CN101938236A - 用于运行电动机尤其是内燃机组件的伺服电动机的方法和电路 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于运行电动机尤其是内燃机组件的伺服电动机的方法和电路。该电动机具有转子和至少两个相。在该方法中，确定转子的当前角位置(phipos)并且根据该当前角位置将电势施加到两个相的至少之一上，使得达到所希望的角位置。根据当前角位置(phipos)和所希望的角位置(phiposreq)确定期望角速度(dphides)，使用该期望角速度(dphides)来影响电势。

Description

用于运行电动机尤其是内燃机组件的伺服电动机的方法和电路

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前述部分所述的用于运行电动机的方法和电路。

背景技术

已知的是：将多相电动机用于调节内燃机的组件。例如，已知了用于调节涡轮增压器的叶片的偏角的伺服电动机或者用于调节内燃机的节流阀的角位置的伺服电动机。

为了调节所希望的角度位置已知的是：在电动机上将确定的、预先给定的电势施加到电动机的各个相上。电动机的转子于是转动至所希望的角位置并且也被保持在那里。

此外，已知的是：尤其是为了实现快速过渡至所希望的角位置以及为了避免在过渡中的超调而设置有调节装置，借助该调节装置来影响各个相上的电势或电流。这例如可以借助脉冲宽度调制来实现。

发明内容

本发明的任务是尤其是在过渡至所希望的角位置方面进一步改进已知的用于运行电动机的方法。

本发明通过根据权利要求1所述的方法以及通过权利要求12所述的电路来解决上述任务。

电动机具有至少两个相和转子。转子的当前角位置被确定并且根据此将电势施加到两个相的至少之一上，使得达到所希望的角位置。根据当前角位置和所希望的角位置确定期望角速度，该角速度用于影响电势。

在该方法的范围中，于是角位置被映射成角速度，根据角速度来影响电动机的至少一个相位上的电势。以此方式实现了更为快速且更为精确地过渡至所希望的角位置中。

特别有利的是：根据期望角速度来调节在电动机的至少一个相上存在电势的规模或者关系(Verhaeltnis)。尤其是在此可以使用对所述的电势的脉宽调制。

在一个有利的改进方案中，期望-实际偏差基于所确定的角速度来确定。由此，根据本发明的调节装置基于角速度，这导致显著地改进了从当前角位置至所希望的角位置的过渡。

本发明的其他特征、应用可能性和优点从如下的就本发明的实施例的说明中得到，这些实施例示出在附图的数个图中。在此，所有描述的或示出的特征本身或者任意组合地形成了本发明的主题，与在权利要求中的概括或者其回引无关以及与其在说明书或者附图中的措辞或者表示无关。

附图说明

图1示出了用于运行电动机的电路的示意性电路框图，

图2a至2c示出了图1的电路的开关单元的电路图，

图3示出了具有图1的电路和电动机的状态的表，

图4示出了图1的电路的信号的示意性时序图，以及

图5和6示出了用于运行图1的电动机的方法的示意性电路框图。

具体实施方式

在图1中示出了电路10，其具有三相电动机11。电动机11的相用U、V、W表示。电动机11具有未示出的转子，并且还设置有三个彼此间隔的霍尔传感器12，它们的输出信号用H1、H2、H3表示。

优选地，电动机11是无刷直流电动机，该无刷直流电动机例如设置有12极的转子磁体和用于霍尔传感器12的24极的传感器磁体。借助该扩展方案可能的是，通过电动机11达到5度的转子磁体的角位置的分辨率。

相U、V、W的每个的电压或者电流各由一个开关单元13来提供，输入信号IN、DIS分别被输送给开关单元。输入信号IN、DIS由控制装置14产生，霍尔传感器12的输出信号H1、H2、H3被输送给该控制装置14，并且该控制装置以未示出的方式有电动机11的所希望的角位置的至少一个期望信号。

电动机11例如可以使用在车辆的内燃机中，更确切地说作为内燃机的任意组件的伺服电动机。例如，可以使用电动机11来调整内燃机的涡轮增压器。在此情况下，例如可以由车辆的电子燃料喷射装置来预先给定电动机11的所希望的角位置的期望信号。

在图2a至2c中更为详细地示出了三个开关单元13之一。应理解的是，以下的阐述对于图1的所有三个开关单元13有效。

开关单元13具有两个分别带有相对(gegensinnig)连接的空转二极管(Freilaufdioden)的电子开关HS、LS。这两个开关HS、LS在此从电池电压BAT连接至地GND。在这两个开关HS、LS之间存在输出端OUT。

