DE102021125685A1

DE102021125685A1 - Optimale drehmomentsteuerung von mehrphasigen synchronmotoren mit stromkreisunterbrechungszustand

Info

Publication number: DE102021125685A1
Application number: DE102021125685.2A
Authority: DE
Inventors: Prerit Pramod; Prathima Nuli
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2021-10-04
Publication date: 2022-04-07
Also published as: US20220109387A1; CN114389504A; US11496076B2

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine umfasst als Reaktion auf eine Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, die Bestimmung eines gewünschten Drehmoments, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll, und das Abrufen, basierend auf der Feststellung, dass sich die Phase in dem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und dem gewünschten Drehmoment, eines Satzes von Stromwerten, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden sollen, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen. Das Verfahren kann auch das Anlegen jeweiliger Stromwerte des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine umfassen, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine bestimmt wird, das die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand enthält.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf elektrische Maschinen und insbesondere auf die Steuerung mehrphasiger elektrischer Maschinen, bei denen sich eine Phase in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Fahrzeug, wie z. B. ein Pkw, ein Lkw, ein Sportnutzfahrzeug, ein Crossover, ein Mini-Van, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, ein Geländewagen, ein Freizeitfahrzeug oder ein anderes geeignetes Fahrzeug, umfasst in der Regel eine oder mehrere elektrische Maschinen, wie z. B. Elektromotoren und dergleichen. So kann das Fahrzeug beispielsweise eine oder mehrere mehrphasige elektrische Maschinen enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie verschiedene Aspekte eines Lenksystems des Fahrzeugs steuern.
Mehrphasige elektrische Maschinen, wie z. B. Antriebe mit mehrphasigen Permanentmagnet-Synchronmotoren, können erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Maschinen bieten, einschließlich eines verbesserten Wirkungsgrads, einer verbesserten Fehlertoleranz und einer relativ geringeren Drehmomentwelligkeit (z. B. insbesondere unter Fehlerbedingungen). Dementsprechend werden solche mehrphasigen elektrischen Maschinen zunehmend in sicherheitskritischen industriellen Anwendungen eingesetzt, insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf mehrphasige elektrische Maschinen.
Ein Aspekt der offengelegten Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine. Das Verfahren umfasst als Reaktion auf die Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, das Bestimmen eines gewünschten Drehmoments, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll, und das Abrufen eines Satzes von Stromwerten, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden sollen, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen, auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase in dem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments. Das Verfahren kann auch das Anlegen jeweiliger Stromwerte des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine umfassen, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine bestimmt wird, das die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand enthält.
Ein weiterer Aspekt der offengelegten Ausführungsformen umfasst ein System zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine. Das System enthält einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher enthält Anweisungen, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen: als Reaktion auf die Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, ein gewünschtes Drehmoment zu bestimmen, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll; auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase in dem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments, einen Satz von Stromwerten abzurufen, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden sollen, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen; und jeweilige Stromwerte des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine anzulegen, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine bestimmt wird, das die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand enthält.
Ein weiterer Aspekt der offengelegten Ausführungsformen umfasst eine Vorrichtung zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine. Die Vorrichtung enthält einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher enthält Anweisungen, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen: als Reaktion auf die Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, ein gewünschtes Drehmoment zu bestimmen, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll; auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase in dem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments, einen Satz von Stromwerten abzurufen, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden sollen, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen; und die Drehmomentwelligkeit, die der Phase im Stromkreisunterbrechungszustand entspricht, durch Anlegen jeweiliger Stromwerte des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine zu steuern, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine, das die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand einschließt, bestimmt wird.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen, den beigefügten Ansprüchen und den begleitenden Figuren offenbart.
Figurenliste
Die Offenbarung wird am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale in den Zeichnungen gemäß gängiger Praxis nicht maßstabsgetreu sind. Im Gegenteil, die Abmessungen der verschiedenen Merkmale sind der Klarheit halber willkürlich vergrößert oder verkleinert.

1 zeigt allgemein ein elektronisches Servolenkungssystem nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt allgemein ein Steuergerät nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
3A und 3B zeigen allgemein ein Blockdiagramm eines Steuergeräts für eine mehrphasige elektrische Maschine nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein Flussdiagramm, das allgemein ein Verfahren zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Diskussion bezieht sich auf verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung. Obwohl eine oder mehrere dieser Ausführungsformen bevorzugt sein können, sollen die offengelegten Ausführungsformen nicht als Einschränkung des Umfangs der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, interpretiert oder anderweitig verwendet werden. Darüber hinaus wird der Fachmann verstehen, dass die folgende Beschreibung einen breiten Anwendungsbereich aufweist, und die Erörterung einer beliebigen Ausführungsform ist nur als Beispiel für diese Ausführungsform gedacht und soll nicht bedeuten, dass der Umfang der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
Wie beschrieben, enthält ein Fahrzeug, wie z. B. ein Pkw, ein Lkw, ein Sportnutzfahrzeug, ein Crossover, ein Mini-Van, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, ein Geländewagen, ein Freizeitfahrzeug oder ein anderes geeignetes Fahrzeug, in der Regel eine oder mehrere elektrische Maschinen, wie z. B. Elektromotoren und dergleichen. So kann das Fahrzeug beispielsweise eine oder mehrere mehrphasige elektrische Maschinen enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie verschiedene Aspekte eines Lenksystems des Fahrzeugs steuern.
Mehrphasige elektrische Maschinen, wie z. B. mehrphasige Permanentmagnet-Synchronmotoren, können erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Maschinen bieten, einschließlich eines verbesserten Wirkungsgrads, einer verbesserten Fehlertoleranz und einer relativ geringeren Drehmomentwelligkeit (z. B. insbesondere unter Fehlerbedingungen). Dementsprechend werden solche mehrphasigen elektrischen Maschinen zunehmend in sicherheitskritischen industriellen Anwendungen eingesetzt, insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
Eine solche mehrphasige elektrische Maschine kann jedoch anfällig für Stromkreisunterbrechungszustände sein (z. B. wenn sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet). In solchen Fällen kann der den funktionierenden Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine zugeführte Strom eine erhebliche Drehmomentwelligkeit verursachen. Typischerweise enthalten Steuerungsstrategien für den Betrieb der mehrphasigen elektrischen Maschine im Stromkreisunterbrechungszustand kein verallgemeinertes mathematisches Modell, das das Verhalten im Stromkreisunterbrechungszustand beschreibt. Außerdem sind solche Steuerungsstrategien nicht optimal und können mehrere redundante Steuerungsparameter enthalten, die einen erheblichen Abstimmungsaufwand erfordern.
