DE112008000522T5 - Bestimmung des von einem Motor gezogenen Durchschnittsstroms - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung des von einem Motor gezogen Durchschnittsstroms, wobei der Motor eine Vielzahl von Phasen aufweist, bei dem das Verfahren umfasst:
Antreiben jeder Phase des Motors mit einem periodischen pulsdauermodulierten (PDM) Antriebsignal in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand minit einem Betriebszeitverhältnis, dass das Verhältnis der während einer Periode im ersten Zustand und im zweiten Zustand verstrichenen Zeit angibt,
Bestimmen des durch jede Phase fließenden Stroms zu einem Zeitpunkt während der Periode, und
Bestimmen des vom Motor gezogenen Stroms über wenigstens eine Periode durch Verknüpfen des durch jede Phase fließenden Stroms mit dem Betriebszeitverhältnis für jede Phase.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des von einem elektrischen Motor gezogenen bzw. aufgenommenen Durchschnittsstroms und auf eine zugehörige Vorrichtung.
  • Bei vielen Anwendungen im Automobilbereich ist es nützlich in der Lage zu sein, eine Messung des aufgenommenen Batteriestroms, während sich ein System in Betrieb befindet, vornehmen zu können. Bei großen elektrischen Komponenten, wie z. B. einem durch elektrische Antriebskraft unterstütztes Lenksystem (EPAS) bzw. einer elektrischen Servolenkung, ist es üblich, Informationen über den Batteriestrom an andere Komponenten des Fahrzeugs zu übertragen, um einen Belastungsausgleich ausführen zu können, damit die Leistung der Batterie bzw. der Lichtmaschine verbessert wird.
  • Bei kostensensitiven Anwendungen im Automobilbereich muss dies idealerweise ohne zusätzliche Kosten für das System erreichbar sein. Bei Systemen, wie solchen mit permanentmagnetischen Drehstrommotorantrieben, die einen einzigen Stromsensor in Reihe mit den Phasen(leitern) des Motors zur Messung der Ströme in den drei Phasen(leitern) haben (z. B. die Schaltung, die in EP 1 083 650 A2 dargestellt ist), ist es nicht leicht, den Batteriestrom direkt zu messen, weil der Antriebsstrom großen Schwankungen unterliegt. Eine Messung des Durchschnittsstroms ist dennoch wünschenswert.
  • Für ein System mit einem einzigen Stromsensor ist eine Lösung hierzu die Verwendung externer analoger Hardware zur Filterung des von dem einzigen Stromsensor bezogenen Signals, um ein Maß für den Durchschnittsstrom zu gewinnen. Ein solches Vorgehen ist jedoch nicht trivial, da die Schaltdynamik auf das Signal und die Verzerrungen es schwierig machen, eine genaue Messung des Durchschnittswerts zu gewinnen. Hinzu kommt, dass hierfür zusätzliche Komponenten erforderlich sind, was sich auf die Kosten auswirken kann.
  • Eine weitere Möglichkeit ist in der EP 1 609 695 A2 beschrieben. Diese beinhaltet ein ausgleichendes Einwirken auf den Motorstrom aufgrund der verbrauchten Leistung. Dies ist jedoch unnötigerweise kompliziert und für eine genaue Voraussage des erforderlichen Stroms ist die Kenntnis sowohl der Spannung als auch der Stromphasen und -größen, der Widerstände und der Induktivitäten des Motors, der Stellung des Rotors und der Batteriespannung erforderlich.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung des von einem elektrischen Motor gezogenen Durchschnittstroms zur Verfügung gestellt, wobei der Motor wenigstens eine Phase aufweist und das Verfahren umfasst: Antreiben jeder Phase des Motors mit einem periodischen pulsdauermodulierten (PDM) Antriebssignal in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand in einem Betriebszeitverhältnis, das das Verhältnis der während einer Periode im ersten Zustand und im zweiten Zustand verstrichenen Zeit angibt, Bestimmen des durch jede Phase fließenden Stroms zu einem Zeitpunkt während der Periode, und Bestimmen des vom Motor gezogenen Stroms über wenigstens eine Periode durch Verknüpfen des durch jede Phase fließenden Stroms mit dem Betriebszeitverhältnis für jede Phase.
