CN1606719A - 通过电磁调节元件调节电流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过一个电磁调节元件(10)调节电流的方法。调节元件(10)、第一开关(11)和一个电流测量电路(13)形成一个串联电路。一只自振荡二极管(15)与调节元件(10)并联。第一开关(11)通过一个调节器(20)和一个脉冲发生器(22)用一个PWM信号(PWM二脉冲宽度调制)这样进行接通和断开，把由电流测量电路(13)测出的、通过该调节元件(10)流动的电流调节到一个额定值(SW)。PWM信号的一个接通和断开循环的持续时间是可改变的，并把一个所谓的高频振荡功能以低频振荡的形式叠加到PWM信号上。
Description
先有技术
本发明涉及一种通过一个电磁调节元件调节电流的方法，其中，该调节元件、第一开关和一个电流测量电路形成一个串联电路，一个自振荡二极管与该调节元件并联，而该第一开关则通过一个调节器和一个脉冲发生器用一个PWM信号(PWM二脉冲宽度调制)这样进行接通和断开，即把电流测量电路测出的、通过该调节元件流动的电流调节到一个额定值。
这种方法是人所熟知的。在这种方法所提出的电路中，PWM信号借助上述第一开关转换成通过该调节元件的电流。在第一开关的接通状态中，也象在其断开状态那样，通过该调节元件的电流被电流测量电路测量。在这个基础上，调节所需的额定电流与额定的额定值进行比较。这种公知的调节方法存在的一个问题是，电磁调节元件一般都有滞后作用。在该调节元件例如用于汽车的变速控制时，这种滞后作用所经起的调节的不精确性甚至导致不复可能进行变速器的精确的换挡过程。
本发明的目的、解决方案和优点
本发明的目的是提出一种通过电磁调节元件调节电流的方法，该方法可达到较高的调节精度。
根据本发明，就上述方法而言，这个目的是这样实现的：改变PWM信号的一个接通和断开循环的持续时间，并把一个所谓的高频振荡功以低频振荡的形式叠加到PWM信号上。
一个接通和断开循环的持续时间的改变意味着PWM信号的所谓斩波频率的改变。通过斩波频率的这种改变，可减少电磁调节元件的所谓座位振动。同样通过斩波频率的减小，可减少尤其是平均电流范围内的调节元件的滞后作用。斩波频率可选成与温度有关，所以可通过降低斩波频率来减小调节元件的摩擦滞后。总的来说，通过影响PWM信号的接通和断开循环的持续时间可明显改善本发明调节元件的电流的调节。
通过高频率振荡功能可进一步改善这种调节。特别是调节元件的活动铁心借助PWM信号的低频振荡可阻止转换到一个静摩擦状态。亦即该铁心通过高频振荡功能可继续保持在滑动摩擦的状态，并由此达到调节元件的极小的滞后。
在高频振荡功能时，如果PWM信号的每个脉冲增加或减少一个高频振荡值则是特别有利的。其中，该高频振荡值加入PWM信号的脉冲的持续时间最好等于该高频振荡值减去PWM信号脉冲的持续时间。
这样做的优点是，高频振荡功能总的来说对通过该调节元件的平均电流不产生影响。
在本发明的一个特别有利的方案中，两个持续时间得出一个总的持续时间，后者是PWM信号的接通和断开时间的多倍。
在本发明的另一个特别有利的方案中，由电流测量电路测出的、流经调节元件的电流由一个校正器从高频振荡功能中分离出来。当两个在那个高频振荡值加入或减去PWM信号的脉冲的持续时间的时间间隔内进行测量，且这两个电流值形成一个平均值时，则是特别有利的。
通过求出上述时间间隔中的两个测出的电流的平均值，保证了加入的或减去的高频振荡值刚好被抹消。根据这种方式就可实现高频振荡功能对通过调节元件的电流的调节不产生任何影响。
在本发明的一个有利方案中，流经调节元件的电流从第一开关测出的接通和断开时间点中由一个诊断装置来确定，而且该诊断装置将确定出的电流与电流测量电路测出的电流和/或与额定值进行比较。
这样就对流经调节元件的电流的本发明整个调节进行了一次冗余的检验。亦即不但可对测出的电流与额定值进行比较，而且还可附加地对从接通和断开时间点中确定的电流与测出的电流和/或与额定值进行比较。所以可更好地对短路和由于故障功能所引起的电流误差进行反应。
本发明也可用计算机程序的形式或以控制器的形式来实现。此时，计算机程序可存储在一种电子的存储介质上；而控制器则可特别包括用软件实现的本发明的那些元件。此外，控制器可具有那些用于软件与调节元件以及与相应硬件元件耦合所需的全部元件。
