CN102317878A

CN102317878A - 用于对调整设备的驱动电动机进行脉宽调制控制的方法和装置

Info

Publication number: CN102317878A
Application number: CN2010800073341A
Authority: CN
Inventors: S.霍尔津格; R.莫拉韦克; D.朱费尔
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: US8541969B2; DE102009008369A1; BRPI1008367A2; US20120001585A1; WO2010091962A1; BRPI1008367B1; CN102317878B

Abstract

本发明涉及用于基于调整设备的机械系统的存放在存储器（9）中的参考来对所述调整设备的驱动电动机（2）进行脉宽调制（PWM）控制的方法和装置，所述参考对应于所述驱动电动机（2）上的力（F）与所述调整设备的调整路径（s）或调整时间（t）之间的关系，其中基于所述机械系统的参考确定预期的将来的力值（F(t+t₀)），以便在使用所述将来的力值的情况下事先将PWM控制调整为，使得在所述调整设备的预期机械波动的情况下避免电动机同步波动。

Description

用于对调整设备的驱动电动机进行脉宽调制控制的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于基于调整设备的机械系统的存放在存储器中的参考来对调整设备的驱动电动机进行脉宽调制控制的方法以及装置，所述参考对应于调整设备的电动机上的力与调整设备的调整路径或调整时间之间的关系。

背景技术

调整设备（如其在这里提到的）例如用在机动车中以驱动电车窗升降器或滑动天窗，但是其中其他应用——例如电行李舱盖、滑动门等等——也是可能的。为了提高操作舒适性和安全性，结合这样的调整设备往往使用脉宽调制的电动机控制，该电动机控制在车载电网电压中、通常在供电电压中出现波动时也应当确保电动机同步。这样的PWM控制与常见的防夹系统相结合也是有利的。

具体地，借助这样的PWM控制除在供电电压波动时确保电动机同步外还能够实现调整速度的调节，以便通过更慢的关闭速度来提供例如更长的允许反应时间和防夹系统的类似优点。这尤其在FMVSS 118准则的25 mm范围内是重要的，根据所述准则以65 N/mm的弹性力检验防夹系统。尤其是，在关闭例如滑动天窗时在进入密封前降低关闭速度，其中由运动的机械系统获取能量。在理想情形中，通过这样的方式可以省去机械阻尼元件。

在已知的技术中，为此目的使用电子调节器，所述电子调节器通过测量机动车的车载电网电压来计算所需的占空比，以便提供所期望的电动机电压（例如，确定的时间间隔中70%的车载电网电压）。在必要时，还可以检验电动机电压，也就是说，回测电动机电压，从而得出闭合的调节回路。通过这样的方式，可以调节掉车载电网电压波动。然而，仍然总是出现相应的调整设备的同步波动，例如车窗升降器或滑动天窗的同步波动，其中所述同步波动由于不同的机械负载产生，尤其是由于在调整运动过程中根据机械系统中的位置（或时间）衔接或脱开的不同部件而产生。由于变化的机械力而产生的同步波动在已知的系统中调节不掉，因为同步波动是防夹算法的输入信号或测量信号。由此降低了使用者的舒适性并且减少了用于防夹系统的PWM控制的优点。

发明内容

现在，本发明的任务是在此实现补救措施并且尽可能良好地消除由于变化的机械负载而出现的同步波动，以便因此提高使用者的舒适性并且确保PWM控制在防夹系统方面对于这种变化的机械负载的情形也具有的优点。

在此，本发明基于，通常、尤其是结合防夹系统（如其通常设置在车窗升降器、滑动车窗等等中），在控制电子装置的存储器中存储了机械系统的参考（参见例如DE 196 33 941 C2）。机械系统的该参考也可以称作特征曲线、参考域或者机械特性并且通常由数据域组成，其中在调整设备的运行期间，根据调整设备的位置、即例如尤其是车窗或滑动天窗的位置，或者根据时间设置电动机上的力的值。所述参考（以下也简称为特征曲线）对于每个单个的机械系统在制造机动车时在初始化过程中根据经验来确定和存储。现在，本发明的基本原理是，所述机械特征曲线可以用于事先如此调整相应的PWM调节或PWM电动机控制，使得可能预期的机械波动不会导致电动机同步波动。

