CN107275037A - 利用抖动信号的电流控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用抖动信号的电流控制，尤其是一种用于控制流经用电器(115)的电流的方法(300)，该方法包括以下周期性进行的步骤：基于抖动信号和当下时间点来确定(320)抖动电流，其中，抖动信号通过频率、振幅和信号形状来确定；并且操控(350)电流阀(120)，以便导致额定电流与流经用电器(115)的确定的抖动电流的和。此外，方法(300)还包括：确定(365)对流经用电器(115)的电流的指示；针对抖动电流的影响来补偿(365)指示；并且提供指示，其中，以预先确定的方式使对抖动电流的确定(320)和对指示的确定(365)彼此同步。

Description

利用抖动信号的电流控制
技术领域
本发明涉及借助抖动信号对电磁阀的控制。本发明尤其是涉及对流过阀的电流的可信度测试(Plausibilisierung)。
背景技术
可控电磁阀包括具有电线圈、可运动的磁衔铁和回调弹簧的执行器以及用于控制流体流的穿流部件。衔铁的位置对穿流部件起作用，从而使得流体流可以基于流经线圈的电流来控制。为了降低装置的机械磁滞，衔铁可以永久地保持在具有很小的振幅的运动中。对此，线圈可以利用脉冲宽度调制(PWM)信号或者利用直流电流来操控，具有小的振幅的抖动信号与直流电流叠加。用于以这种方式来操控线圈的集成开关电路可以在名称Infineon(英飞凌)TLE8242下获得。
在与安全有关的系统、例如液压传动控制装置中，衔铁的位置应该基于实际流过线圈的电流进行可信度测试，从而使得当期望的电流与重建的电流彼此有偏差时可以确定错误。在可信度测试时考虑到抖动信号的电流。虽然上面所描述的开关电路允许探测所导致的电流，但是这种确定对于许多用途来说太不精确。所导致的电流也可以按如下方式来确定，即，分别在抖动信号的周期上询问借助PWM来操控的电流阀的平均的接通和关断时间。
可以在频率、形状、相位或者振幅方面改变抖动信号，以便例如支持迅速改变流过线圈的电流。对平均的接通和关断时间的确定必须与改变的抖动信号匹配，从而使得基于平均开关时间的电流确定可以是瞬时无用的。
发明内容
本发明所基于的任务在于提供一种用于借助抖动信号来控制流过用电器的电流的经改进的技术。本发明借助独立权利要求的主题来解决该任务。从属权利要求反映优选的实施方式。
用于控制流过用电器的电流的方法包括以下周期性地进行的步骤：基于抖动信号和当下时间点确定抖动电流，其中，抖动信号通过频率、振幅和信号形状来确定；并且操控电流阀，以便导致流过用电器的所确定的抖动电流与额定电流的和。此外，该方法还包括确定对流过用电器的电流的指示；针对抖动电流的影响来补偿指示；并且提供指示。在此，以预先确定的方式使对抖动电流的确定和对指示的确定彼此同步。
通过预先确定的同步、即固定的或者已知的时间耦合，指示可以按经改进的方式针对抖动信号的影响进行补偿或抵偿。此外，还可以随时执行对抖动信号的改变、例如关于其频率、其振幅或者其信号形状的改变，而不丧失在对抖动电流的确定与对指示的确定之间的同步。抖动尤其是可以依赖于额定电流来控制。因此，对流过用电器的电流的改变可以通过抖动信号的瞬时改变来支持。不同的额定电流也可以按经改进的方式利用不同的抖动信号来支持。在此，可以维持对指示的确定，从而使得对电流的可信度测试、即指示与额定电流的比较既没有中断也没有提供无用的结果。
优选的是，抖动电流在该方法的一个进程期间保持恒定。尤其是可以借助数字电流阀来控制抖动电流，数字电流阀除了闭合位置和断开位置之外没有中间位置。电流可以根据脉冲宽度调制(PWM)的类型通过闭合位置与断开位置的持续时间的时间比来控制。抖动信号通常被划分成一定数量的抖动步幅，其中，一个抖动步幅相应于该方法的一个进程。对流过用电器的电流的指示可以按经改进的方式针对抖动电流的影响进行补偿，这是因为抖动电流在该进程期间是恒定的并且与此相应可以简单地被采用或者重建。
