Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN ELECTRONICALLY COMMUTATED SERVO MOTOR AND POSITION CONTROL UNIT HAVING A SERVO MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/198444
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for operating an electronically commutated servo motor (2), wherein the servo motor (2) is activated by a voltage space vector generated in accordance with a commutation pattern on the basis of a predefined torque and a rotor position (L) of a rotor of the servo motor (2) in accordance with an optimization target, wherein an activation range which indicates a range of permissible voltage space vectors is predefined, wherein the servo motor (2) is activated in such a way that only voltage space vectors within the activation range are used.

Inventors:
HOFFMANN EKKEHARD (DE)
SIEBER UDO (DE)
SCHWARZMANN DIETER (DE)
MAUK TOBIAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/057742
Publication Date:
December 18, 2014
Filing Date:
April 16, 2014
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
H02P21/00
Other References:
None
Download PDF:
Claims:
Ansprüche

1 . Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Stellmotors (2), wobei der Stellmotor (2) durch einen gemäß einem Kommutierungsmuster generierten Spannungsraumzeiger abhängig von einem vorgegebenen Drehmoment und einer Läuferlage (L) eines Läufers des Stellmotors (2) gemäß einem Optimierungsziel angesteuert wird,

wobei ein Ansteuerbereich vorgegeben ist, der einen Bereich zulässiger Spannungsraumzeiger angibt, wobei die Ansteuerung des Stellmotors (2) so durchgeführt wird, dass nur Spannungsraumzeiger innerhalb des Ansteuerbereichs verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Ansteuerung des Stellmotors (2) basierend auf einem vorgegebenen Kennfeld durchgeführt wird, das den Spannungsraumzeiger abhängig von dem vorgegebenen Drehmoment und von der Läuferlage (L) des Läufers des Stellmotors (2) gemäß dem Optimierungsziel vorgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Kennfeld weiterhin Spannungsraumzeiger, die das Optimierungsziel nicht erfüllen, vorgibt, insbesondere an einem Rand des Ansteuerbereichs.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Kennfeld weiterhin Spannungsraumzeiger entlang eines Randes des Ansteuerbereichs von einem Spannungsraumzeiger, durch den das Optimierungsziel erfüllt wird, bis zu einem Spannungsraumzeiger, durch den ein maximal erreichbares Drehmoment bereitgestellt wird, definiert.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Spannungsraumzeiger des Kennfelds auf die durch den Ansteuerbereich zugelassenen Spannungsraumzeiger begrenzt werden. Verfahren nach Anspruch 5, wobei für ein vorgegebenes Drehmoment und eine Läuferlage, für die innerhalb des Ansteuerbereichs kein Spannungsraumzeiger existiert, der das Optimierungsziel erfüllt, ein Spannungsraumzeiger, durch den das vorgegebene Drehmoment bereitgestellt wird, innerhalb des Ansteuerbereichs gewählt wird, der den kleinsten Abstand zu einem Spannungsraumzeiger auf der Kennlinie aufweist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Stellmotor (2) durch einen gemäß einem Kommutierungsmuster generierten Spannungsraumzeiger weiterhin abhängig von einer aktuellen Drehzahl des Stellmotors (2)angesteuert wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Ansteuerbereich einen Bereich von zulässigen Spannungsraumzeigern angibt, bei denen ein Betrag eines Motorstroms einen vorgegebenen Motorstromschwellenwert und/oder ein Betrag einer Motorspannung einen vorgegebenen Motorspannungsschwellenwert nicht übersteigt.

Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Ansteuerbereich von zulässigen Spannungsraumzeigern so definiert ist, dass der vorgegebene Motorstromschwellenwert und/oder der vorgegebene Motorspannungsschwellenwert auch bei Abweichung der angegebenen Läuferlage (L) von einer tatsächlichen Läuferlage um eine vorgegebene Ungenauigkeit und/oder einer Abweichung eines oder mehrerer Motorparameter des Stellmotors (2) von entsprechenden Sollwerten um eine vorgegebene Ungenauigkeit nicht überschritten wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Optimierungsziel für das Kennfeld (K) so bestimmt ist, dass dem vorgegebenen Solldrehmoment (Msoii) ein Spannungsraumzeiger zugeordnet wird, bei dem ein maximaler Wirkungsgrad des Stellmotors (2) erreicht wird.

Vorrichtung zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Stellmotors (2), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um

- den Stellmotor (2) durch einen gemäß einem Kommutierungsmuster generierten Spannungsraumzeiger abhängig von einem vorgegebenen Drehmoment und einer Läuferlage (L) eines Läufers des Stellmotors (2) gemäß einem Optimierungsziel anzusteuern;

- einen Ansteuerbereich vorzugeben, der zulässige Spannungsraumzeiger angibt; und

- die Ansteuerung des Stellmotors (2) so durchzuführen, dass nur Spannungsraumzeiger innerhalb des Ansteuerbereichs verwendet werden.

12. Stellgebersystem (1 ), umfassend:

- einen elektronisch kommutierten Stellmotor (2) zum Antreiben eines Stellglieds (4); und

- eine Vorrichtung nach Anspruch 1 1 .

13. Computerprogramm, das ausgebildet ist, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.

14. Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.

15. Elektronisches Steuergerät, welches ein elektronisches Speichermedium nach Anspruch 14 aufweist.

16. Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Recheneinheit ausgeführt wird, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführt.

Description:
Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Stellmotors sowie Stellgebersystem mit einem Stellmotor

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronisch kommutierte elektrische Maschinen, insbesondere für Stellgeberanwendungen, wie beispielsweise für einen Drosselklappenstellgeber. Die Erfindung betrifft weiterhin Maßnahmen zur Strombegrenzung bei einer derart angesteuerten elektrischen Maschine.

Stand der Technik

In Stellgeberanwendungen können als Ersatz für bürstenkommutierte Gleichstrommotoren auch elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren, so genannte bürstenlose Gleichstrommotoren, eingesetzt werden. Diese verfügen in der Regel bei vergleichbaren sonstigen Leistungsdaten über einen besseren Wirkungsgrad sowie eine geringere Baugröße. Im Gegensatz zu bürstenkommutierten Gleichstrommotoren müssen die elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren jedoch elektronisch angesteuert bzw. kommutiert werden, wobei zur Auswahl der Ansteuerspannungen eine relativ genaue Kenntnis der Läuferlage und für momentenbasierte Regelungen die des Motorstroms erforderlich ist. Ungenauig- keiten bei der Läuferlageerfassung und/oder bei der Strommessung führen zu deutlichen Reduzierungen des Wirkungsgrads und des bereitgestellten Antriebsmoments.

Für Drosselklappenstellgeber ist vorgesehen, den Stellmotor durch einen elektronisch kommutierten Antriebsmotor zu ersetzen und anstelle einer direkten Läu- ferlageerfassung auf der Motorwelle die Läuferlage indirekt basierend auf dem bereits vorhandenen Drosselklappenwinkelgeber an der Drosselklappe zu erfassen, die über ein untersetzendes Getriebe mit der Motorwelle verbunden ist. Diese Anordnung gestattet eine lediglich ungenaue Läuferlageerfassung mit typischen Unsicherheiten von mehr als 10° mechanischer Läuferlage.

