KR20160148603A - 브레이크 시스템을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

브레이크 시스템을 제어하기 위한 방법 Download PDF

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톰 카우프만
페터 슈타우더
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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

본 발명은, 유압 챔버 및 전기기계식 액추에이터에 의해 이동가능한 피스톤을 구비한 실린더-피스톤 유닛을 포함하는 전기 제어가능한 가압 시스템, 차량의 적어도 하나의 액슬과 연관되고 유압 챔버를 통하여 제동 압력을 공급받을 수 있는 복수의 유압 휠 브레이크들, 및 제동하려는 운전자의 의도를 검출하기 위한 센서에 의해 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 전기기계식 액추에이터는 회전-병진운동 트랜스미션, 및 적어도 2 개의 상 권선들을 구비한 고정자, 적어도 하나의 영구 자석을 포함하는 회전자, 및 적어도 하나의 회전자 위치 센서를 가지는 전자적으로 정류된 동기기를 포함한다. 이 방법에서, 토크 형성 전류 (iq) 및/또는 자기장 감쇠 전류 (id) 는 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 조절되고, 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 전압들은 제어 변수들로서 역할을 하도록 검출되고, 측정된 회전자 위치를 기반으로, 고정자의 각각의 상 권선에 대해 인가될 전압을 나타내는 전압 페이서 (phasor) 로 변환되고, 자기장 감쇠 전류 (id) 에 대한 설정값은 회전자의 측정된 회전 속도에 따라 최대값으로 제한되고, 상기 최대값은 바람직하게 미리 정해진 특성 맵으로부터 결정된다. 본 발명은 또한 전자 컨트롤러 및 브레이크 시스템에 관한 것이다.

Description

브레이크 시스템을 제어하기 위한 방법{METHOD FOR CONTROLLING A BRAKE SYSTEM}
본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 방법, 청구항 16 의 전제부에 따른 전자 제어 유닛 뿐만 아니라 청구항 17 의 전제부에 따른 브레이크 시스템에 관한 것이다.
전기 모터 및 전기 모터의 하류에 연결된 기어박스로 구성된 액추에이터에 의해 전기 기계적으로 운전될 수 있는 차량의 브레이크를 작동하기 위한 방법 및 시스템은 EP 1 154 922 B1 에 공지되어 있고, 전기 모터는 설계-관련 회전 속도-토크 특성 곡선을 포함하고, 동일한 토크에 대해 더 높은 회전 속도가 달성되도록 전기 모터의 전자기장 성분들을 감소시킴으로써 전기 모터의 회전 속도-토크 특성 곡선의 구배는 운전력의 구배 뿐만 아니라 원하는 운전력에 따라 변경된다. 설명된 브레이크에 대해, 마찰 라이닝은 브레이크 디스크에 대해 전기 기계적으로 공급된다.
일반적인 유압 브레이크 시스템은 DE 10 2010 040 097 Al 에서 설명된다. 이 경우에, 유압 실린더-피스톤 배열체가 압력 소스로서 사용되고, 여기에서 피스톤은 회전­병진운동 기어박스를 개재하여 전기 모터에 의해 구동된다. 압력 소스는 유압 라인들 및 삽입된 유압 밸브들에 의해 휠 브레이크들에 연결된다.
또한 무브러시 모터들로서 공지된, 전자적으로 정류된 영구 통전된 (energized) 동기기들은 적어도 2 개, 특히 3 개의, 상 권선들을 구비한 고정자, 및 회전 축선에 수직으로 배치되고 회전자 내 또는 상에 배치된 하나 이상의 영구 자석들에 의해 형성되는 적어도 하나의 폴 페어 (pole pair) 를 구비한 회전자를 포함한다. 하나 이상의 상 권선들이 통전된다면, 회전자는 그 자체를 기존의 자기장에 정렬한다. 특정 작동을 위해, 회전자 위치가 결정되어야 하고, 이것은 예를 들어 리졸버 (resolver) 또는 회전 인코더에 의해 수행된다.
상 전류들의 조정은 종종 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 수행되고, 회전자 자장의 방향으로 d-축선 및 그것에 대해 90° 의 각도 (폴 페어 수에 의해 기계적 각도와 조합된 전기 각도) 를 이루는 q-축선이 고려된다. q-축선 방향으로 흐르는 전류는 (릴럭턴스 토크 없이 모터에서) 전달된 토크를 결정하고 따라서 토크 형성 전류 (iq) 로서 지칭된다. 회전 속도 한계 미만에서, d-축선 방향으로 흐르는 장 감쇠 전류 (id) 는 효율성을 최대화하도록 제로 (zero) 로 유지된다. 회전자에 대해 정해진 좌표계는 고정자와 반대 방향으로 회전하여서, 인가될 상 전류들 또는 전압들이 회전자 위치를 사용한 적합한 변환에 의해 결정된다.
회전 속도가 증가함에 따라, 항상 더 큰 역 전압이 상 권선들에서 유도되어서, 달성할 수 있는 회전 속도는 이용가능한 공급 전압에 의해 제한된다. 따라서, 완전 작동시, 즉 펄스 폭 변조에 의한 전압을 감소시키지 않고, 전적으로 토크 형성 전류로 상 권선들을 통전할 때 달성되는, 회전 속도에 대한 자연 전압 제한이 있다. 음의 d-축선 방향으로, 즉 장 감쇠 모드에서 적합한 전류를 인가함으로써, 보다 높은 회전 속도가 달성될 수 있다.