对指示的确定可以在该方法的一个进程内结束，其中，对在多个抖动步幅、例如一个抖动周期内的可观察到的值的平均是不必要的。所确定的并且针对抖动电流进行了补偿的指示可以按经改进的方式用于对流过用电器的电流进行可信度测试。这样可以提高精确度或者确定速度。然而，在另一实施方式中，多个抖动步幅也可以考虑用于确定所导致的电流。尤其是可以考虑一个抖动周期的抖动步幅，其中，可以将电流阀的接通和关断时间进行平均。接着，从平均开关时间可以计算出流过用电器的平均电流。
该方法在实践中可以利用抖动信号的每个信号形状、频率或者振幅。仅有方法进程的频率应该大于、尤其是数倍于抖动信号的频率，以便确保多个抖动步幅在一个抖动周期内。特别优选的是，抖动信号周期性地就平均值来说是零。由此可以确保的是，流过用电器的电流取额定电流的时间上的平均值，并且没有由于抖动电流而长期地提高或者降低。
当用电器包括电流受控的调节部件时，这尤其可以是重要的，利用该调节部件应该影响控制或者调节范围内的流程。例如，该用电器可包括电流受控的阀、尤其是连续阀，连续阀的流体流量可以通过电流来控制。在所描述的状况下，额定电流可以说明流经连续阀的所希望的流体流，而抖动信号可以导致适合的磁滞降低，而不影响在时间上平均的额定电流。
流经用电器的电流可以通过以预先确定的时间比断开和闭合数字电流阀来控制。相反地，流过用电器的电流可以基于断开和闭合电流阀的时间比来确定或进行可信度测试。例如，可以简单地并且成本有利地将晶体管(例如FET或者IGBT类型)用作电流阀。电流控制也可以借助集成开关电路来实现，其中优选的是，开关电路仅调整用电器上的抖动电流与额定电流的和，并且不叠加附加的抖动电流。在一个实施方式中，上面所提及的开关电路TLE8242可以用于导致电流。
如果在该方法的一个进程中获知到对抖动信号的改变的要求，那么可以直接或者延迟地实现该要求。直接实现不会损害对指示的确定或针对抖动电流的影响来补偿指示。当确定对抖动步幅的可观察到的值的指示受限制时，这尤其是适用的。如果用于补偿指示的多个抖动步幅的值被平均，那么也可以通过抖动信号的改变来确定对平均值的算法上的补充(Nachführung)，从而使得也可以在由两个不同的抖动信号的部分组成的抖动周期内维持补偿。
优选的是，在延迟实现该要求时，在实现改变之前等待，直至抖动信号的当前周期结束。改变尤其是可以在抖动信号的当前周期的最后的进程之后或者在接下来的周期的第一进程开始时实现。由此可以避免的是，在时间上的过渡范围内操控具有多个抖动信号的部分的经延长的抖动周期。
计算机程序产品包括用于当计算机程序产品在处理装置上实施或者存储在计算机可读的介质上时执行上面所描述的方法的程序代码机构。尤其优选的是，该方法在实施为可编程微型计算机或者微型控制器的处理装置上运行。
用于控制流过用电器的电流的设备包括：确定装置，用于基于抖动信号和当前的时间点来确定抖动电流，其中，抖动信号通过频率、振幅和信号形状来确定；用于操控电流阀的操控装置，以便导致流经用电器的所确定的抖动电流与额定电流的和；以及时钟生成器，用于操控确定装置来周期性地执行确定。此外，还设置有探测装置，用于探测对流过用电器的电流的指示并且用于提供针对抖动电流的影响进行了补偿的指示。在此，以预先确定的方式使确定装置和探测装置彼此同步。
此外，在一个优选的实施方式中，该设备还包括用于操控调节部件的操控设备，调节部件导致流经用电器的电流。操控设备尤其是可以提供形式为针对调节部件的操控信号的待操控的电流。进一步优选的是，操控设备可以包括脉冲宽度调制器，尤其是用于操控数字电流阀。
附图说明
现在，参考随附的附图对本发明进行更准确的描述。其中：
图1示出了用于控制流经执行器的电流的设备；
图2示出了流经图1的执行器的电流的时间变化曲线；
图3示出了用于控制流经执行器的电流的方法的流程图；以及
图4A和图4B示出了针对图1的设备的抖动信号的示例性的产生。
具体实施方式
图1示出了用于电液压或者电气动的过程控制的系统100。该系统100包括控制设备105和可电控制的阀110。在阀110中，电执行器115对穿流部件120起作用，穿流部件影响液压或者气动的流体流。
