用于确定机动车制动系统的液压泵的位置和/或位置变化的方法以及机动车制动系统与流程

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的方法以及一种按照权利要求8前序部分的机动车制动系统。

背景技术：

电液式制动系统为了实现例如防抱死系统或行驶动态调节的功能具有泵总成，该泵总成借助于电机驱动。为了抑制在车辆中不期望的噪声，或者为了实现例如在紧急情况下或者在针对舒适性的运行中制动系统的与情况相关的工作范围或调节功能，需要尽可能准确地已知被设置用于驱动泵的电机的液压泵或转子的位置和/或转速。

就此而言，在文献WO 02/060734 A1中描述了一种用于检测用于电子调节的制动设备的电机的转速的总成，该总成具有至少一个用于确定电机或轴的转速的传感器。此外，这样的电机必须在其功能性方面如此设计，使得该电机对于车辆的给定的整车电路网络可以满足对制动系统提出的要求。是否在制动系统的连续运行期间满足这些安全要求的检测以自身已知的方式也借助于这样的位置传感器进行，由此例如可以进行液压泵的转速的检测。

为了确定液压泵或被设置用于驱动泵的电机的转子的位置，特别是使用感应式传感器，所述感应式传感器由于所基于的物理测量原理对于运行需要借助于振荡回路确定的频率。由此在进行控制和分析处理的微控制器单元(MCU)或功率控制单元(PCU)的系统节拍方面产生限制，由此在运行中可能引起运行时间问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于，提供一种机构，该机构实现液压泵或被设置用于运行液压泵的电机的位置的确定，而不限制进行控制和分析处理的微控制器单元(MCU)和/或功率控制单元(PCU)的系统节拍。

该目的通过按照权利要求1的方法以及按照权利要求8的机动车制动系统来实现。

本发明描述一种用于确定机动车制动系统的液压泵的位置和/或位置变化的方法，其中，借助于脉冲调制地控制的电机运行液压泵，并且检测电机和/或用于对电机供电的负载电路的电流测量信号和/或电压测量信号，其中，基于电流测量信号和/或电压测量信号以及电流测量信号和/或电压测量信号的至少一个频率确定液压泵的位置和/或位置变化并且将其用于控制电机，所述频率与电机的换向器频率成基本上整数的比例。

换向器频率在机械换向器的情况下在此特别是表示这样的频率，滑动触点的电刷以该频率由一个换向器片转换到下一换向器片。在无刷电机的电子换向的情况下优选将换向器频率理解为运行电机的逆变器的控制频率。

由此有利地实现液压泵或被设置用于运行液压泵的电机的位置和/或位置变化的确定，而不限制进行控制和分析处理的微控制器单元(MCU)和/或功率控制单元(PCU)的系统节拍。在本发明的范围中特别是将位置变化理解为角度变化和/或转速和/或由其导出的另外的参量的检测。由于在系统节拍方面基于相应传感器的确定频率迄今为止产生的限制而引起的运行时间问题有利地不出现。此外可以取消位置传感器，由此可以节省成本、空间需求和重量。此外可以在微控制器单元(MCU)或功率控制单元(PCU)中节省或释放资源，所述资源可以被设置用于其他任务。这例如是相应微控制器的变得空闲的管脚的利用和/或可能通过传感器信号的数据检测、通信和计算引起的大量计算步骤。备选地可以设置位置传感器，该位置传感器优选被设置用于冗余的位置检测。虽然由此不再存在上述优点，然而通过冗余实现失效安全以及由此例如按照ISO 26262的可实现的安全等级的提高。

从电流测量信号和/或电压测量信号滤出电机的换向器频率的至少一个基本上整数的分谐波并且将所述分谐波的幅度与至少一个预给定的边界值比较。有利地，由此实现电机的电刷的特别是磨损迹象和/或污染的识别。

