WO2017202676A1 - Automatische optimierung eines betriebsparameters einer elektrischen maschine - Google Patents

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WO2017202676A1
WO2017202676A1 PCT/EP2017/061925 EP2017061925W WO2017202676A1 WO 2017202676 A1 WO2017202676 A1 WO 2017202676A1 EP 2017061925 W EP2017061925 W EP 2017061925W WO 2017202676 A1 WO2017202676 A1 WO 2017202676A1
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current
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operating parameter
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motor control
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Gerald BEHRENDT
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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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40—Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H02P6/15—Controlling commutation time
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    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
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    • F02D41/1406—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method with use of a optimisation method, e.g. iteration
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3082—Control of electrical fuel pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M37/04—Feeding by means of driven pumps
    • F02M37/08—Feeding by means of driven pumps electrically driven

Definitions

  • the invention generally relates to the control or activation of electrical machines.
  • the invention relates to a motor drive arrangement for an electrical machine and to a corresponding method.
  • Electrical machines are used in various variants in many areas of industry, in particular in the automotive industry.
  • a widely used variant is in ⁇ example the electronically commutated motor, also known as EC synchronous motor (EC), which permanent magnets for driving and used for example in fuel pumps and / or water pumps, inter alia, in motor vehicles of any kind and beyond becomes .
  • EC electronically commutated motor
  • Such electrical machines can be operated in various electrical operating modes and / or by means of various motor controls or motor drives.
  • One type of motor control is, for example, the so-called block commutation, in which individual phases of the electrical machine are energized during operation.
  • a sub-form of the motor control is also the sensorless control, in which by means of a voltage induced in the stator coils of the motor during a blanking interval a
  • a drive regime also Pulse
  • drive frequency ie a frequency with which the voltage is clocked during individual Kommutleitersblöcke be set.
  • a control angle ie an angle between the beginning of an electrical activation or an energization of a phase and an actual mechanical rotor position.
  • values of the operating parameters can be left at a constant value and the motor can thus be operated.
  • a characteristic curve and / or a characteristic diagram is generated and stored, for example, in a control unit, such a characteristic field typically being designed for safe operation.
  • Characteristics defined in such characteristic curves and / or characteristic diagrams are interpolated by mathematical methods during the operation of electrical machines, in particular in the case of fuel pumps, in order to obtain further values of the operating parameters for a current operating condition, such as e.g. a current load and / or speed to determine and to control the engine accordingly.
  • a motor control ⁇ arrangement for an electrical machine.
  • the motor control arrangement has a current measuring device for determining, determining, measuring and / or detecting a current value of an electric machine assigned during operation. passed electric current.
  • the motor control arrangement has a memory device for storing current values determined by the current measuring device and a regulating device for adapting and / or varying at least one value of at least one operating parameter
  • the control device is set up to vary a value of the operating parameter, in particular a current value, in a predetermined and / or predetermined interval during operation of the electrical machine.
  • the motor control arrangement and / or the current mes s Marie is adapted to be deposited with variation of the value of the operating parameter through the current measurement means ermit ⁇ Telte current values in the memory device.
  • the motor control arrangement and / or the control device is further adapted to determine based on the determined at variation of the value of the operating parameter and stored in the SpeI ⁇ chervorraum current values a minimum current value.
  • At least one value of at least one operating parameter is varied during operation of the electric machine, and the current values corresponding to the varied values are stored in the memory device. It is also possible to vary several values of different operating parameters simultaneously or one after the other. Also, each varied or associated with the current values of the operating parameter values can be stored in the SpeI ⁇ chervorraum to obtain information on the current supplied to the electric machine as a function of the respective operating parameter. This information can be about the distribution of the current values as a function of the values of the operating parameter, in particular as data in the memory device ⁇ be present. On the basis of these current values and / or values of the operating parameter, the minimum current value can thus be determined.
  • the electric machine can in particular designate an electrically commutated motor (EC synchronous motor), as can be used in particular in fuel pumps or water pumps. However, the electric machine may also designate any other type of electric machine.
  • the current measuring device may be part of the electrical machine or be present as a separate measuring device, which may be connected to the electric machine.
  • the memory device can be any type of memory, in particular a random access memory (RAM) and / or a random access memory
  • the predetermined and / or predefined interval may designate an arbitrary value range of the operating parameter by a current value of the operating parameter with which the electrical is driven.
  • the interval can be between 5% and 50% of the current value.
  • the vehicle is, for example, a motor vehicle, such as a car, bus or truck, or even a rail vehicle, a ship, an aircraft, such as a helicopter or airplane, or, for example, an electrically operated bicycle.
  • a motor vehicle such as a car, bus or truck, or even a rail vehicle, a ship, an aircraft, such as a helicopter or airplane, or, for example, an electrically operated bicycle.
  • Yet another aspect of the invention relates to a method for determining an optimum value of an operating parameter for an electrical machine.
  • the engine control arrangement is further configured to determine an optimum value of the operating parameter associated with the minimum current value.
  • the optimum value may designate an optimum operating point and / or operating point for the respective operating condition of the electrical machine, for example a respective load and / or rotational speed.
  • the optimum value may correspond to that value of the operating parameter for which a power consumption of the electric machine is minimal under the current operating conditions.
  • the optimum value can also be stored in the storage device for the respective operating condition at which it was determined (eg load, rotational speed).
  • the engine control arrangement is further adapted to adjust a current value of the operating parameter of the electric machine according to the optimum value.
  • the machine can be operated with the determined optimal value. So the electric machine can be supplied with a minimum
  • the invention can be considered to be based in particular as to the below ⁇ be written thoughts and insights.
  • static characteristic maps and / or characteristic curves for engine control are currently used, with interpolation points of the characteristic curves being adapted to adapt values of operating parameters to the respective operating conditions and thus to operate the electric machine.
  • the individual support points for individual copies of the electrical machine and under selected conditions are measured and stored for all subsequently produced copies of the electric machine.
  • individual manufacturing differences, such as tolerances, for copies of the electric machines of a series in the Motor control disregarded.
  • the conditions for the respective electrical machine used in a vehicle may differ from the conditions to which the characteristic data refer.
  • the electric machine can not be operated in an optimum working range.
  • a non-optimal operation or work area can in this case designate a control of the machine in which electrical energy is applied for the operation of the machine, which, however, is not converted into a torque. In this case, any form of power loss can be generated.
  • a working range of the electric machine in particular of a fuel pump, can be extended and a power loss can be reduced.
  • the electric machine can be operated more gently at the optimum value because, for example, mechanical loads such as vibrations can be reduced or avoided if a current value of the operating parameter, i. a parameterization, changed and / or adapted.
  • a current value of the operating parameter i. a parameterization
  • a lower drive frequency paired with a minimum turn-on time will cause a small current area, i. Power can produce in a motor, whereby a lower speed can be achieved.
  • a variation of the field angle can lead to a more stable, in particular quieter or vibration-poor, running of the motor.
  • the operating parameter is at least one element selected from the list comprising a drive angle, a drive regime, a switching time, a field angle, a block width and as external operating parameters, for example the operating voltage, the medium temperature, the actual pressure and the viscosity the liquid.
  • the motor control arrangement is further configured to perform a mathematical evaluation of the current values as a function of the values of the operating parameter based on the current values stored in the memory device.
  • a mathematical evaluation can include, for example, the determination of a derivative, the determination of a trend and / or any other evaluation, such as a fit.
  • the trend can be determined, for example, by interpolation of measured values, variation calculation, averaging and / or any other mathematical methods.
  • the motor control arrangement is further configured to determine a trend (40) of the current values (I) as a function of the values (A) of the operating parameter and based on the current values (I) stored in the memory device (36) the ermit ⁇ telten trend (40) an optimum value (Z) to determine the operating parameter.
  • a trend (40) of the current values (I) as a function of the values (A) of the operating parameter and based on the current values (I) stored in the memory device (36) the ermit ⁇ telten trend (40) an optimum value (Z) to determine the operating parameter.
  • the trend is determined can provide a clue as to whether a further iteration a new or actual optimum value should be determined game, iteratively at ⁇ .
  • the control device is further adapted to vary the value of the Radiopa ⁇ rameters of the electrical machine in a further interval.
