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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels eines Rotors einer elektrischen Maschine in einem Lenkungssystem eines Fahrzeugs.
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Moderne Lenkungssysteme in Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, verfügen über eine elektrisch angetriebene Lenkunterstützung, bei dem ein Fahrer des Fahrzeugs durch ein von einer elektrischen Maschine aufgebrachtes Unterstützungsmoment beim Lenken unterstützt wird. Auch beim automatisierten Fahren kommen Lenkungssysteme zum Einsatz, bei denen eine Querführung vollständig von einer elektrischen Maschine übernommen wird.
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Um eine Ausfallsicherheit zu gewährleisten, sind diese Lenkungssysteme redundant in Form von mehreren Strängen ausgelegt. Jeder Strang umfasst hierbei eine elektrische Maschine zum Bereitstellen eines Unterstützungsmoments beim Lenken, eine Regeleinrichtung zum Regeln der elektrischen Maschine bzw. des Unterstützungsmoments und einen Rotorlagewinkelsensor, der einen Rotorlagewinkel eines Rotors der elektrischen Maschine erfasst und an die Regeleinrichtung übermittelt. Auf Grundlage des erfassten Rotorlagewinkels regelt die Regeleinrichtung die elektrische Maschine, insbesondere durch eine Vektorregelung.
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Bei mehrsträngigen Lenkungssystemen kann es vorkommen, dass die erfassten Rotorlagewinkel voneinander abweichen. Es lässt sich hierbei jedoch meistens nicht feststellen, welcher der Rotorwinkelsensoren fehlerbehaftet ist. Durch einen Einsatz von drei Rotorlagewinkelsensoren wurde bisher versucht, auf Grundlage einer Mehrheitsentscheidung die erfassten Rotorlagewinkel zu plausibilisieren. Im Falle einer Abweichung des erfassten Rotorlagewinkels eines der drei Rotorlagewinkelsensoren von den erfassten Rotorlagewinkeln der anderen beiden Rotorlagewinkelsensoren lässt sich der Rotorlagewinkel immer noch über die beiden korrekt erfassten Rotorlagewinkel plausibilisieren und bereitstellen, wobei der von dem fehlerhaft arbeitenden Rotorlagewinkelsensor erfasste Rotorlagewinkel dann verworfen wird. Ist das Lenkungssystem hingegen zweisträngig ausgebildet, d.h. es weist lediglich zwei Rotorlagesensoren auf, ist eine derartige Plausibilisierung über eine Mehrheitsentscheidung nicht möglich.
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Aus der
DE 10 2014 102 711 A1 ist ein Lenkungsunterstützungssystem für eine Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs bekannt, wobei das Lenkungsunterstützungsystem mehrere Lenkwinkelsensoren umfasst.
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Aus der
DE 10 2013 212 410 A1 ist ein Verfahren zum Überprüfen eines Drehwinkels einer Rotoreinrichtung zu einer Statoreinrichtung einer mit Wechselstrom betriebenen elektrischen Maschine bekannt. Die elektrische Masche weist mehrere Wicklungsstränge auf, wobei eine Steuervorrichtung zum Ermitteln von Phasenströmen in den Wicklungssträngen und/oder Phasenspannungen zwischen den Wicklungssträngen vorgesehen ist. Das Verfahren weist die Schritte auf: Ermitteln mindestens eines der Phasenströme und/oder mindestens einer der Phasenspannungen, Ermitteln mindestens einer Abweichung zwischen dem ermittelten Phasenstrom und einem dazu korrespondierenden Soll-Phasenstrom und/oder zwischen der ermittelten Phasenspannung und einer dazu korrespondierenden Soll-Phasenspannung, und Erkennen eines Winkelfehlers, wenn eine der Abweichungen außerhalb eines Toleranzbereiches liegt.
