WO2016046299A1 - Verfahren zum erkennen eines fehlerzustands in einem bürstenlosen gleichstrommotor - Google Patents

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WO2016046299A1
WO2016046299A1 PCT/EP2015/071937 EP2015071937W WO2016046299A1 WO 2016046299 A1 WO2016046299 A1 WO 2016046299A1 EP 2015071937 W EP2015071937 W EP 2015071937W WO 2016046299 A1 WO2016046299 A1 WO 2016046299A1
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angle
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angular
deviation
rule
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PCT/EP2015/071937
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Christian Gunselmann
Frank Sader
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Continental Automotive Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0487—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting motor faults
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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
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    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/05—Determination of the rotor position by using two different methods and/or motor models

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a Feh ⁇ lerSullivans in a brushless DC motor having a shaft.
  • Brushless DC motors ⁇ be also referred to as BLDC motors are nowadays ver ⁇ applies in numerous applications. For example, they are used in motor vehicles for Un ⁇ support the steering. This represents, for example, a particularly safety-critical function, in which therefore typically measures are implemented to detect possible fault conditions of the brushless DC motor in good time and to avoid an uncontrolled reaction of the vehicle. According to the prior art, this is done for example by means of a current measurement in one or more phases of the brushless DC motor, or by means of a voltage measurement. In particular, a respective current direction of phase currents of the brushless DC motor and, in particular, their zero crossings can thus be determined with high accuracy.
  • a current measurement is associated in particular with high costs for a necessary measuring circuit and supplies, especially at low current only a low signal quality.
  • the voltage measurement allows only a small influence on the amount of current, processor and memory intensive algorithms required, allowed no ⁇ monitoring when the motor and has a long error detection time at low speed, since in this case several complete electrical revolutions are needed.
  • the invention relates to a method for detecting a Feh ⁇ lerSullivans in a brushless DC motor having a shaft. The method comprises the following steps:
  • the invention is based, in particular, on the finding that, by calculating the angular deviation as described above, can be particularly easily detected lerzuholder a brushless DC motor, this angle deviation from the prior art is not known. It is a function or distribution which may preferably be specified in a suitable manner, for example as described below.
  • the inventive method also allows an advantageous detection of fault conditions at low speeds or at standstill of the engine.
  • the shaft is in particular that component of the brushless DC motor, which is driven in rotation during operation of the brushless DC motor.
  • the shaft angle is typically dependent on an angle which the shaft assumes with respect to a reference angle.
  • the An ⁇ control angle is in contrast an angle which results from the control of the brushless DC motor by the on ⁇ control circuit or a driver circuit. It is therefore an angle, which indicates in which state the phases or windings are due to appropriate control currently or should be.
  • a sector of the drive circuit corresponds to an angular range of the drive angle in which no change in sign of the phase currents occurs.
  • the firing angle is for this reason ⁇ typi cally with a limited resolution before, especially in the form of discrete angle values, the number of which depends on the total number of overall phases of the brushless DC motor.
  • the drive circuit is typically that circuit that supplies the brushless DC motor in defi ned ⁇ manner with electrical energy, for example, by successively supplying current to respective phases, e.g. each of two phases of the brushless DC motor, in a defined direction.
  • the reference value is in particular that value which indicates the smallest possible resolution of the drive angle. It is typically dependent on the number of phases of the Bürsten ⁇ tenlosen DC motor. When the brushless direct current motor ⁇ has three phases, the reference value at ⁇ is playing preferably 60 °. In general, in many cases the reference value can be determined by dividing 180 ° by the number of phases. It is typically specified for the execution of the method, for example by appropriate programming of an electronic device in which the method is carried out. In one embodiment can also be 0 ° of re ⁇ reference value, such as when the angle deviation is equal to the difference in angle, the angle difference is thus unchanged as angular deviation.
  • the calculation of the angular deviation takes place from
  • Angular deviation angular difference - reference value.
  • An angular difference calculated in this way is a value which indicates how far the shaft angle is mathematically remote from the drive angle.
  • the angular deviation is calculated from the angular difference in such a way that it takes into account that the actuation angle is present only with a limited resolution in the form of a plurality of discrete angle values.
  • the angle deviation is constant 0 °, if none Error state of the brushless DC motor is present. It should be understood that this can be used, for example, to positively determine the accuracy of the brushless DC ⁇ electric motor.
  • a rule is an algorithm according to one embodiment. This may in particular mean that certain predefined Re ⁇ chenoperationen be executed with the angular deviation, is dependent on the result of whether the rule indicates the error condition or not.
  • a regulation includes a comparison with a predetermined pattern. This may include a Mus ⁇ more excellent recognition. There are different embodiments for this. For example, a pattern of half engine rotation may be compared to a reference pattern. It is also possible to store patterns of several consecutive revolutions and to compare them with a reference pattern. For example, from the stored patterns, a mean value pattern can be formed, which contains respective average values of the occurring angle deviations. Au ⁇ ßerdem may also contain other system information, particularly those affecting the pattern, be included in the Musterer ⁇ recognition.
  • further system information such as, for example, the direction of rotation, the torque request, the speed, the intermediate circuit voltage or other parameters of the drive circuit or the brushless DC motor can be taken into account when applying a prescription.
  • the reliability can be further increased. This can be done, for example, in the context of a pattern recognition to be performed.
  • the respective application of a rule extends at least over a range of the drive angle of one, two, three or more sectors.
  • the application of a particular rule may cover any number of sectors. It is particularly preferable that each sector corresponds to a range of the shaft angle of 60 ° when there is no error condition. This allows in particular an advantageous application of the method to a brushless DC motor, which has three phases. If the number of phases is different, the value can be adjusted accordingly.
  • the application of a corresponding rule preferably extends to a range of the drive angle of at least 180 °. It should be understood that the recognition becomes generally more accurate and reliable over the more sectors the application of a rule extends.
  • the firing angle of a voltage measurement at terminals of the DC motor is ermit ⁇ telt.
  • a difference between a measured pulse-pause ratio and a STEU ⁇ er-pulse-pause ratio is preferably determined.
  • the Steu ⁇ er-pulse-pause ratio is the one Pulse-pause ratio, which is specified by the drive circuit. This is known from the drive circuit forth. If the measured pulse-pause ratio deviates from the control pulse-pause ratio, this indicates a current flow in the corresponding motor phase. The sign of the deviation (difference) corresponds to the sign of the phase current.
  • control angle is determined using a current measurement of phase currents of the brushless DC motors ⁇ . This allows greater accuracy, in particular in certain situations.
  • the angle values of the driving angle are preferably selected from a group consisting of 0 °, the reference value and a number of integer multiples of the reference value.
  • the above statements apply, in particular with regard to its dependence on the number of phases.
  • the group consists of the values 0 °, 60 °, 120 °, 180 °, 240 ° and 300 °. According to an alternative, equally preferred embodiment, the group consists of the values -180 °, -120 °, -60 °, 0 °, 60 ° and 120 °.
  • Such designs have proven to be particularly advantageous for three-phase brushless DC motors.
  • the shaft angle is from the off ⁇ output signal of one of the shaft associated angle sensor he ⁇ averages, which is corrected by an angle portion of a reactive current.
  • the angle sensor in particular takes the current angle of rotation of the shaft with respect to a particular Reference angle on.
  • the described correction by reactive currents allows an advantageous compensation of such reactive currents and thus a frequently better implementation of the method according to the invention.
  • the shaft angle can also be used without compensation of reactive currents, for example, it can be determined directly from the output signal of an angle sensor associated with the shaft.
  • the regulations can be applied both individually and in any combination. They can be particularly well combined, then, where a plurality of rules may, at ⁇ play, on calculated values of angular distance are successively applied to determine un ⁇ ter Kunststofferie error conditions. It should be further understood that the regulations are not necessarily made to be overlapping between respective areas within which they indicate an error condition. Rather, there may well be overlaps between the mentioned regulations, so that when two or more rules are applied to the same signal, two or more error conditions may be indicated. This is, in particular be based ⁇ that the error conditions overlap of their cause ago, for example, error conditions may limit states other error conditions, or there may be error states flow into one another.
  • the respective used are ⁇
  • ⁇ Before writing implements so that a respective error ⁇ state is only recognized if all the conditions described or specified are met.
  • the expert will depending on For formation of a circuit to be used evaluating suitable solutions that enable review of that Cha ⁇ istics for each fault condition. For example, transitions from positive or negative values to 0 ° can be detected by a corresponding difference of values of the angle deviation. In particular, these two successive values of angular deviation can be used, whereby the succession of play relates to adjacent discrete values of shaft angle or the time as the independent variable in ⁇ .
  • a change of the drive angle is to be understood in particular as a jump of the drive angle from one discrete value to another discrete value.
  • a transition of the angular deviation in such a change of the phase control is typically between two values of the angular deviation it ⁇ averages that occur immediately before and after such a change and / or simultaneously with such a change of the on ⁇ control angle.
  • the first and second values are typically of the same order of magnitude. This may mean, for example, that they vary by less than 1%, less than 5%, less than 10%, less than 20% or less than 30%. In such cases, the method may preferably be carried out in such a way that a respective error state is only displayed if the maximum magnitude, relative or absolute deviation of the two values from one another is less than a predetermined value. This also applies to other fault states described here or otherwise. It should be understood that the amounts of the first and the second value may change from ⁇ particular, when changing between the occurrence of the first and the second value operating parameters of the brushless DC motor, such as current, voltage or torque request. The definition given here for an equal magnitude of values also applies to the embodiments described below.
