Verfahren zum Ansteuern einer elektrischen Maschine und Ansteuersystem hierzu
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer e- lektrischen Maschine und ein Ansteuersystem für eine elektrische Maschine .
Aus der Offenlegungsschrift DE 198 35 576 AI ist ein Ansteuersystem für einen permanent erregten Elektromotor bekannt, welches eine Ansteueranordnung zur Ansteuerung einer Leistungselektronik und eine Betriebszustandserfassungsanordnung zur Erfassung eines Betriebszustands des Ansteuersystems und/oder des Elektromotors umfaßt. Erfaßt die Betriebszustandserfassungsanordnung das Vorliegen wenigstens eines vorbestimmten Betriebszustands, so generiert die Ansteueranordnung einen Befehl zum Erzeugen eines Kurzschlusses zwischen allen Anschlüssen des Elektromotors. Der vorbestimmte Betriebszustand ist ein Fehlerzustand, welcher zumindest einen der folgenden Fehler umfaßt: Abfall oder Ausfall einer Motorversorgungsspannung, Fehler im Bereich eines Motorstellungssensors, Fehler im Bereich eines Stromsensors zur Erfassung des in wenigstens einem Strang fließenden Stroms, Kurzschlußfehler (insbesondere im Bereich des Motors) , Ansteigen einer Zwischenkreisspannung über einen vorbestimmten Grenzwert.
Die Anzahl elektronischer Komponenten in Kraftfahrzeugen nimmt ständig zu. Dem zufolge steigt die Komplexität der in den Fahrzeugen eingesetzten Netzwerke bzw. die Vernetzung der Komponenten. Beispielhaft seien hier „Drive-by-wire"- Systeme
genannt. Diese Zunahme an elektrischen Komponenten und an Vernetzung erfordert eine sorgfältige Überwachung der Funktionsfähigkeit der Komponenten und der ihnen zugeordneten Netzwerke .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit einem Ansteuersystem zu schaffen, welches die Funktionsfähigkeit der betroffenen Komponenten überwacht und ggf . geeignete Maßnahmen zum Vermeiden unerwünschter Folgen ergreift. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit der sicherheitsrelevanten Parameter sicherzustellen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit einem Ansteuersystem, wobei eine Betriebsgröße der elektrischen Maschine bzw. des Ansteuersystems überwacht wird. Es wird vorgeschlagen, dass die Plau- sibilität der Eingangsgrößen des Ansteuersystems parallel in zwei unabhängigen Funktionsblöcken überprüft wird eine Fehlerreaktion erzeugt wird, wenn zumindest einer der beiden Funktionsblöcke eine Nicht-Plausibilität der Eingangsgrößen feststellt .
Durch die Überprüfung der Plausibilität der Eingangsgröße können fehlerhafte Eingangsgrößen detektiert werden. Die Eingangsgröße wird üblicherweise von einem Netzwerk an die Steuereinheit übergeben. Das Netzwerk kann beispielsweise auf einem CAN-Bus (Controller Area Network) , auf MOST (Media Orien- ted System Technology) bzw. einem Lichtleiterbus, oder auf einem FlexRay-Kommunikationssystem basieren. Es kann zu Über-
tragungsfehlern, beispielsweise durch eine fehlerhafte und/oder gestörte Übertragungsstrecke, kommen. Die Aktualität der übermittelten Eingangsgröße, auch Botschaft genannt, kann fehlerhaft bzw. veraltet sein. In der Steuereinheit selbst kann die Eingangsgröße fehlerhaft hinterlegt bzw. abgespeichert sein. Dies kann durch fehlerhafte Speicherbausteine, insbesondere ROM-Fehler bzw. RAM-Fehler, hervorgerufen werden. Weiterhin können Befehlsfehler auftreten. Hierbei werden beispielsweise Netzwerkbefehle fehlerhaft ausgeführt bzw. es wird ein falscher Netzwerkbefehl ausgeführt. Die Eingangsgrößen werden dann als plausibel bezeichnet, wenn sie aktuell und ohne Übertragungsfehler sind. Dazu wird eine Information über die Aktualität und eine Prüfsumme geprüft. Die beiden Plausibilitätsprüfungen werden bevorzugt in dem selben Zeit- fenster abgearbeitet. Es handelt sich also um zwei unabhängige zeitgleiche Prüfungen. Ein Fehler gilt als erkannt, wenn eine der beiden Prüfungen einen Fehler erkennt . Daraus ergibt sich eine deutlich erhöhte Sicherheit hinsichtlich der Aktualität und der Fehlerfreiheit der so geprüften Eingangsgrößen.