因此，为了解决所提出的任务，本发明提出如在独立权利要求中定义的方法以及装置。有利的实施方式和扩展方案在从属权利要求中说明。

因此，根据当前的技术，基于机械特征曲线，即基于调整设备的机械系统的参考，确定预期的将来的力值，然后在使用所述将来的力值的情况下事先如此调整PWM控制，使得在调整设备的预期机械波动时通过经修改的PWM控制来避免电动机同步波动。这可以通过以下方式有利地简单地实现：在时刻t以时间间隔t₀计算预期的将来的力F(t+t₀)并且基于关系U_Mot= k₁*F+k₂*ω，其中U_Mot是电动机电压，ω是电动机角速度以及k₁和k₂是可根据经验确定的系统常数，在考虑所期望的电动机角速度ω的情况下确定要借助于PWM控制调整的电动机电压U_Mot。时间间隔t₀在此有利地对应于调节系统的静止时间并且尤其是1至5 ms，其中在测试时大约2.5 ms的时间间隔已经证实为特别有利的。（具体地，时间间隔t₀当然与系统有关）。然后可以测量供电电压、即尤其是（在机动车的情形中）车载电网电压或者电池电压，并且根据所述供电电压的测量值以及所确定的要调整的电动机电压来计算作为PWM控制基础的占空比。

为了实现无问题的启动，还有利的是，在考虑所述将来的力值的情况下在驱动电动机平滑启动之后才激活PWM控制。

一个较不利的、对应于现有技术的替代方案是，测量电动机的实际速度——其可由霍尔传感器提供——并且借助该实际速度调节到所期望的额定速度。但这具有以下缺点：导致速度降低的物体夹住会造成电动机电压的升高。这还附加地增大物体上的夹力，这当然是不利的。然而，在这里提出的技术解决方案有利地取代借助于实际速度而借助事先记录的机械特征进行调节。由此，被夹住的物体不会导致电动机电压的升高，由此也不会使物体上的夹力不必要地增大。

因此，有利地，与配置本身已知的防夹系统相结合地使用PWM电动机控制，其中通过当前的避免同步波动的技术可以实现防夹系统的功能方面的附加安全性。

附图说明

以下根据优选实施例参照附图仍进一步解释本发明，但本发明并不限于这些优选实施例。

图1示出根据本发明的装置的实施方式的框图，

图2示出电动机上的力F、供电电压U_Bat和PWM功能关于时间t（或者关于位置或者调整路径s）的变化曲线的示图，并且

图3示出PWM功能以及速度曲线v关于时间t（或者关于调整路径s）的示图，用于说明从启动模式到按照根据本发明的技术的PWM控制模式的过渡。

具体实施方式

在图1中示意性地以框图示出了用于在其余部分中未进一步示出的调整设备的电动机2的PWM控制的装置1，其中作为装置1的重要组成部分设有中央计算装置3（CPU 3），以便通过PWM开关4执行电动机2的PWM控制；所述PWM开关4在图1中仅仅示意性地示出并且在实践中通常例如借助于场效应晶体管（FET）实现。PWM开关4根据通过计算装置3预给定的占空比向电动机2施加供电电压U_Bat，该供电电压施加在装置1的端子5、6上。可选地借助于测量装置7测量实际上施加在电动机2上的电压U_Mot，其中相应的测量值被输送给计算装置3。此外，在所示示例中，设有用于测量电动机2的旋转运动（即在检测位置方面）、速度或者角速度和/或力的传感器8；该传感器8可以附加地或者取代测量装置7地设置用于形成调节系统，并且传感器8例如可以是霍尔传感器。传感器8的输出信号（测量信号）同样被输送给计算装置3。此外，计算装置3与存储器9连接，在所述存储器中存放了关于相应的调整设备或者所述调整设备的机械系统的机械特征曲线的数据。在图2中示例性地借助曲线10示出可能的特征曲线F(t)，其中可以看出，电动机上的力F(t)根据时间t或者例如滑动天窗的位置（即调整路径s）变化。因此，对于装置1而言，该随着调整路径变化的力F是已知的。

