CN109546899A - 用于运行以电的方式换向的机器的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行以电的方式换向的、具有转子的机器（102）的方法和装置，在所述转子上能够布置有传动机构（106）的第一齿轮（108），其特征在于，根据所述传动机构（106）的、为了传递转矩而能够与所述第一齿轮（108）连接的第二齿轮（110）的瞬时的角度位置（）来确定比较值，并且其中根据所述比较值与所述以电的方式换向的机器的运行参量（S）的瞬时值的比较的结果来确定用于所述以电的方式换向的机器（100）的调节参量（S）的目标值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行以电的方式换向的机器的方法和装置。
背景技术
传统的、包括以电子的方式换向的马达的致动器（调节驱动装置）通过传动机构与真正的调节机构、尤其是致动器杆连接。
对于这些致动器的运行而言重要的是，知道换向的马达的转子的位置以及致动器杆的绝对位置。
这一点能够通过借助于两个传感器来直接检测所述致动器杆及转子的绝对位置这种方式来实现。
如果仅仅使用一个传感器，那么这个传感器要么能够检测所述致动器杆的绝对位置，要么能够检测所述转子的绝对位置。在第一种情况下，能够根据所述传动机构的传动比来确定所述转子的绝对位置。在第二种情况下，能够根据变速比来确定所述致动器杆的绝对位置。
为了通过以电子的方式换向的、具有低的转矩的马达在所述致动器杆上产生高的转矩而将多个传动机构级串联连接以产生高的变速比。由于传动机构间隙，在所述高的变速比的情况下，利用仅一个传感器来确定绝对位置会产生大的不精确性。如果所述齿轮的中一个齿轮在所述齿轮中的另一个齿轮旋转一圈期间可能完全旋转了不止一圈，那就不能进行所述绝对位置的明确的分配。
因此，传感器在利用一个传感器进行传统的传感器参照时在参考行驶的期间检测所述转子的绝对位置并且通过驶到机械的表示特征的点、比如止挡上这种方式来确定所述致动器杆的绝对位置，并且以这个点为出发点来检测相对运动。这代表一种可靠的并且精确的、用于对所述致动器杆进行绝对位置确定的方法。
但是，这种方法耗时。
因此，值得追求的是，提供一种相对于此得到改进的、利用传感器进行绝对位置确定的方案。
发明内容
这通过根据独立权利要求所述的、一种用于运行以电的方式换向的机器的方法以及一种相应的装置来实现。
所述方法用于运行以电的方式换向的、具有转子的机器，在所述转子上能够布置有传动机构的第一齿轮，所述方法规定，根据所述传动机构的、为了传递转矩而能够与所述第一齿轮连接的第二齿轮的瞬时的角度位置来确定比较值，并且其中根据所述比较值与所述以电的方式换向的机器的运行参量的瞬时值的比较的结果来确定用于所述以电的方式换向的机器的调节参量的目标值。所述以电的方式换向的机器能够是发电机或者马达。所述运行参量比如是所述调节参量本身。所述传动机构中的传感器不直接检测所述转子的绝对位置。由于所述传动机构的变速比，所述第一齿轮不是与所述第二齿轮同步地旋转。如果其中一个齿轮处于第一转圈中，而所述第二齿轮已经处于第二转圈或者还更为频繁的转圈中，则所述第二齿轮的瞬时的角度位置由此不能明确地分配给实际的转子位置。由于可能的偏差，在所述第二齿轮的瞬时的角度位置的基础上操控所述以电的方式换向的机器时可能出现换向误差。换向误差导致以下结果：运行参量在比较时刻偏离所述比较值。比如所述调节参量超过阈值。如果所述运行参量的瞬时值超过所述阈值，那就发现偏差并且改变所述调节参量。否则就没有改变地接收所述调节参量。
致动器杆有利地能够通过第三齿轮、皮带驱动装置、链式驱动装置或者蜗轮蜗杆驱动装置与所述第二齿轮连接以用于传递转矩，其中根据所述比较的结果来确定所述致动器杆的绝对位置。通过传感器的这种布置，来降低传动机构间隙的影响并且改进所述致动器杆的绝对位置确定的精度。
有利地能够在第一齿轮与第二齿轮之间布置至少一个另外的齿轮，通过所述另外的齿轮将转矩从所述第一齿轮传递给所述第二齿轮，或者能够在第二齿轮与第三齿轮之间布置至少一个另外的齿轮，通过所述另外的齿轮在所述第二齿轮与所述第三齿轮之间传递转矩。通过传感器的这种布置，来改进对于在这样的多级的传动机构中的绝对位置的确定。
有利地根据关于所述第二齿轮的瞬时的角度位置的信息并且根据关于所述第一齿轮与所述第二齿轮之间的变速比的信息来确定关于所述第一齿轮或者转子的绝对位置的信息，并且/或者根据关于所述第二齿轮的瞬时的角度位置的信息并且根据关于所述第二齿轮与所述第三齿轮之间的变速比的信息来确定关于所述第三齿轮或者致动器杆的绝对位置的信息。由此能够精确地确定相应的绝对位置。
关于所述装置，构造有一种控制机构以用于运行以电的方式换向的机器，其中所述以电的方式换向的机器具有转子，在所述转子上布置有传动机构的第一齿轮，其中所述传动机构的第二齿轮能够为了传递转矩而与所述第一齿轮连接，其中所述控制机构构造用于：根据瞬时的角度位置来确定比较值，并且根据所述比较值与所述以电的方式换向的机器的运行参量的瞬时值的比较的结果来确定用于所述以电的方式换向的机器的调节参量的目标值。所述装置具有得到改进的操控。
致动器杆能够有利地通过第三齿轮、皮带驱动装置、链式驱动装置或者蜗轮蜗杆驱动装置与所述第二齿轮连接以用于传递转矩，其中所述控制机构构造用于：根据所述比较的结果来确定所述致动器杆的绝对位置。通过传感器的这种布置来降低所述传动机构间隙的影响并且改进所述致动器杆的绝对位置确定的精度。
有利地在第一齿轮与第二齿轮之间布置有至少一个另外的齿轮，通过所述另外的齿轮将转矩从所述第一齿轮传递给所述第二齿轮，或者在第二齿轮与第三齿轮之间布置有至少一个另外的齿轮，通过所述另外的齿轮在所述第二齿轮与所述第三齿轮之间传递转矩。通过传感器的这种布置，来改进对于在这样的多级的传动机构中的绝对位置的确定。
有利地根据关于所述第二齿轮的瞬时的角度位置的信息并且根据关于所述第一齿轮与所述第二齿轮之间的变速比的信息来确定关于所述第一齿轮或者转子的绝对位置的信息，并且/或者根据关于所述第二齿轮的瞬时的角度位置的信息并且根据关于所述第二齿轮与所述第三齿轮之间的变速比的信息来确定关于所述第三齿轮或者致动器杆的绝对位置的信息。由此能够精确地确定相应的绝对位置。
附图说明
另外的有利的设计方案从以下说明和附图中得出。在附图中：
图1示意性地示出了致动器；
图2示意性地示出了在运行具有以电的方式换向的机器的致动器时的信号曲线；
图3示出了取决于所述致动器的传感器齿轮的转圈数的有效的换向误差的曲线；
图4示出了取决于所述传感器齿轮的转圈数的有效的换向误差的曲线的截取部分；
图5示出了流程图，该流程图具有来自用于运行所述以电的方式换向的机器的方法的步骤。
具体实施方式
图1示意性地示出了致动器100。所述致动器100包括以电的方式换向的机器102。所述以电的方式换向的机器102构造为马达，所述马达能够通过控制机构104来操控。
所述致动器100包括传动机构106。
所述以电的方式换向的机器102包括转子，在该转子上布置有所述传动机构106的第一齿轮108。所述转子拥有nPol个极对。在该示例中nPol=2。
所述致动器100包括第二齿轮110和传感器112。所述传感器112构造用于检测所述第二齿轮110的瞬时的角度位置。所述传感器112比如是位置传感器。所述第一齿轮108和所述第二齿轮110为了传递转矩而连接。所述致动器100具有第三齿轮114。所述第三齿轮114和所述第二齿轮110为了传递转矩而连接。在所述第三齿轮114上布置有致动器杆116。
在第一齿轮108与第二齿轮110之间能够布置至少一个另外的齿轮，通过所述另外的齿轮将转矩从所述第一齿轮108传递给所述第二齿轮110。在该示例中布置有第四齿轮118。也能够在第二齿轮110与第三齿轮114之间布置至少一个另外的齿轮，通过所述另外的齿轮在所述第二齿轮110与所述第三齿轮114之间传递转矩。
在该示例中，所述第二齿轮110、所述第三齿轮114和所述第四齿轮118分别包括两个彼此抗扭转地连接的、拥有不同的外周的正齿轮。所述第二齿轮110、第三齿轮114及第四齿轮118的正齿轮在该示例中作为减速传动机构而串联连接。由此，借助于所述以电的方式换向的马达能够在所述致动器杆116上产生高的转矩。
所述控制机构104构造用于：根据所述传动机构106的第二齿轮110的瞬时的角度位置来确定比较值。
所述控制机构104构造用于：根据所述比较值与所述以电的方式换向的机器102的运行参量的瞬时值的比较的结果来确定用于所述以电的方式换向的机器102的调节参量S的目标值S目标。所述运行参量在该示例中是调节参量S。所述运行参量能够表征励磁电流或者其过零点。