Eine andere Ausbildung der Erfindung geht davon aus, dass ein Momentenmodus, ein Lademodus und ein Drehzahlmodus vorgesehen ist. Insbesondere ist die elektrische Maschine in diesen Modi betreibbar. Natürlich können auch weitere Modi vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass die elektrische Maschine genau auf das vom Verbraucher gewünschte Verhalten einstellbar ist. Im Lademodus wird die elektrische Maschine so geregelt, dass eine effektive Ladung einer Batterie erzielbar ist, im Momentenmodus soll das Moment geregelt werden, im Drehzahlmodus hingegen ist die Drehzahl die Größe, welche konstant zu halten oder nach den Wünschen des Verbrauchers variiert werden soll.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung geht davon aus, dass ein maximales und ein minimales zulässiges Moment von dem Betriebsmodus der elektrischen Maschine abhängig gebildet wer-
den. In jedem Betriebsmodus ist die Belastbarkeit der elektrischen Maschine anders. Werden nun die Grenzen der zulässigen Momente abhängig vom Betriebsmodus ermittelt, entspricht das Ergebnis besser den ohne schädliche Folgen realisierbaren Werten. Die modusabhängigen Grenzwerte sind genauer an den Zustand der elektrischen Maschine und die Bedürfnisse des Verbrauchers angepasst, wobei Fehlbelastungen vermieden werden und der zulässige Arbeitsbereich optimal ausgenutzt wird.
Eine andere Ausbildung der Erfindung geht davon aus, dass die Zulassigkeit eines Istmoments der elektrischen Maschine in einem abgestuften Vergleich gegenüber mehreren Vergleichsgrößen überprüft wird. Damit ist eine genaue Prüfung des Istmoments auf Zulassigkeit mit hoher Fehlererkennung möglich. Alle denkbaren Grenzen und Einflüsse können berücksichtigt werden. Hier werden bevorzugt die Ergebnisse der verschiedenen Prüfungen zu einem Ergebnis zusammengeführt. Die Ergebnisse der verschiedenen Vergleiche lassen sich hier gegebenenfalls noch weiter miteinander vergleichen und korrelieren.
Eine alternative Ausbildung der Erfindung geht davon aus, dass die Zulassigkeit eines Istmoments der elektrischen Maschine in einem parallelen Vergleich gegenüber mehreren Vergleichsgrößen überprüft wird. Hier werden bevorzugt alle Ergebnisse unabhängig voneinander einem oder mehreren als Fehlerreaktionseinheit arbeitenden Funktionsblöcken zugeführt.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geht von einem Ansteuersystem für eine elektrische Maschine aus, welches eine Steuereinheit und eine Überwachungseinheit aufweist. Erfindungsgemäß umfasst die Überwachungseinheit Mittel zur Anpassung von Eingangsgrößen der Steuereinheit an die Betriebs- Parameter der elektrischen Maschine und/oder Mittel zur Überprüfung der Zulassigkeit einer Zustandsgröße der elektrischen Maschine .
Indem die Zul ssigkeit einer Zustandsgröße der elektrischen Maschine überprüft wird, können Fehler bzw. fehlerhafte Abläufe, auch Prozessebenenfehler bzw. Funktionsebenen ehler genannt, innerhalb der Steuereinheit festgestellt werden. E- benso kann ein fehlerhafter Wechselrichter bzw. eine fehlerhaft arbeitende Wechselrichtereinheit und/oder eine fehlerhafte bzw. nicht voll funktionsfähige elektrische Maschine detektiert werden.
Ein Fehler sei definiert als eine Nicht-Erfüllung einer Anforderung an eine bestimmte Einheit bzw. von einer bestimmten Einheit. Als Doppelfehler seien zwei Fehler bezeichnet, die innerhalb eines kurzen Zeitfensters beziehungsweise Zeitraums auftreten und in keinem kausalen Zusammenhang zueinander stehen. Zwei Einzel ehler, die außerhalb dieses kurzen Zeitfensters auftreten und ebenso nicht in kausalem Zusammenhang stehen, seien als Zweifachfehler bezeichnet. Vorteilhafterweise können diese Fehlerarten, sofern sie zu Abweichungen in den Sollzuständen führen, durch das erfindungsgemäße Verfahren entdeckt werden. Selbstverständlich ist diese Aufzählung der Fehlerarten nicht abschließend, und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich auch weitere Fehlerarten, beispielsweise kausal zusammenhängende Fehler, erkennen.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich einfach und geradewegs in üblicherweise in Fahrzeugen vorgesehene Steuereinheiten bzw. Steuergeräte integrieren. Dank der hohen Sicherheit des Verfahrens lassen sich entsprechende elektronische Komponenten beziehungsweise Signale/Größen schnell überwachen und auswerten. Dem zufolge kann auch unmittelbar eine Fehlerreaktion eingeleitet werden, um eine Schädigung von elektronischen Komponenten und eine Gefährdung der Sicherheit eines Anwenders zu vermeiden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise softwaretechnisch umgesetzt.
