用于改善机电执行器的可用性的方法以及电子装置

摘要

一种用于改善机动车中的机电式或电液式制动设备的机电式执行器的可用性的方法，包括用于电动机的在不受限制的运行模式中工作的电机调节，其中，除了不受限制的运行模式还确定用于电机调节的另外的运行模式，所述另外的运行模式以对电动机及其控制电子装置的状态参量的受限制的访问来工作并且在所述另外的运行模式中根据该受限制的访问或这些受限制的访问执行调节过程的改变和/或电机调节的各个功能的关断。此外，本发明提出了一种电子装置，所述电子装置包括多个用于调节电动机的模块，其中，存在用于求得给定电流的模块(2)，所述用于求得给定电流的模块与场定向的电流调节器(3)电连接，并且通过所述连接由用于求得给定电流的模块在使用不同的状态参量和/或估计参量以及所存储的参数的情况下获得所计算的给定电流值。

权利要求

1.一种用于改善机动车中的机电式或电液式制动设备的机电式执行器的可用性的方法，包括用于场换向的以脉宽调制控制的电动机的在不受限制的运行模式中工作的电子的电机调节，其特征在于：除了所述不受限制的运行模式外还确定用于电机调节的另外的运行模式，所述另外的运行模式以对电动机及其控制电子装置的状态参量的受限制的访问来工作，其中，在所述另外的运行模式中根据该受限制的访问执行调节过程的改变和/或电机调节的各个功能的关断，其中，按照机电式执行器的确定的功率降级，将电机调节的运行模式分级地设置，其中，在执行器的非机械的功率降级的除了对电动机的各相中的电流的测量结果的访问之外对至少一个另外的状态参量的访问受限制的运行方式中，电机调节从电流调节的运行模式转换到电压整流的运行模式中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据对应的运行模式执行整车电路网络保护措施和/或温度监控和/或死时间补偿的关断。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：确定到对应的运行模式与对电动机的各相中的电流的测量结果的访问相关，其中，至少在等级“电流测量能够工作”、“一相中的电流测量失效”和“电流测量完全失效”之一或多个之间进行区别。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：确定到对应的运行模式与对电动机及其控制电子装置的温度和/或中间回路电压和/或脉宽调制的转换时间的受限制或不受限制的访问相关。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在对电动机的一相中的电流的测量结果的访问受限制时，对该测量结果的修复在使用其它相的所测量的电流值的情况下进行。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：当分别在控制电子装置的相的晶体管上进行电流测量时，进行用于控制电动机的脉宽调制的调制度的降低。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在对电动机的各相中的全部电流的测量结果的访问完全受限制时，进行实际电流值(Id_ist，Iq_ist)的基于模型的确定。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：当电动机的脉宽调制的调制度的降低不可实施时，在对控制电子装置的相的晶体管上的电流测量的访问受限制时基于模型执行实际电流值(Id_ist，Iq_ist)的确定。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于不受限制的运行模式，存在对电动机的状态参量即转速和电机位置的不受限制的访问。

10.一种电子装置，包括用于预给定给定参量和参数的给定值接口(1)、用于计算脉宽调制转换时间的模块(4)、用于补偿死时间的模块(5)、用于控制被三相控制的电动机(7)的功率电子装置模块(6)、用于测量脉宽调制转换时间的模块(8)、用于检测电流的模块(9)、用于测量电压的模块(10)、用于检测温度的模块(11)、用于监控温度的模块(13)、场定向的电流调节器(3)以及各组成部分之间的电连接导线，其特征在于：存在用于求得给定电流的模块(2)，所述用于求得给定电流的模块与场定向的电流调节器(3)电连接，并且通过所述连接由用于求得给定电流的模块在使用电动机的状态参量和/或估计参量以及所述参数的情况下获得所计算的给定电流值(Id_soll，Iq_soll),所述电子装置能执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

11.根据权利要求10所述的电子装置，其特征在于：所述被三相控制的电动机是永磁体同步电机。

12.根据权利要求10或11所述的电子装置，其特征在于：存在整车电路网络措施模块(12)，所述整车电路网络措施模块与所述用于求得给定电流的模块(2)电连接，并且通过该连接传递用于限制所接收和/或所输出的整车电路网络电流的最大值。

13.根据权利要求10所述的电子装置，其特征在于：所述用于监控温度的模块(13)与所述用于求得给定电流的模块(2)连接，并且通过该连接传递用于限制电机侧电流的最大值。

14.根据权利要求12所述的电子装置，其特征在于：所述用于测量电压的模块与所述整车电路网络措施模块(12)连接，并且通过该连接传递所测量的电压值。

15.根据权利要求10所述的电子装置，其特征在于：所述给定值接口(1)与所述用于求得给定电流的模块(2)电连接，并且通过该连接传递给定参量和/或参数。

16.根据权利要求10所述的电子装置，其特征在于：所述用于监控温度的模块(13)与所述用于检测温度的模块(11)连接，并且通过该连接传递温度值，所述温度值的形成基于测量值或模型计算或测量值和模型计算的组合。

说明书

用于改善机电执行器的可用性的方法以及电子装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于改善机动车中的机电式制动设备(EMB)的机电式执行器的可用性的方法以及根据权利要求12前序部分的电子装置。

背景技术

[0002] 在机动车技术中，“线控制动”制动设备越来越流行。这种制动设备通常包括机电式执行器，所述机电式执行器分别配置给一个车轮并且通过电子信号控制，所述电子信号可通过车辆驾驶员的制动期望或例如通过电子稳定程序触发。制动作用尤其是借助于摩擦制动器实现。执行器在机电式制动设备中至少包括电动机、传动装置和摩擦制动器，其中，期望的夹紧力通过电动机施加在制动盘上。在电液式制动系统中，所需的液压压力例如可通过中央执行器来提供。

[0003] DE102007021286A1中公开了一种具有失效保险的能量供给的机电式制动系统和一种用于在车辆的机电式制动系统中失效保险地供给能量的方法。制动设备包括可达四个分别配置给一个车轮的制动模块，其中，每个制动模块包括控制器和执行器，所述控制器和执行器通过主能量供给单元通过分开的导线供给能量。另外公开了存在第一和第二应急能量供给单元，分别对于两个制动模块进行供给，具有彼此分开地被引导的导线。在该申请中没有对在执行器的电动机的调节内在故障时可如何保持制动设备的功能能力作出描述。

发明内容

[0004] 现在，本发明的目的在于，提供一种用于改善机电式执行器的可用性的方法以及一种相应的电子装置，所述方法和所述电子装置更可靠地工作，即所述电子装置尤其是在出现故障或机电式或电液式制动设备的执行器的电动机的调节的单个或多个状态参量的检测失效时保持电机调节以及由此执行器的运行。

[0005] 根据本发明，所述目的通过根据权利要求1的方法和根据权利要求12的电子装置来实现。

[0006] 根据本发明的用于改善机动车中的机电式或电液式制动设备的机电式执行器的可用性的方法，包括用于场换向的以脉宽调制控制的电动机的在不受限制的运行模式(正常运行)中工作的电子的电机调节，其特征在于：除了不受限制的运行模式还确定用于电机调节的另外的运行模式，所述另外的运行模式以对电动机及其控制电子装置的状态参量的受限制的访问来工作，其中，在所述另外的运行模式中根据该受限制的访问或这些受限制的访问执行调节过程的改变和/或电机调节的各个功能的关断。

[0007] 通过确定运行模式，电动机的调节在对状态参量的访问受限制的情况下可保持并且在所述方式的故障情况下可避免电动机完全失效或转换到执行器的机械备用模式中。

[0008] 根据本发明的方法的一个扩展构型，按照机电式执行器的确定的功率降级(备用模式)，将电机调节的运行模式分级地设置。所述功率降级优选并且符合目的地面向车辆乘员的安全性。机电式或电液式制动设备的功能性由此在执行器的输出功率可能减小时保持。使用机械备用模式的必要性由此明显减弱并且车辆乘员的安全性在故障情况中与现有技术相比明显提高。

