DE102022207931A1

DE102022207931A1 - Verfahren zum Betreiben einer Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine, Vorrichtung zum Betreiben einer Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine, Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102022207931A1
Application number: DE102022207931.0A
Authority: DE
Inventors: David GAENZLE; Maximilian Manderla; Johannes Huebel; Anja Thielecke; Wolfgang Friede
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-08-01
Filing date: 2022-08-01
Publication date: 2024-02-01
Also published as: FR3138590A1; GB202311436D0; GB2622922A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Aktuatoreinrichtung (1) mit einer elektrischen Maschine (4), wobei in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Führungsgröße ein Ansteuersignal ermittelt und die elektrische Maschine (4) gemäß dem Ansteuersignal angesteuert wird, wobei zumindest eine eine Schallemission der Aktuatoreinrichtung (1) beschreibende Messgröße überwacht wird, und wobei die elektrische Maschine (4) zur Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung (1) in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße angesteuert wird. Es ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße gemäß einem Modell (H), welches eine erwartete Schallemission der Aktuatoreinrichtung (1) in Abhängigkeit von der Ansteuerung der elektrischen Maschine (4) beschreibt, eine Korrekturanweisung ermittelt wird, und dass das Ansteuersignal durch die Korrekturanweisung modifiziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine, wobei in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Führungsgröße ein Ansteuersignal ermittelt und die elektrische Maschine gemäß dem Ansteuersignal angesteuert wird, wobei zumindest eine eine Schallemission der Aktuatoreinrichtung beschreibende Messgröße überwacht wird, und wobei die elektrische Maschine zur Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße angesteuert wird.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine, mit einem Steuergerät zum Ansteuern der elektrischen Maschine, und mit zumindest einer Sensoreinheit zum Überwachen einer eine Schallemission der Aktuatoreinrichtung beschreibenden Messgröße.
Ferner betrifft die Erfindung eine Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine.
Stand der Technik
Bei einer Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine wird im Betrieb der Aktuatoreinrichtung typischerweise in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Führungsgröße ein Ansteuersignal für die elektrische Maschine ermittelt. Die elektrische Maschine wird dann gemäß dem Ansteuersignal angesteuert. Es ist bekannt, elektrische Maschinen mittels der feldorientierten Regelung zu regeln. Diese Regelung ist im Wesentlichen auf die Regelung der Grundwelle des Motorstroms der elektrischen Maschine ausgelegt. Eine Beeinflussung oder Reduktion von Oberwellen ist hiermit jedoch nicht möglich. Derartige Oberwellen ergeben sich insbesondere, wenn die Aktuatoreinrichtung eine oszillierende Last wie beispielsweise eine Fluidpumpe aufweist. Die Oberwellen gehen mit mechanischen Schwingungen der Aktuatoreinrichtung und einer erhöhten Schallemission der Aktuatoreinrichtung einher. Aus der Patentschrift EP 3 535 533 B1 ist es bekannt, bei einer als Kompressor ausgebildeten Aktuatoreinrichtung eine Messgröße zu überwachen, welche eine Schallemission der Aktuatoreinrichtung beschreibt. Die elektrische Maschine der Aktuatoreinrichtung wird dann zur Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße angesteuert. Konkret schlägt die EP 3 535 533 B1 vor, in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße einen Betriebspunkt der elektrischen Maschine einzustellen, in dem die Schallemission gering ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße gemäß einem Modell der Aktuatoreinrichtung, welches eine erwartete Schallemission der Aktuatoreinrichtung in Abhängigkeit von der Ansteuerung der elektrischen Maschine beschreibt, eine Korrekturanweisung ermittelt wird, und dass das Ansteuersignal durch die Korrekturanweisung modifiziert wird. Zur Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung wird also nicht der Betriebspunkt der Aktuatoreinrichtung verändert. Stattdessen wird die Ansteuerung der elektrischen Maschine innerhalb des gewünschten Betriebspunktes in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße gemäß dem erfindungsgemäßen Modell optimiert. Der gewünschte Betriebspunkt kann also beibehalten werden. Durch die Berücksichtigung des Modells der Aktuatoreinrichtung kann durch Ermitteln einer geeigneten periodischen Korrekturanweisung ein oberwellenbehaftetes Verhalten der elektrischen Maschine kompensiert werden. Vorzugsweise wird das Modell zum Ermitteln der Korrekturanweisung invertiert. Das Modell der Aktuatoreinrichtung ist vorzugsweise ein in Vorversuchen ermitteltes und in einem der Aktuatoreinrichtung zugeordneten Datenspeicher gespeichertes Modell.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ansteuersignal mittels eines feedback-Regelkreises durch die Korrekturanweisung modifiziert wird. Es wird also eine iterative Anpassung des Ansteuersignals durch die Korrekturanweisung vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass trotz gegebenenfalls vorhandener Modellunsicherheiten des Modells eine ausgeprägte Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung dennoch sicher erreicht werden kann. Vorzugsweise wird ein Sollwert für die Messgröße vorgegeben, wobei die Messgröße mittels des feedback-Regelkreises auf den Sollwert eingeregelt wird.
