CN107210692B - 电气汽车辅助机组和用于对汽车辅助机组进行换向的方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有电子换向的驱动电机(16)的电气汽车辅助机组(13)，其驱动电机的电机线圈(17)由电子换向装置(14)供电，其中，换向装置(14)具有控制单元(30)和由控制单元(30)控制的多个功率半导体(T1‑T4)，在电机电流路径(21)的沿线中布置有电机电流抽头(23)，在电机供电期间与电机电流IM成比例的电压信号UM降落在电机电流抽头上，以及在电机电流抽头(23)和控制单元(30)之间布置有高通滤波器(22)，其输入信号是电压信号UM，并且其输出信号是用于控制单元(30)的控制信号，通过所述控制信号在输入峰信号(T)之后，在延迟(dt)之后触发随后的极性反转(K)。

Description

电气汽车辅助机组和用于对汽车辅助机组进行换向的方法
技术领域
本发明涉及一种具有电子换向的驱动电机的电气汽车(Kfz)辅助机组以及用于对该驱动电机进行换向的方法。本发明特别是、但是不仅仅涉及汽车泵机组、特别是液体泵，并且在此特别是涉及所谓的水循环泵。
背景技术
为了对驱动电机进行电子换向，对换向进行控制的控制单元必须具有转子位置信息，以便能够在正确的时刻使得定子线圈的电力供应方向相应地逆转。为了确定转子位置信息，可以设置一个或更多个分立传感器，例如对磁场作出反应的霍尔传感器，其检测永磁电机转子或者分立传感器磁体的通过磁场。
然而，由于成本原因，力求尽可能不设置分立传感器。所谓的无传感器转子位置检测可以通过如下方法来进行：在对电机的电力供应被强迫中断时，对永磁转子在定子线圈中感生的感应电压、即所谓的EMK进行分析，并且根据感应电压的时间曲线推断转子位置。然而，这种方法需要控制单元有相当大的计算能力。此外，这种方法仅在电感小的情况下适合，因为在电感大的情况下，电力供应中断时间必须非常长，以便能够观察没有叠加的EMK感应电压。然而，特别是在用于较小的汽车辅助机组、例如水循环泵的驱动电机小的情况下，由于物理原因，大的电感尤其常见，从而这种方法不适合小的驱动电机。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种简单地构造并且在控制单元中需要小的计算开销的具有电子换向的驱动电机的电气汽车辅助机组以及其控制方法。
根据本发明，上述技术问题利用根据本发明的电气汽车辅助机组来解决。
根据本发明的汽车辅助机组在电机电流路径沿线具有电机电流抽头，在对电机供电期间，与电机电流IM成比例的电压信号降落在电机电流抽头上。电机电流抽头可以在电流方向上布置在功率半导体前面，功率半导体由控制单元控制并且将供电电压连接到电机线圈，但是替换地也可以布置在其后面。在电机电流抽头上采集经由功率半导体流到电机线圈的全部电功率的等效值。作为导电地布置在电机电流抽头和控制单元之间的电气高通滤波器的输入信号的电压信号降落在电机电流抽头上。通过高通滤波器，在数学的意义上对与电机电流IM成比例的电压信号UM求微分，使得高通滤波器的输出信号基本上以峰信号的形式显示陡峭的电机电流冲程，而几乎不或者完全不显示平坦的电机电流冲程和直流电压分量。
对于电机转子旋转期间的电机电流的时间曲线，在电机转子每一次极转移时，即在转子极大约处于两个定子齿之间中间的时刻，出现特殊情况。在该时刻，所涉及的定子线圈的感应电压特别低，从而所涉及的定子线圈的电机电流由于反EMK小而急剧增大。电机电流的该急剧增大在高通滤波器输出信号中作为大的峰信号输出。
高通滤波器的输出信号是用于控制单元的控制信号，在输入峰信号之后，控制单元在固定或者可变的延迟dt之后触发随后的极性反转，延迟dt也可以为零。因此，控制单元利用极转移-峰信号在固定或者可变的延迟dt之后触发随后的极性反转，延迟dt也可以为零。可以借助阈值输入在没有计算开销的情况下将高通滤波器信号读入到控制单元中。
控制单元不再需要对来自高通滤波器的信号进行分析和解释、确定斜率并进行评估，因为驱动电机的负载情况完全不再包含在高通滤波器的输出信号中。因此，控制单元完全免于关于高通滤波器输出信号的分析任务。因此，对于控制单元，基本上可以选择具有相对低的计算能力或时钟频率的处理器。高通滤波器可以以非常简单并且廉价的方式以模拟技术通过所谓的RC元件实现。
