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DE102014223096A1 - Method for determining a current sensor error in an EC motor - Google Patents

Method for determining a current sensor error in an EC motor Download PDF

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Publication number
DE102014223096A1
DE102014223096A1 DE102014223096.9A DE102014223096A DE102014223096A1 DE 102014223096 A1 DE102014223096 A1 DE 102014223096A1 DE 102014223096 A DE102014223096 A DE 102014223096A DE 102014223096 A1 DE102014223096 A1 DE 102014223096A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sens
motor
phase
current
current sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102014223096.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Aleksandar Stanojkovski
Bogdan Budianu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Priority to DE102014223096.9A priority Critical patent/DE102014223096A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
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    • H02P2101/00Special adaptation of control arrangements for generators
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    • H02P6/28Arrangements for controlling current

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung eines Stromsensorfehlers bei der Auswertung von Stromsensorsignalen von wenigstens zwei Stromsensoren (S1, S2), welche die Phasenströme (Iu,sens, Iv,sens) von wenigstens einer ersten und zweiten Motorphase (U, V) von sternförmig verbundenen Motorphasen (U, V, W) eines dreiphasigen EC-Motors (1) detektieren, wobei der EC-Motor (1) in Abhängigkeit der gemessenen Phasenströme (Iu,sens, Iv,sens) in einem stromregulierten Steuermodus mittels an die Motorphasen (U, V, W) angelegten PWM-Spannungssignalen feldorientiert geregelt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Motorphasen mit PWM-Messsignalen beaufschlagt werden, deren Tastverhältnisse (DCu, DCv, DCw) eine einen Stillstand des EC-Motors (1) bewirkende Größe aufweisen, aus den von den PWM-Messsignalen bewirkten Stromsensorsignalen der beiden Stromsensoren (S1, S2) der ersten und zweiten Motorphase (U, V) die zugehörigen Phasenströme (Iu,sens, Iv,sens) bestimmt werden, aus den Tastverhältnissen (DCu, DCv, DCw) der an die Motorphasen (U, V, W) angelegten PWM-Messsignale eine jeweils zu den Phasenströmen (Iu,sens, Iv,sens, Iw,sens) der ersten und zweiten Motorphase (U, V) proportionale erste und zweite Sollgröße (Tu, Tv) bestimmt werden, die Quotienten (Iu,sens/Iv,sens) einerseits aus den Phasenströmen (Iu,sens, Iv,sens) der ersten und zweiten Motorphase (U, V) und andererseits aus der ersten und zweiten Sollgröße (Tu, Tv) verglichen werden, und bei Abweichung der beiden Quotienten (Iu,sens/Iv,sens, Tu, Tv) um ein vorgegebenes Maß ein Stromsensorfehler erkannt wird.The invention relates to a method for determining a current sensor error in the evaluation of current sensor signals of at least two current sensors (S1, S2), the phase currents (Iu, sens, Iv, sens) of at least a first and second motor phase (U, V) connected in a star-shaped Motor phases (U, V, W) of a three-phase EC motor (1) detect, wherein the EC motor (1) in response to the measured phase currents (Iu, sens, Iv, sens) in a current-regulated control mode by means of the motor phases (U , V, W) applied field-controlled PWM voltage signals. According to the invention, the motor phases are subjected to PWM measurement signals whose duty cycles (DCu, DCv, DCw) have a size causing a standstill of the EC motor (1), from the current sensor signals of the two current sensors (FIG. S1, S2) of the first and second motor phase (U, V) the associated phase currents (Iu, sens, Iv, sens) are determined from the duty cycles (DCu, DCv, DCw) to the motor phases (U, V, W) applied PWM measurement signals to a respective to the phase currents (Iu, sens, Iv, sens, Iw, sens) of the first and second motor phase (U, V) proportional first and second setpoint (Tu, Tv) are determined, the quotients (Iu, sens / Iv, sens) on the one hand from the phase currents (Iu, sens, Iv, sens) of the first and second motor phase (U, V) and on the other hand from the first and second setpoint (Tu, Tv) are compared, and in case of deviation of the two Quotients (Iu, sens / Iv, sens, Tu, Tv) by a given measure a current Sensor error is detected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Stromsensorfehlers bei einem EC-Motor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for determining a current sensor error in an EC motor according to the preamble of patent claim 1.