  • phase offset this error ⁇ state of when the angular deviation, exhibits a change of an angle different from 0 ° value at each change of phase control to 0 °, in particular if this value always
  • an angular offset which may be caused, for example, by a fault of an angle sensor or angle sensor or by a faulty calibration value for the drive circuit, can be detected.
  • a rule associated with an "interruption of a phase" fault state indicates this Error state, if the angular deviation at an immedi ⁇ neous change in the drive angle of a negative value to a positive value or from a positive value to a negative value, an immediate transition from a positive or negative first value to a second value with entge ⁇ gengresen sign to the first value.
  • a rule associated with an "increased resistance in one phase" fault condition indicates this fault condition when the angular deviation on three consecutive changes in the drive angle exhibits the following consecutive transitions:
  • the first value and the second value are typically of the same order of magnitude. It should be noted that in this error state, typically all phases are shifted, since the sum of all phase currents typically, ie, in particular with appropriate interconnection, yields zero. According to one embodiment is a rule which is associated with an error state "short circuit between two windings of the respective phase center", this error condition, when the angle deviation shows the following consecutively occurring tend transitions at three consecutive ⁇ n ⁇ requirements of phase control:
  • the first value and the second value are typically of the same order of magnitude.
  • the method may be implemented such that the error state "bridging a phase" is detected only if the second value is smaller in magnitude than the first value, which may occur in some implementations In this fault condition, a bridged phase typically no longer has inductance.
  • respective values in particular first and second values, which occur in the case of respective error states, in some embodiments occur in each case within typical value ranges which are characteristic of the respective error state.
  • Such value ranges can be determined by a person skilled in the individual case by measurement or simulation. They can be advantageously used in the execution of the OF INVENTION ⁇ to the invention process.
  • a respective comparison of a value of the angular deviation for example, at a transition immediately before or after a jump to 0 °, with respective value ranges be compared.
  • the respective error state is then preferably detected only if the value lies within the respective value range.
  • a range of values can be defined in particular ⁇ sondere by an upper limit and a lower limit.
  • the evaluation can also take place considering respective absolute amounts, in particular the angular deviation.
  • a pattern of angular deviation characteristic of an error condition typically repeats twice per complete shaft revolution. This can be used for detection in the process.
  • a transition is only used as such in the context of the application of a rule if an integral over the angular deviation as a function of Wel ⁇ lenwinkels or as a function of time from a point with a predetermined angular or temporal distance before or after the transition amount has at least a predetermined value until the transition. This ensures that a detected transition is based not only on a random fluctuation, but actually on a fault condition. If the angular deviation as a function of shaft angle will be ⁇ seeks, these are preferably a win- kel matteren distance. If the angular deviation is considered to be a function of time, it is preferably a time interval.
  • the angular deviation before a transition or after a transition may have a positive or negative ramp, ie for example a ramp with positive or negative values. It has been found that such ramps are characteristic of many fault conditions. The just described computation of integrals and comparisons with predefined values can ensure that such a ramp is actually present without the ramp in detail to analyze. It should be noted, however, that the ramps can in principle also be used separately for the detection of errors ⁇ states, for example as part of a pattern recognition differently designed.
  • the method further comprises a step of detecting phases affected by the error condition by determining which types of transitions occur at which shaft angles and / or drive angles.
  • determining which types of transitions occur at which shaft angles and / or drive angles can be determined at which phase or which phases of the corresponding error ⁇ condition occurs.
  • the above ⁇ be registered sequences of transitions respective values of shaft angle and / or An horrwinkeln can be assigned, which allows a determination of the affected phase or phases concerned.
  • an error condition with the engine that is detected at a standstill bürs- tenlosem DC motor by detecting a Winkelab ⁇ deviation, which in terms of amount exceeds a predetermined threshold for at least a predetermined time.
  • This embodiment is based in particular on the knowledge that a deviation of the value of the angle deviation of 0 0 is usually associated with an error condition. Thus, when such a deviation from 0 ° occurs in the engine, so this points to a Def ⁇ lerschreib with high probability. Typically, however, it is not possible to detect the type of fault condition when the engine is stopped.
  • the use of the engine is immediately deactivated in the event of a fault condition detected when the engine is stationary, for example, a steering assistance in which the brushless DC motor is used to be disabled.
  • a steering assistance in which the brushless DC motor is used to be disabled.
  • This can prevent uncontrolled behavior of the Lenkunter ⁇ support.
  • other errors such as an incorrect motor commutation, which is associated with a shift in the zero crossings of the phase currents, or any other type of error, especially when it comes with a shift of the zero crossings of the phase currents, can be identified by means of characteristic patterns.
  • the invention further relates to an electronic control device which is configured for the formation of the method according ⁇ proper. Furthermore, the invention also provides a non-transitory computer-readable SpeI ⁇ chermedium containing program code, an inventive method is carried out when it is executed by a processor relates. With regard to the method according to the invention, all described embodiments and variants can be used.
  • FIG. 1 shows an exemplary schematic circuit of a brushless DC motor
  • Fig. 1 shows a brushless DC motor 50 having a drive circuit 10. It is to be understood that the driving circuit 10 here ⁇ Removing also for detecting fault conditions is formed.
  • the brushless DC motor 50 is three-phase in the present case. It serves to support a steering system, not shown, of a vehicle, which can be actuated by means of a steering handle in the form of a steering wheel 55. It should be understood, however, that the invention is also applicable to autonomous vehicles having, for example, no steering handle and / or in which the brushless DC motor 50 steers the vehicle autonomously.
  • the drive circuit 10 comprises a microcontroller 20, which are formed in processing means not shown further and SpeI ⁇ cherstoff, being contained in the storage means program code, the microcontroller 20 behaves when executed by the processor means in a defined manner.
  • the microcontroller 20 includes in particular a pulse-width-modulation ⁇ module 25 which is adapted to output pulse width modulated signals.
  • the drive circuit 10 furthermore has a driver circuit in the form of a gate drive unit (GDU) 30.
  • the drive circuit 10 has a power chip module (PCM) 40.
  • PCM power chip module
  • the pulse width modulation module 25 is connected to the gate drive unit 30 and in turn connected to the power chip module 40.
  • the brushless DC motor 50 is connected to respective output phases of the power chip module 40 and is thus driven in a known manner.
  • the three phases of the brushless DC ⁇ electric motor 50 are driven so that successively six different magnetic fields are generated. These typically have directions that rotate clockwise or counterclockwise by 60 ° each over time. In order for a shaft, not shown, of the brushless DC motor 50 is rotated accordingly.
  • the three outputs of the power chip module 40 which are connected to the brushless DC motor 50, are further connected to a phase voltage feedback circuit 35. Via the phase voltage feedback circuit 35, which in turn is connected to the microcontroller 20, the microcontroller 20 receives information about the voltage applied to the three inputs of the brushless DC motor 50 voltages.
  • the microcontroller 20 controls the pulse width modulation module 25 with a known control pulse-pause ratio, which is determined based on desired operating parameters such as angular velocity or torque of the brushless DC motor 50. From the feedback signals from the inputs of brushless DC motor 50, microcontroller 20 also calculates respective pulse-to-pause ratios and compares them to the control pulse-pause ratios. A control angle is calculated from the per ⁇ ips deviations, which indicates at least in the fault-free operation, in which position the magnetic field in the brushless DC motor 50 is currently located. This drive angle can take one of the values -180 °, -120 °, -60 °, 0 °, 60 ° and 120 °, respectively. Due to the system, the accuracy for the measurement of intermediate values of the aforementioned drive angle is lower. For the present method, only the aforementioned drive angles are required.
  • the shaft, not shown, of the brushless DC motor 50 is connected via an angle sensor, also not shown monitored with regard to their rotation angle.
  • the angle sensor supplies corresponding signals to the microcontroller 20.
  • the microcontroller 20 corrects the signal obtained from the angle sensor by respective reactive currents of the brushless DC motor 50, which it determines using a method known from the prior art. From this, the micro ⁇ controller 20 calculates a shaft angle, which is indicative of a respective rotational position of the shaft. It should be understood that these calculations are continually repeated.
  • the microcontroller 20 After calculating a respective shaft angle and a drive angle, the microcontroller 20 subtracts the drive angle from the shaft angle and thus obtains an angular difference. Then the microcontroller 20 calculates a Winkelab ⁇ deviation based on the following rule:
  • Angular deviation angular difference - 60 °.
  • the microcontroller 20 can detect fault conditions of the brushless DC motor 50. To this end, it leads to the ⁇ be calculated angular deviation by a respective pattern recognition. In particular, the error states described below with reference to the further figures or a faultless operation of the brushless DC motor 50 can be detected.
  • FIG. 2 shows exemplary simulations of drive angle, shaft angle and angular deviation in a fault-free case.
  • FIGS. 3 to 8 show exemplary simulations of An ⁇ control angle, shaft angles and angular deviation for different error conditions. The simulations are given here as an example to illustrate particular also typical Erken ⁇ nungsmodi for the corresponding error conditions. They refer to a special case simulated here with certain parameters. It should be understood that other detection modes, with which the microcontroller 20 can detect a respective error state or also a fault-free operation, can be implemented by a person skilled in the art. Such implementations are considered part of the disclosure of this application.
  • FIGS. 2 to 8 are constructed in such a way that the time is plotted on the respective horizontal axis and the angle is plotted on the respective vertical axis.
  • the unit of time is second, the unit of angle is degrees (°) ⁇
  • the drive angle only takes the discrete values -180 °, -120 °, -60 °, 0 °, 60 ° and 120 °. There is thus a staircase shape of the drive angle.
  • the wave angle is basically straight from -180 ° to 180 ° and then jumps back to -180 °.
  • the angle deviation usually has a value of 0 ° and deviates only in some places from it. Ty ⁇ pisch legally are formed in case of deviations from 0 ° respective positive or negative ramps.