Dementsprechend können Systeme und Verfahren, wie die hier beschriebenen, die so konfiguriert sind, dass sie den Betrieb einer mehrphasigen elektrischen Maschine mit einer Phase im Stromkreisunterbrechungszustand so steuern, dass das durchschnittliche Ausgangsdrehmoment beibehalten wird, während gleichzeitig die Drehmomentwelligkeit gesteuert (z. B. reduziert oder eliminiert) wird, wünschenswert sein. In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren so konfiguriert sein, dass sie ein universelles Steuerungsschema zur optimalen Steuerung mehrphasiger elektrischer Maschinen mit einer einzelnen Phase im Stromkreisunterbrechungszustand bereitstellen. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie die Aufrechterhaltung eines konstanten Gleichstromdrehmoments beliebiger Größe ermöglichen, während die Drehmomentwelligkeit minimiert wird. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie einen modellbasierten Ansatz beinhalten, der eine Reduzierung der Abstimmungsparameter ermöglicht (z. B. durch Verwendung geschätzter Parameter der Maschine).
Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie einphasige Stromkreisunterbrechungszustände vollständig entschärfen, indem sie den Betrieb unter Stromkreisunterbrechungszuständen so gestalten, dass er den Betrieb im gesunden (z. B. normalen) Zustand nachahmt. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können auf alle mehrphasigen Synchronmaschinenkonfigurationen angewandt werden, einschließlich ausgeprägter und nicht ausgeprägter Pole sowie Permanentmagnet- und gewickelter Rotoren.
In einigen Ausführungsformen können die hier beschriebenen Systeme und Verfahren so konfiguriert sein, dass sie ein verallgemeinertes analytisches Modell bereitstellen, das die Auswirkungen von Stromkreisunterbrechungszuständen in mehrphasigen Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) beschreibt. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie das Modell verwenden, um eine Steuerungsstrategie zu entwickeln, die den Stromkreisunterbrechungszustand in optimaler Weise abmildert (z. B. um ein maximal mögliches durchschnittliches Drehmoment zu erhalten und eine geringe bis keine Drehmomentwelligkeit zu erzeugen).
In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren so konfiguriert sein, dass sie ein mathematisches Modell bereitstellen, das das Verhalten der mehrphasigen elektrischen Maschine unter Stromkreisunterbrechungszuständen beschreibt. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie das Modell zur Entwicklung eines Steuerungsschemas nutzen, das zu einer optimalen Drehmomentabgabe führt (z. B. nur Gleichstromabgabe mit einer Drehmomentwelligkeit von Null). Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie das Steuerungsschema ohne zusätzliche Abstimmungsparameter bereitstellen. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie eine Modifizierung des Drehmomentbefehls unter Stromkreisunterbrechungszuständen ermöglichen, um eine Leistung des Motorantriebs aufrechtzuerhalten, die den gesunden Bedingungen entspricht.
In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren so konfiguriert sein, dass sie als Reaktion auf die Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, ein gewünschtes Drehmoment bestimmen, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments einen Satz von Stromwerten abrufen, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden müssen, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können so konfiguriert sein, dass sie entsprechende Stromwerte (z. B. durch Erzeugen entsprechender Strombefehle und Anwenden entsprechender Tastverhältnisse auf der Grundlage der Strombefehle) des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine anlegen, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine bestimmt wird, das die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand enthält.
In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren so konfiguriert sein, dass sie die Drehmomentwelligkeit entsprechend dem von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugten Drehmoment als Reaktion darauf steuern, dass die jeweiligen Stromwerte des Satzes von Stromwerten an die entsprechenden anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit nicht ausgeprägten Polen. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Permanentmagnetmaschine. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine einen gewickelten Rotor. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine fünf Phasen. In einigen Ausführungsformen ist die mehrphasige elektrische Maschine mit einem Lenksystem eines Fahrzeugs verbunden.
1 zeigt allgemein ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) 40 nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Ein Lenkmechanismus 36 umfasst ein System vom Typ Zahnstange und Ritzel und beinhaltet eine Zahnstange (nicht dargestellt) in einem Gehäuse 50 und ein Ritzel (ebenfalls nicht dargestellt), das sich unter einem Getriebegehäuse 52 befindet. Wenn die Bedienereingabe, im Folgenden als Lenkrad 26 (z. B. ein Handrad o. Ä.) bezeichnet, gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29, und die untere Lenkwelle 51, die über das Kardangelenk 34 mit der oberen Lenkwelle 29 verbunden ist, dreht das Ritzel. Durch die Drehung des Ritzels wird die Zahnstange bewegt, die wiederum die Spurstangen 38 (nur eine ist abgebildet) bewegt, die wiederum die Achsschenkel 39 (nur einer ist abgebildet) bewegen, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist abgebildet) drehen bzw. einschlagen.
