WO2011117139A2 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung eines abgabemoments eines elektrischen antriebs - Google Patents

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    • H02P29/40—Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a delivery torque of an electric drive according to the preamble of independent claim 1, of a corresponding device for determining a delivery torque of an electric drive according to the preamble of independent claim 8, and of a computer program product with program code for performing the Method for determining a delivery torque of an electric drive.
  • the motor current consumption is measured in order to infer the delivered torque of the electric motor.
  • This information can be used for control purposes (FOR - field-oriented control) or for safety functions.
  • the relationship between current and ideal output torque can be determined from an ideal motor model of the electric motor.
  • electric motors have still other moments, such as e.g. Bearing friction, cogging torques, etc., which can change the output torque of the electric motor. Therefore, the actual output torque of the electric motor no longer coincides with the ideal output torque of the electric motor and there is no direct relationship between the measured current and the actual output torque of the electric motor.
  • the inventive method for determining a dispense torque of an electric drive with the features of independent claim 1 has the advantage that from calculated disturbance torques a correction current is calculated, from a measured current and the correction current a corrected current is determined and output which is a real one
  • Output torque of the electric drive represents.
  • the inventive device for determining a dispense torque of an electric drive with the features of independent claim 8 has the advantage that a computing unit is provided which calculates a correction current from determined disturbance, wherein from a measured current and the correction current, a corrected current can be determined and output is, which represents a real output torque of the electric drive.
  • the device comprises means for measuring the current drawn by the electric drive.
  • Embodiments of the present invention correct the measured current measurements by an amount corresponding to the disturbance torques.
  • the adjusted current measurement makes it possible, with the aid of the ideal motor model, to deduce the actual output torque of the electric drive, which is designed, for example, as a synchronous machine, asynchronous machine, DC motor, etc. Therefore, subsequent subsystems that use the result of the current measurement to conclude the real output torque may advantageously operate at a higher quality.
  • the aid of embodiments of the present invention which provide an improved current measurement adapted to the respective system, the following subsystems can work with value-adjusted standard methods.
  • a real electric drive differs from an ideal electric drive in such a way that the ideal output torque is superimposed on a disturbance torque.
  • the ideal output torque results from the electrical engine equations.
  • the disturbance torque results essentially from mechanical conditions, which relate, for example, friction and cogging torques. Since these influencing factors are generally undesirable, they are assigned to the disturbance variables.
  • the disturbance torques can be determined in advance by measuring or simulating and stored in appropriate form for signal processing. Finally, the actual output torque results from the sum of the ideal output torque and the disturbance torques.
  • the ideal output torque can be calculated from the measured current using the corresponding motor equation.
  • the engine equation depends on the type of electric drive used.
  • the aim of the current correction according to the invention is to determine the corrected current so that the real output torque can be determined directly using the ideal motor model.
  • the correction current is determined according to the invention based on the determined disturbance torque.
  • the correction current results from the inverse moment equation of the ideal motor model.
  • the disturbance torque can be determined for the respective electric drive or electric motor or the respective motor type with the aid of measurements and stored in an appropriate form in the system for signal processing. This results in a specific conversion formula as a function of the disturbance torque for the correction current.
  • Embodiments of the invention can be used in principle as an extension of the current measurement of electric motors.
  • As a possible application can be mentioned, for example, electrically assisted steering systems.
  • influencing factors of disturbance torques are applied as input quantities for at least one disturbance torque characteristic field, which is used for
  • the disturbance torques comprise, for example, friction moments and / or cogging torques which are influenced by rotational speed and / or rotational angle.
  • the at least one disturbance torque characteristic field can be determined and stored beforehand by means of corresponding measurements and / or simulations.
  • the disturbance torque with respect to friction depends in particular on the speed of the electric drive.
  • the disturbance torque is particularly dependent on the angle of rotation of the electric drive.
  • the generation and storage of disturbance torque maps advantageously makes it possible to quickly and reliably determine the correction current and the associated corrected current, which represents the real output torque of the electric drive.
  • an ideal output torque of the electric drive is calculated based on the measured current with an engine equation of a corresponding ideal engine model. Furthermore, the real output torque of the electric drive is calculated based on the corrected current using the motor equation of the corresponding ideal motor model.
  • the corrected current which represents the real output torque of the electric drive, used as an input variable for a torque control and / or speed control of the electric drive and / or for Fahrschreibsfunktio- NEN.