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Aus der
DE 10 2005 045 835 A1 ist ein Steuersystem für einen Synchronmotor bekannt, mit einem Rotor, bestehend aus einer Anzahl von Rotorpolen, und mit einem Stator, bestehend aus einer Anzahl von Statorpolen, und mit zumindest einer Phasenwicklung in Verbindung mit zumindest einem Statorpol und mit zumindest einem Regler zur Lieferung eines Stromanweisungssignals, bestehend aus einem Anweisungssignal für einen Längsachsenstrom, das mit der Längsachse des Rotors in Ausrichtung ist, und einem Anweisungssignal für einen Querachsenstrom, das mit der Querachse des Rotors in Ausrichtung ist, und mit einem Steuermittel, das mit dem Synchronmotor gekoppelt ist, um ein moduliertes Stromsignal, das eine Funktion des geregelten Längsachsenstromsignals und des geregelten Querachsenstromsignals darstellt, an die Phasenwicklung des Stators abzugeben, um den Rotor zu drehen, und mit einem Rotorpositionssensor zur Detektion eines Ist-Drehwinkels des Rotors. Um ein Steuersystem für einen Synchronmotor zu schaffen, das mit einem sehr präzise abgeglichenen Rotorwinkel arbeitet, ist vorgesehen, dass durch den Regler und/oder das Steuermittel zeitweise ein hoher Längsachsenstrom eingeregelt wird, wobei der Rotor einen vorgegebenen Drehwinkel einnimmt und der vorgegebene Drehwinkel mit dem Ist-Rotorwinkel verglichen wird.
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Aus der
DE 10 2008 021 425 A1 ist ein Verfahren zum Ausrichten eines Resolvers bekannt, wobei der Resolver zum Bestimmen einer Rotorposition in einem Elektromotor bezüglich einer d-Achse dient, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Befehlen eines d-Achsen-Strombefehls und eines Geschwindigkeitsbefehls; Betreiben des Elektromotors ohne eine Last in Ansprechen auf den d-Achsen-Strombefehl und den Geschwindigkeitsbefehl; Bestimmen einer Rotorgeschwindigkeit in Ansprechen auf den Geschwindigkeitsbefehl; und Bestimmen eines Versatzes des Resolvers auf der Grundlage des Geschwindigkeitsbefehls und der Rotorgeschwindigkeit, wenn sich die Rotorgeschwindigkeit im Wesentlichen stabilisiert hat.
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Aus der
DE 10 2015 218 141 A1 ist eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer elektronisch kommutierten elektrischen Maschine bekannt. Die Maschine weist einen Stator und einen insbesondere permanentmagnetisch ausgebildeten Rotor auf. Die elektrische Maschine weist auch eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, den Stator, insbesondere Statorspulen des Stators, zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu bestromen. Die Maschine weist einen eingangsseitig mit der Steuereinheit verbundenen Rotorpositionssensor auf, welcher ausgebildet ist, ein eine Rotorposition des Rotors repräsentierendes Rotorpositionssignal zu erzeugen. Die Steuereinheit ist bevorzugt ausgebildet, den Stator in Abhängigkeit des Rotorpositionssignals anzusteuern. Die Steuereinheit der Maschine ist ausgebildet, den Stator derart drehmomentabgabefrei anzusteuern, dass nur elektrische Leistung im Stator erzeugt werden kann. Die Vorrichtung ist ausgebildet, in Abhängigkeit eines die Rotordrehzahl repräsentierenden Drehzahlsignals ein einen Rotor-Offset repräsentierendes Rotor-Offset-Signal zu erzeugen und dieses an die Steuereinheit zu senden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels und ein zugehöriges Lenkungssystem zu schaffen, bei denen ein fehlerhafter Rotorlagewinkel und/oder ein fehlerhafter Rotorlagewinkelsensor verbessert überprüft werden können.
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Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und ein Lenkungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Insbesondere wird ein Verfahren zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels zur Verfügung gestellt, wobei ein Rotorlagewinkelsensor den Rotorlagewinkel eines Rotors einer mittels eines Drehstromfeldes betriebenen elektrischen Maschine erfasst, und wobei die elektrische Maschine mittels einer Regeleinrichtung durch eine Vektorregelung geregelt wird und hierzu zumindest der erfasste Rotorlagewinkel von der Regeleinrichtung ausgewertet wird, umfassend die folgenden Schritte:
- (a) Erhöhen eines d-Stroms mittels einer Steuerung,
- (b) Erfassen des Rotorlagewinkels mittels des Rotorlagewinkelsensors,
- (c) Vergleichen des erfassten Rotorlagewinkels mit einem erwarteten Rotorlagewinkel mittels einer Vergleichseinrichtung,
- (d) Bewerten des erfassten Rotorlagewinkels und/oder des Rotorlagewinkelsensors auf Grundlage des Vergleichsergebnisses mittels einer Bewertungseinrichtung,
- (e) Ausgeben der festgestellten Bewertung als Bewertungssignal mittels einer Ausgabeeinrichtung.