电执行器115尤其是可以包括用于产生磁场的线圈，其中，磁场可以对通常的弹簧负载的衔铁起作用，弹簧负载的衔铁的位置可以通过流经线圈的电流来影响。该衔铁对穿流部件120起作用，其中，衔铁的位置影响穿流部件120的穿流特性。因此总体上，流经阀110的电流可以用于控制流体，以便控制过程。该过程例如可以包括变换在例如针对机动车的变速器中置入的挡位级。
对于控制设备105来说，电执行器115作为用电器，其中，控制设备105也可以用于给其他用电器通电。流经执行器115的电流尤其是可以借助电流阀120来控制，电流阀可以将执行器115的接头与电流源的高电位125或者低电位130连接。在所选择的实施方式中，只能断开或者闭合电流阀120，中间位置是不可能的。然而，如果电流阀120交替地闭合和断开，那么会导致如下电流流经执行器115，该电流的数值依赖于电流阀120的闭合状态和断开状态的持续时间的比。为了控制电流阀120可以使用脉冲宽度调制(PWM)或者脉冲频率调制(PFM)。
控制设备105一般可以实施为处理信息的装置，例如实施为可编程微型计算机或者以分立逻辑器件或者部件的形式来实施。控制设备105包括第一输入端135，用于预先给定额定电流I0，并且此外还优选包括输出端140，用于提供对流经执行器115的实际电流I1的指示。控制设备的输入端和输出端可以按任意的方式实施，例如实施为逻辑接口或者电压受控或电流受控的接口。
导致流经执行器115的电流优选由两个部分，也就是额定电流I0和抖动电流ID组成，抖动电流可以基于抖动信号来形成。在此，抖动电流或抖动信号可以是能受影响的。例如，可以设置第二输入端145用于对抖动频率fD的预定参量进行探测，或者可以设置第三输入端150用于对抖动振幅AD的预定参量进行探测。抖动信号优选是周期性的并且进一步优选具有平均值零。抖动信号的不同的信号形状是可能的，例如矩形或者三角形信号，但是也可以是梯形信号或者其他信号，其中，在一个实施方式中可以设置另一输入端，用于对所希望的信号形状的预定参量进行探测。
控制设备105包括确定装置155，用于基于抖动信号确定抖动电流。抖动信号是依赖于时间的，从而使得所确定的抖动电流同样是依赖于时间的。优选的是，抖动电流周期性地确定，例如以1000Hz的频率周期性地确定，并且所确定的抖动电流于是在抖动步幅(这里：1/1000s)期间保持恒定。对此，可以安排确定装置155基于时钟生成器160的时钟周期性地确定抖动电流。求和器165可以设置用于形成额定电流I0和抖动电流ID的和，并且在一个实施方式中可以将求和器的结果与时钟生成器160的时钟同步地提供。电流的所提供的和可以借助操控装置170准备好，从而使得电流阀120或者另一用于控制流经执行器115的电流的装置可以被操控。尤其地，操控装置170尤其可以包括脉冲调制器，优选脉冲宽度调制器。
通常，为了对流经执行器115的电流进行可信度测试，将额定电流I0与实际电流I1进行比较。如果两个电流彼此偏差得超过预先确定的数值，那么可以确定系统100中有错误。可以例如基于执行器115的电路中的串联电阻(Shunt，分流器)上的电压降来直接确定实际电流I1。通过例如对电流阀120的断开和闭合持续时间进行探测也足以确定对实际电流I1的指示。可以个别地针对一个抖动步幅或者总地针对一个抖动周期的抖动步幅来确定持续时间并且将持续时间除以抖动步幅的数量，以便确定平均持续时间。接着，基于所确定的持续时间的比可以根据相反的脉冲宽度调制的类型借助探测装置175来确定实际电流I1。
然而，为了能够实现与额定电流I0的直接比较，在个别考虑的情况下，还必须将抖动电流ID的份额从实际电流I1中减去。为了该目的，探测装置175可以与确定装置155连接。在一个实施方式中，探测装置175通过输出端140提供抵偿了抖动电流ID的实际电流I1。在另一实施方式中，探测装置175也可以执行与额定电流I0本身的比较并且向外提供可信度信号，其指示出两个电流是否足够精确地相同。