从图1中还可以看到，还存在用于测量供电电压U_Bat的测量装置11，其中测量值同样被输送给计算装置3。现在，计算装置3以本身传统的方式实现用于电动机2的PWM控制装置，该PWM控制装置具体通过图1中的PWM模块3A结合PWM开关4实现。与此相连接的是通过计算装置3中的模块3B表示的防夹系统，开关继电器12、13也属于该防夹系统，以便也可以在识别到夹住的情形中在电动机速度减小后如本身已知的那样使电动机2倒转。

在图1中以其正常运行位置示出开关继电器12、13，其中它们在电动机2倒转时均转换开关位置。在（未示出的）静止位置中，两个开关继电器12、13位于其根据图1的上部位置，也就是说，它们均触靠在端子5上，如在图1中对于开关继电器12用虚线示出的那样。PWM开关4在静止位置中是打开的。

在所示实施方式的变型方案中，例如也可以考虑，取代开关继电器12、13和PWM开关（FET）4设置具有四个FET的全桥，这四个FET由计算装置3通过（由此组合的）模块3A、3B控制，以便一方面实现PWM控制而另一方面实现电动机倒转。

由图1中的示图中得出，供电电压U_Bat、可选地电动机电压U_Mot和电动机转速ω可以视为预给定的参量，也就是说，测量这些参量并且对这些参量做出反应。所述反应涉及PWM控制，其中借助PWM模块3A和PWM开关4调整电动机电压U_Mot。

具体地，物理给定条件如下地定义电动机上的电压U_Mot、电动机上的力F和电动机的角速度ω之间的关系：

静态的电动机方程：

得出

其中：

I表示电动机2的电动机电流（电枢电流）

k_ω表示比例系数（电动机常数）

R表示电枢电阻。

当作为比例系数预给定另一电动机常数k_m，则电动机的转矩M通过所述常数k_m与电枢电流I成比例：

通过电动机的芯线绕组（Seilwicklung）的半径r和分别给定的转换比例ü得出芯线组上和（因此）滑动天窗等上的力F如下：

因此，得出电动机电压U_Mot、力F和角速度ω之间的以下关系：

，

其中，在这个方程中除提到的参量外仅仅存在已知的系统常数k₁、k₂。

参见图2，借助于机械特征曲线F(t)，现在计算预期的将来的力F(t+t₀)。因此，与所期望的转速ω一起根据以上方程得出要调整的电动机电压U_Mot。在此，时间间隔t₀有利地对应于调节系统的静止时间。

借助于所测量的车载电网电压U_bat可以直接计算占空比x，必须借助该占空比来调整PWM控制：

。

由以上关系得出，严格地说速度调节不再是调节，而仅仅是设置速度v。通过正确地计算预期的将来的力F(t+t₀)才闭合调节回路，在所述正确的计算中计入对当前的力的计算，该计算又基于当前的转速，因为所存放的机械特征曲线仅仅描述差分力。

由所述事实得出当前方案的另一优点：在夹住的情形中，降低电动机的转速，这在直接调节时会导致电动机电压U_Mot的升高。然而，这在夹住情形中是最不期望的，因为由此会进一步增强夹住。在所提出的方案中避免了这样的情况，因为对于计算将来的预期的力F(t+t₀)来说可能当前存在的夹住过程不计入，因为该夹住过程未存放在特征曲线中。

因此，利用专门的PWM控制的当前装置可以通过特别有利的方式与本身传统的防夹系统连接。

为了示例性地进行说明，在图2的示图中，除力特征曲线F(t)外还示出了供电电压U_Bat(t)的曲线14以及PWM功能的曲线15。此外还示出，在时刻t以预计在时刻t+t0的方式确定力F(t+t₀)，并且因为在该将来的时刻t+t₀力F与时刻t的力明显不同，所以得到明显改变的PWM。