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Ferner wird eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels geschaffen, wobei ein Rotorlagewinkelsensor den Rotorlagewinkel eines Rotors einer mittels eines Drehstromfeldes betriebenen elektrischen Maschine erfasst, und wobei die elektrische Maschine mittels einer Regeleinrichtung durch eine Vektorregelung geregelt wird und hierzu zumindest der erfasste Rotorlagewinkel von der Regeleinrichtung ausgewertet wird, umfassend eine Steuerung, wobei die Steuerung eine Eingangseinrichtung, eine Vergleichseinrichtung, eine Bewertungseinrichtung und eine Ausgabeeinrichtung aufweist. Die Steuerung ist derart ausgebildet, ein Erhöhen eines d-Stroms zu veranlassen. Die Eingangseinrichtung dazu ist ausgebildet, einen nach dem Erhöhen des d-Stroms erfassten Rotorlagewinkel von dem Rotorlagewinkelsensor zu empfangen. Die Vergleichseinrichtung ist derart ausgebildet, den erfassten Rotorlagewinkel mit einem erwarteten Rotorlagewinkel zu vergleichen und wobei die Bewertungseinrichtung derart ausgebildet ist, den erfassten Rotorlagewinkel und/oder den Rotorlagewinkelsensor auf Grundlage des Vergleichsergebnisses zu bewerten. Die Ausgabeeinrichtung ist schließlich derart ausgebildet, die festgestellte Bewertung als Bewertungssignal auszugeben.
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Es ist eine Grundidee der Erfindung, durch ein Erhöhen eines d-Stromanteils in den Phasen des zum Betreiben der vektorgeregelten elektrischen Maschine bereitgestellten Drehstromfelds einen fehlerhaften Rotorlagewinkel bzw. einen fehlerhaft arbeitenden Rotorlagewinkelsensor zu identifizieren. Die elektrische Maschine soll insbesondere ein phasensynchron betriebener Motor (phase synchronous motor, PSM) sein. Der Grundidee liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Erhöhen des d-Stroms lediglich eine Blindleistung erhöht, wenn der Regeleinrichtung bei der Vektorregelung der korrekte Rotorlagewinkel zur Verfügung steht. Das Erhöhen der Blindleistung führt bei korrekt erfasstem Rotorlagewinkel nicht zu einer Änderung des erwarteten Rotorlagewinkels. Entspricht der erfasste und von der Regeleinrichtung als Ausgangspunkt für die Vektorregelung verwendete Rotorlagewinkel hingegen nicht dem korrekten Rotorlagewinkel, so wird nicht nur eine Blindleistung erhöht, sondern auch eine Wirkleistung, da die Regeleinrichtung bei der Vektorregelung von einem fehlerbehafteten Rotorlagewinkel ausgeht. Da die elektrische Maschine auf das Erhöhen der Wirkleistung mit einem veränderten Drehmoment reagiert, verschiebt sich der Rotorlagewinkel, sodass der nach Erhöhen des d-Stroms erfasste Rotorlagewinkel nicht mit dem von der Regelsteuerung auf Grundlage des nicht korrekten Rotorlagewinkels im Rahmen der Vektorregelung erwarteten Rotorlagewinkel übereinstimmt bzw. von diesem abweicht. Auf Grundlage eines Vergleichs zwischen dem nach Erhöhen des d-Stroms erfassten Rotorlagewinkel und dem von der Regeleinrichtung im Rahmen der Vektorregelung erwarteten Rotorlagewinkel können die erfassten Rotorlagewinkel bzw. der Rotorlagewinkelsensor hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit bewertet werden.