  • the further interval can be the same size, larger or smaller than the original interval. This can be particularly advantageous if the optimum value is not in the original interval, but outside. In this way, the optimum value can be determined by iterative adaptation and / or shifting of the interval or an interval size.
  • control device is further configured to stochastically the value of ⁇ Radiopa rameters, linear, exponential, logarithmic and / or vary according to a polynomial function within the interval. Any other mathematical methods can also be used to vary the value of the operating parameter.
  • a method for determining an optimum value of an operating parameter for an electrical machine comprises the steps of varying, in particular by means of a Regelvor ⁇ direction, a value of the operating parameter of the electric machine in a predetermined interval.
  • the value of the operating parameter can be varied by a current value.
  • current values of a current supplied to the electric machine during operation are determined, for example by means of a current measuring device.
  • the current values can be determined during the variation of the values of the operating parameter.
  • the current values are stored and / or stored in a memory device.
  • the current values can, as a function of the (varying) values of Be ⁇ operating parameters in the memory device are stored in ⁇ play.
  • an optimum value of the operation ⁇ parameters is determined based on the stored current values and / or determined.
  • the step of determining the optimum value further comprises the step of determining a minimum current value from the stored current values.
  • the step of determining the optimum value comprises the step of determining a trend of Current values as a function of the values of the operating parameter, which were previously varied.
  • FIG. 1 a schematically shows a current consumption of an electrical machine as a function of a control angle.
  • FIG. 1b schematically shows a characteristic curve for
  • FIG. 1c schematically shows a current consumption of an electrical machine as a function of a drive angle.
  • Figure 2a schematically shows an engine control ⁇ arrangement according to an embodiment of the invention.
  • FIGS. 2b to 2f each show a current consumption as
  • FIGS. 3a to 3f each show a current consumption as
  • FIG. 4 shows a vehicle with a motor control arrangement according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a flow chart for illustrating steps of a method according to an embodiment of the invention. Identical and / or equivalent features and elements are provided in the figures with the same reference numerals.
  • FIG. 1 a schematically shows a current consumption or a current I supplied to an electric machine 34 during operation as a function of a drive angle A of an electric machine 34 (see FIGS. 2 a and 4).
  • FIG. 1 b schematically shows a characteristic curve for an electrical machine 34
  • FIG. 1 c 1 a shows schematically the current consumption or the current I as a function of the drive angle A.
  • FIGS. 1 a, 1 b, 1 c serve to illustrate thoughts and findings underlying the invention.
  • the drive angle A denotes an angle between the start of an electrical drive or a current supply of a phase of the electric machine 34 and an actual mechanical rotor position.
  • Current consumption I and drive angle A are shown in arbitrary units.
  • a characteristic curve for an electric machine 34 is shown schematically, wherein the drive angle A is shown as a function of the speed in any units.
  • the characteristic curve in this case represents a one-dimensional map having different Ansteu ⁇ erwinkeln A to the rotational speed F. Individual points of the characteristic curve correspond to different operating points, wherein an operating point can be a specific value of the actuation angle A at a specific rotational speed.
  • Shown in FIG. 1a is a first curve 10 and a second curve 12 of the current I as a function of the drive angle A, the curves 10, 12 respectively corresponding to constant mechanical operating parameters.
  • Curve 10 may be, for example, operation of a fuel pump at 5000 rpm and pressure
  • curve 12 may correspond to operation at 8000 rpm and 4 bar.
  • a value of the drive angle A is determined for currently used electrical machines 34, for example read out from a control unit or determined by means of interpolation of stored characteristic data according to FIG. The value of the driving angle A thus determined is then supplied to the electric machine 34 for control. This is also called the electrical machine 34.
  • an operating point 13 for the curve 12 and an operating point 11 for the curve 10 can be determined so that the electric machine 34 is operated with the values A for the actuation angle associated with the respective operating points 11, 13 can.
  • the operating points 11, 13 can thus denote a pair of values (I, A) each of a current value I and a drive angle A.
  • the actual operating points 11, 13 of the electric machine 34 do not coincide with the respective optimum operating points 14, 16 corresponding optimum values of the drive angle A, in which the current consumption I for the respective curve 10, 12 is minimal.
  • the work point 13 associated value of the drive angle for the curve 12 is too high and the operating point 11 associated value A for the curve 10 is too low.
  • the current consumption I of the electrical machine 34 can be influenced by changing the electrical control angle A or associated values A, wherein in the examples shown in FIGS. 1a and 1b different drive angles, ie angle of the magnetic field to the rotor, and thus different power ratios electrical Energy can not be optimally converted into mechanical energy under all conditions, ie at different speeds and / or loads.
  • the mechanical energy is in each case constant for the curves 10, 12, which can also be referred to as characteristic curves, so that along each curve 10, 12 there is an optimum value for the activation angle A corresponding to the respective operating condition.
  • the optimum values of the phase control for the optimum working points 14 may, however, vary for 16 different electric machines 34 from each other, which may be due for example to manufacturing technology Un ⁇ differences and / or manufacturing tolerances. So far, this behavior has only been taken into account in static form, for example by means of static characteristics, as shown in FIG. 1b, which in some cases can not cover all conditions. As an approximation, this fact is improved in current electrical machines 34 on the basis of a complex characteristic diagram. For example, often become two-dimensional
  • Characteristic curves stored in a control unit For example, for different loads, for example, different pressures for an electric pump, one of the curves shown in Figure lb corresponding characteristic can be stored.
  • further operating parameters which may influence the behavior of the electric machine 34 such as, for example, an operating voltage or a fluid temperature in a fuel pump, are not taken into account in the case of two-dimensional and / or multi-dimensional maps.
  • an improvement can already be achieved with a two-dimensional map.
  • this improvement is often unsatisfactory.
  • loads on the engine such as a fuel pump
  • loads on the engine such as a fuel pump
  • the motor or the pump is therefore, with high probability, rarely operated with the respective optimum value corresponding to this operating condition, ie, the value of the drive angle A assigned to the respective optimum operating point 14, 16.
  • the dash-dotted line 18 in FIG. 1 a shows by way of example the expected course of the optimum value of the drive angle for different operating conditions.
  • Different Railbe ⁇ conditions may, for example, different speeds and / or different loads of the electric machine 34, ie, for example, different pressures for an electric pump, be.
  • the aim of the present invention is therefore to operate the electric machine 34 under all operating conditions with the respective optimum operating point 14, 16 associated value of the Ansteu ⁇ Angled A.
  • the two hatched areas 20, 22 can be limiting. Region 22 is in some form an overload, ie the mechanical energy generated from the electrical energy may not be sufficient in this region 22 to safely rotate the electric machine 34.
  • this region 22 is generally avoided for worst-case engines, and a considerable distance from the actual one may occur
  • FIG. 1c shows, analogously to FIG. 1a, the current consumption I as a function of the driving angle A.
  • FIG. 1c it can be seen that strong variances in the current consumption I can occur in the regions 20, 22, which are respectively identified as "min, max" in the regions 20, 22.
  • the electric current Machine 34 in one of the border areas 20, 22 works, which should be avoided.
  • FIG. 2a schematically shows a motor control arrangement 30 according to an embodiment of the invention.
  • Figures 2b to 2f schematically illustrate an operation of the Motorsteue 2a ⁇ approximately assembly 30 of FIG.
  • the diagrams in FIGS. 2b to 2f show the current consumption I as a function of the drive angle A and are shown in arbitrary units.
  • the motor control arrangement 30 has a current measuring device 32 for determining a current value or current values I of an electric current I supplied to an electric machine 34 during operation. Furthermore, the motor control arrangement 30 has a memory device 36 for storing current values I determined by the current measuring device 32 and a control device 38 for adapting and / or varying at least one value of at least one operating parameter of the electric machine 34.
  • the operating parameter is exemplified below, as illustrated in detail with reference to the figures 2b to 2f, a drive angle A.
  • the operating parameter may alternatively or additionally, for example, a Anberichttreguenz, a field angle, a block width and / or a switching time.
  • the electric machine 34 which may for example be a motor and / or a pump, is set by the Motorsteue ⁇ approximately arrangement 30 with a firing angle X in operation, that is made to run, or is already running.
  • the An ⁇ control angle X can be determined, for example, based on a characteristic, as shown in Figure lb.