Vorzugsweise wird als Messgröße eine mechanische Schwingung der Aktuatoreinrichtung überwacht. Zwischen der Schallemission der Aktuatoreinrichtung und der mechanischen Schwingung der Aktuatoreinrichtung besteht eine enge Korrelation. Insofern beschreibt die mechanische Schwingung die Schallemission der Aktuatoreinrichtung. Beispielsweise ist ein die mechanische Schwingung überwachender Beschleunigungssensor an einem Gehäuse der Aktuatoreinrichtung angeordnet, sodass der Beschleunigungssensor die mechanische Schwingung des Gehäuses überwacht. Weiterhin kann das Überwachen der mechanischen Schwingung kostengünstig implementiert werden. Besonders bevorzugt wird hierzu als Beschleunigungssensor ein MEMS-Sensor verwendet. Schließlich ist ein für diese Ausführungsform des Verfahrens geeignetes Modell der Aktuatoreinrichtung vergleichsweise einfach zu erstellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Messgröße ein Schallpegel der Aktuatoreinrichtung überwacht wird. Beispielsweise ist hierzu ein den Schallpegel überwachender Schallsensor in der Aktuatoreinrichtung oder benachbart zu der Aktuatoreinrichtung angeordnet. Der Schallpegel korrespondiert besonders genau mit der Schallemission der Aktuatoreinrichtung. Vorzugsweise werden bei dieser Ausführungsform bei der Erstellung des Modells der Aktuatoreinrichtung Transferpfade von der Aktuatoreinrichtung zum Luftschall berücksichtigt. Derartige Transferpfade können durch Messungen und/oder durch Simulationen ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebspunkt der elektrischen Maschine eine erwartete Normgröße ermittelt wird, und dass durch Vergleichen der erfassten Messgröße mit der erwarteten Normgröße geprüft wird, ob die Aktuatoreinrichtung eine Störung aufweist. Anhand der erfassten Messgröße wird also eine vorteilhafte Zusatzfunktion realisiert, nämlich die Erfassung von Störungen der Aktuatoreinrichtung. Bei einer Störung ist die Schallemission der Aktuatoreinrichtung typischerweise unerwartet hoch. Störungen der Aktuatoreinrichtung können entsprechend durch Vergleichen der erfassten Messgröße mit der erwarteten Normgröße zuverlässig erkannt werden. Die erwartete Normgröße entspricht dabei in ihrer Art der Messgröße. Wird als Messgröße eine mechanische Schwingung überwacht, so ist die Normgröße eine erwartete mechanische Schwingung. Wird als Messgröße ein Schallpegel überwacht, so ist die Normgröße ein erwarteter Schallpegel. Vorzugsweise wird bei Feststellen, dass die Aktuatoreinrichtung eine Störung aufweist beziehungsweise von einer Störung betroffen ist, eine Sicherheitsfunktion durchgeführt. Beispielsweise wird im Rahmen der Sicherheitsfunktion eine die Aktuatoreinrichtung betreffende Wartungsempfehlung automatisiert bereitgestellt.
