DE102007046242A1

DE102007046242A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines EC-Motors

Info

Publication number: DE102007046242A1
Application number: DE102007046242A
Authority: DE
Inventors: Jürgen GERHART
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2008-04-17

Abstract

Bei einem Verfahren zur Ansteuerung eines einen Läufer aufweisenden EC-Motors werden die Position und die Bewegungsrichtung des Läufers durch Sensorsignale erfasst. Der EC-Motor wird in Abhängigkeit von den Sensorsignalen und einem Sollwertsignal kommutiert. Die Plausibilität der Sensorsignale wird überprüft. Beim Auftreten mindestens eines nicht plausiblen Sensorsignals wird zum Einfrieren der Position des Läufers die Wicklung des EC-Motors mit einem konstanten Kommutierungsmuster angesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines einen Läufer aufweisenden EC-Motors, wobei die Position und die Bewegungsrichtung des Läufers durch Sensorsignale erfasst werden, wobei der EC-Motor in Abhängigkeit von den Sensorsignalen und einem Sollwertsignal kommutiert wird, und wobei die Plausibilität der Sensorsignale überprüft wird.
Ein derartiges Verfahren, bei dem die Lage des Läufers relativ zum Stator mit Hilfe von drei Hall-Sensoren erfasst wird, ist aus DE 10 2005 012 779 A1 bekannt. Dabei wird in Abhängigkeit von mindestens einem fehlerhaften Sensorsignal eine Notlaufstrategie durchgeführt, bei welcher der EC-Motor in vorbestimmten Zeitintervallen mit veränderbaren Ersatzwerten angesteuert wird. Die Ersatzwerte werden bei einer konstanten Läuferdrehzahl aus den Sensorsignalen ermittelt. Bei bestimmten Fehlern kann mit dem Verfahren eine Genauigkeit der Inkrementalwegmessung von +/– einem Inkrement erreicht werden. Das Verfahren ist jedoch relativ aufwändig. Für die Durchführung des Verfahrens ist deshalb ein entsprechend leistungsfähiger Mikrocontroller erforderlich. Ungünstig ist außerdem, dass bei einem Ausfall aller Sensorsignale der EC-Motor nicht in einem sicheren Zustand Weiterbetrieben wird.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, den Elektromotor beim Auftreten mindestens eines nicht plausiblen Sensorsignals zu auf einfache Weise in einem sicheren Zustand zu betreiben.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass beim Auftreten mindestens eines nicht plausiblen Sensorsignals zum Einfrieren der Position des Läufers die Wicklung des EC-Motors mit einem konstanten Kommutierungsmuster angesteuert wird.
Wenn der Läufer während des Auftretens des nicht plausiblen Sensorsignals eine vorgegebene Positioniergeschwindigkeit nicht überschreitet oder aufgrund einer vorhandenen Last eine solche Positioniergeschwindigkeit nach dem Auftretens des nicht plausiblen Sensorsignals erreicht, kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Position des Läufers in etwa beibehalten bzw. eingefroren werden. Dadurch kann auch während oder nach des Auftretens des nicht plausiblen Sensorsignals ein sicherer Betriebszustand des Elektromotors beibehalten werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,

a) dass für die Position und die Bewegungsrichtung des Läufers zumindest ein erster Sensorsignalwert erfasst wird,
b) dass der EC-Motor kommutiert und das entsprechende Kommutierungsmuster zwischengespeichert wird,
c) dass danach mindestens ein weiterer Sensorsignalwert erfasst wird,
d) dass der weitere Sensorsignalwert auf Plausibilität überprüft wird,
e1) dass bei plausiblem weiteren Sensorsignalwert
– der EC-Motor in Abhängigkeit von dem Sensorsignalwert und dem Sollwertsignal kommutiert,
– das entsprechende Kommutierungsmuster zwischengespeichert und
– mit Schritt c) fortgefahren wird,
e2) und dass bei nicht plausiblem Sensorsignal der EC-Motor mit dem zwischengespeicherten Kommutierungsmuster weiterhin angesteuert wird.