  • Dies ermöglicht eine einzige Strommessung für jede zu benutzende Phase zur Erzeugung eines Durchschnittsstroms der während einer vollen Periode bzw. eines ganzen Zyklus gezogen wird. Vorzugsweise wird tatsächlich nur eine Strommessung je Periode vorgenommen und zur Bestimmung des Durchschnittsstroms herangezogen. Es kommt hinzu, dass Hardware zur Messung des gerade in einer oder mehreren der Phasen fließenden Stroms bei elektrischen Motoren häufig vorhanden ist, während das Betriebszeitverhältnis bzw. die relative Einschaltdauer häufig bekannt sind, weil sie durch den Steuerkreis bzw. die Steuerschaltung (Motorsteuerung) des Motors vorgegeben werden. In einem solchen Fall kann ein Wert für den von dem Motor gezogenen Durchschnittsstrom ohne Einbeziehung irgendwelcher neuen Hardwareteile berechnet werden. Die Bestimmung des Durchschnittsstroms kann dann in bzw. mit der Antriebsschaltung des Motors ausgeführt werden.
  • Der Schritt der Bestimmung des Stroms in jeder Phase kann die Messung des in wenigstens einer Phase fließenden Stroms umfassen. Wenn der Motor mehrere Phasen hat, kann das Verfahren die Messung des Stroms in jeder Phase beinhalten, üblicherweise zu einem bestimmten Zeitpunkt in der PDM Periode (periodisch, pulslängenmodulierten Periode) unter Verwendung eines Stromsensors in jeder Phase. Alternativ können, wo ein einziger Stromsensor in Reihe mit den Phasen vorgesehen ist, die dem Motor zugeleiteten Antriebssteuersignale derart vorgesehen sein, dass für eine, mehrere oder alle Phasen ein Zeitfenster in dem Antriebssignal vorgesehen ist, in dem der durch den Stromsensor fließende Strom repräsentativ für den durch die jeweilige Phase fließenden Strom ist, so dass die Messung des Stroms in der jeweiligen Phase während des jeweiligen Zeitfensters vorgenommen werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform wird der durch alle bis auf eine Phase fließende Strom gemessen und der durch die verbleibende Phase fließende Strom aus den gemessenen Strömen bestimmt. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann anwendbar, wenn die Phasen des Motors in einem Sternpunkt miteinander verbunden sind, da die Summe der in den Sternpunkt fließenden Ströme der Summe der abfließenden Ströme gleichen muss.
  • Die ermittelten Ströme und die Betriebszeitverhältnisse können miteinander verknüpft werden, indem das Produkt der Betriebszeitverhältnisses und des Stroms für jede Phase gebildet wird. Dies kann zu einem durchschnittlichen Phasenstrom für jede Phase führen. Der Durchschnitt kann durch additives Verknüpfen der durchschnittlichen Phasenströme, z. B. mit deren Aufsummieren, gewonnen werden.
  • Wenn der Motor durch einen Steuerkreis bzw. eine Antriebsschaltung gesteuert wird, kann der Steuerkreis das geforderte Betriebszeitverhältnis für jede Phase errechnen. Bei der einfachsten Ausführungsform kann das geforderte Betriebszeitverhältnis als das Betriebszeitverhältnis für die jeweilige Phase verwendet werden. Wenn Schalter zum Schalten der Antriebssignale für jede Phase aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand verwendet werden, kann es zur Erhöhung der Genauigkeit vorteilhaft sein, ein modifiziertes Betriebszeitverhältnis aus dem geforderten Betriebszeitverhältnis unter Berücksichtigung der Schaltzeit für die Schalter in der Betriebszeitperiode zu jedem Zustand zu berechnen. Dies ist eine sogenannte ”Totzeit” Kompensation. Üblicherweise würde die Kompensation der Totzeit entweder das Abnehmen oder das Zunehmen der Zeit beinhalten, die das Antriebssignal sich als in dem ersten Zustand oder dem zweiten Zustand befindend angesehen wird, abhängig von den Eigenschaften des Schalters. Das modifizierte Betriebszeitverhältnis kann dann als das Betriebszeitverhältnis bei der Berechnung des Durchschnittstroms verwendet werden.
  • Der durch das Verfahren bestimmte Durchschnittsstrom kann ferner eine Komponente umfassen, die den von den Komponenten des Motors außer den Phasen verbrauchten Strom angibt. Üblicherweise umfassen diese Komponenten wenigstens eine der Antriebsschaltung, der Schalter, eines Stromfilters usw.. Diese Komponenten können jedoch in den Durch schnittswert durch Addition eines konstanten Werts zu dem miteinander verknüpften Betriebszeitverhältnis und dem Stromwert eingeschlossen sein bzw. berücksichtigt werden. Die Konstante kann bestimmt werden, wenn sich der Motor bei der Drehzahl Null befindet und kein oder im Wesentlichen kein Strom in den Wicklungen fließt.