Die Lenkunterstützung wird durch die allgemein mit Bezugszeichen 24 bezeichnete Steuervorrichtung bereitgestellt und umfasst das Steuergerät 16 und eine elektrische Maschine 19, die einen Permanentmagnet-Synchronmotor umfasst und im Folgenden als Motor 19 bezeichnet wird. Das Steuergerät 16 wird von der Fahrzeugstromversorgung 10 über die Leitung 12 mit Strom versorgt. Das Steuergerät 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Der Lenkwinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, bei dem es sich um einen Sensor mit optischer Kodierung, einen Sensor mit variablem Widerstand oder einen anderen geeigneten Positionssensor handeln kann, der dem Steuergerät 16 ein Positionssignal 20 liefert. Die Motordrehzahl kann mit einem Tachometer oder einem anderen Gerät gemessen und als Motordrehzahlsignal 21 an das Steuergerät 16 übertragen werden. Die als ω_m bezeichnete Motordrehzahl kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus bestimmt werden. Beispielsweise kann die Motordrehzahl ω_m als die Änderung der Motorposition θ berechnet werden die von einem Positionssensor 32 über ein vorgegebenes Zeitintervall gemessen wird. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl ω_m als die Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m = Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit ist und Δθ die Änderung der Position während des Abtastintervalls ist. Alternativ dazu kann die Motordrehzahl aus der Motorposition als zeitliche Änderungsrate der Position abgeleitet werden. Es wird deutlich, dass es zahlreiche bekannte Verfahren zur Durchführung der Funktion einer Ableitung gibt.
Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das vom Fahrzeugführer auf das Lenkrad 26 ausgeübte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht abgebildet) und einen variablen Widerstandssensor (ebenfalls nicht abgebildet) umfassen, der ein variables Drehmomentsignal 18 an das Steuergerät 16 in Abhängigkeit vom Betrag der Verdrehung des Torsionsstabs ausgibt. Obwohl es sich hierbei um eine Art von Drehmomentsensor handelt, ist jede andere geeignete Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, ausreichend. Als Reaktion auf die verschiedenen Eingaben sendet das Steuergerät einen Befehl 22 an den Elektromotor 19, der über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 eine Drehmomentunterstützung für das Lenksystem bereitstellt und damit eine Drehmomentunterstützung für die Fahrzeuglenkung bereitstellt.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl die offengelegten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Motorsteuerung für elektrische Lenkanwendungen beschrieben werden, diese Bezugnahmen nur der Veranschaulichung dienen und die offengelegten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, die einen Elektromotor verwendet, z. B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber hinaus können die hierin enthaltenen Hinweise und Beschreibungen auf viele Arten von Parametersensoren angewendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Drehzahl und dergleichen. Es sollte auch beachtet werden, dass hier auf elektrische Maschinen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Motoren, Bezug genommen wird, wobei im Folgenden der Kürze und Einfachheit halber nur auf Motoren ohne Einschränkung Bezug genommen wird.
In dem dargestellten Steuersystem 24 verwendet das Steuergerät 16 das Drehmoment, die Position, die Drehzahl usw., um einen oder mehrere Befehle zur Abgabe der erforderlichen Ausgangsleistung zu berechnen. Das Steuergerät 16 steht mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems in Verbindung. Das Steuergerät 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, wertet die empfangenen Informationen aus und gibt als Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale ab, in diesem Fall beispielsweise an den Motor 19. Das Steuergerät 16 ist so konfiguriert, dass es die entsprechende(n) Spannung(en) aus einem Wechselrichter (nicht dargestellt) erzeugt, der optional in das Steuergerät 16 integriert werden kann und hier als Steuergerät 16 bezeichnet wird, so dass bei Anlegen an den Motor 19 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet das Steuergerät 24 in einem Regelungsmodus als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet das Steuergerät 24 alternativ in einem Vorsteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen mit der Position und der Drehzahl des Motors 19 und dem gewünschten Drehmoment in Beziehung stehen, werden die Position und/oder die Geschwindigkeit des Rotors und das von einem Bediener aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionsgeber ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu erfassen. Der Geber kann die Drehposition auf der Grundlage von optischer Erfassung, Magnetfeldschwankungen oder anderen Methoden erfassen. Typische Positionssensoren sind Potentiometer, Resolver, Synchros, Geber und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Sensoren. Der Positionsgeber gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit die des Motors 19 anzeigt.
Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, die Drehmomentsignale 18 übermitteln, die ein aufgebrachtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen einen solchen Drehmomentsensor 28 und das/die Drehmomentsignal(e) 18 davon, der/die auf einen nachgiebigen Torsionsstab, einen T-Stab, eine Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht dargestellt) reagieren kann/können, die so konfiguriert ist, dass sie eine Antwort liefert, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einem oder mehreren Beispielen befinden sich ein oder mehrere Temperatursensoren 23 an der elektrischen Maschine 19. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 23 so konfiguriert, dass er die Temperatur des Abtastbereichs des Motors 19 direkt misst. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 an das Steuergerät 16, um die hier beschriebene Verarbeitung und Kompensation zu ermöglichen. Typische Temperatursensoren sind Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Sensoren, die bei geeigneter Anordnung ein kalibrierbares Signal proportional zur jeweiligen Temperatur liefern.
Das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und das/die Drehmomentsignal(e) 18 werden unter anderem an das Steuergerät 16 angelegt. Das Steuergerät 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte zu erzeugen, die jedem der Signale entsprechen, was zu einem Rotorpositionswert, einem Motordrehzahlwert und einem Drehmomentwert führt, die für die Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale, wie die oben genannten, werden in der Regel auch linearisiert, kompensiert und auf Wunsch gefiltert, um die Eigenschaften des erfassten Signals zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften zu eliminieren. Beispielsweise können die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen oder um einen großen Dynamikbereich des Signals zu berücksichtigen. Darüber hinaus können frequenz- oder zeitbasierte Kompensationen und Filterungen eingesetzt werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Um die vorgeschriebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung sowie die entsprechenden Berechnungen (z. B. die Ermittlung von Motorparametern, Steueralgorithmen und dergleichen) durchzuführen, kann das Steuergerät 16 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSP, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Interrupts, Kommunikationsschnittstellen und Eingangs-/Ausgangssignalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Elemente umfassen. So kann das Steuergerät 16 beispielsweise eine Eingangssignalverarbeitung und -filterung umfassen, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder Erfassung solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen.
Wie beschrieben, kann das EPS 40 mit einem Fahrzeug verbunden sein. Das Fahrzeug kann eine Vielzahl von Steuergeräten und/oder elektronischen Steuereinheiten enthalten. Wie in 2 allgemein dargestellt, kann das Fahrzeug ein Steuergerät 100 enthalten. Das Steuergerät 100 kann jedes geeignete Steuergerät umfassen. So kann das Steuergerät 100 beispielsweise ähnliche Merkmale wie das Steuergerät 16 aufweisen. Das Steuergerät 100 kann so konfiguriert sein, dass es z. B. verschiedene Aspekte des Fahrzeugs steuert, wie z. B. den Aspekt des EPS 40 und/oder andere geeignete Merkmale oder Komponenten des Fahrzeugs. Das Steuergerät 100 kann einen Prozessor 102 und einen Speicher 104 umfassen.
