Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung bei der Stromversorgung eines elektrischen Motors mit drei Phasen, die in einer definierten Symmetriebeziehung zueinander stehen, wobei nur zwei Stromsensoren vorgesehen sind, sowie ein dieses Verfahren verwendendes Motorsteuerverfahren, eine zugehörige Steuereinheit und ein damit ausgerüstetes Kraftfahrzeug.

Für die Regelung von elektrischen Antrieben werden Sensoren benötigt, welche die Ströme der einzelnen Phasen in der elektrischen Maschine messen. Das gilt sowohl für 3-phasige als auch für mehrphasige Systeme. Normalerweise sind die einzelnen symmetrischen Phasen mit einem elektrisch isolierten Sternpunkt verbunden, und somit ist der Strom im Sternpunkt Null. Durch Zuhilfenahme dieser Symmetriebetrachtung ist es möglich, beispielweise bei einem 3-phasigen System mit nur zwei Stromsensoren die elektrische Maschine zu regeln. Dies stellt in Industrieanwendungen bereits den Standard dar.

Die vorgenannten Symmetriebeziehungen können folgendermaßen beschrieben werden:

I _u = I _m cos(φ)

I _v = I _m cos (φ— 2π/3)

I _w = l _m cos(φ— 4π /3)

Das heißt, alle drei Sensoren messen durch die symmetrische Auslegung der Stromversorgung die gleichen Stromamplituden, welche lediglich im zeitlichen Verlauf verschoben sind. Das bedeutet, mit der bekannten Symmetriebeziehung sind in allen drei Messwerten die gleichen Informationen enthalten und müssen nur mit geeigneten Maßnahmen extrahiert werden. In der Automobilindustrie gelten meist strengere Anforderungen an die funktionale Sicherheit nach ISO262620. Deshalb müssen sämtliche Hardware- und Software Fehler in der Strommessung und dem Hardwareaufbau erkannt werden, um darauf eine "sichere Reaktion" einzuleiten, welche die Fahrzeug- und Verkehrssicherheit gewährleistet. Deshalb werden standardmäßig in elektrischen Antrieben alle Phasenströme gemessen und miteinander plausibilisiert. Meist wird dafür der Nullstrom im Sternpunkt durch Summation der drei Stromsensoren überwacht, und bei Überschreiten einer tolerierbaren Schwelle wird eine sichere Reaktion eingeleitet.

Ein zu hoher Strom im Sternpunkt kann durch einen nicht korrekt funktionierenden oder ausgefallenen Stromsensor oder einen Hardwaredefekt im E-Maschinen-Inverter-Verbund (beispielsweise Wicklungskurzschlüsse) auftreten, welcher die Symmetrie des Systems beeinträchtigt. Ein solcher Fehler führt zur Erzeugung eines falschen Moments an der Welle der E-Maschine bzw. Antriebsachse des Fahrzeuges. Eine solche fehlende Momententreue kann zu einem gefährlichen Kontrollverlust des Fahrzeuges führen. Daher spielen die vorgenannten Komponenten eine große Rolle für die funktionale Sicherheit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine sicher funktionierende Plausibilisierung bei einer Stromversorgung eines elektrischen Motors mit drei Phasen, die in einer definierten Symmetriebeziehung zueinander stehen, wobei jedoch nur zwei Stromsensoren vorgesehen sind, anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Plausibilisierung bei der Stromversorgung eines elektrischen Motors mit drei Phasen, die in einer definierten Symmetriebeziehung zueinander stehen, wobei nur zwei Stromsensoren vorgesehen sind, folgende Schritte: Messen des Stroms in einer ersten Phase mittels eines ersten Stromsensors und des Stroms in einer zweiten Phase mittels eines zweiten Stromsensors; Berechnen des Stroms in der dritten Phase abhängig von den gemessenen Strömen unter Berücksichtigung der Symmetriebeziehung; Ermitteln der Phasenbeziehung zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase; Vergleichen der ermittelten Phasenbeziehung mit der definierten Symmetriebeziehung; und Bewerten des Stroms in der dritten Phase als plausibel, falls die ermittelte Phasenbeziehung mit der definierten Symmetriebeziehung übereinstimmt, anderenfalls Bewerten des Stroms in der dritten Phase als unplausibel. Es werden in anderen Worten nur zwei Ströme gemessen, und der dritte virtuelle sinusförmige Stromverlauf wird in einer Kennlinie abgelegt. Da Drehzahl und Winkel synchron zum Strom gemessen werden und somit zur Verfügung stehen, kann aus der gespeicherten Kennlinie der, üblicherweise um 120° verschobene, Wert gelesen werden. Somit ist es erfindungsgemäß selbst dann möglich, wenn bei einer dreiphasigen Stromversorgung nur zwei

