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Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in Verfahren zum Diagnostizieren einer Fehlerbedingung in einer Elektromotorschaltung, insbesondere einer offenen Phase in einem Mehrphasen-Elektromotor.
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Viele Typen eines Elektromotors sind bekannt, wobei ein Beispiel, das für die Verwendung in Kraftfahrzeuganwendungen und anderswo populär ist, der bürstenlose Gleichstromsynchronmotor ist. Dieser Typ von Motor weist typischerweise drei Phasen auf, kann jedoch mehr als drei aufweisen, die jeweils aus separaten Wicklungen gebildet sind, die typischerweise an einem gemeinsamen Punkt verbunden sind. Strom kann in jede und aus jeder Phase durch den gemeinsamen Punkt in Abhängigkeit von der zu irgendeiner Zeit an jede der Phasen angelegten Spannung fließen. Jede Phase kann durch Anlegen einer impulsbreitenmodulierten Spannungswellenform an jede Phase angesteuert werden. Diese Wellenformen werden typischerweise aus einer Gleichspannungsquelle, wie z. B. einer Batterie mit 12 Volt, unter Verwendung einer Wechselrichterschaltung synthetisiert, die einen oberen Schalter und einen unteren Schalter für jede Phase aufweist, die selektiv die Phase mit einer positiven Seite oder Masseseite der Gleichspannungsbatteriequelle verbinden. Dies ermöglicht, dass jede Phase mit einer Wellenform angesteuert wird, die sich jener nähert, die durch Verbinden der Phase mit einer Wechselspannungswellenform erreicht werden würde. In einem allgemeinen Fall kann jede der drei Phasen mit einer sinusförmigen Wellenform angesteuert werden, die dieselbe Amplitude und Periode wie die restlichen Phasen aufweist, aber zu der Wellenform, die für die anderen Phasen verwendet wird, um 120 Grad phasenverschoben ist.
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Um den Motor zu steuern, wenn eine PWM-Modulation verwendet wird, muss die Position des Motorrotors gemessen oder anderweitig berechnet werden. Dies ermöglicht, dass die korrekte Phasenlage der PWM-Sinussignale bestimmt wird. Für die genaueste Steuerung des Motors ist es bekannt, einen angeforderten Motorstrom mit dem tatsächlichen oder abgeschätzten Strom zu vergleichen, der im Motor fließt, um ein Fehlersignal zu geben, das in einen PI-Controller eingegeben wird. Der Controller gibt die individuellen Spannungen, die für jede Motorphase erforderlich sind, aus, um den Fehlerterm auf null oder so nahe wie möglich an null zu treiben. Obwohl in Kraftfahrzeuganwendungen üblicherweise PI-Controller verwendet werden, können andere Formen eines Controllers vorgesehen sein, einschließlich PD- und PID-Controllern. Der Begriff Controller wird nachstehend verwendet, um alle Typen eines Controllers abzudecken, die durch Treiben eines Fehlerterms auf ein Minimum arbeiten, um eine genaue Steuerung eines Motors zu geben.
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Es ist bekannt, in jeder Phase des Motors oder in allen bis auf eine der Phasen einen Isolationsschalter vorzusehen, der normalerweise geschlossen ist, um zu ermöglichen, dass ein Strom in der Phase im normalen Betrieb fließt, der jedoch während gewisser Fehlerbedingungen geöffnet werden kann, um den Stromfluss zu verhindern. Dies ist nützlich, um sicherzustellen, dass sich keine geschlossene Schleife um die Motorphasen bilden kann, um die der Strom fließen kann, wenn sich der Motor in einem Erzeugungsmodus befindet, da dies wahrscheinlich ein Bremsdrehmoment erzeugen würde, das den Motor von einer freien Drehung abhalten würde. In einer Anwendung wie z. B. einer elektrischen Servolenkung, bei der ein Motor ein Unterstützungsdrehmoment aufbringt, könnte es gefährlich sein, dass ein Motor ein Bremsdrehmoment unter einer Fehlerbedingung erzeugt, da es das Drehen des Lenkrades für den Fahrer zu schwierig machen kann.