Die Überwachung der entsprechenden Komponenten bzw. Signale und ggf. die Einleitung einer Fehlerreaktion bzw. geeigneter Maßnahmen erfolgt autark, d.h. unabhängig von einer Anwenderreaktion bzw. , bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug, unabhängig von einer Reaktion des Fahrers.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhafterweise bei komplexen Netzwerken mit einer Vielzahl von elektronischen Komponenten eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den anhand der Zeichnungen nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines funktionalen Blockschaltbilds eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 einen Momentenvergleich in drei Betriebsmodi.
Fig. 1 zeigt ein nicht näher bezeichnetes Ansteuersystem für eine elektrische Maschine 1 umfassend eine Steuereinheit 3 und eine Überwachungseinheit 4. Bei der elektrischen Maschine 1 handelt es sich vorzugsweise um eine Drehstrommaschine.
Die Steuereinheit 3 beinhaltet einen Wechselrichter bzw. eine Wechselrichtereinheit 2, auch als Leistungseinheit bezeichnet, und Funktionen zur Ansteuerung bzw. zum Betreiben der elektrischen Maschine 1. Sie kann daher auch als Funktionsebene bezeichnet werden. Diese Funktionen bzw. Funktionalitäten dienen unter anderem der Umsetzung bzw. Verarbeitung der von der elektrischen Maschine 1 angeforderten Momente, der Überwachung von zum Betreiben der elektrischen Maschine 1 relevanten Komponenten, der Diagnose von Ein- und Ausgangsgrö-
ßen, sowie einer Steuerung von Systemreaktionen beim Auftreten eines Fehlers, wobei unter einem System sowohl das AnSteuersystem als auch die elektrische Maschine als auch die Verheiratung beider Komponenten verstanden ist. Bei der Komponentenüberwachung werden unter anderem Sensorkomponenten, Stellgliedkomponenten, wie beispielsweise der Wechselrichter 2, und dem Ansteuersystem zugeordnete Signalpfade überwacht. Die Sensorkomponenten können Stromsensoren, Spannungseingänge bzw. -sensoren, Drehzahlsensoren, Lage- beziehungsweise Positionssensoren und/oder Temperatursensoren umfassen. Bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug erfolgt die Überwachung vorzugsweise kontinuierlich je Fahrzyklus.
Die Steuereinheit 3 weist einen Funktionsblock 14 auf. Im Funktionsblock 14 werden die Eingangsgrößen Mmax, Mmin, Nsoll anhand einer ebenfalls zu den Eingangsgrößen zählenden CRC- Checksumme oder einer Parity Prüfsumme und der BZ-Zahl auf Plausibilität überprüft. Mmax und Mmin sind die Drehmomentgrenzen für die elektrische Maschine 1 und enthalten damit die Information für das Sollmoment Msoll. Dabei wird anhand der BZ-Zahl eines Botschaftszählers die Aktualität der Größen überprüft und anhand einer Prüfsumme (beispielsweise in Form eines CRC-Checks oder einer Parity Prüfsumme) die Vollständigkeit und Richtigkeit der Größen überprüft. Führt diese Ü- berprüfung der Plausibilität der Eingangsgrößen zu einem plausiblen Ergebnis, so werden die Größen an einen Funktionsblock 5 weitergegeben. Führt die Überprüfung der Plausibilität der Eingangsgrößen zu einem unplausiblen Ergebnis, so wird eine Fehlermeldung erzeugt und an Funktionsblock 5 und einen in einer Überwachungseinheit 4 angeordneten Funktionsblock 15 weitergegeben. Anschließend werden vom Funktionsblock 5 entsprechende Notlaufreaktionen ausgeführt.
