WO2020120302A1 - Verfahren zum betreiben eines lenksystem, steuergerät für ein lenksystem und lenksystem - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines eins Lenksystem eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Eine Spannungsreserve (Ures) wird in Abhängigkeit von einer Kompensationstrajektorie (uαß.comp) für eine zweite Stellspannung (u23) und in Abhängigkeit von einer Modulationsgrenze (Umod) ermittelt. Eine erste Stellspannung (udq) mit einer Grundschwingung wird in Abhängigkeit von der Spannungsreserve (Ures) ermittelt. Eine Kompensationsspannung (udq comp) mit einer Oberschwingung sechster Ordnung zu der Grundschwingung der ersten Stellspannung (udq) wird ermittelt. Die zweite Stellspannung (u23) wird für einen Wechselrichter in Abhängigkeit von der ersten Stellspannung (udq) und in Abhängigkeit von der Kompensationsspannung (udq.comp) ermittelt.
Description
Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines Lenksystem, Steuergerät für ein Lenksystem und
Lenksystem
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystem, ein Steuergerät für ein Lenksystem und ein Lenksystem.
Die im Lenksystem eingesetzte elektrische Maschine ist zahlreichen
Anforderungen ausgesetzt. Aus Packagegründen muss die Maschine möglichst kompakt ausgeführt sein. Aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte hat sich die permanenterregte Synchronmaschine (PMSM) als besonders geeignet erwiesen. Weiterhin müssen die Welligkeiten des abgegebenen Drehmoments und die Motorgehäuseschwingungen unterhalb den zulässigen Grenzwerten liegen, um die Anforderungen an das akustische Verhalten zu erfüllen.
DE 10 2011 004 384 A1 offenbart eine Ansteuerung eines Synchronmotors einer Servolenkung für ein Fahrzeug, umfassend eine Vorrichtung zur PWM- Berechnung zur Steuerung einer Endstufe, eine Endstufe zur Beschattung von Statorwicklungen des Synchronmotors und eine feldorientierte Regelung, wobei die feldorientierte Regelung als Ausgangsgröße einen Sollwinkel zur Verfügung stellt, wobei die Ansteuerung eine Kompensationsvorrichtung aufweist, wodurch der Sollwinkel mit einem Kompensationswinkel beaufschlagbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines
Lenksystems eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst, dass das Steuergerät eine Spannungsreserve in Abhängigkeit von einer
Kompensationstrajektorie für eine zweite Stellspannung und in Abhängigkeit von einer Modulationsgrenze ermittelt, eine erste Stellspannung mit einer
Grundschwingung in Abhängigkeit von der Spannungsreserve ermittelt, eine Kompensationsspannung mit einer Oberschwingung sechster Ordnung zu der Grundschwingung der ersten Stellspannung ermittelt, und die zweite
Stellspannung für einen Wechselrichter in Abhängigkeit von der ersten
Stellspannung und in Abhängigkeit von der Kompensationsspannung ermittelt.
Parasitäre Effekte einer permanenterregten Synchronmaschine resultieren in einer rotorlageabhängigen Drehmomentwelligkeit. Besonders im
Feldschwächbereich tritt eine dominante sechste elektrische Ordnung in den Vordergrund. Zur Kompensation dieser Drehmomentordnung wird beim Betrieb der permanenterregten Synchronmaschine nahe der Spannungsgrenze eine Spannungsreserve vorgehalten. So erfolgt der Eingriff in einen Stromregelkreis beispielsweise durch Aufschaltung einer harmonischen Kompensationsspannung auf die erste Stellspannung. Der Fokus wird auf die Drehmomentwelligkeit als Quelle akustischer Auffälligkeiten gelegt. Ein harmonisches Maschinenmodell berechnet in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt die Kompensationsspannung, die zu einer Auslöschung der störenden Drehmomentordnung führt. Für die Aufschaltung eines zusätzlichen d-, bzw. q- Anteils auf den
Ausgangsspannungsraumzeiger ist stets die zusätzliche Spannungsreserve erforderlich. Die permanenterregte Synchronmaschine kann durch das vorgeschlagene Steuergerät möglichst nahe der Spannungsgrenze betrieben werden und eine Kompensation wird in diesen Betriebspunkten gewährleistet.