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Halbleiterschalter sind am besten geeignet zur Verwendung sowohl im Wechselrichter als auch für diese zusätzlichen normalerweise geschlossenen Isolationsschalter, da sie aufgrund der Abwesenheit von beweglichen Teilen sehr zuverlässig sind, sich schnell öffnen können und relativ hohe Ströme ohne Beschädigung handhaben können. Sie können jedoch unter einer offenen Bedingung ausfallen. Wenn dies zu einer Zeit geschieht, zu der der Motor normal arbeiten sollte, wird gesagt, dass die Motorphase unter einer Bedingung einer offenen Phase fehlerhaft ist. Kein Strom kann durch die offene Phase fließen und somit vibriert der Motor typischerweise aufgrund unausgeglichener Ströme in den restlichen fehlerfreien Phasen.
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Daher ist es erwünscht, einen Fehler einer offenen Phase zu detektieren, wenn er auftritt. Der Motor kann dann in einem Fehlermodus betrieben werden und der Fehler kann für die Untersuchung gekennzeichnet werden. Die Detektion einer Bedingung einer offenen Phase kann unter Verwendung einer Diagnosetechnik erreicht werden, bei der Abtastwerte des in einer Phase fließenden Motorstroms periodisch aufgenommen werden, und falls sie zeigen, dass kein Strom über eine Anzahl von sequentiellen Abtastwerten geflossen ist, kann ein Fehler gekennzeichnet werden, da dies darauf hindeutet, dass kein Strom fließt. Mehrere Abtastwerte müssen aufgenommen werden, da irgendein Abtastwert zufällig mit der Nulldurchgangszeit der sinusförmigen Stromwellenform, die in der Phase fließt, zusammenfallen könnte, wenn sie normal arbeitet.
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Der Anmelder hat erkannt, dass diese einfache Methode für die Fehlerdiagnose in einigen Fällen falsche Ergebnisse geben kann, insbesondere wenn der Motor sich mit langsamer Drehzahl und mit niedrigem Drehmoment dreht. Unter dieser Bedingung weisen die PWM-Wellenformen, die an jede Phase des Motors angelegt werden, eine relativ niedrige Frequenz auf und eine große Anzahl von Abtastwerten kann aufgenommen werden, wenn sich der Strom nahe einem Nulldurchgang befindet. Dies führt dazu, dass Abtastwerte aufgenommen werden, die einen Strom von null oder nahe null zeigen, was auf eine offene Phase hindeutet, aber dies ist falsch.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein robustes Verfahren zum Diagnostizieren einer Fehlerbedingung einer offenen Phase eines Mehrphasenmotors zu schaffen.
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Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Fehlerbedingung einer offenen Phase eines Motors in einer Motorschaltung der Art mit einem Elektromotor, einer Wechselrichterbrücke, die impulsbreitenmodulierte sinusförmige Stromwellenformen an jede Phase anlegt, und einem Controller, der als Eingabe ein Fehlersignal in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem vom Motor angeforderten Strom Idq und dem im Motor fließenden tatsächlichen Strom idq empfängt und ein Spannungsanforderungssignal für jede Phase des Motors ausgibt, das dem Wechselrichter zugeführt wird, wobei das Verfahren das Bestimmen des q-Achsen-Motorstroms im Motor, der Motordrehzahl, der q-Achsen-Motorstromanforderung und der angeforderten Phasenspannung vom Controller, und falls die folgenden Bedingungen erfüllt sind, das Ausgeben eines Signals, das angibt, dass eine Fehlerbedingung einer offenen Phase eines Motors vorliegt, umfasst:
- -die q-Achsen-Stromanforderungsamplitude liegt über einem Schwellenwert,
- -der q-Achsen-Motorstrom liegt unter einem ersten vordefinierten Bruchteil des angeforderten q-Achsen-Motorstroms
- -die angeforderte Phasenspannung ist größer als ein zweiter vordefinierter Bruchteil des gesättigten Phasenspannungswerts der Motorschaltung; und
- -die Motordrehzahl liegt unter einer Schwellendrehzahl.
