CN104160618B - 用于限制峰值电流及电流边沿斜率的方法和电路布置结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于特别根据由电压源提供的电荷量限制峰值电流以及限制电动液压的机动车制动系统的借助脉宽调制(PWM)驱控的电机(11)、特别是泵电机的电流边沿的最大斜率的方法，其中，PWM的实际占空比(OUT3)的变化通过在第二占空比上的PWM第一占空比实时地发生，其特征在于，所述变化按照实时地计算的和/或能够改变的正的或负的斜率值(SLP)进行。本发明还涉及一种用于实施限制峰值电流以及电流边沿的最大斜率的方法的电子电路布置结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于限制峰值电流以及电流边沿的最大斜率的方法以及一种电路布置结构。
背景技术
为了防止车辆中数量增加的电子部件或电源的故障和与故障相关的对车辆乘员的安全性或舒适性的限制，对电子部件的以下要求提高：即，把从车载电源系统获取的功率保持在规定界限内。这特别适用于机动车制动设备的电机，这种电机的高启动电流可能会导致整个车载电源系统的剧烈负载和供电电压的暂时下降。这又可能对其它车辆部件的功能性产生影响并且因此限制了车辆乘员的安全性和舒适性。
对此，在DE 10 2006 006 149 A1中描述了一种用于驱控制动设备的挤压机或柱塞机的方法，其中，为了在挤压机的PWM驱控的驱动器启动时避免电流尖峰，提出了一种特殊启动方法。为此，在启动阶段或初级阶段中使用比在驱动器启动之后的、所谓的次级阶段中更高的PWM频率。由于电流尖峰在非常小的时间范围内出现，因此通过初级阶段的较高的PWM频率实现了对占空比的改进的跟踪，由此实现了电流尖峰的减小。此外，在初级阶段内分级地在规定的步骤中把占空比逐步提高到连续的驱控的最大值(占空比相当于100％)，以便随后开始次级阶段。该特殊启动方法还可以根据车辆行驶状态激活、解除激活或更改。
根据现有技术的系统不再能满足对特别根据由电压源提供的电荷量限制峰值电流以及限制电流边沿的最大斜率的当前的要求。不可能是任意地提高PWM驱控频率，这是因为由于微控制器的高的计算负荷通过控制软件实现的占空比变化导致，在这段时间内几乎不能执行其它功能。这与数量增加的、需要更多资源的制动辅助功能发生冲突。此外，不能任意快速地与电机驱控装置的硬件逻辑单元进行通信。在运行控制软件的微控制器与电机的驱控硬件之间的通信接口、例如SPI对于现有系统也是一个限制因素。
如果例如用于使占空比变化的命令在1ms模式——现在通常甚至为仅10ms——中被发送，那么这在电机接通时对于限制峰值电流和电流边沿以满足为避免故障的当前的要求而言不足，因为电流上升边沿在小于1ms的时间范围内出现。在断开电机时，电流边沿也可能引起对车辆中的电子部件的干扰，这种干扰根据所述要求必须被避免。
发明内容
因此，本发明的目的是，根据对于电的机动车部件的当前要求实现在峰值电流方面的、特别根据由电源/电压源提供的电荷量的限制，以及限制电动液压的机动车制动系统的电机的电流边沿的最大斜率，其中，由于未足够快速地启动电机而引起的对制动系统功能的限制和在机动车部件的设计时的成本压力必须被加以考虑。
该目的通过根据本发明的方法以及根据本发明的电子电路布置结构实现。
所述方法用于特别根据由电源/电压源提供的电荷量限制峰值电流以及用于限制电动液压的机动车制动系统的、借助脉宽调制(PWM)驱控的电机、特别是泵电机的电流边沿的最大斜率，其中，PWM的实际占空比在运行时从PWM的第一占空比变化为第二占空比，其特征在于，根据在运行时计算的和/或能够改变的正的或负的斜率值进行所述变化，其中，所述变化特别优选地通过驱控电机的硬件模块的硬件逻辑单元实施。
优点在于，能够遵循对于限制的当前要求。与现有技术相比还实现了微控制器——在该微控制器上运行制动系统的控制软件——的更小的负荷以及在微控制器与电机驱控装置的硬件逻辑单元之间的通信接口的更小的负荷。与相应的滤波网络相结合地可以相对于按现有技术的系统显著降低特别由于泵的激活或解除激活在车载电源系统上所引起的负载。
根据另一种优选的实施形式，通过使用存储在由硬件模块包括的第一逻辑寄存器中的斜率值进行所述实际占空比的变化，使实际占空比接近于存储在由硬件模块包括的第二逻辑寄存器中的理论占空比/额定占空比/设定占空比。
有利地由此通过电机的驱控硬件能够实现PWM占空比的基本上自给自足的变化，而无需微控制器以及通信接口的资源。
根据第一种优选的实施方式，为了实现PWM的实际占空比的变化，使实际占空比增量或减量斜率值，其中，特别在PWM的每个周期中实施所述变化。优选地，以比特为单位根据在PWM的每个周期内的比特位值进行所述实际占空比的变化。
