专利名称：监控电动机的驱动状态的方法
技术领域：
本发明涉及监控电动机的驱动状态、特别是非驱动的驱动状态的方法。
背景技术：
为给电动机特别是多相同步电动机供给电能通常使用桥式逆变器，其各例如具有三个上半桥和三个下半桥。半桥在输入侧用具有正电压接头和负电压接头或者接地的贮能器例如电池供给电能。半桥例如可以包括半导体开关，其中上半桥用于正电压，下半桥用于负电压或者接地。在运行时适当控制桥式逆变器的半桥，以便向电动机提供为产生额定转矩Ds。u需要的电功率。例如电动车辆或者混合动力车辆的电驱动装置的电子换向的同步电动机的额定转矩03()11通常通过同步电动机的线圈的相电流调整。该电流的调整通过在线圈上通过例如上述半桥以节拍方式施加高电压例如电池电压进行。在车辆的驱动装置中使用电动机的情况下可靠地识别电动机当前的状态对于安全性具有决定性的意义，以便识别不希望的或者错误的驱动。为此例如可以比较电动机的实际状态与可以根据特性曲线求出的电动机的期望的状态，在不一致的情况下可以识别到错误。此外可靠地确定电动机的实际转矩是对电驱动装置的功能可靠性的要求的组成部分。为此例如可以根据电功率推定转矩，而电功率能够从电池电流和电压以及转速的测量确定。但是对于低的转速该方法越来越不准确，因为为调整确定的转矩并从而调整确定的车辆加速度需要越来越小的功率。这导致一种不可靠性，因为特别在转矩很小的情况下能够检测到例如根据电流测量确定的功率，而用该功率不再能够唯一地决定是否施加转矩。该不可靠性特别在低的转速下是不利的，因为例如从转速0即从停止出发的不希望的运动被视为是特别危急的，因为不能保证司机也在车内。此外对于具有例如电气轴的车辆不能借助传动装置或者离合器中断电动机和车轮之间的力连接。于是ECE RlOO标准对于电驱动的车辆，亦即对于电动车辆和混合动力车辆，要求在错误情况下由错误引起的不希望的运动的限制为10cm。本发明基于下面的认识，当除了分析在桥式逆变器中使用的半桥的状态之外还分析用于控制半桥的控制信号时，能够有效地监控电动机的特别在低转速范围内的驱动状态。控制信号例如可以是用于控制半桥的开关的逻辑信号。然而控制信号可以是用以控制半桥的电压信号。如果例如各半桥的状态不和与所检测的控制信号相关的半桥的状态一致，则可以识别为错误。
发明内容
根据一个方面，本发明涉及用于监控电动机的驱动状态、特别是非驱动的驱动状态的方法，所述电动机借助具有至少一个半桥的桥式逆变器供给能量。该方法包括检测所述至少一个半桥的状态；检测用于控制所述至少一个半桥的控制信号的特征；以及根据所述至少一个半桥的检测的状态和检测的控制信号的特征监控驱动状态。因此能够以有利的简单的方式验证驱动状态。根据一种实施方式，控制信号的特征是控制信号的缺失或者控制信号的存在或者控制信号的侧沿，特别是上升的侧沿或者下降的侧沿，或者是脉冲或者脉冲持续时间或者脉冲时间点。由此能够以有利的方式实现检测的灵活性。根据一种实施方式，为监控驱动状态而检验，所述至少一个半桥的检测的状态和检测的控制信号的特征是否彼此对应。备选地，为监控驱动状态而检验，所述至少一个半桥的检测的状态和控制信号的特征尤其是控制信号的缺失或者存在是否能够配属于同一驱动状态。此外如果所述至少一个半桥的检测的状态和控制信号的特征不能配属于同一驱动状态，则可以把该驱动状态识别为是有错误的。由此能够以有利的方式实现驱动状态的简单的监控。根据一种实施方式，在检测状态的步骤中检测，所述至少一个半桥是打开还是闭合。由此特别在所述至少一个半桥以晶体管开关的形式构成的情况下能够简单而且快速地检测它的状态。根据一种实施方式，驱动状态包括空转或者短路矩或者转速或者驱动矩或者制动矩或者不确定的驱动状态。因此能够以有利的方式监控多个不同的驱动状态。根据一种实施方式，驱动状态根据表格例如查阅表格监控，在该表格内给各驱动状态配有控制信号的特征和/或所述至少一个半桥的状态。由此能够以特别简单的方式进行监控。根据一种实施方式，在所述至少一个半桥是打开的状态和控制信号缺失的情况下识别为电动机空转。备选地，在所述至少一个半桥是闭合的状态和控制信号缺失的情况下识别为电动机的短路矩。