用于控制电机的运行的方法和装置与流程

本发明涉及用于控制特别是在针对车辆变速器的周围环境或应用中的电机的运行的方法，其中，在调制中施加至电机的电相的电压根据电机的转子位置并且根据至少一个第一变量的设定值/实际值比较或电机的实际转动速度来产生并且以受控的方式来输出，该第一变量表征电机的负载。

本发明还涉及用于控制电机的运行的装置，包括用于以受控的方式输出在电机的电相处的电压的电源单元，其中，该电源单元耦合至用于检测电机的转子位置的至少一个检测单元并且耦合至用于执行第一变量的设定值/实际值的比较的至少一个调节器，该第一变量表征电机的负载。

背景技术：

机电地或液压地激活的车辆变速器包括用于泵驱动器或直接驱动器的一个或多个电机，其中，借由至少一个电机致动车辆变速器的选择器装置或齿轮变速装置以及离合器装置和制动装置。

从现有技术中已知用于控制用于车辆变速器的这样的电机的各种方法。特别是出于成本的原因，借由被称作方波换向以及被称作B6桥式电路的装置来控制至电机的单个电机绕组的电流供应。在这个背景下，在换向步骤内连接被称作桥式电路的半桥的高压侧开关的装置与称作半桥的低压侧开关的装置。

根据电机的转子位置来控制换向步幅，其中，出于确定转子位置的目的例如在电机中提供霍尔传感器。以这样的方式布置霍尔传感器：借由高-低逻辑电平来实施60°的电气角度分辨率。

为了增大该角度分辨率，已知可使用高分辨率角度传感器。输出至电机的电相的电压因此能够更好地适配于相应的转子位置。以此方式实施的所谓的正弦换向允许更大程度地利用电机的效率水平而同时具有电机的平稳的运行。在这个背景下，借由空间矢量调制根据关于转子角度的信息来产生电压，使得所述调制是正弦的。

为了进一步在正弦换向期间增大电机的效率水平，已知的是以这样的方式同步化电机绕组中用于定位转子的磁体的最大电流水平：产生90°的固定偏置。为此目的，使用被称作磁场定向调节的装置，其中电机的相电流与关于转子位置的信息结合使用以调节输出的相电压。

还已知的是在被称作电机的电枢激励范围中或者转动速度调节器或功率调节器调节调制程度，也即待输出的电压矢量的幅度。在估计转子位置角度之后借由B6桥式电路来执行电机的实际换向。用于调制的换向角根据转子位置来形成，并且随后赋能电机的对应的电相。为了能够也在所谓的磁场衰减模式中针对甚至更高的转动速度来运行电机，必须修改输出的电机电压。

这被实施在通过附加地调节磁场削弱的电流分量的磁场定向调节中。

技术实现要素：

本发明基于如下目的：详细说明相比于现有技术而改进的方法以及用于控制特别是用于车辆变速器的电机的运行的改进的装置。

所述目的根据本发明相对于所述方法借由权利要求1中所述特征来实现，并且相对于所述装置借由权利要求12中所述特征来实现。

本发明的有利改进是从属权利要求的主题。

在用于控制特别是在针对车辆变速器的周围环境或应用中的电机的运行的方法中，在调制中根据电机的转子位置以及根据表征电机的负载的至少一个第一变量的设定值/实际值比较、或者根据电机的实际的转动速度来产生并且以受控方式输出施加至电机的电相的电压。

根据本发明，特别是当达到电机的磁场削弱范围时，将预定的先导-控制角和另一已调节的先导控制角分量添加至表征转子位置的转子位置角以形成复合角，其中当达到磁场削弱范围时复合角用于表征调制中的转子位置。

因此，实施了特别是设置在车辆变速器的周围环境中的电机的激励方法，使其能够特别是在电机的磁场削弱范围中根据要求来适配所述电机的工作点并且按照效率来优化，特别是在低电源电压的情形中。为此目的，与已知的电机激励方法相反，仅需要一个附加的从属调节器，其特别是在已经达到了最大电机电压的调节限值之后，根据其相对于转子磁场的位置来提供输出电压矢量的最优定向。因此，与从现有技术已知的磁场定向调节装置相比，使得可应用简单和成本高效的方法，其中不要求在安装空间和财务花费方面是昂贵的相-电流-测量组件。这意味着与磁场定向调节装置相比，当考虑了调节性能时，甚至在没有成本密集的相电流反向测量的情况下，总是可以实施具有最大可能效率水平的电机的运行。

此外，可以借由根据本发明的方法覆盖电机的特别大的转动速度扭矩范围，并且特别是甚至可以在磁场削弱范围中在电机的部分负载运行中实现电机的最大化的效率水平。在此背景下，所述方法引起用于以受控的方式将电压输出至电机的电相的电源单元的电源电压的独立性，并且通过调节来允许相对于电机的组件容差及其改变来提高稳健性水平。