Der Prozessor 102 kann jeden geeigneten Prozessor umfassen, wie er hier beschrieben ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuergerät 100 eine beliebige Anzahl von Prozessoren enthalten, die zusätzlich zum Prozessor 102 oder auch anders als dieser eingesetzt werden können. Der Speicher 104 kann eine einzelne Platte oder eine Vielzahl von Platten (z. B. Festplatten) umfassen und enthält ein Speicherverwaltungsmodul, das eine oder mehrere Partitionen innerhalb des Speichers 104 verwaltet. In einigen Ausführungsformen kann der Speicher 104 einen Flash-Speicher, einen Halbleiterspeicher (Solid State) oder Ähnliches umfassen. Der Speicher 104 kann ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), ein Festwertspeicher (ROM) oder eine Kombination davon sein. Der Speicher 104 kann Anweisungen enthalten, die, wenn sie vom Prozessor 102 ausgeführt werden, den Prozessor 102 veranlassen, zumindest verschiedene Funktionen des Fahrzeugs zu steuern.
In einigen Ausführungsformen kann das Steuergerät 100 so konfiguriert sein, dass es verschiedene Aspekte einer elektrischen Maschine steuert, wie z. B. die elektrische Maschine 19, wie in 3A und 3B allgemein dargestellt ist. Bei der Maschine 19 kann es sich um eine mehrphasige elektrische Maschine handeln. In einigen Ausführungsformen kann die Maschine 19, wie allgemein dargestellt, ein Steuergerät für einen fünfphasigen PMSM enthalten. Die Maschine 19 kann jedoch jede beliebige Anzahl von Phasen umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Maschine 19, obwohl sie im Allgemeinen als mit einem Fahrzeug und dessen Systemen verbunden dargestellt und beschrieben wird, so konfiguriert sein, dass sie jede geeignete Anwendung zusätzlich zu oder neben dem Fahrzeug steuert oder operativ mit ihr verbunden ist (z. B. kann die Maschine 19 in jeder geeigneten Anwendung außer einem Fahrzeug verwendet werden, und die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung können entsprechend gelten).
In einigen Ausführungsformen umfasst die Maschine 19 eine mehrphasige elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Maschine 19 eine mehrphasige elektrische Maschine mit nicht ausgeprägten Polen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Maschine 19 eine mehrphasige elektrische Permanentmagnetmaschine. In einigen Ausführungsformen umfasst die Maschine 19 einen gewickelten Rotor.
Der Stromreferenzrechner 202 wandelt den Drehmomentbefehl Tc in d/q-Stromreferenzen I_dqc um, die dann an den Stromregler 206 gesendet werden. Der Stromregler 206 kann ein Rückkopplungsregler sein, der Strommessungen verwendet, oder ein Vorwärtskompensator. Die Temperatur T kann in einen Parameterkompensator 204 eingespeist werden, um die elektrischen Parameter des PMSM nach Bedarf anzupassen. Der Stromregler 206 erzeugt dann über den Tastverhältnisgenerator 210 des Kommutierungsmoduls 208 des Stromrichters die Tastverhältnisse d_ph für jede Phase. In einigen Ausführungsformen können die Stromreferenzen der d/q-Achse in Phasenstrombefehle umgewandelt werden, indem die inverse Referenzrahmentransformation angewendet wird, die die gemessene elektrische Position θ_r heranzieht, und Rückkopplungsregler wie Proportional-Integral-Regler können für jede Phase eingesetzt werden, um die Tastverhältnisse für jede Phase zu erzeugen.
Sobald das äquivalente Tastverhältnis d_ph für jede Phase generiert ist, erzeugt der Pulsbreitenmodulator 212 die Einschaltzeiten t_ph für die verschiedenen Schalter (z. B. FETs) in den Phasenschenkeln des Stromrichters (z. B. des Wechselrichters 216). Der Wechselrichter 216, der von einer Quelle 214 gespeist wird, liefert dann die gewünschten Spannungen an einen Motor (z. B. den PMSM 19), der Ströme I_ph und ein elektromagnetisches Drehmoment T_e erzeugt. Die Position θ_r und die Ströme I_ph werden dann gemessen und an den Positionsmesser 220 bzw. den Strommesser 222 des Steuerungssystems zurückgegeben, um den Regelkreis zu schließen. Die gemessene Position θ_m wird zusammen mit den Phasenströmen verwendet, um die gemessenen d/q-Ströme I_dqm zu berechnen, die für die Stromregelung verwendet werden. Ein Spannungszwischenkreisumrichter (VSI) wird in der Regel als Stromrichter in PMSM-basierten elektrischen Antrieben eingesetzt.
Auch wenn der Aufbau und die Struktur der eigentlichen Maschine für dreiphasige und mehrphasige (mehr als drei Phasen) PMSMs unterschiedlich sind, ist das gleiche Prinzip der Vektorregelung im synchronen oder d/q-Bezugsrahmen für alle diese Maschinen möglich, indem die entsprechenden Transformationsmatrizen zur Umwandlung der Phasenströme und -spannungen in die äquivalenten Gleichstromgrößen im synchronen Rahmen verwendet werden.
Jede der fünf Phasen des Motors (z. B. des PMSM 19) ist mit einem Phasenschenkel verbunden, der aus zwei Schaltern besteht. Der Wechselrichter 216 umfasst beispielsweise fünf Phasenschenkel mit jeweils zwei Schaltern. Die Tastverhältnisse (gleichbedeutend mit Einschaltzeiten) des oberen und unteren Schalters werden als d_x bzw. d_x' bezeichnet, wobei x = a, b, c, d, e für die fünf Phasenschenkel. Die Spannungen zwischen Phase und Erde werden als V_xg bezeichnet (z. B. V_ag für den ersten Phasenschenkel, V_bg für den zweiten Phasenschenkel usw.). Diese Spannungen V_xg werden über die vom Tastverhältnisgenerator 210 berechneten Tastverhältnisse gesteuert.
