CN102356539B - Dc马达中电流波纹估计的计数误差修正 - Google Patents

Abstract

一种用于确定用于汽车的致动装置(1)内的机械换向DC马达(2)的致动量(M)，特别是马达位置或致动距离的方法，其中DC马达(2)通过机械或机电改进而具有标准波纹图案(29)，所述标准波纹图案(29)包括至少一个在每个马达周期或马达半周期(Z)中的关于幅值(A_R)、持续时间、和/或时间位置是独特的指标波纹(R_I)。根据该方法，在DC马达(2)运行期间测量马达电流(I_a)和马达电压(U_M)。通过马达模型(10)，从测量的马达电流(I_a)和测量的马达电压(U_M)计算反电动势(E)。从反电动势(E)中提取对应于电流波纹(R)的交变分量(E_W)，所述交变分量(E_W)又用于确定电流波纹(R)。此外，在至少一个马达周期和马达半周期(Z)中识别指标波纹(R_I)且计数总的识别到的电流波纹(R)。在此，当指标波纹(R_I)不在期待的位置处被计数时修正计数结果(M)。

Description

DC马达中电流波纹估计的计数误差修正

技术领域

本发明涉及用于确定机械换向DC马达（换向器马达）的致动量的方法。本发明另外涉及用于执行该方法的装置，且涉及用于此方法的改进的致动器马达的使用。

背景技术

换向器马达经常用作致动装置内或汽车内的致动马达。这样的致动装置例如是电动窗调节器，电动座椅调节机构，电动门或天窗关闭机构。

在这些致动装置（致动系统）中，要求精确地获知即时致动位置、行驶距离、和/或致动速度，以特别地可精确地行驶到致动运行应达到的结束位置，且可特别地以实时方式检测危险情形，例如夹伤事件。致动位置和由此导出的量，例如致动速度和行驶过的致动距离被一起在下文中称为“致动量”。这些致动量的每个可以以相对于马达、相对于被移动的汽车部件或相对于在致动过程期间移动的致动装置的另一个部件以等价的方式限定。例如，在电动窗调节器的情况下，致动位置可通过马达轴的旋转角度或窗位置的等价方式指定。类似地，致动速度可通过马达轴的速度或窗的行驶速度的等价方式指定。

在无传感器运行的方法中，例如从DE102006049123A1中已知，以上所述类型的致动量典型地通过马达电流波纹的计数确定。在此方面，（马达电流）波纹指马达电流的特征波纹（即周期性脉动变化），所述特征波纹由DC马达的换向所导致。

然而，马达电流波纹的无误差计数在典型的致动过程的所有阶段中是不可行的。因此，典型的致动过程由初始启动阶段、平衡阶段（稳态）、惯性滑行阶段和最终制动阶段组成。

在启动阶段，马达速度趋向于稳定的最终速度。在随后的平衡阶段，此最终速度且因此电流波纹的频率大致是恒定的。

惯性滑行阶段在换向器马达的两个终端切换到接地以终止致动过程时被初始化。惯性滑行阶段在此切换过程期间持续（典型地大致3至4毫秒）。作为切换过程的结果，在惯性滑行阶段期间，或无马达电流流动或极为不可再现的马达电流流动，带有基本上未改变的马达致动速度。只要马达的两个触点以稳定方式切换到接地，则惯性滑行阶段过渡到最终制动阶段。在制动阶段，通过地短路的电动马达作为发电机运行，且通过因此而产生的循环电流而被制动。

作为马达电流消失的结果，特别地在惯性滑行阶段不可能计数电流波纹。波纹计数虽在原理上在启动和制动阶段期间可进行，但受到由于相比而言不规则的电流关系而导致的增加的误差风险的影响。

在用于波纹计数的常规的方法中，这是特别地在惯性滑行阶段期间典型地发生波纹计数中的计数误差的原因，但在启动阶段和制动阶段所述误差也出现但程度更小。这样的计数误差主要因为电流信号内的电流波纹未被检测到且因此基本上被“漏计”而发生。然而，此外计数误差也可因为外部导致的马达电流行为中的干扰被不正确地识别为电流波纹而发生。两个类型的计数误差导致了确定致动量的误差。特别地，在致动位置的计算期间，这些误差可能在数个相继的致动过程期间以不利的方式积累，且因此可能在一定的情况下明显地影响致动装置的功能。

从DE202004010211U1中已知了一种方法，其中为修正波纹计数中的计数误差，首先执行图案识别，在该图案识别期间，识别马达周期中的相继的波纹的特征幅值差异。作为马达周期中识别此单独波纹的结果，“漏计”或不正确地识别的波纹可被检测到且计数结果可相应地被修正。另外，在DE202004010211U1中建议也通过机电马达模型与波纹计数并行地确定马达的位置。

