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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen
Maschine und ein Ansteuersystem für eine elektrische Maschine.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
102 51 095 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen
Maschine bekannt, mit einem Ansteuersystem, wobei eine Betriebsgröße der elektrischen
Maschine und/oder des Ansteuersystems überwacht wird, und wobei die
Zulässigkeit
eines Istmoments der elektrischen Maschine überprüft und bei Nicht-Zulässigkeit
des Istmoments eine Fehlerreaktion eingeleitet wird. Die Zulässigkeit
des Istmoments wird vorzugsweise derart überprüft, dass ein zulässiges Moment
aus einem Sollmoment und vordefinierten Grenzwerten für das Sollmoment
gebildet wird, und dass das Istmoment zulässig ist, wenn seine Abweichung
von dem zulässigen
Moment einen bestimmten Betrag nicht überschreitet. Die Erfindung
kann zur Überwachung
einer als Starter/Generator in einem Kraftfahrzeug eingesetzten
elektrischen Maschine angewendet werden.
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Aus
der noch nicht offen gelegten
DE
102 004 002 767 ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen
Maschine bekannt, mit einem Ansteuersystem, wobei eine Betriebsgröße der elektrischen
Maschine und/oder des Ansteuersystems überwacht wird, bei dem zumindest
ein Momentenmodus, ein Lademodus und ein Drehzahlmodus vorgesehen
sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, die Erkennung von Fehlern
zu verbessern und die Verfügbarkeit
der elektrischen Maschine zu erhöhen.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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Dazu
sieht das erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer elektrischen Maschine vor, dass ein gesonderter
Notmodus gestartet wird, wenn die Überwachung einen Fehler erkennt,
der die Aktivierung eines Notmodus erfordert.
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Ein
Fehler ist hier definiert als eine Nicht-Erfüllung einer Anforderung an
eine bestimmte Einheit bzw. von einer bestimmten Einheit. Als Doppelfehler
werden zwei Fehler bezeichnet, die innerhalb eines kurzen Zeitfensters
beziehungsweise Zeitraums auftreten und in keinem kausalen Zusammenhang
zueinander stehen. Zwei Einzelfehler, die außerhalb dieses kurzen Zeitfensters
auftreten und ebenso nicht in kausalem Zusammenhang stehen, werden
als Zweifachfehler bezeichnet. Vorteilhafterweise können diese
Fehlerarten, sofern sie zu Abweichungen in den Sollzuständen führen, durch
das erfindungsgemäße Verfahren
entdeckt werden.
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Ein
möglicher
Fehler sind unplausible Daten. Daten werden dann als plausibel bezeichnet,
wenn sie aktuell und ohne Übertragungsfehler
sind.
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Ein
anderer Fehler liegt vor, wenn Zustandsgrößen unzulässig sind. Dazu finden in der Überwachungseinheit
Zulässigkeitsprüfungen statt.
Dabei werden Istgrößen daraufhin überprüft, ob sie
innerhalb der ihnen zugeordneten Zulässigkeitsgrenzen liegen. Die
vorliegende Erfindung greift insbesondere dann, wenn der Fehler
in einem Ausfall oder fehlerhaften Arbeiten des Datennetzes liegt.
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Selbstverständlich ist
diese Aufzählung
der Fehlerarten nicht abschließend,
und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
lassen sich auch weitere Fehlerarten, beispielsweise kausal zusammenhängende Fehler,
erkennen.
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Ist
ein Fehler erkannt, so wird entschieden, ob dieser Fehler den ordnungsgemäßen Betrieb
der elektrischen Maschine stört.
Typischerweise ist dies der Fall, wenn das Datennetz ausgefallen
ist oder fehlerhaft arbeitet, so dass keine oder nur fehlerhafte
Daten vom Datennetz dem Verfahren zugeführt werden.
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Das
Datennetz kann beispielsweise auf einem CAN-Bus (Controller Area
Network), auf MOST (Media Oriented System Technology) bzw. einem
Lichtleiterbus, oder auf einem Flex-Ray-Kommunikationssystem basieren.
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Kann
der ordnungsgemäße Betrieb
der elektrischen Maschine in dem aktivierten Betriebsmodus nicht sicher
gewährleistet
werden, so wird ein Notmodus aktiviert. Der Notmodus ist so ausgelegt,
dass kritische Betriebszustände
der elektrischen Maschine ausgeschlossen sind. Damit kann die elektrische
Maschine auch bei Auftreten eines Fehlers weiter betrieben werden.
