专利名称：电子转向锁定装置的电动机驱动装置的控制方法和控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制ELV的电动机驱动装置的方法，在该ELV中驱动电动机通过至少一个功率开关元件这样与电源耦合，即，功率开关元件的接通导致电流流过驱动电动机。此外，本发明涉及一种用于ELV的电动机驱动装置的控制电路，该控制电路具有至少一个耦合到电源与驱动电动机之间的功率开关元件，其中，功率开关元件的接通导致电流流过驱动电动机，该控制电路还具有包括至少一个用于控制功率开关元件的控制输出端的控制器，其中，控制器的至少一个输入端与至少一个用于检测ELV传动机构的运动构件的位置的传感器耦合。
背景技术：
也称为方向盘锁的电子转向锁定装置(ELV)在汽车上使用，以便停车时在确定的条件下将转向柱这样机械地锁死，即，防止该转向柱扭转和转向。电子转向锁定装置例如是防偏锁死装置的一部分。例如将转向柱的扭转锁死，方法是通过将锁止闩或者锁止销在径向上插入到转向柱相应的间隙(槽)中。嵌入到转向柱中的锁止销这样固定地安装，B卩，基本上避免转向柱的用力的扭转。作用于转向柱的力可以传递到锁止销处于嵌合中的面上，从而使锁止销的运动(尤其是锁止销的拉出)变得困难并需要花费相当大的力气。
锁止销的运动，也就是移入到转向柱的间隙中或将锁止销拉出到解锁位置中，由传动机构控制，该传动机构又由电动机驱动。传动机构和电动机这样来确定尺寸，即，使它们也可以产生拉出锁止销时所施加的力。电动机功率和传动机构速比可以相应高地选择。在已知的电子转向轮锁定装置中如果锁止销可以比较容易地被运动，那么也就实现高的电动机功率。换句话说，通常电动机始终在满工作电压与地线之间接通，但没有对电动机功率进行控制。控制电动机的开关装置经常只允许接通和断开两种状态，但不对流动的电流进行调节。这一点由于电动机和传动机构的运动频繁导致经常不希望出现的高能耗和干扰噪声°
发明内容
本发明的目的在于，避免所称的缺点，尤其是尽可能降低电动机功率和干扰噪声。
该目的依据本发明通过具有权利要求1特征的方法或具有权利要求12特征的控制电路得以实现。 在依据本发明用于控制ELV电动机驱动装置的方法中(在该ELV中，驱动电动机通过至少一个功率开关元件这样与电源耦合，即，功率开关元件的接通导致电流流过驱动电动机)，功率开关元件利用具有预先规定频率和预先规定占空比的脉冲的序列来控制。占空比以依赖于利用驱动电动机驱动ELV的传动机构运动的运动过程的至少一个参数的方式变化。脉冲的频率在此如此高地选择，以使得该频率(在占空比不变时)不造成电动机不均匀的运动或电动机运动的振动。通过能量存储(运动部件的动能以及磁场的能量)实际上导致运动过程的"平滑化"。本发明基于两种本质的基本思想一方面输送给电动机的能量由预先规定的占空比控制；另一方面占空比又以依赖于ELV传动机构的运动过程的至少一个参数的方式变化。占空比因此在锁止销的运动期间发生变化。因此输送给电动机的能量能够以依赖于所达到的位置的方式和/或以依赖于在确定的运动阶段内待实现的扭矩的方式变化。 在一种实施方式中，参数之一是运动的传动件的位置(Position)。在传动部件中也可以涉及锁止销本身或者操纵锁止销的控制元件。 一个传感器或者多个传感器用于检测运动的传动件的位置，其中，在传感器中例如涉及位置传感器(例如微量测径器或者磁铁-霍尔元件组合)或者涉及位移传感器。现在占空比以依赖于所检测的位置的方式变化；例如只有在传动件处于锁止销嵌入或者可以嵌入到转向柱中的位置上时，才以最大的占空比控制电动机，并且随后在锁止销不再与转向柱嵌合时，占空比下降到导致电动机功率足够用于使锁止销在无负荷状态下运动的数值。在一种优选的实施方式中，占空比还可以附加地以依赖于锁止销在运动路径上的运动方向的方式变化。这意味着，例如在锁止销拉出(解锁)时，更高的电动机功率可以通过比当锁止销在转向柱方向上运动(锁定)时更大的占空比来控制。 在另一种实施方式中例如作为选择或者附加地，运动过程确定占空比的参数之一可以是在运动期间待实现的扭矩，从而占空比以依赖于待实现的扭矩的方式变化。例如在解锁过程开始时，首先通过较小的占空比控制降低或限制起始扭矩，其中，降低的扭矩这样测量，即，只要转向柱处于不利的位置上，该扭矩就不够将锁止销从转向柱中拉出。然后传感器会首先确定，锁止销尽管有电动机控制仍不运动。控制装置然后可以从该信息中为驾驶员产生信号，通知他应该(来回)运动方向盘，以消除锁止销的张紧力。然后在运动方向盘时，也许也可以检测锁止销运动的开始。只要在预先规定的持续时间内传感器确定锁止销没有运动，控制装置就可以通过增加占空比重新提高扭矩。这种做法可以节能和降噪。