此外，从DE4135873C2中已知通过修改换向器马达来产生在一个波纹周期中的不规则的波纹图案，以便可不仅通过波纹图案检测行驶位置或行驶距离或行驶速度，而且还检测行驶方向。

发明内容

本发明的目的是给出容易实施的且运行可靠的确定致动量的方法，特别地通过计数马达电流波纹来确定换向器马达的行驶位置或行驶速度的方法。方法应特别地遵从易于实施且运行可靠的波纹计数中的误差修正。本发明的另外的任务是给出特别地适合于执行所述方法的装置。

关于此方法，此任务根据本发明通过第一技术方案的特征实现。根据此方法，在致动装置内使用机械换向（DC）马达，作为合适的机械或机电改进的结果，所述马达具有标准波纹图案，所述标准波纹图案包括在每个马达周期或马达半周期内的至少一个指标波纹，所述指标波纹关于幅值、持续时间和/或时间中的位置是独特的（换言之，与马达周期或马达半周期的大多数剩余的波纹明显不同）。在此马达的运行期间，通过马达模型从测量的马达电流和测量的马达电压计算反电动势（也称为反电磁势，简称为BEMF，或逆电动势）。对应于电流波纹的AC分量从BEMF获取。电流波纹，特别是其时间和幅值从BEMF的此AC分量来计算。

根据该方法，指标波纹现在基于先前已知的独特特征（换言之，偏离特征）来识别，优选地在每个马达周期或半周期中识别。另外，对所有识别到的电流波纹计数。当在期待的位置处未识别（计数）到指标波纹而在相对所述期待位置偏移的位置处识别到时，表示待确定的致动量的测量值或所述测量值的变化的计数结果在此设计中被修正合适量的计数单位。

“标准波纹图案”被限定为由于马达独特设计，马达在稳态、未受干扰的运行中所展示的波纹图案。“马达周期”一般地被限定为对应于马达轴的完整转的马达信号的部分，特别地马达电流、BEMF或波纹图案信号的部分。相应地，“（马达）半周期”被限定为对应于马达轴的半转的相关的马达信号的部分。标准波纹图案对于每个马达周期或半周期，周期性地重复。且这是指标波纹或每个指标波纹周期性重复出现多次的原因。特别地，这导致每个马达周期或马达半周期具有“信号特征（signature）”，即指标波纹的重复出现。

在马达的每个周期或半周期内的标准波纹图案中包含的电流波纹（包括指标波纹）的总数在下文中称为“周期波纹计数”（N_Z）。

在此方法中所使用的“马达模型”是数学公式，特别是具有如下形式：

$E=U_m-R_a\·I_a-L_a\·\frac{{\mathrm{dI}}_a}{\mathrm{dt}}$      式（1）

或是实施此公式的电路模块或程序模块。

在式（1）中，

E表示以电压单位测量到的反电动势（BEMF），

U_m表示在马达触点处存在的马达电压，

R_a表示欧姆马达电阻，

I_a表示在马达触点之间流动的电动马达电流，或更精确地，表示所述电动马达电流的幅值，且

L_a表示马达的电感。

量E、U_m和I_a是与时间相关的测量量，换言之，它们是时间的函数。量R_a和L_a是换向器马达的装置常数。

本发明的优点特别是，作为马达修改的结果，指标波纹的偏离特征是提前已知的且因此被预先限定以执行所述方法。指标波纹的识别因此特别简单。在有用的实施例中，这例如使用指标波纹的幅值的预先限定的阈值和/或指标波纹和先前或随后的波纹之间的时间间隔的阈值来进行。在数值上密集的实时图案识别在此是多余的，且因此特别地被省略。作为从通过马达模型计算的BEMF获取电流波纹（且不直接从马达电流获取）的结果，计数结果在此也不受供电电压中的干扰的影响，或至少受到其非常小程度的影响。因此，在计数结果中由于此干扰所导致的误差很大程度上从开始即被排除。

在该方法的在数值计算方面特别需求低的变体中，修正仅在每个致动过程中执行一次，特别地，在完成致动过程之后执行。在特别精确的但在数值计算方面要求更高的本发明的替代变体中，修正在指标波纹的每次识别时执行。以此方式，任何计数误差都基本上在每个马达转中或甚至半个马达转中实时地被修正。

