CN115397680A

CN115397680A - 带有可旋转的挂接钩和用于使所述挂接钩旋转的马达的拖车挂接装置

Info

Publication number: CN115397680A
Application number: CN202080099733.9A
Authority: CN
Inventors: F·乔伊塔; R·G·米特里察; J·施姆林; M·G·陶勒盖
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2020-04-29
Filing date: 2020-04-29
Publication date: 2022-11-25
Also published as: EP4143039A1; WO2021219209A1

Abstract

本发明涉及一种拖车挂接装置，包括：●底座；●可枢转地附接至底座的钩；●马达，可以用来使钩从第一位置旋转至第二位置，第一位置优选为工作位置，其中拖车能附接至钩，第二位置优选为停放位置，其中没有拖车能附接至钩；●用于控制马达的控制单元，其能够通过测试脉冲启动马达，以使位于第一位置中的钩在测试脉冲期间受到力的作用，该力具有的方向与使钩从第一位置运动至第二位置中的运动方向相反；以及●电流或电压传感器，用于检测在测试脉冲期间马达接收的电流或施加至马达的电压，电流或电压传感器连接至马达，并且：电流或电压传感器连接至控制单元的输入端；或电流或电压传感器为控制单元的一部分并经由控制单元的输入端与马达建立连接。

Description

带有可旋转的挂接钩和用于使所述挂接钩旋转的马达的拖车挂接装置

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的拖车挂接装置，所述拖车挂接装置包括：

·底座，

·可枢转地附接至所述底座的钩，

·马达，所述马达可以被用来使所述钩从第一位置(优选地工作位置)旋转至第二位置(优选地停放位置)，在所述第一位置中，拖车可以附接至所述钩，在所述第二位置中，没有拖车可以附接至所述钩，

·用于控制所述马达的控制单元，所述控制单元能够通过测试脉冲启动所述马达，以使得位于所述第一位置中的钩在所述测试脉冲期间受到力的作用，所述力具有的方向与使所述钩从所述第一位置运动至所述第二位置中的运动方向相反，以及

·电流或电压传感器，所述电流或电压传感器用于检测在所述测试脉冲期间所述马达所接收的电流或施加至所述马达的电压，其中所述电流或电压传感器连接至所述马达，并且：所述电流或电压传感器连接至所述控制单元的输入端；或者所述电流或电压传感器为所述控制单元的一部分并且经由所述控制单元的输入端与所述马达建立连接。

背景技术

在文献EP 2 724 876 A1和申请人提交的申请号为PCT/EP2018/082253的申请中描述了具有枢转式牵引钩的牵引装置。在所述文献中还公开的是，所述挂接钩具有马达，所述马达用于使拖车钩从停放位置旋转至工作位置，以及从工作位置旋转至停放位置。还描述的是，可以提供电流传感器来测量马达电流。可以使用马达电流测量来测量挂接钩上的负载。通过检测拖车钩上的负载，可以监控拖车是否仍然连接至牵引车辆的挂接装置或者牵引车辆与拖车之间的连接是否变松。可选地，可以在挂接钩上安装用于测量拖车的重量的额外的传感器。在测试脉冲期间执行的马达电流测量还被用来确定挂接钩是否被牢固地锁定至所述工作位置中或者挂接钩是否变松。

用于使钩旋转的马达电流的传感器还可以被用来确定所述钩是否处于第一位置(例如工作位置)中。为此，对马达施加测试脉冲，所述测试脉冲的大小由为所述马达供电的车载电源系统的电压以及与所述马达的力相反的反作用力的水平决定。在所述钩的工作位置中，由所述马达将所述钩按压抵靠由所述底座和钩的结构所限定的止动件而生成所述反作用力，所述止动件限定端部位置。该反作用力与在停放位置中或在停放位置与工作位置之间的位置中作用于所述挂接装置上的反作用力相比是大的。由于电流与所述马达所施加的扭矩成比例并且因此与所施加的力成比例，所以所述马达所施加的力以及因此被提供至所述马达的电流相对应地是高的。

如果现在在测试脉冲期间检测到在预定时间内具有预定的最小量的马达电流，这是所述拖车钩处于工作位置(亦即端部位置)中的标志，因为只有在端部位置中才达到马达电流的预定水平。另一方面，如果马达电流不够高或者在足够长的时间内不够高，这是可能发生故障的标志。