  • Fig. 3 shows the error condition "short circuit between two motor terminals." As is readily appreciated, are sectors of the phase control compared to Fig. 2 shifted. This leads to positive and negative edges of the angular deviation. Be ⁇ Sonder significant transitions occur in particular at In these, the microcontroller 20 evaluates the angle deviation in each case and recognizes the illustrated error state if the angular deviation shows the following successive transitions in the case of three successive changes of the control angle:
  • Fig. 5 shows the error condition "interruption of a motor phase".
  • the control angle changes only between four values, to ⁇ change due are possible between every two values of the same sign. This is because that in case of interruption of a motor phase at the motor phase
  • the angle deviation assumes positive and negative values up to approximately 30 °, the associated angular range being designated in particular as “dead angle range”. In the remaining angular range, the angle deviation can change between 0 ° and values up to 90 °.
  • Fig. 6 shows the error condition "Increased resistance in a phase.”
  • Particularly significant transitions occur in particular . with changes in the phase control in this case, the microcontroller 20 evaluates the angular deviation, respectively, and detects the fault condition shown, when the angle deviation rear at three alseinan ⁇ of the following changes in the phase control shows the following transitions occur each other:
  • the microcontroller 20 evaluates the angular deviation in each case and recognizes the illustrated error state if the angular deviation shows the following successive transitions in the case of three successive changes in the control angle:
  • Fig. 8 shows the error state "bridging of a phase.”
  • the microcontroller 20 evaluates the angular deviation respectively and recognizes the fault condition shown, when the angle deviation shows the following transitions behind ⁇ each occurring at three of the following changes in the phase control alseinan ⁇ :
  • the microcontroller 20 calculates an integral of the angular deviation as a function of time both from a point a predetermined time interval before the transition as well as from a point with a predetermined time interval after the transition before detecting a transition of the angular deviation until the detected transition. Only if this integral exceeds a predetermined value in amount, the transition is used as such in the context of the detection of an error condition. This avoids detection of error conditions due to random fluctuations that are not based on error conditions.
  • the microcontroller 20 evaluates the transitions since ⁇ go out at which shaft angle or at which transition of the drive angle they occur. Thus, not only the error condition but also the exact phase can be detected. at certain error states, which are stored in the microcontroller 20, the further operation of the brushless DC motor is directly inhibited 20 to avoid a unkon ⁇ trolled reaction of the steering system.
  • the microcontroller 20 still monitors the angular deviation continuously. Should the angular deviation exceed a predetermined threshold value over a predetermined period of time, an error condition is detected despite the brushless DC motor 50 being stationary. Although it is not recognized which fault condition it is, this can further increase security. In this case, the further operation of brushless DC motor 50 is immediately deactivated because there is no information about the present fault condition and any further operation with respect to a possible uncontrolled reaction of the steering of the vehicle would be too risky.
  • the direction of the deviations of the value of the angular deviation of 0 ° is predetermined by the rotational direction of the brushless DC motor 50. If the direction of rotation is reversed, the sign of the respective deviation typically also changes. This may be for example, change the type of transition, ie at ⁇ play, a transition from a positive or negative value to 0 ° in a transition from 0 ° to a positive or negative value can be, and vice versa.
  • Cha ⁇ istics are considered part of the disclosure of this application. The claims belonging to the application do not constitute a waiver of the achievement of further protection.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands in einem bürstenlosen Gleichstrommotor, wobei zum Erkennen eine Winkelabweichung zwischen einem Wellenwinkel und einem Ansteuerwinkel berechnet wird, mittels welcher anhand charakteristischer Muster Fehlerzustände erkennbar sind. Dies funktioniert insbesondere auch bei langsam drehendem oder stehendem bürstenlosen Gleichstrommotor und ermöglicht im Vergleich zum Stand der Technik eine deutliche Reduzierung benötigter Rechenkapazitäten.

Description

Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands in einem bürstenlosen Gleichstrommotor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Feh¬ lerzustands in einem bürstenlosen Gleichstrommotor, welcher eine Welle aufweist.
Bürstenlose Gleichstrommotoren, auch als BLDC-Motoren be¬ zeichnet, werden heutzutage in zahlreichen Anwendungen ver¬ wendet. Beispielsweise werden sie in Kraftfahrzeugen zur Un¬ terstützung der Lenkung verwendet. Dies stellt beispielsweise eine besonders sicherheitskritische Funktion dar, in welcher deshalb typischerweise Maßnahmen implementiert werden, um eventuelle Fehlerzustände des bürstenlosen Gleichstrommotors rechtzeitig zu erkennen und eine unkontrollierte Reaktion des Fahrzeugs zu vermeiden. Gemäß dem Stand der Technik erfolgt dies beispielsweise mit Hilfe einer Strommessung in einer oder mehreren Phasen des bürstenlosen Gleichstrommotors, oder mit Hilfe einer Spannungsmessung. Insbesondere lässt sich damit eine jeweilige Stromrichtung von Phasenströmen des bürstenlosen Gleichstrommotors und insbesondere deren Nulldurchgänge mit hoher Genauigkeit ermitteln.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Varianten zum Ermitteln von Fehlerzuständen treten jedoch spezifische Nachteile auf. Eine Strommessung ist insbesondere mit hohen Kosten für eine dafür notwendige Messschaltung verbunden und liefert insbesondere bei niedriger Stromstärke nur eine geringe Signalgüte. Die Spannungsmessung ermöglicht nur eine geringe Aussagekraft über die Höhe der Stromstärke, benötigt rechenzeit- und speicherplatzintensive Algorithmen, erlaubt keine Über¬ wachung bei Stillstand des Motors und hat eine lange Fehler- erkennungszeit bei niedriger Drehzahl, da in diesem Fall mehrere vollständige elektrische Umdrehungen benötigt werden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands in einem bürstenlosen Gleich- strommotor vorzusehen, welches im Vergleich zu den bekannten Ausführungen verändert ist, wobei es insbesondere die Nachteile des Stands der Technik zumindest teilweise überwindet.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Be¬ schreibung gemacht. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Feh¬ lerzustands in einem bürstenlosen Gleichstrommotor, welcher eine Welle aufweist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
Aufnehmen eines der Welle zugeordneten Wellenwinkels, Aufnehmen eines Ansteuerwinkels, welcher für jeden einer Anzahl von gemessenen Sektoren einer Ansteuerschaltung des Gleichstrommotors einen jeweils zugeordneten Winkelwert angibt, Berechnen einer Winkeldifferenz durch Subtraktion des Ansteuerwinkels von dem Wellenwinkel,
Berechnen einer Winkelabweichung aus der Winkeldifferenz unter Verwendung eines Referenzwerts,
Anwenden einer Anzahl von vorgegebenen Vorschriften auf die Winkelabweichung als Funktion des Wellenwinkels oder der Zeit, wobei jeder Vorschrift ein Fehlerzustand zugeordnet ist, und Feststellen eines Fehlerzustands, wenn eine Vorschrift, welcher der Fehlerzustand zugeordnet ist, bei der Anwendung den Fehlerzustand anzeigt.
Die Erfindung basiert insbesondere auf der Erkenntnis, dass durch das Berechnen der Winkelabweichung wie eben beschrieben Feh- lerzustände eines bürstenlosen Gleichstrommotors besonders einfach erkannt werden können, wobei diese Winkelabweichung aus dem Stand der Technik nicht bekannt ist. Es handelt sich dabei um eine bevorzugt in geeigneter Weise festzusetzende Funktion oder Distribution, beispielsweise derart, wie sie weiter unten beschrieben wird.
Dies ist mit im Vergleich zum Stand der Technik deutlich ge¬ ringeren Anforderungen an Rechenkapazität möglich. Zudem erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren auch eine vorteilhafte Erkennung von Fehlerzuständen bei niedrigen Drehzahlen oder bei Stillstand des Motors.
Die Welle ist insbesondere dasjenige Bauteil des bürstenlosen Gleichstrommotors, welches im Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors rotierend angetrieben wird. Der Wellenwinkel ist dabei typischerweise abhängig von einem Winkel, welchen die Welle in Bezug auf einen Referenzwinkel einnimmt. Der An¬ steuerwinkel ist demgegenüber ein Winkel, welcher sich aus der Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors durch die An¬ steuerschaltung oder eine Treiberschaltung ergibt. Es handelt sich also hierbei um einen Winkel, welcher angibt, in welchem Zustand sich die Phasen bzw. Wicklungen aufgrund entsprechender Ansteuerung gerade befinden oder befinden sollen. Ein Sektor der Ansteuerschaltung entspricht dabei einem Winkelbereich des Ansteuerwinkels, in dem kein Vorzeichenwechsel der Phasenströme auftritt. Der Ansteuerwinkel liegt aus diesem Grund typi¬ scherweise nur mit einer begrenzten Auflösung vor, insbesondere in Form von diskreten Winkelwerten, deren Anzahl von der Ge- samtzahl von Phasen des bürstenlosen Gleichstrommotors abhängt. Die Ansteuerschaltung ist dabei typischerweise diejenige Schaltung, welche den bürstenlosen Gleichstrommotor in defi¬ nierter Weise mit elektrischer Energie versorgt, beispielsweise durch sukzessives Bestromen jeweiliger Phasen, beispielsweise von jeweils zwei Phasen des bürstenlosen Gleichstrommotors, in definierter Richtung.
