DE102023109112A1

DE102023109112A1 - Reaktion auf sinusförmige stimulierung zur diagnose des funktionszustands einer eingangsleistung

Info

Publication number: DE102023109112A1
Application number: DE102023109112.3A
Authority: DE
Inventors: Nicholas E. Gizinski; Julie A. Kleinau; David M. Williams; Clayton D. Larson; Steven J. Collier-Hallman; Ashish Verma
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2022-04-29
Filing date: 2023-04-11
Publication date: 2023-11-02
Also published as: US11892519B2; CN116979485A; US20230349983A1

Abstract

Es werden technische Lösungen für die Diagnose einer Eingangsstromversorgung beschrieben, die einen Motor mit Leistung versorgt. Ein Verfahren umfasst: Erzeugen eines sinusförmigen Stimulierungssignals; Anlegen des sinusförmigen Stimulierungssignals an den Motor unter Verwendung der Eingangsstromversorgung; Messen einer Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal; Bestimmen eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal; und Durchführen einer Aktion als Reaktion auf die Bestimmung des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung.

Description

HINTERGRUND
Ein Fahrzeug, wie z. B. ein Pkw, ein Lkw, ein Sportnutzfahrzeug, ein Crossover, ein Mini-Van, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, ein Geländewagen, ein Freizeitfahrzeug oder ein anderes geeignetes Fahrzeug, umfasst in der Regel eine oder mehrere elektrische Maschinen, wie z. B. Elektromotoren und dergleichen. So kann das Fahrzeug beispielsweise einen oder mehrere Motoren enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie verschiedene Aspekte eines Lenksystems des Fahrzeugs steuern.
Ein elektrischer Hochleistungskabelbaum und ein Steckverbinder können elektrische Leistung von einem elektrischen System des Fahrzeugs (z. B. Batterie und/oder Lichtmaschine) zu einem Motorsteuergerät für einen oder mehrere Motoren des Lenksystems liefern.
Im Laufe der Lebensdauer des Fahrzeugs können sich Eigenschaften der Hochleistungsverbindung verschlechtern, was schließlich zu einem Verlust einer Eingangsleistung führt, die ausreicht, um die gewünschte elektromechanische Ausgangsleistung für die Funktion der Lenkunterstützung oder des Lenkwinkels zu liefern. Diese Verschlechterung macht sich durch einen effektiven Anstieg des Widerstands des Leistungssteckverbinders oder Kabelbaums bemerkbar. Bei dem Versuch, diese elektromechanische Ausgangsleistung zu liefern, wird die Versorgungsstromaufnahme durch den erhöhten Widerstand der Hochleistungsverbindung oder des Kabelbaums einen großen Spannungsabfall zwischen der Fahrzeugversorgung und dem Motorsteuergerät verursachen, was dazu führen kann, dass die Gesamtspannung am Eingang des Motorsteuergeräts niedrig genug ist, um ein „Abschalten“ oder einen „Abfall aus dem Betriebszustand“ zu bewirken, was zu einem Funktionsverlust führen kann, wie z. B. dem Verlust der Lenkunterstützung in einem elektrischen Servolenkungssystem (EPS-System) und/oder dem Verlust der Lenkwinkelsteuerung in einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystem (ADAS) oder einem Steer-by-Wire-System (SbW-System).
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der offenbarten Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor mit Leistung versorgt. Das Verfahren umfasst: Erzeugen eines sinusförmigen Stimulierungssignals; Anlegen des sinusförmigen Stimulierungssignals an den Motor unter Verwendung der Eingangsstromversorgung; Messen einer Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal; Bestimmen eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal; und Ausführen einer Aktion in Reaktion auf die Bestimmung des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung.
Ein weiterer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor mit Leistung versorgt. Das Verfahren umfasst: Erzeugen eines Stimulierungssignals mit einer Stimulierungsgröße; Anlegen des Stimulierungssignals an den Motor unter Verwendung der Eingangsstromversorgung; Messen einer Reaktion auf das Stimulierungssignal; Bestimmen eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Reaktion auf das Stimulierungssignal; und Durchführen einer Aktion als Reaktion auf die Bestimmung des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung. Der verschlechterte Zustand der Eingangsstromversorgung umfasst einen Kabelbaumwiderstandswert, und das Erzeugen des Stimulierungssignals umfasst das Bestimmen der Stimulierungsgröße basierend auf einer Schätzung des Kabelbaumwiderstandswertes.
Ein weiterer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen umfasst ein System zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor in einem Fahrzeug mit Leistung versorgt. Das System enthält einen Prozessor. Der Speicher enthält Anweisungen, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen: ein sinusförmiges Stimulierungssignal zu erzeugen; das sinusförmige Stimulierungssignal unter Verwendung der Eingangsstromversorgung an den Motor anzulegen; eine Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal zu messen; einen verschlechterten Zustand der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal zu bestimmen; und eine Aktion in Reaktion auf die Bestimmung eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung durchzuführen.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen, den beigefügten Ansprüchen und den begleitenden Figuren offenbart.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung besonders hervorgehoben und eindeutig beansprucht. Die vorgenannten und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 allgemein ein elektronisches Servolenkungssystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 allgemein eine Motorsteuerungsschaltung nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 allgemein ein Steuergerät gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4 ein Diagramm mit Kurven diskretisierter periodischer Rampenfunktionen für einen Stimulierungsstrombefehl und für ein Reaktionssignal gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 eine Kurve eines diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt.
6 ein Flussdiagramm zeigt, das allgemein ein Verfahren zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor in einem Fahrzeug mit Leistung versorgt, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
7A - 7C ein Flussdiagramm zeigen, das allgemein ein Verfahren zur Steuerung eines Motors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung illustriert.
8 ein Flussdiagramm zeigt, das ein erstes Verfahren zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor in einem Fahrzeug mit Leistung versorgt, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
9 ein Flussdiagramm zeigt, das ein zweites Verfahren zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung veranschaulicht, die einen Motor in einem Fahrzeug mit Leistung versorgt, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bei der Betrachtung nun der Figuren, in denen die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wird, ist zu beachten, dass die offengelegten Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung dienen, die in verschiedenen und alternativen Formen verwirklicht werden kann, ohne diese einzuschränken. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können hervorgehoben oder verkleinert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um dem Fachmann zu zeigen, wie er die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise anwenden kann.
Die hier verwendeten Begriffe Modul und Untermodul beziehen sich auf einen oder mehrere Verarbeitungsschaltkreise, wie z. B. einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder als Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, einen kombinatorischen Logikschaltkreis und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebenen Funktionen bereitstellen. Wie man sieht, können die nachstehend beschriebenen Untermodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden.
Wie beschrieben, umfasst ein Fahrzeug, wie z. B. ein Pkw, ein Lkw, ein Sportnutzfahrzeug, ein Crossover, ein Mini-Van, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, ein Geländewagen, ein Freizeitfahrzeug oder ein anderes geeignetes Fahrzeug, in der Regel eine oder mehrere elektrische Maschinen, wie z. B. Elektromotoren und dergleichen. So kann das Fahrzeug beispielsweise einen oder mehrere Motoren enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie verschiedene Aspekte eines Lenksystems des Fahrzeugs steuern.
Ein elektrischer Hochleistungskabelbaum und ein Steckverbinder können elektrische Leistung von einem elektrischen System des Fahrzeugs (z. B. Batterie und/oder Lichtmaschine) zu einem Motorsteuergerät für einen oder mehrere Motoren des Lenksystems liefern.
Im Laufe der Lebensdauer des Fahrzeugs können sich die Eigenschaften der Hochleistungsverbindung verschlechtern, was schließlich zu einem Verlust einer Eingangsleistung führt, die ausreicht, um die gewünschte elektromechanische Ausgangsleistung für die Lenkunterstützung oder die Lenkwinkelfunktion zu liefern. Diese Verschlechterung macht sich durch einen effektiven Anstieg des Widerstands des Leistungssteckverbinders oder Kabelbaums bemerkbar. Bei dem Versuch, diese elektromechanische Ausgangsleistung zu liefern, verursacht die Stromaufnahme durch den erhöhten Widerstand der Hochleistungsverbindung oder des Kabelbaums einen großen Spannungsabfall zwischen der Fahrzeugversorgung und dem Motorsteuergerät, was dazu führen kann, dass die Gesamtspannung am Eingang des Motorsteuergeräts niedrig genug ist, um ein „Abschalten“ oder einen „Abfall aus dem Betriebszustand“ zu bewirken, was einen Funktionsverlust zur Folge haben kann, wie z. B. den Verlust der Unterstützung in einem elektrischen Servolenkungssystem (EPS-System) und/oder den Verlust der Winkelsteuerung in einem fortschrittlichen Fahrerassistenzsystem (ADAS) oder einem Steer-by-Wire-System (SbW-System).
Ein Fahrzeugsystem, wie z. B. ein EPS-System, ein ADAS-System, ein SbW-Lenksystem usw., kann mechanische Leistung durch einen elektromechanischen Aktuator liefern, der einen Elektromotor und ein Steuermodul umfasst. Die Eingangsleistung für den Aktuator wird über einen elektrischen Hochleistungskabelbaum und einen Steckverbinder geliefert, die das elektrische System des Fahrzeugs (z. B. Batterie und/oder Lichtmaschine) mit dem EPS-Steuermodul verbinden.
Im Laufe der Lebensdauer des Lenksystems im Fahrzeug können sich die Eigenschaften der Hochleistungsverbindung verschlechtern, was schließlich zu einem Verlust der Eingangsleistung führt, die ausreicht, um die gewünschte elektromechanische Ausgangsleistung zur Bereitstellung der Lenkunterstützung oder der Lenkwinkelfunktion zu liefern. Diese Verschlechterung macht sich durch einen effektiven Anstieg des Widerstands des Leistungssteckverbinders oder Kabelbaums bemerkbar. Bei dem Versuch, diese elektromechanische Ausgangsleistung zu liefern, führt die Versorgungsstromaufnahme durch den erhöhten Widerstand der Hochleistungssteckverbindung (oder des Kabelbaums) zu einem großen Spannungsabfall zwischen der Fahrzeugversorgung und dem EPS-Steuermodul, was dazu führen kann, dass die Gesamtspannung am Eingang des Steuermoduls so niedrig ist, dass es zu einem „Abschalten“ oder „Abfallen aus dem Betriebszustand“ des Lenkungssteuergeräts kommt, was zu einem Funktionsverlust führt (Verlust der Lenkunterstützung in einem EPS-System, Verlust der Lenkwinkelsteuerung in einem ADAS- oder SbW-System).
In einigen Ausführungsformen ist es wünschenswert, diesen verschlechterten Zustand zu erkennen. In einigen Ausführungsformen kann es auch wünschenswert sein, einen Befehl für elektromechanische Ausgangsleistung auf der Grundlage der Erkennung dieses verschlechterten Zustands zu begrenzen, um die erforderliche Eingangsleistung zu verringern und einen Funktionsverlust des Lenksystems zu verhindern (z. B. Verlust der Unterstützung in einem EPS-System oder Verlust der Winkelsteuerung in einem ADAS- oder SbW-System). Dies kann zwar zu Leistungseinbußen führen, ist aber möglicherweise den Alternativen vorzuziehen, die einen vollständigen Verlust der Unterstützungs- oder Winkelsteuerungsfunktion beinhalten könnten.
Eine Laufzeitdiagnose kann zur Überwachung eines Status des Funktionszustands der Verbindung verwendet werden. Eine solche Laufzeitdiagnose kann jedoch zusätzliche Sensorsignale (z. B. eine Batteriestrommessschaltung) oder Fahrzeugsignale erfordern, die in den EPS/SbW-Systemen nicht ohne weiteres verfügbar sind (z. B. Batteriespannung). Die Laufzeitdiagnose kann auch erhebliche Prozessorressourcen erfordern. Die Laufzeitdiagnose kann auch ein erhebliches Motordrehmoment ungleich Null erfordern, damit sie ordnungsgemäß funktioniert.
In einigen Ausführungsformen ist es wünschenswert, über ein Verfahren zu verfügen, um eine Verschlechterung der Eingangsleistungsverbindung (oder des Kabelbaums) festzustellen, bei dem nur verfügbare Signale innerhalb des bestehenden Steuermoduls und der Software verwendet werden. Es ist wünschenswert, über die Möglichkeit zu verfügen, diesen Zustand bei einem Motordrehmoment von Null beim Anfahren zu erkennen. Es ist wünschenswert, über eine Reaktion zu verfügen, bei der die Leistungsmanagementfunktion des Lenksystems die Ausgangsleistung begrenzt, um die während dieses Zustands aufgenommene Eingangsleistung zu begrenzen, um einen ausreichend großen Versorgungsspannungsabfall zu verhindern, der das EPS/SbW-Steuermodul abschalten und zu einem Funktionsverlust führen würde. Es ist wünschenswert, dass der Fahrer in irgendeiner Form gewarnt wird, sei es durch die verringerte Leistung oder durch einen Fehlercode und möglicherweise eine Fehlerlampe.
In einigen Ausführungsformen weist eine Startdiagnose für die elektrische Servolenkungs-Eingangsleistungsfunktion der vorliegenden Offenbarung die folgenden Eigenschaften auf: Sie kann als einmalige Startdiagnose ausgeführt werden; und sie kann auf der Grundlage einer Stimulierungs/Reaktions-Messung/Aktions-Philosophie arbeiten.