  • At least one disturbance torque characteristic field which has influencing factors of disturbance torques as input variables, is stored in a map memory, which is connected to the map memory
  • Computing unit is coupled, the arithmetic unit depending on current ! The speed and / or current angle of rotation of the electric drive a corresponding Störmomentken nfeld for calculating the correction current determined.
  • Embodiments of the present invention can be realized as a circuit, device, method, data processing program with program code means and / or as a computer program product. Accordingly, embodiments of the present invention may be implemented entirely in hardware and / or software and / or a combination of hardware and / or software components. In addition, the present invention may be embodied as a computer program product on a computer usable storage medium having computer readable program code, whereby various computer readable storage media such as hard disks, CD-ROMs, optical or magnetic storage elements, etc. may be used.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of a real electric drive.
  • Figure 2 shows a schematic block diagram of an idealized electric drive, with an embodiment of a device according to the invention for.
  • a real electric drive 20 differs in this way from an ideal electric drive 10 that has an ideal output torque the ideal electric drive 10 a disturbance torque is superimposed.
  • the ideal release moment of the ideal electric drive 10 results as a function of applied input quantities U, Phi from corresponding electrical motor equations, which are dependent on the design of the real electrical drive 20.
  • the disturbance torque r results essentially from mechanical conditions, such as friction and / or cogging torques. Since these influencing factors are generally undesirable, they are assigned to the disturbance variables.
  • the real output torque results of the real electric drive 20 from equation
  • the engine equation depends on the engine type. Therefore, the engine equation is kept general here and with designated. Due to the relationship shown in equation (2), in the driving technique of electric motors, in many cases, the absorbed current I is measured to judge the output torque of the motor. This information can be used for control purposes (FOR - field-oriented control) or for safety functions.
  • the relationship between the current I and the ideal output torque can be determined from the ideal engine model.
  • real motors 20, as stated above still have other torques, which is the ideal output torque of the ideal electric drive 10. Therefore, the real output torque is right of the real electric drive 20 no longer with the ideal output torque of the ideal electric drive 10 match. A direct relationship between the measured current I and the real output torque M rea , therefore no longer exists.
  • a correction current calculated, wherein from the measured current I and the correction current a corrected current I * is determined and output, which is a real output torque of the real electric drive 20 represents.
  • Embodiments of the present invention correct the measured current readings I by an amount that reduces the disturbance moments M r corresponds troublefree.
  • the adjusted measured current ⁇ makes it possible, with the aid of the ideal motor model, to determine the real output moment of the real motor
  • Output torque M rea i represents. Therefore, subsequent subsystems which use the corrected current I * to conclude the real output torque M rea i can operate with a higher quality.
  • the idealized electric drive comprises
  • the device 32 comprises a computing unit 38, which uses the determined disturbance torques calculates the correction current.
  • the device 32 determines from the measured current I and the calculated correction current a corrected current which is the real output torque of the real electric drive 20 and output from the device 32.
  • the device 32 comprises a map memory 36, in which at least one disturbance torque map for calculating the correction current is stored.
  • the at least one disturbance torque map has influencing factors of disturbance torques as input variables.
  • the at least one disturbance torque characteristic field is determined in advance by means of corresponding measurements and / or simulations, for example, and stored in the characteristic memory 36.
  • the characteristic memory 36 is coupled to the arithmetic unit 38, which in dependence on the current speed and / or current angle of rotation of the electric drive 20, a corresponding disturbance torque map to
  • the arithmetic unit 38 provides the calculated correction current an adder 34, which in a summing point 34.1 the measured current I and the correction current to generate the corrected current I *.
  • the functionality of the adder 34 and the means 34.1 implemented as summation point for measuring the current I can also be integrated into the arithmetic unit 38.
  • the goal of the current correction is that the adjusted current I * takes a value so that, using the ideal motor model, the real output torque M rea i can be directly determined according to equation (3).
  • equation (3) yields the equations (3.1) to (3.3):
  • equation (3) can be transformed into equation (4.1) and further into equation (4.2),
  • phase currents can be represented as a vectorial quantity, each with a component in the d and q direction.
  • the moment equation of the synchronous machine shows equation (7).
  • Zp is the number of pole pairs
  • ⁇ ⁇ is the permanent magnet flux
  • L d and L q are the inductances in the d and q directions
  • i d and i q are the currents in the d and q directions.
