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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Stromsensorfehlers bei einem EC-Motor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In heutigen Kraftfahrzeugen wird eine Vielzahl von elektrischen oder elektronischen Einrichtungen mit induktiven Lasten, wie bspw. Ventile, Elektromotoren oder Relais eingesetzt, die mittels Treiberstufen, üblicherweise Schalttransistoren, in der Regel pulsweitenmoduliert angesteuert werden.
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Als Elektromotoren werden zunehmend bürstenlose Motoren (auch EC-Motoren oder BLDC-Motoren genannt) eingesetzt, deren Ansteuerung im Falle eines 3-phasigen EC-Motors bekanntlich mittels drei Halbbrücken durchgeführt wird. Für die feldorientierte Ansteuerung des EC-Motors ist in jeder Motorphase ein Stromsensor zur Strommessung und evtl. ein Sensor zur Erfassung der Motorposition vorgesehen.
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Ein Betrieb im stromregulierten Steuermodus kann auch mit zwei Stromsensoren erfolgen, wie dies bspw. aus der
DE 10 2010 028 097 A1 bekannt ist.
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Fällt bei einer solchen Ansteuerung mit zwei Stromsensoren ein Stromsensor aus, kann der Betrieb des EC-Motors nicht aufrechterhalten werden, da in der Regel nicht lokalisiert werden kann, durch welchen Fehler in der Motorsteuerkette (mechanische Komponenten, Motorwinkelsensor, Brückenelektronik usw.) das Fehlverhalten ausgelöst wurde.
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Dieses Problem löst die oben genannte
DE 10 2010 028 097 A1 dadurch, dass aus dem mit einem ersten Stromsensor gemessenen Phasenstrom ein Zielwert für den mit einem zweiten Stromsensor gemessenen Phasenstrom bestimmt wird und ein Stromsensorfehler auf der Basis einer Differenz zwischen dem gemessenen Phasenstrom des zweiten Stromsensors und dem Zielwert identifiziert wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Zielwert für den gemessenen Phasenstrom des zweiten Stromsensors auf der Basis eines Spitzenwertes des Phasenstroms des ersten Stromsensors bestimmt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein zum bekannten Verfahren gemäß der
DE 10 2010 028 097 A1 alternatives Verfahren anzugeben, welches ebenso ohne zusätzliche elektronische Komponenten oder einer zusätzlichen Sensorik, die nicht bereits als Grundvoraussetzung für eine feldorientierte Ansteuerung des EC-Motors erforderlich sind, auskommt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Dieses Verfahren zur Bestimmung eines Stromsensorfehlers bei der Auswertung von Stromsensorsignalen von wenigstens zwei Stromsensoren, welche die Phasenströme von wenigstens einer ersten und zweiten Motorphase von sternförmig verbundenen Motorphasen eines dreiphasigen EC-Motors detektieren, wobei der EC-Motor in Abhängigkeit der gemessenen Phasenströme in einem stromregulierten Steuermodus mittels an die Motorphasen angelegten PWM-Spannungssignalen feldorientiert geregelt wird, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- – die Motorphasen mit PWM-Messsignalen beaufschlagt werden, deren Tastverhältnisse eine einen Stillstand des EC-Motors bewirkende Größe aufweisen,
- – aus den von den PWM-Messsignalen bewirkten Stromsensorsignalen der beiden Stromsensoren der ersten und zweiten Motorphase die zugehörigen Phasenströme bestimmt werden,
- – aus den Tastverhältnissen der an die Motorphasen angelegten PWM-Messsignale eine jeweils zu den Phasenströmen der ersten und zweiten Motorphase proportionale erste und zweite Sollgröße bestimmt werden,
- – die Quotienten einerseits aus den Phasenströmen der ersten und zweiten Motorphase und andererseits aus der ersten und zweiten Sollgröße verglichen werden, und
- – bei Abweichung der beiden Quotienten um ein vorgegebenes Maß ein Stromsensorfehler erkannt wird.
