專利名稱：Dc馬達中電流波紋估計的計數(shù)誤差修正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定機械換向DC馬達(換向器馬達)的致動量的方法。本發(fā)明另外涉及用于執(zhí)行該方法的裝置，且涉及用于此方法的改進的致動器馬達的使用。
背景技術(shù)：
換向器馬達經(jīng)常用作致動裝置內(nèi)或汽車內(nèi)的致動馬達。這樣的致動裝置例如是電動窗調(diào)節(jié)器，電動座椅調(diào)節(jié)機構(gòu)，電動門或天窗關(guān)閉機構(gòu)。在這些致動裝置(致動系統(tǒng))中，要求精確地獲知即時致動位置、行駛距離、和/ 或致動速度，以特別地可精確地行駛到致動運行應(yīng)達到的結(jié)束位置，且可特別地以實時方式檢測危險情形，例如夾傷事件。致動位置和由此導(dǎo)出的量，例如致動速度和行駛過的致動距離被一起在下文中稱為“致動量”。這些致動量的每個可以以相對于馬達、相對于被移動的汽車部件或相對于在致動過程期間移動的致動裝置的另一個部件以等價的方式限定。例如，在電動窗調(diào)節(jié)器的情況下，致動位置可通過馬達軸的旋轉(zhuǎn)角度或窗位置的等價方式指定。類似地，致動速度可通過馬達軸的速度或窗的行駛速度的等價方式指定。在無傳感器運行的方法中，例如從DE 10 2006 049 123A1中已知，以上所述類型的致動量典型地通過馬達電流波紋的計數(shù)確定。在此方面，(馬達電流)波紋指馬達電流的特征波紋(即周期性脈動變化)，所述特征波紋由DC馬達的換向所導(dǎo)致。然而，馬達電流波紋的無誤差計數(shù)在典型的致動過程的所有階段中是不可行的。 因此，典型的致動過程由初始啟動階段、平衡階段(穩(wěn)態(tài))、慣性滑行階段和最終制動階段組成。在啟動階段，馬達速度趨向于穩(wěn)定的最終速度。在隨后的平衡階段，此最終速度且因此電流波紋的頻率大致是恒定的。慣性滑行階段在換向器馬達的兩個終端切換到接地以終止致動過程時被初始化。 慣性滑行階段在此切換過程期間持續(xù)(典型地大致3至4毫秒)。作為切換過程的結(jié)果，在慣性滑行階段期間，或無馬達電流流動或極為不可再現(xiàn)的馬達電流流動，帶有基本上未改變的馬達致動速度。只要馬達的兩個觸點以穩(wěn)定方式切換到接地，則慣性滑行階段過渡到最終制動階段。在制動階段，通過地短路的電動馬達作為發(fā)電機運行，且通過因此而產(chǎn)生的循環(huán)電流而被制動。作為馬達電流消失的結(jié)果，特別地在慣性滑行階段不可能計數(shù)電流波紋。波紋計數(shù)雖在原理上在啟動和制動階段期間可進行，但受到由于相比而言不規(guī)則的電流關(guān)系而導(dǎo)致的增加的誤差風(fēng)險的影響。在用于波紋計數(shù)的常規(guī)的方法中，這是特別地在慣性滑行階段期間典型地發(fā)生波紋計數(shù)中的計數(shù)誤差的原因，但在啟動階段和制動階段所述誤差也出現(xiàn)但程度更小。這樣的計數(shù)誤差主要因為電流信號內(nèi)的電流波紋未被檢測到且因此基本上被“漏計”而發(fā)生。然而，此外計數(shù)誤差也可因為外部導(dǎo)致的馬達電流行為中的干擾被不正確地識別為電流波紋而發(fā)生。兩個類型的計數(shù)誤差導(dǎo)致了確定致動量的誤差。特別地，在致動位置的計算期間，這些誤差可能在數(shù)個相繼的致動過程期間以不利的方式積累，且因此可能在一定的情況下明顯地影響致動裝置的功能。從DE 20 2004 010 211U1中已知了一種方法，其中為修正波紋計數(shù)中的計數(shù)誤差，首先執(zhí)行圖案識別，在該圖案識別期間，識別馬達周期中的相繼的波紋的特征幅值差異。作為馬達周期中識別此單獨波紋的結(jié)果，“漏計”或不正確地識別的波紋可被檢測到且計數(shù)結(jié)果可相應(yīng)地被修正。另外，在DE 20 2004 010 211U1中建議也通過機電馬達模型與波紋計數(shù)并行地確定馬達的位置。此外，從DE 41 35 873C2中已知通過修改換向器馬達來產(chǎn)生在一個波紋周期中的不規(guī)則的波紋圖案，以便可不僅通過波紋圖案檢測行駛位置或行駛距離或行駛速度，而且還檢測行駛方向
