DE102019132913A1

DE102019132913A1 - Welligkeitzählungs-filterung und verfahren und system zur erkennung von spitzenwerten

Info

Publication number: DE102019132913A1
Application number: DE102019132913.2A
Authority: DE
Inventors: Luca Fancellu; Antonio Frello; Jacopo FANUCCHI
Original assignee: Magna Closures Inc
Current assignee: Magna Closures Inc
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-06-10
Also published as: CN111293934A; US20200186062A1

Abstract

Ein Steuersystem zur Steuerung eines mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors und eine entsprechende Betriebsweise sind vorgesehen. Das Steuersystem umfasst eine Motorstromerfassungsschaltung zum Erfassen eines Motorstroms, der eine Anzahl von Welligkeiten aufgrund der Kommutierung des Motors aufweist, und zum Ausgeben eines Motorstromsignals. Das Steuersystem umfasst auch einen Controller mit einer Maschineneinheit mit finiten Zuständen und ist so ausgebildet, dass es die Anzahl von Welligkeiten im Motorstrom erkennt und mit Hilfe der Maschineneinheit mit finiten Zuständen bestimmt, ob jede der Anzahl von Welligkeiten eine gültiger Welligkeit ist. Der Controller ist auch so ausgebildet, dass er die Anzahl der Welligkeiten zählt, die unter Verwendung der Maschineneinheit mit finiten Zuständen als gültig bestimmt wurden, und dass er mindestens eine der Motordrehposition und eine Motorgeschwindigkeit des Motors auf der Grundlage einer Größe der Anzahl der als gültig bestimmten Welligkeiten bestimmt.

Description

FELD
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren und ein System zur Überwachung und Steuerung eines Elektromotors, insbesondere auf ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Motor-Drehposition und einer Motordrehzahl eines mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors aus einer Anzahl von Welligkeitsspitzen eines Motorstroms aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors mit Hilfe eines Steuersystems.
HINTERGRUND
Fensterheber und andere kraftbetätigte Stellantriebe sind häufig in Kraftfahrzeugen zu finden. Solche kraftbetätigten Stellantriebe können mechanisch kommutierte Gleichstrom(DC)-Motoren verwenden. In vielen dieser Anwendungen ist es wünschenswert, die Drehposition und/oder die Geschwindigkeit einer Motorwelle zu überwachen, um die Bewegung eines Mechanismus des kraftbetätigten Stellantriebs genauer zu steuern (z.B. die Position eines Fensters, das durch einen Fensterheber bewegt werden kann). Zwar können Positionssensoren, wie z. B. Hall-Effekt-Sensoren und Drehgeber, in Verbindung mit den Motoren verwendet werden, aber diese zusätzlichen Sensoren können auch Kosten, Gewicht und/oder Komplexität erhöhen. Dementsprechend besteht nach wie vor Bedarf an verbesserten Steuerungssystemen für Gleichstrommotoren (z.B. für kraftbetriebene Stellantriebe) und deren Betriebsverfahren, die diese Mängel überwinden.
ZUSAMMENFASSUNG
Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Motorsteuerungssystem und ein Verfahren zum Betrieb des Steuerungssystems bereitzustellen, die die oben genannten Mängel ansprechen und überwinden.
Dementsprechend ist ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Steuersystem zur Steuerung eines mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors eines kraftbetätigten Stellglieds eines Fahrzeugs bereitzustellen. Das Steuersystem umfasst eine Motorstromerfassungsschaltung zum Erfassen eines Motorstroms, der eine Anzahl von Welligkeiten aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten elektrischen Gleichstrommotors aufweist, und zum Ausgeben eines Motorstromsignals. Das Steuersystem umfasst auch einen Controller, der mit der Motorstromerfassungsschaltung kommuniziert und eine Maschineneinheit mit finiten Zuständen umfasst, und der Controller ist so ausgebildet, dass er die Anzahl von Welligkeiten (ripples) im Motorstrom erkennt und mit Hilfe der Maschineneinheit mit finiten Zuständen bestimmt, ob jede der Anzahl von Welligkeiten eine gültige Welligkeit ist. Der Controller ist so ausgebildet, dass er die Anzahl der als gültig ermittelten Welligkeiten unter Verwendung der Maschineneinheit mit finiten Zuständen zählt und mindestens eine von der Motordrehposition und der Motordrehzahl des Elektromotors auf der Grundlage einer Größe der Anzahl der als gültig ermittelten Welligkeiten bestimmt.
Nach einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer der beiden Größen Motor-Drehposition und Motordrehzahl eines mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors aus einer Anzahl von Welligkeitsspitzen eines Motorstroms aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors unter Verwendung eines Steuersystems mit einem Controller bereitgestellt. Das Verfahren umfasst den Schritt der Vorkonditionierung eines Motorstromsignals, um die Anzahl der Welligkeitsspitzen während einer festgelegten Zeitspanne zu isolieren. Das Verfahren wird fortgesetzt, indem die Anzahl der Welligkeitsspitzen im Motorstromsignal mit Hilfe einer Spitzen-Detektoreinheit des Controllers erkannt wird. Der nächste Schritt des Verfahrens ist die Berechnung einer Welligkeitsperiode auf der Grundlage einer geschätzten Drehzahl des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors. Das Verfahren fährt mit dem Schritt fort, zu bestimmen, welche der mehreren Welligkeitsspitzen über einer Erfassungsschwelle liegen, die auf dem Zustand des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors basiert. Als nächstes wird eine erste Spitze aus der Anzahl der Welligkeitsspitzen während der Welligkeitsperiode als Reaktion darauf registriert, dass eine aus der Anzahl der Welligkeitsspitzen über der Erkennungsschwelle liegt. Das Verfahren umfasst dann den Schritt, nachfolgende der Anzahl von Welligkeitsspitzen für eine vorbestimmte Zeitspanne nach der Registrierung der ersten Spitze zu ignorieren. Das Verfahren umfasst auch die Registrierung einer von mehreren aufeinanderfolgenden Spitzen der mehreren Welligkeitsspitzen während einer anderen vorbestimmten Zeitspanne als Reaktion darauf, dass eine andere der mehreren Welligkeitsspitzen nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne über der Erkennungsschwelle liegt. Das Verfahren fährt mit den Schritten des Zählens einer Welligkeitenzählung der ersten Spitze und der mehreren aufeinanderfolgenden Spitzen, die registriert werden, und des Bestimmens der Motordrehposition und/oder der Motordrehzahl des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors auf der Grundlage der Welligkeitenzählung fort.
Einem weiteren Aspekt der Offenbarung zufolge wird auch ein Steuersystem zur Steuerung eines mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors eines kraftbetriebenen Stellantriebs eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das Steuersystem umfasst eine Motorstromerfassungsschaltung zum Erfassen eines Motorstroms, der eine Anzahl von Welligkeiten aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten elektrischen Gleichstrommotors aufweist, und zum Ausgeben eines Motorstromsignals. Das Steuersystem umfasst auch einen Controller, der mit der Motorstromerfassungsschaltung kommuniziert und eine SpitzenwertDetektoreinheit umfasst. Der Controller ist so ausgebildet, dass er die Anzahl von Welligkeiten im Motorstrom erkennt, wobei die Spitzen-Detektoreinheit verwendet wird, um einen ersten Spitzenwert der Anzahl von Welligkeiten während einer Welligkeitsperiode als Reaktion auf eine der Anzahl von Welligkeiten mit einem Spitzenwert über einem ErkennungsSchwellwert zu registrieren. Der Controller ist zusätzlich so ausgebildet, dass er nach der Registrierung des ersten Spitzenwertes nachfolgende Wellen für eine vorgegebene Zeitspanne ignoriert. Darüber hinaus ist der Controller so ausgebildet, dass er eine von mehreren aufeinanderfolgenden Spitzen der mehreren Welligkeitsspitzen während einer weiteren vorgegebenen Zeitspanne als Reaktion darauf registriert, dass eine weitere der mehreren Welligkeitsspitzen nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne über der Erkennungsschwelle liegt. Der Controller ist außerdem so ausgebildet, dass er eine Welligkeitenzählung auf Grundlage der ersten Spitze und der mehreren aufeinander folgenden Spitzen berechnet, die registriert werden.
Nach einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer der beiden Größen Motor-Drehposition und Motordrehzahl eines mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors aus einer Anzahl von Welligkeitsspitzen eines Motorstromsignals aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen der Anzahl von Welligkeitsspitzen in dem Motorstromsignal, Bestimmen, ob jede der Anzahl von Welligkeitsspitzen gültig ist, Zählen der Anzahl von als gültig bestimmten Welligkeitsspitzen, und Bestimmen einer Motordrehposition und/oder einer Motordrehzahl des Elektromotors auf der Grundlage einer Quantität der Anzahl von als gültig bestimmten Welligkeitsspitzen.
Nach einem anderen Aspekt ist ein System zur Bestimmung mindestens eines von einer Drehposition und einer Geschwindigkeit eines mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors eines Stellantriebs eines Fahrzeugs vorgesehen, das eine Motorstromerfassungsschaltung zum Erfassen eines Motorstroms, der eine Anzahl von Welligkeiten aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors aufweist, und zum Ausgeben eines Motorstromsignals umfasst, und einen Controller in Kommunikation mit der Motorstromerfassungsschaltung, wobei der Controller so ausgebildet ist, dass er das Motorstromsignal, das eine Anzahl von Welligkeitsspitzen umfasst, empfängt, bestimmt, ob die Anzahl von Welligkeitsspitzen gültig ist, die Anzahl von als gültig bestimmten Welligkeitsspitzen zählt und die Drehposition und/oder die Geschwindigkeit des Elektromotors auf der Grundlage einer Menge der Anzahl von als gültig bestimmten Welligkeitsspitzen bestimmt.