  • Wenn der Motor mehrere Phasen hat, muss der Zeitpunkt in der Periode, in der der Strom für jede Phase bestimmt wird, nicht der gleiche für jede Phase sein, obwohl dies der Fall sein könnte. Üblicherweise wird die Bestimmung des Stroms für jede Phase den Strom in der Phase bestimmen, wenn diese Phase durch ein Antriebssignal in dem gleichen Zustand angetrieben wird wie dem der anderen Phasen zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ströme der anderen Phasen bestimmt werden, z. B. zu den Zeitpunkten, zu denen der Strom bestimmt wird, alle die sein können, wenn die jeweilige Phase in dem ersten Zustand betrieben wird, oder umgekehrt.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Kombination aus einem Motor und einem Steuerkreis für den Motor geschaffen, bei der der Motor wenigstens eine Phase aufweist, bei der der Steuerkreis derart ausgebildet ist, dass im Betrieb periodische pulsdauermodulierte (PDM) Antriebssignale für jede Phase erzeugt werden, wobei jedes Antriebsignal einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand und ein Betriebszeitverhältnis, das das Verhältnis der in einer Periode im ersten Zustand zu dem im zweiten Zustand verstrichenen Zeit angibt, hat und diese Antriebsignale den relevanten Phasen zugeführt werden, bei der die Kombination ferner eine Strommessschaltung zur Bestimmung des durch jede Phase zu einem Zeitpunkt während der Periode fließenden Stroms aufweist, und bei der der Steuerkreis eine Schaltung zur Bestimmung des Durchschnittstroms aufweist, die als Eingangssignale das Betriebszeitverhältnis und den gerade bestimmten Strom für jede Phase verwendet, und die derart angebildet ist, dass sie im Betrieb einen von dem Motor im Betrieb während der einen letzten Periode gezogenen Strom ausgibt.
  • Dies ermöglicht eine einzige Strommessung für jede zu verwendende Phase zur Erzeugung eines Durchschnittsstroms über eine volle Periode. Tatsächlich kann im Betrieb die Schaltung zur Messung des Stroms so ausgebildet sein, dass im Betrieb nur eine Strommessung je Periode zur Bestimmung des Durchschnittsstroms gemacht wird.
  • Die Schaltung zur Messung des Stroms kann einen Stromsensor für jede Phase aufweisen. Wenn der Motor jedoch mehrere Phasen hat, kann die Schaltung zur Strommessung stattdessen einen einzigen Stromsensor in Serie mit den Phasen aufweisen. Der Steuerkreis kann dann so ausgestaltet sein, dass die im Betrieb von dem Steuerkreis an die Phasen angelegten Antriebssignale so ausgebildet sind, dass für wenigstens eine Phase ein Zeitfenster in dem Antriebssignal vorhanden ist, in dem der durch den Stromsensor fließende Strom für den durch die jeweilige Phase fließenden Strom repräsentativ ist. Eine Messung des durch die jeweilige Phase fließenden Stroms kann dann in dem jeweiligen Fenster vorgenommen werden.
  • Bei einer Ausführungsform wird der durch alle bis auf eine Phase fließende Strom gemessen und wird der in der verbleibenden Phase fließende Strom aus den gemessenen Strömen bestimmt. Dies ist besonders dann anwendbar, wenn die Phasen des Motors an einem Sternpunkt miteinander verbunden sind, da die Summe der in den Sternpunkt fließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme sein muss.
  • Die Schaltung zur Bestimmung des Durchschnittsstroms kann eine Produktrechenschaltung für jede Phase umfassen, die Eingänge für das Betriebszeitverhältnis und den Strom für jede Phase hat und im Betrieb den durchschnittlichen Phasenstrom für diese Phase ausgibt. Die Schaltung zur Bestimmung des Durchschnittsstroms kann ferner eine Summierrechenschaltung haben, die Eingänge für die durchschnittlichen Phasenströme hat und im Betrieb eine additive Verknüpfung – üblicherweise eine Aufsummierung – der Eingänge zur Erzeugung des von dem Motor aufgenommenen Durchschnittsstroms ausgibt.
  • Der Steuerkreis kann zur Berechnung eines für jede Phase geforderten Betriebszeitverhältnisses ausgebildet sein. In der einfachsten Ausführungsform können die geforderten Betriebszeitverhältnisse als das Betriebszeitverhältnis für die jeweilige Phase verwendet werden. Der Steuerkreis kann Schalter aufweisen, die zum Schalten der Antriebssignale für jede Phase aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand ausgebildet sind. In einem solchen Fall kann die Schaltung zur Bestimmung des Durchschnittsstroms zur Erhöhung der Genauigkeit so ausgebildet sein, dass sie im Betrieb ein modifiziertes Betriebszeitverhältnis aus dem geforderten Betriebszeitverhältnis unter Berücksichtigung der Schaltzeit für jeden der Schalter während der Einschaltperiode in jedem Zustand berechnet. Dies ist eine sogenannte ”Totzeit” Kompensation. Üblicherweise umfasst die Totzeitkompensation entweder ein Abnehmen oder ein Zunehmen der Zeit, in der davon ausgegangen wird, dass das Antriebssignal sich im ersten oder zweiten Zustand befindet, je nach den Eigenschaften des Schalters. Das modifizierte Betriebszeitverhältnis kann dann als das Betriebszeitverhältnis bei der Berechnung des Durchschnittsstroms herangezogen werden.