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出容易實施的且運行可靠的確定致動量的方法，特別地通過計數(shù)馬達電流波紋來確定換向器馬達的行駛位置或行駛速度的方法。方法應(yīng)特別地遵從易于實施且運行可靠的波紋計數(shù)中的誤差修正。本發(fā)明的另外的任務(wù)是給出特別地適合于執(zhí)行所述方法的裝置。關(guān)于此方法，此任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求1的特征實現(xiàn)。根據(jù)此方法，在致動裝置內(nèi)使用機械換向(DC)馬達，作為合適的機械或機電改進的結(jié)果，所述馬達具有標準波紋圖案，所述標準波紋圖案包括在每個馬達周期或馬達半周期內(nèi)的至少一個指標波紋，所述指標波紋關(guān)于幅值、持續(xù)時間和/或時間中的位置是獨特的(換言之，與馬達周期或馬達半周期的大多數(shù)剩余的波紋明顯不同)。在此馬達的運行期間，通過馬達模型從測量的馬達電流和測量的馬達電壓計算反電動勢(也稱為反電磁勢，簡稱為BEMF，或逆電動勢)。對應(yīng)于電流波紋的AC分量從BEMF獲取。電流波紋，特別是其時間和幅值從BEMF的此AC分量來計算。根據(jù)該方法，指標波紋現(xiàn)在基于先前已知的獨特特征(換言之，偏離特征)來識別，優(yōu)選地在每個馬達周期或半周期中識別。另外，對所有識別到的電流波紋計數(shù)。當(dāng)在期待的位置處未識別(計數(shù))到指標波紋而在相對所述期待位置偏移的位置處識別到時，表示待確定的致動量的測量值或所述測量值的變化的計數(shù)結(jié)果在此設(shè)計中被修正合適量的計數(shù)單位?！皹藴什y圖案”被限定為由于馬達獨特設(shè)計，馬達在穩(wěn)態(tài)、未受干擾的運行中所展示的波紋圖案?！榜R達周期”一般地被限定為對應(yīng)于馬達軸的完整轉(zhuǎn)的馬達信號的部分， 特別地馬達電流、BEMF或波紋圖案信號的部分。相應(yīng)地，“(馬達)半周期”被限定為對應(yīng)于馬達軸的半轉(zhuǎn)的相關(guān)的馬達信號的部分。標準波紋圖案對于每個馬達周期或半周期，周期性地重復(fù)。且這是指標波紋或每個指標波紋周期性重復(fù)出現(xiàn)多次的原因。特別地，這導(dǎo)致每個馬達周期或馬達半周期具有“信號特征(signature) ”，即指標波紋的重復(fù)出現(xiàn)。在馬達的每個周期或半周期內(nèi)的標準波紋圖案中包含的電流波紋(包括指標波紋)的總數(shù)在下文中稱為“周期波紋計數(shù)”(Nz)。在此方法中所使用的“馬達模型”是數(shù)學(xué)公式，特別是具有如下形式
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E = Um -Ra 'In -Ln —- 式(1)或是實施此公式的電路模塊或程序模塊。在式(1)中，E表示以電壓單位測量到的反電動勢(BEMF)，Um表示在馬達觸點處存在的馬達電壓，Ra表示歐姆馬達電阻，Ia表示在馬達觸點之間流動的電動馬達電流，或更精確地，表示所述電動馬達電流的幅值，且La表示馬達的電感。量E、Uffl和Ia是與時間相關(guān)的測量量，換言之，它們是時間的函數(shù)。量Ra和La是換向器馬達的裝置常數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點特別是，作為馬達修改的結(jié)果，指標波紋的偏離特征是提前已知的且因此被預(yù)先限定以執(zhí)行所述方法。