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.In today's motor vehicles a variety of electrical or electronic devices with inductive loads, such as. Valves, electric motors or relays are used, which are driven by means of driver stages, usually switching transistors, usually pulse width modulated.

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.Brushless motors (also known as EC motors or BLDC motors) are increasingly being used as electric motors, whose activation in the case of a 3-phase EC motor is known to be carried out by means of three half-bridges. For field-oriented control of the EC motor, a current sensor for current measurement and possibly a sensor for detecting the motor position is provided in each motor phase.

Ein Betrieb im stromregulierten Steuermodus kann auch mit zwei Stromsensoren erfolgen, wie dies bspw. aus der DE 10 2010 028 097 A1 bekannt ist.An operation in the current-regulated control mode can also be done with two current sensors, as for example. From the DE 10 2010 028 097 A1 is known.

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.If a current sensor fails in such a control with two current sensors, the operation of the EC motor can not be maintained, because usually can not be located by which error in the motor control chain (mechanical components, motor angle sensor, bridge electronics, etc.) the misconduct was triggered.

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.This problem solves the above DE 10 2010 028 097 A1 in that a target value for the phase current measured by a second current sensor is determined from the phase current measured by a first current sensor, and a current sensor error is identified on the basis of a difference between the measured phase current of the second current sensor and the target value. In this known method, the target value for the measured phase current of the second current sensor is determined on the basis of a peak value of the phase current of the first current sensor.

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.The object of the invention is to a known method according to the DE 10 2010 028 097 A1 specify alternative method, which also works without additional electronic components or additional sensors that are not already required as a prerequisite for a field-oriented control of the EC motor.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1.

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.
This method of determining a current sensor error in the evaluation of current sensor signals from at least two current sensors detecting the phase currents of at least a first and second motor phase of star connected motor phases of a three-phase EC motor, the EC motor depending on the measured phase currents in a current regulated Control mode is controlled field-oriented by means of applied to the motor phases PWM voltage signals, according to the invention is characterized in that
  • - The motor phases are subjected to PWM measurement signals, the duty cycles have a causing a standstill of the EC motor size,
  • The associated phase currents are determined from the current sensor signals of the two current sensors of the first and second motor phase which are produced by the PWM measuring signals,
  • From the duty cycles of the PWM measurement signals applied to the motor phases, a respective first and second setpoint variable proportional to the phase currents of the first and second motor phases are determined,
  • - The quotients are compared on the one hand from the phase currents of the first and second motor phase and on the other hand from the first and second setpoint, and
  • - If the two quotients differ by a predetermined amount, a current sensor error is detected.

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.With this method according to the invention, it is possible to detect the failure of a current sensor in a 2-sensor system of a DC motor at standstill. For this purpose, the current sensor error is detected on the basis of the known applied control patterns of the PWM measurement signals, which are set in relation to the ratio of the measured phase currents of the first and second motor phases.

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.
According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that
  • The phase current of the third motor phase of the EC motor is detected by means of a further current sensor,
  • From the duty cycles of the PWM measurement signals applied to the motor phases, a third desired variable proportional to the phase current is determined,
  • - The quotients of the phase currents of the first, second and third motor phase are each compared with a quotient of the associated three desired values, and
  • - Is detected in a deviation of at least two comparison results of a predetermined level that current sensor as a defect whose detected phase current is used in the quotient of the two comparison results.

Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung kann nicht nur ein Stromsensorfehler erkannt werden, sondern darüber hinaus auch der fehlerhafte Stromsensor selbst detektiert werden.According to this embodiment of the invention, not only a current sensor error can be detected, but also the faulty current sensor itself can be detected beyond.