- Bei einem EPS-System: elektrische Leistung wird an die Motorphasen angelegt und die Reaktion gemessen. Die angelegte Leistung ist V*I (Vektorgrößen der angelegten Motorspannung und des Motorstroms). Die angelegte elektrische Leistung ist so beschaffen, dass sie ein Motordrehmoment von Null erzeugt. Die Messung der Reaktion ist die Spannung am Eingang des Steuermoduls (Brückenspannung). Die Aktion ist die Anwendung einer Ausgangsleistungsbegrenzung und die Benachrichtigung des Fahrers, wenn die aus der Messung berechnete Metrik einen oder mehrere vorgegebene Schwellenwerte überschreitet.
- Bei ADAS- und SbW-Systemen: elektrische Leistung wird an die Motorphasen angelegt, und die Reaktionen werden gemessen. Die angelegte elektrische Leistung muss nicht unbedingt ein Null-Drehmoment aufweisen. Wenn die angelegte elektrische Leistung nur dazu dient, den Funktionszustand der Eingangsleistung zu messen, wird eine elektrische Leistung angelegt, die ein Null-Drehmoment ergibt, und die Messung der Reaktion ist die Spannung am Eingang des Steuermoduls (Brückenspannung). Wenn zusätzlich gleichzeitig die Robustheit der mechanischen Verbindung oder der Funktionszustand der Leistungselektronik geprüft werden soll, wird eine elektrische Leistung angelegt, die zu einem Motordrehmoment ungleich Null führt, und die Messung der Reaktion umfasst zusätzlich zur Brückenspannung einen Motorwellenwinkel. Überschreiten die aus der Messung berechneten Metriken festgelegte Schwellenwerte, kann die Aktion eine Begrenzung der Ausgangsleistung oder eine Benachrichtigung des Fahrers umfassen, und wenn sich der Motor inkorrekt bewegt, kann die Aktion eine Bewegung des Fahrzeugs verhindern.

In einigen Ausführungsformen nutzt die Diagnose die Eigenschaft von PMSM (Permanentmagnet-Synchronmaschinen - SPM), bei denen ein Motorstrom nur auf der Direkt-Achse (Id) befohlen werden kann, mit einem Motorstrombefehl von Null auf der Quadratur-Achse (Iq), der kein Motordrehmoment erzeugt und daher keine Handradbewegung hervorrufen sollte. In einigen Ausführungsformen kann eine Iq-Stimulierung ungleich Null verwendet werden, wenn z. B. ein Ausgangsdrehmoment oder eine Bewegung gewünscht ist. Dies kann insbesondere in einem ADAS- oder SbW-System wünschenswert sein. Jede Kombination von Iq und Id, die für das betreffende System als wünschenswert erachtet wird, fällt in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenlegung.
In einigen Ausführungsformen verwendet die Diagnose vorhandene Signale, die in einem Lenkungssteuerungssystem, z. B. einem EPS- oder SbW-System, verfügbar sind.
In einigen Ausführungsformen umfasst eine Diagnose beim Starten: Anlegen einer Stimulierung, Erkennen einer Reaktion und Ausführen einer Aktion. Die Stimulierung kann das Anlegen elektrischer Leistung an den Motor umfassen. Die Aktion kann von den Anforderungen einer bestimmten Produktlinie oder Systemarchitektur abhängig sein. Die vorliegende Offenbarung sieht die Verwendung eines Motors vor, um einen nicht drehmomenterzeugenden Strom anzulegen, um eine messbare Reaktion hervorzurufen, die für einen Fahrer möglicherweise nicht wahrnehmbar ist.) In einigen Ausführungsformen arbeitet die betreffende Diagnose im drehmomentfreien Zustand. In einigen Ausführungsformen ist für die betreffende Diagnose kein Batteriestrommesskreis oder eine Fahrzeugbatteriespannung erforderlich. In einigen Ausführungsformen umfasst die betreffende Diagnose die Verwendung einer Schnittstelle zur Begrenzung des Versorgungsstroms für das Leistungsmanagement, um auf eine Funktionszustandsmetrik zu reagieren und die Ausgangsleistung und nicht nur das Unterstützungsdrehmoment zu begrenzen.
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die technischen Lösungen unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben werden, ohne diese einzuschränken, zeigt 1 allgemein ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) 40 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Ein Lenkmechanismus 36 ist ein Zahnstangen-Ritzel-System und umfasst eine Zahnstange (nicht dargestellt) in einem Gehäuse 50 und ein Ritzel (ebenfalls nicht dargestellt), das sich unter einem Getriebegehäuse 52 befindet. Wenn die Bedienereingabe, im Folgenden als Lenkrad 26 (z. B. ein Handrad o. Ä.) bezeichnet, gedreht wird, dreht sich die obere Lenkwelle 29 und die untere Lenkwelle 51, die über ein Universalgelenk 34 mit der oberen Lenkwelle 29 verbunden ist, dreht das Ritzel. Durch die Drehung des Ritzels wird die Zahnstange bewegt, die wiederum Spurstangen 38 (nur eine ist abgebildet) bewegt, die wiederum die Achsschenkel 39 (nur einer ist abgebildet) bewegen, die ein oder mehrere lenkbare Räder 44 (nur eines ist abgebildet) drehen bzw. einschlagen.
Die Lenkunterstützung erfolgt über das allgemein mit dem Bezugszeichen 24 bezeichneten Steuersystem, das das Steuergerät 16 und eine elektrische Maschine umfasst, die einen Permanentmagnet-Synchronmotor enthält und im Folgenden als Motor 19 bezeichnet wird. Das Steuergerät 16 wird von der Fahrzeugstromversorgung 10 über einen Kabelbaum 12 mit Leistung versorgt. Der Kabelbaum 12 kann einen oder mehrere elektrische Leiter, wie z. B. Drahtabschnitte, Stromschienen usw., enthalten. In einigen Ausführungsformen umfasst der Kabelbaum 12 einen oder mehrere Steckverbinder, wie z. B. Kabelschuhe, Buchsen, Stecker, Fahnen, Verdrahtungsklemmen, usw. Das Steuergerät 16 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 14, das die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17. Der Lenkwinkel wird durch einen Positionssensor 32 gemessen, der ein optischer Kodierungssensor, ein Sensor mit variablem Widerstand oder ein anderer geeigneter Positionssensortyp sein kann und dem Steuergerät 16 ein Positionssignal 20 liefert. Die Motordrehzahl kann mit einem Tachometer oder einem anderen Gerät gemessen und als Motordrehzahlsignal 21 an das Steuergerät 16 übertragen werden. Eine als ω_m bezeichnete Motordrehzahl kann gemessen, berechnet oder durch eine Kombination daraus bestimmt werden. Beispielsweise kann die Motordrehzahl ω_m als die Änderung der Motorposition θ berechnet werden, die von dem Positionssensor 32 über ein vorgegebenes Zeitintervall gemessen wird. Beispielsweise kann die Motordrehzahl ω_m als Ableitung der Motorposition θ aus der Gleichung ω_m = Δθ/Δt bestimmt werden, wobei Δt die Abtastzeit ist und Δθ die Änderung der Position während des Abtastintervalls ist. Alternativ dazu kann die Motordrehzahl aus der Motorposition als zeitliche Änderungsrate der Position abgeleitet werden. Es wird deutlich, dass es zahlreiche bekannte Verfahren zur Durchführung der Funktion einer Ableitung gibt.
Wenn das Lenkrad 26 gedreht wird, erfasst ein Drehmomentsensor 28 das vom Fahrzeugführer auf das Lenkrad 26 ausgeübte Drehmoment. Der Drehmomentsensor 28 kann einen Torsionsstab (nicht abgebildet) und einen berührungslosen magnetischen Drehmomentsensor (ebenfalls nicht abgebildet) umfassen, der ein variables Drehmomentsignal 18 an das Steuergerät 16 in Abhängigkeit vom Ausmaß der Verdrehung des Torsionsstabs ausgibt. Obwohl es sich hierbei um eine Art von Drehmomentsensor handelt, ist jede andere geeignete Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments, die mit bekannten Signalverarbeitungstechniken verwendet wird, ausreichend. Als Reaktion auf die verschiedenen Eingaben sendet das Steuergerät 16 einen Befehl 22 an den Motor 19, der über eine Schnecke 47 und ein Schneckenrad 48 eine Drehmomentunterstützung für die Lenkung des Fahrzeugs liefert.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl die offengelegten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine Motorsteuerung für elektrische Lenkanwendungen beschrieben werden, diese Bezugnahmen nur illustrativ sind und die offengelegten Ausführungsformen auf jede Motorsteuerungsanwendung angewendet werden können, die einen Elektromotor verwendet, z. B. Lenkung, Ventilsteuerung und dergleichen. Darüber hinaus können die hierin enthaltenen Hinweise und Beschreibungen auf viele Arten von Parametersensoren angewendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Drehmoment, Position, Geschwindigkeit und dergleichen. Es sollte auch beachtet werden, dass hier auf elektrische Maschinen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Motoren, Bezug genommen wird, wobei im Folgenden der Kürze und Einfachheit halber nur auf Motoren ohne Einschränkung Bezug genommen wird.
In dem dargestellten Steuersystem 24 verwendet das Steuergerät 16 das Drehmoment, die Position, die Geschwindigkeit usw., um einen oder mehrere Befehle zu berechnen, die die erforderliche Ausgangsleistung liefern. Das Steuersystem 24 kann z. B. EPS, SbW und/oder Lenkungssteuerung für ADAS-Anwendungen bereitstellen. Das Steuergerät 16 steht mit den verschiedenen Systemen und Sensoren des Motorsteuerungssystems in Verbindung. Der Steuergerät 16 empfängt Signale von jedem der Systemsensoren, wertet die empfangenen Informationen aus und liefert als Reaktion darauf ein oder mehrere Ausgangsbefehlssignale, in diesem Fall beispielsweise an den Motor 19. Das Steuergerät 16 ist so konfiguriert, dass es die entsprechende(n) Spannung(en) durch einen Wechselrichter (in 1 nicht dargestellt) erzeugt, der optional in das Steuergerät 16 integriert sein kann und hier als Steuergerät 16 bezeichnet wird, so dass bei Anlegen an den Motor 19 das gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Position erzeugt wird. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet das Steuergerät 16 in einem Regelungsmodus als Stromregler, um den Befehl 22 zu erzeugen. In einem oder mehreren Beispielen arbeitet das Steuergerät 16 alternativ in einem Vorwärtssteuerungsmodus, um den Befehl 22 zu erzeugen. Da diese Spannungen mit der Position und der Drehzahl des Motors 19 und dem gewünschten Drehmoment in Beziehung stehen, werden die Position und/oder die Drehzahl des Rotors und das von einem Bediener aufgebrachte Drehmoment bestimmt. Ein Positionssensor ist mit der Lenkwelle 51 verbunden, um die Winkelposition θ zu erfassen. Der Positionssensor kann die Drehposition auf der Grundlage einer optischen Erfassung, von Magnetfeldschwankungen oder anderen Verfahren erfassen. Typische Positionssensoren sind Potentiometer, Resolver, Synchros, Codierer und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Sensoren. Der Positionssensor gibt ein Positionssignal 20 aus, das die Winkelposition der Lenkwelle 51 und damit die des Motors 19 anzeigt.
Das gewünschte Drehmoment kann durch einen oder mehrere Drehmomentsensoren 28 bestimmt werden, die Drehmomentsignale 18 übermitteln, die ein angelegtes Drehmoment anzeigen. Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen umfassen einen solchen Drehmomentsensor 28 und das/die Drehmomentsignal(e) 18 davon, das/die auf einen nachgiebigen Torsionsstab, T-Stab, eine Feder oder eine ähnliche Vorrichtung (nicht dargestellt) reagieren kann/können, die so konfiguriert ist, dass sie eine Reaktion liefert, die das aufgebrachte Drehmoment anzeigt.
In einem oder mehreren Beispielen befindet sich ein Temperatursensor 23 am Motor 19. Der Temperatursensor 23 kann so konfiguriert sein, dass er eine Temperatur des Messbereichs des Motors 19 direkt misst. Der Temperatursensor 23 überträgt ein Temperatursignal 25 an das Steuergerät 16, um die hier beschriebene Verarbeitung und Kompensation zu erleichtern. Typische Temperatursensoren sind Thermoelemente, Thermistoren, Thermostate und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Sensoren, die bei geeigneter Anordnung ein kalibrierbares Signal proportional zur jeweiligen Temperatur liefern.
Das Positionssignal 20, das Drehzahlsignal 21 und ein oder mehrere Drehmomentsignale 18 werden u. a. an das Steuergerät 16 angelegt. Das Steuergerät 16 verarbeitet alle Eingangssignale, um Werte zu erzeugen, die den einzelnen Signalen entsprechen, was zu einem Rotorpositionswert, einem Motordrehzahlwert und einem Drehmomentwert führt, die für die Verarbeitung in den hier beschriebenen Algorithmen zur Verfügung stehen. Messsignale, wie die oben genannten, werden in der Regel auch linearisiert, kompensiert und auf Wunsch gefiltert, um die Eigenschaften des erfassten Signals zu verbessern oder unerwünschte Eigenschaften zu eliminieren. Beispielsweise können die Signale linearisiert werden, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen oder um einen großen Dynamikbereich des Signals zu berücksichtigen. Darüber hinaus können frequenz- oder zeitbasierte Kompensationen und Filterungen eingesetzt werden, um Rauschen zu eliminieren oder unerwünschte spektrale Eigenschaften zu vermeiden.