  • the control device 38 now varies a value of the Ansteu ⁇ Angled A in a predetermined interval ⁇ 1, for example in a range of values Xa to X + a.
  • the value of the drive angle A can be varied stochastically, linearly, exponentially, logarithmically and / or according to a polynomial function within the interval ⁇ 1.
  • the current measuring device 32 determines current values I which are stored in the memory device 36 by the motor control arrangement 30 and / or the current measuring device 32.
  • the current values I determined by varying the drive angle A within the interval ⁇ 1 from X-a to X + a are shown schematically in FIG. 2b as a function of the values of the drive angle A. Based on these current values I, a minimum current value Ii is now determined by the motor control arrangement 30.
  • a trend 40 of the current values I is determined as a function of the values A of the drive angle, as shown by way of example in FIG. 2c.
  • the trend 40 can be any approximation function of the measured values, ie the value pairs (I, A), from FIG. 2b.
  • the measured values of FIG. 2 b are evaluated by the motor control arrangement 30, from which the trend 40 can result.
  • the trend 40 shown in Figure 2c is a monotonically increasing function of the current I as a function of the phase control A, which an indication can be sure that the value Xa does not speak of the phase control A at the current value Ii to the value of the minimum current consumption ent ⁇ and thus not yet the ideal operating point for the electric machine 32 is found.
  • the value of lowest power consumption can therefore be at smaller values of A Ansteu ⁇ erwinkels as Xa.
  • the drive angle is varied approximately in a further iteration or a further iteration loop in a further interval ⁇ 2 from Xb to X + b by the value Xa.
  • the above applies with respect to the variation in Interval ⁇ 1 said, ie in particular, the variation stochastic, linear, exponential, logarithmic and / or carried out according to a polynomial function.
  • This process can also take place several times, gradually iteratively or randomly until by the determined distribution of the current values I and a mathematical evaluation of the optimum working range is ⁇ represents has or until a minimum current value 10 at an op ⁇ timalwert Z of the phase control A found is as shown in Figure 2e.
  • This point Z is now maintained as an optimal operating point 14, which can also be stored in the storage device 36 for a later operation of the electric machine 34, for example based on the value pair (10, Z).
  • the operating point 14 can be approached directly under similar operating ⁇ conditions. It is also possible to adapt a characteristic curve based on the optimum operating point 14.
  • the optimum value Z can be determined based on the trend 40 and / or based on the measured values of the current or current values I shown in FIG. 2b and FIG.
  • the optimum operating point 14 lies in a non-safe area 22, as explained in FIG. 1a.
  • This area 22 is defined by the fact that the electric machine 32 is getting too little power to operate safely. Therefore, the optimization described above would run until the electric machine 34 stops. In order to prevent this, it is advisable to take into account further parameters, such as a variance of the current values I.
  • a threshold for the variance may be stored in the memory device 32, and upon reaching this threshold, the optimization may be stopped.
  • the variance may e.g. be determined by means of a standard deviation.
  • the speed can be specified and the current is adjusted accordingly to an optimum.
  • another form of drive e.g. a current-controlled operation, in which a current is allowed and sets the maximum possible speed (so-called DC shunt machine).
  • the invention therefore also encompasses embodiments in which the operating parameter current I can be predetermined and values of the rotational speed are recorded until the operating parameter is optimally selected approximately at a maximum rotational speed. Accordingly, the optimum value Z may be a minimum or a maximum.
  • Figures 3a to 3f show, respectively, a current I as a function of a phase control A and schematically illustrate a function ⁇ onêt a motor control assembly 30 according to an embodiment of the invention. Shown is a trend 40, which can be determined as described above.
  • the monotonically increasing trend 40 of Figure 3a indicates that the optimal operating point 14 is at lower values A, whereas it may be found at higher values in the monotonically decreasing trend 40 of Figure 3e.
  • Trend 40 of Figure 3d has a minimum so that the operating point 14 is already found and the iteration can be stopped.
  • the trend 40 in FIG. 3 c has a maximum, so that either a further iteration can be advantageous for smaller and / or larger values of the drive angle A, or an optimum operating point 14 corresponding to the maximum can already be found.
  • the constant trend 40 of FIG. 3b and the zigzag course of the trend 40 in FIG. 3f it can be assumed, for example, that there is a fault and the optimization should be stopped.
  • a falling trend 40 may further determine the direction of optimization.
  • a consistent and / or non-uniform trend 40 can be treated differently depending on the technical application.
  • a variance may be too low here.
  • An advantage here may be that this method can automatically reach an optimum operating point 14 and the arithmetic / regulatory effort can be relatively low. Furthermore, no large, memory-intensive maps need to be maintained.
  • another mathematical consideration and / or evaluation e.g. a derivative of any degree, be used.
  • FIG. 4 shows a vehicle 50 with a motor control arrangement 30 and an electric machine 34 according to an embodiment of the invention.
  • the engine control assembly 30 of FIG. 4 has In doing so, elements and features resemble the most recently described engine control assembly 30.
  • FIG. 5 shows a flowchart for illustrating steps of a method for determining an optimum value Z of a
  • a value of the operating parameter of the electric machine 34 is varied within a predetermined interval ⁇ 1 and in a step S2 current values I of a current supplied to the electric machine 34 during operation are determined, which are stored in a storage device 32 in a step S3 ,
  • an optimum value Z of the operating parameter is determined on the basis of the stored current values I.
  • Step S4 may include a step of determining a minimum current value 10 from the back ⁇ terighten current values I and / or of determining a trend 40 of the current values I as a function of the values of A Radiopa ⁇ rameters.

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Abstract

Es wird eine Motorsteuerungsanordnung (30) für eine elektrische Maschine (34) sowie ein entsprechendes Verfahren angegeben. Die Motorsteuerungsanordnung (30) weist eine Strommesseinrichtung (32) zum Ermitteln von Stromwerten (I), eine Speichervorrichtung (36) zum Hinterlegen der Stromwerten (I) und eine Regelvorrichtung (38) auf, wobei diese dazu eingerichtet ist, einen Wert (A) des Betriebsparameters in einem vorbestimmten Intervall (∆A1) zu variieren, und wobei die Motorsteuerungsanordnung (30) dazu eingerichtet ist, zugehörige Stromwerte (I) in der Speichervorrichtung (36) zu hinterlegen. Basierend auf den hinterlegten Stromwerten (I) wird sodann ein minimaler Stromwert (I0) ermittelt.

Description

Beschreibung
Automatische Optimierung eines Betriebsparameters einer elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft allgemein die Steuerung bzw. Ansteuerung von elektrischen Maschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Motoransteuerungsanordnung für eine elektrische Maschine sowie ein entsprechendes Verfahren.
Elektrische Maschinen werden in diversen Varianten in vielen Bereichen der Industrie, insbesondere in der Automobilindustrie, eingesetzt. Eine vielfach eingesetzte Variante ist bei¬ spielsweise der elektronisch kommutierte Motor, auch EC-Synchron Motor (Electronically Commutated, EC) genannt, welcher Permanentmagnete zum Antrieb aufweist und beispielsweise bei Kraftstoffpumpen und/oder Wasserpumpen unter anderem auch in Kraftfahrzeugen jeglicher Art und darüber hinaus eingesetzt wird .
Derartige elektrische Maschinen können in verschiedenen elektrischen Betriebsarten und/oder mittels verschiedener Motorsteuerungen bzw. Motoransteuerungen betrieben werden. Eine Art der Motorsteuerung ist etwa die sogenannte Blockkommu- tierung, bei welcher während eines Betriebes einzelne Phasen der elektrischen Maschine bestromt werden.
Eine Unterform der Motorsteuerung ist ferner die sensorlose Ansteuerung, bei welcher mit Hilfe einer in den Statorspulen des Motors induzierten Spannung während einer Austastlücke eine
Position des Rotors ermittelt und somit das Weiterschalten des Drehfelds präzise gesteuert werden kann.
Für den eigentlichen Betrieb werden hierbei häufig Betriebs- parameter des Motors bzw. entsprechende Werte der Betriebs¬ parameter eingestellt, um die Motorsteuerung anzupassen.