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.It is further provided according to the development that a sum of the duty cycles of the PWM measurement signals of the two further motor phases is formed to determine the desired value of a phase current, from which twice the amount of the duty cycle of the PWM measurement signal of a motor phase is subtracted.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren kann in einfacher Weise softwaremäßig realisiert werden, ohne dass zusätzliche Hardware erforderlich wäre.This method according to the invention can be implemented in a simple manner by software, without additional hardware being required.

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.In the following, the method according to the invention will be explained and described in more detail with reference to a single figure. These 1 shows a block diagram of an arrangement for operating an EC motor 1 for explaining the method according to the invention. With this EC motor 1 a vehicle function of a vehicle is realized.

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.This arrangement includes an EC motor 1 with a stator with three switched in star connection and each designed as a winding motor phases U, V and W. These three motor phases U, V and W are interconnected on the one hand in a neutral point S and on the other with a half bridge HB1, HB2 and HB3 for feeding connected by PWM signals. These half bridges HB1, HB2 and HB3 each have a high-side and low-side transistor and are connected to the energy supply to a vehicle electrical system voltage U batt of a vehicle. From a control unit 2 For example, the half-bridges HB1, HB2 and HB3 are driven to generate PWM signals with predetermined duty cycles, which are supplied to the motor phases U, V and W.

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.For field-oriented control of the EC motor 1 For example, a first current sensor S1 and a second current sensor S2 are connected in the motor phase U and the motor phase V, whose current sensor signals of the control unit 2 are fed, which determines the phase currents I u, sens and I v, sens of the motor phases U and V, in dependence of which the PWM signals for the motor phases U, V and W are generated.

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.Furthermore, a functional monitoring of these current sensors S1 and S2 is carried out, which will be explained below. An alternative method for monitoring the function, in which a further, arranged in the third motor phase W current sensor S3 is provided, will be described below.

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.This function monitoring is provided by the control unit 2 PWM measuring signals with duty cycles DCu, DCv and DCw generated by means of the half bridges HB1, HB2 and HB3, wherein these duty cycles of the PWM measurement signals have such a size that the EC motor 1 remains at a standstill, so does not start. The phase currents I u, sens and I v, sens caused by these PWM measuring signals in the motor phases U and V are detected by the current sensors S1 and S2 as current sensor signals and used to evaluate the control unit 2 fed.

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.Mathematically, the phase currents I u and I v of the motor phases U and V can be determined from the applied phase voltages of the motor phases U, V and W and the star voltage U s , as will be derived below.

Hiernach bestimmen sich die Phasenströme Iu und Iv zunächst nach folgenden Formeln (1) und (2):

Figure DE102014223096A1_0002
und
Figure DE102014223096A1_0003
wobei Us die Sternspannung der Sternschaltung der drei Motorphasen U, V und W ist, Uu und Uv die Strangspannungen der Motorphase U bzw. V und Ru und Rv die Wicklungswiderstände der Motorphasen U und V sind.Thereafter, the phase currents I u and I v are first determined according to the following formulas (1) and (2):
Figure DE102014223096A1_0002
and
Figure DE102014223096A1_0003
where U s is the star voltage of the star connection of the three motor phases U, V and W, U u and U v are the phase voltages of the motor phase U and V and R u and R v are the winding resistances of the motor phases U and V.

Der Vollständigkeit halber sei auch die Formel (3) für den Phasenstrom Iw der dritten Motorphase W angeführt, die jedoch erst für das alternative Verfahren zur Funktionsüberprüfung von drei Stromsensoren S1, S2 und S3 erforderlich ist:

Figure DE102014223096A1_0004
For the sake of completeness, the formula (3) for the phase current I w of the third motor phase W is given, which, however, is only necessary for the alternative method for functional testing of three current sensors S1, S2 and S3:
Figure DE102014223096A1_0004

Die Strangspannungen bzw. Motorspannungen Uu, Uv und Uw der Motorphasen U, V und W sowie die Strangspannung Us bestimmen sich gemäß folgender Formeln (4), (5), (6) und (7): DU = DCu·Ubatt, (4) Uv = DCv·Ubatt, (5) Uw = DCw·Ubatt, (6) und