符合目的地，对于电流测量信号和/或电压测量信号进行到不等于零的值的偏差校正。其优点在于，可识别特别是在电机的发电机运行工况中未识别的负电流的产生并且将其用于电流调节。

按照一个优选实施形式，进行电压信号和/或电流信号的直流分量的放大和交流分量的单独放大，其中，以如下方式控制和/或调节至少一个放大系数，使得基本上避免干扰引起的对电压信号和/或电流信号的影响。来自机动车整车电路网络的干扰参量的滤波因此有利地已经在测量数据检测期间进行。通过该措施可以提高预处理的质量。

根据一个有利的实施形式，将电流测量信号和/或电压测量信号与电机的观测模型的计算出的参量比较，其中，观测模型包括电机的结构设计和不可逆的状态参量以及可逆的状态参量的表示。

至少在电机的功能时段期间优选重复地调节不可逆的状态参量。例如可以因此避免由于磨蚀造成的不正确的故障识别。

优选地，将电流测量信号和/或电压测量信号和/或不可逆的状态参量和/或可逆的状态参量与预给定的边界值比较，其中，从达到或超越相应边界值和/或边界值的相应预给定的组合判定特定的故障。优点在于，因此可以改善故障识别率和/或降低由此导致的负面后果的出现。由此可以分级为较高的安全等级，例如按照ISO 26262。

此外，本发明描述一种机动车制动系统，用于确定所述机动车制动系统所包括的液压泵的位置和/或位置变化，所述机动车制动系统被设计用于脉冲调制地运行至少一个配置给机动车制动系统的电机并且设有用于检测电机和/或用于对电机供电的负载电路的电流测量信号和/或电压测量信号的机构，其中，机动车制动系统如此设计，使得基于电流测量信号和/或电压测量信号以及电流测量信号和/或电压测量信号的至少一个频率确定液压泵的位置和/或位置变化并且将其用于控制电机，所述频率与电机的换向器频率成基本上整数的比例。

机动车制动系统特别优选包括控制器，所述控制器被设计用于运行机动车制动系统的液压泵的电机和/或用于运行电动驻车制动器的电机。有利地因此借助于控制器运行液压泵的电机和电动驻车制动器的电机。也可以比在使用为此设置的传感器的情况下更精确地实现液压泵以及驻车制动器的位置确定和/或位置变化的识别，由此也可以以更准确的方式控制要使用的转矩。

为了运行液压泵的电机和运行电动驻车制动器的电机，设有控制器的集成电路(ASIC)的所公共使用的硬件和/或软件资源。由此有利地得到：用于控制和/或分析处理电机的功能组件和/或软件模块也可以用于至少一个另外的电机。由此特别是在成本和空间需求方面得到优点。

控制器优选包括至少一个微控制器单元和一个功率控制单元，其中，所述微控制器单元和/或所述功率控制单元包括公共使用的硬件和/或软件资源。

优选地，特别是设计为混合信号电路的功率控制单元包括：至少一个控制模块，用于脉宽调制地控制用于运行所述至少一个电机的转换装置；至少一个电压检测装置，用于检测所述至少一个电压测量信号；和/或至少一个电流检测装置，用于检测所述至少一个电流测量信号。

优选地，功率控制单元向微控制器单元借助于至少一个通信接口提供特别是预处理的电压测量信号和/或电流测量信号和/或由此导出的信息。微控制器单元因此有利地由功率控制单元获得已经预处理的数据并且因此基本上解除信号处理任务的负担。此外，功率控制单元可以针对预处理优化，并且经由通信接口的数据传输减少。

优选地，电机特定的相应参数存储在控制器所包括的至少一个存储器中。通过借助于软件的参数化，现有硬件的使用有利地不仅针对具有相应电机的具体配置而设计，而且可以以简单的方式移植到不同系统配置。