  • Ferner kann die Summierschaltung im Betrieb eine weitere Komponente hinzuaddieren, die den durch die Komponenten des Motors außer den Phasen verbraucht wird. Üblicherweise umfassen diese Komponenten eine oder mehrere der Antriebsschaltungen, der Schalter, eines Leistungsfilters und dergleichen. Die Komponente kann jedoch auch ein konstanter Wert sein, der durch die Schaltung zur Bestimmung des Durchschnittsstroms bestimmt wird, wenn sich der Motor bei der Drehzahl Null befindet und kein oder im wesentlichen kein Strom in den Wicklungen fließt.
  • Wenn der Motor mehrere Phasen hat, wird der Zeitpunkt in der Periode, in der der Strom für jede Phase bestimmt wird, nicht der gleiche für jede Phase sein, obwohl er dies sein könnte. Üblicherweise wird die Bestimmung des Stroms für jede Phase den Strom in der Phase bestimmen, in dem diese Phase durch das Antriebssignal in dem gleichen Zustand wie dem der anderen Phasen angetrieben wird, zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ströme der anderen Phasen bestimmt werden. Zum Beispiel können die Zeitpunkte, zu denen der Strom bestimmt wird, alle dann vorliegen, wenn die jeweilige Phase in dem ersten Zustand angetrieben wird, oder umgekehrt.
  • Wenigstens ein Teil der Antriebsschaltung kann Teil eines anwendungsspezifischen integrierten Controllers (ASIC) sein. Der Motor kann ein Permanentmagnetmotor sein, kann bürstenlos sein, kann drei Phasen haben und kann sterngewickelt sein.
  • Die Kombination kann so ausgebildet sein, dass sie gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung betrieben wird.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein durch elektrische Antriebskraft unterstütztes Lenksystem (elektrische Servolenkung) geschaffen, das eine Kombination gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und einer Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst, bei dem der Motor mit der Lenkvorrichtung zur Ausübung eines Hilfsdrehmoments auf sie gekoppelt ist.
  • Dies ist dort besonders vorteilhaft, wo die Lenkvorrichtung zum Antrieb durch eine Batterie des Fahrzeugs ausgebildet ist, da es häufig für andere elektrische Kreise in einem Fahrzeug erwünscht ist, zu einer gegebenen Zeit Kenntnis über den aus der Batterie gezogenen bzw. ihr entnommenen Strom zu haben.
  • Es folgt nun beispielhaft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben ist, in der
  • 1 ein elektrisches Servolenksystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 2 ein Schaltbild darstellt, das der Steuerkreis des Lenksystems nach 1 zeigt,
  • 3 das Schalten der Schalter des Steuerkreises nach 2 zeigt,
  • 4 ein Schaltbild zeigt, das den Motor nach 1 darstellt, und
  • 5 ein Blockschaltbild der Schaltung für die Bestimmung des Durchschnittsstroms des Steuerkreises nach 2 darstellt.
  • 1 zeigt ein Servolenksystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses zeigt eine Lenkvorrichtung 20 für ein Fahrzeug, die ein mit einer Lenkachse 2 verbundenes Lenkrad 3 aufweist. Die Lenkachse 2 greift in eine Lenkzahnstange 19 so ein, dass die Drehung des Lenkrads 3 und damit der Lenkachse 2 die Lenkzahnstange 19 quer antreibt. Eine solche Bewegung der Zahnstange 19 bewirkt, dass die Räder 21 um eine etwa vertikale Achse eingeschlagen werden, wie dies im Stand der Technik allgemein bekannt ist.
  • Um den Fahrer zu unterstützen, ist ein Hilfs- bzw. Servomotor 12 vorgesehen. Dieser ist mit der Lenkachse 2 mittels eines Getriebes und einer Kupplung 13 verbunden. Der Motor 12 ist mit einem Steuerkreis bzw. einer Antriebsschaltung 6 ausgestattet, welche den für den Antrieb des Antriebsmotors 12 erforderlichen Strom aus der Batterie 11 entnimmt. Ein Drehmomentsensor auf der Lenkachse 2 misst die Höhe des Drehmoments in der Längsachse und überträgt das gemessene Drehmoment an den Steuerkreis 6. Dies führt dazu, dass der Motor 12 ein Hilfsdrehmoment bestimmter Größe auf die Lenkachse 2 überträgt und somit den Fahrer eines Fahrzeugs beim Einschlagen der Räder zur Steuerung des Fahrzeugs unterstützt.