Stromsensoren für die Messung in zwei Phasen vorgesehen sind, eine sichere und schnelle Plausibilisierung und damit Fehlererkennung des gesamten Systems - also auch in der dritten, nicht mit einem

Stromsensor versehenen Phase, und nicht nur bei den zwei gemessenen Phasen - zu erzielen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren folgende weiteren Schritte: Ermitteln der Amplitude des Stroms in der ersten Phase mittels des ersten Stromsensors als eine erste Amplitude und der Amplitude des Stroms in der zweiten Phase mittels eines zweiten Stromsensors als eine zweite Amplitude; Vergleichen der ersten Amplitude mit der zweiten Amplitude; und außerdem den Schritt, falls die erste Amplitude und die zweite Amplitude unter- schiedlich sind und der Strom in der dritten Phase als unplausibel bewertet wurde: Lokalisieren, in welcher Phase der Fehler aufgetreten ist, unter Verwendung der Informationen über die unterschiedliche erste und zweite Amplitude und über den unplausiblen Strom in der dritten Phase. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur zu ermitteln, ob die Stromversorgung plausibel und damit sehr wahrscheinlich fehlerfrei ist, sondern im Fall einer fehlenden Plausibilität den Ort des Fehlers zu bestimmen.

Hierbei kann es von Vorteil sein, die erste Amplitude und die zweite Amplitude genau dann als gleich anzusehen, wenn sie sich um weniger als einen Wert unterscheiden, der der Messgenauigkeit der betreffenden Stromsensoren entspricht. Dies ist bei üblichen Stromsensoren für die Stromversorgung eines Kraftfahrzeugs etwa 3 bis 4 % der jeweiligen Amplitude der betreffenden Ströme. Somit wird eine definierte Toleranz aufaddiert und mit dem Messwert der ersten oder zweiten Phase verglichen. Werte außerhalb des Toleranzbandes werden als Fehler gemeldet.

Ferner kann es von Vorteil sein, wenn für die Durchführung der Schritte des Berechnens des Stroms in der dritten Phase, des Ermittelns der Phasenbeziehung zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase, des Vergleichens der ermittelten Phasenbeziehung mit der definierten Symmetriebeziehung und des Bewertens des Stroms in der dritten Phase auf eine Wertetabelle (oft auch als Look-up-Table bezeichnet) zugegriffen wird, in der ein virtueller Verlauf des Stroms in der dritten Phase als Kennlinie gespeichert ist. Dieses Verfahren erfordert eine besonders geringe Rechenleistung, da die Plausibilisierung lediglich Vergleichsoperationen der berechneten Werte mit den abgespeicherten Werten erfordert.

Alternativ kann es von Vorteil sein, wenn für die Durchführung der Schritte des Berechnens des Stroms in der dritten Phase, des Ermittelns der Phasenbeziehung zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase, des Vergleichens der ermittelten Phasenbeziehung mit der definierten Symmetriebeziehung und des Bewertens des Stroms in der dritten Phase eine Detektierung der Nulldurchgänge vorgenommen wird, wobei bei jedem Nulldurchgang in einer gemessenen Phase der jeweilige Wert des Stroms in der anderen gemessenen Phase ermittelt wird und die gemessenen Werte des Stroms für die Plausibilisierung verwendet werden. Somit können also die Stromwerte miteinander plausibilisiert werden, da sie zum Zeitpunkt der jeweiligen Nulldurchgänge den gleichen Amplitudenwert aufweisen sollten bzw. aufweisen. Aufgrund des Leistungsvermögens der verfügbaren Prozessoren kann dieses Verfahren "online", also ohne Verzögerung im Prozessablauf, durchgeführt werden. Für die Durchführung dieses Verfahrens ist nur ein kleiner Speicher erforderlich, in dem die jeweiligen Stromwerte zum Zeitpunkt der Nulldurchgänge - gegebenenfalls mit einigen Werten um diese Nulldurchgänge herum - abgelegt werden.