Vor dem Hintergrund, dass die permanenterregte Synchronmaschine häufig wie beispielsweise beim Parkiervorgang an der Spannungsgrenze betrieben wird, stellt die bereitgestellte Lösung nicht nur einen Komfortgewinn für den Fahrer dar. Vielmehr bedeutet die Geräuschreduktion auch eine Reduktion an
Reklamationen, da der Fahrer weniger häufig die von der Synchronmaschine erzeugten Geräusche als Defekt wahrnimmt und somit die Werkstatt weniger häufig aufsuchen wird.
Es wird also eine ganzheitliche Methodik bereitgestellt, um die
Drehmomentwelligkeit in Form der sechsten elektrischen Ordnung bis in den Feldschwächebereich vollständig zu kompensieren. Um gleichzeitig eine
maximale Drehmomentausbeute zu erzielen, liegt der Fokus auf einer maximalen Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Modulationsspannung, sodass beispielsweise die Drehmomentwelligkeit unter Ausnutzung der
Übermodulationsbereiche möglichst gut kompensiert werden kann.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die
Modulationsgrenze in einer Spannungsebene entlang eines Kreises verläuft. Die Modulationsgrenze ist damit winkelunabhängig. Vorteilhaft ergibt sich eine zweite Stellspannung, welche innerhalb der Modulationsgrenze verläuft und zu einer vollständigen Kompensation der Drehmomentwelligkeiten beim Betrieb der permanenterregten Synchronmaschine nahe der Spannungsgrenze führt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die
Modulationsgrenze in einer Spannungsebene entlang eines Hexagons verläuft. Die Modulationsgrenze ist damit winkelabhängig. Vorteilhaft wird damit der Stellbereich des Wechselrichters voll ausgenutzt und bei gleichzeitiger
Kompensation der Drehmomentwelligkeiten die Drehmomentausbeute erhöht.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die winkelabhängige Spannungsreserve durch eine Subtraktion eines Betrages der Modulationsgrenze von einem Betrag der winkelabhängigen
Kompensationstrajektorie ermittelt wird. Die Spannungsreserve ermöglicht somit die Kompensation der Drehmomentwelligkeit durch die Aufschaltung der Kompensationsspannung.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die
Kompensationsspannung mittels eines harmonischen Maschinenmodells ermittelt wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die
Kompensationsspannung in Abhängigkeit von einer Ist-Rotorposition einer permanenterregten Synchronmaschine und in Abhängigkeit von der ersten Stellspannung ermittelt wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Stellspannung für den Wechselrichter durch Addition der ersten Stellspannung und der Kompensationsspannung ermittelt wird.
Ein zweiter Aspekt dieser Beschreibung ist auf ein Steuergerät eines
Lenksystems eines Kraftfahrzeugs gerichtet, wobei das Steuergerät (26) mindestens einen Prozessor und mindestens einen Speicher mit
Computerprogrammcode umfasst, wobei der Computerprogrammcode so konfiguriert ist, dass er mit dem mindestens einen Prozessor bewirkt, dass das Steuergerät eine Spannungsreserve in Abhängigkeit von einer
Kompensationstrajektorie für eine zweite Stellspannung und in Abhängigkeit von einer Modulationsgrenze ermittelt, eine erste Stellspannung mit einer
Grundschwingung in Abhängigkeit von der Spannungsreserve ermittelt, eine Kompensationsspannung mit einer Oberschwingung sechster Ordnung zu der Grundschwingung der ersten Stellspannung ermittelt, und eine zweite
Stellspannung für einen Wechselrichter in Abhängigkeit von der ersten
Stellspannung und in Abhängigkeit von der Kompensationsspannung ermittelt.
