CN101136604A - 多频率地控制直流电机的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种多频率地控制和/或调节直流电机，例如汽车制动设备中的泵电机的方法和装置。其中规定：电机通过固定的或可变的第一脉冲－/脉冲间隔－控制被节拍地驱动。本发明的核心在于：电机附加地通过与所述第一脉冲－/脉冲间隔－控制重叠的、并具有较低的频率的第二脉冲－/脉冲间隔－控制来驱动。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制和/或调节汽车中的泵电机的方法和装置。
背景技术
在汽车中，泵电机(Pumpenmotor)通常用在制动设备的运行中，例如防抱死系统、加速防侧滑控制装置、行驶动力性能调整装置或电液制动系统等制动设备中。在DE4232130A1中公开了一种液压泵，用于对具有防抱死调节装置和/或加速防侧滑控制装置的制动设备产生辅助压力，该液压泵借助于脉冲和脉冲间隔的变化的节拍顺序来控制。由DE19818174A1已知了另外一种节拍的泵控制，其中节拍顺序取决于电机电压与电压阈值的对比而发生变化。
发明内容
本发明描述了一种多频率地控制和/或调节直流电机，例如汽车制动设备中的泵电机的方法和装置。其中规定：电机通过固定的或可变的第一脉冲-/脉冲间隔-控制被节拍地驱动。本发明的核心在于：电机附加地通过与所述第一脉冲-/脉冲间隔-控制重叠的、并具有较低的频率的第二脉冲-/脉冲间隔-控制来驱动。
通过应用更高节拍的第二控制，可以使汽车电网的负载最佳化，因为只需较小的最大电流用于驱动或者起动泵电机。除此之外，也可以改善NVH性能(Noise vibrational harshness(噪声、振动、舒适性))，这通过本发明的应用反映在较小的噪声级中和改善的心理声学参数。
通过更高频率的节拍来代替第一脉冲-/脉冲间隔-控制的脉冲间隔，使得在控制泵电机时脉冲的单个电流引入的大小减小。同时阻止了电机的电流消耗处于极限，这是因为与恒定的控制相比，应用了多个各自具有较小的电流强度的脉冲。总之这样实现类似的电流引入到电机里，就好象应用了单个的长脉冲。
此外可以规定：第一脉冲-/脉冲间隔-控制的脉冲间隔明显大于第二脉冲-/脉冲间隔-控制的脉冲间隔。这例如可以通过如下来达到：第一脉冲-/脉冲间隔-控制的频率比第二脉冲-/脉冲间隔-控制的频率高出整数倍。
有利地，泵电机更在第一脉冲-/脉冲间隔-控制里通过高频的控制来驱动。其中例如规定频率在200Hz和2000Hz之间，其中优选规定用1000Hz的控制。
与之相应，对于第二脉冲-/脉冲间隔-控制规定明显更低的在10Hz和100Hz之间的频率，其中优选规定20Hz或50Hz的控制。
在本发明的一种改进方案中，泵在正常情况下通过第一脉冲-/脉冲间隔-控制来驱动，并且只是在要求提高或降低电机转数时，例如在要求制动时在建立压力或者降压时，才应用第二脉冲-/脉冲间隔-控制。
此外还可以规定：第二脉冲-/脉冲间隔-控制匹配于第一脉冲-/脉冲间隔-控制，例如在电机转数达到所要求的额定值之后、实现了所希望的压力建立或者由于较高的压力而要求更高的动力或者更高的转矩之后。这可以通过以下途径来进行：第二脉冲-/脉冲间隔-控制的脉冲长度持续地延长，直至基本上只还有第一脉冲-/脉冲间隔-控制作用于电机上。备选地也可以规定：提高第二脉冲-/脉冲间隔-控制的频率，从而产生一种平滑的过渡。
在本发明的另外一种方案中规定：对位于汽车的汽车电网中的电源的电流进行检测，并根据这样检测到的值借助于第二脉冲-/脉冲间隔比值进行控制。也可以考虑，当所检测到的噪声或振动超过预先规定值时进行所述重叠。
应用第二脉冲-/脉冲间隔-控制的其他优点在于：在第二脉冲-/脉冲间隔-控制的接着的长脉冲间隔中可以更快地检测到剩余电压(Nach-laufspannung)。
其它优点可以见以下对实施例的说明或者从属权利要求。
附图说明
图1示意地示出了按照本发明的用于控制和/或调节发电机或者电动机的装置的方框图。
图2a和2b示出了按照本发明的具有脉冲-/脉冲间隔-控制的两种不同的节拍频率的控制重叠。
图3a和3b示出了使用一个单个长脉冲和多个短脉冲的控制对于通过电机所接收的电机电流的作用的比较。
图4示出了本发明主题的可能的控制算法/调节算法。
具体实施方式
当在ABS/ESP制动系统框架内的电驱动的泵电机运行时，在起动期间由于电机的惯性会有高的电流需求，这可能引起汽车电网电压的扰动。由此在接通时，加在电机上的电流很快升高，直到达到由电池可供给的最大值，并且随着转数的增大才降到较低的数值。与此相关的汽车电网电压的干扰可能造成以下情况：电机不能足够快地起动，液压压力不能足够快地建立或者在闭锁状况下不能够足够快地降低。
