用于精确地确定位置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于确定步进电机的转子的当前位置和与步进电机相连的从动件的当前位置的方法以及一种控制器，所述控制器被设计用于执行根据本发明的方法。
【背景技术】
[0002]电机例如步进电机的特征在于，包含在步进电机中的转子通过相应定子线圈的受控制的、逐步转动的电磁场而偏转一最小的角度或一相应的步距。步进电机例如被用于调控车辆中的要求精准的调控、即在非常小的调控步中的调控的部件、即从动件。例如，步进电机被用于调控节流阀，所述节流阀继而又调控内燃机的输出功率。
[0003]为了获得步进电机的转子的定位，可以基于步进电机是整流/换向电机、即具有规定的步距的电机这个事实，使用用于位置反馈的传感器、即转子位置传感器，例如编码器或回转式编码器。
[0004]在步进电机的转子过强地加速或减速时可能导致所谓的失步，在失步的情况下转子不再能跟随旋转场，该旋转场通过对不同的线圈通电而产生。这意味着，在步进电机的转子过强地加速或减速时，单个步、即由对相应线圈的通电引起的转动被跳过并且不再能够精确地确定转子的位置。
[0005]失步例如可通过使用所谓的转子位置传感器、例如增量式传感器或绝对值传感器来防止，所述传感器测量步进电机转子的转动位置或位置。相应地，在失步时步进电机的控制可例如在使用转子位置传感器的情况下立即被再修正，并且相应的步进电机被加载至其功率极限。
[0006]步进电机经常与传动级例如齿轮结合使用，以便驱动从动件。此外步进电机具有转子位置传感器，用于必要时再修正对步进电机的控制。另外从动件通常具有绝对位置传感器、例如霍尔传感器，以便满足法律规定并提供从动件当前位置的绝对位置信号。
[0007]在文献W0 92/14045 A1中介绍了一种用于控制节流阀的方法，其中根据规定的额定值与节流阀传感器信号之间的差值计算出节流阀的错误位置。
[0008]在美国专利申请文献US 2007/0012286 A1中介绍了一种用于通过电机借助于卸载阀控制空气流的系统。其中规定，卸载阀在两个规定位置之间运动，并借助于步进电机来驱动。
【发明内容】
[0009]在此背景下提出了一种根据权利要求1的方法和根据权利要求7的控制器。
[0010]因此提出了一种用于确定与步进电机相连的从动件的当前位置的方法，在所述方法中，通过至少一个由步进电机所包括的转子位置传感器获得由所述步进电机所包括的转子的当前位置，并在使用与所述步进电机的当前通电的相有关的信息的情况下计算出转子的精确位置，其中，借助于转子的所述精确位置计算出从动件的当前位置。
[0011]根据本发明的方法以确定步进电机的转子的精确的位置信号为基础，所述方法用于确定与步进电机相连的从动件例如节流阀的当前位置。
[0012]在本发明的上下文中，步进电机理解为整流/换向(kommutierte)电机、尤其是直流无刷电机，其中，电机中所包含的转子在相应的定子线圈通电的情况下总是以规定的角度偏转或偏转了规定的范围。
[0013]在本发明的上下文中，转子位置传感器理解为一种用于测量步进电机的转子的位置变化或角度变化的传感器、尤其是增量式传感器。转子位置传感器可以通过滑动触头电地(rotorelektrisch)或磁地工作。
[0014]传统地，转子位置传感器、即增量式传感器当步进电机的转子每转一圈时提供规定的测量点数目。当用于确定步进电机转子的位置的转子位置传感器的绝对位置信号与关于步进电机的当前通电的相的信息相结合时，可以使转子位置传感器的分辨率相比于现有技术提高很多倍。
[0015]因为从动件例如节流阀上的、法律规定的绝对位置传感器通常必须具有例如10比特以上的高分辨率，所以可以使用这种类型的绝对位置传感器的分辨率来精确地测量步进电机的转子的当前位置。
[0016]通过转子位置传感器的由于绝对位置信息而提高的精度，可以非常精确的计算出步进电机的转子的当前位置，并由此决定地，精确计算出与步进电机相连的从动件的当前位置。
[0017]为了精确地计算出所述从动件的当前调节角，必须首先如此精确地确定步进电机的转子的绝对位置，使得从中可以判断出当前的电气相。当已知了当前的电气相时，可以通过由转子位置传感器获得的转子位置计算出当前转子位置的更精确的、即更详细的角度。通过精确的转子位置也可以根据转子与从动件之间的固定的传动比计算出从动件的当前位置，其方式为:使当前转子位置的角度加上步进电机的绝对步距的多倍。
[0018]在根据本发明的方法的一种可能的设计方案中，转子位置与从动件位置之间的差值通过机械的止挡部来定义并用于计算从动件的当前位置。
[0019]为了实现转子位置传感器与从动件之间的尽可能精确的校正，规定，步进电机的转子或从动件的轴向位置已知的机械止挡部行驶，从而使通过转子位置传感器或从动件的绝对位置传感器获得的相应的测量值可以借助所定义的位置来参照或通过偏差来校正。
[0020]在根据本发明的方法的另一可能的设计方案中，步进电机的转子的当前位置借助于步进电机的传动比的设定和/或当前通电的相的数量和/或至少一个转子位置传感器的分辨率计算得到。
[0021]为了计算步进电机的转子的当前位置，可以在一个当前的电气步中使用例如一个当前通电的相，以便计算已通过转子位置传感器获得的相应的测量值，并由此计算出精确的转子位置信息。
[0022]在根据本发明的方法的另一可能的设计方案中，使用位置值来对通过从动件的绝对位置传感器获得的从动件的位置信息进行可信度检查。