指標波紋的識別因此特別簡單。在有用的實施例中，這例如使用指標波紋的幅值的預(yù)先限定的閾值和/或指標波紋和先前或隨后的波紋之間的時間間隔的閾值來進行。在數(shù)值上密集的實時圖案識別在此是多余的，且因此特別地被省略。作為從通過馬達模型計算的BEMF獲取電流波紋(且不直接從馬達電流獲取)的結(jié)果， 計數(shù)結(jié)果在此也不受供電電壓中的干擾的影響，或至少受到其非常小程度的影響。因此，在計數(shù)結(jié)果中由于此干擾所導(dǎo)致的誤差很大程度上從開始即被排除。在該方法的在數(shù)值計算方面特別需求低的變體中，修正僅在每個致動過程中執(zhí)行一次，特別地，在完成致動過程之后執(zhí)行。在特別精確的但在數(shù)值計算方面要求更高的本發(fā)明的替代變體中，修正在指標波紋的每次識別時執(zhí)行。以此方式，任何計數(shù)誤差都基本上在每個馬達轉(zhuǎn)中或甚至半個馬達轉(zhuǎn)中實時地被修正。對于該方法的優(yōu)選變體，所使用的馬達被修改，其方式使得其標準波紋圖案在每個馬達周期或馬達半周期中具有精確的一個(換言之，僅一個)指標波紋。在該方法的此變體中，指標波紋的兩個相繼的信號特征之間的電流波紋量被確定。此量在下文中稱為“指標波紋計數(shù)”(N1)15根據(jù)定義，指標波紋的信號特征在確定間隔波紋計數(shù)期間不被計數(shù)。如所知，在不存在計數(shù)誤差的情況下，如此確定的間隔波紋計數(shù)因此必須對應(yīng)于周期波紋計數(shù)減去一個計數(shù)單位，即N1 = Nz-I式 2這根據(jù)用于檢測和修正計數(shù)誤差的方法被使用，這通過如下方式實現(xiàn)當(dāng)間隔波紋計數(shù)等于周期波紋計數(shù)減去兩個計數(shù)單位時(N1 = Nz-2)，使得被確定為用于致動量或其變化的測量值的計數(shù)結(jié)果被向上修正一個計數(shù)單位，即增加一個計數(shù)單位；當(dāng)間隔波紋計數(shù)等于周期波紋計數(shù)時(N1 = Nz)，使得所述計數(shù)結(jié)果被向下修正一個計數(shù)單位，即減少一個計數(shù)單位。在優(yōu)選實施例中，馬達每個或每半個馬達周期具有四個電流波紋(Nz = 4)，同時這些電流波紋中的一個是指標波紋。在此情況下，因此當(dāng)指標波紋的兩個相繼的信號特征之間存在僅兩個計數(shù)時，計數(shù)結(jié)果將被向上修正一個計數(shù)單位；當(dāng)指標波紋的兩個相繼的信號特征之間存在四個計數(shù)時，計數(shù)結(jié)果將被向下修正一個計數(shù)單位。
當(dāng)然，在對指標波紋的一個或兩個信號特征計數(shù)時，在以上所述方法變體中的“間隔波紋計數(shù)”也可以替代的定義確定。在此情況下，以上條件必須相應(yīng)地改變。在該方法的另一個變體中，在較早的馬達周期或馬達半周期中識別的指標波紋的信號特征和在較晚的馬達周期或馬達半周期中識別的指標波紋的信號特征之間的電流波紋量一般地確定為“間隔波紋計數(shù)”。一般而言，較早和較晚的馬達周期或馬達半周期可在此自由地選擇。然而，在優(yōu)選實施例中，第一個馬達周期或半周期被選作較早的馬達周期或半周期，且致動過程的最后的馬達周期被選作較晚的馬達周期或半周期。根據(jù)定義，在此較晚的馬達周期或半周期中的指標波紋的信號特征在確定間隔波紋計數(shù)中被考慮到。如已知，在不存在計數(shù)誤差的情況下，間隔波紋計數(shù)因此必須總是確定為等于周期波紋計數(shù)或其整數(shù)倍。換言之，在不存在計數(shù)誤差時，間隔波紋計數(shù)與周期波紋計數(shù)的比值的小數(shù)部分(Vnk)必須總是等于零，而此比值的非零的小數(shù)部分指示了計數(shù)誤差。在該方法的優(yōu)選實施例中，當(dāng)所述小數(shù)部分至少為0. 