周期性的测试脉冲使被用来通过所述马达将所述拖车钩按压至它的端部位置中的力增加。另外，牵引车辆的车载电源系统中的电压增加，尤其是在较长的旅程期间，尤其是当连接至所述车载电源系统的所有电力存储装置(比如电池)都被充电时。然后，车载电源的较高的电压也被施加至拖车联接件的马达，与所述车载电源的电压较低的情况相比，所述较高的电压在测试脉冲期间驱动较大的电流通过拖车挂接装置的马达。由车辆电气系统中的较高的电压引起的该较高的马达电流也导致马达作用在拖车挂接装置上的力较大。

这种较大的力可能导致所述钩在所述工作位置中被阻挡并且不能容易地从所述工作位置运动至所述停放位置。

发明内容

本发明的目的是改进上述类型的拖车挂接装置，以防止所述钩在所述第一位置(例如工作位置)中被阻挡。

根据本发明，通过对所述控制单元进行编程以使得在测试脉冲期间控制所述马达所接收的电流或施加至所述马达的电压来解决该问题。通过控制马达电流或施加至所述马达的电压，可以限制所述马达施加在所述钩上的力。这防止所述钩在所述第一位置(例如工作位置)中被阻挡，并且确保所述钩可以在必要时容易地从所述第一位置(例如工作位置)旋转至所述第二位置(例如停放位置)。

所述拖车挂接装置可以具有DC/DC转换器，所述DC/DC转换器具有用于连接至车辆电气系统的输入端、连接至所述马达的输出端以及直接地或间接地连接至控制单元的输出端的控制输入端。作为替代方案，所述控制单元可以具有用于所述马达的电源的输出端。

根据本发明的拖车挂接装置的控制单元可以具有用于控制施加至所述马达的电压的控制器(以下被称为电压控制器)或者用于控制马达电流的控制器(以下被称为电流控制器)。所述电流控制器特别地可以为PID(比例-积分-微分)控制器。所述控制单元(ECU)包括用于通过在再张紧脉冲期间调节PWM马达指令的负载循环来控制所述马达所吸收的电流的控制器。

可以将电流值存储于所述控制单元中，所述电流值形成所述电流控制器的参考变量。也可以存储几个不同的电流值，这些电流值可以被选择作为所述电流控制器的参考变量。这同样适用于所述电压控制器，对于所述电压控制器，可以将一个或多个电压值存储于所述控制单元中。

可以对所述控制单元进行编程，以使得所存储的最高电流值最高达到超过在测试脉冲马达电流期间必须达到的最小电流值大约15％。这确保利用根据本发明的拖车挂接装置可以获得所述拖车挂接装置的功能测试的积极结果所需的电流量。如果未达到所述电流，则所述拖车挂接装置不在所述工作位置中或者存在其它故障，这些故障可能导致测试结果为消极的。

可以将根据本发明的拖车挂接装置的控制单元编程为使得在生成测试脉冲期间，相继地选择所存储的电流量作为参考变量，直至选择所存储的最高电流量。以这种方式，可以实现所谓的软起动，这在车辆电气系统上产生较低的负载或产生更好的EMC。除了车辆电气系统上的较低的负载之外，软起动将防止出现涌入电流，从而确保所述挂接装置马达所消耗的电流更平稳地增加并且因此确保施加至所述挂接钩的扭矩更平稳地增加。

在根据本发明的用于测试根据本发明的拖车挂接装置的钩是否处于第一位置(例如工作位置)中的方法中，周期性地生成测试脉冲，利用所述测试脉冲为所述拖车挂接装置的马达供电，以便利用所述马达在所述钩上施加力，所述力沿与使所述钩从所述工作位置运动至所述停放位置的运动方向相反的方向按压所述钩，从而控制施加至所述马达的电压或电流，以使得作用在所述钩上的力不超过期望的大小。

在所述测试脉冲期间，可以使用所述电压控制器来控制施加至所述马达的电压，或者可以利用所述电流控制器来控制所述马达所接收的电流。

利用根据本发明的方法，所述测试脉冲例如可以具有大约400ms的长度或持续时间。如果控制所述马达电流，则可以使所述参考变量逐步增加。所述测试脉冲的起点与最大马达电流之间的每一步的长度可能各自为大约50ms。