在现有技术中如上所述地每隔1至10ms发生一次通过软件实现的占空比的变化，与这种现有技术相比，通过本发明可以以有利的方式根据PWM频率在比1ms小得多的范围内并因而在电流上升的范围内进行占空比的变化。通过比特位值的变化可以有利地在宽的、能够改变的数量级进行增加或减少。
特别优选地，通过计算程序把所述设定占空比和/或斜率值存储到一个或多个由硬件模块包括的逻辑寄存器中，该计算程序特别是机动车制动系统的控制软件。
机动车制动系统的控制软件可以有利地以比为了满足要求而改变PWM占空比所需的频率更小的频率输出预设值，这是因为重要的部分、即形成斜坡函数的可能性已经能够通过硬件尽几乎自给自足地实现。通过这种资源节省特别可以在电机启动时通过微控制器执行其它调节任务。
根据另一种优选的实施方式，设有PWM的第一占空比阈值，该第一占空比阈值仅在PWM激活和/或解除激活时使用，该第一占空比阈值特别这样形成，使得实际占空比在PWM激活时从0％跳跃到第一占空比阈值和/或在PWM解除激活时从第一占空比阈值跳跃到0％。优选地，第一占空比阈值在PWM激活时被用作第一占空比的值和/或在PWM解除激活时被用作第二占空比的值。
优点在于，如果斜率值被视为给定值，从激活直到尤其是全功率以及从给定的实际占空比直到解除激活的时间能够被额外地适配(加速)。有利地，在考虑到从车载电源系统获取的功率的特殊要求的情况下进行计算。
特别优选地，所述实际占空比的变化能够根据斜率值在运行时激活或解除激活。
优点在于，例如在机动车制动系统的功能上的备用层面或者在紧急情况下无时间延迟地提供了电机的最大功率。
优选的是，设有PWM的第二占空比阈值，该第二占空比阈值特别这样形成，使得在实际占空比发生变化时，在该第二占空比阈值与连续的驱控之间的实际占空比被跳过。第一占空比阈值和/或第二占空比阈值还特别优选地被根据PWM频率确定，其中，第一占空比阈值和/或第二占空比阈值的变化能够在运行时或执行时发生。
此外优选的是，规定所述实际占空比的最小值，其中，该最小值特别根据PWM频率确定并且小于或等于第一占空比阈值。
按照根据本发明的方法的另一种优选的实施方式，所述第一占空比阈值和/或第二占空比阈值被存储在至少一个逻辑寄存器中并且被用于通过硬件逻辑单元提供实际占空比。
所述电子电路布置结构用于实施上述方法，其中，通过数据传输元件、特别是SPI总线系统在执行计算程序的计算元件、优选是微控制器与驱控机动车制动系统的电机、特别是泵电机的硬件模块之间交换数据，其中，该硬件模块包括至少一个硬件逻辑单元和至少一个逻辑寄存器，其特征在于，设有至少一个逻辑寄存器，该至少一个逻辑寄存器存储占空比的斜率值和/或第一占空比阈值和/或PWM的设定占空比，还设有硬件逻辑单元，该硬件逻辑单元使用一个或多个逻辑寄存器中的值确定实际占空比。
附图说明
由从属权利要求和下面根据附图对实施例的描述得出其它优选的实施方式。
图中示出：
图1示出根据本发明的电子电路布置结构的原理线路图，和
图2示出具有PWM占空比的斜率值的、泵电机的示例性的根据本发明的PWM驱控。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电子电路布置结构的原理线路图，其中，微控制器单元(MCU)10与硬件模块(PCU)3通过SPI总线系统2通信连接。MCU10包括微控制器1，通过该微控制器执行制动调节系统的计算。通过SPI总线系统2把这样计算出的值、设定占空比OUT3DC、斜率值SLP、第一占空比阈值DCTHR、第二占空比阈值DCUL和占空比的最小值DCMIN存储在PCU3的逻辑寄存器4至8中。PCU3通过访问逻辑寄存器4至8的硬件逻辑单元9对电机11进行驱控。电机以本身已知的方式借助场效应晶体管驱控，该场效应晶体管的栅极又通过硬件逻辑单元9驱控，这未详细显示。
图1中示出的电路布置结构表示本发明的一种优选的实施方式。因此根据一种备选的优选实施方式也可以在PCU3中安设微控制器1。
图2示出了电机械的制动系统的泵电机的示例性PWM驱控，为此使用根据本发明的用于限制峰值电流以及电流边沿的最大斜率的方法。示出了根据图1的PWM驱控的实际占空比OUT3和设定占空比OUT3DC的时间曲线图。在横坐标上表示时间t，在纵坐标上表示占空比Tg，其中，0％表示解除激活，100％表示泵的电机的连续的运行模式。
机动车制动系统的控制软件的计算通过MCU10中的微控制器11进行。如在针对图1的描述中所说明的那样，计算出的值通过SPI总线系统2发送到硬件模块3并且存储在逻辑寄存器4至8中。如果应该在时间点t1时按照制动器调节方式激活泵，那么硬件逻辑单元9把这些值用于驱控电机。逻辑寄存器7中的设定占空比OUT3DC在此由实际占空比OUT3在使用逻辑寄存器4中的斜率值SLP和在考虑到逻辑寄存器5中的阈值DCTHR的情况下呈斜坡形地近似或接近。通过把调节任务划分为软件部分和硬件部分可以节省微处理器和SPI总线系统的资源，其中，通过控制软件和驱控装置本身几乎能自给自足地通过硬件逻辑单元根据具体情况决定如何驱控泵。如果从18kHz的PWM频率出发，那么能够以这种方式按照每55μs的时钟周期进行实际占空比OUT3的变化。
