DE102007003771B4 - Adaptive control device for an actuating device, in particular a clutch or a transmission - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur adaptiven Steuerung einer Betätigungseinrichtung, insbesondere einer Kupplung oder eines Getriebes für Kraftfahrzeuge, die einen Gleichstrom-Elektromotor (14), der über eine H-Brückenschaltung (16) mit Energie gespeist wird, wenigstens einen Geber, der die Position eines durch die Betätigungseinrichtung verstellbaren Organs erfasst, eine Schaltung (32) zur Positionsregelung dieses Organs sowie eine mit der Positionsregelungsschaltung (32) in Kaskade geschaltete Stromschleifen-Regelungsschaltung (34) umfasst, wobei die Stromschleifen-Regelungsschaltung (34) einen Vergleicher (54) enthält, der ein durch die Positionsregelungsschaltung (32) geliefertes Signal (52) für den Stromsollwert und ein Signal (24) für den im Motor fließenden Strom empfängt und der ein Stromabweichungssignal (58) erzeugt,dadurch gekennzeichnet, dassdas Stromabweichungssignal (58) an eine Pl-Korrekturschaltung (60) mit Antisättigung angelegt wird, die ein an die H-Brückenschaltung (16) angelegtes Tastverhältnissignal (62) liefert, um die Speisespannung des Elektromotors (14) zu bestimmen,wobei die Korrekturschaltung (60) der Stromschleife eine Parallelschaltung eines Verstärkers (64) mit Verstärkungsfaktor Kp und eines Integrators (66), dessen Ausgang mit einem Verstärker (68) mit Verstärkungsfaktor 1/Ti verbunden ist, umfasst,wobei die Ausgänge dieser beiden Verstärker (64, 68) durch einen Addierer (70) mit einer Sättigungsschaltung (72) verbunden sind, die das an die H-Brückenschaltung (16) angelegte Tastverhältnissignal (62) liefert,und wobei ein Vergleicher (74) das Ausgangssignal des Addierers (70) und das Ausgangssignal (62) der Sättigungsschaltung (72) empfängt und ein Signal (76) erzeugt, das über einen Verstärker (78) an den Eingang eines anderen Vergleichers (80) angelegt wird, der am Eingang des Integrators (66) geschaltet ist, um die Integration zu reduzieren, wenn das Ausgangssignal des Addierers (70) größer als durch die Sättigungsschaltung (72) festgelegte Grenzwerte ist.Device for the adaptive control of an actuating device, in particular a clutch or a transmission for motor vehicles, which has a direct-current electric motor (14) which is supplied with energy via an H-bridge circuit (16), at least one transmitter which records the position of a of an adjustable member, a circuit (32) for controlling the position of this member and a current loop control circuit (34) connected in cascade with the position control circuit (32), the current loop control circuit (34) including a comparator (54) having a the position control circuit (32) receives a signal (52) for the current setpoint and a signal (24) for the current flowing in the motor and which generates a current error signal (58), characterized in that the current error signal (58) is fed to a PI correction circuit (60 ) is applied with antisaturation, which is applied to the H-bridge circuit (16) Tas t ratio signal (62) to determine the supply voltage of the electric motor (14), the correction circuit (60) of the current loop comprising a parallel connection of an amplifier (64) with gain Kp and an integrator (66) whose output is connected to an amplifier (68) with amplification factor 1/Ti, the outputs of these two amplifiers (64, 68) being connected through an adder (70) to a saturation circuit (72) which uses the duty cycle signal (62 ) and wherein a comparator (74) receives the output of the adder (70) and the output (62) of the saturation circuit (72) and generates a signal (76) which is applied via an amplifier (78) to the input of another comparator (80) connected to the input of the integrator (66) to reduce the integration when the output of the adder (70) is greater than the limit set by the saturation circuit (72). e is.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur adaptiven Steuerung einer Betätigungseinrichtung, insbesondere zu einer Kupplung oder einem Getriebes für Kraftfahrzeuge, wobei diese Vorrichtung einen Gleichstrom-Elektromotor, dessen Energieversorgung über eine durch einen Mikroprozessor gesteuerte H-Brückenschaltung erfolgt, wenigstens einen Geber, der die Position eines durch die Betätigungseinrichtung verstellten Organs erfasst, eine Schaltung zur Positionsregelung dieses Organs und eine mit der Positionsregelungsschaltung in Kaskade bzw. in Reihe geschaltete Stromschleifen-Regelungsschaltung umfasst.The invention relates to a device for the adaptive control of an actuating device, in particular for a clutch or a transmission for motor vehicles, with this device having a DC electric motor whose energy supply takes place via an H-bridge circuit controlled by a microprocessor, at least one sensor which records the position of a of the member moved by the actuator, a circuit for controlling the position of this member and a current loop control circuit connected in cascade or series with the position control circuit.
Aus der WO 2004/ 102 022 A1 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Betätigungseinrichtung bekannt, die auf der Identifizierung der Parameter der elektromechanischen Gleichungen des Elektromotors der Betätigungseinrichtung basiert.From WO 2004/102 022 A1 a device for controlling an actuating device is known, which is based on the identification of the parameters of the electromechanical equations of the electric motor of the actuating device.
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Merkmale dieser Vorrichtung zu bestimmen, wenn die Stromversorgung des Elektromotors über eine H-Brückenschaltung erfolgt, im Hinblick auf eine Vereinfachung der Funktion des Korrektors der Positionsregelungsschaltung, wobei der Einfluss der Speisespannung und des elektrischen Widerstands des Motors der Betätigungseinrichtung minimiert werden soll.The object of the present invention is to determine the characteristics of this device when the electric motor is powered through an H-bridge circuit, with a view to simplifying the function of the corrector of the position control circuit, taking into account the influence of the supply voltage and electrical resistance of the motor of the actuating device should be minimized.
Herkömmlicherweise umfassen die elektromechanischen Vorrichtungen zur Steuerung einer Kupplung oder eines Getriebes im allgemeinen wenigstens einen Elektromotor, häufig in der Ausführung als Gleichstrommotor, ein Leistungsmodul zur Stromversorgung dieses Elektromotors, einen Positionsgeber für ein Ausgangsorgan der Betätigungseinrichtung und eine digitale Rechenschaltung für die Positionsregelung, die dazu bestimmt ist, die ideale Spannung zu berechnen, die an den Motor anzulegen ist, um eine gegebene Position in einer bestimmten Zeit und mit einer vorgegebenen Präzision zu erreichen.Conventionally, the electromechanical devices for controlling a clutch or a gearbox generally comprise at least one electric motor, often of the DC motor type, a power module for the power supply of this electric motor, a position sensor for an output member of the actuator and a digital calculation circuit for the position control intended for this purpose is to calculate the ideal voltage to be applied to the motor in order to reach a given position in a given time and with a given precision.
Die in diesen Vorrichtungen verwendeten Gleichstrom-Elektromotoren haben in der Regel einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand, um die dynamischen Leistungen der Betätigungseinrichtungen zu gewährleisten, vor allem wenn die Betriebstemperatur hoch ausfällt. Diese Elektromotoren umfassen Permanentmagneten, die entmagnetisiert werden können, wenn der Strom, mit dem der Motor gespeist wird, zu stark ist. Darüber hinaus kann ein zu starker Strom auch ein Störungsrisiko für andere an das elektrische Leistungsnetz des Fahrzeugs angeschlossene Anlagen verursachen. Das hat wiederum zur Folge, dass diese Motoren nicht durch das Anlegen einer maximalen elektrischen Spannung gestartet werden können und dass der Anlaufstrom insbesondere dadurch begrenzt wird, dass eine mit der Positionsregelungsschaltung in Reihe geschaltete Stromschleifen-Regelungsschaltung zum Einsatz kommt.The DC electric motors used in these devices usually have a very low electrical resistance to ensure the dynamic performance of the actuators, especially when the operating temperature is high. These electric motors include permanent magnets that can become demagnetized if the current fed to the motor is too high. In addition, excessive current can also cause a risk of interference for other systems connected to the vehicle's electrical power network. This in turn has the consequence that these motors cannot be started by applying a maximum electrical voltage and that the starting current is limited in particular by using a current loop control circuit connected in series with the position control circuit.
Die Positionsregelungsschaltung berechnet dann einen Stromsollwert, der bei Werten ohne Risiko für den Elektromotor der Betätigungseinrichtung gesättigt werden kann.The position control circuit then calculates a current setpoint which can be saturated at values without risk to the actuator's electric motor.
Es ist jedoch ziemlich schwierig, die Betriebsparameter dieser Regelungsschaltungen einzustellen, aufgrund der Tatsache, dass bestimmte Parameter des Elektromotors der Betätigungseinrichtung, wie sein elektrischer Widerstand und die Konstante der gegenelektromotorischen Kraft (die proportional zur Drehmomentkonstante ist), in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen und vor allem von der Temperatur in erheblichem Maße variieren können. Dadurch wird verhindert, dass den Betriebsparametern der Regelungsschaltungen nominale oder arbiträre Werte zugeordnet werden.However, it is quite difficult to set the operating parameters of these control circuits, due to the fact that certain parameters of the actuator's electric motor, such as its electrical resistance and the constant of the back electromotive force (which is proportional to the torque constant), depending on the operating conditions and, above all can vary significantly with temperature. This prevents nominal or arbitrary values from being assigned to the operating parameters of the control circuits.
Die vorliegende Erfindung beruht auf einer in Echtzeit erfolgenden durchgehenden Bestimmung der Parameter des Elektromotors der Betätigungseinrichtung in einer Weise, die eine korrekte Einstellung der Betriebsparameter der Regelungsschaltungen und den Wegfall der Einflüsse ermöglicht, durch die die Leistungen der Steuerungsvorrichtung beeinträchtigt werden könnten und die durch die Veränderungen der Betriebsbedingungen sowie durch die Schwankungen bedingt wären, die sich bei der Herstellung der Bauteile der Steuerungsvorrichtung ergeben.The present invention is based on a continuous determination, in real time, of the parameters of the electric motor of the actuator, in a way that allows the correct adjustment of the operating parameters of the control circuits and eliminates the influences that could affect the performance of the control device and which are caused by the modifications of the operating conditions as well as the variations that result from the manufacture of the components of the control device.