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Die angeforderte Phasenspannung kann berechnet werden als:
wobei Vd die Ausgangsspannung des d-Achsen-Strom-Controllers ist und Vq die Ausgabe des q-Achsen-Strom-Controllers ist. Vdq ist zur selben Zeit die Anforderung für eine Phase.
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Der Anmelder hat erkannt, dass die Überwachung dieser Bedingungen ein robusteres Verfahren zum Detektieren einer offenen Phase als Verfahren des Standes der Technik schafft. Bei niedrigen Drehzahlen sollte der Controller den q-Achsen-Strom sehr gut verfolgen können, was eine kleine Spannungsanforderung vom Controller an den Wechselrichter erfordert, wenn jedoch eine offene Phase vorhanden ist, nimmt der Fehler zu und die Spannungsanforderung sättigt, da eine volle Spannung typischerweise bei einem Versuch angefordert wird, den Fehler zu verringern. Das Verfahren der Erfindung ermöglicht, dass Fehler bei Drehzahlen und Strömen von null und nahe null zuverlässig detektiert werden.
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Das Verfahren kann identifizieren, dass eine Fehlerbedingung einer offenen Phase von einer Phase vorhanden ist, kann jedoch nicht ohne Weiterverarbeitung von Signalen bestimmen, welche Phase den Fehler aufweist. Für viele Motorschaltungen reicht es aus zu identifizieren, dass ein Fehler vorhanden ist, ohne zu wissen, welche Phase fehlerhaft ist. In den meisten Anwendungen ist es wichtiger, vielmehr den Fehler schnell zu detektieren als genau zu wissen, wo sich der Fehler befindet, und mit viel längerer Detektionszeit.
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Der Schwellenwert für die Stromanforderung kann durch Abstimmen festgelegt werden, da er in Abhängigkeit von der Motorschaltung variiert, auf die er angewendet wird.
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Der erste vordefinierte Bruchteil kann vom zweiten vordefinierten Bruchteil verschieden sein oder könnte gleich sein.
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Vorzugsweise ist der erste vordefinierte Bruchteil ¾ und der zweite vordefinierte Bruchteil ist 9/10.
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Der zweite vordefinierte Bruchteil kann 10/10 sein, so dass die Spannung vollständig gesättigt sein muss, damit die Bedingung erfüllt ist.
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Das Verfahren kann das Erhalten der erforderlichen Messgrößen (q-Achsen-Strom und so weiter) durch periodisches Erfassen von Abtastwerten dieser Messgrößen, beispielsweise in regelmäßigen Zeitintervallen, während der Motor betrieben wird, umfassen. Mit Abtasten meinen wir das Empfangen von Werten, die einem festgelegten Zeitpunkt entsprechen, oder die extrapoliert werden können, um Werte bereitzustellen, die einem festgelegten Zeitpunkt entsprechen. Diese können digitalisierte Werte sein.
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Die verschiedenen Messgrößen, die verwendet werden, um zu prüfen, dass die Bedingung erfüllt ist, können zum gleichen Zeitpunkt oder durch Extrapolation erhalten werden, können demselben Zeitpunkt entsprechen, so dass jedes Mal, wenn ein d-Achsen-Stromabtastwert erhalten wird, die entsprechende Motorrotorposition, der d-Achsen-Fehlerterm und die Motordrehzahl abgetastet werden, um einen Abtastwertsatz zu bilden.
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Jedes Mal, wenn ein Satz von erfassten Abtastwerten die Bedingungen erfüllt, kann ein Zähler inkrementiert werden, bis ein Satz von erfassten Abtastwerten, der die Bedingungen nicht erfüllt, erhalten wird, wodurch der Zähler zurückgesetzt wird, wobei das Verfahren eine Fehlerbedingung angibt, wenn der Zähler einen Schwellenwert erreicht, der der vordefinierten Anzahl von aufeinander folgenden Abtastwerten entspricht, aber ansonsten keinen Fehler angibt.
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Durch Anfordern, dass mehrere Abtastwertsätze erfasst und auf das Erfüllen der Bedingungen geprüft werden, ist das Verfahren der Erfindung robuster im Vergleich zu einem, das einen Fehler einer offenen Phase auf der Basis eines Satzes von Abtastwerten angibt.
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Das Verfahren kann das Ausgeben des Signals umfassen, das einen Fehler einer offenen Phase angibt, wenn die Bedingungen erfüllt sind, wenn der Zählwert mindestens zwei oder mehr Abtastzeiten und vorzugsweise 12 Abtastwerte erreicht.
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Das Verfahren kann ferner das Ausgeben eines Signals umfassen, das eine Fehlerbedingung einer offenen Phase der Phase des Motors angibt, wenn die obigen Bedingungen erfüllt sind, nur dann, wenn die Motordrehzahl unter der Schwellendrehzahl liegt, und falls die Motordrehzahl über der Schwellendrehzahl liegt, kann das Verfahren ein Signal ausgeben, das eine Fehlerbedingung einer offenen Phase der Phase angibt, wenn ein anderer Satz von Bedingungen erfüllt ist.
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Das Verfahren kann daher ferner bei Motordrehzahlen über der Schwellendrehzahl das Abtasten des Motor-q-Achsen-Stroms und das Angeben der Fehlerbedingung einer offenen Phase umfassen, wenn der Wert des Motor-q-Achsen-Stromabtastwerts für eine vordefinierte Anzahl von sequentiellen Abtastwerten null ist, wobei die vorbestimmte Anzahl mindestens zwei und vorzugsweise 4 oder mehr Abtastwerte ist und wobei der angeforderte q-Achsen-Strom über einem von null verschiedenen angeforderten Schwellenstrom liegt.
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In einer weiteren Verbesserung an dem Verfahren kann das Verfahren ferner das Abtasten des d-Achsen-Stromfehlers umfassen. Damit meinen wir die Differenz zwischen dem tatsächlichen d-Achsen-Strom in einer Motorphase und dem angeforderten d-Achsen-Strom. Dieser Fehler ist normalerweise aufgrund der Wirkung des Controllers klein, wenn jedoch ein Schalter fehlerhaft ist, kann er groß werden. Unter Verwendung dessen kann ein Test auf einen weiteren alternativen Satz von Bedingungen bei niedrigen Drehzahlen durchgeführt werden, wobei ein Fehler einer offenen Phase in einer Phase angegeben wird, falls:
- -der mittlere d-Achsen-Stromfehler über eine vordefinierte Anzahl von sequentiellen Abtastwerten über einem Schwellenwert liegt,
- -der Phasenstrom null ist, und
die Rotorposition außerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, der einem Nulldurchgang entspricht.
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Unter Verwendung des obigen Verfahrens und durch Abtasten des d-Achsen-Stroms und der q-Achsen-Ströme für individuelle Phasen ist es möglich zu identifizieren, welche Phase fehlerhaft ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung in Kombination eine Elektromotorschaltung und eine Motordiagnoseschaltung für die Verwendung in Kombination mit der Elektromotorschaltung, wobei die Drehmomentschaltung umfasst: einen Elektromotor, eine Wechselrichterbrücke, die impulsbreitenmodulierte sinusförmige Stromwellenformen an jede Phase anlegt, und einen Controller, der als Eingabe ein Fehlersignal in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem vom Motor angeforderten Strom Idq und dem im Motor fließenden tatsächlichen Strom idq empfängt und ein Spannungsanforderungssignal für jede Phase des Motors ausgibt, das dem Wechselrichter zugeführt wird,
und wobei die Motordiagnoseschaltung einen Signalprozessor, einen Speicher und einen Satz von Programmierbefehlen umfasst, die, wenn sie auf dem Signalprozessor ausgeführt werden, bewirken, dass der Prozessor das Verfahren des ersten Aspekts der Erfindung ausführt.
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Der Signalprozessor kann Abtastwerte der erforderlichen Messgrößen empfangen, die durch das Modell verwendet werden. Die Motorschaltung kann eine Strommessschaltung, die den Strom im Motor misst, oder eine Stromabschätzeinrichtung, die den Strom ohne direkte Messung bestimmt, umfassen. Ein Positionssensor kann als Teil der Motorschaltung vorgesehen sein und dieser kann durch die Strommessschaltung verwendet werden.