在依据本发明的方法的一种优选实施方式中，脉冲序列预先规定的频率处于0. lkHz到100kHz之间，优选4kHz到20kHz之间。在电子转向锁定装置常用的电动机和尺寸中，在该频率下产生对运动过程的很好的平滑化。 脉冲的序列优选由控制电路(例如微控制器)产生。在一种优选的改进方案中，占空比附加地以依赖于由控制电路检测的工作电压的方式和/或者以依赖于显示电子转向锁定装置的温度的、存储在控制电路中的数值的方式调整。控制电路(微控制器)例如存储数据，这些数据一方面反映工作电压、温度、传动件的位置与所需扭矩之间功能上的相关性并且另一方面反映待调整的占空比。占空比然后以依赖于所储存的功能上的依赖性和所检测的量(电压、温度和位置)的方式由控制电路调整。储存在控制电路中的功能上的相关性考虑预先规定的目标，例如像最大程度的节能和降噪。 用于ELV电动机驱动装置的依据本发明的控制电路具有至少一个功率开关元件，该功率开关元件耦合到电源与驱动电动机之间，其中，功率开关元件的接通导致电流流过驱动电动机。该控制电路此外具有带有至少一个控制输入端的控制器，该控制器利用具有预先规定频率和预先规定占空比的脉冲的序列来控制功率开关元件，其中，控制器的至少一个输入端与至少一个用于检测ELV传动机构的运动的部件的位置的传感器耦合，并且其中控制器以依赖于利用驱动电动机驱动传动机构运动的运动过程的至少一个参数的方式改变占空比。参数之一优选是传动机构在锁定位置与解锁位置之间的运动路径上的由传感 器检测的位置。其它的或者附加的参数可以是在传动机构运动期间待实现的扭矩。占空比 此外能够以依赖于在该运动路径上的运动方向的方式变化。例如，控制器在开始解锁时将 占空比调整到最大的占空比例如100%。 本发明具有优点的和/或优选的改进方案在从属权利要求中表明特征。
下面借助附图所示的优选实施例对本发明进行详细说明。在附图中
图1示出依据本发明的控制电路的框图；以及 图2A和2B示出利用不同占空比控制依据本发明的控制电路的功率开关元件的信 号在时间上的分布。
具体实施例方式
图1示出用于电子转向锁定装置(ELV)的，特别是用于ELV的电动机驱动装置的 控制电路部分的示意图。用来驱动锁止销运动嵌入到转向柱中的传动机构的电动机1通过 功率开关元件耦合到电源2与地线3之间。在电源上提供工作电压UB。在图1示意性示出 的实施例中，电动机1的两个连接线要么与电源2要么与地线3耦合，从而电动机可以在两 个方向上运动。公知还有电动机始终仅需在一个方向上运动的电子转向锁定装置。在这样 的布置中，可以取消部分在图1中所示的功率开关元件。如果电动机l不该运动，那么电动 机的两条连接线出于安全性优选与地线3耦合，也就是说，这一点负责将电动机连接线与 地线3耦合的两个功率开关元件保持接通。也可以设想在这种情况下两条电动机接线与 电源2耦合，方法是将电动机1与电源2耦合的功率开关元件保持接通。
功率开关元件4A-4D可以包括任意电子_机械或者电子开关元件，例如像继电器、 双极功率开关晶体管、晶闸管、三端双向可控硅开关或者-如图1中绘出的-功率场效应晶 体管(FET)。功率FET的优点是，它们可以(几乎)不消耗功率(不耗电)地控制。在图1 所示的实施方式中，第一电动机连接线ll通过第一功率FET 4A与电源2耦合并通过第二 功率FET 4B与地线3耦合。电动机1的第二连接线12通过第三功率FET 4C与电源2耦 合并通过第四功率FET 4D与地线3耦合。为了在第一方向上驱动电动机1，功率FET 4A和 4D接通，而剩下的两个功率FET 4B和4C则断开。为了在相反的方向上驱动电动机，功率 FET 4B和4C接通，而功率FET 4A和4D则保持断开。在静止状态下，优选功率FET 4B和 4D接通，以便使电动机l的两条连接线11、12与地线3耦合。 四个功率FET 4A-4D由微控制器6的四个控制输出端5A-5D控制。微控制器6通 常包括微处理器、用于存储固件程序的存储元件和用于数字和模拟输入或输出信号的一系 列输入和输出电路。用于模拟输入信号的输入电路包括模数转换器而用于模拟信号的输出 电路包括数模转换器。用于控制功率FET 4A-4D的四个输出端接线5A-5D可以是数字输出 电路的输出端。 微控制器6此外包括输入端接线7，该输入端接线7与用于检测与电子转向锁定装 置的锁止销耦合的传动机构的位置和位移的(图1中未示出的)传感器连接。用于检测预 先规定的位置的传感器例如可以是微量测径器或者霍尔传感器，其可以检测与传动件耦合的永久磁铁的接近值。 控制器6此外与耦合到工作电压Ue与地线之间的电源电路8连接。电源电路8首 先为微控制器6提供供电电压Uv。此外，电源电路8检测施加的工作电压并通过信号线9 为微控制器提供显示工作电压或者表明工作电压特征的信号。