Der Referenzwert ist insbesondere derjenige Wert, welcher die kleinstmögliche Auflösung des Ansteuerwinkels angibt. Er ist typischerweise abhängig von der Anzahl von Phasen des bürs¬ tenlosen Gleichstrommotors. Wenn der bürstenlose Gleich¬ strommotor drei Phasen hat, so beträgt der Referenzwert bei¬ spielsweise bevorzugt 60°. Allgemein kann in vielen Fällen der Referenzwert durch Division von 180° durch die Anzahl der Phasen ermittelt werden. Er ist für die Ausführung des Verfahrens typischerweise vorgegeben, beispielsweise durch entsprechende Programmierung einer elektronischen Vorrichtung, in welcher das Verfahren ausgeführt wird. In einer Ausführung kann der Re¬ ferenzwert auch 0° betragen, beispielsweise wenn die Winkel- abweichung gleich der Winkeldifferenz ist, die Winkeldifferenz also unverändert als Winkelabweichung übernommen wird.
Bevorzugt erfolgt das Berechnen der Winkelabweichung aus der
Winkeldifferenz folgendermaßen:
- wenn die Winkeldifferenz negativ ist:
Winkelabweichung = Winkeldifferenz,
wenn die Winkeldifferenz nicht negativ, aber kleiner oder gleich dem Referenzwert ist:
Winkelabweichung = 0°,
- wenn die Winkeldifferenz größer als der Referenzwert ist:
Winkelabweichung = Winkeldifferenz - Referenzwert.
Bei einer derart berechneten Winkeldifferenz handelt es sich um einen Wert, welcher angibt, wie weit der Wellenwinkel von dem Ansteuerwinkel mathematisch entfernt ist. Die Winkelabweichung wird aus der Winkeldifferenz derart berechnet, dass sie be¬ rücksichtigt, dass der Ansteuerwinkel nur mit einer begrenzten Auflösung in Form von mehreren diskreten Winkelwerten vorliegt. Typischerweise ist die Winkelabweichung konstant 0°, wenn kein Fehlerzustand des bürstenlosen Gleichstrommotors vorliegt. Es sei verstanden, dass dies beispielsweise dazu verwendet werden kann, um positiv die Fehlerfreiheit des bürstenlosen Gleich¬ strommotors festzustellen.
Eine Vorschrift ist gemäß einer Ausführung ein Algorithmus. Dies kann insbesondere bedeuten, dass bestimmte vordefinierte Re¬ chenoperationen mit der Winkelabweichung ausgeführt werden, von deren Ergebnis abhängt, ob die Vorschrift den Fehlerzustand anzeigt oder nicht. Gemäß einer hierzu alternativen, jedoch auch damit kombinierbaren Ausführung beinhaltet eine Vorschrift einen Vergleich mit einem vorgegebenen Muster. Dies kann eine Mus¬ tererkennung beinhalten. Hierfür gibt es unterschiedliche Ausführungsformen. Beispielsweise kann ein Muster einer halben Motordrehung mit einem Referenzmuster verglichen werden. Es können auch Muster mehrerer aufeinanderfolgender Umdrehungen gespeichert werden und zusammen mit einem Referenzmuster verglichen werden. Beispielsweise kann von den gespeicherten Mustern ein Mittelwertsmuster gebildet werden, welches jeweilige Mittelwerte der vorkommenden Winkelabweichungen enthält. Au¬ ßerdem können auch weitere Systeminformationen, insbesondere solche, welche das Muster beeinflussen, mit in die Musterer¬ kennung einbezogen werden.
Es können insbesondere weitere Systeminformationen wie zum Beispiel Drehrichtung, Drehmomentanforderung, Drehzahl, Zwi- schenkreisspannung oder andere Parameter der Ansteuerschaltung oder des bürstenlosen Gleichstrommotors beim Anwenden einer Vorschrift berücksichtigt werden. Damit kann die Zuverlässigkeit noch weiter erhöht werden. Dies kann beispielsweise im Rahmen einer durchzuführenden Mustererkennung erfolgen.
Bevorzugt erstreckt sich das jeweilige Anwenden einer Vorschrift zumindest über einen Bereich des Ansteuerwinkels von einem, zwei, drei oder mehreren Sektoren. Grundsätzlich kann sich das Anwenden einer jeweiligen Vorschrift über eine beliebige Zahl von Sektoren erstrecken. Es ist insbesondere bevorzugt, dass jeder Sektor einem Bereich des Wellenwinkels von 60° entspricht, wenn kein Fehlerzustand vorhanden ist. Dies ermöglicht insbesondere eine vorteilhafte Anwendung des Verfahrens auf einen bürstenlosen Gleichstrommotor, welcher drei Phasen aufweist. Bei einer anderen Anzahl von Phasen kann der Wert entsprechend angepasst werden .
Um Kurzschlüsse zu erkennen, erstreckt sich die Anwendung einer entsprechenden Vorschrift bevorzugt auf einen Bereich des Ansteuerwinkels von mindestens 180°. Es sei verstanden, dass die Erkennung grundsätzlich genauer und zuverlässiger wird, über je mehr Sektoren sich das Anwenden einer Vorschrift erstreckt.
Sofern sich das Anwenden einer Vorschrift über mehr als 360° erstreckt, so ist insbesondere eine Mittelwertbildung über mehrere Umläufe möglich. Es können also hintereinander ent- sprechende Parameter aufgenommen und daraus Werte für die Winkelabweichung berechnet werden, wobei jeweilige Werte der Winkelabweichung, welche zu jeweils sich periodisch wieder¬ holenden oder periodisch korrespondierenden Werten einer un¬ abhängigen Variable wie Wellenwinkel oder Zeit gehören, zur Bildung eines Mittelwerts verwendet werden. Die derart be¬ rechneten Mittelwerte werden dann für das Anwenden einer Vorschrift verwendet.
Gemäß einer Ausführung wird der Ansteuerwinkel über eine Spannungsmessung an Anschlüssen des Gleichstrommotors ermit¬ telt. Bevorzugt wird hierzu eine Differenzbildung zwischen einem gemessenen Puls-Pausen-Verhältnis und einem Steu¬ er-Puls-Pausen-Verhältnis ermittelt. Das Steu¬ er-Puls-Pausen-Verhältnis ist dabei dasjenige Puls-Pausen-Verhältnis, welches von der Ansteuerschaltung vorgegeben wird. Dieses ist von der Ansteuerschaltung her bekannt. Wenn das gemessene Puls-Pausen-Verhältnis von dem Steuer-Puls-Pausen-Verhältnis abweicht, deutet dies auf einen Stromfluss in der entsprechenden Motorphase hin. Das Vorzeichen der Abweichung (Differenz) entspricht dabei dem Vorzeichen des Phasenstroms .
Gemäß einer weiteren Ausführung, welche separat angewendet werden kann oder auch mit der eben beschriebenen Spannungsmessung kombiniert werden kann, wird der Ansteuerwinkel über eine Strommessung von Phasenströmen des bürstenlosen Gleichstrom¬ motors ermittelt. Dies ermöglicht insbesondere in gewissen Situationen eine höhere Genauigkeit.
Die Winkelwerte des Ansteuerwinkels werden bevorzugt aus einer Gruppe ausgewählt, welche aus 0°, dem Referenzwert und einer Anzahl von ganzzahligen Vielfachen des Referenzwerts besteht. Bezüglich des Referenzwerts gelten die obigen Ausführungen, insbesondere hinsichtlich dessen Abhängigkeit von der Anzahl der Phasen .
Gemäß einer bevorzugten Ausführung besteht die Gruppe aus den Werten 0°, 60°, 120°, 180°, 240° und 300°. Gemäß einer hierzu alternativen, ebenso bevorzugten Ausführung besteht die Gruppe aus den Werten -180°, -120°, -60°, 0°, 60° und 120°. Derartige Ausführungen haben sich insbesondere für dreiphasige bürstenlose Gleichstrommotoren als vorteilhaft erwiesen. Gemäß einer Ausführung wird der Wellenwinkel aus dem Aus¬ gangssignal eines der Welle zugeordneten Winkelsensors er¬ mittelt, welches um einen Winkelanteil eines Blindstroms korrigiert wird. Der Winkelsensor nimmt dabei insbesondere den derzeitigen Drehwinkel der Welle bezüglich eines bestimmten Referenzwinkels auf. Die beschriebene Korrektur um Blindströme, insbesondere Blindströme von Spulen bzw. Phasen des bürstenlosen Gleichstrommotors, ermöglicht eine vorteilhafte Kompensation solcher Blindströme und damit eine häufig bessere Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens . Es sei jedoch verstanden, dass der Wellenwinkel auch ohne Kompensation von Blindströmen verwendet werden kann, beispielsweise kann er unmittelbar aus dem Ausgangssignal eines der Welle zugeordneten Winkelsensors ermittelt werden.
Nachfolgend werden einige Vorschriften beschrieben, welche im Rahmen des Verfahrens implementiert werden können. Es sei verstanden, dass die Vorschriften sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination angewendet werden können. Sie können also insbesondere auch miteinander kombiniert werden, wobei bei¬ spielsweise auf errechnete Werte des Winkelabstands auch mehrere Vorschriften hintereinander angewendet werden können, um un¬ terschiedliche Fehlerzustände festzustellen. Es sei des Weiteren verstanden, dass die Vorschriften nicht zwingend so ausgeführt sind, dass es zwischen jeweiligen Bereichen, innerhalb welchen sie einen Fehlerzustand anzeigen, keine Überlappungen gibt. Vielmehr kann es zwischen den erwähnten Vorschriften durchaus Überlappungen geben, so dass bei Anwendung von zwei oder mehr Vorschriften auf das gleiche Signal zwei oder mehr Fehlerzustände angezeigt werden können. Dies liegt insbesondere darin be¬ gründet, dass auch die Fehlerzustände von ihrer Ursache her überlappen, beispielsweise können Fehlerzustände Grenz zustände anderer Fehlerzustände sein, oder es können Fehlerzustände fließend ineinander übergehen.