两个开关HS、LS的位置与输入信号IN、DIS有关。在图2a至2c中始终示出了同样的开关单元13，而基于不同的输入信号IN、DIS。输入信号IN、DIS在此可以具有状态“0”或“低”(例如不存在电压)或者“1”或“高”(例如存在电压)。

在图2a中适用于：IN＝0，DIS＝0。借助激励将开关HS打开而将开关LS闭合。由此，输出端OUT在地GND上。在图2b中适用于：IN＝1，DIS＝0。借助激励将开关HS闭合而将开关LS打开。由此，电池电压BAT在输出端OUT上。在图2c中适用于：IN＝任意，DIS＝1。借助该激励，将两个开关HS、LS打开。基于两个续流二极管，由此在输出端OUT上存在如下电势，其既不对应于电池电压BAT，也不对应于地GND；该状态称作“空载(open)”。

通过将确定的、预先给定的电势施加到电动机11的三相U、V、W上，可以引起电动机11的转子磁体的转动运动。电动机11的确定的角位置在此分别于被分配给针对相U、V、W的所属的电势组合。借助这些电势组合也可以将电动机11保持在所希望的角位置(Winkelstellung)中。

在图3的表中，在最上部的行中记录有在水平方向上的十二个角位置。十二个角位置之间的间隔相应于已经提及的5度的分辨率。总之，十二个角位置覆盖0度到55度(包括边界值)的角区域。在该行中在十二个角位置之下说明了激励编号“AnstNr”，借助激励编号将角位置从编号“0”连续编号至编号“11”。

在图3的表的第三、第四和第五行中针对十二个角位置的每一个分别记录对于三个相U、V、W的所属电势。如已经提及的那样，三个相互设置的用于相U、V、W的电势形成电势组合，电动机11的转子磁体借助该电势组合可以转动至所属的角位置中并且保持在那里。于是，如果例如在相U上产生状态“空载”，电池电压BAT在相V上并且相W在地GND上，则25度的角位置属于该电势组合。

在图3的表的第六、第七和第八行中，针对十二个角位置的每一个分别记录有霍尔传感器12的所属的输出信号H1、H2、H3。输出信号H1、H2、H3在此可以具有状态“1”或“高”(例如存在电压)和“0”或“低”(例如不存在电压)。相应三个相互设置的输出信号H1、H2、H3合成整体并且形成霍尔编号“HallNr”，霍尔编号包含在图3的表的倒数第二行中。霍尔编号的每一个由此表示十二个可能的角位置之一。

在电动机11的此扩展方案中，对于十二个角位置仅仅存在六个霍尔编号。在图3的表中得到的是：用于“0度”到“25度”的角位置与用于“30度”至“55度”的角位置的霍尔编号“1”至“6”相等。霍尔编号于是本身不能单独地明确区分十二个角位置。

该问题如下地解决：在首次接通电路10之后由控制装置14读入输出信号H1、H2、H3并且从图3的表中读出所属的两个角位置。示例性地应假设的是：对于输出信号H1、H2、H3适用于如下情况：H1＝高，H2＝高，H3＝低。输出信号H1、H2、H3对应于“15度”和“45度”的角位置。由于所阐述的不存在的明确性，不清楚电动机11当前实际处于哪个角位置。所以，电动机11被转动到恰好处于两个所读出的角位置之间的角位置中。在此例子中，在此，为“30度”的角位置。于是相U、V、W被施加以属于“30度”或激励编号(AnstNr)“6”的电势。于是，电动机11的转子磁体转动到30度的角位置。现在于是已知了电动机11的当前实际的角位置。当前角位置存储在控制装置14中。此外，在图3的表中在最后的行中记录霍尔偏置“HallOS”，借助霍尔偏置于是可能的是，将“0度”至“25度”或“30度”至“55度”的角位置的两个不明确的区域彼此区分。例如，“0度”至“25度”的角位置与霍尔偏置“0”相对应，“30度”至“55度”的角位置与霍尔偏置“1”相对应。

在电动机11的以下的工作中，借助所谓的中断输送给控制装置14的输出信号H1、H2、H3继续被分析。在此得到的、输出信号H1、H2、H3的改变被解释为电动机11的转动运动并且相应地被一同考虑。电动机11的新的当前角位置于是借助输出信号H1、H2、H3存储在控制装置14中。由此，在任何时刻都明确地已知电动机11的相应实际当前的角位置。

如果在电动机11的运行中要调节其它角位置，则相位U、V、W被施加以属于所述其它角位置的电势。例如，如果要所述的“30度”的电动机11的角位置调整到例如“40度”，则从图3的表中读出所属的电势组合并且施加到电动机11的相U、V、W上。电动机11的转子磁体于是转动至所希望的角位置中。

