CN105393448B - 电机角错误位置的识别方法及其执行装置和转向辅助装置 - Google Patents

Abstract

用于检查以交流电流运行的电机的转子机构对于定子机构的旋转角的方法，该电机具有多个绕组，其中控制装置设计用于确定在绕组中的相电流和/或在绕组之间的相电压，该方法具有如下步骤：a)确定至少一个相电流和/或至少一个相电压；b)确定在确定的相电流和与之相应的额定相电流之间和/或在确定的相电压和与之相应的额定相电压之间的至少一个偏差；以及c)如果所述偏差之一在容限范围之外，则识别到角错误。

Description

电机角错误位置的识别方法及其执行装置和转向辅助装置

技术领域

本发明涉及一种用于识别以交流电流运行的电机的转子机构相对于定子机构的角错误位置的方法以及一种用于执行按照本发明的方法的装置和一种具有上述装置的转向装置。

背景技术

借助于电机支持的机动车转向的重大错误在于所谓的“自动转向”。在这些情况下电机在没有响应的驾驶员期望的情况下产生扭矩或者产生的扭矩大于驾驶员的要求，从而使得产生车辆不期望的转向。

自动转向的原因还在于错误地确定转子角或电机角，亦即转子对于固定参考点的角。该错误虽然是非常不可能的，但是作用是如此危险的，使得监控是强制必要的。在此，首先自从一个确定的大小的角错误分级为危险的，例如自从大约20°的电机角。360°的完全电气旋转在此相当于转子360°的机械旋转除以线圈对的数量。

在识别到危险的角错误时立刻关断转向辅助，以便将系统转变到纯手动转向的更安全状态。为了在不太紧急的状态下避免关断，例如在较小的角错误下，也可以降低转向辅助。

对于电机角测量有不同的方法。通常的测量借助于磁传感器、所谓的分解器以及信号处理实现。在已知方法中，电机角错误的错误源可考虑在传感器、分解器与信号处理之间的整个作用链中的不同位置上。

如果例如在转子轴上固定的角编码器没有按照规定固定并且打滑并且由此在角编码器与转子轴之间的角变化，那么原因例如可以在电机的范围中。在传感器范围中的原因可以例如通过磁场的歪曲、通过金属外构件、通过在传感器元件中由于短路、接触中断、构件漂移等的错误、由过在模拟或数字信号处理中的错误或者通过传感器电路在承载电路板上不正确的设置给出。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种方法，借助于该方法可实现对电机的转子角可靠地监控。

该任务借助于开始所述类型的方法解决，其中该电机具有多个绕组，其中控制装置设计用于确定绕组中的相电流和/或绕组之间的相电压，该方法具有如下步骤：

a)确定至少一个相电流和/或至少一个相电压；

b)确定在所确定的相电流和与之相应的额定相电流之间和/或在所确定的相电压和与之相应的额定相电压之间的至少一个偏差；以及

c)如果所述偏差之一在容限范围之外，则识别到角错误。

本发明的构思在于，电机角对于电机调节是最重要的输入参量之一并且输入用于驱控电机的控制回路中。有错误的角信息，亦即在由调节器采用的与实际的电机角之间的偏差导致电机的驱控与实际的电机角不一致。这导致，在电机绕组中流过的实际的相电流不同于额定相电流，该额定相电流由控制装置预定。在这样的错误的情况下产生以如下形式的相电流的偏差，使得实际相电流的曲线有别于额定相电流。

因此，在步骤a)中对于至少一相确定实际在电机绕组中流过的相电流和/或对于至少一相存在的相电压。相电流可以借助于电流传感器直接测量或者通过相电压间接确定。

在步骤b)中确定实际流动的相电流与同相的额定相电流之间的偏差。针对于至少一相确定该偏差。

在步骤c)中根据在相电流或相电压与额定相电流和/或额定相电压之间的至少一个偏差的评估进行识别角错误。每个所确定的偏差必须位于容限范围内。否则识别到角错误。

备选地在消除抖动之后识别角错误。也就是说，如果偏差以预定的次数在容限范围之外，则识别到角错误。在此可以以连续方式计数次数，或者可以在预定数量的周期内确定超过容限的次数。