Ein zweiter Aspekt dieser Beschreibung betrifft ein Lenksystem eines
Kraftfahrzeugs, wobei das Lenksystem einen Wechselrichter, eine
permanenterregte Synchronmaschine und ein Steuergerät gemäß dem ersten Aspekt umfasst.
Weitere Merkmale und Vorteile finden sich in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In den Figuren zeigen:
Figur 1 ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug in schematischer Form;
Figur 2a ein schematisches Blockdiagramm;
Figur 2b ein schematisch dargestelltes Steuergerät;
Figuren 3a, 4a ein jeweiliges schematisches Spannungsdiagramm in einem dq- System; und
Figuren 3b, 4b ein jeweiliges schematisches Spannungsdiagramm in einem aß- System.
Figur 1 zeigt in schematischer Form ein Lenksystem 2 mit einer Hilfskraftlenkung 4. Des Weiteren kann das Lenksystem 2 wie gezeigt auch eine
Überlagerungslenkung 6 umfassen. Das Lenksystem 2 weist ein Lenkgetriebe 8 auf, das beispielsweise als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. In dieser Beschreibung wird überwiegend von einer Zahnstangenlenkung ausgegangen, wobei das Lenkgetriebe 24 ein Ritzel 10 und eine Zahnstange 12 umfasst. Das Lenkgetriebe 8 ist über das Ritzel 10 und die Zahnstange 12 auf jeder
Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 14 verbunden, das jeweils mit einem Rad 16 zusammenwirkt. Grundsätzlich stellt das Lenksystem 2 eine von einer Vielzahl möglicher Ausführungsformen für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtungen dar. Andere
Ausführungsformen können somit durch andere Lenkgetriebe oder durch eine andere Anordnung von Antrieben ausgeführt sein. Insbesondere ist das
Lenksystem 2 in einer Ausführungsform ein Steer-By-Wire Lenksystem. Ferner können weitere Sensoren in dem Lenksystem angeordnet sein, auf deren Anordnung und Ausführung an dieser Stelle nicht eingegangen wird.
An einem Drehstab 18 des Lenksystems 2 ist ein Lenkmittel 20 des
Lenksystems, beispielsweise ein Lenkrad angeordnet. Mittels der
Überlagerungslenkung 6 kann der vom Fahrzeugführer aufgebrachte
Lenkmittelwinkel in einem Normalbetrieb des Lenksystems 2 hin zum
Lenkgetriebe 8 vergrößert oder verkleinert werden. Diese Lenkwinkeldifferenz, die von der Überlagerungslenkung 6 in das Lenkgetriebe 8 eingebracht wird, wird auch als Zusatzlenkwinkel bezeichnet. Selbstverständlich kann anstatt eines Drehstabes 18 auch eine Lenksäule zwischen dem Lenkmittel 20 und der Überlagerungslenkung 6 angeordnet sein. In dieser Ausführungsform ist der Drehstab 18zwischen der Überlagerungslenkung 6 und der Hilfskraftlenkung 4 angeordnet.
Die Hilfskraftlenkung 4 des Lenksystems 2 umfasst eine permanenterregte Synchronmaschine 22, einen der Antriebseinheit 22 zugeordneten
Wechselrichter 23 und ein Getriebe 24. Der Wechselrichter 23 erzeugt eine modulierte Stellspannung uuvw zum Betreiben der permanenterregten
Synchronmaschine 22. Ein Steuergerät 26 des Lenksystems ist der
permanenterregten Synchronmaschine 22 zugeordnet. Die permanenterregten Synchronmaschine 22 wirkt über das Getriebe 24 auf die Zahnstange 12.
