CN1503743A - 电动机的电子调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明尤其涉及一电动机(12)、特别是一刮水机构的发动机(12)的一电子调节方法，所述刮水机构用来启动在玻璃表面上移动的至少一刮雨器刷或刮雨器架，在所述电子调节方法中，一控制装置(10)供给电动机(12)已确定脉冲宽度(Di)的电压(U)，所述脉冲宽度(Di)决定工作点的一条大致直线形特性曲线(Cx)，所述工作点对应于分别为两极限点(A，B)之间的电动机(12)的转矩(Cm)及角速度(ω)的两个值，所述两极限点分别对应一零转矩角速度(ω0)和零速度转矩(Cm0)；其特征在于，可根据所测得的供给电动机(12)的电流强度(I)的值控制电压(U)脉冲宽度(Di)，以获得所需的一对值或工作点。
Description
技术领域
本发明涉及一电动机的一电子调节方法。
本发明尤其涉及电动机、特别是刮水机构的电子调节方法，所述刮水机构用来启动在玻璃表面上移动的至少一刮雨器刷或刮雨器架，在所述调节方法中，一控制装置供给电动机已确定脉冲宽度的电压，每一脉冲期间决定工作点的一条大致直线形特性曲线，所述工作点对应于两极限点之间的电动机转矩及角速度的一对值，所述两极限点分别对应一零转矩角速度和零速度转矩。
背景技术
包括了所有能量现象的直流电动机的基本方程式如下。
直流电动机的内部特征用以下方程式表示：
U＝E+R.I (1)
在此方程式中，U表示电动机的馈电压，E表示感应的电势，R表示其电枢电阻，I表示电流强度。
电动机的速度特征用以下方程式表示：
E+K.ω (2)
在此方程式中，K表示电磁常量，ω表示电动机的角速度。
电动机的转矩特征用以下方程式表示：
Cm＝K.I (3)
在此方程式中，Cm表示电磁转矩或电动机的转矩。
这些方程式均由根据转矩Cm的角速度的特征曲线Ca及根据转矩Cm的电流强度I的特征曲线Cb，以图表形式反映出来，如图1所示。
根据转矩Cm的角速度ω的特征曲线Ca与一电压值U相连。
一般地，为适应不同类型车辆对刮水器电动机各种应用的要求，必须装配具有不同线圈、尤其是不同线直径及匝数的不同电枢。
对一类刮水器电动机，例如可有二十五个电枢参数，它们各自对应刮水器电动机的不同应用，以使刮雨器电动机的性能适用于不同类型的机动车。
在电动机工作过程中，还必须改变其角速度ω，例如为了当刮雨刷临近其行程一末端时，减缓所述刮雨器刷，以降低由于刮雨器刷在其旋转及/或平移中所积蓄的动能导致的负惯性作用。
在已知系统中，若想改变电动机的角速度ω以获得例如一慢速度PV及快速度GV时，可改变电动机端子处的馈电压U，这样同时也改变了可用电动机的转矩Cm。
因此，不降低电动机的速度ω就无法减小可用电动机转矩。
另外，可看出，在来自同一生产线的不同刮雨器刷中，其性能(速度、转矩等)极大地不同。
发明内容
本发明的目的在于弥补这些缺点。
本发明的目的还在于只使用唯一一个电动机电枢用于不同速度特征的多种应用中，而不会受电动机转矩的影响。
为此，本发明提出了一种前面所述类型的电子调节方法，其特征在于，可根据所测得的供给电动机的电流强度值，控制电压脉冲宽度，以获得所需的一对值或工作点。
根据本发明的其它特征：
——脉冲宽度按电流强度的分级值计算；
——各电流分级值的数量以设计时所设定的最大电动机零转矩角速度与所需零转矩角速度之间的差值增加；
——各级的尺寸接近零，以使相关级大致对应一点状值(valeurponctuelle)；
——可控制脉冲宽度，以便大体沿着连接所需零转矩角速度与所需零速度转矩的一条理论特征曲线；
——理论特征曲线是一条直线，所述曲线将所需零转矩角速度与所需零速度转矩连接起来；
——可控制脉冲宽度，以便在设计时所设定的电动机实际功率范围内，大体沿着连接所需零转矩角速度与零速度虚电动机转矩的一条直线，虚电动机转矩大于最大零速度转矩，以使角速度大致稳定，而电动机转矩小于设计时所设定的一极限值；
——电动机的零速度虚电动机转矩在设计时已确定；
——所需零速度转矩为设计时所设定的电动机的零速度最大转矩；
——根据电流强度值的脉冲宽度值被存储在一表中，所述表的内容根据电动机的所需工作点而变化，其特征在于，可根据表的指示控制脉冲宽度；