Um die vorgeschriebenen Funktionen und die gewünschte Verarbeitung sowie die entsprechenden Berechnungen (z. B. die Identifizierung von Motorparametern, Regelalgorithmen und dergleichen) durchzuführen, kann das Steuergerät 16 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren, Computer, DSP, Arbeitsspeicher, Massenspeicher, Register, Zeitgeber, Unterbrechungen, Kommunikationsschnittstellen und Eingangs-/Ausgangssignalschnittstellen und dergleichen sowie Kombinationen aus mindestens einem der vorgenannten Elemente umfassen. So kann das Steuergerät 16 beispielsweise eine Eingangssignalverarbeitung und -filterung umfassen, um eine genaue Abtastung und Umwandlung oder Erfassung solcher Signale von Kommunikationsschnittstellen zu ermöglichen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Fahrzeug ein Fahrerassistenzsystem (ADAS) oder ein Steer-by-Wire-System (SbW) enthalten, das ähnlich oder identisch mit dem EPS 40 sein kann, wie in 1 beschrieben und gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann ein solches ADAS- oder SbW-System kein Lenkrad 26 oder ein Lenkrad 26 ohne physische Verbindung zu dem/den lenkbaren Rädern 44 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann ein Rückkopplungsaktuator (nicht dargestellt) ein Rückkopplungsdrehmoment auf das Lenkrad 26 ausüben, um das Gefühl eines Drehmoments zu simulieren, das von dem/den lenkbaren Rädern 44 übertragen wird. In einigen Ausführungsformen kann ein ADAS- oder SbW-System in einigen Modi betrieben werden, in denen der Motor 19 ein Drehmoment auf die lenkbaren Räder 44 ausübt und in denen kein entsprechendes Rückkopplungssignal erzeugt oder an das Lenkrad 26 übertragen wird.
Elektrische Servolenkungssysteme (EPS-Systeme) werden in der Regel von einer Lichtmaschine und/oder einer Batterie gespeist und mit einem Kupferkabelbaum und einer Fahrzeugmasse, z. B. dem Fahrgestell des Fahrzeugs, verbunden. Der Kabelbaum und der Weg der Fahrzeugmasse zurück zur Batterie weisen einen entsprechenden Widerstand auf. Dieser Widerstand wird bei der Entwicklung eines EPS-Systems für eine bestimmte Kundenanwendung berücksichtigt.
2 zeigt allgemein eine Motorsteuerungsschaltung 58 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Die Motorsteuerungsschaltung 58 umfasst einen Wechselrichter 60, der so konfiguriert ist, dass er Wechselstromleistung (AC-Leistung) erzeugt und über einen Satz von Motorleitungen 62 an den Motor 19 liefert. In 2 sind die Motorleitungen 62 mit drei Phasen A, B, C dargestellt, was einer dreiphasigen Konfiguration des Motors 19 entspricht. Der Motor 19 kann jedoch eine beliebige Anzahl von Wicklungsphasen enthalten, z. B. fünf oder sieben Phasen.
Der Wechselrichter 60 umfasst eine Vielzahl von Schalttransistoren 64, wie z. B. Feldeffekttransistoren (FETs), die so konfiguriert sind, dass sie die Wechselstromleistung erzeugen, indem sie den Strom von einem Gleichstrombus 66a, 66b, der von einer Batterie 70 versorgt wird, selektiv steuern. Ein Kabelbaumwiderstand 72 ist in 2 dargestellt und repräsentiert einen Widerstand von elektrischen Komponenten in einem Stromflusspfad zwischen der Batterie 70 und einem Eingang des Steuergeräts 16.
Der Kabelbaumwiderstand 72 weist einen Kabelbaumwiderstandswert R_harness auf, der sich aus der Summe der Widerstände des Kabelbaums, der Fahrzeugmasse und eines oder mehrerer Steckverbinder ergibt. Im Laufe der Zeit und der Nutzung können diese Verbindungen erodieren und/oder sich verschlechtern und den Gesamtwiderstand des Pfades zwischen der Batterie 70 und dem Steuergerät 16 erhöhen. Diese Verschlechterung kann, wenn sie nicht berücksichtigt wird, schwerwiegende Auswirkungen auf die Funktionsweise des EPS-Systems aufweisen. Zum Beispiel kann diese Verschlechterung der Leistungsversorgung in einem EPS-System dazu führen, dass die Lenkunterstützung unter bestimmten Bedingungen zyklisch ein- und ausgeschaltet wird, z. B. wenn relativ hohe Lasten auf den Motor 19 einwirken.
Die Motorsteuerungsschaltung 58 umfasst auch eine Leistungsregelungsschaltung 74 zur Steuerung und Regelung der Leistung auf dem Gleichstrombus (DC-Bus) 66a, 66b. Die Leistungsregelungsschaltung 74 kann einen oder mehrere Widerstände enthalten, darunter einen Gleichstromleiterbahnwiderstand R_{DC_trace} von Leitern für den Gleichstrombus 66a, 66b, einen Drosselwiderstand R_Choke einer Drossel (nicht dargestellt), die unerwünschte Wechselspannungen aus dem Gleichstrombus 66a, 66b filtern kann, und einen Verpolungsisolationswiderstand R_{Reverse-Battery_FET}, der aus einem Verpolungsisolations-FET (nicht dargestellt) resultieren kann, um Geräte vor Schäden zu schützen, die durch den Anschluss der Batterie 70 mit falscher Polarität entstehen. Die Motorsteuerungsschaltung 58 umfasst auch eine oder mehrere parasitäre Komponenten 76, wie z. B. Zusatzgeräte, die ebenfalls an die Batterie 70 angeschlossen sind und von dieser einen parasitären Strom I_Parasitic entnehmen. Die Batterie 70 liefert einen Versorgungsstrom I_supply, der zwischen dem parasitären Strom I_Parasitic und einem Motorstrom I_m aufgeteilt werden kann, der über die Leistungsregelungsschaltung 74 an den Wechselrichter 60 geliefert wird.
Die Leistungsregelungsschaltung 74 und/oder der Wechselrichter 60 können im Steuergerät 16 enthalten sein. Eine oder mehrere Komponenten der Leistungsregelungsschaltung 74 und/oder des Wechselrichters 60 können jedoch auch separat vom Steuergerät 16 bereitgestellt werden.
Wie beschrieben, kann das EPS 40 mit einem Fahrzeug verbunden sein. Das Fahrzeug kann eine Vielzahl von Steuergeräten und/oder elektronischen Steuereinheiten enthalten. Wie in 1 allgemein dargestellt, kann das Fahrzeug ein Steuergerät 16 enthalten. Das Steuergerät 16 kann eine beliebige elektronische Steuereinheit mit einer oder mehreren Verarbeitungsschaltungen, wie z. B. Allzweckverarbeitungskerne und/oder anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), umfassen. Das Steuergerät 16 kann so konfiguriert sein, dass es z. B. verschiedene Aspekte des Fahrzeugs steuert, wie den Aspekt des EPS 40 und/oder andere geeignete Merkmale oder Komponenten des Fahrzeugs.
3 zeigt ein Blockdiagramm des Steuergeräts 16, das einen Prozessor 102 und einen Speicher 104 enthält. Der Speicher 104 kann Anweisungen enthalten, die, wenn sie vom Prozessor 102 ausgeführt werden, den Prozessor 102 veranlassen, verschiedene Funktionen zum Betrieb des EPS 40-Systems auszuführen. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 dem Wechselrichter 60 befehlen, eine bestimmte Leistungsstimulierung zu erzeugen und an den Motor 19 anzulegen. Der Prozessor 102 steht auch in Verbindung mit einer entfernten ECU 106. Die entfernte ECU 106 kann beispielsweise ein Antriebsstrang-Steuermodul (PCM) und/oder ein Karosserie-Steuermodul (BCM) umfassen. Der Prozessor 102 kann einen Status an die entfernte ECU 106 melden. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 102 Steuerbefehle von der entfernten ECU 106 empfangen. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 102 einen geschätzten Status des Kabelbaumwiderstandes an die entfernte ECU 106 zur Aufzeichnung und/oder zur Weiterleitung melden. Beispielsweise kann die entfernte ECU 106 einen Diagnoseproblemcode (DTC) bezüglich eines hohen Kabelbaumwiderstands speichern. Die entfernte ECU 106 kann auch eine Fehleranzeige, wie z. B. eine Warnleuchte oder eine Warnmeldung, ausgeben.
Das Steuergerät 16 kann während eines Systemstarts eine Leistungsstimulierung an den Motor 19 anlegen; eine Reaktion auf das Anlegen der Leistungsstimulierung an den Motor messen; auf der Grundlage der Reaktion auf das Anlegen der Leistungsstimulierung eine Metrik berechnen, die einen Status einer Eingangsstromversorgung anzeigt; die Metrik, die den Status der Eingangsstromversorgung anzeigt, mit einer Grundlinienmetrik vergleichen, um einen verschlechterten Zustand der Eingangsstromversorgung zu bestimmen; und eine Aktion in Reaktion auf die Bestimmung eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung durchführen.
Der Prozessor 102 kann jeden geeigneten Prozessor, wie die hier beschriebenen, umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der Prozessor 102 eine beliebige Anzahl von Prozessoren umfassen, die zusätzlich zu dem Prozessor 102 oder anders als dieser eingesetzt werden können. Der Speicher 104 kann eine einzelne Platte oder eine Vielzahl von Platten (z. B. Festplatten) umfassen und enthält ein Speicherverwaltungsmodul, das eine oder mehrere Partitionen innerhalb des Speichers 104 verwaltet. In einigen Ausführungsformen kann der Speicher 104 einen Flash-Speicher, einen Halbleiterspeicher (Solid State) oder Ähnliches umfassen. Der Speicher 104 kann einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Festwertspeicher (ROM) oder eine Kombination davon enthalten. Der Speicher 104 kann Anweisungen enthalten, die, wenn sie vom Prozessor 102 ausgeführt werden, den Prozessor 102 veranlassen, zumindest verschiedene Funktionen des Fahrzeugs zu steuern.
Zusätzliche unterstützende Komponenten, die Hardware und/oder Software enthalten können, können vorhanden sein, um Funktionen ausführen, wie z. B. die Verringerung der Leistungsaufnahme basierend auf diesem erhöhten Gesamtwiderstand des Kabelbaums. Daher besteht der Wunsch nach einem Software-Untersystem zur genauen Schätzung des Kabelbaumwiderstands. Viele herkömmliche Ansätze zur Bestimmung eines Kabelbaumwiderstands beinhalten zusätzliche Hardware zur Messung der Spannungen an bestimmten Knotenpunkten und/oder zur Messung des Versorgungsstroms. Bei diesen konventionellen Ansätzen wird dann im Allgemeinen das Ohm'sche Gesetz oder eine Abwandlung davon verwendet, um den Kabelbaumwiderstand zu schätzen. Solche konventionellen Ansätze können viele Unzulänglichkeiten aufweisen. Da EPS-Systeme in der Regel nur ein Spannungsmesssystem an der Wechselrichterbrücke (d. h. dem Gleichstrombus 66a, 66b) umfassen, erfordern diese konventionellen Designs zusätzliche Hardware und Kosten für das System.
Die vorliegende Offenbarung bietet ein alternatives System und Verfahren zu den herkömmlichen und teuren Lösungen für die Entwicklung einer genauen Schätzung des Kabelbaumwiderstands. Die vorliegende Offenbarung stellt ein System und ein Verfahren zur Schätzung des Kabelbaumwiderstandswertes R_harness auf der Grundlage einer Reaktion auf eine auf den Motor 19 aufgebrachten Stimulierung bereit. Das Aufbringen der Stimulierung und die entsprechende Schätzung des Kabelbaumwiderstandswerts R_harness können beispielsweise während einer Start- oder Abstellsequenz des Fahrzeugs durchgeführt werden. Die Stimulierung kann in Form einer Regulierung eines sinusförmigen, kein Drehmoment erzeugenden Stroms durch den Motor 19 erfolgen. In einigen Ausführungsformen umfasst die gemessene Reaktion eine Spannung am Gleichstrombus 66a, 66b.
Die Signatur der Stimulierungswelle kann die Form einer Sinuskurve aufweisen. Eine zeitkontinuierliche Darstellung der Stimulierungswellen-Signatur ist in der nachstehenden Gleichung (1) dargestellt. $l_{d R e f} (t) = l_{d A m p} sin (a t)$
wobei I_dRef der Stimulierungsstrom oder der gewünschte Strom in Ampere ist, I_dAmp die Amplitude des Stimulierungsstroms in Ampere ist, a eine Winkelfrequenz des Stimulierungsstroms in der Direkt-Achse (Rad/sec) ist, sin die Sinusfunktion ist und t die Zeit in Sekunden ist.
Die Wahl einer Sinuskurve hat den Vorteil, dass die Reaktion oder die Spannungsmessung bei dieser Motorstromstimulierung doppelt so hoch wie die Frequenz der Stimulierung sein sollte. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Motorleistung Frequenzen enthält, die doppelt so hoch sind wie die Stimulierungsfrequenz. Ein einfaches mathematisches Beispiel für dieses Phänomen ist in den nachstehenden Gleichungen (2) und (3) dargestellt. $P_{m} (t) = \frac{\sqrt{3}}{2} (I_{d A m p} sin (a t)) (V_{d} sin (a t))$
$P_{m} (t) = \frac{\sqrt{3}}{2} I_{d A m p} V_{d} (1 - cos (2 a t))$
wobei P_m die an den Motor abgegebene Leistung in Watt ist, V_d die an die Wicklungen des Motors 19 angelegte Direkt-Achsen-Spannung (in Volt) ist und cos die Kosinusfunktion ist.
Eine Fourierreihen-Zerlegung bei der doppelten Stimulierungsfrequenz kann zusammen mit einem statistischen Modell zur Schätzung des Kabelbaumwiderstands verwendet werden.
Es kann eine diskrete Darstellung einer Sinus- und Cosinuswelle erzeugt werden. Die nachstehenden Gleichungen (4) und (5) können verwendet werden, um eine erste diskretisierte periodische Rampenfunktion t_Stim [n] für ein Stimulierungssignal und eine zweite diskretisierte periodische Rampenfunktion t_Resp [n] für ein Reaktionssignal mit einer angenommenen einheitlichen Ausführungsrate zu erzeugen. $t_{S t i m} [n] = t_{S t i m} [n - 1] + 0.002$
$t_{R e s p} [n] = t_{R e s p} [n - 1] + 0.002$
wobei t_Stim ein Zeitstempel für das diskretisierte Stimulierungssignal in Sekunden und t_Resp ein Zeitstempel für das diskretisierte Reaktionssignal in Sekunden ist und n eine Abtastinstanz darstellt. Der Term 0,002 in den Gleichungen (4) - (5) entspricht einem Zeitschritt von 2 ms. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und der Zeitschritt kann einen anderen Wert aufweisen.
Die Ausführungsraten zwischen den Mikroprozessorberechnungen sind möglicherweise nicht konsistent oder identisch. Unterschiede im Zeitablauf, die sich aus Unstimmigkeiten der Zeitabläufe der Mikroprozessorberechnungen ergeben, können als Jitter bezeichnet werden. Es kann von Vorteil sein, diesen Jitter zu berücksichtigen. Die nachstehenden Gleichungen (6) und (7) enthalten Terme zur Kompensation von Jitter. $t_{S t i m} [n] = t_{S t i m} [n - 1] + t_{μ - p r o c e s s o r}$
$t_{R e s p} [n] = t_{R e s p} [n] + t_{μ - p r o c e s s o r}$
wobei t_µ-processor eine Mikroprozessor-Schrittdauer bei Vorhandensein von Jitter (Sekunden) ist. Die Mikroprozessor-Schrittdauer t_µ-processor kann 2 Millisekunden (ms) ± einem Jitter-Versatzwert betragen. Die Mikroprozessor-Schrittdauer kann jedoch auch andere Basiswerte aufweisen, die größer oder kleiner als 2 ms sein können.
Da Sinus- und Kosinuswellen in einem Mikroprozessor durch eine Nachschlagetabelle dargestellt sein können, kann es notwendig sein, der Nachschlagetabelle eine periodische Eingabe zu geben. Die periodische Eingabe kann die Form einer periodischen Rampenfunktion annehmen, wie die in 4 dargestellten Wellenformen.
4 zeigt ein Diagramm mit einer ersten Kurve 120 der ersten diskretisierten periodischen Rampenfunktion t_Stim [n] für einen Stimulierungsstrombefehl und mit einer zweiten Kurve 122, die die zweite diskretisierte periodische Rampenfunktion t_Resp [n] für das Reaktionssignal zeigt. Die zweite diskretisierte periodische Rampenfunktion t_Resp [n] weist die doppelte Frequenz der ersten diskretisierten periodischen Rampenfunktion t_Stim [n] auf. Somit enthält die zweite Kurve 122 zwei Rampen für jede Rampe der ersten Kurve 120. 5 zeigt eine dritte Kurve 124 eines diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals, das auf der Grundlage der ersten diskretisierten periodischen Rampenfunktion t_Stim [n] erzeugt wurde, die in der ersten Kurve 120 dargestellt ist.
Das Steuergerät 16 kann die diskretisierten periodischen Rampenfunktionen t_Stim [n], t_Resp [n] für jeden der Stimulierungsstrombefehle und das Reaktionssignal erzeugen, indem es jede der Rampenfunktionen t_Stim [n], t_Resp [n] periodisch inkrementiert und jede der Rampenfunktionen t_Stim [n], t_Resp [n] basierend auf einer Stimulierungsfrequenz f_sStim periodisch zurücksetzt. Die Stimulierungsfrequenz f_sStim kann einen vorbestimmten Wert aufweisen, etwa 25 Hz. Die Stimulierungsfrequenz f_sStim kann jedoch auch einen anderen Wert aufweisen.
Das periodische Zurücksetzen der ersten diskretisierten periodischen Rampenfunktion t_Stim [n] kann beinhalten, dass festgestellt wird, ob die erste diskretisierte periodische Rampenfunktion t_Stim [n] größer ist als ein erster Schwellenwert gleich $\frac{1}{f_{s S t i m}}$
(d. h. 0,04 für die Stimulierungsfrequenz f_sStim = 25 Hz). Das periodische Zurücksetzen kann dann das Zurücksetzen der ersten diskretisierten periodischen Rampenfunktion t_Stim [n] als Reaktion auf die Feststellung, dass die erste diskretisierte periodische Rampenfunktion t_Stim [n] größer als der erste Schwellenwert $\frac{1}{f_{s S t i m}}$
ist, umfassen. Das Zurücksetzen der ersten diskretisierten periodischen Rampenfunktion t_Stim [n] kann das Subtrahieren des ersten Schwellenwertes $\frac{1}{f_{s S t i m}}$
von dem Wert der ersten diskretisierten periodischen Rampenfunktion t_Stim [n] umfassen. Die zweite diskretisierte periodische Rampenfunktion t_Resp [n] kann in ähnlicher Weise auf der Grundlage eines zweiten Schwellenwerts zurückgesetzt werden, der gleich $\frac{1}{2 f_{s S t i m}}$
ist (d. h. 0,02 für die Stimulierungsfrequenz f_sStim = 25 Hz). Diese periodische Rücksetzung bildet die periodische Natur der Es kann ein Stimulierungsstrom I_Ref bestimmt werden, den der Wechselrichter 60 an den Motor 19 liefern soll. Der Stimulierungsstrom I_Ref kann als eine d-Achsen-Stromkomponente I_dRef und eine q-Achsen-Stromkomponente I_qRef dargestellt werden. Die d,q-Achsen-Stromkomponenten können in einer diskretisierten Form als I_dRef[n], I_qRef[n] zum Schrittzeitpunkt n dargestellt werden. Bei einem kein Drehmoment erzeugenden Stimulierungsstrom kann der q-Achsen-Stimulierungsstrom I_qRef[n] auf Null Ampere gehalten werden, wie in der nachstehenden Gleichung (8) gezeigt ist. Der d-Achsen-Stimulierungsstrom I_dRef[n] kann mit Hilfe der nachstehenden Gleichung (9) bestimmt werden. $I_{q R e f} [n] = 0$
$I_{d R e f} [n] = I_{d A m p} sin (2 π f_{s S t i m} t_{S t i m} [n])$
Das System und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung können den Kabelbaumwiderstandswert R_harness auf der Grundlage einer Reaktion auf die Anwendung auf die Stimulierung bestimmen. Die Reaktion kann als Änderung der Brückenspannung V_Bridge des DC-Busses 66a, 66b gemessen werden. Eine mathematische Darstellung der Reaktionsmessung ist in den nachstehenden Gleichungen (10) - (11) dargestellt: $V_{A v g} = \frac{1}{n_{C a l i b r a t i o n} - 1} \sum_{n = 1}^{n_{C a l i b r a t i o n} - 1} V_{m e a s} [n]$
$P_{m A v g} = \frac{\sqrt{3}}{2 (n_{C a l i b r a t i o n} - 1)} \sum_{n = 1}^{n_{C a l i b r a t i o n} - 1} I_{d M e a} [n] V_{d} [n]$
wobei V_Avg eine durchschnittliche Spannung (Volt) ist, V_meas [n] ein gemessener Wert der Brückenspannung V_Bridge zum Zeitpunkt n (Volt) ist und n_Calibration eine Anzahl gesammelter Proben ist, und P_mAvg ein durchschnittliches Motorleistungssignal (Watt) ist, das eine vom Wechselrichter 60 an den Motor 19 über die Abtastzeit gelieferte durchschnittliche Leistung darstellt, I_dMea [n] ein gemessener d-Achsen-Strom zum Zeitpunkt n ist und V_d [n] eine d-Achsen-Spannung des Motors 19 zum Zeitpunkt n (Volt) ist.
Die nachstehende Gleichung (12) stellt die Spannungsmessgröße V_Mag (Volt) des Frequenzinhalts bei der doppelten Stimulierungsfrequenz (d. h. dem interessierenden Antwortsignal) dar. $V_{M a g} = \frac{2}{n_{C a l i b r a t i o n} - 1} \sqrt{\begin{array}{l} {(\sum_{n = 1}^{n_{C a l i b r a t i o n} - 1} V_{m e a s} [n] cos (4 π f_{s S t i m} t_{S t i m} [n]))}^{2} \\ + {(\sum_{n = 1}^{n_{C a l i b r a t i o n} - 1} V_{m e a s} [n] sin (4 π f_{s S t i m} t_{S t i m} [n]))}^{2} \end{array}}$
Es ist zu beachten, dass eine Gleichung ähnlich der Gleichung (12) verwendet werden kann, um eine Größe der Motorleistung P_mMag zu bestimmen.
Ein statistisches Modell kann verwendet werden, um eine Schätzung R_hEst für den Kabelbaumwiderstand zu ermitteln, um den Wert des Kabelbaumwiderstands R_har-ness _zu schätzen. Alternativ oder zusätzlich kann das statistische Modell verwendet werden, um die Genauigkeit einer anderen Schätzung des Kabelbaumwiderstandswertes R_harness zu erhöhen.
Das statistische Modell für die Schätzung R_hEst des Kabelbaumwiderstands kann mit der nachstehenden Gleichung (13) implementiert werden. $R_{h E s t} = R_{h N o m} (\frac{V_{M a g} V_{A v g}}{V_{M a g N o m} V_{A v g N o m}}) + R_{h O f f s e t}$
wobei R_hNom eine nominale Verstärkungskonstante des Kabelbaumwiderstands (Ohm) ist, V_Mag eine Größe des Brückenspannungssignals (d.h. ein Mittelwert der Reaktion) (Volt) ist, V_Avg ein Mittelwert des Brückenspannungssignals (d.h. ein Mittelwert der Reaktion) (Volt) ist, V_MagNom eine nominale Brückenspannungsgrößenkonstante (Volt) ist, V_AvgNom eine nominale Brückenspannungsmittelwertkonstante (Volt) ist und R_hOffset eine Versatzkonstante (Ohm) des Kabelbaumwiderstands ist. Es ist zu beachten, dass R_hNom, V_MagNom, V_AvgNom und R_hOffset jeweils Kalibrierungskonstanten sind.
Eine alternative Implementierung des statistischen Modells für die Schätzung R_hEst des Kabelbaumwiderstands wird unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (14) bereitgestellt. $R_{h E s t} = R_{h N o m} (\frac{(V_{M a g} + V_{M a g O f f s e t}) (V_{A v g} + V_{A v g O f f s e t})}{V_{M a g N o m} V_{A v g N o m}}) + R_{h O f f s e t}$
wobei R_hNom eine nominale Verstärkungskonstante (Ohm) des Kabelbaumwiderstands ist, V_Mag eine Größe des Brückenspannungssignals (d.h. ein Mittelwert der Reaktion) (Volt) ist, V_MagOffset eine Versatzkonstante der Spannungsgröße (Volt) ist, V_Avg ein Mittelwert des Brückenspannungssignals (d.h. ein Mittelwert der Reaktion) (Volt) ist (d. h. ein Mittelwert der Reaktion) (Volt), V_AvgOffset eine Versatzkonstante für den Spannungsmittelwert (Volt) ist, V_MagNom eine nominale Brückenspannungs-Größenkonstante (Volt) ist, V_AvgNom eine nominale BrückenspannungsMittelwertkonstante (Volt) ist, und R_hOffset eine Versatzkonstante für den Kabelbaumwiderstand (Ohm) ist_. Es ist zu beachten, dass R_hNom, V_MagOffset, V_MagNom, V_AvgOffset, V_AvgNom und R_hOffset jeweils Kalibrierungskonstanten sind. Außerdem ist zu beachten, dass Gleichung (14) der Gleichung (13) ähnelt, jedoch mit dem Zusatz der Versatzkonstante für die Spannungsgröße V_MagOffset und der Versatzkonstante für den Spannungsmittelwert V_AvgOffset.
