DE102013207317A1 - Method for controlling an electric motor, in particular for actuating actuators in a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors, insbesondere zur Betätigung von Aktoren in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine momentane Motorspannung mit einem Spannungsgrenzwert verglichen wird, bevor diese an den Elektromotor angelegt wird, wobei der Spannungsgrenzwert aus einer Impedanz des Elektromotors abgeleitet wird. Bei einem Verfahren, bei welchem immer die optimale Performance des Elektromotors gewährleistet ist, wird die Impedanz während des Betriebes des Elektromotors bestimmt.The invention relates to a method for controlling an electric motor, in particular for actuating actuators in a motor vehicle, in which a current motor voltage is compared with a voltage limit before it is applied to the electric motor, wherein the voltage limit is derived from an impedance of the electric motor. In a method in which the optimum performance of the electric motor is always ensured, the impedance is determined during the operation of the electric motor.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors, insbesondere zur Betätigung von Aktoren in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine momentane Motorspannung mit einem Spannungsgrenzwert verglichen wird, bevor diese an den Elektromotor angelegt wird, wobei der Spannungsgrenzwert aus einer Impedanz des Elektromotors abgeleitet wird.The invention relates to a method for controlling an electric motor, in particular for actuating actuators in a motor vehicle, in which a current motor voltage is compared with a voltage limit before it is applied to the electric motor, wherein the voltage limit is derived from an impedance of the electric motor.
Elektrisch kommutierte Elektromotoren werden in Kraftfahrzeugen häufig als Hilfsmotoren zur Ansteuerung automatisierter Getriebe oder Kupplungen eingesetzt. Dabei muss die Sicherheit der Ansteuerung gewährleistet werden, da eine Fehlfunktion des Elektromotors zu einer fehlerhaften Betätigung des Getriebes oder der Kupplung führen kann. Eine solche Fehlfunktion kann Auswirkungen auf die Fahrsicherheit des Kraftfahrzeugs haben und eventuell zu Unfällen führen. Wie aus der
Um die Endstufen des Elektromotors, welche in Steuergeräten verbaut sind, zu schützen, muss der maximal zulässige Motorstrom begrenzt werden. Die Begrenzung des maximalen Motorstromes erfolgt dabei durch eine Limitierung der Motorspannung. Die maximal zulässige Motorspannung zur Ansteuerung des Elektromotors wird einmalig mittels einer Software aus dem maximal zulässigen Strom, einer Impedanz des Elektromotors und einer Gegeninduktionsspannung berechnet. Der berechnete Wert wird dann in der Software hinterlegt. Da die Impedanz über der Temperatur veränderlich ist, muss immer ein Kompromiss eingegangen werden. Ist die Impedanz, die sich bei einer hohen Temperatur von beispielsweise 130°C einstellt, hinterlegt, dann fließt bei hohen Temperaturen der maximal zulässige Strom In order to protect the output stages of the electric motor, which are installed in control units, the maximum permissible motor current must be limited. The limitation of the maximum motor current is effected by limiting the motor voltage. The maximum permissible motor voltage for driving the electric motor is calculated once by means of software from the maximum permissible current, an impedance of the electric motor and a mutual induction voltage. The calculated value is then stored in the software. Since the impedance varies with temperature, a compromise must always be made. If the impedance, which occurs at a high temperature of, for example, 130 ° C, stored, then flows at high temperatures, the maximum allowable current
Bei niedrigen Temperaturen ist die tatsächliche Impedanz geringer als der in der Software hinterlegte Wert. Da die tatsächliche Temperatur der Software nicht bekannt ist, kann dieser Unterschied nicht berücksichtigt werden. Die Berechnung des maximal zulässigen Spannungsgrenzwertes geschieht daher immer mit einer zu großen Impedanz, was zur Folge hat, dass die Spannungslimitierung ungenau wird und zu hohe Spannungen angelegt werden. Dadurch können Ströme durch die Endstufe fließen, die deutlich größer als der maximal zulässige Strom sind. Bei einer Temperatur von –30°C beträgt At low temperatures, the actual impedance is less than the value stored in the software. Since the actual temperature of the software is unknown, this difference can not be taken into account. Therefore, the calculation of the maximum permissible voltage limit value always occurs with too great an impedance, which has the consequence that the voltage limitation becomes inaccurate and too high voltages are applied. This allows currents to flow through the power amplifier, which are significantly larger than the maximum allowable current. At a temperature of -30 ° C is
Um dies zu verhindern, muss entweder das Stromlimit reduziert oder die Impedanz bei niedrigen Temperaturen angegeben werden. In beiden Fällen steht bei höheren Temperaturen nicht mehr die volle Leistung des Elektromotors zur Verfügung, da die Motorspannung unnötigerweise limitiert wird To prevent this, either the current limit must be reduced or the impedance must be specified at low temperatures. In both cases, the full power of the electric motor is no longer available at higher temperatures, since the motor voltage is unnecessarily limited
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung des Elektromotors anzugeben, bei welchem Leistungseinbußen des Elektromotors zuverlässig verhindert werden.The invention is therefore based on the object to provide a method for controlling the electric motor, in which power losses of the electric motor are reliably prevented.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Impedanz während des Betriebes des Elektromotors bestimmt wird. Durch die regelmäßige Aktualisierung der Impedanz ist eine zuverlässige Anpassung an die, den Elektromotor umgebende Temperatur gewährleistet. Daraus ergibt sich eine korrekte Ermittlung des Spannungsgrenzwertes, da dieser aus den tatsächlich existierenden Umgebungsbedingungen abgeleitet wird. Durch die kontinuierliche Bestimmung des Spannungsgrenzwertes wird auch der durch die Endstufe fließende Strom angepasst, so dass eine Überhitzung der Endstufen zuverlässig unterbunden wird.According to the invention the object is achieved in that the impedance is determined during operation of the electric motor. By regularly updating the impedance is a reliable Adaptation to the temperature surrounding the electric motor. This results in a correct determination of the voltage limit, since this is derived from the actual existing environmental conditions. Due to the continuous determination of the voltage limit value, the current flowing through the output stage is also adjusted, so that overheating of the output stages is reliably prevented.