按照本发明的机动车制动系统优选被设计用于执行按照本发明的方法。

附图说明

从借助于附图对实施例进行的下述说明得到另外的优选实施形式。其中：

图1示出按照本发明的用于电液式机动车制动系统的电路装置的一个实施例的方框线路图；

图2示出用于借助于模拟滤波预处理所测量的电压值和电流值的电压检测装置8和电流检测装置9的实施例；

图3示出按照本发明的具有数字信号处理的预处理的实施例；

图4示出用于测量值检测的另一实施例，其中，来自机动车整车电路网络的干扰参量的滤波已经在该测量数据检测期间进行。

具体实施方式

图1以电液式机动车制动系统为例示出按照本发明的机动车制动系统。没有示出制动系统、例如车轮制动器的其它本身公知的部件；但在本发明的范围中也考虑这些部件。功率控制单元(PCU)2借助于控制模块11控制驱动器5，所述驱动器转换电液式制动控制器的液压泵的电机4的能量供应的功率路径。也通过PCU 2控制的再循环驱动器6用作脉宽调制的控制的再循环路径的功率驱动器，其例如在文献DE 10 2008 055 696 A1中对于阀控制所述的那样。在节点A和B上测量的电压值由电压检测装置8考虑用于确定电机4的控制的实际电压。借助于在节点B和C上的电压值——所述电压值描述在电阻7上的电压差——通过电流检测装置9进行电机4的实际电流的确定。实际电压在不考虑电阻7的情况下优选也可以通过驱动器5或再循环驱动器6检测。电压和电流检测装置8、9在此包括另外的例如用于滤波或预处理的电路部分。用于检测用于运行电机4的转子位置的传感器不是必要的，然而仍可以设置，特别是以便满足冗余安全要求(例如按照ISO 26262)。电动驻车制动器13-1的执行器的电机的控制和位置检测借助于电路装置1以类似方式由实际电流值和实际电压值实现，所述实际电流值和实际电压值也利用电压和电流检测装置8、9求得。控制模块11按照该实施例也具有公共使用的资源。另外的电动驻车制动器或包括电机的功能单元由此也可以被控制和分析处理。所述另外的电动驻车制动器或功能单元在图1中通过功能单元13-2至13-n代表。用于这些电机的位置检测的传感器在此也不是强制所需的，然而也可以分别设置。

电机4以及另外的电机13-1至13-n的实际电流检测和实际电压检测的结果通过通信接口10提供给微控制器单元3。MCU 3在此包括功能块12，该功能块代表特别是用于控制电机4、13-1等的基于软件的计算规程，其中，PCU 2可以向MCU 3提供已经预处理的数据。因此MCU 3不需要用于实现信号处理的资源，而是基于获得的实际值计算用于控制相应电机的给定值。此外，由此降低经由通信接口10的数据传输，由此节省另外的资源。

MCU 3和PCU 2可以在考虑失效安全措施或可用性提高的情况下基本上集成在公共的混合信号电路(混合信号IC)或ASIC上，由此，电机的分析处理和控制可以打包在制动控制器中。由此得出：被设置用于控制和分析处理制动系统的液压泵的电机4的电路部分也可以用于控制和分析处理另外的执行器。此外，这些功能的集成可以转变为监测方案，从而可以实现较高的公共安全等级。

MCU 3以及PCU 2在相应的应用范围上以如下方式优化，使得可以以简单的方式针对不同的电机或完整的功能单元、例如制动执行器进行参数化。特定的参数为此特别是可以保存和加载在机动车制动系统的电子调控单元的非易失性存储器、例如EEPROM中。

无传感器的电机位置检测(SLP)或无传感器的电机转速检测(SLN)按照这些实施例借助于相应检测的实际值的电流波动和/或电压波动的分析处理和电机的建模来进行。为了能实现实施例的简短和简单的描述，术语位置和转速在下文中基本上冗余地使用。波动(值的比较小的变动)作为转子转动的结果而产生并且为了确定转子或液压泵的位置而被预处理和分析处理。就此而言，在评价所述周期性出现的电流波动和/或电压波动时考虑与换向器频率成整数比例的信号。为此滤出换向器频率的整数的分谐波。电机或液压泵的转速可以在已知电机参数、例如几何特征的情况下基于此例如借助于如此滤波的波动的增量来确定。位置以类似方式在已知初始位置的情况下得到。