由此能够以特别简单的方式根据二元判断实现监控。根据一种实施方式，逆变器具有另一个半桥，将其配属于所述至少一个半桥，其中所述至少一个半桥是上半桥或者下半桥，所述另一个半桥是下半桥或上半桥。该方法包括 检测上半桥的状态和检测下半桥的状态；检测用于控制上半桥的控制信号的特征和用于控制下半桥的控制信号的特征；根据检测的上半桥和下半桥的状态以及检测的用于控制上半桥和下半桥的控制信号的特征监控驱动状态。以这种方式能够特别可靠地进行监控。根据一种实施方式，把电动机的确定的驱动状态配属于缺失的控制信号和/或上半桥和下半桥的状态的确定的组合。由此能够有利而且快速地进行电动机的驱动状态的监控。根据一种实施方式，如果检测到用于控制上半桥的控制信号，而用于控制下半桥的控制信号由于其不存在而未检测到，或者如果用于控制上半桥的控制信号由于其不存在而未检测到，而检测到用于控制下半桥的控制信号，则把电动机的驱动状态识别为是错误的。因此能够特别简单地识别错误的运行状态。根据另一个方面，本发明涉及一种控制设备，其在编程技术上设置用于执行实现本发明的方法的计算机程序。另外的实施例根据
。附图中图1表示电动机的控制；图2表示一个控制周期；图3表示一个控制周期；
图4表示一个控制周期；图5表示一个控制周期；以及图6表示控制设备。
具体实施例方式图1表示电动机101，例如同步电动机，在使用桥式逆变器103下的控制，该电动机101可以是三相或者多相，所述桥式逆变器103通过贮能器105例如车辆的蓄电池供给能量。桥式逆变器103包括上半桥107、109和111，给它们施加贮能器105的正电位。此外设有下半桥113、115和117，给它们施加负电位或者地电位。这里给每一个上半桥107、 109和111配有一个下半桥113、115和117，使得桥式逆变器103各包括例如三个并联的由各串联的上半桥和下半桥形成的结构。在各上半桥107、109和111和各下半桥113、115和 117之间的连接点之间设置并且引出接头119、121和123，它们各与各表示一个相路径的支路125、127或者1 连接。每一支路125、127或者1 通过电阻131、电感133以及电压源 135表征。电动机101的三个支路在输出侧汇聚。此外桥式逆变器103包括一个中间电路电容器137，其与半桥并联地接在前面。每一半桥包括各一个晶体管开关139，例如功率晶体管，和一个续流二极管141。为控制半桥， 打开或者关闭晶体管开关139，由此产生可向电动机101传输的电压脉冲，它的宽度确定输送到电动机101的功率。图2表示具有持续时间T的控制周期。这里相互表示电压曲线，其中示出了图1 表示的接头119上的电压201，接头121上的电压203，接头123上的电压205。这里从例如 OV开始产生不同持续时间的脉冲，由此能够产生确定的转矩。图3表示一个控制周期，具有图3A表示的控制曲线和图;3B表示的电压指针曲线。图3A中表示的控制周期具有总持续时间T，其中曲线301表示图1中表示的上半桥107的控制，曲线303表示上半桥109的控制以及曲线305表示上半桥111的控制。这里晶体管开关分别控制相应半桥。与此相对，曲线307、309和311各表示下半桥113、115 和117的控制。用“1”和“0”分别表示“高”和“低”状态。图:3B表示产生的、相1、2和3的与“0”不同的电压指针，以及产生的电压指针313， 它指示一个求出的与0不同的矩。图如中表示施加短路矩的情况下的控制曲线。这里曲线401、403和405表示上半桥107、109和111的控制信号。与此相对，曲线407,409和411表示下半桥113、115和 117的控制信号。图4b表示求出的等于“0”的电压指针，由此能够推断短路矩。图5表示空转矩情况下的控制曲线。这里图5A表示用于上半桥107、109和111 的控制信号的曲线501、503和505。与此相对，曲线507、509和511表示用于控制下半桥 113、115和117的控制信号。如图5B所示，求出的电压指针等于0，它在这一情况下表示空转矩。图6表示控制设备601，具有例如借助调节软件实现的调节装置603、定时器单元 605、例如借助监控软件实现的监控单元607和另一个定时器单元609。此外设有功能计算机 611。