In einigen Ausführungsformen kann das Steuergerät 100 so konfiguriert sein, dass es feststellt, dass sich eine einzelne Phase der Maschine 19 in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet. Beispielsweise kann jede Phase der Maschine 19 einen Stromsensor enthalten, der mit der Phase kommuniziert und/oder so konfiguriert ist, dass er die Phase misst (z. B. kann jede Phase einen Stromsensor enthalten). Das Steuergerät 100 kann die Strommessung durch jeden Stromsensor überwachen. Wenn das Steuergerät 100 eine entsprechende Phase einschaltet und eine Strommessung empfängt, die anzeigt, dass an dieser Phase kein Strom erfasst wird, kann das Steuergerät 100 feststellen, dass sich diese Phase im Stromkreisunterbrechungszustand befindet. Es versteht sich, dass das Steuergerät 100 mit jeder geeigneten Technik feststellen kann, dass sich eine Phase im Stromkreisunterbrechungszustand befindet. Das Steuergerät 100 kann ein gewünschtes Drehmoment, das von der Maschine 19 erzeugt werden soll, zumindest auf der Grundlage einer Eingabe bestimmen, die beispielsweise von einem Handrad des Lenksystems des Fahrzeugs empfangen wird. Es versteht sich, dass das Steuergerät 100 Eingaben, die ein gewünschtes Ausgangsdrehmoment der Maschine 19 angeben, in jeder geeigneten Weise von jeder geeigneten Komponente erhalten kann.
Das Steuergerät 100 kann einen Satz von Stromwerten abrufen, die auf jede der funktionierenden Phasen der Maschine 19 anzuwenden sind, basierend darauf, welche Phase sich im Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und auf dem gewünschten Drehmoment. Beispielsweise kann das Steuergerät 100 auf eine Datenbank oder Tabelle zugreifen, die so konfiguriert ist, dass sie Sätze von Stromwerten speichert, die mit einem gewünschten Drehmoment (z. B. einem Drehmomentbereich) und einer entsprechenden Phase im Stromkreisunterbrechungszustand korreliert sind. Bei der Datenbank oder Tabelle kann es sich um eine beliebige geeignete Datenbank oder Tabelle handeln, die sich entfernt vom Fahrzeug, unmittelbar innerhalb des Fahrzeugs oder an einem anderen geeigneten Ort befinden kann.
Der Satz von Stromwerten kann ein vorbestimmter Satz von Stromwerten sein, die, wenn sie auf die funktionierenden Phasen der Maschine 19 angewendet werden, bewirken, dass die Maschine 19 das gewünschte Drehmoment mit reduzierter oder keiner Drehmomentwelligkeit abgibt. Der Satz von Stromwerten (z. B. in der Datenbank oder Tabelle) kann vorbestimmt und programmiert sein und/oder während der Herstellung der Maschine 19 in der Datenbank oder Tabelle gespeichert werden oder während der Verwendung der Maschine 19 (z. B. über einen Zeitraum hinweg) periodisch programmiert und/oder in der Datenbank oder Tabelle gespeichert werden.
In einigen Ausführungsformen können die in der Datenbank oder Tabelle gespeicherten Sätze von Stromwerten von einem Computer (z. B. einem Laptop, einem mobilen Computer, einem Desktop-Computer, einem Server oder einem anderen geeigneten Computer) ermittelt werden. Ein Modell der Maschine 19 im normalen oder gesunden Betrieb (z. B. wenn alle Phasen der Maschine 19 funktionieren) kann wie folgt beschrieben werden: $T_{e}^{h} = p λ_{m} \sum_{\begin{array}{l} q = 1,2 \dots \\ k = a, b \dots \end{array}}^{n} I_{k} sin (θ_{m} - (q - 1) β) = \frac{m}{2} p λ_{m} I_{q}$
wobei $\begin{array}{l} T_{e}^{f} = T_{e}^{h} - p λ_{m} I_{r} sin (θ_{m} - r β) \\ T_{e}^{f} = T_{e}^{f 0} + T_{e}^{f p} \\ T_{e}^{f 0} = (\frac{m - 1}{2}) p λ_{m} I_{q} \\ T_{e}^{f p} = \frac{p λ_{m}}{2} (- I_{d} sin ((θ_{m} - r β)) + I_{q} cos (2 (θ_{m} - r β))) \end{array}$
das tatsächliche Motordrehmoment darstellt, das unter gesunden Bedingungen ausgegeben wird, p die Anzahl der Magnetpolpaare ist, λ_m die Flusskopplung des Permanentmagneten (PM) ist, m die Gesamtzahl der Phasen ist, k für die verschiedenen Phasen steht, I_q der tatsächliche q-Achsen-Motorstrom ist und q eine ganze Zahl mit Werten zwischen 1 und 5 ist.
Bei einem Stromkreisunterbrechungszustand kann ein Modell der Maschine 19 wie folgt beschrieben werden: $T_{e}^{h}$
wobei $T_{e}^{f}$
das tatsächlich abgegebene Drehmoment im Stromkreisunterbrechungszustand ist, während $T_{e}^{f 0}$
und $T_{e}^{f p}$
die durchschnittlichen bzw. pulsierenden Komponenten des abgegebenen Drehmoments sind, I_d der tatsächliche Motorstrom in der d-Achse ist und r eine ganze Zahl darstellt, die sich auf die spezifische Phase bezieht, die unterbrochen ist (z. B. kann r für eine erste Phase gleich 0 sein, für eine zweite Phase kann r gleich 1 sein usw.).