Einem Block 102 des Steuergeräts 26 wird ein von einem Sensor 32 des Lenksystems 2 ermitteltes Drehstabmoment 34 zugeführt. Das Lenksystem 2 umfasst einen Positionssensor 38, welcher eine Ist-Zahnstangenposition 40 ermittelt , welche dem Block 102 des Steuergeräts 26 zugeführt wird. Des Weiteren umfasst das Kraftfahrzeug einen Geschwindigkeitssensor 42, welcher eine Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit 44 ermittelt und diese dem Steuergerät 26 zuführt. Alternativ kann die Ist-Fahrzeuggeschwindigkeit 44 auch von einem weiteren Steuergerät dem Steuergerät 26 zugeführt werden.
In Abhängigkeit von dem zugeführten Drehstabmoment 34, der zugeführten Ist- Zahnstangenposition 40 und der Ist-Geschwindigkeit 44 des Kraftfahrzeugs ermittelt das Steuergerät 26 ein Unterstützungsmoment Mref, welches einen Sollwert für ein mittels der permanenterregten Synchronmaschine 22 in das Lenksystem 2 einzubringendes Unterstützungsmoment darstellt und
beispielsweise entsprechend umgewandelt als Stellgröße der permanenterregten Synchronmaschine 22 in Form der modulierten Stellspannung uuvw zugeführt wird.
Ein Sensor 46 des Lenksystems 2 ermittelt einen Ist-Statorstrom idq der permanenterregten Synchronmaschine 22. Der Ist-Statorstrom idq ist beispielsweise eine vektorielle Größe und umfasst die Komponenten id und iq im iq-System. Ein Sensor 48 des Lenksystems 2 ermittelt eine Ist-Rotorposition ϋ der permanenterregten Synchronmaschine 22. Ein Block 104 ermittelt eine Modulationsgrenze Umod. Ein Block 106 transformiert eine
Kompensationstrajektorie einer zugeführten Kompensationsspannung udq comp in eine statorfeste Kompensationstrajektorie uaß Comp. Eine Trajektorie wie eine der zuvor genannten Kompensationstrajektorien definiert eine Bahnkurve in einem jeweiligen Koordinatensystem, auf welchem die Kompensationsspannung über der Zeit verläuft. Eine Trajektorie wie beispielsweise die
Kompensationstrajektorie uaß Comp wird folglich mittels einer vektoriellen Größe wie beispielsweise einer Kompensationsspannung uaß Comp abgefahren.
Ein Block 108 ermittelt eine Spannungsreserve Ures in Abhängigkeit von der Modulationsgrenze Umod und in Abhängigkeit von der Kompensationstrajektorie Uaß comp- Ein Block 110 ermittelt die Kompensationsspannung udq comp in Abhängigkeit von einer ersten Stellspannung udq und in Abhängigkeit von der Ist- Rotorposition ϋ. Der Block 110 umfasst beispielsweise ein harmonisches Maschinenmodell und ist als solches bezeichenbar. Die aus dem
Maschinenmodell hervorgehende Kompensationsspannung udq comp wird im dq- System gemäß der Gleichungen (1) und (2) definiert.
ud comp ist eine winkelabhängige Kompensationsspannung in d-Richtung. Ud b ist eine Amplitude der Kompensationsspannung udq comp. 6ei ist die elektrische Rotorlage. <pd b ist die Phasenlage der Kompensationsspannung ud comp. Analog gilt dies für uq comp, allerdings in q-Richtung.