Vorteilhafterweise wird die Impedanz mittels einer momentanen Strommessung bestimmt. Da die Endstufen Halbleiterschalter enthalten und diese temperaturabhängig agieren, wird durch die Strommessung zuverlässig ein Rückschluss auf die Temperatur der Umgebung vorgenommen, aus der immer die tatsächliche Impedanz abgeleitet wird.Advantageously, the impedance is determined by means of a current current measurement. Since the output stages contain semiconductor switches and these act in a temperature-dependent manner, the current measurement reliably draws conclusions about the temperature of the environment, from which the actual impedance is always derived.
In einer Ausgestaltung wird die momentane Strommessung mittels einer Steuergeräteintegrierten Software ausgewertet. Durch die Nutzung einer an sich vorhandenen Software des Steuergerätes werden die Kosten für die Implementierung des vorgeschlagenen Verfahrens in dem Steuergerät reduziert. In one embodiment, the instantaneous current measurement is evaluated by means of a software integrated in the control unit. By using a self-existing software of the control unit, the cost of the implementation of the proposed method in the control unit can be reduced.
In einer Variante wird die Impedanz während eines Referenzierverfahrens ermittelt, wobei ein Aktor, der durch den Elektromotor angetrieben wird, durch den mit einer Motorspannung beaufschlagten Elektromotor gegen einen Anschlag gedrückt wird, wobei die Drehzahl des Elektromotors Null ist. Bei dem Referenzierverfahren handelt es sich um einen definierten Vorgang des Steuergerätes, welcher insbesondere vor dem eigentlichen Antrieb des Aktors durch den Elektromotor ausgeführt wird. Somit steht ein aktueller Impedanzwert zum Beginn des Betriebes des Elektromotors zur Verfügung, woraus sich ein entsprechend aktueller Spannungsgrenzwert ergibt. In one variant, the impedance is determined during a referencing process, wherein an actuator, which is driven by the electric motor, is pressed against a stop by the electric motor charged with a motor voltage, wherein the rotational speed of the electric motor is zero. The homing method is a defined process of the control unit, which is executed in particular before the actual drive of the actuator by the electric motor. Thus, a current impedance value at the beginning of the operation of the electric motor is available, resulting in a correspondingly current voltage limit.
In einer Alternative wird die Impedanz beim Anfahren des mit einer momentanen Motorspannung beaufschlagten Elektromotors ermittelt, wobei die Drehzahl des Elektromotors beim Anfahren annähernd Null ist. Auch für diesen Vorgang wird zuverlässig der aktuelle Impedanzwert festgestellt, um für diesen Betriebsvorgang des Elektromotors die entsprechenden Spannungsgrenzwerte festlegen zu können.In an alternative, the impedance is determined when starting the applied with a current motor voltage electric motor, wherein the speed of the electric motor when starting is approximately zero. Also for this process, the current impedance value is reliably determined in order to determine the corresponding voltage limits for this operation of the electric motor can.
In einer Weiterbildung wird ein Realteil der Impedanz aus dem Quotienten der momentan an dem Elektromotor anliegenden Spannung und dem momentan gemessenen Strom ermittelt. Aufgrund dessen, dass die Drehzahl des Elektromotors mit Null angenommen ist, entfällt in diesem Fall der Imaginärteil der Impedanz. In a development, a real part of the impedance is determined from the quotient of the voltage currently applied to the electric motor and the current measured. Due to the fact that the speed of the electric motor is assumed to be zero, in this case eliminates the imaginary part of the impedance.