提出的是，以预先确定的方式使确定装置155和探测装置175彼此同步，从而使得它们的时间特性处于已知的比例中。在一个简单的实施方式中，对两个元件155、175的确定涉及相同的抖动步幅，从而使得始终可以针对当前的抖动步幅来确定实际电流I1。在另一实施方式中，探测装置175设立用于基于探测执行对流经执行器115的电流的指示，探测涉及多个抖动步幅，例如一个完整的抖动周期或者更长。例如可以按累积的方式在预先确定的时间段上确定电流阀120的接通和关断持续时间，而且所累积的值可以除以抖动步幅的数量。这样可以确定作为在该时间段上的平均值的实际电流I1。
现在，如果在连续的抖动周期期间改变抖动信号的参数，例如抖动频率，那么会使正确地求平均变得困难。然而，通过与确定装置155的同步，始终通知探测装置175在当前的抖动步幅中确定的抖动信号，从而使得抖动信号或抖动电流也可以在改变期间被正确地考虑到。
同步可以是确定装置155和探测装置175分别在它们的确定中涉及相同的时间段，在该时间段内，流经执行器115的电流至少标称保持恒定。在另一实施方式中，设置有从确定装置155到探测装置175的同步信号，以便显示抖动参数的改变。于是，可以放弃在多个抖动步幅上连续确定实际电流I1并且随着新的抖动周期的开始而重新开始。确定也可以在考虑新的抖动参数的情况下继续进行。
图2示出了流经图1的执行器115的电流I1的时间变化曲线。所示出的值被看作是纯示例性的。具有200mA的振幅和130.21Hz的频率的三角形抖动电流ID与500mA的额定电流I0叠加。抖动步幅205的持续时间是恒定的。在从时间点t0起开始显示时，一个抖动周期210由24个抖动步幅205组成。在时间点tM确定实际电流I1，其方式是电流阀120的电流或者对应的开关时间在抖动周期210的以前的抖动步幅205内被平均。在此，时间点tM位于抖动周期210之内的哪个地方是不重要的。如果时间点tM处于抖动周期210的区间中，那么连续的确定是可能的。
在时间点t1出现对抖动频率的改变的要求，该改变应该通过改变抖动周期210的抖动步幅205的数量来实现。然而，改变不是立即进行的，而是只有随着连续的抖动周期210的结束才在时间点t2进行。因为抖动信号的参数没有改变，所以对t1与t2之间的实际电流的确定没有受到不利影响。然而，在不考虑改变的情况下，接下来的两次确定是有错误的，这是因为新的抖动周期210’包括多于24个抖动步幅205。只有从时间点t3起，当一个完整的新的抖动周期210’过去时，才可以重新在以前的抖动周期210’内执行正确的确定。
如果在时间点t1立即实现要求，那么在确定与抖动电流的生成不同步的情况下，不能对流经执行器115的电流进行可靠的可信度测试的时间还要更长。当前的测量必须被放弃，于是必须等待直至新的抖动周期210’确实已经开始并且直至其完全过去。一个进程尤其可以相应于一个抖动步幅205。
图3示出了用于产生针对图1的控制设备105的抖动信号的方法300的流程图。方法300尤其是设立用来例如基于时钟生成器160的时钟周期性地执行或周期性地进行。
在第一步骤305中确定额定电流I0。接着，在步骤310中可以确定抖动信号的频率和/或振幅。在步骤315中可以确定步骤310的预定参量相对于方法300的以前的进程是否已经改变。如果没有发生这样的情况，那么可以在步骤320中确定依赖于时间的抖动电流。时间尤其是可以相应于方法300的调用时间。在步骤320中，优选首先确定抖动信号，于是抖动信号尤其是借助线性映射转换成抖动电流。
在一个实施方式中，也可以实现规避功能，规避功能直接并且在没有接入抖动电流的情况下导致对额定电流I0的操控。例如当额定电流I0、抖动频率或抖动振幅具有值零时，可以触发规避功能。
如果在步骤315中应该已经确定抖动预定参量的改变，那么可以在步骤325中检验预定参量是否可以立即被采用(据此可以在步骤330中采用该预定参量)，或者只有在当前的抖动周期210结束之后才采用该预定参量(据此可以在步骤335中设立相应的标志)。紧接着，在任何情况下都执行上面所描述的步骤320。
