasenregelschleife, welche insbesondere zusätzlich eine End-of-line-Einrichtung aufweisen kann, ermittelt am Bandende den Offsetwinkel der als konstant im System hinterlegt wird. Eine PLL-Einrichtung, welche auch als Phase Locked Loop bezeichnet werden kann und insbesondere der Phasenregelschleife entspricht, glättet das Signal und stellt dieses als Eingangsgröße für beispielsweise eine Kontrolleinrichtung der elektrischen Maschine zur Verfügung. Eine mittels einer Verifikationsschaltung, welche auch als Level 2 bezeichnet werden kann, ermittelte Position dient lediglich für die Absicherung der funktionalen Sicherheit und ist insbesondere keine Eingangsgröße für die eigentliche Regelung.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird mittels der Phasenregelschleife ein Offsetwinkel bestimmt und als Konstante in der Leistungselektronik abgespeichert.
-
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn mittels der Phasenregelschleife das ausgewertete Signal geglättet wird und das geglättete Signal an eine Regelungseinrichtung der elektronischen Schaltung übertragen wird.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die Korrektur der Drehwinkelerfassung während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs durchgeführt.
-
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zusätzlich mittels einer Verifikationsschaltung der elektronischen Schaltung die Drehwinkelerfassung durchgeführt wird.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Korrektur einer Drehwinkelerfassung zur Drehmomentbestimmung einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem integrierten Schaltkreis, mit einer Parameterlerneinrichtung, mit einem Mikrocontroller und mit einer Phasenregelschleife, wobei die elektronische Schaltung zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels der elektronischen Schaltung durchgeführt.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der elektronischen Schaltung anzusehen. Die elektronische Schaltung weist dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon ermöglichen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Rotorpositionsbestimmung; und
- 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer elektronischen Schaltung.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform zur Rotorpositionsbestimmung einer elektrischen Maschine. Im folgenden Ausführungsbeispiel wird eine Resolvereinrichtung 10 der elektrischen Maschine aktiv von einer elektronischen Schaltung 12 erregt. Eine entsprechende Drehzahl wird fest durch das nicht dargestellte Kraftfahrzeug beziehungsweise durch einen Prüfstand vorgegeben. Die elektronische Schaltung 12 demoduliert das Signal der Resolvereinrichtung 10. Es erfolgt eine Ausgabe der einhüllenden Sinus- und Kosinusspur an eine Online-Auswerteeinrichtung 14. Die einhüllende Sinus- und Kosinusspur kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch als Rohdaten 20 (2) beziehungsweise als Signal 16 angesehen werden. Im Anschluss an die Ausgabe der einhüllenden Sinus- und Kosinusspur an die Online-Auswerteeinrichtung 14 erfolgt das Anwenden eines Parameterlernens gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Im Anschluss daran kann eine Bestimmung der Position als Eingangsgröße für die Regelung genutzt werden. Die Eingangsgröße kann insbesondere ein Eingangssignal 18 sein.
-
2 zeigt als schematisches Blockschaltbild eine Ausgestaltungsform der elektronischen Schaltung 12. Im folgenden Ausführungsbeispiel werden die Rohdaten 20 des Signals 16 an die elektronische Schaltung 12 übertragen.
-
Beim Verfahren zur Korrektur einer Drehwinkelerfassung zur Drehmomentbestimmung der elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs mit der elektronischen Schaltung 12 werden die Rohdaten 20 des Signals 16 der Resolvereinrichtung 10 der elektrischen Maschine an einen integrierten Schaltkreis 22 der elektronischen Schaltung 12 übertragen. Von dem integrierten Schaltkreis 22, welcher insbesondere auch als Field Programmable Gate Array beziehungsweise als FPGA bezeichnet werden kann, wiederum wird zur Korrektur der Drehwinkelerfassung diese Information an einen Mikrocontroller 24 der elektronischen Schaltung 12, welche wiederum mit einer nachgeschalteten Phasenregelschleife 26 der elektronischen Schaltung 12 gekoppelt ist, übertragen beziehungsweise ausgewertet.
-
Es ist vorgesehen, dass zwischen dem integrierten Schaltkreis 22 und dem Mikrocontroller 24 eine Parameterlerneinrichtung 28 der elektronischen Schaltung 12 geschaltet ist, mittels welcher ein Fehlerwert für eine Amplitude und/oder eine Phase und/oder einem Offset des Signals 16 bestimmt wird, wobei der Fehlerwert bei der Auswertung des Signals 16 durch den Mikrocontroller 24 berücksichtigt wird.
-
Ferner zeigt die 2, dass mittels der Phasenregelschleife 26 ein Offsetwinkel bestimmt wird und als Konstante in der elektronischen Schaltung 12 abgespeichert wird. Ferner kann mittels der Phasenregelschleife 26 das ausgewertete Signal 16 geglättet werden und das geglättete Signal an eine Regelungseinrichtung 30 der elektronischen Schaltung 12 übertragen werden. Insbesondere wird das Eingangssignal 18 der Regelungseinrichtung 30 übertragen.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Phasenregelschleife 26 sowie durch eine PLL (Phase Locked Loop)-Einrichtung ausgebildet, wobei beispielsweise insbesondere eine eine EOL (End of Line)-Einrichtung vorgeschaltet sein kann.