  • the disturbance torque is determined in advance and in
  • Embodiments of the present invention can be realized as a circuit, device, method, data processing program with program code means and / or as a computer program product. Accordingly, the present invention may be implemented entirely in hardware and / or software and / or a combination of hardware and / or software components. In addition, the present invention may be embodied as a computer program product on a computer usable storage medium having computer readable program code, whereby various computer readable storage media such as hard disks, CD-ROMs, optical or magnetic storage elements, etc. may be used.
  • the computer usable or computer readable media may include, for example, electronic, magnetic, optical, electromagnetic infrared or semiconductor systems, devices, devices or distribution media.
  • the computer-readable media may include an electrical connection to one or more lines, a portable computer disk, a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), an erasable and programmable read only memory (EPROM or flash memory)
  • RAM random access memory
  • ROM read only memory
  • EPROM erasable and programmable read only memory
  • the computer usable or computer readable medium may even be paper or other suitable medium on which the program is written and of which it is, for example by optical scanning of the paper or the other Medium is electrically detectable, then compiled, interpreted or if necessary processed in other ways and then stored in the computer memory.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Abgabemoments (Mreal) eines elektrischen Antriebs (20) durch Messen eines vom elektrischen Antrieb (20) aufgenommenen Stroms (I). Erfindungsgemäß wird aus ermittelten Störmomenten (Mstör) ein Korrekturstrom (lkorr) berechnet, wobei aus dem gemessenen Strom (I) und dem Korrekturstrom (lkorr) ein korrigierter Strom (I*) ermittelt und ausgegeben wird, welcher ein reales Abgabemoment (Mreal) des elektrischen Antriebs (20) repräsentiert.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Abaabemoments eines elektrischen Antriebs
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung eines Abgabemoments eines elektrischen Antriebs nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 , von einer korrespondierenden Vorrichtung zur Ermittlung eines Abgabemoments eines elektrischen Antriebs nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 8, und von einem Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung eines Abgabemoments eines elektrischen Antriebs.
In der Antriebstechnik von Elektromotoren wird in vielen Fällen die Motorstrom- aufnahme gemessen, um auf das abgegebene Moment des Elektromotors zu schließen. Diese Information kann zum einen für Regelungszwecke (FOR - Feldorientierte Regelung) oder für Sicherheitsfunktionen verwendet werden. Die Beziehung zwischen Strom und idealem Abgabemoment kann aus einem idealen Motormodell des Elektromotors ermittelt werden. Allerdings weisen Elektromotoren noch weitere Momente, wie z.B. Lagerreibung, Rastmomente usw. auf, welche das Abgabemoment des Elektromotors verändern können. Daher stimmt das tatsächliche Abgabemoment des Elektromotors nicht mehr mit dem idealen Abgabemoment des Elektromotors überein und es besteht keine direkte Beziehung mehr zwischen dem gemessenen Strom und dem tatsächlichen Abgabemoment des Elektromotors.
Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung eines Abgabemoments eines elektrischen Antriebs mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass aus ermittelten Störmomenten ein Korrek- turstrom berechnet wird, wobei aus einem gemessenen Strom und dem Korrek- turstrom ein korrigierter Strom ermittelt und ausgegeben wird, welcher ein reales
Abgabemoment des elektrischen Antriebs repräsentiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung eines Abgabemoments eines elektrischen Antriebs mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Recheneinheit vorgesehen ist, welche aus ermittelten Störmomenten einen Korrekturstrom berechnet, wobei aus einem gemessenen Strom und dem Korrekturstrom ein korrigierter Strom ermittelbar und ausgebbar ist, welcher ein reales Abgabemoment des elektrischen Antriebs repräsentiert. Zudem umfasst die Vorrichtung Mittel zum Messen des vom elekt- rischen Antrieb aufgenommen Stroms.