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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Ansteuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors, ein bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Steuergerät, ein Fahrzeug, ein Verfahren, ein Programmelement sowie ein computerlesbares Medium.
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Das Lage des Rotors in bürstenlosen Gleichstrommotoren wird unter anderem mit Hilfe von Drehgebern, z.B. SIN-COS Sensoren realisiert. Auf Grund von Fertigungstoleranzen kann die Zuordnung des Messsignals zum Rotor adaptiert werden, um einen störungsfreien Betrieb sicher zu stellen, bzw. eine optimale Kommutierung zu ermöglichen. Üblicher Weise wird das Adaptionsergebnis in einem Steuergerät für einen bürstenlosen Gleichstrommotor nicht flüchtig gespeichert. Auf Basis dieses Adaptionsergebnisses wird der sichere Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotor gewährleistet. Erfolgt keine Adaption bzw. ist die Adaption nicht mehr gültig, kann, unter Umständen, der bürstenlose Gleichstrommotor nicht mehr korrekt angesteuert werden und der bürstenlose Gleichstrommotor läuft unruhig oder gar nicht.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Ansteuerung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor sicherzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuergerät für den Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors für ein Fahrzeug und zur Erkennung eines Austausches des bürstenlosen Gleichstrommotors. Das Steuergerät ist ausgeführt, bei Stillstand des bürstenlosen Gleichstrommotors, die Lage eines Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors zu speichern. Des Weiteren ist das Steuergerät ausgeführt bei Hochlauf des Steuergeräts die gespeicherte Lage des Rotors mit der aktuellen Lage des Rotors zu vergleichen. Das Steuergerät ist in der Lage eine vorbestimmte Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors anzupassen (zu adaptieren), wenn die aktuelle Lage des Rotors von der gespeicherten Lage des Rotors um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert abweicht und ein Verhalten des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors in Reaktion auf einen Testimpuls von einem vom Steuergerät erwarteten Verhalten abweicht.
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Mit anderen Worten, kann im Stillstand des bürstenlose Gleichstrommotors und bevor das Steuergerät ausgeschalten wird bzw. bevor das Steuergerät in einen Standby-Modus wechselt, die Lage des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors in dem Steuergerät des bürstenlosen Gleichstrommotors gespeichert werden. Bei einem Neustart des Steuergerätes wird die gespeicherte Lage des Rotors mit der aktuellen Lage des Rotors verglichen. Dieser Vergleich der Rotorlagen dient dazu, die Ansteuerung des Gleichstrommotors gegebenenfalls anzupassen.
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Durch den Austausch des bürstenlosen Gleichstrommotors und/oder der Ansteuerfunktion/ -elektronik kann es vorkommen, dass das Adaptionsergebnis nicht mehr zum bürstenlosen Gleichstrommotor passt und ein einwandfreier Betrieb nicht sichergestellt werden kann.
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Die Erfassung der Lage des Rotors kann über einen Drehgeber erfolgen. Der Drehgeber ist ein Sensor, welche die Lage eines Rotors eines Motors angibt. Der Drehgeber wird benötigt, um die Spulen des Stators richtig anzusteuern. Insbesondere kann dieser zur genauen Bestimmung der Kommutierung genutzt werden.
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Die Rotorlage kann in einem beschreibbaren, nicht flüchtigen Speicher innerhalb des Steuergerätes gespeichert werden. Des Weiteren kann die aktuelle Ansteuerung in dem Speicher gespeichert werden, um den bürstenlosen Gleichstrommotor richtig anzusteuern. Auch kann in dem Speicher das Adaptionsergebnis gespeichert werden und auch gegebenenfalls angepasst werden.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Steuergerät ausgeführt ist, die vorbestimmte Ansteuerung für den bürstenlosen Gleichstrommotor zu verwenden, wenn die gespeicherte Lage des Rotors und die aktuelle Lage des Rotors innerhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegen.
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Mit anderen Worten kann das Steuergerät die auf dem Steuergerät hinterlegte Ansteuerung für den bürstenlosen Gleichstrommotor nutzten, wenn der Vergleich zwischen gespeicherter Lage des Rotors und der aktuellen Lage des Rotors innerhalb eines definierten Sollbereiches liegt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Testimpuls auf die Spulen des Stators gegeben werden, wenn die gespeicherte Lage des Rotors und die aktuelle Lage des Rotors um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert voneinander abweichen, wobei unter Berücksichtigung des Ergebnisses des Testimpulses die Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors erfolgt.
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Zeigt sich bei dem Vergleich der gespeicherten Lage des Rotors und der aktuellen Lage des Rotors eine Abweichung, welche größer ist als ein definierter Sollbereich, kann ein Testimpuls von der Ansteuerung auf die Spulen des bürstenlosen Gleichstrommotors gegeben werden. Der Effekt des Testimpulses kann mittels des Drehgebers erfasst und mit Hilfe des Steuergerätes ausgewertet werden. Das Ergebnis des Testimpulses kann genutzt werden, um die Ansteuerung des Elektromotors anzupassen. Stimmt die gespeicherte Rotorlage nicht mit der aktuellen Rotorlage überein, kann unter Umständen der Motor getauscht worden sein, somit ist die gespeicherte Ansteuerung für den bürstenlosen Gleichstrommotor nicht mehr aktuell und muss an den, unter Umständen, neuen bürstenlosen Gleichstrommotor angepasst werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein erwartetes Verhalten auf den Testimpuls des bürstenlosen Gleichstrommotors auf dem Steuergerät gespeichert werden, wobei das Steuergerät zum Vergleich des Verhaltens des bürstenlosen Gleichstrommotors nach Abgabe des Testimpulses mit dem erwarteten Verhalten ausgeführt ist. Das Steuergerät kann die vorbestimmte Ansteuerung verwenden, wenn das Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors dem erwarteten Verhalten entspricht.
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Das Steuergerät erhält von dem Drehgeber die Information über das Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors auf den ausgeführten Testimpuls. Diese Informationen über das Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors kann das Steuergerät mit dem gespeicherten erwarteten Verhalten vergleichen. Stimmt das Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors mit dem erwarteten Verhalten überein, kann die gespeicherte Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors verwendet werden, da diese geeignet ist den bürstenlosen Gleichstrommotor zu betrieben. In diesem Fall wurde wahrscheinlich der Rotor des bürstenlosen Gleichstrommotors manuell bei ausgeschalteten Steuergerät gedreht, sodass die gespeicherte Lage des Rotors und die aktuelle Lage des Rotors nicht übereinstimmen. Es wurde kein Tausch durchgeführt, sondern nur eine Verdrehung des Rotors. Somit ist die gespeicherte Ansteuerung weiterhin gültig und kann verwendet werden. Es kann auch ein Tausch stattgefunden haben, wobei der getauschte neue bürstenlose Gleichstrommotor und der alte bürstenlose Gleichstrommotor dasselbe Verhalten zeigen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Steuergerät ausgeführt ist, eine Adaption der Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors durchzuführen, wenn das Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors nicht dem erwarteten Verhalten entspricht.
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Mit anderen Worten kann, wenn festgestellt wird, dass das erwartete Verhalten und das Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors auf den Testimpuls nicht übereinstimmt, davon ausgegangen werden, dass der Motor getauscht wurde oder dass die gespeicherte Motoransteuerung nicht mehr der richtigen Ansteuerung für den bürstenlosen Gleichstrommotor entspricht. Ist dies der Fall, kann das Steuergerät eine Adaption der Ansteuerparameter vornehmen. Somit wird ein neuer Parametersatz für die Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotor erzeugt. Der erzeugte Parametersatz kann in dem Steuergerät gespeichert werden und für die Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotor verwendet werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Steuergerät ausgeführt ist, den bürstenlosen Gleichstrommotor ohne erfolgreiche Adaption als Steppermotor mit einer Blockkommutierung zu betreiben.
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Ist noch keine Adaption erfolgt oder war die erfolgte Adaption nicht erfolgreich, kann das Steuergerät den bürstenlosen Gleichstrommotor als Steppermotor mit Blockkommutierung betrieben. Diese Funktion ist bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor darstellbar, da in diesem Fall die Spulen des Stators Blockweise geschaltet werden und kein kontinuierlicher Betrieb erforderlich ist. Somit dreht sich der Rotor um ein Inkrement, wenn die Spulen des Stators entsprechend bestromt werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft das Steuergerät, welches ausgeführt ist, eine slow response Diagnose durchzuführen. Wobei das Steuergerät ausgeführt ist, eine Adaption der Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors auf Basis der slow response Diagnose durchzuführen, wenn die gespeicherte Lage des Rotors und die aktuelle Lage des Rotors innerhalb eines vorbestimmen Schwellwerts liegen und keine Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors möglich ist.
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Mit anderen Worten ist der bürstenlose Gleichstrommotor mit einer slow response Funktion ausgestattet, d.h. eine Funktion, welche während dem Betrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors erkennt, dass die Ansteuerparameter nicht mit dem anzusteuernden bürstenlosen Gleichstrommotor korrespondieren. Diese Funktion ist für den reibungslosen Betrieb wichtig. Stellt das Steuergerät durch den Vergleich der aktuellen Lage des Rotors mit der gespeicherten Lage des Rotors keine Abweichung fest, tritt jedoch die slow response Funktion direkt nach dem Beginn der Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotor auf, kann davon ausgegangen werden, dass der bürstenlose Gleichstrommotor getauscht wurde. Der Einbau des neuen bürstenlosen Gleichstrommotors erfolgte jedoch zufällig mit derselben Lage des Rotors. Somit kann in diesem Fall auch die Adaption der Ansteuerparameter angestoßen werden und die gemessenen Ergebnisse können im Steuergerät gespeichert werden, um in Zukunft die Ansteuerungen unter Berücksichtigung dieser Parameter vornehmen zu können.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem oben und im folgenden beschriebenen Steuergerät.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem oben und im folgenden beschriebenen Steuergerät zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors.
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Die Bezeichnung Fahrzeug ist nicht alleine auf einen Pkw begrenzt, sondern schließt auch Lkw, Busse, Traktoren, Panzer, Baumaschinen, Schienenfahrzeuge, Schiffe, Luftfahrzeuge, wie Helikopter oder Flugzeuge, Fahrräder und Motorräder mit ein.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft das Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichstrommotors, folgende Schritte aufweisend:
- – Speichern der Lage des Rotors eines Gleichstrommotors bei Stillstand in einem Steuergerät,
- – Vergleichen der aktuellen Lage des Rotors des Gleichstrommotors mit der gespeicherten Lage des Gleichstrommotors,
- – Adaptieren der vorbestimmten Ansteuerung eines Gleichstrommotors, wenn die aktuelle Lage des Rotors von der gespeicherten Lage des Rotors um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert abweicht und wenn ein Verhalten des Rotors des Gleichstrommotors in Reaktion auf einen Testimpuls von einem vom Steuergerät erwarteten Verhalten abweicht.
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Mit anderen Worten kann das Verfahren im Stillstand die Lage des Rotors des bürstenlosen Gleichstrommotors speichern. Bei einem erneuten Starten des bürstenlosen Gleichstrommotors kann die gespeicherte Lage des Rotors mit der aktuellen Lage des Rotors vergleichen werden. Liegen die beiden Werte innerhalb eines Toleranzbereichs, kann die gespeicherte Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors verwendet werden. Liegen die beiden Werte außerhalb eines Toleranzbereiches, kann ein Testimpuls auf die Spulen des Stators gegeben werden. Das resultierende Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors wird mit dem erwarteten Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors verglichen. Stimmen diese beiden Verhalten überein, kann die gespeicherte Ansteuerung verwendet werden. Stimmt das gezeigt Verhalten mit dem erwarteten Verhalten nicht überein, kann davon ausgegangen werden, dass der bürstenlose Gleichstrommotor getauscht wurde. Somit kann eine Adaption der Ansteuerparameter angestoßen werden. Nach erfolgter Adaption, können die bei der Adaption ermittelten Werte für die Ansteuerung hinterlegt werden. Zeigte der Vergleich der beiden Rotorlagen keine Auffälligkeiten und es erfolgte ein Tausch des bürstenlosen Gleichstrommotors, kann dies durch die slow response Funktion erkannt werden. Tritt die slow response Funktion direkt nach Start des bürstenlosen Gleichstrommotors auf, kann davon ausgegangen werden, dass der bürstenlose Gleichstrommotor getauscht wurde, jedoch mit zufällig derselbe Lage des Rotors wie zuvor eingebaut wurde. Auch in diesem Fall kann eine Adaption durch die slow response Funktion angestoßen werden. Erfolgt eine Adaption, ist jedoch die vorbestimmte Ansteuerung nicht möglich, sieht das Verfahren vor den bürstenlosen Gleichstrommotor als Steppermotor mit Blockkommutierung zu betrieben.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Programmelement, das, wenn es von einem Steuergerät ausgeführt wird, das Steuergerät anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es von einem Steuergerät ausgeführt wird, das Steuergerät anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen und Figuren. Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Sind in der nachfolgenden Beschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergerätes für den Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit einem Steuergerät für den Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt ein Fahrzeug mit einem Steuergerät für den Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt ein Flussdiagramm für den Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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5 zeigt ein detaillierteres Flussdiagramm für den Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein Steuergerät 100 für den Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors. Das Steuergerät 100 besteht unter anderem aus einer Recheneinheit 110 und einer Speichereinheit 120. In der Recheneinheit 110 wird die Ansteuerung für den bürstenlosen Gleichstrommotor vorgenommen. Auch erfolgt hier die Verarbeitung der Informationen des Drehgebers. Insbesondere wird in der Recheneinheit 110 des Steuergerätes 100 der Vergleich der Rotorlagen durchgeführt und das Ergebnis des Testimpulses verarbeitet. Des Weiteren werden in der Recheneinheit 110 des Steuergerätes 100 die Parameter der Adaption berechnet. Die Speichereinheit 120 des Steuergerätes 100 dient der Speicherung der benötigten Parameter. Insbesondere wird dort die aktuell gültige Ansteuerung und die aktuelle Parametrierung gespeichert. Des Weiteren ist in der Speichereinheit 120 die Lage des Rotors bei Stillstand gespeichert, welche anschließend durch die Recheneinheit 110 mit der aktuellen Lage des Rotors vergleichen wird. Nach erfolgter Adaption der Motorsteuerung kann in der Speichereinheit 120 das Ergebnis dieser Adaption gespeichert werden, um in Zukunft die hieraus ermittelten Parameter für die Ansteuerung zu verwenden.