Unter Verwendung der vorgenannten Gleichungen kann die Rechenvorrichtung so konfiguriert werden, dass sie Sätze von Strombefehlen bestimmt und anwendet, wie in 3B bei 226 allgemein dargestellt, um gewünschte Stromwerte zu erreichen, die zu einer gewünschten Drehmomentausgabe führen können. Die Strombefehle können verwendet werden, um entsprechende Tastverhältnisse zu erzeugen, die, wenn sie auf die Phasen der Maschine 19 angewendet werden, zu gewünschten Stromwerten in jeder jeweiligen Phase führen. Die Rechenvorrichtung kann verschiedene Sätze von Stromwerten bestimmen, je nachdem, welche Phasen sich im Stromkreisunterbrechungszustand befinden. Zusätzlich oder alternativ kann die Rechenvorrichtung die Sätze von Stromwerten auf der Grundlage verschiedener Beträge des gewünschten Drehmoments anpassen. Die Rechenvorrichtung kann eine Vielzahl von Sätzen von Stromwerten speichern, die jeweils einer bestimmten Phase (z. B. im Stromkreisunterbrechungszustand) für entsprechende gewünschte Drehmomentbeträge oder gewünschte Drehmomentbereiche entsprechen. In einigen Ausführungsformen können die Sätze von Stromwerten von einem Bediener der Rechenvorrichtung selektiv eingestellt werden, um eine gewünschte Reaktion der Maschine 19 zu erreichen.
Die Rechenvorrichtung kann jeden der mehreren Sätze von Strombefehlen (die z. B. zu gewünschten Stromwerten führen und hier als der Satz von Stromwerten bezeichnet werden können) modifizieren, um die mit den Sätzen von Strombefehlswerten verbundene Drehmomentwelligkeit zu beseitigen (oder z. B. wesentlich zu verringern): $I_{d c}^{m} = I_{d c} + Δ I_{d c}$
$I_{q c}^{m} = I_{q c} + Δ I_{q c}$
$Δ I_{d} = \frac{\sqrt{I_{d c}^{2} + I_{q c}^{2}}}{n - 1} sin (2 θ_{m} - 2 r β + {tan}^{- 1} (\frac{I_{d c}}{I_{q c}}))$
$Δ I_{q} = \frac{\sqrt{I_{d c}^{2} + I_{q c}^{2}}}{n - 1} cos (2 θ_{m} - 2 r β + {tan}^{- 1} (\frac{I_{d c}}{I_{q c}}))$
In einigen Ausführungsformen können bei dem Stromregler 206, wie in 3B allgemein dargestellt, die Stromreferenzen der d/q-Achse durch Anwendung der inversen Referenzrahmentransformation unter Einbeziehung der gemessenen elektrischen Position θ_r in Phasenstrombefehle umgewandelt werden und Rückkopplungsregler wie etwa Proportional-Integral-Regler können für jede Phase verwendet werden, um die Tastverhältnisse für jede Phase zu erzeugen.
Ein Modell für ein endgültiges durchschnittliches Drehmoment (z. B. als Reaktion auf die Anwendung der oben genannten Gleichungen) kann wie folgt beschrieben werden: $T_{e}^{m 0} = (1 - \frac{1}{n - 1}) \frac{n}{2} p λ_{m} = (1 - \frac{1}{n - 1}) T_{e}^{h}$
Die Rechenvorrichtung kann, wie in 3B allgemein dargestellt, bei 224 einen modifizierten Drehmomentbefehl unter der Phase mit Stromkreisunterbrechungszustand bestimmen, um das ursprünglich befohlene Drehmoment beizubehalten, gemäß: $T_{e}^{m 0} = (\frac{n - 1}{n - 2}) T_{c}$
Es sei darauf hingewiesen, dass die Beibehaltung des ursprünglich befohlenen Drehmoments nur ein Beispiel ist und dass die Rechenvorrichtung den Drehmomentbefehl unter dem Stromkreisunterbrechungszustand der Phase ändern kann, um ein beliebiges geeignetes befohlenes Drehmoment zu erreichen. Die Rechenvorrichtung kann, wie beschrieben, die mehreren Sätze von Stromwerten in der Datenbank oder Tabelle für den Zugriff durch das Steuergerät 100 speichern. Wie beschrieben, kann das Steuergerät 100 auf der Grundlage der Feststellung, welche Phase sich im Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments den Satz von Stromwerten abrufen, der auf jede der anderen Phasen der Maschine 19 anzuwenden ist, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen. Das Steuergerät 100 kann die jeweiligen Stromwerte des Satzes von Stromwerten auf die entsprechenden anderen Phasen der Maschine anwenden. Beispielsweise kann das Steuergerät 100 einen ersten Stromwert des Satzes von Stromwerten an eine erste funktionierende Phase der Maschine 19 anlegen, einen zweiten Stromwert des Satzes von Stromwerten an eine zweite funktionierende Phase der Maschine 19 usw., und zwar für jede der funktionierenden Phasen der Maschine 19.
Als Reaktion darauf, dass das Steuergerät 100 den Satz von Stromwerten an die funktionierenden Phasen der Maschine 19 anlegt, kann die Maschine 19 das gewünschte Drehmoment erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann die von der Maschine 19 erzeugte Drehmomentwelligkeit (z. B. als Reaktion darauf, dass sich die Phasen im Stromkreisunterbrechungszustand befinden) auf der Grundlage, dass das Steuergerät 100 den Satz von Stromwerten an die funktionierenden Phasen der Maschine 19 anlegt, gesteuert (z. B. eliminiert oder erheblich reduziert) werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Steuergerät 100 die hier beschriebenen Verfahren durchführen. Die hierin beschriebenen Verfahren, die hier so beschrieben sind, dass sie von dem Steuergerät 100 ausgeführt werden, sind jedoch nicht als Einschränkung zu verstehen, und jede Art von Software, die auf einem Steuergerät oder einem Prozessor ausgeführt wird, kann die hierin beschriebenen Verfahren ausführen, ohne vom Anwendungsbereich dieser Offenlegung abzuweichen. Zum Beispiel kann ein Steuergerät, wie ein Prozessor, der Software in einem Computergerät ausführt, die hier beschriebenen Verfahren durchführen.
4 ist ein Flussdiagramm, das allgemein ein Verfahren 300 zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Bei 302 bestimmt das Verfahren 300 als Reaktion auf die Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, ein gewünschtes Drehmoment, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine 19 erzeugt werden soll. Zum Beispiel bestimmt das Steuergerät 100 ein gewünschtes Drehmoment, das von der Maschine 19 erzeugt werden soll.