对于该方法的优选变体，所使用的马达被修改，其方式使得其标准波纹图案在每个马达周期或马达半周期中具有精确的一个（换言之，仅一个）指标波纹。在该方法的此变体中，指标波纹的两个相继的信号特征之间的电流波纹量被确定。此量在下文中称为“指标波纹计数”（N_I）。根据定义，指标波纹的信号特征在确定间隔波纹计数期间不被计数。如所知，在不存在计数误差的情况下，如此确定的间隔波纹计数因此必须对应于周期波纹计数减去一个计数单位，即：

N_I=N_Z–1     式2

这根据用于检测和修正计数误差的方法被使用，这通过如下方式实现：当间隔波纹计数等于周期波纹计数减去两个计数单位时（N_I=N_Z-2），使得被确定为用于致动量或其变化的测量值的计数结果被向上修正一个计数单位，即增加一个计数单位；当间隔波纹计数等于周期波纹计数时（N_I=N_Z），使得所述计数结果被向下修正一个计数单位，即减少一个计数单位。

在优选实施例中，马达每个或每半个马达周期具有四个电流波纹（N_Z=4），同时这些电流波纹中的一个是指标波纹。在此情况下，因此：当指标波纹的两个相继的信号特征之间存在仅两个计数时，计数结果将被向上修正一个计数单位；当指标波纹的两个相继的信号特征之间存在四个计数时，计数结果将被向下修正一个计数单位。

当然，在对指标波纹的一个或两个信号特征计数时，在以上所述方法变体中的“间隔波纹计数”也可以替代的定义确定。在此情况下，以上条件必须相应地改变。

在该方法的另一个变体中，在较早的马达周期或马达半周期中识别的指标波纹的信号特征和在较晚的马达周期或马达半周期中识别的指标波纹的信号特征之间的电流波纹量一般地确定为“间隔波纹计数”。一般而言，较早和较晚的马达周期或马达半周期可在此自由地选择。然而，在优选实施例中，第一个马达周期或半周期被选作较早的马达周期或半周期，且致动过程的最后的马达周期被选作较晚的马达周期或半周期。根据定义，在此较晚的马达周期或半周期中的指标波纹的信号特征在确定间隔波纹计数中被考虑到。

如已知，在不存在计数误差的情况下，间隔波纹计数因此必须总是确定为等于周期波纹计数或其整数倍。换言之，在不存在计数误差时，间隔波纹计数与周期波纹计数的比值的小数部分（V_NK）必须总是等于零，而此比值的非零的小数部分指示了计数误差。

在该方法的优选实施例中，当所述小数部分至少为0.5时，确定为致动量或其变化的测量值的计数结果被向上修正，换言之，被增加小数部分和周期波纹计数的乘积（V_NK*N_Z）。与之相对，当所述小数部分大于0但小于0.5时，此计数结果被向下修正，换言之，被减少小数部分和周期波纹计数的乘积。

在每个马达周期或半周期具有四个电流波纹的情况下（N_Z=4），以上所述比值的小数部分将特别地总是具有如下值：

当一个或两个电流波纹未被计数时，所述值为0.75或0.5，使得在此情况下计数结果被增加相应量的计数单位，且

当一个电流波纹被多次计数时，所述值为0.25，使得在此情况下计数结果减少一个计数单位。

除以上所述的计数误差修正之外，在该方法的优选变体中，在每个致动过程的惯性滑行阶段期间，在此被确定为致动量或其变化的测量值的计数结果，使用在惯性滑行阶段之前和/或之后识别的电流波纹，通过线性或非线性外插来使之适应（匹配）。

以上任务也通过具有第七技术方案的特征的装置实现。此装置包括控制单元（特别地具有微控制器的形式），在所述控制单元中实施以上所述的方法（特别地通过软件方式实施）。

此任务另外通过第九技术方案的特征实现，即通过使用修改为产生波纹图案的换向器马达来实现，所述波纹图案带有独特的指标波纹，以修正特别地在以上所述的方法的范围内在通过计数电流波纹来检测马达的致动量中的计数误差。

优选地，马达被修正，其方式使得在其波纹图案中，独特的指标波纹被至少两个与之明显不同的“普通”波纹跟随，和/或在独特的指标波纹之前具有至少两个与之明显不同的“普通”波纹。在每半周期具有四个波纹的情况下，具有单个独特的指标波纹（“1”）和三个“普通”波纹（“0”）的波纹图案是优选的，即：

1:0:0:0

马达优选地包括多个转子绕组的带有减少或增加的圈数的一个转子绕组。在四个转子绕组的情况下，它们的圈数比特别地为23:25:25:25。在另一个优选实施例中，马达缠绕八个转子绕组，它们的圈数比为26:24:25:25:27:26:25:25。然而，在本发明的范围内，换向器马达也可通过在DE4135873C2中描述的方法中的任何方法来修改。