Dadurch wird die Verfügbarkeit
der elektrischen Maschine erhöht.
Dies führt
auch zu einer erhöhten
Verfügbarkeit
des der elektrischen Maschine zugeordneten Gesamtsystems.
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Ein
solches Gesamtsystem kann beispielsweise neben der elektrischen
Maschine, einen Verbrennungsmotor, eine weitere elektrische Maschine
und/oder eine Batterie aufweisen. Ein derartiges Gesamtsystem kann
als Hybridantrieb eines Fahrzeuges ausgeführt sein. Auch eine Ölpumpe oder
ein sonstiger Aktor kann mit der elektrischen Maschine in einem
Gesamtsystem verbunden sein.
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In
einer Ausführungsform
wird im Notmodus ein Sollmoment mit dem Wert Null vorgegeben. Dadurch wird
die Gefahr einer kritischen Fehlsteuerung der elektrischen Maschine
vermieden, ohne dass die elektrische Maschine abgeschaltet oder
kurzgeschlossen wird.
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In
einer Ausführungsform
ist einem als Lademodus bezeichneten Betriebsmodus ein gesonderter
Notmodus zugeordnet, der nur negative Soll-Drehmomente erlaubt.
Dieser Notmodus stellt einen sicheren Lademodus dar. Die Ladefunktion
bleibt weitestgehend erhalten, das Risiko einer Fehlbelastung der
elektrischen Maschine entfällt.
Dieser Modus kann auch als Notmodus für den Generatorbetrieb des
Momentenmodus eingesetzt werden.
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In
einer Ausführungsform
ist einem als Drehzahlmodus bezeichneten Betriebsmodus ein gesonderter Notmodus
zugeordnet. Hier wird intern vom Ansteuersystem eine feste Drehzahl
als Solldrehzahl vorgegeben. Damit kann der Motorstart eines Verbrennungsmotors
auch dann ausgeführt
werden, wenn die Ansteuerung der elektrischen Maschine mit einem
normalen Betriebsmodus nicht mehr fehlerfrei möglich ist. Dabei wird der Motorstart
des Verbrennungsmotors typischerweise über eine Hardwareleitung veranlasst.
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In
einer Ausführungsform
wird unabhängig
von der Momentenanforderung des Fahrers ein zusätzlicher momentenbeeinflussender
Eingriff durchgeführt.
Damit wird eine Zusammenarbeit des Verfahrens mit anderen Verfahren
ermöglicht.
Insbesondere ist in diesem Zusammenhang die Zusammenarbeit mit einem
Antishudder vorgesehen. Als Shudder werden Schwingungen der elektrischen
Maschine bezeichnet, die durch die Torsion von Bauteilen des Antriebsstranges
bei der Momentenübertragung
entstehen. Die elektrische Maschine verfügt über eine innere Steuerung,
die diese Schwingungen erfasst, und entsprechende kompensierende
Momente erzeugt. Dieser momentenbeeinflussende Eingriff wird als
Antishudder bezeichnet.
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In
einer Ausführungsform
wird zur Überwachung
des momentenbeeinflussenden Eingriffs das Zeitintegral vom Sollmoment
des momentenbeeinflussenden Eingriffs der elektrischen Maschine
mit einer vorgebbaren oberen Grenze und einer vorgebbaren unteren
Grenze verglichen und es wird ein Fehler des momentenbeeinflussenden
Eingriffs erkannt, wenn das Zeitintegral vom Sollmoment des momentenbeeinflussenden Eingriffs
den durch diese Grenzen eingeschlossenen Bereich verlässt.
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Damit
wird der zusätzliche
momentenbeeinflussende Eingriff auf seine Plausibilität hin überprüft. Das Zeitintegral
vom Sollmoment sollte im Mittel Null sein. Dabei kann es durchaus über einen
Zeitraum hinweg positiv oder negativ sein. Wenn es aber kontinuierlich
ansteigt oder kontinuierlich ins Negative absinkt, so ist die Ursache
in einem Fehler zu suchen, der einen dauernden einseitigen Eingriff
bewirkt. Ein solcher Fehler wird durch den soeben beschriebenen
Verfahrensschritt erkannt. In einer Ausführungsform wird der fehlerhaft arbeitende
momentenbeeinflussende Eingriff abgeschaltet.