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Der Vorteil der Erfindung ist, dass ein erfasster Rotorlagewinkel bzw. ein Rotorlagewinkelsensor auf seine Qualität hin überprüft werden kann, ohne dass hierfür zusätzliche Sensoren notwendig sind. Das Verfahren und die Vorrichtung stellen deshalb eine kostensparende Möglichkeit zur Verfügung, den erfassten Rotorlagewinkel zu überprüfen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren nicht mittels einer von der Regeleinrichtung separaten Vorrichtung durchgeführt wird, sondern in die Regeleinrichtung integriert ist und von der Regeleinrichtung selbst durchgeführt wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verfahren zusätzlich für einen von mindestens einem weiteren Rotorlagewinkelsensor erfassten Rotorlagewinkel durchgeführt wird. Dies ermöglicht es insbesondere, mehrere Rotorlagewinkel bzw. mehrere Rotorlagewinkelsensoren miteinander zu vergleichen. Die Vorrichtung ist hierzu entsprechend ausgebildet, d.h. kann insbesondere eine weitere mit der Steuerung merkmalsgleiche Steuerung umfassen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass lediglich eine einzige Steuerung vorgesehen ist und diese nacheinander den verschiedenen Rotorlagewinkelsensoren zugeschaltet wird, um diese zu überprüfen.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der Rotorlagewinkelsensor und der mindestens eine weitere Rotorlagewinkelsensor in unterschiedlichen elektrischen Strängen eines Lenkungssystems angeordnet sind, wobei jeder der elektrischen Stränge neben dem Rotorlagewinkelsensor jeweils eine elektrische Maschine und jeweils eine Regeleinrichtung aufweist. Dies ermöglicht es, das Verfahren beispielsweise in redundant ausgelegten Lenkungssystemen durchzuführen, wobei das Verfahren für jeden der Stränge getrennt durchgeführt wird. Entsprechend sind zugehörige Teile der Vorrichtung den jeweiligen Strängen zugeordnet.
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Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die Schritte (a) bis (e) für den Rotorlagewinkelsensor und den mindestens einen weiteren Rotorlagewinkelsensor nur durchgeführt werden, wenn eine Differenz zwischen einem erfassten Rotorlagewinkel des Rotorlagewinkelsensors und einem erfassten Rotorlagewinkel des mindestens einen weiteren Rotorlagewinkelsensors einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Auf diese Weise können Ressourcen eingespart werden und unnötige Eingriffe in die Vektorregelung vermieden werden, da der d-Strom nur erhöht wird, wenn eine Differenz zwischen den von den unterschiedlichen Rotorlagewinkelsensoren erfassten Rotorlagewinkeln den Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Im Normalfall wird das Verfahren dann nicht durchgeführt und Ressourcen können eingespart werden. Der Schwellenwert kann beispielsweise eine Differenz von mindestens 5 Grad sein. Die Vorrichtung ist entsprechend ausgebildet. Die Vorrichtung umfasst eine Aktivierungseinrichtung, die derart ausgebildet ist, die von den mehreren Rotorlagewinkelsensoren erfassten Rotorlagewinkel miteinander zu vergleichen und erst bei Vorliegen einer Differenz, die den Schwellenwert erreicht oder überschreitet, die Steuerungen zu aktivieren.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Bewerten ein Differenzwinkel aus dem erfassten Rotorlagewinkel und dem erwarteten Rotorlagewinkel bestimmt wird, wobei der erfasste Rotorlagewinkel und/oder der Rotorlagewinkelsensor als fehlerhaft bewertet werden, wenn der Differenzwinkel einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet. In der Vorrichtung ist entsprechend vorgesehen, dass die Steuerung ferner derart ausgebildet ist, zum Bewerten einen Differenzwinkel aus dem erfassten Rotorlagewinkel und dem erwarteten Rotorlagewinkel zu bestimmen und den erfassten Rotorlagewinkel und/oder den Rotorlagewinkelsensor als fehlerhaft zu bewerten, wenn der Differenzwinkel einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Die Differenz kann beispielsweise von der Vergleichseinrichtung gebildet werden.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Maschinen von mindestens zwei Strängen physikalisch als eine einzige elektrische Maschine bzw. ein Motor mit mindestens zwei Wicklungssträngen ausgebildet sind. Hierbei lässt sich ein gemeinsam genutzter Rotor sowohl mittels eines in dem einen Wicklungsstrang induzierten Stroms als auch mittels eines in dem anderen Wicklungsstrang induzierten Stroms antreiben. Die Wicklungen können ferner auch in Kombination miteinander betrieben werden. Eine solche kombinierte elektrische Maschine wird in Lenkungssystemen verwendet, um eine Ausfallsicherheit zu erhöhen. Jeder Teil wird mittels einer eigenen Regeleinrichtung geregelt, wobei diese einen Rotorlagewinkel jeweils von einem separaten Rotorlagewinkelsensor beziehen.