——每隔一固定时间，控制装置会根据一传递函数计算应用于电动机的脉冲宽度，所述传递函数随电动机的所需工作点而变化。
——电动机的所需工作点尤其取决于刮雨器刷或刮雨器架在玻璃表面上的位置；
——确定所需工作点，以降低当刮雨器刷到达其所刮水表面一末端附近时它所积蓄的动能；
——所述调节方法由包括一数字及/或模拟型电子控制单元的一控制装置来实施。
本发明的其它特征和优点将在后文中参照附图进行详细说明。
附图说明
——图1示出了根据转矩的电流的特征曲线与根据电动机电流的速度的特征曲线；
——图2示出了用于实施根据本发明的一电子调节方法的电动机控制装置；
——图3示出了根据电动机转矩的电动机的角速度曲线，所述电动机转矩对应最大电压脉冲宽度和最小电压脉冲宽度；
——图4类似于图3，示出了根据将一脉冲宽度与各电流强度级相关的两表所构建的两特征曲线实例；
——图5示出了根据图4所用两表中的连续电流级的脉冲宽度；
——图6类似于图4，示出了本发明的一实施变型，在所述变型中，特征曲线为经过零速度虚转矩值的一条直线；
——图7类似于5，示出了用于构建图6特征曲线时所用的电流/电压表。
具体实施方式
图2示出了根据本发明的方法，控制一刮雨器机构(图中未示出)的电动机12的一控制装置10。
刮雨器机构例如可驱动在玻璃表面上移动的一刮雨器刷。
此处，控制装置10包括一可控制电动机12的馈送装置16的电子控制单元14及存储装置18。
馈送装置16向电动机12提供固定振幅脉冲Ua形式的馈电压U，所述脉冲的宽度Di可相对于一给定时间段T变化。
由于电动机12的时间常量相对于时间段T较高，所以所述电动机可这样运转：一直被馈送入一电压Umoy，所述电压即为时间段T内电压Ua的一平均值，电动机12的角速度值ω因而对应于所述电压平均值Umoy。
电动机12例如可定义为在13伏的电压Ua下工作。
因此，对于一给定时间段T来说，电压脉冲Ua例如可在时间段T的一半上延伸。电动机12所“看到”的电压平均值Umoy因而等于6.5伏。
因此，馈送装置16可通过脉宽Di调制(英文为“PulseWidth Modulation”(PWM))，改变电动机12的馈电压U。
后文将用百分比表示脉冲宽度Di，所述百分比即电压Ua的脉冲宽度Di与时间段T之比。
从设计上看，各脉冲宽度Di决定馈电压U，因此决定工作点的一条大致直线形特性曲线Cx，所述工作点对应于两极限点A和B之间的电动机12转矩Cm及角速度ω两个值，所述两极限点分别对应一零转矩角速度ω0和零速度转矩Cm0。
图3示出了这种特征曲线Cx的一实例。
可看出，零转矩角速度ω0为电动机12无负载即当它没有阻尼转矩时的角速度。
还可看出，电动机12的特征曲线Cx之间大致平行。
尤其根据电动机12的电枢特征，所述电动机通过设计，“接受”零转矩最大角速度ωmax、零转矩最小角速度ωmin及零速度最大转矩Cmmax。
零转矩最大角速度ωmax和零速度最大转矩Cmmax通过电动机12的一直线形上曲线Csup连接起来，如图3所示，所述图示出了最大馈电压Umax即100％的脉冲宽度Di时，电动机12的可能工作点。
上曲线Csup平行于特征曲线Cx。
因此，穿过零转矩最小角速度ωwin的下曲线Cinf如图3所示对应于由电动机12所接受的最小脉冲宽度Di，下曲线Cinf决定零速度最小转矩Cmmin。
根据本发明，根据电动机12所采用的转矩Cm的值，电子控制单元14控制电压脉冲宽度Di，以获得所需工作点，以最佳状态适应当前应用要求。
测量电动机12所采用的转矩Cm可通过测量馈送给电动机12的电流强度I，间接获得。
事实上，根据方程式(3)，电流强度I是转矩Cm的一线性函数。对一定的电动机转矩Cm来说，馈电电流强度I因此不会随馈电压U而变化。
但电流强度I的测量值会由于电动机12内温度变化或电动机12加速而改变，所述温度变化会影响电动机12的内部电阻，因而影响所消耗的电流。
为补偿电流强度I测量值的这些变化，脉冲宽度Di按电流强度I的级值PI而不按所测得的大概值来计算。
因此可构建一电流/脉冲表TI/Di，所述表使一脉冲宽度Di与各电流级值PI相关联。