Bei 304 ruft das Verfahren 300 auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments, einen Satz von Stromwerten ab, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden müssen, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen. Zum Beispiel ruft das Steuergerät 100 den Satz von Stromwerten ab, die an die funktionierenden Phasen der Maschine 19 anzulegen sind, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen.
Bei 306 legt das Verfahren 300 jeweilige Stromwerte des Satzes von Stromwerten auf entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine an, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine bestimmt wird, das die Phase enthält, die sich im Stromkreisunterbrechungszustand befindet. Beispielsweise wendet die Steuerung 100 Stromwerte aus dem Satz von Stromwerten auf entsprechende funktionierende Phasen der funktionierenden Phasen der Maschine 19 an. Das Steuergerät 100 kann die Drehmomentwelligkeit der Maschine 19 steuern, indem es den Satz von Stromwerten an die funktionierenden Phasen der Maschine 19 anlegt.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine als Reaktion auf die Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, das Bestimmen eines gewünschten Drehmoments, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll, und das Abrufen eines Satzes von Stromwerten, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden sollen, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen, auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase in dem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments. Das Verfahren kann auch das Anlegen jeweiliger Stromwerte des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine umfassen, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine bestimmt wird, das die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand enthält.
In einigen Ausführungsformen steuert das Anlegen der jeweiligen Stromwerte des Satzes von Stromwerten an die entsprechenden der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine die Drehmomentwelligkeit, die dem von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugten Drehmoment entspricht, als Reaktion auf das Anlegen der jeweiligen Stromwerte des Satzes von Stromwerten an die entsprechenden der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit nicht ausgeprägten Polen. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Permanentmagnetmaschine. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine einen gewickelten Rotor. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine fünf Phasen. In einigen Ausführungsformen ist die mehrphasige elektrische Maschine mit einem Lenksystem eines Fahrzeugs verbunden.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein System zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher enthält Anweisungen, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen: als Reaktion auf die Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, ein gewünschtes Drehmoment zu bestimmen, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll; auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase in dem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments, einen Satz von Stromwerten abzurufen, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden sollen, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen; und jeweilige Stromwerte des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine anzulegen, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine bestimmt wird, das die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand enthält.
In einigen Ausführungsformen veranlassen die Anweisungen den Prozessor außerdem dazu, die Drehmomentwelligkeit entsprechend dem von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugten Drehmoment als Reaktion auf die jeweiligen Stromwerte des Satzes von Stromwerten zu steuern, die an die entsprechenden der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit nicht ausgeprägten Polen. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Permanentmagnetmaschine. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine einen gewickelten Rotor. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine fünf Phasen. In einigen Ausführungsformen ist die mehrphasige elektrische Maschine mit einem Lenksystem eines Fahrzeugs verbunden.
In einigen Ausführungsformen umfasst eine Vorrichtung zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher enthält Anweisungen, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen: als Reaktion auf eine Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, ein gewünschtes Drehmoment zu bestimmen, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll; auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase in dem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments, einen Satz von Stromwerten abzurufen, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden sollen, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen; und die Drehmomentwelligkeit, die der Phase entspricht, die sich im Stromkreisunterbrechungszustand befindet, durch Anlegen jeweiliger Stromwerte des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine zu steuern, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine, das die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand einschließt, bestimmt wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine fünf Phasen. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen. In einigen Ausführungsformen umfasst die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit nicht ausgeprägten Polen.
Die obige Erörterung soll die Grundsätze und verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden für den Fachmann offensichtlich, sobald die obige Offenbarung vollständig verstanden ist. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche so ausgelegt werden, dass sie alle derartigen Variationen und Modifikationen umfassen.
Es sollte beachtet werden, dass die verschiedenen hier beschriebenen technischen Merkmale Verbesserungen an Motorsteuerungssystemen ermöglichen. In der vorliegenden Beschreibung wird ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) als Beispiel für ein Motorsteuerungssystem verwendet, das durch die Verwendung und/oder Umsetzung der verschiedenen hier beschriebenen technischen Merkmale verbessert wird. Die hier beschriebenen technischen Lösungen sind jedoch nicht auf elektrische Servolenkungssysteme beschränkt, sondern lassen sich auch auf Motorsteuerungssysteme in anderen Systemen anwenden, z. B. in einem Industriemotor, einem biomechanischen Gerät, einem automatischen Antriebsunterstützungssystem oder einer anderen elektrischen Maschine, die ein Motorsteuerungssystem verwendet.
Das Wort „Beispiel“ wird hier verwendet, um als Beispiel, Instanz oder Illustration zu dienen. Jeder hier als „Beispiel“ beschriebene Aspekt oder Entwurf ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Entwürfen auszulegen. Vielmehr soll die Verwendung des Wortes „Beispiel“ dazu dienen, Konzepte in einer konkreten Weise darzustellen. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein einschließendes „oder“ und nicht ein ausschließendes „oder“ bedeuten. Das heißt, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, ist mit „X schließt A oder B ein“ jede der natürlichen, einschließenden Permutationen gemeint. Das heißt, wenn X A einschließt, X B einschließt oder X sowohl A als auch B einschließt, dann ist „X schließt A oder B ein“ in jedem der vorgenannten Fälle erfüllt. Darüber hinaus sollen die Artikel „einer/eine/eines“, wie sie in dieser Anmeldung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, im Allgemeinen so ausgelegt werden, dass sie „ein oder mehrere“ bedeuten, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben oder aus dem Kontext geht eindeutig hervor, dass sie sich auf eine Singularform beziehen. Darüber hinaus ist die Verwendung des Begriffs „eine Implementierung“ oder „die eine Implementierung“ nicht gleichbedeutend mit derselben Ausführungsform oder Implementierung, es sei denn, sie wird als solche beschrieben.