In einigen Fällen kann das Anlegen des Stimulierungssignals an den Motor 19 einen Spannungsabfall auf dem Gleichstrombus 66a, 66b verursachen, der ausreicht, um den Betrieb des Steuergeräts 16 und/oder anderer daran angeschlossener Geräte zu behindern. Zum Schutz dagegen können das System und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung zusätzliche Funktionen enthalten, um zu verhindern, dass die Stimulierung einen Spannungsabfall auf dem Gleichstrombus 66a, 66b in einer Größe verursacht, die den Betrieb des Steuergeräts 16 oder der anderen Geräte beeinträchtigen kann. Beispielsweise kann der Prozessor 102 eine Mindestbetriebsspannung V_min aufweisen, und die Stimulierung kann so geregelt werden, dass verhindert wird, dass die Brückenspannung V_Bridge des DC-Busses 66a, 66b unter die Mindestbetriebsspannung V_min fällt.
Ein reaktiver Ansatz kann verwendet werden, um die Auswirkungen solcher selbstinduzierten Leistungszyklen abzuschwächen, z. B. durch Zählen der Anzahl der Male, bei denen dieser Leistungszyklus auftritt, und anschließendes Abschalten der Stimulierungsreaktion, wenn die Anzahl innerhalb einer bestimmten Zeit einen vorgegebenen Wert überschreitet. Auf diese Weise können Rückkopplungsschleifen vermieden werden, bei denen das Steuergerät 16 steckenbleibt und immer wieder neu startet. Es ist jedoch wünschenswert, dass es gar nicht erst zu diesem Zustand mit selbstinduzierten Leistungszyklen kommt. Dementsprechend wird ein proaktiver Ansatz bereitgestellt. In einigen Ausführungsformen können sowohl reaktive als auch proaktive Ansätze kombiniert werden, um selbstinduzierte Leistungszyklen zu vermeiden bzw. ihre Auswirkungen abzuschwächen, falls sie doch auftreten sollten.
Die Motorleistung P_m (t) als Funktion der Zeit, wenn der q-Achsen-Strom I_Q gleich Null und der d-Achsen-Strom I_d ungleich Null ist, kann mit der nachstehenden Gleichung (15) beschrieben werden. $P_{m} (t) = \frac{\sqrt{3}}{2} V_{d} (t) I_{d} (t)$
wobei V_d(t) die an den Motor 19 angelegte d-Achsen-Spannung als Funktion der Zeit ist, und I_d(t) der dem Motor 19 als Funktion der Zeit zugeführte d-Achsen-Strom ist.
Bei einer sinusförmigen Direktstromstimulierung kann die Motorleistung P_m (t) wie in der nachstehenden Gleichung (16) gezeigt beschrieben werden. $\begin{array}{l} P_{m} (t) = \frac{3 I_{d A m p}^{2} B_{w l_{d}}^{2}}{4 {(B_{w l_{d}}^{2} + a^{2})}^{2}} ((B_{w l_{d}} L_{d} a - R_{m} a) c o s (a t) + (B_{w l_{d}} R_{m} + \\ L_{d} a^{2}) s i n (a t) - e^{- B_{w l_{d}} t} (- R_{m} a + B_{w l_{d}} L_{d} a)) (B_{w l_{d}} s i n (a t) - \\ a c o s (a t) + a e^{- B_{w l_{d}} t}) \end{array}$
wobei I_dAmp eine Größe des d-Achsen-Stroms (in Ampere) ist, B_WId eine Bandbreite des d-Achsen-Stroms (in Hertz) und R_m der Motorwiderstand (in Ohm) ist.
Lässt man den transienten Term in Gleichung (16) außer Acht, so ergibt sich Gleichung (17), siehe unten. $\begin{array}{l} P_{m} (t) = \frac{3 I_{d A m p}^{2} B_{w I_{d}}^{2}}{8 {(B_{w l_{d}}^{2} + a^{2})}^{2}} ((- a^{2} (B_{w l_{d}} L_{d} - R_{m}) + B_{w I_{d}} (B_{w I_{d}} R_{m} + L_{d} a^{2})) + \\ (- a^{2} (B_{w l_{d}} L_{d} - R_{m}) - B_{w I_{d}} (B_{w l_{d}} R_{m} + L_{d} a^{2})) c o s (2 a t) + \\ (B_{w I_{d}} a (B_{w l_{d}} L_{d} - R_{m}) - a (B_{w l_{d}} R_{m} + L_{d} a^{2})) sin (2 a t)) \end{array}$
wobei V_d(t) eine d-Achsen-Spannung des Motors 19 ist und L_d eine d-Achsen-Induktivität des Motors 19 (in Henry) ist.
Aufteilen der Gleichung (17) in eine durchschnittliche Motorleistung P_mAvg und eine Größe der Motorleistung P_mMag ergibt die nachstehenden Gleichungen (18) und (19): $P_{m A v g} = \frac{3 I_{d M a x A m p}^{2} B_{w l_{d}}^{2} R_{m}}{8 {(B_{w l_{d}}^{2} + a^{2})}^{2}}$
$P_{m M a g} = \frac{3 I_{d M a x A m p}^{2} B_{w l_{d}}^{2}}{8 {(B_{w l_{d}}^{2} + a^{2})}^{2}} \sqrt{a^{2} L_{d}^{2} + R_{m}^{2}}$
wobei I_dMaxAmp ein maximal zulässiger d-Achsen-Befehlsstrom (in Ampere) ist.
Die Spitzenleistung P_mPk des Motors 19 kann wie in Gleichung (20) unten dargestellt werden. $P_{m P K} = P_{m A v g} + P_{m M a g}$
Das Auflösen der Gleichungen (18) - (20) nach dem maximal zulässigen d-Achsen-Befehlsstrom I_dMaxAmp ergibt die nachstehende Gleichung (21). $I_{d M a x A m p} = \sqrt{\frac{P_{m P k} 8 (B_{w l_{d}}^{2} + a^{2})}{3 B_{w l_{d}}^{2} (R_{m} + \sqrt{a^{2} L_{d}^{2} + R_{m}^{2}})}}$
Gleichung (21) zeigt die Beziehung zwischen der Motorspitzenleistung P_mPk und dem maximal zulässigen d-Achsen-Befehlsstrom I_dMaxAmp, die verwendet werden kann, um eine geeignete Amplitude der Stimulierung für die Schätzung des Kabelbaumwiderstandswertes R_harness zu bestimmen.
Der nächste Schritt ist die Bestimmung der Motorspitzenleistung P_mPk, die eine Abschaltung des Teils bewirken würde (d. h. eine Leistung, die, wenn sie dem Motor 19 zugeführt würde, dazu führen würde, dass die Brückenspannung V_Bridge des Gleichstrombusses 66a, 66b auf ein Niveau abfällt, das einen zuverlässigen Betrieb des Steuergeräts 16 nicht aufrechterhalten würde. Gleichung (22) zeigt eine mathematische Darstellung dieser Motorspitzenleistung P_mPk für einen fortgesetzt zuverlässigen Betrieb: $P_{m P k} = \frac{V_{B a t t} V_{S D} - V_{S D}^{2}}{R_{h E s t} [n - 1]}$
wobei V_SD eine minimale Betriebsspannung für das Steuergerät 16 ist, R_hEst [n - 1] ein zuvor ermittelter Schätzwert für den Kabelbaumwiderstandswert R_harness ist und V_Batt ein Näherungswert für die Spannung der Batterie 70 ist, der durch Messung der Brückenspannung V_Bridge vor der Stimulierung ermittelt werden kann, wenn der Wechselrichter 60 nahezu keinen Strom zieht. Dies ermöglicht dann eine Berechnung des maximalen d-Achsen-Stroms für die Stimulierung I_{dAmp_max}. Die minimale Betriebsspannung V_SD kann z. B. als Mindestspannung festgelegt werden, bei der der Prozessor 102 zuverlässig arbeitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Mindestbetriebsspannung V_SD auf der Grundlage einer Spannung bestimmt werden, die erforderlich ist, um eine andere wichtige Komponente des Steuergeräts 16 in einem betriebsbereiten Zustand zu halten.
Der ermittelte maximale d-Achsen-Strom für die Stimulierung I_{dAmP_max} kann zur Durchführung verschiedener unterschiedlicher Systemaktionen verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das System so konfiguriert sein, dass die Stimulierung nicht ausgeführt wird, wenn der maximale d-Achsen-Strom für die Stimulierung I_{dAmP_max} unter einen vorgegebenen Wert fällt. Alternativ oder zusätzlich kann die Amplitude des Stimulierungsstroms I_dAmp innerhalb eines bestimmten Bereichs geändert werden, wobei der maximale d-Achsen-Strom für die Stimulierung I_{dAmp_max} nicht überschritten werden darf, solange das Steuersystem 24 immer noch eine genaue Schätzung des Kabelbaumwiderstandswertes R_harness liefert. Dies sind nur Beispiele, und der ermittelte maximale d-Achsen-Strom für die Stimulierung I_{dAmp_max} kann auch für andere Zwecke verwendet werden.
6 ist ein Flussdiagramm, das allgemein ein Verfahren 200 zur Steuerung eines Motors 19 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Verfahren 200 kann gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung von dem Prozessor 102 ausgeführt werden. Wie aus der Offenbarung ersichtlich ist, ist die Reihenfolge der Operationen innerhalb des Verfahrens nicht auf die in 6 dargestellte sequentielle Ausführung beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen durchgeführt werden, je nach Anwendbarkeit und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
Bei 202 beginnt das Verfahren 200 mit dem Eintritt in einen Betriebszustand. Beispielsweise kann der Prozessor 102 mit der Durchführung des Verfahrens 200 während eines Systemstarts beginnen, z. B. beim Starten des Fahrzeugs oder beim Einschalten der Leistungsversorgung für Zubehör. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 200 als Teil einer Initialisierungsfunktion (init-Funktion) zu Beginn eines „Betriebs“-Zustands eines Steuersystems 24 ausgeführt werden.
Bei 204 legt das Verfahren 200 ein sinusförmiges Stimulierungssignal an den Motor 19 an. Das sinusförmige Stimulierungssignal kann eine Wechselspannung und eine entsprechende elektrische Leistung enthalten, die dem Motor 19 zugeführt wird. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 102 beispielsweise einen Wechselrichter veranlassen, elektrische Leistung V*I (Vektorgrößen der angelegten Motorspannung und des Motorstroms) an die Motorphasen des Motors 19 anzulegen. In einigen Ausführungsformen, beispielsweise in ADAS- und SbW-Anwendungen, bewirkt die an den Motor 19 angelegte elektrische Leistung, dass der Motor 19 ein Motordrehmoment ungleich Null erzeugt. In einigen Ausführungsformen, z. B. bei EPS-Anwendungen, ist die angelegte elektrische Leistung so beschaffen, dass der Motor 19 ein Motordrehmoment von Null erzeugt. Beispielsweise kann ein Motor 19 vom Typ Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM) nur auf der Direkt-Achse mit einem sinusförmigen Motorstrom (Id) versorgt werden, während auf der Quadratur-Achse (Iq) ein Motorstrombefehl von Null anliegt, der kein Motordrehmoment erzeugt und daher keine Handradbewegung erzeugen sollte. In einigen Ausführungsformen wird ein Drehmomentbefehl an den Motor 19 auf Null gehalten, während die elektrische Leistungserregung angelegt wird.
In einigen Ausführungsformen ist das sinusförmige Stimulierungssignal eine nicht drehmomenterzeugende Spannung, die den Motor 19 veranlasst, ein minimales oder kein Nettodrehmoment zu erzeugen. Zum Beispiel eine nicht drehmomenterzeugende Spannung, die den Motor 19 veranlasst, kein Nettodrehmoment oder ein sehr geringes Nettodrehmoment zu erzeugen, das durch Bremsen und/oder andere Reibung überwunden werden kann, so dass keine Drehbewegung erzeugt wird.
Bei 206 misst das Verfahren 200 eine Reaktion auf das Anlegen der Leistungsstimulierung an den Motor 19. Beispielsweise kann die Eingangsspannung an einem Leistungseingang des Steuergeräts 16 gemessen werden, wobei das Steuergerät 16 über den Kabelbaum 12 Leistung von der Fahrzeugstromversorgung 10 erhält, während die Leistungsstimulierung an den Motor 19 angelegt wird. In einigen Ausführungsformen, z. B. wenn die an den Motor 19 angelegte elektrische Leistung den Motor 19 veranlasst, ein Drehmoment ungleich Null zu erzeugen, umfasst die in Schritt 206 gemessene Reaktion einen Motorwinkel des Motors 19.
Bei 208 berechnet das Verfahren 200 auf der Grundlage der Reaktion auf die Anwendung der Leistungsstimulierung eine Reaktionsmetrik. Die Reaktionsmetrik kann auch einfach als „Metrik“ bezeichnet werden. Diese Reaktionsmetrik kann einen Status einer Eingangsstromversorgung anzeigen, wie z. B. die von der Fahrzeugstromversorgung 10 an das Steuergerät 16 über den Kabelbaum 12 gelieferte Leistung. Beispielsweise kann der Prozessor 102 ein Absacken in der Eingangsspannung messen, das sich aus dem Anlegen von elektrischer Leistung an den Motor 19 ergibt, und einen Betrag dieses Absackens mit einer vorbestimmten Konstante multiplizieren, um die Reaktionsmetrik zu berechnen. In einigen Ausführungsformen kann die Reaktionsmetrik proportional zu einem geschätzten Widerstand in der Stromversorgung des Steuergeräts 16 sein. In einigen Ausführungsformen kann die Reaktionsmetrik nicht proportional zu einem geschätzten Widerstand in der Stromversorgung des Steuergeräts 16 sein.