Ein Block 112 ermittelt einen Soll-Statorstrom idq,re mit Komponenten id.ref und iq.ref in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Unterstützungsmoment Mre , in Abhhängigkeit von der Spannungsreserve Ures und in Abhängigkeit von der Ist- Rotorposition ϋ. An einer Additionsstelle wird die Regeldifferenz d in
Abhängigkeit von dem Soll-Statorstrom idq,re und in Abhängigkeit von dem Ist- Statorstrom idq ermittelt. Ein Block 116 stellt einen Regler dar, welcher in Abhängigkeit von der Regeldifferenz d die erste Stellspannung udq ermittelt. An einer Additionsstelle 118 wird eine zweite Stellspannung u2 in Abhängigkeit von der ersten Stellspannung udq und in Abhängigkeit von der
Kompensationsspannung udq comp ermittelt. Der Wechselrichter 23 moduliert die einstellbaren Spannungen im Sinne der die modulierten Stellspannung uuvw derart, sodass an den Statorwicklungen der permanenterregten
Synchronmaschine 22 eine wirksame Spannung eingestellt wird, welche der zweiten Stellspannung u23 entspricht. Die erste Stellspannung udq wird von dem Regler 116 errechnet. Die zweite Stellspannung u23 wird dem Wechselrichter 32 zugeführt, sodass der Wechselrichter 23 durch Modulation diese Stellspannung u23 an der permanenterregten Synchronmaschine 22 einstellt. Folglich stellt das Steuergerät 26 die zweite Stellspannung u23 bereit und leitet diese dem
Wechselrichter 23 zu, welcher unter Verwendung der zweiten Stellspannung die permanenterregte Synchronmaschine 22 ansteuert.
Eine zur Drehmomentbildung zur Verfügung stehende Spannung Ueff wird gemäß Gleichung (3) ermittelt, wobei Umod die Modulationsgrenze ist, wobei Rs der Statorwiderstand ist, wobei Imax der maximale Strombetrag an einer
Statorwicklung ist und Ures die Spannungsreserve ist.
Ueff — Umod— Us I nax ~ Ures (3)
Die Berechnung des Soll-Statorstroms G dq ref erfolgt gemäß den Gleichungen (4) bis (7), wobei Zp eine Polpaaranzahl ist, if pni d eine Permanentmagnet- Flussverkettung in d-Richtung ist, Ld , Lq eine jeweilige Induktivität in d- bzw. q- Richtung ist, w eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ist, und l ein Lagrange Multiplikator ist.
Der Soll-Statorstrom G dq Tef wird mithilfe der Drehmomentgleichung (4), sowie der zur Verfügung stehenden Spannung L/eff berechnet. Die Spannungsbegrenzung wird mithilfe des verketteten Flusses yo durch Gleichung (5) beschrieben. Daraus resultiert ein Optimierungsproblem mit einem zu maximierenden Drehmoment und der Spannungsbegrenzung als Nebenbedingung gemäß Gleichung (6). Mit Hilfe der negativen Drehmomentgleichung und der Nebenbedingung lässt sich die zu minimierende Lagrange-Funktion (7) entwickeln, aus der der
betriebsoptimale Soll-Statorstrom G dq,ref mit den Komponenten id,ref und iq,ref gemäß einer jeweiligen d- bzw. q-Richtung berechnet wird.
Mittels der Referenzwertberechnung gemäß dem Soll-Statorstrom G dq Tef wird die Grundschwingungsamplitude udq der zweiten Stellspannung u23 in der Art begrenzt, damit stets die Aufschaltung der Kompensationsspannung udq comp gewährleistet wird. Hierzu wird die Kompensationsspannung udq comp gemäß der Gleichung (8) in das statorfeste ab-System gemäß der Kompensationsspannung Uaß,comp transformiert.
Die aufzuschaltende Form der Kompensationsspannung udq comp wird durch deren d- und q- Komponente charakterisiert. In Abhängigkeit von Amplitude und Phase der jeweiligen Komponente ergeben sich entsprechende
Kompensationstrajektorien udq comp. Im Allgemeinfall wird die
Kompensationstrajektorie durch eine Ellipse beschrieben mit variabler
Ausdehnung und Orientierung in der Spannungsebene. Im Extremfall reduziert sich die Ellipse zu einem Kreis oder einer Geraden.