所述控制机构104优选构造用于：根据所述比较的结果来确定所述致动器杆116的绝对位置。
所述控制机构104优选构造用于：根据关于所述第二齿轮110的瞬时的角度位置的信息并且根据关于所述第一齿轮108与所述第二齿轮110之间的传动机构106的变速比iRot的信息来确定关于所述第一齿轮108或者转子的绝对位置的信息。在该示例中，所述第一齿轮108的绝对位置相当于所述转子的绝对位置。这二者下面被称为转子位置。在该示例中使用iRot=16.347。
通过用于对所述第二齿轮110的瞬时的角度位置进行检测的传感器112的布置，降低所述传动机构106的传动机构间隙对确定的转子位置的影响并且改进所确定的转子位置的精度。
所述控制机构104优选构造用于：根据关于所述第二齿轮110的瞬时的角度位置的信息并且根据关于所述第二齿轮110与所述第三齿轮114之间的传动机构106的变速比iAkt的信息来确定关于所述第三齿轮114或者致动器杆116的绝对位置的信息。在该示例中，所述第三齿轮114的绝对位置相当于所述致动器杆116的绝对位置。这二者下面被称为致动器位置。
通过用于对所述第二齿轮110的瞬时的角度位置进行检测的传感器112的布置，降低所述传动机构106的传动机构间隙对所述第三齿轮114或者致动器杆116的确定的绝对位置的影响并且改进所确定的致动器位置的精度。
在图2中示意性地示出了在运行具有以电的方式换向的机器102的致动器100时的信号曲线。
在图2的上面的部分中，关于所述第二齿轮110的、在0°到560°之间的瞬时的角度位置示出了用于所述致动器杆116的位置确定的传感器电压信号的示例性的曲线。所述传感器电压信号是用于进行位置确定的信号的示例。在第一周期1中，所述传感器电压信号从在=0°时的处于2到3伏特之间的数值一直上升到在=200°时的超过4伏特的数值。随后，第二周期2在处于0到1伏特之间的数值处开始。所述传感器电压信号在此跳跃。在所述第二周期2中，所述传感器电压信号在=560°时上升到超过4伏特的同一数值。在所述第一周期1之内的斜率是单调的。在所述第二周期2之内的斜率是单调的。
在图2的下面的部分中，在与图2的上面的部分中的传感器电压信号的曲线同步的情况下示出了关于所述致动器位置的按百分比的致动器偏移的曲线。所述按百分比的致动器偏移被标准化到在致动器位置=130°时最大可能的致动器偏移。所述按百分比的致动器偏移从在致动器位置=0°时的0%一直单调地上升到在所述致动器位置=130°时的100%的按百分比的致动器偏移。
所述传感器电压信号在该示例中是多义的，因为相同的传感器电压数值不仅可能在所述第一周期1中出现而且也可能在所述第二周期2中出现。
在图3中以作为传感器齿轮的第二齿轮114的5个转圈数为示例示出了取决于所述致动器的传感器齿轮的n个转圈数的、由此产生的有效的换向误差的曲线。在所述第二齿轮114旋转一圈并且有效的换向误差为0°时开始，所述有效的换向误差直至所述第二齿轮114的第二转圈的结束在周期2中从250.164°处的-109.836°电角（el）单调地上升到关于360°电角=0°电角处的理想的换向的有效的换向误差。直至所述第二齿轮114的第四转圈的结束，所述有效的换向误差又在周期4中上升到30.47°电角处的329.530°的有效的换向误差。随后，所述有效的换向误差在该示例中直至所述第二齿轮114的第五转圈的结束在周期5中下降到280°电角处的80°电角。对于所述方法的作用原理来说，并非决定性的是，所述曲线部分地是单调的。图3中的图示主要示出，只有一个传感器周期、周期1，该周期1实际上引起换向误差-零。所有其它的传感器周期都具有从该示例中30.47°电角处的329.530°电角直至280°电角处的80°电角的换向误差。在该示例中，仅仅对两个相邻的周期[0、1、2]加以考虑，因为机械的运动范围被限制到这些周期上。由此，出现越来越明显地更大的换向误差、即该示例中在周期5中250°电角或者280°电角。周期5在该示例中相当于周期0。
在相应相邻的传感器信号周期之间出现的相对的换向误差能够通过以下方程式来获取：
其中
是所述致动器杆的最大的升程[°]
nPol是所述以电的方式换向的机器的极对数，
在该示例中。由此x=2并且所述相对的换向误差
。
如果所述致动器杆116在接通所述控制机构104之后处于所述传感器信号的、与所预料的周期不一样的周期中，那么基于该传感器信号的换向的质量急剧地变差。