Gemäß einer Ausführung sind die jeweiligen verwendeten Vor¬ schriften derart implementiert, dass ein jeweiliger Fehler¬ zustand nur dann erkannt wird, wenn alle beschriebenen bzw. angegebenen Bedingungen erfüllt sind. Der Fachmann wird je nach Ausbildung einer zu verwendenden Auswertungsschaltung geeignete Lösungen finden, welche eine Überprüfung der genannten Cha¬ rakteristika für den jeweiligen Fehlerzustand ermöglichen. Beispielsweise können Übergänge von positiven oder negativen Werten auf 0° durch eine entsprechende Differenzbildung von Werten der Winkelabweichung erkannt werden. Insbesondere können hierzu zwei aufeinanderfolgende Werte der Winkelabweichung verwendet werden, wobei sich das Aufeinanderfolgen bei¬ spielsweise auf benachbarte diskrete Werte des Wellenwinkels oder der Zeit als unabhängige Variable bezieht.
Unter einer Änderung des Ansteuerwinkels sei insbesondere ein Sprung des Ansteuerwinkels von einem diskreten Wert auf einen anderen diskreten Wert verstanden. Ein Übergang der Winkel- abweichung bei einer solchen Änderung des Ansteuerwinkels wird typischerweise zwischen zwei Werten der Winkelabweichung er¬ mittelt, welche unmittelbar vor und nach einer solchen Änderung und/oder gleichzeitig mit einer solchen Änderung des An¬ steuerwinkels auftreten.
Gemäß einer Ausführung zeigt eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand „Kurzschluss zwischen zwei Motoranschlüssen" zugeordnet ist, diesen Fehlerzustand an, wenn die Winkelab¬ weichung bei drei aufeinanderfolgenden Änderungen des An- Steuerwinkels folgende hintereinander auftretende Übergänge zeigt :
Verbleib konstant auf 0°,
- Änderung von einem positiven oder negativen ersten Wert auf 0°,
- Änderung von 0° auf einen zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert.
Es sei erwähnt, dass unter einem Verbleib konstant auf 0° auch ein Übergang verstanden wird bzw. ein solcher Verbleib als Übergang verstanden wird. Bei diesem Übergang erfolgt jedoch keine Änderung der Winkelabweichung.
Der erste und der zweite Wert liegen typischerweise betragsmäßig in der gleichen Größenordnung. Dies kann beispielsweise be- deuten, dass sie sich betragsmäßig um weniger als 1 %, weniger als 5 %, weniger als 10 %, weniger als 20 % oder weniger als 30 % unterscheiden. Das Verfahren kann in solchen Fällen bevorzugt derart ausgeführt werden, dass ein jeweiliger Fehlerzustand nur dann angezeigt wird, wenn die maximale betragsmäßige, relative oder absolute Abweichung der beiden Werte voneinander kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Dies gilt auch für andere hier beschriebene oder sonstigen Fehlerzustände. Es sei verstanden, dass sich die Beträge des ersten und des zweiten Werts ins¬ besondere ändern können, wenn sich zwischen dem Auftreten des ersten und des zweiten Werts Betriebsparameter des bürstenlosen Gleichstrommotors, wie beispielsweise Stromstärke, Spannung oder Drehmomentanforderung ändern. Die hier gegebene Definition für eine gleiche Größenordnung von Werten gilt auch für die weiter unten beschriebenen Ausführungen.
Gemäß einer Ausführung zeigt eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand „Winkeloffset" zugeordnet ist, diesen Fehler¬ zustand an, wenn die Winkelabweichung bei jeder Änderung des Ansteuerwinkels eine Änderung von einem von 0° verschiedenen Wert auf 0° aufweist, insbesondere wenn dieser Wert immer das gleiche Vorzeichen aufweist und/oder betragsmäßig konstant ist oder zumindest hinsichtlich der Größenordnung betragsmäßig gleich bleibt. Damit kann ein Winkeloffset , welcher beispielsweise seine Ursache in einem Fehler eines Winkelgebers oder Win- kelsensors oder in einem fehlerhaften Kalibrierungswert für die Ansteuerschaltung haben kann, erkannt werden.
Gemäß einer Ausführung zeigt eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand„Unterbrechung einer Phase" zugeordnet ist, diesen Fehlerzustand an, wenn die Winkelabweichung bei einer unmit¬ telbaren Änderung des Ansteuerwinkels von einem negativen Wert auf einen positiven Wert oder von einem positiven Wert auf einen negativen Wert einen unmittelbaren Übergang von einem positiven oder negativen ersten Wert zu einem zweiten Wert mit entge¬ gengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert aufweist.
Gemäß einer Ausführung zeigt eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand „erhöhter Widerstand in einer Phase" zugeordnet ist, diesen Fehlerzustand an, wenn die Winkelabweichung bei drei aufeinanderfolgenden Änderungen des Ansteuerwinkels folgende hintereinander auftretende Übergänge zeigt:
Änderung von 0° auf einen positiven oder negativen ersten
Wert ,
- Änderung von einem zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert auf 0°,
Verbleib konstant auf 0°.
Der erste Wert und der zweite Wert liegen dabei typischerweise betragsmäßig in der gleichen Größenordnung. Es sei erwähnt, dass bei diesem Fehlerzustand typischerweise alle Phasen verschoben sind, da die Summe aller Phasenströme typischerweise, d.h. insbesondere bei entsprechender Verschaltung, Null ergibt. Gemäß einer Ausführung zeigt eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand „Kurzschluss zwischen zwei Windungen an der jeweiligen Phasenmitte" zugeordnet ist, diesen Fehlerzustand an, wenn die Winkelabweichung bei drei aufeinanderfolgenden Än¬ derungen des Ansteuerwinkels folgende hintereinander auftre- tende Übergänge zeigt:
Verbleib konstant auf 0°,
- Änderung von einem positiven oder negativen ersten Wert auf 0°,
Verbleib konstant auf 0°. Gemäß einer Ausführung zeigt eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand „Überbrückung einer Phase" zugeordnet ist, diesen Fehlerzustand an, wenn die Winkelabweichung bei drei aufei- nanderfolgenden Änderungen des Ansteuerwinkels folgende hin¬ tereinander auftretende Übergänge zeigt:
Änderung von 0° auf einen positiven oder negativen ersten
Wert ,
Änderung von einem zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert auf 0°,
Verbleib konstant auf 0°.
Der erste Wert und der zweite Wert liegen dabei typischerweise betragsmäßig in der gleichen Größenordnung. In gewissen Aus- führungen kann das Verfahren so implementiert sein, dass der Fehlerzustand „Überbrückung einer Phase" nur dann erkannt wird, wenn der zweite Wert betragsmäßig kleiner ist als der erste Wert, was bei einigen Implementierungen auftreten kann. Es sei erwähnt, dass bei diesem Fehlerzustand typischerweise eine überbrückte Phase keine Induktivität mehr hat.
Es sei verstanden, dass jeweilige Werte, insbesondere erste und zweite Werte, welche bei jeweiligen Fehlerzuständen auftreten, in einigen Ausführungen jeweils innerhalb typischer Wertebe- reiche auftreten, welche für den jeweiligen Fehlerzustand charakteristisch sind. Durch den Vergleich mit entsprechend abgespeicherten Wertebereichen kann ein Fehlerzustand besser ermittelt oder plausibilisiert werden. Derartige Wertebereiche können von Fachmann im Einzelfall durch Messung oder Simulation ermittelt werden. Sie können in der Ausführung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft verwendet werden. Bei¬ spielsweise kann ein jeweiliger Vergleich eines Werts der Winkelabweichung, beispielsweise an einem Übergang unmittelbar vor oder nach einem Sprung auf 0°, mit jeweiligen Wertebereichen verglichen werden. Der jeweilige Fehlerzustand wird dann vorzugsweise nur dann erkannt, wenn der Wert innerhalb des jeweiligen Wertebereichs liegt. Ein Wertebereich kann insbe¬ sondere durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert werden. Die Auswertung kann auch unter Betrachtung jeweiliger Absolutbeträge, insbesondere der Winkelabweichung, erfolgen .
Ein Muster der Winkelabweichung, welches für einen Fehlerzustand charakteristisch ist, wiederholt sich typischerweise zweimal je vollständiger Wellenumdrehung. Dies kann für die Erkennung im Rahmen des Verfahrens verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird ein Übergang nur dann als solcher im Rahmen der Anwendung einer Vorschrift verwendet, wenn ein Integral über die Winkelabweichung als Funktion des Wel¬ lenwinkels oder als Funktion der Zeit von einem Punkt mit vorgegebenem winkelmäßigem oder zeitlichem Abstand vor oder nach dem Übergang bis zum Übergang betragsmäßig mindestens einen vorgegebenen Wert aufweist. Damit kann sichergestellt werden, dass ein erkannter Übergang nicht nur auf einer zufälligen Fluktuation, sondern tatsächlich auf einem Fehlerzustand beruht . Wenn die Winkelabweichung als Funktion des Wellenwinkels be¬ trachtet wird, handelt es sich dabei bevorzugt um einen win- kelmäßigen Abstand. Wenn die Winkelabweichung als Funktion der Zeit betrachtet wird, handelt es sich bevorzugt um einen zeitlichen Abstand. Beispielsweise kann die Winkelabweichung vor einem Übergang oder nach einem Übergang eine positive oder negative Rampe, d.h. beispielsweise eine Rampe mit positiven oder negativen Werten, aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass derartige Rampen charakteristisch für viele Fehlerzustände sind. Durch die eben beschriebene Berechnung von Integralen und Vergleichen mit vorgegebenen Werten kann sichergestellt werden, dass eine solche Rampe tatsächlich vorhanden ist, ohne die Rampe im Einzelnen analysieren zu müssen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Rampen grundsätzlich auch separat zur Erkennung von Fehler¬ zuständen verwendet werden können, beispielsweise im Rahmen einer anders ausgeführten Mustererkennung.