5時，確定為致動量或其變化的測量值的計數(shù)結(jié)果被向上修正，換言之，被增加小數(shù)部分和周期波紋計數(shù)的乘積 (Vffi^Nz)。與之相對，當(dāng)所述小數(shù)部分大于0但小于0. 5時，此計數(shù)結(jié)果被向下修正，換言之， 被減少小數(shù)部分和周期波紋計數(shù)的乘積。在每個馬達周期或半周期具有四個電流波紋的情況下(Nz = 4)，以上所述比值的小數(shù)部分將特別地總是具有如下值當(dāng)一個或兩個電流波紋未被計數(shù)時，所述值為0. 75或0. 5，使得在此情況下計數(shù)結(jié)果被增加相應(yīng)量的計數(shù)單位，且當(dāng)一個電流波紋被多次計數(shù)時，所述值為0. 25，使得在此情況下計數(shù)結(jié)果減少一個計數(shù)單位。除以上所述的計數(shù)誤差修正之外，在該方法的優(yōu)選變體中，在每個致動過程的慣性滑行階段期間，在此被確定為致動量或其變化的測量值的計數(shù)結(jié)果，使用在慣性滑行階段之前和/或之后識別的電流波紋，通過線性或非線性外插來使之適應(yīng)(匹配)。以上任務(wù)也通過具有權(quán)利要求7的特征的裝置實現(xiàn)。此裝置包括控制單元(特別地具有微控制器的形式)，在所述控制單元中實施以上所述的方法(特別地通過軟件方式實施)。此任務(wù)另外通過權(quán)利要求9的特征實現(xiàn)，即通過使用修改為產(chǎn)生波紋圖案的換向器馬達來實現(xiàn)，所述波紋圖案帶有獨特的指標波紋，以修正特別地在以上所述的方法的范圍內(nèi)在通過計數(shù)電流波紋來檢測馬達的致動量中的計數(shù)誤差。優(yōu)選地，馬達被修正，其方式使得在其波紋圖案中，獨特的指標波紋被至少兩個與之明顯不同的“普通”波紋跟隨，和/或在獨特的指標波紋之前具有至少兩個與之明顯不同的“普通”波紋。在每半周期具有四個波紋的情況下，具有單個獨特的指標波紋(“1”)和三個“普通”波紋(“0”)的波紋圖案是優(yōu)選的，即1:0:0:0馬達優(yōu)選地包括多個轉(zhuǎn)子繞組的帶有減少或增加的圈數(shù)的一個轉(zhuǎn)子繞組。在四個轉(zhuǎn)子繞組的情況下，它們的圈數(shù)比特別地為23 25 25 25。在另一個優(yōu)選實施例中， 馬達纏繞八個轉(zhuǎn)子繞組，它們的圈數(shù)比為洸24 25 25 27 26 25 25。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，換向器馬達也可通過在DE 4135873C2中描述的方法中的任何方法來修改。


在下文中參考附圖詳細解釋了本發(fā)明的示例性實施例。各圖為圖1示出了用于汽車的致動裝置的示意性方框圖，所述致動裝置帶有機械換向DC 馬達，且?guī)в杏糜诳刂岂R達的控制單元，所述控制單元被設(shè)計為通過計數(shù)馬達電流的電流波紋且自動修正所述計數(shù)中的任何計數(shù)誤差來識別馬達位置，圖2示出了 DC馬達的定子和轉(zhuǎn)子的示意性表示，圖3示出了 DC馬達的標準波紋圖案的反電動勢(BEMF)的AC分量隨時間的示意圖，作為DC馬達的機電改進的結(jié)果，即分式(fractional)電樞繞組，所述DC馬達在馬達的每半周期中包括一個關(guān)于其幅值是獨特的指標波紋和三個非獨特的另外的電流波紋，和圖4在四個相互重疊布置的隨時間的同步曲線圖中示意性地示出了在致動過程期間DC馬達的簡化的馬達電流，從馬達電流導(dǎo)出的BEMF，BEMF的AC分量，指示了通過此 AC分量的分析而檢測的電流波紋的電流波紋檢測信號，和指示了通過AC分量的分析而檢測的指標波紋的指標波紋檢測信號。