紧接着，在步骤340中可以确定实际电流I1或者对实际电流的指示。指示尤其是可以基于电流阀120的开关时间来确定。实际电流优选可以借助线性运算从指示来确定。在一个实施方式中，该步骤不是在方法300的每个进程中都实施，而是例如在每个抖动周期210内只实施一次。
在步骤345中形成来自步骤305的额定电流I0和来自步骤320的抖动电流ID的和，并且该和在随后的步骤350中被转换，其方式是例如电流阀120被以配合的方式操控。对步骤350的操控可以包括将确定的和电流转换成配合的信号，例如PWM信号。
在步骤355中可以检验步骤335的标志是否设立，并且同时检验所设置的用于应用被改变的预定参量的时间点是否来到。如果已经来到，那么新的预定参量可以在步骤360中应用。新的预定参量优选在两个抖动周期210之间的边界中应用，也就是说例如在具有旧的参数的抖动周期210的最后的抖动步幅205之后或者在具有新的参数的抖动周期210’的第一抖动步幅205之前应用。
可选地，在步骤365中可以将所确定的实际电流I1降低抖动电流ID。对此，可以使用在步骤320中形成的抖动电流(或抖动信号)和在步骤340中探测的实际电流I1。结果例如可以通过输出端140来提供。在另一实施方式中也可以直接执行在抵偿了抖动电流ID的实际电流I1与额定电流I0之间的比较，并且结果可以按相应的方式提供。
优选的是，控制设备105设立用于并行地处理该方法的多个实例，以便可以同时控制多个执行器115。特别优选的是，在此，抖动步幅205分别是等长的并且优选彼此同步。
图4A和图4B示出了针对图1的控制设备105、尤其是确定装置155的抖动信号或抖动电流的示例性的产生。在此，在图4A中使用三角形的信号形状而在图4B中使用矩形的信号形状。以示例性的方式，I0为500mA，而抖动步幅305的持续时间为1ms。在此，抖动振幅为±100mA＝200mA。对于三角形16来说，抖动周期210包括抖动步幅205(抖动频率62.5Hz)，而对于矩形8来说，抖动周期包括抖动步幅205(抖动频率125Hz)。每个抖动周期210的抖动步幅205的数量被称作“NumSteps(步幅数量)”。
在下文所描述的工作步骤可以在每个抖动步幅205中执行一次，以便与时间有关地确定抖动信号的相应的数值并且借此确定抖动电流ID的强度。在此有利的是，在抖动周期210中的抖动步幅205的连续的数字用作时间的尺度，其中，数字在图4中示例性地表示为#1、#2等等。在另一实施方式中，工作步骤可以与抖动步幅205的边界不同步地执行。当前的抖动步幅205于是可以基于执行方法与抖动功能的频率之比和调用时间来确定。
在一个实施方式中，针对第一变量(“DirectionFlag(方向标志)”)注意到的是抖动值是否应该相对于最后的抖动步幅增大或者减小。依赖于振幅预先给定最小值和最大值(“MinValue(最小值)”和“MaxValue(最大值)”)，其不能被低于或超过。第二变量具有改变的数值(“StepSize(步幅大小)”)，而第三变量具有抖动步幅205的数量(“NumLimit(数量限制)”)，通过该数量应该保持MaxValue或者MinValue。
在每次调用该方法时，依赖于DirectionFlag，数值StepSize加到最后的抖动步幅205的抖动值上或者从该抖动值减去。此外，还将已经多少次达到MaxValue或MinValue计数。如果该数量相应于NumLimit，那么该数量被回调，并且DirectionFlag失效。
针对图4A适用的是：NumStep＝16；NumLimit＝1；StepSize＝(抖动振幅*2/NumSteps)＝25mA；MinValue＝400mA，MaxValue＝600mA。
针对图4B相应地适用的是：NumStep＝8；NumLimit＝NumSteps/2＝4；StepSize＝(抖动振幅)＝200mA；MinValue＝400mA，MaxValue＝600mA。
