Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Phasenströmen für eine Stromregelung einer elektrischen Maschine eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug. Dabei werden gemessene Verläufe der Phasenströme, welche zumindest drei Phasen eines Phasensatzes der elektrischen Maschine zugeführt werden und welche von zumindest drei Phasenstromsensoren eines Phasenstromsensorsatzes des Antriebssystems gemessen werden, empfangen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung, ein Antriebssystem sowie ein Kraftfahrzeug.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf Antriebssysteme für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, welche zumindest eine elektrische Maschine aufweisen. Die elektrische Maschine ist dazu ausgelegt, ein spezifisches Drehmoment bzw. Antriebsmoment für das Kraftfahrzeug bereitzustellen, und umfasst einen Stator und einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor. Der Stator weist üblicherweise zumindest einen Phasensatz mit zumindest drei Phasen bzw. Statorphasen auf. Dem zumindest einen Phasensatz wird ein mehrphasiger Strom zur Erzeugung eines drehmomentspezifischen magnetischen Drehfelds im Stator zugeführt. Dazu ist jede Phase mit einem Inverterstrang eines Inverters des Antriebssystems elektrisch verbunden, über welchen jeder Phase ein, insbesondere sinusförmiger, Phasenstrom zugeführt wird. Die drei Phasenströme bilden dabei den mehrphasigen Strom.

Zur Regelung der Phasenströme weist das Antriebssystem einen Stromregler auf, welcher Soll-Verläufe der Phasenströme basierend auf Ist-Verläufen der Phasenströme vorgeben kann. Zur Erfassung der Ist-Verläufe ist üblicherweise ein Phasenstromsensorsatz vorgesehen, welcher beispielsweise für jede Phase einen Phasenstromsensor aufweist. Die gemessenen Ist-Verläufe der Phasenströme können dabei aufgrund von unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren von den tatsächlichen Ist-Verläufen abweichen. Diese unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren können sich negativ auf den Betrieb des Inverters auswirken.