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2 zeigt einen bürstenlosen Gleichstrommotor 200 mit einem Steuergerät 100. Der bürstenlose Gleichstrommotor 200 besteht unter andrem aus einem Stator 220, einem Rotor 210 und einem Drehgeber 230, welcher unter anderem die Informationen über die Lage des Rotors liefert. Das Steuergerät 100 erhält von dem Drehgeber 230 die Information über die aktuelle Lage des Rotors, welche mit der gespeicherten Lage des Rotors verglichen wird. Unter Berücksichtigung des Vergleichs berechnet die Recheneinheit 110 des Steuergeräts 100 die Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors 200. Zeigt der Vergleich der beiden Rotorlagen eine Differenz, welche größer ist als ein definierter Schwellwert, gibt das Steuergerät 200 einen Testimpuls an den bürstenlosen Gleichstrommotor ab. Dabei werden die Spulen des Stators 220 kurz bestromt und das Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors 200 gemessen. Entsprich das gemessene Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors 200 dem in der Speichereinheit 120 gespeicherten erwarteten Verhalten, kann die in der Speichereinheit 120 gespeicherte Ansteuerung erfolgen. Zeigt das Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors 200 Abweichungen zum gespeicherten Verhalten erfolgt eine Adaption des bürstenlosen Gleichstrommotors 200. Die Werte der Adaption dienen als neue Parameter zur Ansteuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors 200, somit kann die Ansteuerung sichergestellt werden. Konnte durch die Adaption keine gültigen Parameter ermittelt werden, kann der bürstenlose Gleichstrommotor 200 in einem Notlauf als Steppermotor mit Blockkommutierung betrieben werden. Hierbei werden die Spulen des Stators 220 des bürstenlosen Gleichstrommotors 200 blockweise geschalten und der Rotor 210 des bürstenlosen Gleichstrommotors 200 kann sich um ein Inkrement drehen.
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3 zeigt ein Fahrzeug 300 mit einem Steuergerät 100 für den Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors 200. Das Fahrzeug kann auch eine Vielzahl von Steuergeräten 100 für den Betrieb von mehreren bürstenlosen Gleichstrommotoren 200 aufweisen.
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4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für das Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors. In Schritt 401 erfolgt die Speicherung der Lage des Rotors während des Stillstandes des Rotors in der Speichereinheit des Steuergerätes. Der Vergleich der aktuellen Lage des Rotors und der gespeicherten Lage des Rotors erfolgt in Schritt 402. Die Anpassung der gespeicherten Ansteuerung unter Berücksichtigung des Vergleichs der gespeicherten Lage des Rotors und der aktuellen Lage des Rotors erfolgt in Schritt 403.
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5 zeigt ein detaillierteres Flussdiagramm für das Verfahren zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Zu Beginn wird die gespeicherte Lage des Rotors mit der aktuellen Lage des Rotors verglichen. Ist die Differenz kleiner als ein definierter Schwellwert und wird die slow response Funktion nicht aktiv, wird die vorbestimmte Ansteuerung freigegeben. Ist die Differenz größer als ein definierter Schwellwert, wird der bürstenlose Gleichstrommotor mit einem Testimpuls beaufschlagt. Das Ergebnis des Testimpulses wird mit dem gespeicherten erwarteten Verhalten des bürstenlosen Gleichstrommotors verglichen. Stimmt das erwartete Verhalten mit dem gezeigten Verhalten überein, kann die normale Ansteuerung freigegeben werden. Stimmt das erwartete und das gezeigt Verhalten nicht überein, wird eine Adaption der Parametrierung angestoßen und gespeichert, um die Ansteuerung des Motors zu ändern. Wird die slow response Funktion während des Betriebs aktiv, kann der bürstenlosen Gleichstrommotor in den Notlauf wechseln und gegebenenfalls eine Adaption der Parameter durchführen. Ist das Ergebnis der Adaption erfolgreich, werden die ermittelten Parameter in der normalen Ansteuerung berücksichtigt und gespeichert. Konnte die Adaption nicht erfolgreich abgeschlossen werden, kann der Motor im Notlauf als Steppermotor betrieben werden.