Gemäß einer Ausführung weist das Verfahren ferner einen Schritt der Detektion von Phasen auf, welche von dem Fehlerzustand betroffen sind, und zwar durch Ermittlung, welche Arten von Übergängen bei welchen Wellenwinkeln und/oder Ansteuerwinkeln auftreten. Damit kann beispielsweise ermittelt werden, bei welcher Phase oder welchen Phasen der entsprechende Fehler¬ zustand auftritt. Beispielsweise können die weiter oben be¬ schriebenen Abfolgen von Übergängen jeweiligen Werten von Wellenwinkeln und/oder Ansteuerwinkeln zugeordnet werden, was eine Ermittlung der betroffenen Phase oder der betroffenen Phasen erlaubt .
Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird ein Fehlerzustand bei stehendem Motor, d.h. bei stehendem bürs- tenlosem Gleichstrommotor, durch Detektion einer Winkelab¬ weichung, welche betragsmäßig einen vorgegebenen Schwellenwert für mindestens eine vorgegebene Zeitspanne übersteigt, erkannt. Dies ermöglicht es, auch bei stehendem Motor einen Fehlerzustand zu erkennen. Diese Ausführung basiert insbesondere auf der Erkenntnis, dass eine Abweichung des Werts der Winkelabweichung von 00 im Regelfall mit einem Fehlerzustand verbunden ist. Wenn also bei stehendem Motor eine solche Abweichung von 0° auftritt, so deutet dies mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einen Feh¬ lerzustand hin. Typischerweise ist es jedoch nicht möglich, bei stehendem Motor die Art des Fehlerzustands zu erkennen. Somit kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung vorgesehen sein, dass die Verwendung des Motors im Fall eines bei stehendem Motor erkannten Fehlerzustands unmittelbar deaktiviert wird, beispielsweise kann eine Lenkunterstützung, in welcher der bürstenlose Gleichstrommotor verwendet wird, deaktiviert werden. Dies kann unkontrolliertes Verhalten der Lenkunter¬ stützung verhindern. Es sei verstanden, dass beispielsweise auch weitere Fehler wie eine falsche Motorkommutierung, die mit einer Verschiebung der Nulldurchgänge der Phasenströme einhergeht, oder jede andere Fehlerart, insbesondere wenn sie mit einer Verschiebung der Nulldurchgänge der Phasenströme einhergeht, anhand charakte- ristischer Muster erkannt werden kann.
Die Erfindung betrifft des Weiteren auch eine elektronische Steuerungseinrichtung, welche zur Ausbildung des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens konfiguriert ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein nichtflüchtiges computerlesbares Spei¬ chermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung durch einen Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt wird. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückge- griffen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausfüh¬ rungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen:
Fig. 1: eine beispielhafte schematische Beschaltung eines bürstenlosen Gleichstrommotors,
Fig. 2: Simulationen von Wellenwinkel, Ansteuerwinkel und Winkelabweichung im fehlerfreien Fall,
Fig. 3 bis 8: Simulationen von Wellenwinkel, Ansteuerwinkel und Winkelabweichung bei verschiedenen Fehlerzuständen.
Fig. 1 zeigt einen bürstenlosen Gleichstrommotor 50 mit einer Ansteuerschaltung 10. Es sei verstanden, dass die Ansteuer¬ schaltung 10 hier auch zum Erkennen von Fehlerzuständen aus- gebildet ist. Der bürstenlose Gleichstrommotor 50 ist vorliegend dreiphasig ausgebildet. Er dient zur Unterstützung einer nicht weiter dargestellten Lenkung eines Fahrzeugs, welche mittels einer Lenkhandhabe in Form eines Lenkrads 55 betätigt werden kann. Es sei jedoch versstanden, dass die Erfindung auch auf autonom fahrende Fahrzeuge anwendbar ist, welche beispielsweise keine Lenkhandhabe haben und/oder in welchen der bürstenlose Gleichstrommotor 50 das Fahrzeug selbständig lenkt. Die Ansteuerschaltung 10 weist einen Mikrocontroller 20 auf, in welchem nicht weiter dargestellte Prozessormittel und Spei¬ chermittel ausgebildet sind, wobei in den Speichermitteln Programmcode enthalten ist, bei deren Ausführung durch die Prozessormittel sich der Mikrocontroller 20 in definierter Weise verhält. Der Mikrocontroller 20 weist insbesondere ein Puls¬ weiten-Modulationsmodul 25 auf, welches zur Ausgabe pulsweitenmodulierter Signale ausgebildet ist.
Die Ansteuerschaltung 10 weist des Weiteren eine Treiber- Schaltung in Form einer Gate Drive Unit (GDU) 30 auf. Außerdem weist die Ansteuerschaltung 10 ein Power Chip Module (PCM) 40 auf.
Elektrische Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten sind teilweise so dargestellt, dass neben der jeweiligen Verbindung eine Zahl steht. Diese Zahl gibt an, wie viele Phasen in der jeweiligen Verbindung übertragen werden.
Vorliegend ist das Pulsweiten-Modulationsmodul 25 mit der Gate Drive Unit 30 und diese wiederum mit dem Power Chip Module 40 verbunden. Damit werden insgesamt geeignete Ansteuersignale für den bürstenlosen Gleichstrommotor 50 erzeugt. Der bürstenlose Gleichstrommotor 50 ist an jeweiligen Ausgangsphasen des Power Chip Module 40 angeschlossen und wird somit in bekannter Weise angesteuert. Insbesondere können typischerweise in einem je- weiligen Zyklus die drei Phasen des bürstenlosen Gleich¬ strommotors 50 derart angesteuert werden, dass nacheinander sechs unterschiedliche Magnetfelder erzeugt werden. Diese haben typischerweise Richtungen, welche sich im zeitlichen Verlauf im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um jeweils 60° drehen. Damit wird eine nicht dargestellte Welle des bürstenlosen Gleichstrommotors 50 entsprechend in Rotation versetzt. Die drei Ausgänge des Power Chip Module 40, welche mit dem bürstenlosen Gleichstrommotor 50 verbunden sind, sind des Weiteren mit einer Phasenspannungs-Rückkoppelschaltung 35 verbunden. Über die Phasenspannungs-Rückkoppelschaltung 35, welche wiederum mit dem Mikrocontroller 20 verbunden ist, erhält der Mikrocontroller 20 Informationen über die an den drei Eingängen des bürstenlosen Gleichstrommotors 50 anliegenden Spannungen.
Der Mikrocontroller 20 steuert das Pulsweiten-Modulationsmodul 25 mit einem bekannten Steuer-Puls-Pausen-Verhältnis an, welches anhand gewünschter Betriebsparameter wie Winkelgeschwindigkeit oder Drehmoment des bürstenlosen Gleichstrommotors 50 festgelegt wird. Aus den zurückgekoppelten Signalen von den Eingängen des bürstenlosen Gleichstrommotors 50 berechnet der Mikrocontroller 20 ebenfalls jeweilige Puls-Pausen-Verhältnisse und vergleicht diese mit den Steuer-Puls-Pausen-Verhältnissen. Aus den je¬ weiligen Abweichungen wird ein Ansteuerwinkel berechnet, welcher zumindest im fehlerfreien Betrieb angibt, in welcher Lage sich das Magnetfeld im bürstenlosen Gleichstrommotor 50 derzeit befindet. Dieser Ansteuerwinkel kann jeweils einen der Werte -180°, -120°, -60°, 0°, 60° und 120° einnehmen. Systembedingt ist die Genauigkeit für die Messung von Zwischenwerten der genannten Ansteuerwinkel geringer. Für das vorliegende Verfahren werden nur die genannten Ansteuerwinkel benötigt.
Die nicht dargestellte Welle des bürstenlosen Gleichstrommotors 50 wird über einen ebenfalls nicht dargestellten Winkelsensor hinsichtlich ihres Rotationswinkels überwacht. Der Winkelsensor liefert entsprechende Signale an den Mikrocontroller 20. Der Mikrocontroller 20 korrigiert das von dem Winkelsensor erhaltene Signal um jeweilige Blindströme des bürstenlosen Gleich- strommotors 50, welche er anhand eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens ermittelt. Hieraus berechnet der Mikro¬ controller 20 einen Wellenwinkel, welcher anzeigend ist für eine jeweilige Drehposition der Welle. Es sei verstanden, dass diese Berechnungen laufend wiederholt durchgeführt werden.
Nach der Berechnung eines jeweiligen Wellenwinkels und eines Ansteuerwinkels zieht der Mikrocontroller 20 den Ansteuerwinkel von dem Wellenwinkel ab und erhält somit eine Winkeldifferenz. Anschließend berechnet der Mikrocontroller 20 eine Winkelab¬ weichung basierend auf folgender Vorschrift:
Wenn die Winkeldifferenz negativ ist:
Winkelabweichung = Winkeldifferenz,
- Wenn die Winkeldifferenz nicht negativ, aber kleiner oder gleich 60° ist:
Winkelabweichung = 0°,
Wenn die Winkeldifferenz größer als 60° ist:
Winkelabweichung = Winkeldifferenz - 60°.