Figure DE102014223096A1_0005
wobei DCu, DCv und DCw die Tastverhältnisse der PWM-Messsignale der Motorphasen U, V und W sind und Ubatt die Bordnetzspannung des Fahrzeugs ist.The phase voltages or motor voltages U u , U v and U w of the motor phases U, V and W and the phase voltage U s are determined according to the following formulas (4), (5), (6) and (7): D U = DCu · U batt, (4) U v = DCv · U batt , (5) U w = DCw · U batt , (6) and
Figure DE102014223096A1_0005
where DCu, DCv and DCw are the duty cycles of the PWM measurement signals of the motor phases U, V and W and U batt is the vehicle electrical system voltage of the vehicle.

Durch Einfügen der Formeln (4), (5) und (6) in (7) ergibt sich die Formel (8) für die Sternspannung Us:

Figure DE102014223096A1_0006
By inserting the formulas (4), (5) and (6) in (7), the formula (8) for the star voltage U s results:
Figure DE102014223096A1_0006

Mit den Formeln (4) und (8) kann der Phasenstrom Iu durch Einsetzen in die Formel (1) folgendermaßen dargestellt werden:

Figure DE102014223096A1_0007
With the formulas (4) and (8), the phase current I u can be represented by being substituted into the formula (1) as follows:
Figure DE102014223096A1_0007

Entsprechend ergibt sich für den Phasenstrom Iv durch Einsetzen der Formeln (5) und (8) in Formel (2):

Figure DE102014223096A1_0008
Accordingly, for the phase current I v by substituting the formulas (5) and (8) in formula (2):
Figure DE102014223096A1_0008

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). If all three half-bridges are at the same supply voltage U batt and the winding resistances R u and R v of the motor phases U and V have the same values, the following proportionality to the phase currents I u and I v exists: I u ~ (DCv + DCw - 2DCu), and I v ~ (DCu + DCw - 2DCv).

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.The two terms (DCv + DVw-2DCu) and (DCu + DCw-2DCv), which are each formed from the duty cycles of the PWM measurement signals, therefore represent setpoint values T u and T v for the phase currents I u and I v .

Nun kann der Quotient Iu/Iv aus den mathematisch berechneten Phasenströmen Iu und Iv der Motorphasen U und V mit dem Quotient Iu,sens/Iv,sens der von den beiden Stromsensoren S1 und S2 detektierten Phasenströme Iu,sens und Iv,sens verglichen werden, da der Wert dieser beiden Quotienten bei vollständig funktionsfähigen Stromsensoren S1 und S2 unter der Voraussetzung, dass die Wicklungswiderstände Ru und Rv gleich sind und die Halbbrücken HB1, HB2 und HB3 mit der gleichen Versorgungsspannung gespeist werden, gemäß folgender Beziehung theoretisch übereinstimmen müssten:

Figure DE102014223096A1_0009
wobei die Phasenströme Iu und Iv durch die Formeln (9) und (10), also durch die Sollwerte Tu und Tv ersetzt sind. Now, the quotient I u / I v from the mathematically calculated phase currents I u and I v of the motor phases U and V with the quotient I u, sens / I v, sens detected by the two current sensors S1 and S2 phase currents I u, sens and I v, sens , since the value of these two quotients in the case of fully functional current sensors S1 and S2, assuming that the winding resistances R u and R v are equal and the half bridges HB1, HB2 and HB3 are supplied with the same supply voltage, theoretically have to agree according to the following relationship:
Figure DE102014223096A1_0009
wherein the phase currents I u and I v are replaced by the formulas (9) and (10), ie by the setpoint values T u and T v .

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.The quotient T u / T v represents the expected ratio of the two phase currents I u and I v , which is determined by the quotient I u, sens / I v, sens of the phase currents I u, sens and I v detected with the current sensors S1 and S2 , sens is mirrored. The deviation of these two quotients T u / T v and I u, sens / I v, sens by a predetermined amount therefore indicates that there is a sensor error that is due to a defective current sensor S1 and / or S2.

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.As already stated above, a third current sensor S3 can also be provided in the third motor phase W for measuring the phase current I w (cf. 1 , dashed line of the current sensor S3). Is the control of the EC motor 1 carried out on the basis of these three current sensors S1, S2 and S3, a high control quality and high functional availability can be achieved, especially in safety-critical aspects.

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.In order to test the functionality of these three current sensors S1, S2 and S3, PWM measurement signals with duty cycles DCu, DCv and DCw are also generated, which are applied to the three motor phases U, V and W and have a size such that the EC engine 1 is at standstill, so is not rotated due to these PWM measurement signals. The current sensor signals of the current sensors S1, S2 and S3 generated on the basis of these PWM measurement signals become the control unit 1 fed, which determines therefrom the phase currents I u, sens , I v, sens and I w, sens the motor phases U, V and W.

Nun kann entsprechend der Formel (9) und (10) für die beiden Phasenströme Iu und Iv auch für den Phasenstrom Iw eine Formel (12) erstellt werden:

Figure DE102014223096A1_0010
wobei Ubatt die Bordnetzspannung des Fahrzeugs, Rw der Phasenwiderstand der Motorphase W ist und DCu, DCv und DCw die Tastverhältnisse der PWM-Messsignale sind. Damit ergibt sich für den Phasenstrom Iw eine den Phasenströmen Iu und Iv entsprechende Proportionalität: Iw ~ (DCu + DCv – 2DCw). Now, according to formulas (9) and (10), a formula (12) can also be established for the two phase currents I u and I v for the phase current I w :
Figure DE102014223096A1_0010
where U batt the vehicle electrical system voltage of the vehicle, R w is the phase resistance of the motor phase W and DCu, DCv and DCw are the duty cycles of the PWM measurement signals. This results in a proportional to the phase currents I u and I v for the phase current I w proportionality: I w ~ (DCu + DCv - 2DCw).

Dieser Term (DCu + DCv – 2DCw) stellt neben den Sollwerten Tu und Tv für die Phasenströme Iu und Iv einen dritten Sollwert Tw dar.This term (DCU + DCV - 2DCw) is next to the target values T u and T v for the phase currents I u and I v a third reference value T w represents.

Damit lässt sich nicht nur der Quotient

Figure DE102014223096A1_0011
sondern es lassen sich auch die Quotienten
Figure DE102014223096A1_0012
bilden. Unter der Annahme, dass alle drei Phasenwiderstände Ru, Rv und Rw gleich sind und alle drei Halbbrücken HB1, HB2 und HB3 an der gleichen Versorgungsspannung Ubatt liegen, kann nicht nur der Quotient Iu/Iv aus den mathematisch berechneten Phasenströmen Iu und Iv der Motorphasen U und V mit dem Quotient Iu,sens/Iv,sens der von den beiden Stromsensoren S1 und S2 detektierten Phasenströme Iu,sens und Iv,sens verglichen werden, sondern auch die Quotienten Iu/Iw bzw. Iv/Iw mit den Quotienten Iu,sens/Iw,sens und Iv,sens/Iw,sens.This is not just the quotient
Figure DE102014223096A1_0011
but it can also be the quotients
Figure DE102014223096A1_0012
form. Assuming that all three phase resistances R u , R v and R w are equal and all three half-bridges HB1, HB2 and HB3 are at the same supply voltage U batt , not only the quotient I u / I v can be calculated from the mathematically calculated phase currents I u and I v of the motor phases U and V with the quotient I u, sens / I v, sens the detected by the two current sensors S1 and S2 phase currents I u, sens and I v, sens , but also the quotients I u / I w or I v / I w with the quotients I u, sens / I w, sens and I v, sens / I w, sens .

Das Einsetzen der Formeln (9), (10) und (12) in die Formeln (13), (14) und (15) führt zu den folgenden Formeln:

Figure DE102014223096A1_0013
Substituting formulas (9), (10) and (12) into formulas (13), (14) and (15) leads to the following formulas:
Figure DE102014223096A1_0013

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.These quantities proportional to the phase currents I u , I v and I w (DCv + DCw - 2DCu), (DCu + DCw - 2DCv) and (DCu + DCv - 2DCw) formed from the duty ratios of the PWM measurement signals are the setpoints T u , T v and T w .

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.The quotients T u / T v , T u / T w and T v / T w represent the expected ratio of the two phase currents I u and I v , I u and I w and I v and I w , respectively, which are represented by the quotients I u, sens / I v, sens , I u, sens / I w, sens and I v, sens / I w, sens the detected with the current sensors S1, S2 and S3 phase currents I u, sens , I v, sens and Iw , sens be mirrored.

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.By a threefold comparison of the quotients T u / T v and I u, sens / I v, sens , T u / T w and I u, sens / I w, sens and T v / T w and I v, sens / I w, sens , a current sensor error due to a defective current sensor S1, S2 or S3 can again be detected if the deviation between one of the two quotients exceeds a predetermined level.

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.If one of the three current sensors S1, S2 or S3 is defective, the defective current sensor can also be identified. In this case, the quotients involved in the formulas (16), (17) and (18) deviate from the given dimension in the case of two of these formulas. The phase current used simultaneously in these two formulas is therefore defective, i. H. the current sensor measuring this phase current is defective.

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.For example, if a comparison of the quotients involved in the formulas (16) and (17) shows a deviation from the predetermined dimension, this indicates a faulty phase current I u , ie the current sensor S 1 is defective.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010028097 A1 [0004, 0006, 0007] DE 102010028097 A1 [0004, 0006, 0007]

Claims (3)