Die Steuereinheit 3 weist einen Funktionsblock 5 auf, welcher als Eingangsgrößen die von der Funktionseinheit 14 überprüf-
ten Eingangsgrößen Mmax, Mmin, Nsoll für die elektrische Maschine 1 sowie ein mögliches Fehlersignal einer Funktionseinheit 15 der Überwachungseinheit 4 aufweist. In dem Funktionsblock 5 werden aus diesen Eingangsgrößen nicht näher bezeichnete Ansteuersignale für den Wechselrichter 2 gebildet. Diese Ansteuersignale werden dem Wechselrichter 2 über nicht näher bezeichnete Leitungen zugeführt. Der Wechselrichter 2 enthält vorzugsweise eine nicht dargestellte Halbbrückenanordnung je nicht dargestelltem Strang der elektrischen Maschine 1. Eine Halbrückenanordnung besteht üblicherweise aus zwei in Serie geschalteten Transistoren mit diesen zugeordneten Freilaufdioden. Die Wechselrichtereinheit 2 weist bevorzugterweise auch einen nicht dargestellten Kondensator auf, welcher parallel zu den Halbbrückenanordnungen geschaltet ist. Anstelle der Transistoren können selbstverständlich auch andere Schaltelemente wie beispielsweise Thyristoren, IGBT, MOSFET bzw. Relais eingesetzt werden. Über den Wechselrichter 2 werden Amplitude, Frequenz und Phase der Strangströme der elektrischen Maschine 1 eingestellt. Die Versorgung der elektrischen Maschine 1 mit den Strangströmen erfolgt über nicht näher bezeichnete Leitungen über den Wechselrichter 2. Dem Funktionsblock 5 werden vorzugsweise als weitere Eingangsgrößen eine VersorgungsSpannung UDC, eine Temperatur T der elektrischen Maschine 1, der Betriebsmodus der elektrischen Maschine 1 (Momenten-, Lade- oder Drehzahlmodus oder weitere Modi (z.B. Notlauf, Standby), eine Drehzahl Nist und/oder eine Pollage θ und/oder eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ω, die Statorstrangströme II, 12 und/oder ggf. 13, ggf. die Rotorstrangströme Sl und S2 (bei nicht permanent erregtem Rotor) zugeführt. Vorzugsweise sind Erfassungseinheiten für die Pol- lage und ein elektrisches Drehfeld vorhanden. Die Optionali - tat des Statorstrangstroms 13 soll durch die strichpunktierte Darstellung des Signalflusses des Statorstrangstroms 13 in der Figur 1 zum Ausdruck gebracht werden.
Die Überwachungseinheit 4 kann auch als Funktionsüberwachungsebene bezeichnet werden und dient vorzugsweise der Ü- berwachung der Steuereinheit 3 bzw. der Funktionsabläufe in der Steuereinheit 3.
Dem Ansteuersystem kann eine weitere nicht dargestellte Überwachungsebene zugeordnet sein, welche durch ein Frage-/Antwort -Prinzip die ordnungsgemäße Funktionsweise des Ansteuersystems bzw. der Steuereinheit 3 bzw. der Überwachungseinheit 4 testet. Sollte ein Fehlerfall auftreten, so erfolgt die Auslösung entsprechender Systemreaktionen bzw. Fehlermaßnahmen vorzugsweise unabhängig von dem Ansteuersystem umfassend die Steuereinheit 3 und die Überwachungseinheit 4.
Zur Energieversorgung des Ansteuersystems und der elektrischen Maschine 1 ist eine Strom- bzw. Spannungsquelle 26 vorgesehen. Diese weist vorzugsweise eine Nennspannung von 200 V - 400 V auf, beziehungsweise von 14 V, 28 V oder von 42 V und umfasst vorzugsweise einen Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie und/oder einen Superkondensator . Vorzugsweise gibt es eine getrennt 12V Batterie für die Steuereinheit 3. Selbstverständlich können Ansteuersystem und elektrische Maschine 1 auch von einem Generator und/oder über einen Netzan- schluss mit elektrischer Energie versorgt werden. Dabei kann die Energie vom Fahrzeug oder über ein Ladegerät aus einer Steckdose eines Hausanschlusses kommen.
Von einem nicht dargestellten Netzwerk, vorzugsweise einem CAN-Bussystem oder sonstigem Bussystem bzw. von einer nicht dargestellten Leitung werden dem Ansteuersystem eine Soll- drehzahl Nsoll, eine Information über den Betriebsmodus, eine CRC-Checksumme oder dergleichen und eine BZ-Zahl, ein minimales Moment Mmin und ein maximales Moment Mmax zugeführt. Mmin und Mmax bestimmen in den nicht momentengeregelten Betriebsarten entweder einen Bereich, in welchem das Moment der e-
lektrischen Maschine 1 liegen soll oder das Sollmoment Msoll ist Mmax in der momentengeregelten Betriebsart. Das maximale Moment Mmax und das minimale Moment Mmin sind bevorzugterweise Funktionen der Zeit.
Diese Eingangsgrößen werden vorzugsweise vor Eintritt in den Funktionsblock 14 der Steuereinheit 3 an einen Funktionsblock 15, welcher in der Überwachungseinheit 4 angeordnet ist, ü- bergeben.
Das maximale Moment Mmax und das minimale Moment Mmin, auch als Grenzmomente bezeichnet, werden ebenfalls dem Funktionsblock 15 zugeführt. Die Zuführung bzw. der Abgriff der Grenz- momente Mmax und Mmin kann entweder aus der Steuereinheit 3 erfolgen, oder die Grenzmomente können bereits außerhalb des Ansteuersystems von einem Netzwerk bzw. einer Leitung abgegriffen bzw. abgetastet und dem Funktionsblock 15 zugeführt werden, ohne die Steuereinheit 3 zu durchlaufen. Die Grenzmomente Mmax und Mmin werden von einem Koordinator bestimmt, der in einem Steuergerät beispielsweise eines Kraftfahrzeugs hinterlegt ist. Die Grenzwerte Mmax, Mmin können temperatur- , last-, druck- und/oder von weiteren System- und/oder Umgebungsgrößen abhängig sein. Insbesondere können sie von den Kenngrößen der elektrischen Maschine 1 abhängig sein, die diese dem Koordinator zur Verfügung stellt (z.B. Mmin_b, Mmax_b als berechnete Werte für Mmax und Mnin) .