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Nun wird beispielhaft lediglich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, wie in diesen dargestellt, beschrieben; es zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm von Schlüsselkomponenten einer beispielhaften Motorschaltung in Kombination mit einer Motordiagnoseschaltung;
- 2 eine Ansicht eines Beispielmotors der Schaltung von 1;
- 3 eine Ansicht des Motorwechselrichters, der mit den Motorphasen verbunden ist, und einen Isolationsschalter in jeder Phase zeigt;
- 4 eine detaillierte Ansicht der Funktionsteile der Nullphasenstrommotordiagnoseschaltung;
- 5 den Betriebsbereich des Hochdrehzahlmodus der Motordiagnoseschaltung;
- 6 den Betriebsbereich des Niederdrehzahlmodus der Motordiagnoseschaltung;
- 7 einen Ablaufplan der Schritte, die durch die Diagnoseschaltung im Hochdrehzahlmodus durchgeführt werden; und
- 8 einen Ablaufplan der Schritte, die durch die Diagnoseschaltung im Niederdrehzahlmodus durchgeführt werden.
- 9 einen Ablaufplan der Schritte, die durch die Diagnoseschaltung im Nulldrehzahlmodus durchgeführt werden; und
- 10 den Betriebsbereich des Niederdrehzahlmodus der Motordiagnoseschaltung.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Motorschaltung 1 in Kombination mit einer Motordiagnoseschaltung 2 gemäß einem Aspekt der Erfindung.
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Die Motorschaltung 1 umfasst einen bürstenlosen Gleichstrom-Dreiphasen-Synchronelektromotor 3. Ein Beispiel eines solchen Motors 3 ist in 2 gezeigt. Der Motor 3 kann beispielsweise ein gewickeltes Dreiphasen-Statorelement 4 und einen Rotor 5 mit beispielsweise sechs eingebetteten Magneten in diesem umfassen, die in diesem Fall angeordnet sind, um sechs Pole bereitzustellen, die zwischen Nord und Süd um den Rotor abwechseln. Der Rotor definiert daher drei direkte oder d-Achsen, die um den Rotor gleich beabstandet sind, und drei Quadratur- oder q-Achsen, die zwischen den d-Achsen beabstandet sind. Die d-Achsen sind auf die Magnetpole der Magnete ausgerichtet, wobei die Linien des Magnetflusses vom Rotor in der radialen Richtung liegen und die q-Achsen zwischen den d-Achsen beabstandet sind, wobei die Linien des Magnetflusses vom Rotor in der tangentialen Richtung liegen. Im Allgemeinen erzeugt der auf die q-Achse ausgerichtete Strom ein Motordrehmoment und ein Strom, der auf die d-Achse ausgerichtet ist, tut dies nicht.
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Der Stator weist sechs Pole auf, die als drei Paare gewickelt sind, wobei jedes Paar eine der drei Motorstatorwicklungen für die Phasen a, b und c definiert. Die Phasen sind in einem Sternnetz verbunden.
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Die freien Enden der Phasenwicklungen sind mit einer Wechselrichterbrücke
6 verbunden, die eine Schaltstufe der Motorschaltung
1 bildet. Dies ist in
3 gezeigt. Jeder Zweig
7,
8 und
9 des Wechselrichters
6 umfasst ein Paar von Schaltern Ta, Ba; Tb, Bb und Tc, Bc in Form eines oberen Transistors und eines unteren Transistors, die zwischen der Batterieversorgungsschiene +V und der Masseleitung Ov in Reihe geschaltet sind. Die Motorwicklungen sind jeweils zwischen einem jeweiligen komplementären Paar von Transistoren abgegriffen. Die Transistoren werden in einer gesteuerten Weise in Reaktion auf ein Ausgangsspannungsanforderungssignal Vdq von einem PI-Controller ein- und ausgeschaltet. Dies ist typischerweise eine dq-Spannungsanforderung. Ein Spannungsumsetzerblock
11 setzt die d-q-Anforderungsspannungsausgabe aus dem Strom-Controller in drei Spannungsanforderungskomponenten in einem statischen Referenzrahmen Va,b,c, eine für jede Phase des Motors a, b oder c, um. Diese individuellen Phasenanforderungsspannungen werden dann durch eine Ansteuerschaltung
12 in geeignete PWM-Signale umgesetzt, die zu den Schaltmotorphasen durch PWM der Schalter zugeführt werden. Ein Bereich von PWM-Schaltstrategien ist auf dem Fachgebiet bekannt und wird somit hier nicht im Einzelnen beschrieben. Die Schalteranordnung ist gut bekannt und in solchen Dokumenten wie
EP 1083650A2 beschrieben.