作为补充，可以设置另外的转子位置传感装置，通过其改善冗余度和/或识别旋转方向。
优选驱动电机被构造为单相的，从而所有电机线圈以交替的绕组方向依次串联连接。但是驱动电机也可以构造为三相的。
根据一个优选实施方式，高通滤波器具有大于80Hz、特别优选大于120Hz的截止频率。根据本发明的高通滤波器的一般的截止频率为200Hz。
优选通过低通滤波器补充高通滤波器，以形成带通滤波器。通过附加的低通滤波器(其例如可以具有2000Hz至20000Hz的截止频率)，特别是滤除在检测到极转移-峰信号时可能对控制产生干扰的干扰信号。
根据一个特别优选的实施方式，控制单元具有死区时间元件，通常为软件或者计时器单元，其在检测到极转移信号峰之后，使输入信号在比极转移信号峰和随后的极性反转之间的延迟dt长的死区时间tT内消隐。在极性反转时，电机电流的极性跳变，从而在高通滤波器的输出端处产生信号峰，然而其不是通过极转移所触发的，而是通过电机电流的极性反转所触发的。因为极性反转信号峰不允许被解释为极转移信号峰，因此总是设置死区时间tT，使得极转移信号峰之后的极性反转信号峰不会被错误地识别为极转移信号峰或换向器触发信号。在控制单元中设置死区时间仅需要小的计算能力，从而其不增加控制单元的负荷，或者可以使用具有相对小的计算能力的控制单元。
根据本发明的一种优选的扩展设计，死区时间是可变的，并且在先前的换向间隔的20％和60％之间、特别优选30％和50％之间取值。设置和计算由先前的换向间隔的长度成比例地得到的相对死区时间在控制单元中也仅需要相对小的计算能力。死区时间可以与转子的转动惯量有关地确定。
电机电流抽头可以设计为布置在电机电流路径中的低欧姆串联电阻的形式、即以所谓的分流器的形式。优选电机电流抽头由半导体形成，特别优选由反极性保护半导体形成，特别是当其本来就存在时。
依据根据本发明的对电气汽车辅助机组进行换向的方法，提供以下两个方法步骤：
首先，在极转移信号峰到达之后经过延迟dt之后，控制单元触发极性反转。同时，使控制单元输入信号在死区时间tT的持续时间内消隐，即不被注意到。
特别优选，延迟dt和死区时间tT与先前的换向间隔TK的长度有关地确定，例如成恒定的比例。
附图说明
下面，根据附图详细说明本发明的实施例。
图1示出了具有电子换向的驱动电机的电气汽车辅助机组的示意性图示，以及
图2示出了图1的驱动电机的换向器装置的高通滤波器输出信号或控制单元输入信号的电压时间曲线。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了装置10，其由车辆电池12和具有电子换向的驱动电机16的电气汽车(汽车)辅助机组13构成。驱动电机16通过电子换向装置14换向并且驱动机械泵部分18。汽车辅助机组13例如可以是具有小于100-200W的电功率的所谓的水循环泵。一般对于具有相对小的电功率的低电压驱动电机，驱动电机16的电机线圈17的电感大。汽车辅助机组13或驱动电机16与车辆电池12电连接，其中，可以在车辆电池12和辅助机组13之间接入车辆控制器，其在需要时接通和断开辅助机组13。
由车辆电池12提供的例如12V的车载电压与电机线圈17的连接，通过以所谓的H桥布置的4个功率半导体T1至T4进行，经由功率半导体可以使对电机线圈17的电力供应极性反转，即切换或者反转对电机线圈17的电力供应方向。电机线圈17单相地布置，即彼此串联连接。4个功率半导体T1至T4由控制单元30控制，因此断开和闭合，更确切地说，分别使得相对于彼此处于对角线上的两个功率半导体T1,T4；T2,T3断开，并且另外两个功率半导体T2,T3；T1,T4闭合。
在电机电流路径21沿线，换向装置14具有半导体20形式的电机电流抽头23，由于其欧姆电阻，与电机电流IM成比例的电压信号UM降落在其上。电机电流抽头半导体20例如可以是反极性保护半导体或晶体管。
由电机电流抽头23提供的电压信号UM形成高通滤波器22的输入信号，高通滤波器22以模拟电路技术构造为具有大约200Hz的截止频率的高通滤波器。高通滤波器22的输出信号是控制单元30的输入信号。高通滤波器22形成微分元件，其对电压信号UM的时间曲线进行微分。