Der Inverter weist dabei einen bestimmten Betriebsbereich auf, welcher um einen Toleranzbereich hinsichtlich Spitzenwerten der Phasenströme vergrößert ist. Bei Spitzenströmen außerhalb des Toleranzbereiches wird der Inverter üblicherweise abgeschaltet. Die Spitzenströme können insbesondere dann den Toleranzbereich des Inverters verlassen, falls zumindest ein Phasenstromsensor aufgrund eines zu geringen Verstärkungsfaktors einen gemessenen Verlauf des Phasenstroms ausgibt, welcher unterhalb des tatsächlichen Verlaufes des Phasenstroms liegt. Um dies zu verhindern, werden die Phasenstromsensoren üblicherweise regelmäßig kalibriert. Dazu werden zum einen die Offsetwerte und zum anderen die Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren eingestellt. Der Offsetwert wird bei einem sicheren Nullstrom, also im ausgeschalteten Zustand des Antriebssystems, durchgeführt. Der Verstärkungsfaktor wird üblicherweise mittels einer Phasenregelschleife (PLL- phase-locked loop) indirekt während des Betriebs des Antriebssystems ermittelt. Die Vorgehensweise zur Bestimmung des Verstärkungsfaktors hat sich als langsam und ungenau herausgestellt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mit welcher Phasenströme für eine Stromregelung einer elektrischen Maschine eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs auf einfache und genaue Weise bestimmt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine Steuereinrichtung, ein Antriebssystem sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Bestimmen von Phasenströmen für eine Stromregelung einer elektrischen Maschine eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug. Bei dem Verfahren werden gemessene Verläufe der Phasenströme, welche zumindest drei Phasen eines Phasensatzes der elektrischen Maschine zugeführt werden und welche von zumindest drei Phasenstromsensoren eines Phasenstromsensorsatzes des Antriebssystems gemessen werden, empfangen. Außerdem werden Nulldurchgänge in den zumindest drei gemessenen, phasenstromsensorspezifischen Verläufen erkannt und pro Verlauf wird für zumindest einen Nulldurchgang ein Phasenstromwert zumindest eines anderen gemessenen Verlaufes bestimmt. Anhand der bestimmten Phasenstromwerte wird für jeden Phasenstromsensor ein, einen Verstärkungsfaktor des jeweiligen Phasenstromsensors beschreibender Charakterisierungswert bestimmt. Die Phasenströme für die Stromregelung werden unter Berücksichtigung der Charakterisierungswerte der Phasenstromsensoren bestimmt.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung für ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, welche dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Darüber hinaus gehört zur Erfindung ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, welches zumindest eine elektrische Maschine aufweist. Die elektrische Maschine weist zumindest einen Phasensatz mit jeweils zumindest drei Phasen auf. Außerdem umfasst das Antriebssystem einen Phasenstromsensorsatz mit zumindest drei Phasenstromsensoren zum Messen der den Phasen zugeführten Phasenströme sowie eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung. Die elektrische Maschine, welche einen Stator und einen Rotor aufweist, kann beispielsweise eine permanenterregte Synchronmaschine (PSM) oder eine stromerregte Synchronmaschine (SSM) sein und ein Antriebsdrehmoment für das Kraftfahrzeug bereitstellen. Die elektrische Maschine kann beispielsweise eine dreiphasige Maschine sein und somit einen Phasensatz mit drei (Stator-) Phasen aufweisen. Auch kann die elektrische Maschine eine sechsphasige Maschine sein und zwei Phasensätze mit jeweils drei Phasen aufweisen. Der zumindest eine Phasensatz ist mit einem Inverter bzw. Wechselrichter des Antriebssystems elektrisch verbunden, welcher den von einem elektrischen Energiespeicher des Antriebssystems bereitgestellten Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom für den Phasensatz umwandelt. Der mehrphasige Strom besteht insbesondere aus drei sinusförmigen, phasenversetzen Phasenströmen, welche in die Phasen der elektrischen Maschine eingeprägt werden.

Zur Regelung des mehrphasigen Stroms weist das Antriebssystem außerdem für jeden Phasensatz einen Phasenstromsensorsatz auf. Der Phasenstromsensorsatz weist insbesondere für jede Phase einen Phasenstromsensor auf, welcher den inverterausgangsseitigen, maschineneingangsseitigen Phasenstrom der jeweiligen Phase misst. Da diese gemessenen Ist-Verläufe der Phasenströme die Basis für die Stromregelung sind und abhängig von den Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren sind, werden die Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren validiert und bei der Bestimmung der Phasenströme berücksichtigt. Dazu werden von den gemessenen, phasenspezifischen Stromverläufen die Nulldurchgänge bestimmt.

