用于对电动马达的运行进行控制的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于对尤其是在车辆变速器用的环境中或者应用中的电动马达的运行进行控制的方法，其中根据所述电动马达的转子位置以受控制的方式输出施加在所述电动马达的电相位上的电压，并且跟踪所述转子位置来输出所述电压。

此外，本发明涉及一种用于对电动马达的运行进行控制的装置，该装置包括用于根据所述电动马达的转子位置以受控制的方式将电压输出给所述电动马达的电相位的供给单元，其中能够跟踪所述转子位置来输出所述电压。

背景技术：

以机电的或者液压的方式来操纵的车辆变速器包括一台或者多台用于泵驱动装置或者直接驱动装置的电动马达，其中借助于至少一台电动马达来操控车辆变速器的选择-或转换装置以及离合器-和制动装置。

从现有技术中已知了用于对这样的车辆变速器用的电动马达进行控制的不同方法。对电动马达的各个马达绕组的供电尤其出于成本原因借助于所谓的块换向或者所谓的b6-桥式电路来控制。在此，在换向步骤内，接通所述桥式电路的半桥的所谓的高侧开关和所述半桥的所谓的低侧开关。根据所述电动马达的转子位置来控制所述换向步骤，其中为了获取所述转子位置在所述电动马达中设置了霍耳传感器。所述霍耳传感器如此布置，从而通过高-低-逻辑电平实现了60°的电的角度分辨率。

为了提高这种角度分辨率，已知的是，使用高分辨率的角度传感器。由此可以更好地使输出给所述电动马达的电相位的电压与相应的转子位置相匹配。在此所实现的所谓的正弦换向能够在马达平稳运行的同时实现所述电动马达的效率的更高的利用率。在此，根据关于转子角度的信息借助于空间矢量调制来如此产生所述电压，使得其为正弦状。

为了在进行正弦换向时进一步提高所述电动马达的效率，已知的是，如此使所述马达绕组中的电流最大值与所述转子的磁体的位置同步，从而出现90°的固定的偏移。为此要使用所谓的场定向的调节，在进行所述场定向的调节时将所述电动马达的相电流与关于所述转子位置的信息一起用于调节所输出的相电压。

技术实现要素：

本发明所基于的任务是，说明一种相对于现有技术得到改进的方法和一种得到改进的、用于对尤其是车辆变速器用的电动马达的运行进行控制的装置，所述方法和所述装置能够实现对所述电动马达的运行进行尤其是在计算开销方面简单的且成本低廉的并且尽管如此仍然快速的且精确的控制，以用于实现较高的效率。

在所述方法方面，所述任务按照本发明通过在权利要求1中所说明的特征来解决，而在所述装置方面通过在权利要求6中所说明的特征来解决。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

在用于对电动马达的运行进行控制的方法中，根据所述电动马达的转子位置以受控制的方式输出在所述电动马达的电相位上施加的电压并且跟踪所述转子位置来输出所述电压。

按照本发明，根据实际转速和至少一个表征所述电动马达的负荷的另外的参量从预控制角度-组合特性曲线中获取预控制角度，其中将所述预控制角度和表征所述转子位置的转子位置角度相加成总角度，并且根据所述总角度来获取所述电压并且以受控制的方式将其输出给所述电动马达的电相位。

所述按照本发明的方法能够根据对所述电动马达的运行的控制在使用所述预控制角度-组合特性曲线的情况下实现控制回路的简单的结构，其中仅仅需要较小的数据处理开销并且由此需要较小的、用于所述电动马达的控制单元的软件的开销。通过对所述电动马达进行的能够如此非常容易地实现的操控连同跟踪所述转子位置对所述电压进行的输出，来避免在对关于转子位置的信息的检测与对所述马达端子上的输出电压的检测之间的、由于软件和硬件的运行时间延迟引起的取决于转速的偏移，从而可以使马达电流精确地与所述转子同步。也可以以简单的方式来避免：所述马达绕组的电感引起在所述马达端子上所施加的电压与所述绕组中的电流之间的、取决于转速和电流的偏移。此外，仅仅需要较小的计算功率以用于实现所述方法，并且由此需要较小的资源投入。与场定向的调节相比，始终也能够在没有成本密集的相电流回测的情况下以得到优化的效率来实现所述电动马达的运行。由于以特别简单的方式使用所述预控制角度-组合特性曲线，也可以额外地利用所述电动马达的所谓的磁阻力矩，而在进行场定向的调节时则需要所谓的d份额的麻烦的调节策略。