Dem Funktionsblock 15 werden die Eingangsgrößen Mmax, Mmin, Nsoll, die CRC-Checksumme bzw. Parity, die BZ-Zahl, der Betriebsmodus der elektrischen Maschine 1 und ggf. eine Fehlermeldung des Funktionsblocks 14 zugeführt. In dem Funktionsblock 15 werden die Eingangsgrößen Mmax, Mmin, Nsoll anhand der CRC-Checksumme bzw. Parity und der BZ-Zahl auf Plausibilität überprüft. Dabei wird anhand der BZ-Zahl eines Botschaftszählers die Aktualität der Größen überprüft und anhand einer Prüfsumme, der CRC-Checksumme bzw. Parity, die Voll-
ständigkeit und Richtigkeit der Größen überprüft. Die Prüfung im Funktionsblock 15 wird im selben Zeitraster realisiert, wie die Prüfung im Funktionsblock 14. Nur so wird sichergestellt, dass die Ergebnisse von Größen gleicher Aktualität zusammengeführt werden. Führt die Überprüfung der Plausibilität der Eingangsgrößen zu einem unplausiblen Ergebnis, so wird eine Fehlermeldung erzeugt und an den Funktionsblock 5 der Steuereinheit 3 und einen in der Überwachungseinheit 4 angeordneten Funktionsblock 10 bzw. eine hierfür vorgesehene Steuereinheit gesendet und es wird vorzugsweise von diesem Funktionsblock/Steuereinheit eine entsprechende Fehlerreaktion eingeleitet; bevorzugterweise wird die elektrische Maschine 1 über hierfür vorgesehene Leitungen über den Wechselrichter 2 kurzgeschlossen bzw. der Wechselrichter 2 gesperrt.
Führt die Überprüfung der Plausibilität der Eingangsgrößen zu einem plausiblen Ergebnis, so werden die Größen an einen Funktionsblock 20 und einen Funktionsblock 16 weitergegeben.
In dem Funktionsblock 16 werden aus den durch die Funktions- blöcke 14 und 15 überprüften und abgesicherten Eingangsgrößen Mmax, Mmin die Größen Mmax2 und Mmin2 als neue Ober- und Untergrenzen für Mist gebildet. Dabei erfolgt die Begrenzung der Eingangsgrößen mit Kennlinien der Maximalmomente als Funktion der Drehzahl Nist2. Nist2 wird dem Funktionsblock 16 von Funktionsblock 19 zugeführt.
In dem Funktionsblock 6 werden, das vom Betriebsmodus abhängige zulässige maximale Moment Mmax_z und das vom Betriebsmodus abhängige zulässige minimale Moment Mmin_z aus dem Betriebsmodus und den Momentengrenzen Mmax2 und Mmin2 und entsprechenden Toleranzen vorgegeben. Mmax_z wird aus Mmax2 unter Berücksichtigung der sich aus der Drehzahl Nist2 und dem Momentenbetrag ergebenden Toleranzen ermittelt. In gleicher Weise wird Mmin_z aus Mmin2 unter Berücksichtigung der sich aus der Drehzahl Nist2 und dem Momentenbetrag ergebenden To-
leranzen ermittelt. Dabei ist der Wert von Min_z und Max_z von dem Betriebsmodus der elektrischen Maschine 1 abhängig.
Fig. 2 zeigt die unterschiedliche Ermittlung des maximal ond minimal zulässigen Moment abhängig von dem Betriebsmodus, grundsätzlich werden die Momentengrenzen von Mmin und Mmax vorgegeben. Daraus werden Mmax_z und Mmin_z mit den Toleranzen als Funktion der Drehzahl und des Momentenbetrags erzeugt. Im Momentenmodus wird das Sollmoment aus Mmax gebildet. Im Lademodus begrenzt Mmin das zulässige Lademoment. Zusätzlich wird das maximal mögliche Lademoment, sofern es größer Null ist, mittels einer Zeitfunktion auf die interne Größe Mlademax begrenzt. Im Drehzahlmodus wird Mmax_z und Mmin_z mit entsprechenden Toleranzen aus Mmin und Mmax berechnet. Die Ausgangsgrößen des Funktionsblocks 6 Mmax_z und Mmin_z werden einem weiteren Funktionsblock 7 zugeführt.