Während einer Grundwellenperiode erfährt jede Phase zwei Nulldurchgänge im zeitlichen Stromverlauf. Da die Phasenstromsensoren beim Nullstrom bereits kalibriert wurden (Offsetkalibration), können die Stromverläufe der beiden anderen Phasen hinsichtlich der Verstärkungsfaktoren der zugehörigen Phasenstromsensoren miteinander verglichen werden. Dazu wird in Abhängigkeit von dem gemessenen Phasenstromwert zumindest eines Phasenstromsensors bei dem gemessenen Nulldurchgang eines anderen Phasenstromsensors der phasenstromsensorspezifische Charakterisierungswert bestimmt, welcher wiederum abhängig von dem Verstärkungsfaktor dieses Phasenstromsensors ist. In Abhängigkeit von den phasenstromsensorspezifischen Charakterisierungswerten, und damit in Abhängigkeit von den Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren, können dann die für die Stromregelung verwendeten Phasenströme bestimmt werden.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Phasenströme für die Stromregelung unter Berücksichtigung der Charakterisierungswerte bestimmt werden, indem anhand der Charakterisierungswerte diejenigen zwei Phasenstromsensoren ausgewählt werden, welche die größten Verstärkungsfaktoren aufweisen, wobei die zwei von diesen zwei Phasenstromsensoren gemessenen Verläufe für die Stromregelung verwendet werden und ein dritter Verlauf aus den zwei gemessenen Verläufen bestimmt und für die Stromregelung verwendet wird. Insbesondere werden die zwei Phasenstromsensoren mit den größten Verstärkungsfaktoren ausgewählt, indem derjenige Phasenstromsensor mit dem kleinsten Verstärkungsfaktor anhand der Charakterisierungswerte herausgefiltert wird. Bei einer Sternschaltung der Statorphasen addieren sich die Phasenströme zu jedem Zeitpunkt zu Null, sodass aus zwei gemessenen Phasenströmen der dritte Phasenstrom berechnet werden kann. Mittels des Verfahrens können anhand der Charakterisierungswerte diejenigen Phasenstromsensoren selektiert und zur Messung der Phasenstromverläufe von zwei der drei Phasen für die Stromregelung verwendet werden, welche die größten Verstärkungsfaktoren aufweisen. Der Verlauf der dritten Phase wird nicht von dem Phasenstromsensor mit der kleinsten Verstärkung gemessen, sondern aus den anderen zwei Verläufen berechnet. Die Stromregelung wird also nur mithilfe der Phasenstromsensoren mit den größten Verstärkungsfaktoren durchgeführt. Somit können Stromspitzen, die aus der fehlerhaften Stromregelung aufgrund eines zu geringen Verstärkungsfaktors resultieren, vermieden werden und hierdurch in vorteilhafter Weise der Toleranzbereich des Inverters vergrößert werden.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird als der Charakterisierungswert eines Phasenstromsensors der Phasenstromwert des von diesem Phasenstromsensor gemessenen Verlaufes bei einem Nulldurchgang eines anderen Verlaufes bestimmt. Beispielsweise werden bei bestimmten Nulldurchgängen der Verläufe die zugehörigen, sich beispielsweise auf der steigenden Flanke befindlichen Phasenstromwerte der anderen Verläufe als Charakterisierungswerte bestimmt. So erhält man für jeden Phasenstromsensor zumindest einen Charakterisierungswert in Form von einem Phasenstromwert, wobei die Phasenstromwerte der Phasenstromsensoren miteinander verglichen werden können. Bei idealerweise identischen Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren sollten die Phasenstromwerte der unterschiedlichen Phasen gleich sein. Falls sie unterschiedlich sind, so kann dies auf unterschiedliche Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren hindeuten. Dies setzt jedoch eine sich nicht verändernde Grundwellenamplitude der Stromverläufe über einen längeren Zeitraum voraus.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden pro Nulldurchgang eines Verlaufs die zugehörigen Phasenstromwerte der zwei anderen Verläufe bestimmt, anhand dieser Phasenstromwerte wird eine relative Abweichung der Verstärkungsfaktoren der zwei zugehörigen Phasenstromsensoren bestimmt und die Charakterisierungswerte werden anhand der relativen Abweichungen bestimmt. Insbesondere wird die relative Abweichung der Verstärkungsfaktoren zweier Phasenstromsensoren als die Differenz der zugehörigen Phasenstromwerte bezogen auf den arithmetischen Mittelwert der Phasenstromwerte bestimmt. Zu einem Nulldurchgang jedes Verlaufes kann also ein Phasenpaar aus den Phasenstromwerten der beiden anderen Verläufe bestimmt werden. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass sie robust gegenüber kleinen Änderungen der Grundwellenamplituden ist, welche selbst im stationären Zustand üblich sind.