3 개의 권선 상들이 연관되는 고정자와 회전자를 구비한 동기기를 운전하기 위한 기기는 DE 102007033145 A1 에 공지되어 있다. 기기는, 회전자와 순환하는 좌표계의 자장 형성 미가공 (raw) 타겟 전류 성분 및 회전자와 순환하는 좌표계의 자장 형성 전류 한계에 따라 동기기의 회전자와 회전하는 좌표계에서 자장 형성 전류의 타겟 값을 결정하고, 자기장 형성 전류의 타겟 값이 자기장 형성 전류 한계에 제한되도록 수행하도록 설계되고, 자기장 형성 전류 한계의 크기는 장 감쇠 모드에서 동기기에 대한 전형적인 팁-오버 (tip-over) 한계 미만이다. 또한, 기기는 자장 형성 미가공 타겟 전류 성분 및 자장 형성 전류 한계에 따라 자장 형성 전류의 한계 영역에서 회전자와 순환하는 좌표계의 토크 형성 전류 한계의 크기를 감소시키도록 설계된다.
이런 유형의 장 감쇠 레귤레이터는 새로운 타겟 전류 값들을 도입하기 위해 모터의 모든 작업 지점들에서 예비 전압이 유지될 수 있도록 한다. 하지만, 예비 전압을 유지하는 것은 항상 작업 지점에 도달하는데 필요한 것보다 항상 더 큰 장 감쇠 전류 (id) 를 도입하는 효과를 갖는다. 이것은 모터의 옴 손실을 증가시켜서 구동부의 효율성을 저하시킨다. 또한, 장 감쇠 레귤레이터는 필요한 자기장 감쇠 전류를 조절하는 임의의 시간을 요구하고, 이것은 동적으로 위치 조정된 시스템들을 위한 제어 시간을 연장하는 결과를 갖는 단점이 있다.
예를 들어, 자동차 용도에서 전기 모터들은 낮은 공급 전압 (예를 들어 12V) 으로부터 1kW 까지 운전되어서, 유도 리액턴스에 대한 상 권선들의 옴 저항은 더이상 무시될 수 없다. 일반적으로, 모터의 조정 또는 작동시 불안정성은 자기장 감쇠와 토크 형성 전류 사이 상호 작용에 의한 회전자의 빠른 회전 속도에서 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 전자적으로 정류된 동기기에 의해 구동된 실린더-피스톤 배열체를 포함하는 브레이크 시스템을 작동하기 위한 방법을 명시하는 것이고, 압력의 보다 동적인 축적 (build-up) 이 또한 신뢰성 있게 수행될 것이다.
이 목적은 청구항 1 에 따른 방법에 의해 달성된다.
따라서, 유압 챔버 및 전기기계식 액추에이터에 의해 변위될 수 있는 피스톤을 구비한 실린더-피스톤 배열체를 포함하는 전기 제어가능한 압력 공급 기기, 차량의 적어도 하나의 액슬과 연관되고 상기 유압 챔버에 의해 브레이크 압력을 공급받을 수 있는 다수의 유압 휠 브레이크들, 운전자의 제동 의도를 검출하기 위한 센서에 의해 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법이 제공되고, 상기 전기기계식 액추에이터는 회전-병진운동 기어박스 및 전기 기계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 전기 기계는 적어도 2 개, 특히 3 개의 상 권선들을 구비한 고정자, 적어도 하나의 영구 자석을 구비한 회전자 뿐만 아니라 적어도 하나의 회전자 위치 센서를 포함하는 전자적으로 정류된 동기기로서 구현된다. 토크 형성 전류 (iq) 및/또는 자기장 감쇠 전류 (id) 는 상기 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 조정되고, 상기 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 전압들은 제어 변수들로서 결정되고, 이것은 측정된 회전자 위치를 사용하여 상기 고정자의 각각의 상 권선에 대해 인가될 전압을 지정하는 전압 벡터로 변환된다. 상기 자기장 감쇠 전류 (id) 에 대한 타겟 값은, 상기 회전자의 측정된 회전 속도에 따라, 바람직하게 미리 정해진 특성장 (characteristic field) 으로부터 결정되는, 최대값으로 제한된다. 자기장 감쇠 전류가 미리 정해진 최소 회전 속도 미만인 제로로 설정되거나 조정된다면 유리하다.
도입된 자기장 감쇠 전류 (또는 그것의 타겟 값) 가 제한되므로, 회전자의 높은 회전 속도에서 발생하는 조정 불안정성이 방지될 수 있다. 측정된 회전 속도는 임의의 경우에 요구되는 회전자 위치 센서(들)의 정보를 사용해 결정될 수 있다. 측정된 회전 속도에 따라 자기장 감쇠 전류의 제한을 수행함으로써, 모터의 불안정한 운전이 간단하고 빠르게 방지될 수 있다. 따라서, 높은 회전 속도에서 또는 매우 동적인 상태에서 무브러시 전기 모터의 신뢰성있는 작동이 보장될 수 있다. 특성장이 미리 정해지면, 그러면 자기장 감쇠 전류에 대한 최대값이 간단히 판독될 수 있다. 필요할 때 신뢰성 있는 빠른 압력 축적이 보장된다.
또한, 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값은, 측정된 회전 속도에 따라 미리 정해진 최소값 미만으로 떨어지지 않도록 바람직하게 제한된다. 이것은 장 감쇠 레귤레이터에 의해 최적값에 도달하는 속도를 높인다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값은 미리 정해진 제 1 특성장으로부터 회전자의 측정된 회전 속도에 따라 결정된다. 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값이 특성 곡선을 사용해 결정되므로, 본 발명의 상기 실시형태에 따른 작동은 특히 단순한 구조를 갖는다. 따라서, 대응하는 방법은 또한 낮은 연산 능력의 프로세서들로 구현될 수 있다. 또한, 장 감쇠 레귤레이터에 의한 자기장 감쇠 전류의 인가 지연이 없어서, 특히 높은 제어 속도를 따라서 달성할 수 있다.