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Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, den Ausfall eines Stromsensors bei einem 2-Sensorsystem eines DC-Motors im Stillstand zu detektieren. Hierzu wird der Stromsensorfehler anhand der bekannten anliegenden Steuermuster der PWM-Messsignale erkannt, die in Beziehung mit dem Verhältnis der gemessenen Phasenströme der ersten und zweiten Motorphase gesetzt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass
- – mittels eines weiteren Stromsensors der Phasenstrom der dritten Motorphase des EC-Motors detektiert wird,
- – aus den Tastverhältnissen der an die Motorphasen angelegten PWM-Messsignale eine zu dem Phasenstrom proportionale dritte Sollgröße bestimmt wird,
- – die Quotienten aus den Phasenströmen der ersten, zweiten und dritten Motorphase jeweils mit einem Quotienten jeweils aus den zugehörigen drei Sollgrößen verglichen werden, und
- – bei einer Abweichung von wenigstens zwei Vergleichsergebnissen von einem vorgegebenen Maß derjenige Stromsensor als defekt erkannt wird, dessen detektierter Phasenstrom in dem Quotienten der beiden Vergleichsergebnisse verwendet wird.
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Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung kann nicht nur ein Stromsensorfehler erkannt werden, sondern darüber hinaus auch der fehlerhafte Stromsensor selbst detektiert werden.
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Ferner ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass zur Bestimmung der Sollgröße eines Phasenstromes eine Summe der Tastverhältnisse der PWM-Messsignale der beiden weiteren Motorphasen gebildet wird, von der der zweifache Betrag des Tastverhältnisses des PWM-Messsignals der einen Motorphase subtrahiert wird.
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Dieses erfindungsgemäße Verfahren kann in einfacher Weise softwaremäßig realisiert werden, ohne dass zusätzliche Hardware erforderlich wäre.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf eine einzige Figur näher erläutert und beschrieben. Diese 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung zum Betreiben eines EC-Motors 1 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit diesem EC-Motor 1 wird eine Fahrzeugfunktion eines Fahrzeugs realisiert.
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Diese Anordnung umfasst einen EC-Motor 1 mit einem Stator mit drei in Sternschaltung geschalteten und jeweils als Wicklung ausgeführten Motorphasen U, V und W. Diese drei Motorphasen U, V und W sind zum einen in einem Sternpunkt S zusammengeschaltet und zum anderen jeweils mit einer Halbbrücke HB1, HB2 und HB3 zur Zuführung von PWM-Signalen verbunden. Diese Halbbrücken HB1, HB2 und HB3 weisen jeweils einen Highside- und Lowside-Transistor auf und sind zur Energieversorgung an eine Bordnetzspannung Ubatt eines Fahrzeugs angeschlossen. Von einer Steuereinheit 2 werden die Halbbrücken HB1, HB2 und HB3 zur Erzeugung von PWM-Signalen mit vorgegebenen Tastverhältnissen angesteuert, die den Motorphasen U, V und W zugeführt werden.
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Zur feldorientierten Ansteuerung des EC-Motors 1 sind ein erster Stromsensor S1 und ein zweiter Stromsensor S2 in die Motorphase U und die Motorphase V geschaltet, deren Stromsensorsignale der Steuereinheit 2 zugeführt werden, die hieraus die Phasenströme Iu,sens und Iv,sens der Motorphasen U und V bestimmt, in deren Abhängigkeit die PWM-Signale für die Motorphasen U, V und W erzeugt werden.
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Ferner wird eine Funktionsüberwachung dieser Stromsensoren S1 und S2 durchgeführt, die im Folgenden erläutert wird. Ein alternatives Verfahren zur Funktionsüberwachung, bei dem ein weiterer, in der dritten Motorphase W angeordneter Stromsensor S3 vorgesehen ist, wird anschließend beschrieben.
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Diese Funktionsüberwachung wird mit von der Steuereinheit 2 mittels der Halbbrücken HB1, HB2 und HB3 erzeugten PWM-Messsignalen mit Tastverhältnissen DCu, DCv und DCw durchgeführt, wobei diese Tastverhältnisse der PWM-Messsignale eine solche Größe aufweisen, dass der EC-Motor 1 im Stillstand verbleibt, also nicht anläuft. Die von diesen PWM-Messsignalen in den Motorphasen U und V bewirkten Phasenströme Iu,sens und Iv,sens werden von den Stromsensoren S1 und S2 als Stromsensorsignale erfasst und zur Auswertung der Steuereinheit 2 zugeführt.
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Mathematisch lassen sich die Phasenströme Iu und Iv der Motorphasen U und V aus den anliegenden Strangspannungen der Motorphasen U, V und W sowie der Sternspannung Us bestimmen, wie nachfolgend abgeleitet wird.