Nach einem anderen Aspekt ist ein Steuersystem zur Steuerung mindestens eines von einer Drehposition und einer Geschwindigkeit eines mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors eines Stellantriebs eines Fahrzeugs vorgesehen, das eine Motor-Steuereinheit für eine Motorstromerfassungsschaltung zur Erfassung eines Motorstroms, der eine Anzahl von Welligkeiten aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors aufweist, und zur Ausgabe eines Motorstromsignals umfasst, und einen Controller in Kommunikation mit der Motorstromerfassungsschaltung, wobei der Controller so ausgebildet ist, dass er das Motorstromsignal, das eine Anzahl von Welligkeitsspitzen umfasst, empfängt, bestimmt, ob die Anzahl von Welligkeitsspitzen gültig ist, die Anzahl von als gültig bestimmten Welligkeitsspitzen zählt und die Drehposition und/oder die Geschwindigkeit des Elektromotors auf der Grundlage einer Menge der Anzahl von als gültig bestimmten Welligkeitsspitzen bestimmt, und die mindestens eine von einer Drehposition und einer Geschwindigkeit des Motors unter Verwendung der ermittelte, Bestimmen mindestens einem von der Rotationsposition und der Geschwindigkeit des Elektromotors.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung eines mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors aus einer Anzahl von Welligkeitsspitzen eines Motorstromsignals aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte der Erfassung der Anzahl von Welligkeitsspitzen im Motorstromsignal umfasst, Bestimmen, ob jede der Anzahl von Welligkeitsspitzen gültig ist, Zählen der Anzahl von als gültig bestimmten Welligkeitsspitzen, und Bestimmen einer Motordrehposition und/oder einer Motordrehzahl des Elektromotors auf der Grundlage einer Menge der Anzahl von als gültig bestimmten Welligkeitsspitzen, und Steuerung des Motors unter Verwendung der ermittelten mindestens einen der beiden Werte einer Motordrehposition und einer Motordrehzahl des Elektromotors auf der Grundlage einer Menge der mehreren als gültig ermittelten Welligkeitsspitzen.
Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Welligkeit-Erfassungscontroller vorgesehen, der eine Signalerfassungseinheit, die mit einer Motorspannungs- und Stromerfassungsschaltung gekoppelt ist, eine Modellschätzungseinheit, die mit einer Signalerfassungseinheit gekoppelt ist, eine Signalfiltereinheit, die mit einer Signalerfassungseinheit und der Modellschätzungseinheit gekoppelt ist, und eine Spitzen-Analyseeinheit, die mit der Signalfiltereinheit gekoppelt ist, um die Modellschätzungseinheit und die Signalerfassungseinheit 143 schätzend zu modellieren, umfasst, so dass die Spitzen-Analyseeinheit so ausgebildet ist, dass sie mindestens eine Motordrehzahl und/oder eine Motorposition auf der Grundlage einer Anzahl von validierten Welligkeitsspitzen ausgibt.
Nach einem anderen Aspekt ist ein Detektionssystem vorgesehen, das eine Abtasteinheit für eine Spannungs- und Strom-Variable zum Abtasten eines Motorstroms mit einer Anzahl von Welligkeitsspitzen als Funktion einer Motordrehzahl, eine Drehzahlschätzeinheit zum Erzeugen einer geschätzten Motordrehzahl auf der Grundlage eines Modells des Motors, eine Abtastfrequenz-Berechnungseinheit zum Bestimmen einer Abtastrate des Motorsignals als Funktion der geschätzten Motordrehzahl umfasst, ein Frequenzbereichsfilter zum Isolieren der Welligkeitsspitzen im Motorstrom, eine Spitzenvalidierungseinheit zum Validieren der Welligkeitsspitzen im Motorstrom vor dem Zählen der Welligkeitsspitzen im Motorstrom und/oder zum Ungültigmachen einer validierten Welligkeitsspitze vor dem Zählen der Welligkeitsspitzen im Motorstrom, eine Spitzendetektoreinheit zum Zeitfiltern des gefilterten Motorstroms zum Erfassen der Welligkeitsspitze und eine Zähleinheit zum Zählen der validierten Welligkeitsspitzen, die von der Spitzendetektoreinheit ausgegeben werden.
Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der hier gegebenen Beschreibung ergeben.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Umsetzungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeugs einschließlich beweglicher Fenster und Verschlusspaneelen, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
2 ist eine Seitenansicht eines Verschlusspaneels mit einem beweglichen Fenster und einem motorischen Stellantrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 ist eine seitliche Querschnittsansicht des motorischen Stellantriebs von 2, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
4 ist ein Diagramm eines Permanentmagnet-Bürstenmotors, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
5A und 5B zeigen gegenüberliegende Seiten einer Leiterplatte mit einem Controller eines Steuersystems zur Steuerung eines Elektromotors des motorischen Stellantriebs gemäß einem Ausführungsbeispiel,
6A zeigt ein Beispiel für ein Motorsteuerungssystem mit einem Erkennungssystem, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
6B zeigt eine Motorspannungs- und Stromerfassungsschaltung des Steuersystems entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
7 zeigt eine Anzahl von Einheiten des Controllers in Kommunikation mit der Motorspannungs- und Stromerfassungsschaltung, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
8 zeigt eine digitale Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit des Controllers, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
9 zeigt ein Beispiel für den Frequenzgang einer digitalen Bandpassfiltereinheit des Controllers, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
10 zeigt eine Analyse jeder einzelnen von mehreren möglichen Spitzen einer Anzahl von Spitzendetektor-Abtastwerten eines bandpassgefilterten Stromsignals innerhalb eines Zeitfensters einer vorgegebenen Spitzen-Erfassungszeit unter Verwendung einer Spitzen-Erfassungseinheit des Controllers, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
11 zeigt die Berechnung eines Nächstpunktmttelwertes einer vorgegebenen Menge der Anzahl von Spitzendetektor-Abtastwerten vor und nach jedem der Anzahl möglicher Spitzen unter Verwendung der Spitzen-Detektoreinheit des Controllers, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
12 zeigt einen Vergleich einer Größe jeder der mehreren möglichen Spitzen mit dem Nächstpunktmittelwert unter Verwendung der Spitzen-Detektoreinheit des Controllers, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
13 zeigt ein Beispiel für die Darstellung eines Motorstroms während des Betriebs des Elektromotors, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
14 zeigt eine Blockierbedingung im erfassten Motorstrom, entsprechend einem Ausführungsbeispiel,
15 und 16 zeigen Zustände einer Maschineneinheit mit finiten Zuständen des Controllers in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel,
17 zeigt ein Logikdiagramm, das den Betrieb der Einheit der Maschine mit finiten Zuständen in einem Blockierungszustand und einem Unterdrehzahlzustand entsprechend einem Ausführungsbeispiel zeigt,
18 und 19 zeigen einen Zeitfilter, der vom Controller angewendet wird, um eine vorgegebene Anzahl von Abtastwerten der Welligkeitsperiode zu ignorieren, in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel,
20-22 veranschaulichen die Schritte eines Verfahrens zur Bestimmung einer Motordrehposition und/oder einer Motordrehzahl des Elektromotors aus einer Anzahl von Welligkeitsspitzen eines Motorstroms aufgrund der Kommutierung unter Verwendung des Steuersystems,
23 ist ein Flussdiagramm, das die Validierung eines Motorstromsignals unter Verwendung einer Maschine mit finiten Zuständen in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel zeigt,
24 ist ein Flussdiagramm, das die Validierung eines Motorstromsignals in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel zeigt, und
25 ist ein Blockdiagramm eines Detektorsystems, das ein Ausführungsbeispiel zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Der Begriff „Verschlusspaneel“ wird in der folgenden Beschreibung und den begleitenden Ansprüchen im Allgemeinen für jedes Element verwendet, das zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung beweglich ist und den Zugang zu einem Innenabteil eines Kraftfahrzeugs öffnet bzw. schließt, also einschließlich Kofferraum, Türen, Heckklappen, Schiebetüren, Hubtüren, Motorhauben oder andere geschlossene Abteile, Fenster, Schiebedächer, zusätzlich zu den Seitentüren eines Kraftfahrzeugs.
Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Steuerungssystem, das sich für den Einsatz in vielen Elektromotoranwendungen gut eignet. Das Kontrollsystem und die damit verbundene Arbeitsweise dieser Offenbarung werden in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben.
Nun wird zunächst zu 1 der Zeichnungen ein Beispiel eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Fahrzeugkarosserie 12, einer aufklappbaren Vordertür 14 und einer Schiebetür hinten 16 gezeigt. Die Vordertür 14 ist mit einem Fenster 18 ausgestattet, das über ein motorbetriebenes Fensterhebersystem zwischen geschlossener und offener Position bewegt werden kann. In ähnlicher Weise ist die hintere Tür 16 mit einem Fenster 20 ausgestattet, das über ein motorbetriebenes Fensterhebersystem zwischen geschlossener und offener Position bewegt werden kann. Während die vorliegende Offenbarung im Folgenden speziell auf die Beschreibung des Fensterhebersystems in Verbindung mit der hinteren Schiebetür 16 ausgerichtet ist, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen und schätzen, dass ähnliche Anordnungen wie die hier beschriebene für die Verwendung mit der vorderen Tür 14 und/oder einem Fenster 22 in Verbindung mit einer aufklappbaren Heckklappe 24 sowie mit jeder anderen Art von Verschlussplatte und anderen motorischen Stellantrieben des Fahrzeugs, wie z.B. für die Kraftfreigabe, die Kraftverriegelung in den Fahrzeug-Türverriegelungen sowie für die Anzug-Stellglieder und dergleichen, angepasst werden können.
Wie in 2 am besten dargestellt ist, ist eine motorische Stellantriebseinheit 26 des kraftbetriebenen Fensterhebersystems für das Kraftfahrzeug 10, insbesondere ein Fensterheber, vorgesehen. Der Stellantrieb 26 ist für den Antrieb der Schiebefenster oder des Fensters 20 der 1 und 2 durch eine Kupplung 27 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position in Bezug auf einen an der Tür 16 befestigten Tragrahmen 29 bedienbar.