在一种优选的实施方式中， 电源电路8此外在另一信号线10上提供显示温度e的信号。 微控制器6以依赖于在输入端接线7上施加的传感器信号、在导线9上施加的显 示工作电压的信号以及在导线10上施加的显示温度的信号的方式，在输出端接线5A-5D上 产生控制信号。这些信号与也许另外的输入信号以及待产生的输出信号之间在功能上的 依赖性储存在微控制器的固件程序中，也就是储存在程序和参数数据中。代替程序控制地 工作的微控制器6，也可以使用其他反映功能上依赖性的控制电路，例如现场可编程门阵列 (FPGA)。 为了在预先规定的第一方向上驱动电动机1，例如接通功率FET4A和4D，而功率 FET 4B和4C则保持断开。在此，利用一个脉冲序列要么单独控制一个功率FET 4A要么同 时控制两个功率FET 4A和4D，例如像在图2A和2B中绘出的那样。优选仅控制的"低压侧 (Low-Side)功率FET"(布置在地线侧上的FET)，因为该功率FET允许快速开关。图2A和 2B示出矩形脉冲信号，就像例如它可以在输出端5A-5D上由微控制器的数字输出电路发出 的一样。该信号具有周期持续时间T，其中，在依据图2A的例子中，在周期持续时间T期间 分别接通持续时间ta。在依据图2B的例子中，在周期持续时间T期间分别接通持续时间tb。 从中得出在图2A中占空比ta/T并且在依据图2B的例子中占空比tb/T。占空比在图2A中 约为33%和在图2B中约为67%。在依据图2B的较高占空比中，电动机以更高的功率来控 制，这样允许更大的扭矩。周期持续时间T与处于4kHz到20kHz之间的频率相应。
分别由微控制器6产生的占空比取决于所检测的工作电压仏、所检测的温度和传 感器输出信号以及时间。为了使微控制器6可以调整取决于时间的占空比，该微控制器6 优选与时钟(Timer)或者计数器耦合。在开支较少的实施方式中，也可以取消对工作电压 和/或温度的依赖性。 微控制器6程序控制地询问导线9和10上以及输入端接线7上的输入信号并以 依赖于输入信号以及例如显示锁定或解锁意愿的另外的输入信号的方式控制连接线5A-5D 上的输出信号和尤其是那里发出的脉冲序列的占空比。在此，例如考虑后面的依赖性。在较 高的工作电压Ue时，例如占空比下降，以便因此尽管工作电压较高，仍实现大致相同的控制 功率。此外，例如在解锁过程中，首先以低占空比开始，其中，只有在传感器显示锁止销不运 动时，才逐步提高占空比。在一种其它的实施方式中，解锁过程也可以用最大占空比开始， 其中，占空比可以在达到显示锁止销从转向柱的槽中完全移出的位置时下降。此外，可以设 想检测锁定位置与解锁位置之间的位移上的不同位置并分别在达到该位置时重新调整占 空比。也可以设想沿着位移连续改变占空比。
权利要求
用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其中，驱动电动机(1)通过至少一个功率开关元件(4A-4D)以如下方式与电源(2、3)耦合，即，所述功率开关元件的接通导致电流流过所述驱动电动机，其中，所述功率开关元件(4A-4D)利用具有预先规定的频率和预先规定的占空比的脉冲的序列来控制，其中，所述占空比以依赖于利用所述驱动电动机驱动所述ELV的传动机构运动的运动过程的至少一个参数的方式变化。
2. 按权利要求1所述的用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其特征在于，参数是运动 的传动件的位置。
3. 按权利要求2所述的用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其特征在于，所述占空比以依赖于所述传动机构在锁定位置与解锁位置之间的运动路径上的位置的方式变化。
4. 按权利要求3所述的用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其特征在于，所述占空比 以依赖于在所述运动路径上的运动方向的方式变化。
5. 按权利要求1-4之一所述的用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其特征在于，参数 是在所述传动机构运动期间待实现的扭矩，从而所述占空比以依赖于待实现的扭矩的方式 变化。
6. 按权利要求5所述的用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其特征在于，所述占空比在开始解锁时被调整到最大占空比。
7. 按权利要求6所述的用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其特征在于，调整出最大 占空比100%。
8. 按权利要求l-7之一所述的用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其特征在于，脉冲 序列的所述预先规定的频率处于0. lkHz到100kHz之间，优选4kHz到20kHz之间。
9. 按权利要求1-8之一所述的用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其特征在于，所述 脉冲序列由控制电路产生。
10. 按权利要求9所述的用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其特征在于，所述占空 比以依赖于由所述控制电路检测的工作电压的方式调整。
11. 按权利要求9或10所述的用于控制ELV电动机驱动装置的方法，其特征在于，所述 占空比以依赖于显示所述ELV的温度的、存储在所述控制电路中的数值的方式调整。
12. ELV电动机驱动装置的控制电路，具有至少一个功率开关元件(4A-4D)，所述功率开关元件(4A-4D)耦合在电源(2、3)与驱 动电动机(1)之间，其中，所述功率开关元件(4A-4D)的接通导致电流流过所述驱动电动机 (l)，和带有至少一个控制输出端(5A-5D)的控制器(6)，所述至少一个控制输出端(5A-5D) 利用具有预先规定的频率和预先规定的占空比的脉冲序列来控制所述功率开关元件 (4A-4D)，其中，所述控制器(6)的至少一个输入端(7)与至少一个用于检测所述ELV的传动机 构的运动的部件的位置的传感器耦合，并且其中所述控制器(6)以依赖于利用所述驱动电动机(1)驱动的所述传动机构运动的运 动过程的至少一个参数的方式改变所述占空比。
13. 按权利要求12所述的ELV电动机驱动装置的控制电路，其特征在于，参数是所述传 动机构在锁定位置与解锁位置之间的运动路径上的由所述传感器检测的位置。
14. 按权利要求13所述的ELV电动机驱动装置的控制电路，其特征在于，所述控制器 (6)以依赖于在所述运动路径上的运动方向的方式改变所述占空比。
15. 按权利要求12-14之一所述的ELV电动机驱动装置的控制电路，其特征在于，参数 是在所述传动机构运动期间待实现的扭矩，从而所述控制器(6)以依赖于待实现的扭矩的 方式改变所述占空比。
16. 按权利要求15所述的ELV电动机驱动装置的控制电路，其特征在于，所述控制器 (6)在开始解锁时将所述占空比调整到最大占空比。
17. 按权利要求16所述的ELV电动机驱动装置的控制电路，其特征在于，所述控制器调 整出最大占空比100%。
18. 按权利要求12-17之一所述的ELV电动机驱动装置的控制电路，其特征在于，所述 脉冲序列的所述预先规定的频率处于0. 1kHz到100kHz之间，优选4kHz到20kHz之间。
19. 按权利要求12-18之一所述的ELV电动机驱动装置的控制电路，其特征在于，所述 控制器以依赖于在输入端接线上检测的工作电压(UB)的方式调整所述占空比。
20. 按权利要求12-19之一所述的ELV电动机驱动装置的控制电路，其特征在于，所述 控制器以依赖于显示所述ELV的温度的输入信号(10)的方式调整所述占空比。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制电子转向锁定装置的电动机驱动装置的方法，其中，驱动电动机(1)通过至少一个功率开关元件(4A-4D)这样与电源(2、3)耦合，即，功率开关元件的接通导致电流流过驱动电动机，功率开关元件利用具有预先规定频率和预先规定占空比的脉冲序列来控制。占空比以依赖于利用驱动电动机驱动电子转向锁定装置的传动机构运动的运动过程的至少一个参数的方式变化，例如以依赖于运动的传动件的位置的方式，尤其是以依赖于传动机构在锁定位置与解锁位置之间的运动路径上的位置的方式。所配属的用于电子转向锁定装置的电动机驱动装置的控制电路具有至少一个耦合在电源(2、3)与驱动电动机(1)之间的功率开关元件(4A-4D)，并且具有带有至少一个控制输出端(5A-5D)的控制器(6)，该至少一个控制输出端(5A-5D)利用预先规定频率和预先规定占空比的脉冲序列来控制功率开关元件。控制器(6)的至少一个输入端(7)与至少一个用于检测传动机构的运动的部件的位置的传感器耦合。控制器以依赖于传动机构的运动过程的至少一个参数的方式改变占空比。
文档编号B60R25/021GK101743152SQ200880024946
公开日2010年6月16日 申请日期2008年7月3日 优先权日2007年7月16日
发明者克里斯蒂安·戈尔尼克, 安德里亚斯·范登博姆, 德克·汉森-吕特尔, 迈克尔·策希 申请人:胡夫·许尔斯贝克和福斯特有限及两合公司