所述表TI/Di的内容变化，以适应它所应用用途的电动机12的性能。
电流/脉冲表TI/Di由电动机12的控制装置10的存储装置18存储起来。
有利地是，存储装置18由EEPROM(Electronically ErasableProgrammable Read-Only Memory)型可编程电子存储器构成。
根据电动机12的应用，可确定电动机12必须提供的零转矩角速度ω0和零速度转矩Cm0。
再根据这些数据构建电流/脉冲表TI/Di，以使根据转矩Cm的角速度ω的特征曲线Cx大概描绘出连接所选零转矩角速度ω0和零速度转矩Cm0的直线。
可通过“已构建曲线”表示出根据电流/脉冲表TI/Di获得的曲线Cx。
最好为零速度转矩Cm0选择电动机12的最大转矩Cmmax，这样可总能从可用最大转矩中得到好处。
图4示出了根据两相关电流/脉冲表TI/Di的值构建的曲线的两实例C1和C2。所述两电流/脉冲表TI/Di分别由图5中的两曲线CT1和CT2表示出。
为第一构建曲线C1选择一零转矩角速度ω1——所述角速度例如为电动机12的最大角速度ωmax的一半，并选择一等于电动机12最大转矩Cmmax的一零速度转矩。
此处，确定了电流强度I的十三个级PI，这十三个级与从约50％直至100％呈阶梯状排列的十三个脉冲宽度Di相关联。
因此，描述用于构建曲线C1的表TI/Di的图5中的曲线CT1为一随电流强度I递增即随电动机转矩Cm的增加而增加的阶梯形曲线。
可看出，图4中的已构建曲线C1不是连续的，因为它由分别对应表TI/Di中的脉冲宽度Di的特征曲线Cx的平行部分形成。
已构建曲线C1大致为一条理论特征曲线，此处，所述曲线为直线形，它连接着所选零转矩角速度ω0，此处即ω1，和零速度最大转矩Cmmax。
同样方式可获得第二构建曲线C2。
为第二构建曲线C2选择了一零转矩角速度ω2——所述角速度为电动机12的最小角速度ωmin，级PI的数目为13，因而，脉冲宽度Di约从35％呈阶段状排列直至100％。
可看出，零转矩角速度ω0相对于电动机的最大角速度ωmax越小，两电流级PI之间的脉冲宽度Di的级E越高，相反地，零转矩角速度ω0越接近电动机的最大角速度ωmax，两电流级PI之间的脉冲宽度Di的级E越低。
这即是为什么电流级PI的数量最好是可变的，它取决于所要求的零转矩角速度ω0，以使电流级PI的数量随在所选零转矩角速度ω0和电动机12的最大角速度ωmax之间的差值而增加。
可确定脉冲宽度Di的级E的一最大值例如为3％，此处，这可使级PI的数量从12变化至28。
在图4、5所示实施例中，电流级PI的尺寸大致恒定。根据一实施变型(图中未示出)，可提供一电流/脉冲表TI/Di，其电流级PI的尺寸可变。
同样，可设计一电流/脉冲表TI/Di，其脉冲宽度Di的级E的尺寸可变。
根据另一实施变型，可缩小级PI的尺寸或宽度，直至其大致等于点状值，这可使相应的构建曲线(C1或C2)变得光滑。
根据本发明方法的控制装置10的运行如下。
起动时，电子单元14控制馈送装置16，以使其供给电动机12一对应最小电压脉冲宽度Di的一最小电压Umin。
这样，电动机12消耗的电流强度I的值最小，即它包含在第一电流级PI1内。
电动机12启动刮雨器刷并遇到阻尼转矩，这会增加电流强度I。
控制装置10一直测量电流强度I的值，一旦所述电流强度超过阀值Is1——所述阀值将第一、第二电流级PI1、PI2分隔开，则电子单元14根据存储装置18中的表TI/Di确定对应第二电流级PI2的脉冲宽度Di，且它控制馈送装置16，以使脉冲宽度Di“随从”表TI/Di内的指示。
此时，电流强度I增加，电子单元14控制馈送装置16，以增加脉冲宽度Di的值。
此处，脉冲宽度Di的增加可减少由于阻尼转矩的电动机12速度ω的损失。
随着电动机12所遇到的阻尼转矩的变化，电子单元14根据存储装置18提供的指示，使脉冲宽度Di的值适应所测得的电流I值。
因此，如果电动机12遇到的阻尼转矩减小，于是电子单元14控制减小脉冲宽度Di值，这可减缓由于阻尼转矩突然变小而导致电动机12角速度ω的增加。
因此，根据本发明的方法可调节遇有阻尼转矩的电动机角速度ω，以避免刮雨器刷速度突然加快或突然变慢。