在激活之后，实际占空比OUT3跳跃到阈值DCTHR，从所述阈值开始，实际占空比OUT3相应于斜率值SLP呈斜坡形地提高到设定占空比OUT3DC。阈值DCTHR仅在激活和解除激活时起作用，其中能够额外地在逻辑寄存器8中预先设定最小值DCMIN，该最小值小于或等于阈值DCTHR并且在PWM的整个激活时间段内被加以考虑。由泵FET的过电流监控得出预设的最小值DCMIN。
0…100％的占空比范围通过考虑到比特位值(LSB)的0…256比特的值范围表示，其中，斜率值SLP表示为每PWM周期的LSB中的占空比的变化。
通过调节例如对于泵的激活预设并且在相应的逻辑寄存器4、5、7中存储以下计算出的值：192LSB的设定占空比OUT3DC的值、64LSB的占空比阈值DCTHR和每PWM周期的2LSB的斜率值SLP。电机11可能相应地以25％的、PWM的实际占空比OUT3激活，实际占空比OUT3然后分别在每PWM周期通过硬件逻辑单元9提高2至8比特的量(0…256LSB)，直到实现75％的驱控。
如果斜率值SLP例如通过10比特的字或消息表示，那么通过定义的选择借助例如确定4LSB的小数位数和6LSB的小数点前的位数来实现每PWM周期的LSB的小部分的增加和减少。备选地，可以把存储在逻辑寄存器4中的斜率值SLP与常数或变量相乘。如果例如乘以1/16，那么实际占空比OUT3的LSB每16个PWM周期增加或减少。
在逻辑寄存器7中设有一比特，借助该比特能够接通或断开电机的呈斜坡形的软启动的激活或解除激活。由此能够实现，在特定的情况下无时间延迟地获得泵的最大的、可用的功率。
如果在时间点t2时通过调节触发设定占空比OUT3DC的变化(然而不解除激活)，那么实际占空比OUT3直到达到设定占空比OUT3DC为止都相应于存储在逻辑寄存器4中的斜率值SLP减小。实际占空比OUT3在t2与t3之间低于在激活时间期间不考虑的、但大于或等于最小值DCMIN的阈值DCTHR。在时间点t3时通过设定占空比OUT3DC变化到100％要求连续的泵运行并且实际占空比OUT3根据斜率值SLP呈斜坡形地增加。当达到相当于逻辑寄存器6中的第二阈值DCUL的占空比时，实际占空比OUT3跳跃到100％，其中，未出现继续的呈斜坡形的升高。如果控制软件预先给出大于阈值DCUL，然而小于100％的设定占空比OUT3DC，那么实际占空比OUT3被限制到阈值DCUL。
如果通过在时间点t4时的调节触发泵从连续的运行中解除激活，那么实际占空比OUT3首先跳跃到阈值DCUL。随后，占空比呈斜坡形地一直降低到阈值DCTHR并且从该阈值出发继续跳跃到0％的实际占空比OUT3，从而使得PWM解除激活。当没有解除激活而是变化到更低的实际占空比OUT3时，阈值DCUL在这种情况下也被考虑。如果例如在PWM的运行时间期间或开始之前相应地改变解除激活/激活斜坡功能性的比特/位，那么可以实现立刻解除激活/激活。
为了尽可能地避免期望的泵功率的时间延迟从而由此不会出现制动系统的功率的限制，需要在额外考虑遵循对电流边沿的最大斜率和电流峰值方面的要求的情况下优化斜率值。逻辑寄存器4至8中的值可以在运行时间时通过控制软件改变，由此可以在软启动或解除激活期间例如每5ms改变斜率值SLP，以便由此产生多边形的上升或下降曲线。硬件逻辑单元则从写入访问结束时起为后续的实际占空比OUT3使用新的斜率值SLP。
Claims (20)
1.一种用于限制峰值电流以及限制电动液压的机动车制动系统的、借助脉宽调制(PWM)驱控的电机(11)的电流边沿的最大斜率的方法，其中，PWM的实际占空比(OUT3)在运行时从PWM的第一占空比变化为第二占空比，
其特征在于，
根据在运行时计算的和/或能够改变的、正的或负的斜率值(SLP)进行所述变化，其中，通过驱控电机(11)的硬件模块(3)的硬件逻辑单元(9)实施所述变化。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
使用存储在由硬件模块(3)包括的第一逻辑寄存器(4)中的斜率值(SLP)进行所述实际占空比(OUT3)的变化，使实际占空比(OUT3)接近于存储在由硬件模块(3)包括的第二逻辑寄存器中的设定占空比(OUT3DC)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