Verfahren zur Bestimmung eines Stromsensorfehlers bei der Auswertung von Stromsensorsignalen von wenigstens zwei Stromsensoren (S1, S2), welche die Phasenströme (Iu,sens, Iv,sens) von wenigstens einer ersten und zweiten Motorphase (U, V) von sternförmig verbundenen Motorphasen (U, V, W) eines dreiphasigen EC-Motors (1) detektieren, wobei der EC-Motor (1) in Abhängigkeit der gemessenen Phasenströme (Iu,sens, Iv,sens) in einem stromregulierten Steuermodus mittels an die Motorphasen (U, V, W) angelegten PWM-Spannungssignalen feldorientiert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Motorphasen mit PWM-Messsignalen beaufschlagt werden, deren Tastverhältnisse (DCu, DCv, DCw) eine einen Stillstand des EC-Motors (1) bewirkende Größe aufweisen, – aus den von den PWM-Messsignalen bewirkten Stromsensorsignalen der beiden Stromsensoren (S1, S2) der ersten und zweiten Motorphase (U, V) die zugehörigen Phasenströme (Iu,sens, Iv,sens) bestimmt werden, – aus den Tastverhältnissen (DCu, DCv, DCw) der an die Motorphasen (U, V, W) angelegten PWM-Messsignale eine jeweils zu den Phasenströmen (Iu,sens, Iv,sens, Iw,sens) der ersten und zweiten Motorphase (U, V) proportionale erste und zweite Sollgröße (Tu, Tv) bestimmt werden, – die Quotienten (Iu,sens/Iv,sens) einerseits aus den Phasenströmen (Iu,sens, Iv,sens) der ersten und zweiten Motorphase (U, V) und andererseits aus der ersten und zweiten Sollgröße (Tu, Tv) verglichen werden, und – bei Abweichung der beiden Quotienten (Iu,sens/Iv,sens, Tu, Tv) um ein vorgegebenes Maß ein Stromsensorfehler erkannt wird.A method for determining a current sensor error in the evaluation of current sensor signals from at least two current sensors (S1, S2), the phase currents (I u, sens , I v, sens ) of at least a first and second motor phase (U, V) of star-connected motor phases (U, V, W) of a three-phase EC motor ( 1 ), the EC motor ( 1 ) is field-controlled in dependence on the measured phase currents (I u, sens , I v, sens ) in a current-regulated control mode by means of the motor phases (U, V, W) applied PWM voltage signals, characterized in that - the motor phases with PWM Measuring pulses are applied whose duty cycles (DCu, DCv, DCw) a standstill of the EC motor ( 1 ) have effective size, - the associated phase currents (I u, sens , I v, sens ) are determined from the current sensor signals of the two current sensors (S1, S2) of the first and second motor phase (U, V) produced by the PWM measuring signals, - From the duty cycles (DCu, DCv, DCw) of the motor phases (U, V, W) applied PWM measurement signals to each of the phase currents (I u, sens , I v, sens , I w, sens ) of the first and second motor phase (U, V) proportional first and second setpoint (T u , T v ) are determined, - the quotients (I u, sens / I v, sens ) on the one hand from the phase currents (I u, sens , I v, sens ) of the first and second motor phase (U, V) and on the other hand from the first and second setpoint (T u , T v ) are compared, and - in deviation of the two quotients (I u, sens / I v, sens , T u , T v ) is detected by a predetermined amount of a current sensor error. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – mittels eines weiteren Stromsensors (S3) der Phasenstrom (Iw,sens) der dritten Motorphase (W) des EC-Motors (1) detektiert wird, – aus den Tastverhältnissen (DCu, DCv, DCw) der an die Motorphasen (U, V, W) angelegten PWM-Messsignale eine zu dem Phasenstrom (Iw,sens) proportionale dritte Sollgröße (Tw) bestimmt wird, – die Quotienten (Iu,sens/Iv,sens, Iu,sens/Iw,sens, Iv,sens/Iw,sens) aus den Phasenströmen (Iu,sens, Iv,sens, Iw,sens) der ersten, zweiten und dritten Motorphase (U, V, W) jeweils mit einem Quotienten (Tu/Tv, Tu/Tw, Tv/Tw) jeweils aus den zugehörigen drei Sollgrößen (Tu, Tv, Tw) verglichen werden, und – bei einer Abweichung von wenigstens zwei Vergleichsergebnissen von einem vorgegebenen Maß derjenige Stromsensor (S1, S2, S3) als defekt erkannt wird, dessen detektierter Phasenstrom (Iu,sens, Iv,sens, Iw,sens) in dem Quotienten der beiden Vergleichsergebnisse verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that - by means of a further current sensor (S3) of the phase current (I w, sens ) of the third motor phase (W) of the EC motor ( 1 ) is detected, - from the duty cycles (DCu, DCv, DCw) of the applied to the motor phases (U, V, W) PWM measurement signals to the phase current (I w, sens ) proportional third target variable (T w ) is determined, - The quotients (I u, sens / I v, sens , I u, sens / I w, sens , I v, sens / I w, sens ) from the phase currents (I u, sens , I v, sens , I w , sens ) of the first, second and third motor phase (U, V, W) in each case with a quotient (T u / T v , T u / T w , T v / T w ) in each case from the associated three desired values (T u , T v , T w ) are compared, and - is detected in a deviation of at least two comparison results of a predetermined amount of that current sensor (S1, S2, S3) as defective whose detected phase current (I u, sens , I v, sens , I w, sens ) is used in the quotient of the two comparison results. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Sollgröße (Tu, Tv, Tw) eines Phasenstromes (Iu,sens, Iv,sens, Iw,sens) eine Summe der Tastverhältnisse der PWM-Messsignale der beiden weiteren Motorphasen (U, V, W) gebildet wird, von der der zweifache Betrag des Tastverhältnisses des PWM-Messsignals der einen Motorphase (U, V, W) subtrahiert wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that for determining the desired value (T u , T v , T w ) of a phase current (I u, sens , I v, sens , I w, sens ) a sum of the duty cycles of the PWM Measuring signals of the two other motor phases (U, V, W) is formed, from which twice the duty ratio of the PWM measurement signal of a motor phase (U, V, W) is subtracted.
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