可以通过脉冲宽度调制来控制马达电流。可以通过设定负载循环来调节电流水平。

附图说明

下面基于附图更详细地解释说明本发明。其中：

图1示出根据本发明的用于拖车挂接装置的控制电路的框图；

图2为电流-时间图，其示出在13V的车载电压下利用没有软起动的调节来控制的马达电流；

图3为电流-时间图，其示出参考变量和在13V的车载电压下由软起动控制控制的马达电流；

图4为电流-时间图，其示出参考变量和在15.8V的车载电压下由软起动控制控制的马达电流；以及

图5为电流-时间图，其示出参考变量和在10.5V的车载电压下由软起动控制控制的马达电流。

具体实施方式

根据本发明的拖车挂接装置具有可以附接至牵引车辆的底座。钩经由旋转接头可枢转地附接至所述底座。钩可以在第二位置(例如在保险杠后面的停放位置)与第一位置(例如工作位置)之间旋转，在所述第一位置中，可以附接拖车。为了旋转，拖车挂接装置具有电动马达。

为了检查拖车钩是否处于工作位置中，马达可以沿从停放位置至工作位置的运动方向对钩施加力并且因此防止钩从工作位置运动至停放位置。当钩处于工作位置中时，钩在测试期间被按压抵靠止动件，这使马达电流增加。马达电流由施加至马达的电压以及马达的电气特性决定。马达电流与马达所施加的力成比例，当拖车钩被按压抵靠止动件时，马达所施加的力总是超过规定值。如果在规定的时间段内达到规定值，则表明钩处于工作位置中。如果未达到，则存在错误。

在钩要从工作位置旋转至停放位置的情况下，为了防止拖车钩受到被用来将钩按压至它的端部位置中的力的阻挡，在本发明中提供对力的限制。

本发明的思想是在施加至马达的每个脉冲期间防止再张紧力的增加。通过限制施加至马达的电压和/或电流来实现这一点。因为DC马达所生成的扭矩与马达电流成比例，所以确保每个脉冲的恒定力的最佳方法是将马达电流控制为期望的设定点或参考马达电流。

为了控制脉冲期间的马达电流，最佳方法是使用PID控制器，其中：

-输入将是参考变量与所测量的马达电流之间的误差，

-输出将是马达PWM指令的负载循环。

在图1中示出这样的马达电流控制，图1示出所谓的拖车牵引模块TTM的电子控制单元ECU。

在图1中，Iref为脉冲的参考变量，所述参考变量必须高于用于再张紧验证的最小电流阈值，I为在反馈线MOT1_IS_AI上测量的挂接钩马达的实际马达电流，e＝Iref-I为误差信号，PID为比例-积分-微分控制器，并且DC为由控制器计算并且设置于控制线MOT1_PWM_PO上的马达驱动器的负载循环。

PID反馈控制为一种控制回路机制，所述控制回路机制在连续计算的误差信号e(t)的呈现中提供受控马达的反馈，所述误差信号e(t)为参考马达电流Iref与所测量的过程变量I之间的差。

其中：

·u(t)为PID算法的输出指令，所述输出指令在这种情况下为负载循环，

·e(t)＝Iref(t)-I(t)为误差信号，

·K_p为比例增益，

·K_i为积分增益，以及

·K_d为微分增益。

因为拖车牵引模块TTM通常为分立的系统，所以可以使用PID的离散传递函数(Z变换)：

其中Ts为采样时间，所述采样时间在这种情况下为5ms。

通过调节系数或增益K_p、K_i和K_d来调节控制器性能，以便为受控电流获得尽可能小的误差。

需要考虑的一个重要的方面是，控制器系数需要考虑整个系统，也包含电气挂接装置的机械部分，而不仅仅是挂接装置马达的电气特征。因此，为了进行确定，控制器系数也要考虑所有领域(机械、电气)中可能出现的所有公差。确定增益的适当的方法是实验方法。

在利用经测试的挂接装置进行一些测量之后，我们观察到，经测试的系统的最佳系数如下：

K_p＝0.06，K_i＝0.013，K_d＝0.0002。

对于8.5A的参考变量和13V的电源电压，受控马达电流稳定在大约8.3A，其高于验证测试或再张紧脉冲所需的为7.2A的最小电流。在这种情况下，相对于参考变量的误差稳定在0.2A，并且PWM马达指令的负载循环稳定在85％左右。这可以在图2中所示的测量中观察到。

通过在测试或再张紧脉冲的第一个100ms内添加参考变量的软起动，可以获得更平滑的马达电流曲线：

·t＝0至50ms：Iref1＝1/4Irefmax

·t＝50至100ms：Iref＝1/2Irefmax

·t>100ms：Irefmax

可以基于每个应用中的控制应用来调节软起动。

在图3中示例说明马达电流，所述马达电流为具有利用13V的电源电压执行的软起动的控制的结果，并且Irefmax＝8.5A。马达电流具有更平滑的斜坡并且稳定在8.4A左右。在这种情况下，静态误差为0.1A并且负载循环稳定在86％左右。