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Hiernach bestimmen sich die Phasenströme I
u und I
v zunächst nach folgenden Formeln (1) und (2):
und
wobei U
s die Sternspannung der Sternschaltung der drei Motorphasen U, V und W ist, U
u und U
v die Strangspannungen der Motorphase U bzw. V und R
u und R
v die Wicklungswiderstände der Motorphasen U und V sind.
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Der Vollständigkeit halber sei auch die Formel (3) für den Phasenstrom I
w der dritten Motorphase W angeführt, die jedoch erst für das alternative Verfahren zur Funktionsüberprüfung von drei Stromsensoren S1, S2 und S3 erforderlich ist:
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Die Strangspannungen bzw. Motorspannungen U
u, U
v und U
w der Motorphasen U, V und W sowie die Strangspannung U
s bestimmen sich gemäß folgender Formeln (4), (5), (6) und (7):
DU = DCu·Ubatt, (4) Uv = DCv·Ubatt, (5) Uw = DCw·Ubatt, (6) und
wobei DCu, DCv und DCw die Tastverhältnisse der PWM-Messsignale der Motorphasen U, V und W sind und U
batt die Bordnetzspannung des Fahrzeugs ist.
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Durch Einfügen der Formeln (4), (5) und (6) in (7) ergibt sich die Formel (8) für die Sternspannung U
s:
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Mit den Formeln (4) und (8) kann der Phasenstrom I
u durch Einsetzen in die Formel (1) folgendermaßen dargestellt werden:
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Entsprechend ergibt sich für den Phasenstrom I
v durch Einsetzen der Formeln (5) und (8) in Formel (2):
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Liegen alle drei Halbbrücken an der gleichen Versorgungsspannung Ubatt und weisen die Wicklungswiderstände Ru und Rv der Motorphasen U und V die gleichen Werte auf, besteht die folgende Proportionalität zu den Phasenströmen Iu und Iv: Iu ~ (DCv + DCw – 2DCu), und Iv ~ (DCu + DCw – 2DCv).
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Die beiden Terme (DCv + DVw – 2DCu) und (DCu + DCw – 2DCv), die jeweils aus den Tastverhältnissen der PWM-Messsignale gebildet sind, stellen daher Sollwerte Tu und Tv für die Phasenströme Iu und Iv dar.
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Nun kann der Quotient I
u/I
v aus den mathematisch berechneten Phasenströmen I
u und I
v der Motorphasen U und V mit dem Quotient I
u,sens/I
v,sens der von den beiden Stromsensoren S1 und S2 detektierten Phasenströme I
u,sens und I
v,sens verglichen werden, da der Wert dieser beiden Quotienten bei vollständig funktionsfähigen Stromsensoren S1 und S2 unter der Voraussetzung, dass die Wicklungswiderstände R
u und R
v gleich sind und die Halbbrücken HB1, HB2 und HB3 mit der gleichen Versorgungsspannung gespeist werden, gemäß folgender Beziehung theoretisch übereinstimmen müssten:
wobei die Phasenströme I
u und I
v durch die Formeln (9) und (10), also durch die Sollwerte T
u und T
v ersetzt sind.
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Der Quotient Tu/Tv stellt das erwartete Verhältnis der beiden Phasenströme Iu und Iv dar, welches durch den Quotienten Iu,sens/Iv,sens der mit den Stromsensoren S1 und S2 detektierten Phasenströme Iu,sens und Iv,sens gespiegelt wird. Die Abweichung dieser beiden Quotienten Tu/Tv und Iu,sens/Iv,sens um ein vorgegebenes Maß zeigt daher an, dass ein Sensorfehler vorliegt, der auf einen defekten Stromsensor S1 und/oder S2 zurückzuführen ist.
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Wie oben bereits ausgeführt, kann auch in der dritten Motorphase W zur Messung des Phasenstromes Iw ein dritter Stromsensor S3 vorgesehen werden (vgl. 1, gestrichelte Darstellung des Stromsensors S3). Wird die Ansteuerung des EC-Motors 1 auf der Basis dieser drei Stromsensoren S1, S2 und S3 durchgeführt, ist vor allem unter sicherheitskritischen Aspekten eine hohe Regelungsqualität und hohe Funktionsverfügbarkeit erreichbar.