本发明的实施例
本发明的其他特征、使用可能性和优点可从附图所示的本发明实施例的下列说明中得知。单独的或任意组合的全部描述的或图示的特征都属于本发明的内容，而与其在各项权利要求中的总结或归纳以及与说明书中的措词或图中的表示无关。
图1表示通过一个电磁调节元件调节电流的本发明系统的一个实施例的示意方决图；
图2表示图1系统的一个调节器实施例的示意方块图；
较3表示通过电磁调节元件的电流的控制信号的示意时间图。
图1表示一个电磁调节元件10，该调节元件例如可以是一个带有一个移动布置的铁心的线圈。调节元件10例如可用于汽车的变速器控制或作为内燃机之类的喷油阀使用。
调节元件10通过第一个开关11连接到供电电压UV并通过第二个开关12接地。在调节元件10和第二开关12之间连接一个电流测量电路13和一个监控器14。一只自振荡二极管15与调节元件10和电流测量电路13并联。
在调节元件10和第一开关11的连接点上，连接了一个诊断电路16。电流测量电路13和监控器14的连接点通过一个电阻17与供电电压UV连接。
在调节器20中加入供电电压UV、一个表示环境温度TU的信号和一个表征额定值SW的信号。一个由电流测量电路13产生的信号在校正器21中进行处理，然后传送到调节器20。调节器20一方面通过一个脉冲发生器22控制第一开关11，另一方面又直接控制第二开关12。
由诊断电路16、电流测量电路13和监控器14产生的信号被加到诊断器23。此外，在诊断器23上还加有额定值SW。诊断器23根据其中的相关性可对调节器20产生影响。
在图1中，只画出了一个调节元件10。图示的系统适用于调节通过这个调节元件10的电流。但也可用多个调节元件10，在这种情况中，布置在图1两条虚线之间的那些元件也相应为多个的。亦即在这种情况中，不但有多个调节元件10，而且还有多个相应的第一开关11、电流测量电路13、自振荡二极管15和诊断电路16。
此时，多个调节元件10以相同的方式方法同时进行调节，如图1所示和已描述的那样。为此，在图1中，存在多个元件的那些连接线用粗线画出。这些连接线例如可能是总线，每个调节阀10都对应总线的一根单独导线。
两条线25之间所示的元件为硬件元件。在图1中，线25左方所示的元件最好作为软件来实现并通过一个微处理器来完成。为此，有一条计算机程序，它的程序指令适合于该微处理器来执行。该计算机程序最好存储在一个闪存内，该存储器与该微处理器一起安置在一台控制器中。在硬件元件和微处理器或控制器之间可设置接口、模/数转换器等，它们在图1中未画出。
在图2中，比较详细地画出了图1的调节器20。调节器20具有一个预调节器31、一个I(积分)部分32和一个P(比例)部分33。
供电电压UV、环境温度TU和额定值SW加入预调节器31中，预调节器31根据其中的相关性产生一个信号，该信号输入相加位置34。预调节器31的任务是，使被I部分32和P部分33补偿的误差保持尽可能小。
在相减位置35上，从额定值SW减去一个实际值IW。实际值IW在这里相当于那个由图1的校正器21产生的信号。由相减位置35求出的差加入I(积分)部分32和P(比例)部分33中。P部分33产生一个信号，该信号输入相加位置34中。
I部分32的产生可被两个开关36中断。为此，这两个开关36由一个方块37控制，额定值SW加入该方块中。
通过一连串数值在时间上的连续比较，方块37识别出额定值SW是否输出一个超过预定最大跃变的跃变。如果是这种情况，方块37断开两个开关36并中断I部分的产生。于是额定值SW的跃变单独由P部分33进行调节。I部分32中断的时间可预先规定为固定的或选择成可变的，例如根据额定值SW的跃变高度进行选择。
如果方块37未识别出跃变，则开关36保持接通，I部分32有效。然后，I部分32输入相加位置34。在这里必须再次指出，图2的调节器20和开关36最好作为软件来实现。
相加位置34产生的和S相当于由调节器20产生的并输入脉冲发生器22中的信号。
图1所示的系统用来调节通过一个或多个调节元件10的电流，其动作原理如下：
通过调节元件10的电流用第一开关11进行调节。为此，第一开关11加一个PWM信号(PWM二脉冲宽度调制)。在正常运行中，第二开关12是接通的。