-
Die 2 zeigt insbesondere, dass die Rohdaten 20 analog gefiltert und durch den integrierten Schaltkreis 22 demoduliert werden. Die Parameterlerneinrichtung 28 korrigiert das Signal 16 in Amplitude, Phase und Offset. Der Mikrocontroller 24 berechnet die Position der Rotorlage. Der Block EOL ermittelt am Bandende den Offsetwinkel, der als Konstante im System hinterlegt wird. Die PLL glättet das Signal 16 und stellt der Regelungseinrichtung 30 die Position als Eingangsgröße 18 zur Verfügung.
-
Ferner zeigt die 2, dass zusätzlich mittels einer Verifikationsschaltung 32 der elektronischen Schaltung 12 die Drehwinkelerfassung durchgeführt wird. Insbesondere können hierbei das Signal 16 beziehungsweise die Rohdaten einer Level-2-Einrichtung 34 übergeben werden, welche wiederum mit der Verifikationseinrichtung 32 gekoppelt ist. Die Level-2-Einrichtung 34 ermittelte Position dient lediglich der Verifikation für die Absicherung der funktionalen Sicherheit und ist keine Eingangsgröße für die Regelungseinrichtung 30.
-
Durch die in 2 gezeigte elektronische Schaltung 12 ist es insbesondere ermöglicht, dass das Ausgangssignal der Parameterlerneinrichtung 28 in der Fehleramplitude deutlich reduziert ist.
-
Nachfolgend sind die Berechnungsmöglichkeiten für die einzelnen Fehler aufgezeigt.
-
Der Offsetfehler kann wie folgt bestimmt werden:
-
A1 und A2 kann man durch Integration der Signale über eine Periode = 2Π gewinnen, das entspricht dem Gleichanteil der beiden Signale.
-
Der Amplitudenfehler kann wie folgt bestimmt werden:
-
Das Amplitudenverhältnis muss bei Fehlerfreiheit gleich 1 sein.
-
A1 und A2 entsprechen den Amplituden der Grundschwingung der beiden Signale.
-
Der Phasenfehler kann wie folgt bestimmt werden:
-
Ist der Phasenfehler Null dann sind die Signale Sin_in Cos_in orthogonal und die Summe (a1+a2) gleich Null.
-
Bezieht man die Koeffizienten C1 und C2 auf die Amplituden A1 und A2 wird die Fehlerfunktion unabhängig von der Amplitude und eignet sich gut als Eingangsgröße für einen Regler, der den Phasenfehler zu Null regelt.
-
Die Integrationen werden in der CPU, insbesondere einer elektronischen Recheneinrichtung, diskret in einem festen Zeittakt als Summationen über dem Produkt aus Eingangssignal und Winkeldifferenz zwischen zwei Zeittakten ausgeführt.
mit
-
Die Integration wird genau über einen Winkelfortschritt von 2Π ausgeführt und das Ergebnis dieses bestimmten Integrals abgespeichert und zu den Offset, Amplituden und Phasenfehlersignalen weiterverarbeitet.
-
A1 und A2 kann man durch Integration der Signale über eine Periode = 2Π gewinnen, das entspricht dem Gleichanteil der beiden Signale.
-
Insbesondere zeigt die 2, dass die Signale 16 mit einem idealen Signal verglichen und dahingehend angepasst werden. Als Beispiel darf die Sinus- oder Kosinusspur der Resolvereinrichtung 10 in der Auswertung keinen Gleichanteil enthalten. Das ist prinzipbedingt nicht möglich, aber aufgrund von Verschiebungen/Asymmetrien in der Vorverschaltung und Filterung kann ein Unterschied entstehen. Die elektronische Schaltung 12 ist dazu ausgebildet, über eine Periode zu integrieren und ermittelt den Wert des Offsets, um diesen aus dem Signal 16 zu subtrahieren. Nach dem gleichen Prinzip wird der Amplitudenfehler als Differenz zwischen den beiden Spuren ermittelt und auch der Phasenversatz vorgesteuert.
-
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren während eines Fahrbetriebs durchgeführt werden.
-
Insgesamt zeigt die Erfindung ein Onlineparameterlern zur Winkelfehlerreduktion mit variablen Reluktanz-Resolvern in elektrischen Maschinen im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Resolvereinrichtung
- 12
- elektronische Schaltung
- 14
- Online-Auswertung
- 16
- Signal
- 18
- Eingangssignal
- 20
- Rohdaten
- 22
- integrierter Schaltkreis
- 24
- Mikrocontroller
- 26
- Phasenregelschleife
- 28
- Parameterlerneinrichtung
- 30
- Regelungseinrichtung
- 32
- Verifikationsschaltung
- 34
- Level-2-Einrichtung
-
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 102008001408 A1 [0003]