In dem Funktionsblock 7 findet ein Vergleich eines Istmoments Mist2 der elektrischen Maschine 1 statt. Dieses Istmoment Mist2 wird vorzugsweise aus den Statorströmen II, 12 und ggf. 13 der elektrischen Maschine 1 ermittelt. Die Statorströme werden bevorzugterweise durch Messung und/oder mittels eines Beobachters ermittelt . Die Vorgänge in den Statorwicklungen können durch fiktive, mit dem Rotor umlaufende zweiphasige Ersatzwicklungen d, q nachgebildet werden. Die Wicklungsachse der Ersatzwicklung d fällt dabei mit der Längsachse des nicht näher dargestellten Rotors überein, während die zweite Ersatzwicklung q in der Querachse des Rotors liegt. Die Transformation der Größen erfolgt vorzugsweise in einem Funktions- block 8.
Dem Funktionsblock 8 werden vorzugsweise als weitere Eingangsgrößen, neben den Statorströmen II, 12 und ggf. 13, eine Pollage β und/oder eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ω zugeführt. Zusätzlich ist bevorzugt ein Funktionsblock 24 vorgesehen, in dem für eine Stromrücktransformation relevante
Konstanten hinterlegt sind, die in der Regel auf Parametern der elektrischen Maschine 1 beruhen. Mittels der d- Komponente und der q-Komponente des Statorstroms und mit den Konstanten aus Funktionsblock 24 kann dann in dem Funktionsblock 8 das aktuelle Istmoment Mist2 der elektrischen Maschine 1 berechnet werden („Einführung in die Theorie geregelter Drehstromantriebe", Band 1 Grundlagen, Hansruedi Bühler, Birkhäuser Verlag Basel und Stuttgart, 1977, ISBN 3-7643- 0837-0 , „Grundzüge der elektrischen Maschinen", H. Eckhardt, Teubner Studienbücher, Stuttgart, 1982, ISBN 3-519-06113-9) .
In dem Funktionsblock 7 erfolgt ein Vergleich des Istmoments Mist2 mit den Grenzen des zulässigen Moments Mmax_z und Mmin_z . Ist das Istmoment Mist2 größer als Mmax_z oder kleiner als Mmin_z, so wird nach einer entsprechenden Entprel- lung, vorzugsweise über eine Leitung 11, ein Fehlersignal an einen Funktionsblock 10 übermittelt. Die Leitung 11 kann selbstverständlich auch softwaretechnisch realisiert sein. Der Funktionsblock 10 dient der Einleitung einer Fehlerreaktion bzw. dem Ergreifen entsprechender Maßnahmen bei Vorliegen eines Fehlers. Wird dem Funktionsblock 10 beispielsweise über eine Leitung 11 ein Fehlersignal übermittelt, so sendet er vorzugsweise über eine Leitung 12 ein entsprechendes Signal an den Wechselrichter 2, welches den Wechselrichter 2 bzw. dessen nicht dargestellte Schaltelemente derart ansteuert, dass die elektrische Maschine 1 kurzgeschlossen wird, bzw. welches einen Kurzschluss der elektrischen Maschine 1 über den Wechselrichter 2 veranlasst. Je nach Ausführungsform der angeschlossenen elektrischen Maschine 1 kann auch der Wechselrichter 2 gesperrt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in der Regel in der Ebene 1 (Steuereinheit 3) ein redundantes Istmoments Mistl ermittelt. Die Ermittlung des Istmoments Mistl dient zur Rückmeldung des aktuellen Moments an andere Steuergeräte und in dem erfindungsgemäßen verfahren zur Überprüfung und zusätzli-
chen Überwachung des in Funktionsblock 8 gebildeten Istmoments Mist2 und somit der Überwachung der Funktionsfähigkeit der Steuereinheit 3 und/oder der elektrischen Maschine 1. Das Istmoment Mistl kann z.B., vorzugsweise in dem Funktionsblock 5, analog zum Istmoment Mist2 ermittelt werden.
Das Istmoment Mistl wird von dem Funktionsblock 5 bzw. der Steuereinheit 3 vorzugsweise einem Funktionsblock 9 der Überwachungseinheit 4 zugeführt .
In dem Funktionsblock 9 werden das Istmoment Mistl und das in dem Funktionsblock 8 aus Stromrücktransformation erzeugte Istmoment Mist2 verglichen. Für diesen Vergleich ist ein Toleranzband vorgesehen. Ist das Ergebnis des Vergleichs innerhalb des Toleranzbandes, so wird ein Wert Mist als abgesicherter Wert an den Ausgang der Überwachungseinheit 4 für ein CAN oder dergleichen ausgegeben. Weicht das Istmoment Mistl um mehr als einen bestimmten Betrag von dem Istmoment Mist2 ab, so wird nach einer entsprechenden Entprellung ein unplau- sibeler Wert Mist_unplaus an den Ausgang der Überwachungseinheit 4 ausgegeben sowie ein Fehlersignal erzeugt, welches an den Funktionsblock 17 oder den Funktionsblock 10 weitergegeben wird.