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Der Motor-Controller 10 ist in diesem Beispiel ein herkömmlicher PI-Controller. Am Eingang in den Controller wird ein Fehlersignal e angelegt, das durch Vergleichen eines angeforderten dq-Motorstroms, Idq, mit dem tatsächlichen Strom iDQ, der im Motor fließt, gebildet wird. Die primäre Funktion des PI-Controllers 10 besteht darin, den Fehlerterm e auf einen niedrigen oder idealerweise Nullwert zu treiben.
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Die dq-Stromanforderung in diesem Beispiel wird durch Zuführen eines Motordrehmomentanforderungssignals in einen Block 13 erzeugt, der die geeignete Stromanforderung Idq für den Motor 3 berechnet, die erforderlich ist, um das angeforderte Drehmoment zu erzeugen. Dies hängt von den Motorparametern und von der für den Wechselrichter verfügbaren Spannung ab.
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Die Motorschaltung 1 umfasst auch einen Isolationsschalter 14, 15, 16 in jeder Phase des Motors 3, der in diesem Beispiel zwischen dem Wechselrichter 6 und den Motorwicklungen angeordnet ist. Jeder Schalter 14, 15, 16 umfasst einen Halbleiterschalter, der normalerweise geschlossen ist, um zu ermöglichen, dass ein Strom durch den Schalter und die Motorphase fließt. Der Schalter 14, 15, 16 kann unter der Steuerung eines Sicherheitsmanagers, nicht gezeigt, geöffnet werden, sobald es als erforderlich erachtet wird, um die Motorphase zu isolieren. Typischerweise wird dies durchgeführt, wenn ein Fehler des Wechselrichters detektiert wird, und dies verhindert, dass ungewollte Ströme durch den Motor fließen.
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Obwohl sie zuverlässig sind, können die Isolationsschalter 14, 15, 16 unter einer offenen Bedingung ausfallen, was den Fluss von Strom durch den Motor 3 verhindert, was begrenzt oder vollständig verhindert, dass der Motor 3 das angeforderte Drehmoment liefert. Der Anmelder hat erkannt, dass in der Praxis der Motor 3 schließlich zum Stillstand kommt, wenn eine Fehlerbedingung einer offenen Phase von einer Phase aufgetreten ist, und der Motor ungeachtet der angeforderten Motordrehzahl vibrieren kann. Dies liegt an der Weise, in der der PI-Controller 10 arbeitet, wodurch unter der Fehlerbedingung die Stromanforderung nicht erfüllt werden kann, sondern die d-Achsen-Spannung Priorität hat und sättigt, was die q-Achsen-Spannung klein lässt und in Abhängigkeit vom d-Achsen-Spannungsfehler oszilliert.
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Ein Verfahren innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung kann Fehler einer offenen Phase unter einem Bereich von Betriebsbedingungen identifizieren.
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Um eine Fehlerbedingung einer offenen Phase zu detektieren, ist die Motordiagnoseschaltung 2 vorgesehen. Diese ist in 4 genauer gezeigt und umfasst einen Signalprozessor 14, einen Speicher 15, einen Satz von Programmbefehlen 16, die im Speicher gespeichert sind, für die Ausführung durch das Signalverarbeitungsmittel, und einen Zähler 17. Die gespeicherten Befehle werden ausgeführt, sobald die Motorschaltung 1 betriebsfähig ist, so dass die Motorschaltung 1 konstant diagnostiziert wird. Der Signalprozessor 14 empfängt an einem Satz von Eingangsanschlüssen 15 einen Satz von Abtastwerten der folgenden Messgrößen:
- -den q-Achsen-Motorstrom im Motor iq;
- -die Motordrehzahl;
- -die q-Achsen-Motorstromanforderung, und
- -die angeforderte Phasenspannung Vdq vom Controller.