이 경우에, 자기장 감쇠 전류의 타겟 값이 기준 전압과 현재의 공급 전압 사이 비를 사용해 조절되거나 스케일링된다면 매우 특히 유리하다. 현재의 공급 전압은 예를 들어 외부 제어 유닛으로부터 수용되거나 고정자의 상 권선에 연결된 펄스 폭 변조 회로에서 중간 회로 전압으로서 측정될 수 있다. 이것은, 공급 전압의 변동이 존재할 때에도, 모터의 균일한 거동이 유지될 수 있도록 보장한다.
본 발명의 매우 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 토크 형성 전류에 대한 타겟 값은 회전자의 측정된 회전 속도에 따라 토크 형성 전류의 최대값으로 제한된다. 이것은 방법을 수행하는 연산 비용을 줄이고 원하는 용도로 모터 거동을 유연하게 맞출 수 있다.
특히, 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값과 토크 형성 전류에 대한 최대값은, 자기장 감쇠 전류와 토크 형성 전류의 총 전류에 대한 미리 정해진 한계값을 초과하지 않고 전자적으로 정류된 동기기의 토크가 총 전류에 대한 한계값을 따르면서 최대이도록 미리 정해질 수 있다. 이것은 전자적으로 정류된 동기기의 발전기 모드 및 또한 모터 모드 양자로 수행될 수 있다. 그러면, 입력된 직류 또는 피드백 전류는, 배터리 및/또는 충전 전자장치 또는 작동 전자장치의 과도한 가열 또는 손상을 회피하도록 제한된다.
본 발명의 대안적인, 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 미리 정해진 최대 전압의 크기와 토크 형성 전압 및 자기장 감쇠 전압으로부터 형성된 전압 벡터의 크기간 차이에 따라, 자기장 감쇠 전류 (id) 에 대한 타겟 값이 결정된 후 제한이 수행되고, 특히 상기 차이의 조정이 수행된다. 미리 정해진 최대 전압은 특히 현재의 공급 전압에서 미리 정해진 전압 간격을 뺀 값, 바람직하게 고정자의 상 권선에 연결된 펄스 폭 변조 회로의 측정된 중간 회로 전압에 대응할 수 있다. 따라서, 현재 이용가능한 전압을 고려하면서 장 감쇠 조정이 수행될 수 있다.
본 발명의 매우 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 전압 벡터의 크기가 미리 정해진 최소값 미만이라면, 미리 정해진 최대 전압의 크기와 토크 형성 전압 및 자기장 감쇠 전압으로부터 형성된 전압 벡터의 크기 사이 차이 조정이 일어난다. 이 경우에, 특히 최대 허용 장-감쇠 전류를 미리 결정함으로써, 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값의 사전 제어가 수행된다면 유리하다. 이것은 모터 작동의 달성된 동적 레벨을 증가시킬 수 있다. 레귤레이터가 자기장 감쇠 전류를 현재 요구되는 값으로 감소시킨다면 특히 유리한다. 그리하여, 불필요한 전기 열 손실이 회피된다.
유리하게도, 토크 형성 전류 (iq) 에 대한 타겟 값은 타겟 회전 속도와 회전자의 측정된 회전 속도 사이 편차에 따라 결정되고, 토크 형성 전류에 대한 타겟 값은 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값 및/또는 최대 허용 총 전류 및/또는 최대 허용 모터 토크에 따라 최대값으로 제한된다.
토크 형성 전류에 대한 타겟 값과 측정된 토크 형성 전류간 차이에 따라 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 토크 형성 전압이 결정되도록 토크 형성 전류의 조정이 수행된다면 유리하고, 토크 형성 전압은 바람직하게 미리 정해진 최대 전압, 특히 공급 전압의 크기와 자기장 감쇠 전압의 크기 사이의 차이에 따라 제한된다.
바람직하게, 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 자기장 감쇠 전압이 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값과 측정된 자기장 감쇠 전류 사이의 차이에 따라 결정되도록 자기장 감쇠 전류의 조정이 수행된다
측정된 토크 형성 전류와 측정된 자장 감쇠 전류는 바람직하게 측정된 회전자 위치를 이용해 회전자의 상 권선들을 통하여 측정된 전류로부터 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 결정된다.
유리하게도, 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값은 또한 측정된 회전자 온도 및/또는 측정된 고정자 온도 및/또는 현재의 공급 전압을 이용해 제한되거나 조절된다. 현재의 공급 전압은 예를 들어 회로의 미리 정해진 지점에서 측정될 수 있다.
고정자의 상 권선들이 펄스 폭 변조 회로에 의해 전류를 각각 공급받는다면 유리하고, 고정자의 상 권선에 인가될 전압은 대응하는 펄스 폭 변조 회로의 작동 정도로 전환된다. 펄스 폭 변조의 작동 정도는, 순환 반복 주기로 최대 전압이 인가되는 시간과 전압이 인가되지 않는 시간 사이 비를 결정한다. 이러한 펄스 폭 변조 회로들은, 단순한 설계와 높은 효율성 때문에 널리 사용되고 많은 비용이 들지 않는다.
작동 정도가 기준 전압과 현재의 공급 전압, 특히 펄스 폭 변조 회로의 측정된 중간 회로 전압의 비에 따라 조절되거나 스케일링된다면 특히 유리하다. 그리하여, 전자적으로 정류된 동기기의 정상 거동이 보장된다.
본 발명은 또한 브레이크 시스템용 전자 제어 유닛에 관한 것으로, 상기 전자 제어 유닛은, 적어도 하나의 브릿지 회로, 특히 각각 고정자의 상과 연관된 펄스 폭 변조 회로들에 배치된 연산 유닛 및 반도체 스위치 요소들을 구비한, 전자적으로 정류된 동기기를 위한 작동 회로를 포함하고, 연산 유닛은 본 발명에 따른 방법을 수행하고, 자기장 감쇠 전류에 대한 최대값은 측정된 회전 속도들의 값들 및 비휘발성 메모리로부터 판독된 연관된 최대값들의 쌍들을 사용해 결정된다.