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf Grundlage der festgestellten Bewertungen entschieden wird, welcher der elektrischen Stränge des Lenkungssystems abgeschaltet oder weiterbetrieben wird. Sind beispielsweise zwei elektrische Stränge im Lenkungssystem vorhanden und wird festgestellt, dass der Rotorlagewinkel bzw. der Rotorlagewinkelsensor des einen elektrischen Strangs fehlerbehaftet ist, so kann dieser elektrische Strang abgeschaltet werden und das Lenkungssystem ausschließlich mit Hilfe des anderen elektrischen Strangs betrieben werden. Da ein dritter Rotorlagewinkelsensor nicht benötigt wird, spart dies Kosten, erhöht aber dennoch eine Ausfallsicherheit des Lenkungssystems. Entsprechend umfasst die Vorrichtung eine Entscheidereinrichtung, die derart ausgebildet ist, auf Grundlage der festgestellten Bewertungen zu entscheiden, welcher der elektrischen Stränge des Lenkungssystems abgeschaltet oder weiterbetrieben wird, und ein entsprechendes Entscheidungssignal auszugeben.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn zumindest einer der elektrischen Stränge des Lenkungssystems abgeschaltet wird oder wurde. Hierdurch wird der Fahrer des Fahrzeugs darüber informiert, dass das Lenkungssystem teilweise abgeschaltet wurde und beispielsweise ein Werkstattbesuch eingeplant werden sollte. In der Vorrichtung ist entsprechend hierzu vorgesehen, dass die Steuerungen ferner derart ausgebildet sind, eine Fehlermeldung auszugeben, wenn zumindest einer der elektrischen Stränge des Lenkungssystems abgeschaltet wird oder wurde.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein als fehlerhaft bewerteter Rotorlagewinkel durch einen nicht als fehlerhaft bewerteten Rotorlagewinkel ersetzt wird, der von einem anderen Rotorlagewinkelsensor erfasst wurde, wobei hierzu der nicht als fehlerhaft bewertete Rotorlagewinkel an die entsprechende Regeleinrichtung übermittelt wird. Auf diese Weise kann ein elektrischer Strang des Lenkungssystems, dessen Rotorlagewinkelsensor defekt ist, trotzdem auf Grundlage des von einem Rotorlagewinkelsensors eines anderen elektrischen Strangs übermittelten Rotorlagewinkels weiterbetrieben werden. In der Vorrichtung ist entsprechend vorgesehen, dass die Steuerungen ferner derart ausgebildet sind, einen als fehlerhaft bewerteten Rotorlagewinkel durch einen nicht als fehlerhaft bewerteten Rotorlagewinkel zu ersetzen, der von einem anderen Rotorlagewinkelsensor erfasst wurde, und hierzu den nicht als fehlerhaft bewerteten Rotorlagewinkel an die entsprechende Regeleinrichtung zu übermitteln.
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Teile der Vorrichtung können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Regelungseinrichtung zum Regeln einer elektrischen Maschine durch Vektorregelung aus dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels;
- 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels für ein Lenkungssystem mit zwei elektrischen Strängen;
- 4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer typischen Regelungseinrichtung 20 zum Regeln einer elektrischen Maschine 21 im Wege der Vektorregelung (dq-System) aus dem Stand der Technik. Ziel ist es, die elektrische Maschine 21 mittels eines Drehstromfeldes anzutreiben, wobei hierzu ein Gleichstrom bzw. eine Gleichspannung 22 in drei Phasen 23 des Drehstromfelds mittels eines dreiphasigen Vierquadrantenstellers 24 (engl. H-Bridge) umgewandelt wird. Auf Grundlage einer Pl-Regelung 28 werden die Ansteuersignale 27 für den dreiphasig ausgeführten Vierquadrantensteller 24 durch eine inverse Clarke-Transformation 25 und eine anschließende Raumzeigermodulation 26 gebildet. Die PI-Regelung 28 verwendet als Referenzwerte einen vorgegebenen q-Strom 29 und einen vorgegebenen d-Strom 30. Die Rückkopplung bei der Pl-Regelung 28 erfolgt auf Grundlage der drei Phasenströme 23, welche mittels einer Clarke-Parks-Transformation 31 in das qd-System transformiert werden. Die inverse Clarke-Transformation 25 und die Clarke-Parks-Transformation 31 erfolgen auf Grundlage eines mittels eines Rotorlagewinkelsensors 32 erfassten Rotorlagewinkels 33.