  • Die Batterie 11 ist die Hauptbatterie des Fahrzeugs und somit wird sie ständig auf irgendeine Weise durch Schaltungen des Fahrzeugs genutzt, einschließlich durch eine Motorsteuereinheit (ECU Engine Control Unit), Passagierraum- und Kühlventilatoren, zum Heizen der Windschutzscheiben, durch die Fahrzeuglampen und dergleichen. Es ist erwünscht, dass eine Schätzung des jeweils gerade durch die einzelnen, die Batterie nutzenden Komponenten verbrauchten Stroms zu jeder gegebenen Zeit bekannt ist. Der Steuerkreis ist daher in der Lage, wie es an späterer Stelle beschrieben wird, den zu einer gegebenen Zeit gezogenen Durchschnittsstrom zu ermitteln.
  • Ein vereinfachter Ablauf der Betriebsweise des Steuerkreises kann 2 der beigefügten Zeichnungen entnommen werden. Der in dem Lenksystem eingesetzte Motor 12 ist ein Dreiphasenmotor mit Sternwicklung, wie dies in 4 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Folglich sind drei Sätze von Schaltern 22a, 22b, 22c vorgesehen. Jeder Schaltersatz verbindet selektiv eine(n) Phase(leiter) des Motors 12 mit entweder der positiven 10a oder negativen 10b Anschlussleitung der Batterie 11. In der Praxis umfasst jeder Schaltersatz ein Paar in Serie geschalteter FETs, wobei die Phase jeweils zwischen die FETs geschaltet ist. Ein solches System ist wohlbekannt und in dem Dokument EP 1 083 650 A2 beschrieben.
  • Die Schalter werden durch eine Steuerschaltung 23 gesteuert. Dieser nimmt das von dem Sensor 4 gemessene Drehmoment der Lenkachse 2 und gegebenenfalls andere Eingangssignale auf und bestimmt ein aufzubringendes Hilfsdrehmoment. Es wird dann in ein pulsdauermoduliertes (PDM) Signal mit einem bestimmten Betriebszeitverhältnis für jede Phase konvertiert. Nimmt man die Zeit, die eine gegebene Phase n mit der positiven Leitung 10a der Batterie verbunden ist als tn ein, und die pulsdauermodulierte Periode als TPDM, dann beträgt das Betriebszeitverhältnis
    Figure 00080001
    Ein Beispiel eines dem Motor zugeführten Antriebssignals kann in 3 der beigefügten Zeichnungen betrachtet werden. Diese zeigt, wie jede Phase zwischen einer hohen und einer niedrigen Spannung umgeschaltet wird.
  • Teil der Antriebsschaltung ist auch ein Stromsensor 24. Dieser misst den in den Motor fließenden Strom und erzeugt ein Ausgangssignal an die Steuerschaltung 23. Diese wird wie später beschrieben zur Bestimmung des in den Motor über eine PDM-Periode fließenden Durchschnittsstroms verwendet.
  • Aus einem Vergleich der 2 und 4 der beigefügten Zeichnungen kann man erkennen, dass der in die Phasen 26a, 26b, 26c fließende Strom als i1, i2 und i3 dargestellt werden kann mit positiven Werten für jeden der in den Motor fließenden Ströme. Unterstellt man, dass der Motor eine Sternwicklung hat, dann ergibt sich bei Anwendung des Stromgesetzes von Kirchhoff, dass am Sternpunkt 25 die Summe der Ströme i1, i2 und i3 Null sein muss.
  • Ferner gilt, dass wenn nur eine Phase an die gleiche Batterieleitung 10a (die positive Leitung) wie der Stromsensor 24, dass dann der durch den Stromsensor fließende Strom der gleiche ist wie der durch diese Phase fließende Strom. Das bedeutet, dass bei korrektem Arrangement der pulsdauermodulierten Antriebssignale der in den Stromsensor zu getrennten Intervallen über die Periode fließende Strom ein Maß für den durch jede Phase fließenden Strom sein wird. Bei einer Einsparung von Strom, wenn nur eine Phase mit dem anderen Batterieanschluss 10b verbunden ist, wird der dann durch den Stromsensor fließende Strom ein Maß für den durch die Phase fließenden Strom sein, jedoch im umgekehrten Sinne zu dem in 4 gezeigten.
