CN103415685A - 用于汽车的发动机系统中的执行机构投入工作的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有用于驱动执行机构（5）的电子换向的伺服驱动装置（2）的位置发送系统（1）的工作方法，具有下列步骤：在位置发送系统（1）关机前非易失地存储执行机构（5）的或伺服驱动装置（2）的转子的最后检测到的位置数据作为参考位置；在位置发送系统（1）开机时调用所述参考位置及通过根据一个与该参考位置相关的空间矢量对伺服驱动装置（2）供电来控制伺服驱动装置（2）。本发明的任务在于提出一种用于消除执行机构的阻塞的或在发动机系统投入工作后借助最大转矩控制的改进方法。对于位置发送器具有换向马达例如同步马达。

Description

用于汽车的发动机系统中的执行机构投入工作的方法及装置
技术领域
本发明涉及具有一个电子换向的驱动装置的位置发送器，它被使用于在投入工作期间可能发生阻塞的环境中。本发明尤其涉及用于消除阻塞及用于确定电子换向的驱动装置的一个转子的转子位置的措施，以便提供最大转矩。
现有技术
用于位置发送器的驱动装置例如可具有电子换向的马达。电子换向的马达、例如一个同步马达具有一个永久磁铁的转子，该转子相对一个定子运动。该定子设有多个定子线圈，其中通过定子线圈的以转子位置为定向的通电将产生出一个马达磁场，该磁场与由永久磁铁产生的激励磁场这样地相互作用，以致在转子上作用一个所需的驱动力。为了达到一个最大的效率，所希望的是：马达磁场相对激励磁场具有一个90°电角度的超前量。出于该原因对于定子线圈与转子位置相关的通电则需要一个有关转子位置的信息。转子位置可通过传感器来检测或通过所谓的无传感器的位置检测方法来测定。
通过一个适合的控制单元借助转子的转子位置及所需的运动方向可预给定一个相应的换向模式，该换向模式将确定：应怎样地控制定子线圈，以便提供必要的驱动力或必要的转矩。
对于简单的同步马达通过一个内部的位置传感器进行转子位置的检测，但也存在这样的可能性，在外部对执行机构配置位置传感器或使用一个设置在那里位置传感器附加地测定转子位置。由此既可降低用于同步马达的成本也可降低用于在同步马达与控制装置之间布电缆线的成本。
同步马达的控制可借助不同的换向类型来实现，其中为了达到最大的驱动转矩由定子线圈产生的马达磁场应尽可能被调节到在运动方向上导前由转子的永久磁铁产生的激励磁场90°。对90°导前角的偏离将导致驱动力或驱动转矩的减小。为了始终达到具有最大可能的转矩的控制，必需有精确的转子位置信息。在实际转子位置与测量的转子位置之间的偏差–该偏差例如可通过传感器容差及分辨率精确度引起–将部分地导致效率的显著下降。
尤其在具有外部位置传感器的位置发送器的实施形式–其中外部位置传感器接收一个执行机构的位置信息及执行机构通过一个减速的传动装置来耦合–中，实际转子位置与测量的转子位置之间的偏差还将增大。其中可设置一个外部位置传感器的例子例如为节流阀门调节器，其中本来就设有节流阀门位置的位置响应信号，以便获得节流阀门的精确的位置数据。设置在节流阀门上的位置传感器的位置数据对控制该节流阀门的同步马达的换向的应用也可导致上述的偏差并由此导致由同步马达提供的调节转矩的显著下降。
在发动机系统可遭受到的很低温度时可导致其结冰。该结冰在发动机系统重新开始工作时将阻塞执行机构的运动。为了消除该阻塞状态，尤其为了通过驶向一个参考位置或通过驶向一个终点位置来进行转子位置的重新校准，在起动开始时立即需要同步马达的一个最大调节转矩。为了提供该最大的调节转矩必需使实际转子位置与测量的转子位置之间的偏差尽可能地小，以使得调节转矩能尽可能的大。但由于该低温引起的位置传感器相应显著的温度偏移将导致很大的误差角度并由此引起不容许的同步马达的转矩削弱。在一定情况下转矩的削弱可导致：结冰的执行机构不能从其阻塞中摆脱出来及由此发发动机系统不能工作。
此外在执行机构处的位置传感器仅被构成相对位置传感器，以致当调节系统投入工作时不能确定转子的实际位置。为了校准通常使执行机构驶到一个预定的终端止挡上，以便接着可用最佳的方式控制执行机构，这在执行机构阻塞的情况下是不可能的，由此不可能用最大驱动力来初始控制转子。