Die hierin beschriebenen Systeme, Algorithmen, Verfahren, Anweisungen usw. können in Hardware, Software oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden. Bei der Hardware kann es sich beispielsweise um Computer, Kerne aus geistigem Eigentum (IP), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikarrays, optische Prozessoren, programmierbare Logiksteuerungen, Mikrocode, Mikrocontroller, Server, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder jede andere geeignete Schaltung handeln. In den Ansprüchen ist der Begriff „Prozessor“ so zu verstehen, dass er jede der vorgenannten Hardware entweder einzeln oder in Kombination umfasst. Die Begriffe „Signal“ und „Daten“ werden austauschbar verwendet.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff Modul eine verpackte funktionale Hardwareeinheit umfassen, die für die Verwendung mit anderen Komponenten ausgelegt ist, einen Satz von Anweisungen, die von einem Steuergerät (z. B. einem Prozessor, der Software oder Firmware ausführt) ausgeführt werden können, Verarbeitungsschaltungen, die für die Ausführung einer bestimmten Funktion konfiguriert sind, und eine in sich geschlossene Hardware- oder Softwarekomponente, die eine Schnittstelle zu einem größeren System bildet. Ein Modul kann beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine Schaltung, eine digitale Logikschaltung, eine analoge Schaltung, eine Kombination aus diskreten Schaltungen, Gattern und anderen Arten von Hardware oder einer Kombination davon umfassen. In anderen Ausführungsformen kann ein Modul einen Speicher enthalten, in dem Anweisungen gespeichert sind, die von einem Steuergerät ausgeführt werden können, um ein Merkmal des Moduls zu implementieren.
In einem Aspekt können die hier beschriebenen Systeme beispielsweise mit einem Allzweckcomputer oder einem Allzweckprozessor mit einem Computerprogramm implementiert werden, das bei seiner Ausführung die jeweiligen hier beschriebenen Verfahren, Algorithmen und/oder Anweisungen ausführt. Zusätzlich oder alternativ kann z. B. ein spezieller Computer/Prozessor verwendet werden, der andere Hardware zur Ausführung der hier beschriebenen Verfahren, Algorithmen oder Anweisungen enthalten kann.
Darüber hinaus können alle oder ein Teil der Implementierungen der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das beispielsweise von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium zugänglich ist. Ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium kann ein beliebiges Gerät sein, das z. B. das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem beliebigen Prozessor konkret enthalten, speichern, übermitteln oder transportieren kann. Das Medium kann beispielsweise ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches oder ein Halbleitergerät 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 schränken die vorliegende Offenbarung nicht ein. Im Gegenteil, die Offenbarung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, wobei der Anwendungsbereich so weit wie möglich auszulegen ist, um alle derartigen Modifikationen und äquivalenten Strukturen zu umfassen, die nach dem Gesetz zulässig sind.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine, wobei das Verfahren umfasst: als Reaktion auf die Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, Bestimmen eines gewünschten Drehmoments, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll; Abrufen eines Satzes von Stromwerten, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine anzulegen sind, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen, auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments; und Anlegen jeweiliger Stromwerte des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine bestimmt wird, das die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anlegen der jeweiligen Stromwerte des Satzes von Stromwerten an die entsprechenden der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine die Drehmomentwelligkeit steuert, die dem von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugten Drehmoment entspricht, als Reaktion darauf, dass die jeweiligen Stromwerte des Satzes von Stromwerten an die entsprechenden der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit nicht ausgeprägten Polen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Permanentmagnetmaschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehrphasige elektrische Maschine einen gewickelten Rotor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehrphasige elektrische Maschine fünf Phasen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehrphasige elektrische Maschine mit einem Lenksystem eines Fahrzeugs verbunden ist.
System zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine, wobei das System umfasst: einen Prozessor; und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen: als Reaktion auf die Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in dem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, ein gewünschtes Drehmoment zu bestimmen, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll; auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments, einen Satz von Stromwerten abzurufen, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine anzulegen sind, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen; und jeweilige Stromwerte des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine anzulegen, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine bestimmt wird, das die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand enthält.
System nach Anspruch 9, wobei die Anweisungen den Prozessor ferner dazu veranlassen, die Drehmomentwelligkeit entsprechend dem von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugten Drehmoment als Reaktion auf die jeweiligen Stromwerte des Satzes von Stromwerten zu steuern, die an die entsprechenden der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine angelegt werden.
System nach Anspruch 9, wobei die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen umfasst.
System nach Anspruch 9, wobei die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit nicht ausgeprägten Polen umfasst.
System nach Anspruch 9, wobei die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Permanentmagnetmaschine umfasst.
System nach Anspruch 9, wobei die mehrphasige elektrische Maschine einen gewickelten Rotor aufweist.
System nach Anspruch 9, wobei die mehrphasige elektrische Maschine fünf Phasen umfasst.
System nach Anspruch 9, wobei die mehrphasige elektrische Maschine mit einem Lenksystem eines Fahrzeugs verbunden ist.
Vorrichtung zur Steuerung einer mehrphasigen elektrischen Maschine, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Prozessor; und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen: als Reaktion auf die Feststellung, dass sich eine Phase der mehrphasigen elektrischen Maschine in einem Stromkreisunterbrechungszustand befindet, ein gewünschtes Drehmoment zu bestimmen, das von der mehrphasigen elektrischen Maschine erzeugt werden soll; auf der Grundlage der Feststellung, dass sich die Phase im Stromkreisunterbrechungszustand befindet, und des gewünschten Drehmoments, einen Satz von Stromwerten abzurufen, die an jede der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine anzulegen sind, um das gewünschte Drehmoment zu erreichen; und die Drehmomentwelligkeit, die der Phase entspricht, die sich im Stromkreisunterbrechungszustand befindet, durch Anlegen jeweiliger Stromwerte des Satzes von Stromwerten an entsprechende der anderen Phasen der mehrphasigen elektrischen Maschine zu steuern, wobei der Satz von Stromwerten auf der Grundlage eines Modells der mehrphasigen elektrischen Maschine bestimmt wird, das die Phase enthält, die sich im Stromkreisunterbrechungszustand befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die mehrphasige elektrische Maschine fünf Phasen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die mehrphasige elektrische Maschine eine mehrphasige elektrische Maschine mit nicht ausgeprägten Polen umfasst.