WO2022128084A1 - Verfahren zum betreiben einer antriebsanordnung - Google Patents

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WO2022128084A1
WO2022128084A1 PCT/EP2020/086525 EP2020086525W WO2022128084A1 WO 2022128084 A1 WO2022128084 A1 WO 2022128084A1 EP 2020086525 W EP2020086525 W EP 2020086525W WO 2022128084 A1 WO2022128084 A1 WO 2022128084A1
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current
electric motor
drive arrangement
rotor
control unit
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PCT/EP2020/086525
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English (en)
French (fr)
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Tobias GEMASSMER
Tobias EGBERS
Nico MAURIN
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Gkn Automotive Ltd.
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Priority to PCT/EP2020/086525 priority patent/WO2022128084A1/de
Priority to DE112020007855.8T priority patent/DE112020007855A5/de
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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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
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    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
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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
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the present invention is directed to a method of operating a drive assembly.
  • the drive arrangement includes an electric motor, an electric circuit for operating the electric motor and a control device for controlling the electric circuit.
  • the electric motor includes at least one stator and one rotor.
  • Electric motors are z. B. used as traction drives in motor vehicles.
  • the electric motor is intended to a predetermined torque can be provided. In particular for electric motors used in this way, it should be ensured that correct operation is possible or that the motor can achieve the intended results during operation.
  • DE 11 2017 007 953 T5 is directed to an anomaly diagnosis device for monitoring an electric motor.
  • the current waveform or drive frequency of the electric motor is recorded and evaluated using a frequency analysis.
  • DE 11 2018 003 079 T5 is directed to a lathe system diagnostic device. This is intended to diagnose a state of a lathe system. A current waveform and a drive frequency of a rotary electric motor during operation are detected to detect short-circuit currents.
  • a method for diagnosing an electrical system is known from DE 10 2018 127 817 A1.
  • a motor is short-circuited during operation and the short-circuit currents are evaluated.
  • a method for operating a drive arrangement comprising an electric motor
  • the drive arrangement comprises at least the electric motor, an electric circuit for operating the electric motor and a control device for controlling the electric circuit.
  • the electric motor has at least one stator with at least three coils and a rotor with at least two magnetic poles.
  • the electrical circuit has at least a first potential connection and a second potential connection, which can be connected to different potentials of a DC voltage source.
  • the electrical circuit comprises three half-bridges between the potential connections, each coil being electrically conductively connected via a first connection to a respective half-bridge and via a second connection to the other coils.
  • the electrical circuit has at least three current sensors for measuring an output current conducted via the respective first connection.
  • the method comprises at least the following steps: a) determination of a rotational first position of the magnetic poles of the rotor relative to the stator by the control unit; b) generation of a voltage signal by the electrical circuit, the voltage signal only having a first phase position which is identical to the first position; c) measuring current signals generated by the voltage signal by the current sensors; d) Evaluation of the current signals by the control device and evaluation of the state of the drive arrangement.
  • Process step d) very particularly preferably takes place during step c) or even additionally during step b).
  • Steps b) to d) can be conditional and possibly only executed if it is possible to determine the first position in step a).
  • each of steps c) and d) may be conditional and may only be performed if z.
  • steps a) through d) are performed in the order listed.
  • the electric motor comprises at least one stator and one rotor.
  • the rotor is rotatably arranged relative to the stator.
  • the rotor has permanent magnets, so that the rotor can be driven by a rotating stator field.
  • the electric motor can be designed in a known manner.
  • the electric circuit is designed in particular in a known manner and, for driving an electric motor, comprises a first potential connection and a second potential connection, which can be connected to different potentials (e.g. positive pole and ground) of a DC voltage source.
  • a first potential connection and a second potential connection, which can be connected to different potentials (e.g. positive pole and ground) of a DC voltage source.
  • three half-bridges are provided as potential connections, with each coil of the electric motor being electrically conductively connected via a first connection to a half-bridge and via a second connection to the other coils.
  • several coils can also be connected to a first connection.
  • the three half-bridges of the electrical circuit enable the generation of a three-phase three-phase system or of multi-phase square-wave currents, with the phases being offset from one another by 120 degrees.
  • Each output current or phase current is transmitted to a coil or impressed into a coil via a respective first connection.
  • the coils are connected to each other via second connections, with the different output or phase currents canceling each other out in the so-called neutral point, so that no separate or additional return conductor to the other potential connection is required.
  • a half-bridge comprises, in a known manner, an arrangement of an upper transistor and a lower transistor, via which the potential connections are connected to one another.
  • a diode is connected in parallel with each transistor.
  • each half-bridge has at least one upper transistor (high-side transistor) and one lower transistor (low-side transistor), which are electrically conductively connected to one another.
  • the upper transistor is electrically conductively connected to the first potential connection and the lower transistor is electrically conductively connected to the second potential connection.
  • each half-bridge has the respective first connection via which the respective coil is connected to the relevant half-bridge.
  • the proposed method requires in particular only one control device designed to be suitable for carrying out the method.
  • the process is initiated via the control unit and the electrical circuit for generating the voltage signal is operated.
  • a rotational first position of the magnetic poles of the rotor relative to the stator is determined by the control device.
  • the first position can be determined in a known manner. In doing so, e.g. B. a position sensor of the electric motor can be evaluated.
  • a voltage signal is generated by the electrical circuit, the voltage signal only having a first phase position that is identical to the first position.
  • phase angle (first phase position) of the voltage or the voltage signal is thus set in such a way that it corresponds to the phase angle (first position) determined in step a).
  • step c current signals generated by the voltage signal (the output current at each first connection) are measured by the current sensors.
  • the output current, or the output current generated via each half-bridge and flowing via each first connection to the coils, is measured using the current sensors usually present in the electrical circuit.
  • the output current or the current signal is measured over a period of time or a time interval or a test duration. In particular, until a constant value of the current signal or the current intensity is established or until a constant value can be determined (e.g. in the case of an asymptotic course of the increase in the current signal by calculation).
  • the current signals are evaluated by the control unit, e.g. B. at least with regard to an increase in the current signals over a period of time or over a test period or with regard to a value of the current signal reached after a period of time.
  • This increase or value of the current signals is used in particular to evaluate the state of the drive arrangement.
  • the relevant parameters of the electric motor are known with the resistance and the inductance of the motor winding or of the electric motor. These parameters represent the basis for the behavior of the increase in the current signals or the current signal within the test period.
  • a stationary end value of the current signal resulting from the voltage signal ie the current intensity
  • the current signal z. B. is formed by superimposing the current signals or output currents measured at each first connection, with a previously defined value stored in the control unit. If the deviations from this value are within a defined tolerance range, it can be assumed that the entire functional chain of the clocking transistors or half-bridges and their control, the connected motor and the measurement of the current signals via the current sensors is functional.
  • an increase in the current signal resulting from the voltage signal, ie the current intensity, over time can be determined or evaluated.
  • the current signal z. B. is formed by a superimposition of the current signals or output currents measured at each first connection, with a previously defined and stored in the control unit current signal or its course, ie its rise, compared.
  • the electrical time constants parallel (d-axis) and perpendicular (q-axis) to the position of the permanent magnet usually differ significantly.
  • the time constant of the d-axis is smaller than that of the q-axis. This characteristic can also be taken into account in the evaluation according to step d).
  • At least the curve or the value of the current signal can be examined and, depending on the curve or the value, possibly checked for an error or a OK -Condition of the drive assembly can be detected.
  • the drive arrangement can be enabled for the intended operation, so that z. B. a requested tes torque can be provided by the electric motor. In the event of an error, e.g. B. further operation of the electric motor can be prevented, so that a requested torque is just no longer generated.
  • the current signals are evaluated by the control device at least with regard to an increase in the current signals over time or with regard to a value of the current signal or current strength reached after a time or a time interval or a test duration.
  • the current signal is measured until a constant value of the current signal or current intensity is established.
  • each half-bridge has at least one upper transistor and one lower transistor, which are electrically conductively connected to one another; wherein the upper transistor is electrically conductively connected to the first potential connection and the lower transistor is electrically conductively connected to the second potential connection.
  • each half-bridge has a contact between the upper transistor and the lower transistor, via which the respective first terminal is connected to the respective half-bridge.
  • a pulse pattern is selected in particular, in which all transistors clock.
  • the voltage signal is generated as a PWM signal (pulse width modulated signal), so that the voltage signal is composed of a number of individual signals.
  • the entire electrical circuit can be checked as part of the process.
  • the functionality of each individual transistor or each half-bridge can be checked in this way.
  • the voltage signal has a constant voltage value. Constant means here in particular that the voltage value deviates from an average voltage value by at most 5%, in particular at most 2%, preferably at most 1%.
  • the rotor has a constant first position at least during step a). In particular, a change in the position of the rotor is detected and evaluated during step d).
  • the rotor is stationary in relation to the stator, ie it has a speed of zero. If during step b) a change in the position of the rotor is detected, i. H. If the rotor changes its first position or phase angle as a result of the voltage signal and the current signal generated thereby and applied to the electrical machine, a fault in the drive arrangement can be inferred.
  • the rotor rotates relative to the stator at least during steps a), b) and c).
  • no voltage signal is generated by the electrical circuit during steps b) to d), through which a torque is deliberately provided or generated, but only the voltage signal generated as part of the method (which should generate as little torque as possible) is impressed.
  • the value of the current signal that is set can be determined and compared with a value stored in the control device. If the deviations from this value are within a defined tolerance range, it can be assumed that the entire functional chain consisting of the clocking transistors or half-bridges and their control, the connected motor and the measurement of the current signals via the current sensors is functional.
  • the procedure is initiated if at least one of the following conditions is present:
  • step d) if the current signals evaluated according to step d) are within a tolerance range compared to a reference current signal stored in the control device, a release for operating the electric motor and for generating a torque is generated. However, if the current signals are outside the tolerance range, the control unit generates an error message. There is then no release to operate the electric motor. The use of the electric motor to provide a torque is then prevented.