出版文献DE41 35 913A1公开了一种用于控制一个执行机构的方法，其中在预起动阶段和/或在驱动单元或汽车停止后该执行机构将从一个任意位置开始对于每个可能的运动方向至少一次地至少在其最大可能运动范围的大部分上运动，以致至少在一侧上被引导到常规工作运动区域的外面。以此方式可防止夹紧。
出版文献DE37 43 309A1公开了一种用于识别内燃机的被夹紧或冻结的执行机构的方法及装置其中执行机构在夹紧的情况下被振脱。该振脱例如可用这样的方式来实现，即执行机构的电驱动装置反向地被控制。
出版文献DE100 17 546A1公开了一种根据节流阀门位置的实际值及给定值来识别节流阀门阻塞的方法。在阻塞识别后将改变节流阀门位置的给定值。
出版文献EP0 391 930B1公开了一种用于调节内燃机的一个工作参数的方法，其中借助预给定位置与瞬时位置之间的偏差来识别用于调节内燃机空气输入的执行机构的夹紧并当识别出夹紧时引起执行机构周期性地振动运动，以便消除夹紧。
发明内容
本发明的任务在于：提出一种用于消除一个位置发送器的执行机构的阻塞的改进方法或在发动机系统投入工作后借助最大转矩控制的方法。
该任务将通过根据权利要求1的控制位置发送器的方法及通过根据并列独立权利要求的装置及位置发送系统来解决。
其它的有利构型给出在从属权利要求中。
根据第一方面提出了一个具有一个用于驱动一个执行机构的电子换向的伺服驱动装置的位置发送系统的工作方法。该方法具有下列步骤：
-在位置发送系统关机前非易失地存储执行机构的或伺服驱动装置转子的最后检测到的位置数据作为参考位置；及
-在位置发送系统开机时调用所述参考位置及通过根据一个与该参考位置相关的空间矢量对伺服驱动装置供电来控制伺服驱动装置。
上述方法的理念在于，一旦执行机构在位置发送系统关机后取得其静止位置时，例如当内燃发动机停机时发动机控制的随动阶段中，检测执行机构所取得的位置并作为参考位置非易失地存储在控制装置中。当位置发送系统重新起动时可借助参考位置来校准或校正位置检测装置，以致位置发送器可根据一个适合的空间矢量来供电。这意味着，伺服驱动装置可被这样地控制，以使得电子换向的伺服驱动装置产生一个基本上垂直于激励磁场的马达磁场，该激励磁场与转子位置直接相关。
此外可考虑：在位置发送系统开机后确定执行机构是否被阻塞，其中当确定出执行机构被阻塞时，根据一个空间矢量对伺服驱动装置供电，该空间矢量在与参考位置相应的空间矢量周围变化。尤其可考虑，当确定出执行机构被阻塞时，借助空间矢量来控制伺服驱动装置，这些空间矢量变化180°电角度的转子位置。
此外在位置发送系统开机后确定执行机构是否被阻塞，其中当确定出执行机构被阻塞时，根据一个循环的空间矢量对伺服驱动装置供电。
在此情况下还可考虑，循环的空间矢量的循环频率相应于一个预给定的循环频率，在该循环频率时位置发送系统具有一个谐振，以使得调节力比伺服驱动装置的最大调节力有所增高。
变换地循环的空间矢量的循环频率是可变的。
根据本发明的另一方面提出了一个用于位置发送系统工作的装置，该位置发送系统具有一个用于驱动一个执行机构的电子换向的伺服驱动装置，其中该装置被这样构成，以便：
-在位置发送系统关机前非易失地存储执行机构的或伺服驱动装置转子的最后检测到的位置数据作为参考位置；及
-在位置发送系统开机时调用所述参考位置及通过根据一个与该参考位置相关的空间矢量对伺服驱动装置供电来控制伺服驱动装置。
根据另一方面提出了一个位置发送系统。该位置发送系统包括：
-一个执行机构；
-一个用于驱动执行机构的电子换向的伺服驱动装置；
-一个控制装置，该控制装置与一个非易失性存储器相连接，以便在位置发送系统关机前作为参考位置存储一个最后检测到的执行机构的位置数据；
其中控制装置被这样地构成，以便在位置发送系统开机时调用所述参考位置及通过根据一个与该参考位置相关的空间矢量对伺服驱动装置供电来控制伺服驱动装置。