  • Die verschiedenen in 3 dargestellten Perioden geben folglich Anlass zum Fließen folgender Ströme:
    Periode durch den Stromsensor fließender Strom
    27 0
    28 i1
    29 –i3
    30 0
    31 –i1
    32 i2
    33 0
  • Man kann folglich sehen, dass es möglich ist, den Strom in jeder Phase an einem Punkt während der pulsdauermodulierten Periode unter Verwendung eines einzigen Stromsensors zu messen.
  • Tatsächlich ist es nur erforderlich, den in zwei der Phasen fließenden Strom zu messen. Aus 4 ergibt sich, dass i1 + i2 + i3 = 0 ist, da die zum Sternpunkt 25 fließenden Ströme den abfließenden Strömen gleichen müssen. Jeder der Ströme kann daher aus den beiden anderen Strömen bestimmt werden.
  • Folglich ist der Steuerkreis auch mit einer Schaltung 40 zur Bestimmung eines Durchschnittsstroms ausgestattet. Diese ist mit weiteren Einzelheiten aber schematisch in 5 der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Der Block 41 bestimmt die Ströme in jeder Phase an den relevanten, oben erörterten Punkten auf der Grundlage des Ausgangs IDC des Stromsensors 24. Dieser gibt die Ströme i1, i2 und i3 aus. Diese Signale gelangen auf Produktberechnungsschaltkreise 42a, 42b und 42c.
  • Jeder dieser Blöcke empfängt als ein Eingangssignal den jeweiligen bzw. relevanten Strom und das Betriebszeitverhältnis d1, d2, d3 für die jeweilige Phase. Das Betriebszeitverhältnis wird dem Steuerkreis entnommen, der die Betriebszeitverhältnisse als Teil ihres Antriebs des Motors berechnet hat und zur Erzeugung der Antriebssignale, wie dies zuvor erläutert wurde, verwendet wird. Es ist auch möglich, die Betriebszeitsignale hinsichtlich der Totzeit-Effekte als Folge der Schalteffekte zu kompensieren.
  • Die Produkt-Berechnungsblöcke berechnen jeweils das Produkt aus dem Strom und dem Betriebszeitverhältnis zur Erzeugung eines durchschnittlichen Phasenstroms I1, I2, I3. Diese werden im Summierungsrechenblock 43 miteinander aufsummiert. Der Summe wird noch ein konstanter Strom IC hinzuaddiert. Dieser ist ein Maß für den von der Antriebsschaltung und jedem Leistungsfilter usw., die bei dem Motor vorgesehen sind, gezogenen Stroms. Er kann bestimmt werden durch den Steuerkreis durch Messen des vom Motor und der Antriebsschaltung verbrauchten Stroms, wenn kein Strom durch den Motor fließt und sich der Motor im Ruhestand befindet.
  • Folglich ist das Ausgangssignal des Summierungsblocks 43 ein durchschnittlicher Stromwert I, der ein Maß des vom Motor über die ganze Periode gezogenen Stroms ist. Mathematisch ausgedrückt:
    Figure 00110001
    mit n der Anzahl der Phasen.
  • Dieser kann dann von der Schaltung 40 zur Bestimmung des Durchschnittsstroms abgegeben und an anderer Stelle im Fahrzeug verwendet werden. Testergebnisse ergaben bei keiner Kompensation der Totzeit und einem konstanten Strom IC = 0 bei einem 750 W elektrischen Servolenksystem mit einem mit 78 A angegebenen Nennbatteriestrom im schlimmsten Fall einen Fehler von 1 A über die komplette Umhüllende der Drehmomentrate des Motors.
  • Dieses Verfahren bestimmt auf einfache Weise einen Durchschnittsstrom, der über einen oder mehrere pulsdauermodulierte Perioden gezogen bzw. aufgenommen wird, und kann Antriebsverluste automatisch berücksichtigen, ohne dass Änderungen am Motor erforderlich sind. Ferner kann die gesamte Schaltung zur Bestimmung des Durchschnittsstroms in einem ASIC zusammen mit dem Steuerkreis für die Antriebsstufe verwirklicht sein.
  • Zusammenfassung
  • Ein Verfahren zur Bestimmung des von einem Motor (12) gezogen Durchschnittsstroms (I), wobei der Motor eine Vielzahl von Phasen (26a, 26b, 26c) aufweist, bei dem das Verfahren umfasst: Antreiben jede Phase des Motors mit einem periodischen pulsdauermodulierten (PWM) Antriebsignal in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand mit einem Betriebszeitverhältnis (d1, d2, d3), dass das Verhältnis der während einer Periode im ersten Zustand und im zweiten Zustand verstrichenen Zeit angibt, Bestimmen des durch jede Phase fließenden Stroms zu einem Zeitpunkt während der Periode, und Bestimmen des vom Motor gezogenen Stroms über wenigstens eine Periode durch Verknüpfen des durch jede Phase fließenden Stroms mit dem Betriebszeitverhältnis für jede Phase. Das Verfahren kann in einer Kombination aus einem Motor (12) und einer Antriebsschaltung (6) für den Motor verwirklicht sein und kann in einem elektrischen Servolenksystem (EPAS = Electric Power Assisted Steering) eingesetzt werden.
  • 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
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    • - EP 1609695 A2 [0005]

Claims (24)

  1. Ein Verfahren zur Bestimmung des von einem Motor gezogen Durchschnittsstroms, wobei der Motor eine Vielzahl von Phasen aufweist, bei dem das Verfahren umfasst: Antreiben jeder Phase des Motors mit einem periodischen pulsdauermodulierten (PDM) Antriebsignal in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand minit einem Betriebszeitverhältnis, dass das Verhältnis der während einer Periode im ersten Zustand und im zweiten Zustand verstrichenen Zeit angibt, Bestimmen des durch jede Phase fließenden Stroms zu einem Zeitpunkt während der Periode, und Bestimmen des vom Motor gezogenen Stroms über wenigstens eine Periode durch Verknüpfen des durch jede Phase fließenden Stroms mit dem Betriebszeitverhältnis für jede Phase.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nur eine Bestimmung des Stroms je Periode durchgeführt wird und zur Bestimmung des Stroms verwendet wird.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt der Bestimmung des Stroms in jeder Phase die Messung des Stroms in jeder Phase umfasst.
  4. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren die Messung des Stroms in jeder Phase unter Verwendung eines Stromsensors in jeder Phase umfasst.
  5. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein einziger Stromsensor in Reihe mit den Phasen vorgesehen ist, die dem Motor zugeführten Antriebssignale derart vorgesehen sind, dass für jede Phase ein Zeitfenster in dem Antriebsignals zur Verfügung steht, in dem der durch den Stromsensor fließende Strom ein Maß für den durch die relevante Phase fließende Strom ist, und die Messung des Stroms in jeder Phase in dem relevanten Fenster erfolgt.
  6. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die bestimmten Ströme und die Betriebszeitverhältnisse durch Bilden des Produkts aus dem Betriebszeit verhältnis und dem Strom für jede Phase miteinander verknüpft werden, und dies zu einem durchschnittlichen Phasenstrom für jede Phase führt.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Durchschnittsstrom durch additives Verknüpfen der durchschnittlichen Phasenströme bestimmt wird.
  8. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Motor durch einen Steuerkreis gesteuert wird und der Steuerkreis ein gefordertes Betriebszeitverhältnis für jede Phase errechnet, wobei das geforderte Betriebszeitverhältnis ein Maß für die Betriebszeitperiode der Antriebssignale ist, die der Steuerkreis zu erzeugen hat, und wobei die geforderten Betriebszeitverhältnisse als das Betriebszeitverhältnis für die relevanten Phasen verwendet werden.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 8, bei dem Schalter zum Schalten der Antriebsignale für jede Phase aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand verwendet werden, wobei das Verfahren die Berechnung eines modifizierten Betriebszeitverhältnisses gegenüber dem geforderten Betriebszeitverhältnis unter Berücksichtigung der Schaltzeiten der Schalter in der Betriebszeitperiode jedes Zustandes umfasst, und das modifizierte Betriebszeitverhältnis bei der Berechnung des Durchschnittsstroms als das Betriebszeitverhältnis verwendet wird.
  10. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der nach dem Verfahren bestimmte Durchschnittsstrom eine Komponente enthält, die ein Maß für den von den Komponenten des Motors, die nicht die Phasen sind, verbrauchten Stroms ist.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Komponente in dem Durchschnittswert durch Addieren eines konstanten Werts zu dem verknüpften Betriebszeitverhältnis und Stromwert enthalten ist.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 11, das den Schritt der Bestimmung des konstanten Werts, während sich der Motor nicht dreht und kein oder im wesentlichen kein Strom in seinen Wicklungen fließt, aufweist.
  13. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zeitpunkt in der Periode, für die der Strom für jede Phase bestimmt wird, nicht der gleiche für jede Phase ist.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Bestimmung des Stroms für jede Phase zu einem Zeitpunkt vorgenommen wird, in dem die Phase durch ein Antriebsignal in dem gleichen Zustand angetrieben wird wie das der anderen Phasen zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ströme der anderen Phasen bestimmt werden.