Dazu schlägt sie eine Vorrichtung zur adaptiven Steuerung einer Betätigungseinrichtung, insbesondere einer Kupplung oder eines Getriebes für Kraftfahrzeuge, vor, die einen Gleichstrom-Elektromotor, der über eine H-Brückenschaltung gespeist wird, wenigstens einen Geber, der die Position eines durch die Betätigungseinrichtung verstellten Organs erfasst, eine Schaltung zur Positionsregelung dieses Organs und eine mit der Positionsregelungsschaltung in Reihe geschaltete Stromschleifen-Regelungsschaltung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschleifen-Regelungsschaltung einen Vergleicher enthält, der ein durch die Positionsregelungsschaltung geliefertes Stromsollwertsignal und ein Signal für den im Motor fließenden Strom empfängt und der ein Abweichungssignal erzeugt, das an eine Pl-Korrekturschaltung mit Antisättigung angelegt wird, die ein an die H-Brückenschaltung angelegtes Tastverhältnissignal liefert, um die Speisespannung des Elektromotors zu bestimmen, wobei die Korrekturschaltung der Stromschleife einen Integrator umfasst, der in Reihe an einen Verstärker mit Verstärkungsfaktor 1/Ti angeschlossen ist, die parallel an einem Verstärker mit Verstärkungsfaktor Kp geschaltet und durch einen Addierer mit einer Sättigungsschaltung verbunden sind, die ein an die H-Brückenschaltung angelegtes Tastverhältnissignal liefert, und einen Vergleicher, der das Ausgangssignal des Addierers und das Ausgangssignal der Sättigungsschaltung empfängt und ein Signal erzeugt, das an den Eingang eines anderen Vergleichers angelegt wird, der an den Eingang des Integrators geschaltet ist, um die Integration zu reduzieren, wenn das Ausgangssignal des Addierers größer als die durch die Sättigungsschaltung festgelegten Grenzwerte ist..To this end, it proposes a device for the adaptive control of an actuating device, in particular a clutch or a transmission for motor vehicles, which has a direct-current electric motor fed via an H-bridge circuit, at least one sensor which transmits the position of an element adjusted by the actuating device detected, a circuit for position control ment of this member and a current loop control circuit connected in series with the position control circuit, characterized in that the current loop control circuit comprises a comparator which receives a current reference signal provided by the position control circuit and a signal for the current flowing in the motor and which generates an error signal applied to a PI correction circuit with antisaturation providing a duty cycle signal applied to the H-bridge circuit to determine the supply voltage of the electric motor, the current loop correction circuit comprising an integrator connected in series to an amplifier with a gain of 1/ Ti connected in parallel to an amplifier of gain Kp and connected through an adder to a saturation circuit providing a duty cycle signal applied to the H-bridge circuit and a comparator providing the output ssignal of the adder and the output of the saturation circuit and generates a signal which is applied to the input of another comparator which is connected to the input of the integrator to reduce the integration when the output of the adder is greater than that through the saturation circuit set limits is..
Diese Vorrichtung ermöglicht die automatische Anlaufregelung des Elektromotors und seine Stromversorgung mit einer maximalen elektrischen Spannung, um die maximale Drehzahl des Motors zu erzielen, bei gleichzeitigem Schutz des Motors vor einem zu hohen Strom und mit Sicherstellung der Stabilität des durch den Korrektor der Stromschleifen-Regelungsschaltung korrigierten Systems.This device allows the automatic start-up control of the electric motor and its power supply with a maximum electric voltage in order to obtain the maximum speed of the motor, while protecting the motor from excessive current and ensuring the stability of the current corrected by the corrector of the current loop control circuit systems.
Die Aufgabe der Stromschleife besteht darin, dafür zu sorgen, dass das vom Motor zu leistende elektromagnetische Moment durch Anlegen der idealen Spannung an die Klemmen des Motors mit vorgegebenen dynamischen Leistungen nach Ansprechzeit, Überschreitung und statischer Abweichung geliefert wird, und die Auswirkungen der Schwankungen beim elektrischen Widerstand des Motors sowie die Einflüsse der Temperatur und der Speisespannung auszugleichen.The task of the current loop is to ensure that the electromagnetic torque to be supplied by the motor is supplied by applying the ideal voltage to the terminals of the motor with predetermined dynamic performances according to response time, overshoot and static deviation, and the effects of fluctuations in the electrical Compensate for the resistance of the motor and the influences of temperature and supply voltage.
Die Begrenzung der Integration, wenn das Ausgangssignal des Addierers größer als die durch die Sättigungsschaltung festgelegten Grenzwerte ausfällt, ermöglicht es, ein Durchgehen des Integrators zu verhindern, das die Stromschleife instabil machen würde.Limiting the integration when the adder output is greater than the limits set by the saturation circuit makes it possible to avoid integrator runaway, which would make the current loop unstable.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Positionsregelungsschaltung einen Filter, der eingangsseitig ein Positionssollwert-Signal empfängt und ein gefiltertes und verstärkungsangepasstes Positionssollwert-Signal erzeugt, das an einen Vergleicher angelegt wird, der außerdem ein Positionssignal für die Betätigungseinrichtung empfängt, das über einen Zustandsrekonstruktionsfilter auf die Positionsmessung angewendet wird, und eine Positionskorrekturschaltung mit einem Antisättigungsmechanismus, der das Ausgangssignal des Vergleichers empfängt und ein Begrenztstrom-Sollwertsignal erzeugt, das an den Eingang des Vergleichers der Stromschleifen-Regelungsschaltung angelegt wird.According to one embodiment of the invention, the position control circuit comprises a filter which receives a position setpoint signal as an input and generates a filtered and gain-adjusted position setpoint signal which is applied to a comparator which also receives a position signal for the actuator which is applied via a state reconstruction filter to the position measurement is applied, and a position correction circuit with an anti-saturation mechanism which receives the output of the comparator and generates a limited current command signal which is applied to the input of the comparator of the current loop control circuit.
Die Filterung und die Verstärkungsanpassung des Positionssollwert-Signals ermöglichen eine Beschränkung der mechanischen Beanspruchungen der Betätigungseinrichtung durch eine Reduzierung der abrupten Sollwertänderungen. Der gefilterte und verstärkungsangepasste Sollwert wird mit einem Positionsmesswert verglichen, um ein Abweichungssignal zu erstellen, wobei der Positionsmesswert ausgehend von dem Ausgangssignal eines zur Betätigungseinrichtung gehörenden Positionsgebers rekonstruiert und verstärkungsangepasst wird.The filtering and the adjustment of the gain of the position reference signal make it possible to limit the mechanical stresses on the actuating device by reducing the abrupt changes in the reference value. The filtered and gain adjusted set point is compared to a position reading to produce an error signal, the position reading being reconstructed and gain adjusted from the output of a position transducer associated with the actuator.
Dieses Abweichungssignal wird durch den Korrektor korrigiert, der ein Stromsollwertsignal für einen zum Schutz des Motors zwischen zwei positiven und negativen Werten begrenzten Strom erstellt. Dieser Korrektor umfasst wenigstens einen Integratorzustand, der die Aufhebung der statischen Abweichung zwischen dem vorgefilterten und verstärkungsangepassten Positionssollwert und dem Positionsmesswert ermöglicht, und Antisättigungsmittel für diesen Integratorzustand, wenn der gewünschte Stromsollwert jenseits der Beschränkungsgrenzen für den angewendeten Stromsollwert liegt.This deviation signal is corrected by the corrector, which creates a current reference signal for a current limited between two positive and negative values to protect the motor. This corrector comprises at least one integrator state allowing the cancellation of the static error between the pre-filtered and gain-adjusted position command and the measured position value, and anti-saturation means for this integrator state when the desired current command is beyond the constraint limits for the applied current command.
Dieser Stromsollwert bildet, bis auf einen Parameter, eine Abbildung des elektromagnetischen Moments, das der Motor liefern soll, und er ermöglicht es, die Beschleunigung des Elektromotors zu kontrollieren.This current reference represents, except for one parameter, an image of the electromagnetic torque that the motor has to deliver and it makes it possible to control the acceleration of the electric motor.
Die Positionsregelungsschaltung ermöglicht es, in Echtzeit die Schwankungen bei der Drehmomentkonstante des Elektromotors sowie die Einflüsse der Temperatur auf diese Drehmomentkonstante auszugleichen, um die gewünschten dynamischen Leistungen in Bezug auf Überschreitung, statische Abweichung und Ansprechzeit zu erzielen.The position control circuit makes it possible to compensate in real time the variations in the torque constant of the electric motor as well as the effects of temperature on this torque constant, in order to obtain the desired dynamic performances in terms of overshoot, static drift and response time.
Es kann vorgesehen sein, dass diese Vorrichtung Mittel zur Berechnung und zur Anpassung der Verstärkungsfaktoren Ti und Kp der Verstärker der Korrekturschaltung der Stromschleife umfasst, damit das korrigierte System im Niederfrequenz- und Hochfrequenzbetrieb unempfindlich gegenüber den Veränderungen des Widerstands des Motors und der Speisespannung des Systems ist.This device can be provided with means for calculating and adjusting the gains Ti and Kp of the amplifiers of the current loop correction circuit so that the corrected system is insensitive to low-frequency and high-frequency operation the changes in the resistance of the motor and the supply voltage of the system.
Die Mittel zur Berechnung dieser Verstärkungsfaktoren umfassen Mittel zur Berechnung der Drehzahl des Motors ausgehend von der gemessenen Position der Betätigungseinrichtung, zur Berechnung und Filterung der mittleren Speisespannung des Motors durch Multiplikation des Tastverhältnisses und der Speisespannung der H-Brückenschaltung und zur Filterung des durch den Motor fließenden Stroms, wobei die Filterungen es ermöglichen, eine gleiche Phasenverzögerung an den verschiedenen verarbeiteten Signalen zu erhalten, um die Kausalität der Signale untereinander sicherzustellen, sowie Mittel zur Berechnung der elektrischen Widerstände und der Konstante der gegenelektromotorischen Kraft des Motors bei einer gemessenen Umgebungstemperatur ausgehend von den gefilterten Werten des Motorstroms, der Motordrehzahl und der an den Motor angelegten Spannung.The means for calculating these gains include means for calculating the speed of the motor from the measured position of the actuator, for calculating and filtering the mean supply voltage of the motor by multiplying the duty cycle and the supply voltage of the H-bridge circuit and for filtering the voltage flowing through the motor current, the filtering operations making it possible to obtain the same phase delay on the various processed signals, in order to ensure the causality of the signals with one another, and means for calculating the electrical resistances and the constant of the back electromotive force of the motor at a measured ambient temperature from the filtered ones Values of motor current, motor speed and voltage applied to the motor.
Der elektrische Widerstand des Motors und seine Konstante der gegenelektromotorischen Kraft werden nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate berechnet, und die berechneten Werte werden auf Mittel zur Berechnung von Mittelwerten angewendet, mit Anfangswerten, die zuvor abgespeichert und/oder durch Lernen bei einer Erstinbetriebnahme der Vorrichtung bestimmt worden sind.The electrical resistance of the motor and its back electromotive force constant are calculated by the least squares method and the calculated values are applied to means for calculating mean values, with initial values previously stored and/or determined by learning when the device is first commissioned have been.
