无刷直流电机的特性曲线确定制造技术

用于确定电机(10)的转子位置和与电机(10)连接的执行器(14)的执行器位置之间关系的方法，所述方法包括：利用借助电压矢量产生的交变电流(20)使电机(10)换向，使得执行器(14)在一个执行器角度范围内运动；根据电压矢量求得电机角度(φel)；借助与执行器(14)连接的传感器(18)检测执行器角度(φs)；并且检测表示实际执行器角度随电机角度(φel)变化的特性曲线(22)。使电机(10)如此换向：电机(10)首先在第一方向上转动，并且紧接着在反方向上转动，从而在第一方向上和反方向上以相同速度经过执行器角度范围，并且在第一方向上经过一个电机角度(φel)和在反方向上经过该电机角度(φel)时分别检测相应的执行器角度(φs)，并且由所述两个检测的执行器角度(φs)算出平均值作为实际执行器角度(φs)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于确定电机的转子位置和与电机连接的执行器的执行器位置之间的关系的方法。此外，本专利技术涉及一种控制单元。
技术介绍
无刷电机(例如BLDC电机)能通过变速器来驱动内燃机的节气门。如果已知转子的角位置，则有利于借助交变电流使该电机换向，因为在这种情况下能在“闭环”运行中调节该电机，这样产生了能量节约。因为人们不想安装单独的转子位置传感器，用以例如减重和节省成本，因此也可尝试通过节气门的位置传感器来间接确定所述转子位置。一般来说，如果具有无刷直流电机的伺服驱动装置没有自己的转子位置传感器或者其它用于确定转子位置的电压传感器/电流传感器，则能够根据借助电机驱动的执行器的位置传感器的位置信息来实施电机的换向。为此，应当已知执行器位置φS与机械的转子位置φM之间的机械关系φM＝f(φS)，以便由此计算换向所需的电气的转子位置φel＝Np*φM，其中，Np是该电机的极对数。由此，例如补偿电机转子与执行器(或者说执行器位置信息)之间的变速器速比和可能的非线性关系。为了求得该关系，所述电机能借助预定的换向，优选借助极大地选择的电流矢量量值来控制(也就是在“开环”运行中被驱动)，并且运动到确定的位置中。在此，能够记录执行器位置传感器的所属的位置信息。因此，然后能在后来的一个时刻借助当前存在的传感器位置信息回溯到这些数据上，并且因此来计算“闭环”换向的转子位置φel＝Np*φM。DE102010063326A1也涉及一种具有执行器的定位系统。
技术实现思路
本专利技术的优点本专利技术的实施方式能够以有利的方式实现，例如以特性曲线形式准确并且迅速地确定电机的转子位置和与电机连接的执行器的执行器位置之间的关系。本专利技术的一个方面涉及用于确定电机的转子位置和与电机连接的执行器的执行器位置之间的关系的方法。该执行器(也能称作致动器)能通过变速器与电机耦合，由此能够产生转子位置与执行器位置之间的非线性关系。电机能够是通过具有多相交变电流的桥式电路来换向或者说驱动的无刷直流电机。执行器可以是车辆的节气门或者主动式加速踏板。根据本专利技术的一种实施方式，所述方法包括：利用借助电压矢量产生的交变电流使电机换向，使得执行器在一个执行器角度范围内运动；根据电压矢量求得电机角度；借助与执行器连接的传感器检测执行器角度；并且检测表示实际执行器角度随电机角度变化的特性曲线。执行器角度范围能包括全部可能的执行器运动范围(例如在执行器的两个止挡点之间的整个范围)。但是执行器角度范围也可以仅仅是全部可能运动范围的一个(可能较小的)部分范围。在所述的方法中，首先确定电压矢量角度，然后例如借助电压量值由所述电压矢量角度计算电压矢量，并且由此借助克拉克变换计算多相电压。然后能够从多相电压产生用于电机的PWM信号(脉宽调制信号)。通过选择相应地高的电压量值也能够使得电机由此在没有调节的情况下运动。在此，如此来改变电压矢量角度，使得与电机或者说其转子机械地连接的执行器运动。在运动过程中由算出的电压矢量角度导出电机角度(例如通过公式或者通过简单的等式计算)，并且由传感器数据求得执行器角度，该执行器角度与电机数据一起处理成特性曲线。然后从特性曲线能够根据电机角度确定实际执行器角度，也就是例如考虑了变速器的非线性效应的执行器角度(反之亦然)。电机角度能够是电机的电气的电机角度或者机械的电机角度。在此，所述机械的电机角度涉及转子的角位置，而电气的电机位置通常能通过将机械的电机角位置乘以电机的极对数的方式来确定。应当理解，执行器角度和电机角度提供了关于执行器位置和转子位置的信息。那么所求得的特性曲线表示执行器位置和转子位置之间的关系。在所述方法中，在此如此使所述电机换向，使得电机首先在第一方向上转动，并且紧接着在反方向上转动，从而在第一方向上和反方向上以相同速度经过所述执行器角度范围，并且在第一方向上经过一个电机角度时和在反方向上经过该电机角度时分别检测相应的执行器角度，并且根据两个检测的执行器角度计算平均值作为实际执行器角度。如果执行器角度范围是来自执行器的止挡点之间的范围的一个部分范围，那么在执行器的止挡点之间的完整范围上也能够存在多个执行器角度范围。然后能够在第一方向上和反方向上以相同速度经过这些执行器角度范围的每一个。通过求所检测的执行器角度的(算术)平均值，该执行器角度借助执行器传感器在相对运行的、但是相同的速度的情况下检测，就能在创建特性曲线时求出滞后效应和与速度相关的效应(例如通过摩擦引起)。