具體實施例方式相應(yīng)的部件和數(shù)量在所有附圖中總是以相同的附圖標號標記。例如，在圖1中示意性地示出的致動裝置1是例如通常用在乘用車內(nèi)的電動窗調(diào)節(jié)器。致動裝置1包括機械換向(DC)馬達2，所述馬達2通過(僅示意出的)致動機構(gòu)3 作用在(汽車)車窗4上，且將窗在打開位置和關(guān)閉位置之間可逆地移動。致動裝置1也包括控制單元5，馬達開關(guān)6和電流傳感器7。電流開關(guān)6連接在用于馬達2的(兩相)電源線8上。所述電流開關(guān)6包括兩個獨立可驅(qū)動的單獨的開關(guān)，所述開關(guān)的開關(guān)位置可用于選擇地將兩個馬達終端連接到電源線8的正極或負極(地)。通過合適地設(shè)定馬達開關(guān)6的單獨的開關(guān)，馬達2因此可沿其兩個運動方向的每一個方向被開啟和關(guān)閉，且可在極性上反轉(zhuǎn)以切換運動方向。電流傳感器7特別地是測量電阻器，可將跨接所述測量電阻器的與電流成比例的電壓引出而作為在電源線8內(nèi)流動的馬達電流Ia的測量信號。為簡化起見，此測量信號在下文中也稱為“馬達電流Ia”，因為它代表了其幅值的測量值。在此方面，電流傳感器7將馬達電流Ia，或更精確而言將作為馬達電流Ia的特征的測量信號作為輸入量提供到控制單元 5。在電源線8上存在的馬達電壓Um作為另外的輸入量(在測得的量的意義上)提供到控制單元5?？刂茊卧?用于通過馬達開關(guān)6的合適接線來控制馬達2。為此目的，所述控制單元5包括開關(guān)模塊9，所述開關(guān)模塊9使馬達開關(guān)6根據(jù)外部控制指令C和馬達位置信號M 來運行。馬達位置信號M是基本上可任意地限定作為一般慣例的可導(dǎo)出窗4的位置的致動變量。馬達位置信號M在此可特別地限定為馬達2的旋轉(zhuǎn)的角度(以角度測量的單位)。 然而，在裝置1的優(yōu)選實施例中，馬達位置信號M被生成為無量綱的數(shù)，它是以在下文中詳述的方式計數(shù)馬達電流Ia的電流波紋R(圖3和圖4)的結(jié)果?？刂茊卧?在此被設(shè)計為自動修正在電流波紋R的計數(shù)中的任何計數(shù)誤差。
為確定馬達位置信號M，包括計數(shù)誤差修正，控制單元5包括所謂的馬達模型10、 (AC分量)濾波器11、(電流波紋)檢測模塊12、(指標波紋)檢測模塊13和分析模塊14。在致動裝置1的優(yōu)選實施例中，控制單元5包括微控制器。在此設(shè)計中，開關(guān)模塊 9、馬達模型10、濾波器11和模塊12至14特別地實施為軟件模塊的形式，即軟件的功能部件被實施在微控制器中。然而，替代地，控制單元5也可實施為模擬和/或數(shù)字電路，其中開關(guān)模塊9、馬達模型10、濾波器11和模塊12至14實施為電路的形式。此外，混合形式是可以的，其中控制單元5的部件部分地通過電路方式且部分地通過軟件方式實施。此外，控制單元5的部件的以上的劃分僅具有功能特征。特別地，這些部件可任意地組合為更大的電路或程序單元，或仍進一步細劃分。在式1中給定形式的數(shù)學(xué)公式通過編程方式或電路方式被實施在馬達模型10內(nèi)， 通過它可將在上文中已介紹的反電動勢(BEMF)作為馬達電流Ia和馬達電壓Um的函數(shù)計算出。將馬達電流Ia和馬達電壓Um作為輸入量提供到馬達模型10。馬達模型10的參數(shù)，即歐姆(馬達)電阻艮和(馬達)電感La作為用于馬達模型10的常數(shù)被預(yù)先限定。使用式 1計算的電動勢E由馬達模型10輸出到其后的濾波器11。 BEMF E的與時間相關(guān)的變化值附加地包括不隨時間變化或僅略微變化的DC分量 Eg,和迅速隨時間變化的AC分量~ Eff = E-Eg式(3)在此上下文中，BEMF E的不隨時間變化或僅略微變化的分量特別地限定為在(馬達)半周期Z(圖幻的典型時間尺度上不明顯變化的分量。在使用編程方式的設(shè)計中，濾波器11優(yōu)選地包括如下算法，所述算法通過在半周期Z的持續(xù)時間內(nèi)(半周期時段Tz)對于BEMF E進行移動時間平均計算來計算DC分量&，特別地根據(jù)下式