Außerdem umfasst die Vorrichtung Mittel zur Berechnung der Werte der Verstärkungsfaktoren Ti und Kp der Korrekturschaltung der Stromschleife ausgehend von den Mittelwerten des Widerstands und der Konstante der gegenelektromotorischen Kraft des Motors, vom gemessenen Wert der Speisespannung der H-Brückenschaltung und von den Nennwerten dieses Widerstands und dieser Spannung.In addition, the device includes means for calculating the values of the gain factors Ti and Kp of the correction circuit of the current loop, starting from the average values of the resistance and the constant of the back electromotive force of the motor, from the measured value of the supply voltage of the H-bridge circuit and from the nominal values of this resistance and these Tension.
Zudem umfasst die Vorrichtung vorteilhafterweise Mittel, um den Betrieb dieser Mittel zur Berechnung der Werte der Verstärkungsfaktoren nur dann zu freizugeben, wenn sich die H-Brückenschaltung im Ruhezustand befindet und wenn die Betätigungseinrichtung nicht angesteuert wird.In addition, the device advantageously includes means for enabling the operation of these means for calculating the values of the gains only when the H-bridge circuit is at rest and when the actuator is not being controlled.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst diese Vorrichtung ferner Mittel für den reduzierten Betrieb, wenn der Messwert des Stroms im Motor nicht verfügbar ist, beispielsweise bei einem Ausfall des entsprechenden Gebers, wobei diese Mittel Mittel zur Inaktivierung der Korrekturschaltung der Stromschleife und Mittel zur Aktivierung von Mitteln zur Berechnung des Tastverhältnisses für die Steuerung der H-Brückenschaltung ausgehend vom Stromsollwertsignal, vom Messwert der Speisespannung der H-Brückenschaltung und vom berechneten Wert des elektrischen Widerstands des Motors umfassen.According to an embodiment of the invention, this device also comprises means for reduced operation when the measured value of the current in the motor is not available, for example in the event of a failure of the corresponding sensor, these means including means for disabling the correction circuit of the current loop and means for activating means for calculating the duty cycle for the control of the H-bridge circuit based on the current command signal, the measured value of the supply voltage of the H-bridge circuit and the calculated value of the electrical resistance of the motor.
Um die dynamischen Leistungen der Betätigungseinrichtung aufrechtzuerhalten, wenn der Messwert des Stroms im Motor nicht verfügbar ist, kann die Vorrichtung als Variante Mittel zur Berechnung einer Information über den Motorstrom ausgehend vom Messwert der Speisespannung der H-Brückenschaltung, von den berechneten Werten des Widerstands und der Konstante der gegenelektromotorischen Kraft des Motors, vom Messwert für die Position der Betätigungseinrichtung und vom Wert des Tastverhältnisses der Ansteuerung der H-Brückenschaltung umfassen.In order to maintain the dynamic performance of the actuator when the measured value of the current in the motor is not available, the device can, as a variant, include means for calculating information on the motor current from the measured value of the supply voltage of the H-bridge circuit, the calculated values of the resistance and the constant of the back electromotive force of the motor, from the measured value for the position of the actuator and from the value of the duty cycle of the control of the H-bridge circuit.
Wenn es sich bei der Betätigungseinrichtung um eine Kupplungsbetätigungseinrichtung mit Beanspruchungsausgleich und einstellbarer Vorspannung handelt, umfasst die Vorrichtung vorteilhafterweise Mittel zur Anpassung der Ausgleichbeanspruchung an den Verschleiß der Kupplung, damit die für den Motor der Betätigungseinrichtung sich ergebende Beanspruchung beim Öffnen und Schließen der Kupplung in etwa gleich ausfällt.If the actuator is a clutch actuator with stress compensation and adjustable preload, the device advantageously includes means for adapting the compensation stress to the wear of the clutch, so that the resulting stress on the motor of the actuator when opening and closing the clutch is approximately the same fails.
Diese Mittel zur Anpassung der Ausgleichbeanspruchung umfassen Mittel zur Schätzung des Augenblickwerts der Motorlast ausgehend von der gemessenen Position der Betätigungseinrichtung, der Konstante der gegenelektromotorischen Kraft und vom Messwert des Motorstroms und der dynamischen Kraft des Motors, die ausgehend von seiner Beschleunigung und seiner Trägheit berechnet wird, Mittel zur Bestimmung der Belastungstendenz in Abhängigkeit von der Position der Betätigungseinrichtung zu jeder der beiden Bewegungsrichtungen der Betätigungseinrichtung, Mittel zur Berechnung der Aus- und Einkuppelenergien ausgehend von diesen Tendenzen und Entscheidungsmittel zur Änderung der Vorspannung des Ausgleichs in Abhängigkeit von einer Abweichungsschwelle zwischen diesen Energien, Mittel zur Berechnung der Anzahl der auszuführenden Nachstellvorgänge in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen den Aus- und Einkuppelenergien, Mittel zur Bestimmung des Ungleichgewichts zwischen dem Beanspruchungsausgleich und der auszuführenden Vorspannungskorrektur sowie Mittel zur Bestimmung des Sollwertsignals für die Position der Betätigungseinrichtung und zur Ausführung der vorbestimmten Anzahl von Nachstellkorrekturvorgängen bei der Deaktivierung des Systems zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtung. Die Vorgänge zur Änderung der Ausgleichsvorspannung erfolgen auf einem Teilbereich des Verstellwegs, in dem die Bewegung der Betätigungseinrichtung der Kupplung keine Bewegung der Kupplung zur Folge hat.These means for adapting the compensating stress include means for estimating the instantaneous value of the engine load from the measured position of the actuator, the constant of the back electromotive force and the measured value of the motor current and the dynamic force of the motor calculated from its acceleration and its inertia, Means for determining the load trend as a function of the position of the actuator for each of the two directions of movement of the actuator, means for calculating the disengagement and engagement energies from these tendencies and means for deciding to change the preload of the balancer as a function of a deviation threshold between these energies, means for calculating the number of adjustment operations to be carried out as a function of the deviation between the disengagement and engagement energies, means for determining the imbalance between the stress compensation and the preload correction to be performed, and means for determining the command position signal for the actuator and for performing the predetermined number of adjustment correction operations upon deactivation of the actuator control system. The processes for changing the compensating preload take place in a partial area of the adjustment path in which the movement of the actuating device of the clutch does not result in any movement of the clutch.
Dieses Verfahren, das auf der Berechnung von Tendenzen und der daraus resultierenden Energien beruht, hat den Vorteil, dass es zu ausgezeichneten Ergebnissen auch bei Vorhandensein von verrauschten Signalen führt, wie dies bei der Ableitung der Drehzahl des Elektromotors der Fall sein kann.This method, based on the calculation of tendencies and the resulting energies, has the advantage of giving excellent results even in the presence of noisy signals, as can be the case when deriving the speed of the electric motor.
Im Übrigen ermöglicht die Schätzung der Konstante der gegenelektromotorischen Kraft und des Widerstands des Motors in Echtzeit den Zugriff auf Informationen zur Temperatur der Wicklung und zur Temperatur der Magnete des Motors. Diese Informationen sind interessant, um eine anormale Benutzung des Motors der Betätigungseinrichtung zu erfassen und beispielsweise einen weniger häufigen Wechsel des Übersetzungsverhältnisses im Getriebe vorzusehen, um die Erhitzung des Motors der Betätigungseinrichtung zu verlangsamen.Furthermore, estimating the constant of the back electromotive force and the resistance of the motor in real time allows access to information on the temperature of the winding and the temperature of the motor magnets. This information is useful for detecting abnormal use of the actuator motor and, for example, providing for less frequent gear ratio changes in the gearbox in order to slow down the overheating of the actuator motor.
Dazu umfasst die Vorrichtung Mittel zur Berechnung der Temperaturen von Wicklung und Magneten des Motors ausgehend von den anfänglichen und aktuellen Werten des Widerstands des Motors und der Konstante der gegenelektromotorischen Kraft, deren Entwicklungsverläufe in Abhängigkeit von der Temperatur jeweils bekannt sind, Mittel zur Überwachung der Veränderungen der berechneten Temperaturen von Wicklung und Magneten und Mittel zur Verringerung der Betätigungszeiten und/oder der Betätigungsanzahl des Motors der Betätigungseinrichtung, wenn vorbestimmte Grenzwerte dieser Temperaturen oder ihrer Veränderungsgrade erreicht sind.To do this, the device includes means for calculating the temperatures of the winding and magnets of the motor, starting from the initial and current values of the resistance of the motor and the constant of the back electromotive force, the trends of which are known in each case as a function of the temperature, means for monitoring the variations in the calculated winding and magnet temperatures and means for reducing the actuation times and/or the number of actuations of the motor of the actuator when predetermined limits of these temperatures or their degrees of variation are reached.
Außerdem sieht die Erfindung den Fall vor, dass die Information über die Position der Betätigungseinrichtung nicht verfügbar ist, beispielsweise aufgrund eines Ausfalls des entsprechenden Gebers, und sie schlägt eine reduzierte Betriebsart der Betätigungseinrichtung vor, indem in der Positionsregelungsschaltung die gemessene Position durch eine ausgehend von dem im Motor fließenden Strom neuberechnete Position ersetzt wird.In addition, the invention provides for the case in which the information on the position of the actuator is not available, for example due to a failure of the corresponding sensor, and it proposes a reduced operating mode of the actuator by replacing the measured position in the position control circuit with a starting from the current flowing in the motor is replaced by the recalculated position.
Dazu umfasst die Vorrichtung Mittel zur Berechnung einer Position der Betätigungseinrichtung bei Nichtvorliegen eines entsprechenden Signals durch Berechnung der elektromotorischen Kraft und der Belastung des Motors ausgehend vom Messwert des Motorstroms, vom berechneten Wert der Konstante der gegenelektromotorischen Kraft und der Steigung und der Ordinate im Nullpunkt der vorgenannten Tendenz der Belastung, anschließend durch Berechnung der Bewegungsgröße und durch zwei aufeinanderfolgende Integrationen, die berechnete Werte der Drehzahl des Motors und der Position der Betätigungseinrichtung liefern, die wieder an den Eingang der Mittel zur Berechnung der Belastung des Motors angelegt werden.To do this, the device includes means for calculating a position of the actuator in the absence of a corresponding signal by calculating the electromotive force and the load on the motor from the measured value of the motor current, the calculated value of the counter electromotive force constant and the slope and ordinate at the zero point of the aforementioned Tendency of the load, then by calculation of the magnitude of the movement and by two successive integrations providing calculated values of the speed of the engine and the position of the actuator, which are again applied to the input of the means for calculating the load on the engine.