在一相的每个周期中并且在电机运行期间连续地执行方法步骤。在永磁励磁的同步电机的情况下对于相U、V、W中至少之一实施步骤a)至c)。

按照本发明的方法有利地通过如下改进：

a)确定相电流和/或相电压；

b)确定在所确定的相电流与分别与之相应的额定相电流之间和/或在所确定的相电压和与之相应的额定相电压之间的偏差；以及

c)如果所述偏差在容限范围之外，则识别到角错误位置(Winkelfehlstellung)。

通过该方式对所有相电流或相电压进行检查可能的偏差，以便提高角错误识别的可靠性。

按照本发明的方法有利地由此改进，根据在相电流和与之相应的额定相电流之间的相位移确定所述偏差。关于电机角测量相位移。

按照本发明的方法有利地由此改进，在相电流和额定相电流方向变换的时刻确定所述相位移。

按照本发明的方法有利地由此改进，借助于相同相的相电压确定相电流的方向变换。

按照本发明的方法有利地由此改进，借助于空间向量调制将相电压分配给由电机的电气旋转形成的区段或象限(Sektor)，其中借助于在相电压与额定相电压之间区段变换的间隔确定偏差。

按照本发明的方法有利地由此改进，在预定的时间段上确定偏差，并且如果偏差的平均值在容限范围之外，则识别到角错误。

优选地，在电机的电气旋转期间确定在相电压和额定相电压的区段变换之间的相位移并且将其求平均。为此可以累加相位移的值并且除以区段变换的数量，在此除以六个区段变换/象限变换(Sektorwechseln)。

借助于上述改进，该方法可以在不直接测量相电流的情况下实现，从而该方法成本有利地在没有应用电流传感器的情况下可实现。特别是对于具有高电流的应用情况该改进是特别有利的。

按照本发明的方法有利地由此改进，为了最小化该偏差，控制装置确定偏离额定相电流和额定相电压的补偿相电流和补偿相电压，其中一旦补偿相电流和/或补偿相电压与额定相电流或额定相电压偏差超过阈值，则识别到角错误。补偿电流或补偿电压是用于控制电机的另外的输入参量，以便减小在实际相电流或相电压与额定相电流或额定相电压之间的偏差。通过补偿电流或补偿电压的大小可以推断出可能的角错误。通过这种方式，可能的角错误的识别可以以提高的可靠性和精度实现。

按照本发明的方法有利地由此改进，即电机具有用于测量转子机构相对于定子机构的角位置的传感器装置，其中角错误位置借助于传感器装置和相位差确定。

按照本发明的方法有利地由此改进，传感器装置产生测量信号和参考信号，其中如果相位差超过一阈值并且在测量信号与参考信号之间的偏差在容限范围内，则识别到角错误位置。在测量信号与参考信号之间测得的角度值相对彼此移动90°并且能借助于三角公式检查传感器测量。

借助于该改进，仅当可以排除传感器装置中的错误时才识别到角错误。通过这种方式可以特别准确地确定角错误位置的原因。为此检查：在冗余传感器信号之间的偏差不超过容限范围。否则可以基于偏差确定，由传感器通告的角错误位置的原因在于在传感器自身中。此外该改进是特别有利的，因为传感器中的错误通过冗余信号的比较特别快速地发现并且因此也可以快速采取相应措施。