Der kraftbetätigte Stellantrieb 26 umfasst einen Elektromotor 28 und eine Controllereinheit 30, die elektrisch mit dem Elektromotor 28 gekoppelt ist und (wie im Folgenden besprochen) geeignete Hardware und/oder Software zur Steuerung des Betriebs des Elektromotors 28 umfasst.
Unter Bezugnahme auf 3 wird nun ein Beispiel für die angetriebene Stellantriebseinheit 26 gezeigt. Entsprechend einem illustrativen Beispiel kann die angetriebene Stellantriebseinheit 26 eine angetriebene Stellantriebseinheit mit einem Bürsten-Gleichstrommotor (BDC) sein. 3 illustriert auch genauer die angetriebene Stellantriebseinheit 26 einschließlich eines Antriebsgehäuses 32 für den Elektromotor 28. Das Antriebsgehäuse 32 definiert eine Getriebekammer 34, eine Motorwellenkammer 36, die mit der Getriebekammer 34 kommuniziert, und eine Motorbefestigungskammer 38, die mit der Wellenkammer 36 kommuniziert. Eine an der Motorwelle 42 befestigte Schnecke 40 ist mit einem großen Zahnrad-Antriebsrad 44 in Eingriff, das drehbar in der Getriebekammer 34 gelagert ist. Die Drehung des großen Zahnrads 44 umfasst eine Abtriebswelle 46, die mit einer Trommel (nicht abgebildet) verbunden ist, um die Drehung der Trommel, die mit einem Kabel-Rollen-Mechanismus verbunden ist, zu steuern, wenn sich das große Zahnrad 44 dreht. Der Elektromotor 28 ist in der Montagekammer 38 montiert und dient zur Steuerung des Betrags und Drehrichtung der Motorwelle 42. Das Gehäuse 32 umfasst mehrere gelochte Befestigungslaschen 48 zur Befestigung der angetriebenen Stellantriebseinheit 26 an der Tür 16. Steuersignale, die von der Controllereinheit 30 bereitgestellt werden, werden der angetriebenen Stellantriebseinheit 26 zugeführt. Zur Veranschaulichung wird gezeigt, dass die Controllereinheit 30 vom Motor 28 entfernt und mit diesem über einen Kabelbaum 50 elektrisch verbunden ist, dessen eines Ende in einem elektrischen Steckverbinder 52 befestigt ist, der sich von der Montagekammer 38 aus erstreckt. Steuersignale können alternativ von einer lokal angeordneten Controllereinheit 30 geliefert werden, z.B. auf einer Leiterplatte (PCB) 54, die sich im Antriebsgehäuse 32 befindet.
Der Motor 28 ist nun in 4 als 2-poliger Permanentmagnetmotor dargestellt und umfasst ein Paar Motorbürsten 56, wie z.B. Kohlebürsten, und einen Anker 58 mit zwei Kommutatorpolen 60, die jeweils mit einem Satz Ankerwicklungen 62 verbunden sind. Der Anker 58 dreht sich, während der von der Controllereinheit 30 gelieferte elektrische Strom von einer Ankerwicklung 62 zur nächsten über die Bürsten 56, die die Pole 60 kontaktieren, geleitet wird, um die Ankerwicklungen zu erregen und ein Magnetfeld zu erzeugen, das den Anker zu den Permanentmagneten 64 hin- oder von diesen wegzieht. Wenn sich der Anker 58 dreht, erzeugen die Motorbürsten 56 einen Kurzschluss zwischen den benachbarten Kommutatorpolen 60. Ein solcher Kurzschluss verringert den Ankerwiderstand und bewirkt eine Erhöhung des zugeführten Stromflusses, wodurch eine Welligkeit des Stroms proportional zur Drehzahl des Motors 28 verursacht wird, wie sie durch die Induktion von magnetischer Energie auf die Motor-Kommutatorpole 60 erzeugt wird, die in einer Weise erkannt wird, die hier unten beschrieben wird. Es wird erkannt, dass andere Konfigurationen des Bürstenmotors 28 als ein 2-poliger Magnetmotor vorgesehen werden können.
Unter Bezugnahme auf die 5A und 5B ist nun zusätzlich zu 3 eine Controlleranordnung 96 mit der Controllereinheit 30 dargestellt. Es ist dargestellt, dass die Controller-Anordnung 96 im Allgemeinen die Leiterplatte 54 umfasst, die in der Gehäusekammer 98 angeordnet ist, wenn die Gehäuseabdeckplatte 100 auf dem Gehäuseabschnitt 101 des Antriebsgehäuses 102 installiert ist. Die dargestellte PCB 54 umfasst verschiedene elektrische oder elektronische Komponenten zur Steuerung des Betriebs der angetriebenen Stellantriebseinheit 26. Steckverbinderanschlüsse 103 sind in der PCB 54 ausgebildet und so ausgebildet und angeordnet, dass sie die Steckverbinderanschlüsse 104 aufnehmen, die dem elektrischen Steckverbinder 50 zugeordnet sind, der im Steckverbinderabschnitt 52 des Gehäuses 102 vorgesehen ist. Die auf der Leiterplatte 54 montierte und elektrisch miteinander verbundene Elektronik kann Hardware- und Softwarekomponenten wie einen Mikrocontroller oder Controller 110, wie einen Mikroprozessor, und Speichermodule 112, wie einen Speicherchip, zur Speicherung von Befehlen und Algorithmen (z.B. Codes) zur Ausführung der hier beschriebenen Motor-Regelungsverfahren und -techniken durch den Controller 110 enthalten. Weitere Komponenten wie Widerstände, Induktivitäten und Kondensatoren und andere signalverarbeitende/unterstützende Komponenten für den Betrieb des Controllers 110 und der Speichermodule 112 zur Steuerung des Motors 28 sind vorgesehen. Beispielsweise können die auf dem Speichermodul 112 gespeicherten Befehle und der Code auch mit verschiedenen Systemmodulen in Beziehung stehen, z. B. mit Modulen für Anwendungsprogrammierschnittstellen (API), Antriebs-API, API für digitale Eingangs- und Ausgangssignale, Diagnose- und Kommunikations-API sowie mit Kommunikationstreibern für die LIN-Kommunikation und die CAN-Bus-Kommunikation mit einem Karosserie-Steuerungsmodul (BCM) oder einem anderen Fahrzeugsystem. Obwohl die Module oder Einheiten hier als in einen Speicher 112 geladen beschrieben werden können, ist davon auszugehen, dass die Module oder Einheiten in Hardware und/oder Software implementiert werden können. Auf der Leiterplatte 54 kann auch FET-Hardware wie ein H-Brücken-FET 114 (Feldeffekttransistoren) zur Bereitstellung eines pulsbreitenmodulierten Signals für die Wicklungen 62, wie z.B. die Leistungstransistorschalter, und in den Speicher 112 geladene Software, die sich auf solche FETs 114 bezieht, wie z.B. FET-APIs, montiert sein.
Die Befehle und Algorithmen (z.B. , Code) zur Ausführung durch den Controller 110 (für Motorüberwachungs-/Regelungsverfahren und - techniken) können sich auf die Steuerung einer Motortreiberschaltung 115 mit H-Brücken-FET(s) 114 (einschließlich Feldeffekttransistoren, wie z.B. Leistungstransistorschalter) beziehen, um eine koordinierte Leistung für den Motor 28 zu liefern, z.B. , FETS 114 als Lastschalter zum Anschließen oder Abschalten einer Stromquelle 133 von elektrischer Energie (Spannung / Strom), wie sie vom Controller 110 gesteuert wird, oder eines FET-Treibers zur Steuerung des Motors 28. Der Controller 110 ist zur Steuerung des FET 114 der H-Brücke elektrisch direkt oder indirekt mit diesem verbunden (z.B. zur Steuerung der FET-Schaltrate). Der H-Brücken-FET 114 ist beispielsweise mit dem Motor 28 über die elektrischen Leitungen 116 (z.B. 2 Leitungen, +ve und - ve) verbunden, die mit den auf der Leiterplatte 54 montierten Steckerstiften 118 verbunden sind. Sowohl die erfassten Stromsignale als auch die durch die Rotation des Motors 28 erzeugten gegenelektromotorischen Spannungssignale (EMK) können vom Controller 110 über die gleichen elektrischen Leitungen 116 ebenfalls beispielsweise empfangen werden. Während die Controllereinheit 30 so dargestellt ist, wie sie in der angetriebenen Stellantriebseinheit 26 für einen Fensterheber enthalten ist, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass die Controllereinheit 30 in ein anderes System integriert werden kann, wie z.B. in einen angetriebenen Türöffnungs-Stellglied zur Steuerung des Schließens oder Öffnens der Tür 14, 16, 24 oder innerhalb eines separaten Türsteuermoduls, das an der Tür 14, 16, 24 montiert ist und mit einer internen Leiterplatte, wie z.B. PCB, Mikroprozessor, Speicher und FETs, versehen sein kann.