Es können ferner Mittel zur Begrenzung der Motorbeanspruchung vorgesehen sein. Obwohl die Positionsregelungsschaltung einen Stromsollwert berechnet, der bei Werten gesättigt ist, die so bemessen sind, dass sich der Motor nicht entmagnetisieren kann, kann das elektromagnetische Moment, das sich aus dem Stromgrenzwert, multipliziert mit der Drehmomentkonstante, ergibt, größer als der Wert ausfallen, den die Betätigungseinrichtung oder das durch die Betätigungseinrichtung angesteuerte System hinnehmen kann.Means for limiting engine stress may also be provided. Although the position control circuit calculates a current command that saturates at values sized so that the motor cannot demagnetize, the electromagnetic torque resulting from the current limit multiplied by the torque constant can be greater than the value which the actuating device or the system controlled by the actuating device can accept.
Da die Konstante der gegenelektromotorischen Kraft bekannt ist und daraus die Drehmomentkonstante in Echtzeit abgeleitet werden kann, können in Echtzeit veränderte Stromgrenzwerte, die in den Stromgrenzwerten zum Schutz des Motors gegen Entmagnetisierung enthalten sind, ausgehend von einer Information über das anzulegende maximale elektromagnetische Moment bestimmt werden, das durch die geschätzte Drehmomentkonstante des Motors dividiert wird.Since the counter-electromotive force constant is known and the torque constant can be derived from it in real time, real-time modified current limits included in the current limits for protecting the motor against demagnetization can be determined based on information about the maximum electromagnetic torque to be applied, which is divided by the estimated motor torque constant.
Die Steuerungsvorrichtung ist bei einem Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung, mit oder ohne Magnete, bei einem Synchronoder Asynchronmotor anwendbar.The control device can be used with a DC motor with electronic switching, with or without magnets, with a synchronous or asynchronous motor.
Bei der Betätigungseinrichtung kann es sich um eine Betätigungseinrichtung für eine Kupplung, ein Getriebe oder einen Fensterheber, ein Wischsystem, ein Schiebedach, eine Sitzverstellung oder eine Vorrichtung zum automatischen Abstellen oder Wiederanlassen des Verbrennungsmotors des stehenden Fahrzeugs des unter der Bezeichnung „Stop and Go“ bekannten Typs handeln.The control device can be a control device for a clutch, a transmission or a window regulator, a wiper system, a sunroof, a seat adjustment or a device for automatically switching off or restarting the internal combustion engine of the stationary vehicle of the type known as "stop and go". type.
Das Verständnis der Erfindung sowie weiterer Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung erleichtert, die als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angeführt wird. Darin zeigen im einzelnen:
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1 eine schematische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; - -
2a eine schematische Darstellung eines ersten Typs des Steuersignals der H-Brückenschaltung; - -
2b eine schematische Darstellung der Zustände der Schalter der H-Brückenschaltung; - -
3a eine schematische Darstellung eines anderen Typs von Steuersignalen der H-Brückenschaltung; - -
3b die entsprechenden Zustände der Schalter der H-Brückenschaltung; - -
4 eine schematische Darstellung der Positionsregelungs- und Stromschleifen-Schaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung; - -
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsart des Korrektors der Stromschleife; - -
6 den Verlauf der Steuersignale der H-Brückenschaltung und ihre Auswirkungen auf die Geschwindigkeit der Betätigungseinrichtung; - - die
7 und8 Diagramme des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von der Phase; - -
9 eine schematische Darstellung der Mittel zur Berechnung der Parameter des Korrektors der Stromschleife; - - die
10 und11 schematische Darstellungen von zwei Varianten der Steuerungsvorrichtungen zu einer reduzierten Betriebsart bei Nichtvorliegen einer Informationen über den im Motor der Betätigungseinrichtung fließenden Strom; - -
12 ein Prinzipschaltbild einer Betätigungseinrichtung einer Kupplung mit Beanspruchungsausgleich; - - die
13 und14 zwei Grafiken zur Veranschaulichung des Prinzips des Beanspruchungsausgleichs, wobei13 die Veränderung der Beanspruchung am Kolben in Abhängigkeit vom Verstellweg der Betätigungseinrichtung und14 die Veränderung des Widerstandsmoments am Motor der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit vom Verstellweg darstellt; - - die
15 und16 Diagramme entsprechend denen der13 und14 zur Veranschaulichung der Auswirkung des Verschleißes der Kupplung und seiner Folgen für den Motor der Betätigungseinrichtung; - -
17 eine Grafik zur Veranschaulichung des Prinzips der Berechnung des Ungleichgewichts des Drehmoments am Motor beim Ein- und Auskuppeln; - -
18 eine schematische Darstellung der Mittel zur Berechnung der Kraft des Motors und der Einstellung der Vorspannung der Betätigungseinrichtung der Kupplung; - -
19 eine schematische Darstellung der Mittel zur Schätzung der Temperaturen der Wicklung und der Magnete des Motors; - -
20 eine schematische Darstellung der Mittel zur Bestimmung der Position der Betätigungseinrichtung; - -
21 eine Verdeutlichung des Prinzips der Berechnung der Motorlast.
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1 a schematic overall view of a device according to the invention; - -
2a a schematic representation of a first type of the control signal of the H-bridge circuit; - -
2 B a schematic representation of the states of the switches of the H-bridge circuit; - -
3a a schematic representation of another type of control signals of the H-bridge circuit; - -
3b the corresponding states of the switches of the H-bridge circuit; - -
4 a schematic representation of the position control and current loop circuits of the device according to the invention; - -
5 a schematic representation of an embodiment of the corrector of the current loop; - -
6 the behavior of the control signals of the H-bridge circuit and their effect on the speed of the actuator; - - the
7 and8th graphs of gain versus phase; - -
9 a schematic representation of the means for calculating the parameters of the corrector of the current loop; - - the
10 and11 schematic representations of two variants of the control devices for a reduced operating mode in the absence of information about the current flowing in the motor of the actuating device; - -
12 a schematic diagram of an actuating device of a clutch with stress compensation; - - the
13 and14 two graphs to illustrate the principle of stress balancing, where13 the change in the stress on the piston as a function of the adjustment path of the actuating device and14 represents the change in the resistance torque on the motor of the actuating device as a function of the adjustment path; - - the
15 and16 Diagrams corresponding to those of13 and14 to illustrate the effect of wear on the clutch and its consequences on the actuator motor; - -
17 a graph illustrating the principle of calculating the torque imbalance on the engine during clutch engagement and disengagement; - -
18 a schematic representation of the means for calculating the force of the engine and the adjustment of the preload of the actuating device of the clutch; - -
19 a schematic representation of the means for estimating the temperatures of the winding and the magnets of the motor; - -
20 a schematic representation of the means for determining the position of the actuating device; - -
21 a clarification of the principle of calculating the engine load.
Zunächst wird auf
Die H-Brückenschaltung 16 umfasst vier elektronische Schalter, wie beispielsweise Transistoren 20a, 20b, 20c und 20d in der Ausführung als MOSFET-Transistoren, die als Brücke geschaltet sind und durch die Schaltungen 18 gesteuert werden, die beispielsweise einen Pegeladapter, eine Ladepumpe und verdrahtete Logikschaltungen umfassen.The H-
Der Motor 14 treibt über seine Ausgangswelle ein Steuerorgan für eine Kupplung oder ein Getriebe bzw. ein System zum automatischen Abstellen und Wiederanlassen des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs im Stand (beispielsweise in „Stop and Go“-Ausführung) an.Via its output shaft, the
Die Steuersignale 12 kombinieren eine Steuerinformation zur Laufrichtung des Motors, beispielsweise ein boolesches Logiksignal, und eine Information zum Anlegen einer elektrischen Spannung an den Klemmen des Motors 14, beispielsweise als PWM-Signal, dessen Tastverhältnis kontrolliert wird. Die an die Klemmen des Motors 14 angelegte Spannung ist dann direkt proportional zum Tastverhältnis des PWM-Signals.The control signals 12 combine control information on the running direction of the motor, for example a Boolean logic signal, and information on the application of an electrical voltage to the terminals of the
Die Steuersignale 12 werden durch das System 10 auf der Grundlage von Signalen erzeugt, die durch mit dem Motor 14 und der H-Brückenschaltung 16 verbundene Geber geliefert werden, mit einem Mittel 22 zur Messung des im Elektromotor 14 fließenden elektrischen Stroms 24, einem Mittel 26 zur Messung der elektrischen Spannung 28 zur Speisung der H-Brückenschaltung und einem Mittel zur Messung der (absoluten oder relativen) Position 30 eines durch den Motor 14 verstellten beweglichen Organs zur Betätigung des zugehörigen Systems (Kupplung, Getriebe usw.).The control signals 12 are generated by the
Das Abschalten der Speisespannung des Motors 14 durch die Transistoren 20 der H-Brückenschaltung kann nach zwei verschiedenen Vorgehensweisen erfolgen, die in den
Die in den
Solange das Tastverhältnis dieses Steuersignals 50% beträgt, ist die an den Motor 14 angelegte Spannung im Durchschnitt gleich null. Um den Lauf des Motors in einer Richtung zu steuern, wird das Tastverhältnis unter 50% verringert, und um den Lauf des Motors in der anderen Richtung zu steuern, wird das Tastverhältnis über 50% erhöht. Es genügt dann ein einziges Steuersignal 12, um den an den Motor angelegten mittleren Spannungspegel und die Laufrichtung dieses Motors zu steuern.As long as the duty cycle of this control signal is 50%, the voltage applied to the
Diese Steuerungsart hat den Vorteil, dass sie einfach ist, und den Nachteil, dass man im Motor ständig einen Wellenstrom fließen lässt, dessen Amplitude maximal ausfällt, indem an den Motor abwechselnd die Speisespannung und ihr Gegenteil angelegt wird. Dies führt zu einer unnötigen Erhitzung des Motors und zur ständigen Entnahme eines Wellenstroms an der Fahrzeugbatterie.This type of control has the advantage of being simple, and the disadvantage of having a constant ripple current flowing in the motor, the amplitude of which is at its maximum, by alternately applying the supply voltage and its opposite to the motor. This leads to unnecessary heating of the motor and constant drawing of a ripple current from the vehicle battery.
