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Identifikation und Kompensation produktionsbedingter Abweichungen im elektrischen Antrieb von Elektro- und Hybridfahrzeugen : = Identifikation and compensation of production-related deviations in the electric drive of electric and hybrid vehicles
Ort / Verlag
Paderborn
Erscheinungsjahr
2019
Verknüpfte Titel
Beschreibungen/Notizen
Tag der Verteidigung: 09.05.2019
ger: Innerhalb der Fahrzeugentwicklung stehen Hybrid- und Elektrofahrzeuge in zunehmendem Maße im Fokus. Die Produktion des elektrischen Antriebssystems ist dabei, wie jeder industrielle Herstellungsprozess, toleranzbehaftet. Trotzdem besteht eine hohe Anforderung an die Genauigkeit von Leistung und Drehmoment. Das Ziel ist daher die Kompensation der produktionsbedingten Drehmomentfehler mithilfe der Software im Inverter-Steuergerät. Betrachtet werden umrichtergesteuerte permanenterregte Synchronmaschinen (PMSM). Zunächst wird mittels einer Sensitivitätsanalyse untersucht, welche Folgen aus regelungstechnischer Sicht durch produktionsbedingte Abweichungen verursacht werden. Dabei kristallisieren sich zwei Haupteinflussfaktoren heraus: Die Remanenzflussdichte der Magneten und die Luftspaltlänge der Maschine. Aufbauend auf diesen Untersuchungen werden Kompensationsverfahren entwickelt. Als Voraussetzung für eine erfolgreiche Kompensation der Abweichungen müssen diese zunächst im individuellen System erkannt werden. Dazu wird ein Identifikationsverfahren vorgestellt, welches mittels einfach anzuwendender Messungen Schlüsselparameter der PMSM-Charakteristik maschinenindividuell quantifiziert. Die Kompensationsverfahren werden anhand von Sonderaufbauten experimentell validiert. Es werden Sonderaufbauten mit gezielt veränderter Remanenzflussdichte oder mit reduzierter Luftspaltlänge durch geänderten Blechschnitt untersucht. Werden diese Maschinen ohne Kompensation betrieben, ergeben sich erhebliche Drehmomentfehler. Durch die Anwendung der entwickelten Kompensationsverfahren werden diese Fehler signifikant reduziert. Durch die vorgestellte Methodik ist es möglich, die elektrische Maschine in jedem individuellen Hybrid- oder Elektrofahrzeug zu vermessen und so trotz Abweichungen in der Maschine eine hohe Drehmomentgenauigkeit zu erreichen.
eng: Hybrid and electric vehicles are increasingly gaining importance in the automotive development. Like all industrially manufactured products, electric drives are subject to deviations within specified tolerance boundaries. Despite these deviations, the accuracy of torque and power must satisfy high standards. The effect of these deviations on flux and torque of the electric drive is analyzed in this thesis. The investigations focus on inverter-driven permanent magnet synchronous machines (PMSM). The main objective is to compensate for torque error resulting from such deviations by inverter software. A sensitivity analysis is conducted to investigate the impact of specific production related deviations on the controlled system. Therewith, two main influence factors are identified: The magnet's remanence and the air gap thickness. Based on this, multiple compensation algorithms for increasing torque accuracy are developed. As a precondition for successful compensation, the deviation of each individual machine has to be detected. An identification procedure is introduced that quantifies key parameters of the individual machine's characteristic by simple measurements. For experimental validation, the concepts are tested on a dyno setup with dedicated machines. To determine the magnet's influence, limit sample machines with increased or decreased remanence are used. Another limit sample machine features an increased air gap thickness. Driving these machines without compensation, a significant torque error is feasible. With the presented identification methods, the deviation of the electric machine in each individual vehicle can be quantified. By applying the developed compensation algorithms, its torque can be controlled very precisely despite considerably large deviations. With this, the torque error can be halved or lowered even more.