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Um die Funktionsfähigkeit dieser drei Stromsensoren S1, S2 und S3 zu prüfen, werden ebenso PWM-Messsignale mit Tastverhältnissen DCu, DCv und DCw erzeugt, die an die drei Motorphasen U, V und W angelegt werden und eine Größe aufweisen, so dass der EC-Motor 1 sich im Stillstand befindet, also aufgrund dieser PWM-Messsignale nicht in Drehung versetzt wird. Die aufgrund dieser PWM-Messsignale erzeugten Stromsensorsignale der Stromsensoren S1, S2 und S3 werden der Steuereinheit 1 zugeführt, die hieraus die Phasenströme Iu,sens, Iv,sens und Iw,sens der Motorphasen U, V und W bestimmt.
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Nun kann entsprechend der Formel (9) und (10) für die beiden Phasenströme I
u und I
v auch für den Phasenstrom I
w eine Formel (12) erstellt werden:
wobei U
batt die Bordnetzspannung des Fahrzeugs, R
w der Phasenwiderstand der Motorphase W ist und DCu, DCv und DCw die Tastverhältnisse der PWM-Messsignale sind. Damit ergibt sich für den Phasenstrom I
w eine den Phasenströmen I
u und I
v entsprechende Proportionalität:
Iw ~ (DCu + DCv – 2DCw).
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Dieser Term (DCu + DCv – 2DCw) stellt neben den Sollwerten Tu und Tv für die Phasenströme Iu und Iv einen dritten Sollwert Tw dar.
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Damit lässt sich nicht nur der Quotient
sondern es lassen sich auch die Quotienten
bilden. Unter der Annahme, dass alle drei Phasenwiderstände R
u, R
v und R
w gleich sind und alle drei Halbbrücken HB1, HB2 und HB3 an der gleichen Versorgungsspannung U
batt liegen, kann nicht nur der Quotient I
u/I
v aus den mathematisch berechneten Phasenströmen I
u und I
v der Motorphasen U und V mit dem Quotient I
u,sens/I
v,sens der von den beiden Stromsensoren S1 und S2 detektierten Phasenströme I
u,sens und I
v,sens verglichen werden, sondern auch die Quotienten I
u/I
w bzw. I
v/I
w mit den Quotienten I
u,sens/I
w,sens und I
v,sens/I
w,sens.
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Das Einsetzen der Formeln (9), (10) und (12) in die Formeln (13), (14) und (15) führt zu den folgenden Formeln:
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Diese zu den Phasenströmen Iu, Iv und Iw proportionalen Größen (DCv + DCw – 2DCu), (DCu + DCw – 2DCv) und (DCu + DCv – 2DCw), die aus den Tastverhältnissen der PWM-Messsignale gebildet sind, sind die Sollgrößen Tu, Tv und Tw.
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Die Quotienten Tu/Tv, Tu/Tw und Tv/Tw stellen das erwartete Verhältnis der beiden Phasenströme Iu und Iv, Iu und Iw bzw. Iv und Iw dar, die durch die Quotienten Iu,sens/Iv,sens, Iu,sens/Iw,sens und Iv,sens/Iw,sens der mit den Stromsensoren S1, S2 und S3 detektierten Phasenströme Iu,sens, Iv,sens und Iw,sens gespiegelt werden.
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Durch einen dreifachen Vergleich der Quotienten Tu/Tv und Iu,sens/Iv,sens, Tu/Tw und Iu,sens/Iw,sens sowie Tv/Tw und Iv,sens/Iw,sens lässt sich wieder ein Stromsensorfehler aufgrund eines defekten Stromsensors S1, S2 oder S3 feststellen, wenn die Abweichung zwischen einem der beiden Quotienten ein vorgegebenes Maß übersteigt.
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Ist einer der drei Stromsensoren S1, S2 oder S3 defekt, kann der defekte Stromsensor auch identifiziert werden. In diesem Fall weichen die an den Formeln (16), (17) und (18) beteiligten Quotienten bei zwei dieser genannten Formeln von dem vorgegebenen Maß ab. Der gleichzeitig in diesen beiden Formeln verwendete Phasenstrom ist daher fehlerhaft, d. h. der diesen Phasenstrom messende Stromsensor ist defekt.
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Zeigen bspw. bei einem Vergleich der an den Formeln (16) und (17) beteiligten Quotienten eine Abweichung über das vorgegebene Maß, zeigt dies einen fehlerhaften Phasenstrom Iu an, also ist der Stromsensor S1 defekt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010028097 A1 [0004, 0006, 0007]