Vorzugsweise wird daher die in den
Das erste Signal 12a ist ein PWM-Signal, das den über das Tastverhältnis an den Motor angelegten mittleren Spannungspegel festlegt, während das zweite Steuersignal 12b ein Logiksignal booleschen Typs ist, das die Laufrichtung des Motors festlegt.The
Für eine durch das Logiksignal 12b festgelegte gegebene Laufrichtung des Motors wird in einem der Stränge der Brückenschaltung ein Schalter geschlossen und ein Schalter geöffnet gehalten, während die Schalter, die sich in dem anderen Strang der Schaltung befinden, gegenphasig geschaltet werden. Wie in
Es ergibt sich somit eine Phase, in der die Schalter 6a und 6b geöffnet und die Schalter 6c und 6d geschlossen sind, wodurch der Motor 14 in sich kurzgeschlossen wird. Die Welligkeit des Stroms im Motor verringert sich, da abwechselnd nur einmal die Speisespannung angelegt wird. Im Ruhezustand hat das Steuerungstastverhältnis einen Wert gleich null, und der Motor ist in sich kurzgeschlossen, wobei kein Strom an der Batterie zur Stromversorgung der H-Brückenschaltung entnommen oder eingespeist wird.This results in a phase in which the switches 6a and 6b are open and the switches 6c and 6d are closed, as a result of which the
In allen Fällen gilt: Wenn mit Vp die Speisespannung an den Klemmen der Brückenschaltung und mit α das Steuerungstastverhältnis 12 bezeichnet wird, das sich zwischen +1 und -1 bewegt und dessen Vorzeichen das Vorzeichen des an dem Motor anzulegenden Drehmoments bezogen auf die gewünschte Laufrichtung angibt, dann ist die an den Motor 14 angelegte Spannung Um unter Vernachlässigung der Störspannungsabfälle der Transistoren 20 gleich Vp.α.In all cases: where Vp is the supply voltage at the terminals of the bridge circuit and α is the
Der in dieser Betätigungseinrichtung verwendete Gleichstrommotor 14 hat in der Regel einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand, um in den ungünstigen Fällen durch einen Nennstrom gespeist werden zu können, insbesondere im Warmzustand, wenn der Widerstand des Motors aufgrund der Veränderung des spezifischen Widerstands des Kupfers der Wicklungen am größten ausfällt, die bei einer Temperaturerhöhung um 100°C 40% erreichen kann. Daraus folgt, dass bei niedriger Temperatur und bei gleicher Speisespannung der durch den Motor abgerufene Strom sehr hoch ausfallen und die einwandfreie Funktionsweise der Betätigungseinrichtung beeinträchtigen kann, indem er beispielsweise eine Entmagnetisierung der Magnete des Motors verursacht.The
Es empfiehlt sich daher, die Spannung zu begrenzen, die an den Motor beim Anlaufen angelegt wird, oder wenn die Betätigungseinrichtung auf ihrem Weg auf ein Hindernis stößt, beispielsweise auf einen Anschlag oder auf eine harte Stelle. Dann ist das Tastverhältnis des PWM-Signals zur Steuerung der Schaltungsbrücke in Abhängigkeit vom Strom im Motor zu steuern.It is therefore advisable to limit the voltage applied to the motor at start-up or when the actuator encounters an obstacle in its path, such as a stop or hard point. Then the duty cycle of the PWM signal for controlling the switching bridge is to be controlled as a function of the current in the motor.
Aus diesem Grund umfasst die in
Die Positionsregelungsschaltung 32 umfasst eine Vorfilterschaltung 36, die ein Signal 38 für den Positionssollwert der Betätigungseinrichtung empfängt und ein neues Sollwertsignal 40 erzeugt, das gefiltert und verstärkungsangepasst wird, um die mechanischen Beanspruchungen der Betätigungseinrichtung durch eine Verringerung der abrupten Sollwertänderungen zu begrenzen, und das an einen Eingang eines Vergleichers 42 angelegt wird, um mit einem Signal 44 für die Position der Betätigungseinrichtung verglichen zu werden, das an einen anderen Eingang des Vergleichers 42 angelegt wird, der ausgangsseitig ein Abweichungs- oder Fehlersignal 46 liefert. Das Positionssignal 44 wird durch einen Zustandsrekonstruktionsfilter 48 bezogen auf die Positionsmessung ausgehend von dem am Motor 14 entnommenen Positionssignal rekonstruiert und verstärkungsangepasst.The
Das Abweichungssignal 46 wird an den Eingang einer Korrekturschaltung 50 angelegt, die ein Signal 52 für einen Sollwert eines zwischen zwei positiven und negativen Werten begrenzten Stroms erzeugt, um den Elektromotor 14 zu schützen und den an der Batterie entnommenen Strom zu begrenzen.The
Die Korrekturschaltung 50 enthält wenigstens einen Integratorzustand, der die Aufhebung der statischen Abweichung zwischen dem gefilterten und verstärkungsangepassten Sollwertsignal 40 und dem Positionssignal 44 ermöglicht, und Antisättigungs- oder Antidriftmittel für diesen Integratorzustand, wenn sich das gewünschte Stromsollwertsignal außerhalb der Beschränkungsgrenzen des Stromsollwertsignals 52 befindet.The
Dieses Stromsollwertsignal 52 bildet (bis auf einen Parameter, bei dem es sich um die Drehmomentkonstante des Motors 14 handelt) eine Abbildung des elektromagnetischen Moments, das der Motor liefern soll, und ermöglicht daher eine Kontrolle der Beschleunigung des Elektromotors 14. Die Positionsregelungsschaltung 32 ermöglicht es, in Echtzeit die Schwankungen bei der Drehmomentkonstante des Elektromotors 14 sowie die Einflüsse der Temperatur auf diese Konstante auszugleichen, um die bestmöglichen dynamischen Leistungen in bezug auf Überschreitung, statische Abweichung und Ansprechzeit zu erzielen.This
Das Stromsollwertsignal 52 wird an den Eingang der Stromschleifen-Regelungsschaltung 34 angelegt, die einen Vergleicher 54 umfasst, der das Stromsollwertsignal 52 und das Signal für den im Motor fließenden Strom empfängt, das durch die H-Brückenschaltung 16 geliefert wird, die die an die Klemmen des Motors 14 angelegte Spannung 56 erzeugt. Der Vergleicher 54 liefert ein Stromabweichungssignal 58, das an den Eingang einer Korrekturschaltung 60 angelegt wird, die ein Signal 62 für den Sollwert des beispielsweise zwischen -100% und +100% begrenzten Tastverhältnisses liefert. Dieses Tastverhältnis-Sollwertsignal ermöglicht es, bis auf die Spannungsabfälle der Leistungsschalter 20, eine durch das Tastverhältnis regelbare und zur Speisespannung proportionale mittlere Motorspannung Um zu erzielen (Um = a.Vp).The
Die Hauptaufgabe der Stromschleifen-Regelungsschaltung 34 besteht darin, die Abgabe eines vom Motor geforderten elektromagnetischen Moments durch Anlegen einer idealen Spannung an die Klemmen des Motors sicherzustellen, um gegebene dynamische Leistungen nach Ansprechzeit, Überschreitung und statischer Abweichung zu erreichen und die Auswirkungen der Schwankungen beim elektrischen Widerstand des Motors sowie die Einflüsse der Temperatur und der Speisespannung auszugleichen.The main task of the current loop control circuit 34 is to ensure the delivery of an electromagnetic torque required by the motor by applying an ideal voltage to the terminals of the motor in order to achieve given dynamic performances according to response time, overshoot and static deviation and the effects of the fluctuations in the electrical Compensate for the resistance of the motor and the influences of temperature and supply voltage.
Die Korrekturschaltung 60 der Stromschleifen-Regelungsschaltung ist in
Bei dieser Korrekturschaltung handelt es sich um eine Proportional-Integral-Schaltung mit einer Antisättigung nach Aström und Wittenmark. Sie umfasst eine Parallelschaltung eines Verstärkers 64 mit Verstärkungsfaktor Kp und eines Integrators 66, gefolgt von einem Verstärker 64 mit Verstärkungsfaktor 1/Ti, dessen Ausgang mit dem Ausgang des Verstärkers 64 an den Eingängen eines Addierers 70 verbunden ist, dessen Ausgang ein nicht gesättigtes Steuersignal für das Tastverhältnis αu(t) an eine Sättigungsschaltung 72 liefert, die das Signal a(t) für den Sollwert des Tastverhältnisses liefert, das an die H-Brückenschaltung 16 angelegt wird. Diese Sättigungsschaltung umfasst einen Vergleicher 74, der eingangsseitig die Signale au(t) und a(t) empfängt und der ausgangsseitig ein Signal 76 liefert, das durch einen Verstärker 78 an einen Eingang eines Vergleichers 80 angelegt wird, von dem ein anderer Eingang das Stromfehlersignal 58 empfängt und dessen Ausgang ein an den Eingang des Integrators 66 angelegtes Signal liefert.This correction circuit is a proportional-integral circuit with anti-saturation according to Astrom and Wittenmark. It comprises a parallel connection of an
In diesem Korrektor ist das nicht gesättigte Steuersignal αu(t) die Summe des durch den Verstärker 64 bewirkten Proportionalverhaltens und des durch den Integrator 66 bewirkten Integralverhaltens. Dieses Signal αu(t) wird durch die Schaltung 42 gesättigt, um das Signal für den Sollwert des Tastverhältnisses a(t) zu liefern. Solange das Signal αu(t) innerhalb der durch die Sättigungsschaltungen 42 festgelegten Grenzen bleibt, die im allgemeinen gleich -1 und +1 sind (-100% und +100% bezogen auf das Tastverhältnis), ist die Differenz zum Sollwertsignal α(t) gleich null, so dass auch das Ausgangssignal 76 des Vergleichers 74 gleich null ist. Der Integrator 66 integriert dann direkt das Abweichungssignal 58.In this corrector, the non-saturated control signal αu(t) is the sum of the proportional response caused by the
Wenn das nicht gesättigte Signal αu(t) die durch die Sättigungsschaltung 72 festgelegten Grenzen überschreitet, wird das Differenzsignal 76 ungleich null durch den Vergleicher 80 des Abweichungssignals 58 abgezogen, wodurch die Integration verringert wird, bis das Signal αu(t) gleich dem Sollwertsignal a(t) ist. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 72 dient zur Einstellung der Konvergenzgeschwindigkeit der Antisättigung. Diese Schaltung ermöglicht es, ein Durchgehen des Integrators 66 zu verhindern, das die Instabilität der Stromschleife zur Folge hätte.When the unsaturated signal αu(t) exceeds the limits set by the
In dieser Figur stellt die Kurve A die Veränderung des Stromsollwertsignals in Abhängigkeit von der Zeit und die Kurve B die Veränderung des Strommesswerts für die Motorspannung dar, die von der Proportional-Integral-Korrekturschaltung kommt, während die Kurve C für den entsprechenden Strommesswert für eine dem Sollwertstrom entsprechende Spannung steht, die Kurve D für die entsprechende Motorspannung für den Sollwertstrom, die Kurve E für die von der Korrekturschaltung kommende Motorspannung, die Kurve F für die Geschwindigkeit der Betätigungseinrichtung für die dem Sollwertstrom entsprechende Motorspannung und die Kurve G für die Geschwindigkeit der Betätigungseinrichtung für die durch die Korrekturschaltung gelieferte Motorspannung.In this figure, curve A represents the variation of the current command signal as a function of time and curve B represents the variation in the current reading for the motor voltage coming from the proportional-integral correction circuit, while curve C represents the corresponding current reading for a dem voltage corresponding to the reference current, curve D for the corresponding motor voltage for the reference current, curve E for the motor voltage coming from the correction circuit, curve F for the speed of the actuator for the motor voltage corresponding to the reference current and curve G for the speed of the actuator for the motor voltage provided by the correction circuit.