Vorzugsweise wird die erwartete Normgröße in Abhängigkeit von einem Kennfeld ermittelt. Mittels eines Kennfeldes kann einer Vielzahl von Betriebspunkten eine jeweils geeignete Normgröße präzise zugeordnet werden. Vorzugsweise ist das Kennfeld in dem zuvor erwähnten Datenspeicher gespeichert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist, sodass der Rotor bei einer mechanischen Umdrehung zumindest zwei elektrische Umdrehungen durchläuft, und dass eine Phasenlage der Korrekturanweisung in Abhängigkeit von einem elektrischen Drehwinkel des Rotors und der erfassten Messgröße festgelegt wird. Sind mehrere Polpaare vorhanden, so durchläuft der Rotor bei einer mechanischen Umdrehung mehrere elektrische Umdrehungen, wobei die Anzahl der elektrischen Umdrehungen der Anzahl an Polpaaren entspricht. Sind beispielsweise zwei Polpaare vorhanden, so durchläuft der Rotor bei einer mechanischen Umdrehung zwei elektrische Umdrehungen. Bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors liegt also jeder elektrische Drehwinkel des Rotors mehrmals vor. Anhand des elektrischen Drehwinkels allein ist eine eindeutige Zuordnung zu einem mechanischen Drehwinkel des Rotors demnach nicht möglich, weil der elektrische Drehwinkel mehrdeutig ist. Soll ein oberwellenbehaftetes Verhalten der elektrischen Maschine durch Berücksichtigung der periodischen Korrekturanweisung kompensiert werden, so ist es notwendig, die Phasenlage der periodischen Korrekturanweisung bezogen auf den mechanischen Drehwinkel des Rotors korrekt festzulegen. Der aktuelle elektrische Drehwinkel ist typischerweise bekannt. Die zuvor erwähnte Mehrdeutigkeit kann durch zusätzliche Berücksichtigung der erfassten Messgröße überwunden werden. Ein Drehwinkelsensor zum Überwachen des mechanischen Drehwinkels des Rotors ist für die korrekte Festlegung der Phasenlage demnach nicht notwendig. Hierdurch kann die Antriebseinrichtung kostengünstig realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine der elektrischen Umdrehungen ausgewählt und die Phasenlage der Korrekturanweisung bezogen auf einen Drehwinkelwert der ausgewählten elektrischen Umdrehung zumindest vorläufig festgelegt wird, dass bei Feststellen, dass eine erwartete Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung eingetreten ist, die vorläufig festgelegte Phasenlage beibehalten wird, und/oder dass bei Feststellen, dass die erwartete Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung ausgeblieben ist, eine andere der elektrischen Umdrehungen ausgewählt und die Phasenlage bezogen auf einen Drehwinkelwert der anderen elektrischen Umdrehung zumindest vorläufig festgelegt wird. Grundsätzlich kann dabei eine beliebige der elektrischen Umdrehungen zunächst beziehungsweise als erste ausgewählt werden. Bezogen auf einen Drehwinkelwert dieser zunächst ausgewählten elektrischen Umdrehung wird dann die Phasenlage der Korrekturanweisung zumindest vorläufig festgelegt. Anschließend wird die weitere Entwicklung der Messgröße überwacht. Wird anhand der Messgröße erkannt, dass eine erwartete Verringerung der Schallemission eingetreten ist, so wird davon ausgegangen, dass die Phasenlage der Korrekturanweisung bereits korrekt festgelegt wurde.