如果所述以电的方式换向的机器是马达，则所述以电的方式换向的机器的调节参量S比如影响励磁电流。对于多相位的马达来说，能够为相位中的每个相位预先给定调节参量。所述调节参量S比如是励磁电流或者影响开关时间点，在所述开关时间点接通或者切断所述励磁电流。换向质量的变差通过诊断方法、比如通过对于所述调节参量S的监控来可靠地识别。这种调节参量监控比如能够通过所述调节参量S与所述比较值的比较来进行。所述比较值比如基于目标-励磁电流曲线。能够设置额外的时间上的防抖动（Entprellung）。
所存在的大的换向误差导致超过所述调节参量S的比较值的结果，由此能够触发特定的过程、像比如替代反应（Ersatzreaktionen）。
如果随着可能的第一周期1接通所述系统并且对于所述调节参量S的监控识别出不可信的致动器特性并且由此识别出差的换向，那就将下一个周期2用于分配用于所述换向中的转子位置Rot的传感器信号并且重新对致动器特性进行检查。
理想地如此选择所述变速比iRot和iAkt以及所述致动器杆116的机械的运动范围，使得不能出现两个以上的周期。而后在所述周期的增量之后已经发现在实际上存在的周期。否则，也必须为所述周期2对所述调节参量进行监控，以用于必要时也对周期3进行检查。这个过程而后在所有可能的周期内重复，直至能够确定可信的致动器特性。这个过程下面被称为传感器参照。
这允许对错误的传感器周期进行可靠的识别。
在图4中针对所述传感器齿轮的第二转圈示出了来自图3的有效的换向误差的曲线的截取部分。这条曲线在下述示例中出现，在该示例中所述致动器位置只能具有=0°到=130°的数值。这比如通过用于所述致动器杆116的机械的止挡来实现。在这个范围内，所述有效的换向误差的曲线单调地上升。所述致动器杆116的移动范围由此受到了限制。由此，对于在图2中示出的致动器位置中的每个致动器位置来说，能够明确地分配瞬时的角度位置和转子位置。
借助于用于运行以电的方式换向的机器的方法参照图5对所述明确的分配进行描述。
在图5中示出了一种流程图，该流程图具有来自所述用于运行以电的方式换向的机器100的方法的步骤。
在步骤502中接通所述控制机构104。
随后实施步骤504。
在所述步骤504中使表明周期的编号的变量初始化。比如设置变量P=1，以用于在假设所述分配的情况下在周期1中执行传感器参照。
接着实施步骤506。
在所述步骤506中激活位置调节和传感器参照模式。“位置调节”意味着，对所述以电的方式换向的机器100进行操控，以用于有针对性地改变所述致动器杆116的绝对位置。为此，通过具有小的换向误差的、以电的方式换向的机器100来设置相应的力矩产生。
随后实施步骤508。
在所述步骤508中确定比较值。根据所述比较值与所述以电的方式换向的机器100的运行参量的瞬时值的比较的结果，来确定用于所述以电的方式换向的机器100的调节参量的目标值。
在该示例中，将用于以电的方式换向的机器100的调节参量用作运行参量。在所述示例中检查，所述调节参量是否超过所述阈值。如果所述调节参量没有超过所述阈值，就实施步骤510。否则就实施步骤512。
在所述步骤510中进行所述位置调节的标准运行并且将所述传感器参照模式去除激活。这意味着，在步骤510中处理下述情况，在所述情况中所述周期之一将引起明确的分配。由此，根据所述瞬时的角度位置来明确地并且特别精确地确定所述绝对位置、尤其是致动器位置和转子位置。
在所述步骤512中使所述表明周期的编号的变量增量。比如设置所述变量P=P+1，以用于在假设所述分配的情况下在相应下一个周期中执行所述传感器参照。在该示例中仅仅对两个周期进行研究。
随后实施步骤514。
在步骤514中检查，是否已经检查了所有周期。比如要检查，所述变量P是小于还是等于最大的周期数。在所述示例中要检查，是否P＜=2。
如果检查了所有周期，则实施步骤516。否则就实施所述步骤506。
在步骤516中将所述位置调节去除激活并且建立可靠的状态。这在步骤516中意味着，对下述错误情况进行处理，在所述错误情况中没有周期引起明确的分配。
所述示例借助于齿轮传动机构描述了作用原理。对本发明来说，所述传动机构中的齿轮的数目并不重要。所述致动器杆116的机械的升程、也就是其绝对位置和传感器112与以电的方式换向的机器102之间的变速比之间的、在示例中所描述的关系也适用于其它的传动机构。比如能够使用蜗轮蜗杆驱动装置、链式驱动装置或者皮带驱动装置。