Weiterhin soll aus Kostengründen auch auf das Vorsehen einer Stromsensorik zur Erfassung des Motorstroms verzichtet werden. Eine Ansteuerung mit Kommutierungsmustern, die abhängig von der erfassten Läuferlage angelegt werden, führt bei derart großen Winkelunsicherheiten sowie weiteren Parameterschwankungen zu einer Verletzung von Stromgrenzen, die zur Notabschaltung des Motors durch die Leistungselektronik führen können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine robuste Ansteuerung für einen elektronisch kommutierten Stellgebermotor zur Verfügung zu stellen, bei der trotz bei der Bestimmung der Läuferlage auftretender Ungenauigkeiten und/oder anderer Parameterungenauigkeiten eine Überschreitung der Stromgrenzen ausgeschlossen wird und die somit einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Stellgebermotors gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung, das Stellgebersystem und das Computerprogramm gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Stellmotors vorgesehen, wobei der Stellmotor durch einen gemäß einem Kommutierungsmuster generierten Spannungsraumzeiger abhängig von einem vorgegebenen Drehmoment und einer Läuferlage eines Läufers des Stellmotors gemäß einem Optimierungsziel angesteuert wird, wobei ein An- steuerbereich vorgegeben ist, der einen Bereich zulässiger Spannungsraumzeiger angibt, wobei die Ansteuerung des Stellmotors so durchgeführt wird, dass nur Spannungsraumzeiger innerhalb des Ansteuerbereichs verwendet werden. Weiterhin kann die Ansteuerung des Stellmotors basierend auf einem vorgegebenen Kennfeld durchgeführt werden, das den Spannungsraumzeiger abhängig von dem vorgegebenen Drehmoment und von der Läuferlage des Läufers des Stellmotors gemäß dem Optimierungsziel vorgibt. Gemäß einer Ausführungsform kann das Kennfeld weiterhin Spannungsraumzeiger, die das Optimierungsziel nicht erfüllen, vorgeben, insbesondere an einem Rand des Ansteuerbereichs.

Ein elektronisch kommutierter Stellmotor weist Phasenanschlüsse auf, an denen je eine Phasenspannung gestellt werden kann. Die Ansteuerung des Stellmotors mit den Phasenspannungen wird Kommutierung genannt und gibt an, wie zu jedem Zeitpunkt die Phasenspannungen an den Stellmotor anzulegen sind, um den Motorstrom einzustellen, der das aktuell angeforderte Drehmoment erzeugt. Eingangsgrößen der Kommutierung sind das Solldrehmoment und der Läuferlagewinkel der Motorwelle.

Bei einem elektronisch kommutierten Stellmotor, bei dem keine Stromerfassung vorgesehen ist, wird der Stellmotor bezüglich des Motorstroms ungeregelt betrieben. In diesem Fall wird als Eingangsgröße für die Kommutierung neben dem Solldrehmoment und dem Läuferlagewinkel der Motorwelle auch die Drehzahl benötigt. Ein idealer Stellmotor würde bei einer bestimmten angelegten Ansteuerspannung das erwartete Drehmoment liefern und es würde sich der entsprechende Motorstrom einstellen. Die Motorparameter des Stellmotors können jedoch bedingt durch Serienstreuung und Temperatureinflüsse abweichen und/oder die Läuferlageerfassung kann aufgrund einer indirekten Erfassung fehlerbehaftet sein. Dies führt zu einer Fehlkommutierung, bei der der Motorstrom und das daraus resultierende Drehmoment von den Sollwerten abweichen. Führt die Abweichung zu unzulässig hohen Motorströmen, so muss die Leistungselektronik den Betrieb des Stellmotors unterbrechen, um eine Überhitzung bzw. Zerstörung des Stellmotors oder der Elekt- ronik zu vermeiden. Insbesondere in sicherheitskritischen Einsatzgebieten, wie beispielsweise bei einem Drosselklappenstellgeber in einem Verbrennungsmotor, muss ein solcher Fall unter allen Umständen vermieden werden. Daher muss die Ansteuerung des Stellmotors so durchgeführt werden, dass selbst bei ungenauer Läuferlageerfassung sowie Schwankungen bzw. Unsicherheiten bezüglich der

Motorparameter der Betrag des Motorstroms einen Motorstromschwellenwert nicht überschreitet.