Bevorzugt werden pro Grundwellenperiode eines Verlaufes zwei Nulldurchgänge erkannt und bei jedem Nulldurchgang werden die Phasenstromwerte der zwei anderen Verläufe bestimmt. Dann werden zwei relative Abweichungen der Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren pro Grundwellenperiode bestimmt und anhand der sechs relativen Abweichungen werden die Charakterisierungswerte bestimmt. Vorzugsweise werden anhand der relativen Abweichungen die Verstärkungsfaktoren der einzelnen Phasenstromsensoren als die Charakterisierungswerte der Phasenstromsensoren bestimmt. Pro Nulldurchgang können also zwei Phasen miteinander verglichen werden. Pro Grundwellenperiode kann dieser Vergleich zweimal mit allen Phasenpaaren durchgeführt werden. Aus diesen sechs Vergleichen können die Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren bestimmt und der Größe nach sortiert werden. So können auf einfache Weise die Phasenstromsensoren mit der größten Verstärkung für die Stromregelung ausgewählt werden. Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem. Das Kraftfahrzeug ist als ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung, für das erfindungsgemäße Antriebssystem sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines

Antriebssystems 1 für ein Kraftfahrzeug; und

Fig. 2 eine Darstellung von Stromverläufen.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Antriebssystem 1 für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher 2, beispielsweise einem Hochvoltakkumulator, einem mit dem elektrischen Energiespeicher 2 verbundenen Inverter 3 und einer mit dem Inverter 3 verbundenen elektrischen Maschine 4. Die elektrische Maschine 4 ist hier eine dreiphasige elektrische Maschine 4 und weist einen Phasensatz mit drei Phasen u, v, w auf. Zum Bereitstellen eines bestimmten Drehmoments durch die elektrische Maschine 4 wird den Phasen u v, w von dem Inverter 3 jeweils ein Phasenstrom iu*, iv*, iw* eingeprägt. Zur Drehmomentregelung werden diese Phasenströme iu*, iv*, iw* von einem Stromregler 5 des Antriebssystems 1 geregelt. Dazu weist das Antriebssystem 1 für jeden Phasensatz einen Phasenstromsensorsatz auf. Der Phasenstromsensorsatz weist einen der Phase u zugeordneten ersten Phasenstromsensor Au, einen der Phase v zugeordneten zweiten Phasenstromsensor Av und einen der Phase w zugeordneten dritten Phasenstromsensor Aw auf. Die Phasenstromsensoren Au, Av, Aw messen die zeitlichen Phasenstromverläufe iu, iv, iw, welche aufgrund unterschiedlicher Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren Au, Av, Aw von den tatsächlichen Phasenstromverläufen iu*, iv*, iw* abweichen können. Tatsächliche Ist-Verläufe iu*, iv*, iw* sowie die davon abweichenden gemessenen Verläufe iu, iv, iw sind in Fig. 2 gezeigt. Dort ist beispielhaft dargestellt, dass der gemessene Verlauf iu über dem tatsächlichen Verlauf iu* liegt, der gemessene Verlauf iv dem tatsächlichen Verlauf iv* entspricht und der gemessene Verlauf iw unter dem tatsächlichen Verlauf iw* liegt. Der erste Phasenstromsensor Au weist also hier den größten Verstärkungsfaktor auf und der Phasenstromsensor Aw weist den kleinsten Verstärkungsfaktor auf.

Bei der Stromregelung werden die Verstärkungsfaktoren der Phasenstromsensoren Au, Av, Aw berücksichtigt. Dazu werden die von den Phasenstromsensoren Au, Av, Aw gemessenen Verläufe iu, iv, iw einer Steuereinrichtung 6 des Antriebssystems 1 zugeführt. Die Steuereinrichtung 6 kann auch in den Stromregler 5 integriert sein. Die Steuereinrichtung 6 ist dazu ausgelegt, die Phasenströme für die Stromregelung unter Berücksichtigung der Verstärkungsfaktoren zu bestimmen. Hierzu selektiert die Steuereinrichtung 6 diejenigen Phasenstromsensoren Au, Av mit den größten Verstärkungsfaktoren und führt die von diesen Phasenstromsensoren Au, Av gemessenen Phasenströme iu, iv dem Stromregler 5 zu. Der gemessene Stromverlauf iw des Phasenstromsensors Aw mit der geringsten Verstärkung wird dem Stromregler 5 nicht zugeführt, sondern der Stromverlauf iw~ wird anhand der gemessenen Phasenströme iu, iv berechnet und dem Stromregler 5 zugeführt.