Außerdem kann es von Vorteil sein, wenn für die Durchführung der Schritte des Berechnens des Stroms in der dritten Phase, des Ermit- telns der Phasenbeziehung zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase, des Vergleichens der ermittelten Phasenbeziehung mit der definierten Symmetriebeziehung und des Bewertens des Stroms in der dritten Phase mittels einer PLL-Schaltung eine Amplitude des Stroms in der ersten Phase als eine erste Amplitude und eine Amplitude des Stroms in der zweiten Phase als eine zweite Amplitude sowie die Phasenbeziehung zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase extrahiert und für die Plausibilisierung verglichen werden. Eine derartige PLL-Schaltung ist beispielsweise offenbart in "M. Karimi-Ghartemani and A.K. Ziarani, Performance characterization of a nonlinear System as both an adaptive notch filter and a phase-locked loop, Int. Journal on Adaptive Control Signal Processing, vol. 18, 2004, pp. 23-53". Bei diesem Verfahren ist die Speicherbelastung weitaus geringer als bei Verwendung einer Wertetabelle, jedoch erfordert eine derartige Implementierung mehr Rechenzeit, was bei den verfügbaren Prozessoren aber kein Problem darstellt.

Ferner kann es von Vorteil sein, wenn für die Durchführung der Schritte des Berechnens des Stroms in der dritten Phase, des Ermittelns der Phasenbeziehung zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase, des Vergleichens der ermittelten Phasenbeziehung mit der definierten Symmetriebeziehung und des Bewertens des Stroms in der dritten Phase die ermittelten Werte in einem E-Maschinen-Modell der Stromversorgung des elektrischen Antriebs plausibilisiert werden. Derartige E-Maschinen-Modelle werden in der Technik vielfach eingesetzt und brauchen daher hier nicht gesondert erläutert werden. Voraussetzung für die Durchführung dieses Verfahrens ist allerdings, dass die Maschinenparameter - insbesondere die jeweiligen Ströme und Phasen - in der Realität mit hinreichender Genauigkeit erfasst und im betreffenden Steuergerät zur Verfügung gestellt werden können.

Den vorgenannten Verfahren ist gemeinsam, dass der Fehlerort genauer eingegrenzt und somit die fehlerhafte Phase bestimmt werden kann. Zudem können demzufolge Redundanzen implementiert werden, um die geforderte Integrität des Systems zu erreichen oder sogar noch weiter zu erhöhen.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Motorsteuerverfahren unter Verwendung des vorgenannten Plausibilisierungsverfahrens mit anschließender Einleitung einer die Sicherheit des Motors gewährleistenden Funktion im Falle eines negativen Plausibilisierungsergebnisses; durch eine Steuereinheit für die Plausibilisierung bei der Stromversorgung eines elektrischen Antriebs mit drei Phasen, die in einer definierten Symmetriebeziehung zueinander stehen, unter Ver- Wendung des vorgenannten Plausibilisierungsverfahrens und einer entsprechenden Analyseeinheit; und durch ein damit ausgerüstetes Kraftfahrzeug. Dementsprechend ergeben sich auch gleiche oder ähnliche Vorteile wie die in Verbindung mit dem vorstehend Beschriebenen, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen wird.

Einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Stromversorgung eines elektrischen Motors mit drei Phasen mit zugehöriger Steuereinheit für einen elektrischen Motor eines Kraftfahrzeugs, wobei ein erster Fehler aufgetreten ist,

Fig. 2A und 2B ein Strom- und Phasendiagramm für die Stromversorgung von Fig. 1 vor und nach dem Auftreten des ersten Fehlers,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Plausibilisierungsverfahren zeigt,

Fig. 4 eine Stromversorgung eines elektrischen Motors mit drei Phasen mit zugehöriger Steuereinheit für einen elektrischen Motor eines Kraftfahrzeugs, wobei ein zweiter Fehler aufgetreten ist, und

Fig. 5A und 5B ein Strom- und Phasendiagramm für die Stromversorgung von Fig. 4 vor und nach dem Auftreten des zweiten Fehlers.

In Fig. 1 ist schematisch eine Stromversorgung 20 eines elektrischen Motors 12 mit drei Phasen u, v, w dargestellt, die über eine Steuereinheit 30 mit dem elektrischen Motor 12 verbunden ist. Diese Anordnung ist als Teil eines ebenfalls lediglich schematisch mit einer Bezugszahl 10 bezeichneten Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die drei Phasen u, v, w stehen dabei in einer definierten Symmetriebeziehung relativ zueinander, wobei der Einfachheit halber hier von einem Phasenabstand von 120° ausgegangen wird. Die zwischen der Phase u (auch als dritte Phase bezeichnet) und der Phase v (auch als erste Phase bezeichnet) anliegende (komplexe) Spannung ist mit U _uv bezeichnet, die zwischen der Phase v und der Phase w (auch als zweite Phase bezeichnet) anliegende (komplexe) Spannung ist mit U _vw bezeichnet, und die zwischen der Phase w und der Phase u anliegende (komplexe) Spannung trägt die Bezeichnung U _wu , wie jeweils durch entsprechende Pfeile dargestellt.