Beispielsweise kann eine Ansteuertreguenz (auch Pul- se-Width-Modulation Ansteuerfrequenz genannt), d.h. eine Frequenz, mit der die Spannung während einzelner Kommutierungsblöcke getaktet wird, eingestellt werden. Auch kann beispielsweise ein Ansteuerwinkel, d.h. ein Winkel zwischen dem Beginn einer elektrischen Ansteuerung bzw. einer Bestromung einer Phase und einer tatsächlichen mechanischen Rotorposition, eingestellt werden.
Grundsätzlich können Werte der Betriebsparameter bei einem konstanten Wert belassen werden und der Motor kann so betrieben werden. Meist wird jedoch eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld erzeugt und etwa in einem Steuergerät hinterlegt, wobei ein solches Kennfeld typischerweise für einen sicheren Betrieb ausgelegt ist .
In solchen Kennlinien und/oder Kennfeldern definierte bzw. hinterlegte Kenndaten werden während des Betriebes von elektrischen Maschinen, insbesondere bei Kraftstoffpumpen, durch mathematische Methoden interpoliert, um weitere Werte der Betriebsparameter für eine aktuelle Betriebsbedingung, wie z.B. eine aktuelle Last und/oder Drehzahl, zu ermitteln und den Motor entsprechend anzusteuern.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Motorsteuerungsanordnung für eine elektrische Maschine anzugeben, mit Hilfe derer die elektrische Maschine individuell und unter Berücksichtigung aktueller Betriebsbedingungen optimal angesteuert und/oder betrieben werden kann. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerungs¬ anordnung für eine elektrische Maschine vorgeschlagen. Die Motorsteuerungsanordnung weist eine Strommesseinrichtung zum Ermitteln, Bestimmen, Messen und/oder Detektieren eines Stromwertes eines der elektrischen Maschine im Betrieb zuge- führten elektrischen Stromes auf. Weiter weist die Motorsteuerungsanordnung eine Speichervorrichtung zum Hinterlegen von durch die Strommesseinrichtung ermittelten Stromwerten und eine Regelvorrichtung zum Anpassen und/oder Variieren wenigstens eines Wertes wenigstens eines Betriebsparameters der
elektrischen Maschine auf. Die Regelvorrichtung ist dazu eingerichtet, während des Betriebes der elektrischen Maschine einen Wert des Betriebsparameters, insbesondere einen aktuellen Wert, in einem vorbestimmten und/oder vorgegebenen Intervall zu variieren. Die Motorsteuerungsanordnung und/oder die Strom- mes seinrichtung ist dazu eingerichtet, bei Variation des Wertes des Betriebsparameters durch die Strommesseinrichtung ermit¬ telte Stromwerte in der Speichervorrichtung zu hinterlegen. Die Motorsteuerungsanordnung und/oder die Regelvorrichtung ist ferner dazu eingerichtet, basierend auf den bei Variation des Wertes des Betriebsparameters ermittelten und in der Spei¬ chervorrichtung hinterlegten Stromwerten einen minimalen Stromwert zu ermitteln.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß während des Betriebes der elektrischen Maschine wenigstens ein Wert wenigstens eines Betriebsparameters variiert und die den variierten Werten entsprechenden Stromwerte werden in der Speichervorrichtung hinterlegt. Es können auch mehrere Werte unterschiedlicher Betriebsparameter gleichzeitig oder nacheinander variiert werden. Auch die jeweils variierten bzw. den Stromwerten zugeordneten Werte des Betriebsparameters können in der Spei¬ chervorrichtung hinterlegt werden, um Information über den der elektrischen Maschine zugeführten Strom als Funktion des jeweiligen Betriebsparameters zu erlangen. Diese Information kann etwa als Verteilung der Stromwerte in Abhängigkeit der Werte des Betriebsparameters, insbesondere als Daten in der Speicher¬ vorrichtung, vorliegen. Anhand dieser Stromwerte und/oder Werte des Betriebsparameters kann so der minimale Stromwert ermittelt werden . Die elektrische Maschine kann insbesondere einen elektrisch kommutierten Motor (EC Synchron-Motor ) bezeichnen, wie er insbesondere in Kraftstoffpumpen oder Wasserpumpen zum Einsatz kommen kann. Die elektrische Maschine kann jedoch auch jede andere Art von elektrische Maschine bezeichnen.
Die Strommesseinrichtung kann dabei Teil der elektrischen Maschine sein oder als separate Messeinrichtung vorliegen, welche mit der elektrischen Maschine verbunden sein kann.
Die Speichervorrichtung kann jede Art von Speicher, insbesondere ein RAM-Speicher (Random Access Memory) und/oder ein
FLASH-Speicher, sein. Das vorbestimmte und/oder vorgegebene Intervall kann einen beliebigen Wertebereich des Betriebsparameters um einen aktuellen Wert des Betriebsparameters, mit welchem die elektrische angesteuert wird, bezeichnen. Das Intervall kann beispielsweise zwischen 5% und 50% des aktuellen Wertes betragen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einer Motorsteuerungsanordnung, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie Auto, Bus oder Lastkraftwagen, oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug, wie Helikopter oder Flugzeug, oder beispielsweise um ein elektrisch betriebenes Fahrrad.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Optimalwertes eines Betriebsparameters für eine elektrische Maschine.
Merkmale, Elemente und/oder Eigenschaften der Motorsteue¬ rungsanordnung und/oder des Fahrzeugs können Merkmale, Elemente und/oder Eigenschaften des Verfahrens sein und umgekehrt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Motorsteuerungsanordnung ferner dazu eingerichtet, einen dem minimalen Stromwert zugeordneten Optimalwert des Betriebsparameters zu bestimmen. Der Optimalwert kann dabei einen für die jeweilige Betriebsbedingung der elektrischen Maschine, beispielsweise eine jeweilige Last und/oder Drehzahl, optimalen Arbeitspunkt und/oder Betriebspunkt bezeichnen. Mit anderen Worten kann der Optimalwert demjenigen Wert des Betriebsparameters entsprechen, für welchen ein Stromverbrauch der elektrischen Maschine bei den aktuellen Betriebsbedingungen minimal ist. Der Optimalwert kann ferner für die jeweilige Betriebsbedingung, bei welcher er bestimmt wurde (z.B. Last, Drehzahl), in der Speichervorrichtung hinterlegt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Motorsteuerungsanordnung ferner dazu eingerichtet, einen aktuellen Wert des Betriebsparameters der elektrischen Maschine entsprechend dem Optimalwert anzupassen. Mit anderen Worten kann die Maschine mit dem ermittelten Optimalwert betrieben werden. So kann die elektrische Maschine unter Zuführung einer minimalen
elektrischen Leistung bzw. unter Zuführung einer minimalen Strommenge ideal betrieben werden, und es kann Strom zum Betrieb der elektrischen Maschine eingespart werden.
Die Erfindung kann insbesondere als auf den nachfolgend be¬ schriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Wie eingangs beschrieben, werden aktuell statische Kennfelder und/oder Kennlinien zur Motorsteuerung verwendet, wobei Stützstellen der Kennlinien interpoliert werden, um Werte von Betriebsparametern den jeweiligen Betriebsbedingungen anzupassen und so die elektrische Maschine zu betreiben. Häufig werden die einzelnen Stützstellen für einzelne Exemplare der elektrischen Maschine und bei ausgewählten Bedingungen vermessen und für alle nachfolgend produzierten Exemplare der elektrischen Maschine hinterlegt. Somit können insbesondere individuelle fertigungstechnische Unterschiede, wie z.B. Toleranzen, für Exemplare der elektrischen Maschinen einer Baureihe bei der Motorsteuerung unberücksichtigt bleiben. Im realen Betrieb können die Bedingungen für die jeweils, z.B. in einem Fahrzeug, eingesetzte elektrische Maschine von den Bedingungen, auf welche sich die Kenndaten beziehen, abweichen. Die elektrische Maschine kann so unter Umständen nicht in einem optimalen Arbeitsbereich betrieben werden. Ein nicht optimaler Betrieb bzw. Arbeitsbereich kann hierbei eine Ansteuerung der Maschine bezeichnen, bei der elektrische Energie für den Betrieb der Maschine aufgebracht wird, welche jedoch nicht in ein Drehmoment umgesetzt wird. Dabei kann eine beliebige Form von Verlustleistung erzeugt werden .