根据另一方面提出了一个计算机程序产品，该计算机程序产品包含一个程序码，当该程序码在一个数据处理单元上运行时它将执行上述的方法。
附图说明
以下将借助附图对本发明的优选实施形式进行详细说明。附图表示：
图1：用于调节一个发动机系统中的内燃机的节流阀门的具有一个位置发送器的位置发送系统的概图；及
图2a及2b：用于说明起动阶段期间位置发送系统工作的方法的流程图。
具体实施形式
图1表示具有一个伺服马达2的位置发送系统1的一个概图，该伺服马达被构成一个电子换向的同步马达。同步马达2被构成内转子马达，其输出轴3通过一个传动装置4与一个执行机构5、如一个节流阀门或类似部件耦合。节流阀门5通过一个复位弹簧6加载复位力，以致在节流阀5的未通流状态中该节流阀门处于一定的位置区域，例如在一个终端止挡上或该止挡的附近。
同步马达2通过控制装置7来1控制，以便提供一定的调节转矩，该转矩通过传动装置4作用到执行机构5上。通常在控制装置7中附设一个位置调节部分，该位置调节部分借助一个附设在控制装置7中的位置调节回路调节到执行机构5所需的调节位置。为此执行机构5与一个位置传感器8相耦合，该位置传感器向控制装置传送一个关于执行机构5的位置的数据。根据在控制装置7中提供的关于执行机构5的给定位置的数据及由位置传感器8提供的执行机构5的实际位置可对同步马达2这样地调节，即通过传动装置4在执行机构5上作用一定的调节转矩。执行机构5应被调节到的角度在控制装置7中基于一个由油门踏板9提供的油门踏板位置、即驾驶员预给定值及在一定情况下的其它系统参数来求得及作为对位置调节回路的给定位置来预给定。控制装置7还与一个非易失性存储器10相连接，以便持久地存储参数、如校正参数或类似参数，即使当位置发送系统1关机时也如此。
当非常低的温度及位置发送系统1停止时，例如当内燃机关机时可导致执行机构5的结冰。该结冰在一定情况下可阻塞执行机构5的运动，由此有必要在内燃机起动开始时立即地消除该该阻塞状态。这例如可通过由同步马达2提供一个最大转矩来达到。出于该原因在内燃机起动开始期间就有必要：精确地识别同步马达2的转子位置，以便导致调节转矩尽可能小的、由于转子位置不精确的确定所引起的下降。
但由于低温在位置传感器8的温度偏移相应地显著的情况下仅将不精确地推断出转子位置，这将导致所测定的转子位置与真实的转子位置之间的很大偏差。
有些位置发送系统具有相对位置传感器，它们在由关机状态投入工作前首先必需校准，其方式是使它们在同步马达转子的一个仅受控制的工作状态中移动到一个预定位置。当执行机构可能出现阻塞时该校准将不可能进行，以致借助位置传感器不能测定有关真实的转子位置的数据。
当不存在有关真实的转子位置的数据时，同步马达2的转子不能被最佳地控制，即同步马达2不能提供最大的、用于消除可能的执行机构5的阻塞的驱动转矩。
图2a及2b中表示一个流程图，借助它在马达起动阶段期间便可对执行机构5施加一个最大转矩。
图2a中的流程图说明一个方法过程，该方法过程在内燃机关机后在一个随动阶段期间进行。其中监测执行机构5（步骤S1）。当执行机构5停止时（选项：“是”），–这例如可当同步马达2不再通电时被确定，则通过控制装置7将有关由位置传感器8最后检测的执行机构5的位置作为参考位置存储在非易失性存储器10中（步骤S2）。变换地可将由最后检测的执行机构的位置得到的参考转子位置存储在非易失性存储器10中。
图2b的流程图说明一个方法过程，该方法过程在内燃机开机后进行。当内燃机起动及同时位置发送系统1开机时将调用由非易失性存储器10作为参考值存储的位置数据（步骤S3）及借助该存储的参考位置数据或参考转子位置来校正现在由位置传感器8提供的位置数据（S4），以便由此消除位置传感器8的温度偏移。在使用相对位置传感器8时可借助参考位置数据或参考转子位置来进行初始校正（初始化）。
接着（步骤S5）进行阻塞检测，其方式是控制装置7这样地控制同步马达2，即提供一个转矩，该转矩将导致执行机构5的位置改变。如果在步骤S6中识别出这样一个位置改变（选项：“是”），则节流阀门5未被阻塞及该位置发送系统可根据驾驶员预给定及类似参数来对内燃机的常规工作进行位置调节。