Der durch eine Impedanz Z ₂ fließende Strom I ₂ in der ersten Phase v wird durch einen ersten Stromsensor 21 gemessen, während der durch eine Impedanz L· fließende Strom I ₃ in der zweiten Phase w durch einen Stromsensor 22 gemessen wird. In der dritten Phase u ist kein

Stromsensor vorgesehen, so dass der durch eine Impedanz Z ₁ fließende Strom h nicht gemessen werden kann.

Die Steuereinheit 30 empfängt die Daten aus der Stromversorgung 20 und verarbeitet sie in einer Analyseeinheit 40. Gemäß Darstellung in Fig. 1 sind die beiden Stromsensoren 21 und 22 ein Bestandteil der Stromversorgung 20, sie können jedoch auch ein Bestandteil der Steuereinheit 30 sein.

In Fig. 1 ist durch einen Doppelpfeil bei der Impedanz ein auftretender Fehler symbolisiert, wonach der Impedanzwert auf einen Faktor k reduziert wird. Dieser Fehler tritt beispielsweise bei einem internen Fehler in einer Spule auf, bei dem das System insgesamt jedoch unversehrt ist. Für die Impedanzwerte gilt dann:

Z ₁ = k . Z

Z ₂ — Z ₃ = Z

Somit ergeben sich folgende Ausgangsgleichungen:

Die zu berechnende Lösung für die resultierenden Ströme lautet:

In Fig. 2A ist dargestellt, wie sich die jeweiligen Ströme und Phasenbeziehungen zwischen den einzelnen Phasen u, v, w nach dem Auftreten des Fehlers bei einer Zeit von 0,02 s durch eine Halbierung der Impedanz verändern. Während die Ströme I ₂ und I ₃ in der ersten Phase v bzw. zweiten Phase w um etwa 1/6 größer geworden sind, ist der Strom y in der dritten Phase u um etwa die Hälfte größer geworden. Der Summenstrom I _Σ aus diesen drei Strömen ist jedoch konstant geblieben. Wie aus Fig. 2B ersichtlich ist, hat der Phasenunterschied φ _v - φ _v von 120° auf 100° abgenommen.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Plausibilisierung der Stromversorgung konkret vorgegangen wird. In einem Schritt S100 werden mittels der Stromsensoren 21 bzw. 22 der Strom I _v und der Strom I _w gemessen. Danach wird in einem Schritt S 102 der Strom I _u abhängig von den in Schritt S 100 gemessenen Strömen I _v , I w berechnet. Anschließend wird in einem Schritt S 104 die Phasenbeziehung zwischen der ersten Phase v und der zweiten Phase w ermittelt sowie in einem Schritt S 106 diese Phasenbeziehung mit der durch die Auslegung der Stromversorgung definierten Symmetriebeziehung verglichen.

Dann wird in einem Schritt S 108 eine Fallunterscheidung getroffen, ob die Phasenbeziehung mit der Symmetriebeziehung übereinstimmt. Falls dies der Fall ist ("JA"), wird in einem Schritt S 110 davon ausgegangen, dass der Strom I _u plausibel ist. In diesem Fall ist somit das Ergebnis der Plausibilisierungsprüfung, dass die Stromversorgung 20 des elektrischen Motors 12 korrekt arbeitet.

Falls die Phasenbeziehung mit der Symmetriebeziehung nicht übereinstimmt ("NEIN" als Ergebnis des Schritts S108), wird in einem Schritt S112 konstatiert, dass der Strom I _u unplausibel ist. Danach wird in einem Schritt S114 die Amplitude A _v des Stroms I _v und die Amplitude A _w des Stroms I _w ermittelt. Sodann wird in einem Schritt S116 geprüft, ob die Amplitude A _v gleich der Amplitude A _w ist bzw. sich um maximal die Messgenauigkeit D der betreffenden Stromsensoren 21, 22 voneinander unterscheiden (die typischerweise 3-4 % der jeweiligen

Amplitude ist). Falls dies nicht der Fall ist, wird in einem Schritt S118 lokalisiert, in welcher Phase der Fehler aufgetreten ist. Diese Lokalisierung wird unter Verwendung der Informationen über die unterschiedliche erste Amplitude A _v und zweite Amplitude A _w sowie über den unplausiblen Strom I _u in der dritten Phase u vorgenommen.