Dabei wird davon ausgegangen, dass sich der Elektromotor vor dem Auftreten des mindestens einen nicht plausiblen Sensorsignals in einem sicheren Betriebszustand befand. Dieser wird nach dem Auftreten des nicht plausiblen Sensorsignals beibehalten.
Bei einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird ein vorbestimmtes Kommutierungsmuster gespeichert, wobei danach die Sensorsignale erfasst und auf Plausibilität überprüft werden, und wobei der EC-Motor beim Auftreten des mindestens einen nicht plausiblen Sensorsignal mit dem vorbestimmten Kommutierungsmuster konstant angesteuert wird. Der Elektromotor wird also unabhängig von der Position, an der sich der Läufer gerade befindet, nach dem Auftreten einer Störung mit einem fest vorgegebenen Kommutierungsmuster angesteuert. Das Verfahren kann dadurch noch einfacher durchgeführt werden.
Vorteilhaft ist, wenn der EC-Motor mittels einer Halbleiterschalter aufweisenden Brückenschaltung angesteuert wird, wenn während oder nach dem Auftreten eines nicht plausiblen Sensorsignals die Halbleiterschalter auf einen Defekt, insbesondere einen Kurzschluss überprüft werden, und wenn beim Erkennen eines defekten Halbleiterschalters die Wicklung des EC-Motors mit dem konstanten Kommutierungsmuster derart angesteuert wird, dass die Wicklung über die verbleibenden, noch intakten Halbleiterschalter bestromt wird. Somit kann auch nach einem Ausfall mindestens eines Halbleiterschalters der Brückenschaltung der Elektromotor in einem sicheren Zustand betrieben werden.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird der Läufer mit einem Drehmoment oder einer Kraft in eine vorgegebene Richtung belastet, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit und die Bewegungsrichtung des Läufers ermittelt und die Bewegungsgeschwindigkeit mit einem Geschwindigkeitsgrenzwert verglichen wird, und wobei das Einfrieren der Position des Läufers gesperrt wird, wenn sich der Läufer mit einer Geschwindigkeit, die betragsmäßig größer ist als der Geschwindigkeitsgrenzwert, in die Richtung des Drehmoments oder der Kraft bewegt. Nach dem Ansteuern des EC-Motors mit dem konstanten Kommutierungsmuster arbeitet dieser ähnlich wie ein Schrittmotor mit einer Ansteuerungsfrequenz von 0 Hz. Ein Schrittmotor, der mit einer Last betrieben wird, kann jedoch oberhalb einer lastabhängigen Ansteuerfrequenz nur mit einer begrenzten Änderungsgeschwindigkeit der Ansteuerfrequenz betrieben werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird deshalb das Einfrieren der Läuferposition gesperrt, wenn die Geschwindigkeit des Läufers so groß ist, dass dieser durch das Ansteuern mit dem konstanten Kommutierungsmuster nicht angehalten werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mit Hilfe des EC-Motors eine im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnete Kupplung verstellt. Dabei kann der EC-Motor den Antrieb eines selbstöffnenden Kupplungsaktors bilden, bei dem die Kupplung durch die Rückstellkraft einer Feder in Offenstellung vorgespannt ist und durch den EC-Motor entgegen der Rückstellkraft in Schließstellung bringbar ist. Das Einfrieren der Position des Läufers ist in diesem Fall nur möglich,

– wenn der Kupplungsaktor in Richtung Kupplung schließen bewegt wird, also gegen die Last, oder
– sich die Kupplungsposition nicht ändert oder
– sich die Kupplungsposition in Richtung Kupplung öffnen mit nur geringer Geschwindigkeit bewegt.