Vorteilhafterweise wird die Impedanz bei einer konstanten Drehzahl des Elektromotors bestimmt. Somit kann auch während des Normalbetriebes des Elektromotors der Spannungsgrenzwert zuverlässig aus der bei einer konstanten Drehzahl ermittelten Impedanz bestimmt werden. Durch eine solche zuverlässige Ermittlung des Spannungsgrenzwertes erfolgt keine unzulässige Limitierung der Motorspannung, wodurch immer die maximale Leistung des Elektromotors abgefordert werden kann. Durch die Ermittlung der tatsächlichen Impedanz ist die optimale Motorperformance in allen Betriebszuständen des Elektromotors gewährleistet. Advantageously, the impedance is determined at a constant speed of the electric motor. Thus, even during normal operation of the electric motor, the voltage limit can be determined reliably from the impedance determined at a constant speed. By such a reliable determination of the voltage limit no impermissible limitation of the motor voltage, whereby always the maximum power of the electric motor can be demanded. By determining the actual impedance, the optimum engine performance is ensured in all operating states of the electric motor.
In einer Ausführungsform wird die Impedanz aus der momentan anliegenden Motorspannung, dem momentan gemessenen Motorstrom, der konstanten Drehzahl, einer Induktivität und einer Anzahl von Polpaaren des Elektromotors bestimmt, wobei die Induktivität und die Anzahl der Polpaare unveränderlich sind. Somit wird auch im Betrieb des Elektromotors, bei welchem dieser den Aktor ansteuert, die maximale Leistung des Elektromotors eingestellt. In one embodiment, the impedance is determined from the instantaneous motor voltage, the currently measured motor current, the constant speed, an inductance, and a number of pole pairs of the electric motor, wherein the inductance and the number of pole pairs are fixed. Thus, the maximum power of the electric motor is adjusted during operation of the electric motor, in which it controls the actuator.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.The invention allows numerous embodiments. One of them will be explained in more detail with reference to the figure shown in the drawing.
Es zeigt:It shows:
Im Betrieb, beispielsweise einer Kupplung, wird der Elektromotor
Der Einfachheit halber sind die Feldeffekttransistoren in der
Zum Schutz der Endstufe
Folgende Zusammenhänge zeigen die Berechnungen:
Dabei bedeuten:
- IEndstufen,max
- maximal zulässiger Strom
- Z
- aktuelle Impedanz des Elektromotors des Systems, bestehend aus dem Gesamtwiderstand R und dem induktiven Widerstand, der sich wie folgt be rechnet:
- R
- Gesamtwiderstand der Seite des Elektromotors (umfassend Klemmwiderstand, Kabelbaumwiderstand, Steuergerätewiderstand)
- L
- Gesamtinduktivität
- p
- Anzahl Polpaare
- ω
- Drehzahl
- ke
- Spannungskonstante des Elektromotors
- ω
- gemessene momentane Drehzahl
- IMot
- gemessener momentaner Strom
- UMot
- gemessene momentane Spannung.
- I output stages, max
- maximum permissible current
- Z
- Current impedance of the electric motor of the system, consisting of the total resistance R and the inductive resistance, which is calculated as follows:
- R
- Total resistance of the side of the electric motor (including clamping resistance, harness resistance, control unit resistance)
- L
- total inductance
- p
- Number of pole pairs
- ω
- rotation speed
- k e
- Voltage constant of the electric motor
- ω
- measured instantaneous speed
- I Mot
- measured instantaneous current
- U Mot
- measured instantaneous voltage.
Allgemein ergibt sich für die Impedanz Z in einem elektrisch kommutierten Elektromotor
Die tatsächliche Impedanz Z wird im Betrieb des Elektromotors
In einer ersten Variante wird der Impedanzwert Z in einem Referenziervorgang des Steuergerätes
Dieser aktuelle Widerstand R wird zur Bestimmung des Spannungsgrenzwertes UMot,max herangezogen. This actual resistance R is used to determine the voltage limit U Mot, max .
Eine zweite Möglichkeit, die Impedanz Z zu bestimmen, wird beim Anfahren des Elektromotors
In einem dritten Fall wird bei einer Konstantfahrt des Elektromotors
Aus der jeweiligen, in einem der drei verschiedenen Vorgehensweisen ermittelten aktuellen Impedanz Z wird jeweils ein aktueller Spannungsgrenzwert UMot,max berechnet, der dann der Ansteuerung des Elektromotors
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Elektromotor electric motor
- 22
- Endstufe final stage
- 33
- Massepfad ground path
- 44
- Strommesseinrichtung Current measurement device
- 55
- Steuergerät control unit
- 66
- Spannungsversorgung power supply
- 77
- Schaltelement switching element
- 88th
- Schaltelement switching element
- 99
- Schaltelement switching element
- 1010
- Schaltelement switching element
- 1111
- Schaltelement switching element
- 1212
- Schaltelement switching element
- UU
- Phase des Elektromotors Phase of the electric motor
- VV
- Phase des Elektromotors Phase of the electric motor
- WW
- Phase des Elektromotors Phase of the electric motor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140212 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140212 |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
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