Durch Bestimmung der Optimalwerte von Betriebsparametern kann andererseits ein Arbeitsbereich der elektrischen Maschine, insbesondere einer Kraftstoffpumpe, erweitert werden und eine Verlustleistung kann reduziert werden. Auch kann die elektrische Maschine bei dem Optimalwert schonender betrieben werden, da beispielsweise mechanische Belastungen, wie etwa Vibrationen, reduziert oder vermieden werden können, wenn ein aktueller Wert des Betriebsparameters, d.h. eine Parametrierung, verändert und/oder angepasst wird. Als Beispiel sei hier genannt, dass eine geringere Ansteuerfreguenz gepaart mit einer minimalen Einschaltzeit eine kleine Stromfläche, d.h. Leistung, in einem Motor erzeugen kann, wodurch eine geringere Drehzahl erreicht werden kann. Ferner kann beispielsweise eine Variation des Feldwinkels zu einem stabileren, insbesondere ruhigeren bzw. vibrationsärmeren, Lauf des Motors führen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Betriebs- parameter wenigstens ein Element ausgewählt aus der Liste umfassend einen Ansteuerwinkel, eine Ansteuertreguenz , eine Schaltzeit, ein Feldwinkel, eine Blockbreite und als externe Betriebsparameter zum Beispiel die Betriebsspannung, die Medientemperatur, der tatsächliche Druck und die Viskosität der Flüssigkeit. Durch Bestimmung von Optimalwerten für die verschiedenen Betriebsparameter kann so etwa ein Laufverhalten der elektrischen Maschine weiter in vorteilhafter Weise verbessert werden. Insbesondere kann ein Stromverbrauch weiter reduziert werden. Die jeweiligen Optimalwerte verschiedener Betriebsparameter können gleichzeitig oder seguentiell nacheinander bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Motorsteuerungsanordnung weiter dazu eingerichtet, basierend auf den in der Speichervorrichtung hinterlegten Stromwerten eine mathematische Auswertung der Stromwerte in Abhängigkeit der Werte des Betriebsparameters vorzunehmen. Eine mathematische Auswertung kann beispielsweise die Bestimmung einer Ableitung, die Ermittlung eines Trends und/oder jede beliebige andere Auswertung, etwa einen Fit, umfassen. Der Trend kann beispielsweise durch Interpolation von Messwerten, Variationsrechnung, Mittelung und/oder beliebiger anderer mathematischer Methoden ermittelt werden .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Motorsteuerungsanordnung weiter dazu eingerichtet, basierend auf den in der Speichervorrichtung (36) hinterlegten Stromwerten (I) einen Trend (40) der Stromwerte (I) in Abhängigkeit der Werte (A) des Betriebsparameters zu ermitteln und basierend auf dem ermit¬ telten Trend (40) einen Optimalwert (Z) des Betriebsparameters zu bestimmen. Mit anderen Worten kann anhand des ermittelten Trends der Optimalwert entsprechend aktueller Betriebsbedin¬ gungen ermittelt und/oder berechnet werden. Auch kann der ermittelte Trend einen Anhaltspunkt darüber liefern, ob bei¬ spielsweise iterativ in einer weiteren Iteration ein neuer bzw. tatsächlicher Optimalwert ermittelt werden sollte.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Regelvorrichtung weiter dazu eingerichtet, den Wert des Betriebspa¬ rameters der elektrischen Maschine in einem weiteren Intervall zu variieren. Das weitere Intervall kann dabei gleich groß, größer oder kleiner als das ursprüngliche Intervall sein. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der Optimalwert nicht in dem ursprünglichen Intervall liegt, sondern außerhalb. Derart kann durch iteratives Anpassen und/oder Verschieben des Intervalls bzw. einer Intervallgröße der Optimalwert ermittelt werden .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Regelvorrichtung weiter dazu eingerichtet, den Wert des Betriebspa¬ rameters stochastisch, linear, exponentiell , logarithmisch und/oder gemäß einer Polynomfunktion innerhalb des Intervalls zu variieren. Auch beliebige andere mathematische Methoden können zur Variation des Wertes des Betriebsparameters dienen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Optimalwertes eines Betriebsparameters für eine elektrische Maschine angegeben. Das Verfahren umfasst die Schritte von Variieren, insbesondere mittels einer Regelvor¬ richtung, eines Wertes des Betriebsparameters der elektrischen Maschine in einem vorbestimmten Intervall. Insbesondere kann der Wert des Betriebsparameters um einen aktuellen Wert herum variiert werden. In einem weiteren Schritt werden, beispielsweise mittels einer Strommesseinrichtung, Stromwerte eines der elektrischen Maschine im Betrieb zugeführten Stromes ermittelt . Die Stromwerte können dabei während des Variierens der Werte des Betriebsparameters ermittelt werden. In einem weiteren Schritt werden die Stromwerte in einer Speichervorrichtung hinterlegt und/oder gespeichert. Die Stromwerte können bei¬ spielsweise als Funktion der (variierten) Werte des Be¬ triebsparameters in der Speichervorrichtung hinterlegt werden. In einem weiteren Schritt wird ein Optimalwert des Betriebs¬ parameters basierend auf den hinterlegten Stromwerten ermittelt und/oder bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Ermitteins des Optimalwertes ferner den Schritt des Ermitteins eines minimalen Stromwertes aus den hinterlegten Stromwerten. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Schritt des Ermitteins des Optimalwertes den Schritt des Ermitteins eines Trends der Stromwerte in Abhängigkeit der Werte des Betriebsparameters, welche vorangehend variiert wurden.
Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Figuren erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch beschränkt wird.
Figur la zeigt schematisch eine Stromaufnahme einer elektrischen Maschine als Funktion eines An Steuerwinkels .
Figur lb zeigt schematisch eine Kennlinie für
eine elektrische Maschine.
Figur lc zeigt schematisch eine Stromaufnahme einer elektrischen Maschine als Funktion eines Ansteuerwinkels .
Figur 2a zeigt schematisch eine Motorsteuerungs¬ anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung .
Figuren 2b bis 2f zeigen jeweils eine Stromaufnahme als
Funktion eines Ansteuerwinkels.
Figuren 3a bis 3f zeigen jeweils eine Stromaufnahme als
Funktion eines Ansteuerwinkels.
Figur 4 zeigt ein Fahrzeug mit einer Motorsteuerungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gleiche und/oder gleichwirkende Merkmale und Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur la zeigt schematisch eine Stromaufnahme bzw. einen einer elektrischen Maschine 34 während des Betriebes zugeführten Strom I als Funktion eines Ansteuerwinkels A einer elektrischen Maschine 34 (siehe Figuren 2a und 4), Figur lb zeigt schematisch eine Kennlinie für eine elektrische Maschine 34 und Figur lc zeigt analog Figur la schematisch die Stromaufnahme bzw. den Strom I als Funktion des Ansteuerwinkels A. Figuren la, lb, lc dienen zur Illustration von der Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken und Erkenntnissen .
Der Übersichtlichkeit halber werden im Folgenden die Strom- aufnähme, der zugeführte Strom sowie Stromwerte mit dem Be¬ zugszeichen I versehen. Gleichermaßen wird der Ansteuerwinkel sowie Werte des Ansteuerwinkels mit dem Bezugs zeichen A versehen .
Der Ansteuerwinkel A bezeichnet einen Winkel zwischen dem Beginn einer elektrischen Ansteuerung bzw. einer Bestromung einer Phase der elektrischen Maschine 34 und einer tatsächlichen mechanischen Rotorposition. Stromaufnahme I und Ansteuerwinkel A sind dabei in beliebigen Einheiten dargestellt. In Figur lb ist schematisch eine Kennlinie für eine elektrische Maschine 34 dargestellt, wobei der Ansteuerwinkel A als Funktion der Drehzahl in beliebigen Einheiten gezeigt ist. Die Kennlinie stellt dabei ein eindimensionales Kennfeld mit unterschiedlichen Ansteu¬ erwinkeln A über der Drehzahl F dar . Einzelne Punkte der Kennlinie entsprechen dabei unterschiedlichen Arbeitspunkten, wobei ein Arbeitspunkt ein bestimmter Wert des Ansteuerwinkels A bei einer bestimmten Drehzahl sein kann.