Aus dem Verlauf der Winkelabweichung als Funktion der Zeit kann der Mikrocontroller 20 Fehlerzustände des bürstenlosen Gleichstrommotors 50 erkennen. Hierzu führt er mit der be¬ rechneten Winkelabweichung eine jeweilige Mustererkennung durch. Insbesondere können dabei die nachfolgend mit Bezug auf die weiteren Figuren beschriebenen Fehlerzustände oder auch ein fehlerfreier Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors 50 erkannt werden. Fig. 2 zeigt beispielhafte Simulationen von Ansteuerwinkel, Wellenwinkel und Winkelabweichung in einem fehlerfreien Fall. Die Fig. 3 bis 8 zeigen beispielhafte Simulationen von An¬ steuerwinkel, Wellenwinkel und Winkelabweichung bei unter- schiedlichen Fehlerzuständen. Die Simulationen werden hier beispielhaft gegeben, um insbesondere auch typische Erken¬ nungsmodi für die entsprechenden Fehlerzustände erläutern zu können. Sie beziehen sich auf einen speziellen, hier simulierten Fall mit bestimmten Parametern. Es sei verstanden, dass auch andere Erkennungsmodi, mit welchen der MikroController 20 einen jeweiligen Fehlerzustand oder auch einen fehlerfreien Betrieb erkennen kann, vom Fachmann implementiert werden können. Derartige Implementierungen gelten als Teil der Offenbarung dieser Anmeldung.
Die jeweiligen Fig. 2 bis 8 sind derart aufgebaut, dass auf der jeweiligen horizontalen Achse die Zeit angetragen ist und auf der jeweiligen vertikalen Achse der Winkel angetragen ist. Die Einheit der Zeit ist Sekunde, die Einheit des Winkels ist Grad (°) · Der Ansteuerwinkel nimmt lediglich die diskreten Werte -180°, -120°, -60°, 0°, 60° und 120° ein. Es erfolgt somit ein treppenförmiger Verlauf des Ansteuerwinkels. Der Wellenwinkel ist grundsätzlich geradlinig von -180° bis 180° und springt dann wieder auf -180°. Die Winkelabweichung hat meistens einen Wert von 0° und weicht lediglich an manchen Stellen davon ab. Ty¬ pischerweise sind bei Abweichungen von 0° jeweilige positive oder negative Rampen ausgebildet. Es sei verstanden, dass anhand der beschriebenen Charakteristika die jeweiligen Kurven für An¬ steuerwinkel, Wellenwinkel und Winkelabweichung eindeutig identifiziert werden können. Teilweise schneiden sich die Kurven oder verlaufen über gewisse Strecken übereinander, so dass sie an dieser Stelle nicht unterscheidbar sind. Zumindest in Bezug auf das europäische Patentrecht sei erwähnt, dass zusätzlich zur eindeutigen Identifizierbarkeit über die eben beschriebenen Verlaufsformen auch die in den ursprünglichen Unterlagen enthaltenen farblichen Unterscheidungen einen Teil der Of¬ fenbarung bilden (siehe Entscheidung T 1544/08). Fig. 2 zeigt einen fehlerfreien Zustand. Wie deutlich zu sehen ist, verbleibt die Winkelabweichung dabei konstant auf 0°. Es erfolgen keinerlei Abweichungen von diesem Wert. Wenn ein solcher Zustand vorhanden ist, was von dem MikroController 20 bei¬ spielsweise dadurch detektiert werden kann, dass er die Win- kelabweichung über einen gewissen Zeitraum oder über einen gewissen Winkelbereich des Wellenwinkels von beispielsweise 180° oder 360° auf Abweichungen von 0° untersucht, so kann positiv ein fehlerfreier Zustand festgestellt werden. Es sei des Weiteren erwähnt, dass jeweilige Abstände zwischen Übergängen des An- Steuerwinkels im fehlerfreien Zustand, welcher in Fig. 2 dargestellt ist, identisch sind.
Fig. 3 zeigt den Fehlerzustand „Kurzschluss zwischen zwei Motoranschlüssen". Wie leicht erkannt wird, sind dabei Sektoren des Ansteuerwinkels im Vergleich zu Fig. 2 verschoben. Dies führt zu positiven und negativen Flanken der Winkelabweichung. Be¬ sonders signifikante Übergänge treten dabei insbesondere bei Änderungen des Ansteuerwinkels auf. Bei diesen wertet der MikroController 20 die Winkelabweichung jeweils aus und erkennt den dargestellten Fehlerzustand, wenn die Winkelabweichung bei drei aufeinanderfolgenden Änderungen des Ansteuerwinkels folgende hintereinander auftretenden Übergänge zeigt:
Verbleib konstant auf 0°,
- Änderung von einem positiven oder negativen ersten Wert auf 0°,
Änderung von 0° auf einen zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert. Fig. 4 zeigt den Fehlerzustand„Winkeloffset" . Wie leicht erkannt wird, sind dabei Sektoren des Ansteuerwinkels im Vergleich zu Fig. 2 nicht verschoben. Die Kurve des Wellenwinkels ist jedoch im Vergleich zu Fig. 2 verschoben. Dies führt zu positiven, ansteigenden Flanken der Winkelabweichung. Besonders signi¬ fikante Übergänge treten dabei insbesondere bei Änderungen des Ansteuerwinkels auf. Bei diesen wertet der MikroController 20 die Winkelabweichung jeweils aus und erkennt den dargestellten Fehlerzustand, wenn die Winkelabweichung bei jeder Änderung des Ansteuerwinkels eine Änderung von einem von 0° verschiedenen Wert auf 0° aufweist, insbesondere wenn dieser Wert immer das gleiche Vorzeichen aufweist und/oder betragsmäßig konstant ist oder zumindest hinsichtlich der Größenordnung betragsmäßig gleich bleibt .
Fig. 5 zeigt den Fehlerzustand„Unterbrechung einer Motorphase". Dabei wechselt der Ansteuerwinkel nur noch zwischen vier Werten, wobei zwischen jeweils zwei Werten gleichen Vorzeichens zu¬ fällige Wechsel möglich sind. Dies liegt daran, dass bei Un- terbrechung einer Motorphase bei dieser Motorphase ein gewisses Rauschen auftritt, welches zu derartigen Sprüngen führt. Die Winkelabweichung nimmt dabei positive und negative Werte bis ca. 30° an, wobei der zugehörige Winkelbereich insbesondere als „toter Winkelbereich" bezeichnet wird. Im restlichen Winkel- bereich kann die Winkelabweichung zwischen 0° und Werten bis zu 90° wechseln. Erkannt wird der Fehlerzustand „Unterbrechung einer Phase" von dem MikroController 20 dann, wenn die Win¬ kelabweichung bei einer unmittelbaren Änderung des Ansteuer¬ winkels von einem negativen Wert auf einen positiven Wert oder von einem positiven Wert auf einen negativen Wert einen un¬ mittelbaren Übergang von einem positiven oder negativen ersten Wert zu einem zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert aufweist. Dies entspricht beispielsweise dem in Fig. 5 zwischen den Zeiten 0,1 s und 0,12 s dargestellten Übergang. Fig. 6 zeigt den Fehlerzustand „Erhöhter Widerstand in einer Phase". Wie leicht erkannt wird, sind dabei Sektoren des An¬ steuerwinkels im Vergleich zu Fig. 2 verschoben. Dies führt zu positiven und negativen Flanken der Winkelabweichung. Besonders signifikante Übergänge treten dabei insbesondere bei Änderungen des Ansteuerwinkels auf. Bei diesen wertet der MikroController 20 die Winkelabweichung jeweils aus und erkennt den dargestellten Fehlerzustand, wenn die Winkelabweichung bei drei aufeinan¬ derfolgenden Änderungen des Ansteuerwinkels folgende hinter- einander auftretenden Übergänge zeigt:
Änderung von 0° auf einen positiven oder negativen ersten
Wert ,
Änderung von einem zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert auf 0°,
- Verbleib konstant auf 0°.
Fig. 7 zeigt den Fehlerzustand „Kurzschluss zwischen zwei Windungen an der jeweiligen Phasenmitte". Wie leicht erkannt wird, sind dabei Sektoren des Ansteuerwinkels im Vergleich zu Fig. 2 verschoben. Dies führt zu positiven und negativen Flanken der Winkelabweichung. Besonders signifikante Übergänge treten dabei insbesondere bei Änderungen des Ansteuerwinkels auf. Bei diesen wertet der MikroController 20 die Winkelabweichung jeweils aus und erkennt den dargestellten Fehlerzustand, wenn die Winkelabweichung bei drei aufeinanderfolgenden Änderungen des Ansteuerwinkels folgende hintereinander auftretenden Übergänge zeigt :
Verbleib konstant auf 0°,
- Änderung von einem positiven oder negativen ersten Wert auf 0°,
Verbleib konstant auf 0°.
Fig. 8 zeigt den Fehlerzustand „Überbrückung einer Phase". Wie leicht erkannt wird, sind dabei Sektoren des Ansteuerwinkels im Vergleich zu Fig. 2 verschoben. Dies führt zu positiven und negativen Flanken der Winkelabweichung. Besonders signifikante Übergänge treten dabei insbesondere bei Änderungen des An¬ steuerwinkels auf. Bei diesen wertet der MikroController 20 die Winkelabweichung jeweils aus und erkennt den dargestellten Fehlerzustand, wenn die Winkelabweichung bei drei aufeinan¬ derfolgenden Änderungen des Ansteuerwinkels folgende hinter¬ einander auftretenden Übergänge zeigt:
Änderung von 0° auf einen positiven oder negativen ersten Wert,
Änderung von einem zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert auf 0°,
Verbleib konstant auf 0°. Um die Zuverlässigkeit der Erkennung zu erhöhen, berechnet der MikroController 20 vor der Erkennung eines Übergangs der Winkelabweichung ein Integral der Winkelabweichung als Funktion der Zeit sowohl von einem Punkt mit vorgegebenem zeitlichem Abstand vor dem Übergang wie auch von einem Punkt mit vorgegebenem zeitlichen Abstand nach dem Übergang bis zum erkannten Übergang. Nur wenn dieses Integral betragsmäßig einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird der Übergang als solcher im Rahmen der Erkennung eines Fehlerzustands verwendet. Dies vermeidet die Erkennung von Fehlerzuständen aufgrund zufälliger Fluktuationen, welche nicht auf Fehlerzuständen basieren.