Zur Erstellung dieser Kurven wurde der Elektromotor 14 mit einem Stromsollwertsignal A in stufenförmiger Ausführung gestartet, wobei der Einfluss des Korrektors 60 mit einem konstanten Spannungssollwert verglichen wurde, der so bemessen ist, dass sich der gewünschte Sollwertstrom ergibt.To create these curves, the
In der Phase I, die dem Anstieg des Stroms im Motor entspricht, ist die Geschwindigkeit F oder G der Betätigungseinrichtung gleich null. Der Korrektor legt eine Spannung E an, die über den Verstärkungsfaktor Kp unmittelbar proportional zum Ausgangsabweichungssignal ist, bei dem es sich um die Differenz zwischen A und B handelt. Diese Spannung steigt aufgrund des Integrationseffekts und wegen des Vorliegens einer Restabweichung allmählich an, bis der Strom das Stromsollwertsignal A erreicht und leicht überschreitet.In phase I, which corresponds to the increase in current in the motor, the speed F or G of the actuator is equal to zero. The corrector applies a voltage E that is directly proportional to the output error signal, which is the difference between A and B, through gain Kp. This voltage gradually increases, due to the integration effect and the presence of residual error, until the current reaches and slightly exceeds the current command signal A.
Wenn die elektrische Spannung in einem offenen Regelkreis entsprechend der Kurve D angelegt wird, dauert es länger, bis der durch die Kurve C dargestellte entsprechende Strom sich einstellt.When the electrical voltage is applied in an open-loop fashion as shown by curve D, it takes longer for the corresponding current shown by curve C to be established.
Während der Phase II, bei der es sich um eine Einstellungsphase handelt, übersteigt die Kurve B, die den gemessenen Strom darstellt, die Kurve A des Stromsollwerts, wodurch das Vorzeichen des Abweichungssignals umgekehrt und das Abnehmen der Kurve E der vom Korrektor kommenden Motorspannung herbeigeführt wird.During phase II, which is an adjustment phase, curve B representing the measured current exceeds curve A of the current reference, which inverts the sign of the error signal and causes the curve E of the motor voltage coming from the corrector to decrease .
Während der Phase III, die eine Sättigungsphase ist, fällt die Kurve B für den gemessenen Strom mit der Kurve A für den Stromsollwert zusammen, und der Motor läuft an.During phase III, which is a saturation phase, the measured current curve B coincides with the current command curve A and the motor starts.
Während der Phase IV ist die Drehzahl des Motors (Kurve G) ausreichend, damit die gegenelektromotorische Kraft einen Spannungsabfall bewirkt, so dass der Motor den Sollwertstrom A nicht mehr abrufen kann. Die Kurve B für den gemessenen Strom beginnt zu dem Wert hin abzunehmen, welcher der am Motor auftretenden mechanischen Belastung entspricht, während die Kurve G für die Geschwindigkeit der Betätigungseinrichtung weiter zu einem Maximalwert ansteigt. Da die Kurve B für den gemessenen Strom abnimmt, vergrößert sich die Abweichung gegenüber dem Sollwert, was zu einer Reaktion des Integrators führt, der die Kurve E für die Spannung bis zu ihrem Maximalwert ansteigen lässt.During phase IV, the speed of the motor (curve G) is sufficient for the back electromotive force to cause a voltage drop, so that the motor can no longer draw the setpoint current A. The curve B for the measured current begins to decrease towards the value which corresponds to the mechanical load on the motor, while the curve G for the actuator speed continues to increase towards a maximum value. As the measured current curve B decreases, the error from the setpoint increases, resulting in a response from the integrator which causes the voltage curve E to increase to its maximum value.
Da die Drehzahl des Motors proportional zu seiner Speisespannung ist, liegt während der folgenden Phase V die Kurve G für die Enddrehzahl deutlich über der Kurve F für die Enddrehzahl, die sich mit der konstanten Spannung der Kurve D ergibt.Since the speed of the motor is proportional to its supply voltage, during the following phase V the curve G for the final speed is significantly higher than the curve F for the final speed, which results from curve D with the constant voltage.
Es ist festzustellen, dass der Vorteil des Integrators darin besteht, das Anlaufen des Motors und das Anlegen der Maximalspannung automatisch zu regeln, um die Maximaldrehzahl des Motors bei gleichzeitigem Schutz des Motors vor einem zu starken Strom zu erreichen.It can be seen that the advantage of the integrator is to automatically regulate the motor start and the application of the maximum voltage in order to reach the maximum speed of the motor while at the same time protecting the motor from excessive current.
Die Erfindung sieht vor, die Parameter für den Verstärkungsfaktor Kp und Ti der Verstärker 64 und 68 der Korrekturschaltung 60 der Stromschleife zu bestimmen, um die gewünschten dynamischen Leistungen des Systems in bezug auf Ansprechzeit und Überschreitung zu erzielen, wobei gleichzeitig die Stabilität des Systems sichergestellt ist.The invention provides for determining the gain parameters Kp and Ti of the
Dazu muss der Gesamtverstärkungsfaktor des Systems, das hier aus der Korrekturschaltung, der H-Brückenschaltung und dem Motor der Betätigungseinrichtung besteht, strikt kleiner als -1 auf dem gesamten Frequenzband sein.To do this, the overall gain of the system, which here consists of the correction circuit, the H-bridge circuit and the actuator motor, must be strictly less than -1 over the entire frequency band.
In
Das untersuchte System, das aus der Korrekturschaltung, der H-Brückenschaltung und dem Elektromotor besteht, unterliegt den Auswirkungen der Fertigungsabweichungen und den Veränderungen physikalischer Größen, wie der elektrischen Speisespannung und der Temperatur, durch die der elektrische Widerstand der Schaltung beeinflusst wird. Diese Veränderungen können, wie in
Diese Mittel umfassen eine Vorfilterschaltung 102, die eine abgestimmte Phasenverschiebung an den Signalen durchführt, die eingangsseitig an sie angelegt werden, mit dem Signal 24 für den Motorstrom, dem Signal 28 für die Speisespannung der H-Brückenschaltung, dem Signal 30 für die Position der Betätigungseinrichtung und einem Signal 104 entsprechend dem Signal 62 für das verzögerte Tastverhältnis einer ausreichenden Anzahl von Rechenschritten, die durch einen Verzögerungsoperator 106 vorbestimmt ist. Die Funktion dieser Vorfilterschaltung 102 besteht darin, die Information über die Motordrehzahl 108 ausgehend vom Signal 30 für die Position der Betätigungseinrichtung mittels eines Ableitungsfilters zu berechnen, wenn das Signal 30 eine analoge Positionsmessung ist, oder durch Messung der Zeitabweichung zwischen Signalen, die von einem digitalen Kodierer geliefert werden, mit anschließender Tiefpassfilterung, wobei diese Schaltung 102 außerdem die Aufgabe hat, ein Signal 110 für die mittlere Spannung des Motors durch Ermittlung des Produkts des Signals für das Tastverhältnis mit dem Signal 28 für die Speisespannung der H-Brückenschaltung zu berechnen und das Signal 24 für den Motorstrom zu filtern, um ein gefiltertes Stromsignal 112 zu erhalten. Die Filterungen, durch die sich die Signale 108, 110 und 112 ergeben, erfolgen mittels eines Tiefpassfilters erster Ordnung mit einer Zeitkonstante, die so bemessen ist, dass sich eine gleiche Phasenverzögerung bei jedem Signal im Verhältnis zur realen Größe ergibt. Dank der durch die Schaltung 102 vorgenommenen Vorfilterung werden die Auswirkungen der Motorinduktivität vernachlässigbar, so dass sich die elektrische Gleichung des Motors 14 auf den folgenden Ausdruck vereinfachen lässt:
Die Werte von R und von Ke können nach einer herkömmlichen Methode der kleinsten Fehlerquadrate berechnet werden, die bei 114 ausgeführt wird.The values of R and Ke may be calculated by a conventional least squares method performed at 114 .
Ein Mittelwertfilter 116 berechnet einen Mittelwert 118 von R und 120 von Ke ausgehend von Werten 122, 124, die anfänglich für eine Referenztemperatur in zwei physischen Speichern 126 bei einer ersten Inbetriebnahme der Vorrichtung abgespeichert und in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur korrigiert werden. Wenn kein Wert von R und von Ke im Speicher verfügbar ist, beispielsweise im Falle einer Erstinbetriebnahme, dann verwendet der Filter Defaultwerte für seine Initialisierung, und sobald ausreichend neue Werte von R und von Ke berechnet worden sind, berechnet der Mittelwertfilter anschließend Ausgangswerte für eine Referenztemperatur ausgehend von der gemessenen Umgebungstemperatur und in Abhängigkeit von den jeweiligen Entwicklungsverläufen von R und von Ke in Abhängigkeit von der Temperatur und speichert sie ab.A
Die berechneten Mittelwerte 118 von R werden einer Verarbeitung 128 unterzogen, welche die Werte der Parameter Kp und Ti der Stromschleife ausgehend von den Mittelwerten 118 für den Widerstand des Motors, von der Speisespannung Vp (28) der H-Brückenschaltung und von kalibrierbaren Nennwerten für den Motorwiderstand und diese Speisespannung bestimmt.The calculated
Außerdem wird an das Verarbeitungsmodul ein Signal 126 angelegt, das eine Änderung der Stromregelungsparameter nur dann ermöglicht, wenn sich die H-Brückenschaltung im Ruhezustand befindet und der Motor 14 nicht angesteuert wird, um die Stabilität des geregelten Systems nicht zu beeinträchtigen.A
Ein Mittelwertfilter berechnet einen Mittelwert von R und von Ke ausgehend von Werten für eine Referenztemperatur, die anfänglich in zwei physischen Speichern bei einer ersten Inbetriebnahme der Vorrichtung abgespeichert und in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur korrigiert werden. Wenn kein Wert von R und von Ke im Speicher verfügbar ist, beispielsweise im Falle einer Erstinbetriebnahme, dann verwendet der Filter Defaultwerte für seine Initialisierung, und sobald ausreichend neue Werte von R und von Ke berechnet worden sind, berechnet der Mittelwertfilter anschließend Ausgangswerte für eine Referenztemperatur ausgehend von der gemessenen Umgebungstemperatur und in Abhängigkeit von den jeweiligen Entwicklungsverläufen von R und von Ke in Abhängigkeit von der Temperatur.An averaging filter calculates an average of R and Ke from values for a reference temperature initially stored in two physical memories when the device is first started up and corrected as a function of the ambient temperature. If no value of R and Ke is available in memory, for example in the case of a first start-up, then the filter uses default values for its initialization, and once sufficient new values of R and Ke have been calculated, the averaging filter then calculates initial values for a reference temperature starting from the ambient temperature measured and as a function of the respective evolutions of R and of Ke as a function of temperature.