Von dem Funktionsblock 10 wird dann vorzugsweise ein Signal auf einer Leitung 12, an den Wechselrichter 2 übermittelt, welches dazu führt, dass die nicht dargestellten Schaltelemente des Wechselrichters 2 derart angesteuert werden, dass ein Kurzschluß der elektrischen Maschine 1 erzeugt wird oder je nach Ausführungsform der elektrischen Maschine 1 der Wechselrichter 2 gesperrt wird.
Die vordefinierten Beträge um die das Istmoment Mist2 von dem Sollmoment Msoll_r2 oder Mistl abweichen darf bzw. nicht abweichen darf, sind vorzugsweise in einem Steuergerät bzw. in einem anderweitigen Speicherbereich hinterlegt. Bei einer
Kraftfahrzeuganwendung handelt es sich bei dem Steuergerät bzw. dem Ansteuersystem vorzugsweise um ein Motor- bzw. ein Fahrzeugsteuergerät .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein auf die Grenzen des physikalisch Möglichen (Belastbarkeit der elektrischen Maschine 1 unter Berücksichtigung der aktuellen Temperatur, Batteriegrenzen etc.) reduziertes Sollmoment Msoll_r von dem Funktionsblock 5 bzw. der Steuereinheit 3 vorzugsweise einem Funktionsblock 22 der Überwachungseinheit 4 zugeführt.
Dieses Drehmoment Msoll_r wird im Funktionsblock 22 gefiltert. Dabei handelt es sich um einen zeitlichen Filter, der etwa der Zeit entspricht, die das Istmoment Mist benötigt um sich über den Strom auf den gewünschten Sollwert Msoll einzustellen. Damit soll verhindert werden, dass der nachfolgende Vergleich wegen der verzögerten Anpassung von Mist fehlschlägt . Das zeitverzögerte Drehmoment Msoll_r wird vom Funktionsblock 22 an einen Funktionsblock 23 weitergegeben.
Im Funktionsblock 23 wird das reduzierte und zeitverzögerte Drehmoment Msoll_r mit dem über Stromrücktransformation in Funktionsblock 8 erzeugte Istmoment Mist2 verglichen. Dabei wird geprüft ob, Msoll_r und Mist2 innerhalb der eines gemeinsamen Toleranzbandes liegen. Ist dies der Fall, so wird Mist2 als Ausgabewert an den Funktionsblock 17 weitergegeben. Liegt eine der beiden Werte Msoll_r und Mist2 außerhalb des Toleranzbandes so wird nach entsprechender Entprellung ein unplausibeler Ersatzwert Mist_unplaus gesetzt.
Im Funktionsblock 17 wird geprüft, ob mindestens einer der Vergleiche von Funktionsblock 9 oder Funktionsblock 23 einen unplausiblen Wert ausgegeben hat. Ist dies der Fall, so gibt 17 einen Wert Mist unplaus an den Funktionsblock 7 weiter.
In einer alternativen Ausführungsform erzeugen die Funktionsblöcke 9 und 23 bei erfolgreichem Vergleich kein Signal und setzen nur im Fehlerfall ein Ausgangsignal. In dieser Ausführungsform prüft der Funktionsblock 17, ob er auf einem seiner Eingänge in Signal erhält. Ist dies der Fall, so gibt er ein Signal an einen Funktionsblock 18 weiter. In diesem Fall erzeugt der Funktionsblock 18 einen Wert Mist_unplaus und leitet diesen an den Funktionsblock 7 weiter. Erhält der Funktionsblock 18 kein Signal von Funktionsblock 17 erhält, so leitet er die von Funktionseinheit 8 erzeugte Istmoment Mist2 an den Funktionsblock 7 weiter.
Die Überwachungseinheit 4 weist in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform einen Funktionsblock 19 auf, welcher als Eingangsgröße eine Drehzahl Nist der elektrischen Maschine 1 aufweist. Diese Größe Nist erhält der Funktionsblock 19 vom Funktionsblock 5, der diese Größe direkt von der elektrischen Maschine 1 erhält. In Funktionsblock 19 wird der von der e- lektrischen Maschine 1 weitergebene Wert für Nist abgesichert. Dazu wird im Funktionsblock 19 aus der zeitlichen Änderung der Pollage β oder der Winkelgeschwindigkeit ω der elektrischen Maschine 1 ein Wert Nistl ermittelt. Die Größen θ (t) bzw. ω sind bevorzugt in einem eigenen Speicherbereich des Funktionsblocks 5 abgelegt und werden ebenfalls vom Funktionsblock 5 an den Funktionsblock 19 übermittelt. Eine Absicherung der WinkelInformationen kann beispielsweise über die Prüfung ob sin2 + cos2 = 1 ist, erfolgen. Der vom Funktionsblock 5 an den Funktionsblock 19 weitergegebene Wert Nist gilt als abgesichert, wenn der Wert Nistl innerhalb eines festgelegten Toleranzbandes um den Wert Nist liegt. Der neue abgesicherte Wert wird mit Nist2 bezeichnet. Der Funktionsblock 19 gibt den Wert Nist2 an einen Funktionsblock 20 und einen Funktionsblock 21 weiter.