In den meisten Betriebspunkten kann der Stellmotor bezüglich eines Optimie- rungsziels betrieben werden. Gemäß dem obigen Betriebsverfahren ist vorgesehen, bei einem Betrieb in einem Grenzbereich zugunsten der Robustheit von dem Optimierungsziel abzuweichen.

Das obige Verfahren sieht vor, zunächst das Solldrehmoment einem Span- nungszeiger in einem läuferfesten d-q-Koordinatensystem zuzuordnen, beispielsweise mithilfe von in geeigneter Weise parametrierten Kennfeldern. Der zu stellende Spannungszeiger ergibt sich abhängig von dem Solldrehmoment, der Drehzahl und einem vorgegebenen Optimierungsziel aus einem entsprechenden Kennfeld, das offline berechnet und zur Durchführung des Verfahrens bereitge- stellt sein kann. Wurde aus dem Kennfeld der zu stellende Spannungszeiger im läuferfesten d-q-Koordinatensystem ermittelt, so kann eine Koordinatentransformation durchgeführt werden, um abhängig von der Läuferlage die Phasenspannungen zum Ansteuern des mehrphasigen elektronisch kommutierten Stellmotors zu bestimmen.

Da mit mehreren zu stellenden Phasenspannungen nur eine Zielgröße, d. h. das Solldrehmoment, eingestellt werden soll, existiert eine Vielzahl von Ansteue- rungsmöglichkeiten, um ein vorgegebenes Solldrehmoment zu erreichen. Bei drei Phasenspannungen steht hierbei effektiv ein Freiheitsgrad zur Verfügung, der ein Optimierungspotential eröffnet. Dieser Freiheitsgrad kann für jede Drehzahl und jedes zu erzielende Solldrehmoment getrennt und unterschiedlich genutzt werden. Gemäß dem obigen Verfahren wird dieser Freiheitsgrad genutzt, um im nominellen Fall eine Ansteuerung gemäß einem Optimierungsziel zu realisieren. Dazu muss die Ansteuerung, d. h. das Kommutierungsmuster, für jede Drehzahl und jedes Solldrehmoment getrennt bestimmt werden, mit der das Optimierungsziel am besten erreicht werden kann. Weiterhin kann als Nebenbedingung der Optimierung festgelegt werden, dass für die Optimierung nur solche Lösungen in Betracht gezogen werden, die bei ungenauer Läuferlageerfassung und bei Parameterabweichungen bzw. -ungenauig- keiten auch im ungünstigsten Fall nicht zu einer Überschreitung des maximal zulässigen Motorstroms führen können. Zum Erstellen des Kennfelds muss ein maximal möglicher zu tolerierender Fehler bei der Bestimmung der Läuferlage spezifiziert werden. Alternativ oder zusätzlich sind die möglichen Abweichungen der Parameter von ihren nominellen Werten zu quantifizieren. Hieraus ist in der Optimierung abhängig von dem Solldrehmoment und der Drehzahl für jede mögliche Ansteuerung eine ungünstige Kombination zu ermitteln, die maßgeblich dafür ist, ob diese mögliche Ansteuerung zulässig ist oder nicht. Aus allen zulässigen An- steuerungen kann dann die im Hinblick auf das Optimierungsziel beste Möglichkeit gewählt werden.

Diese Erstellung des Kennfelds kann offline durchgeführt werden und die so erhaltenen Kennfelder werden bei der Ansteuerung des Stellmotors bereitgestellt.

Das Verfahren zum Betreiben des Stellmotors hat den Vorteil, dass selbst bei Parameterabweichungen von nominellen Parameterwerten und/oder bei ungenauer Erfassung oder Bereitstellung der Läuferlage ein Überschreiten des zulässigen Motorstroms verhindert wird.