Mithilfe eines Eingriffs in die Berechnung des Soll-Statorstroms G dq Vef
(MMPA/MMPV-Strategie) wird dafür gesorgt, dass eine geeignete
Spannungsreserve Ures vorgehalten wird, die eine Spannungsaufschaltung der erforderlichen Kompensationstrajektorie udq comp erlaubt.
Figur 2a zeigt ein schematisches Blockdiagramm. Gemäß einem Block 202 wird die Spannungsreserve Ures in Abhängigkeit von der Kompensationstrajektorie uaß comp für die zweite Stellspannung u23 und in Abhängigkeit von der
Modulationsgrenze Umod ermittelt. Ein Block 204 ermittelt die erste
Stellspannung udq mit einer Grundschwingung in Abhängigkeit von der
Spannungsreserve Ures. Gemäß einem Block 206 wird die feldorientierte Kompensationsspannung udq comp mit einer Oberschwingung sechster Ordnung zu der Grundschwingung der ersten Stellspannung Übermittelt. Gemäß einem Block 208 wird die zweite Stellspannung u23 für den Wechselrichter in
Abhängigkeit von der ersten Stellspannung udq und in Abhängigkeit von der Kompensationsspannung udq comp ermittelt.
Figur 2b zeigt das schematisch dargestellte Steuergerät 26. Das Steuergerät 26 weist einen Prozessor P auf, der über eine Datenleitung mit einem
Speicherelement Mem verbunden ist. Der Prozessor P ist auch als digitales Rechengerät bezeichenbar, auf dem die hier beschriebenen Verfahren ausgeführt werden können. Das Speicherelement Mem ist auch als
Speichermedium bezeichenbar. Auf dem Speicherelement Mem ist ein auf dem Prozessor P auszuführbares Computerprogramm als Computerprogrammcode abgespeichert.
Figur 3a ist im feldorientierten dq-Koordinatensystem dargestellt. Gemäß den Figuren 3a und 3b ist der Innenkreis der Raumzeigerebene mit maximalem Durchmesser als Modulationsgrenze Umod festgelegt, welche auch als winkelunabhängige Spannungsgrenze bezeichenbar ist. Diese
Modulationsgrenze Umod ist durch Gleichung (9) definiert, welche durch
Anwendung der Raumzeigermodulation im linearen Modulationsbereich erreicht wird. Udc bezeichnet die Batteriespannung oder die Zwischenkreisspannung. Die Modulationsgrenze Umod ist in Figur 3b (statororientiertes Koordinatensystem) der maximale Innenkreis, welcher in das Hexagon eingezeichnet werden kann.
Die einstellbare Modulationsspannung wird durch den ohmschen
Spannungsabfall an den Statorwicklungen reduziert. Über die vorzuhaltende Spannungsreserve Ures wird schließlich die Kompensation gewährleistet.
Die Überlagerung aus einem Grundschwingungsanteil und einem
Kompensationsanteil in Form der Kompensationsspannung uaß Comp führt zu der winkelabhängigen Ausgangsstrajektorie uaß für die zweite Stellspannung u2 , wobei die statorfeste Stellspannung uaß entlang der winkelabhängigen
Ausgangstrajektorie uaß verläuft. Die statorfeste Stellspannung uaß entspricht analog zur Gleichung (8) der zweiten feldorientierten Stellspannung u23.
Aus Symmetriegründen genügt es im Folgenden den Ausschnitt der
Raumzeigerebene von ϋ = 0° - 60° in Figur 3b zu betrachten, wobei ϋ den
elektrischen Winkel der statorfesten Stellspannung uaß bezeichnet. In diesem
Bereich wird für eine definierte Anzahl an Winkelwerten die Differenz der Kompensationstrajektorie uaß und der Modulationsgrenze Umod gemäß der
Gleichung (10) vorausberechnet. Der elektrische Winkel ϋ der statorfesten Stellspannung uaß unterscheidet sich von der elektrischen Rotorlage 6ei durch einen Offset.