Bei 210 führt das Verfahren 200 eine Aktion auf der Grundlage der Metrik durch. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 eine Aktion als Reaktion darauf durchführen, dass festgestellt wird, dass die Metrik einen Fehler oder einen anderen Indikator für einen verschlechterten Zustand anzeigt. Schritt 210 kann das Vergleichen der Metrik, die den Status der Eingangsstromversorgung anzeigt, mit einer Grundlinienmetrik beinhalten, um zu bestimmen, ob die Metrik einen verschlechterten Zustand der Eingangsstromversorgung anzeigt, und die Aktion kann nur als Reaktion auf die Bestimmung des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung durchgeführt werden. Die auszuführende Aktion oder Reaktion kann von einem oder mehreren Werten der Metrik abhängen. Zu den durchzuführenden Maßnahmen kann beispielsweise die Erzeugung eines Diagnoseproblemcodes (DTC), die Begrenzung der Ausgangsleistung des Motors 19 und/oder die Benachrichtigung eines Fahrzeugführers gehören. Die Generierung des DTC kann die Speicherung des DTC im Speicher einer oder mehrerer elektronischer Steuereinheiten, wie z. B. eines Antriebsstrang-Steuermoduls (PCM) oder eines EPS-Steuergeräts, umfassen. Zusammen mit dem DTC können weitere zugehörige Daten gespeichert werden, z. B. das Datum und die Uhrzeit der Erzeugung sowie zugehörige Parameter und/oder Bedingungen. Die Benachrichtigung des Fahrzeugführers kann das Einschalten einer Warnleuchte am Armaturenbrett und/oder eine HMI-Meldung umfassen, die anzeigt, dass eine Wartung erforderlich ist.
In Schritt 212 wird das Verfahren 200 mit dem Hochfahren des Motors 19 auf ein vorgegebenes Drehmoment abgeschlossen. Schritt 212 kann beispielsweise die Wiederaufnahme des Funktionsbetriebs durch das Steuersystem 24 beinhalten. Ein solcher Funktionsbetrieb kann durch die Aktion beeinträchtigt werden, zum Beispiel in Fällen, in denen die Ausgangsleistung des Motors 19 begrenzt ist.
7A - 7C zeigen ein Flussdiagramm, das allgemein ein Verfahren 300 zur Steuerung eines Motors 19 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Verfahren 300 kann eine Variation und/oder eine spezifische Version des in 3 dargestellten Verfahrens 200 sein. Das Verfahren 300 kann durch den Prozessor 102 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden. Wie in Anbetracht der Offenbarung zu erkennen ist, ist die Reihenfolge der Abläufe innerhalb des Verfahrens nicht auf die sequentielle Ausführung, wie sie in den 7A - 7C dargestellt ist, beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen, soweit anwendbar und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung, durchgeführt werden.
Bei 302 beginnt das Verfahren 300 mit einem Startereignis. Beispielsweise kann der Prozessor 102 mit der Durchführung des Verfahrens 300 während eines Systemstarts beginnen, z. B. beim Starten des Fahrzeugs oder beim Einschalten der Stromversorgung für das Zubehör. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 300 als Teil einer Initialisierungsfunktion (init-Funktion) zu Beginn eines „Betriebs“-Zustands eines Steuersystems 24 ausgeführt werden.
Bei 304 befiehlt das Verfahren 300 dem Motor 19, ein Null-Drehmoment zu erzeugen. Beispielsweise kann der Prozessor 102 veranlassen, dass der Motor 19 sich während des Verfahrens 300 für eine gewisse Zeit in einem Modus ohne Drehmomenterzeugung befindet. Der Motor 19 kann ein Motor in einem EPS-System und/oder einem SbW-System sein.
Bei 306 legt das Verfahren 300 ein sinusförmiges Stimulierungssignal an den Motor 19 an. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 102 beispielsweise einen Wechselrichter veranlassen, eine Sinus- oder Wechselspannung (AC-Spannung) als Spannungsvektor $\vec{V}$
anzulegen, um eine entsprechende elektrische Leistung an den Motor 19 zu liefern.
Bei 308 misst das Verfahren 300 eine Brückenspannung. Bei der Brückenspannung kann es sich um eine Spannung zwischen elektrischen Leitern des Kabelbaums 12 handeln, der das Steuergerät 16 mit Leistung von der Fahrzeugstromversorgung 10 versorgt. Bei der Brückenspannung kann es sich beispielsweise um die Spannung einer Stromversorgung handeln, die vom Kabelbaum 12 in das Steuergerät 16 eingespeist wird und die gleichgerichtet und umgewandelt oder anderweitig vom Steuergerät 16 gesteuert wird, um den Motor 19 mit Leistung zu versorgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Brückenspannung eine Spannung über einer Gleichstrombrücke innerhalb des Steuergeräts 16 sein, die in einen Wechselrichter eingegeben wird, der den Motor 19 mit Wechselstrom versorgt.
Bei 310 wertet das Verfahren 300 den elektrischen Leistungsverbrauch aus. Beispielsweise kann der Prozessor 102 einen vom Motor 19 und dem Steuergerät 16 verbrauchten Leistungsbetrag auf der Grundlage der Brückenspannung, der angelegten Motorspannung und des dem Motor 19 zugeführten Motorstroms berechnen. Außerdem kann der Prozessor 102 die vom Kabelbaum 12 verbrauchte Leistung berechnen und bei Kenntnis der Spannung den Widerstand des Kabelbaums 12 errechnen. Durch Induzieren einer Stromlast durch den Motor 19 und Verursachen einer Stromaufnahme am Kabelbaum 12 und Betrachten des Spannungsbrückeneffekts können das System und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung den Leistungsverbrauch an dem Kabelbaum 12, der das Steuergerät 16 versorgt, und/oder an einer Motorverdrahtungsverbindung (nicht gezeigt), die das Steuergerät 16 und den Motor 19 elektrisch verbindet, auswerten. Durch die Auswertung des Leistungsverbrauchs des Kabelbaums 12 und/oder der Motorverdrahtungsverbindung kann das Steuergerät 16 effektiv einen Widerstand des Kabelbaums 12 und/oder der Motorverdrahtungsverbindung auswerten. Die Motorverdrahtungsverbindung kann einen oder mehrere elektrische Leiter, wie z. B. Drähte oder Stromschienen, und/oder einen oder mehrere elektrische Verbinder, wie z. B. Kabelschuhe, Steckdosen, Stecker, Fahnen, Verdrahtungsklemmen usw. umfassen.
Bei 312 führt das Verfahren 300 eine Bewertung des Funktionszustands (SoH) durch. Beispielsweise kann der Prozessor 102 einen vorläufigen SoH-Wert auf der Grundlage des elektrischen Leistungsverbrauchs, des Kabelbaumwiderstands und/oder der Brückenspannung berechnen. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 102 einen neuen SoH-Wert auf der Grundlage des vorläufigen SoH-Werts in Kombination mit einem oder mehreren anderen Faktoren, wie einem erwarteten SoH und/oder einem oder mehreren vorherigen SoH-Werten, bestimmen.
Bei 314 bestimmt das Verfahren 300 den erwarteten SoH. Der erwartete SoH kann auch als Grundlinien-SoH bezeichnet werden. Beispielsweise kann der Prozessor 102 den erwarteten SoH-Wert auf der Grundlage des elektrischen Leistungsverbrauchs berechnen, wenn sich die Stromversorgung in einem gesunden oder nicht verschlechterten Zustand befindet. In Schritt 312 kann der erwartete SoH zur Berechnung eines neuen SoH-Wertes verwendet werden. Ein Faktor bei der Bestimmung des neuen SoH kann zum Beispiel die Differenz zwischen dem vorläufigen SoH-Wert und einem oder mehreren erwarteten SoH-Werten sein.
Bei 316 bestimmt das Verfahren 300 einen vorherigen SoH-Wert. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 einen oder mehrere vorherige SoH-Werte aus einem Speicher laden. In Schritt 312 kann der vorherige SoH-Wert zur Berechnung eines neuen SoH-Wertes verwendet werden. Ein Faktor bei der Bestimmung des neuen SoH kann zum Beispiel ein Grad der Veränderung gegenüber einem oder mehreren vorherigen SoH-Werten sein.
In einigen Ausführungsformen enthält der Prozessor 102 eine Logik zur Verfolgung des vorherigen Zustands der Metrik (z. B. eines oder mehrerer vorheriger SoH-Werte), um Entscheidungen darüber zu erleichtern, ob das Verhalten der reduzierten Ausgangsleistung gespeichert oder die Leistung wieder auf den vollen Wert zurückgesetzt werden soll. Sie kann auch für andere Zwecke verwendet werden, z. B. zum Erlernen des erwarteten Verhaltens des spezifischen Systems beim Start und zur Anpassung der Berechnungen der Metrik.
7B zeigt eine Fortsetzung des Verfahrens 300 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. In Schritt 318 bestimmt das Verfahren 300, ob ein DTC-Schwellenwert erfüllt ist. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 den in Schritt 312 berechneten SoH-Wert mit einem vorbestimmten DTC-Schwellenwert vergleichen.
In Schritt 320 protokolliert das Verfahren 300 einen DTC in Reaktion auf die Feststellung, dass der DTC-Schwellenwert in Schritt 318 erreicht wurde. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 den DTC protokollieren, was die Speicherung einer Zeit und/oder anderer Parameter beinhalten kann, wenn der DTC-Schwellenwert erreicht wurde.
In Schritt 322 unternimmt das Verfahren 300 als Reaktion auf die Feststellung, dass der DTC-Schwellenwert in Schritt 318 nicht erreicht wurde, nichts. Beispielsweise fährt der Prozessor 102 als Reaktion auf die Feststellung, dass der DTC-Schwellenwert nicht erreicht ist, mit anderen Aufgaben fort.
In Schritt 324 passt das Verfahren 300 eine Ausgangsleistungsbegrenzung an. Beispielsweise kann der Prozessor 102 einen Ausgangsleistungsbegrenzungswert anpassen, der eine Höchstgrenze der Leistung steuert, die als Reaktion auf den SoH-Wert an den Motor 19 ausgegeben wird. In einigen Ausführungsformen kann ein SoH-Wert, der anzeigt, dass die Eingangsstromversorgung einen verschlechterten Zustand aufweist, dazu führen, dass der Ausgangsleistungsbegrenzungswert auf einen vorbestimmten Wert gesetzt oder um einen vorbestimmten Betrag erhöht wird.
In Schritt 326 geht das Verfahren 300 in den Normalbetrieb über. Beispielsweise kann der Prozessor 102 das System mit dem Motor 19 in einem Betriebsmodus zur Erzeugung eines Drehmoments zum Lenken des Fahrzeugs betreiben. Der Normalbetrieb kann fortgesetzt werden, wobei die Ausgangsleistung des Motors 19 durch den Ausgangsleistungsbegrenzungswert begrenzt wird.
In einigen Ausführungsformen und wie in 7C gezeigt, umfasst das Verfahren 300 die Speicherung eines vorherigen SoH-Wertes. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 den in Schritt 312 berechneten SoH-Wert in einem Speicher für eine spätere Bezugnahme und/oder für eine spätere Verwendung speichern, wie in Schritt 316.
8 zeigt ein Flussdiagramm, das allgemein ein erstes Verfahren 400 zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor in einem Fahrzeug mit Leistung versorgt, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das erste Verfahren 400 kann gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung von dem Prozessor 102 durchgeführt werden. Wie in Anbetracht der Offenbarung zu erkennen ist, ist die Reihenfolge der Operationen des Verfahrens nicht auf die in 8 dargestellte sequentielle Ausführung beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen durchgeführt werden, je nach Anwendbarkeit und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
In Schritt 402 erzeugt das erste Verfahren 400 ein sinusförmiges Stimulierungssignal. Das sinusförmige Stimulierungssignal kann eine Größe oder Amplitude und eine Frequenz enthalten.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des sinusförmigen Stimulierungssignals das Erzeugen eines diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals, das sich einer Sinuskurve annähert. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 102 beispielsweise das diskretisierte Sinussignal mit einer Vielzahl von diskreten Schritten erzeugen. Ein Beispiel für ein solches diskretisiertes sinusförmiges Stimulierungssignal ist in 5 dargestellt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals in Schritt 402 das Erzeugen eines diskretisierten periodischen Rampensignals. Ein Beispiel für ein solches diskretisiertes sinusförmiges Stimulierungssignal ist in der ersten Kurve 120 von 4 dargestellt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals auch das Bestimmen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals auf der Grundlage des diskretisierten periodischen Rampensignals. Beispielsweise kann eine Nachschlagetabelle verwendet werden, um einen Wert des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals basierend auf einem gegebenen Wert des diskretisierten periodischen Rampensignals zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann der Wert des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals auf der Grundlage eines gegebenen Wertes des diskretisierten periodischen Rampensignals berechnet oder anderweitig bestimmt werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals in Schritt 402 das Bestimmen eines Wertes unter Verwendung eines Terms zur Kompensation von Jitter, der durch eine Inkonsistenz im Zeitablauf eingeführt wird, um mindestens eine Berechnung durchzuführen. Beispielsweise kann das Bestimmen des Wertes das Berechnen der ersten diskretisierten periodischen Rampenfunktion t_Stim [n] unter Verwendung der oben angegebenen Gleichung (6) umfassen, die die Mikroprozessor-Schrittdauer bei Vorhandensein des Jitter-Terms t_µ-prozessor enthält, um den durch eine Inkonsistenz im Zeitablauf eingeführten Jitter zu kompensieren.