Insbesondere kann das Kennfeld weiterhin Spannungsraumzeiger entlang eines Randes des Ansteuerbereichs von einem Spannungsraumzeiger, durch den das Optimierungsziel erfüllt wird, bis zu einem Spannungsraumzeiger, durch den ein maximal erreichbares Drehmoment bereitgestellt wird, definieren.

Es kann vorgesehen sein, dass die Spannungsraumzeiger des Kennfelds auf die durch den Ansteuerbereich zugelassenen Spannungsraumzeiger begrenzt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann für ein vorgegebenes Drehmoment und eine Läuferlage, für die innerhalb des Ansteuerbereichs kein Spannungsraumzeiger existiert, der das Optimierungsziel erfüllt, ein Spannungsraumzeiger, durch den das vorgegebene Drehmoment bereitgestellt wird, innerhalb des Ansteuerbe- reichs gewählt werden, der den kleinsten Abstand zu einem das Optimierungsziel erfüllenden Spannungsraumzeiger aufweist.

Weiterhin kann der Stellmotor durch einen gemäß einem Kommutierungsmuster generierten Spannungsraumzeiger weiterhin abhängig von einer aktuellen Drehzahl des Stellmotors angesteuert werden.

Der Ansteuerbereich kann einen Bereich von zulässigen Spannungsraumzeigern angeben, bei denen ein Betrag eines Motorstroms einen vorgegebenen Motorstromschwellenwert und/oder ein Betrag einer Motorspannung einen vorgegebenen Motorspannungsschwellenwert nicht übersteigt.

Weiterhin kann der Ansteuerbereich von zulässigen Spannungsraumzeigern so definiert sein, dass der vorgegebene Motorstromschwellenwert und/oder der vorgegebene Motorspannungsschwellenwert auch bei Abweichung der angegebenen Läuferlage (L) von einer tatsächlichen Läuferlage um eine vorgegebene Un- genauigkeit und/oder einer Abweichung eines oder mehrerer Motorparameter des Stellmotors (2) von entsprechenden Sollwerten um eine vorgegebene Unge- nauigkeit nicht überschritten wird.

Es kann vorgesehen sein, dass das Optimierungsziel für das Kennfeld so bestimmt ist, dass dem vorgegebenen Solldrehmoment ein Spannungsraumzeiger zugeordnet wird, bei dem ein maximaler Wirkungsgrad des Stellmotors erreicht wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Stellmotors vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um

- den Stellmotor durch einen gemäß einem Kommutierungsmuster generierten Spannungsraumzeiger abhängig von einem vorgegebenen Drehmoment und einer Läuferlage (L) eines Läufers des Stellmotors gemäß einem Optimierungsziel anzusteuern;

- einen Ansteuerbereich vorzugeben, der zulässige Spannungsraumzeiger angibt; und

- die Ansteuerung des Stellmotors so durchzuführen, dass nur Spannungsraumzeiger innerhalb des Ansteuerbereichs verwendet werden. Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Stellgebersystem vorgesehen, umfassend:

- einen elektronisch kommutierten Stellmotor zum Antreiben eines Stellglieds; und

- die obige Vorrichtung.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Recheneinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren durchführt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Stellgebersystem mit einem elektronisch kommutierten

Stellmotor;

Figur 2 ein Diagramm zur Darstellung eines robusten zulässigen Ansteuerbereichs und einer beispielhaften Kommutierungsstrategie in einem läuferfesten d-q-Koordinatensystem bei einer vorgegebenen Drehzahl des Stellmotors; und

Figur 3 eine funktionelle Darstellung des Verfahrens zum Ermitteln der Phasenspannungen zum Betreiben des elektronisch kommutierten Stellmotors.

Beschreibung von Ausführungsformen

Figur 1 zeigt ein Stellgebersystem 1 mit einem Stellmotor 2, der als elektronisch kommutierter Elektromotor ausgebildet ist. Der Stellmotor 2 treibt über eine Motorwelle 3 ein Stellglied 4 über eine Mechanik oder ein Getriebe 5 an. Beispielsweise kann das Stellgebersystem 1 einem Drosselklappenstellgeber entspre- chen, bei dem eine Stellung einer Drosselklappe als Stellglied in einem Luftzuführungssystem eines Verbrennungsmotors durch entsprechende Ansteuerung des Stellmotors 2 gestellt wird.