附图说明

在下文中参考附图详细解释了本发明的示例性实施例。各图为：

图1示出了用于汽车的致动装置的示意性方框图，所述致动装置带有机械换向DC马达，且带有用于控制马达的控制单元，所述控制单元被设计为通过计数马达电流的电流波纹且自动修正所述计数中的任何计数误差来识别马达位置，

图2示出了DC马达的定子和转子的示意性表示，

图3示出了DC马达的标准波纹图案的反电动势（BEMF）的AC分量随时间的示意图，作为DC马达的机电改进的结果，即分式（fractional）电枢绕组，所述DC马达在马达的每半周期中包括一个关于其幅值是独特的指标波纹和三个非独特的另外的电流波纹，和

图4在四个相互重叠布置的随时间的同步曲线图中示意性地示出了在致动过程期间DC马达的简化的马达电流，从马达电流导出的BEMF，BEMF的AC分量，指示了通过此AC分量的分析而检测的电流波纹的电流波纹检测信号，和指示了通过AC分量的分析而检测的指标波纹的指标波纹检测信号。

具体实施方式

相应的部件和数量在所有附图中总是以相同的附图标号标记。

例如，在图1中示意性地示出的致动装置1是例如通常用在乘用车内的电动窗调节器。致动装置1包括机械换向（DC）马达2，所述马达2通过（仅示意出的）致动机构3作用在（汽车）车窗4上，且将窗在打开位置和关闭位置之间可逆地移动。

致动装置1也包括控制单元5，马达开关6和电流传感器7。

电流开关6连接在用于马达2的（两相）电源线8上。所述电流开关6包括两个独立可驱动的单独的开关，所述开关的开关位置可用于选择地将两个马达终端连接到电源线8的正极或负极（地）。通过合适地设定马达开关6的单独的开关，马达2因此可沿其两个运动方向的每一个方向被开启和关闭，且可在极性上反转以切换运动方向。

电流传感器7特别地是测量电阻器，可将跨接所述测量电阻器的与电流成比例的电压引出而作为在电源线8内流动的马达电流I_a的测量信号。为简化起见，此测量信号在下文中也称为“马达电流I_a”，因为它代表了其幅值的测量值。在此方面，电流传感器7将马达电流I_a，或更精确而言将作为马达电流I_a的特征的测量信号作为输入量提供到控制单元5。在电源线8上存在的马达电压U_m作为另外的输入量（在测得的量的意义上）提供到控制单元5。

控制单元5用于通过马达开关6的合适接线来控制马达2。为此目的，所述控制单元5包括开关模块9，所述开关模块9使马达开关6根据外部控制指令C和马达位置信号M来运行。马达位置信号M是基本上可任意地限定作为一般惯例的可导出窗4的位置的致动变量。马达位置信号M在此可特别地限定为马达2的旋转的角度（以角度测量的单位）。然而，在装置1的优选实施例中，马达位置信号M被生成为无量纲的数，它是以在下文中详述的方式计数马达电流I_a的电流波纹R（图3和图4）的结果。控制单元5在此被设计为自动修正在电流波纹R的计数中的任何计数误差。

为确定马达位置信号M，包括计数误差修正，控制单元5包括所谓的马达模型10、（AC分量）滤波器11、（电流波纹）检测模块12、（指标波纹）检测模块13和分析模块14。

在致动装置1的优选实施例中，控制单元5包括微控制器。在此设计中，开关模块9、马达模型10、滤波器11和模块12至14特别地实施为软件模块的形式，即软件的功能部件被实施在微控制器中。然而，替代地，控制单元5也可实施为模拟和/或数字电路，其中开关模块9、马达模型10、滤波器11和模块12至14实施为电路的形式。此外，混合形式是可以的，其中控制单元5的部件部分地通过电路方式且部分地通过软件方式实施。

此外，控制单元5的部件的以上的划分仅具有功能特征。特别地，这些部件可任意地组合为更大的电路或程序单元，或仍进一步细划分。

在式1中给定形式的数学公式通过编程方式或电路方式被实施在马达模型10内，通过它可将在上文中已介绍的反电动势（BEMF）作为马达电流I_a和马达电压U_m的函数计算出。将马达电流I_a和马达电压U_m作为输入量提供到马达模型10。马达模型10的参数，即欧姆（马达）电阻R_a和（马达）电感L_a作为用于马达模型10的常数被预先限定。使用式1计算的电动势E由马达模型10输出到其后的滤波器11。