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung korrigieren die gemessenen Strommesswerte um einen Betrag, der den Störmomenten entspricht. Die bereinigte Strommessung ermöglicht es, mit Hilfe des idealen Motormodells, auf das tatsächliche Abgabemoment des elektrischen Antriebs zu schließen, welcher beispielsweise als Synchronmaschine, Asynchronmaschine, Gleichstrommotor usw. ausgeführt ist. Daher können nachfolgende Subsysteme, welche das Ergebnis der Strommessung heranziehen, um auf das reale Abgabemoment zu schließen, in vorteilhafter Weise mit einer höheren Güte arbeiten. Mit Hilfe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die eine verbesserte dem jeweiligen System angepasste Strommessung zur Verfügung stellen, können die nachfolgenden Subsysteme wertbereinigt mit Standard methoden arbeiten. Dieser Vorteil kommt vor allem dann zum Tragen, wenn die Verantwortlichkeit für ein Produkt aus den Subsystemen„Elektromotor" und„Strommessung" bestehen und somit die Verantwortung bei der Schnittstelle„Strommessung" endet. Nachfolgende Subsysteme, welche die Information„Strommessung" heranziehen um auf das reale Abgabemoment zu schließen sind beispielsweise eine Momentenregelung und/oder eine Drehzahlregelung für den elektrischen Antrieb bzw. Fahrsicherheitsfunktionen. Ein realer elektrischer Antrieb unterscheidet sich von einem idealen elektrischen Antrieb in der Weise, dass dem idealen Abgabemoment ein Störmoment überlagert ist. Das ideale Abgabemoment ergibt sich aus den elektrischen Motorgleichungen. Das Störmoment ergibt sich im Wesentlichen aus mechanischen Gegebenheiten, welche beispielsweise Reibung und Rastmomente betreffen. Da diese Einflussgrößen im Allgemeinen nicht erwünscht sind, werden sie den Störgrößen zugeordnet. Die Störmomente können vorab durch Messen bzw. Simulieren ermittelt und in entsprechender Form für die Signalverarbeitung abgespeichert werden. Schließlich ergibt sich das tatsächliche Abgabemoment aus der Summe des idealen Abgabemoments und der Störmomente.
Betrachtet man den idealen elektrischen Antrieb, so lässt sich das ideale Abgabemoment mit Hilfe der korrespondierenden Motorgleichung aus dem gemessenen Strom berechnen. Hierbei ist die Motorgleichung vom verwendeten Typ des elektrischen Antriebs abhängig. Das Ziel der erfindungsgemäßen Stromkorrektur besteht darin, den korrigierten Strom so zu bestimmen, dass unter Benutzung des idealen Motormodells das reale Abgabemoment direkt ermittelt werden kann. Zu diesem Zweck wird der Korrekturstrom erfindungsgemäß basierend auf dem ermittelten Störmoment bestimmt. In einfachster Form ergibt sich der Korrekturstrom aus der inversen Momentengleichung des idealen Motormodells. Das Störmoment kann für den jeweiligen elektrischen Antrieb bzw. Elektromotor bzw. den jeweiligen Motor-Typ mit Hilfe von Messungen ermittelt und in entsprechender Form im System für die Signalverarbeitung abgespeichert werden. Somit ergibt sich für den Korrekturstrom eine konkrete Umrechnungsformel in Abhängigkeit vom Störmoment.
Ausführungsformen der Erfindung können grundsätzlich als Erweiterung der Strommessung von Elektromotoren eingesetzt werden. Als mögliche Anwendung können dabei beispielsweise elektrisch unterstützte Lenkungssysteme genannt werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens zur Ermittlung eines Abgabemoments eines elektrischen Antriebs sowie der im unabhängigen Patentanspruch 8 angegebe- nen Vorrichtung zur Ermittlung eines Abgabemoments eines elektrischen Antriebs möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass Einflussfaktoren von Störmomenten als Eingangs- größen für mindestens ein Störmomentkennfeld angelegt werden, welches zur
Berechnung des Korrekturstroms herangezogen wird. Die Störmomente umfassen beispielsweise Reibmomente und/oder Rastmomente, welche von Drehzahl und/oder Drehwinkel beeinflusst werden. Zudem kann das mindestens eine Störmomentkennfeld über korrespondierende Messungen und/oder Simulationen vorab ermittelt und abgespeichert werden. So ist das Störmoment bezüglich Reibung insbesondere von der Drehzahl des elektrischen Antriebs abhängig. Bezüglich Rastmomente ist das Störmoment insbesondere vom Drehwinkel des elektrischen Antriebs abhängig. Das Erzeugen und Speichern von Störmomentkennfel- dern ermöglicht in vorteilhafter Weise eine schnelle und sichere Bestimmung des Korrekturstroms und des damit verbundenen korrigierten Stroms, welcher das reale Ausgabemoment des elektrischen Antriebs repräsentiert.