Der Stellmotor 2 wird über mehrere Phasenanschlüsse 6 elektrisch angesteuert. Im vorliegenden Fall ist der Stellmotor 2 als dreiphasige elektrische Maschine ausgebildet. An den Stellmotor 2 werden Phasenspannungen U a , U b , U c (Phasenpotentiale) angelegt, die zu einer entsprechenden Stromaufnahme des Stellmotors 2 führen, aus der das von dem Stellmotor 2 über die Motorwelle 3 bereitgestellte Drehmoment resultiert.

Die Ansteuerung des Stellmotors 2 erfolgt über eine Steuereinheit 10, die ein Solldrehmoment M SO II als Vorgabewert erhält und mithilfe einer geeigneten Sensorik eine Drehzahlangabe n und eine Angabe über die Läuferlage L erhält. Die Steuereinheit 10 generiert die Phasenspannungen U a , U b , U c zur Ansteuerung des Stellmotors 2.

Das Solldrehmoment M SO II als Vorgabegröße dient zur Durchführung einer Kommutierung für die Phasenspannungen U a , U b , U c abhängig von einem Kommutierungsmuster. Die Kommutierung bezeichnet die Art und Weise, wie zu jedem Zeitpunkt die Phasenspannungen U a , U b , U c an den Phasenanschlüssen 6 des Stellmotors 2 anzulegen sind, um das aktuell angeforderte Solldrehmoment M SO II zu erzeugen. Bei drei oder mehr zu stellenden Phasenspannungen gibt es eine Vielzahl von Ansteuerungsmöglichkeiten, um ein Solldrehmoment M SO II zu erreichen. Dabei steht mindestens ein Freiheitsgrad zur Verfügung, der ein Optimierungspotential eröffnet. Dieser Freiheitsgrad kann für jede Drehzahl bzw. für jeden Drehzahlbereich für jedes zu erzielende Solldrehmoment M SO II getrennt und unterschiedlich genutzt werden,

Das obige Stellgebersystem 1 soll mit einer hohen Robustheit erstellt werden. Jedoch kommt es bei der Erfassung der Läuferlage L sowie aufgrund von Parameterschwankungen des Stellmotors 2 häufig zu Abweichungen zwischen der idealen und der tatsächlichen Stromaufnahme. Überschreitet der Motorstrom einen vorgegebenen Motorstromschwellenwert, so sieht die Steuereinheit 10 in der Regel eine Notabschaltung vor, um die Steuereinheit 10 und/oder den Stellmotor 2 vor Beschädigungen oder Zerstörung zu schützen. Insbesondere bei Stellgebersystemen 2, in denen die Läuferlageerfassung indirekt erfolgt, d. h. beispielsweise an dem durch das Getriebe 5 mit dem Stellmotor 2 verbundenen Stellglied 4, kann eine hohe Ungenauigkeit bei der Erfassung der Läuferlage L vorliegen, die deutlich mehr als 10° mechanischer Winkellage betragen kann.

Bei der Ansteuerung mit den Phasenspannungen U a , U b , U c wird ein Raumzeiger gebildet, der eine Richtung eines im Betrieb des Stellmotors 2 umlaufenden Statormagnetfelds angibt. Um den Raumzeiger drehzahlunabhängig darstellen zu können, wird dieser in der Regel in einem läuferfesten d-q-Koordinatensystem dargestellt.

Die Freiheitsgrade können bei einer Optimierung gemäß einem vorgegebenen Optimierungsziel, beispielsweise einer Optimierung hinsichtlich des Wirkungsgrads, genutzt werden.