  15. Eine Kombination aus einem Motor und einem Steuerkreis für den Motor, in der der Motor eine Vielzahl von Phasen aufweist, bei der der Steuerkreis derart ausgebildet ist, dass im Betrieb periodische pulsdauermodulierte (PDM) Antriebssignale für jede Phase erzeugt werden, wobei jedes Antriebsignal einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand und ein Betriebszeitverhältnis, das das Verhältnis der in einer Periode im ersten Zustand zu dem im zweiten Zustand verstrichenen Zeit angibt, hat und diese Antriebsignale den relevanten Phasen zugeführt werden, bei der die Kombination ferner eine Strommessschaltung zur Bestimmung des durch jede Phase zu einem Zeitpunkt während der Periode fließenden Stroms aufweist, und bei der der Steuerkreis eine Schaltung zur Bestimmung des Durchschnittstroms aufweist, die als Eingangssignale das Betriebszeitverhältnis und den gerade bestimmten Strom für jede Phase verwendet, und die derart angebildet ist, dass sie im Betrieb einen von dem Motor im Betrieb während der einen letzten Periode gezogenen Strom ausgibt.
  16. Die Kombination nach Anspruch 15, bei dem der Steuerkreis für jede Phase einen Stromsensor aufweist.
  17. Die Kombination nach Anspruch 15, bei der die Strommessschaltung einen einzigen Stromsensor in Serie mit den Phasen aufweist, bei der die Antriebsschaltung derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb die den Phasen von dem Steuerkreis zugeführten Antriebsignale derart ausgestaltet sind, das für wenigstens eine Phase in dem Antriebsignal ein Zeitfenster vorhanden ist, in dem der Strom durch den Stromsensor ein Maß für den durch die relevante Phase fließenden Strom ist, und der Steuerkreis zur Vornahme einer Messung des Stroms in jeder relevanten Phase während des relevanten Zeitfensters ausgebildet ist.
  18. Die Kombination nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Schaltung zur Bestimmung des Durchschnittsstroms für jede Phase eine Produktrechenschaltung umfasst, die Eingänge für die Betriebseinschaltperiode und den Strom für diese Phase hat und im Betrieb einen durchschnittlichen Phasenstrom für diese Phase ausgibt.
  19. Die Kombination nach Anspruch 18, bei dem die Schaltung zur Bestimmung des Durchschnittsstroms ferner eine Summierrechenschaltung aufweist, die Eingänge für die durchschnittlichen Phrasenströme hat und im Betrieb eine additive Verknüpfung der Eingangssignale zur Erzeugung des vom Motor gezogenen Durchschnittstroms ausgibt.
  20. Die Kombination nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem der Steuerkreis zum Berechnen eines geforderten Betriebszeitverhältnisses für jede Phase ausgebildet ist, wobei das geforderte Betriebszeitverhältnis ein Maß für das Betriebszeitverhältnis der Antriebsignale ist, die die Antriebsschaltung zu erzeugen hat, und das geforderte Betriebszeitverhältnis als das Betriebszeitverhältnis für jede relevante Phase verwendet wird.
  21. Die Kombination nach Anspruch 20, in der der Steuerkreis Schalter aufweist, die zur Umschaltung im Betrieb der Antriebsignale für jede Phase aus dem erste Zustand in den zweiten Zustand ausgebildet sind, wobei die Schaltung zur Bestimmung des Durchschnittsstroms derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb ein modifiziertes Betriebszeitverhältnis aus dem geforderten Betriebszeitverhältnis unter Berücksichtigung der Schaltzeiten der Schalter in der Betriebszeitperiode von jedem Zustand errechnet und dass sie das modifizierte Betriebszeitverhältnis als das Betriebszeitverhältnis bei der Berechnung des durchschnittlichen Stroms verwendet.
  22. Die Kombination nach Anspruch 19 oder den von Anspruch 19 anhängigen Ansprüchen 20 oder 21, bei dem die Summierrechenschaltung im Betrieb eine weitere Komponente addiert, die ein Maß für den von den Komponenten des Motors, die nicht die Phasen des Motors sind, gezogenen Stroms ist.
  23. Die Kombination nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei der wenigstens ein Teil der Antriebsschaltung einen Teil eines anwendungsspezifischen integrierten Kontrollers (ASCI) bildet.
  24. Ein durch elektrische Antriebskraft unterstütztes Lenksystem, das eine Kombination nach einem der Ansprüche 15 bis 23 und eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst, bei dem der Motor mit der Lenkvorrichtung zur Ausübung eines Hilfsdrehmoments auf sie gekoppelt ist.
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