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein ideales Abgabemoment des elektrischen Antriebs basierend auf dem gemessenen Strom mit einer Motorgleichung eines korrespondierenden idealen Motormodells berechnet. Des Weiteren wird das reale Abgabemoment des elektrischen Antriebs basierend auf dem korrigierten Strom unter Benutzung der Motorgleichung des korrespondierenden idealen Motormodells berechnet. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren wird der korrigierte Strom, welcher das reale Abgabemoment des elektrischen Antriebs repräsentiert, als Eingabegröße für eine Momentenregelung und/oder Drehzahlregelung des elektrischen Antriebs und/oder für Fahrsicherheitsfunktio- nen verwendet. Durch die Verwendung des korrigierten Stroms kann die Güte der nachfolgenden Subsysteme, welche den korrigierten Strom als Eingabegröße verwenden, in vorteilhafter Weise deutlich verbessert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens ein Störmomentkennfeld, welches Einflussfaktoren von Störmomenten als Ein- gangsgrößen aufweist, in einem Kennfeldspeicher gespeichert, welcher mit der
Recheneinheit gekoppelt ist, wobei die Recheneinheit in Abhängigkeit von aktuel- !er Drehzahl und/oder aktuellem Drehwinkel des elektrischen Antriebs ein korrespondierendes Störmomentken nfeld zur Berechnung des Korrekturstroms ermittelt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als Schaltung, Vorrichtung, Verfahren, Datenverarbeitungsprogramm mit Programmcodemitteln und/oder als Computerprogrammprodukt realisiert werden. Entsprechend können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vollständig als Hardware und/oder als Software und/oder als Kombination aus Hardware- und/oder Softwarekomponenten ausgeführt werden. Zudem kann die vorliegende Erfindung als Computerprogrammprodukt auf einem computernutzbaren Speichemnedium mit computerlesbarem Programmcode ausgeführt werden, wobei verschiedene computerlesbare Speichermedien wie Festplatten, CD-ROMs, optische oder magnetische Speicherelemente usw. benutzt werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein schematisches Biockdiagramm eines realen elektrischen Antriebs.
Figur 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines idealisierten elektrischen Antriebs, mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, unterscheidet sich ein realer elektrischen Antrieb 20 in der Weise von einem idealen elektrischen Antrieb 10, dass einem idealen Abgabemoment
Figure imgf000007_0004
des idealen elektrischen Antriebs 10 ein Störmoment
Figure imgf000007_0002
überlagert ist. Das ideale Abgabemoment
Figure imgf000007_0001
des idealen elektrischen Antriebs 10 ergibt sich in Abhängigkeit von angelegten Eingangsgrößen U, Phi aus korrespondierenden elektrischen Motorgleichungen, welche von der Bauform des realen elektrischen Antriebs 20 abhängig sind. Das Störmoment
Figure imgf000007_0003
r ergibt sich im Wesentlichen aus mechanischen Gegebenheiten, wie beispielsweise Reibung und/oder Rastmomente. Da diese Einflussgrößen im Allgemeinen nicht erwünscht sind, werden sie den Störgrößen zugeordnet. Schließlich ergibt sich das reale Abgabemoment
Figure imgf000008_0004
des realen elektrischen Antriebs 20 aus Gleichung
(1 ).
Figure imgf000008_0002
Betrachtet man den idealen elektrischen Antrieb 10, so lässt sich das ideale Abgabemoment
Figure imgf000008_0003
mit Hilfe der Motorgleichungen aus dem Strom I gemäß Gleichung (2) berechnen.
Figure imgf000008_0001
Die Motorgleichung ist vom Motortyp abhängig. Daher wird die Motorgleichung hier allgemein gehalten und mit
Figure imgf000008_0005
bezeichnet. Aufgrund des in Gleichung (2) ersichtlichen Zusammenhangs wird in der Antriebstechnik von Elektromotoren in vielen Fällen der aufgenommene Strom I gemessen, um auf das abgegebene Drehmoment des Motors zu schließen. Diese Information kann zum einen für Regelungszwecken (FOR - Feldorientiert Regelung) oder für Sicherheitsfunktionen verwendet werden. Die Beziehung zwischen dem Strom I und dem idealen Abgabemoment
Figure imgf000008_0006
kann aus dem idealen Motormodell ermittelt werden. Allerdings weisen reale Motoren 20, wie oben bereits ausgeführt ist, noch weitere Drehmomente auf, die das ideale Abgabemoment
Figure imgf000008_0007
des idealen elektrischen Antriebs 10 verändern. Daher stimmt das reale Abgabemoment
Figure imgf000008_0008
des realen elektrischen Antriebs 20 nicht mehr mit dem idealen Abgabemoment
Figure imgf000008_0009
des idealen elektrischen Antriebs 10 überein. Eine direkte Beziehung zwischen dem gemessenen Strom I und dem realen Abgabemoment Mrea, besteht daher nicht mehr.