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In 2 ist eine schematische Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels 33 gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Steuerung 2. Die Steuerung 2 weist eine Eingangseinrichtung 3, eine Vergleichseinrichtung 4, eine Bewertungseinrichtung 5 und eine Ausgabeeinrichtung 6 auf.
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Zum Überprüfen des Rotorlagewinkels 33 erhöht die Steuerung 2 einen d-Strom 30, der als Referenzwert für die Vektorregelung einer Regelungseinrichtung 20 (vgl. 1) vorgegeben wird. Anschließend empfängt die Eingangseinrichtung 3 einen nach dem Erhöhen des d-Stroms erfassten Rotorlagewinkel 33 von dem Rotorlagewinkelsensor 32. Dies kann indirekt über die Regelungseinrichtung 20 erfolgen, sodass der erfasste Rotorlagewinkel 33 der Eingangseinrichtung 3 von der Regelungseinrichtung 20 bereitgestellt wird.
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Die Vergleichseinrichtung 4 vergleicht den empfangenen erfassten Rotorlagewinkel 33 mit einem erwarteten Rotorlagewinkel 34. Der erwartete Rotorlagewinkel 34 wird der Vergleichseinrichtung 4 beispielsweise ebenfalls von der Regelungseinrichtung 20 zur Verfügung gestellt. Der erwartete Rotorlagewinkel 34 entspricht hierbei dem Rotorlagewinkel, den die Regelungseinrichtung 20 für den Zeitpunkt geschätzt und bei den Transformationen (vgl. 2) verwendet hatte, zu dem der Rotorlagewinkel 33 nach Erhöhen des d-Stroms 30 erfasst wurde.
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Das Vergleichen kann das Bilden einer Differenz zwischen dem erfassten Rotorlagewinkel 33 und dem erwarteten Rotorlagewinkel 34 umfassen.
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Führt das Erhöhen des d-Stroms 30 nur zu einer Erhöhung der Blindleistung, d.h. arbeitet der Rotorlagewinkelsensor 32 korrekt, stimmen der erfasste Rotorlagewinkel 33 und der erwartete Rotorlagewinkel 34 miteinander überein. Arbeitet der Rotorwinkellagesensor 32 hingegen nicht korrekt und liefert einen fehlerbehafteten Rotorlagewinkel 33 an die Regelungseinrichtung 20, so führt das Erhöhen des d-Stroms 30 auch zu einer Erhöhung der Wirkleistung, sodass am Rotor der elektrischen Maschine 21 ein zusätzliches Drehmoment erzeugt wird, was zu einer Änderung des Rotorlagewinkels 33 führt. Der erwartete Rotorlagewinkel 34 und der erfasste Rotorlagewinkel 33 weichen dann voneinander ab.
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Die Bewertungseinrichtung 5 bewertet den erfassten Rotorlagewinkel 33 und/oder den Rotorlagewinkelsensor 34 anschließend auf Grundlage des Vergleichsergebnisses der Vergleichseinrichtung 4.
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Es kann hierbei vorgesehen sein, dass der erfasste Rotorlagewinkel 33 als fehlerhaft bewertet wird, wenn eine aus dem erfassten Rotorlagewinkel 33 und dem erwarteten Rotorlagewinkel 34 gebildete Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, beispielsweise wenn eine Abweichung größer als 5 Grad ist.
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Die Ausgabeeinrichtung 6 gibt die festgestellte Bewertung anschließend als Bewertungssignal 7 aus. Das Bewertungssignal 7 kann beispielsweise an ein Lenkungssystem weitergeleitet und von diesem weiterverarbeitet werden.
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In 3 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels 33, 53 für ein Lenkungssystem mit zwei elektrischen Strängen 60, 61 gezeigt. Jeder der Stränge 60, 61 umfasst jeweils eine Regelungseinrichtung 20, 40 und jeweils eines elektrische Maschine 21, 41 mit jeweils einem Rotorlagewinkelsensor 32, 52. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die elektrischen Maschinen 21, 41 physikalisch als ein einziger Motor 63 ausgebildet sind, d.h. dass die elektrischen Maschinen 21, 41 jeweils einzelne Wicklungsstränge dieses Motors 63 darstellen und sich einen Rotor gemeinsam teilen.