在所述方法的一种可能的设计方案中产生所述预控制角度-组合特性曲线，方法是：在所述电动马达的转速和转矩-工作点获取预控制角度，对于所述预控制角度来说所述电动马达的效率或者电动马达及其操控电子装置包括必要的供电在内的总效率被最大化。由此在使用所述预控制角度-组合特性曲线时，始终能够在效率最大的情况下设定所述电动马达的最佳的工作点。

在所述方法的另一种可能的设计方案中，根据所述总角度在空间矢量调制中获取所述电压。借助于所述空间矢量调制能够实现所输出的电压矢量的很高的角度分辨率，也就是所述输出电压由块电压（blockspannungen）离散化为正弦形状，并且能够以所述效率的较高的利用率实现非常平稳的马达运转。

所述方法的一种改进方案规定，根据实际转速在预先给定所述电动马达的负荷的情况下超过所述电动马达的效率最大值地提高所述预控制角度。由此能够以有利的方式尤其利用所述电动马达的弱磁范围（feldschwächbereich）。

按照所述方法的一种改进方案，作为另外的参量来使用当前所要求的马达电压、当前的直流电流、从所述直流电流与占空比中获取的相电流、所测量的相电流和/或转矩。这些参量特别精确地反映了所述电动马达的负荷。尤其在将被一调整电路用作调节量的马达电压用作用于所述预控制角度-组合特性曲线的输入参量时，克服波动的电源电压的缺点，因为所述波动在可能将所要求的马达电压换算为调制率或者也被称为占空度（dutycycle）的占空率时通过可供使用的中间电路电压来得到补偿。

所述用于对电动马达的运行进行控制的装置包括供给单元，该供给单元用于根据所述电动马达的转子位置以受控制的方式将电压输出给所述电动马达的电相位，其中所述电压的输出能够跟踪所述转子位置。

按照本发明设置了存储器和控制单元，在所述存储器中保存了预控制角度-组合特性曲线，其中所述控制单元构造用于：根据实际转速和至少一个表征所述电动马达的负荷的另外的参量从所述预控制角度-组合特性曲线中获取预控制角度、用于将所述预控制角度和表征所述转子位置的转子位置角度相加成总角度、用于根据所述总角度来获取所述电压并且用于对借助于所述供给单元将所述电压输出给所述电动马达的电相位的过程进行控制。

所述按照本发明的装置的突出之处由于在使用所述预控制角度-组合特性曲线的情况下对所述电动马达的运行进行控制而在于，以所需要的特别小的计算功率来实现的特别简单的并且成本低廉的结构。

在所述装置的一种可能的设计方案中，所述供给单元包括桥式电路、例如b6-桥式电路，借助于所述桥式电路能够以非常简单且可靠的方式实现所述电动马达的块换向。

附图说明

下面借助于附图对本发明的实施例进行详细解释。

其中：

图1示意性地示出了对按照现有技术的电动马达的块操控的方框图；

图2示意性地示出了对按照现有技术的电动马达的受控制的正弦操控的方框图；

图3示意性地示出了对按照现有技术的电动马达的场定向的调节的方框图；

图4示意性地示出了按照本发明的方法的流程图；并且

图5示意性地示出了借助于预控制角度对所述电动马达进行的、受控制的正弦操控连同按照本发明的取决于工作点的控制的方框图。

彼此相对应的部件在所有附图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了对按照现有技术的电动马达1的块操控的方框图。

在块换向（blockkommutierung）的范围内，借助于控制单元2通过对于b6-电桥3的控制来控制对所述电动马达1的各个马达绕组的供电。在此，以未详细示出的方式在用于进行脉宽调制的换向步骤内接通所述b6-电桥3的半桥的高侧开关和所述半桥的低侧开关。在此根据所述电动马达1的转子位置来控制所述换向步骤，其中为了获取所述转子位置例如在所述电动马达1中设置了未示出的霍耳传感器，所述霍耳传感器产生霍耳信号h1至h3。如此布置所述霍耳传感器，从而通过高-低-逻辑电平实现了60°的电的角度分辨率。作为替代方案或者补充方案，也可以与受控制的起动（anlauf）和内部的锁相环路一起使用单极开关或者使用光学编码器。所有检测仪器的共同点是，分散地而不是角度连续地检测角度信息。

在计算单元4中，此外获取并且反馈所述电动马达1的实际转速nist，其中借助于转速调节器5根据所述电动马达1的额定转速nsoll来设定输出电压uout，所述控制单元2根据所述输出电压来控制所述b6-电桥。

在图2中示出了对按照现有技术的电动马达1的受控制的正弦操控的方框图，借助于所述受控制的正弦操控相对于在图1中示出的解决方案能够获得更高的角度分辨率。

与在图1中示出的方框图不同，以未示出的方式设置了高分辨率的角度传感器，所述计算单元4从所述角度传感器的信号中获取转子位置角度。

借助于所述控制单元2，根据所述转子位置角度在图4中详细示出的空间矢量调制rzm（英语：spacevectormodulation）中通过脉宽调制将所述输出电压uout如此输送给所述b6-电桥3，使得所述输出电压为正弦状。

由此被输出给电动马达1的电压能够以正弦形状更好地与通过转子位置角度来表征的转子位置相匹配，其中借助于所示出的所谓的正弦换向来实现更高的效率和平稳的马达运转。

但是，只有在所述马达绕组中的电流最大值相对于转子磁体的位置同步到固定的90°偏移时，才能在以正弦换向进行马达运行时实现最大可能的效率。为了实现这一点，为此在现有技术中使用所谓的场定向的调节。

图3示出了对按照现有技术的电动马达1进行的这样的场定向的调节的方框图。在此，将以众所周知的方式测量的马达相电流ia、ib、ic与所述转子位置角度一起用于调节所输出的相电压，其中借助于所谓的克拉克（clarke）变换ct来首先获取电流值iα、iβ，并且随后从这些电流值中以所谓的派克（park）变换来获取与所述电动马达1的转矩和磁通密度相关的电流值iq、id，其中借助于电流调节器6、7根据所述电流值iq、id和额定电流值iq_soll、id_soll来产生基准电压uq_ref、ud_ref并且将其输送给派克逆变换1/pt。

在所述派克逆变换1/pt中，又产生另外的基准电压uα_ref、uβ_ref并且将其输送给用于进行空间矢量调制rzm的控制单元2的部件2.1，其中对于所述b6-电桥3的操控借助于所述控制单元2的另一个部件2.2根据脉宽调制来进行，其中在所述b6-电桥上施加了直流电压udc。

但是，所描述的解决方案的不利之处是用于实现所述调节的较高的开销。

在图4中示出了按照本发明的方法的流程图，所述方法被设置用于：克服现有技术的所提到的缺点；如此改变所获取的、用于对所输出的电压进行调节的转子位置角度并且随后又将其输送给所述空间矢量调制rzm，使得相应地对流过所述电动马达1的绕组的马达电流负责的马达端子上的输出电压可以任意地相对于转子场定向。由此例如可以针对所述电动马达1的每个工作点在所述电动马达1中产生这样的电流，所述电流能够实现最大的效率并且由此能够实现每电流强度的最大转矩。

为此，出于作为基础的架构尽可能简单并且成本低廉的原因来使用一种操控方法，对于该操控方法来说根据所述通过转子位置角度来表征的转子位置以受控制的方式输出所述电压。为了避免在这种简单的架构中出现的缺点，尤其是在对关于所述转子位置的信息的检测与对所述马达端子上的输出电压的检测之间的、由于软件和硬件的运行时间延迟所引起的取决于转速的偏移以及在所述马达端子处所施加的电压与所述绕组中流过所述马达绕组的电感的电流之间的、取决于转速和电流的偏移的产生，跟踪所述转子位置来输出所述电压。

在此如此改变所获取的转子位置角度并且随后又将其输送给空间矢量调制rzm，使得在马达端子—该马达端子本身对流过所述绕组的马达电流负责—上的输出电压可以任意地相对于所述转子场定向。

为了实现这一点，根据所述实际转速nist和表征所述电动马达1的负荷的另外的参量g从预控制角度-组合特性曲线kf中获取预控制角度pa，将该预控制角度与所述转子位置角度相加成一个总角度σ。根据所述总角度σ，在所述空间矢量调制rzm中获取所述电压作为电压向量并且以受控制的方式将其输出给所述电动马达1的电相位。

在总系统的参数化步骤（bedatungsprozedur）中获取所述预控制角度-组合特性曲线kf，方法是：在所述电动马达1的转速和转矩-工作点获取预控制角度pa，对于所述预控制角度来说至少所述电动马达1的效率、尤其是电动马达1及其操控电子装置包括必要的供电在内的总效率被最大化。将所述预控制角度-组合特性曲线kf尤其保存在存储器中。

在控制单元2中工作的操控软件在此根据所述电动马达1的当前的工作点从所述预控制角度-组合特性曲线kf中读出相关的最佳的预控制角度pa，并且将其加到所述转子位置角度上。作为所述预控制角度-组合特性曲线kf的输入参数，除了所述转子的当前的实际转速nist之外，作为反映所述电动马达1的负荷的参量g使用当前所要求的马达电压、当前的直流电流、从所述直流电流和占空比中获取的相电流、所测量的相电流和/或转矩。

根据所述转子位置角度的、所描述的取决于工作点的改动情况，在所述空间矢量调制rzm中计算必要的电压，所述必要的电压可以使所述马达相电流在最佳的时刻在所述马达绕组中流动。

图5示出了借助于所述预控制角度pa对所述电动马达1进行的、受控制的正弦操控连同按同按照本发明的取决于工作点的控制的方框图，其中作为在图2中所描述的方法的补充，根据所述实际转速nist以及反映所述电动马达1的负荷的参量g从所述预控制角度-组合特性曲线kf和所述转子位置角度中产生所述总角度σ并且将其输送给用于进行空间矢量调制rzm的控制单元2，所述控制单元从所述电压向量的幅度和得到优化的换向角度中产生用于所述b6-电桥3的操控信号。

在与图示有差别的情况下，按照本发明的方法、按照本发明的装置及其设计方案以未示出的方式也能够使用在具有下级（untergelagert）的电流调节器的调节结构或者其他调节结构中例如用于进行直接的转矩调节，并且不局限于所示出的、按照图5的具有转速调节的结构。所述方法、所述装置及其设计方案也能够在块换向的范围内使用。

附图标记列表：

1电动马达

2控制单元

2.1部件

2.2部件

3b6-电桥

4计算单元

5转速调节器

6电流调节器

7电流调节器

ct克拉克变换

g参量

h1至h3霍耳信号

ia、ib、ic马达相电流

id、iq电流值

id_soll、iq_soll电流值

iα、iβ电流值

kf预控制角度-组合特性曲线

nist实际转速

nsoll额定转速

pt派克变换

1/pt派克逆变换

rzm空间矢量调制

udc直流电压

uout输出电压

ud_ref、uq_ref基准电压

uα_ref、uβ_ref基准电压

转子位置角度

pa预控制角度

σ总角度。