此外较长的接通脉冲，正如它在低频率的脉冲宽度调制(PWM)的、20Hz或者50Hz的控制时所出现的那样，造成迅速和突然的转数升高，这反映在一种可觉察到的噪声中。
然而为了实现起动或者所希望的转数提高，必需引入一定的能量到电机里，这种能量的引入可以通过一种恒定的控制或者一种脉冲式的PWM控制来进行。与通常的用20Hz或者50Hz的低频率PWM控制相反，规定了用一种大约1000Hz的高频率的PWM控制来驱动电机。为了避免由于应用高频率的控制而发生噪声，因而按照本发明规定：这种高频率的控制借助于与低频率控制的重叠来中断。
为了实现这种控制，在控制设备100里设置有过程单元120。该过程单元120根据借助于高频率的PWM控制在内部或者外部所求得的、制动控制装置的参数来控制制动设备的泵电机160。作为示例这里需要指出：可以测取位于汽车里的电源或者电压源150的电流或者电压，以便起动按照本发明的重叠。
如果过程单元120识别到以下要求：泵起动、提高泵电机的转数或者高动力或者高转矩，那么它使高频率的PWM控制与另一个低频率的PWM控制相重叠。泵控制的这种要求例如可以从安装在控制设备里的防抱死调节器或行驶动力调节器得出。然而除此之外也可以由单元140读入泵控制的要求，该单元根据司机愿望产生这种要求，例如为踏板行程检测的形式。
其中所述控制的重叠可以连续地进行，因此使低频率的第二控制持续地运行。备选地然而也可以进行直接的重叠，其中立即出现有高频率的控制。
在图2a和2b中示出了按照本发明的通过两个不同的频率进行的泵控制的重叠。在图2a中，首先示出了以作用于电机上的电压UM进行随着时间变化的高频率的控制。可以明显见到：第一脉冲-/脉冲间隔-控制的周期时间为T1，或者频率为f1＝1/T1。为了实现所述的按照本发明的效果，在图2b中，该第一脉冲-/脉冲间隔-控制与一个低频率的第二脉冲-/脉冲间隔-控制相重叠，后者的周期为T2，或者说频率为f2＝1/T2。此处可见，在低频率控制的脉冲阶段200期间，电机的控制还用高频率的节拍来进行，与此相反，在脉冲阶段210里则不进行控制。
通过使用第一或者使用重叠的第二脉冲-/脉冲间隔比值或者脉冲式的高频率的节拍对电机进行控制，可以使有效电流变化，该有效电流作用于电机上并确定了电机的转数。
应用1000Hz的控制已经表明，对于避免汽车电网电压的干扰是特别有利的。通过这种高频率的控制，结合20Hz或者50Hz的低频率的重叠，也可以改善NVH性能，因此可以在汽车客舱内实现较小的噪声等级。
按照本发明的控制对于电机电流IM的作用，可以根据对以下两种控制的对比而表现出来：如图3a所示的正常的纯粹的低频率的控制与如图3b所示的脉冲式的高频率的控制。其中总是考察低频率的控制的单个脉冲阶段300的整个时间段。图3a中的电流IM由于汽车电池有限制的供电而在达到最大的通过电池可供给的电流值IMax时被限制住，而在图3b中的高频率的控制则示出：电机电流IM逐步地建立，而并不处于限制中，或者说并不达到连续的控制的最大值，这是因为电机电流在高频率的控制时具有较小的值。
借助于图4中的流程图示出了转换按照本发明的方法的可能的控制算法或者调节算法。在程序开始之后，在第一步骤400中询问泵160是否应该投入运行，或是否要提高转数。如果没有规定泵的这种运行，那么程序就终止，或者泵只用低频率的或高频率的控制来驱动。相反如果有对泵的要求，例如在舒适控制方面在低的功率要求的制动要求方面，那么在步骤420里泵以高频率的控制被驱动，此控制与一种低频率的控制相重叠。只要在步骤440中得知：由要求所规定的目标参数，例如额定转数或所希望的额定压力尚未达到，那就继续进行控制的低频率重叠。在达到目标参数之后，在步骤460里使低频率的重叠断开，从而使进一步的驱动又能够用正常的或者说高频率的控制来进行。
备选地也可以规定：在步骤460里，使低频率的控制匹配于高频率的控制。这例如可以通过如下来进行：使低频率控制的频率f2在重叠前可规定的时间段上在接着的节拍循环期间得以提高，直至达到重叠的所希望的频率f2。相应地在断开重叠时，可以使频率f2持续地变慢，或者说减小低频率的控制，一直到在电机上只还作用有高频率的控制为止。
在另外一种实施例中规定：对在汽车里给电机提供电能的电源或电压源150进行监测。如果确定由电源或电压源所供的电不够使电机达到所希望的额定转数，那就可以转换到高频率的控制，或者转换到具有与高频率的节拍相重叠的低频率的节拍的控制。
在另一种实施例中，可以在脉冲阶段200期间较高节拍的控制之后，实现在脉冲间隔220里剩余电压的更快速的检测。