1 fE0 = — ■ \ E' dt 式
Tz τζ且所述算法根據(jù)式3通過從BEMF E減去DC分量&來計算AC分量&。濾波器11 將所確定的AC分量~送到電流波紋檢測模塊12。在此上下文中，控制單元5可根據(jù)馬達位置信號M隨時間的變化來計算半周期時段Tz，且可在每種情況下將其當(dāng)前值提供到濾波器11。然而，在優(yōu)選地為簡化起見的設(shè)計中，半周期時段Tz可預(yù)先限定為用于濾波器11的常數(shù)。特別地，此常數(shù)在此被選擇，使得所述常數(shù)的值等于馬達2在其穩(wěn)態(tài)運行時的平均半周期時段Tz。在使用電路方式的設(shè)計中，濾波器11可替代地設(shè)計為高通濾波器。如所知，馬達電流Ia的電流波紋R在BEMF E的振蕩中反映，且特別地在其同步的 AC分量~中反映。因此，檢測模塊12設(shè)計為檢測AC分量~的時間行為中的最大值來作為電流波紋R的發(fā)生的指示。然而，為盡可能避免由于AC分量~的行為中的高頻干擾所導(dǎo)致的電流波紋R的具有誤差的檢測，在搜尋最大值前將AC分量~隨意地平滑。作為其替代或補充，并且為相同的目的，在最大值搜尋期間，檢測模塊12僅考慮超過設(shè)定為相對低的預(yù)定閾值S1的AC分量~的值。AC分量~因此被分為多個分開的時間序列，對所述時間序列滿足~ > S1 (在圖4中，這些序列通過粗線寬度來強調(diào))，其中檢測模塊12確定在這些序列的每個內(nèi)的AC分量~的全局極大值。
當(dāng)檢測到AC分量~內(nèi)的每個最大值時，檢測模塊12輸出波紋檢測信號&到分析模塊14。另外，檢測模塊12確定在最大值點處的AC分量~的幅值，且將此幅值作為波紋幅值A(chǔ)k傳遞到指標波紋檢測模塊13。檢測模塊13將波紋幅值A(chǔ)k與第二預(yù)定閾值&進行比較，且當(dāng)波紋幅值A(chǔ)k落到閾值&以下時輸出指標波紋檢測信號&到分析模塊14。使用波紋檢測信號&，指標波紋檢測信號&和由開關(guān)模塊9提供的馬達狀態(tài)信號、，分析模塊14然后以在下文中將詳述的方式確定馬達位置信號M。只要馬達2在第一運動方向上運行，則馬達信號、具有值+1，且只要馬達2在相反的運動方向上運行，則馬達信號、具有值-1。相比之下，當(dāng)馬達2關(guān)閉時，馬達狀態(tài)信號 Sm具有0值。如從圖2中顯見，馬達2包括定子20和安裝在定子20內(nèi)的轉(zhuǎn)子22，使得轉(zhuǎn)子22 可圍繞馬達軸21旋轉(zhuǎn)。定子20包括基本上中空的圓柱形的疊層堆塊，八個永磁體23圍繞所述定子20的內(nèi)周均勻分布。使用本質(zhì)上常規(guī)的技術(shù)，轉(zhuǎn)子21包括鐵芯25，所述鐵芯25 具有近似星形的橫截面形狀，八個槽26均勻地圍繞其圓周分布。在此設(shè)計中，齒27形成在每對相鄰的槽26之間。八個齒27的每個被電樞繞組28a至2 纏繞，在馬達2的運行期間馬達電流Ia流過所述電樞繞組28a至^h。與通常的DC馬達不同，馬達2提供有分式 (fractional)電樞繞組，即電樞繞組28a至2 具有不等的圈數(shù)。在圖2中示出的示例中，■繞組28a具有沈圈■繞組2 具有M圈■繞組28c和28d每個都具有25圈■繞組28e具有27圈■繞組28f具有洸圈，且■繞組28g和28h每個都具有25圈作為以此方式是分式的電樞繞組的結(jié)果，馬達2的未受干擾的穩(wěn)態(tài)運行產(chǎn)生了標準波紋圖案四，所述標準波紋圖案四在圖3中使用BEMF E的AC分量~隨時間的行為來描述。從圖3中顯見，每半周期Z，即轉(zhuǎn)子23每旋轉(zhuǎn)180°，標準波紋圖案四具有總共四個電流波紋R。每半周期Z的電流波紋R的數(shù)量在下文中稱為“周期波紋計數(shù)隊”(在此NZ =4)。