BEMF E的与时间相关的变化值附加地包括不随时间变化或仅略微变化的DC分量E_G，和迅速随时间变化的AC分量E_W：

E_W=E-E_G     式（3）

在此上下文中，BEMF E的不随时间变化或仅略微变化的分量特别地限定为在（马达）半周期Z（图3）的典型时间尺度上不明显变化的分量。在使用编程方式的设计中，滤波器11优选地包括如下算法，所述算法通过在半周期Z的持续时间内（半周期时段T_Z）对于BEMF E进行移动时间平均计算来计算DC分量E_G，特别地根据下式：

$E_G=\frac{1}{T_Z}\·\underset{T_Z}{\∫}E\·\mathrm{dt}$      式（4）

且所述算法根据式3通过从BEMF E减去DC分量E_G来计算AC分量E_W。滤波器11将所确定的AC分量E_W送到电流波纹检测模块12。

在此上下文中，控制单元5可根据马达位置信号M随时间的变化来计算半周期时段T_Z，且可在每种情况下将其当前值提供到滤波器11。然而，在优选地为简化起见的设计中，半周期时段T_Z可预先限定为用于滤波器11的常数。特别地，此常数在此被选择，使得所述常数的值等于马达2在其稳态运行时的平均半周期时段T_Z。

在使用电路方式的设计中，滤波器11可替代地设计为高通滤波器。

如所知，马达电流I_a的电流波纹R在BEMF E的振荡中反映，且特别地在其同步的AC分量E_W中反映。因此，检测模块12设计为检测AC分量E_W的时间行为中的最大值来作为电流波纹R的发生的指示。然而，为尽可能避免由于AC分量E_W的行为中的高频干扰所导致的电流波纹R的具有误差的检测，在搜寻最大值前将AC分量E_W随意地平滑。作为其替代或补充，并且为相同的目的，在最大值搜寻期间，检测模块12仅考虑超过设定为相对低的预定阈值S₁的AC分量E_W的值。AC分量E_W因此被分为多个分开的时间序列，对所述时间序列满足E_W>S₁（在图4中，这些序列通过粗线宽度来强调），其中检测模块12确定在这些序列的每个内的AC分量E_W的全局极大值。

当检测到AC分量E_W内的每个最大值时，检测模块12输出波纹检测信号S_R到分析模块14。另外，检测模块12确定在最大值点处的AC分量E_W的幅值，且将此幅值作为波纹幅值A_R传递到指标波纹检测模块13。

检测模块13将波纹幅值A_R与第二预定阈值S₂进行比较，且当波纹幅值A_R落到阈值S₂以下时输出指标波纹检测信号S_I到分析模块14。使用波纹检测信号S_R，指标波纹检测信号S_I和由开关模块9提供的马达状态信号S_M，分析模块14然后以在下文中将详述的方式确定马达位置信号M。

只要马达2在第一运动方向上运行，则马达信号S_M具有值+1，且只要马达2在相反的运动方向上运行，则马达信号S_M具有值-1。相比之下，当马达2关闭时，马达状态信号S_M具有0值。

如从图2中显见，马达2包括定子20和安装在定子20内的转子22，使得转子22可围绕马达轴21旋转。定子20包括基本上中空的圆柱形的叠层堆块，八个永磁体23围绕所述定子20的内周均匀分布。使用本质上常规的技术，转子21包括铁芯25，所述铁芯25具有近似星形的横截面形状，八个槽26均匀地围绕其圆周分布。在此设计中，齿27形成在每对相邻的槽26之间。八个齿27的每个被电枢绕组28a至28h缠绕，在马达2的运行期间马达电流I_a流过所述电枢绕组28a至28h。与通常的DC马达不同，马达2提供有分式（fractional）电枢绕组，即电枢绕组28a至28h具有不等的圈数。在图2中示出的示例中，

■绕组28a具有26圈

■绕组28b具有24圈

■绕组28c和28d每个都具有25圈

■绕组28e具有27圈

■绕组28f具有26圈，且

■绕组28g和28h每个都具有25圈

作为以此方式是分式的电枢绕组的结果，马达2的未受干扰的稳态运行产生了标准波纹图案29，所述标准波纹图案29在图3中使用BEMF E的AC分量E_W随时间的行为来描述。从图3中显见，每半周期Z，即转子23每旋转180°，标准波纹图案29具有总共四个电流波纹R。每半周期Z的电流波纹R的数量在下文中称为“周期波纹计数N_Z”（在此：N_Z=4）。相应于AC分量E_W的可适用的最大值，在每半周期Z中的三个电流波纹R在此具有至少大致相等的波纹幅值A_R。这些电流波纹R在下文中称为“非独特的”电流波纹R_N。相比之下，在每半周期Z中保留的第四个电流波纹R－在图3中通过圆圈在视觉上强调－具有与剩余的电流波纹R相比明显降低的波纹幅值A_R。此（更小的）电流波纹R因此相对于电流波纹R_N是独特的，且在下文中称为指标波纹R_I。如从图3中显见，在马达2的不受干扰的稳态运行中，标准波纹图案29以每半周期Z重复。