无传感器的电机位置检测(SLP)或无传感器的电机转速检测(SLN)基于前面的描述优选借助于三个矩阵实现。第一矩阵描绘分别应用的电机4至13-n的结构设计。通过第二矩阵描述磨损值，所述磨损值考虑特别是由于电机组成部分的老化造成的非可逆变化。例如电刷电阻作为用于磨损相关的电刷长度的度量并且温度变化梯度作为用于磨蚀相关的冷连接的度量可以属于此。所述第二矩阵在电机的功能时段期间定期调节。借助于第三矩阵描述在电机运行期间的可逆的状态参量、例如由于热过程造成的物理参量的可逆的状态变化(温度模型)。即使例如涉及具有换向器的一个或多个电机，那么在本发明的范围中也设置电子换向的电机的应用。

为了实现相应电机的故障诊断，将第二和/或第三矩阵的值或元素(可逆和不可逆的变化)与预给定的并且对于相应电机及其应用特定的最大允许的矩阵和/或值比较。确定的值或确定的值组合的达到在此可以配置给特定故障。这可以特别是根据一个相应值或多个相应值的属性绝对地或差分地进行。故障特定的值在此例如在相应电机投入运行之前确定并且保存在存储器中，由该存储器可以在连续运行中读取所述故障特定的值。

这样的电机的突然失效可能危及交通参与者的安全。因此如果借助于边界值例如实现电机电刷的磨损的识别或提前识别，那么关于确定时段在达到(可能情况下也事先)或提前达到边界值的情况下进行故障显示。电刷或换向器的污染可以由极大差异的电刷电阻结合在确定周期中出现的电流和/或电压波动导出。为了识别所述有差异的电刷电阻，将与换向器频率成整数比例的经滤波的频率的幅度与至少一个相应的边界值比较。如果出发点在于：仅仅换向器的单个片被污染，那么优选仅仅考虑分谐波，所述分谐波大约相应于换向器频率除以换向器片数量。

故障诊断的另一例子是识别电机的可能情况下存在的永磁体的剩磁的改变。通过故障感应的电流或电压脉冲，可以改变永磁体的所述剩磁和/或特性曲线。在电机电流和/或电机电压的实际值的分析处理中，所述改变例如借助于实际值与电机模型的初始值的比较来求得并且配置给特定的故障。类似地可以考虑电机模型，以便提前识别可能的过载，例如其方法是分析处理电机线圈的实际电流和/或计算的实际电阻并且将其与电机模型的值比较。根据一个或多个这样识别的故障来采取相应措施。

图2示出用于借助于模拟滤波预处理测量的电压值和电流值的电压检测装置8和电流检测装置9的一个实施例。脉宽调制地进行驱动器5的控制，其中，特别是在使用直流电压变换器时必须确保：相位正确地并且以足够质量检测电机电流和电机电压。为了使电流值和电压值落在模拟-数字转换器7、8的值范围内，借助于放大装置23、24放大所检测的电流信号IS和所检测的电压信号US。因为信号IS和US具有不同值范围，优选预给定不同的放大系数。在输出端将经滤波的信号传输给用于进一步预处理的后面的功能组件(未示出)或者借助于通信接口10传输给MCU 3。所述的和后面描述的用于信号处理的方法也可以备选地基本上基于软件通过MCU 3实现。