  • the tolerance field can include a deviation from a rise and/or a final value of a reference current signal stored in the control unit.
  • the deviation can e.g. B. be defined at specific times during the rise or during the measurement of the current signal or be determined at all times.
  • the deviation from the reference current signal is at most 5%, preferably at most 2%.
  • the permissible deviation can be determined for the respective drive arrangement.
  • a drive arrangement is also proposed, at least comprising an electric motor, an electric circuit for operating the electric motor and a control device for controlling the electric circuit.
  • the drive arrangement or the control unit is suitably designed and set up for carrying out the method described.
  • a drive train for a motor vehicle is also proposed, at least comprising the drive arrangement described, the electric motor being a traction drive for providing a drive torque of the drive train.
  • control device is equipped, configured or programmed in such a way that the drive arrangement or the electrical circuit can be operated in accordance with the method described.
  • the method can also be carried out by a computer or with a processor of a control device.
  • a system for data processing comprises a processor which is adapted/configured in such a way that it carries out the method or part of the steps of the proposed method.
  • a computer-readable storage medium can be provided which comprises instructions which, when executed by a computer/processor, cause the latter to carry out the method or at least part of the steps of the proposed method.
  • the explanations regarding the method can be transferred in particular to the drive arrangement, the drive train or the computer-implemented method and vice versa.
  • indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral.
  • indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral.
  • Correspondingly introduced terms or components are to be understood in such a way that they are present at least once and in particular can also be present several times.
  • first”, “second”, ...) primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or sequence of these objects, sizes or make processes mandatory for each other. Should a dependency and/or order be necessary, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment.
  • FIG. 1 a drive train of a motor vehicle with a drive arrangement
  • FIG. 2 shows part of the drive arrangement according to FIG. 1 and the operation of the method
  • Fig. 3 Steps a) and b) of the procedure with an OK - condition of the drive assembly
  • Fig. 4 the steps c) and d) of the method in an OK state of the drive arrangement
  • Fig. 7 Steps a) to d) of the method in a comparison with a faulty state and with an OK state of the drive arrangement;
  • Fig. 9 a detailed sequence of the method.
  • FIG. 1 shows a drive train 34 of a motor vehicle with a drive arrangement 1.
  • FIG. 2 shows part of the drive arrangement 1 according to FIG. 1 and the operation of the method.
  • Fig. 3 shows steps a) and b) of the method when the drive arrangement 1 is OK.
  • Fig. 4 shows steps c) and d) of the method when the drive arrangement 1 is OK are explained together below.
  • the drive arrangement 1 comprises an electric motor 2, an electric circuit 3 for operating the electric motor 2 and a control unit 4 for Control of the electrical circuit 3.
  • the drive arrangement 1 or the control device 4 is suitably designed and set up for carrying out the method described.
  • the electric motor 2 is a traction drive for providing a drive torque of the drive train 34.
  • the control unit 4 comprises a motor control 35 and a motor monitor 36.
  • the electrical circuit 3 is connected to the motor control 35 and the motor monitor 36 via a safety logic 37. After the state of the drive arrangement 1 has been detected, the motor control 35 is able to control the electric circuit 3 and thus the electric motor 2 .
  • Motor monitoring 36 accesses some of the signals available for motor control 35 in order to thus reveal the errors in the measurement chain. The motor monitor 36 is able to deactivate the activation of the electric motor 2 by the safety logic 37 if a faulty state of the drive arrangement 1 has been detected within the scope of the method.
  • the electric motor 2 has at least one stator 5 with at least three coils 6, 7, 8 and a rotor 9 with at least two magnetic poles 10, 11 (see FIGS. 3 to 6).
  • the electrical circuit 3 has a first potential connection 12 and a second potential connection 13 which can be connected to different potentials of a DC voltage source 14 .
  • a DC voltage capacitor 38 is arranged in parallel with the electrical circuit 3 .
  • the electrical circuit 3 comprises three half-bridges 15, 16, 17 between the potential connections 12, 13, each coil 6, 7, 8 having a first connection 18 with a half-bridge 15, 16, 17 and a second connection 19 with the other coils 6, 7, 8 is electrically connected.
  • the electrical circuit 3 has three current sensors 20 for measuring an output current 21 conducted via the respective first connection 18 .
  • a half-bridge 15, 16, 17 comprises, in a known manner, an arrangement of an upper transistor 27 and a lower transistor 28 via which the potential Conclusions 12, 13 are interconnected.
  • an upper transistor 27 and a lower transistor 28 are electrically conductively connected to one another.
  • the upper transistor 27 is electrically conductively connected to the first potential connection 12 and the lower transistor 28 to the second potential connection 13 .
  • Each half-bridge 15, 16, 17 has the respective first terminal 18 between the upper transistor 27 and the lower transistor 28, via which the respective coil 6, 7, 8 is connected to the relevant half-bridge 15, 16, 17.
  • the respective first connection 18 is connected to the respective half bridge 15 , 16 , 17 via a contact 29 .
  • a rotational first position 22 of the magnetic poles 10, 11 of the rotor 9 relative to the stator 5 is determined by the control unit 4 (see FIG. 3).
  • the first position 22 can be determined in a known manner. In doing so, e.g. B. a fundamentally known position sensor (not shown here) of the electric motor 2 can be evaluated.
  • a voltage signal 23 is generated by the electrical circuit 3 (see Fig. 2 diagram top left and Fig. 3 diagram bottom; the voltage 39 being plotted on the vertical axis and the time 26 on the horizontal axis ).
  • the voltage signal 23 has a first phase position 24 that is identical to the first position 22 (see FIG. 3, top).
  • a pulse pattern is selected in which all the transistors 27, 28 clock.
  • the voltage signal 23 is generated as a PWM signal (pulse width modulated signal), so that the voltage signal 23 is composed of a plurality of individual signals.
  • stator-fixed coordinate system with the first axis 43 and the second axis 44 and the rotor-fixed coordinate system with the third axis 45 and the fourth axis 46 is shown.
  • the third and fourth axes 45, 46 rotate with the magnetic poles 10, 11 opposite the first and second axes 43, 44.
  • phase angle (first phase position 24) of the voltage or of the voltage signal 23 is thus set in such a way that it corresponds to the phase angle (first position 22) determined in step a) (see FIG. 3, top).
  • the output current 21 of the electric circuit 3 will increase (see Fig. 4, diagram below, where the vertical axis shows the current 47 and the horizontal axis shows the time 26).
  • the behavior over time and the steady-state final value 40 of the output current 21 are determined by the electrical time constant of the motor winding of the stator 9, ie by the resistance 41 and the inductance 42.
  • a torque is not generated in the electric motor 2 since the phase angle of the resulting output current 21 corresponds to the first layer 22 of the magnetic poles 10, 11, ie the phase angle of the permanent magnet flux (see FIG. 4).
  • step c current signals 25 generated by voltage signal 23 (of output current 21 at each first connection 18) are measured by current sensors 20.
  • the output current 21, or the output current 21 generated via each half-bridge 15, 16, 17 and flowing via each first connection 18 to the coils 6, 7, 8, is measured using the current sensors 20 usually present in the electrical circuit 3.
  • the measurement of the output current 21 or the current signal 25 (all of the current signals 25) is carried out over a period of time 26 or a time interval or a test duration until a constant (final) value 40 of the current signal 25 or the Current level is set or until a constant value can be determined (e.g. in the case of an asymptotic course of the increase in the current signal 25 by calculation).
  • the current signals 25 are evaluated by the control device 4, e.g. B. at least with regard to an increase in the current signals 25 over a period of time 26 or over a test period or with regard to a final value 40 of the current signal 25 reached after a period of time.
  • This rise or final value 40 of the current signals 25 is used to evaluate the state of the drive arrangement 1.
  • the relevant parameters of the electric motor 2 are known. These parameters represent the basis for the behavior of the increase in the current signals 25 or the current signal 25 within the test period.
  • a stationary final value 40 of the current signal 25 resulting from the voltage signal 23, ie the current intensity, can thus be determined or evaluated within the scope of steps c) and d).
  • the current signal 25 z. B. is formed by a superimposition of the current signals 25 or output currents 21 measured at each first connection 18 can be compared with a previously defined value stored in the control unit 4 . If the deviations from this value are within a defined tolerance field 31, it can be assumed that the entire chain of effects from the clocking transistors 27, 28 or half-bridges 15, 16, 17 and their control, the connected motor 2 and the measurement of the current signals 25 the current sensors 20 is functional. With the proposed method, at least the curve or the (end) value 40 of the current signal 25 can be examined and, depending on the curve or the (end) )Value 40 indicates an error or an OK state of the drive arrangement 1.
  • step d the drive assembly 1 can be enabled for the intended operation, so that z. B. a requested torque from the electric motor 2 can be provided. In the event of an error, e.g. B. further operation of the electric motor 2 can be prevented, so that a requested torque is just no longer generated.
  • FIG. 5 shows steps a) and b) of the method when the drive arrangement 1 is in a faulty state.
  • FIG. 6 shows steps c) and d) of the method when the drive arrangement 1 is in a faulty state.
  • FIGS. 5 and 6 are described together below. Reference is made to the statements relating to FIGS.
  • phase angle (first phase position 24 ) of the voltage or of the voltage signal 23 differs from the first position 22 .
  • the determination of the rotational first position 22 of the magnetic poles 10, 11 of the rotor 9 relative to the stator 5 by the control unit 3 as part of step a) thus generates z. B. an error.
  • step b If a change in the position of the rotor is detected during step b), ie if the rotor changes its first position or phase angle due to the voltage signal and the current signal generated thereby and applied to the electric machine, a fault in the drive arrangement can be concluded.
  • step c the current signals 25 (of the output current 21 at each first connection 18) generated by the voltage signal 23 are measured by the current sensors 20.
  • the current signals 25 are evaluated by the control device 4, e.g. B. at least with regard to an increase in the current signals 25 over a period of time 26 or over a test period or with regard to a final value 40 of the current signal 25 reached after a period of time.