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Die Vorrichtung 1 ist merkmalsgleich mit der in 2 gezeigten Vorrichtung 1, umfasst jedoch zusätzlich eine zur Steuerung 2 identisch ausgebildete weitere Steuerung 12 mit einer weiteren Eingangseinrichtung 13, einer weiteren Vergleichseinrichtung 14, einer weiteren Bewertungseinrichtung 15 und einer weiteren Ausgabeeinrichtung 16. Die weitere Steuerung 12 arbeitet analog zur Steuerung 2. Da die elektrischen Maschinen 21, 41 über den gemeinsamen Rotor miteinander gekoppelt sind, ist zum Überprüfen der jeweiligen Rotorlagewinkel 33, 53 vorgesehen, dass das Überprüfen erst für den einen elektrischen Strang 60 und dann für den anderen elektrischen Strang 61 erfolgt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuerung 2 und die weitere Steuerung 12 lediglich logisch voneinander getrennt sind, das heißt, dass physikalisch lediglich eine einzige Steuerung ausgebildet ist, welche zum Überprüfen der Rotorlagewinkel 33, 53 dann nacheinander jeweils mit einem der elektrischen Stränge 60, 61 verbunden wird. In diesem Fall ist zusätzlich eine entsprechende Schaltungslogik in der Vorrichtung 1 ausgebildet.
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Die weitere Steuerung 12 liefert als Ergebnis der Überprüfung ein weiteres Bewertungssignal 17.
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Es ist vorgesehen, dass das Überprüfen der Rotorlagewinkel 33, 53 der Rotorlagewinkelsensoren 32, 52 nur durchgeführt wird, wenn eine Differenz zwischen einem erfassten Rotorlagewinkel 33 des Rotorlagewinkelsensors 32 und einem erfassten Rotorlagewinkel 53 des weiteren Rotorlagewinkelsensors 52 einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass auf Grundlage der festgestellten Bewertungen entschieden wird, welcher der elektrischen Stränge 60, 61 des Lenkungssystems abgeschaltet oder weiterbetrieben wird. Hierzu umfasst die Vorrichtung 1 eine Entscheidereinrichtung 8, welche auf Grundlage der Bewertungssignale 7, 17 die entsprechende Entscheidung trifft und in Form eines Abschaltsignals 9 ausgibt. Das Abschaltsignal 9 kann anschließend beispielsweise an eine Lenkungssteuerung oder eine Zentralsteuerung eines Fahrzeugs übermittelt und von diesen weiterverarbeitet werden.
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Hierbei kann vorgesehen sein, dass eine Fehlermeldung 10 ausgegeben wird, wenn zumindest einer der elektrischen Stränge 60, 61 des Lenkungssystems abgeschaltet wird oder wurde. Die Fehlermeldung 10 kann beispielsweise auch von der Entscheidereinrichtung 8 erzeugt und ausgegeben werden.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein als fehlerhaft bewerteter Rotorlagewinkel 33, 53 durch einen nicht als fehlerhaft bewerteten Rotorlagewinkel 33, 53 ersetzt wird, der von einem anderen Rotorlagewinkelsensor 32, 53 erfasst wurde, wobei hierzu der nicht als fehlerhaft bewertete Rotorlagewinkel 33, 53 an die entsprechende Regeleinrichtung 20, 40 übermittelt wird. Wird beispielsweise festgestellt, dass der Rotorlagewinkel 33 des einen elektrischen Stranges 60 fehlerhaft ist, so wird der Regelungseinrichtung 20 dieses elektrischen Strangs 60 der Rotorlagewinkel 53 des anderen elektrischen Strangs 61 zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise kann der eine elektrische Strang 60 trotz des fehlerhaften Rotorlagewinkels 33 bzw. des fehlerhaft arbeitenden Rotorlagewinkelsensors 32 weiterhin ein Unterstützungsmoment für das Lenkungssystem bereitstellen.
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In 4 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Überprüfen eines Rotorlagewinkels gezeigt. Der Start 100 des Verfahrens erfolgt, nachdem in einem mehrsträngigen Lenkungssystem eine Differenz zwischen den in den einzelnen elektrischen Strängen erfassten Rotorlagewinkeln festgestellt wurde, beispielsweise wenn die Differenz einen Wert von 5 Grad erreicht oder überschreitet.