附图标记列表
100 系统
105 控制设备
110 阀
115 电执行器
120 穿流部件
125 高电位
130 低电位
135 用于探测额定电流I0的预定参量的第一输入端
140 用于提供实际电流I1的指示的输出端
145 用于探测抖动频率fD的预定参量的第二输入端
150 用于探测抖动振幅AD的预定参量的第三输入端
155 确定装置
160 时钟生成器
165 求和器
170 操控装置
175 探测装置
205 抖动步幅
210 抖动周期
300 方法
305 确定额定电流
310 确定抖动信号的频率和振幅
315 预定参量改变？
320 确定依赖于时间的抖动电流
325 立即应用？
330 应用
335 设立标志
340 确定实际电流
345 形成额定电流和抖动电流的和
350 操控电流阀
355 最后的进程和标志
360 应用
365 提供或者比较

Claims (9)

1.一种用于控制流经用电器(115)的电流的方法(300)，其中，所述方法(300)包括以下周期性进行的步骤：
基于抖动信号和当下时间点来确定(320)抖动电流，其中，所述抖动信号通过频率、振幅和信号形状来确定；
操控(350)电流阀(120)，以便导致流经所述用电器(115)的所确定的抖动电流与额定电流的和，
其特征在于具有以下步骤：
确定(365)对流经所述用电器(115)的电流的指示；
针对所述抖动电流的影响来补偿(365)所述指示；并且
提供所述指示，其中，以预先确定的方式使对所述抖动电流的确定(320)和对所述指示的确定(365)彼此同步。
2.根据权利要求1所述的方法(300)，其中，所述抖动电流在所述方法(300)的一个进程期间保持恒定。
3.根据权利要求1或2所述的方法(300)，其中，所述抖动信号周期性地就平均值来说是零。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中，通过以预先确定的时间比断开和闭合数字电流阀(120)导致流经所述用电器(115)的电流。
5.根据权利要求4所述的方法(300)，其中，所述流经所述用电器(115)的电流基于断开和闭合所述电流阀(120)的时间比来确定。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中，在一个进程期间获知对所述抖动信号的改变的要求(315)并且直接实现(330)所述改变。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中，在一个进程期间获知对所述抖动信号的改变的要求(315)，并且只有在所述抖动信号的当前周期的最后的进程之后才实现(360)所述改变。
8.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有程序代码机构，所述程序代码机构用于当所述计算机程序产品在处理装置(105)上实施或者存储在计算机能读的介质上时执行根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)。
9.一种用于控制流经用电器(115)的电流的设备(105)，其中，所述设备包括以下装置：
确定装置(155)，所述确定装置用于基于抖动信号和当下时间点来确定抖动电流，其中，所述抖动信号通过频率、振幅和信号形状来确定；
操控装置(170)，所述操控装置用于操控电流阀(120)，以便导致流经所述用电器(115)的所确定的抖动电流与额定电流的和；
时钟生成器(160)，所述时钟生成器用于操控所述确定装置来周期性地执行确定，
其特征在于具有探测装置(175)，所述探测装置用于探测对流经所述用电器(115)的电流的指示，并且用于提供针对所述抖动电流的影响进行了补偿的指示，其中，所述确定装置(155)以预先确定的方式与所述探测装置(175)同步。
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