按照本发明的方法有利地由此改进，d)一旦识别到角错误位置，那么关断电机或切换到紧急运行。

紧急运行可以包括例如具有较小的负载力矩的电机运行。在转向辅助装置的情况下电机在紧急运行下可以提供转向的最小支持。

该任务还按照本发明的第二方面解决，该第二方面涉及用于执行根据上述方法的装置。

按照本发明的装置有利地由此改进，即该装置具有用于测量转子机构相对于定子机构的角位置的传感器装置，其中该传感器装置产生测量信号和参考信号。

按照本发明的装置有利地由此改进，控制装置具有微控制器、门极驱动单元、包括三个半桥的电路装置以及用于测量在绕组之间的相电压的测量装置。

此外本发明包括第三方面，该第三方面涉及一种用于机动车的转向辅助装置，其具有根据上述实施形式的装置。

附图说明

另外的优选的实施形式由以下参照附图描述的实施例得出。其中：

图1用于执行按照本发明的方法的装置；

图2a图1所示的微控制器的第一变型的示意图；

图2b图1所示的微控制器的第二变型的示意图；

图3相电流和额定相电流的示例性的曲线；以及

图4相电压和额定相电压的示例性的曲线。

具体实施方式

图1示出了用于执行按照本发明的方法的装置的示意结构。

该装置具有控制装置1，其包括微控制器2a、2b，门极驱动单元3、具有三个半桥H1、H2、H3的电路装置形式的功率输出级以及用于测量在绕组之间的相电压的测量装置5。控制装置1通过功率输出级与电机7电气连接。此外，构成为转角传感器的传感器装置6设计用于测量转子机构对于定子机构的角位置，其中传感器装置6产生测量信号和参考信号并且将这些信号输送给微控制器。

在控制装置1中，微控制器2a、2b与门极驱动单元3电气连接。门极驱动单元3与功率输出级电气连接。功率输出级具有三个半桥H1、H2、H3，它们分别通过连接点HAI、HA2、HA3与电机7的绕组W1、W2、W3电气连接。测量装置5分别与如下线路连接，该线路在连接点HAI、HA2、HA3与绕组W1、W2、W3之间延伸，测量装置检测在绕组W1、W2、W3之间的相电压U、V、W。备选地，可以代替测量装置5应用电流传感器，该电流传感器在此未示出。不仅测量装置5而且传感器装置6传送其数据给微控制器2。

图2a和2b示出微控制器2a、2b的两个不同变型的示意结构。

两个变型具有第一输入端20，通过该第一输入端输入与驾驶员期望相应的扭矩信号。此外具有两个用于检测由转角传感器6传输的信号的输入端21a、21b。输入端21a检测参考信号。输入端21b检测有效信号(测量信号)。在该实施例中，参考信号以模拟的形式存在，而有效信号以数字形式存在。另一输入端22设计用于检测实际相电流或相电压84u、84v、84w。

图2a示出检测相电流的微控制器2a的第一变型。在图2b中示出微控制器2b的一个变型，该微控制器设计用于检测相电压84u、84v、84w并且为此具有附加的信号处理单元PWMM。可考虑的还有如下实施方案，其中不仅检测相电流而且检测相电压84u、84v、84w。

微控制器2a、2b还具有输出端25，通过该输出端传输用于通过电流的脉宽调制信号给门极驱动单元3。

按照本发明的方法原则上可以按照两种不同的方式执行。首先根据图2a的变型进一步阐明该方法的流程。

首先借助于电流传感器确定相电流并且传送给微控制器2a的分析处理单元ACS。紧接着，借助于分析处理单元ACS分析处理检测到的相电流。为此，确定在所确定的相电流与分配给该相的额定相电流82u、82v、82w之间的偏差或者通过测量或根据相电压84u、84v、84w计算确定流过绕组U、V、W的电流。控制单元MC通过输入端23传送额定相电流82u、82v、82w给分析处理单元ACS。分析处理单元ACS确定在实际相电流与额定相电流82u、82v、82w之间的相应的相位移83u、83v、83w(参见图3)。优选地，确定在电流过零或在方向变换时的相位移83u、83v、83w。如果相电流的偏差或相位移83u、83v、83w在容限范围之外，那么借助于分析处理单元ACS识别出角错误位置。如果存在这种情况，那么通过输出端27输出角错误。

按照本发明的方法按照图2b的变型如下运行：

首先相电压84u、84v、84w借助于相电压测量单元5确定并且传输给微控制器。相电压84u、84v、84w相当于在绕组单元U-V、U-W以及V-W之间的电压。

相电压借助于信号处理单元PWMM通过空间向量调制分配给由电机的电气旋转形成的区段88。电机的电气旋转在此具有六个区段。在此确定：在电机的电气旋转0°至360°的范围中的哪个相位角89发生区段转换。相电压84u、84v、84w的区段转换的相位角由信号处理单元PWMM通过输入端24传输给分析处理单元ACS。分析处理单元通过输入端23获得如下相位角，对于该相位角额定相电压85u、85v、85w应执行区段转换。借助于分析处理单元ACS确定在区段转换之间的偏差或相位移87。如果至少一个在区段转换之间的相位移在容限范围之外，那么分析处理单元ACS识别到角错误位置。备选地可以考虑的是，在预定的时间段上将偏差87求平均，并且如果偏差87的偏差的平均值在容限范围之外则识别到角错误。