Deshalb wird erfindungsgemäß, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, aus ermittelten Störmomenten
Figure imgf000008_0013
r ein Korrekturstrom
Figure imgf000008_0010
berechnet, wobei aus dem gemessenen Strom I und dem Korrekturstrom
Figure imgf000008_0011
ein korrigierter Strom I* ermittelt und ausgegeben wird, welcher ein reales Abgabemoment
Figure imgf000008_0012
des realen elektrischen Antriebs 20 repräsentiert. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung korrigieren die gemessenen Strom messwerte I um einen Betrag, der den Stör- momenten Mstör entspricht. Der bereinigte gemessene Strom Γ ermöglicht es, mit Hilfe des idealen Motormodells auf das reale Abgabemoment des realen
Figure imgf000009_0011
elektrischen Antriebs 20 zu schließen, so dass sich ein in Fig. 2 dargestellter idealisierter elektrischer Antrieb 30 ergibt, welcher das reale Abgabemoment
Figure imgf000009_0012
zur Verfügung stellt und einen korrigierten Strom ausgibt, welcher das reale
Abgabemoment Mreai repräsentiert. Daher können nachfolgende Subsysteme, welche den korrigierten Strom I* heranziehen, um auf das reale Abgabemoment Mreai zu schließen, mit einer höheren Güte arbeiten. Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, umfasst der idealisierte elektrische Antrieb
30 eine Vorrichtung 32 zur Ermittlung eines Abgabemoments
Figure imgf000009_0001
des realen elektrischen Antriebs 20. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung 32 eine Recheneinheit 38, welche aus den ermittelten Störmomenten
Figure imgf000009_0002
den Korrekturstrom berechnet. Hierbei ermittelt die Vorrichtung 32 aus dem gemessenen Strom I und dem berechneten Korrekturstrom
Figure imgf000009_0003
einen korrigierten Strom , welcher das reale Abgabemoment
Figure imgf000009_0004
des realen elektrischen Antriebs 20 repräsentiert und von der Vorrichtung 32 ausgegeben wird.
Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung 32 einen Kennfeld- Speicher 36, in welchem mindestens ein Störmomentkennfeld zur Berechnung des Korrekturstrom
Figure imgf000009_0005
gespeichert ist. Das mindestens eine Störmomentkennfeld weist Einflussfaktoren von Störmomenten als Eingangsgrößen auf. Die
Figure imgf000009_0007
se Störmomente
Figure imgf000009_0006
umfassen beispielsweise Reibmomente und/oder Rastmomente, welche von Drehzahl und/oder Drehwinkel des realen elektrischen An- triebs 20 beeinflusst werden. Das mindestens eine Störmomentkennfeld wird beispielsweise über korrespondierende Messungen und/oder Simulationen vorab ermittelt und im Kennlinienspeicher 36 abgespeichert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kennlinienspeicher 36 mit der Recheneinheit 38 gekoppelt, welche in Abhängigkeit von aktueller Drehzahl und/oder aktuellem Drehwinkel des elektrischen Antriebs 20 ein korrespondierendes Störmomentkennfeld zur
Berechnung des Korrekturstroms
Figure imgf000009_0008
ermittelt. Die Recheneinheit 38 stellt den berechneten Korrekturstrom
Figure imgf000009_0009
einem Addierer 34 zur Verfügung, welcher in einem Summenpunkt 34.1 den gemessenen Strom I und den Korrekturstrom
Figure imgf000009_0010
addiert, um den korrigierten Strom I* zu erzeugen. Bei einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform kann die Funktionalität des Addierers 34 und dem als Summenpunkt ausgeführten Mittel 34.1 zum Messen des Stroms I auch in die Recheneinheit 38 integriert werden.
Das Ziel der Stromkorrektur ist es, dass der bereinigte Strom I* einen Wert annimmt, so dass unter Benutzung des idealen Motormodells das reale Abgabemoment Mreai gemäß Gleichung (3) direkt ermittelt werden kann.