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In
einer Ausführungsform
wird ein geeigneter Notmodus ausgewählt, wenn ein Fehler erkannt
worden ist, der die Aktivierung eines Notmodus erfordert. Anschließend wird
die Plausibilität
der Anforderung des Notmodus überprüft. Bei Plausibilität der Anforderung
erfolgt eine Aktivierung des Notmodus. Bei unplausibler Anforderung
des Notmodus wird ein Reset des elektrischen Ansteuersystems durchgeführt. Durch
dieses Vorgehen wird verhindert, dass ohne Grund in den Notmodus
gewechselt wird. Damit wird der Umfang der Verfügbarkeit der elektrischen Maschine
und des ihr zugeordneten Gesamtsystems erhöht.
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In
einer Ausführungsform
erfolgt eine Überwachung
des aktivierten Notmodus. Dadurch wird sichergestellt, dass der
Notmodus fehlerfrei arbeitet. Außerdem kann überwacht
werden, wann eine Rückkehr
in einen normalen Betriebsmodus erfolgen kann.
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Das
erfindungsgemäße Ansteuersystem
für eine
elektrische Maschine weist eine Steuereinheit und eine Überwachungseinheit
auf, wobei die Steuereinheit mit zwei Datenkommunikationsbausteinen
verbunden ist. Der erste Datenkommunikationsbaustein leitet Funktionsbotschaften
weiter und ist durch die Überwachungseinheit
deaktivierbar. Der zweite Datenkommunikationsbaustein kann Daten
zum Umprogrammieren der Steuereinheit und/oder der Überwachungseinheit
weiterleiten. Auch Daten zur Diagnose, für Applikationen oder Sonstiges
können über den
zweiten Datenkommunikationsbaustein weitergegeben werden.
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Damit
ist der Eingang für
Funktionsbotschaften getrennt von dem Eingang für Applikationen und für das Überspielen
neuer Software. Beim Übertragen
neuer Software kann der Eingang für Funktionsbotschaften deaktiviert
werden. Das hat den Vorteil, dass in diesem Zeitraum keine falschen
oder unsinnigen Daten über diesen
Eingang übertragen
werden oder Abläufe
unsynchron werden können.
Dies dient der Fehlervermeidung.
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Die Überwachung
der entsprechenden Komponenten bzw. Signale und ggf. die Einleitung
einer Fehlerreaktion bzw. geeigneter Maßnahmen erfolgt autark, d.h.
unabhängig
von einer Anwenderreaktion bzw., bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug,
unabhängig
von einer Reaktion des Fahrers.
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Als
Reaktion auf einen erkannten Fehler sind unterschiedliche Fehlerreaktionen
möglich.
Beispielsweise kann die elektrische Maschine außer Betrieb gesetzt werden.
Je nach Typus der elektrischen Maschine kann dazu die Endstufe gesperrt
werden oder es wird die elektrische Maschine über die Endstufe kurzgeschlossen.
Der Anwender kann im Fehlerfall durch optische oder akustische Signale
informiert werden.
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Eine
besonders günstige
Fehlerreaktion ist die Aktivierung eines Notmodus zum Betreiben
der elektrischen Maschine.
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Bei
Auftreten eines Fehlers kann ein Reset des Systems durchgeführt werden.
Unter einem Reset wird das Überführen eines
Systems in einen kontrollierten Zustand verstanden. Dies kann durch
einen Software-Funktionsaufruf ausgelöst werden (ROM-, RAM-Test etc.)
oder durch Hardwaremaßnahmen
wie Watchdog, Power-on-Reset, oder ähnliches. Mit einem Reset kann
ein System, dass sich in einem fehlerhaften oder undefinierten Zustand
befindet, wieder in einen erlaubten und definierten Zustand gebracht
werden. Damit erhöht sich
die Verfügbarkeit
des Systems.
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Tritt
ein Fehler nur für
eine bedeutungslos kurze Zeit auf oder liegt ein Fehler vor, der
das ordnungsgemäße Verfahren
nicht beeinträchtigt,
so kann eine Fehlerreaktion unterbleiben. Beispielsweise kann für eine gewisse
Zeit der letzte fehlerfreie Wert den, wegen des Fehlers nicht vorliegenden,
aktuellen Wert ersetzen. Erst wenn der Fehler länger als erlaubt andauert,
wird eine Fehlerreaktion ausgelöst
(Entprellung).