Die berechneten Werte von Kp und von Ti werden an die Korrekturschaltung 60 der Stromschleife angelegt, die ausgehend von den Signalen 52 für Stromsollwert und 58 für Stromfehler das Signal 62 für den Tastverhältnis-Sollwert erzeugt, das an die H-Brückenschaltung 16 angelegt wird.The calculated values of Kp and Ti are applied to the current
Darüber hinaus sieht die Erfindung reduzierte Betriebsarten dieser Vorrichtung in den Fällen vor, in denen bestimmte Informationen fehlen, wie beispielsweise der Messwert für den im Motor fließenden StromIn addition, the invention envisages reduced operating modes of this device in cases where certain information is missing, such as the measured value of the current flowing in the motor
Wenn die Information über den im Motor fließenden Strom nicht verfügbar ist, schaltet die Vorrichtung in einen reduzierten Betriebszustand, in dem die durch die Korrekturschaltung 60 durchgeführte Stromregelung deaktiviert und durch Mittel 140 zur direkten Berechnung des Signals 62 für den Sollwert des Tastverhältnisses ausgehend vom Signal 52 für den Stromsollwert, vom Messwert 28 für die Speisespannung der H-Brückenschaltung und vom berechneten Wert 118 des Motorwiderstands ersetzt wird.If the information on the current flowing in the motor is not available, the device switches to a reduced operating state in which the current regulation performed by the
Im Beharrungszustand sind der Strom im Motor und das Tastverhältnis α für die Ansteuerung der H-Brückenschaltung durch die folgende Gleichung miteinander verbunden:
Der Motorstrom Im soll über das Signal 52 für den Stromsollwert so vorgegeben werden, dass sich eine Gleichheit zwischen Im und diesem Sollwertsignal ergibt. Dies ermöglicht die Berechnung des Tastverhältnisses α ausgehend von der vorangehenden Gleichung:
Damit ergibt sich der Fall, der in
Als Variante können die in
In einer ersten Ausführungsart erfolgt eine Schätzung des Stroms ausgehend von der Integration der Größe, die gegeben ist durch:
- - das Produkt der Speisespannung der H-Brückenschaltung mit dem vorzeichenbehafteten Steuerungstastverhältnis,
- - minus das Produkt des elektrischen Widerstands, geschätzt durch die vorstehend beschriebene Methode, mit dem Wert des Stroms, der im vorangehenden Berechnungsschritt geschätzt wurde,
- - minus das Produkt der Konstante der gegenelektromotorischen Kraft, geschätzt durch die vorstehend beschriebene Methode, mit dem Wert der Drehzahl des Motors,
- - das Ganze dividiert durch den Wert der Induktivität des Motors.
- - the product of the supply voltage of the H-bridge circuit with the signed control duty cycle,
- - minus the product of the electrical resistance estimated by the method described above with the value of the current estimated in the previous calculation step,
- - minus the product of the back electromotive force constant, estimated by the method described above, by the value of the speed of the motor,
- - the whole divided by the value of the inductance of the motor.
In einer zweiten Ausführungsart erfolgt unter Vernachlässigung des Einflusses der Motorinduktivität die Bestimmung des Stroms durch die Berechnung der Größe, die gegeben ist durch:
- - das Produkt der Speisespannung der H-Brückenschaltung mit dem vorzeichenbehafteten Steuerungstastverhältnis,
- - minus das Produkt der Konstante der gegenelektromotorischen Kraft, geschätzt durch die vorstehend beschriebene Methode, mit dem Wert der Drehzahl des Motors,
- - das Ganze dividiert durch den Wert des elektrischen Widerstands des Motors, geschätzt durch die vorstehend beschriebene Methode.
- - the product of the supply voltage of the H-bridge circuit with the signed control duty cycle,
- - minus the product of the back electromotive force constant, estimated by the method described above, by the value of the speed of the motor,
- - the whole divided by the value of the electrical resistance of the motor, estimated by the method described above.
Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung kann vor allem bei einer Betätigungseinrichtung für eine Kupplung mit Beanspruchungsausgleich des in
In einer derartigen Betätigungseinrichtung steuert die erfindungsgemäße Vorrichtung den Betrieb des Getriebemotors 158.In such an actuator, the device according to the invention controls the operation of the geared
Das Funktionsprinzip dieser Betätigungseinrichtung wird durch die
Die Kurve 170 stellt die durch die Ausgleichfeder 160 ausgeübte und durch den Nocken 164 aufgenommene Beanspruchung in der Achse des Kolbens des Zylinders 154 in der Richtung des Ausrückens der Kupplung dar, während die Kurve 172 diese Beanspruchung in der Richtung des Einrückens der Kupplung darstellt.
In
Es ist festzustellen, dass dank des Vorhandenseins der Ausgleichfeder 170 in dieser Vorrichtung der Motor der Betätigungseinrichtung nur einen sehr geringen Teil der Ausrückkraft liefert.It should be noted that thanks to the presence of the compensating
Die
Damit die Leistungen der Betätigungseinrichtung optimal bleiben, muss die durch die Feder 160 bereitgestellte Ausgleichbeanspruchung an den Verschleiß der Kupplung angepasst werden, so dass die Last für den Motor in der Richtung des Auskuppelns unter dem Aspekt der Kraft oder Beanspruchung der Motorbelastung in der Richtung des Einkuppelns entspricht.In order for the performances of the actuator to remain optimal, the balancing stress provided by the
Die Ausgleichfeder 160 ist vorgespannt und entspannt sich beim Auskuppeln (Verschiebung der Zahnstange 156 nach links in
Die Veränderung der Vorspannung der Feder findet in einem Teil des Verstellwegs der Betätigungseinrichtung statt, der sich außerhalb des Nutzverstellwegs der Kupplung befindet. Diese Einstellung erfolgt durch eine bestimmte Anzahl von Verschiebungen der Wippe, wobei diese Anzahl auf der Grundlage einer Strategie zur Identifizierung der Belastung und zur Berechnung des Ungleichgewichts bestimmt wird, deren Prinzip in
In dieser Figur, die
Anschließend werden die Flächen berechnet, die sich zwischen diesen hier mit gestrichelten Linien dargestellten Tendenzgeraden und der Abszissenachse zwischen den Positionsschwellen befinden, wobei diese Flächen in
Die Mittel zur Berechnung der Motorlast, für die Identifizierung der Tendenz und für die Entscheidung über die Änderung der Vorspannung der Feder sind in
Sie umfassen Mittel 190 zur Berechnung des Moments der Motorlast ausgehend vom Signal 44 für die Position der Betätigungseinrichtung, vom Signal 24 für den im Motor fließenden Strom und von dem berechneten Wert 120 für die Konstante der gegenelektromotorischen Kraft des Motors unter Verwendung der mechanischen Gleichung des Elektromotors:
Die Werte 192 des Moments der Motorlast und 194 der Drehzahl des Motors werden mit dem Signal 44 für die Position der Betätigungseinrichtung an Mittel 196 zur Bestimmung der Tendenz der Belastung in Abhängigkeit von der Position der Betätigungseinrichtung für eine gegebene Laufrichtung angelegt, die durch die Richtung der Motordrehzahl definiert ist, wobei diese Tendenz die nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ermittelte beste Gerade ist.The
So wird beispielsweise die Laufrichtung im ausgekuppelten Zustand als die positive Richtung definiert, die sich aus positiven Werten der Drehzahl des Motors ergibt, die steigende Werte des Signals 44 für die Position der Betätigungseinrichtung zur Folge haben, und die Laufrichtung im eingekuppelten Zustand als die negative Richtung, die sich aus negativen Werten der Motordrehzahl ergibt, die zu abnehmenden Werten des Signals für die Position der Betätigungseinrichtung führen. Es werden dann die Werte des Moments der Motorlast in ausgekuppelter Richtung und die Werte dieses Moments in eingekuppelter Richtung gemessen, wobei die Steigung und die Ordinate im Nullpunkt dieser beiden Geraden entsprechend der Tendenz der Belastung in jeder der beiden Laufrichtungen für Positionen zwischen den in
Die Parameter 198, die für die Tendenz der Belastung in ausgekuppelter Laufrichtung berechnet werden, und die Parameter 200, die für die Tendenz der Belastung in der anderen Richtung berechnet werden, werden an Mittel 202 zur Berechnung der Aus- und Einkuppelenergien angelegt. Ein durch die Rechenmittel 196 geliefertes Kontrollsignal 204 gibt an, dass die beiden Parametersätze 198 und 200 berechnet wurden und dass die Aus- und Einkuppelenergien mit Hilfe der Rechenmittel 202 bestimmt werden können.The
Nachdem sie so berechnet wurden, werden die Auskuppelenergie 206 und die Einkuppelenergie 208 an Mittel zur Bestimmung der Abweichung zwischen diesen Energien angelegt, woraufhin diese Abweichung an Mittel 212 zur Bestimmung der Anzahl der auszuführenden Nachstellvorgänge für die Einstellung der Ausgleichfeder und an Mittel 214 angelegt wird, die das Ungleichgewicht des Beanspruchungsausgleichs bestimmen und die in Abhängigkeit von den Abweichungen der Ein- und Auskuppelenergie entscheiden, die Vorspannung der Feder zu erhöhen, diese Vorspannung zu verringern oder sie unverändert zu lassen.Once thus calculated, the declutching
Die durch die Mittel 212 und 214 gelieferten Ergebnisse werden an Mittel 216 zur Bestimmung des Signals 38 für den Positionssollwert angelegt, der seinerseits an den Eingang der Positionsregelungsschaltung 32 von
Die in Echtzeit erfolgende Bestimmung der Werte der Konstante der gegenelektromotorischen Kraft und des elektrischen Widerstands des Motors ermöglicht den Zugriff auf Temperaturwerte von Wicklung und Magneten des Motors. Diese Informationen ermöglichen insbesondere die Erfassung einer anormalen Benutzung des Motors 14 und eine Verlangsamung seiner Erhitzung, beispielsweise durch eine Verringerung der Häufigkeit der Gangwechsel im Getriebe.The real-time determination of the values of the back electromotive force constant and the electrical resistance of the motor allows access to temperature values of the winding and magnets of the motor. In particular, this information makes it possible to detect abnormal use of the