Gezeigt ist in Figur la eine erste Kurve 10 und eine zweite Kurve 12 des Stromes I als Funktion des Ansteuerwinkels A, wobei die Kurven 10, 12 jeweils konstanten mechanischen Betriebsparametern entsprechen. Kurve 10 kann beispielsweise einem Betrieb einer Kraftstoffpumpe bei 5000 Umdrehungen pro Minute und einem Druck von 4 Bar entsprechen und Kurve 12 kann beispielsweise einem Betrieb bei 8000 Umdrehungen pro Minute und 4 Bar entsprechen.
Anhand der Kennlinie aus Figur lb wird für aktuell eingesetzte elektrische Maschinen 34 ein Wert des Ansteuerwinkels A bestimmt, beispielsweise aus einem Steuergerät ausgelesen oder mittels Interpolation von hinterlegten Kenndaten gemäß Figur lb ermittelt. Der so bestimmte Wert des Ansteuerwinkels A wird dann der elektrischen Maschine 34 zur Steuerung zugeführt. Dies wird auch Bedatung der elektrischen Maschine 34 genannt.
Bei dem in den Figuren la gezeigten Beispiel kann beispielsweise ein Arbeitspunkt 13 für die Kurve 12 und ein Arbeitspunkt 11 für die Kurve 10 ermittelt sein, so dass die elektrische Maschine 34 mit den den jeweiligen Arbeitspunkten 11, 13 zugeordneten Werten A für den Ansteuerwinkel betrieben werden kann. Die Arbeitspunkte 11, 13 können somit ein Wertpaar (I, A) jeweils eines Stromwertes I und eines Ansteuerwinkels A bezeichnen. Die tatsächlichen Arbeitspunkte 11, 13 der elektrischen Maschine 34 stimmen dabei nicht mit den jeweiligen, optimalen Arbeitspunkten 14, 16 entsprechenden Optimalwerten des Ansteuerwinkels A überein, bei welchen die Stromaufnahme I für die jeweilige Kurve 10, 12 minimal ist. Ersichtlich ist der dem Arbeit spunkt 13 zugeordnete Wert des Ansteuerwinkels für die Kurve 12 zu hoch und der dem Arbeitspunkt 11 zugeordnete Wert A für die Kurve 10 zu gering gewählt . Für beide Fälle kann daher durch Veränderung des Ansteuerwinkels A ein energetischer Vorteil, d.h. eine Stromersparnis, erreicht werden, welcher in Figur la mit ΔΙιο für Kurve 10 und mit ΔΙ12 für Kurve 12 gekennzeichnet ist. Je nach Betriebsbedingung kann dieser Vorteil größer oder kleiner ausfallen.
Allgemein kann daher durch Veränderung des elektrischen Ansteuerwinkels A bzw. zugehöriger Werte A die Stromaufnahme I der elektrischen Maschine 34 beeinflusst werden, wobei bei den in Figuren la und lb gezeigten Beispielen durch unterschiedliche Ansteuerwinkel, d.h. Winkel des Magnetfeldes zum Rotor, und dadurch unterschiedliche Kräfteverhältnisse die elektrische Energie nicht unter allen Bedingungen, d.h. etwa bei verschiedenen Drehzahlen und/oder Lasten, optimal in mechanische Energie umgesetzt werden kann. Die mechanische Energie ist für die Kurven 10, 12, welche auch als Kennlinien bezeichnet werden können, jeweils konstant, so dass es entlang jeder Kurve 10, 12 jeweils einen der jeweiligen Betriebsbedingung entsprechenden Optimalwert für den Ansteuerwinkel A gibt . Bei unterschiedlichen Belastungen und unterschiedlichen Drehzahlen können die Optimalwerte des Ansteuerwinkels für die optimalen Arbeitspunkte 14, 16 für unterschiedliche elektrische Maschinen 34 jedoch voneinander abweichen, was etwa auf fertigungstechnische Un¬ terschiede und/oder Toleranzen in der Fertigung zurückzuführen sein kann. Bisher wurde dieses Verhalten lediglich in statischer Form, etwa mittels statischer Kennlinien, wie in Figur lb gezeigt, berücksichtigt, welche zum Teil nicht alle Bedingungen abdecken kann. Näherungsweise wird dieser Umstand bei aktuellen elektrischen Maschinen 34 anhand eines komplexen Kennfeldes verbessert. Beispielsweise werden häufig zweidimensionale
Kennlinien in einem Steuergerät hinterlegt . Dabei kann etwa für unterschiedliche Lasten, z.B. unterschiedliche Drücke für eine elektrische Pumpe, jeweils eine der in Figur lb gezeigten Kennlinie entsprechende Kennlinie hinterlegt werden. In der Regel bleiben jedoch auch bei zweidimensionalen und/oder mehrdimensionalen Kennfeldern weitere Betriebsparameter unberücksichtigt, welche das Verhalten der elektrischen Maschine 34 beeinflussen können, wie z.B. eine Betriebsspannung oder eine Medientemperatur bei einer Kraftstoffpumpe. Für einfache An- Wendungen kann allerdings bereits mit einem zweidimensionalen Kennfeld eine Verbesserung erreicht werden. Bei komplexeren Anwendung ist diese Verbesserung jedoch häufig nicht zufriedenstellend . Bei dem Einsatz eines komplexen Lastsystems, wie zum Beispiel einem bedarfsgeregelten KraftstoffSystem mit variablem Druck, können Belastungen an den Motor, etwa eine Kraftstoffpumpe, bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen stark unterschiedlich sein. Der Motor bzw. die Pumpe wird daher mit hoher Wahrscheinlichkeit nur selten mit dem jeweiligen dieser Betriebsbedingung entsprechenden Optimalwert, d.h. dem dem je- weiligen optimalen Arbeitspunkt 14, 16 zugeordneten Wert des Ansteuerwinkels A, betrieben.
Die Strich-Punkt-Linie 18 in Figur la zeigt exemplarisch den erwarteten Verlauf des Optimalwertes des Ansteuerwinkels für verschiedene Betriebsbedingungen. Verschiedene Betriebsbe¬ dingungen können z.B. verschiedene Drehzahlen und/oder verschiedene Lasten der elektrischen Maschine 34, d.h. beispielsweise unterschiedliche Drücke für eine elektrische Pumpe, sein .
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, die elektrische Maschine 34 bei allen Betriebsbedingungen mit dem dem jeweiligen optimalen Arbeitspunkt 14, 16 zugeordneten Wert des Ansteu¬ erwinkels A zu betreiben. Limitierend können dabei die beiden schraffierten Bereiche 20, 22 sein. Bereich 22 stellt in gewisser Form eine Überlast dar, d.h. die mechanische Energie, die aus der elektrischen Energie erzeugt wird, kann in diesem Bereich 22 gegebenenfalls nicht ausreichend sein, um die elektrische Maschine 34 sicher zu drehen . Bei der Bedatung von Motoren mittels Kennlinien bzw. Kennfeldern, wie in Figur lb gezeigt, wird dieser Bereich 22 in der Regel für Worst-Case-Motoren vermieden, und es kann sich ein beträchtlicher Abstand zum tatsächlichen
Grenzbereich darstellen. Dagegen wird die elektrische Maschine 34 im Bereich 20 mit sehr viel Kraft gezogen, obwohl diese nicht notwendig wäre. Mechanisch drückt sich dies zum Beispiel in
Schwingungen der elektrischen Maschine aus, welche der Rotor oder die Last erfährt .
Exemplarisch ist das Verhalten einer elektrischen Maschine 34 in den Bereichen 20, 22 in Figur lc für die Kurve 10 der Figur la dargestellt. Figur lc zeigt dabei analog Figur la schematisch die Stromaufnahme I als Funktion des Ansteuerwinkels A. In Figur lc ist ersichtlich, dass in den Bereichen 20, 22 starke Varianzen in der Stromaufnahme I auftreten können, welche in den Bereichen 20, 22 jeweils mit „min, max" gekennzeichnet sind. Anhand dieser Varianzen kann beispielsweise erkannt werden, dass die elektrische Maschine 34 in einem der Grenzbereiche 20, 22 arbeitet, welche vermieden werden sollten.