Die vorläufig festgelegte Phasenlage wird dann beibehalten. Wird anhand der Messgröße jedoch erkannt, dass die erwartete Verringerung der Schallemission trotz Berücksichtigung der Korrekturanweisung bei der Ansteuerung der elektrischen Maschine ausgeblieben ist, so wird davon ausgegangen, dass die Phasenlage der Korrekturanweisung falsch festgelegt wurde. Es wird dann eine andere der elektrischen Umdrehungen ausgewählt. Die Phasenlage der Korrekturanweisung wird dann bezogen auf einen Drehwinkelwert der anderen elektrischen Umdrehung zumindest vorläufig festgelegt. Gegebenenfalls wird anschließend wiederum in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße geprüft, ob die Phasenlage korrekt oder falsch festgelegt wurde. Wurde die Phasenlage korrekt festgelegt, so wird die vorläufig festgelegte Phasenlage beibehalten. Wurde die Phasenlage jedoch wieder falsch festgelegt, so wird erneut eine nochmals andere der elektrischen Umdrehungen ausgewählt und die Phasenlage der Korrekturanweisung wird bezogen auf einen Drehwinkelwert dieser elektrischen Umdrehung zumindest vorläufig festgelegt. Dies wird solange durchgeführt, bis die korrekte Phasenlage für die Korrekturanweisung festgelegt wurde.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 9 dadurch aus, dass das Steuergerät speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Wird das Steuergerät bestimmungsgemäß verwendet, so wird das erfindungsgemäße Verfahren also durch das Steuergerät beziehungsweise in dem Steuergerät durchgeführt. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit ein Beschleunigungssensor ist. Der Beschleunigungssensor ist beispielsweise an einem Gehäuse der Aktuatoreinrichtung angeordnet. Besonders bevorzugt ist der Beschleunigungssensor als MEMS-Sensor ausgebildet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Sensoreinheit ein Schallsensor wie beispielsweise ein Mikrofon ist.
Die erfindungsgemäße Aktuatoreinrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 11 durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Vorzugsweise weist die Aktuatoreinrichtung eine betätigbare Fluidpumpe auf, wobei die elektrische Maschine zur Betätigung der Fluidpumpe ausgebildet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigt die einzige

Figur eine Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine.

Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine als Kompressor 1 ausgebildete Aktuatoreinrichtung 1 für eine Wärmepumpe. Die Aktuatoreinrichtung 1 weist eine betätigbare Fluidpumpe 2 auf. Außerdem weist die Aktuatoreinrichtung 1 eine Antriebseinheit 3 mit einer elektrischen Maschine 4 auf. Die elektrische Maschine 4 ist lediglich schematisch dargestellt, weist jedoch eine gehäusefeste Statorwicklung und einen drehbar gelagerten Rotor auf. Die Fluidpumpe 2 ist durch die elektrische Maschine 4 betätigbar.
Die Aktuatoreinrichtung 1 weist eine Vorrichtung 5 zum Betreiben der elektrischen Maschine 4 auf. Die Vorrichtung 5 weist ein Steuergerät 6 auf, das dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine 4 beziehungsweise die Statorwicklung der elektrischen Maschine 4 anzusteuern. Außerdem weist die Vorrichtung 5 zumindest eine Sensoreinheit 7 auf. Die Sensoreinheit 7 ist dazu ausgebildet, eine Messgröße zu überwachen, welche eine Schallemission der Aktuatoreinrichtung 1 beschreibt. Die Sensoreinheit 7 ist mit dem Steuergerät 6 kommunikationstechnisch verbunden und dazu ausgebildet, dem Steuergerät 6 ihr Sensorsignal bereitzustellen. Vorliegend ist die Sensoreinheit 7 als Beschleunigungssensor 7 ausgebildet und an einem Element der Aktuatoreinrichtung 1 angeordnet, beispielsweise an einem Gehäuse der Aktuatoreinrichtung 1. Die als Beschleunigungssensor 7 ausgebildete Sensoreinheit 7 überwacht dann als Messgröße eine mechanische Schwingung der Aktuatoreinrichtung 1. Die mechanische Schwingung korrespondiert mit der Schallemission der Aktuatoreinrichtung 1, sodass die mechanische Schwingung die Schallemission beschreibt. Besonders bevorzugt ist der Beschleunigungssensor 7 als MEMS-Sensor 7 ausgebildet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinheit 7 als Schallsensor 7 ausgebildet und der Aktuatoreinrichtung 1 räumlich zugeordnet. Der Schallsensor 7 überwacht dann als Messgröße einen Schallpegel der Aktuatoreinrichtung 1.