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In
einer Ausführungsform
des Ansteuersystems ist die Überwachungseinheit über eine
Datenleitung mit der Steuereinheit verbunden, über welche die Steuereinheit
einen Reset-disable-Steuerbefehl an die Überwachungseinheit weitergeben
kann, um die Übertragung
eines Reset-Steuerbefehls
(von der Überwachungseinheit
an die Steuereinheit) zu unterbinden.
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Wird
die Steuereinheit neu geflasht (dies bezeichnet das Überspielen
neuer oder aktualisierter Software), so findet in dieser Zeit keine
normale Kommunikation mit der Überwachungseinheit
statt. Diese Situation könnte
die Überwachungseinheit
als Fehler in der Steuereinheit interpretieren. Als Reaktion würde die Überwachungseinheit
einen Reset der Steuereinheit durchführen. Diese Reaktion ist unerwünscht. Daher
ist vorgesehen, dass die Steuereinheit einen Reset unterbinden kann.
In der oben beschriebenen Ausführungsform
schickt die Steuereinheit dazu einen Reset-disable-Steuerbefehl an die Überwachungseinheit.
Eine solche Funktionalität
ist unkritisch, da sie nur die durch das Reset neu erworbene Verfügbarkeit
des Systems bei Auftreten eines Fehlers einschränkt, nicht aber ihrerseits
Fehler erzeugen kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen
und anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 Einen
schematischen Aufbau der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
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2 ein
Beispiel für
den zeitlichen Verlauf des Istmoments und der zugehörigen Grenzmomente
in Momentenmodus und Lademodus,
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3 eine
Darstellung der erlaubten Wertebereiche für das Istmoment mit den zugehörigen Grenzwerten
in Momentenmodus, Lademodus und Drehzahlmodus,
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4 eine
Darstellung der erlaubten Wertebereiche für das Istmoment mit den zugehörigen Grenzwerten
in Moment-0-Notmodus, Lade-Notmodus und VMStart-Notmodus.
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1 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Dabei ist eine elektrische Maschine 1 über eine Endstufe 2 mit
einem Ansteuersystem verbunden.
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Elektrische
Maschinen 1 finden in den vielfältigsten Gebieten ihre Anwendung.
In einem Kraftfahrzeug eingesetzt ist die elektrische Maschine 1 beispielsweise
als Starter/Generator bzw. als Motor/Generator betreibbar. Ebenso
ist die elektrische Maschine 1 als Hauptantrieb eines Kraftfahrzeugs
einsetzbar, als Zusatzantrieb oder zur Antriebsunterstützung einer
im Kraftfahrzeug vorgesehenen Brennkraftmaschine und/oder zur Energieversorgung
eines im Kraftfahrzeug vorgesehenen Bordnetzes.
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Die
elektrische Maschine 1 kann beispielsweise als permanenterregte
Maschine oder als Asynchronmaschine ausgeführt sein.
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Über die
Endstufe 2 werden Amplitude, Frequenz und Phase der Strangströme der elektrischen
Maschine 1 eingestellt. In einer Ausführungsform kann die Endstufe 2 in
die Steuereinheit 3 des Ansteuersystems integriert sein.
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Das
Ansteuersystem weist eine Steuereinheit 3 und eine Überwachungseinheit 4 auf.
Die Steuereinheit 3 ist mit zwei Da tenkommunikationsbausteinen 5, 6 verbunden,
die über
einen Transciever 7 mit einem Datennetz 8 verbunden
sind.
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Die
Steuereinheit 3 beinhaltet Funktionen zur Ansteuerung bzw.
zum Betreiben der elektrischen Maschine 1. Dieser Teil
kann daher auch als Funktionsebene bezeichnet werden.
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In
der Steuereinheit 3 erfolgt eine Überwachung von zum Betreiben
der elektrischen Maschine 1 relevanten Komponenten, der
Diagnose von Ein- und Ausgangsgrößen, sowie
einer Steuerung von Systemreaktionen beim Auftreten eines Fehlers,
wobei unter einem System sowohl das Ansteuersystem als auch die
elektrische Maschine 1 als auch die Kombination beider
Komponenten verstanden wird.