图4以示意性简化的方式示出了在典型的致动过程期间作为时间t的函数的如下量的行为：

马达电流I_a，

BEMF E，

BEMF E的AC分量E_W，

波纹检测信号S_R，和

指标波纹检测信号S_I

特别地，从在此的表示中显见，致动过程分为上文中所述的四个阶段，即初始启动阶段P_A，平衡阶段P_G，惯性滑行阶段P_F和最终制动阶段P_B。

在启动阶段P_A，平衡阶段P_G和制动阶段P_B期间，检测模块14对于每个接收的波纹检测信号S_R将马达位置信号M增加（增大）或减小（减少）一个计数单位，即值1。波纹检测信号S_R因此作为增大或减少马达位置信号M的计数脉冲。在此上下文中，分析模块14从初始值M₀开始，从所述初始值M₀可导出在致动过程开始时的马达位置和窗位置。马达状态信号S_M的算术符号在此决定了马达位置信号M是增大还是减少。马达位置信号M因此在马达2在第一方向上运行期间增大，且在马达2在相反的运行方向上运行期间减少：

$M=\underset{S_R}{\mathrm{\Σ}}{S}_M+M_0$ 其中S_M=±1     式（5）

因此，在例如图4中所示的致动过程中，分析模块14将马达位置信号M增加差值19，从而初始不考虑惯性滑行阶段P_F。

因为在惯性滑行阶段P_F期间马达电流Ia消失或至少具有极为不可再现的行为，所以在惯性滑行阶段P_F期间检测模块12不能检测到电流波纹R。

为使即使在惯性滑行阶段P_F中马达位置信号M也可跟随实际的马达位置，分析模块15因此通过基于电流波纹R的在惯性滑行阶段P_F开始前的时间序列的外插而补充在惯性滑行阶段P_F期间未被计数的电流波纹。

在特别简单的实施例中，分析模块为此目的确定开始惯性滑行阶段P_F之前的最后两个电流波纹R之间的时间间隔Δt，且在惯性滑行阶段P_F期间每次经过此时间间隔Δt时生成特殊计数脉冲S_P而作为波纹检测信号S_R的替代，同时马达位置信号M基于此增大或减少：

$M=\underset{S_P}{\mathrm{\Σ}}{S}_M+M_0$ 其中S_M=±1     式（6）

借助在惯性滑行阶段P_F期间所述对于电流波纹的外插，例如对于在图4中示出的致动过程，分析单元14将马达位置信号M增加总量24。

不管在惯性滑行阶段P_F期间对于电流波纹的所述外插，特别地在阶段P_G、P_F和P_B之间的过渡时，可能由于未识别的电流波纹R或错误地识别的电流波纹的结果而发生计数误差。如在图4中示出，这样的计数误差例如在惯性滑行阶段P_F和制动阶段P_B之间的过渡时发生，特别地因为在此在两个指标波纹R_I之间仅两个而非三个非独特的电流波纹R_N。

此类型的任何计数误差通过分析模块14使用指标波纹检测信号S_I在将在下文中详细描述的修正步骤中修正。

在修正步骤的第一实施例中，在致动过程期间且与马达位置信号M的适应相并行，分析模块14连续地计数在两个相继的指标波纹检测信号S_I之间的时间期间其所接收的电流波纹检测信号S_R的数量，以用于误差修正的目的。在此过程中，分析模块14不计数与指标波纹检测信号S_I同时被接收的电流波纹检测信号。在下文中称为间隔波纹计数N_I的该计数的结果因此反映了在相继的指标波纹R_I的信号特征之间检测到的（非独特的）电流波纹R_N的数量。

修正步骤基于对于如下事实的认识，即，在无计数误差时，必然在每两个相继的指标波纹R_I的信号特征之间检测到三个非独特的电流波纹R_N。因此，当间隔波纹计数N_I的值为3时，分析模块14总是不进行修正。