Die gleiche Vorgehensweise findet bei 226 ausgehend vom Anfangswert 124 der gegenelektromotorischen Kraft des Motors und vom gefilterten Mittelwert 120 dieser Konstante der gegenelektromotorischen Kraft statt, um einen Wert 228 für die Temperatur der Magnete zu erhalten, wobei der Verlauf, der diese Temperatur mit den vorgenannten Werten der Konstante der elektromotorischen Kraft verbindet, bekannt ist. Die Werte 224 und 228 werden zusammen mit dem Wert der Umgebungstemperatur T an Mittel 230 zur Überwachung der Temperatur der Wicklungen und der Temperatur der Magnete und zur Ausgabe eines Temperaturfehlersignals 232 an ein Überwachungssystem 234 angelegt. Wenn die Mittel 230 feststellen, dass die Temperatur der Wicklungen (bzw. der Magnete) über einem kalibrierbaren Schwellenwert liegt und/oder dass der Unterschied zwischen der Temperatur der Wicklungen (bzw. der Magnete) und der Umgebungstemperatur größer als ein kalibrierbarer Schwellenwert ist und/oder dass die Veränderung der Temperatur der Wicklungen (bzw. der Magnete) zu verschiedenen Zeitpunkten größer als ein vorbestimmter Änderungsgrad ausfällt, wird das Temperaturfehlersignal 232 an das Überwachungssystem 234 angelegt, das die Häufigkeit und/oder die Anzahl der Betätigungen des Elektromotors über Kontrollsignale 236 verringert und das gegebenenfalls ein Warnsignal 238 ausgeben kann.The same operation takes place at 226 starting from the
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerdem in der Lage, bei Nichtvorliegen des Positionssignals für die Betätigungseinrichtung im reduzierten Betrieb zu arbeiten, wobei es in der Positionsregelungsschaltung eine auf der Grundlage des im Motor fließenden Stroms berechnete Positionsinformation verwendet. Diese berechnete Position ermöglicht es der Regelungsschaltung, Stromsollwertsignale für die Stromschleifen-Regelungsschaltung zu erzeugen und anschließend die gewünschte Spannung über die H-Brückenschaltung an den Elektromotor der Betätigungseinrichtung anzulegen, um die gewünschte Verstellung der Betätigungseinrichtung herbeizuführen.The device according to the invention is also capable of operating in reduced mode in the absence of the position signal for the actuator, using in the position control circuit position information calculated on the basis of the current flowing in the motor. This calculated position allows the control circuit to generate current command signals for the current loop control circuit and then to apply the desired voltage across the H-bridge circuit to the actuator's electric motor to effect the desired actuator displacement.
Die magnetomotorische Kraft 242 des Motors wird durch Mittel 244 ausgehend vom gefilterten Mittelwert 120 der gegenelektromotorischen Kraft des Motors und vom Messwert 24 für den im Motor fließenden Strom berechnet. Die Berechnung der für den Motor entstandenen Belastung erfolgt durch Mittel 246 ausgehend von der Tendenz der Auskuppelbelastung 198 und von der Tendenz der Einkuppelbelastung 200 (mit Angabe der Werte der Steigung und der Ordinate im Nullpunkt der Belastung) in Abhängigkeit von den geschätzten Werten für die Position der Betätigungseinrichtung und die Drehzahl des Motors.The
Die berechnete Belastung 248 wird zusammen mit der magnetomotorischen Kraft 242 an Mittel 250 zur Berechnung der Bewegungsgröße 252 angelegt, die definiert ist als der Unterschied zwischen der magnetomotorischen Kraft 242 und der Motorlast 248, dividiert durch die Drehträgheit des Motors Jm. Die Bewegungsgröße 252 wird an einen Integrator 250 angelegt, der einen berechneten Wert 256 für die Drehzahl des Motors liefert, der seinerseits an einen Integrator 258 angelegt wird, der eine berechnete Position 260 für die Betätigungseinrichtung liefert. Diese berechnete Position und die berechnete Drehzahl des Motors werden, wie vorstehend dargelegt, an die Eingänge der Rechenmittel 246 angelegt.The
Der berechnete Wert für die Position der Betätigungseinrichtung wird zusammen mit dem Signal 38 für den Positionssollwert an die Positionsregelungsschaltung 32 angelegt.The calculated actuator position value is applied to the
Wenn der berechnete Wert 256 für die Drehzahl des Motors positiv ist, das heißt größer als ein kalibrierbarer Schwellenwert für die Mindestdrehzahl, entsprechend der Auskuppelrichtung, und wenn die berechnete Position 260 der Betätigungseinrichtung zwischen den Minimal-180 und Maximalwerten 182 von
Wenn der berechnete Wert der Motordrehzahl negativ ist, das heißt kleiner als eine kalibrierbare Schwelle mit negativem Wert, entsprechend der Einkuppelrichtung, und wenn die Position der Betätigungseinrichtung zwischen den Mindestwerten 180 und 182 liegt, dann wird die Belastung anhand der Geraden 184 berechnet, deren Steigung und Ordinate im Nullpunkt bekannt sind.If the calculated value of the engine speed is negative, i.e. lower than a calibratable threshold with a negative value, corresponding to the engagement direction, and if the position of the actuator is between the
Wenn die Position der Betätigungseinrichtung kleiner als der Minimalwert 180 ist, wird als Wert für die Belastung die Ordinate der Geraden 184 im Punkt der Minimalposition 180 zugrunde gelegt, während, wenn die Position der Betätigungseinrichtung größer als die Maximalposition 182 ausfällt, als Belastungswert die Ordinate der Geraden 184 im Punkt der Maximalposition 182 zugrunde gelegt wird.If the position of the actuating device is less than the
Wenn die berechnete Drehzahl 256 des Motors zwischen den beiden vorgenannten kalibrierbaren Schwellenwerten bleibt, gilt die Belastung als null, unabhängig von der jeweiligen Position der Betätigungseinrichtung.If the
Dank der Identifizierung und der Speicherung der Drehmomentkonstante und der Belastung des Motors sowie dank der Kenntnis der Drehträgheit des Motors ergibt sich ein Positionsprädiktor, der eine Ansteuerung der Betätigungseinrichtung ermöglicht, wenn das Positionsmesssignal nicht mehr verfügbar ist, mit einer Genauigkeit, die deutlich höher als die Präzision ausfällt, die sich bei Verwendung der Nennwerte der vorgenannten Parameter erzielen ließe.Thanks to the identification and memorization of the torque constant and the load on the motor, as well as thanks to the knowledge of the rotational inertia of the motor, a position predictor is obtained that allows the actuator to be controlled when the position measurement signal is no longer available, with an accuracy significantly higher than that precision that could be achieved using the nominal values of the above parameters.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ferner eine Begrenzung der Motorbeanspruchung unter Vermeidung jedes Risikos einer Beschädigung der Betätigungseinrichtung oder des dadurch angesteuerten Systems. Denn die Positionsregelungsschaltung berechnet einen Stromsollwert, der bei Werten gesättigt ist, die so bemessen sind, dass sich der Motor nicht entmagnetisieren kann. Das elektromagnetische Moment, als Produkt der Stromgrenze multipliziert mit der Drehmomentkonstante, kann jedoch größer sein, als dies für die Betätigungseinrichtung oder das angesteuerte System zulässig wäre. Da die Konstante der gegenelektromotorischen Kraft des Motors bekannt ist und da sich daraus die Drehmomentkonstante in Echtzeit ableiten lässt, kann man die Stromgrenzen, die sich in Echtzeit verändern und die innerhalb der Stromgrenzen zum Schutz des Motors gegen Entmagnetisierung enthalten sind, ausgehend von einer Information über das angelegte maximale elektromagnetische Moment bestimmen, das durch den berechneten Wert der Drehmomentkonstante dividiert wird.The device according to the invention also makes it possible to limit the stresses on the engine, avoiding any risk of damaging the actuator or the system it controls. This is because the position control circuit calculates a current command that saturates at values designed to prevent the motor from demagnetizing. However, the electromagnetic moment, as the product of the current limit multiplied by the torque constant, may be greater than the actuator or system being driven would allow. Since the constant of the back electromotive force of the motor is known and since from it the torque constant can be derived in real time, the current limits, which vary in real time and which are contained within the current limits for protecting the motor against demagnetization, can be calculated from information about determine the applied maximum electromagnetic moment, which is divided by the calculated value of the torque constant.
Die Erfindung bietet grundsätzlich die folgenden Vorteile:
- - Schutz des Motors der Betätigungseinrichtung gegen zu starke Ströme sowie Schutz der Betätigungseinrichtung und des angesteuerten Systems gegen zu hohe Drehmomente,
- - größere Schnelligkeit der Betätigungseinrichtung,
- - Robustheit der dynamischen Leistungen gegenüber den Auswirkungen der Fertigungstoleranzen, der Temperatur und der Speisespannung,
- - Wegfall der Vorgaben im Zusammenhang mit einem besonderen Lernprozess,
- - Echtzeit-Identifizierung und Aufrechterhaltung der Leistungen einer Betätigungseinrichtung mit einstellbarem Ausgleich,
- - Möglichkeit eines reduzierten Betriebs in einer für den Fahrer transparenten Weise bei Nichtverfügbarkeit der Informationen, die durch die Stromschleifen-Regelungsschaltung oder durch die Positionsregelungsschaltung verwendet werden.
- - Protection of the motor of the actuating device against excessive currents and protection of the actuating device and the controlled system against excessive torques,
- - greater speed of the control device,
- - robustness of dynamic performances to the effects of manufacturing tolerances, temperature and power supply voltage,
- - Elimination of the requirements in connection with a special learning process,
- - real-time identification and maintenance of the performances of an actuator with adjustable compensation,
- - Possibility of reduced operation in a way transparent to the driver in the unavailability of the information used by the current loop control circuit or by the position control circuit.
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