CN110915124B - 用于运行转向系统的方法和转向系统 - Google Patents

Abstract

提出一种用于运行机动车的转向系统（2）的电子换向的马达（22）的方法，所述方法包括以下步骤：用第一种换向模式来运行输出级；获取所述马达的转速在数值上超过事先确定的阈值；并且一旦获取超过所述阈值的情况，就用第二种换向模式来运行所述输出级。

Description

用于运行转向系统的方法和转向系统

技术领域

本发明涉及一种用于运行转向系统的方法以及一种转向系统。

背景技术

用于检测转子的旋转角的角度传感器一般是已知的。例如，可以用多个霍尔传感器和一个磁传感器环实现这样的角度传感器。示范性地参见DE 10 2013 109 877 A1。

也已知的是，电动马达在不同的转速下提供不同的转矩。

因此，本发明的任务能够如下表述，即：如此改进一种方法和一种转向系统，从而也在不同的转速下提供尽可能高的转矩。

发明内容

本发明所基于的问题通过一种根据本发明的方法和一种根据本发明的转向系统来解决。

在此提出：用第一种换向模式（Kommutierungsschema）来运行输出级；获取（ermitteln）马达的转速在数值上超过事先确定的阈值；并且一旦获取超过所述阈值的情况，就用第二种换向模式来运行所述输出级。

由此有利地实现这一点，即：马达、特别是构造为无刷直流马达的马达即使在转速提高时也将大的转矩输出到转向系统中。在转速提高时相位位置移动，这通过用第二种换向模式运行马达的方式来补偿。尤其在高动态的行驶状况中，转向系统能够以高的转向力辅助车辆驾驶员的转向期望。同时，能够为此而使用成本优化的马达和角度传感器。

一种有利的实施方式的突出之处在于，在马达的按马达方式的运行中第二种换向模式先行于（voreilen）第一种换向模式。

一种有利的改进方案的突出之处在于，所述方法包括以下步骤：一旦获取转速超过事先确定的阈值，就用第三种换向模式来运行输出级，其中在马达的按发电机方式的运行中第三种换向模式滞后于（nacheilen）第一种换向模式。

另一种有利的实施方式的突出之处在于，所述事先确定的阈值事先通过试验来获取并且因此是所应用的参量。

根据一种有利的实施方式，所述方法包括以下步骤：根据角度传感器的传感器值来获取马达的转子的实际-扇区（Sektor）；根据所获取的实际-扇区按照第一种、第二种或第三种换向模式来获取输出级的目标-开关状态；并且用所获取的目标-开关状态来运行输出级。

一种有利的改进方案的突出之处在于，所述角度传感器布置在马达的转子上。

一种有利的改进方案的突出之处在于，所述马达是转向系统的叠加转向装置（Überlagerungslenkung）的一部分。

此外，设置了计算机程序，该计算机程序构造用于实施在本说明书中所提出的方法步骤。所述计算机程序存储在存储元件上。

附图说明

本发明的其他特征、应用可行方案和优点从以下对在附图的图样中所示出的实施例所述的描述中得出。下面参照附图对本发明的示范性的实施方式进行解释。在附图中示出：

图1以示意性的形式示出了转向系统；

图2示出了用于对马达进行操控的电路的示意图；

图3a、4a、5a分别示出了一种换向模式；

图3b、4b、5b分别示出了扇区与换向指数（Kommutierungsindizes）的分配关系（Zuordnung）；

图6示出了示意性的流程图；并且

图7示出了转矩-转速-图表。

具体实施方式

图1以示意性的形式示出了转向系统2，所述转向系统包括叠加转向装置4和助力转向装置6。转向系统2具有如下转向传动机构8，所述转向传动机构例如构造为齿条式转向传动机构。所述转向传动机构8同样能够构造为球循环型传动机构或者说滚珠螺母传动机构。在本说明书中主要以齿条式转向装置为出发点，其中转向传动机构包括小齿轮10和齿条12。转向传动机构8通过小齿轮10和齿条12在每个车辆侧上与转向拉杆14相连接，所述转向拉杆相应地与车轮16配合作用。原则上，所示出的转向系统2代表着多种可能的、适合于执行根据本发明的方法的装置的实施方式之一。其它的实施方式例如能够通过其它的转向传动机构或者通过下面描述的马达或者驱动装置的其它的布置来实现。此外能够在所述转向系统中布置传感器，在此不探讨所述传感器的布置和设计。