In Schritt 404 legt das erste Verfahren 400 unter Verwendung der Eingangsstromversorgung das sinusförmige Stimulierungssignal an den Motor an. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 102 beispielsweise einen Wechselrichter veranlassen, das sinusförmige Stimulierungssignal als sinusförmige d-Achsen-Spannung an den Motor 19 anzulegen. Der Motor 19 kann ein Motor in einem EPS-System und/oder einem SbW-System sein.
In Schritt 406 misst das erste Verfahren 400 eine Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal. Beispielsweise kann die Eingangsspannung an einem Leistungseingang des Steuergeräts 16 gemessen werden, an dem das Steuergerät 16 über den Kabelbaum 12 Leistung von der Fahrzeugstromversorgung 10 erhält, während das sinusförmige Stimulierungssignal an den Motor 19 angelegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Eingangsspannung eine Brückenspannung einer Gleichstrombrücke umfassen, die einen Wechselrichter mit Gleichstrom versorgt, der den Motor 19 mit Wechselstrom versorgt.
In Schritt 408 berechnet das erste Verfahren 400 auf der Grundlage der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal eine Metrik, die einen Status der Eingangsstromversorgung anzeigt. Der Status der Eingangsstromversorgung kann den Status der von der Fahrzeugstromversorgung 10 an das Steuergerät 16 über den Kabelbaum 12 gelieferten Leistung umfassen. Beispielsweise kann der Prozessor 102 ein Absacken in der Eingangsspannung messen, das sich aus dem Anlegen von elektrischer Leistung an den Motor 19 ergibt, und einen Betrag dieses Absackens mit einer vorbestimmten Konstante multiplizieren, um die Reaktionsmetrik zu berechnen. In einigen Ausführungsformen kann die Reaktionsmetrik proportional zu einem geschätzten Widerstand in der Stromversorgung des Steuergeräts 16 sein. Der geschätzte Widerstand kann einen Widerstand im Kabelbaum 12 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Reaktionsmetrik nicht proportional zu einem geschätzten Widerstand in der Stromversorgung für das Steuergerät 16 sein.
In Schritt 410 bestimmt das erste Verfahren 400 einen verschlechterten Zustand der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Metrik, die den Status der Eingangsstromversorgung anzeigt. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 die Metrik, die den Status der Eingangsstromversorgung anzeigt, mit einem Grundlinienwert vergleichen, um zu bestimmen, ob die Metrik einen verschlechterten Zustand der Eingangsstromversorgung anzeigt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung die Schätzung eines Kabelbaumwiderstandswertes unter Verwendung eines statistischen Modells. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 102 beispielsweise den Kabelbaumwiderstandswert R_harness durch Berechnen des statistischen Modells schätzen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Schätzen des Kabelbaumwiderstandswertes unter Verwendung des statistischen Modells das Berechnen einer Kabelbaumwiderstandsschätzung auf der Grundlage einer Größe der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal und eines Durchschnitts der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 Anweisungen ausführen, um die oben beschriebene Gleichung (13) zu implementieren, um einen Kabelbaumwiderstandsschätzwert R_hEst zu berechnen. Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor 102 Anweisungen ausführen, um die oben beschriebene Gleichung (14) zu implementieren, um den Kabelbaumwiderstandsschätzwert R_hEst zu berechnen.
In Schritt 412 führt das erste Verfahren 400 eine Aktion in Reaktion auf die Feststellung eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung durch. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 als Reaktion auf die Feststellung des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung eine Aktion durchführen. Die Aktion kann von einem oder mehreren Werten der Metrik abhängen. Die Aktion kann beispielsweise das Erzeugen eines Diagnoseproblemcodes (DTC), die Begrenzung der Ausgangsleistung des Motors 19, das Übermitteln einer Nachricht an die entfernte ECU 106 und/oder das Benachrichtigen eines Fahrzeugbetreibers umfassen. Das Erzeugen des DTC kann das Speichern des DTC im Speicher 105 des Steuergeräts 16 und/oder in einem Speicher einer oder mehrerer dezentraler ECUs 106, wie z. B. einem Antriebsstrang-Steuermodul (PCM), umfassen.
9 zeigt ein Flussdiagramm, das allgemein ein zweites Verfahren 500 zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor in einem Fahrzeug mit Leistung versorgt, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Ein oder mehrere Schritte des zweiten Verfahrens 500 können gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung von dem Prozessor 102 ausgeführt werden. Wie in Anbetracht der Offenbarung zu erkennen ist, ist die Reihenfolge der Operationen des Verfahrens nicht auf die in 9 dargestellte sequentielle Ausführung beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen ausgeführt werden, je nach Anwendbarkeit und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
In Schritt 502 erzeugt das zweite Verfahren 500 ein Stimulierungssignal mit einer Stimulierungsgröße. In einigen Ausführungsformen kann das Stimulierungssignal ein sinusförmiges Stimulierungssignal umfassen. Das Stimulierungssignal kann jedoch auch eine periodische oder nicht-periodische Wellenform aufweisen. So kann das Stimulierungssignal beispielsweise eine dreieckige oder sägezahnförmige Wellenform aufweisen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Erzeugung des Stimulierungssignals die Bestimmung der Stimulierungsgröße auf der Grundlage einer Schätzung des Kabelbaumwiderstandswertes R_harness. Der geschätzte Wert des Kabelbaumwiderstandwertes R_harness kann eine Schätzung des Kabelbaumwiderstandes R_hEst enthalten, die mit einem Verfahren der vorliegenden Offenbarung zu einem früheren Zeitpunkt bestimmt wurde. Alternativ oder zusätzlich kann die Schätzung des Kabelbaumwiderstandswertes R_harness einen Kabelbaumwiderstandsschätzwert R_hEst umfassen, der mit einem anderen Verfahren bestimmt wurde, beispielsweise durch Verwendung von Sensordaten zur Messung des Kabelbaumwiderstandswertes R_harness, entweder direkt oder indirekt. Alternativ oder zusätzlich kann der geschätzte Kabelbaumwiderstandswert R_harness anhand eines Modells der Verschlechterung als Funktion von Zeit, Temperatur und/oder einem oder mehreren anderen Faktoren bestimmt werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen der Stimulierungsgröße auf der Grundlage der Schätzung des Kabelbaumwiderstandswertes R_harness das Bestimmen einer maximalen Stimulierungsgröße, um eine Brückenspannung der Eingangsstromversorgung über einem vorbestimmten Wert zu halten. Der vorbestimmte Wert kann beispielsweise einen Spannungspegel umfassen, der erforderlich ist, um den Prozessor 102 und/oder andere Schaltungen in einem betriebsbereiten Zustand zu halten.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen der Stimulierungsgröße auf der Grundlage der Schätzung des Kabelbaumwiderstandswerts R_harness das Bestimmen einer maximalen Stimulierungsgröße auf der Grundlage eines Näherungswerts für die Batteriespannung der Eingangsstromversorgung. Beispielsweise kann die maximale Stimulierungsgröße so bestimmt werden, dass die Batteriespannung V_Batt der Batterie 70 über einer vorgegebenen minimalen Batteriespannung gehalten wird. Die vorbestimmte minimale Batteriespannung kann festgelegt werden, um den Funktionszustand der Batterie 70 aufrecht zu erhalten und/oder um sicherzustellen, dass ein oder mehrere andere Systeme und/oder Geräte, die von der Batterie 70 versorgt werden, keine Unterbrechung der Leistung von der Batterie 70 erfahren.
In Schritt 504 legt das zweite Verfahren 500, unter Verwendung der Eingangsstromversorgung, das Stimulierungssignal an den Motor an. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor 102 zum Beispiel einen Wechselrichter veranlassen, das Stimulierungssignal als d-Achsen-Spannung an den Motor 19 anzulegen. Der Motor 19 kann ein Motor in einem EPS-System und/oder einem SbW-System sein.
In Schritt 506 misst das zweite Verfahren 500 eine Reaktion auf das Stimulierungssignal. Beispielsweise kann die Eingangsspannung an einem Leistungseingang des Steuergeräts 16 gemessen werden, an dem das Steuergerät 16 über den Kabelbaum 12 Leistung von der Fahrzeugstromversorgung 10 erhält, während das sinusförmige Stimulierungssignal an den Motor 19 angelegt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Eingangsspannung eine Brückenspannung einer Gleichstrombrücke umfassen, die einen Wechselrichter mit Gleichstrom versorgt, der den Motor 19 mit Wechselstromleistung versorgt.
In Schritt 508 berechnet das zweite Verfahren 500 auf der Grundlage der Reaktion auf das Stimulierungssignal eine Metrik, die einen Status der Eingangsstromversorgung anzeigt. Der Status der Eingangsstromversorgung kann den Status der von der Fahrzeugstromversorgung 10 an das Steuergerät 16 über den Kabelbaum 12 gelieferten Leistung umfassen. Beispielsweise kann der Prozessor 102 ein Absacken der Eingangsspannung messen, das sich aus dem Anlegen von elektrischer Leistung an den Motor 19 ergibt, und einen Betrag dieses Absackens mit einer vorbestimmten Konstante multiplizieren, um die Reaktionsmetrik zu berechnen. In einigen Ausführungsformen kann die Reaktionsmetrik proportional zu einem geschätzten Widerstand in der Stromversorgung des Steuergeräts 16 sein. Der geschätzte Widerstand kann einen Widerstand im Kabelbaum 12 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Reaktionsmetrik nicht proportional zu einem geschätzten Widerstand in der Stromversorgung des Steuergeräts 16 sein.
In Schritt 510 bestimmt das zweite Verfahren 500 einen verschlechterten Zustand der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Metrik, die den Status der Eingangsstromversorgung anzeigt. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 die Metrik, die den Status der Eingangsstromversorgung anzeigt, mit einem Grundlinienwert vergleichen, um zu bestimmen, ob die Metrik einen verschlechterten Zustand der Eingangsstromversorgung anzeigt. In einigen Ausführungsformen kann der Zustand der Eingangsstromversorgung einen Kabelbaumwiderstandswert umfassen.
In Schritt 512 führt das zweite Verfahren 500 als Reaktion auf die Feststellung eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung eine Aktion aus. Zum Beispiel kann der Prozessor 102 als Reaktion auf die Feststellung des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung eine Aktion durchführen. Die Aktion kann von einem oder mehreren Werten der Metrik abhängen. Die Aktion kann beispielsweise das Erzeugen eines Diagnoseproblemcodes (DTC), die Begrenzung der Ausgangsleistung des Motors 19, die Übermittlung einer Nachricht an die entfernte ECU 106 und/oder die Benachrichtigung eines Fahrzeugbetreibers umfassen. Das Erzeugen des DTC kann das Speichern des DTC im Speicher 105 des Steuergeräts 16 und/oder in einem Speicher einer oder mehrerer entfernter ECUs 106, wie z. B. einem Antriebsstrang-Steuermodul (PCM), umfassen.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor mit Leistung versorgt, die folgenden Schritte: Erzeugen eines sinusförmigen Stimulierungssignals; Anlegen des sinusförmigen Stimulierungssignals an den Motor unter Verwendung der Eingangsstromversorgung; Messen einer Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal; Bestimmen eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal; und Ausführen einer Aktion in Reaktion auf die Bestimmung des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung.
In einigen Ausführungsformen ist das sinusförmige Stimulierungssignal eine nicht drehmomenterzeugende Spannung, die den Motor veranlasst, ein Nettodrehmoment von Null zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Anlegen des sinusförmigen Stimulierungssignals an den Motor das Schalten einer Gleichstromleistung mit einer Brückenspannung durch einen Wechselrichter, und wobei die Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal eine sinusförmige Spannungskomponente der Brückenspannung umfasst.