利用不同的电源电压执行同一测试，可以观察到，无论电源电压的值如何，马达电流总是保持接近参考变量：

·15.8V的电源电压(车辆电压的过压限值)：误差≈0.2A，负载循环≈78％(图4)，

·10.5V的电源电压(车辆电压的欠压限值)：误差≈0.7A，负载循环≈97％(图5)。

附图标记

Iref 脉冲的参考变量

I 实际马达电流

e 误差信号

u PID的输出指令

K_p 比例增益

K_i 积分增益

K_d 微分增益

T_s 采样时间

TTM 拖车牵引模块

ECU 电子控制单元

MOT1_IS_AI 反馈线

PID 比例-积分-微分控制器

MOT1_PWM_PO 控制线

Claims

1.一种用于机动车辆的拖车挂接装置，包括：

-底座，

-可枢转地附接至所述底座的钩，

-马达，所述马达使所述钩能够从第一位置旋转至第二位置，所述第一位置优选地为工作位置，在所述第一位置中，拖车能够附接至所述钩，所述第二位置优选地为停放位置，在所述第二位置中，没有拖车能够附接至所述钩；

-用于控制所述马达的控制单元(ECU)，所述控制单元能够通过测试脉冲启动所述马达，以使得当所述钩位于所述第一位置中时，对所述钩施加这样的力，所述力具有与使所述钩从所述第一位置运动至所述第二位置中的运动方向指向相反的方向，以及

-电流或电压传感器，所述电流或电压传感器用于检测在测试脉冲期间所述马达所接收的电流(I)或在测试脉冲期间施加至所述马达的电压，其中所述电流或电压传感器连接至所述马达，并且：所述电流或电压传感器连接至所述控制单元(ECU)的输入端；或者所述电流或电压传感器为所述控制单元的一部分并且经由所述控制单元的终端与所述马达建立连接，

其特征在于，

-所述控制单元(ECU)被编程为使得所述控制单元(ECU)控制在测试脉冲期间所述马达所接收的电流(I)或者施加至所述马达的电压。

2.根据权利要求1所述的拖车挂接装置，其特征在于，所述拖车挂接装置进一步包括DC/DC电压转换器，所述DC/DC电压转换器具有用于连接至所述机动车辆的车载电源系统的输入端、连接至所述拖车挂接装置的马达的输出端、以及间接地或直接地连接至所述控制单元(ECU)的输出端的控制输入端。

3.根据权利要求1所述的拖车挂接装置，其特征在于，所述控制单元(ECU)包括用于所述马达的电源的输出端。

4.根据权利要求1、2或3所述的拖车挂接装置，其特征在于，所述控制单元(ECU)包括用于控制施加至所述马达的电压的控制器或用于控制所述马达所接收的电流的电流控制器。

5.根据权利要求4所述的拖车挂接装置，其特征在于，所述电流控制器为PID控制器(PID)。

6.根据权利要求4或5所述的拖车挂接装置，其特征在于，形成所述电流控制器的参考变量(Iref)的电流量被存储于所述控制单元(ECU)中，或者能够被选择作为所述电流控制器的参考变量(Iref)的几个不同的电流量被存储。

7.根据权利要求6所述的拖车挂接装置，其特征在于，所述控制单元(ECU)被编程为使得所存储的最高电流量最高达到超出在测试脉冲期间预定作为所述马达电流的最小量的电流量大约15％。

8.根据权利要求6或7所述的拖车挂接装置，其特征在于，所述控制单元(ECU)被编程为使得，为了生成测试脉冲，所存储的电流量被相继地选择作为参考变量(Iref)，直至所存储的最高电流量被选择。

9.一种用于测试根据权利要求1至8中的一项的拖车挂接装置的拖车钩是否处于第一位置中的方法，所述第一位置优选地为工作位置，其特征在于，周期性地生成测试脉冲，所述测试脉冲控制所述拖车挂接装置的马达，以便在所述钩上施加力，所述力沿与使所述钩从优选地为工作位置的所述第一位置运动至优选地为停放位置的第二位置的运动方向相反的方向按压所述钩，其中，在测试脉冲期间，施加至所述马达的电压或电流(I)被控制。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在测试脉冲期间，由电压控制器控制施加至所述马达的电压或者由电流控制器控制所述马达所接收的电流(I)。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述测试脉冲具有大约400ms的持续时间，并且在控制所述马达电流的情况下，使参考变量(Iref)逐步增加，所述测试脉冲的起点与所述马达电流的最大量之间的每一步具有大约50ms的长度。