본 발명은 또한 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템에 관한 것으로, 상기 브레이크 시스템은 유압 챔버 및 전기기계식 액추에이터에 의해 변위될 수 있는 피스톤을 구비한 실린더-피스톤 배열체를 포함하는 전기 제어가능한 압력 공급 기기를 구비하고, 차량의 적어도 하나의 액슬과 연관되고 상기 유압 챔버에 의해 브레이크 압력을 공급받을 수 있는 다수의 유압 휠 브레이크들을 구비하고, 운전자의 제동 의도를 검출하기 위한 센서를 구비하고, 상기 전기기계식 액추에이터는 회전-병진운동 기어박스, 및 적어도 2 개, 특히 3 개의 상 권선들을 구비한 고정자, 적어도 하나의 영구 자석을 구비한 회전자 뿐만 아니라 이러한 전자 제어 유닛을 포함한 적어도 하나의 회전자 위치 센서를 구비하는 전자적으로 정류된 동기기를 포함한다.
유리하게도, 브레이크 시스템은 차량의 제동 감속을 발생시키도록 적어도 가끔 작동되고 바람직하게 에너지 회수에 사용될 수 있는, 차량의 적어도 하나의 휠에 연결되는 전기 구동부를 포함한다.
추가 바람직한 실시형태들은 도면들을 이용해 종속항들 및 예시적 실시형태에 대한 하기 설명에 의해 드러난다.
도 1 은 본 발명의 제 1 예시적 실시형태에 따른 작동 방법 또는 작동 회로의 개략도를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 제 2 예시적 실시형태에 따른 작동 방법 또는 작동 회로의 개략도를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 제 3 예시적 실시형태에 따른 작동 방법 또는 작동 회로의 개략도를 도시한다.
도 4 는 영구적으로 통전된 동기기를 운전하기 위한 배열체의 기본 설계를 도시한다.
브레이크 시스템의 유압 설계에 관하여, DE 10 2010 040 097 Al 이 참조된다.
본 발명에 따른 작동은, 특히, 높은 출력 동력으로 다양한 회전 속도들에서 운전되어야 하는 제한된 인덕턴스를 갖는 영구적으로 통전된 동기기들을 작동하기에 적합하다. d-축선 및 q-축선의 방향들로 동일한 인덕턴스를 갖는 무브러시 모터들의 작동이 이하 설명되지만; 그러나, 원칙적으로, 릴럭턴스 토크를 갖는 모터들은 또한 본 발명에 따른 방법에 따라 작동될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 도입된 자기장 감쇠 전류 (id) 는 레귤레이터에 의해 설정되지 않고, 최대 가능한 모터 토크가 결정된 회전 속도에서 출력될 수 있도록 미리 정해진다. 상기 유형의 작동은, 특히 브레이크 시스템들에서, 다른 구동된 액추에이터들이 주로 구동부의 전압 한계 및 전류 한계에서 운전한다는 사실을 이용한다. 액추에이터가 보다 높은 레벨 시스템의 타겟 범위 내에 있으면, 즉 예를 들어 거의 타겟 위치에 있으면, 그러면 요구된 회전 속도는 낮고 구동부의 작업 지점들은 전류 한계에 있어서, 거기에서 자기장 감쇠 전류는 필요하지 않다. 보다 높은 레벨 시스템이 변경된 회전자 위치를 요구한다면 (위치 조정 때문에 반드시 필요하지는 않음), 그러면 종종 가능한 최단시간에 상기 변경된 회전자 위치에 접근되어야 하여, 통과되는 작업 지점들은 전압 한계에 위치한다.
따라서, 도 1 에 개략적으로 도시된 본 발명의 제 1 예시적 실시형태에 따른 작동 방법은, 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값들 (id*) 이 측정된 회전 속도에 따라 미리 정해지도록 제공한다. 이것은 유리하게도 회전 속도에 대해 최대 동력 및/또는 최대 토크가 출력되는 최적 자기장 감쇠 전류의 프로파일을 나타내는 특성장을 분석함으로써 수행될 수 있다. 특성장의 결정은 모터 파라미터들을 사용한 시뮬레이션들 및 계산들을 기반으로 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 최대 출력 모터 토크에 도달할 때까지 요구된 최대 상 전류에 대한 다른 정해진 회전 속도들에서 자기장 감쇠 전류의 성분을 단계적으로 증가시킴으로써 특성장은 또한 실험적으로 결정될 수 있다. 먼저 특성장을 계산한 후 측정에 의해 확인된다면 특히 유리하다.
타겟 회전 속도 (n*) 는 전체 시스템의 제어 유닛에 의해 미리 정해지고 요구된 토크 형성 전류 (iq*) 에 대응하는 제어 변수를 생성하도록 측정된 모터 회전 속도 또는 회전자 회전 속도 (n) 와 회전 속도 레귤레이터 (1) 에서 비교된다. 회전 속도 레귤레이터는, 즉 비례 성분 및 적분 성분을 포함하는, PI 레귤레이터로서 특히 구현될 수 있다.