Im Betrieb der Aktuatoreinrichtung 1 regelt das Steuergerät 6 die elektrische Maschine 4 im Sinne einer feldorientierten Regelung. Hierzu ermittelt das Steuergerät in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Führungsgröße ein Ansteuersignal für die elektrische Maschine 4. Das Steuergerät 6 steuert die elektrische Maschine 4 dann gemäß dem Ansteuersignal an. Beispielsweise wird als Führungsgröße ein elektrischer Soll-Motorstrom für die Statorwicklung der elektrischen Maschine 4 vorgegeben. Der Soll-Motorstrom weist einen drehmomentbildenden Strom iq und einen flussbildenden Strom id auf. Die Ströme iq und id beschreiben den Soll-Motorstrom als Gleichgrößen in einem rotorfesten Koordinatensystem. Mit der Fluidpumpe 2 ist der elektrischen Maschine 4 eine oszillierende Last nachgeschaltet. Dies führt dazu, dass die elektrische Maschine 4 im Betrieb ein oberwellenbehaftetes Verhalten aufweist. Das oberwellenbehaftete Verhalten geht mit einer gesteigerten Schallemission der Aktuatoreinrichtung 1 einher. Die feldorientierte Regelung ist auf die Regelung der Grundwelle des Motorstroms ausgelegt. Eine Reduktion von Oberwellen ist hiermit jedoch nicht möglich.
Um die Schallemission der Aktuatoreinrichtung 1 zu verringern, berücksichtigt das Steuergerät 6 ein Modell H, welches eine erwartete Schallemission der Aktuatoreinrichtung 1 in Abhängigkeit von der Ansteuerung der elektrischen Maschine 4 beschreibt. Das Modell H ist auf einem Datenspeicher 8 der Vorrichtung 5 gespeichert. Im Folgenden wird eine mögliche einfache Ausführung des Modells H näher erläutert.
Das Drehmoment der elektrischen Maschine 4 wird durch die folgende Gleichung (1) beschrieben $M_{d r} = \frac{3}{2} p (ψ i_{q} + (L_{d} + L_{q}) i_{d} i_{q})$
Dabei sind M_dr ein durch die elektrische Maschine 4 erzeugtes Drehmoment, i_q der drehmomentbildende Strom der Statorwicklung, i_d der flussbildende Strom der Statorwicklung, p die Polpaarzahl des Rotors, ψ der magnetische Fluss der Statorwicklung und L_q und L_d die Induktivitäten der Statorwicklung.
Die mechanischen Schwingungen der Aktuatoreinrichtung 1 werden durch das folgende mechanische Modell (2) beschrieben. $M \ddot{x} + D \dot{x} + K x = f$
Dabei sind M eine Massenmatrix der Aktuatoreinrichtung 1, D eine Dämpfungsmatrix der Aktuatoreinrichtung 1, K eine Steifigkeitsmatrix der Aktuatoreinrichtung 1, f ein Kraftvektor, ẍ eine Beschleunigung der Aktuatoreinrichtung 1, ẋ eine Geschwindigkeit der Aktuatoreinrichtung 1 und x eine Verschiebung der Aktuatoreinrichtung 1.
Mit dem Zusammenhang $x^{(n)} = j ω^{n} x$
ergibt sich folgende Berechnung des Modells H: $\ddot{x} = {[M - \frac{j}{ω} D - \frac{1}{ω^{2}} K]}^{- 1} (f_{l o a d} + f_{d r})$
$mit f_{d r} = [\begin{matrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \\ M_{d r} (i_{q}, i_{d}) \end{matrix}]$
Dabei sind n ein Index, x⁽ⁿ⁾ die n-te Ableitung der Verschiebung x, j eine Einheit eines Imaginärteils einer komplexen Zahl, ω die Kreisfrequenz, f_load ein Kraftvektor der Abtriebskräfte, welcher Kräfte und/oder Momente enthält, und f_dr ein Kraftvektor der Antriebskräfte, welcher Kräfte und/oder Momente enthält.
Die Beschleunigung ẍ der Aktuatoreinrichtung 1 wird als Messgröße mittels der als Beschleunigungssensor 7 ausgebildeten Sensoreinheit 7 überwacht und dem Steuergerät 6 bereitgestellt.