电机的采用根据本发明的方法来优化的并且对于要求合适的早期换向允许电机甚至在磁场削弱模式中继续以高效率水平被运行。在这个背景下，应用尽可能多的附加的先导控制角以达到给定可应用电源电压下所需的工作点。这允许以每电流强度安培的最大可能扭矩来激励，而无需低效率的偏置，例如相对于电源电压波动。

根据本发明的方法将快速特性要素图导引与根据需求实施在工作点处的调节连接。

在所述方法的一个可能的改进中，当达到表征电机电压和/或电机电流的预定最大幅值的调节程度上限值时，检测磁场削弱范围的到达。结果是，可以特别容易地并可靠地检测磁场削弱范围。

为了进一步改进在磁场削弱范围中电机的运行，在所述方法的一个进一步可能的改进中，当达到磁场削弱范围时，将调制度限定在其上限值处，如“被冻结”了那样，并且优选地仅通过调节先导控制角来执行电压的调制。

所述方法的一个可能发展提供了，从先导控制角特性要素图根据实际转动速度以及至少一个第二变量来确定先导控制角，第二变量表征电机的负载。由于当使用先导控制角特性要素图期间电机的运行的控制，借由特性要素图以该方式被控制的方法仅要求对数据处理的小量花费以及结果是仅要求对软件的小量花费。因此，仅需要低水平的计算能力以实施所述方法，并且结果是仅需要资源的低配置。

根据所述方法的一个改进，预定了先导控制角，特别是，排除电机的电枢激励范围，其中结果是快速控制的优点与消除持久性偏差的调节器的属性相结合。

为了实施先导控制角的限制，在所述方法的另一可能改进中，预定了先导控制角的最大值。

为了总是实施电机的转动速度的优化的调节，特别是以如此方式预定先导控制角以使得在对于作为受操纵变量的电压的调制期间产生调节保留。

所述方法的一个可能的改进提供：转动速度、扭矩和/或电机电流用作表征电机的负载的第一变量。这些变量特别精确地表示电机的负载。

根据所述方法的一个发展，当前请求的电机电压、直流电流、从直流电流和脉冲占空因子确定的相电流、所测量的相电流和/或扭矩用作表征电机的负载的第二变量。这些变量特别精确地表示电机的负载。特别是，当电机电压用作用于先导控制角特性要素图的输入变量时，克服了波动的电源电压的缺点，因为在将所要求的电机电压可能转换为调制度或占空比的情形中通过可应用的中间电路电压来补偿所述波动。

在所述方法的一个可能改进中，通过在电机的转动速度运行点和扭矩运行点处确定最大化了电机的至少效率水平的先导控制角来产生先导控制角特性要素图。因此，当使用先导控制角特性要素图时，总是可以设定具有最佳效率水平的电机的最优运行点。

在所述方法的可能另一改进中，电压根据空间矢量调制中的复合角被确定。输出的电压矢量的非常高的角度分辨率、也即将阻挡电压的输出电压离散化为正弦形状可以借由空间矢量调制来实施，并且可以以效率水平的高利用来实施电机的非常安静的运行。

用于控制电机的运行的装置包括用于以受控的方式输出在电机的电相处的电压的电源单元，其中电源单元耦合至用于检测电机的转子位置的至少一个检测单元，并且耦合至用于执行表征电机的负载的第一变量的设定值/实际比较的至少一个调节器。

根据本发明，提供了一种先导控制角特性要素图存储在其中的存储器，提供了一种用于从先导控制角特性要素图确定先导控制角的控制单元，以便于将先导控制角和另外已调节的先导控制角分量添加至表征转子位置的转子位置角来形成复合角，用于当达到电机的磁场削弱范围时根据所述复合角来确定电机的相电压，并且用于控制借由电源单元向电机的电相输出电压。

根据本发明的装置的特征在于，当达到磁场削弱范围时借由对于计算能力具有特别低需求的、特别简单和成本高效的结构使用先导控制角来控制电机的运行。所述装置也以简单和成本高效的方式实现，而不采用与现有技术已知的磁场定向调节装置相比在安装空间和金融费用方面昂贵的相位-电流-测量组件。