通过借助霍尔传感器13的输出信号H1、H2、H3确定电动机11的当前角位置，来检查对所希望的角位置的达到。如果当前角位置与所希望的角位置相一致，则电动机11的转子磁体已达到所希望的角位置。

转子磁体从当前角位置至所希望的角位置的过渡尤其是随目的而被调节，以便尽可能快速地实施过渡并且在此在很大程度上避免超调。对此，考虑输入信号DIS。于是，参照图2b来阐述：当输入信号IN＝1和输入信号DIS＝0时，电池电压BAT在输出端OUT上。从该状态出发，输入信号DIS可以受影响使得其交替地是“0”和“1”。对于DIS＝0得到(如所述的那样)，OUT＝BAT，而对于DIS＝1根据图2c得到OUT＝空载。输入信号DIS的影响于是导致在输出端OUT上并不连续地存在电池电压BAT，而是电池电压BAT仅仅以如输入信号DIS等于“0”的那个规模存在。

在图4中关于时间绘制了输入信号IN、DIS和在输出端OUT上的电势。如前面所阐述的那样，输入信号IN等于“1”而输入信号DIS交替地是“0”或“1”。如同样所阐述的那样，这导致：，在输出端OUT上仅仅以如输入信号DIS等于“0”的规模存在电池电压BAT。借助于改变输入信号DIS等于“0”或“1”的时间间隔的比例，可以调节电池电压BAT在输出端OUT上的规模。这是在输出端OUT上的电池电压BAT的脉宽调制。

在图5和图6中示出了一种方法，借助该方法可以调节转子磁体从当前角位置至所希望的角位置的前面所述的过渡。该方法优选可以借助计算机装置来执行，该计算机装置设置有相应的计算机程序。该计算机装置优选可以包含在控制装置14中。

图5和图6的方法在相继的时刻运行。在每个时刻执行如下所阐述的步骤并且相应地读入或者生成输入量和输出量。如果必要，则借助索引i来使属于一个时刻的量彼此区分。索引i涉及该方法的当前的运行并且索引i-1具有如下意义：涉及在该方法的最后运行中所确定的量。

将当前角位置phipos和所希望的角位置phiposreq作为输入量输送给图5的方法。当前角位置phipos是电动机11的、根据霍尔传感器13的输出信号H1、H2、H3中从图3的表中得到的角位置。如果输出信号H1、H2、H3当前例如具有状态“高”、“低”、“高”，并且霍尔偏置当前例如为“1”，则电动机11的转子磁体处于“35度”的角位置。于是在该情况下当前角位置phipos是35度。所希望的角位置phiposreq是电动机11的所希望的角位置的开始提及的期望信号或者所希望的角位置phiposreq从该期望信号导出。于是，当前角位置phipos和所希望的角位置phiposreq是已知的量。

当前角位置phipos和所希望的角位置phiposreq被输送给块21。对于块21的输出量phiposdiff适用于如下等式：

phiposdiff＝phiposreq-phipos                    (1)

输出量phiposdiff是角度差并且被输送给特性曲线和正负号函数23。借助该特性曲线将角度差phiposdiff反映到角速度dphiposdiff。借助正负号函数23来考虑角度差phiposdiff的代数符号。特性曲线22和正负号函数23的输出量输送给块24，该块将这两个输出量彼此相乘。

借助块26和时间延迟装置27(所希望的角位置phiposreq分别被输送给它们)实现如下等式：

dphireq＝phiposreq(i)-phiposreq(i-1)            (2)

量dphireq是角速度，该角速度从过渡至所期望的角位置phiposreq中形成。

后继的块29根据如下等式将目前确定的量相关联：

dphides＝dphireq+[signum(phiposdiff)*dphiposdiff]    (3)

量dphides是在当前角位置phipos和所希望的角位置phiposreq的情况下能够(在所提及的目的的意义上)会实现尽可能良好的过渡的期望角速度。

借助块31和时间延迟装置32(当前角位置phipos分别被输送给它们)实现如下等式：

dphiact＝phipos(i)-phipos(i-1)                  (4)

量dphiact是当前实际存在的角速度。

当前角速度dphiact和期望角速度dphides被输送给块34，该块执行减法。这是对图5的方法的期望-实际偏差的确定并且由此是所阐述的调节。此外，期望角速度dphides被输送给正负号函数35，借助该正负号函数来考虑期望角度度dphides的代数符号。

后继的块36根据如下等式将目前确定的量相关联：

dphideltapos＝signum(dphides)*[dphiact-dphides]       (5)