Die Controllereinheit 30 umfasst ein Steuersystem 120 (6A, 7) zur Steuerung des Elektromotors 28 des motorischen Stellantriebs 26. Das Steuersystem 120 umfasst eine Motorspannungs- und Stromerfassungsschaltung 122 zur Erfassung eines Motorstroms 123 und einer Motorspannung 125 des Elektromotors 28 und zur Ausgabe eines entsprechenden Motorstromsignals und Motorspannungssignals, wie am besten in 6B dargestellt ist. Im Einzelnen umfasst die Motorspannungs- und Stromerfassungsschaltung 122 einen vierpoligen Nebenwiderstand 124 (z.B. Bourns CST0612) in Reihe mit dem Elektromotor 28. Zwei Strommessverstärker 126 (z.B. Texas Instruments INA286-Q1) sind mit dem vierpoligen Shuntwiderstand 124 gekoppelt, um den Strom in zwei Richtungen zu messen. Zwei Spannungsteiler 128 sind auch an den vierpoligen ShuntWiderstand 124 gekoppelt, um eine Spannungsmessung in zwei Richtungen zu ermöglichen. Während die Motorspannungs- und Stromerfassungsschaltung 122 wie dargestellt implementiert werden kann, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass die Motorspannungs- und Stromerfassungsschaltung 122 stattdessen mit verschiedenen anderen Schaltungen implementiert werden könnte, die den Motorstrom und die Motorspannung des Elektromotors 28 erfassen können. Der Welligkeitsdetektor-Controller 110 umfasst beispielsweise eine Signalerfassungseinheit 143, die mit der Motorspannungs- und Stromerfassungsschaltung 122 gekoppelt ist, eine Modellschätzungseinheit 135, die mit der Signalerfassungseinheit 143 gekoppelt ist, eine Signalfiltereinheit 137, die mit der Signalerfassungseinheit 143 und der Modellschätzungseinheit 135 gekoppelt ist. Die Signalerfassungseinheit 143, die Modellschätzungseinheit 135 und die Signalerfassungseinheit 143 bilden eine Signal-Vorkonditionierungseinheit 131. Der Controller 110 umfasst außerdem eine Spitzen-Analyseeinheit 139, die mit der Signal-Vorkonditionierungseinheit 131 gekoppelt ist und beispielsweise mit der Signalfiltereinheit 137 gekoppelt ist, um die Schätzeinheit 135 und die Signalerfassungseinheit 143 zu modellieren. Die Spitzen-Analyseeinheit 139 kann mit einer Motor-Steuereinheit 141 so gekoppelt werden, dass die Spitzen-Analyseeinheit 139 so ausgebildet ist, dass sie 151 mindestens eine der folgenden Größen ausgibt: Motordrehzahl und Motorposition, z. B. Motordrehungen, basierend auf den erfassten Spitzen auf die hier beschriebene Weise. Die Motor-Steuereinheit 141 ist so ausgebildet, dass sie den Ausgang 151 von mindestens einer Motorgeschwindigkeit und einer Motorposition empfängt und einen Regelvorgang des Motors 28 ausführt, z.B. eine Rückkopplungsregelungsmethodik wie eine PID-Regelung, als ein Beispiel und ohne Einschränkung. Die Motor-Steuereinheit 141 kann mit einer Motortreibereinheit 115 gekoppelt werden, die die Form anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen mit Feldeffekttransistoren („FETs“) haben kann, die mit dem Motor 28 gekoppelt sind, um die dem Motor 28 von der Stromquelle 133 zugeführte Leistung zu steuern, um z. B. den Motor 28 in verschiedenen Richtungen und/oder Geschwindigkeiten anzutreiben. Die Motor-Steuereinheit 141 kann mit einer Einklemmschutzfunktion ausgebildet werden, die den Ausgang 151 von mindestens einem von einer Motorgeschwindigkeit und einer Motorposition zur Bereitstellung einer Einklemmerkennung verwendet, so dass die Motor-Steuereinheit 141 den Motor 28 entweder zum Stoppen oder zur Umkehrung der Richtung steuern kann, wenn ein Einklemmen durch die Motor-Steuereinheit 141 erkannt wird. Der Ausgang 151 kann für andere Arten von Systemen bereitgestellt werden, wie z.B. Hinderniserkennungs- und Warnsysteme, ein Blockierungs-Erkennungssystem als Beispiele. Die Einheiten 143, 135, 131, 137, 139, 131 können als Einheiten bereitgestellt werden, die z.B. in einen Speicher eines digitalen Signalprozessors geladen werden, als ausführbare Befehle, wie z.B. in Firmware, Software, Quellcode, usw., aber es versteht sich von selbst, dass die Module oder Einheiten in Hardware und/oder Software implementiert werden können, z.B. als dedizierte Signalverarbeitungs-Chipsätze, feldprogrammierbare Gate-Arrays, ASICs, usw., ohne Einschränkung und in verschiedenen Kombinationen.
Wie in 7 am besten dargestellt ist, umfasst das Steuersystem 120 auch den Controller 110, der mit der Motorspannungs- und Stromerfassungsschaltung 122 gekoppelt ist, die eine dynamische Periodenschätzeinheit 130 und eine Gleichstrommotor-Modelleinheit 132 sowie eine digitale Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 und eine digitale Bandpassfiltereinheit 136 und eine Spitzenerfassungseinheit 138 und eine Spitzenzähleinheit 140 umfasst. Der Controller 110 kann auch andere Einheiten oder Module verwenden, wie z.B. eine Analog-Digital-Wandler-Timing-Einheit 142, die mit der dynamischen Periodenschätzeinheit 130 kommuniziert (z.B. um die geschätzte Motordrehzahl zu empfangen) und eine Analog-Digital-Wandler-Signalerfassungseinheit 144, die mit der Analog-Digital-Wandler-Timing-Einheit 142 und mit einer Einheitenwandlereinheit 146 kommuniziert, die mit der Gleichstrom-Motor-Modelleinheit 132 kommuniziert. Der Controller 110 kann auch eine Filtereinheit 148 für die gleitende Durchschnittsgeschwindigkeit in Verbindung mit der Gleichstrom-Motor-Modelleinheit 132, eine Richtungsschätzereinheit 150 in Verbindung mit der Einheitenwandlereinheit 146 (z.B. für die Filterung des Bewegungsdurchschnitts der vom Gleichstrom-Motor-Modell 132 geschätzten Motorgeschwindigkeit) und eine Motorgeschwindigkeits-Messeinheit 152 enthalten, die so ausgebildet ist, dass sie mindestens eine Motor-Drehposition oder eine Motor-Geschwindigkeit des Elektromotors 28 ausgibt.
Der Controller 110 ist so ausgebildet, dass er eine geschätzte Motordrehzahl des Elektromotors 28 auf der Grundlage des Motorstromsignals und des Motorspannungssignals unter Verwendung der Gleichstrommotor-Modelleinheit 132 bestimmt. Genauer gesagt verwendet die Gleichstrommotor-Modelleinheit 132 eine elektrische Gleichung, die ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor-Modell darstellt, um beispielsweise eine kontinuierliche Schätzung der Wellendrehzahl des Elektromotors 28 aus der Erfassung des Motorspannungssignals und des Motorstromsignals zu erzeugen. Die geschätzte Motordrehzahl wird z.B. zur Abstimmung einer Abtastrate durch Steuerung eines Triggerzeitpunkts (z.B. der Analog-Digital-Wandlungs-Timereinheit 142) verwendet. Darüber hinaus wird anhand der Strom- und Spannungssignale eine Schätzung der Motorrichtung vorgenommen (z.B. mit der Richtungsschätzer-Einheit 150).
Der Controller 110 ist auch so ausgebildet, dass er einen Gleichstromanteil des Motorstromsignals entfernt und ein Wechselstrom-Motorstromsignal mit Hilfe der digitalen Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 extrahiert. Wie in 8 am besten dargestellt ist, umfasst die digitale Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 ein Schieberegister 154, das so ausgebildet ist, dass es das Motorstromsignal um einen festen Phasenverschiebungsfaktor verzögert und ein verzögertes Motorstromsignal ausgibt. Die Trennung der Gleichstromkomponente des Stromsignals von der Wechselstromkomponente durch die digitale Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 wird durch die Verwendung eines Tiefpassfilters mit festem Koeffizienten erreicht. In einer Ausführungsform umfasst die digitale Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 auch ein Filter mit gleitendem Mittelwert 156, das so ausgebildet ist, dass es den Gleichstromanteil des Motorstromsignals filtert und ein Gleichstrom-Motorstromsignal 1117 (Gleichstromkomponente des Motorstromsignals) ausgibt. Das Schieberegister 154 ist notwendig, weil das Filter 156 mit gleitendem Mittelwert eine Phasenverschiebung zwischen dem ursprünglichen Motorstromsignal und dem gefilterten Signal (DC-Komponente) 1117 einführt und die DC-Komponente und das Motorstromsignal abgeglichen werden müssen. Somit wird das ursprüngliche Motorstromsignal um den festen Phasenverschiebungsfaktor verzögert, was eine korrekte Synchronisierung zwischen dem Motorstromsignal und dem gefilterten Signal (Gleichstromanteil) gewährleistet. Darüber hinaus umfasst die digitale Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 eine Subtraktionseinheit 158, die so ausgebildet ist, dass sie das Gleichstrom-Motorstromsignal 1117 vom verzögerten Motorstromsignal subtrahiert und das Wechselstrom-Motorstromsignal 1115 ausgibt. So wird der Gleichstromanteil (DC) des Motorstromsignals mit Hilfe eines digitalen Filters (gleitender Mittelwert) berechnet, die Differenz zwischen dem Motorstromsignal und dem Ausgang der digitalen Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 ist der Wechselstromanteil (AC) des Motorstromsignals, der die Welligkeit-Impulse oder mehrere Welligkeits-Spitzen (verursacht durch die Kommutierung der Motorbürste) umfasst.
Unter Bezugnahme auf 7 ist der Controller 110 so ausgebildet, dass er die Anzahl der Welligkeitsspitzen des Wechselstrom-Motorstromsignals unter Verwendung der digitalen Bandpassfiltereinheit 136 isoliert, die mit einer Bandpass-Abtastfrequenz betrieben werden kann und eine Anzahl von festen Koeffizienten und eine variable Mittenfrequenz aufweist, die durch Einstellen der Bandpass-Abtastfrequenz proportional zur geschätzten Motordrehzahl variiert wird, um ein bandpassgefiltertes Stromsignal auszugeben. Im Allgemeinen sind digitale Filter wie die digitale Bandpassfiltereinheit 136 mathematische Operationen, die das abgetastete Signal (z.B. den Wechselstromanteil des Motorstromsignals) und eine bestimmte Anzahl von numerischen Koeffizienten beinhalten. Die Änderung der Anzahl der Koeffizienten und ihrer Werte verändert die Filterreaktion. Das Filterverhalten ist also abhängig von der jeweiligen mathematischen Operation, den Koeffizienten und auch von der Abtastfrequenz. Dennoch erfordert die Änderung des Koeffizienten zur Änderung des Filterverhaltens in der Regel einen rechenintensiven Vorgang, so dass die hier beschriebene Abtastfrequenz der digitalen Bandpassfiltereinheit 136 zur Änderung der Mittenfrequenz der digitalen Bandpassfiltereinheit 136 verwendet wird. Die Welligkeitsfrequenz ist proportional zur Drehzahl der Motorwelle, die Mittenfrequenz des Filters wird entsprechend geändert, um nur ein Welligkeitssignal zu erhalten. Folglich kann eine bessere Leistung, insbesondere in den transienten Phasen des Elektromotors 28, wie Motorstart und Motorbremse, erreicht werden.
Ein Beispiel für einen Frequenzgang der digitalen Bandpassfiltereinheit 136 ist in 9 dargestellt. Der Frequenzgang 399 gibt eine Darstellung der Dämpfung des Eingangssignals bei einer bestimmten Frequenz nach der Filterberechnung, z.B. gibt die Y-Achse 401 den Betrag (dB) und die X-Achse 403 die normierte Frequenz an (Xπrad/Abtastung). Die digitale Bandpassfiltereinheit 136 erzeugt weniger Dämpfung, wenn das Eingangssignal eine Frequenz von 10% der Frequenz des gezeigten Filters hat. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass die digitale Bandpassfiltereinheit 136 andere Frequenzgänge aufweisen kann. So helfen die digitale Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 und die digitale Bandpassfiltereinheit 136 bei der Extrapolation des Welligkeits-Signals.
Der Controller 110 kann so ausgebildet werden, dass er innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Maximum bestimmt, so dass die vom Controller 110 identifizierten Maxima eine vom Controller 110 als gültig bestimmte Welligkeitsspitze sind. Zum Beispiel analysiert der Controller 110 des Steuersystems 120 dann jede von mehreren möglichen Spitzen 160 einer Anzahl von Spitzendetektor-Abtastwerten oder die Maxima der Abtastwertgruppe innerhalb des Fensters oder der vorgegebenen Zeitspanne des bandpassgefilterten Stromsignals innerhalb eines Zeitfensters einer vorgegebenen Spitzen-Erfassungszeit mit der Spitzen-Erfassungseinheit 138, wie am besten in 10 dargestellt ist. Mit anderen Worten, der Wechselstromteil des Motorstromsignals, der die Anzahl der Welligkeitsspitzen umfasst, wird analysiert, um die Spitzen des Signals zu zählen, sowohl steigende als auch fallende Spitzen. Genauer gesagt wird ein Fenster von 2k+1 Zeitserienpunkt aufgebaut und das Element in der Mitte des Fensters als mögliche Spitze des Signals berücksichtigt. Der Controller 110 wird dann so ausgebildet, dass er einen nächstgelegenen Punktmittelwert 161 einer vorgegebenen Menge der Anzahl von Spitzendetektor-Abtastungen vor und nach jeder der Anzahl möglicher Spitzen 160 (z.B. K-nahe linke Menge der Punkte 162 und eine K-nahe linke Menge der Punkte 164) unter Verwendung der Spitzen-Detektoreinheit 138 berechnet, wie am besten in 11 dargestellt ist. Als nächstes wird der Controller 110 so ausgebildet, dass er eine Größe jeder der mehreren möglichen Spitzen 160 (z.B. Abstand vom nächsten Punktmittel 166) mit dem nächsten Punktmittel 161 unter Verwendung der Spitzen-Detektoreinheit 138 vergleicht und bestimmt, dass jede der mehreren möglichen Spitzen 160 des bandpassgefilterten Stromsignals die mehreren Spitzen sind, wenn die Größendifferenz jeder der mehreren möglichen Spitzen 160 im Vergleich zum nächsten Punktmittel 161 einen vorgegebenen Spitzen-Bestimmungsschwellwert unter Verwendung der Spitzen-Detektoreinheit 138 überschreitet, wie am besten in 12 dargestellt ist. So wird ein Mittelwert (z.B. der Mittelwert des nächstgelegenen Punktes 161) des k-nächsten Punktes der Serie der Anzahl von Spitzendetektor-Abtastungen aus dem Mittelelement oder der Abtastung berechnet und dann ein Abstand oder eine Größe von diesen Mittelwerten 161 mit einem Schwellwert verglichen, um festzustellen, ob der Punkt eine Spitze ist. Diese Technik ist besser geeignet als der Nulldurchgang. Daher ist der Controller 110 so ausgebildet, dass er die Anzahl der Welligkeitsspitzen des bandpassgefilterten Stromsignals mit Hilfe der Spitzen-Detektoreinheit 138 erkennt.
Aufgrund der Unterschiede zwischen Motorstrom und Motorspannung in den verschiedenen Betriebsstadien des Elektromotors 28 umfasst der Controller 110 außerdem eine Konfiguration für den Betrieb in Modi oder Zuständen, die durch Übergänge miteinander verbunden sind. Zum Beispiel kann der Controller 110 mit der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen (7) ausgebildet werden, einschließlich oder definiert durch die verschiedenen Zustände und Übergänge zwischen den Zuständen. Ein Beispiel für die Darstellung des Motorstroms während des Betriebs des Elektromotors 28 ist in den 13 und 14 dargestellt. Konkret folgt auf eine anfängliche Region 170 ohne Welligkeiten oder falsche Welligkeiten eine Anlaufspitze 172, auf die eine stationäre Region 174 folgt, und die durch die horizontale Linie 176 angezeigte Region ist die Zeitspanne, in der gute Welligkeitsimpulse erkannt werden können. Zum Beispiel wird jede der mehreren Welligkeitsspitzen vom Controller 110 als gültig bestimmt, wenn eine Amplitude jeder der mehreren Welligkeitsspitzen unter einem vorbestimmten stationären Schwellwert liegt, d.h. während eines stationären Betriebs des Motors 28, und wenn zum Beispiel die Spitzen der Welligkeitsimpulse unter dem durch die horizontale Linie 176 angezeigten Schwellwert liegen. Eine Blockierungsregion 178, die einen Blockierungszustand des Elektromotors 28 anzeigt, ist in 14 dargestellt.
Unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen wird der Controller 110 weiter ausgebildet, um zu bestimmen, ob jeder der mehreren Spitzen gültig ist. Wie in den 15 und 16 am besten dargestellt ist, umfasst die Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen einen Wartezustand 180 und einen laufenden Zustand 182 sowie einen Stoppzustand 184. Daher wird die Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen verwendet, um zu prüfen, ob die Anzahl der Welligkeitsimpulse gültig ist oder nicht. Insbesondere werden die Strom-, Spannungs- und geschätzten Geschwindigkeitssignale analysiert, um festzustellen, ob ein erkannter Welligkeitsimpuls auf der Grundlage von Strom- und Spannungsschwellwerten gültig sein kann.
Folglich ist der Controller 110 so ausgebildet, dass er das Motorstromsignal und das Motorspannungssignal sowie die geschätzte Motordrehzahl unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen analysiert. Der Controller 110 ist auch so ausgebildet, dass er unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen bestimmt, dass einer der mehreren Spitzenwerte im Wartezustand 180 nicht gültig ist und dass er als Reaktion darauf, dass das Motorspannungssignal über einem Spannung-Hoch-Schwellwert und das Motorstromsignal über einem Strom-Hoch-Schwellwert liegt, vom Wartezustand 180 in den Laufzustand 182 übergeht und unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen bestimmt, dass der eine der mehreren Spitzenwerte im Laufzustand 182 gültig ist. Unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen ist der Controller 110 zusätzlich so ausgebildet, dass er als Reaktion auf das Motorspannungssignal, das unter einem Spannung-Niedrig-Schwellwert liegt, und das Motorstromsignal, das unter einem Strom-Niedrig-Schwellwert liegt, vom Laufzustand 182 in den Stoppzustand 184 übergeht und bestimmt, welcher der mehreren Spitzenwerte im Stoppzustand 184 gültig ist. Zusätzlich ist der Controller 110 so ausgebildet, dass er als Reaktion auf das Motorspannungssignal, das über einem Spannung-Niedrig-Schwellwert liegt, oder das Motorstromsignal, das über einem Strom-Niedrig-Schwellwert liegt, vom Stoppzustand 184 in den Laufzustand 182 übergeht und mit Hilfe der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen bestimmt, welcher der mehreren Spitzenwerte im Laufzustand 182 gültig ist. Als Reaktion auf den Ablauf einer vorgegebenen Schwellenzeit ist der Controller 110 auch so ausgebildet, dass er mit Hilfe der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen vom Stoppzustand 184 in den Wartezustand 180 übergeht und feststellt, dass der eine der mehreren Spitzenwerte im Wartezustand 180 nicht gültig ist (eine Maschinenspitzen-Gültigkeitsbedingung 185).
Wie aus dem Logikdiagramm von 17 am besten ersichtlich ist, ist der Controller 110 außerdem so ausgebildet, dass er eine Blockierungsbedingung 186 als Reaktion auf das Motorstromsignal bestimmt, das über einen vorbestimmten Blockierungsstrom-Schwellwert für eine vorbestimmte Zeitspanne unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen liegt. Die Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen prüft also, ob das Motorstromsignal für eine bestimmte Zeit über einem bestimmten Schwellwert liegt, wenn ja, wird die Blockierungsbedingung 186 erkannt. Die Blockierungsbedingung 186 setzt eine Spitzengültigkeitsbedingung 188 außer Kraft. Der Controller 110 ist zusätzlich so ausgebildet, dass er mit Hilfe der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen ermittelt, ob die geschätzte Motordrehzahl unter einer vorgegebenen Unterdrehzahl liegt. Wenn eine solche Blockierungs- oder Unterdrehzahlbedingung 190 auftritt, ist der Controller 110 so ausgebildet, dass der eine der mehreren gültigen Spitzen als Reaktion auf die Bestimmung der Blockierungsbedingung 186 unter Verwendung der Maschineneinheit 168 und als Reaktion auf die Bestimmung der geschätzten Motordrehzahl unter der vorbestimmten Unterdrehzahl-Motordrehzahl unter Verwendung der Maschineneinheit 168 (d.h. Unterdrehzahlbedingung 190) ungültig gemacht wird. Wenn also die geschätzte Geschwindigkeit unter einem bestimmten Schwellwert liegt, wird die eine der mehreren Spitzen von der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen für ungültig erklärt (wie durch die Spitzen-Gültigkeitsbedingung 188 angezeigt).