Zum Auswählen der Phasenstromsensoren Au, Av mit den größten Verstärkungsfaktoren bzw. zum Herausfiltern des Phasenstromsensors Aw mit dem geringsten Verstärkungsfaktor kann die Steuereinrichtung 6 den jeweiligen Verstärkungsfaktor bzw. jeweils einen den Verstärkungsfaktor charakterisierenden Charakterisierungswert der Phasenstromsensoren Au, Av, Aw bestimmen. Dazu ermittelt die Steuereinrichtung 6, wie in Fig. 2 gezeigt, Nulldurchgänge Nu1, Nv1, Nw1, Nu2, Nv2, Nw2 der gemessenen Stromverläufe iu, iv, iw. Pro Grundwellenperiode existieren dabei für jeden gemessenen Verlauf iu, iv, iw zwei Nulldurchgänge Nu1, Nv1, Nw1, Nu2, Nv2, Nw2. Zu jedem Nulldurchgang Nu1, Nv1, Nw1, Nu2, Nv2, Nw2 eines gemessenen Verlaufes iu*, iv*, iw* werden dann Phasenstromwerte I u 1 (v) , Iu2(v), Iu1(w), Iu2(w), Iv1 (u), Iv2(u), Iv1(w),

Iv2(w), Iw1(u), Iw2(u), Iw1(v), Iw2(v) der anderen Verläufe iu, iv, iw bestimmt. Für den ersten Nulldurchgang Nu1 des gemessenen Verlaufes iu werden also die Phasenstromwerte Iw1(u) des Verlaufes iw und Iv1(u) des Verlaufes iv bestimmt. Für den zweiten Nulldurchgang Nu2 des gemessenen Verlaufes iu werden die Phasenstromwerte Iv2(u) des Verlaufes iv und Iw2(u) des Verlaufes iw bestimmt. Für den ersten Nulldurchgang Nw1 des gemessenen Verlaufes iw werden die Phasenstromwerte Iu1(w) des Verlaufes iu und Iv1(w) des Verlaufes iv bestimmt, usw. Aus den Wertepaaren I u 1 (v) , Iw1(v); Iu1(w), Iv1(w); Iv1(u), Iw1(u); Iu2(v), Iw2(v); Iu2(w), Iv2(w); Iv2(u), Iw2(u) können dann die Verstärkungsfaktoren der offsetkalibrierten Phasenstromsensoren Au, Av, Aw berechnet und miteinander verglichen werden. Dieser Vergleich lässt sich im Laufe einer Umdrehung, also einer Grundwellenperiode, zweimal mit allen Phasenpaaren I u 1 (v) , Iw1(v); Iu1(w), Iv1(w); Iv1 (u), Iw1(u); Iu2(v), Iw2(v); Iu2(w), Iv2(w); Iv2(u), Iw2(u) durchführen. Am Ende ergeben sich eine Gesamtverstärkung und eine Differenzverstärkung der Phasenstromsensoren Au, Av, Aw untereinander. Im weiteren Verlauf kann vereinfacht angenommen werden, dass die Gesamtverstärkung „1“ ist und die Differenzverstärkungen denen der einzelnen Phasenstromsensoren Au, Av, Aw entspricht. Anhand der Differenzverstärkungen können dann die beiden Phasenstromsensoren Au, Av mit den größten Verstärkungsfaktoren identifiziert werden