所述叠加转向装置4具有控制器20、马达22和传动机构24。马达22例如构造为直流马达并且通过传动机构24作用到扭杆（Drehstab）26上。在马达22的转子上布置有角度传感器40，该角度传感器根据转子位置将传感器值42传输给控制器20。角度传感器40例如是包括布置在马达22的转子上的未示出的磁传感器环的霍尔传感器装置，所述磁传感器环的位置借助于一定数目的、例如三个彼此间隔22.5°布置的霍尔传感器来获取。驱动马达22的未示出的磁马达环与磁传感器环同步运行。由于霍尔传感器的22.5°的间隔而产生7.5°的分辨率。根据霍尔传感器的、在传感器值42的意义上的信号，在控制器20中获取计数器值。计数器值包含关于转子的实际上的旋转角的原始信息。每当角度传感器40具有新的传感器值42时，计数器值就能够得到更新。一旦存在新的传感器值42，就能够确定新的计数器值。因此，例如在计数器值变换时刻或在计数器值变换时刻之后能够确定新的计数器值。借助于角度传感器40和计数器值来获取马达22的转速。

在扭杆26上布置有转向器件28、例如方向盘。在转向系统2的正常运行中，借助于叠加转向装置4能够将由车辆驾驶员施加的转向器件角度朝转向传动机构8扩大或缩小。这些由叠加转向装置4引入到转向传动机构8中的转向角度差也被称为附加转向角。当然，也能够取代扭杆26而在转向器件28与叠加转向装置4之间布置转向柱。在这种实施方式中，所述扭杆布置在叠加转向装置4与助力转向装置6之间。

助力转向装置6包括另一控制器30、另一马达32和另一传动机构34。另一马达32通过另一传动机构34作用到齿条12上。控制器20具有微处理器36，该微处理器通过数据线与存储元件37相连接。另一控制器30具有另一处理器38，该另一处理器通过另一数据线与另一存储元件39相连接。另一控制器30根据所输送的参量来获取调节参量S_30，其将所述调节参量输送给所配属的另一马达32。控制器20获取调节参量S_20a，它被输送给输出级44，该输出级然后用调节信号S_20b来运行马达22。控制器20和30能够构造用于调设预先给定的目标-转向力矩和预先给定的目标-转向角。在此，另一未示出的上级的控制器能够将相应的参量输送给控制器20和30。当然也能够考虑其它实施方案，在所述实施方案中控制器20和30被统一在一个唯一的控制器上。因此，尤其在关于叠加转向装置4和助力转向装置6的控制器功能方面也能够实现重叠。

图2示出了用于用输出级44来操控马达22的电路的示意图，其中输出级44包括六个功率开关M1、M2、M3、M4、M5、M6，以用于操控马达22的相位U、V和W。功率开关M1、M2、M3、M4、M5、M6例如能够是功率MOSFET或IGBT。具有功率开关M1、M2、M3、M4、M5、M6的输出级44由控制器20来操控。马达22是无刷的且电子换向的直流马达。如此操控功率开关M1、M2、M3、M4、M5、M6，从而在不同的转速下使用不同的换向模式。

图3a示出了在按发电机方式的或者按马达方式的运行中用于马达22的低转速的第一种换向模式50。第一种换向模式50包括一定数目的、用于输出级、特别是用于输出级的功率开关的目标-开关状态。如果获取转子的特定的实际-扇区、也就是转子的实际-位置，那就在所述实际-扇区的基础上获取所述功率开关的目标-开关状态。根据用角度传感器获取的实际-扇区来获取所分配的目标-开关状态，并且根据所述目标-开关状态来如此运行所述输出级，从而形成功率开关的、与目标-开关状态相对应的实际-开关状态。因此，根据所获取的目标-开关状态来如此运行所述功率开关，从而在相应的相位U、V、W上形成所示出的标准化的电压y。标准化的电压的一的值对应于额定值。标准化的电压的零的值则意味着，相应的低侧功率开关导通地接通。零与一之间的值则对应于用于额定值的乘法因子。

下面示范性地解释相位V的电压的变化曲线。在扇区s1的开始，标准化的电压从零值上升到0.5的值并且停留在那里。在扇区s2的开始，标准化的电压上升到0.86的值。在扇区s3的开始，标准化的电压上升到1的值。在扇区s4的开始，标准化的电压下降到0.86的值。在扇区s5的开始，标准化的电压上升到1的值。在扇区s6的开始，标准化的电压下降到0.86的值。在扇区s7的开始，标准化的电压下降到0.5的值。在扇区s8的开始，标准化的电压下降到0的值并且一直停留在那里直到扇区s1的下一次开始。

图3b示范性地示出了扇区s0至s11与按照第一种换向模式50的换向指数0至11的分配关系。为换向指数0至11中的相应的换向指数分配了用于功率开关的目标-开关状态，其中这些分配关系在图3a、3b、4a、4b、5a、5b中是相同的。换向指数零被分配给扇区s0。对于右旋马达22来说，按照升序的方向R、也就是s0、s1、s2…来连续通过（durchlaufen）扇区s0至s11。而对于左旋马达22来说，则产生与方向R相反的运行方向，也就是以降序、即比如s11、s10、s9、...来连续通过扇区s0至s11。

图4a示出了在按马达方式的运行中用于马达22的较高转速的第二种换向模式60。与第一种换向模式50不同的是，第二种换向模式60先行。

图4b示范性地示出了用于第二种换向模式60的扇区s0至s11的分配关系。与第一种换向模式50相比，换向指数以顺序11至10被分配给固定的扇区s0至s11。先行情况例如在换向指数零处变得明显，所述换向指数零在第二种换向模式60中被分配给扇区s1。因此，在本示例中，先行意味着，相对于第一种换向模式，具有指数N（也就是例如为零）的目标-开关状态被分配给具有提高了1的指数、即N +1的扇区（例如s1）。

图5a示出了在按发电机方式的运行中用于马达22的较高的转速的第三种换向模式70。与第一种换向模式50不同的是，第二种换向模式60先行。

图5b示范性地示出了用于第三种换向模式70的扇区s0至s11的分配关系。与第一种换向模式50相比，为固定的扇区s0至s11分配了换向指数1至零。滞后情况例如在换向指数零处变得明显，所述换向指数零在第三种换向模式70中被分配给扇区s11。因此，在本示例中，滞后意味着，相对于第一种换向模式，具有换向指数N（即例如2）的目标-开关状态被分配给具有减小了1的指数、即N- 1的扇区 （例如s1）。

图6示出了用于运行图1的电子换向的马达22的示意性的流程图。在图1的马达22的按马达方式的运行中实施以下步骤：在步骤602中，用第一种换向模式50来运行输出级。在步骤604中获取，马达的转速在数值上超过事先确定的阈值。在步骤606中，一旦获取所述转速超过事先确定的阈值，就用按照图4a和4b的第二种换向模式60来运行所述输出级。如果在步骤608中获取，所述转速又下降到所述阈值以下，那就变换到步骤602中。为了去除抖动（Entprellung），当然也能够在步骤604和608中使用用于转速的不同的阈值。