根据本发明的一实施变型，如图6、7所示，还可控制电动机12，以使它在其工作的极大范围内保持大致稳定的角速度ω。
为此，确定了一零速度“虚”转矩Cmvir，所述虚转矩远大于电动机12接收的最大转矩Cmmax。
再以和图4中曲线C1相似的方式构建曲线C3。
曲线C3大致为连接零转矩角速度ω0此处即ω3与“虚”转矩Cmvir的一条直线。因为零速度“虚”转矩Cmvir远大于电动机12接收的最大转矩Cmmax，在图6中，直线D3沿直线远远延伸出去，这样，它相对于水平方向略微倾斜。
因此，位于零转矩速度(点A)和其与上曲线Csup的交点J之间的曲线C3的第一部分，接近水平。因此，在点A和点J之间，无论应用于电动机12的阻尼转矩如何，电动机12以一大致稳定的角速度ω工作。
当电动机转矩Cm超过对应于点J的极限值CmJ时，曲线C3不再沿着直线D3，因为后者已延伸到电动机12功率之外了，所述功率如设计时所设定的，及如上曲线Csup所描述的。因而，曲线C3沿着上曲线Csup直至零速度最大转矩Cmmax。
图6还示出了曲线C4，其构建方式与曲线C3相似，但其零转矩角速度ω4大致等于电动机12的最小角速度ωmin。
和图4的构建曲线C1和C2一样，图6中的曲线C3、C4也根据表TI/Di来构建，所述表分别由图7的两曲线CT3、CT4示出。
可看出，当曲线C3到达上曲线Csup时，此处即点J处，脉冲宽度Di到达其100％最大值。于是，电动机12以其设计时所设定的最大功率工作。
所述实施变型可调节电动机12的速度ω，以使它保持大致恒定，不必再增加电动机12的一速度传感器。
由于根据本发明的方法，不同应用用途只需使用带有唯一一电枢的唯一一电动机12，而不会影响可用电动机转矩Cm。因而只需根据要求最严格的应用用途，确定电动机12及其电枢的尺寸即可。
然后，使电动机12适应各种用途，主要在于存储一电流/脉冲表TI/Di，所述表适应所希望的用途，尤其是零转矩角速度ω0。
因此，使电动机12适应各种用途只需通过电动机12的电子控制来实现，不必改变电动机12元件的尺寸。
另外，由于根据本发明的方法，可随时从最大可用转矩Cm中受益。
使用唯一一电枢可使电动机12的电磁元件标准化，因此减少了电枢参数的数量。由于所述标准化，降低了电动机12的生产成本，因为对大量应用，只需管理唯一一个电动机12和电枢参数。
还需注意，根据本发明的方法还可很容易校正离开生产线时相同电动机12之间性能的分散，因为只需对控制装置10编程，以获得对所有电动机12的例如相同零转矩角速度ω0。
某些应用中，电动机12包括一电子转换装置，以从一较小角速度PV转换到较大角速度GV。
由于本发明，当电动机12控制在速度ω时，尤其当刮雨器刷快接近其行程一末端时，转矩Cm没有损失。
本发明尤其可和缓地提升斜面上如在停车位置时的刮雨器刷，因为可控制电动机12的角速度ω，同时保留最大电动机转矩Cm。
此外，当控制装置10测量到一负电流时，即当电动机12例如在刮风后成为一发电机时，根据本发明的方法可锁闭电动机12。
在完善根据本发明的方法中，电子单元14还可根据刮雨器刷在玻璃表面上的位置，控制脉冲宽度Di。
电子单元14可通过图2所示的传感器20，确定刮雨器刷的位置。所述传感器例如可测量电动机12输出轴的角位置。
在所述完善方法的范围内，确定了电动机12的工作点，以降低当刮雨器刷到达其刮雨表面末端附近时，即在固定止点(AF)与和固定止点相对的点(OAF)附近时，其所积蓄的动能。
因此，例如根据电动机12输出轴的角位置，工作点确定了一角速度ω分布图。
按根据本发明方法的一变型，电子单元14可控制馈送装置16，以使电动机12根据工作点运行，所述工作点在所选择的零转矩角速度ω0和零速度最大转矩Cm0之间，大体上沿着一非线性理论特征曲线Cy。
这种非线性曲线Cy在图3中用虚线表示。
因此，本发明可最大限度地利用电动机12的机械功率，准确确定其各工作点。
根据按本发明方法的另一变型(图中未示出)，电子单元14每隔一固定时间，可利用一传递函数计算应用于电动机12的脉冲宽度Di。
传递函数可根据电动机12所要求的工作点变化。
所述变型可持续地使脉冲宽度Di值适应所测得的电流强度I值，而不必求助于电流级PI。