Figure imgf000010_0002
Mit Hilfe der Gleichung (1 ) ergeben sich aus Gleichung (3) die Gleichungen (3.1 ) bis (3.3):
Figure imgf000010_0003
Wenn die Funktion
Figure imgf000010_0007
linear ist, was meistens zutrifft, kann die Form der Gleichung (3) in Gleichung (4.1 ) und weiter in Gleichung (4.2) überführt werden,
Figure imgf000010_0004
Nur in sehr seltenen Fällen gibt es lediglich eine Nährungslösung, siehe Zusammenhänge (5.1 ) bzw. (5.2), die für kleine Störmomente
Figure imgf000010_0008
r im Allgemeinen eine sehr gute Näherung darstellt.
Figure imgf000010_0005
Aus den Gleichungen (4.2) bzw. (5.2) ergibt sich gemäß Gleichung (6.1) der Korrekturstrom
Figure imgf000010_0010
für den gemessenen Strom I aus dem Störmoment
Figure imgf000010_0009
Figure imgf000010_0001
Somit ergibt sich der korrigierte Storm Γ aus Gleichung (6.2).
Figure imgf000010_0006
Verwendet man nun anstatt des tatsächlich gemessenen Stromes I den korrigierten Strom , dann kann man die Gleichungen des idealen Motors heranziehen, um das reale Abgabemoment
Figure imgf000011_0003
zu ermitteln. Der Korrekturstrom ergibt
Figure imgf000011_0005
sich aus der inversen Momentengleichung des idealen Motors Gleichung (6.1). Das Störmoment
Figure imgf000011_0004
kann für den jeweiligen Motor bzw. den jeweiligen Motor- Typ mit Hilfe von Messungen ermittelt und in entsprechender Form im System für die Signalverarbeitung abgespeichert werden.
In der weiteren Betrachtung wird das Verfahren am Beispiel einer permanenterregten Synchronmaschine dargestellt. Bei Synchronmaschinen können die Phasenströme als vektorielle Größe mit jeweils einer Komponente in d- und q- Richtung dargestellt werden. Die Momentengleichung der Synchronmaschine zeigt Gleichung (7).
Figure imgf000011_0001
In dieser Gleichung ist Zp die Polpaarzahl, ψρ der Permanentmagnetfluss, Ld und Lq die Induktivitäten in d- und q-Richtung, id und iq die Ströme in d- und q- Richtung.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wird nachfolgend angenommen, dass der zweite Term in der Klammer aus Gleichung (7) vernachlässigt werden kann, da in vielen Anwendungsfällen, beispielsweise bei niedrigen Drehzahlen, der Strom id einen Wert 0, d.h. id = 0 aufweist, bzw. bei symmetrischen Ausführungsformen die beiden Induktivitäten La und Lq gleich groß sind. Dadurch reduziert sich Gleichung (7) zur Gleichung (7. ).
Figure imgf000011_0002
Diese Annahme dient lediglich zur Vereinfachung der weiteren Ausführungen. Aus Gleichung (7.1) kann nun die Umkehrfunktion gebildet werden, welche Gleichung (7.2) repräsentiert.
Figure imgf000012_0003
Auch hier wird wieder das gleiche Verfahren angewendet, wie bereits zu Gleichung (3) beschrieben ist, um die Gleichungen (8) bis (8.3) zu erzeugen.
Figure imgf000012_0001
Durch Einsetzen der Gleichung (1 ) ergeben sich Gleichungen (8.1) bis (8.5).
Figure imgf000012_0002
Für den Korrekturstrom
Figure imgf000012_0004
ergibt sich somit eine konkrete Umrechnungsformel in Abhängigkeit vom Störmoment wie aus Gleichung (8.4) ersichtlich ist.