자기장 감쇠 전류에 대한 전류 타겟 값 (id*) 에 따라, 총 전류 벡터 (itotal) 의 크기가 미리 정해진 최대값을 초과하지 않도록 하류에 연결된 iq 전류 제한기 (5) 는 타겟 전류 값 (iq*) 을 제한하고, 상기 크기는 다음 관계식 (relationship) 에 따라 계산될 수 있다:
Figure pct00001
토크 형성 전류에 대한 각각의 최대값 (iqmax) 은 예를 들어 관계식을 사용해 모듈 (17) 에 의해 결정된다:
Figure pct00002
게다가, 최대 허용 모터 토크를 초과하지 않도록 타겟 전류 값 (iq*) 의 추가 제한이 수행된다:
Figure pct00003
대안적으로, 토크 형성 전류에 대한 최대값 (iqmax) 은 회전 속도에 따른 특성장을 판독함으로써 결정되는 것이 또한 제공될 수 있다.
이것은, 상기 예시적 실시형태에서 모듈 (18) 에서 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값 (id*) 이 회전 속도에 따른 특성장으로부터 결정되어서, 상기 방법을 수행하는데 단지 적은 양의 연산 능력만 필요하기 때문에 특히 유리하다.
차량의 탑재된 전기 배선은 차량의 조건 및 배터리의 충전 상태에 따라 가변 공급 전압을 가질 수 있다. 작동된 모터가 현재의 공급 전압에 관계 없이 균일한 거동을 보인다면, 그러면 미리 정해진 기준 전압에 대한 특성 곡선, 특히 공급 전압에 대한 최소 허용 값을 규정하고, 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값 (id*) 을 결정할 때 기준 전압과 현재의 또는 측정된 공급 전압의 비에 따라 스케일링을 수행하는 것이 유리하다.
자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값 (id*) 및 토크 형성 전류에 대한 최대값 (iqmax) 양자가 특성장을 사용해 회전 속도에 따라 결정된다면, 그러면 모터의 특성은 적합한 특성장들을 미리 정함으로써 예상된 용도에 따라 맞추어질 수 있다.
모터 모드에서 임의의 입력된 직류가 초과되지 않도록 용도가 요구한다면, 출력 모터 토크가 입력된 직류에 대한 한계를 따르면서 최대가 되도록 id* 및 iqmax 의 값들은 회전 속도에 따라 미리 정해질 수 있다.
발전기 모드에서 임의의 피드백 전류가 초과되지 않도록 용도가 요구한다면, 출력 모터 제동 토크가 피드백 전류에 대한 한계를 따르면서 최대가 되도록 id* 및 iqmax 의 값들은 회전 속도에 따라 미리 정해질 수 있다.
수용된 최대 입력 직류가 정격 전압 범위 또는 기준 전압 미만인 공급 전압들에서 감소되도록 용도가 요구한다면, 그러면 이것은 측정되거나 이용가능한 공급 전압에 따라 최대값 (iqmax) 을 감소시킴으로써 달성될 수 있다.
용도에 따라, 또한 id* 및 iqmax 의 값들을 결정할 때 자석 온도와 권선 온도가 고려될 수 있다.
결정된 타겟 값 (id*) 은, 측정된 자장 감쇠 전류 id 와 id* 의 비교를 이용해 d-축선의 방향으로 타겟 자기장 감쇠 전압 (ud) 을 결정하는 전류 레귤레이터 (3) 로 공급된다. 전류 레귤레이터 (2) 가 PI 레귤레이터로서 구현된다면, 즉 비례 성분 및 적분 성분을 갖는다면 유리하다.
타겟 자기장 감쇠 전압 (du) 은 중간 회로에서 이용가능한 전압 (Umax) 의 최대값 또는 공급 전압에 대응할 수도 있고 따라서 제한기 (7) 에서 대응하는 값으로 제한된다.
토크 형성 전류를 위한 전류 레귤레이터 (2) 는 타겟 전류 값 (iq*) 을 현재 측정된 토크 형성 전류 (iq) 와 비교하고 q-축선의 방향으로 타겟 전압 (uq) 에 대응하는 제어 변수를 발생시킨다. 유리하게도, 전류 레귤레이터 (2) 는, 즉 비례 성분과 적분 성분을 갖는 PI 레귤레이터로서 구현될 수 있다.
타겟 토크 형성 전압은, 토크 형성 전압과 자기장 감쇠 전압의 총 전압 벡터의 크기 (utotal) 가 최대 이용가능한 전압 (Umax) 을 초과하는 것을 방지하는 제한기 (8) 로 공급된다:
Figure pct00004
토크 형성 전압에 대한 최대값 (uqmax) 은 유리하게도 다음 관계식을 사용해 모듈 (15) 에서 결정된다:
Figure pct00005
대안적으로, 또한 특성장으로부터 제한기 (8) 에 대한 최대값을 판독하는 것이 제공될 수 있다.
토크 형성 전압 (uq) 및 자기장 감쇠 전압 (ud) 에 대한 타겟 값들, 즉 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 전압 벡터는, 측정된 회전자 위치를 사용해 모듈 (10) 에서 고정자에 대해 정해진 좌표계로 변환되고 개별 상 권선들에 인가될 전압들 (uu, uv, uw) 을 제공하는 전압 벡터로 모듈 (11) 에서 전환된다. 이것은 클라크 및 파크 역 변환과 같은 적합한 변환으로 수행될 수 있고; 이러한 좌표 변환을 위한 방법들이 공지되어 있다.
고정자의 상 권선들은 동력 반도체들로 구성된 브릿지 회로에 의해 통전되고, 유리하게도 펄스 폭 변조가 발생한다. 반도체 스위치들은, 예를 들어, 상 권선들을 통하여 흐르는 전류의 측정을 가능하게 하도록 센스 FET 들의 형태일 수 있다. 대안적으로, 분류기 또는 유도 전류 센서에 의한 직접 측정이 또한 가능하다. 획득된 전류들 (iu, iv, iw) 은 고정자에 대해 정해진 좌표계로 모듈 (13) 에서 전환되고 측정된 회전자 위치를 사용해 모듈 (12) 에서 회전자에 대해 정해진 좌표계로 변환된다 (또는 대안적으로 일 단계로 변환됨).