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Jeder Satz dieser Messgrößen kann in im Wesentlichen demselben Moment erfasst werden und Sätze können in regelmäßigen Zeitintervallen erhalten werden. In diesem Beispiel werden sie alle paar Millisekunden erfasst, so dass ein Satz von Abtastwerten entsprechend einer Reihe von Zeitpunkten erzeugt wird.
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Die Motordiagnoseschaltung arbeitet in zwei diskreten Modi. Ein erster Modus wird bei hohen Motordrehzahlen und ein zweiter bei niedrigen Motordrehzahlen verwendet. Jeder Modus wird gewählt, da er Vorteile bei hoher Drehzahl bzw. niedriger Drehzahl aufweist. Die Diagnoseschaltung schaltet zwischen Modi in Reaktion auf den Wert der Motordrehzahl um. In diesem Beispiel findet der Übergang vom Niederdrehzahlmodus zum Hochdrehzahlmodus bei 300 min-1 statt, obwohl dies für andere Motorentwürfe anders ist. Er wird als Funktion der PWM-Periode festgelegt, die durch die Motorantriebsstufe der Schaltung verwendet wird.
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Das Verfahren zum Betrieb der Motordiagnoseschaltung in jedem der zwei Modi wird nachstehend erläutert.
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Hochdrehzahlmodus
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Im Hochdrehzahlmodus bestimmt die Diagnoseschaltung, dass der Motorstrom über einem Schwellenwert liegt, in diesem Fall 10 A, wenn die q-Achsen-Stromanforderung über einem Schwellenwert liegt und wenn in diesem Fall der mittlere q-Achsen-Strom über einem Schwellenwert liegt, und auch wenn diese Bedingungen bei Aufnehmen des Mittelwerts über 4 Abtastwerte erfüllt sind, wird eine Leerlauffehlerbedingung als vorhanden gekennzeichnet. 5 zeigt den Betriebsbereich des Hochdrehzahlmodus.
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Die im Hochdrehzahlmodus ausgeführten Schritte sind in 7 gezeigt. Anfänglich wird ein Zähler auf null gesetzt und zur Zeit t=0 wird ein Satz von Abtastwerten von jeder der Messgrößen erfasst. Diese werden dann verarbeitet, um festzustellen, ob die Bedingung erfüllt ist. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird der Zähler um 1 inkrementiert. Eine Prüfung des Werts des Zählers wird dann durchgeführt, und wenn er einen Schwellenwert überschreitet, der gleich einem Wert von 4 ist, wird ein offener Fehler angegeben. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird der Zähler auf 0 zurückgesetzt. Das Verfahren läuft dann in einer Schleife zurück, um den nächsten Abtastwertsatz zur Zeit t=1 aufzunehmen, und so weiter, während Abtastwertsätze periodisch erfasst werden.
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Niederdrehzahlmodus
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Bei niedrigen Drehzahlen werden zwei verschiedene Tests ausgeführt, einer für eine sehr niedrige Drehzahl, der hier als Nulldrehzahlmodus bezeichnet wird, und der andere für niedrige, aber im Allgemeinen höhere Drehzahlen. Der Betriebsbereich des Niederdrehzahlmodus ist in 6 und des Nulldrehzahlmodus in 10 gezeigt. Der Fachmann versteht, dass die gezeigten Drehzahlschwellenwerte nur beispielhaft sind und dass andere Grenzen in Abhängigkeit vom Motorschaltungsentwurf verwendet werden können.