对此备选地可以如此执行该方法，使得相电流的方向转换借助于相电压84u、84v、84w的区段转换确定。紧接着根据相电流与额定相电流82u、82v、82w的方向转换确定在相电流与额定相电流82u、82v、82w之间的相位移。

该方法可以由此改进，为了使得与额定相电流和额定相电压的偏差最小化借助于控制单元MC确定补偿相电流和补偿相电压，其中一旦补偿相电流和/或补偿相电压超过阈值，则识别到角错误。

此外，方法的两个变型可以由此补充，借助于旋转角传感器6附加地确定角错误位置。特别是有利的是，仅仅当在测量信号与参考信号之间的偏差在容限范围内并且通过这种方式首先确定旋转角传感器6不具有错误时输出角错误位置。为此，微控制器2a、2b具有第二分析处理单元PMAS，有效信号和参考信号被传送给该第二分析处理单元并且该第二分析处理单元将这两个信号进行比较。在测量信号与参考信号的偏差超过容限范围的情况下通过输出端28输出错误。除此之外，第二分析处理单元PMAS与存储单元，优选EEPROM存储组件电气连接29。存储单元存储在关断电机之前最后的电机角位置并且在运行恢复时将其传送。

此外该方法由此补充，即只要识别到角错误位置，那么将电机关断或者切换到紧急运行中。为此关断微控制器2a、2b，或者借助于微控制器2a、2b起动紧急运行程序。

Claims (15)

1.一种用于检查以交流电流运行的电机的转子机构对于定子机构的旋转角的方法，该电机具有多个绕组，其中，控制装置设计用于确定绕组中的相电流和/或在绕组之间的相电压，该方法具有如下步骤：

a)确定至少一个相电流和/或至少一个相电压；

b)确定在所确定的相电流和与之相应的额定相电流之间和/或在所确定的相电压和与之相应的额定相电压之间的至少一个偏差；以及

c)如果所述偏差之一在容限范围之外，则识别到角错误。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

a)确定所有相电流和/或所有相电压；

b)确定在所确定的相电流和分别与之相应的额定相电流之间和/或在所确定的相电压和与之相应的额定相电压之间的所有偏差；以及

c)如果所有所述偏差在容限范围之外，则识别到角错误。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据在相电流和与之相应的额定相电流之间的相位移确定所述偏差。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在相电流和额定相电流方向变换的时刻确定所述相位移。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，借助于相同相位的相电压确定相电流的方向变换。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于空间向量调制将相电压分配给由电机的电气旋转形成的区段，其中，借助于在相电压与额定相电压之间区段变换的间隔确定所述偏差。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在预定的时间段确定所述偏差，如果偏差的平均值在容限范围之外，则识别到角错误。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述控制装置为了最小化该偏差确定偏离额定相电流和额定相电压的补偿相电流和补偿相电压，其中，一旦补偿相电流和/或补偿相电流偏离额定相电流或额定相电压超过一阈值，则识别到角错误。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于用于测量转子机构对于定子机构的角位置的传感器装置，其中，借助于传感器装置和相位差确定角错误位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述传感器装置产生测量信号和参考信号，其中，如果在测量信号与参考信号之间的偏差在容限范围内，则识别到角错误位置。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

d)一旦识别到角错误位置，则关断电机或切换到紧急运行。

12.一种用于执行根据权利要求1至11之一所述的方法的装置。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于用于测量转子机构相对于定子机构的角位置的传感器装置，其中，该传感器装置产生测量信号和参考信号。

14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述控制装置具有微控制器、门极驱动单元、包括三个半桥的电路装置以及用于测量绕组之间的相电压的测量装置。

15.一种用于机动车的转向辅助装置，具有根据权利要求12至14之一所述的装置。