유리하게도, 회전자 위치의 측정을 위해, 리졸버가 사용되고, 그것의 신호들로부터 (전기) 회전자 각도 (θ) 가 결정될 수 있다. 상기 회전자 각도는 (특히 신호들의 변화로부터) 모터 회전 속도 또는 회전자 회전 속도를 결정하는 모듈 (14) 에 공급된다.
자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값이 특성 곡선을 사용해 결정된다는 사실 때문에, 본 발명의 이 구현예에 따른 작동은 매우 특히 간단한 구조를 포함한다.
도 2 에 나타낸 본 발명의 대안적인 예시적 실시형태에 따르면, 자기장 감쇠 전류가 또한 조정되고, 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값 (id*) 은 측정된 회전 속도에 따라 제한된다. 제 1 예시적 실시형태에서와 같이 이 실시형태에서 동일한 기능을 제공하는 모듈들은 동일한 도면 부호들을 구비하고, 상세한 설명을 위해 상기 구현예들을 참조한다.
회전 속도 레귤레이터 (1) 는 타겟 회전 속도 (n*) 와 현재 회전자 회전 속도 (n) 를 비교하고 제어 변수로서 토크 형성 전류에 대한 타겟 값 (iq*) 을 생성한다. 전류 (id*) 의 전류 타겟 값에 따라, 총 전류 벡터의 허용 크기를 초과하지 않도록 하류에 연결된 제한기 (5) 는 타겟 전류 값 (iq*) 을 제한한다. 이 목적으로, 최대값 (iqmax) 은 계산함으로써 또는 특성장으로부터 판독함으로써 모듈 (17) 에서 결정되고 제한기에 제공된다. 전류 레귤레이터 (2) 는 타겟 전류 값 (iq*) 과 현재 존재하는 토크 형성 전류 (iq) 를 비교하고 공급 전압 및 타겟 자기장 형성 전압 (du) 을 사용해 하류에 연결되는 제한기 (8) 에서 제한되는 타겟 전압 (uq) 을 지정한다. 이 경우에, 모듈 (15) 에서 전압 벡터의 크기가 이용가능한 공급 전압을 초과하지 않도록 최대값이 미리 정해진다.
회전자에 대해 정해진 좌표계에서 결정되는 토크 형성 전압 및 자기장 감쇠 전압의 전압 벡터는, 개별 상 권선들에 인가될 전압들의 전압 벡터를 획득하기 위해서, 클라크 및 파크 역 변환과 같은 적합한 변환을 모듈들 (10, 11; 또는 조합된 모듈) 에서 부여받는다.
또한, 토크 형성 전압 (uq) 및 자기장 감쇠 전압 (ud) 은 전압 모니터링을 위한 모듈 (16) 에 공급되고, 상기 모듈은 전압 한계 (Ures) 로부터 전압 벡터 분리를 결정하거나 전압 한계 제곱으로부터 전압 벡터 제곱을 감산한다 (제곱근이 그 후 형성될 수도 있음). 전압 한계는 유리하게도 미리 정해진 전압 차이만큼 이용가능한 전압 (Umax) 보다 작아서, 예비 전압이 새로운 타겟 전류 값들을 도입하기 위해 보유된다.
Figure pct00006
결정된 차이 (Δ) 는, 제어 차이로서 장 감쇠 레귤레이터 (4) 에 공급되기 전 미리 정해진 간격으로 놓여 있는 값들로 제한기 (9) 에서 제한될 수 있다. 상기 장 감쇠 레귤레이터 (4) 는, 유리하게도, 즉 적분 항과 가능하다면 비례 항을 포함하는, I 또는 PI 레귤레이터로서 구현될 수 있다. 장 감쇠 레귤레이터는 제어 차이를 이용해 제어 변수로서 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값 (id*) 을 생성한다.
상기 타겟 값은 제한기 (6) 에서 미리 정해진 최대값 (idmax) 으로 음의 방향으로 제한된다. id* 에 대한 상기 최대값의 결정은 특성장을 사용해 모듈 (18) 에서 회전 속도에 따라 수행된다. 제 1 예시적 실시형태와 달리, 타겟 값은 결정되지 않고, 단지 최대값 (idmax) 만 특성장을 사용해 결정된다. 미리 정해진 특성장은 시뮬레이션들을 이용해 계산될 수 있고 그리고/또는 실험들로 측정되거나 확인될 수 있다. 제한기 (6) 에서, 또한, 타겟 값 (id*) 은 양의 방향으로 제로로 제한된다. 그리하여, d-축선의 방향으로 인가된 전류는 자기장 감쇠 효과를 가지도록 보장된다.
제한될 수도 있는 타겟 값 (id*) 은 전류 레귤레이터 (3) 에서 측정된 자기장 감쇠 전류와 비교되고, 전압에 대한 타겟 값 (ud) 은 제어 변수로서 d-축선의 방향으로 발생된다. 추가 모듈들, 예로 제한기 (7), 회전 속도를 결정하기 위한 모듈 (14) 및 상 권선들을 통한 측정된 전류들의 클라크 및 파크 변환을 위한 모듈들 (12, 13) 이 전술한 대로 운전한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 음의 d-축선 방향으로 최소 전류가 또한 미리 정해지고 장 감쇠 레귤레이터 (4) 의 출력으로 스위칭되도록 자기장 감쇠 전류가 제한된다. 상기 최소 전류는 유리하게도 또한 특성장을 사용해 회전 속도에 따라 결정될 수 있다.
도 3 은 도 2 에 따른 구현예를 기반으로 한 본 발명에 따른 방법의 이러한 예시적 실시형태를 도시한다. 제 1 예시적 실시형태에서와 같이 이 실시형태에서 동일한 기능을 제공하는 모듈들은 동일한 도면 부호들을 구비하고 상세한 설명을 위해 상기 구현예들을 참조한다.