Claims (8)
1. 用于运行以电的方式换向的、具有转子的机器（102）的方法，在所述转子上能够布置有传动机构（106）的第一齿轮（108），其特征在于，根据所述传动机构（106）的、为了传递转矩而能够与所述第一齿轮（108）连接的第二齿轮（110）的瞬时的角度位置（）来确定比较值，并且其中根据所述比较值与所述以电的方式换向的机器的运行参量（S）的瞬时值的比较的结果来确定用于所述以电的方式换向的机器（100）的调节参量（S）的目标值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，致动器杆（116）能够通过第三齿轮（114）、皮带驱动装置、链式驱动装置或者蜗轮蜗杆驱动装置与所述第二齿轮（110）连接以用于传递转矩，其中根据所述比较的结果来确定所述致动器杆（116）的绝对位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，能够在第一齿轮（108）与第二齿轮（110）之间布置至少一个另外的齿轮（118），通过所述另外的齿轮将转矩从所述第一齿轮（108）传递给所述第二齿轮（110），或者能够在第二齿轮（110）与第三齿轮（114）之间布置至少一个另外的齿轮，通过所述另外的齿轮在所述第二齿轮（110）与所述第三齿轮（114）之间传递转矩。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，根据关于所述第二齿轮（110）的瞬时的角度位置（）的信息并且根据关于所述第一齿轮（108）与所述第二齿轮（110）之间的变速比（iRot）的信息来确定关于所述第一齿轮（108）或者转子的绝对位置（）的信息，并且/或者根据关于所述第二齿轮（110）的瞬时的角度位置（）的信息并且根据关于所述第二齿轮（110）与所述第三齿轮（114）之间的变速比（iAkt）的信息来确定关于所述第三齿轮（114）或者所述致动器杆（116）的绝对位置（）的信息。
5.用于运行以电的方式换向的机器（102）的装置，其特征在于，构造有用于运行所述以电的方式换向的机器（102）的控制机构（102），其中所述以电的方式换向的机器（102）具有转子，在所述转子上布置有传动机构（106）的第一齿轮（108），其中所述传动机构（106）的第二齿轮（110）能够为了传递转矩而与所述第一齿轮（108）连接，其中所述控制机构（102）构造用于：根据瞬时的角度位置（）来确定比较值，并且根据所述比较值与所述以电的方式换向的机器（100）的运行参量（S）的瞬时值的比较的结果来确定用于所述以电的方式换向的机器（100）的调节参量（S）的目标值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，致动器杆（116）能够通过第三齿轮（114）、皮带驱动装置、链式驱动装置或者蜗轮蜗杆驱动装置与所述第二齿轮（110）连接以用于传递转矩，并且其中所述控制机构（104）构造用于：根据所述比较的结果来确定所述致动器杆（116）的绝对位置（）。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的装置，其特征在于，在第一齿轮（108）与第二齿轮（110）之间布置有至少一个另外的齿轮（118），通过所述另外的齿轮将转矩从所述第一齿轮（108）传递给所述第二齿轮（110），或者在第二齿轮（110）与第三齿轮（114）之间布置有至少一个另外的齿轮，通过所述另外的齿轮在所述第二齿轮（110）与所述第三齿轮（114）之间传递转矩。
8.根据权利要求5到7中任一项所述的装置，其特征在于，根据关于所述第二齿轮（110）的瞬时的角度位置（）的信息并且根据关于所述第一齿轮（108）与所述第二齿轮（110）之间的变速比（iRot）的信息来确定关于所述第一齿轮（108）或者转子的绝对位置（）的信息，并且/或者根据关于所述第二齿轮（110）的瞬时的角度位置（）的信息并且根据关于所述第二齿轮（110）与所述第三齿轮（114）之间的变速比（iAkt）的信息来确定关于所述第三齿轮（114）或者所述致动器杆（116）的绝对位置（）的信息。
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