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Im Nulldrehzahlmodus wird ein Signal, das angibt, dass eine Fehlerbedingung einer offenen Phase des Motors vorhanden ist, ausgegeben, wenn die folgenden Bedingungen alle erfüllt sind:
- -die q-Achsen-Stromanforderung liegt über einem Schwellenwert,
- -der q-Achsen-Motorstrom liegt unter einem ersten vordefinierten Bruchteil des angeforderten q-Achsen-Motorstroms
- -die angeforderte Phasenspannung ist geringer als ein zweiter vordefinierter Bruchteil des gesättigten Phasenspannungswerts der Motorschaltung; und
- -die Motordrehzahl liegt unter einer Schwellendrehzahl, die in diesem Beispiel 300 min-1 ist.
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In diesem Beispiel ist der Schwellenwert für die Stromanforderung derselbe wie für den Hochdrehzahlmodus, z. B. 10 A, der erste vordefinierte Schwellenwert wird auf 0,75 gesetzt und der zweite vordefinierte Schwellenwert wird auf 0,9 gesetzt. Die gesättigte Phasenspannung wird in Echtzeit (beispielsweise alle 200 Mikrosekunden) bestimmt und hängt von der für den Wechselrichter verfügbaren Batteriespannung ab.
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10 zeigt den Betriebsbereich des Nulldrehzahlmodus.
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Die im Nulldrehzahlmodus ausgeführten Schritte sind in 9 gezeigt. Anfänglich wird ein Zähler auf null gesetzt und zur Zeit t=0 wird ein Satz von Abtastwerten von jeder der Messgrößen erfasst. Diese werden dann verarbeitet, um festzustellen, ob die Niederdrehzahlmodusbedingung erfüllt wird. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird der Zähler um 1 inkrementiert. Eine Prüfung an dem Wert des Zählers wird dann durchgeführt, und wenn er einen Schwellenwert überschreitet, der gleich einem Wert von 12 ist, wird ein offener Fehler angegeben. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird der Zähler auf 0 zurückgesetzt. Das Verfahren läuft dann in einer Schleife zurück, um den nächsten Abtastwertsatz zur Zeit t=1 aufzunehmen, und so weiter, während Abtastwertsätze periodisch erfasst werden. Im Niederdrehzahlmodus werden mehr Abtastwerte aufgenommen als im Hochdrehzahlmodus, da bei einer sehr niedrigen Drehzahl, bis der Phasenstrom den Bereich von -1 ... 1A durchläuft, es viele Millisekunden dauern kann, daher sind mehr Abtastwerte erforderlich. Bei hoher Drehzahl schrumpfen diese Millisekunden sehr stark. Beispiel: bei 60 min-1 benötigt der Strom 8 ms, um von -1A bis 1A zu laufen.
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Der vorstehend beschriebene Nulldrehzahlmodus arbeitet effektiv selbst bei Nullmotordrehzahlen, wie es auftreten kann, wenn der Motor hängen bleibt und oszilliert. Es kann jedoch bei Nulldrehzahlen nicht identifizieren, welche Phase fehlerhaft ist.
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Um zu bestimmen, welche Phase hängen bleibt, bei niedrigen, aber von null verschiedenen Drehzahlen, kann das Verfahren zusätzlich prüfen, um festzustellen, ob die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
- - der mittlere d-Achsen-Stromfehler der letzten 12 Abtastwerte liegt über einem Schwellenwert,
der Phasenstrom ist null und
die Rotorposition liegt außerhalb eines bestimmten Bereichs, der einem Nulldurchgang entspricht.
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Diese Prüfung kann für jede Phase durchgeführt werden, was ermöglicht, dass die spezielle Phase, die die Fehlerbedingung einer offenen Phase aufweist, identifiziert wird. Dies ist in 7 der Zeichnungen gezeigt. Der Niederdrehzahlbetriebsbereich ist in 6 gezeigt und geht in diesem Beispiel bis zu 400 min-1.
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In der Praxis testet das Verfahren konstant, um festzustellen, ob die Nulldrehzahlbedingungen und die Niederdrehzahlbedingungen (Bedingungen einer von null verschiedenen Stromanforderung) erfüllt sind. In Abhängigkeit vom Zeitablauf und von der Art des Fehlers kann der Nulldrehzahltest vor dem Niederdrehzahltest einen Fehler kennzeichnen oder andersherum.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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