  • This rise or final value 40 of the current signals 25 is used to evaluate the state of the drive arrangement 1.
  • the output current 21 or the current signal 25 rises more slowly than is stored in the control device 4 .
  • this can, for example, be an indication of an incorrectly applied voltage 39 or an incorrectly generated voltage signal 23 or an incorrectly measured first 22 position of the permanent magnets or the magnetic poles 10, 11.
  • Fig. 7 shows steps a) to d) of the method in a comparison with a faulty state and with an OK state. -Condition of the drive arrangement 1.
  • a signal value 48 is plotted on the vertical axis and time 26 is plotted on the horizontal axis.
  • the method described is initiated via a first trigger signal 49 .
  • the method is ended via a second trigger signal 49, or the voltage signal 23 generated according to step b) ends.
  • step a) the first position 22 of the magnetic poles 10, 11 is determined.
  • step b) a voltage signal 23 with a first phase position 24 is generated.
  • the voltage signal 23 has a constant voltage value 30 over a period of time 26 .
  • the vertical axis is current 47 and the horizontal axis is time 26 .
  • the output current 21 of the electric circuit 3 increases.
  • the behavior over time and the steady-state final value 40 of the output current 21 are determined by the electrical time constant of the motor winding of the stator 9, ie by the resistance 41 and the inductance 42.
  • the third diagram from the top shows a first curve 50 and a second curve 51 of the increase in the current signals 25 of the output current 21 measured according to step c).
  • the first curve 50 shows the increase and the end value 40 of a drive arrangement in an error-free or OK state. -Condition.
  • the second curve 51 shows the increase and the end value 40 of a drive arrangement in a faulty state.
  • a stationary final value 40 of the current signal 25 resulting from the voltage signal 23, ie the current intensity, is determined or evaluated.
  • the current signal 25 z. B. is formed by a superimposition of the current signals 25 or output currents 21 measured at each first connection 18 can be compared with a previously defined value stored in the control unit 4 . If the deviations from this value are within a defined tolerance field 31, it can be assumed that the entire chain of effects from the clocking transistors 27, 28 or half-bridges 15, 16, 17 and their control, the connected motor 2 and the measurement of the current signals 25 the current sensors 20 is functional (see first curve 50).
  • the first position 22 of the magnetic poles 10, 11 is plotted on the vertical axis and the time 26 is plotted on the horizontal axis.
  • a third course 52 of the first layer 22 corresponding to the first course 50 and a fourth course 53 of the first layer 22 corresponding to the second course 51 are shown here.
  • the first layer 22 changes as a result of the application of the voltage signal 23 and the generated current signal 25 .
  • this change in the first position 22, ie the position of the rotor 9, can be detected and evaluated.
  • the change in the first layer 22 results z. B. from an incorrectly measured first position 22 of the permanent magnets or the magnetic poles 10, 11 in step a) or the first phase position 24 of the voltage signal 23 generated according to step b), which deviates from the first position 22.
  • a fault condition of the drive arrangement 1 can be inferred.
  • FIG. 8 shows a sequence of the method.
  • 9 shows a detailed sequence of the method. 8 shows the positions A to G of the sequence. 9 shows positions C to G of the sequence in greater detail. Figures 8 and 9 are described together below.
  • position A it is determined whether the drive arrangement 1 to be checked is switched off.
  • position B it is determined whether a start signal for starting up the drive arrangement 1 is present. If there is no start signal, the sequence provides for a return to position A. If a start signal is present, the drive arrangement 1 is started up in position C.
  • FIG. 9 shows that it is first checked whether control unit 4 is ready for use. If it is ready for use, it is checked whether the DC voltage source 14 provides a sufficient intermediate circuit voltage. If this is not sufficient, it is checked again whether control unit 4 is ready for use. If the intermediate circuit voltage is sufficient, the electric motor 2 is checked in position D to determine whether the rotor 9 is stationary.
  • selector lever position of a transmission shift and vehicle speed, i.e. parameter 56 are checked. If this check is successful, the first position 22 of the magnetic poles 10, 11 can be determined by evaluating a position sensor 55. With the determination of the first position 22, a check is made as to whether the rotor 9 is stationary.
  • the method is carried out with the rotor 9 rotating as part of the following position E.
  • no voltage signal is generated by the electrical circuit 3 during steps b) to d), through which a torque is consciously provided or generated, but it is Finally, the voltage signal 23 generated as part of the method (which should generate as little torque as possible) is applied.
  • a voltage signal 23 is to be generated whose first phase position 24 is always identical to the first position 22, ie rotates with it.
  • the method is carried out in the context of position E with the rotor 9 stationary. For this purpose, a voltage signal 23 with a first phase position 24 identical to the first position 22 is generated.
  • the current signals 25 are measured and evaluated. It is first checked whether the current signals 25 reach the end value 40 stored in the control unit 4 or correspond to the reference current signals 32 stored in the control unit 4 in terms of rise and end value 40 . It is also checked whether the course 50, 51 of the current signal 25 or of the output current 21 lies within the tolerance field 31. It is also checked whether no torque is generated at the electric motor 2 by applying the voltage signal 23 .
  • position F it is checked whether an error has been detected. If there is no error, according to position G, the drive arrangement 1 can be used as intended, e.g. B. for generating a torque by the electric motor 2 are released. If an error is detected, the drive arrangement 1 is transferred to a safe state within the framework of position G and blocked for the intended use. An error message 33 can be generated.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung (1) umfassend einen elektrischen Motor (2), wobei die Antriebsanordnung (1) den elektrischen Motor (2), eine elektrische Schaltung (3) zum Betrieb des elektrischen Motors (2) und ein Steuergerät (4) zur Ansteuerung der elektrischen Schaltung (3) umfasst; wobei der elektrische Motor (2) zumindest einen Stator (5) mit zumindest drei Spulen (6, 7, 8) und einen Rotor (9) mit zumindest zwei Magnetpolen (10, 11) aufweist; wobei die elektrische Schaltung (3) zumindest einen ersten Potentialanschluss (12) und einen zweiten Potentialanschluss (13) aufweist, die mit unterschiedlichen Potentialen einer Gleichspannungsquelle (14) verbindbar sind; wobei die elektrische Schaltung (3) zwischen den Potentialanschlüssen (12, 13) drei Halbbrücken (15, 16, 17) umfasst, wobei jede Spule (6, 7, 8) über jeweils einen ersten Anschluss (18) mit jeweils einer Halbbrücke (15, 16, 17) und über jeweils einen zweiten Anschluss (19) mit den anderen Spulen (6, 7, 8) elektrisch leitend verbunden ist.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung gerichtet. Die Antriebsanordnung umfasst einen elektrischen Motor, eine elektrische Schaltung zum Betrieb des elektrischen Motors und ein Steuergerät zur Ansteuerung der elektrischen Schaltung. Der elektrische Motor umfasst zumindest einen Stator sowie einen Rotor.
Elektrische Motoren werden z. B. als Traktionsantriebe in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dabei soll durch den elektrischen Motor u. a. ein vorbestimmtes Drehmoment bereitgestellt werden. Insbesondere für derartig eingesetzte elektrische Motoren soll sichergestellt sein, dass ein korrekter Betrieb möglich ist bzw. dass der Motor die vorgesehenen Ergebnisse im Betrieb erzielen kann.
Die DE 11 2017 007 953 T5 ist auf eine Anomalie-Diagnoseeinrichtung zur Überwachung eines Elektromotors gerichtet. Dabei werden die Stromwellenform bzw. Antriebsfrequenz des Elektromotors erfasst und mittels einer Frequenzanalyse ausgewertet.
Die DE 11 2018 003 079 T5 ist auf eine Drehmaschinensystem-Diagnosevorrichtung gerichtet. Damit soll ein Zustand eines Drehmaschinensystems diagnostiziert werden. Es werden eine Stromwellenform und eine Antriebsfrequenz eines rotierenden Elektromotors während des Betriebes zur Erkennung von Kurzschlussströmen erfasst.
Aus der DE 10 2018 127 817 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose eines elektrischen Systems bekannt. Dabei wird ein Motor während des Betriebs kurzgeschlossen und die Kurzschlussströme werden ausgewertet.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest zu lindern oder gar zu lösen. Insbesondere soll em Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung vorgeschlagen werden, mit dem ein Zustand einer Antriebsanordnung erfasst und bewertet werden kann, wobei dabei auf die für den Betrieb der Antriebsanordnung erforderliche Sensorik zurückgegriffen wird.
Zur Lösung dieser Aufgaben wird ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung umfassend einen elektrischen Motor vorgeschlagen. Die Antriebsanordnung umfasst zumindest den elektrischen Motor, eine elektrische Schaltung zum Betrieb des elektrischen Motors und ein Steuergerät zur Ansteuerung der elektrischen Schaltung. Der elektrische Motor weist zumindest einen Stator mit zumindest drei Spulen und einen Rotor mit zumindest zwei Magnetpolen auf. Die elektrische Schaltung weist zumindest einen ersten Potentialanschluss und einen zweiten Potentialanschluss auf, die mit unterschiedlichen Potentialen einer Gleichspannungsquelle verbindbar sind. Die elektrische Schaltung umfasst zwischen den Potentialanschlüssen drei Halbbrücken, wobei jede Spule über jeweils einen ersten Anschluss mit jeweils einer Halbbrücke und über jeweils einen zweiten Anschluss mit den anderen Spulen elektrisch leitend verbunden ist. Die elektrische Schaltung weist mindestens drei Stromsensoren zur Messung eines über den jeweiligen ersten Anschluss geleiteten Ausgangsstroms auf.
Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) Bestimmen einer rotatorischen ersten Lage der Magnetpole des Rotors gegenüber dem Stator durch das Steuergerät; b) Erzeugen eines Spannungssignals durch die elektrische Schaltung, wobei das Spannungssignal nur eine zur ersten Lage identische erste Phasenlage aufweist; c) Messen von durch das Spannungssignal erzeugten Stromsignalen durch die Stromsensoren; d) Auswerten der Stromsignale durch das Steuergerät und Bewerten des Zustands der Antriebsanordnung.
Die obige (nicht abschließende) Einteilung der Verfahrensschritte in a) bis d) soll vorrangig nur zur Unterscheidung dienen und keine Reihenfolge und/oder Abhängigkeit erzwingen. Auch die Häufigkeit der Verfahrensschritte z. B. während der Einrichtung und/oder des Betriebes der Antriebsanordnung kann variieren.
Ebenso ist möglich, dass Verfahrensschritte einander zumindest teilweise zeitlich überlagern. Ganz besonders bevorzugt findet der Verfahrensschritt d) während des Schrittes c) oder sogar zusätzlich während des Schrittes b) statt. Schritte b) bis d) können bedingt sein und ggf. nur dann ausgeführt werden, wenn in Schritt a) eine Bestimmung der ersten Lage möglich ist. Gleichermaßen kann auch jeder der Schritte c) und d) bedingt sein und ggf. nur dann ausgeführt werden, wenn z.
B. die Messung oder Auswertung eines Stromsignals möglich ist. Insbesondere werden die Schritte a) bis d) in der angeführten Reihenfolge durchgeführt.
Der elektrische Motor umfasst insbesondere mindestens einen Stator und einen Rotor. Der Rotor ist gegenüber dem Stator drehbar angeordnet. Der Rotor weist insbesondere Permanentmagnete auf, so dass der Rotor durch ein drehendes Statorfeld antreibbar ist. Der elektrische Motor kann in bekannter Weise ausgeführt sein. Insbesondere weist der Rotor mindestens zwei Magnetpole auf, es können jedoch auch 2 * n (mit n = 2, 3, 4, ...) Magnetpole vorgesehen sein.
Die elektrische Schaltung ist insbesondere in bekannterWeise ausgeführt und umfasst zum Antrieb eines elektrischen Motors einen ersten Potentialanschluss und einen zweiten Potentialanschluss, die mit unterschiedlichen Potentialen (z. B. Pluspol und Masse) einer Gleichspannungsquelle verbindbar sind. Zwischen den Potentialanschlüssen sind insbesondere drei Halbbrücken vorgesehen, wobei jede Spule des elektrischen Motors über jeweils einen ersten Anschluss mit jeweils einer Halbbrücke und über jeweils einen zweiten Anschluss mit den anderen Spulen elektrisch leitend verbunden ist. Insbesondere können auch mehrere Spulen mit einem ersten Anschluss verbunden sein.
Die drei Halbbrücken der elektrischen Schaltung ermöglichen die Erzeugung eines drei-Phasen-Drehstromsystems oder von mehrphasigen Rechteckströmen, wobei die Phasen zueinander um 120 Winkelgrad versetzt sind. Jeder Ausgangsstrom bzw. Phasenstrom wird über jeweils einen ersten Anschluss auf eine Spule übertragen bzw. in eine Spule eingeprägt. Die Spulen sind untereinander über zweite Anschlüsse miteinander verbunden, wobei sich die unterschiedlichen Ausgangs- bzw. Phasenströme im sogenannten Sternpunkt gegenseitig aufheben, so dass kein separater bzw. zusätzlicher Rückleiter zum jeweils anderen Potentialan- schluss erforderlich ist.
Eine Halbbrücke umfasst insbesondere in bekannter Weise eine Anordnung eines oberen Transistors und eines unteren Transistors, über die die Potentialanschlüs- se miteinander verbunden sind. Zu jedem Transistor ist insbesondere eine Diode parallelgeschaltet.
Insbesondere weist jede Halbbrücke zumindest einen oberen Transistor (high-si- de transistor) und einen unteren Transistor (low-side transistor) auf, die miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Der obere Transistor ist mit dem ersten Po- tentialanschluss und der untere Transistor mit dem zweiten Potentialanschluss elektrisch leitend verbunden. Jede Halbbrücke weist zwischen dem oberen Transistor und dem unteren Transistor den jeweiligen ersten Anschluss auf, über den die jeweilige Spule mit der betreffenden Halbbrücke verbunden ist.
Über jede Halbbrücke wird bei Anlegen eines Spannungssignals ein entsprechender Ausgangsstrom erzeugt, der über den jeweiligen ersten Anschluss die betreffende Spule des elektrischen Motors beaufschlagt. Die so erzeugbaren Ausgangs- ströme werden in bekannten elektrischen Schaltungen über Stromsensoren erfasst, so dass eine Steuerung des elektrischen Motors im Betrieb der Antriebsanordnung ermöglicht werden kann.
Das vorgeschlagene Verfahren erfordert gegenüber bekannten Antriebsanordnungen insbesondere nur ein zur Durchführung des Verfahrens geeignet ausgeführtes Steuergerät. Über das Steuergerät wird das Verfahren eingeleitet und die elektrische Schaltung zur Erzeugung des Spannungssignals betrieben.
Im Rahmen des Schrittes a) erfolgt insbesondere ein Bestimmen einer rotatorischen ersten Lage der Magnetpole des Rotors gegenüber dem Stator durch das Steuergerät. Die Bestimmung der ersten Lage kann in bekannter Weise erfolgen. Dabei kann z. B. ein Lagegeber des elektrischen Motors ausgewertet werden.
Im Rahmen des Schrittes b) erfolgt ein Erzeugen eines Spannungssignals durch die elektrische Schaltung, wobei das Spannungssignal nur eine zur ersten Lage identische erste Phasenlage aufweist.
Der Phasenwinkel (erste Phasenlage) der Spannung bzw. des Spannungssignals wird also so eingestellt, dass dieser dem in Schritt a) bestimmten Phasenwinkel (erste Lage) entspricht.
Aufgrund der an dem elektrischen Motor angelegten Spannung wird der Ausgangsstrom der elektrischen Schaltung ansteigen. Das Zeitverhalten sowie der stationäre Endwert des Ausgangsstroms werden dabei durch die elektrische Zeitkonstante der Motorwicklung des Stators, also durch den Widerstand und die Induktivität, bestimmt. Ein Drehmoment wird dabei in dem elektrischen Motor nicht erzeugt, da der Phasenwinkel des resultierenden Ausgangsstroms der ersten Lage der Magnetpole, also dem Phasenwinkel des Permanentmagnetflusses, entspricht. Im Rahmen des Schrittes c) erfolgt em Messen von durch das Spannungssignal erzeugten Stromsignalen (des Ausgangsstroms an jedem ersten Anschluss) durch die Stromsensoren.
Die Messung des Ausgangsstroms, bzw. des über jede Halbbrücke erzeugten und über jeden ersten Anschluss hin zu den Spulen fließenden Ausgangsstrom, erfolgt über die in der elektrischen Schaltung üblicherweise vorhandenen Stromsensoren.
Insbesondere wird die Messung des Ausgangsstroms bzw. des Stromsignals über eine Zeit bzw. ein Zeitintervall bzw. eine Prüfdauer durchgeführt. Insbesondere so lange, bis sich ein konstanter Wert des Stromsignals bzw. der Stromstärke einstellt bzw. bis ein konstanter Wert ermittelbar ist (z. B. bei asymptotischen Verlauf des Anstiegs des Stromsignals durch Berechnung).
Im Rahmen des Schrittes d) erfolgt ein Auswerten der Stromsignale durch das Steuergerät, z. B. zumindest hinsichtlich eines Anstiegs der Stromsignale über eine Zeit bzw. über eine Prüfdauer oder hinsichtlich eines nach einer Zeit erreichten Werts des Stromsignals. Dieser Anstieg bzw. Wert der Stromsignale wird insbesondere zur Bewertung des Zustands der Antriebsanordnung herangezogen.
Mit dem Widerstand und der Induktivität der Motorwicklung bzw. des elektrischen Motors sind - wie vorstehend ausgeführt - die relevanten Parameter des elektrischen Motors bekannt. Diese Parameter stellen die Basis für das Verhalten des Anstieges der Stromsignale bzw. des Stromsignals innerhalb der Prüfdauer dar.
Insbesondere kann im Rahmen der Schritte c) und d) ein stationärer Endwert des aus dem Spannungssignal resultierenden Stromsignals also der Stromstärke ermittelt bzw. ausgewertet werden. Insbesondere kann das Stromsignal, das z. B. durch eine Überlagerung der an jedem ersten Anschluss gemessenen Stromsignale bzw. Ausgangsströme gebildet wird, mit einem vorab definierten und in dem Steuergerät hinterlegten Wert verglichen werden. Sind die Abweichungen zu diesem Wert innerhalb eines definierten Toleranzfeldes, ist davon auszugehen, dass die gesamte Wirkkette aus den taktenden Transistoren bzw. Halbbrücken und deren Ansteuerung, dem angeschlossenem Motor sowie der Messung der Stromsignale über die Stromsensoren funktionsfähig ist.
Insbesondere kann im Rahmen der Schritte c) und d) ein Anstieg des aus dem Spannungssignal resultierenden Stromsignals also der Stromstärke über der Zeit ermittelt bzw. ausgewertet werden. Insbesondere kann das Stromsignal, das z. B. durch eine Überlagerung der an jedem ersten Anschluss gemessenen Stromsignale bzw. Ausgangsströme gebildet wird, mit einem vorab definierten und in dem Steuergerät hinterlegten Stromsignal bzw. dessen Verlauf, also dessen Anstieg, verglichen werden.
Steigt der Ausgangsstrom bzw. das Stromsignal langsamer an als in dem Steuergerät hinterlegt, kann dies beispielsweise ein Indiz für eine falsch angelegte Spannung oder eine falsch gemessene Lage des Permanentmagneten bzw. der Magnetpole sein.
Bei für Traktionsantriebe häufig eingesetzten permanent erregten Synchronmaschinen unterscheiden sich die elektrischen Zeitkonstanten parallel (d-Achse) und senkrecht (q-Achse) zur Lage des Permanentmagneten in der Regel deutlich. Zumeist ist die Zeitkonstante der d-Achse kleiner als die der q-Achse. Diese Charakteristik kann bei der Auswertung gemäß Schritt d) ebenfalls berücksichtigt werden.