Figur 2a zeigt schematisch eine Motorsteuerungsanordnung 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Figuren 2b bis 2f illustrieren schematisch eine Funktionsweise der Motorsteue¬ rungsanordnung 30 aus Figur 2a. Die Diagramme in den Figuren 2b bis 2f zeigen dabei die Stromaufnahme I in Abhängigkeit des Ansteuerwinkels A und sind in beliebigen Einheiten dargestellt.
Die Motorsteuerungsanordnung 30 weist eine Strommesseinrichtung 32 zum Ermitteln eines Stromwertes bzw. von Stromwerten I eines einer elektrischen Maschine 34 im Betrieb zugeführten elektrischen Stromes I auf. Weiter weist die Motorsteue- rungsanordnung 30 eine Speichervorrichtung 36 zum Hinterlegen von durch die Strommesseinrichtung 32 ermittelten Stromwerten I und eine Regelvorrichtung 38 zum Anpassen und/oder Variieren wenigstens eines Wertes wenigstens eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine 34 auf. Der Betriebsparameter ist im Folgenden beispielhaft, wie im Detail anhand der Figuren 2b bis 2f illustriert, ein Ansteuerwinkel A. Der Betriebsparameter kann alternativ oder zusätzlich auch z.B. eine Ansteuertreguenz , ein Feldwinkel, eine Blockbreite und/oder eine Schaltzeit sein. Die elektrische Maschine 34, welche beispielsweise ein Motor und/oder eine Pumpe sein kann, wird durch die Motorsteue¬ rungsanordnung 30 mit einem Ansteuerwinkel X in Betrieb gesetzt, d.h. zum Laufen gebracht, oder sie läuft bereits. Der An¬ steuerwinkel X kann beispielsweise anhand einer Kennlinie, wie in Figur lb gezeigt, ermittelt sein. Die Regelvorrichtung 38 variiert nun einen Wert des Ansteu¬ erwinkels A in einem vorbestimmten Intervall ΔΑ1, beispielsweise in einem Wertebereich X-a bis X+a. Der Wert des Ansteuerwinkels A kann dabei stochastisch, linear, exponentiell, logarithmisch und/oder gemäß einer Polynomfunktion innerhalb des Intervalls ΔΑ1 variiert werden. Bei Variation des Wertes des Ansteuerwinkels A ermittelt die Strommesseinrichtung 32 Stromwerte I, welche durch die Motorsteuerungsanordnung 30 und/oder die Strommesseinrichtung 32 in der Speichervorrichtung 36 hinterlegt werden.
Die bei Variation des Ansteuerwinkels A innerhalb des Intervalls ΔΑ1 von X-a bis X+a ermittelten Stromwerte I sind schematisch in Figur 2b in Abhängigkeit der Werte des Ansteuerwinkels A dargestellt. Basierend auf diesen Stromwerten I wird nun ein minimaler Stromwert Ii durch die Motorsteuerungsanordnung 30 ermittelt .
Dazu wird anhand der Messwerte der Figur 2b ein Trend 40 der Stromwerte I in Abhängigkeit der Werte A des Ansteuerwinkels bestimmt, wie exemplarisch in Figur 2c gezeigt. Der Trend 40 kann eine beliebige Näherungsfunktion der Messwerte, d.h. der Wertpaare (I, A) , aus Figur 2b sein. Mit anderen Worten werden die Messwerte der Figur 2b durch die Motorsteuerungsanordnung 30 ausgewertet, woraus sich der Trend 40 ergeben kann. Der in Figur 2c gezeigte Trend 40 ist eine monoton steigende Funktion des Stromes I als Funktion des Ansteuerwinkels A, was ein Hinweis darauf sein kann, dass der Wert X-a des Ansteuerwinkels A bei dem Stromwert Ii nicht dem Wert der minimalen Stromaufnahme ent¬ spricht und somit noch nicht der ideale Arbeitspunkt für die elektrische Maschine 32 gefunden ist. Der Wert niedrigster Stromaufnahme kann daher bei kleineren Werten A des Ansteu¬ erwinkels als X-a liegen.
Somit wird der Ansteuerwinkel etwa in einer weiteren Iteration bzw. einer weiteren Iterationsschleife in einem weiteren Intervall ΔΑ2 von X-b bis X+b um den Wert X-a herum variiert. Für diese Variation gilt das voranstehend bzgl. der Variation im Intervall ΔΑ1 Gesagte, d.h. insbesondere kann die Variation stochastisch, linear, exponentiell, logarithmisch und/oder gemäß einer Polynomfunktion erfolgen. Dieser Vorgang kann auch mehrfach, schrittweise, iterativ oder zufällig erfolgen, bis sich durch die ermittelte Verteilung der Stromwerte I und eine mathematische Auswertung der optimale Arbeitsbereich einge¬ stellt hat bzw. bis ein minimaler Stromwert 10 bei einem Op¬ timalwert Z des Ansteuerwinkels A gefunden ist, wie in Figur 2e gezeigt. Dieser Punkt Z wird nun als optimaler Arbeitspunkt 14 beibehalten, welcher auch etwa für einen späteren Betrieb der elektrischen Maschine 34 in der Speichervorrichtung 36 hinterlegt werden kann, beispielsweise anhand des Wertepaares (10, Z) . So kann der Arbeitspunkt 14 bei ähnlichen Betriebs¬ bedingungen direkt angefahren werden. Auch eine Anpassung einer Kennlinie basierend auf dem optimalen Arbeitspunkt 14 ist möglich .
Allgemein kann der Optimalwert Z basierend auf dem Trend 40 und/oder basierend auf den in Figur 2b bzw. Figur 2d gezeigten Messwerten des Stromes bzw. Stromwerten I ermittelt werden.
Basierend auf dem voranstehend beschriebenen Beispiel kann es sein, dass der optimale Arbeitspunkt 14 jedoch in einem nicht sicheren Bereich 22 liegt, wie bei Figur la erläutert. Dieser Bereich 22 ist definiert dadurch, dass die elektrische Maschine 32 zu wenig Strom bekommt, um sicher betrieben zu werden. Daher würde die voranstehend beschriebene Optimierung so lange laufen bis die elektrische Maschine 34 stehen bleibt. Um dies zu verhindern ist es ratsam, dass weitere Parameter in Betracht gezogen werden, wie beispielsweise eine Varianz der Stromwerte I .
Diese Begrenzung ist schematisch in Figur 2f illustriert. Die Varianz des Stromes I ist im normalen Arbeitsbereich eher gering, jedoch können bei großer Belastung bzw. zu hohen und/oder zu geringen Ansteuerwinkelwerten die Stromschwankungen verhältnismäßig groß sein. Auch kann es vorkommen, dass ein anderer beobachteter Betriebsparameter hier stärker variiert als üblich, z.B. die Drehzahl kann durch die starke Belastung und dem daraus resultierendem„schweren Lauf" unrund sein und daher ausgeprägte Schwankungen aufweisen. Hier gilt es zu verhindern, dass die Optimierung in diesen Bereich 22 läuft . Allgemein formuliert kann daher eine Begrenzung der Optimierung erforderlich sein.
Beispielsweise kann ein Schwellenwert für die Varianz in der Speichervorrichtung 32 hinterlegt sein und bei Erreichen dieses Schwellenwertes kann die Optimierung gestoppt werden. Die Varianz kann z.B. mittels einer Standardabweichung bestimmt werden .
An dieser Stelle sei bemerkt, dass im voranstehend beschriebenen Beispiel die Drehzahl vorgegeben sein kann und der Strom entsprechend auf ein Optimum angepasst wird. Es ist jedoch auch möglich eine andere Antriebsformen zu wählen, z.B. einen stromgeregelten Betrieb, bei dem ein Strom zugelassen wird und sich die maximal mögliche Drehzahl einstellt (sogenannte DC Nebenschlussmaschine) . Von der Erfindung sind daher auch Ausführungsformen erfasst, bei welchen der Betriebsparameter Strom I vorgeben sein kann und Werte der Drehzahl aufgezeichnet werden, bis etwa bei einer maximalen Drehzahl der Betriebsparameter optimal gewählt ist. Entsprechend kann der Optimalwert Z ein Minimum oder ein Maximum sein.
Figuren 3a bis 3f zeigen jeweils einen Strom I als Funktion eines Ansteuerwinkels A und illustrieren schematisch eine Funkti¬ onsweise einer Motorsteuerungsanordnung 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Gezeigt ist jeweils ein Trend 40, welcher wie voranstehend beschrieben ermittelt sein kann.
Anhand derartiger Trends 40 kann eine Entscheidung durch die erfindungsgemäße Motorsteuerungsanordnung 30 getroffen werden, ob eine weitere Iteration zur Ermittlung des optimalen Arbeitspunktes 14 und/oder des Optimalwertes Z erforderlich ist oder nicht . So indiziert der monoton steigende Trend 40 der Figur 3a, dass der optimale Arbeitspunkt 14 bei kleineren Werten A liegt, wohingegen er bei dem monoton fallenden Trend 40 der Figur 3e bei höheren Werten zu finden sein kann. Trend 40 der Figur 3d weist ein Minimum auf, so dass der Arbeitspunkt 14 bereits gefunden ist und die Iteration gestoppt werden kann. Dagegen weist der Trend 40 bei Figur 3c ein Maximum auf, so dass entweder eine weitere Iteration bei kleineren und/oder größeren Werten des Ansteuerwinkels A vorteilhaft sein kann oder bereits ein optimaler, dem Maximum entsprechender Arbeitspunkt 14 gefunden sein kann. Bei dem konstanten Trend 40 der Figur 3b sowie dem Zick-Zack-Verlauf des Trends 40 bei Figur 3f kann dagegen angenommen werden, dass etwa eine Störung vorliegt und die Optimierung sollte gestoppt werden .
Ein fallender bzw. steigender Trend 40 kann ferner die Richtung der Optimierung bestimmen. Ein gleichbleibender und/oder uneinheitlicher Trend 40 kann je nach technischer Anwendung verschieden behandelt werden. Gegebenenfalls kann hier eine Varianz zu gering gewählt sein. Insgesamt kann so entschieden werden, ob eine weitere Iteration erforderlich ist, während immerfort die Schutz- bzw. Grenzwertbetrachtung, wie bei Figur 2f illustriert, aktiv sein kann. Derart kann verhindert werden, dass unsichere Bereiche 20, 22 angefahren werden. Ein Vorteil kann hier sein, dass diese Methode automatisch einen optimalen Arbeitspunkt 14 erreichen kann und der rechnerische/reglungstechnische Aufwand verhältnismäßig gering sein kann. Ferner brauchen keine großen, speicherintensiven Kennfelder vorgehalten werden. Alternativ oder zusätzlich zu den Trends 40 kann auch eine andere mathematische Betrachtung und/oder Auswertung, z.B. eine Ableitung beliebigen Grades, genutzt werden.
Figur 4 zeigt ein Fahrzeug 50 mit einer Motorsteuerungsanordnung 30 und einer elektrischen Maschine 34 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Motorsteuerungsanordnung 30 der Figur 4 weist dabei dieseleben Elemente und Merkmale wie die voranste end beschriebene Motorsteuerungsanordnung 30 auf.
Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration von Schritten eines Verfahrens zum Ermitteln eines Optimalwertes Z eines
Betriebsparameters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In einem ersten Schritt Sl wird ein Wert des Betriebsparameters der elektrischen Maschine 34 in einem vorbestimmten Intervall ΔΑ1 variiert und in einem Schritt S2 werden Stromwerten I eines der elektrischen Maschine 34 im Betrieb zugeführten Stromes ermittelt, welche in einem Schritt S3 in einer Speichervorrichtung 32 hinterlegt werden. In einem weiteren Schritt S4 wird ein Optimalwert Z des Betriebsparameters basierend auf den hin- terlegten Stromwerten I bestimmt. Schritt S4 kann einen Schritt des Ermitteins eines minimalen Stromwertes 10 aus den hin¬ terlegten Stromwerten I und/oder des Ermitteins eines Trends 40 der Stromwerte I in Abhängigkeit der Werte A des Betriebspa¬ rameters umfassen.

Claims

Motorsteuerungsanordnung (30) für eine elektrische Maschine (34), aufweisend: eine Strommesseinrichtung (32) zum Ermitteln eines Stromwertes (I) eines der elektrischen Maschine im Betrieb zugeführten elektrischen Stromes; eine Speichervorrichtung (36) zum Hinterlegen von durch die Strommesseinrichtung (32) ermittelten Stromwerten (I); eine Regelvorrichtung (38) zum Anpassen wenigstens eines Wertes (A) wenigstens eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine (34), wobei die Regelvorrichtung (38) dazu eingerichtet ist, einen Wert (A) des Betriebspara¬ meters in einem vorbestimmten Intervall (ΔΑ1) zu variieren; wobei die Motorsteuerungsanordnung (30) dazu eingerichtet ist, bei Variation des Wertes (A) des Betriebsparameters durch die Strommesseinrichtung (32) ermittelte Stromwerte (I) in der Speichervorrichtung (36) zu hinterlegen; und wobei die Motorsteuerungsanordnung (30) dazu eingerichtet ist, basierend auf den in der Speichervorrichtung (36) hinterlegten Stromwerten (I) einen minimalen Stromwert (10) zu ermitteln.
Motorsteuerungsanordnung (30) nach Anspruch 1,
wobei die Motorsteuerungsanordnung (30) ferner dazu eingerichtet ist, einen dem minimalen Stromwert (10) zugeordneten Optimalwert (Z) des Betriebsparameters zu bestimmen; und/oder wobei die Motorsteuerungsanordnung (30) ferner dazu eingerichtet ist, einen aktuellen Wert (A) des Betriebsparameters der elektrischen Maschine (34) entsprechend dem Optimalwert (Z) anzupassen.
Motorsteuerungsanordnung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Betriebsparameter wenigstens ein Element ausgewählt aus der Liste umfassend einen Ansteuerwinkel, eine Ansteuertreguenz, eine Schaltzeit, ein Feldwinkel und eine Blockbreite ist. Motorsteuerungsanordnung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Motorsteuerungsanordnung (30) weiter dazu eingerichtet ist, basierend auf den in der Speichervorrichtung (36) hinterlegten Stromwerten (I) eine mathematische Auswertung der Stromwerte (I) in Abhängigkeit der Werte (A) des Betriebsparameters vorzunehmen.
Motorsteuerungsanordnung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Motorsteuerungsanordnung (30) weiter dazu eingerichtet ist, basierend auf den in der Speichervorrichtung (36) hinterlegten Stromwerten (I) einen Trend (40) der Stromwerte (I) in Abhängigkeit der Werte (A) des Betriebsparameters zu ermitteln und basierend auf dem ermittelten Trend (40) einen Optimalwert (Z) des Betriebsparameters zu bestimmen.
Motorsteuerungsanordnung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (38) weiter dazu eingerichtet ist, den Wert (A) des Betriebsparameters der elektrischen Maschine (32) in einem weiteren Intervall (ΔΑ2) zu variieren.
Motorsteuerungsanordnung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Regelvorrichtung (38) weiter dazu eingerichtet ist, den Wert (A) des Betriebsparameters stochastisch, linear, exponentiell , logarithmisch und/oder gemäß einer Polynomfunktion innerhalb des Intervalls (ΔΑ1) zu variieren.
Fahrzeug (50), aufweisend:
eine elektrische Maschine (34); und
eine Motorsteuerungsanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zum Ermitteln eines Optimalwertes (Z) eines Betriebsparameters für eine elektrische Maschine (34), das Verfahren umfassend die Schritte: Variieren eines Wertes (A) des Betriebsparameters der elektrischen Maschine in einem vorbestimmten Intervall
(ΔΑ1) ; Ermitteln von Stromwerten (I) eines der elektrischen Maschine (34) im Betrieb zugeführten Stromes;
Hinterlegen der Stromwerte (I) in einer Speichervorrichtung
(36); und Ermitteln eines Optimalwertes (Z) des Be¬ triebsparameters basierend auf den hinterlegten Strom¬ werten (I) . 10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Ermitteins des Optimalwertes (Z) ferner umfasst: Ermitteln eines minimalen Stromwertes (10) aus den hinterlegten Stromwerten (I); und/oder Ermitteln eines Trends (40) der Stromwerte (I) in Abhängigkeit der Werte (A) des Betriebsparameters.
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