电流控制的无刷马达中的无传感器的bemf测量的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于与电子切换驱动机构的反电动势大体上呈线性关系的参数 来确定所述电子切换驱动机构中的储备转矩的方法，所述电子切换驱动机构特别是用于前 照灯光束调整系统的脉冲马达。
【背景技术】
[0002] 在各种实施例的形态中，基于现有技术，电子切换的驱动机构，也称为"无刷DC马 达"或"BLDC"是已知的；该类型的驱动机构(例如作为脉冲马达）在汽车工业中被用于各种 应用，例如用于前照灯光束调整系统中。
[0003] 该类型的脉冲马达描述于例如DE 10 2012 104 541 Al中。该脉冲马达包括第一 导电核芯和第二导电核芯，所述第一导电核芯的端部相对于彼此而间隔，所述第二导电核 芯的端部也相互间隔。这些导电核芯通常构造成"C"字形状，并且被布置在彼此呈直角的位 置，使得第一核芯的端部与第二核芯的端部相邻。这两个导电核芯都是由磁性材料构成，以 便传导磁场。该脉冲马达还包括被布置在核芯端部之间的永久磁体。该永久磁体被安装在 可旋转的转子轴上。另外，第一感应线圈缠绕在至少一部分的第一导电核芯的周围，第二感 应线圈缠绕在至少一部分的第二导电核芯的周围。第一感应线圈具备第一组的供电导线， 第二感应线圈具备第二组的供电导线。第一和第二供电导线电性连接到可编程控制系统， 该控制系统电性连接到电源以便将电流提供至第一和第二感应线圈。因此，可将第一和第 二导电核芯磁化。在运行中，控制电路选择性地将电压输送至第一和第二供电导线，使得电 流分别在第一和第二感应线圈中流动。在电流发生变化的情况下，在相关的感应线圈中产 生磁场。然后，磁场经过所连接的导电核芯被引导朝向永久磁体。如果磁化的导电核芯的 磁场与永久磁体的磁场不对准，那么永久磁体将围绕转子轴的轴线而旋转。因此，为了维持 永久磁体的旋转，而通过施加一系列电流信号来改变第一和第二感应线圈的磁场。通过调 整施加给第一和第二供电导线的电压或电流的幅值并且通过对电压或电流进行同步调整， 可以控制旋转速度。
[0004] 还已知一种用于检测脉冲马达的失速状态的方法，例如从DE 10 2012 104 541 Al中，其中测量感应线圈的"反电动势"（或"反EMF")。在控制系统激励感应线圈中的一个 感应线圈并将另一感应线圈去激励的情况下，永久磁体的旋转在去激励线圈中引起电压。 该电压是反EMF，并且可以由控制系统进行测量。反EMF的较大读数表明永久磁体正在旋 转，因此表明脉冲马达不处于失速状态。相反地，反EMF的较低读数表明永久磁体是静止 的，因此表明脉冲马达处于失速状态。在用于判断脉冲马达是否处于失速状态的方法中，使 脉冲马达在一个方向上旋转直到它到达限制止动件，在此期间由控制系统监测反EMF。一旦 反EMF下降至低于预定的阈值，控制系统则使脉冲马达在另一个方向上方向旋转同时再次 监测反EMF，直到达到第二限制止动件，在该处反EMF再次下降至低于预定的阈值。此参考 步骤通常被描述为"参考运行（reference run)"。
[0005] 该方法是特别不利的，其在于在临界范围内反EMF中的改变较小，因此该已知方 法仅允许以受限的精度来实现最大转矩的评估。其不利之处还在于：用于失速检测的阈值 取决于负荷。还观察到由于马达中的振动，反EMF仍然会超过阈值，因此不能可靠地预计失 速状态。
[0006] 在汽车工业中，上述类型的脉冲马达被用于例如前照灯光束调整系统。可观察到 可获得的前照灯的发光强度一代比一代增加。
[0007] 因此，必须确保前照灯不停留在将使迎面驶来的车辆炫目的位置，由于车辆数量 增加，其密度继续增加。使迎面驶来的车辆炫目会增加发生事故的危险。
[0008] 为了解决这个问题，现有技术已描述了在一般的驱动机构中最大反EMF相对于最 大驱动电流的点如何指示驱动机构的储备转矩。利用该方法，能够进行对驱动机构的机械 系统的诊断，并且可以测量任何低灵敏度的点。为此目的，可以记录转矩特征曲线，该特征 曲线的随时间推移的运动导致对机械系统中磨损的测量。
[0009] 通过对马达中或前照灯中磨损迹象的早期检测，可以在功能完全损失之前将前照 灯切换到安全状态，由此减小迎面驶来的车辆的炫目并且使发生事故的危险最小化。在其 它应用中，也必须尽可能准确地确定电子切换驱动机构的储备转矩。
[0010] 为此目的，现有技术提供对在驱动电流的过零点处的反EMF的确定，在该过零点 处与欧姆电阻相关的电压降消失。该布置应确保对反EMF的测量不影响对马达的控制。
[0011] 然而，已证明此方法不利地具有受限的稳健性。此外，对在驱动电流过零点处的反 EMF的测量具有以下缺点：该方法通常不能确定反EMF的幅值，因为在驱动电流的过零点处 此变量与无负荷状态相符，但与有负荷状态不相符。因此，不能以更高的精度来确定储备转 矩。
【发明内容】
[0012] 因此，本发明的目的是排除或至少减少现有技术的缺点。因此，本发明的具体目的 是在运行中以受限的消耗来检测电子切换驱动机构中的反EMF，从而能够准确地确定储备 转矩。
[0013] 可通过具有权利要求1的特征的方法而实现此目的。在从属权利要求中描述了实 施例的优选形态。
[0014] 根据本发明，为了确定与反电动势相关的参数，而确定与变化间隔相关的驱动电 流中的变化。
[0015] 利用该方法，通过确定与变化间隔相关的驱动电流中的变化而获得与反EMF成比 例的参数，由此预先确定电流变化并且测量时间区间。在该方法中，在运行中至少一次地 确定驱动电流中的时间相关变化，并且由适当的控制单元(例如微控制器）采用一系列顺序 的、特别是增量的电流信号的形式加以控制。因此，有利地可以在任何时间确定反EMF，不仅 在驱动电流的过零点处。这具有的具体优点是：能够确定最大反EMF，该最大反EMF只与无 负荷工作状态中的驱动电流的过零点相符，但在有负荷状态中该最大反EMF移位到与驱动 电流相反的相。因此，可以准确地确定用于相关应用的储备转矩（即，可从驱动机构中所获 得的最大转矩)。利用根据本发明的方法，可以以较高的灵敏度来确定储备转矩，甚至在接 近于满工作负荷的情况下。对于在电动车辆前照灯光束调整系统中的应用，该方法具有特 定的优点。通过基于与时间相关的电流变化来确定反EMF，可以可靠地预计驱动机构的失 速，由此提供充分的时间使前照灯转变成安全状态。
[0016] 在实施例的一个特别优选的形态中，假设基于用于预定电流变化的变化间隔来确 定反电动势相关参数，由此通过对时间测量的求和而以特定程度的分辨率来确定变化间 隔。因为驱动电流中的变化是由控制单元所支配（因此是已知的)，所以通过在驱动电流中 的顺序步进之间（即在增量切换期间）记录变化时间可以具体地确定与反EMF成比例的参 数。为此目的，以特定程度的分辨率进行时间测量，由此变化或过渡时间是通过求和而获 得。
[0017] 为了检测储备转矩，有利的是是否针对施加给驱动机构的各电流来确定参数。因 此，在实施例的此形态中，为驱动电流中的各切换步骤(或者切换块、或切换阶段）连续地确 定与反EMF成比例的参数。因此，有利地，无论负荷状态如何均能够确定最大或最小反EMF。
[0018] 为了确定驱动机构的储备转矩，有利的是确定与驱动电流相关的参数的相位移。 为此目的，具体地确定该参数的最小和/或最大值相对于最小或最大驱动电流的相角，正 如基于现有技术已知的，由此能够得出储备转矩。
[0019] 因为反EMF反映驱动转子的瞬时角速度，所以反EMF可有利地用作检测由磨损或 与生产相关灰尘所导致的系统中机械振荡的手段。利用根据本发明的方法，可以在常规操 作中确定反EMF，从而检测驱动机构机械系统中的磨损。为此目的，有利的是确定用于驱动 机构位置的参数的特征曲线。通过在常规操作期间记录特征曲线中的变化，能够得出磨损。
【附图说明】
[0020] 下面参照实施例的优选形态来更详细地描述本发明，其是为了举例而不是为了进 行限制。在各附图中： 图1示出了脉冲马达的电流-时间特性，其中通过基于现有技术已知的方法来确定在 驱动电流过零点处的反EMF ; 图2示出了脉冲马达的电流-时间特性，其中根据本发明确定与变化间隔相关的驱动 电流变化，从而确定与反电动势成比例的参数； 图3示出对应于图2中的区域III的图2的放大截面。
【具体实施方式】
[0021] 图1示出了其中实线代表在脉冲马达(未图示)工作期间的驱动电流I的图示。驱 动马达可例如根据DE 10 2012 104 541 Al而构造。因为这种脉冲马达的设计和控制在 现有技术中是公知的，所以为此目的可参照DE 10 2012 104 541 Al的公开内容。在通过 施加驱动电流而使此类型脉冲马达(或其它电子切换驱动机构）工作的期间，反电动势或反 EMF (也缩写成BEMF)与控制机构相反地运行。这导致转矩损失，该转矩损失与旋转速度成 正比。
[0022] 在图1中，虚线代表由于驱动转子在定子磁场中运动所引起的反电动势（U。根 据现有技术，在驱动电流/的过零点处确定反电动势，在下文中简称为反EMF。
[0023] 图1的下半部分示出了从在过零点附近的驱动电流I特性的"A"中所截取的详细 放大视图。因此，响应于由控制单元(未图示)所输出的相应指令，驱动电流i从步长值以咸 小至步长值i。，该步长值i。对应于驱动电流过零点。在从步长值4向过零点i。的过渡中， 在驱动电流中观察到电流衰减特性iDEC。图1还示出了由工作电压Ub和反EMF所组成的驱 动电压特性K在驱动电