Wenn ein separater Kommutierungsrechner vorhanden ist, sollte geprüft werden, ob dieser in den Restet-Zustand versetzt wird. in diesem Fall kann es sinnvoll sein, die Kupplungsposition nicht einzufrieren. Es ist aber auch denkbar, auch bei einem Reset des Kommutierungsrechners die Position des Läufers mittels einer geeigneten, zusätzlich zu dem Kommutierungsrechner vorhandenen Hardware einzufrieren, beispielsweise mit Hilfe einer entsprechenden Ansteuerschaltung für eine mit dem EC-Motor verbundene Endstufe.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird mit Hilfe des EC-Motors ein automatisiertes Schaltgetriebe verstellt. Auch bei dieser Anwendung kann der EC-Motor ein Teil eines selbstöffnenden Aktors sein. Für einen solchen Aktor gilt das zu dem Kupplungsaktor Gesagte entsprechend.
Erwähnt werden soll noch, dass die Erfindung auch bei einem ein selbsthemmendes Getriebe aufweisenden Aktor zum Einsatz kommen kann, insbesondere um den Elektromotor beim Auftreten einer Störung schneller anhalten zu können.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1 ein Schaltbild eines an einer Endstufe angeschlossenen EC-Motors,
2 eine graphische Darstellung eines Ansteuerungsmusters für den EC-Motor,
3 eine graphische Darstellung der tatsächlichen Läuferposition (durchgezogene Linie) und der gemessenen Läuferposition (strichlinierte Linie) beim Auftreten eines Messfehlers, wobei auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Position x aufgetragen ist, und
4 ein Schaltbild ähnlich 1, wobei jedoch der Stromfluss durch einen Pfeil angedeutet ist.
Ein selbstöffnender Aktor zum Betätigen einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten, in eine Offen- und eine Schließstellung verstellbaren Kupplung weist als Antrieb einen in 1 nur schematisch dargestellten EC-Motor 1 auf. Der EC-Motor 1 hat einen Stator mit einem weichmagnetischen Kern und einer mehrphasigen Wicklung. An dem Stator ist ein Läufer drehbar gelagert. Der Läufer weist an seinem Außenumfang eine Anzahl von permanentmagnetischen Polen auf, die in Umfangsrichtung abwechselnd in zueinander entgegen gesetzte Richtungen magnetisiert sind. Die permanentmagnetischen Pole wirken über einen zwischen dem Stator und dem Läufer gebildeten Luftspalt mit dem Stator zusammen.
Der EC-Motor 1 ist durch die Rückstellkraft einer Feder in Richtung der Offenstellung der Kupplung vorgespannt. Wenn die Bestromung des EC-Motors 1 bei in Schließstellung befindlicher Kupplung unterbrochen wird, wird die Kupplung durch die Rückstellkraft der Feder geöffnet. Durch Bestromen des EC-Motors 1 kann die Kupplung entgegen der Rückstellkraft geschlossen werden.
Die Lage des Läufers relativ zum Stator wird mit Hilfe von mehreren Hallsensoren H1, H2, H3 erfasst, die am Umfang des Läufers angeordnet und in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind. Die Hallsensoren H1, H2, H3 detektieren das von der Lage des Läufers abhängige Magnetfeld der permanentmagnetischen Läufer-Pole. Wenn sich der Läufer relativ zum Stator dreht durchlaufen die Sensorsignale der Hallsensoren H1, H2, H3 bei fehlerfreier Messung zyklisch eine Anzahl von Zuständen. Diese sind in der nachstehenden Tabelle mit „0" bzw. „1" bezeichnet:

Messsignal H1 1 0 0 0 1 1

Messsignal H2 0 0 1 1 1 0

Messsignal H3 Muster 1 5 1 1 1 3 0 2 0 6 0 4
Die Ansteuerung der Wicklung des EC-Motors 1 erfolgt mit Hilfe einer Endstufe 2, die eine Brückenschaltung mit mehreren Halbbrücken aufweist, in denen jeweils zwei Transistoren T1, T2, T3, T4, T5, T6 angeordnet sind. Einer erster Transistor T1, T3, T5 jeder Halbbrücke verbindet jeweils einen ersten Pol einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Stromversorgung mit einem Ausgangsanschluss, der an einer Wicklungsspule der Wicklung angeschlossen ist. Einer zweiter Transistor T2, T4, T6 jeder Halbbrücke verbindet jeweils einen zweiten Pol der Stromversorgung mit dem Ausgangsanschluss. Die Wicklungsspulen sind im Stern geschaltet.
Steuereingänge der Transistoren T1, T2, T3, T4, T5, T6 sind mit einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Ansteuereinrichtung verbunden, beispielsweise einem Kommutierungsrechner. Mit Hilfe der Ansteuereinrichtung wird der EC-Motor 1 in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von den Sensorsignalen und einem Sollwertsignal kommutiert. Die Ansteuerung der einzelnen Wicklungen des EC-Motors 1 erfolgt dabei nach dem in 2 wiedergegebenen Kommutierungsmuster, das sechs verschiedene Zustände aufweist, die sich zyklisch wiederholen. Das zuletzt an die Wicklung angelegte Kommutierungsmuster wird jeweils zwischengespeichert.
Während des Betriebs des EC-Motors 1 werden die Sensorsignale der Hallsensoren H1, H2, H3 unter Berücksichtigung der Drehrichtung des Läufers mit den in der obigen Tabelle angegebenen Mustern verglichen. Stimmt die Abfolge der gemessenen Muster nicht mit der Abfolge der Muster in der Tabelle überein, wird davon ausgegangen, dass ein Fehler aufgetreten ist. Ein solcher Fehler kann beispielsweise durch einen Defekt eines Hallsensors H1, H2, H3 oder durch EMV-Einwirkung verursacht sein.
Ein Beispiel für einen solchen, während des Schließens der Kupplung aufgetretenen Fehler, ist in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben. Dabei ist die Stelle, an welcher der Fehler auftritt durch Unterstreichen der Sensorsignale markiert.

H1 1 0 1 1 1 0

H2 0 0 1 0 0 0

H3 1 1 0 0 1 1

Muster 5 1 6 4 5 1
In 3 ist erkennbar, dass der Fehler zu einer nicht plausiblen sprunghaften Änderung der gemessenen Läuferposition führt.
Damit beim auch Auftreten eines nicht plausiblen Sensorsignals das Kraftfahrzeug noch in einem sicheren Zustand betrieben werden kann, wird die Wicklung des EC-Motors 1 nach dem Detektieren des nicht plausiblen Sensorsignals mit einem konstanten Kommutierungsmuster angesteuert, indem das letzte, vor dem Auftreten des nicht plausiblen Sensorsignals an den EC-Motor 1 ausgegebene Kommutierungsmuster eingefroren und über die Endstufe 2 weiterhin ausgegeben wird. In 3 ist der Stromfluss in der Wicklung nach dem Auftreten des nicht plausiblen Sensorsignals durch einen Pfeil 3 angedeutet. Deutlich ist erkennbar, dass zwei Phasen der Wicklung konstant bestromt und eine dritte Phase der Wicklung stromlos ist. Da das nicht plausible Sensorsignal während des Schließens der Kupplung aufgetretenen ist und der Läufer dabei durch die Rückstellkraft der Feder abgebremst wird, kann der EC-Motor 1 durch diese Bestromung sicher angehalten werden. In Abhängigkeit von der Positioniergeschwindigkeit, die der Läufer beim Auftreten des nicht plausiblen Sensorsignals hatte, kann der Läufer nach dem Auftreten des nicht plausiblen Sensorsignals gegebenenfalls seine Position noch geringfügig verändern, bis er zum Stillstand kommt. Diese Positionsänderung führt jedoch nur zu einer geringfügigen Verstellung der Kupplung, die als unkritisch angesehen wird.

1: EC-Motor
2: Endstufe
3: Pfeil

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines einen Läufer aufweisenden EC-Motors (1), wobei die Position und die Bewegungsrichtung des Läufers durch Sensorsignale erfasst werden, wobei der EC-Motor (1) in Abhängigkeit von den Sensorsignalen und einem Sollwertsignal kommutiert wird, und wobei die Plausibilität der Sensorsignale überprüft wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten mindestens eines nicht plausiblen Sensorsignals zum Einfrieren der Position des Läufers die Wicklung des EC-Motors (1) mit einem konstanten Kommutierungsmuster angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass für die Position und die Bewegungsrichtung des Läufers zumindest ein erster Sensorsignalwert erfasst wird, b) dass der EC-Motor (1) kommutiert und das entsprechende Kommutierungsmuster zwischengespeichert wird, c) dass danach mindestens ein weiterer Sensorsignalwert erfasst wird, d) dass der weitere Sensorsignalwert auf Plausibilität überprüft wird, e1) dass bei plausiblem weiteren Sensorsignalwert – der EC-Motor (1) in Abhängigkeit von dem Sensorsignalwert und dem Sollwertsignal kommutiert, – das entsprechende Kommutierungsmuster zwischengespeichert und – mit Schritt c) fortgefahren wird, e2) und dass bei nicht plausiblem Sensorsignal der EC-Motor (1) mit dem zwischengespeicherten Kommutierungsmuster weiterhin angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorbestimmtes Kommutierungsmuster gespeichert wird, dass danach die Sensorsignale erfasst und auf Plausibilität überprüft werden, und dass der EC-Motor (1) beim Auftreten des mindestens einen nicht plausiblen Sensorsignals mit dem vorbestimmten Kommutierungsmuster konstant angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der EC-Motor (1) mittels einer Halbleiterschalter aufweisenden Brückenschaltung angesteuert wird, dass während oder nach dem Auftreten eines nicht plausiblen Sensorsignals die Halbleiterschalter auf einen Defekt, insbesondere einen Kurzschluss überprüft werden, und dass beim Erkennen eines defekten Halbleiterschalters die Wicklung des EC-Motors (1) mit dem konstanten Kommutierungsmuster derart angesteuert wird, dass die Wicklung über die verbleibenden, noch intakten Halbleiterschalter bestromt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer mit einem Drehmoment oder einer Kraft in eine vorgegebene Richtung belastet wird, dass die Bewegungsgeschwindigkeit und die Bewegungsrichtung des Läufers ermittelt und die Bewegungsgeschwindigkeit mit einem Geschwindigkeitsgrenzwert verglichen wird, und dass das Einfrieren der Position des Läufers gesperrt wird, wenn sich der Läufer mit einer Geschwindigkeit, die betragsmäßig größer ist als der Geschwindigkeitsgrenzwert, in die Richtung des Drehmoments oder der Kraft bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des EC-Motors (1) eine im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnete Kupplung verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des EC-Motors (1) ein automatisiertes Schaltgetriebe verstellt wird.