借助定时器单元605输出用于上半桥的数字控制信号613以及用于下半桥的数字控制信号615并且输送到逻辑模块617。逻辑模块617例如包括离散的逻辑电路，例如电动机的下激活短路的或者空转的错误逻辑电路和/或硬件实现或者硬件调整。此外单元607输出用于错误反应的数字信号619，例如在下激活短路的情况下，该信号输送到离散的逻辑模块。设置离散的逻辑模块617来控制半桥的末级621，例如功率开关以及IGBT，这里末级621向电动机623传导高压控制信号。输送到末级621亦即输送到半桥的控制信号为继续检测而输送到定时器单元 609。因此实际控制半桥的控制信号为分析而供控制设备609使用。根据本发明能够用高的准确度监控具有电动机的电驱动装置是否保持非驱动的状态。这样例如能够使状态(没有静态驱动矩或者具有规定的牵引矩，例如空转、下短路或者上短路)准确地与可能承受产生的矩的运行状态相界定。在形式为不希望的矩的错误的情况下，能够确定希望的运行状态与所述确定的运行状态的偏差，并且必要时引入等效反应或者错误反应，例如包括关断确定矩的末级，例如所涉及的半桥的开关晶体管。如图6所示，为此电驱动装置的同步电动机的节拍式的控制信号625输入执行控制的控制设备，其例如可以包括功能计算机或者微控制器。解释回读的控制信号用于识别或者监控当前的运行状态。因此能够确定运行状态并且在此特别区分具有或者不具有推进矩的状态。如图6所示，用于电动机623的线圈组的控制信号通过逻辑模块617在可能的处理后回输到控制设备601的输入端。该回读也可以在附加的多种冗余的意义上还通过一个独立的微控制器进行。优选控制设备601能够以例如预先规定的时间上的精度来记录信号的变化，例如上升或者下降的侧沿的时间点。这里该读入有利地这样进行，即识别每一个出现的侧沿，例如上升或者下降的侧沿，并且检测它的时间标识。读出的控制信号的应用有利地在于，根据可打开或者闭合的半桥的瞬时状态和借助回读的信号识别出的末级621的开关活动，例如通过识别到或者未识别到侧沿、脉冲时间点和脉冲长度，推断当前调节的运行状态，特别推断在电动机623的转子的参考系统中的瞬时的电压指针。为此可以如下进行如果上、下半桥打开并且既不能识别到用于下半桥的脉冲也不能识别到用于上半桥的脉冲，则识别到空转。配属于该状态的转矩在低转速下是0，但是在高转速下可能是电动机中通过整流器效果引起的制动矩。如果上半桥打开而下半桥闭合并且识别不到用于上、下半桥的脉冲，则识别到下激活短路(uAKS)，配属于该状态的转矩是短路矩或者牵引矩。如果上半桥闭合而下半桥打开并且检测不到用于上、下半桥的脉冲，则识别到上激活短路(oAKS)，短路矩或者牵引矩配属于该状态。如果在上、下半桥中都识别到脉冲，则识别到一种施加的矩，可以给其配有任意的转矩。这里与上半桥和下半桥的状态无关。如果例如在下半桥中识别到脉冲而在上半桥中识别不到脉冲或者不是在所有的半桥中都识别到脉冲，则识别到一种不确定状态，其可以归为可能产生的转矩一类。这里上半桥和下半桥的状态无关。如果例如在所有上半桥中都识别到脉冲而在下半桥中或者不是在所有的半桥中都识别到脉冲，则又识别到一种不确定状态，可以给其配有不确定的、可能任意的转矩。这里上半桥和下半桥的状态无关。如果并非在所有上半桥和下半桥中都识别到脉冲，则识别到一种不确定状态，可以给其配有不确定的、可能任意的转矩。这里上半桥和下半桥的状态无关。如果在施加的矩的情况下识别的脉冲在电动机的所有三个相上同步变化，则可以认为在线圈组本身上未施加电压。这相当于在下激活短路和上激活短路之间不断地变化， 以致施加的转矩基本上相当于短路矩。
权利要求