在所述马达的按发电机方式的运行中实施以下步骤：在步骤602中，用第一种换向模式50来运行所述输出级。在步骤604中获取，马达的转速在数值上超过事先确定的阈值。在步骤606中，一旦获取所述转速超过事先确定的阈值，就用按照图5a和5b的第三种换向模式60来运行所述输出级。如果在步骤608中获取所述转速又下降到阈值以下，那就变换到步骤602中。为了去除抖动，当然也能够在步骤604和608中使用用于转速的不同的阈值。

在步骤602和606中用所获取的换向模式之一进行的运行包括以下步骤：根据所述角度传感器的传感器值来获取所述马达的转子的实际-扇区；根据所获取的实际-扇区按照第一种、第二种或第三种换向模式来获取所述输出级的目标-开关状态；并且用所获取的目标-开关状态或者相应的用于输出级的功率开关的目标-开关状态来运行所述输出级。

图7示出了转矩-转速-图表。第一变化曲线750表明，在用第一种换向模式50运行马达22时用于高转速的转矩下降。第二变化曲线760表明，在用第二种换向模式60运行马达22时用于低转速n的转矩M比在用第一种换向模式50运行马达时更小。对于更高的转速n来说，第二种换向模式60引起比第一种换向模式50更高的转矩输出。用于在第一与第二种换向模式50、60之间进行切换的阈值ns应用于每种马达类型，也就是说，阈值ns通过在马达类型的马达上的相应试验来获取。高动态的转向情况伴随着高转速。因此，通过种换向模式的变换来提供高的转矩输出和转矩消耗，这在高动态的转向情况中辅助车辆驾驶员。

Claims (9)

1.用于运行机动车的转向系统（2）的电子换向的马达（22）的方法，所述方法包括以下步骤：

- 用第一种换向模式（50）来运行（602）输出级（44）；

- 获取（604）所述马达（22）的转速n在数值上超过事先确定的阈值ns；并且

- 一旦获取超过所述阈值ns的情况，就用第二种换向模式（60）来运行（606）所述输出级（44），其中对于更高的转速n来说，所述第二种换向模式（60）引起比所述第一种换向模式（50）更高的转矩输出，其中一种换向模式包括一定数目的、用于输出级（44）的目标-开关状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述马达（22）的按马达方式的运行中所述第二种换向模式（60）先行于所述第一种换向模式（50）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：

- 一旦获取所述转速n超过所述事先确定的阈值ns，就用第三种换向模式（70）来运行所述输出级（44），其中在所述马达（22）的按发电机方式的运行中所述第三种换向模式（70）滞后于所述第一种换向模式（50）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述事先确定的阈值ns事先通过试验来获取并且因此是所应用的参量。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：

- 根据角度传感器（40）的传感器值（42）来获取所述马达（22）的转子的实际扇区s0、...、s11；

- 按照所述第一种、第二种或第三种换向模式（50；60；70）根据所获取的实际扇区s0、...、s11来获取所述输出级（44）的目标-开关状态；并且

- 用所获取的目标-开关状态来运行所述输出级（44）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述角度传感器（40）布置在所述马达（22）的转子上。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述马达（22）是所述转向系统（2）的叠加转向装置（4）的一部分。

8.存储元件（37），在该存储元件上存储有计算机程序，该计算机程序构造用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

9.转向系统（2），该转向系统具有电子换向的马达（22）并且具有输出级（44），其中所述转向系统（2）构造用于：

- 用第一种换向模式（50）来运行所述输出级（44）；

- 获取所述马达（22）的转速n在数值上超过事先确定的阈值ns；并且

- 一旦获取超过所述阈值ns的情况，就用第二种换向模式（60）来运行所述输出级（44），其中对于更高的转速n来说，所述第二种换向模式（60）引起比所述第一种换向模式（50）更高的转矩输出，其中一种换向模式包括一定数目的、用于输出级（44）的目标-开关状态。

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