为了实现PWM的实际占空比(OUT3)的变化，使实际占空比(OUT3)增量或减量斜率值(SLP)。
4.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
通过计算程序把所述设定占空比(OUT3DC)和/或斜率值(SLP)存储到由硬件模块(3)包括的逻辑寄存器(4、7)中。
5.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
设有PWM的第一占空比阈值(DCTHR)，仅在PWM激活和/或解除激活时使用该第一占空比阈值，该第一占空比阈值这样形成，使得实际占空比(OUT3)在PWM激活时从0％跳跃到第一占空比阈值(DCTHR)和/或在PWM解除激活时从第一占空比阈值(DCTHR)跳跃到0％。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
所述第一占空比阈值(DCTHR)在PWM激活时被用作第一占空比的值和/或在PWM解除激活时被用作第二占空比的值。
7.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
能够根据斜率值(SLP)在运行时激活或解除激活所述实际占空比(OUT3)的变化。
8.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
设有PWM的第二占空比阈值(DCUL)，该第二占空比阈值这样形成，使得在实际占空比(OUT3)发生变化时在该第二占空比阈值(DCUL)与连续的驱控之间的实际占空比(OUT3)被跳过。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
根据PWM频率确定所述第一占空比阈值(DCTHR)和/或第二占空比阈值(DCUL)。
10.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
规定所述实际占空比(OUT3)的最小值(DCMIN)，其中，该最小值特别根据PWM频率确定并且小于或等于第一占空比阈值(DCTHR)。
11.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
以比特为单位根据在PWM的每个周期内的比特位值进行所述实际占空比(OUT3)的变化。
12.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
所述第一占空比阈值(DCTHR)和/或第二占空比阈值(DCUL)能够在运行时发生变化。
13.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
所述第一占空比阈值(DCTHR)和/或第二占空比阈值(DCUL)存储在至少一个逻辑寄存器(5、6)中并且被用于通过硬件逻辑单元(9)提供实际占空比(OUT3)。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据由电压源提供的电荷量限制峰值电流以及限制所述电机(11)的电流边沿的最大斜率。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机(11)是泵电机。
16.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在PWM的每个周期中实施所述变化。
17.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该计算程序是机动车制动系统的控制软件。
18.一种用于实施根据权利要求1至17中任一项所述的方法的电子电路布置结构，其中，通过数据传输元件(2)在执行计算程序的计算元件(1)与驱控机动车制动系统的电机的硬件模块(3)之间交换数据，其中，该硬件模块(3)包括至少一个硬件逻辑单元(9)和至少一个逻辑寄存器(4、5、6、7、8)，
其特征在于，
设有至少一个逻辑寄存器，所述至少一个逻辑寄存器存储有占空比的斜率值(SLP)和/或第一占空比阈值(DCTHR)和/或PWM的设定占空比(OUT3DC)，还设有硬件逻辑单元(9)，所述硬件逻辑单元使用逻辑寄存器(4…8)中的值确定实际占空比(OUT3)，以便驱控电机(11)。
19.根据权利要求18所述的电子电路布置结构，其特征在于，所述数据传输元件(2)是SPI总线系统。
20.根据权利要求18所述的电子电路布置结构，其特征在于，计算元件(1)是微控制器以及所述电机是泵电机。
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