Aus der maximalen Spannungsdifferenz max
i9)) ergibt sich schließlich die erforderliche Spannungsreserve Ures, die zu einer Begrenzung der
Grundschwingungsamplitude führt. Die Begrenzung der
Grundschwindungsamplitude führt dazu, dass sich die Ausgangstrajektorie uaß stets innerhalb der Modulationsgrenze Umod befindet. Damit wird eine angeforderte Ausgangstrajektorie uaß an, welche sich außerhalb des Hexagons H befindet, in den einstellbaren Spannungsbereich skaliert, so dass lediglich die äußeren Punkte der Ausgangstrajektorie uaß auf der Modulationsgrenze Umod befinden. Der Innenbereich des Hexagons H entspricht einem durch den Wechselrichter 23 stellbaren Bereich.
Die Figuren 4a und 4b zeigen ein weiteres Beispiel, bei dem der Stellbereich des Wechselrichters 23 voll ausgenutzt und dadurch die Drehmomentausbeute erhöht wird. Durch Modulation des Wechselrichters 23 im nichtlinearen
Modulationsbereich kann die volle hexagonale Spannungsfläche eingestellt werden. Diese sogenannten Übermodulationsbereiche in den Ecken der Raumzeigerebene können für die Kompensation der sechsten elektrischen Ordnung im Drehmoment herangezogen werden. Die angeforderte elliptische Ausgangstrajektorie uaß an kann dann gemäß Figur 4a über den linearen
Stellbereich hinaus eingestellt werden. Die Modulationsgrenze Umod wird demnach durch eine winkelabhängige Funktion gemäß Gleichung (11) definiert, die entlang des Hexagons verläuft.
p
mit i9' = ϋ mod- 3
Die Ausgangstrajektorie uaß für die zweite Stellspannung u23, die für die Kompensation der Drehmomentwelligkeit erforderlich ist, wird hier nun mit der winkelabhängigen Modulationsgrenze Umod an definierten Winkelwerten über ein Sechstel der Modulationsfläche verglichen. Aus der maximalen Betragsdifferenz gemäß der Gleichung (12) wird die erforderliche Spannungsreserve Ures vorhergesagt bzw. ermittelt.
Wie aus Abbildung 4b ersichtlich, ist die zusätzliche Vorhaltung einer
Spannungsreserve Ures nur dann erforderlich, wenn in Abhängigkeit des Winkels der harmonischen Kompensationsspannung udq comp die Ausgangstrajektorie uaß außerhalb einer Modulationsfläche, welche durch die Modulationsgrenze Um0d vorgegeben ist, liegt. Andernfalls kann mit dieser Methodik die sechste elektrische Ordnung im Drehmoment ohne zusätzliche Drehmomenteinbußen kompensiert werden. Die vorgeschlagene Methodik ermöglicht es,
Drehmomentwelligkeit unter Ausnutzung der nichtlinearen Modulationsbereiche des dreiphasigen Pulswechselrichters (Übermodulation) zu kompensieren.
Claims
1. Ein Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst:
Ermitteln einer Spannungsreserve ( Ures ) in Abhängigkeit von einer
Kompensationstrajektorie {uaß Comp) für eine zweite Stellspannung (u23) und in Abhängigkeit von einer Modulationsgrenze (Umod),
Ermitteln einer ersten Stellspannung ( udq ) mit einer Grundschwingung in Abhängigkeit von der Spannungsreserve ( Ures ),
Ermitteln einer Kompensationsspannung ( udq comp ) mit einer Oberschwingung sechster Ordnung zu der Grundschwingung der ersten Stellspannung ( udq ), und
Ermitteln der zweiten Stellspannung (u23) für einen Wechselrichter (23) in Abhängigkeit von der ersten Stellspannung ( udq ) und in Abhängigkeit von der Kompensationsspannung ( Üdq comp ).