量dphideltapos是角速度的差，其中当前角速度dphiact必须被改变了该差，以便实现所希望地、尽可能良好地过渡至所希望的角位置phiposreq。

在图6中，量dphideltapos被输送给特性曲线41，借助该特性曲线可以考虑最后由量dphideltapos激励的执行器的特性。在此情况下，借助特性曲线41尤其是可以进行与电动机11的匹配并且必要时可以进行与连接在前的运行电路的匹配。

特性曲线41的输出信号被输送给加法块42并且随后输送给限制装置43。该限制装置43对此设计为：将加法块42的输出信号限制于正的最大值和负的最大值。限制装置43的输出信号被称作dutycycle(占空比)。量dutycycle通过时间延迟装置44输送给加法块42。在那里，量dutycycle和量dphideltapos相加。量dutycycle由此通过时间延迟装置44来反馈。

借助量dutycycle来改变其中输入信号DIS等于“0”和“1”的持续时间的比例。于是借助量dutycycle来调节电池电压BAT在输出端OUT上的规模(Umfang)。量dutycycle于是是如下的量：借助该量来影响在输出端OUT上存在的电池电压BAT的所提及的脉宽调制。

此外，根据图6也提供了量pattern(模式)。该量pattern是相U、V、W的针对电动机11的所希望的角位置根据图3所必须调节的那些电压。该量pattern在此可以根据图3的表顺序地改变，即始终以5度的步长来改变。可替选地，也可能的是，量pattern以更大的步长宽度来改变。这例如可以在所希望的角位置与当前角位置距离超过15度时才情况如此。

因此由图5和6的方法产生量dutycycle和量pattern。量dutycycle调节电池电压BAT在输出端OUT上的规模，而量pattern说明了用电池电压BAT所激励的那些相U、V、W。相和电池电压的所述的规模于是对此是决定性的：执行电动机11的转子磁体如何从当前角位置phipos过渡至所希望的角位置phiposreq。当前角位置phipos通过霍尔传感器13来测量并且由此是所阐述的调节的反馈回路。

借助图5和6的方法因此可以通过对在电动机11的相U、V、W的至少之一上的电势的脉宽调制来将电动机11的角位置调节到预先给定的角范围内。在该调节的范围中，角位置被反映在角速度中并且基于所确定的角速度执行调节的期望-实际偏差。

如果当前角位置与所希望的角位置仅仅微小地偏差例如偏差小于15度，则可能的是：量pattern保持不变，而仅仅量dutycycle改变。由此，电动机11的转子磁体可以精确地调节到所希望的角位置并且由此保持在那里。

Claims (13)

1.一种用于运行电动机(11)的方法，其中该电动机(11)具有转子和至少两个相(U，V，W)，并且其中在该方法中确定该转子的当前角位置(phipos)并且根据该当前角位置将电势施加到两个相的至少之一上，使得达到所希望的角位置(phiposreq)，其特征在于，根据当前角位置(phipos)和所希望的角位置(phiposreq)来确定期望角速度(dphides)，并且使用该期望角速度(dphides)来影响该电势。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据该期望角速度(dphides)来调节在该电动机(11)的至少一个相(U，V，W)上存在电势的规模或者关系。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，根据所希望的角位置(phiposreq)借助时间延迟装置来确定所希望的角速度(dphireq)。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，根据当前角位置(phipos)和所希望的角位置(phiposreq)来构成角差(phiposdiff)，将该角差输送给特性曲线(22)，该特性曲线由此导出角速度(dphiposdiff)。

5.根据权利要求3和4所述的方法，其中根据所希望的角速度(dphireq)和由该特性曲线(22)确定的角速度(dphiposdiff)来导出该期望角速度(dphides)。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中根据当前角位置(phipos)借助时间延迟装置(32)来确定当前角速度(dphiact)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中根据当前角速度(dphiact)和期望角速度(dphides)来确定期望-实际偏差。

8.根据权利要求7所述的方法，其中该期望-实际偏差借助脉冲宽度调制来影响该电动机(11)的相(U，V，W)的至少之一的电势。

9.根据权利要求8所述的方法，其中该期望-实际偏差通过时间延迟装置(44)来反馈。

10.用于执行根据权利要求1至9之一所述的方法的计算机程序。

11.一种控制装置(14)，具有用于执行根据权利要求1至9之一所述的方法的计算机程序。

12.一种电路(10)，尤其是用于车辆，该电路具有根据权利要求11的控制装置(14)。

13.根据权利要求12所述的电路(10)，其中该电动机(11)被构建为伺服电动机并且尤其是被设置用于调整内燃机的涡轮增压器。

Images