Der Controller 110 ist so ausgebildet, dass er eine Welligkeitsperiode 192 mit einer Anzahl von Welligkeitsperioden-Abtastwerten auf der Grundlage der geschätzten Motordrehzahl des Elektromotors 28 berechnet. Die variable Abtastzeit speist den Controller 110 implizit mit einer in einem Parameter festgelegten Anzahl von Punkten pro Welligkeitsperiode. Folglich wendet der Controller 110, wie in den 18 und 19 am besten dargestellt ist, einen Zeitfilter an (Zeitfilter ist eingeschaltet, was durch 194 angezeigt wird, und Zeitfilter ist ausgeschaltet, was durch 196 angezeigt wird), um eine vorbestimmte Anzahl von Welligkeitsperioden-Abtastwerten zu ignorieren, die die Hälfte der Anzahl von Welligkeitsperioden-Abtastwerten darstellt, nachdem eine der Anzahl von Spitzen durch die Spitzen-Erfassungseinheit 138 unter Verwendung der Spitzen-Zähleinheit 140 erfasst wurde. So verringert der Controller 110 die Anzahl der erkannten Fehlimpulse oder Welligkeiten 198 unter Verwendung eines zeitlichen Filters, das so angewendet wird, dass nur Spitzen mit einer bestimmten zeitlichen Trennung erkannt werden. Wenn z.B. zehn Punkte pro Welligkeitsperiode abgetastet werden, wartet der Controller 110 nach der Erkennung einer Spitze auf fünf Punkte, um mit der Erkennung einer weiteren Spitze zu beginnen. Daher ist der Controller 110 so ausgebildet, dass er den Zeitfilter (Zeitfilter aus, angezeigt durch 196) entfernt, nachdem die vorgegebene Anzahl von Welligkeitsperioden-Abtastwerten ignoriert wurde, um mit der Spitzen-Zähleinheit 140 die Anzahl der Spitzen weiter zu zählen. Zusätzlich ist der Controller 110 so ausgebildet, dass er die Anzahl der Welligkeitsspitzen mit der Spitzenzähleinheit 140 zählt und die Motordrehposition und/oder die Motordrehzahl des Elektromotors 28 auf der Grundlage einer Menge der Anzahl der von der Spitzenzähleinheit 140 gezählten Welligkeitsspitzen bestimmt.
Wie in den 20-22 am besten dargestellt ist, ist auch ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer der beiden Größen Motor-Drehposition und Motordrehzahl eines mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors 28 aus einer Anzahl von Welligkeitsspitzen eines Motorstroms aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors 28 vorgesehen (z.B. unter Verwendung eines Steuersystems 120 einschließlich eines Controllers 110). Das Verfahren beginnt mit dem Schritt 200, einen Motorstrom des mechanisch kommutierten Gleichstrommotors zu überwachen und ein Motorstromsignal und ein Motorspannungssignal unter Verwendung einer Motorspannungs- und Stromerfassungsschaltung 122 des Controllers 110 auszugeben. Darüber hinaus umfasst das Verfahren den Schritt 202, eine geschätzte Motordrehzahl des Elektromotors 28 auf der Grundlage des Motorstromsignals und des Motorspannungssignals unter Verwendung eines Gleichstrom-Motormodells 132 des Controllers 110 zu bestimmen.
Das Verfahren umfasst den Schritt 204 der Vorkonditionierung des Motorstromsignals, um die Anzahl der Welligkeitsspitzen während einer festgelegten Zeitspanne zu isolieren. Wie oben besprochen, umfasst der Controller 110 eine digitale Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134, so dass der Schritt der Vorkonditionierung des Motorstromsignals 204 zur Isolierung der Anzahl von Welligkeitsspitzen während der festgelegten Zeitspanne den Schritt 206 der Entfernung eines Gleichstromanteils des Motorstromsignals und der Extraktion eines Wechselstrom-Motorstromsignals unter Verwendung der digitalen Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 umfasst. Genauer gesagt umfasst der Schritt 206 der Entfernung des Gleichstromanteils des Motorstromsignals und die Extraktion des Wechselstrom-Motorstromsignals unter Verwendung der digitalen Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 den Schritt 208, der das Motorstromsignal um einen festen Phasenverschiebungsfaktor verzögert und ein verzögertes Motorstromsignal unter Verwendung eines Schieberegisters 154 der digitalen Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 ausgibt. Als nächstes kann das Verfahren fortgesetzt werden, indem bei 210 der Gleichstromanteil des Motorstromsignals gefiltert und ein Motorgleichstromsignal unter Verwendung eines Gleichstromfilters 156 mit bewegbarem Mittelwert der digitalen Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 ausgegeben wird. Das Verfahren umfasst dann den Schritt 212, das Gleichstrom-Motorstromsignal vom verzögerten Motorstromsignal zu subtrahieren und ein Wechselstrom-Motorstromsignal unter Verwendung einer Subtraktionseinheit 158 der digitalen Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 auszugeben.
Wie oben besprochen wurde, umfasst der Controller 110 eine digitale Bandpassfiltereinheit 136. So umfasst der Schritt der Vorkonditionierung des Motorstromsignals 204 zur Isolierung der mehreren Welligkeitsspitzen während der festgelegten Zeitspanne auch den Schritt der Isolierung der mehreren Welligkeitsspitzen des Motorwechselstromsignals unter Verwendung der digitalen Bandpassfiltereinheit 136, die mit einer Bandpass-Abtastfrequenz betrieben werden kann und mehrere feste Koeffizienten und eine variable Mittenfrequenz aufweist, die durch Einstellen der Bandpass-Abtastfrequenz im Verhältnis zur Motordrehzahl und beispielsweise zur geschätzten Motordrehzahl variiert wird, um ein bandpassgefiltertes Stromsignal auszugeben.
Als nächstes umfasst das Verfahren die Erkennung der Anzahl von Welligkeitsspitzen im Motorstromsignal mit einer Spitzenerfassungseinheit 138 des Controllers 110. Der Schritt 216 der Erkennung der Anzahl von Welligkeitsspitzen im Motorstromsignal unter Verwendung der Spitzenerfassungseinheit 138 des Controllers 110 umfasst ferner den Schritt 218 der Analyse jeder einer Anzahl möglicher Spitzen einer Anzahl von Spitzendetektorabtastwerten des bandpassgefilterten Stromsignals innerhalb eines Zeitfensters einer vorbestimmten Spitzenerfassungszeit unter Verwendung der Spitzenerfassungseinheit 138. Das Verfahren wird fortgesetzt, indem 220 ein nächstgelegenes Punktmittel einer vorbestimmten Menge der Anzahl von Spitzendetektor-Abtastwerten vor und nach jedem der Anzahl möglicher Spitzen unter Verwendung der Spitzen-Detektoreinheit 138 berechnet wird. Die nächsten Schritte des Verfahrens sind 222, der Vergleich einer Größe jedes der mehreren möglichen Spitzen mit dem nächstgelegenen Punktmittel unter Verwendung der Spitzen-Detektoreinheit 138, und 224, die Bestimmung, dass jede der mehreren möglichen Spitzen des bandpassgefilterten Stromsignals die mehreren Spitzen sind, als Reaktion auf den Unterschied in der Größe jedes der mehreren möglichen Spitzen im Vergleich zum nächstgelegenen Punktmittel, der einen vorbestimmten Spitzen-Bestimmungsschwellwert überschreitet, unter Verwendung der Spitzen-Detektoreinheit 138. Das Verfahren kann auch den Schritt 226 umfassen, eine Welligkeitsperiode auf der Grundlage einer geschätzten Drehzahl des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors 28 zu berechnen.
Das Verfahren umfasst auch den Schritt 228, zu bestimmen, welche der mehreren Welligkeitsspitzen über einer Erfassungsschwelle liegen, die auf dem Zustand des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors 28 basiert (z.B. unter Verwendung einer Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen des Controllers 110, die das unkonditionierte Motorstromsignal und ein unkonditioniertes Motorspannungssignal empfängt). Genauer gesagt kann der Schritt 228, bei dem bestimmt wird, welche der mehreren Welligkeitsspitzen über der Erfassungsschwelle liegen, basierend auf dem Zustand des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors 28, die Schritte 230 der Analyse des Motorstromsignals und des Motorspannungssignals und der geschätzten Motordrehzahl unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen umfassen. Das Verfahren kann durch die Bestimmung 232 fortfahren, dass eine der mehreren Spitzen im Wartezustand 180 unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen nicht gültig ist. Der nächste Schritt des Verfahrens ist 234, der Übergang vom Wartezustand 180 in den Laufzustand 182 als Reaktion darauf, dass das Motorspannungssignal über einem Spannungs-Hoch-Schwellwert und das Motorstromsignal über einem Strom-Hoch-Schwellwert liegt, und die Bestimmung des einen der mehreren Spitzenwerte im Laufzustand 182 unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen. Das Verfahren kann mit dem Schritt 236 fortgeführt werden, bei dem vom Laufzustand 182 in den Stoppzustand 184 als Reaktion darauf, dass das Motorspannungssignal unter einem niedrigen Spannungsschwellwert und das Motorstromsignal unter einem niedrigen Stromschwellwert liegt, übergegangen wird, und es kann bestimmt werden, welcher der mehreren Spitzenwerte im Stoppzustand 184 unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen gültig ist. Der nächste Schritt des Verfahrens ist der Übergang vom Stoppzustand 184 in den Laufzustand 182 als Reaktion auf das Motorspannungssignal, das über einem Spannungs-Niedrigschwellwert liegt, oder auf das Motorstromsignal, das über einem Strom-Niedrigschwellwert liegt, und die Bestimmung des einen der mehreren Spitzenwerte, der im Laufzustand 182 gültig ist, unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen. Das Verfahren kann auch den Schritt 240 des Übergangs vom Stoppzustand 184 in den Wartezustand 180 als Reaktion auf das Verstreichen einer vorbestimmten Schwellenzeit beinhalten und bestimmen, dass eine der mehreren Spitzen im Wartezustand 180 unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen nicht gültig ist. Das Verfahren kann auch die Schritte 242 umfassen, zu bestimmen, dass ein Blockierzustand (z.B. siehe 14) als Reaktion auf das Motorstromsignal vorliegt, das über einen vorbestimmten Blockierungsstrom-Schwellwert für eine vorbestimmte Zeitdauer unter Verwendung der Zustandsmaschine liegt, und die eine der mehreren Spitzen, die als Reaktion auf die Bestimmung des Blockierzustands unter Verwendung der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen gültig sind, ungültig zu machen. Als nächstes kann das Verfahren fortgesetzt werden, indem bei 244 bestimmt wird, ob die geschätzte Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Unterdrehzahl-Motordrehzahl liegt, wobei die Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen verwendet wird, und der eine der mehreren Spitzen, der als Reaktion auf die Bestimmung der geschätzten Motordrehzahl unter der vorbestimmten Unterdrehzahl-Motordrehzahl gültig ist, für ungültig erklärt wird, wobei die Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen verwendet wird.