Figure imgf000012_0005
Wie bereits erwähnt wurde, wird das Störmoment im Vorfeld ermittelt und in
Figure imgf000012_0006
entsprechender Weise für die Signalverarbeitung abgespeichert.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als Schaltung, Vorrichtung, Verfahren, Datenverarbeitungsprogramm mit Programmcodemitteln und/oder als Computerprogrammprodukt realisiert werden. Entsprechend kann die vorliegende Erfindung vollständig als Hardware und/oder als Software und/oder als Kombination aus Hardware- und/oder Softwarekomponenten ausgeführt werden. Zudem kann die vorliegende Erfindung als Computerprogrammprodukt auf einem computernutzbaren Speichermedium mit computerlesbarem Programmcode ausgeführt werden, wobei verschiedene computerlesbare Speichermedien wie Festplatten, CD-ROMs, optische oder magnetische Speicherelemente usw. benutzt werden können. Die computernutzbaren oder computerlesbaren Medien können beispielsweise elektronische, magnetische, optische, elektromagnetische Infrarot- oder Halbleitersysteme, Vorrichtungen, Geräte oder Verbreitungsmedien umfassen. Zudem können die computerlesbaren Medien eine elektrische Verbindung mit einer oder mehreren Leitungen, eine tragbare Computerdiskette, einen Speicher mit direktem Zugriff (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flashspeicher, eine optischen Leitung und eine tragbare CD-ROM umfassen. Das computernutzbare oder das computerlesbare Medium kann sogar Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein, auf welchem das Programm geschrieben ist, und von welchem es, beispielsweise durch einen optischen Abtastvorgang des Papiers oder des anderen Mediums elektrisch erfassbar ist, dann kompiliert, interpretiert oder falls erforderlich auf andere Weise verarbeitet und dann im Computerspeicher gespeichert werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung eines Abgabemoments
Figure imgf000014_0001
eines elektrischen Antriebs (20) durch Messen eines vom elektrischen Antrieb (20) aufgenommenen Stroms (I),
dadurch gekennzeichnet, dass
aus ermittelten Störmomenten ein Korrekturstrom berechnet
Figure imgf000014_0003
Figure imgf000014_0002
wird,
wobei aus dem gemessenen Strom (I) und dem Korrekturstrom
Figure imgf000014_0004
ein korrigierter Strom ( ) ermittelt und ausgegeben wird, welcher ein reales Abgabemoment des elektrischen Antriebs (20) repräsentiert.
Figure imgf000014_0005
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Einflussfaktoren von Störmomenten
Figure imgf000014_0006
als Eingangsgrößen für mindestens ein Störmo- mentkennfeld angelegt werden, welches zur Berechnung des Korrekturstroms
Figure imgf000014_0007
herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Störmomente Reibmomente und/oder Rastmomente umfassen, welche von Drehzahl und/oder Drehwinkel beeinflusst werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Störmomentkennfeld über korrespondierende Messungen und/oder Simulationen ermittelt und abgespeichert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein ideales Abgabemoment
Figure imgf000014_0008
) des elektrischen Antriebs (20) basierend auf dem gemessenen Strom (I) mit einer Motorgleichung eines korrespondierenden idealen Motormodells berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das reale Abgabemoment
Figure imgf000015_0001
des elektrischen Antriebs (20) basierend auf dem korrigierten Strom (I*) unter Benutzung der Motorgleichung des korrespondierenden idealen Motormodells berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Strom (I*), welcher das reale Abgabemoment
Figure imgf000015_0002
des elektrischen Antriebs (20) repräsentiert, als Eingabegröße für eine Momentenregelung und/oder Drehzahlregelung des elektrischen Antriebs (20) und/oder für Fahrsicherheitsfunktionen verwendet wird.
8. Vorrichtung zur Ermittlung eines Abgabemoments
Figure imgf000015_0003
eines elektrischen Antriebs (20), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung (32) Mittel (34.1 ) zum Messen ei- nes vom elektrischen Antrieb (20) aufgenommen Stroms (1) umfasst, gekennzeichnet durch
eine Recheneinheit (38), welche aus ermittelten Störmomenten
Figure imgf000015_0004
einen Korrekturstrom
Figure imgf000015_0009
berechnet,
wobei aus dem gemessenen Strom (I) und dem Korrekturstrom
Figure imgf000015_0005
ein kor- rigierter Strom ( ) ermittelbar und ausgebbar ist, welcher ein reales Abgabemoment
Figure imgf000015_0008
des elektrischen Antriebs (20) repräsentiert.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Störmomentkennfeid, welches Einflussfaktoren von Störmomenten als
Figure imgf000015_0006
Eingangsgrößen aufweist, in einem Kennfeldspeicher (36) gespeichert ist, welcher mit der Recheneinheit (38) gekoppelt ist, wobei die Recheneinheit (38) in Abhängigkeit von aktueller Drehzahl und/oder aktuellem Drehwinkel des elektrischen Antriebs (20) ein korrespondierendes Störmomentkennfeid zur Berechnung des Korrekturstroms
Figure imgf000015_0007
ermittelt.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programm durch eine Rechnereinheit (32) ausgeführt wird.
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