1.用于监控电动机的驱动状态、特别是非驱动的驱动状态的方法，所述电动机借助具有至少一个半桥的桥式逆变器供给能量，包括检测所述至少一个半桥(107-117)的状态；检测用于控制所述至少一个半桥(107-117)的控制信号的特征；和根据所述至少一个半桥(107-117)的检测的状态和检测的控制信号的特征监控驱动状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制信号的特征包括控制信号的缺失或者控制信号的存在或者控制信号的侧沿，特别是上升的侧沿或者下降的侧沿，或者控制信号的脉冲或者脉冲持续时间或者脉冲时间点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，为监控驱动状态而检验，所述至少一个半桥 (107-117)的检测的状态和检测的控制信号的特征是否彼此对应，或者为监控驱动状态而检验，所述至少一个半桥(107-117)的检测的状态和控制信号的特征是否能够配属于同一驱动状态，或者如果所述至少一个半桥(107-117)的检测的状态和控制信号的特征不能配属于同一驱动状态，则驱动状态被识别为是有错误的。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在检测状态的步骤中检测所述至少一个半桥(107-117)是打开还是闭合。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述驱动状态包括空转或者短路矩或者转速或者驱动矩或者制动矩或者不确定的驱动状态。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，根据表格监控所述驱动状态，在该表格内给各驱动状态配有控制信号的特征和/或所述至少一个半桥的状态。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在所述至少一个半桥(107-117)是打开的状态和控制信号缺失的情况下识别为电动机空转，或者在所述至少一个半桥(107-117) 是闭合的状态和控制信号的缺失的脉冲的情况下识别为电动机的短路矩。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述逆变器具有另一个半桥(107-117)， 将其配属于所述至少一个半桥(107-117)，其中所述至少一个半桥(107-117)是上半桥 (113-117)或者下半桥(107-111)，并且所述另一个半桥是下半桥或上半桥，包括检测用于控制上半桥(113-117)的控制信号的和用于控制下半桥(107-111)的控制信号的特征，和根据上半桥(113-117)和下半桥(107-111)的检测的状态以及检测的用于控制上半桥 (113-117)和下半桥(107-111)的控制信号的特征监控驱动状态。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，把电动机的确定的驱动状态配属于缺失的控制信号和/或上半桥(113-117)和下半桥(107-111)的状态的确定的组合。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，如果检测到用于控制上半桥(113-117)的控制信号而未检测到用于控制下半桥(107-111)的控制信号，或者如果未检测到用于控制上半桥(113-117)的控制信号而检测到用于控制下半桥(107-111)的控制信号，则把驱动状态识别为错误的。
11.控制设备，其在编程技术上设置用于执行实现根据权利要求1到10之一所述的方法的计算机程序。
全文摘要
本发明涉及用于监控电动机的驱动状态、特别是非驱动的驱动状态的方法，所述电动机借助具有至少一个半桥的桥式逆变器供给能量，包括检测所述至少一个半桥(107-117)的状态；检测用于控制所述至少一个半桥(107-117)的控制信号的特征；以及根据所述至少一个半桥(107-117)的检测的状态和检测的控制信号的特征监控驱动状态。
文档编号B60L3/00GK102577092SQ201080036048
公开日2012年7月11日 申请日期2010年7月19日 优先权日2009年8月13日
发明者R·施勒泽 申请人:罗伯特·博世有限公司