Das Verfahren geht so vor, dass 246 eine erste Spitze der Anzahl von Welligkeitsspitzen während der Welligkeits-Periode als Reaktion auf eine der Anzahl von Welligkeitsspitzen registriert wird, die über der Erkennungsschwelle liegt. Das Verfahren umfasst auch den Schritt 248, nachfolgende der Anzahl von Welligkeitsspitzen nach der Registrierung der ersten Spitze für eine vorgegebene Zeitspanne zu ignorieren oder nicht zu zählen. Das Verfahren umfasst dann den Schritt des Registrierens einer von mehreren aufeinanderfolgenden Spitzen der mehreren Welligkeitsspitzen während einer weiteren vorbestimmten Zeitspanne als Reaktion darauf, dass eine andere der mehreren Welligkeitsspitzen nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne über der Erfassungsschwelle liegt. Das Verfahren wird fortgesetzt, indem es in 252 als Reaktion auf den Ablauf der Welligkeitsperiode zum Schritt der Registrierung der ersten Spitze der Anzahl von Welligkeitsspitzen für eine weitere Welligkeitsperiode zurückkehrt.
Das Verfahren wird mit dem Schritt 254 fortgesetzt, bei dem eine Welligkeitenzählung der ersten Spitze und der Anzahl aufeinander folgender Spitzen registriert wird. Die Welligkeitsperiode hat eine Anzahl von Welligkeitsperioden-Abtastwerten, und der Schritt der Berechnung der Welligkeitsperiode auf der Grundlage der geschätzten Drehzahl des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors 28 kann ferner den Schritt der Anwendung eines Zeitfilters zum Ignorieren einer vorbestimmten Menge von Welligkeitsperioden-Abtastwerten umfassen, wobei eine vorbestimmte Menge beispielsweise mindestens die Hälfte der Anzahl von Welligkeitsperioden-Abtastwerten ist, nachdem eine der Anzahl von Spitzen durch die Spitzen-Detektoreinheit 138 unter Verwendung der Spitzen-Zähleinheit 140 detektiert worden ist, und wobei das Verfahren ferner den Schritt des Entfernens des Zeitfilters, nachdem die vorbestimmte Anzahl von Welligkeitsperioden-Abtastwerten ignoriert worden ist, um die Anzahl von Spitzen unter Verwendung der Spitzen-Zähleinheit 140 weiter zu zählen, umfasst. Das Verfahren geht davon aus, dass die Motor-Drehposition und/oder die Motordrehzahl des mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors 28 auf der Grundlage der Welligkeitenzählung bestimmt wird.
Unter Bezugnahme auf 23 wird nun ein Verfahren zur Validierung eines Motorstromsignals für ein Steuersystem 120 angegeben, das einen mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotor 28 eines motorischen Stellantriebs eines Fahrzeugs steuert. Auch hier umfasst das Steuersystem 120 eine Motorstromerfassungsschaltung 122 zum Erfassen eines Motorstroms, der eine Anzahl von Welligkeiten aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten elektrischen Gleichstrommotors 28 aufweist, und zur Ausgabe eines Motorstromsignals. Das Verfahren umfasst die Schritte 262 des Konfigurierens eines Controllers 110 in Kommunikation mit der Motorstromerfassungsschaltung 122 und einschließlich einer Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen, um die Anzahl von Welligkeiten im Motorstrom zu erfassen. Als nächstes wird mit Hilfe der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen bestimmt, ob jede der mehreren Welligkeiten eine gültige Welligkeit ist. Der nächste Schritt des Verfahrens besteht darin, bei 266 die Anzahl der Welligkeiten zu zählen, die mit Hilfe der Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen als gültig bestimmt wurden. Das Verfahren umfasst auch den Schritt 268 der Bestimmung einer Motordrehposition und/oder einer Motordrehzahl des Elektromotors 28 auf der Grundlage einer Menge der als gültig ermittelten Anzahl von Welligkeiten.
Bezugnehmend auf 24 zusätzlich zu den 1 bis 23 ein wird Verfahren 1000 zur Bestimmung mindestens einer der beiden Größen Motor-Drehposition und Motordrehzahl eines mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors aus einer Anzahl von Welligkeitsspitzen eines Motorstromsignals aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors dargestellt, wobei das Verfahren 1000 die Schritte 1002 des Erfassens der Anzahl von Welligkeitsspitzen in dem Motorstromsignal, 1004 des Bestimmens, ob jede der Anzahl von Welligkeitsspitzen eine gültige ist, 1006 des Zählens der Anzahl von als gültig bestimmten Welligkeitsspitzen und 1008 des Bestimmens einer Motordrehposition und/oder einer Motordrehzahl des Elektromotors auf der Grundlage einer Menge der Anzahl von als gültig bestimmten Welligkeitsspitzen umfasst.
Das Verfahren 1000 kann ferner die Schritte der Abtastung des Motorstroms mit einer Abtastfrequenz, der Verwendung eines Motormodells zur Schätzung der Motordrehzahl unter Verwendung des Motorstroms und der Variation der Abtastfrequenz proportional zur Motordrehzahl umfassen.
Das Verfahren 1000 kann ferner den Schritt des Anlegens eines Filters an das Motorstromsignal beinhalten, wobei das Filter eine Filterreaktion aufweist, die als Reaktion auf die Änderung der Abtastfrequenz modifiziert wird. Das Filter kann ein digitales Bandpassfilter sein, und es umfasst ferner den Schritt der Verwendung eines digitalen Filters mit gleitendem Mittelwert vor dem digitalen Bandpassfilter, um eine Gleichstromkomponente des Motorstromsignals vor dem Schritt der Anwendung des Filters zu extrahieren.
Das Verfahren 1000 kann ferner die Schritte der Berechnung eines Mittelwertes jeder der mehreren Welligkeits-Spitzen über eine Periode und die Bestimmung, ob mindestens eine Spitzenwelligkeits-Spitze um einen vorbestimmten Betrag des Mittelwertes darüber liegt, und die Validierung der mindestens einen Spitzenwelligkeits-Spitze als Reaktion auf die Bestimmung, ob mindestens eine Spitze um den vorbestimmten Betrag des Mittelwertes über eine vorbestimmte Zeitperiode darüber liegt, umfassen.
Das Verfahren 1000 kann ferner die Schritte der Registrierung einer ersten Welligkeitsspitze der Anzahl von Welligkeitsspitzen während einer Welligkeitsperiode als Reaktion auf die Bestimmung einer der Anzahl von Welligkeitsspitzen umfassen, wobei nachfolgende der Anzahl von Welligkeitsspitzen für eine vorbestimmte Zeitspanne nach der Registrierung der ersten Spitze ignoriert werden, Registrieren eines von mehreren aufeinanderfolgenden Spitzenwerten der mehreren Welligkeitsspitzen während einer weiteren vorbestimmten Zeitspanne als Reaktion auf die Bestimmung einer weiteren der mehreren Welligkeitsspitzen nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne, Zählen einer Welligkeitenzahl der ersten Spitze und der mehreren aufeinanderfolgenden Spitzen, die registriert werden, und Bestimmen der Motordrehposition und/oder der Motordrehzahl des mechanisch kommutierten Gleichstromelektromotors auf der Grundlage der Welligkeitenzahl. Der Schritt des Bestimmens, ob jede der Anzahl von Welligkeitsspitzen ein gültiger Wert ist, umfasst die Schritte des Analysierens des Motorstromsignals und eines Motorspannungssignals und der geschätzten Motordrehzahl, des Bestimmens, dass eine der Anzahl von Spitzen in einem Wartezustand nicht gültig ist, des Übergangs vom Wartezustand in einen Laufzustand als Reaktion darauf, dass das Motorspannungssignal über einem hohen Spannungs-Schwellwert und das Motorstromsignal über einem hohen Strom-Schwellwert liegt, und des Bestimmens, dass die eine der Anzahl von Spitzen im Laufzustand gültig ist, Übergang vom Laufzustand in einen Stoppzustand als Reaktion darauf, dass das Motorspannungssignal unter einem niedrigen Spannungs-Schwellwert und das Motorstromsignal unter einem niedrigen Strom-Schwellwert liegt, und bestimmen, welcher der mehreren Spitzenwerte im Stoppzustand gültig ist, Übergang vom Stoppzustand in den Laufzustand als Reaktion darauf, dass das Motorspannungssignal über einem niedrigen Spannungsschwellwert oder das Motorstromsignal über einem niedrigen Stromschwellwert liegt, und Bestimmen, dass der eine der mehreren Spitzenwerte im Laufzustand gültig ist, und Übergang vom Stoppzustand in den Wartezustand als Reaktion darauf, dass eine vorbestimmte Schwellenzeit verstrichen ist, und Bestimmen, dass der eine der mehreren Spitzenwerte im Wartezustand nicht gültig ist.