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Im Verfahrensschritt 101 wird einer der elektrischen Stränge ausgewählt. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die elektrischen Stränge alle nacheinander überprüft werden. Im Verfahrensschritt 102 wird der Rotorlagewinkel des ausgewählten elektrischen Strangs durch Ausführen der Verfahrensschritte 102-107 überprüft.
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In einem Verfahrensschritt 103 wird ein d-Strom mittels einer Steuerung erhöht. Je nachdem, ob der erfasste Rotorlagewinkel, mit dem die jeweilige Regelungseinrichtung des elektrischen Strangs arbeitet, korrekt ist oder nicht, erhöht sich ausschließlich eine Blindleistung oder zusätzlich auch eine Wirkleistung in der elektrischen Maschine.
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In Verfahrensschritt 104 wird nach dem Erhöhen des d-Stroms in dem zugehörigen elektrischen Strang der Rotorlagewinkel mittels des Rotorlagewinkelsensors des elektrischen Strangs erfasst.
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In Verfahrensschritt 105 wird der erfasste Rotorlagewinkel mit einem erwarteten Rotorlagewinkel mittels einer Vergleichseinrichtung verglichen. Sofern das Erhöhen des d-Stroms lediglich zu einem Erhöhen der Blindleistung geführt hat, stimmen der von der Regelungseinrichtung erwartete Rotorlagewinkel und der erfasste Rotorlagewinkel überein. Zieht das Erhöhen des d-Stroms hingegen eine Erhöhung auch der Wirkleistung nach sich, so führt dies beim Rotor zu einer Änderung des Rotorlagewinkels, sodass der erfasste Rotorlagewinkel und der erwartete Rotorlagewinkel nicht übereinstimmen und eine Differenz zueinander aufweisen.
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Im Verfahrensschritt 106 wird der erfasste Rotorlagewinkel und/oder der zugehörige Rotorlagewinkelsensor auf Grundlage des Vergleichsergebnisses aus Verfahrensschritt 105 mittels einer Bewertungseinrichtung bewertet. Dies umfasst insbesondere ein Überprüfen, ob beispielsweise eine Differenz oberhalb eines Schwellenwertes liegt.
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Anschließend wird das Bewertungsergebnis im Verfahrensschritt 107 als Bewertungssignal mittels einer Ausgabeeinrichtung ausgegeben.
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Im Verfahrensschritt 108 wird überprüft, ob die Rotorlagewinkel aller elektrischen Stränge bereits überprüft wurden. Ist dies nicht der Fall, so wird der nächste elektrische Strang überprüft, indem die Verfahrensschritte 101 bis 107 wiederholt werden. Sind hingegen alle elektrischen Stränge überprüft, so wird in einem Verfahrensschritt 109 mittels einer Entscheidereinrichtung entschieden, welcher der elektrischen Stränge abgeschaltet wird bzw. welcher der elektrischen Stränge weiterbetrieben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Steuerung
- 3
- Eingangseinrichtung
- 4
- Vergleichseinrichtung
- 5
- Bewertungseinrichtung
- 6
- Ausgabeeinrichtung
- 7
- Bewertungssignal
- 8
- Entscheidereinrichtung
- 9
- Abschaltsignal
- 10
- Fehlermeldung
- 12
- weitere Steuerung
- 13
- weitere Eingangseinrichtung
- 14
- weitere Vergleichseinrichtung
- 15
- weitere Bewertungseinrichtung
- 16
- weitere Ausgabeeinrichtung
- 17
- weiteres Bewertungssignal
- 20
- Regelungseinrichtung
- 21
- elektrische Maschine
- 22
- Gleichspannung
- 23
- Phasen
- 24
- Vierquadrantensteller
- 25
- inverse Clarke-Transformation
- 26
- Raumzeigermodulation
- 27
- Ansteuersignale
- 28
- Pl-Regelung
- 29
- q-Strom
- 30
- d-Strom
- 31
- Clarke-Parks-Transformation
- 32
- Rotorlagewinkelsensor
- 33
- erfasster Rotorlagewinkel
- 34
- erwarteter Rotorlagewinkel
- 40
- Regelungseinrichtung
- 41
- elektrische Maschine
- 52
- weiterer Rotorlagewinkelsensor
- 53
- Rotorlagewinkel
- 60
- elektrischer Strang
- 61
- elektrischer Strang
- 63
- Motor
- 100-110
- Verfahrensschritte