在图3中，示范性地绘出了这个PWM信号与时间t的关系。PWM信号只在第一开关11接通的一个接通状态(“1”)和第一开关11接通的一个断开状态(“0”)之间的区别。在第一开关11接通时，电流从电流UV通过第一开关11。调节元件10、电流测量电路13和接通的第二开关12流向接地。在第一开关11断开时，没有这样的电流流动。所以，通过PWM信号的接通和断开时的变化可影响通过调节元件10流动的电流。
PWM信号由脉冲发生器22根据调节器20的输出信号来产生。特别是，调节器20的输出信号被脉冲发生器22转换成一个PWM信号，其接通和断开时间的比例相当于该输出信号的幅度。
PWM信号的一个接通和断开循环的持续时间TC相当于PWM信号的所谓斩波频率。调节器20和/或脉冲发生器22可改变这个持续时间TC。如果有多个调节元件10，则其持续时间TC可单独地进行改变。
为了保证属于不同调节元件10的第一开关11的接通和/或断开时间点尽可能不同时发生，单个调节元件10错开相位进行调节。通过持续时间TC的变化可这样影响这种相位关系，使脉冲沿尽可能少地相互下降。
持续时间TC和斩波频率的变化也可用来达到这样的目的，即在较大的斩波频率时，减少由于可移动的铁心的较小位移范围所引起的调节元件10的所谓座位振动。通过较小的斩波频率，特别是在平均电流范围内可减少调节元件10的滞后。斩波频率可随温度这样进行调节，在较低温度时减少斩波频率，这样就可减小调节元件10在较低温度时存在的摩擦滞后。
调节器20和/或脉冲发生器22可执行所谓的高频振动功能，这涉及通过调节元件10的电流的低频振荡叠加。这时，对已确定的PWM信号加入或减去一个可预定的高频振荡值DW。在多个调节元件10时，可独立地和可变化地执行这个高频振荡功能。
在一个单独的调节元件10时，在图3中是这样表示这种高频振荡功能的，PWM信号的单个脉冲首先延长然后缩短一个高频振荡值DW。单个脉冲延长的持续时间T1等于这些脉冲缩短的持续时间T2。从上述两个持续时间T1、T2相加得出的高频振荡功能的总的持续时间TD为斩波频率的持续时间TC的倍数。在此例中，持续时间TD持续时间TC的10倍。
通过高频振荡值DW的时间长度的变化还可补充改变高频振荡功能的范围。
用这种高频振荡功能尤其可防止被控的调节元件10的活动铁心转入静摩擦状态。亦即该铁心通过这种高频振荡功能可连续保持在滑动摩擦状态，并由此达到调节元气10的最小的滞后。
调节器20在预定的时间间隔中启动，并根据存在的调节元件10的数目进行输出。对所有的调节元件10都由调节器20向脉冲发生器22发出相应的输出信号。然后，该脉冲发生器连续产生不同调节元件10的相应PWM信号，最后用它们控制属于不同调节元件10的第一开关11。
按这种方式通过不同调节元件10流动的电流由相应的电流测量电路13进行测量。这里的电流测量电路最好是一个所谓的分流电阻。测出的电流值传送到校正器21，在该处，由调节器20或脉冲发生器22输入的高频振荡功能又被计算出来。所以实现了高频振荡功能对调节器20不产生任何影响的目的。
高频振荡功能可在校正器21中例如这样进行补偿，即从两个在持续时间T1的时间间隔中测出的电流值形成平均值。根据高频振荡功能的持续时间TD和斩波频率的持续时间TC之间的关系在上述平均值中，不再含有高频振荡功能和尤其是高频振荡值DW。
如前所述，由校正器21传递到调节器20的测出的和没有高频振荡功能的电流值是实际值IW。
测出的电流值也可由电流测量电路13传送到诊断器23。在该处，测出的电流值与额定值SW进行比较。在误差超过预定的最大值时，诊断器23或者通过调节器20进行校正或者切断通过相应调节元件10或所有的调节元件10的电流。
在一个或多个调节元件10和第二开关12之间存在的电位由监控器14进行监控并传送到诊断器23。如果这个电位是错误的，则特别存在到供电电压UV的短路，于是诊断器23通过调节器20立即断开第二开关12，所以不再有电流通过调节元件10流动。
在调节元件10和第一开关11之间存在的电位由诊断电路16进行监控并传送到诊断器23。如果这个电位是错误的，则特别存在到接地的短路，于是诊断器23通过调节器20立即断开第一开关11，所以不再有电流通过调节元件10流动。