根据本专利技术的一种实施方式，由多个所检测的执行器角度和/或由多个所求得的电机角度，针对特性曲线的至少一个节点(Stützstelle)确定实际执行器角度和/或电机角度，所述多个检测的执行器角度和/或多个求得的电机角度从属于包围该节点的一个区段。特性曲线能够划分成多个节点。例如能够以成对实际执行器角度和电机角度的形式保存特性曲线，并且可以在分析特性曲线时在其间进行插值。在执行器角度范围起动时，采集每个节点周围的执行器角度和/或电机角度，并且紧接着通过求平均值将其压缩为每个节点的值。在求平均值时，多个所检测的执行器角度和/或多个所求得的电机角度包括第一方向的和反方向的值。因此也能够针对每个节点，如上所述，滤除滞后效应和与速度相关的效应。例如在第一方向上转动时检测多个执行器角度，并且在第二方向上转动时在包围所述节点的区段中检测多个执行器角度，并且求算该节点的实际执行器角度作为在两个方向上的多个执行器角度的平均值。类似地能够产生该节点的电机角度。根据本专利技术的一种实施方式，节点的区段具有不同的宽度。每个节点都能够配属于所经过的执行器角度范围的一个区段，其中，所述区段能完全覆盖所经过的执行器角度范围。根据所述特性曲线的所期望的非线性能够使所述区段不同宽度地来设置，用以提高所述节点之间的插值的精度。根据本专利技术的一种实施方式，根据通过电机引起的误差周期选择区段的宽度。例如电机能够通过极数和/或槽数而产生系统性误差，当经过待检测的执行器角度范围的时候，该误差会周期性波动。能够由极数和可能存在的变速器速比来计算所述误差周期。如果区段宽度为该误差周期的四倍，则通过求平均值求出所述系统误差。根据本专利技术的一种实施方式，由电压矢量的电压矢量角度加上偏置角度求得电机角度。如上所述，电压矢量角度用于预定用于电机的电压，并且用于产生交变电流。电机角度不必与电压矢量角度一致。主要通过所述模型考虑弹簧扭矩对电压矢量位置和转子位置之间的偏置量的影响以及考虑电机的电感。然而能够根据电机和/或执行器的数学模型，从电压矢量的电压量值和/或速度求得差数(也就是偏置角度)。对此，能够例如分析预先计算的公式，将已知的量(例如当前的电压矢量角度、当前电流和/或当前电压)代入到所述公式，并且所述公式得出偏置角度。根据本专利技术的一种实施方式，所述数学模型考虑随角度变化作用到电机上的扭矩。通过执行器作用到电机上的、随角度变化的和/或随方向变化的扭矩也能影响偏置角的求得。例如能为该方法设定另一个特性曲线，由该特性曲线能导出例如通过在执行器中的弹簧产生的所述扭矩。根据本专利技术的一种实施方式，主动求得执行器的一个止挡点的角位置。可以这样实现：确定止挡点靠近，因为通过传感器检测的执行器角度的角速度低于阈值；紧接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定电机(10)的转子位置和与所述电机(10)连接的执行器(14)的执行器位置之间的关系的方法，所述方法包括：利用借助电压矢量产生的交变电流(20)使所述电机(10)换向，使得所述执行器(14)在一个执行器角度范围内运动；基于所述电压矢量求得电机角度(φe1)；借助与所述执行器(14)连接的传感器(18)检测执行器角度(φS)；检测表示实际执行器角度随所述电机角度(φe1)变化的特性曲线(22)；其特征在于，所述电机(10)首先在第一方向上转动，并且紧接着在反方向上转动，从而在所述第一方向上和在所述反方向上以相同速度经过所述执行器角度范围；并且在所述第一方向上经过电机角度(φe1)并且所述反方向上经过电机角度(φe1)时，分别检测相应的执行器角度(φS)，并且由所检测的两个执行器角度(φS)计算平均值作为实际执行器角度(φS)。

【技术特征摘要】
2015.06.09 DE 102015210490.71.一种用于确定电机(10)的转子位置和与所述电机(10)连接的执行器(14)的执行器位置之间的关系的方法，所述方法包括：利用借助电压矢量产生的交变电流(20)使所述电机(10)换向，使得所述执行器(14)在一个执行器角度范围内运动；基于所述电压矢量求得电机角度(φe1)；借助与所述执行器(14)连接的传感器(18)检测执行器角度(φS)；检测表示实际执行器角度随所述电机角度(φe1)变化的特性曲线(22)；其特征在于，所述电机(10)首先在第一方向上转动，并且紧接着在反方向上转动，从而在所述第一方向上和在所述反方向上以相同速度经过所述执行器角度范围；并且在所述第一方向上经过电机角度(φe1)并且所述反方向上经过电机角度(φe1)时，分别检测相应的执行器角度(φS)，并且由所检测的两个执行器角度(φS)计算平均值作为实际执行器角度(φS)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，由多个所检测的执行器角度(φS)和/或由多个所求得的电机角度(φe1)，针对所述特性曲线(22)的至少一个节点(40)来确定所述实际执行器角度(φS)和/或所述电机角度，所述检测的执行器角度和/或求得的电机角度从属于包围所述节点(40)的区段(42)；其中，多个所检测的执行器角度(φS)和/或多个所求得的电机角度(φe1)包括所述第一方向和所述反方向的值。3.根据权利要求2所述的方法，其中，节点(40)的区段(42)具有不同的宽度；和/或其中，根据通过所述电机(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·迪罗夫，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE