WO2023081950A1 - Kontrollverfahren für eine kontrolle von betriebsparametern eines elektromotors, insbesondere zum antrieb eines fahrzeugs - Google Patents

Kontrollverfahren für eine kontrolle von betriebsparametern eines elektromotors, insbesondere zum antrieb eines fahrzeugs Download PDF

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actual
control
deviation
control method
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Mats Ivarson
Francesco Duchi
Matthias GIMPL
Konstantin Walter
Michael Scharnagl
Inigo GARCIA DE MADINABEITIA MERINO
Alexander Schmitt
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Definitions

  • the present invention relates to a control method for checking the operating parameters of an electric motor of a vehicle, a control device for carrying out such a method, a computer program product for carrying out such a contra II method on a computer, and a creation method for creating a set of deviation control characteristic diagrams for use in such a control procedure.
  • map controls are often used. This means that based on a specified torque requirement, for example based on the pedal position of the vehicle, one or more operating parameters are selected from the map as target operating parameters and specified for the operation of the electric motor. Subsequently, feedback loops and/or feed-forward loops can be provided in order to detect the actual operating parameters as well as the torque actually delivered by the electric motor on the basis of the specified setpoint operating parameters.
  • these maps are usually created at great expense on test stands for each type of electric motor by measuring the types of electric motor over their entire operating range.
  • a disadvantage of the known solutions is that the characteristic diagrams generated cannot take into account either manufacturing tolerances of the electric motors or aging effects. For example, there are certain manufacturing tolerances when manufacturing electric motors, for example with regard to the diameter of the rotor, with regard to the gap width between rotor and stator, with regard to the distances between the stator windings and the like, such as general manufacturing tolerances of the rotor and/or the stator, tolerances of material properties , material compositions and/or magnetization properties.
  • the operation of the electric motor when driving the vehicle results in aging effects and wear, which also lead to changes in the electric motor.
  • the electric motors are calibrated at the end of the production line and equipped with the characteristic maps as they result from the test bench tests. A later adjustment is neither intended nor technically possible. This can lead to the fact that the characteristic diagrams, which have been averaged for as many electric motors of one type as possible, do not match or only match to a limited extent in the event of large tolerance deviations. The same also applies to long-term operation of an electric motor, when aging effects result in an ever-increasing deviation from the mean value of the electric motor type or even lead to demagnetization.
  • a control method having the features of claim 1, a control device having the features of claim 11, a computer program product having the features of claim 12 and a creation method having the features of claim 13. Further features and details of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the control method according to the invention also apply, of course, in connection with the control device according to the invention, the computer program product according to the invention and the creation method according to the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is always referred to reciprocally can be.
  • a control method is used to control operating parameters of an electric motor for driving a vehicle. For this purpose, such a control procedure has the following steps:
  • a method according to the invention now aims to allow the control options to be adjusted even during operation of the electric motor, ie in particular after it has been put into operation. However, this adjustment does not happen randomly, but specifically on the basis of an estimated deviation from specifications.
  • a default deviation in the sense of the present invention is a deviation from a mean value of an electric motor type.
  • the mean value of this diameter can be the specification. If, for example, a manufacturing accuracy of plus/minus 5 micrometers is used during production, this means that the diameter can be up to 5 micrometers larger or up to 5 micrometers smaller than this mean value. This of course has an effect on the operating characteristics of this electric motor. In the same way, a default deviation in the sense of the present invention also counts as an aging effect. For example, an electromagnetic component but also a mechanical component within the electric motor can change over time due to wear or a change in magnetization, so that this also changes the operating characteristics of the electric motor over the service life.
  • a vehicle is to be understood as meaning not only an automobile but also any other vehicle, for example rail-bound vehicles, maritime vehicles, but also aircraft.
  • characteristic diagrams are in particular classic characteristic diagrams with control relationships.
  • characteristic fields in this application are also to be understood as meaning more extensive relationships, for example parameter relationships, tabular relationships or arrays.
  • the core idea according to the invention is now based on the fact that actual operating parameters of the electric motor are recorded in a manner similar to the known control loop. Such actual operating parameters are, for example, currents and/or voltages during operation of the electric motor.
  • the detection is preferably carried out in the corresponding three-axis coordinate system, the further implementation of the method according to the invention being implemented by transformation into a two-axis, co-rotating and rotor-based coordinate system (q/d transformation).
  • an actual control characteristic map is now selected from a set of deviation control characteristic diagrams in a manner according to the invention.
  • characteristic field control is often used when controlling electric motors.
  • these characteristic diagrams are calibrated once and are retained for the operation of the electric motor over its entire service life.
  • a large number of deviation control characteristic diagrams are now arranged, for example in the characteristic diagram database which will be explained later. This makes it possible to choose between different deviation control characteristic fields, one of these deviation control characteristic fields being able to be set as the actual control characteristic field for further control.
  • the selected actual control field is now used, for example by replacing and/or overwriting the previously used actual control characteristic field in a running control method.
  • This is preferably carried out for all relevant, in particular for all actual control fields of the control situation of the electric motor, so that at the end of the method according to the invention the control of the electric motor is no longer based on characteristic fields determined for a mean value as a default value for the electric motor. Rather, the characteristic diagrams used are now specific to the actually estimated default deviation and thus reflect the tolerance and/or the aging situation of the electric motor.
  • the method according to the invention is not based on actually measured tolerance deviations or aging states, but instead only indirectly estimates them by detecting the actual operating parameters and the corresponding determination of the actual electric motor parameters. This means that there is no need for any complex mechanical final inspection of the electric motors, but rather an optimization process that is integrated into the control process of the electric motor is possible. Another advantage is that with this embodiment of the control method, online adaptation is also possible later in operation. This control method can also be used again and again in the course of ongoing operation of the electric motor, so that the actual control fields can also be continuously adapted to the changing situation as the aging condition progresses and the operating characteristics of the electric motor change accordingly.
  • the control method according to the invention can be integrated in particular in a feedback loop and/or in a feed-forward loop, as will also be explained later.
  • two significant advantages can be achieved from the user's point of view of the electric motor.
  • the at least one actual electric motor parameter has at least one impedance or inductance of the electric motor, in particular both impedances in a coordinate system of the electric motor that is fixed to the rotor.
  • the impedances and/or the inductances can also be dependent on the operating point.
  • electric motors are often designed as three-phase machines and thus have three phases with a corresponding three-axis coordinate system.
  • the control method is preferably implemented in a two-axis coordinate system and is therefore implemented with less computation, so that in particular a so-called d/q transformation takes place between the three-phase reality of the electric motor and the control image.
  • the use of one or more impedances, in particular the two impedances Ld and Lq in the rotor-fixed coordinate system has a number of advantages.
  • a crucial advantage of this embodiment is that there is an exact physical connection between the recorded actual operating parameters and these two impedances, so that these two impedance values can be estimated very precisely.
  • the correlation between the impedance values and the specification deviation can be determined very precisely, particularly with regard to the creation method explained later, so that not only the estimation of the impedances, but also their indication of a quantitative specification deviation is very precise.
  • the actual control field is selected from a characteristic field database with the number of deviation control characteristic fields.
  • This map database can be stored in the vehicle, for example, so that the entire control process can take place decentrally in the vehicle without network access.
  • a central online map database is of course also conceivable, which is either queried as part of the control process or is updated over-the-air in the vehicle at regular intervals.
  • the storage in a map database allows a very clear and Structured preparation of the individual deviation control maps, so that the control process can carry out the selection of the appropriate actual control map very quickly and, above all, with little computation.
  • the set of deviation control characteristic fields is updated, in particular several times. This can be done, for example, by repeatedly carrying out test bench tests on the electric motor type over the ongoing use of electric motors of one electric motor type. It is also possible for manufacturing tolerances to change or for new information about manufacturing tolerances and/or signs of aging to appear as a result of ongoing measurements of real electric motors. This newly made available information can be used to correlate further default deviations with corresponding new and improved deviation control maps and thus to provide a corresponding new set of deviation control maps. This can be done via an over-the-air update in a map database in the vehicle, but also online in a server-based map database.
  • the steps of detecting, determining, selecting and applying are repeated at least once. This repetition can take place, for example, after a defined period of time. It is thus possible, for example, that after a certain number of operating hours of the electric motor, the control method according to the invention runs through in order to check whether all actual control characteristic diagrams still correspond to the current state of the electric motor. If this is not the case, then this is reflected in the correspondingly determined actual electric motor parameters and new deviation control characteristic fields are set as new actual control characteristic fields. This is preferably also done when the vehicle is started up for the first time, in order to write back production tolerances that are present when the electric motor is first started up directly in the actual control characteristic diagrams.
  • At least one indicator parameter is monitored in a control method according to the invention, with the steps of detecting, determining, selecting and applying being carried out if the at least one indicator parameter exceeds an indicator limit value.
  • an indication parameter can be a sound signal or a vibration signal.
  • the determination of a torque discrepancy between the torque generated and the torque request can also represent such an indicator parameter.
  • the control method according to the invention can be carried out, for example, and in particular by checking the same indicator parameter, a check can then be carried out as to whether and to what extent the control method can be exceeded by setting the new actual control map was successful.
  • the actual operating parameters are recorded using a minimum number of different operating situations of the electric motor, with the step of determination and/or selection only being carried out when the minimum number of different operating situations has been reached.
  • the different operating situations can also be weighted differently.
  • the minimum number of different operating situations can also be variable. This can also be understood as measuring the operating engine over a minimum area of the possible operating points. Of course, certain operating points can be weighted higher or given a higher confidence factor. This applies in particular with regard to the filtering out of individual areas of actual control characteristic maps and/or deviation control characteristic maps, which will be explained later.
  • a range is filtered out when the actual control map is selected.
  • different areas of a characteristic map can have different degrees of accuracy or reliability with regard to the estimation of the default deviation.
  • either individual areas with very low accuracy can be completely filtered out and/or other areas with high accuracy or high trustworthiness can be given a higher weighting.
  • the areas relate in particular to different operating points. A different weighting of different operating points and/or ranges of operating points is also possible.
  • the steps of selection and adaptation take place for a feed-forward loop of the control method, in particular for specifying target voltages as target operating parameters.
  • This can also be the internal or small loop in the control situation of an electric motor.
  • the specified currents are converted into specified voltages and preferably transformed into a three-phase coordinate system according to the specification of the feed-forward loop.
  • the integration into the feed-forward loop reduces noise emissions in particular, allowing the electric motor to run more quietly and with less wear.
  • the steps of selection and adaptation are carried out for a feedback loop of the control method, in particular for specifying target currents as target operating parameters.
  • a feedback loop of the control method in particular for specifying target currents as target operating parameters.
  • the integration is integrated into the torque requirement and the associated, specified currents, so that the maximum possible deviation between the torque requirement and a torque output of the electric motor is also optimized accordingly.
  • the control method is preferably integrated both in the feedback loop and in the feed-forward loop for maximum optimization during operation of the electric motor. Disturbance control or the use of a decoupling network is also conceivable here.
  • Another object of the present invention is a control device for controlling operating parameters of an electric motor for driving an electric vehicle.
  • a control device has a detection module for detecting actual operating parameters of the electric motor.
  • a determination module is also provided for determining at least one actual electric motor parameter of the electric motor on the basis of the recorded actual operating parameters as a measure of a default deviation of the electric motor.
  • a selection module serves to select an actual control map from a set of deviation control maps on the basis of the at least one determined actual electric motor parameter.
  • the control device has an application module for applying the selected actual control characteristics map for specifying at least one setpoint operating parameter for the operation of the electric motor.
  • the detection module, the determination module, the selection module and/or the application module are designed to carry out a control method according to the invention, so that the control device also has the same advantages as have been explained in detail with reference to a control method according to the invention.
  • the subject matter of the present invention is also a computer program product, having instructions which, when the program is executed on a computer, cause the latter to carry out the steps of a control method according to the invention.
  • a computer program product thus brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a control method according to the invention.
  • a further subject matter of the present invention is a creation method for creating a set of deviation control characteristic diagrams for use in a control method according to the invention. Such a creation procedure has the following steps:
  • a method according to the invention allows aging states and/or tolerances to be simulated as default deviations in a simple manner by using an electric motor simulation model. While in known solutions in the measurement of real electric motors only the actual geometrical states and aging states of this one electric motor are measured, a whole series of defined different electric motors with defined default deviations can be checked and simulated in a creation method according to the invention.
  • This serial adaptation makes it possible, for example, to check one tolerance after the other and to carry out a series of deviations accordingly for different individual tolerances and/or a central combination tolerance. This means that the deviation parameters are adjusted step by step, i.e.
  • the diameter of the rotor in the example of the diameter of the rotor, which has already been used several times, for example in micrometer steps, the diameter of the rotor from minus 5 micrometers to plus 5 micrometers are simulated. This leads to a total of ten test runs, in this example, so that the simulation parameters and the simulation electric motor parameters are recorded ten times. In this way, ten different deviation control characteristic diagrams are created, which correlate with the deviation parameter with regard to the diameter of the rotor. Of course, other deviation parameters or aging parameters can also be used or combined with one another.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a control device according to the invention
  • FIG. 7 shows an embodiment of a creation method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a control device 10 according to the invention. This is designed here for running a control method according to the invention and can be integrated into a vehicle with an electric motor 100, for example. Sensors are provided for this, which, on an electric motor 100 during operation, ie when operating with operating parameters BP, detect these as actual operating parameters IBP by a detection module 20 . These recorded actual operating parameters IBP are forwarded to a determination module 30, which determines actual electric motor parameters IEP on this basis, for example using a known physical relationship. These are in turn forwarded to the selection module 40, which in the embodiment of FIG. 1 accesses a characteristics database KD.
  • a large number of deviation control characteristic diagrams AKK are stored in this correlating with actual electrical parameters IEP, with the deviation control characteristic diagram AKK suitable for the determined actual electrical parameters IEP being selected as actual control characteristic diagram IKK. This selection is forwarded to the application module 50, which now uses this newly selected actual control characteristics map IKK to specify setpoint operating parameters SBP of electric motor 100.
  • FIG. 2 shows a schematic of a known option for controlling electric motors 100.
  • the specification for example, of a torque request by the driver of the vehicle and thus by the user of electric motor 100 can be seen at the top left.
  • This is divided into a two-dimensional rotor-fixed coordinate system and thus, using two actual control characteristic diagrams IKK, a specification of two setpoint operating parameters SBP in the form of setpoint currents S1.
  • These are passed on to a feedback loop FBS line, in order to subsequently calculate target currents SU im from them as target operating parameters specify a two-dimensional coordinate system.
  • an inverse transformation into the three-phase coordinate system of the electric motor 100 takes place in order to specify operation there in the desired manner.
  • the actual operating parameters IBP are recorded here in the three-phase coordinate system of the electric motor 100 and returned both to the feedback loop FBS and to the feed-forward loop FFS at the impedance level. This makes it possible to carry out the control and to regulate the electric motor in a known manner.
  • FIG. 3 now shows a possibility of improving this control.
  • an optimization level is introduced into the control procedure.
  • the control device 10 is now able to carry out the control method on the basis of the actual operating parameters IBP, as has been explained with reference to FIG.
  • the result is a selected deviation control map AKK as a new actual control map IKK, which is integrated in the embodiment of FIG. 3 in the feed-forward loop FFS.
  • This solution involves an actual control map IKK for the two impedances Ld and Lq in this feed-forward loop FFS, which are each replaced by a deviation control map AKK that is specific for the current default deviation.
  • the newly used actual control characteristic diagrams IKK are now decisive for the further control process of the electric motor 100, so that in this embodiment the operation of the electric motor 100 can take place in particular with lower vibrations and lower noise emissions.
  • FIG. 4 shows an alternative possibility of a control method according to the invention.
  • the control device 10 is integrated into the feedback loop FBS.
  • This solution counts in particular on meeting the torque requirement, which comes, for example, from the vehicle's accelerator pedal, as precisely as possible.
  • FIG. 5 combines the two solutions of FIGS. 3 and 4 and thus makes it as efficient and low-vibration as possible, and thus also with less Noise emission to ensure that the torque requirement is met as precisely as possible.
  • An indication parameter HP is also recorded here on electric motor 100 .
  • This can be, for example, a noise emission, a vibration frequency or the like.
  • the control method according to the invention can now be actively triggered and thus started, starting from the indication parameter HP, in particular if this exceeds an indication limit.
  • FIG. 7 shows one possibility of a creation method according to the invention.
  • the electric motor 100 can be simulated in an electric motor simulation model ESM.
  • These electric motor simulation models ESM are preferably all identical and can be varied by one or more deviation parameters AP. 3 different runs of the simulation are shown here. In this case, the same deviation parameter AP is always varied differently than AP1, AP2 and AP3.
  • Both simulation operating parameters SIBP and simulation electric motor parameters SIEP are now determined for all different default deviations, based on the differently quantitatively selected deviation parameters AP.
  • a matching deviation control map AKK can now be determined for each of these test runs and thus for each default deviation, and a corresponding data record for populating the map database KD can thus be set up.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren für eine Kontrolle von Betriebsparametern (BP) eines Elektromotors (100), insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte: Erfassen von Ist-Betriebsparametern (IBP) des Elektromotors (100), Bestimmen wenigstens eines Ist-Elektromotorparameters (IEP) des Elektromotors (100) auf Basis der erfassten Ist-Betriebsparameter (IBP) als Maß für eine Vorgabeabweichung des Elektromotors (100), Auswählen eines Ist-Kontroll-Kennfeldes (IKK) aus einer Menge an Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern (AKK) auf Basis des wenigstens einen bestimmten Ist-Elektromotorparameters (IEP), Anwenden des ausgewählten Ist-Kontroll-Kennfeldes (IKK) für die Vorgabe von wenigstens einem Soll-Betriebsparameter (SBP) für den Betrieb des Elektromotors (100).

Description

Kontrollverfahren für eine Kontrolle von Betriebsparametern eines Elektromotors, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren für eine Kontrolle von Betriebsparametern eines Elektromotors eines Fahrzeugs, eine Kontrollvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Kontra II verfahrens auf einem Computer sowie ein Erstellungsverfahren zum Erstellen einer Menge von Abweichungs-Kontroll- Kennfeldern für einen Einsatz in einem solchen Kontrollverfahren.
Es ist bekannt, dass Elektromotoren für den Antrieb von Fahrzeugen verwendet werden. Um die Elektromotoren zu regeln, werden dabei häufig sogenannte Kennfeldregelungen verwendet. Darunter ist zu verstehen, dass auf Basis einer vorgegebenen Drehmomentanforderung, zum Beispiel auf Basis der Pedalstellung des Fahrzeugs, aus dem Kennfeld ein oder mehrere Betriebsparameter als Soll- Betriebsparameter ausgewählt und für den Betrieb des Elektromotors vorgegeben werden. Nachfolgend können Feed-Back-Schleifen und/oder Feed-Forward- Schleifen vorgesehen sein, um die tatsächlichen Betriebsparameter wie auch das tatsächlich abgegebene Drehmoment des Elektromotors auf Basis der vorgegebenen Soll-Betriebsparameter zu erfassen.
Um diese Kennfelder zu erstellen, werden üblicherweise mit hohem Aufwand auf Prüfständen für jeden Elektromotortyp diese Kennfelder erstellt, indem die Elektromotortypen über ihr gesamtes Betriebsfeld vermessen werden. Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass die erzeugten Kennfelder jedoch weder Fertigungstoleranzen der Elektromotoren noch Alterungseffekte berücksichtigen können. So sind beispielsweise beim Fertigen von Elektromotoren gewisse Fertigungstoleranzen gegeben, zum Beispiel hinsichtlich des Durchmessers des Rotors, hinsichtlich der Spaltbreite zwischen Rotor und Stator, hinsichtlich der Abstände zwischen den Statorwicklungen und Ähnlichem, wie allgemeine Fertigungstoleranzen des Rotors und/oder des Stators, Toleranzen von Materialeigenschaften, Materialzusammensetzungen und/oder Magnetisierungseigenschaften. Darüber hinaus entstehen durch den Betrieb des Elektromotors beim Antrieb des Fahrzeugs Alterungseffekte und Verschleiß, welche ebenfalls zu Veränderungen am Elektromotor führen. Bei bekannten Lösungen werden die Elektromotoren am Ende der Fertigungslinie kalibriert und mit den Kennfeldern ausgestattet, wie sie aus dem Prüfstandsversuchen resultieren. Ein späteres Anpassen ist bisher weder vorgesehen noch technisch möglich. Dies kann dazu führen, dass die Kennfelder, welche gemittelt für möglichst alle Elektromotoren eines Typs erfasst worden sind, bei starken Toleranzabweichungen nicht oder nur bedingt passen. Gleiches gilt auch bei längerem Betrieb eines Elektromotors, wenn Alterungseffekte eine sich immer mehr vergrößernde Abweichung vom Mittelwert des Elektromotortyps mit sich bringen oder sogar zu einer Demagnetisierung führen. In beiden Fällen können solche Vorgabeabweichungen dazu führen, dass entweder das Drehmoment, welches zur Erfüllung der Drehmomentanforderung vom Elektromotor abgegeben wird, stark von der Anforderung abweichet. Es kann beispielsweise bei einem Solldrehmoment von ca. 400 Newtonmeter um bis zu 30 Newtonmeter zu hoch oder zu niedrig sein. Darüber hinaus kann das Anwenden eines auf Mittelwerten basierenden Kennfeldes zu Disharmonie in der Kontrolle des Elektromotors führen, was insbesondere mit einer verstärkten Geräuschemission und darüber hinaus auch verstärktem Verschleiß im Elektromotor einhergeht. Auch die Stabilität der Regelung im Allgemeinen kann hierunter leiden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Anpassung der Kontrollmöglichkeiten im Betrieb des Elektromotors zur Verfügung stellen zu können.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch ein Kontrollverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Kontrollvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 , ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie durch ein Erstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung, dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt sowie dem erfindungsgemäßen Erstellungsverfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. Erfindungsgemäß dient ein Kontrollverfahren der Kontrolle von Betriebsparametern eines Elektromotors zum Antrieb eines Fahrzeugs. Hierfür weist ein solches Kontrollverfahren die folgenden Schritte auf:
- Erfassen von Ist-Betriebsparametern des Elektromotors,
- Bestimmen wenigstens eines Ist-Elektromotorparameters des Elektromotors auf Basis der erfassten Ist-Betriebsparameter als Maß für eine Vorgabeabweichung des Elektromotors,
- Auswählen eines Ist-Kontroll-Kennfeldes aus einer Menge von Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern auf Basis des wenigstens einen bestimmten Ist-Elektromotorparameters,
- Anwenden des ausgewählten Ist-Kontroll-Kennfeldes für die Vorgabe von wenigstens einem Soll-Betriebsparameter für den Betrieb des Elektromotors.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zielt nun darauf ab, dass auch während des Betriebs des Elektromotors, also insbesondere nach der Inbetriebnahme, eine Anpassung der Kontrollmöglichkeiten stattfinden kann. Diese Anpassung passiert jedoch nicht wahllos, sondern gezielt auf Basis einer abgeschätzten Vorgabeabweichung. Eine Vorgabeabweichung ist dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Abweichung von einem Mittelwert eines Elektromotortyps.
Beispielsweise bezogen auf den Durchmesser des Rotors kann der Mittelwert dieses Durchmessers die Vorgabe sein. Findet bei der Fertigung beispielsweise eine Fertigungsgenauigkeit von plus/minus 5 Mikrometer Anwendung, so bedeutet dies, dass der Durchmesser bis zu 5 Mikrometer größer oder bis zu 5 Mikrometer kleiner als dieser Mittelwert sein kann. Dies wirkt sich selbstverständlich auf die Betriebscharakteristik dieses Elektromotors aus. In gleicher Weise gilt eine Vorgabeabweichung im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Alterungseffekt. Beispielsweise kann sich durch Verschleiß oder Veränderung der Magnetisierung eine elektromagnetische Komponente aber auch eine mechanische Komponente innerhalb des Elektromotors über die Zeit ändern, sodass dies ebenfalls die Betriebscharakteristik des Elektromotors über die Nutzungsdauer verändert. Unter einem Fahrzeug ist im Sinne der vorliegen Erfindung neben einem Automobil auch jedes andere Fahrzeug, beispielsweise schienengebundene Fahrzeuge, maritime Fahrzeug, aber auch Flugzeuge zu verstehen.
Kennfelder sind im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere klassische Kennfelder mit Kontrollzusammenhängen. Jedoch sind unter Kennfeldern in dieser Anmeldung auch weitergehende Zusammenhänge, beispielsweise Parameterzusammenhänge, tabellarische Zusammenhänge oder Arrays zu verstehen.
Der erfindungsgemäße Kerngedanke beruht nun darauf, dass ähnlich der bekannten Regelschleife Ist-Betriebsparameter des Elektromotors erfasst werden. Solche Ist- Betriebsparameter sind beispielsweise Ströme und/oder Spannungen beim Betrieb des Elektromotors. Die Erfassung erfolgt vorzugsweise bei einem dreiphasig, sechsphasig oder sogar neunphasig betriebenen Elektromotor im entsprechend dreiachsigen Koordinatensystem, wobei die weitere Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umgesetzt wird durch Transformation in ein zweiachsiges, mitrotierendes und rotorbasiertes Koordinatensystem (q/d- Transformation).
Diese erfassten Ist-Betriebsparameter stehen nun in einem physikalischen Zusammenhang mit Elektromotorparametern des Elektromotors. Auf Basis dieses physikalischen Zusammenhangs ist es nun möglich, dass aus vielen von diesen bestimmten Ist-Betriebsparametern Ist-Elektromotorparameter bestimmt werden können. Die Bestimmung kann zum Beispiel durch Rückrechnen aus dem physikalischen Zusammenhang zwischen den erfassten Ist-Betriebsströmen und den Induktivitäten entlang der jeweiligen Achse des Koordinatensystems bestehen. So ist es zum Beispiel möglich, das als Ist-Elektromotorparameter die Induktivitäten Ld und Lq bestimmt werden und damit hinsichtlich ihrer Abweichung von dem Mittelwert ein Maß für die Vorgabeabweichung des Elektromotors darstellen. Die bestimmten Ist- Elektromotorparameter sind also ein quantitatives Anzeichen dafür, wie weit und in welche Richtung die aktuelle Betriebscharakteristik des Elektromotors von dem vorgegebenen Mittelwert abweicht.
Damit ist es nun möglich, dass auf Basis dieser Abschätzung der Abweichung von dem vorgegebenen Mittelwert im nächsten Schritt eine Anpassung der Kontrolle stattfindet. Um die Anpassung durchzuführen, erfolgt in erfindungsgemäßer Weise nun eine Auswahl eines Ist-Kontroll-Kennfeldes aus einer Menge an Abweichungs- Kontroll-Kennfeldern. Wie bereits eingangs erläutert worden ist, findet bei der Kontrolle von Elektromotoren häufig eine Kennfeldregelung Anwendung. Diese Kennfelder sind bei den bekannten Lösungen einmalig kalibriert und werden für den Betrieb des Elektromotors über dessen komplette Betriebsdauer beibehalten. Erfindungsgemäß sind nun eine Vielzahl von Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern, beispielsweise in der später noch erläuterten Kennfeld-Datenbank, angeordnet. Dies erlaubt es, dass eine Auswahl zwischen unterschiedlichen Abweichungs-Kontroll- Kennfeldern möglich ist, wobei eines dieser Abweichungs-Kontroll-Kennfelder als Ist- Kontroll-Kennfeld für die weitere Kontrolle gesetzt werden kann. Für die Auswahl eines möglichst genau auf die aktuelle Vorgabeabweichung passenden Ist- Kontrollfeldes wird hier die Korrelation zwischen dem bestimmten Ist- Elektromotorparameter und den damit jeweils zugehörigen Abweichungs-Kontroll- Kennfeldern verwendet, sodass für die tatsächlich über den Abschätzungsschritt der Ist-Elektromotorparameter definierten Vorgabeabweichungszustand ein passendes Ist-Kontroll-Kennfeld auswählbar ist. In welcher Weise diese Abweichungs-Kontroll- Kennfelder ermittelt werden können, wird später noch mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Erstellungsverfahren näher erläutert.
Im letzten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun das ausgewählte Ist-Kontrollfeld angewendet, beispielsweise indem es in einem laufenden Kontrollverfahren das bisher verwendete Ist-Kontroll-Kennfeld ersetzt und/oder überschreibt. Dies wird vorzugsweise für alle relevanten, insbesondere für sämtliche Ist-Kontrollfelder der Kontrollsituation des Elektromotors durchgeführt, sodass am Ende des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kontrolle des Elektromotors nicht mehr auf Basis von für einen Mittelwert als Vorgabewert für den Elektromotor bestimmten Kennfeldern ausgegangen wird. Vielmehr sind die verwendeten Kennfelder nun spezifisch für die tatsächlich abgeschätzte Vorgabeabweichung und spiegeln damit die Toleranz- und/oder die Alterungssituation des Elektromotors wider.
Am weiter oben beschriebenen Beispiel unterschiedlicher Durchmesser des Rotors führt dies dazu, dass somit eine Abschätzung der Toleranzabweichung stattfinden kann. Ist beispielsweise ein Rotor an einem Randbereich der Toleranz, also im genannten Beispiel mit einem vergrößerten Durchmesser von circa 5 Mikrometer, ausgestattet, so führt dies entsprechend der Änderung der Betriebscharakteristik des Elektromotors zu anderen Ist-Betriebsparametern und dementsprechend jetzt bei der Abschätzung zu veränderten Ist-Elektromotorparametern. Diese veränderten Ist- Elektromotorparameter erlauben es nun, ein verändertes Ist-Kontroll-Kennfeld aus der Menge der Abweichungs-Kontroll-Kennfelder auszuwählen, sodass das anschließend für die weitere Kontrolle gesetzte neue Ist-Kontroll-Kennfeld passend zu dieser maximalen Abweichung von 5 Mikrometern ist. Hier wird bereits gut ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf tatsächlich gemessenen Toleranzabweichungen oder Alterungszuständen beruht, sondern diese vielmehr ausschließlich indirekt über die Erfassung der Ist-Betriebsparameter und die entsprechende Bestimmung der Ist-Elektromotorparameter abschätzt. Dies führt dazu, dass keinerlei aufwendige mechanische Endkontrolle der Elektromotoren stattfinden muss, sondern vielmehr ein in das Kontrollverfahren des Elektromotors integriertes Optimierungsverfahren möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist es, dass bei dieser Ausführungsform des Kontrollverfahrens auch eine Online-Adaption im späteren Betrieb möglich ist. So kann dieses Kontrollverfahren auch im Laufe eines fortdauernden Betriebes des Elektromotors immer wieder eingesetzt werden, sodass die Ist-Kontrollfelder bei fortschreitendem Alterungszustand und sich entsprechend ändernder Betriebscharakteristik des Elektromotors, ebenfalls fortlaufend an die sich verändernde Situation angepasst werden können.
Das erfindungsgemäße Kontrollverfahren kann insbesondere in eine Feed-Back- Schleife und/oder in eine Feed-Forward-Schleife integriert sein, wie dies ebenfalls später noch erläutert wird. Neben der bereits erläuterten Ausgleichsmöglichkeit für Toleranzen sind aus Nutzersicht des Elektromotors zwei wesentliche Vorteile erzielbar. Zum einen wird es möglich, eine sehr geräuscharme/sehr vibrationsarme Betriebsweise des Elektromotors zu gewährleisten, da die angewendeten Ist- Kontroll-Kennfelder sehr exakt auf die tatsächliche Vorgabeabweichung und die damit einhergehende Betriebscharakteristik des Elektromotors passen. Insbesondere bei der Anwendung für die Feed-Back-Schleife eines solchen Kontrollverfahrens ist darüber hinaus die entstehende Kontrollabweichung zwischen der Drehmomentanforderung und der tatsächlichen Drehmomentabgabe des Elektromotors minimiert, sodass für den Nutzer des Elektromotors, insbesondere den Fahrer des Elektrofahrzeugs, eine deutlich exaktere Kontrolle des Fahrzeugs und ein direkteres Feedback auf seine Drehmomentanforderung die Folge ist. Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren der wenigstens eine Ist-Elektromotorparameter zumindest eine Impedanz bzw. eine Induktivität des Elektromotors aufweist, insbesondere beide Impedanzen in einem läuferfesten Koordinatensystem des Elektromotors. Auch können die Impedanzen und/oder die Induktivitäten arbeitspunktabhängig sein. Wie üblich, sind Elektromotoren häufig als Drehstrommaschinen ausgebildet und weisen somit drei Phasen mit entsprechend einem dreiachsigen Koordinatensystem auf. Das Kontrollverfahren ist vorzugsweise ausgebildet in einem zweiachsigen Koordinatensystem und damit rechenärmer umgesetzt zu werden, sodass insbesondere eine sogenannte d/q Transformation zwischen der dreiphasigen Realität des Elektromotors und der Kontrollabbildung erfolgt. Die Anwendung einer oder mehrerer Impedanzen, insbesondere der beiden Impedanzen Ld und Lq im rotorfesten Koordinatensystem, bringt eine Vielzahl von Vorteilen mit sich. Ein entscheidender Vorteil bei dieser Ausführungsform ist es, dass ein exakter physikalischer Zusammenhang zwischen den erfassten Ist-Betriebsparametern und diesen beiden Impedanzen besteht, sodass eine sehr genaue Abschätzung dieser beiden Impedanzwerte möglich ist. Darüber hinaus kann, insbesondere in Bezug auf das später noch erläuterte Erstellungsverfahren, die Korrelation zwischen den Impedanzwerten und der Vorgabeabweichung sehr exakt ermittelt werden, sodass nicht nur die Abschätzung der Impedanzen, sondern auch deren Hinweis auf eine quantitative Vorgabeabweichung sehr genau ist. Damit wird ein erfindungsgemäßes Verfahren deutlich genauer möglich. Alternativ zu einer Verwendung einer oder mehrerer Impedanzen als Ist-Elektromotorparameter ist es grundsätzlich auch möglich, den elektrischen Fluss des Elektroparameters in ähnlicher Weise alternativ oder zusätzlich einzusetzen.
Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren die Auswahl des Ist-Kontrollfeldes aus einer Kennfeld-Datenbank mit der Menge an Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern erfolgt. Diese Kennfeld- Datenbank kann zum Beispiel im Fahrzeug gespeichert sein, sodass das komplette Kontrollverfahren ohne Netzwerkzugang dezentral im Fahrzeug stattfinden kann. Auch eine zentrale Online-Kennfeld-Datenbank ist selbstverständlich denkbar, welche entweder im Rahmen des Kontrollverfahrens abgefragt wird oder in regelmäßigen Zeitspannen Over-the-air in das Fahrzeug aktualisiert wird. Die Speicherung in einer Kennfeld-Datenbank erlaubt eine sehr übersichtliche und strukturierte Aufbereitung der einzelnen Abweichungs-Kontroll-Kennfelder, sodass das Kontrollverfahren sehr schnell und vor allem rechenarm die Auswahl des passenden Ist-Kontroll-Kennfeldes durchführen kann.
Weiter von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren die Menge an Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern, insbesondere mehrfach, aktualisiert wird. Dies kann zum Beispiel dahingehend erfolgen, dass über den laufenden Einsatz von Elektromotoren eines Elektromotortyps immer wieder Prüfstandsversuche an dem Elektromotortyp durchgeführt werden. Auch ist es möglich, dass sich Fertigungstoleranzen ändern oder über immer wieder fortschreitende Vermessungen von realen Elektromotoren neue Informationen über Fertigungstoleranzen und/oder Alterungserscheinungen auftreten. Diese neu zur Verfügung gestellten Informationen können dazu dienen, weitere Vorgabeabweichungen mit entsprechenden neuen und verbesserten Abweichungs- Kontroll-Kennfeldern zu korrelieren und damit eine entsprechende neue Menge an Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern zur Verfügung zu stellen. Dies kann sowohl über eine Over-the-air Aktualisierung in einer Kennfeld-Datenbank im Fahrzeug, aber auch online in einer serverbasierten Kennfeld-Datenbank geschehen.
Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren die Schritte des Erfassens, des Bestimmens, des Auswählens und des Anwendens zumindest einmal wiederholt werden. Diese Wiederholung kann zum Beispiel nach einer definierten Zeitspanne erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, dass nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden des Elektromotors das erfindungsgemäße Kontrollverfahren durchläuft, um zu überprüfen, ob alle Ist- Kontroll-Kennfelder noch dem aktuellsten Zustand des Elektromotors entsprechen. Ist dies nicht der Fall, so spiegelt sich dies in den entsprechend bestimmten Ist- Elektromotorparametern wider und es werden neue Abweichungs-Kontroll- Kennfelder als neue Ist-Kontroll-Kennfelder gesetzt. Dies erfolgt vorzugsweise auch bei der ersten Inbetriebnahme des Fahrzeugs, um entsprechend vorhandene Fertigungstoleranzen bei der ersten Inbetriebnahme des Elektromotors direkt in die Ist-Kontroll-Kennfelder zurückzuschreiben. Selbstverständlich ist auch ein externes Triggern möglich, wenn beispielsweise eine serverseitige Überwachung der Elektromotoren einer Flotte von Fahrzeugen erkennt, dass ein Elektromotor eines Fahrzeugs nicht die gewünschte Betriebscharakteristik aufweist. Somit kann auch von Extern das Kontra II verfahren gestartet werden und damit die Betriebsweise dieses Elektromotors optimiert werden.
Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren wenigstens ein Hinweisparameter überwacht wird, wobei die Schritte des Erfassens, des Bestimmens, des Auswählens und des Anwendens durchgeführt werden, wenn der wenigstens eine Hinweisparameter einen Hinweisgrenzwert überschreitet. Neben einer auf einem Zeitparameter basierenden Wiederholung des Kontrollverfahrens ist es also auch möglich, andere Hinweise zu erhalten. Beispielsweise kann ein Hinweisparameter, ein Geräuschsignal oder ein Vibrationssignal sein. Auch die Bestimmung einer Drehmomentabweichung zwischen erzeugtem Drehmoment und Drehmomentanforderung kann einen solchen Hinweisparameter darstellen. Sobald also beispielsweise die Geräuschemission beim Betrieb des Elektromotors als Hinweisparameter einen Hinweisgrenzwert in einen definierten Dezibelwert übersteigt, kann beispielsweise das erfindungsgemäße Kontrollverfahren durchgeführt werden und insbesondre anschließend durch ein Überprüfen des gleichen Hinweisparameters eine Prüfung stattfinden, ob und in welchem Maße das Kontrollverfahren durch das Setzen des neuen Ist-Kontroll-Kennfeldes erfolgreich war.
Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren die Erfassung der Ist-Betriebsparameter über eine Mindestzahl unterschiedlicher Betriebssituationen des Elektromotors erfolgt, wobei der Schritt der Bestimmung und/oder der Auswahl erst durchgeführt wird, wenn die Mindestzahl der unterschiedlichen Betriebssituationen erreicht ist. Dabei können die unterschiedlichen Betriebssituationen auch unterschiedlich gewichtet sein. Auch kann die Mindestzahl der unterschiedlichen Betriebssituationen variabel ausgebildet sein. Dies kann auch als ein Vermessen des Betriebsmotors über eine Mindestfläche der möglichen Betriebspunkte verstanden werden. Dabei können selbstverständlich bestimmte Betriebspunkte höher gewichtet werden oder mit einem höheren Vertrauensfaktor versehen werden. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf das später noch erläuterte Herausfiltern einzelner Bereiche von Ist-Kontroll-Kennfeldern und/oder Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern. Um zu vermeiden, dass häufig und auf Basis einzelner Betriebspunkte möglicherweise in einer falschen Richtung eine Anpassung der Ist-Kontroll-Kennfelder stattfindet, kann hier vordefiniert sein, dass über einen möglichst breiten Betriebsbereich und damit viele unterschiedliche Betriebspunkte die erfindungsgemäßen Schritte durchgeführt werden, sodass die sich ergebenden und ausgewählten Ist-Kontroll-Kennfelder sehr genau auf eine möglichst breite Anwendung der Betriebspunkte des Elektromotors passen.
Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren bei der Auswahl des Ist-Kontroll-Kennfeldes ein Bereich herausgefiltert wird. Wie bereits im voranstehenden Absatz erläutert worden ist, können unterschiedliche Bereiche eines Kennfeldes hinsichtlich der Abschätzung der Vorgabeabweichung eine unterschiedlich große Genauigkeit oder Vertrauenswürdigkeit aufweisen. Je nach der Genauigkeit oder Vertrauenswürdigkeit können entweder einzelne, mit sehr geringer Genauigkeit ausgestatte Bereiche komplett herausgefiltert werden und/oder andere Bereiche mit hoher Genauigkeit oder hoher Vertrauenswürdigkeit mit einer höheren Gewichtung versehen werden. Dies erlaubt es, das erfindungsgemäße Kontrollverfahren mit noch größerer Genauigkeit durchzuführen und insbesondere die bereits mehrfach erläuterten Optimierungseffekte für den Betrieb des Elektromotors noch weiter zu verstärken. Die Bereiche beziehen sich dabei insbesondere auf unterschiedliche Betriebspunkte. Dabei ist auch eine unterschiedliche Gewichtung von unterschiedlichen Betriebspunkten und/oder Bereichen von Betriebspunkten möglich.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren die Schritte des Auswählens und des Anpassens für eine Feed-Forward-Schleife des Kontrollverfahrens, insbesondere für die Vorgabe von Soll-Spannungen als Soll- Betriebsparameter erfolgt. Damit kann es sich auch um die interne beziehungsweise kleine Schleife in der Kontrollsituation eines Elektromotors handeln. Dabei werden die Vorgabeströme in Vorgabespannungen umgesetzt und vorzugsweise nach der Vorgabe der Feed-Forward-Schleife in ein dreiphasiges Koordinatensystem transformiert. Die Integration in die Feed-Forward-Schleife reduziert insbesondere die Geräuschemissionen und lässt damit den Elektromotor ruhiger und verschleißärmer laufen.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren die Schritte des Auswählens und des Anpassens für eine Feed- Back-Sch leite des Kontrollverfahrens, insbesondere für die Vorgabe von Soll-Strömen als Soll- Betriebsparameter, erfolgt. Dies kann alternativ oder zusätzlich zu der Ausführungsform des voranstehenden Absatzes erfolgen. Bei dieser externen oder auch großen Schleife wird die Integration in die Drehmomentanforderung und die zugehörigen, vorgegebenen Ströme integriert, sodass entsprechend auch eine Optimierung der maximal möglichen Abweichung zwischen Drehmomentanforderung und einer Drehmomentabgabe des Elektromotors einhergeht. Hier ist bereits gut zu erkennen, dass für die maximale Optimierung im Betrieb des Elektromotors vorzugsweise eine Integration des Kontrollverfahrens sowohl in die Feed-Back- Schleife als auch in die Feed-Forward-Schleife erfolgt. Hier ist auch eine Störgrößenaufschaltung oder die Verwendung eines Entkopplungsnetzwerks denkbar.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kontrollvorrichtung für eine Kontrolle von Betriebsparametern eines Elektromotors zum Antrieb eines Elektrofahrzeugs. Eine solche Kontrollvorrichtung weist ein Erfassungsmodul für ein Erfassen von Ist-Betriebsparametern des Elektromotors auf. Weiter ist ein Bestimmungsmodul für ein Bestimmen wenigstens eines Ist-Elektromotorparameters des Elektromotors auf Basis der erfassten Ist-Betriebsparameter als Maß für eine Vorgabeabweichung des Elektromotors vorgesehen. Ein Auswahlmodul dient einem Auswählen eines Ist-Kontroll-Kennfeldes aus einer Menge an Abweichungs-Kontroll- Kennfeldern auf Basis des wenigstens einen bestimmten Ist- Elektromotorparameters. Darüber hinaus weist die Kontrollvorrichtung ein Anwendungsmodul auf, für ein Anwenden des ausgewählten Ist-Kontroll-Kennfeldes für die Vorgabe von wenigstens einem Soll-Betriebsparameter für den Betrieb des Elektromotors. Das Erfassungsmodul, das Bestimmungsmodul, das Auswahlmodul und/oder das Anwendungsmodul sind für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens ausgebildet, sodass auch die Kontrollvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich bringt, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren erläutert worden sind.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, aufweisend Befehle, welche bei der Ausführung des Programms auf einem Computer, diesen veranlassen, die Schritte eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens durchzuführen. Damit bringt auch ein solches Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren erläutert worden sind. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Erstellungsverfahren zum Erstellen einer Menge von Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern für einen Einsatz in einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren. Ein solches Erstellungsverfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Simulieren eines Elektromotors mit einem Elektromotor-Simulationsmodell über eine Mindestzahl von Betriebspunkten,
- Erfassen von Simulations-Betriebsparametern aus dem Elektromotor- Simulationsmodell als Ergebnis des Simulierens,
- Erfassen von Simulations-Elektromotorparametern aus dem Elektromotor- Simulationsmodell als Ergebnis des Simulierens,
- Variieren von Abweichungsparametern des Elektromotors im Elektromotor- Simulationsmodell,
- Wiederholen des Simulierens des Erfassens der Simulationsparameter und des Erfassens der Simulations-Elektromotorparameter,
- Erstellen von Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern zu den variierten Abweichungsparametern auf Basis der erfassten Simulationsparameter und der erfassten Simulations-Elektromotorparameter.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren erlaubt es, dass durch den Einsatz eines Elektromotor-Simulationsmodells in einfacher Weise Alterungszustände und/oder Toleranzen als Vorgabeabweichungen simuliert werden können. Während bei bekannten Lösungen in der Vermessung realer Elektromotoren ausschließlich die tatsächlichen geometrischen Zustände und Alterungszustände dieses einen Elektromotors vermessen werden, kann bei einem erfindungsgemäßen Erstellungsverfahren eine ganze Reihe definiert unterschiedlicher Elektromotoren mit definierten Vorgabeabweichungen überprüft und simuliert werden. Diese reihenförmige Anpassung erlaubt es beispielsweise, eine Toleranz nach der anderen abzuprüfen und entsprechend für unterschiedliche Einzeltoleranzen und/oder eine zentrale Kombinationstoleranz eine Abweichungsreihe durchzuführen. Darunter ist zu verstehen, dass Schritt für Schritt die Abweichungsparameter angepasst werden, also beim bereits mehrfach angewendeten Beispiel des Durchmessers des Rotors, beispielsweise in Mikrometerschritten, die Durchmesser des Rotors von minus 5 Mikrometer bis plus 5 Mikrometer durchsimuliert werden. Dies führt zu insgesamt zehn Prüfdurchläufen, in diesem Beispiel, sodass entsprechende zehnmal die Erfassung der Simulationsparameter und der Simulations-Elektromotorparameter stattfindet. Auf diese Weise entstehen demnach auch zehn unterschiedliche Abweichungs-Kontroll-Kennfelder, welche korrelieren mit dem Abweichungsparameter hinsichtlich des Durchmessers des Rotors. Selbstverständlich können auch andere Abweichungsparameter oder Alterungsparameter verwendet werden oder miteinander kombiniert werden.
Damit wird es nun möglich, dass insbesondere in Korrelation mit den Simulations- Elektromotorparametern korrelierend mit den Abweichungsparametern für jeden Abweichungsprüflauf ein Abweichungs-Kontrollkennfeld erstellt wird. In einer Kennfeld-Datenbank werden diese zusammen mit den zugehörigen Simulations- Elektromotorparametern abgespeichert, sodass beim späteren Anwenden in einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren die bestimmten Ist-Elektromotorparameter es erlauben, die dazu passenden Simulations-Elektromotorparameter zu suchen und das damit korrelierende Abweichungs-Kontroll-Kennfeld als Ist-Kontroll-Ken nlfeld auszuwählen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung,
Fig. 2 eine Durchführungsmöglichkeit eines Kontrollverfahrens an einem Elektromotor,
Fig. 3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens,
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung,
Fig. 7 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Erstellungsverfahrens.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung 10. Diese ist hier für den Durchlauf eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens ausgestaltet und kann zum Beispiel in ein Fahrzeug mit Elektromotor 100 integriert sein. Dafür sind Sensoren vorhanden, welche an einem Elektromotor 100 im laufenden Betrieb, also beim Betreiben mit Betriebsparametern BP, diese als Ist- Betriebsparameter IBP durch ein Erfassungsmodul 20 erfasst. Diese erfassten Ist- Betriebsparameter IBP werden weitergegeben an ein Bestimmungsmodul 30, welches auf dieser Basis, zum Beispiel unter Nutzung eines bekannten physikalischen Zusammenhangs, Ist-Elektromotorparameter IEP bestimmt. Diese werden wiederum weitergegeben an das Auswahlmodul 40, welches bei der Ausführungsform der Figur 1 auf eine Kennfeld-Datenbank KD zurückgreift. In dieser sind korrelierend mit Ist-Elektroparametern IEP eine Vielzahl von Abweichungs- Kontroll-Kennfeldern AKK gespeichert, wobei das für die bestimmten Ist- Elektroparameter IEP passende Abweichungs-Kontroll-Kennfeld AKK als Ist-Kontroll- Kennfeld IKK ausgewählt wird. Diese Auswahl wird weitergegeben an das Anwendungsmodul 50, welches nun dieses neu ausgewählte Ist-Kontroll-Kennfeld IKK zur Vorgabe von Soll-Betriebsparametern SBP des Elektromotors 100 verwendet.
Die Figur 2 zeigt schematisch eine bekannte Möglichkeit für die Kontrolle von Elektromotoren 100. Links oben ist die Vorgabe beispielsweise einer Drehmomentanforderung vom Fahrer des Fahrzeugs und damit des Nutzers des Elektromotors 100 zu erkennen. Diese wird aufgeteilt wie auf ein zweidimensionales rotorfestes Koordinatensystem und damit unter Nutzung von zwei Ist-Kontroll- Kennfeldern IKK eine Vorgabe von zwei Soll-Betriebsparametern SBP in Form von Soll-Strömen Sl. Diese werden weitergegeben an eine Feed- Back-Sch leite FBS, um anschließend als Soll-Betriebsparameter daraus Soll-Ströme SU im zweidimensionalen Koordinatensystem vorzugeben. Final erfolgt eine Rücktransformation in das dreiphasige Koordinatensystem des Elektromotors 100, um dort den Betrieb in der gewünschten Weise vorzugeben. Um nun den Regelkreis zu schließen, werden im dreiphasigen Koordinatensystem des Elektromotors 100, hier die Ist-Betriebsparameter IBP erfasst und wieder sowohl in die Feed-Back- Schleife FBS als auch auf Impedanzebene in die Feed-Forward-Schleife FFS zurückgeführt. Damit wird es möglich, die Kontrolle durchzuführen und in bekannter Weise den Elektromotor zu regeln.
Erfindungsgemäß zeigt nun die Figur 3 eine Möglichkeit diese Kontrolle zu verbessern. Hierfür wird in das Kontrollverfahren eine Optimierungsebene eingeführt. Die Kontrollvorrichtung 10 ist nun hier in der Lage, ebenfalls auf Basis der Ist- Betriebsparameter IBP das Kontrollverfahren durchzuführen, wie es mit Bezug auf Figur 1 erläutert worden ist. Im Ergebnis steht ein ausgewähltes Abweichungs- Kontroll-Kennfeld AKK als neues Ist-Kontroll-Kennfeld IKK, welches bei der Ausführungsform der Figur 3 in die Feed-Forward-Schleife FFS integriert ist. Bei dieser Lösung handelt es sich um ein Ist-Kontroll-Kennfeld IKK für die beiden Impedanzen Ld und Lq in dieser Feed-Forward-Schleife FFS, welche jeweils durch ein dafür für die aktuelle Vorgabeabweichung spezifisches Abweichungs-Kontroll- Kennfeld AKK ersetzt werden. Für den weiteren Kontrollverlauf des Elektromotors 100 sind nun die neu eingesetzten Ist-Kontroll-Kennfelder IKK maßgeblich, sodass bei dieser Ausführungsform insbesondere mit geringeren Vibrationen und geringeren Geräuschemissionen der Betrieb des Elektromotors 100 stattfinden kann.
Die Figur 4 zeigt eine alternative Möglichkeit eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens. Bei dieser Lösung ist die Kontrollvorrichtung 10 in die Feed-Back- Schleife FBS integriert. Das bedeutet, dass wieder ausgehend von den erfassten Ist- Betriebsparametern IBP eine Ermittlung von hier wieder zwei Abweichungs-Kontroll- Kennfeldern AKK zur Verfügung gestellt wird, welche jedoch hier am Eingang der übergeordneten Feed-Back-Schleife FBS als neues Ist-Kontroll-Kennfeld IKK für das Ersetzen des Soll-Ströme Sl als Soll-Betriebsparameter SBP gesetzt werden. Diese Lösung zählt insbesondere darauf ab, die Drehmomentanforderung, welche zum Beispiel vom Fahrpedal des Fahrzeugs kommt, möglichst genau zu erfüllen.
Die Figur 5 kombiniert die beiden Lösungen der Figuren 3 und 4 und erlaubt es damit, möglichst effizient und vibrationsarm, damit auch unter geringerer Geräuschemission ein möglichst exaktes Erfüllen der Drehmomentanforderung zu gewährleisten.
In der Figur 6 ist eine Weiterbildung der Kontrollvorrichtung 10 zu erkennen. Hier wird zusätzlich am Elektromotor 100 ein Hinweisparameter HP erfasst. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine Geräuschemission, eine Vibrationsfrequenz oder Ähnliches handeln. Auf dieser Basis kann nun ausgehend vom Hinweisparameter, HP insbesondere, wenn dieser eine Hinweisgrenze überschreitet, das erfindungsgemäße Kontrollverfahren aktiv getriggert und damit gestartet werden.
Die Figur 7 zeigt eine Möglichkeit eines erfindungsgemäßen Erstellungsverfahrens. Hier ist zu erkennen, dass der Elektromotor 100 in einem Elektromotor- Simulationsmodell ESM simuliert werden kann. Diese Elektromotor- Simulationsmodelle ESM sind vorzugsweise alle identisch und können durch einen oder mehrere Abweichungsparameter AP variiert werden. Hier sind 3 verschiedene Durchläufe der Simulation dargestellt. Dabei wird immer der gleiche Abweichungsparameter AP als unterschiedlich variiert, als AP1 , AP2 und AP3. Für alle unterschiedlichen Vorgabeabweichungen, basierend auf den unterschiedlich quantitativ ausgewählten Abweichungsparametern AP, werden nun sowohl Simulations-Betriebsparameter SIBP als auch Simulations-Elektromotorparameter SIEP ermittelt. Für jede dieser Prüfdurchläufe und damit für jede Vorgabeabweichung kann nun ein dazu passendes Abweichungs-Kontroll-Kennfeld AKK ermittelt werden und damit ein entsprechender Datensatz für das Bestücken der Kennfeld-Datenbank KD aufgebaut werden.
Die voranstehende Erläuterung beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.
Bezugszeichenliste
10 Kontrollvorrichtung
20 Erfassungsmodul
30 Bestimmungsmodul
40 Auswahlmodul
50 Anwendungsmodul
100 Elektromotor
BP Betriebsparameter
IBP Ist-Betriebsparameter
SBP Soll-Betriebsparameter
SIBP Simulations-Betriebsparameter
SU Soll-Spannung
51 Soll-Strom
IEP Ist-Elektromotorparameter
SIEP Simulations-Elektromotorparameter
AP Abweichungsparameter
HP Hinweisparameter
IKK Ist-Kontroll-Kennfeld
AKK Abweichungs-Kontroll-Kennfeld
KD Kennfeld-Datenbank
L Impedanz
Ld Impedanz
Lq Impedanz
FFS Feed-Forward-Schleife
FBS Feed-Back-Schleife
ESM Elektromotor-Simulationsmodel

Claims

Patentansprüche
1 . Kontrollverfahren für eine Kontrolle von Betriebsparametern (BP) eines Elektromotors (100), insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte:
- Erfassen von Ist-Betriebsparametern (IBP) des Elektromotors (100),
- Bestimmen wenigstens eines Ist-Elektromotorparameters (IEP) des Elektromotors (100) auf Basis der erfassten Ist-Betriebsparameter (IBP) als Maß für eine Vorgabeabweichung des Elektromotors (100),
- Auswählen eines Ist-Kontroll-Kennfeldes (IKK) aus einer Menge an Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern (AKK) auf Basis des wenigstens einen bestimmten Ist-Elektromotorparameters (IEP),
- Anwenden des ausgewählten Ist-Kontroll-Kennfeldes (IKK) für die Vorgabe von wenigstens einem Soll-Betriebsparameter (SBP) für den Betrieb des Elektromotors (100).
2. Kontrollverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Ist-Elektromotorparameter (IEP) zumindest eine Impedanz (L) des Elektromotors (100) aufweist, insbesondere beide Impedanzen (Ld, Lq) des Elektromotors (100).
3. Kontrollverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des Ist-Kontroll-Kennfeldes (IKK) aus einer Kennfeld-Datenbank (KD) mit der Menge an Abweichungs-Kontroll- Kennfeldern (AKK) erfolgt.
4. Kontrollverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern (AKK), insbesondere mehrfach, aktualisiert wird.
. Kontrollverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Erfassens, des Bestimmens, des Auswählens und des Anwendens zumindest einmal wiederholt werden. . Kontrollverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hinweisparameter (HP) überwacht wird, wobei die Schritte des Erfassens, des Bestimmens, des Auswählens und des Anwendens durchgeführt werden, wenn der wenigstens eine Hinweisparameter (HP) einen Hinweisgrenzwert überschreitet. . Kontrollverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Ist-Betriebsparameter (IBP) über eine Mindestanzahl unterschiedlicher Betriebssituationen des Elektromotors (100) erfolgt, wobei der Schritt der Bestimmung und/oder der Auswahl erst durchgeführt wird, wenn die Mindestzahl der unterschiedlichen Betriebssituationen erreicht ist. . Kontrollverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswahl des Ist-Kontroll-Kennfeldes (IKK) ein Bereich herausgefiltert wird. . Kontrollverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Auswählens und des Anpassens für eine Feed-Forward-Schleife (FFS) des Kontrollverfahrens, insbesondere für die Vorgabe von Soll-Spannungen (SU) als Soll-Betriebsparameter (SBP), erfolgt. 0. Kontrollverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Auswählens und des Anpassens für eine Feed-Back-Schleife (FBA) des Kontrollverfahrens, insbesondere für die Vorgabe von Soll-Strömen (Sl) als Soll-Betriebsparameter (SBP), erfolgt. 1 . Kontrollvorrichtung (10) für eine Kontrolle von Betriebsparametern (BP) eines Elektromotors (100) zum Antrieb eines Fahrzeugs, aufweisend ein Erfassungsmodul (20) für ein Erfassen von Ist-Betriebsparametern (IBP) des Elektromotors (200), ein Bestimmungsmodul (30) für ein Bestimmen wenigstens eines Ist-Elektromotorparameters (IEP) des Elektromotors (200) auf Basis der erfassten Ist-Betriebsparameter (IBP) als Maß für eine Vorgabeabweichung (VA) des Elektromotors (200), ein Auswahlmodul (40) für ein Auswählen eines Ist-Kontroll-Kennfeldes (IKK) aus einer Menge an Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern (AKK) auf Basis des wenigstens einen bestimmten Ist-Elektromotorparameters (IEP) und ein Anwendungsmodul (50) für ein Anwenden des ausgewählten Ist-Kontroll-Kennfeldes (IKK) für die Vorgabe von wenigstens einem Soll-Betriebsparameter (SBP) für den Betrieb des Elektromotors (100), wobei das Erfassungsmodul (20), das Bestimmungsmodul (30), das Auswahlmodul (40) und/oder das Anwendungsmodul (50) für eine Durchführung eins erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens ausgebildet sind. Computerprogrammprodukt, aufweisend Befehle, welche bei der Ausführung des Programms auf einem Computer diesen veranlassen die Schritte eines Kontrollverfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen. Erstellungsverfahren zum Erstellen einer Menge von Abweichungs-Kontroll- Kennfeldern (AKK) für einen Einsatz in einem Kontrollverfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend die folgenden Schritte.
- Simulieren eines Elektromotors (100) mit einem Elektromotor- Simulationsmodel (ESM) über eine Mindestzahl von Betriebspunkten,
- Erfassen von Simulations-Betriebsparametern (SIBP) aus dem Elektromotor-Simulationsmodel (ESM) als Ergebnis des Simulierens,
- Erfassen von Simulations-Elektromotorparametern (SIEP) aus dem Elektromotor-Simulationsmodel (ESM) als Ergebnis des Simulierens,
- Variieren von Abweichungsparametern (AP) des Elektromotors (100) im Elektromotor-Simulationsmodell (ESM),
- Wiederholen des Simulierens, des Erfassens der Simulations- Betriebsparameter (SIBP) und des Erfassens der Simulations- Elektromotorparameter (SIEP), 21
- Erstellen von Abweichungs-Kontroll-Kennfeldern (AKK) zu den variierten Abweichungsparametern (AP) auf Basis der erfassten Simulations-Betriebsparameter (SIBP) und der erfassten Simulations- Elektromotorparameter (SIEP).
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