此外，诊断电路16识别出那些第一开关11断开和接通的时间点。诊断器23可从这些测出的时间点确定相应的、通过相应调节元件10流动的电流值。这个确定的电流值与由电流测量电路13测定的电流值和/或与额定值SW进行比较。如果诊断器23确定的误差大于预定的最大值，则又是通过调节器20切断通过要应调节元件10或通过所有的调节元件10的电流。
总的来说，按这种方式可多次和冗余监控通过该调节元件10流动的电流。这也适用于存在多个调节元件10的情况。
在图1所示系统用来调节通过一个或多个调节元件10的电流的第一次运行之前，亦即尤其是在该系统的启动过程中，第二个开关12仍然处于断开状态，所以没有电流通过调节元件10。因此，可以不确定调节元件10和第二个开关12之间的电位。
但可用电阻17来确定这个电位。电阻17只存在一次并具有一个较早的大的电阻值。根据电阻17，在调节元件10和第二个开关12之间的电位可通过监控器14进行确定并由此确定到供电电压UV或到接地的短路。
不同于图1的另一方案是，可将PWM信号加到第二开关，而第一开关在正常运行中则保持连续接通。在这种情况中，诊断电路对应第二个开关，而监控器则对应第一个开关。但可变的斩波频率和高频振荡功能可按相同的方式使用，如结合图1所述的那样。
Claims (11)
1.通过一个电磁调节元件(10)调节电流的方法，其中，调节元件(10)、第一个开关(11)和一个电流测量电路(13)形成一个串联电路，一只自振荡二极管(15)与调节元件(10)并联，第一个开关(11)通过一个调节器(20)和一个脉冲发生器(22)用一个PWM信号(PWM＝脉冲宽度调制)这样进行接通和断开，把由电流测量电路(13)测出的、通过该调节元件(10)流动的电流调节到一个额定值(SW)，其特征为：PWM信号的一个接通和断开循环的持续时间(TC)是可改变的；一个所谓的高频振荡功能以低频振荡的形式叠加到PWM信号上。
2.按权利要求1的方法，其特征为，在高频振荡功能的情况下，PWM信号的第一个脉冲都加入或减去一个高频振荡值(DW)。
3.按权利要求2的方法，其特征为，高频振荡值(DW)加入PWM号的脉冲的持续时间(T1)等于高频振荡值(DW)减去这些信号的持续时间(T2)。
4.按权利要求3的方法，其特征为，从这两个持续时间(T1、T2)得出一个总的持续时间(TD)，这个总的持续时间是PWM信号的一个接通和断开循环的持续时间(TC)的倍数。
5.按前述权利要求任一项的方法，其特征为，由电流测量电路(13)测出的、通过调节元件(10)流动的电流由一个校正器(21)从高频振荡功能中分离出来。
6.按权利要求5和4的方法，其特征为，两个电流值在那个把高频振荡值(DW)加入或减去PWM信号的脉冲的持续时间(T1)的时间间隔中进行测量，这两个测出的电流值形成一个平均值。
7.按前述权利要求任一项的方法，其特征为，一个诊断器(23)从第一个开关(11)的测定的接通和断开时间点中确定通过调节元件(10)的电流，而且诊断器(23)把这个确定的电流与由电流测量电路(13)测出的电流和/或与额定值(SW)进行比较。
8.具有程序指令的计算机程序，这些程序指令适用于当在一台计算机尤其是一台微处理机上执行时能实施前述权利要求任一项的方法。
9.按权利要求8的计算机程序，其特征为，该程序存储在一种电子的存储介质上，特别是存储在一个闪存上。
10.通过电磁调节元件(10)调节电流的控制器，其中，调节元件(10)、第一个开关(11)和一个电流测量电路(13)形成一个串联电路，一只自振荡二极管(15)与调节元件(10)并联，该控制器具有一个调节器(20)和一个脉冲发生器(22)，其中，第一开关(11)用一个PWM信号(PWM＝脉冲宽度调制)这样进行接通和断开，把由电流测量电路(13)测出的、通过该调节元件(10)流动的电流调节到一个额定值(SW)，其特征为，该控制器适用于改变PWM信号的一个接通和断开循环的持续时间(TC)并把一个所谓的高频振荡功能以低频率振荡的形式叠加到PWM信号上。
11.按权利要求10的控制器，其特征为，该控制器用于汽车上，特别是汽车的变速器控制。
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