In Figur 2 ist ein Diagramm der Spannungszeiger U d , U q des d-q-Koordinaten- systems dargestellt. Durch die kreisförmigen bzw. etwa elliptischen Begren- zungslinien sind weiterhin der Strombereich BS der zulässigen Ströme und der

Spannungsbereich BSP der zulässigen Spannung dargestellt. Der Strombereich BS der zulässigen Motorströme stellt den Bereich von Raumzeigern im läuferfesten d-q-Koordinatensystem dar, in dem die Beträge der Motorströme unterhalb eines vorgegebenen Motorstromschwellenwerts liegen. Die Strombegrenzungsli- nie LS des Strombereichs BS der zulässigen Motorströme stellt dabei die Linie aller U q -, U d -Kombinationen dar, bei denen der Motorstrom den Motorstromschwellenwert erreicht.

Analog stellt der Spannungsbereich BSP der zulässigen Motorspannungen den Bereich dar, in dem die Raumzeiger U q , U d liegen dürfen, so dass ein vorgegebener Motorspannungsschwellenwert nicht überschritten wird. Der Motorspannungsschwellenwert, der sich aus den Phasenspannungen U a , U b , U c zwischen zwei Phasenanschlüssen 6 ergibt, ist im Wesentlichen durch die Verfügbarkeit der Versorgungsspannung für den Betrieb des Stellmotors 2 begrenzt. Der Spannungsbereich BSP der bei vorgegebener Versorgungsspannung zulässigen bzw. bereitstellbaren Phasenspannungen U a , U b , U c ist durch die Spannungsbe- grenzungslinie LSP dargestellt, die die Menge aller Raumzeiger U q , U d angibt, bei denen die Phasenspannungen U a , U b , U c dem vorgegebenen Phasenspannungsschwellenwert entsprechen.

Ausgehend von dem Strombereich BS und dem Spannungsbereich BSP der zulässigen Motorströme und der zulässigen Phasenspannungen U a , U b , U c wird nun ein robuster zulässiger Ansteuerungsbereich AB ermittelt, der bei einer vorgegebenen Ungenauigkeit der Läuferlageerfassung und/oder einer Parameterunge- nauigkeit eine Erhöhung des Motorstroms über den durch die Strombegrenzungslinie LS vorgegebenen Motorstromschwellenwert hinaus in jedem Fall ausschließt. Es wird also mithilfe der vorgegebenen Läuferlageungenauigkeit und der vorgegebenen Parameterungenauigkeit ein Worst-Case-Szenario für jede Drehzahl und für jeden Spannungsraumzeiger ermittelt.

Weiterhin werden in dem dargestellten Kennfeld die Raumzeigerwerte angegeben, um ein bestimmtes Drehmoment zu erreichen. Diese sind durch die Drehmomentlinien ML gekennzeichnet. Man erkennt, dass innerhalb des Ansteuerbereichs AB zum Bereitstellen eines Solldrehmoments M SO II viele Raumzeigeran- steuerungen möglich sind, um das vorgegebene Solldrehmoment M SO II unter Vermeidung eines zu hohen Motorstroms bei Läuferlage- bzw. Parameterunge- nauigkeiten auszuwählen.

In Figur 3 ist eine schematische Darstellung der Steuereinheit 10 gezeigt. Die Steuereinheit 10 weist eine Begrenzungseinheit 1 1 auf, die abhängig von einer momentanen Drehzahl n und basierend auf dem vorgegebenen Solldrehmoment Msoii das angeforderte Drehmoment begrenzt.