달성할 수 있는 시스템 역학을 증가시키도록, 유리하게도 최대 허용 장 감쇠 전류 (idmax) 가 사전 제어 변수로서 장 감쇠 레귤레이터 (4) 의 레귤레이터 출력으로 스위칭되고, 이것은 자기장 감쇠 전류를 요구되는 값으로 감소시킨다. 미리 정해진 시간 후 사전 제어 변수가 계속해서 제로로 감소된다면 유리하다. 장 감쇠 영역에서, 즉 감소된 토크와 높은 회전 속도로, 모터를 운전할 때, 불필요하게 큰 자기장 감쇠 전류가 장기간 도입되고 불필요한 전류 열 손실이 발생하는 것을 그리하여 방지할 수 있다.
상기 레귤레이터의 출력이, 결코 제로 미만이 아니고 회전 속도에서 적어도 필요한 자기장 감쇠 전류 (id) 와 최대 허용 자기장 감쇠 전류 (id) 사이 차이보다 결코 더 크지 않도록 회전 속도에 따라 제한될 수 있다. 이 목적으로, 모듈 (19) 은 특성장을 사용해 회전 속도에 따라 결정된 값들을 제한기 (6) 에 제공할 수 있다.
레귤레이터가 정상 (steady) 상태에 도달한 상태에서 동적 타겟 값 요구가 있는 경우에, 레귤레이터의 출력 값과 I-성분이 적합하게 조작될 수 있다. 타겟 값 요구에 따라 미리 정해진 개시 값으로 레귤레이터의 I-성분을 설정하도록 제공될 수 있다.
적합하게 맞추어진 특성장들에 의해, 특히 전자적으로 정류된 동기기의 동적 운전이 그리하여 보장되고, 제어 요구들은 따라서 최소 시간에 구현된다. 특히 위험한 상황에서, 그리하여 압력의 신속한 축적이 보장될 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 방법을 수행할 수 있는 영구 통전된 동기기를 운전하기 위한 배열체의 개략적 설계를 도시한다.
작동 회로 (41) 는 연산 유닛 (40), 메모리 (48) 및 브릿지 회로 또는 동력 엔드 스테이지 (42) 를 포함한다. 특히, 연산 유닛 (40) 은 통합 작동 메모리 및 비휘발성 프로그램 메모리 (47) 를 포함한 마이크로컨트롤러로서 구현될 수 있다. 적합한 마이크로컨트롤러는 또한 메모리 (48) 를 포함할 수 있고, 이 메모리는 예를 들어 플래시 메모리로서 구현될 수 있다. 마이크로컨트롤러가 동력 엔드 스테이지들 또는 회전자들에서 측정 기기들에 연결되는 하나 이상의 아날로그-디지털 컨버터들을 포함한다면 유리하다. 동력 엔드 스테이지는 예를 들어 전류 측정을 가능하게 하도록 센스 FET 들을 포함할 수 있다. 전압 측정 수단이 제공된다면 또한 유리하다. 원칙적으로, 외부 센서들은 또한 데이터 버스에 의해 연결될 수 있다. 영구 통전된 동기기 (44) 는, 동력 엔드 스테이지 (42) 에 의해 통전되는 상 권선들을 구비한 고정자 및, 미도시된, 부하에 기계적으로 연결되는 회전자를 포함한다. 회전자의 위치는, 예를 들어, 리졸버로서 또는 광학 회전 인코더로서 구현되는 센서 (46) 에 의해 결정된다. 또한, 상 권선들, 자석들 또는 일반적으로 주변부들의 온도 측정을 위한 센서들이 제공된다면 유리하다. 원칙적으로, 본 발명에 따른 방법은 또한 특정하게 맞추어진 부품들을 포함하고 특히 반도체 기판에 통합되는 고객 특정 회로에 의해 구현될 수 있다.

Claims (18)

  1. 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을
    유압 챔버 및 전기기계식 액추에이터에 의해 변위가능한 피스톤을 구비한 실린더-피스톤 배열체를 포함하는 전기 제어가능한 압력 공급 기기,
    차량의 적어도 하나의 액슬과 연관되고 상기 유압 챔버에 의해 브레이크 압력을 공급받을 수 있는 다수의 유압 휠 브레이크들,
    운전자의 제동 의도를 검출하기 위한 센서
    에 의해 운전하기 위한 방법으로서, 상기 전기기계식 액추에이터는 회전-병진운동 기어박스 및 전기 기계를 포함하고,
    상기 전기 기계는, 적어도 2 개, 특히 3 개의 상 권선들을 구비한 고정자, 적어도 하나의 영구 자석을 구비한 회전자 뿐만 아니라 적어도 하나의 회전자 위치 센서를 포함하는 전자적으로 정류된 동기기로서 구현되고, 토크 형성 전류 (iq) 및/또는 자기장 감쇠 전류 (id) 는 상기 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 조정되고, 상기 회전자에 대해 정해진 상기 좌표계에서 전압들은 제어 변수들로서 결정되고 측정된 회전자 위치를 사용하여 상기 고정자의 각각의 상 권선에 대해 인가될 전압을 제공하는 전압 벡터로 변환되고, 상기 자기장 감쇠 전류 (id) 에 대한 타겟 값은, 바람직하게 미리 정해진 특성장 (characteristic field) 으로부터 결정되는, 상기 회전자의 측정된 회전 속도에 따라 최대값으로 제한되는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값은 또한 측정된 회전 속도에 따라 미리 정해진 최소값 미만으로 떨어지지 않도록 제한되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값은 미리 정해진 제 1 특성장으로부터 상기 회전자의 측정된 회전 속도에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값은 기준 전압과 현재의 공급 전압 사이 비를 사용해 맞추어지거나 스케일링되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 토크 형성 전류에 대한 타겟 값은 상기 회전자의 측정된 회전 속도에 따라 토크 형성 전류의 최대값으로 제한되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값과 상기 토크 형성 전류의 최대값은, 상기 자기장 감쇠 전류와 상기 토크 형성 전류의 총 전류에 대한 미리 정해진 한계값을 초과하지 