Erhöhung der funktionalen Sicherheit von permanentmagneterregten Synchronmaschinen in Traktionsantrieben (ATEM FuSy, Erhöhte funktionale Sicherheit im Antriebsumrichter)

Problemstellung

Elektrische Fahrzeugantriebe bieten insbesondere bei einzeln angetriebenen Rädern durch die Möglichkeit der freien Drehmomentstellung und durch ihr schnelles Regelverhalten großes Potenzial zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit mittels neuartiger fahrdynamischer Regelsysteme. Dies stellt jedoch höchste Anforderungen an die funktionale Sicherheit solcher Antriebssysteme: Fehlerhafte Drehmomente oder überhöhte Spannungen führen aufgrund der entstehenden Momente um die Fahrzeughochachse zu Personengefährdung.

Eine besondere Herausforderung stellen hierbei die derzeit in Traktionsanwendungen häufig verwendeten permanentmagneterregten Synchronmaschinen dar: Diese werden in der Regel auch im Feldschwächbereich betrieben, um eine konstante Leistungsabgabe über einen hohen Drehzahlbereich und damit den Verzicht auf ein Schaltgetriebe zu ermöglichen Tritt in diesem Betriebsbereich ein Fehler auf, muss die durch die Permanentmagnete induzierte Spannung zuverlässig abgebaut werden, was in Antriebssystemen nach den Stand der Technik  ein nicht abschaltbares Bremsmoment hervorruft und zu instabilen Fahrzeugszuständen führen kann.

Die in den entstehenden Normen zur funktionalen Sicherheit von elektrischen Systemen in Fahrzeuganwendungen (ISO 26262) festgelegten Anforderungen konfrontieren die Hersteller von Antriebssystemen und deren Teilkomponenten zunehmend mit der Frage, ob die geforderten Sicherheitseinstufungen (i.d.R. Automotive Safety Integrity Level ASIL C/D) erreichbar sind und welche spezifischen Maßnahmen hierfür notwendig sind.

Ziel und Ablauf des Vorhabens

Das Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Erhöhung der funktionalen Sicherheit elektrischer Antriebssysteme mit permanentmagneterregten Synchronmaschinen durch neuartige Konzepte zur Antriebsüberwachung und Fehlerbehandlung in Kombination mit alternativen Antriebstopologien. Es werden dazu zunächst die Auswirkungen von Fehlern und Verfahren zur zuverlässigen Fehlererkennung und -lokalisierung in Maschine und Umrichter erforscht. Im Anschluss werden Ansätze und Maßnahmen zur Fehlerbehandlung erarbeitet, die auch die Untersuchung fehlertoleranter, mehrsträngiger Antriebe umfassen. Abschließend erfolgt die Erprobung der entwickelten Maßnahmen durch Prüfstandtests und in dem am IFAM realisierten Frecc0.

Die Verbindung von modellbasierten und sensorgestützten Fehlererkennungsmechanismen mit einer fehlertoleranten Antriebstopologie schafft im Projektergebnis erstmals die Möglichkeit, auf Fehler im Antriebssystem mit gezielten Gegenmaßnahmen zu reagieren, die je nach Sicherheitsanforderung das Bremsmoment reduzieren bzw. kompensieren können und so jederzeit den sicheren Betriebszustand eines Elektrofahrzeugs gewährleisten können.