在图2中以时间曲线示出了高通滤波器22的输出信号或控制单元30的输入信号E。向下取向的第一峰信号T是由于当电机转子的一个转子极或所有转子极大约处于电机定子的两个定子极之间的中心时，电机电流IM和与其成比例的电压信号UM突然增大。因此，该峰信号是极转移的非常准确并且可靠的指示，由此在此意味着相关的转子极处于两个定子极之间的情况。控制单元30使0V和阈值电压US之间的所有输入信号消失。
极转移-峰信号T被控制单元30解释为极性反转触发信号。一旦极转移-峰信号T被控制单元30作为允许的触发信号检测到，则控制单元30使得以延迟dt进行随后的极性反转K。
控制单元30具有死区时间元件33，其在检测到极转移-峰信号之后使输入信号E在死区时间tT内消隐。死区时间tT必须比延迟dt长，并且例如恒定地取控制单元30最后计算的换向间隔tK的40％。
在死区时间tT期间，使输入信号E消隐，即不被注意到。以这种方式，忽略在延迟dt之后不久发生并且由于极性反转得到的、由于极性反转产生的极性反转-峰信号，并且不会被错误地解释为极转移-峰信号。

Claims (13)

1.一种具有电子换向的驱动电机(16)的电气汽车辅助机组(13)，驱动电机的电机线圈(17)由电子换向装置(14)供电，其中，
换向装置(14)具有控制单元(30)和由控制单元(30)控制的多个功率半导体(T1-T4)，
在电机电流路径(21)的沿线中布置有电机电流抽头(23)，在电机供电期间与电机电流IM成比例的电压信号UM降落在电机电流抽头上，以及
在电机电流抽头(23)和控制单元(30)之间布置有高通滤波器(22)，其输入信号是电压信号UM，并且其输出信号是用于控制单元(30)的控制信号，通过所述控制信号在输入峰信号之后，在延迟之后触发随后的极性反转。
2.根据权利要求1所述的电气汽车辅助机组(13)，其中，驱动电机(16)被构造为单相或三相的。
3.根据权利要求1所述的电气汽车辅助机组(13)，其中，高通滤波器(22)具有大于80Hz的截止频率。
4.根据权利要求1所述的电气汽车辅助机组(13)，其中，高通滤波器(22)具有大于120Hz的截止频率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电气汽车辅助机组(13)，其中，通过低通滤波器补充高通滤波器(22)，以形成带通滤波器。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电气汽车辅助机组(13)，其中，控制单元(30)具有死区时间元件(33)，通过其在检测到峰信号之后，在开始极性反转之前比延迟长的死区时间(tT)内使输入信号消隐。
7.根据权利要求6所述的电气汽车辅助机组(13)，其中，死区时间(tT)在换向间隔(tK)的20％和90％之间取值。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的电气汽车辅助机组(13)，其中，辅助机组是液体泵。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的电气汽车辅助机组(13)，其中，辅助机组是水循环泵。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的电气汽车辅助机组(13)，其中，电机电流抽头(23)由半导体(20)形成。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的电气汽车辅助机组(13)，其中，电机电流抽头(23)由反极性保护半导体形成。
12.一种对根据前述权利要求中任一项所述的电气汽车辅助机组(13)进行换向的方法，具有下述方法步骤：
在检测到触发信号之后经过延迟之后，由控制单元(30)触发极性反转，以及
在死区时间(tT)的持续时间内使控制单元输入信号(E)消隐。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，延迟和死区时间(tT)根据先前的换向间隔(tK)的长度来确定。
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GR01 Patent grant
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