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Die
Steuereinheit 3 weist insbesondere einen Funktionsblock
auf, in dem Ansteuersignale für
die Endstufe 2 gebildet werden. Diese Ansteuersignale werden
der Endstufe 2 über
nicht näher
bezeichnete Leitungen zugeführt.
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Die Überwachungseinheit 4 dient
vorzugsweise der Überwachung
der Steuereinheit 3 bzw. der Funktionsabläufe in der
Steuereinheit 3. Dabei ist es die Aufgabe der Überwachungseinheit 4,
Fehler zu erkennen.
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Weitere
Details und Ausführungsformen
der Steuereinheit
3 und der Überwachungseinheit
4 sowie des
Verfahrens zur Fehlererkennung sind der
DE 102 004 002 767 entnehmbar
und werden daher hier nicht näher
erläutert.
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Wie
bereits beschrieben ist die Steuereinheit 3 mit zwei Datenkommunikationsbausteinen 5, 6 verbunden,
die über
einen Transciever 7 mit einem Datennetz 8 verbunden
sind.
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Die
Datenkommunikationsbausteine 5, 6 können Daten
vom Datennetz 8 empfangen und an die Steuereinheit 3 weitergeben.
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Ebenso
können
die Datenbausteine 5, 6 Daten von der Steuereinheit 3 empfangen
und an das Datennetz 8 weitergeben. Die Datenkommunikationsbausteine 5, 6,
können
alle empfangenen Daten oder nur eine bestimmte Auswahl der empfangenen
Daten weiterleiten. Insbesondere können sie sich aus einer gemeinsamen
Datenmenge die ihnen zugeordneten Daten herausfiltern. Beispielsweise
kann der Datenbaustein 5 zur Übertragung von Funktionsdaten
vorgesehen sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, einen Datenkommunikationsbaustein 6 für die Übertragung
neuer Software zu vorzusehen.
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Während der Übertragung
neuer Software durch den Datenkommunikationsbaustein 6 ist
es aus Sicherheitsgründen
sinnvoll, den Datenkommunikationsbaustein 5 zu deaktivieren.
Dazu weist die Verbindung zwischen Transciever 7 und dem
Datenkommunikationsbaustein 5 einen Schalter 13 auf,
der die Übertragung von
Daten in Richtung Transciever 7 und Datennetz 8 unterbrechen
kann. Über
eine Datenleitung 9 kann die Steuerung des Schalters 13 durch
die Überwachungseinheit 4 erfolgen.
Aufgabe des Schalters 13 ist es, zu verhindern dass sinnlose
oder fehlerhafte Daten an das Datennetz 8 weitergegeben
werden. Der Schalter 13 kann auch (z.B. als Softwarelösung) in
den Datenkommunikationsbaustein 5 integriert sein. Auch
andere äquivalent
wirkende Lösungen
sind möglich.
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Steuereinheit 3 und Überwachungseinheit 4 sind über einen
Kommunikationspfad 11 mit einander verbunden. Dieser Kommunikationspfad 11 überträgt Daten
von der Steuereinheit 3 an die Überwachungseinheit 4 und
umgekehrt.
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Die
Steuereinheit 3 und die Überwachungseinheit 4 sind über einen
Resetpfad 12 mit einander verbunden. Über diesen Resetpfad 12 kann
ein Reset-Befehl von der Überwachungseinheit 4 an
die Steuereinheit 3 weitergegeben werden.
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Die
Steuereinheit 3 und die Überwachungseinheit 4 sind über einen
Reset-disable-Pfad 10 miteinander verbunden. Über diesen
Reset-disable-Pfad 10 kann die Steuereinheit 3 einen
Reset-disable-Befehl an die Überwachungseinheit 4 senden
und damit die Weitergabe eines Reset-Befehls von der Überwachungseinheit 4 an
die Steuereinheit 3 unterbinden.
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Sowohl
die Steuereinheit 3 als auch die Überwachungseinheit 4 verfügen über einen
eigenen Abschaltpfad 14, 15 zum Abschalten der
Endstufe 2.