In dem Kennfeldblock 12 wird nun abhängig von dem angeforderten Drehmoment und der Drehzahl n ein zu stellender Raumzeiger U q , U d im läuferfesten d- q-Koordinatensystem ermittelt. Die Ermittlung erfolgt unter Bezugnahme auf das Diagramm der Figur 2 wie folgt:

Zunächst wird ein von dem angeforderten Solldrehmoment M SO II und der Drehzahl aufgespanntes Kennfeld K bereitgestellt, bei dem innerhalb des Strombereichs BS und des Spannungsbereichs BSP, durch die unter Berücksichtigung der Parameterungenauigkeiten und Ungenauigkeiten der Läuferlageerfassung der Ansteuerbereich AB bestimmt wird, die Raumzeiger U q , U d einem Betriebspunkt zugeordnet sind, so dass das vorgegebene Optimierungsziel eingehalten wird. Existiert für das vorgegebene Solldrehmoment M SO II und die aktuelle Drehzahl n ein innerhalb des Ansteuerbereichs AB liegender Raumzeiger U q , U d auf dem Kennfeld K, so wird dieser zur Ansteuerung des Stellmotors 2 verwendet.

Findet sich kein Schnittpunkt der Drehmomentlinie ML, die dem Solldrehmoment Msoii entspricht, so wird an einer äußeren Begrenzungslinie BAB des Ansteuerbereichs AB das vorgegebene Kennfeld K verlassen und stattdessen auf der Be- grenzungslinie BAB für den Ansteuerbereich AB überprüft, ob das gewünschte

Solldrehmoment M SO II mit einem Raumzeiger U q , U d auf der betreffenden Begrenzungslinie BAB des Ansteuerbereichs AB erreicht werden kann. Ist dies der Fall, so wird der entsprechende Raumzeiger U q , U d bereitgestellt. Andernfalls wird der Raumzeiger U q , U d gestellt, mit dem sich das maximale Drehmoment erreichen lässt, ohne den zulässigen Ansteuerbereich AB zu verlassen.

In einem Koordinatentransformationsblock 13 wird der bereitgestellte Raumzeiger U q , U d mithilfe der erfassten Läuferlage L in die entsprechenden Phasenspannungen U a , U b , U c umgewandelt.

Das Kennfeld K zur Ermittlung des optimierten Raumzeigers U q , U d mit den Eingangsgrößen Solldrehmoment M SO II und Drehzahl n wird offline erstellt und in der Steuereinheit 10, beispielsweise durch eine Lookup-Tabelle oder eine sonstige das Kennfeld K darstellende Funktion, abgebildet bzw. gespeichert. Die Optimie- rung erfolgt basierend auf herkömmlichen Verfahren und führt zu dem

Kennfeld K, das im Inneren des Ansteuerbereichs AB gültig ist. Die Raumzeiger U q , U d des Kennfelds K, die sich auf der Begrenzungslinie BL des Ansteuerbereichs befinden, ersetzen die Raumzeigerkennlinie bis hin zu einem betragsmäßig höchsten Drehmoment, so dass die Raumzeiger U q , U d , sobald die Raum- zeigerkennlinie auf die Begrenzungslinie BAB trifft, in Richtung betragsmäßig höherer Drehmomente durch die Begrenzungslinie BAB vorgegeben werden. Es ergibt sich eine charakteristische Dreiteilung der Kennlinie, wie sie in Figur 2 im Inneren des Ansteuerbereichs dargestellt ist. Als Optimierungsziel für die Raumzeigerkennlinie im Inneren des zulässigen Ansteuerbereichs können anstelle einer Maximierung des Wirkungsgrads auch andere Ziele verfolgt werden. Da die Parameterunsicherheiten zu einem wesentlichen Teil auf Temperatureinflüsse zurückzuführen sind, kann die Berücksichtigung des gesamten Temperaturbereichs des Stellmotors 2 das robust zur Verfügung stehende Drehmoment stark einschränken. Kann die aktuelle Temperatur des Stellmotors 2 bestimmt oder abgeschätzt werden, so kann die Ansteuerung für verschiedene Tempera- turbereiche getrennt ausgelegt und je nach der aktuellen Temperatur zwischen vorgegebenen Kennfeldern umgeschaltet werden.