如果（非独特的）电流波纹R_N错误地未被检测到，则分析模块14在两个相继的指标波纹检测信号S_I之间仅计数两个电流波纹检测信号S_R（N_I=2）。相比之下，如果电流波纹被错误地检测到，则分析模块14在两个相继的指标波纹检测信号S_I之间计数四个电流波纹检测信号S_R（N_I=4）。

在其中指标波纹R_I未被检测到或错误地被检测为非独特电流波纹R_N的情况下，分析模块14在两个相继的指标波纹检测信号S_I之间计数六个或七个电流波纹检测信号S_R（N_I=6或N_I=7）。然而，在后者的情况下，不存在修正的必要，因为检测到的电流波纹R的总数被正确地感测到。

为进行计数误差修正，分析模块14相应地产生修正值K，所述修正值K具有如下值：

当N_I=N_Z–1=3时，K=0，

当N_I=N_Z–2=2时，K=+1，

当N_I=N_Z–3=1时，K=+2，

当N_I=N_Z=4时，K=-1，

当N_I=2*（N_Z–1）=6时，K=+1，

当N_I=2*N_Z–1=7时，K=0

间隔波纹计数N_I通过分析模块14以每个接收到的指标波纹检测信号S_I再次分析，且然后复位到零。在此期间，分析模块14利用每个指标波纹检测信号S_I以修正值改变马达位置信号M：

M→M+S_M·K     式(7)

因此，在每半周期Z后，如果已发生计数误差，则定期修正马达位置信号M。

在修正步骤的替代实施例中，分析模块14对在致动过程期间接收到的第一波纹检测信号S_I和在致动过程期间检测到的最后的指标波纹检测信号S_I之间接收到的电流波纹R的数量计数，作为间隔波纹计数N_I。与致动过程的最后的指标波纹检测信号S_I同时接收到的波纹检测信号S_R在此被计数，以简化数值分析。另外，当在此情况下确定间隔波纹计数N_I时，分析模块14计数在惯性滑行阶段P_F期间生成的特殊计数脉冲S_P。

为在此进行计数误差修正，分析模块14首先形成如此确定的间隔波纹计数N_I和周期波纹计数N_Z的比值V，以及此比值V的小数部分V_NK。

在此，修正步骤基于如下知识，即，在不存在计数误差时，比值V必然总是为整数。换言之，在不存在计数误差时，小数部分V_NK必然具有零值。

相比之下，如果电流波纹R错误地未被检测到，则在周期波纹计数N_Z=4的情况下，总是导致小数部分V_NK=0.75。特别地，在图4中示出的情况下，分析模块14对于间隔波纹计数N_I=19确定比值V为：

$V=\frac{N_I}{N_Z}=\frac{19}{4}=4.75$      式（8）

使得小数部分V_NK=0.75。

如果一个电流波纹被多次计数，则在周期波纹计数N_Z=4的情况下，相应地总是导致小数部分V_NK=0.25。如果两个电流波纹在致动过程期间被计数过少或过多，则小数部分V_NK总是具有0.5的值。

相应地，分析模块14在此生成具有如下值的修正值K：

当V_NK=0时，K=0，

当V_NK=0.75时，K=+1，

当V_NK=0.25时，K=-1，和

当V_NK=0.5时，K=+2。

且根据式（7）调整马达位置信号M。

特别地，在小数部分V_NK=0.5的情况下，分析模块14总是向上修正所计数的电流波纹R的数量，因为根据经验，在致动过程期间未检测到两个电流波纹R的可能性明显高于在致动过程期间两个电流波纹R被多次计数的可能性。

附图标号列表

1          致动装置

2          (DC）马达

3          致动机构

4          (汽车）窗

5          控制单元

6          马达开关

7          电流传感器

8          电源线

9          开关模块

10         马达模型

11        （AC分量）滤波器

12        （电流波纹）检测模块

13        （指标波纹）检测模块

14         分析模块

20         定子

21         马达轴线

22         转子

23         永磁体

25         铁芯

26         槽

27         齿

28a至h     电枢绕组

29         标准波纹图案

Δt        时间间隔

t          时间

A_R         波纹幅值

C          控制指令

E          反电动势（BEMF）

E_G         (BEMF的）DC分量

E_W         (BEMF的）AC分量

I_a         马达电流

K          修正值

L_a         (马达）电感

M          马达位置信号

M₀         初始值

N_I         间隔波纹计数

N_Z         周期波纹计数

P_A         启动阶段

P_B         制动阶段

P_F         惯性滑行阶段

P_G         平衡（稳态）阶段

R          电流波纹

R_a         (马达）电阻

R_I         指标波纹

R_N         (非独特）电流波纹

S₁         阈值

S₂         阈值

S_M         马达状态信号

S_I         指标波纹检测信号

S_P         特殊计数脉冲

S_R         波纹检测信号

T_F         (惯性滑行阶段的）持续时间

T_Z         半周期时段

U_m         马达电压

V          比值

V_NK        小数部分

Z          (马达）半周期

Claims (10)