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Dem
Ansteuersystem kann eine weitere nicht dargestellte Überwachungsebene
zugeordnet sein, welche durch ein Frage-/Antwort-Prinzip die ordnungsgemäße Funktionsweise
des Ansteuersystems bzw. der Steuereinheit 3 bzw. der Überwachungseinheit 4 testet.
Sollte ein Fehlerfall auftreten, so erfolgt die Auslösung entsprechender
Systemreaktionen bzw. Fehlermaßnahmen
vorzugsweise unabhängig
von der Steuereinheit 3, unabhängig von der Überwachungseinheit 4 und
unabhängig
von der Endstufe 2.
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Zur
Energieversorgung des Ansteuersystems und der elektrischen Maschine 1 ist
eine nicht dargestellte Strom- bzw.
Spannungsquelle vorgesehen.
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Die
Ansteuerung der elektrischen Maschine 1 erfolgt über das
Ansteuersystem. Dabei kann die elektrische Maschine 1 in
verschiedenen Modi betrieben werden. Beispielsweise können ein
Momentenmodus, und ein Lademodus vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil,
dass die elektrische Maschine 1 genau auf das vom Verbraucher
gewünschte
Verhalten einstellbar ist. Natürlich
können
auch weitere Modi vorgesehen sein. In 2 ist ein
Beispiel für
den zeitlichen Verlauf des Istmoments in Momentenmodus und Lademodus
und der zugehörigen
Grenzmomente dargestellt. Dabei ist auf der x-Achse die Zeit und
auf der y-Achse das Moment dargestellt. Im dargestellten Beispiel startet
die elektrische Maschine 1 zum Zeitpunkt Null mit einem
Moment Null. Die elektrische Maschine 1 befindet sich dabei
im Momentenmodus. Im Momentenmodus ist die elektrische Maschine 1 im
Motorbetrieb (positives Sollmoment Mmax) oder im Generatorbetrieb
(negatives Sollmoment Mmax) betreibbar.
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Zunächst wird
der Momentenmodus im dargestellten Beispiel im Motorbetrieb betrieben.
Der Sollwert Mmax wird zuerst von 0 Nm auf 10 Nm und später auf
100 Nm angehoben. Anschließend
wird Mmax von 100 Nm auf 50 Nm abgesenkt. Ausgehend von Mmax = 50
Nm wechselt der Momentenmodus der elektrischen Maschine vom Motorbetrieb
in den Generatorbetrieb. Dazu wird für den Generatorbetrieb ein
Sollwert von –100 Nm
vorgegeben.
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Die Änderung
des Sollwertes Mmax erfolgt übergangslos
als Sprungfunktion. Das Istmoment M_ist passt sich dem Sollwert
Mmax an, indem es sich asymptotisch an Mmax annähert. Dies führt bei
der Änderung von
Mmax = 100 Nm auf Mmax = 50 Nm und bei der Änderung von Mmax = 50 Nm auf
Mmax = –100
Nm dazu, dass M_ist während
der Annäherung
an den neuen Sollwert (50 Nm bzw. –100 Nm) oberhalb von Mmax
liegt.
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Die
zulässigen
Grenzwerte Mmax_z und Mmin_z passen sich dem Sollwert Mmax an. Bei
einer Erhöhung
des Sollwerts Mmax springt auch der obere Grenzwert Mmax_z auf einen
höheren
Wert. Wird der Sollwert Mmax abgesenkt, so nähert sich der obere Grenzwert
Mmax_z derart asymptotisch seinem neuen Wert an, dass er immer in
einem Abstand oberhalb von M_ist bleibt. Mmax_z ist daher immer
größer als
Mmax. Geht der Sollwert Mmax im Generatorbetrieb des Momentenmodus
zu negativen Werten über,
so nähert
sich die obere Grenze Mmax_z einem festen niedrigen positiven Wert
(z.B. 5 Nm).
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Der
untere Grenzwert Mmin_z nimmt einen festen niedrigen negativen Wert
(z.B. –5
Nm) ein, so lange sich der Momentenmodus im Motorbetrieb befindet.
Im Generatorbetrieb nimmt der untere Grenzwert Mmin_z einen Wert
in einem festgelegten Abstand unterhalb vom Mmax an. Mmin_z springt
nach unten, wenn der neu festgelegte Sollwert Mmax negativer ist,
als der vorhergegangene Sollwert Mmax. Wird der Sollwert Mmax von einem
negativen Wert hin zu einem kleineren negativen Sollwert Mmax (oder
einem positiven Sollwert Mmax), so nähert sich Mmin_z asymptotisch
an den neuen Grenzwert Mmin_z. Dabei liegt Mmin_z immer in einem Abstand
unterhalb von Mmax.
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Aus
dem Generatorbetrieb des Momentenmodus wechselt die elektrische
Maschine 1 und ihr Ansteuersystem in dem in 2 dargestellten
Beispiel in den Lademodus.
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Im
Lademodus wird eine Sollspannung Usoll vorgegeben, die von einer
Istspannung Uist umgesetzt werden soll. Dazu muss ein entsprechend
geeignetes negatives Moment M_ist erzeugt werden. Vom Datennetz 8 wird
ein minimales Moment Mmin vorgegeben, dass als unterer Grenzwert
für das
Istmoment M_ist dient. Wie Mmax im Momentenmodus wechselt Mmin im
Lademodus seinen Wert übergangslos.
Im vorliegenden Beispiel wird als Sollwert für das Moment ein Mmin von –50 Nm vorgegeben.
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Das
M_ist nähert
sich in 2 ausgehend vom vorangegangenen
M_ist von –100
Nm asymptotisch dem neuen Sollwert von –50 Nm an.
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Mmin_z
nähert
sich asymptotisch dem neuen Grenzwert Mmin_z. Dabei liegt Mmin_z
immer in einem Abstand unterhalb von Mmin.
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Beim
Wechsel vom Momentenmodus in den Lademodus wechselt Mmax von einem
variablen Vorgabewert zu einer festen oberen Grenze, die im dargestellten
Beispiel ungefähr
bei 10 Nm liegt. Der Wechsel erfolgt als Sprung. Ebenso springt
Mmax_z zu einem festen Wert, der oberhalb von Mmax_z liegt und im
dargestellten Beispiel ungefähr
20 Nm beträgt.
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Die
nachfolgende Tabelle stellt die Steuergrößen der verschiedenen Betriebsmodi
dar:
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Die
Momentenregelung der Betriebsmodi ist in 3 dargestellt.
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Im
Momentenmodus soll das Moment M_ist geregelt werden. Dazu wird vom
Datenetz ein Sollwert Mmax vorgegeben. Mmax gilt dann als zulässig, wenn
er kleiner oder gleich dem oberen zulässigen Grenzwert Mmax_z und
größer oder
gleich dem unteren zulässigen
Grenzwert Mmin_z ist. Dabei unterscheidet der Momentenmodus zwischen
einem Motorbetrieb der elektrischen Maschine und einem Generatorbetrieb
der elektrischen Maschine.
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Im
Motorbetrieb des Momentenmodus soll ein positives Istmoment M_ist
erzeugt werden. Entsprechend wird ein positives Sollmoment Mmax
vorgegeben. Dieses Sollmoment Mmax darf sich in dem Bereich zwischen
der positiven oberen Grenze Mmax_z und der leicht negativen unteren
Grenze Mmin_z bewegen.
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Im
Generatorbetrieb des Momentenmodus soll durch Abbremsen der elektrischen
Maschine Strom generiert werden. Es muss also ein negatives Istmoment
M_ist erzeugt werden. Entsprechend wird ein negatives Sollmoment
Mmax vorgegeben. Dieses Sollmoment Mmax darf sich in dem Bereich
zwischen der leicht positiven oberen Grenze Mmax_z und der negativen
unteren Grenze Mmin_z bewegen.
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Im
Lademodus wird die elektrische Maschine 1 so geregelt,
dass eine effektive Ladung einer Batterie erzielbar ist. Die zu
steuernde Größe ist die
Spannung Uist. Sie wird über
die vom Datennetz 8 kommende Sollspannung Usoll gesteuert.
Das Moment M_ist wird im Lademodus so eingestellt, dass Uist = Usoll
erreicht werden kann. Vorgabe für
das Moment M_ist ist Mmin, welches vom Datennetz 8 kommt.
Die zulässigen
Grenzen für
M_ist werden von Mmin_z, Mmax_z und Mlim festgelegt. Dabei sollte
sich M_ist bevorzugt im Bereich zwischen Mmin_z (besser Mmin) und
Mlim aufhalten. Ein Wert zwischen Mlim und Mmax_z ist nur für eine festgelegte
begrenzte Zeit zulässig.