对所述变型来说，存储装置18不是必不可少的，因为例如利用一方程式，传递函数可在电子控制装置14内直接被程序化。
可看出，根据本发明的方法还可利用数字及/或模拟型电子单元14来实施。
Claims (12)
1、一电动机(12)、特别是一刮水机构的发动机(12)的一电子调节方法，所述刮水机构用来启动在玻璃表面上移动的至少一刮雨器刷或刮雨器架，在所述电子调节方法中，一控制装置(10)供给电动机(12)已确定脉冲宽度(Di)的电压(U)，所述脉冲宽度(Di)决定工作点的一条大致直线形特性曲线(Cx)，所述工作点对应于分别为两极限点(A，B)之间的电动机(12)的转矩(Cm)及角速度(ω)的两个值，所述两极限点分别对应一零转矩角速度(ω0)和零速度转矩(Cm0)；
其特征在于，可根据所测得的供给电动机(12)的电流强度(I)的值控制电压(U)脉冲宽度(Di)，以获得所需的一对值或工作点。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脉冲宽度(Di)按电流强度(I)的级值(PI)计算。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，电流级(PI)值数量可随设计时所设定的最大电动机(12)零转矩角速度(ωmax)与所需零转矩角速度(ω0)之间的差值的增加而增加。
4、根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，可缩小级(PI)的宽度，直至其大致等于点状值，以使根据相应脉冲宽度(Di)及强度(I)的值所构建的曲线(C1，C2)变得光滑。
5、根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，可控制脉冲宽度(Di)，以便大体沿着连接所需零转矩角速度(ω0)与所需零速度转矩(Cm0)的一条理论特征曲线。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，理论特征曲线是一条直线，所述曲线把所需零转矩角速度(ω0)与所需零速度转矩(Cm0)连接起来。
7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，可控制脉冲宽度(Di)，以在设计时所设定的发动机(12)的实际功率范围内，大体上沿着连接所需零转矩角速度(ω0)与零速度虚电动机转矩(Cmvir)的一条直线(C3，C4)，零速度虚电动机转矩(Cmvir)大于最大零速度转矩(Cmmax)，以使角速度(ω)大致稳定，而电动机转矩(Cm)小于设计时所设定的一极限值(CmJ)。
8、根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所需零速度转矩(Cm0)为设计时所设定的电动机(12)的零速度最大转矩(Cmmax)。
9、根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，根据电流强度(I)值的脉冲宽度(Di)值存储在一表(TI/Di)中，所述表的内容根据电动机(12)的所需工作点而变化，其特征还在于，可根据表(TI/Di)的指示控制脉冲宽度(Di)。
10、根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，每隔一固定时间，控制装置(10)根据一传递函数计算应用于电动机(12)的脉冲宽度(Di)，所述传递函数根据电动机(12)的所需工作点变化。
11、根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，确定所需工作点，以降低当刮雨器刷到达其所刮水表面一末端附近时所积蓄的动能。
12、根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，它由包括一数字及/或模拟型电子控制单元(14)的一控制装置(10)来实施。
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