Claims (12)
1.用于控制和/或调节直流电机、尤其是汽车中的泵电机的方法，其中规定：电机(160)借助于第一脉冲-/脉冲间隔-控制被节拍地驱动，其特征在于，所述电机附加地通过与所述第一脉冲-/脉冲间隔控制相重叠的第二脉冲-/脉冲间隔-控制来驱动，其中该第二脉冲-/脉冲间隔-比值具有比所述第一脉冲-/脉冲间隔-比值更低的频率。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一脉冲-/脉冲间隔-控制具有频率(f1)，该频率相当于所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制的频率(f2)的整数倍。
3.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
-所述第一脉冲-/脉冲间隔-控制的频率(f1)为从200Hz至2000Hz和/或
-所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制的频率(f2)为从10Hz至100Hz。
4.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电机(160)的控制通过所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制、取决于对提高或降低电机转数的要求的检测来进行。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，在提高电机转数之前或之后，使所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制持续地匹配于所述第一脉冲-/脉冲间隔-控制，其中尤其规定：这种匹配通过延长所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制的脉冲长度来进行。
6.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制的频率取决于位于汽车的汽车电网里的电源(150)来规定。
7.用于控制和/或调节直流电机、尤其是汽车中的泵电机的装置，其中规定：设置有控制机构(120)，该控制机构将电机(160)尤其是通过权利要求1至6中任一项所述的方法借助于第一脉冲-/脉冲间隔-控制以节拍地驱动，其特征在于，所述控制机构(120)通过与所述第一脉冲-/脉冲间隔控制相重叠的第二脉冲-/脉冲间隔-控制将电机(160)驱动，其中该第二脉冲-/脉冲间隔-比值具有比所述第一脉冲-/脉冲间隔-比值更低的频率。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一脉冲-/脉冲间隔-控制具有频率(f2)，该频率相当于所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制的频率(f1)的整数倍。
9.按照权利要求7或8所述的装置，其特征在于，
-所述第一脉冲-/脉冲间隔-控制的频率(f1)为从200Hz至2000Hz和/或
-所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制的频率(f2)为从10Hz至100Hz。
10.按照权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制机构(120)通过所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制、取决于对提高或降低电机转数的要求的检测来控制电机(160)。
11.按照权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制机构在提高电机的转数之后，使所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制持续地匹配于第一脉冲-/脉冲间隔-控制，其中尤其规定：为了实现这种匹配，该第二脉冲-/脉冲间隔-控制的脉冲长度被延长。
12.按上述权利要求7至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制机构取决于位于汽车的汽车电网里的电源(150)来规定所述第二脉冲-/脉冲间隔-控制的频率。
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