Falls das vorgenannte Plausibilisierungsverfahren im Zuge einer Motorsteuerung bzw. im Zuge eines Motorsteuerverfahrens durchgeführt wird, kann nach Erhalt eines Ergebnisses, dass ein Stromwert in einer Phase unplausibel ist, eine geeignete Maßnahme bzw. Funktion eingeleitet werden, um damit die Sicherheit des Motors bzw. des damit ausgerüsteten Kraftfahrzeugs gewährleisten zu können. In Fig. 4 ist durch einen Doppelpfeil bei der Impedanz in der Phase u ein anderer, zweiter, auftretender Fehler symbolisiert, wie er beispielsweise bei einem Kurzschluss mit Stromabfluss auftritt und der Stromabfluss durch einen Masseabgriff erfolgt. Dadurch wird diese Impedanz in die zwei Impedanzen Z ₁₂ und Z ₁₁ aufgeteilt.

Die an der Impedanz Z ₁₂ abfallende (komplexe) Spannung ist mit U _u bezeichnet, die zwischen der Phase v und der Phase u anliegende (komplexe) Spannung ist mit U _v bezeichnet, und die zwischen der Phase w und der Phase u anliegende (komplexe) Spannung trägt die Bezeichnung U _w , wie jeweils durch entsprechende Pfeile dargestellt. Der durch eine Impedanz Z ₂ fließende Strom I2 in der ersten Phase v wird durch einen ersten Stromsensor 21 gemessen, während der durch eine Impedanz Z ₃ fließende Strom y in der zweiten Phase w durch einen Stromsensor 22 gemessen wird. In der dritten Phase u ist kein

Stromsensor vorgesehen, so dass der durch die Impedanz Z ₁₂ fließende Strom I ₁ nicht gemessen werden kann.

Für die Impedanzwerte gilt dann:

Somit ergeben sich folgende Ausgangsgleichungen:

Die zu berechnende Lösung für die resultierenden Ströme lautet:

In Fig. 5A ist dargestellt, wie sich die jeweiligen Ströme und Phasenbeziehungen zwischen den einzelnen Phasen u, v, w nach dem Auftreten des Fehlers bei einer Zeit von 0,02 s durch den Kurzschluss verändern. Während die Ströme I ₂ und I ₃ in der ersten Phase v bzw. zweiten Phase w um etwa 1/6 kleiner geworden sind, ist der Strom I ₁ in der dritten Phase u etwa doppelt so groß geworden. Der Summenstrom Ig aus diesen drei Strömen hat etwa um die Hälfte zugenommen. Wie aus Fig. 5B ersichtlich ist, hat der Phasenunterschied φ _v - φ _w von 120° auf 100° abgenommen.

Auch bei diesem Beispiel erfolgt das Plausibilisierungsverfahren ähnlich wie das vorstehend beschriebene.

Es versteht sich, dass bei der vorliegenden Erfindung ein Zusammenhang zwischen einerseits Merkmalen besteht, die im Zusammenhang mit Verfahrensschritten beschrieben wurden, sowie andererseits Merkmalen, die im Zusammenhang mit entsprechenden Vorrichtungen beschrieben wurden. Somit sind beschriebene Verfahrensmerkmale auch als zur Erfindung gehörige Vorrichtungsmerkmale - und umgekehrt - anzusehen, selbst wenn dies nicht explizit erwähnt wurde. Es ist festzuhalten, dass die unter Bezug auf einzelne Ausführungsformen bzw. Varianten beschriebenen Merkmale der Erfindung, wie beispielsweise Art und Ausgestaltung der einzelnen Schaltungskomponenten sowie deren räumliche Anordnung oder die jeweilige Durchführung und Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte, auch bei anderen Ausführungsformen vorhanden sein können, außer wenn es anders angegeben ist oder sich aus technischen Gründen von selbst verbietet. Von derartigen, in Kombination beschriebenen, Merkmalen einzelner Ausführungsformen müssen außerdem nicht notwendigerweise immer alle Merkmale in einer betreffenden Ausführungsform realisiert sein.