在一个可能的改进中，调节器是以简单、成本高效和可靠的方式实施的转动速度调节器、扭矩调节器或功率调节器。

在所述装置的另一可能改进中，电源单元包括桥式电路，例如B6桥式电路，电机的方波换向可以借由所述桥式电路来以非常简单和可靠的方式实施。

附图说明

下面参考附图更详细地解释本发明的示例性实施例，其中：

图1示出根据本发明的用于采用磁场削弱调节的电机的受控正弦激励的控制回路的第一示例性实施例的示意性框图；

图2示出用于采用磁场削弱调节来控制电机的运行的根据本发明的方法的第一示例性实施例的示意性流程图；

图3示出根据本发明的用于采用磁场削弱调节的电机的受控正弦激励的控制回路的第二示例性实施例的示意性框图；

图4示出根据图3的控制回路的第二示例性实施例的详细的示意性框图，以及

图5示出用于采用磁场削弱调节来控制电机的运行的根据本发明的方法的第二示例性实施例的示意性流程图。

在所有附图中，对应的部件设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出用于采用电机1的磁场削弱调节的电机1的受控方波激励或正弦激励的控制回路的第一示例性实施例的框图。

在这个背景下，借由控制单元2通过控制B6桥3来在方波或正弦换向的范围内控制向电机1的单个电机绕组提供电能。在此，B6桥3的半桥的高压侧开关和半桥的低压侧开关在换向步骤内连接（以没有更详细地图示的方式）以用于脉冲宽度调制。在此，换向步骤根据电机1的转子位置来控制。

在检测单元4中，还确定并反馈电机1的实际转动速度n_act，其中，根据电机1的设定值转动速度n_setup借由实现为转动速度调节器的调节器5作为调制度MG来设置输出电压U_out，控制单元2根据输出电压U_out来控制B6电桥3。

此外，在先导控制角特性要素图KF和转子位置角的基础上，根据实际转动速度n_act和变量G产生复合角，该变量G表示电机1的负载，并且复合角被馈送至控制单元2以用于空间矢量调制RZM，在电压矢量的幅值和优化的换向角的基础上，该控制单元2产生用于B6桥3的激励信号。

也就是说，在不采用相电流反向测量的简单电机激励中，借由转子位置以及来自调节器5的预定的调制度MG的信息来调制输出至电机1的电压，该调节器5实现为转动速度调节器。如果，采用这种类型的激励，电机1的电枢激励范围在磁场削弱的方向退出，也就是说，当输出电压U_out的预定的最大幅值和/或具有或不具有调节储备的电机电流达到上限值时达到电机1的磁场削弱范围，则借由从属先导控制角调节器6，从用于换向的先导控制角特性要素图KF开始产生附加的先导控制角。在这个背景下，通过优化先导控制角来实现调制度MG中的调节储备是主要组成部分，以及利用电机1的磁场削弱的可能性。在此优选地借由可调节的限制来以受限的方式提供先导控制角的最大容许值。

特别是，通过在电机1的转动速度运行点和扭矩运行点处确定先导控制角的整个系统的数据提供过程中，先导控制角特性要素图KF被确定，在这些点处至少电机1的效率水平被最大化，特别是电机1的完全效率水平及其激励电子器件。先导控制角特性要素图KF特别地存储在先导控制角调节器6的存储器（未示出）中。

在图示的示例性实施例中，将施加至先导控制角调节器6的输出端的先导控制角的数值添加至电机1的所确定转子位置角以形成复合角，特别是在传递复合角以供用于电机1的电压的调制使用之前而添加。

与图示不同，根据本发明的方法、根据本发明的装置及其改进也能够被用在（以未示出的方式）具有从属功率调节器的调节结构或其他调节结构中，例如用于直接扭矩调节，并且其不被限于图示有转动速度调节的结构。

图2示出根据本发明的方法的可能的第一示例性实施例的流程图，该方法用于采用磁场削弱调节来控制电机1的运行。

在这个背景下，在第一方法步骤S1中，设定值转动速度n_setup、或者（以没有更详细地示出的方式）设定值电流或设定值扭矩被馈送至调节器5，该调节器5对应地被实现为转动速度调节器、功率调节器或扭矩调节器，并且在第二方法步骤S2中根据实际转动速度n_act（由检测单元4检测）、实际电流或实际扭矩来产生输出电压U_out。

在第三方法步骤S3中，对于电机1的电枢激励范围来说确定调制度MG是否在数值“零”和预定的最大值之间，该最大值表征至磁场削弱范围的过渡。

如果情况如此（由附图标记Y表示），则在第四方法步骤S4中在空间矢量调制RZM中电压根据转子位置角来确定为电压矢量，并且在第五方法步骤S5中以受控方式将它们输出至电机1的电相。

如果调制度MG超过表征至磁场削弱范围的过渡的最大值（由附图标记N表示），则转子位置角被添加至先导控制角以形成复合角，该先导控制角在第六方法步骤S6中借由先导控制角调节器6被附加地确定。电压根据复合角被确定为在空间矢量调制RZM中的电压矢量，并且以受控方式输出至电机1的电相。