Mit dem vorgeschlagen Verfahren kann insbesondere durch eine ausschließlich in Form einer Software (also gegenüber bekannten Antriebsanordnungen ohne zusätzliche Hardware) realisierte Motorüberwachung zumindest der Verlauf oder der Wert des Stromsignals untersucht und in Abhängigkeit von dem Verlauf oder dem Wert ggf. auf einen Fehler oder auf einen i.O. -Zustand der Antriebsanordnung erkannt werden.
Wird im Rahmen des Schrittes d) kein Fehler erkannt, kann die Antriebsanordnung für den vorgesehenen Betrieb freigegeben werden, so dass z. B. ein angeforder- tes Drehmoment von dem elektrischen Motor bereitgestellt werden kann. Im Fehlerfall kann z. B. ein weiterer Betrieb des elektrischen Motors verhindert werden, so dass ein angefordertes Drehmoment gerade nicht mehr erzeugt wird.
Insbesondere erfolgt in Schritt d) das Auswerten der Stromsignale durch das Steuergerät zumindest hinsichtlich eines Anstiegs der Stromsignale über eine Zeit oder hinsichtlich eines nach einer Zeit bzw. eines Zeitintervalls bzw. einer Prüfdauer erreichten Werts des Stromsignals bzw. der Stromstärke. Insbesondere wird das Stromsignal so lange gemessen, bis sich ein konstanter Wert des Stromsignals bzw. der Stromstärke einstellt.
Insbesondere weist jede Halbbrücke zumindest einen oberen Transistor und einen unteren Transistor auf, die miteinander elektrisch leitend verbunden sind; wobei der obere Transistor mit dem ersten Potentialanschluss und der untere Transistor mit dem zweiten Potentialanschluss elektrisch leitend verbunden ist. Insbesondere weist jede Halbbrücke zwischen dem oberen Transistor und dem unteren Transistor eine Kontaktierung auf, über die der jeweils eine erste Anschluss mit der jeweiligen Halbbrücke verbunden ist.
Zur Erzeugung des Spannungssignals gemäß Schritt b) wird insbesondere ein Pulsmuster gewählt, bei dem alle Transistoren takten. Insbesondere wird das Spannungssignal als ein PWM-Signal (Puls-Weiten-Moduliertes-Signal) erzeugt, so dass sich das Spannungssignal aus mehreren Einzelsignalen zusammensetzt.
Werden alle Transistoren getaktet, kann im Rahmen des Verfahrens die gesamte elektrische Schaltung überprüft werden. Insbesondere kann so die Funktionsfähigkeit jedes einzelnen Transistors bzw. jeder Halbbrücke überprüft werden.
Insbesondere weist das Spannungssignal einen konstanten Spannungswert auf. Konstant heißt hier insbesondere, dass der Spannungswert um höchstens 5 %, insbesondere höchstens 2 %, bevorzugt höchstens 1 %, von einem durchschnittlichen Spannungswert abweicht. Insbesondere weist der Rotor zumindest während Schritt a) eine konstante erste Lage auf. Insbesondere wird während Schritt d) eine Veränderung der Lage des Rotors erfasst und ausgewertet.
Insbesondere steht also der Rotor gegenüber dem Stator still, weist also eine Drehzahl von null auf. Wird während Schritt b) eine Veränderung der Lage des Rotors erfasst, d. h. verändert der Rotor aufgrund des Spannungssignals und des damit erzeugten und auf die elektrische Maschine aufgeprägten Stromsignals seine erste Lage bzw. den Phasenwinkel, kann auf einen Fehler der Antriebsanordnung geschlossen werden.
Insbesondere können die folgenden Fehler der Antriebsanordnung erkannt und ggf. zugeordnet werden:
• tatsächlich vorliegende Lage des Rotors weicht von der in Schritt a) bestimmten ersten Lage ab;
• mindestens ein Transistor bzw. eine Halbbrücke der elektrischen Schaltung taktet nicht;
• mindestens ein Stromsensor ist defekt bzw. misst das Stromsignal falsch, so dass die Regelung durch das Steuergerät nicht korrekt erfolgen kann;
• es liegt ein Defekt am elektrischen Motor vor, z. B. ein Kurzschluss an einem der Anschlüsse.
Insbesondere dreht sich der Rotor zumindest während der Schritte a), b) und c) gegenüber dem Stator. Insbesondere wird während der Schritte b) bis d) kein Spannungssignal durch die elektrische Schaltung erzeugt, durch das ein Drehmoment bewusst bereitgestellt bzw. erzeugt wird, sondern es wird ausschließlich das im Rahmen des Verfahrens erzeugte Spannungssignal (das möglichst kein Drehmoment erzeugen soll) aufgeprägt.
Durch das im Rahmen des Verfahrens aufgeprägte Spannungssignal wird also insbesondere kein Drehmoment erzeugt, da das Spannungssignal nur eine zur ers- ten Lage der Magnetpole identische erste Phasenlage aufweist. Hierbei muss insbesondere die Korrektheit der im Rahmen des Schrittes a) ermittelten ersten Lage angenommen werden.
Im Rahmen des Schrittes d) kann der sich einstellende Wert des Stromsignals ermittelt und mit einem in dem Steuergerät hinterlegten Wert verglichen werden. Sind die Abweichungen zu diesem Wert innerhalb eines definierten Toleranzfeldes, ist davon auszugehen, dass die gesamte Wirkkette aus den taktenden Transistoren bzw. Halbbrücken und deren Ansteuerung, dem angeschlossenem Motor sowie der Messung der Stromsignale über die Stromsensoren funktionsfähig ist.
Insbesondere wird das Verfahren eingeleitet, wenn zumindest einer der folgenden Zustände vorliegt:
• Neustart der Antriebsanordnung;
• Stillstand des Rotors gegenüber dem Stator;
• Rotor dreht drehmomentfrei gegenüber dem Stator.
Insbesondere wird, wenn die gemäß Schritt d) ausgewerteten Stromsignale innerhalb eines Toleranzfeldes gegenüber einem in dem Steuergerät hinterlegten Referenzstromsignal liegen, eine Freigabe zum Betrieb des elektrischen Motors und zur Erzeugung eines Drehmoments erzeugt. Wenn die Stromsignale aber außerhalb des Toleranzfeldes liegen, wird eine Fehlermeldung durch das Steuergerät erzeugt. Es erfolgt dann gerade keine Freigabe zum Betrieb des elektrischen Motors. Die Nutzung des elektrischen Motors zur Bereitstellung eines Drehmoments wird dann gerade unterbunden.
Das Toleranzfeld kann insbesondere eine Abweichung von einem Anstieg und/oder einem Endwert eines in dem Steuergerät hinterlegten Referenzstromsignals umfassen. Die Abweichung kann z. B. zu bestimmten Zeitpunkten während des Anstiegs bzw. während der Messung des Stromsignals definiert sein oder zu allen Zeitpunkten ermittelt werden. Insbesondere darf die Abweichung gegenüber dem Referenzstromsignal höchstens 5 %, bevorzugt höchstens 2 %, betragen. Die zulässige Abweichung kann für die jeweilige Antriebsanordnung bestimmt werden.
Es wird weiter eine Antriebsanordnung vorgeschlagen, zumindest umfassend einen elektrischen Motor, eine elektrische Schaltung zum Betrieb des elektrischen Motors und ein Steuergerät zur Ansteuerung der elektrischen Schaltung. Die Antriebsanordnung bzw. das Steuergerät ist zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt und eingerichtet.
Es wird weiter ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend die beschriebene Antriebsanordnung, wobei der elektrische Motor ein Traktionsantrieb zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments des Antriebsstrangs ist.
Das Steuergerät ist insbesondere so ausgestattet, konfiguriert oder programmiert, dass die Antriebsanordnung bzw. die elektrische Schaltung gemäß dem beschriebenen Verfahren betreibbar ist.
Das Verfahren kann auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinrichtung ausgeführt werden.
Es wird auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durchführt.
Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen. Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf die Antriebsanordnung, den Antriebsstrang oder das computerimplementierte Verfahren übertragbar und umgekehrt.
Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 : einen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebsanordnung; Fig. 2: einen Teil der Antriebsanordnung nach Fig. 1 und den Betrieb des Verfahrens;
Fig. 3: die Schritte a) und b) des Verfahrens bei einem i.O. -Zustand der Antriebsanordnung;
Fig. 4: die Schritte c) und d) des Verfahrens bei einem i.O.-Zustand der Antriebsanordnung;
Fig. 5: die Schritte a) und b) des Verfahrens bei einem fehlerhaften Zustand der Antriebsanordnung;
Fig. 6: die Schritte c) und d) des Verfahrens bei einem fehlerhaften Zustand der Antriebsanordnung;
Fig. 7: die Schritte a) bis d) des Verfahrens in einer Gegenüberstellung bei einem fehlerhaften Zustand und bei einem i.O.-Zustand der Antriebsanordnung;
Fig. 8: einen Ablauf des Verfahrens; und
Fig. 9: einen detaillierten Ablauf des Verfahrens.
Fig. 1 zeigt einen Antriebsstrang 34 eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebsanordnung 1. Fig. 2 zeigt einen Teil der Antriebsanordnung 1 nach Fig. 1 und den Betrieb des Verfahrens. Fig. 3 zeigt die Schritte a) und b) des Verfahrens bei einem i.O.-Zustand der Antriebsanordnung 1. Fig. 4 zeigt die Schritte c) und d) des Verfahrens bei einem i.O.-Zustand der Antriebsanordnung 1. Die Fig. 1 bis 4 werden im Folgenden gemeinsam erläutert.
Die Antriebsanordnung 1 umfasst einen elektrischen Motor 2, eine elektrische Schaltung 3 zum Betrieb des elektrischen Motors 2 und ein Steuergerät 4 zur An- Steuerung der elektrischen Schaltung 3. Die Antriebsanordnung 1 bzw. das Steuergerät 4 ist zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt und eingerichtet. Der elektrische Motor 2 ist ein Traktionsantrieb zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments des Antriebsstrangs 34.
Das Steuergerät 4 umfasst eine Motoransteuerung 35 und eine Motorüberwachung 36. Die elektrische Schaltung 3 ist über eine Sicherheitslogik 37 mit der Motoransteuerung 35 bzw. der Motorüberwachung 36 verbunden. Die Motoransteuerung 35 ist nach dem Erfassen des Zustands der Antriebsanordnung 1 in der Lage, die elektrische Schaltung 3 und somit den elektrischen Motor 2 anzusteuern. Die Motorüberwachung 36 greift auf einen Teil der für die Motoransteuerung 35 zur Verfügung stehenden Signale zurück, um somit die Fehler der Messkette offenzulegen. Die Motorüberwachung 36 ist durch die Sicherheitslogik 37 in der Lage die Ansteuerung des elektrischen Motors 2 zu deaktivieren, wenn im Rahmen des Verfahrens ein fehlerhafter Zustand der Antriebsanordnung 1 erkannt wurde.
Der elektrische Motor 2 weist zumindest einen Stator 5 mit zumindest drei Spulen 6, 7, 8 und einen Rotor 9 mit zumindest zwei Magnetpolen 10, 11 auf (siehe Fig. 3 bis 6). Die elektrische Schaltung 3 weist einen ersten Potentialanschluss 12 und einen zweiten Potentialanschluss 13 auf, die mit unterschiedlichen Potentialen einer Gleichspannungsquelle 14 verbindbar sind. Zu der elektrischen Schaltung 3 ist ein Gleichspannungskondensator 38 parallelgeschaltet angeordnet.
Die elektrische Schaltung 3 umfasst zwischen den Potentialanschlüssen 12, 13 drei Halbbrücken 15, 16, 17, wobei jede Spule 6, 7, 8 über jeweils einen ersten Anschluss 18 mit jeweils einer Halbbrücke 15, 16, 17 und über jeweils einen zweiten Anschluss 19 mit den anderen Spulen 6, 7, 8 elektrisch leitend verbunden ist. Die elektrische Schaltung 3 weist drei Stromsensoren 20 zur Messung eines über den jeweiligen ersten Anschluss 18 geleiteten Ausgangsstroms 21 auf.
Eine Halbbrücke 15, 16, 17 umfasst in bekannter Weise eine Anordnung eines oberen Transistors 27 und eines unteren Transistors 28, über die die Potentialan- Schlüsse 12, 13 miteinander verbunden sind. Bei jeder Halbbrücke 15, 16, 17 sind ein oberer Transistor 27 und ein unterer Transistor 28 miteinander elektrisch leitend verbunden. Der obere Transistor 27 ist mit dem ersten Potentialanschluss 12 und der untere Transistor 28 mit dem zweiten Potentialanschluss 13 elektrisch leitend verbunden. Jede Halbbrücke 15, 16, 17 weist zwischen dem oberen Transistor 27 und dem unteren Transistor 28 den jeweiligen ersten Anschluss 18 auf, über den die jeweilige Spule 6, 7, 8 mit der betreffenden Halbbrücke 15, 16, 17 verbunden ist. Der jeweils eine erste Anschluss 18 ist mit der jeweiligen Halbbrücke 15, 16, 17 über eine Kontaktierung 29 verbunden.
Über jede Halbbrücke 15, 16, 17 wird bei Anlegen eines Spannungssignals 23 ein entsprechender Ausgangsstrom 21 erzeugt, der über den jeweiligen ersten Anschluss 18 die betreffende Spule 6, 7, 8 des elektrischen Motors 2 beaufschlagt. Die so erzeugbaren Ausgangsströme 21 werden in der elektrischen Schaltung 3 über Stromsensoren 20 erfasst, so dass eine Steuerung des elektrischen Motors 2 im Betrieb der Antriebsanordnung 1 ermöglicht werden kann.
Im Rahmen des Schrittes a) erfolgt ein Bestimmen einer rotatorischen ersten Lage 22 der Magnetpole 10, 11 des Rotors 9 gegenüber dem Stator 5 durch das Steuergerät 4 (siehe Fig. 3). Die Bestimmung der ersten Lage 22 kann in bekannter Weise erfolgen. Dabei kann z. B. ein grundsätzlich bekannter Lagegeber (hier nicht dargestellt) des elektrischen Motors 2 ausgewertet werden.
Im Rahmen des Schrittes b) erfolgt ein Erzeugen eines Spannungssignals 23 durch die elektrische Schaltung 3 (siehe Fig. 2 Diagramm links oben und Fig. 3 Diagramm unten; wobei auf der vertikalen Achse die Spannung 39 und auf der horizontalen Achse die Zeit 26 aufgetragen ist). Das Spannungssignal 23 weist eine zur ersten Lage 22 identische erste Phasenlage 24 auf (siehe Fig. 3, oben).
Zur Erzeugung des Spannungssignals 23 gemäß Schritt b) wird ein Pulsmuster gewählt, bei dem alle Transistoren 27, 28 takten. Das Spannungssignal 23 wird als ein PWM-Signal (Puls-Weiten-Moduhertes-Signal) erzeugt, so dass sich das Spannungssignal 23 aus mehreren Einzelsignalen zusammensetzt.
In Fig. 3 (wie auch in Fig. 4, 5 und 6) ist das statorfeste Koordinatensystem mit der ersten Achse 43 und der zweiten Achse 44 sowie das rotorfeste Koordinatensystem mit der dritten Achse 45 und der vierten Achse 46 dargestellt. Die dritte und vierte Achse 45, 46 rotieren mit den Magnetpolen 10, 11 gegenüber der ersten und zweiten Achse 43, 44.
Der Phasenwinkel (erste Phasenlage 24) der Spannung bzw. des Spannungssignals 23 wird also so eingestellt, dass dieser dem in Schritt a) bestimmten Phasenwinkel (erste Lage 22) entspricht (siehe Fig. 3, oben).
Aufgrund der an dem elektrischen Motor 2 angelegten Spannung 39 wird der Ausgangsstrom 21 der elektrischen Schaltung 3 ansteigen (siehe Fig. 4, Diagramm unten, wobei auf der vertikalen Achse der Strom 47 und auf der horizontalen Achse die Zeit 26 aufgetragen ist). Das Zeitverhalten sowie der stationäre Endwert 40 des Ausgangsstroms 21 werden dabei durch die elektrische Zeitkonstante der Motorwicklung des Stators 9, also durch den Widerstand 41 und die Induktivität 42, bestimmt. Ein Drehmoment wird dabei in dem elektrischen Motor 2 nicht erzeugt, da der Phasenwinkel des resultierenden Ausgangsstroms 21 der ersten Lage 22 der Magnetpole 10, 11 , also dem Phasenwinkel des Permanentmagnetflusses, entspricht (siehe Fig. 4).
Im Rahmen des Schrittes c) erfolgt ein Messen von durch das Spannungssignal 23 erzeugten Stromsignalen 25 (des Ausgangsstroms 21 an jedem ersten Anschluss 18) durch die Stromsensoren 20.
Die Messung des Ausgangsstroms 21 , bzw. des über jede Halbbrücke 15, 16, 17 erzeugten und über jeden ersten Anschluss 18 hin zu den Spulen 6, 7, 8 fließenden Ausgangsstroms 21 , erfolgt über die in der elektrischen Schaltung 3 üblicherweise vorhandenen Stromsensoren 20. Die Messung des Ausgangsstroms 21 bzw. des Stromsignals 25 (der Gesamtheit der Stromsignale 25) wird über eine Zeit 26 bzw. ein Zeitintervall bzw. eine Prüfdauer so lange durchgeführt, bis sich ein konstanter (End-)Wert 40 des Stromsignals 25 bzw. der Stromstärke einstellt bzw. bis ein konstanter Wert ermittelbar ist (z. B. bei asymptotischen Verlauf des Anstiegs des Stromsignals 25 durch Berechnung).
Im Rahmen des Schrittes d) erfolgt ein Auswerten der Stromsignale 25 durch das Steuergerät 4, z. B. zumindest hinsichtlich eines Anstiegs der Stromsignale 25 über einer Zeit 26 bzw. über eine Prüfdauer oder hinsichtlich eines nach einer Zeit erreichten Endwerts 40 des Stromsignals 25. Dieser Anstieg bzw. Endwert 40 der Stromsignale 25 wird zur Bewertung des Zustands der Antriebsanordnung 1 herangezogen.
Mit dem Widerstand 41 und der Induktivität 42 der Motorwicklung bzw. des elektrischen Motors 2 sind die relevanten Parameter des elektrischen Motors 2 bekannt. Diese Parameter stellen die Basis für das Verhalten des Anstieges der Stromsignale 25 bzw. des Stromsignals 25 innerhalb der Prüfdauer dar.
Damit kann im Rahmen der Schritte c) und d) ein stationäre Endwert 40 des aus dem Spannungssignal 23 resultierenden Stromsignals 25 also der Stromstärke ermittelt bzw. ausgewertet werden. Das Stromsignal 25, das z. B. durch eine Überlagerung der an jedem ersten Anschluss 18 gemessenen Stromsignale 25 bzw. Ausgangsströme 21 gebildet wird, kann mit einem vorab definierten und in dem Steuergerät 4 hinterlegten Wert verglichen werden. Sind die Abweichungen zu diesem Wert innerhalb eines definierten Toleranzfeldes 31 , ist davon auszugehen, dass die gesamte Wirkkette aus den taktenden Transistoren 27, 28 bzw. Halbbrücken 15, 16, 17 und deren Ansteuerung, dem angeschlossenem Motor 2 sowie der Messung der Stromsignale 25 über die Stromsensoren 20 funktionsfähig ist. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann durch eine ausschließlich in Form einer Software (also gegenüber bekannten Antriebsanordnungen 1 ohne zusätzliche Hardware) realisierte Motorüberwachung zumindest der Verlauf oder der (End- )Wert 40 des Stromsignals 25 untersucht und in Abhängigkeit von dem Verlauf oder dem (End-)Wert 40 auf einen Fehler oder auf einen i.O. -Zustand der Antriebsanordnung 1 erkannt werden.