1.一种用于确定用于汽车的致动装置（1）中的机械换向DC马达（2）的致动量的方法，其中DC马达（2）作为机械或机电改进的结果具有标准波纹图案（29），所述标准波纹图案（29）包括至少一个在每个马达周期或马达半周期（Z）中的关于幅值（A_R）、持续时间、和/或在时间中的位置是独特的指标波纹（R_I），其中根据所述方法，

－在DC马达（2）运行期间测量马达电流（I_a）和马达电压（U_M），

－借助马达模型（10）根据测量的马达电流（I_a）和测量的马达电压（U_M）计算反电动势（E），

－从反电动势（E）中提取对应于电流波纹（R）的AC分量（E_W），

－从此AC分量（E_W）检测电流波纹，

－在至少一个马达周期和马达半周期（Z）中识别指标波纹（R_I），

－对所有识别到的电流波纹（R）计数，作为致动量或其变化的测量值，以及

－当在预期的位置处没有计数到指标波纹（R_I）时，修正计数结果（M）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在每次检测到指标波纹（R_I）时执行修正。

3.根据权利要求1所述的方法，其中每致动过程严格地执行修正一次。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

－每马达周期和马达半周期（Z），标准波纹图案（29）都精确地具有一个指标波纹（R_I），

－指标波纹（R_I）的两个相继的信号特征之间的电流波纹（R）的数量被确定为间隔波纹计数（N_I），

－当间隔波纹计数（N_I）等于标准波纹图案（29）的每马达周期或马达半周期（Z）的波纹计数（N_Z）减去两个计数单位时，确定为致动量或其变化的测量值的计数结果（M）向上修正一个计数单位，且

－当间隔波纹计数（N_I）等于标准波纹图案（29）的每马达周期或马达半周期（Z）的波纹计数（N_Z）时，此计数结果（M）被向下修正一个计数单位。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：

－每马达周期和马达半周期（Z），标准波纹图案（29）精确地具有一个指标波纹（R_I），

－在较早的马达周期或马达半周期（Z）中识别到的指标波纹（R_I）的信号特征和在较晚的马达周期或马达半周期（Z）中识别到的指标波纹（R_I）的信号特征之间的电流波纹（R）的数量包括后者的指标波纹（R_I）的信号特征的计数，该数量被确定为间隔波纹计数（N_I），

－当间隔波纹计数（N_I）与标准波纹图案（29）的每马达周期或马达半周期的波纹计数（N_Z）的比值（V）的小数部分（V_NK）至少为0.5时，确定为致动量或其变化的测量值的计数结果（M）被向上修正，且

－当所述小数部分（V_NK）大于0而小于0.5时，此计数结果（M）被向下修正。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在每个致动过程的惯性滑行阶段（P_F）期间，确定为致动量或其变化的计数结果（M）使用在惯性滑行阶段（P_F）之前和/或之后识别到的电流波纹（R）通过外插使之适应。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述致动量选自马达位置和致动距离中的一种。

8.一种用于汽车的致动装置（1），所述致动装置（1）具有机械换向DC马达（2），所述DC马达（2）由于机械或机电改进而具有标准波纹图案（29），所述标准波纹图案（29）在每个马达周期或马达半周期（Z）中都包括关于幅值（A_R）、持续时间、和/或在时间中的位置是独特的至少一个指标波纹（R_I），且所述致动装置（1）还具有用于控制DC马达（2）的控制单元（5），其中控制单元（5）被设计为使用根据权利要求1至5中的一项所述的方法确定马达的致动量（M）。

9.根据权利要求8所述的致动装置（1），其中DC马达（2）具有标准波纹图案（29），所述标准波纹图案（29）在每个马达周期或马达半周期（Z）中精确地具有一个指标波纹（R_I）且还具有至少三个非独特的电流波纹（R_N）。

10.机械换向DC马达（2），所述DC马达（2）由于机械或机电改进而具有标准波纹图案（29），所述标准波纹图案（29）在每个马达周期或马达半周期（Z）中都具有关于幅值（A_R）、持续时间、和/或在时间中的位置是独特的至少一个指标波纹（R_I），用于通过对电流波纹（R）计数来修正在确定DC马达（2）的致动量（M）中的计数误差。

Images