않고 상기 전자적으로 정류된 동기기의 토크가 상기 총 전류에 대한 한계값을 따르면서 최대이도록 미리 정해지는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    특히 현재의 공급 전압에서 미리 정해진 전압 간격을 뺀 값에 대응하는 미리 정해진 최대 전압의 크기와 상기 토크 형성 전압 및 상기 자기장 감쇠 전압에 의해 형성된 전압 벡터의 크기간 차이에 따라 상기 자기장 감쇠 전류 (id) 에 대한 타겟 값이 결정된 후에 상기 제한이 수행되고, 특히 상기 차이의 조정이 수행되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    미리 정해진 최대 전압의 크기와 상기 토크 형성 전압과 상기 자기장 감쇠 전압으로부터 형성된 전압 벡터의 크기간 차이의 조정은, 상기 전압 벡터의 크기가 미리 정해진 최소값 미만이라면 수행되고, 상기 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값의 사전 제어는, 특히 최대 허용 장 감쇠 전류를 미리 결정함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토크 형성 전류 (iq) 에 대한 타겟 값은 타겟 회전 속도와 상기 회전자의 측정된 회전 속도 사이 편차에 따라 결정되고, 상기 토크 형성 전류에 대한 타겟 값은 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값 및/또는 최대 허용 총 전류 및/또는 최대 허용 모터 토크에 따라 최대값으로 제한되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자에 대해 정해진 상기 좌표계에서 토크 형성 전압이 상기 토크 형성 전류에 대한 타겟 값과 측정된 토크 형성 전류 사이의 차이에 따라 결정되도록 상기 토크 형성 전류의 조정이 수행되고, 상기 토크 형성 전압은 미리 정해진 최대 전압, 특히 공급 전압의 크기와 자기장 감쇠 전압의 크기 사이의 차이에 따라 바람직하게 제한되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자에 대해 정해진 상기 좌표계에서 자장 감쇠 전압이 상기 자기장 감쇠 전류에 대한 타겟 값과 측정된 자기장 감쇠 전류 사이의 차이에 따라 결정되도록 상기 자기장 감쇠 전류의 조정이 수행되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자에 대해 정해진 좌표계에서 측정된 토크 형성 전류와 측정된 자기장 감쇠 전류는, 측정된 회전자 위치를 사용해 상기 회전자의 상 권선들을 통하여 측정된 전류들로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 자기장 감쇠 전류에 대한 상기 타겟 값은 또한 측정된 회전자 온도 및/또는 측정된 고정자 온도 및/또는 현재의 공급 전압을 사용해 제한되거나 맞추어지는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 적어도 한 한 항에 있어서,
    상기 고정자의 상 권선들은 펄스 폭 변조 회로에 의해 전류를 각각 공급받고, 상기 고정자의 상 권선에 인가될 전압은 대응하는 펄스 폭 변조 회로의 작동 정도로 전환되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 작동 정도는 기준 전압과 현재의 공급 전압, 특히 펄스 폭 변조 회로의 측정된 중간 회로 전압의 비에 따라 맞추어지거나 스케일링되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템을 운전하기 위한 방법.
  16. 브레이크 시스템용 전자 제어 유닛으로서,
    상기 전자 제어 유닛은, 적어도 하나의 브릿지 회로, 특히 고정자의 각각의 상과 연관된 펄스 폭 변조 회로들에 배치된 연산 (computation) 유닛 및 반도체 스위치 요소들을 구비한, 전자적으로 정류된 동기기를 위한 작동 회로를 포함하고,
    상기 연산 유닛은 제 1 항 내지 제 15 항 중 적어도 한 항에 따른 방법을 수행하고, 상기 자기장 감쇠 전류에 대한 최대값은 측정된 회전 속도들의 값들 및 비휘발성 메모리로부터 판독된 연관된 최대값들의 쌍들을 사용해 결정되는 것을 특징으로 하는, 브레이크 시스템용 전자 제어 유닛.
  17. 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템으로서,
    상기 브레이크 시스템은 유압 챔버 및 전기기계식 액추에이터에 의해 변위가능한 피스톤을 구비한 실린더-피스톤 배열체를 포함하는 전기 제어가능한 압력 공급 회로를 구비하고, 차량의 적어도 하나의 액슬과 연관되고 상기 유압 챔버에 의해 브레이크 압력을 공급받을 수 있는 다수의 유압 휠 브레이크들을 구비하고, 운전자의 제동 의도를 검출하기 위한 센서를 구비하고, 상기 전기기계식 액추에이터는 회전-병진운동 기어박스, 및 적어도 2 개, 특히 3 개의 상 권선들을 구비한 고정자, 적어도 하나의 영구 자석을 구비한 회전자 뿐만 아니라 적어도 하나의 회전자 위치 센서를 포함하는 전자적으로 정류된 동기기를 포함하고,
    제 16 항에 따른 전자 제어 유닛을 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    모터 차량의 적어도 하나의 휠에 연결되는 전기 구동부로서, 상기 구동부는 상기 차량의 제동 감속을 발생시키고 바람직하게 에너지 회수에 사용될 수 있도록 적어도 가끔 작동되는, 상기 전기 구동부를 특징으로 하는, 모터 차량들을 위한 브레이크 시스템.
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