2. Das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 , wobei die Modulationsgrenze ( Umod ) in einer Spannungsebene entlang eines Kreises verläuft.
3. Das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 , wobei die Modulationsgrenze ( Umod ) in einer Spannungsebene entlang eines Hexagons verläuft.
4. Das Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die
Kompensationsspannung ( udq comp ) mittels eines harmonischen
Maschinenmodells ermittelt wird.
5. Das Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche wobei die
Kompensationsspannung ( udq comp ) in Abhängigkeit von einer Ist-
Rotorposition ( ϋ ) einer permanenterregten Synchronmaschine (22) und in Abhängigkeit von der ersten Stellspannung (udq) ermittelt wird.
6. Das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Stellspannung (u23) für den Wechselrichter (23) durch Addition der ersten Stellspannung ( udq ) und der Kompensationsspannung ( udq comp ) ermittelt wird.
7. Das Verfahren gemäß dem einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die winkelabhängige Spannungsreserve ( Ures ) durch eine Subtraktion eines Betrages der Modulationsgrenze ( Umod ) von einem Betrag der
winkelabhängigen Kompensationstrajektorie ( uaß Comp ) ermittelt wird.
8. Ein Steuergerät (26) für ein Lenksystem (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Steuergerät (26) mindestens einen Prozessor und mindestens einen Speicher mit Computerprogrammcode umfasst, wobei der Computerprogrammcode so konfiguriert ist, dass er mit dem mindestens einen Prozessor bewirkt, dass das Steuergerät (26) eine Spannungsreserve ( Ures ) in Abhängigkeit von einer
Kompensationsstrajektorie {uaß Comp) für eine zweite Stellspannung (u23) und in Abhängigkeit von einer Modulationsgrenze ( Umod ) ermittelt, eine erste Stellspannung ( udq ) mit einer Grundschwingung in Abhängigkeit von der Spannungsreserve ( Ures ) ermittelt, eine Kompensationsspannung (udq comp) mit einer Oberschwingung sechster Ordnung zu der Grundschwingung der ersten Stellspannung ( udq ) ermittelt, und eine zweite Stellspannung (u23) für einen Wechselrichter in Abhängigkeit von der ersten Stellspannung ( udq ) und in Abhängigkeit von der
Kompensationsspannung ( udq comp ) ermittelt.
9. Ein Lenksystem (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lenksystem (2) einen Wechselrichter (23), eine permanenterregte Synchronmaschine (22) und ein Steuergerät (26) gemäß dem voranstehenden Anspruch umfasst.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/295,167 US11884339B2 (en) | 2018-12-12 | 2019-12-06 | Method for operating a steering system, control unit for a steering system and steering system |
| JP2021533714A JP7171921B2 (ja) | 2018-12-12 | 2019-12-06 | ステアリングシステムを動作させるための方法、ステアリングシステムのための制御装置及びステアリングシステム |
| CN201980082548.6A CN113165688B (zh) | 2018-12-12 | 2019-12-06 | 用于运行转向系统的方法、用于转向系统的控制器以及转向系统 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102018221548.0A DE102018221548A1 (de) | 2018-12-12 | 2018-12-12 | Verfahren zum Betreiben eines Lenksystem, Steuergerät für ein Lenksystem und Lenksystem |
| DE102018221548.0 | 2018-12-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP5574790B2 (ja) * | 2010-04-08 | 2014-08-20 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | モータ駆動装置 |
| IT1400456B1 (it) * | 2010-06-04 | 2013-05-31 | St Microelectronics Srl | Metodo di controllo di un motore sincrono trifase a magneti permanenti per ridurre il rumore acustico e relativo dispositivo di controllo |
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| EP3104520B1 (de) * | 2015-06-11 | 2021-02-17 | ABB Schweiz AG | Verfahren und steuerung zur steuerung einer synchronmaschine |
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