Das Verfahren 1000 kann ferner die Verwendung einer Maschineneinheit mit dem Wartezustand, dem Laufzustand und dem Stoppzustand umfassen.
Das Verfahren 1000 kann ferner mindestens einen Schritt umfassen, bei dem bestimmt wird, ob ein Blockierzustand vorliegt, als Reaktion auf das Motorstromsignal, das über einem vorbestimmten Blockierstrom-Schwellwert für eine vorbestimmte Zeitdauer liegt, und bei dem die eine der mehreren Spitzen, die als Reaktion auf die Bestimmung des Blockierzustands gültig ist, ungültig gemacht wird, und bei dem bestimmt wird, ob die geschätzte Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Unterdrehzahl-Motordrehzahl liegt, und bei dem die eine der mehreren Spitzen, der als Reaktion auf die Bestimmung der geschätzten Motordrehzahl unter der vorbestimmten Unterdrehzahl-Motordrehzahl gültig ist, ungültig gemacht wird.
Bezugnehmend auf 25 zusätzlich zu den 1 bis 24 ist ein Detektionssystem 200 vorgesehen, das die hierin enthaltenen Lehren verkörpert, einschließlich einer Abtasteinheit 202 für Spannungs- und Stromvariablen, z.B. die Signalerfassungseinheit 143, zum Abtasten eines Motorstroms mit einer Anzahl von Welligkeitsspitzen als Funktion einer Motordrehzahl, z.B. einer geschätzten Motordrehzahl, einer Drehzahlschätzeinheit 204 mit Gleichstrommotormodellierung, z.B. die Modellschätzeinheit 135, gekoppelt mit der Abtasteinheit 202 für Spannungs- und Stromvariablen zur Erzeugung einer geschätzten Motordrehzahl auf der Grundlage eines Modells des Motors 28, einer Abtastfrequenz-Berechnungseinheit 205, z.B. der dynamischen Periodenschätzeinheit 130, zur Bestimmung einer Abtastrate des Motorsignals als Funktion der geschätzten Motordrehzahl, wie z.B. die Steuerung der Zeitsteuerung eines Analog-DigitalWandlers (ADC), einem Frequenzbereichsfilter 206, wie z.B. die digitale Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 und/oder die digitale Bandpassfiltereinheit 136 zur Isolierung der Welligkeitsspitzen im Motorstrom, z.B. zur Isolierung der Welligkeitsspitzen im Motorstrom in Abhängigkeit von der geschätzten Motordrehzahl, und eine Spitzenvalidierungseinheit 208, wie z.B. die Finite-Zustandsmaschineneinheit 168, zum Validieren der Welligkeitsspitzen im Motorstrom vor dem Zählen der Welligkeitsspitzen im Motorstrom und/oder zum Ungültigmachen einer validierten Welligkeitsspitze vor dem Zählen der Welligkeitsspitzen im Motorstrom, eine Spitzendetektoreinheit 210, wie z.B. die Spitzendetektoreinheit 138 zur Zeitfilterung des gefilterten Motorstroms zum Erkennen einer Welligkeitsspitze, und eine Zähleinheit 212, wie z.B. die Spitzenzähleinheit 140 zum Zählen der validierten Welligkeitsspitzen, die von der Spitzendetektoreinheit 210 ausgegeben werden.

Claims

System 120 zum Bestimmen mindestens einer von einer Drehposition und einer Geschwindigkeit eines mechanisch kommutierten Gleichstrom-Elektromotors 28 eines motorischen Stellantriebs eines Fahrzeugs mit: einer Motorstromerfassungsschaltung 122 zum Erfassen eines Motorstroms, der eine Anzahl von Welligkeiten aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten elektrischen Gleichstrommotors aufweist, und zum Ausgeben eines Motorstromsignals und einem Controller 110 in Kommunikation mit der Motorstromerfassungsschaltung 122, der so ausgebildet ist, um das Motorstromsignal zu erhalten, das eine Anzahl von Welligkeitsspitzen umfasst, zu bestimmen, ob die Anzahl der Welligkeitsspitzen gültig ist, die Anzahl der als gültig ermittelten Welligkeitsspitzen zu zählen und mindestens eine von der Drehposition und der Geschwindigkeit des Elektromotors auf Grundlage einer Quantität der als gültig ermittelten der Anzahl von Welligkeitsspitzen zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, bei dem jede der Anzahl von Welligkeitsspitzen vom Controller als gültig bestimmt wird, wenn eine Amplitude jeder der mehreren Welligkeitsspitzen unter einem vorbestimmten Schwellwert eines stationären Zustandes liegt.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Controller so ausgebildet ist, dass er das Motorstromsignal, das eine Anzahl von Welligkeitsspitzen für eine vorbestimmte Zeitperiode umfasst, analysiert und ein Maximum innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode bestimmt, wobei das Maximum eine Welligkeitsspitze ist, die von der Steuerung als gültig bestimmt wird, und/oder wobei der Controller ferner so ausgebildet ist, dass er eine Welligkeitsperiode auf der Grundlage der Geschwindigkeit des Elektromotors berechnet, wobei eine erste Welligkeitsspitze, die vom Controller als innerhalb der Welligkeitsperiode gültig bestimmt wird, gezählt wird und nachfolgende Welligkeitsspitzen innerhalb der Welligkeitsperiode nicht gezählt werden.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Motorstromerfassungsschaltung so ausgebildet ist, dass sie eine Motorspannung des Elektromotors erfasst und ein Motorspannungssignal ausgibt, und der Controller weiter so ausgebildet ist, um: das Motorstromsignal und das Motorspannungssignal zu analysieren, zu bestimmen, dass eine der mehreren Welligkeitsspitzen in einem Wartezustand nicht gültig ist, vom Wartezustand in einen Laufzustand als Reaktion darauf, dass das Motorspannungssignal über einem Spannungs-Hoch-Schwellwert und das Motorstromsignal über einem Strom-Hoch-Schwellwert liegt, überzugehen, und eine der mehreren Welligkeitsspitzen zu bestimmen, die im Laufzustand gültig ist, vom Laufzustand in einen Stoppzustand als Reaktion darauf überzugehen, dass das Motorspannungssignal unter einer niedrigen Spannungsschwelle und das Motorstromsignal unter einer niedrigen Stromschwelle liegt, und eine der mehreren Welligkeitsspitzen zu bestimmen, die im Stoppzustand gültig ist, vom Stoppzustand in den Laufzustand als Reaktion darauf überzugehen, dass das Motorspannungssignal über einem niedrigen Spannungs-Schwellwert liegt oder das Motorstromsignal über einem niedrigen Strom-Schwellwert liegt, und eine der mehreren Welligkeitsspitzen zu bestimmen, die im Laufzustand gültig ist, und vom Stoppzustand in den Wartezustand als Reaktion darauf überzugehen, dass eine vorgegebene Schwellenzeit abgelaufen ist und eine der mehreren Spitzen im Wartezustand zu bestimmen, die nicht gültig ist.
System nach Anspruch 4, wobei der Controller eine Maschineneinheit 168 mit finiten Zuständen mit dem Wartezustand, dem Laufzustand und dem Stoppzustand umfasst.
System nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Controller ferner so ausgebildet ist, dass er mindestens eines davon bestimmt, dass eine Blockierbedingung vorliegt, wenn das Motorstromsignal für eine vorbestimmte Zeitdauer über einem vorbestimmten Blockier-Stromschwellwert liegt, und eine geschätzte Motordrehzahl des Elektromotors auf Grundlage des Motorstromsignals und des Motorspannungssignals bestimmt, und ferner ausgebildet ist, um eine gültige aus der Anzahl von Spitzen ungültig zu machen, wenn mindestens eines davon bestimmt wird, dass der Blockierzustand vorliegt und die geschätzte Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Unterdrehzahl-Motordrehzahl liegt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Controller eine digitale Bandpassfiltereinheit 135 zum Isolieren der mehreren Welligkeitsspitzen umfasst, wobei die digitale Bandpassfiltereinheit bei einer Bandpass-Abtastfrequenz betrieben werden kann und mehrere feste Koeffizienten und eine variable Mittenfrequenz aufweist, die durch Einstellen der Bandpass-Abtastfrequenz proportional zur Motordrehzahl variiert wird, um ein bandpassgefiltertes Stromsignal auszugeben.
System nach Anspruch 7, bei dem der Controller eine Motor-Modelleinheit 132 zur Erzeugung einer geschätzten Motordrehzahl unter Verwendung des Motorstromsignals umfasst, wobei die variable Mittenfrequenz, die durch Einstellung der Bandpass-Abtastfrequenz variiert wird, in Bezug auf die geschätzte Motordrehzahl steht.
System nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Controller ferner eine digitale Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit 134 zum Entfernen eines Gleichstromanteils des Motorstromsignals und zum Extrahieren eines Wechselstrom-Motorstromsignals unter Verwendung der digitalen Gleichstrom-Entfernungsfiltereinheit umfasst, wobei die digitale Bandpassfiltereinheit so ausgebildet ist, dass sie das Wechselstrom-Motorstromsignal empfängt.
Verfahren 1000 zum Bestimmen einer Motordrehposition und/oder einer Motordrehzahl eines mechanisch kommutierten elektrischen Gleichstrommotors aus einer Anzahl von Welligkeitsspitzen eines Motorstromsignals aufgrund der Kommutierung des mechanisch kommutierten elektrischen Gleichstrommotors, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst 1002 Erfassung der Anzahl von Welligkeitsspitzen im Motorstromsignal, 1004 Bestimmung, ob jede der Anzahl der Welligkeitsspitzen eine gültige ist, 1006 Zählen der Anzahl der als gültig ermittelten Welligkeitsspitzen, und 1008 Bestimmung mindestens eines einer Motor-Drehposition und einer Motorgeschwindigkeit des Elektromotors auf Grundlage einer Quantität der Anzahl von als gültig ermittelten Welligkeitsspitzen.