对于分析处理不重要的频率——所述频率例如由PWM脉冲式控制引起——借助于滤波器21、22和25、26滤波，为此例如在2.5kHz至20kHz的频带中可以设有60dB的衰减。为了实现质量足够的滤波，PWM频率和用于控制电机的有用频率在此优选具有大约1/2至2/3十倍频程的显著的频率间隔，其中，有用频率小于PWM频率。可能影响测量的其他干扰参量、例如整车电路网络变动也被补偿和/或滤波。

电压信号US和电流信号IS的信号处理以如下方式实现：滤波器21和22至少在电机的有用频率范围上优选具有小于或大约等于5°的相位差，以便基于自身同时出现的测量值的电子分析处理获得尽可能小的时间偏移。这也适用于滤波器25和26。假如由于模拟-数字变换而存在时间偏移，那么相位差也可以与此不同。特别是如果可以容忍方法的降低的品质或者存在特别显著的换向波动或者例如通过整车电路网络将干扰引入到测量系统中，那么可允许比如上所述高的相位差。

在确定的时间期间，借助于放大器23和24进行到不等于零的值、例如10至50LSB的偏差校正29。这优选当通过制动系统的另外的功能没有对相应电机提出要求时进行。由此可以识别和避免特别是在整车电路网络波动显著的情况下在电机的发电机运行工况中未识别的负电流的产生，其方法是例如测量并且在建模中考虑所述负电流或者仅仅识别电流的存在并且将控制相应设计得防失效。对于第二种情况会容忍模型的由此引起的结果误差。此外可以由此确定偏差校正电路的功能性或者进行分析处理电路的故障诊断，其方法是在力矩形成时考虑负的驱动电流。故障诊断能力以及建模的精度可以因此改善。

图3示出按照本发明的根据图2的然而具有数字信号处理的测量值预处理的实施例，所述数字信号处理因此特别适用于集成到集成电路中。在电流信号和电压信号US和IS的缓冲(未示出)和放大31、32(参见对图2的实施例的描述)之后借助于Sigma-Delta变换器33、34进行尽可能同步和足够快速的模拟-数字变换。紧接着进行数字化信号的数字滤波35、36，其中，所述滤波器可以设计有比例如对于离散实施形式的情况小的相互间相位差。在输出端，数字化和经滤波的信号传输给用于进一步预处理的后面的功能组件(未示出)或者借助于通信接口10传输给MCU 3。按照该实施例优选也设有偏差校正37。

在图4中示出借助于电压检测单元8和/或电流检测单元9按照本发明进行测量值预处理的另一实施例，其中，来自机动车整车电路网络的干扰参量的滤波已经在测量数据检测期间进行。由此特别是实现滤波器45、46的设计的简化，因为不是绝对必须给出电流信号IS和电压信号US的相位关系以及同步性。此外可以显著地降低用于电压信号US或电流信号IS的采样频率，由此需要更少计算资源。

滤波器41和42、偏差校正47以及模拟-数字变换器49、50基本上具有与对于图2的实施例的滤波器21、22、偏差校正29以及模拟-数字变换器27、28所描述的功能相同的功能。模拟-数字变换器49的采样率优选小于用于控制相应电机的有用频率。模拟-数字变换器50的采样率优选大于用于控制相应电机的最高有用频率的两倍。根据图4的实施例进行电压信号US的直流电压分量43的放大和交流电压分量48的单独放大。因此可以省去后面的用于通过MCU 3对干扰滤波的计算成本。通过交流电压放大器48特别是在考虑电机模型的计算值的情况下通过MCU 3以如下方式控制和/或调节电流放大器44的放大，使得整平干扰引起的对电流或电流测量的影响并且避免由于干扰的不足滤波造成的误差。以相同的方式，可以设有根据温度对电流放大器44的放大的控制和/或调节，其中，作为基础特别是考虑电机线圈的借助于电机模型计算的绕组电阻，所述绕组电阻的值通过MCU 2提供。该信号预处理过程允许通过后面的功能组件、例如MCU 3进行节约资源的计算，由此可以节约成本。