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Im
Drehzahlmodus ist die Drehzahl die Größe, welche konstant zu halten
oder nach den Wünschen des
Verbrauchers variiert werden soll. Die zu steuernde Größe ist die
Drehzahl der elektrischen Maschine Nist. Sie wird über die
vom Datennetz 8 kommende Solldrehzahl Nsoll gesteuert.
Vorgabe für
die Grenzen des Moments M_ist sind Mmin und Mmax.
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Wenn
Nsoll größer oder
gleich Nist ist, so ist Mmax der der maximal erlaubte Grenzwert
für M_ist
und ein Regler für
die Drehzahl sollte einen positiven Momentensollwert Msoll vorgeben.
In diesem Fall wird ein positiver Wert für die obere Grenze Mmax_z und
ein leicht negativer Wert für
die untere Grenze Mmin_z vorgegeben.
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Wenn
Nsoll kleiner als Nist ist, so ist Mmin der minimal erlaubte Grenzwert
für M_ist
und ein Regler für die
Drehzahl sollte einen negativen Momentensollwert Msoll vorgeben.
In diesem Fall ist wird ein leicht positiver Wert für die obere
Grenze Mmax_z und ein negativer Wert für die untere Grenze Mmin_z
vorgegeben.
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Bei
einem Ausfall des Datennetzes 8 können keine Steuergrößen mehr
von extern dem Ansteuersystem zugeführt werden. Um bei einem Ausfall
des Datennetzes 8 trotzdem einen sicheren Betrieb der elektrischen
Maschine, wenn auch in eingeschränktem
Umfang, zu gewährleisten,
sind Notmodi vorgesehen.
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In 4 sind
die Notmodi dargestellt. In den Notmodi werden die Sollwerte und
die Toleranzgrenzen intern vorgegeben. Damit kann die elektrische
Maschine 1 auch bei Ausfall des Datennetzes 8 betrieben
werden.
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Im
Moment-0-Notmodus wird das Moment M_ist auf Null geregelt. Dazu
werden die internen Grenzwerte Mmax_z und Mmin_z intern vorgegeben.
M_ist gilt dann als zulässig,
wenn es kleiner oder gleich dem oberen zulässigen Grenzwert Mmax_z und
größer oder
gleich dem unteren zulässigen
Grenzwert Mmin_z ist.
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Im
Lade-Notmodus wird die elektrische Maschine 1 so geregelt,
dass eine Ladung einer Batterie möglich ist. Die zu steuernde
Größe ist die
Spannung Uist. Sie wird über
eine intern vorgegebene Sollspannung Usoll_int gesteuert. Das Moment
M_ist soll vorzugsweise negativ sein. Daher sollte sich M_ist bevorzugt
im Bereich zwischen Mmin und Mmax aufhalten. Die zulässigen Obergrenzen
für M_ist
werden von Mmin_z und Mmax_z festgelegt.
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Der
Drehzahlmodus wird insbesondere für das Starten eines Verbrennungsmotors
benötigt.
Um diese Funktion auch bei Ausfall des Datennetzes 8 gewährleisten
zu können
ist ein Notmodus vorgesehen, der im Folgenden als VMStart-Notmodus
bezeichnet wird.
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Im
VMStart-Notmodus ist die Drehzahl der elektrischen Maschine Nist
die zu steuernde Größe. Sie wird über die
intern vorgegebene Solldrehzahl Nsoll_int gesteuert. Der Sollwert
für das
Moment M_ist wird von Mmin und Mmax begrenzt.
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Bevorzugt
entspricht der Sollwert für
das Moment M_ist Mmin oder Mmax.
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Wenn
Nist kleiner oder gleich Nsoll_int ist, so ist Mmax der Sollwert
für M_ist.
In diesem Fall wird ein positiver Wert für die obere Grenze Mmax_z und
ein leicht negativer Wert für
die untere Grenze Mmin_z intern vorgegeben.
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Wenn
Nist größer als
Nsoll_int ist, so ist Mmin der Sollwert für M_ist. In diesem Fall wird
ein leicht positiver Wert für
die obere Grenze Mmax_z und ein negativer Wert für die untere Grenze Mmin_z
intern vorgegeben.