时间间隔t₀例如是1至5 ms，尤其是大约2.5 ms。

在图3中示意性地还示出了当前控制的启动阶段的示例，其中在启动以后直到时刻t1，以传统的方式运行调整设备，其中得到速度曲线v（或电动机角速度ω）和PWM曲线的传统斜坡16或17。在该阶段中，可能基于当前技术得出并且在图3中在曲线区段18中示出的PWM调节“空”载。从接管时刻t₁起，对于PWM控制使用以上所描述的技术，其中例如得到最终的PWM曲线19以及速度曲线20。在此，速度v与电动机角速度ω或电动机转速具有直接关系，这在图3中通过对“ω”的额外指示示出。

如已经提到的那样，当前的技术可以特别有利地用于滑动天窗驱动、车窗升降器、以及滑动门、电驱动的行李舱盖等等，其中尤其是在已知的设备装配有防夹系统时实现优点。

符合目的地，简单地根据经验在第一次启动运行时、在系统初始化过程中确定不同的系统常数，然后——如机械特征曲线那样——存放在存储装置、例如存储器9中。但是例如也可以从一般的特征曲线出发，系统逐渐地匹配于所述特征曲线。

Claims

1.一种用于基于调整设备的机械系统的存放在存储器（9）中的参考来对所述调整设备的驱动电动机（2）进行脉宽调制（PWM）控制的方法，所述参考对应于所述驱动电动机（2）上的力（F）与所述调整设备的调整路径（s）或调整时间（t）之间的关系，其特征在于，基于所述机械系统的参考确定预期的将来的力值（F(t+t₀)），以便在使用所述将来的力值的情况下事先将PWM控制调整为，使得在所述调整设备的预期机械波动的情况下避免电动机同步波动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在时刻（t）以时间间隔（t₀）计算预期的将来的力值（F(t+t₀)），并且基于关系

U_Mot=k₁*F+k₂*ω，其中

U_Mot是所测量的电动机电压，

ω是所测量的电动机角速度，以及

k₁和k₂是可根据经验确定的系统常数，

在考虑所期望的电动机角速度（ω）的情况下确定要借助于PWM控制来调整的电动机电压（U_Mot）。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述时间间隔（t₀）处于以PWM控制形成的调节系统的静止时间的数量级上。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述时间间隔（t₀）被选择在1和5 ms之间，优选等于大约2.5 ms。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，测量所述驱动电动机（2）的供电电压（U_Bat），并且据此以及基于要调整的电动机电压（U_Mot）计算作为所述PWM控制的基础的占空比。

6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，与防夹系统（3B，12，13）相结合地使用所述PWM控制。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在使用所述将来的力值的情况下在所述驱动电动机（2）平滑启动（16，17）之后激活PWM控制。

8.一种用于基于调整设备的机械系统的存放在存储器（9）中的参考来对所述调整设备的驱动电动机（2）进行PWM控制的装置，所述参考对应于所述驱动电动机（2）上的力（F）与所述调整设备的调整路径（s）或调整时间（t）之间的关系，其特征在于计算装置（3），所述计算装置（3）被设置用于基于所述机械系统的参考确定预期的将来的力值（F(t+t₀)），并且在使用所述将来的力值的情况下事先将PWM控制（3A，4）调整为，使得在所述调整设备的预期机械波动的情况下避免电动机同步波动。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算装置（3）被设置用于在时刻（t）以时间间隔（t₀）计算预期的将来的力值（F(t+t₀)），并且基于关系

U_Mot= k₁*F+k₂*ω，其中

U_Mot是所测量的电动机电压，

ω是所测量的电动机角速度，以及

k₁和k₂是可根据经验确定的系统常数，

在考虑所期望的电动机角速度（ω）的情况下确定要借助于PWM控制装置（3A，4）来调整的电动机电压（U_Mot）。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述时间间隔（t₀）处于以PWM控制装置（3A，4）形成的调节系统的静止时间的数量级上。

11.根据权利要求8至10之一所述的方法，其特征在于，用于测量所述驱动电动机（2）的供电电压（U_Bat）的测量装置（11），并且所述计算装置（3）还被设置用于基于要调整的电动机电压（U_Mot）以及所测量的供电电压（U_Bat）计算作为所述PWM控制（3A，4）的基础的占空比。

12.根据权利要求8至11之一所述的装置，其特征在于，所述PWM控制装置（3A，4）与防夹系统（3B，12，13）连接。