Das Steuergerät 7 weist einen Algorithmus 9 auf. Der Algorithmus 9 ermittelt mittels des Modells H und der erfassten Messgröße eine periodische Korrekturanweisung zur Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung 1. Der Algorithmus verwendet hierzu das invertierte Modell H^-1. Das Steuergerät 6 modifiziert dann das Ansteuersignal durch die periodische Korrekturanweisung. Entsprechend wird im Folgenden das modifizierte Ansteuersignal der Ansteuerung der elektrischen Maschine 4 zugrunde gelegt. Dies führt zur Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung 1. Der durch das Modell H beschriebene Zusammenhang wird also genutzt, um durch Überwachung der Messgröße die optimale Ansteuerung der elektrischen Maschine 4 zu realisieren.
Es ist zu beachten, dass sich keine eindeutige Lösung des zuvor beschriebenen Modells H ergibt, weil zwei Ausgangsgrößen (i_q und i_d) und eine Eingangsgröße ẍ vorhanden sind. Dies kann dadurch aufgelöst werden, dass beispielsweise einer der beiden Ströme i_q und i_d zu null gesetzt wird, oder dadurch, dass ein Gütefunktional wie beispielsweise minimale Stromoberwellen angewendet wird.
Wird anstelle des Beschleunigungssensors 7 ein Schallsensor 7 eingesetzt, so wird das Modell H vorzugsweise durch ermittelte Transferpfade von der Aktuatoreinrichtung 1 zum Luftschall erweitert. Die Transferpfade werden beispielsweise durch Messungen oder Simulationen ermittelt.
Das Modell H kann außerdem um die Verluste in der Drehmomentberechnung der elektrischen Maschine 4 und im mechanischen Modell (2) der Aktuatoreinrichtung 1 erweitert werden.
Wie zuvor erwähnt wurde, ist die Korrekturanweisung periodisch. Daraus folgt, dass eine bestimmungsgemäße Phasenlage der Korrekturanweisung relativ zu dem mechanischen Drehwinkel des Rotors der elektrischen Maschine 4 besteht. Weist der Rotor mehrere Polpaare auf, so ist anhand des elektrischen Drehwinkels des Rotors allein keine eindeutige Feststellung des mechanischen Drehwinkels des Rotors möglich. Eine eindeutige Feststellung des mechanischen Drehwinkels könnte durch einen Drehwinkelsensor zum Überwachen des Drehwinkels realisiert werden, was jedoch mit zusätzlichen Kosten verbunden wäre. Durch die im Folgenden beschriebene vorteilhafte Vorgehensweise kann anhand des Sensorsignals der Sensoreinheit 7 eine korrekte Festlegung der Phasenlage der Korrekturanweisung dennoch realisiert werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Rotor genau zwei Polpaare aufweist, sodass der Rotor bei einer mechanischen Umdrehung des Rotors zwei elektrische Umdrehungen durchläuft.
Zunächst wählt das Steuergerät 6 eine der elektrischen Umdrehungen aus. Die Auswahl einer der elektrischen Umdrehungen kann dabei beliebig getroffen werden. Das Steuergerät 6 legt dann die Phasenlage der periodischen Korrekturanweisung bezogen auf einen elektrischen Drehwinkel der ausgewählten elektrischen Umdrehung zumindest vorläufig fest. Anschließend wird die Messgröße weiter überwacht. Erkennt das Steuergerät 6 anhand der Messgröße, dass eine erwartete Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung 1 eingetreten ist, so wird davon ausgegangen, dass die Phasenlage der Korrekturanweisung bereits korrekt festgelegt wurde. Die festgelegte Phasenlage wird dann beibehalten. Erkennt das Steuergerät 6 anhand der Messgröße jedoch, dass die erwartete Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung 1 ausgeblieben ist, so wählt das Steuergerät 6 dann die andere der elektrischen Umdrehungen aus. Das Steuergerät 6 legt dann die Phasenlage der periodischen Korrekturanweisung bezogen auf einen elektrischen Drehwinkel der dann ausgewählten anderen elektrischen Umdrehung fest. Sind nur zwei Polpaare vorhanden, so ist davon auszugehen, dass die Phasenlage der Korrekturanweisung dann korrekt festgelegt ist. Bei mehr als zwei Polpaaren wird die korrekte Festlegung der Phasenlage erneut anhand der Messgröße geprüft.
Vorzugsweise prüft das Steuergerät 6 anhand der Messgröße, ob die Aktuatoreinrichtung 1 eine Störung aufweist. Hierzu ermittelt das Steuergerät 6 in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebspunkt der elektrischen Maschine 4 mittels eines Kennfeldes eine erwartete Normgröße. Das Steuergerät 6 vergleicht dann die erfasste Messgröße mit der erwarteten Normgröße. In Abhängigkeit von dem Vergleich stellt das Steuergerät 6 fest, ob die Aktuatoreinrichtung 1 eine Störung aufweist oder nicht. Weist die Aktuatoreinrichtung 1 eine Störung auf, so führt das Steuergerät 6 vorzugsweise eine Sicherheitsfunktion durch. Beispielsweise stellt das Steuergerät 6 im Rahmen der Sicherheitsfunktion eine Wartungsempfehlung automatisiert bereit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3535533 B1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine, wobei in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Führungsgröße ein Ansteuersignal ermittelt und die elektrische Maschine (4) gemäß dem Ansteuersignal angesteuert wird, wobei zumindest eine eine Schallemission der Aktuatoreinrichtung (1) beschreibende Messgröße überwacht wird, und wobei die elektrische Maschine (4) zur Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung (1) in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße gemäß einem Modell (H), welches eine erwartete Schallemission der Aktuatoreinrichtung (1) in Abhängigkeit von der Ansteuerung der elektrischen Maschine (4) beschreibt, eine Korrekturanweisung ermittelt wird, und dass das Ansteuersignal durch die Korrekturanweisung modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal mittels eines feedback-Regelkreises durch die Korrekturanweisung modifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße eine mechanische Schwingung der Aktuatoreinrichtung (1) überwacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße ein Schallpegel der Aktuatoreinrichtung (1) überwacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebspunkt der elektrischen Maschine (4) eine erwartete Normgröße ermittelt wird, und dass durch Vergleichen der erfassten Messgröße mit der erwarteten Normgröße geprüft wird, ob die Aktuatoreinrichtung (1) eine Störung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erwartete Normgröße in Abhängigkeit von einem Kennfeld ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4) einen drehbar gelagerten Rotor mit mehreren Polpaaren aufweist, sodass der Rotor bei einer mechanischen Umdrehung zumindest zwei elektrische Umdrehungen durchläuft, und dass eine Phasenlage der Korrekturanweisung in Abhängigkeit von einem elektrischen Drehwinkel des Rotors und der erfassten Messgröße festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der elektrischen Umdrehungen ausgewählt und die Phasenlage der Korrekturanweisung bezogen auf einen Drehwinkelwert der ausgewählten elektrischen Umdrehung zumindest vorläufig festgelegt wird, dass bei Feststellen, dass eine erwartete Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung (1) eingetreten ist, die vorläufig festgelegte Phasenlage beibehalten wird, und/oder dass bei Feststellen, dass die erwartete Verringerung der Schallemission der Aktuatoreinrichtung (1) ausgeblieben ist, eine andere der elektrischen Umdrehungen ausgewählt und die Phasenlage bezogen auf einen Drehwinkelwert der anderen elektrischen Umdrehung zumindest vorläufig festgelegt wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine, mit einem Steuergerät (6) zum Ansteuern der elektrischen Maschine (4), und mit zumindest einer Sensoreinheit (7) zum Überwachen einer eine Schallemission der Aktuatoreinrichtung (1) beschreibenden Messgröße, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (7) ein Beschleunigungssensor (7) oder ein Schallsensor (7) ist.
Aktuatoreinrichtung mit einer elektrischen Maschine, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (5) gemäß einem der Ansprüche 9 und 10 zum Betreiben der Aktuatoreinrichtung (1).
Aktuatoreinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung (1) eine betätigbare Fluidpumpe (2) aufweist, und dass die elektrische Maschine (4) zur Betätigung der Fluidpumpe (2) ausgebildet ist.