相應(yīng)于AC分量~的可適用的最大值，在每半周期Z中的三個電流波紋R在此具有至少大致相等的波紋幅值Ακ。這些電流波紋R在下文中稱為“非獨特的”電流波紋IV相比之下，在每半周期Z中保留的第四個電流波紋R-在圖3中通過圓圈在視覺上強調(diào)一具有與剩余的電流波紋R相比明顯降低的波紋幅值Ακ。此(更小的)電流波紋R因此相對于電流波紋&是獨特的，且在下文中稱為指標波紋民。如從圖3中顯見，在馬達2的不受干擾的穩(wěn)態(tài)運行中，標準波紋圖案四以每半周期Z重復(fù)。圖4以示意性簡化的方式示出了在典型的致動過程期間作為時間t的函數(shù)的如下量的行為馬達電流Ia，BEMF Ε,BEMF E 的 AC 分量 ~，波紋檢測信號&，和
指標波紋檢測信號&特別地，從在此的表示中顯見，致動過程分為上文中所述的四個階段，即初始啟動階段PA，平衡階段pe，慣性滑行階段Pf和最終制動階段IV在啟動階段PA，平衡階段Pe和制動階段期間，檢測模塊14對于每個接收的波紋檢測信號&將馬達位置信號M增加(增大)或減小(減少)一個計數(shù)單位，即值1。波紋檢測信號&因此作為增大或減少馬達位置信號M的計數(shù)脈沖。在此上下文中，分析模塊14 從初始值Mtl開始，從所述初始值Mtl可導(dǎo)出在致動過程開始時的馬達位置和窗位置。馬達狀態(tài)信號、的算術(shù)符號在此決定了馬達位置信號M是增大還是減少。馬達位置信號M因此在馬達2在第一方向上運行期間增大，且在馬達2在相反的運行方向上運行期間減少
權(quán)利要求
1.一種用于確定用于汽車的致動裝置(1)中的機械換向DC馬達(2)的致動量的方法， 特別地用于確定馬達位置或致動距離的方法，其中DC馬達(2)作為機械或機電改進的結(jié)果具有標準波紋圖案( )，所述標準波紋圖案09)包括至少一個在每個馬達周期或馬達半周期(Z)中的關(guān)于幅值(Ak)、持續(xù)時間、和/或在時間中的位置是獨特的指標波紋(R1),其中根據(jù)所述方法，一在DC馬達⑵運行期間測量馬達電流(Ia)和馬達電壓⑴M)， 一借助馬達模型(10)根據(jù)測量的馬達電流(Ia)和測量的馬達電壓(Um)計算反電動勢(E),一從反電動勢(E)中提取對應(yīng)于電流波紋(R)的AC分量 w)， 一從此AC分量檢測電流波紋，一在至少一個馬達周期和馬達半周期(Z)中識別指標波紋(R1), 一對所有識別到的電流波紋(R)計數(shù)，作為致動量或其變化的測量值，以及一當(dāng)在預(yù)期的位置處沒有計數(shù)到指標波紋( )時，修正計數(shù)結(jié)果(M)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在每次檢測到指標波紋(R1)時執(zhí)行修正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每致動過程嚴格地執(zhí)行修正一次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項所述的方法，其中一每馬達周期和馬達半周期(Z)，標準波紋圖案09)都精確地具有一個指標波紋 (R1),一指標波紋(R1)的兩個相繼的信號特征之間的電流波紋(R)的數(shù)量被確定為間隔波紋計數(shù)(N1)，一當(dāng)間隔波紋計數(shù)(N1)等于標準波紋圖案09)的每馬達周期或馬達半周期(Z)的波紋計數(shù)(Nz)減去兩個計數(shù)單位時，確定為致動量或其變化的測量值的計數(shù)結(jié)果(M)向上修正一個計數(shù)單位，且一當(dāng)間隔波紋計數(shù)(N1)等于標準波紋圖案09)的每馬達周期或馬達半周期(Z)的波紋計數(shù)(Nz)時，此計數(shù)結(jié)果(M)被向下修正一個計數(shù)單位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項所述的方法，其中一每馬達周期和馬達半周期(Z)，標準波紋圖案09)精確地具有一個指標波紋(R1), 一在較早的馬達周期或馬達半周期(Z)中識別到的指標波紋( )的信號特征和在較晚的馬達周期或馬達半周期⑵中識別到的指標波紋( )的信號特征之間的電流波紋(R) 的數(shù)量包括后者的指標波紋( )的信號特征的計數(shù)，該數(shù)量被確定為間隔波紋計數(shù)(N1),一當(dāng)間隔波紋計數(shù)(N1)與標準波紋圖案09)的每馬達周期或馬達半周期的波紋計數(shù) (Nz)的比值(V)的小數(shù)部分(Vffi)至少為0. 