Es sei verstanden, dass durch genaue Auswertung der Lage der jeweiligen Übergänge, welche in den Fig. 3 bis 8 dargestellt sind, auch ein Rückschluss auf die jeweils betroffene Phase oder die betroffenen Phasen des bürstenlosen Gleichstrommotors 50 möglich ist. Hierzu wertet der MikroController 20 die Übergänge da¬ hingehend aus, bei welchem Wellenwinkel oder bei welchem Übergang des Ansteuerwinkels sie auftreten. Somit kann nicht nur der Fehlerzustand, sondern auch die genaue Phase erkannt werden. Bei bestimmten Fehlerzuständen, welche in dem MikroController 20 gespeichert sind, wird der weitere Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors 20 unmittelbar unterbunden, um eine unkon¬ trollierte Reaktion der Lenkung zu vermeiden.
Wenn der bürstenlose Gleichstrommotor 50 nicht in Betrieb ist, seine Welle sich also insbesondere nicht dreht, überwacht der MikroController 20 trotzdem laufend die Winkelabweichung. Sollte über eine vorgegebene Zeitspanne die Winkelabweichung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigen, so wird trotz stehenden bürstenlosen Gleichstrommotors 50 ein Fehlerzustand erkannt. Obwohl nicht erkannt wird, um welchen Fehlerzustand es sich dabei handelt, kann dies die Sicherheit weiter erhöhen. In diesem Fall wird der weitere Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors 50 unmittelbar deaktiviert, da keine Informationen über den vorliegenden Fehlerzustand vorliegen und ein weiterer Betrieb in Bezug auf eine mögliche unkontrollierte Reaktion der Lenkung des Fahrzeugs zu riskant wäre. Es sei verstanden, dass die Richtung der Abweichungen des Werts der Winkelabweichung von 0°, also ob die Winkelabweichung einen positiven oder negativen Wert aufweist, durch die Drehrichtung des bürstenlosen Gleichstrommotors 50 vorgegeben wird. Wird die Drehrichtung umgekehrt, ändert sich typischerweise auch das Vorzeichen der jeweiligen Abweichung. Es kann sich dabei beispielsweise auch die Art des Übergangs ändern, also bei¬ spielsweise kann ein Übergang von einem positiven oder negativen Wert auf 0° zu einem Übergang von 0° auf einen positiven oder negativen Wert werden, und umgekehrt. Entsprechende Variationen der in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungen und Cha¬ rakteristika gelten als Bestandteil der Offenbarung dieser Anmeldung . Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am An¬ meldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offen¬ barung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen .
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Be- deutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands in einem bürstenlosen Gleichstrommotor (50), welcher eine Welle aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Aufnehmen eines der Welle zugeordneten Wellenwinkels, Aufnehmen eines Ansteuerwinkels, welcher für jeden einer Anzahl von gemessenen Sektoren einer Ansteuerschaltung (10) des Gleichstrommotors (50) einen jeweils zugeordneten Winkelwert angibt,
Berechnen einer Winkeldifferenz durch Subtraktion des Ansteuerwinkels von dem Wellenwinkel,
Berechnen einer Winkelabweichung aus der Winkeldifferenz unter Verwendung eines Referenzwerts,
- Anwenden einer Anzahl von vorgegebenen Vorschriften auf die Winkelabweichung als Funktion des Wellenwinkels oder der Zeit, wobei jeder Vorschrift ein Fehlerzustand zugeordnet ist, und
Feststellen eines Fehlerzustands, wenn eine Vorschrift, welcher der Fehlerzustand zugeordnet ist, bei der Anwendung den Fehlerzustand anzeigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die Winkelabweichung aus der Winkeldifferenz fol¬ gendermaßen berechnet wird:
- Wenn die Winkeldifferenz negativ ist:
Winkelabweichung = Winkeldifferenz,
Wenn die Winkeldifferenz nicht negativ, aber kleiner oder gleich dem Referenzwert ist:
Winkelabweichung = 0°,
- Wenn die Winkeldifferenz größer als der Referenzwert ist:
Winkelabweichung = Winkeldifferenz - Referenzwert.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vorschrift ein Algorithmus oder ein Vergleich mit einem vorgegebenen Muster ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei sich das jeweilige Anwenden einer Vorschrift zu¬ mindest über einen Bereich des Ansteuerwinkels von einem, zwei, drei oder mehreren Sektoren erstreckt,
wobei bevorzugt jeder Sektor einem Bereich des Wellen¬ winkels von 60° entspricht, wenn kein Fehlerzustand vorhanden ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei der Ansteuerwinkel über eine Spannungsmessung an Anschlüssen des Gleichstrommotors (50) ermittelt wird,
- und zwar bevorzugt über eine Differenzbildung zwischen einem gemessenen Puls-Pausen-Verhältnis und einem Steu¬ er-Puls-Pausen-Verhältnis;
und/oder
- wobei der Ansteuerwinkel über eine Strommessung von Phasenströmen des bürstenlosen Gleichstrommotors (50) ermittelt wird;
und/oder
wobei die Winkelwerte des Ansteuerwinkels aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche aus 0°, dem Referenzwert und einer Anzahl von ganzzahligen Vielfachen des Referenzwerts besteht, wobei die Gruppe bevorzugt aus den Werten 0°, 60°, 120°, 180°, 240° und 300° oder aus den Werten -180°, -120°, -60°, 0°, 60° und 120° besteht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Wellenwinkel aus dem Ausgangssignal eines der Welle zugeordneten Winkelsensors ermittelt wird, welches um einen Winkelanteil eines Blindstroms korrigiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand Kurz- schluss zwischen zwei Motoranschlüssen zugeordnet ist, diesen
Fehlerzustand anzeigt,
wenn die Winkelabweichung bei drei aufeinanderfolgenden
Änderungen des Ansteuerwinkels folgende hintereinander auf¬ tretenden Übergänge zeigt:
Verbleib konstant auf 0°,
- Änderung von einem positiven oder negativen ersten Wert auf
0°,
Änderung von 0° auf einen zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand Win¬ keloffset zugeordnet ist, diesen Fehlerzustand anzeigt,
wenn die Winkelabweichung bei jeder Änderung des An¬ steuerwinkels eine Änderung von einem von 0° verschiedenen Wert auf 0° aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand Un¬ terbrechung einer Phase zugeordnet ist, diesen Fehlerzustand anzeigt ,
wenn die Winkelabweichung bei einer unmittelbaren Änderung des Ansteuerwinkels von einem negativen Wert auf einen positiven Wert oder von einem positiven Wert auf einen negativen Wert einen unmittelbaren Übergang von einem positiven oder negativen ersten Wert zu einem zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand erhöhter Widerstand in einer Phase zugeordnet ist, diesen Fehlerzustand anzeigt ,
wenn die Winkelabweichung bei drei aufeinanderfolgenden Änderungen des Ansteuerwinkels folgende hintereinander auf¬ tretenden Übergänge zeigt:
Änderung von 0° auf einen positiven oder negativen ersten
Wert ,
Änderung von einem zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert auf 0°,
Verbleib konstant auf 0°.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand Kurz- schluss zwischen zwei Windungen an der jeweiligen Phasenmitte zugeordnet ist, diesen Fehlerzustand anzeigt,
wenn die Winkelabweichung bei drei aufeinanderfolgenden
Änderungen des Ansteuerwinkels folgende hintereinander auf¬ tretenden Übergänge zeigt:
Verbleib konstant auf 0°,
- Änderung von einem positiven oder negativen ersten Wert auf
0°,
Verbleib konstant auf 0°.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Vorschrift, welche einem Fehlerzustand Über¬ brückung einer Phase zugeordnet ist, diesen Fehlerzustand anzeigt ,
wenn die Winkelabweichung bei drei aufeinanderfolgenden Änderungen des Ansteuerwinkels folgende hintereinander auf¬ tretenden Übergänge zeigt:
Änderung von 0° auf einen positiven oder negativen ersten
Wert , Änderung von einem zweiten Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen zum ersten Wert auf 0°,
Verbleib konstant auf 0°.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei ein Übergang nur dann als solcher im Rahmen der
Anwendung einer Vorschrift verwendet wird, wenn ein Integral über die Winkelabweichung als Funktion des Wellenwinkels oder als Funktion der Zeit von einem Punkt mit vorgegebenem winkelmäßigem oder zeitlichem Abstand vor oder nach dem Übergang bis zum Übergang betragsmäßig mindestens einen vorgegebenen Wert aufweist .
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
welches ferner einen Schritt der Detektion von Phasen, welche von dem Fehlerzustand betroffen sind, aufweist,
und zwar durch Ermittlung, welche Arten von Übergängen bei welchen Wellenwinkeln und/oder Ansteuerwinkeln auftreten.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
bei welchem ein Fehlerzustand bei stehendem bürstenlosem Gleichstrommotor (50) durch Detektion einer Winkelabweichung, welche betragsmäßig einen vorgegebenen Schwellenwert für mindestens eine vorgegebene Zeitspanne übersteigt, erkannt wird.
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