In einigen Ausführungsformen weist das sinusförmige Stimulierungssignal eine Stimulierungsfrequenz auf und die sinusförmige Spannungskomponente der Brückenspannung weist eine Reaktionsfrequenz auf, die dem Doppelten der Stimulierungsfrequenz entspricht.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Erzeugung des sinusförmigen Stimulierungssignals die Erzeugung eines diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals, das sich einer Sinuskurve annähert.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Erzeugung des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals die Erzeugung eines diskretisierten periodischen Rampensignals und die Bestimmung des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals auf der Grundlage des diskretisierten periodischen Rampensignals.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Erzeugen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals das Bestimmen eines Wertes unter Verwendung eines Terms zur Kompensation von Jitter, der durch eine Inkonsistenz im Zeitablauf eingeführt wird, um mindestens eine Berechnung durchzuführen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Bestimmung des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung die Schätzung eines Kabelbaumwiderstandswertes unter Verwendung eines statistischen Modells.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Schätzen des Kabelbaumwiderstandswertes unter Verwendung des statistischen Modells das Berechnen einer Kabelbaumwiderstandsschätzung auf der Grundlage einer Größe der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal und eines Durchschnitts der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor mit Leistung versorgt, die folgenden Schritte: Erzeugen eines Stimulierungssignals mit einer Stimulierungsgröße; Anlegen des Stimulierungssignals an den Motor unter Verwendung der Eingangsstromversorgung; Messen einer Reaktion auf das Stimulierungssignal; Bestimmen eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Reaktion auf das Stimulierungssignal; und Ausführen einer Aktion in Reaktion auf die Bestimmung des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung. In einigen Ausführungsformen umfasst der verschlechterte Zustand der Eingangsstromversorgung einen Kabelbaumwiderstandswert. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Erzeugen des Stimulierungssignals das Bestimmen der Stimulierungsgröße basierend auf einer Schätzung des Kabelbaumwiderstandswerts.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Stimulierungssignal ein sinusförmiges Stimulierungssignal.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen der Stimulierungsgröße auf der Grundlage der Schätzung des Kabelbaumwiderstandswerts das Bestimmen einer maximalen Stimulierungsgröße, um eine Brückenspannung der Eingangsstromversorgung über einem vorgegebenen Wert zu halten.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen der Stimulierungsgröße auf der Grundlage der Schätzung des Kabelbaumwiderstandswerts ferner das Bestimmen einer maximalen Stimulierungsgröße auf der Grundlage eines Näherungswerts einer Batteriespannung der Eingangsstromversorgung.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein System zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor mit Leistung versorgt, einen Prozessor und einen Speicher mit Anweisungen. Wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, veranlassen die Anweisungen den Prozessor dazu: ein sinusförmiges Stimulierungssignal zu erzeugen; das sinusförmige Stimulierungssignal unter Verwendung der Eingangsstromversorgung an den Motor anzulegen; eine Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal zu messen; einen verschlechterten Zustand der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal zu bestimmen; und eine Aktion in Reaktion auf die Bestimmung eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung durchzuführen.
In einigen Ausführungsformen ist das sinusförmige Stimulierungssignal eine nicht drehmomenterzeugende Spannung, die den Motor veranlasst, ein Nettodrehmoment von Null zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Anlegen des sinusförmigen Stimulierungssignals an den Motor, dass die Anweisungen den Prozessor veranlassen, einen Wechselrichter zum Schalten einer Gleichstromleistung mit einer Brückenspannung zu veranlassen, und wobei die Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal eine sinusförmige Spannungskomponente der Brückenspannung umfasst.
In einigen Ausführungsformen weist das sinusförmige Stimulierungssignal eine Stimulierungsfrequenz auf und die sinusförmige Spannungskomponente der Brückenspannung weist eine Reaktionsfrequenz auf, die dem Doppelten der Stimulierungsfrequenz entspricht.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Erzeugung des sinusförmigen Stimulierungssignals die Erzeugung eines diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals, das sich einer Sinuskurve annähert.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Erzeugung des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals die Erzeugung eines diskretisierten periodischen Rampensignals und die Bestimmung des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals auf der Grundlage des diskretisierten periodischen Rampensignals.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Erzeugung des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals die Bestimmung eines Wertes unter Verwendung eines Terms zur Kompensation von Jitter, der durch eine Inkonsistenz im Zeitablauf der Berechnungen eingeführt wird.
Die vorstehenden Ausführungen sollen die Grundsätze und verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden für den Fachmann offensichtlich, sobald die vorstehende Offenbarung vollständig verstanden ist. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche so ausgelegt werden, dass sie alle derartigen Variationen und Modifikationen umfassen.
Das Wort „Beispiel“ wird hier verwendet, um als Beispiel, Instanz oder Illustration zu dienen. Jeder hier als „Beispiel“ beschriebene Aspekt oder Entwurf ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Entwürfen auszulegen. Vielmehr soll die Verwendung des Wortes „Beispiel“ dazu dienen, Konzepte in einer konkreten Weise darzustellen. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein einschließendes „oder“ bedeuten und nicht ein ausschließendes „oder“. Das heißt, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, ist mit „X schließt A oder B ein“ jede der natürlichen, einschließenden Permutationen gemeint. Das heißt, wenn X A einschließt, X B einschließt oder X sowohl A als auch B einschließt, dann ist „X schließt A oder B ein“ in jedem der vorgenannten Fälle erfüllt. Darüber hinaus sollten die Artikel „einer/eine/eines“, wie sie in dieser Anmeldung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, im Allgemeinen so ausgelegt werden, dass sie „ein oder mehrere“ bedeuten, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben oder aus dem Kontext geht eindeutig hervor, dass sie sich auf eine Singularform beziehen. Darüber hinaus ist die Verwendung des Begriffs „eine Implementierung“ oder „die eine Implementierung“ nicht gleichbedeutend mit derselben Ausführungsform oder Implementierung, es sei denn, sie wird als solche beschrieben.
Implementierungen der hierin beschriebenen Systeme, Algorithmen, Verfahren, Anweisungen usw. können in Hardware, Software oder einer beliebigen Kombination davon realisiert werden. Bei der Hardware kann es sich beispielsweise um Computer, Kerne aus geistigem Eigentum (IP), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikarrays, optische Prozessoren, programmierbare Logiksteuerungen, Mikrocode, Mikrocontroller, Server, Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder jede andere geeignete Schaltung handeln. In den Ansprüchen ist der Begriff „Prozessor“ so zu verstehen, dass er jede der vorgenannten Hardware entweder einzeln oder in Kombination umfasst. Die Begriffe „Signal“ und „Daten“ werden austauschbar verwendet.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff Modul eine verpackte funktionale Hardwareeinheit umfassen, die für die Verwendung mit anderen Komponenten ausgelegt ist, einen Satz von Anweisungen, die von einem Steuergerät (z. B. einem Prozessor, der Software oder Firmware ausführt) ausgeführt werden können, Verarbeitungsschaltungen, die für die Ausführung einer bestimmten Funktion konfiguriert sind, und eine in sich geschlossene Hardware- oder Softwarekomponente, die eine Schnittstelle zu einem größeren System bildet. Ein Modul kann beispielsweise einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA), einen Schaltkreis, einen digitalen Logikschaltkreis, einen analogen Schaltkreis, eine Kombination aus diskreten Schaltkreisen, Gattern und anderen Arten von Hardware oder einer Kombination davon umfassen. In anderen Ausführungsformen kann ein Modul einen Speicher enthalten, in dem Anweisungen gespeichert sind, die von einem Steuergerät ausgeführt werden können, um ein Merkmal des Moduls zu implementieren.
In einem Aspekt können die hier beschriebenen Systeme beispielsweise mit einem Allzweckcomputer oder einem Allzweckprozessor mit einem Computerprogramm implementiert werden, das bei seiner Ausführung die jeweiligen hier beschriebenen Verfahren, Algorithmen und/oder Anweisungen ausführt. Zusätzlich oder alternativ kann z. B. ein spezieller Computer/Prozessor verwendet werden, der andere Hardware zur Ausführung der hier beschriebenen Verfahren, Algorithmen oder Anweisungen enthalten kann.
Darüber hinaus können alle oder ein Teil der Implementierungen der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das beispielsweise von einem computerverwendbaren oder computerlesbaren Medium zugänglich ist. Ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium kann ein beliebiges Gerät sein, das z. B. das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem beliebigen Prozessor greifbar enthalten, speichern, übermitteln oder transportieren kann. Das Medium kann beispielsweise ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches oder ein Halbleitergerät sein. Andere geeignete Medien sind ebenfalls verfügbar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen, Implementierungen und Aspekte wurden beschrieben, um ein einfaches Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen und schränken die vorliegende Offenbarung nicht ein. Im Gegenteil, die Offenbarung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, wobei der Anwendungsbereich so weit wie möglich auszulegen ist, um alle derartigen Modifikationen und äquivalenten Strukturen zu umfassen, die nach dem Gesetz zulässig sind.

Claims

Verfahren zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor mit Leistung versorgt, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines sinusförmigen Stimulierungssignals; Anlegen des sinusförmigen Stimulierungssignals an den Motor unter Verwendung der Eingangsstromversorgung; Messen der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal; Berechnen einer Metrik, die einen Status der Eingangsstromversorgung anzeigt, auf der Grundlage der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal; Bestimmen eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal; und Durchführen einer Aktion als Reaktion auf das Bestimmen des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das sinusförmige Stimulierungssignal eine kein Drehmoment erzeugende Spannung ist, die den Motor veranlasst, ein Nettodrehmoment von Null zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anlegen des sinusförmigen Stimulierungssignals an den Motor das Schalten einer Gleichstromleistung mit einer Brückenspannung durch einen Wechselrichter umfasst, und wobei die Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal eine sinusförmige Spannungskomponente der Brückenspannung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das sinusförmige Stimulierungssignal eine Stimulierungsfrequenz aufweist und die sinusförmige Spannungskomponente der Brückenspannung eine Reaktionsfrequenz aufweist, die gleich dem Doppelten der Stimulierungsfrequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des sinusförmigen Stimulierungssignals das Erzeugen eines diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals umfasst, das sich einer Sinuskurve annähert.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Erzeugen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals das Erzeugen eines diskretisierten periodischen Rampensignals und das Bestimmen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals basierend auf dem diskretisierten periodischen Rampensignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Erzeugen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals das Bestimmen eines Wertes unter Verwendung eines Terms zum Kompensieren von Jitter beinhaltet, der durch eine Inkonsistenz im Zeitablauf eingeführt wird, um mindestens eine Berechnung durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung das Schätzen eines Kabelbaumwiderstandswertes unter Verwendung eines statistischen Modells umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Schätzen des Kabelbaumwiderstandswertes unter Verwendung des statistischen Modells das Berechnen einer Kabelbaumwiderstandsschätzung auf der Grundlage einer Größe der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal und eines Durchschnitts der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal umfasst.
Verfahren zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor mit Leistung versorgt, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugung eines Stimulierungssignals mit einer Stimulierungsgröße; Anlegen des Stimulierungssignals an den Motor unter Verwendung der Eingangsstromversorgung; Messung einer Reaktion auf das Stimulierungssignal; Bestimmung eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung auf der Grundlage der Reaktion auf das Stimulierungssignal; und Durchführung einer Aktion als Reaktion auf die Bestimmung eines verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung, wobei der verschlechterte Zustand der Eingangsstromversorgung einen Kabelbaumwiderstandswert umfasst, und wobei die Erzeugung des Stimulierungssignals die Bestimmung der Stimulierungsgröße auf der Grundlage einer Schätzung des Kabelbaumwiderstandswerts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Stimulierungssignal ein sinusförmiges Stimulierungssignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Bestimmung der Stimulierungsgröße auf der Grundlage der Schätzung des Kabelbaumwiderstandswerts die Bestimmung einer maximalen Stimulierungsgröße einschließt, um eine Brückenspannung der Eingangsstromversorgung über einem vorgegebenen Wert zu halten.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen der Stimulierungsgröße auf der Grundlage der Schätzung des Kabelbaumwiderstandswerts ferner das Bestimmen einer maximalen Stimulierungsgröße auf der Grundlage einer Annäherung an eine Batteriespannung der Eingangsstromversorgung umfasst.
System zur Diagnose einer Eingangsstromversorgung, die einen Motor mit Leistung versorgt, wobei das System umfasst: einen Prozessor und einen Speicher, der Anweisungen enthält, die, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen: ein sinusförmiges Stimulierungssignal zu erzeugen; unter Verwendung der Eingangsstromversorgung das sinusförmige Stimulierungssignal an den Motor anzulegen; eine Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal zu messen; einen verschlechterten Zustand der Eingangsstromversorgung basierend auf der Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal zu bestimmen; und eine Aktion als Reaktion auf die Bestimmung des verschlechterten Zustands der Eingangsstromversorgung durchzuführen.
System nach Anspruch 14, wobei das sinusförmige Stimulierungssignal eine kein Drehmoment erzeugende Spannung ist, die den Motor veranlasst, ein Nettodrehmoment von Null zu erzeugen.
System nach Anspruch 14, wobei das Anlegen des sinusförmigen Stimulierungssignals an den Motor umfasst, dass die Anweisungen den Prozessor veranlassen, einen Wechselrichter zum Schalten einer Gleichstromleistung mit einer Brückenspannung zu veranlassen, und wobei die Reaktion auf das sinusförmige Stimulierungssignal eine sinusförmige Spannungskomponente der Brückenspannung enthält.
System nach Anspruch 16, wobei das sinusförmige Stimulierungssignal eine Stimulierungsfrequenz aufweist und die sinusförmige Spannungskomponente der Brückenspannung eine Reaktionsfrequenz aufweist, die gleich dem Doppelten der Stimulierungsfrequenz ist.
System nach Anspruch 14, wobei das Erzeugen des sinusförmigen Stimulierungssignals das Erzeugen eines diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals umfasst, das sich einer Sinuskurve annähert.
System nach Anspruch 18, wobei das Erzeugen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals das Erzeugen eines diskretisierten periodischen Rampensignals und das Bestimmen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals basierend auf dem diskretisierten periodischen Rampensignal umfasst.
System nach Anspruch 18, wobei das Erzeugen des diskretisierten sinusförmigen Stimulierungssignals das Bestimmen eines Wertes unter Verwendung eines Terms zum Kompensieren von Jitter beinhaltet, der durch eine Inkonsistenz im Zeitablauf von Berechnungen eingeführt wird.