[0023]在使用通过计算转子位置传感器的测量值和绝对位置传感器的测量值而计算出的信号的情况下，可以对通过转子位置传感器或绝对位置传感器各自单独测量的或计算出的信号进行可信度检查，即检查所述信号的正确性。
[0024]因为通过在使用了转子位置传感器和关于当前通电的相的信息的情况下进行的精确的位置计算可以判断出从动件的绝对位置传感器的失误，所以可以例如根据计算出的精确的转子位置与从动件的精确位置之间的差或偏差验证从动件的绝对位置传感器的传感器信号，并在偏差超过规定的阈值的情况下生成警报。
[0025]另外本发明还涉及一种用于车辆的控制器，该控制器被配置成，通过对通过由步进电机所包含的转子位置传感器获得的、步进电机转子的位置信息的计算以及关于步进电机的当前通电的相的信息而计算出转子的精确位置，并借助于转子的该精确位置确定与步进电机相连的从动件的当前位置。
[0026]根据本发明的控制器尤其用于执行根据本发明的方法。
【附图说明】
[0027]从说明书和附图中得到本发明另外的优点和设计方案。
[0028]根据附图中示意性示出的实施形式结合附图示意性地和详细地说明本发明。
[0029]图1示出步进电机连同根据本发明的控制器的可能的实施形式的布置结构。
【具体实施方式】
[0030]图1中不出一种布置结构1，其包括一个具有转子2和转子位置传感器5的步进电机3、一个具有齿轮7和9的传动级、一个具有绝对位置传感器13的从动件11和一个控制器15。
[0031]控制器15根据关于步进电机3的当前通电的相的已知信息和转子2的由转子位置传感器5获得的位置信息计算出转子2的精确的转子位置或位置信息。借助于该精确的转子位置和已知的、齿轮7和9之间的传动比，所述控制器计算出通过齿轮7和9与步进电机3相连的从动件11的当前位置。
[0032]此外，控制器15利用通过绝对位置传感器13获得的测量值、例如通过计算差值而对计算出的精确的转子位置进行校正。
[0033]通过齿轮7和9可以例如在步进电机3与从动件11之间存在150:1的传动比。对于步进电机3通过5个相运行且从动件11的调节范围/移位范围为90°的情况，步进电机3的转子2在从动件11的调节范围内旋转了 η = 150*90° /360° = 37.5次。在5个电气相的情况下，转子位置传感器5相应地经历了 37.5*5 = 187.5个电周期，从而从动件11的每度调节角引起转子位置传感器5的2.1个电周期。
[0034]由转子位置传感器5的经历过的电周期可得到从动件11的绝对位置传感器13所需的分辨率。为了确定当前的电周期，通过从动件11的标准化的角度和转子2的当前角度的总和计算出从动件11的当前调节角。在此通过对在使用例如基准位置的情况下检测到的偏差的多倍和调节范围与在该调节范围内的电周期数目之间的比例的多倍的总和取整，得出从动件11的标准化的角度。对于上述情况因此得出从动件11的标准化的角度如下:将从动件11的信号取整到(90° /187个电周期+测得的偏差)的多倍上。
【主权项】
1.一种用于确定与步进电机相连的从动件的当前位置的方法，在该方法中，通过由步进电机所包含的至少一个转子位置传感器来确定由步进电机所包含的转子的当前位置，在使用关于步进电机的当前通电的相的信息的情况下计算出转子的精确位置，其中，借助于转子的精确位置计算出从动件的当前位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，转子位置与从动件位置之间的差值通过机械止挡部来限定并用于计算从动件的当前位置。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，位置值用于对由从动件的绝对位置传感器获得的从动件位置信息进行可信度检查。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步进电机的转子的当前位置借助于步进电机传动比的设定和/或当前通电的相的数量和/或至少一个绝对位置传感器的分辨率计算得到。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，位置值用于对由至少一个转子位置传感器获得的位置信息进行可信度检查。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，位置值用于诊断分析由至少一个转子位置传感器获得的位置信息。7.一种用于车辆的控制器(15)，该控制器被配置用于，通过计算通过由步进电机(3)所包含的转子位置传感器(5)获得的、步进电机(3)的转子(2)的位置信息以及关于步进电机(3)的当前通电的相的信息，计算出转子(2)的精确位置，并借助于转子(2)的该精确位置确定与步进电机(3)相连的从动件(11)的当前位置。
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定与步进电机相连的从动件的当前位置的方法，在该方法中，通过由步进电机所包括的至少一个转子位置传感器确定由步进电机所包括的转子的当前位置，并在使用关于步进电机的当前通电的相的信息的情况下计算出转子的精确位置。另外本发明还涉及一种用于车辆的控制器，该控制器配置用于执行根据本发明的方法。
【IPC分类】H02P8/00, H02P6/16
【公开号】CN105429531
【申请号】CN201510568507
【发明人】J·奥贝蒂尔
【申请人】奥迪股份公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年9月9日
【公告号】DE102014013429A1, US20160072418