如果在步骤S6中检测出执行机构5的阻塞（选项：“否”），则借助控制装置7这样地控制同步马达2（步骤S7），以使得空间矢量在与存储的参考位置相应的空间矢量周围改变，以便引起一个在可提供的最大转矩周围摆动的调节转矩。因此借助该变化着的调节转矩可尝试：使执行机构5由阻塞状态中摆脱出来。
还可考虑：当在存储的参考位置周围对同步马达2的定子线圈交替地通电前对同步马达2设立一个转动180°电角度的空间矢量，以便消除该位置发送系统可能的阻塞。
如果在步骤S8中确定出：虽然改变了空间矢量的角度及由此来保证可扫过最大调节转矩的区域，但是并没有消除阻塞（选项：“是”），则控制装置可这样地控制同步马达2，即使得确定其定子磁场的相应空间矢量与适当的频率同步地偏转（步骤S9）。在此情况下在马达的两个转动方向上周期性相继地产生最大的调节转矩。由此将出现一个摆动，其中在循环频率适当选择的情况下可达到由此产生的最大调节转矩的幅值的谐振式增强及由此甚至可产生出超过同步马达2的最大调节转矩的突发幅值。为了达到谐振，该方法可用可变的循环频率、例如用上升的循环频率来实施，以致可找到该位置发送系统的谐振区域。
如果在步骤S6中未检测到执行机构5的阻塞（选项：“是”）或在步骤S8中确定出阻塞已被消除（选项：“否”），则结束该方法。

Claims (9)

1.具有用于驱动执行机构（5）的电子换向的伺服驱动装置（2）的位置发送系统（1）的工作方法，具有下列步骤：
-在位置发送系统（1）关机前非易失地存储执行机构（5）的或伺服驱动装置（2）的转子的最后检测到的位置数据作为参考位置，
-在位置发送系统（1）开机时调用所述参考位置及通过根据一个与该参考位置相关的空间矢量对伺服驱动装置（2）供电来控制伺服驱动装置（2）。
2.根据权利要求1的方法，其中，在位置发送系统（1）开机后确定执行机构（5）是否被阻塞，及其中当确定出执行机构（5）被阻塞时，根据一个空间矢量对伺服驱动装置（2）供电，该空间矢量在与参考位置相应的空间矢量周围变化。
3.根据权利要求2的方法，其中，当确定出执行机构（5）被阻塞时，借助空间矢量来控制伺服驱动装置（2），这些空间矢量相对电的转子位置变化180°。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中，在位置发送系统（1）开机后确定执行机构（5）是否被阻塞，及其中当确定出执行机构（5）被阻塞时，根据一个循环的空间矢量对伺服驱动装置（2）供电。
5.根据权利要求4的方法，其中，循环的空间矢量的循环频率相应于一个预给定的循环频率，在该循环频率时位置发送系统（1）具有一个谐振，以使得调节力比伺服驱动装置（2）的最大调节力有所增高。
6.根据权利要求5的方法，其中，循环的空间矢量的循环频率是可变的。
7.用于位置发送系统工作的装置，该位置发送系统具有用于驱动执行机构（5）的电子换向的伺服驱动装置（2），其中，该装置被这样构成，以便：
-在位置发送系统（1）关机前非易失地存储执行机构（5）的或伺服驱动装置（2）转子的最后检测到的位置数据作为参考位置；及
-在位置发送系统（1）开机时调用所述参考位置及通过根据一个与该参考位置相关的空间矢量对伺服驱动装置（2）供电来控制伺服驱动装置（2）。
8.位置发送系统（1），包括：
-一个执行机构（5）；
-一个用于驱动执行机构（5）的电子换向的伺服驱动装置（2）；
-一个控制装置（7），该控制装置与一个非易失性存储器（10）相连接，以便在位置发送系统（1）关机前存储执行机构（5）的最后检测到的位置数据作为参考位置；
其中，控制装置（7）被这样地构成，以便在位置发送系统（1）开机时调用所述参考位置及通过根据一个与该参考位置相关的空间矢量对伺服驱动装置（2）供电来控制伺服驱动装置（2）。
9.计算机程序产品，该计算机程序产品包含一个程序码，当该程序码在一个数据处理单元上运行时它将执行根据权利要求1至6中任一项的方法。
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