图3示出根据本发明的用于采用磁场削弱调节的电机1的受控正弦激励的控制回路的第二示例性实施例的框图。

在这个背景下，控制回路以这样的方式被实现：在实现为转动速度调节器5.1和功率调节器5.2的调节器5的调节器输出变量的情形中，在调制度MG和附加的换向角（即，由转子位置角和先导控制角形成的复合角）之间视情况切换是可能的。与此同时，调节器参数适于相应的状态。

在这个背景下，当达到调制度MG的上限值时，调制度MG被限定在其上限值处，如被“冻结”那样，并且仅通过调节先导控制角来执行电压的调制。因此，在转动速度调节器5.1和功率调节器5.2之间的其他调节差别（该差别将引起调节器操纵的变量的增加）不再被添加至调制度MG，但是替代地作为先导控制角被添加至实际转子位置角。

为了这个目的，交流电流I_AC作为转动速度调节器5.1的调节器输出变量与调制度MG一起被馈送至乘法器9，该调制度经由作为功率调节器5.2的调节器输出变量的信号调整器7被馈送，该乘法器根据所述设定值直流电流I_DC和实际直流电流I_DC-act来产生设定值直流电流I_DC作为用于功率调节器5.2的调节器输入变量，功率调节器5.2的输出在激励算法中连接至开关装置8。

另外，在所确定的实际转动速度n_act和实际交流电流I_AC-act的基础上确定先导控制角，该实际交流电流表征电机1的负载并且借由除法器10产生，并且所述先导控制角与转子位置角相加以形成复合角。

也就是说，功率调节器5.2的调节器输出值在调制度MG和先导控制角之间视情况切换。来自先导控制角特性要素图KF的先导控制角用作用于先导控制角的开始点，该先导控制角特性要素图仅为电枢激励范围提供最小值和运行点优化的先导控制角_PAmin。这结合了快速控制与调节器5的属性的优点以消除持久性偏差。

在图4中，这被图示在根据图3的控制回路的第二示例性实施例的详细框图中。

在这个背景下，借由检测单元5从检测电机1的转子的位置的转动角度传感器的正弦值sin和余弦值cos，在滤波运算以及角度和转动速度计算运算中确定用于先导控制角特性要素图KF的实际转动速度n_act-PA以及用于转动速度调节器5.1的实际转动速度n_act-nReg以及实际转子位置角_act和滞时（lag time）转子位置角_LagTime。

另外，在从电流值I_ADC和调制度MG中触发T模拟/数字转换器的数值的过程中，确定实际直流电流I_DCIreg用于功率调节器5.2的反馈，并且确定实际交流电流I_{motAC PA}用于先导控制角特性要素图KF的反馈，其中，根据调制度MG的最大值MG_max的超出来切换开关8，是否进行电压的设置仅在先导控制角的基础上或在复合角的基础上。

图5示出根据本发明的方法的可能第二示例性实施例的流程图，该方法用于采用磁场削弱调节来控制电机1的运行。

在这个背景下，与图2中图示的示例性实施例相反，当调制度MG的预先限定的最大值MG_max短路时，在表征所述负载的第二变量的基础上在第七方法步骤S7中电机1的负载，并且在第八方法步骤S8中从先导控制角特性要素图KF确定先导控制角，并且该先导控制角在第四方法步骤S4中被馈送至空间矢量调制RZM。特别是，当前请求的电机电压、当前的直流电流、从直流电流和占空比因子确定的相位电流、测得的相位电流和/或扭矩被用作第二变量。

当超过调制度MG的预先限定的最大值时，在第六方法步骤S6中从调节器操纵变量中形成附加的先导控制角分量_{PA reg}，并且其被添加至先导控制角和转子位置角以形成在第四方法步骤S4中被馈送至空间矢量调制RZM的复合角。

附图标记列表

1 电机

2 控制单元

3 B6桥

4 检测单元

5 调节器

5.1 转动速度调节器

5.2 功率调节器

6 先导控制角调节器

7 信号调整器

8 开关

9 乘法器

10 除法器

cos 余弦值

I_AC 交流电流

I_{AC_act} 实际交流电流

I_ADC 电流值

I_DC 设定值直流电流

I_{DC act} 实际直流电流

I_DC-IReg 实际直流电流

I_{motAC PA} 实际交流电流

Y 是

KF 先导控制角特性要素图

MG 调制度

MG_max 最大值

N 否

n_act 实际转动速度

n_{act nReg} 实际转动速度

n_{act PA} 实际转动速度

n_setp 设定值转动速度

RZM 空间矢量调制

S1 to S8 方法步骤

sin 正弦值

T 触发运行

U_out 输出电压

转子位置角

_act 实际转子位置角

_LagTime 滞时转子位置角

先导控制角

_{PA_min} 先导控制角

_{PA_reg} 先导控制角分量

复合角。