Wird im Rahmen des Schrittes d) kein Fehler erkannt, kann die Antriebsanordnung 1 für den vorgesehenen Betrieb freigegeben werden, so dass z. B. ein angefordertes Drehmoment von dem elektrischen Motor 2 bereitgestellt werden kann. Im Fehlerfall kann z. B. ein weiterer Betrieb des elektrischen Motors 2 verhindert werden, so dass ein angefordertes Drehmoment gerade nicht mehr erzeugt wird.
Fig. 5 zeigt die Schritte a) und b) des Verfahrens bei einem fehlerhaften Zustand der Antriebsanordnung 1 . Fig. 6 zeigt die Schritte c) und d) des Verfahrens bei einem fehlerhaften Zustand der Antriebsanordnung 1. Die Fig. 5 und 6 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 4 wird verwiesen.
In Fig. 5 ist erkennbar, dass der Phasenwinkel (erste Phasenlage 24) der Spannung bzw. des Spannungssignals 23 von der ersten Lage 22 abweicht. Das im Rahmen des Schrittes a) erfolgte Bestimmen der rotatorischen ersten Lage 22 der Magnetpole 10, 11 des Rotors 9 gegenüber dem Stator 5 durch das Steuergerät 3 erzeugt hier also z. B. einen Fehler.
Wird während Schritt b) eine Veränderung der Lage des Rotors erfasst, d. h. verändert der Rotor aufgrund des Spannungssignals und des damit erzeugten und auf die elektrische Maschine aufgeprägten Stromsignals seine erste Lage bzw. den Phasenwinkel, kann auf einen Fehler der Antriebsanordnung geschlossen werden. Im Rahmen des Schrittes c) erfolgt em Messen von durch das Spannungssignal 23 erzeugten Stromsignalen 25 (des Ausgangsstroms 21 an jedem ersten Anschluss 18) durch die Stromsensoren 20.
Im Rahmen des Schrittes d) erfolgt ein Auswerten der Stromsignale 25 durch das Steuergerät 4, z. B. zumindest hinsichtlich eines Anstiegs der Stromsignale 25 über eine Zeit 26 bzw. über eine Prüfdauer oder hinsichtlich eines nach einer Zeit erreichten Endwerts 40 des Stromsignals 25. Dieser Anstieg bzw. Endwert 40 der Stromsignale 25 wird zur Bewertung des Zustands der Antriebsanordnung 1 herangezogen.
Hier ist erkennbar, dass der Ausgangsstrom 21 bzw. das Stromsignal 25 langsamer ansteigt als in dem Steuergerät 4 hinterlegt. Wie bereits ausgeführt kann dies beispielsweise ein Indiz sein für eine falsch angelegte Spannung 39 bzw. ein falsch erzeugtes Spannungssignal 23 oder eine falsch gemessene erste 22 Lage der Permanentmagneten bzw. der Magnetpole 10, 11.
Fig. 7 zeigt die Schritte a) bis d) des Verfahrens in einer Gegenüberstellung bei einem fehlerhaften Zustand und bei einem i.O. -Zustand der Antriebsanordnung 1.
In dem obersten Diagramm ist an der vertikalen Achse ein Signalwert 48 und an der horizontalen Achse die Zeit 26 aufgetragen. Über ein erstes Triggersignal 49 wird das beschriebene Verfahren eingeleitet. Über ein zweites Triggersignal 49 wird das Verfahren beendet, bzw. endet das gemäß Schritt b) erzeugte Spannungssignal 23.
In dem zweiten Diagramm von oben ist an der vertikalen Achse die Spannung 39 und an der horizontalen Achse die Zeit 26 aufgetragen. Eingeleitet durch das Triggersignal 49 wird das Verfahren gestartet und gemäß Schritt a) die erste Lage 22 der Magnetpole 10, 11 bestimmt. Gemäß Schritt b) wird ein Spannungssignal 23 mit einer ersten Phasenlage 24 erzeugt. Das Spannungssignal 23 weist über eine Zeit 26 einen konstanten Spannungswert 30 auf. In dem dritten Diagramm von oben ist an der vertikalen Achse der Strom 47 und auf der horizontalen Achse die Zeit 26 aufgetragen.
Aufgrund des gemäß Schritt b) erzeugten Spannungssignals 23 und der dadurch an dem elektrischen Motor 2 angelegten Spannung 39 steigt der Ausgangsstrom 21 der elektrischen Schaltung 3 an. Das Zeitverhalten sowie der stationäre Endwert 40 des Ausgangsstroms 21 werden dabei durch die elektrische Zeitkonstante der Motorwicklung des Stators 9, also durch den Widerstand 41 und die Induktivität 42, bestimmt.
In dem dritten Diagramm von oben sind ein erster Verlauf 50 und ein zweiter Verlauf 51 des Anstiegs der gemäß Schritt c) gemessenen Stromsignale 25 des Ausgangsstroms 21 dargestellt.
Der erste Verlauf 50 zeigt den Anstieg und den Endwert 40 einer Antriebsanordnung in einem fehlerfreien bzw. i.O. -Zustand.
Der zweite Verlauf 51 zeigt den Anstieg und den Endwert 40 einer Antriebsanordnung in einem fehlerbehafteten Zustand.
Im Rahmen der Schritte c) und d) wird ein stationärer Endwert 40 des aus dem Spannungssignal 23 resultierenden Stromsignals 25 also der Stromstärke ermittelt bzw. ausgewertet. Das Stromsignal 25, das z. B. durch eine Überlagerung der an jedem ersten Anschluss 18 gemessenen Stromsignale 25 bzw. Ausgangsströme 21 gebildet wird, kann mit einem vorab definierten und in dem Steuergerät 4 hinterlegten Wert verglichen werden. Sind die Abweichungen zu diesem Wert innerhalb eines definierten Toleranzfeldes 31 , ist davon auszugehen, dass die gesamte Wirkkette aus den taktenden Transistoren 27, 28 bzw. Halbbrücken 15, 16, 17 und deren Ansteuerung, dem angeschlossenem Motor 2 sowie der Messung der Stromsignale 25 über die Stromsensoren 20 funktionsfähig ist (siehe erster Verlauf 50). Bei dem zweiten Verlauf 51 ist erkennbar, dass der Ausgangsstrom 21 bzw. das Stromsignal 25 langsamer ansteigt als in dem Steuergerät 4 hinterlegt (siehe erster Verlauf 50 bzw. Toleranzfeld 31 ). Wie bereits ausgeführt kann dies beispielsweise ein Indiz sein für eine falsch angelegte Spannung 39 bzw. ein falsch erzeugtes Spannungssignal 23 oder eine falsch gemessene erste 22 Lage der Permanentmagneten bzw. der Magnetpole 10, 11.
In dem unteren Diagramm ist auf der vertikalen Achse die erste Lage 22 der Magnetpole 10, 11 und auf der horizontalen Achse die Zeit 26 aufgetragen. Hier sind ein zum ersten Verlauf 50 korrespondierender dritter Verlauf 52 der ersten Lage 22 und ein zum zweiten Verlauf 51 korrespondierender vierter Verlauf 53 der ersten Lage 22 dargestellt.
Aus dem dritten Verlauf 52 ist erkennbar, dass durch Aufprägen des Spannungssignals 23 und des erzeugten Stromsignals 25 keine Veränderung der ersten Lage 22 erfolgt. Es wird also bei der Durchführung des Verfahrens kein Drehmoment in dem elektrischen Motor 2 erzeugt, da der Phasenwinkel des resultierenden Ausgangsstroms 21 der ersten Lage 22 der Magnetpole 10, 11 , also dem Phasenwinkel des Permanentmagnetflusses, entspricht.
Aus dem vierten Verlauf 53 ist erkennbar, dass sich durch Aufprägen des Spannungssignals 23 und des erzeugten Stromsignals 25 die erste Lage 22 verändert. Während Schritt d) kann diese Veränderung der ersten Lage 22, also der Lage des Rotors 9 erfasst und ausgewertet werden.
Die Veränderung der ersten Lage 22 resultiert z. B. aus einer falsch gemessenen erste Lage 22 der Permanentmagneten bzw. der Magnetpole 10, 11 in Schritt a) oder der von der ersten Lage 22 abweichenden ersten Phasenlage 24 des gemäß Schritt b) erzeugten Spannungssignals 23. Im Rahmen der Auswertung des zweiten Verlaufs 51 und/oder des vierten Verlaufs 53 kann auf einen Fehlerzustand der Antriebsanordnung 1 geschlossen werden.
Fig. 8 zeigt einen Ablauf des Verfahrens. Fig. 9 zeigt einen detaillierten Ablauf des Verfahrens. Die Fig. 8 zeigt die Positionen A bis G des Ablaufs. Fig. 9 zeigt mit höherer Detaillierung die Positionen C bis G des Ablaufs. Die Fig. 8 und 9 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
In Position A wird festgestellt, ob die zu überprüfende Antriebsanordnung 1 ausgeschaltet ist. In Position B wird festgestellt, ob ein Startsignal zur Inbetriebnahme der Antriebsanordnung 1 vorliegt. Liegt kein Startsignal vor, sieht der Ablauf eine Rückkehr zur Position A vor. Liegt ein Startsignal vor, erfolgt in Position C eine Inbetriebnahme der Antriebsanordnung 1.
In Fig. 9 ist dargestellt, dass zunächst geprüft wird, ob das Steuergerät 4 einsatzbereit ist. Ist es einsatzbereit, wird geprüft, ob die Gleichspannungsquelle 14 eine ausreichende Zwischenkreisspannung bereitstellt. Ist diese nicht ausreichend, wird erneut geprüft, ob das Steuergerät 4 einsatzbereit ist. Ist die Zwischenkreisspannung ausreichend, erfolgt in Position D eine Überprüfung des elektrischen Motors 2 dahingehend, ob der Rotor 9 stillsteht.
Dazu können z. B. Wählhebelstellung einer Getriebeschaltung und Fahrzeuggeschwindigkeit, also Parameter 56 überprüft werden. Verläuft diese Überprüfung erfolgreich, kann die erste Lage 22 der Magnetpole 10, 11 durch die Auswertung eines Lagegebers 55 bestimmt werden. Mit der Bestimmung der ersten Lage 22 erfolgt die Überprüfung, ob der Rotor 9 stillsteht.
Steht der Rotor 9 nicht still, wird im Rahmen der folgenden Position E das Verfahren bei drehendem Rotor 9 durchgeführt. Dafür wird während der Schritte b) bis d) kein Spannungssignal durch die elektrische Schaltung 3 erzeugt, durch das ein Drehmoment bewusst bereitgestellt bzw. erzeugt wird, sondern es wird aus- schließlich das im Rahmen des Verfahrens erzeugte Spannungssignal 23 (das möglichst kein Drehmoment erzeugen soll) aufgeprägt. Entsprechend ist ein Spannungssignal 23 zu erzeugen, dessen erste Phasenlage 24 stets identisch zur ersten Lage 22 ist, mit dieser also mitrotiert.
Steht der Rotor 9 still, wird im Rahmen der Position E das Verfahren bei stehendem Rotor 9 durchgeführt. Dafür wird ein Spannungssignal 23 mit zur ersten Lage 22 identischer erster Phasenlage 24 erzeugt.
Im Rahmen der Position E werden die Stromsignale 25 gemessen und ausgewertet. Dabei wird zunächst geprüft, ob die Stromsignale 25 den im Steuergerät 4 hinterlegten Endwert 40 erreichen bzw. den im Steuergerät 4 hinterlegten Referenzstromsignalen 32 hinsichtlich Anstieg und Endwert 40 entsprechen. Weiter wird geprüft, ob der Verlauf 50, 51 des Stromsignals 25 bzw. des Ausgangsstroms 21 innerhalb des Toleranzfeldes 31 liegt. Weiter wird überprüft, ob durch Aufprägen des Spannungssignals 23 kein Drehmoment am elektrischen Motor 2 erzeugt wird.
Ist eine dieser Überprüfungen negativ, also nicht eingetreten, werden weitere Diagnosen 54 durchgeführt. Sind beispielsweise mehr als 5 Wiederholungen der zusätzlichen Diagnosen notwendig, wird auf einen Fehler der Antriebsanordnung 1 entschieden. Andernfalls wird erneut geprüft, ob der Rotor 9 stillsteht.
Im Rahmen der Position F wird geprüft, ob ein Fehler erkannt wurde. Liegt kein Fehler vor, kann gemäß Position G die Antriebsanordnung 1 für den bestimmungsgemäßen Gebrauch, z. B. zur Erzeugung eines Drehmoments durch den elektrischen Motor 2, freigegeben werden. Wird ein Fehler erkannt, wird die Antriebsanordnung 1 im Rahmen der Position G in einen sicheren Zustand überführt und für den bestimmungsgemäßen Gebrauch gesperrt. Eine Fehlermeldung 33 kann erzeugt werden. Bezugszeichenhste
1 Antriebsanordnung
2 Motor
3 elektrische Schaltung
4 Steuergerät
5 Stator
6 erste Spule
7 zweite Spule
8 dritte Spule
9 Rotor
10 erster Magnetpol
11 zweiter Magnetpol
12 erster Potentialanschluss
13 zweiter Potentialanschluss
14 Gleichspannungsquelle
15 erste Halbbrücke
16 zweite Halbbrücke
17 dritte Halbbrücke
18 erster Anschluss
19 zweiter Anschluss
20 Stromsensor
21 Ausgangsstrom
22 erste Lage
23 Spannungssignal
24 erste Phasenlage
25 Stromsignal
26 Zeit
27 oberer T ransistor
28 unterer Transistor
29 Kontaktierung
30 Spannungswert 31 Toleranzfeld
32 Referenzstromsignal
33 Fehlermeldung
34 Antriebsstrang
35 Motoransteuerung
36 Motorüberwachung
37 Sicherheitslogik
38 Gleichspannungskondensator
39 Spannung
40 Endwert
41 Widerstand
42 Induktivität
43 erste Achse
44 zweite Achse
45 dritte Achse
46 vierte Achse
47 Strom
48 Signalwert
49 Triggersignal
50 erster Verlauf
51 zweiter Verlauf
52 dritter Verlauf
53 vierter Verlauf
54 Diagnose
55 Lagegeber
56 Parameter

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung (1 ) umfassend einen elektrischen Motor (2), wobei die Antriebsanordnung (1 ) den elektrischen Motor (2), eine elektrische Schaltung (3) zum Betrieb des elektrischen Motors (2) und ein Steuergerät (4) zur Ansteuerung der elektrischen Schaltung (3) umfasst; wobei der elektrische Motor (2) zumindest einen Stator (5) mit zumindest drei Spulen (6, 7, 8) und einen Rotor (9) mit zumindest zwei Magnetpolen (10, 11 ) aufweist; wobei die elektrische Schaltung (3) zumindest einen ersten Potentialanschluss (12) und einen zweiten Potentialanschluss (13) aufweist, die mit unterschiedlichen Potentialen einer Gleichspannungsquelle (14) verbindbar sind; wobei die elektrische Schaltung (3) zwischen den Potentialanschlüssen (12, 13) drei Halbbrücken (15, 16, 17) umfasst, wobei jede Spule (6, 7, 8) über jeweils einen ersten Anschluss (18) mit jeweils einer Halbbrücke (15, 16, 17) und über jeweils einen zweiten Anschluss (19) mit den anderen Spulen (6, 7, 8) elektrisch leitend verbunden ist; wobei die elektrische Schaltung (3) mindestens drei Stromsensoren (20) zur Messung eines über den jeweiligen ersten Anschluss (18) geleiteten Ausgangsstroms (21 ) aufweist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: a) Bestimmen einer rotatorischen ersten Lage (22) der Magnetpole (10, 11 ) des Rotors (9) gegenüber dem Stator (5) durch das Steuergerät (4); b) Erzeugen eines Spannungssignals (23) durch die elektrische Schaltung (3), wobei das Spannungssignal (23) nur eine zur ersten Lage (22) identische erste Phasenlage (24) aufweist; c) Messen von durch das Spannungssignal (23) erzeugten Stromsignalen (25) des Ausgangsstroms (21 ) durch die Stromsensoren (20); d) Auswerten der Stromsignale (25) durch das Steuergerät (4) hinsichtlich eines Anstiegs der Stromsignale (25) über eine Zeit (26) und Bewerten des Zustands der Antriebsanordnung (1 ).
- 26 -
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei in Schritt d) das Auswerten der Stromsignale (25) durch das Steuergerät (4) zumindest hinsichtlich eines Anstiegs der Stromsignale (25) über eine Zeit (26) oder hinsichtlich eines nach einer Zeit (26) erreichten Werts des Stromsignals (25) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei jede Halbbrücke (15, 16, 17) zumindest einen oberen Transistor (27) und einen unteren Transistor (28) aufweist, die miteinander elektrisch leitend verbunden sind; wobei der obere Transistor (27) mit dem ersten Potentialanschluss (12) und der untere Transistor (28) mit dem zweiten Potentialanschluss (13) elektrisch leitend verbunden ist; wobei jede Halbbrücke (15, 16, 17) zwischen dem oberen Transistor (27) und dem unteren Transistor (28) eine Kontaktierung (29) aufweist, über die der jeweils eine erste Anschluss (18) mit der jeweiligen Halbbrücke (15, 16, 17) verbunden ist; wobei zur Erzeugung des Spannungssignals (23) gemäß Schritt b) ein Pulsmuster gewählt wird, bei dem alle Transistoren (27, 28) takten.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Spannungssignal (23) einen konstanten Spannungswert (30) aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Rotor (9) zumindest während Schritt a) eine konstante erste Lage (22) aufweist; wobei während Schritt d) eine Veränderung der Lage des Rotors (9) erfasst und ausgewertet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 4, wobei der Rotor (9) sich zumindest während der Schritte a), b) und c) gegenüber dem Stator (5) dreht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Verfahren eingeleitet wird, wenn zumindest einer der folgenden Zustände vorliegt: i. Neustart der Antriebsanordnung (1 ); ii. Stillstand des Rotors (9) gegenüber dem Stator (5); ill. Rotor (9) dreht drehmomentfrei gegenüber Stator (5).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei, wenn die gemäß Schritt d) ausgewerteten Stromsignale (25) innerhalb eines Toleranzfeldes (31 ) gegenüber einem in dem Steuergerät (4) hinterlegten Referenzstromsignal (32) liegen, eine Freigabe zum Betrieb des elektrischen Motors (2) und zur Erzeugung eines Drehmoments erzeugt wird; wobei, wenn die Stromsignale (25) außerhalb des Toleranzfeldes (31 ) liegen, eine Fehlermeldung (33) durch das Steuergerät (4) erzeugt wird.
9. Antriebsanordnung (1 ), zumindest umfassend einen elektrischen Motor (2), eine elektrische Schaltung (3) zum Betrieb des elektrischen Motors (2) und ein Steuergerät (4) zur Ansteuerung der elektrischen Schaltung (3); wobei die Antriebsanordnung (1 ) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche ausgeführt und eingerichtet ist.
10. Antriebsstrang (34) für ein Kraftfahrzeug, zumindest umfassend eine Antriebsanordnung (1 ) nach Patentanspruch 9, wobei der elektrische Motor (2) ein Traktionsantrieb zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments des Antriebsstrangs (34) ist.
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