Im Funktionsblock 20 wird die Größe Nist 2 mit einer von dem Funktionsblock 15 weitergegebenen abgesicherten und auf Plau-
sibilität der Größen überprüften Eingangsgröße Nsoll verglichen. Dieser Vergleich lässt eine applizierbare maximale Abweichung zwischen Nist2 und Nsoll als Funktion des Gradienten von Nsoll zu zu. (Applizierbar heißt im vorliegenden Text innerhalb der physikalischen Grenzen ohne Schaden für die e- lektrische Maschine 1 umsetzbar.) Weicht Nist2 stärker als erlaubt von Nsoll ab, so gibt der Funktionsblock 20 einen Befehl für einen Wechsel des Betriebmodus der elektrischen Maschine 1 aus. Bevorzugt wird dabei in den Momentenmodus gewechselt . Dieser Befehl für einen Betriebsmoduswechsel wird an einen Ausgang der Überwachungseinheit 4 ausgegeben.
Der Funktionsblock 21 erhält als Eingangsgrößen die Größe Nist2 vom Funktionsblock 19 und eine Größe Mmax als abgesicherte und plausibilisierte Größe vom Funktionsblock 5. Die Größe Nist 2 wird in Funktionsblock 21 eingesetzt, um eine Begrenzung von Mmax auf ein physikalisch mögliches Maximalmoment durchzuführen. Dazu sind im Funktionsblock 21 die physikalisch möglichen Maximalmomente als Funktion der Drehzahl Nist2 als Kennnlinie hinterlegt. Ergebnis dieser Begrenzung des maximalen Drehmoments Mmax nach oben durch die Kennlinie ist ein neuer physikalisch erlaubter Wert Mmax2 der gleich oder kleiner als Mmax ist. Dieser Wert Mmax2 wird an einen Ausgang der Überwachungseinheit 4 ausgegeben.
Die Steuereinheit 3 und Überwachungseinheit 4 sind vorzugsweise in unterschiedlichen Speicherbereichen eines Steuergeräts angeordnet. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine physikalisch getrennte Überwachung der Steuereinheit 3 durch die Überwachungseinheit 4 möglich. Fehlerhafte Speicherbereiche der Steuereinheit 3 haben dann keinen Einfluss auf die in der Überwachungseinheit 4 ablaufenden Funktionen bzw. Funktionalitäten, wie beispielsweise die Plausibilitätsüberprüfung des Sollmoments Msoll und die Zulässigkeitsüberprüfung des Istmoments Mistl.
Bei einer Initialisierung bzw. bei einem Erststart des AnSteuersystems bzw. der elektrischen Maschine 1 erfolgt. vorzugsweise eine Überwachung/Überprüfung der Abschaltpfade, gegeben beispielhaft durch die Leitung 12, über welche die elektrische Maschine abgeschaltet bzw. kurzgeschlossen werden kann. Dazu ist eine entsprechende Rückleitung vorzusehen, welche überprüft, ob der Abschaltpfad betätigt wurde.
Im Falle eines Fehlers wird der Anwender bzw. bei Kraftfahrzeuganwendungen der Fahrer bevorzugterweise informiert. Diese Information kann optisch, akustisch, über CAN-Bus, durch eine Veränderung des Systemverhaltens bzw. bei einem Kraftfahrzeug durch eine Veränderung des Verhaltens des Kraftfahrzeugs und/oder auf andere Weise erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung werden vorzugsweise zum Betreiben einer elektrischen Maschine eingesetzt, welche in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise als Starter/Generator bzw. als Motor/Generator bzw. als Lichtmaschine betreibbar und ist auch bei Hybridanwendungen bzw. als Fahrantrieb in einem Elektro- bzw. Brennstoffzellenfahrzeug ein- setzbar. Die elektrische Maschine ist bevorzugterweise zur Antriebsunterstützung einer im Kraftfahrzeug vorgesehenen Brennkraftmaschine und/oder zur Energieversorgung eines im Kraftfahrzeug vorgesehenen Bordnetzes einsetzbar oder alternativ als alleiniger Fahrantrieb mit einer alternativen Energiequelle (Batterie, Brennstoffzelle etc.). Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich sowohl bei Kraftfahrzeugen mit Diesel- als auch bei Kraftfahrzeugen mit Otto-Motoren einsetzen.