5時，確定為致動量或其變化的測量值的計數(shù)結(jié)果(M)被向上修正，且一當(dāng)所述小數(shù)部分(Vffi)大于O而小于0. 5時，此計數(shù)結(jié)果(M)被向下修正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的方法，其中在每個致動過程的慣性滑行階段(Pf)期間， 確定為致動量或其變化的計數(shù)結(jié)果(M)使用在慣性滑行階段(Pf)之前和/或之后識別到的電流波紋00通過外插使之適應(yīng)。
7.一種用于汽車的致動裝置(1)，所述致動裝置(1)具有機械換向DC馬達O)，所述 DC馬達⑵由于機械或機電改進而具有標準波紋圖案( )，所述標準波紋圖案09)在每個馬達周期或馬達半周期(Z)中都包括關(guān)于幅值(Ακ)、持續(xù)時間、和/或在時間中的位置是獨特的至少一個指標波紋(R1),且所述致動裝置⑴還具有用于控制DC馬達⑵的控制單元(5)，其中控制單元( 被設(shè)計為使用根據(jù)權(quán)利要求1至5中的一項所述的方法確定馬達的致動量(M)，特別是馬達位置或致動距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的致動裝置(1)，其中DC馬達( 具有標準波紋圖案( )，所述標準波紋圖案09)在每個馬達周期或馬達半周期(Z)中精確地具有一個指標波紋(R1) 且還具有至少三個非獨特的電流波紋(Rn)。
9.機械換向DC馬達⑵的使用，所述DC馬達⑵由于機械或機電改進而具有標準波紋圖案( )，所述標準波紋圖案09)在每個馬達周期或馬達半周期(Z)中都具有關(guān)于幅值(Ak)、持續(xù)時間、和/或在時間中的位置是獨特的至少一個指標波紋(R1),用于通過對電流波紋(R)計數(shù)來修正在確定DC馬達⑵的致動量(M)中的計數(shù)誤差，特別地使用根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項所述的方法來確定DC馬達的致動量(M)。
全文摘要
一種用于確定用于汽車的致動裝置(1)內(nèi)的機械換向DC馬達(2)的致動量(M)，特別是馬達位置或致動距離的方法，其中DC馬達(2)通過機械或機電改進而具有標準波紋圖案(29)，所述標準波紋圖案(29)包括至少一個在每個馬達周期或馬達半周期(Z)中的關(guān)于幅值(AR)、持續(xù)時間、和/或時間位置是獨特的指標波紋(RI)。根據(jù)該方法，在DC馬達(2)運行期間測量馬達電流(Ia)和馬達電壓(UM)。通過馬達模型(10)，從測量的馬達電流(Ia)和測量的馬達電壓(UM)計算反電動勢(E)。從反電動勢(E)中提取對應(yīng)于電流波紋(R)的交變分量(EW)，所述交變分量(EW)又用于確定電流波紋(R)。此外，在至少一個馬達周期和馬達半周期(Z)中識別指標波紋(RI)且計數(shù)總的識別到的電流波紋(R)。在此，當(dāng)指標波紋(RI)不在期待的位置處被計數(shù)時修正計數(shù)結(jié)果(M)。
文檔編號H02P6/00GK102356539SQ201080012158
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者沃爾夫?qū)び谪悹? 約萬·克內(nèi)熱維奇 申請人:博澤哈爾施塔特汽車零件兩合公司