[0009] 根据本发明的方法的另一个优选实施形式，这样进行电动机的控制和调节，使得在电动机的转子的尽可能大的转速范围上实现在很大程度上同样高的输出功率(恒定功率运行)。由此，一方面，实现恒定的制动作用，另一方面，在所述转速范围上接收最大允许的电功率。这尤其是对于EMB的执行器是有利的，因为所述执行器在某些状况中由于高的电流需求而可使机动车的整车电路网络承受强负荷。

[0010] 根据本发明的方法的另一个优选实施形式，可根据对应的运行模式执行整车电路网络保护措施和/或温度监控和/或死时间补偿的关断。这特别优选当对于正常运行所需的状态参量不再可供使用时进行。尤其是由于受限制的访问而故障或缺失的状态参量由此可被辨识并且选择无需这种状态参量就保持电动机调节的功能性的运行模式，其中，确定到对应的运行模式优选与对电动机及其控制电子装置的温度和/或中间回路电压和/或脉宽调制的转换时间的受限制或不受限制的访问相关。

[0011] 确定到对应的运行模式优选与对电动机的相中的电流的测量结果的访问相关，其中，至少在等级“电流测量能够工作”、“一相中的电流测量失效”和“电流测量完全失效”之一或多个之间进行区别。与电流的测量结果的这种占优势的相关性由机电式执行器的功率降级(备用模式)的确定得到。

[0012] 在对电动机的一相中的电流的测量结果的访问受限制时优选对该值的修复在使用其它相的所测量的电流值的情况下进行。但该关系于是不可再被分析处理以便监控故障电流，因为由于计算有缺陷的电流值而不可在相同基础上执行误差电流识别。

[0013] 优选当分别在控制电子装置的相的晶体管上进行电流测量时，进行用于控制电动机的脉宽调制的调制度的降低。这具有优点：在任意时刻两个保留的电流测量装置可提供测量值，由此可执行有缺陷的电流值的修复。

[0014] 优选在对电动机的相中的全部电流的测量结果的访问完全受限制时进行实际电流值的基于模型的确定。由此可有利地保持电动机的场定向的调节。例如在WO2007/090718A1中描述了用于基于模型确定这些参量的方法。

[0015] 根据本发明的方法的一个扩展构型，尤其是当电动机的脉宽调制的调制度的降低不可实施时，在对控制电子装置的相的晶体管上的电流测量的访问受限制时基于模型执行实际电流值的确定。这例如当存在电动机的输出功率的由此得出的降低会危及车辆乘员的安全性的行驶状况时进行。

[0016] 优选在执行器的非机械的备用模式的除了对电动机的相中的电流的测量结果的访问之外对至少一个另外的状态参量的访问受限制的运行方式中，电机调节从电流调节的运行模式转换到电压整流(spannungskommutierten)的运行模式中。

[0017] 根据一个优选实施形式，与电流调节器叠加的转速调节器在电压整流的运行状态中这样适配，使得产生电机给定电压，由此，电动机的受控制的功能性保持。如果进行实际电流的基于模型的确定或如果实施电压整流的运行模式，则为此优选分析处理电机力矩信息的模块被去激活，适配到使用替代信号和/或转换到与较大的带有误差的电机力矩相匹配的模式中。

[0018] 根据本发明的电子装置，尤其是用于改善机动车中的机电式或电液式制动设备的机电式执行器的可用性，包括用于预给定给定参量和参数的给定值接口、用于计算脉宽调制转换时间的模块、用于补偿死时间的模块、用于控制被三相控制的电动机的功率电子装置模块、用于测量脉宽调制转换时间的模块、用于检测电流的模块、用于测量电压的模块、用于检测温度的模块、用于监控温度的模块、场定向的电流调节器以及组成部分之间的电连接导线，其特征在于：存在用于求得给定电流的模块，所述用于求得给定电流的模块与场定向的电流调节器电连接，并且通过所述连接由用于求得给定电流的模块在使用不同的状态参量和/或估计参量以及所存储的参数的情况下获得所计算的给定电流值。

[0019] 优点在于，由此，电动机的调节在对电动机及其控制电子装置的状态参量的访问受限制的情况下可保持并且在所述方式故障情况下可避免电动机完全失效或转换到执行器的机械备用模式中。

[0020] 根据本发明的电子装置的一个优选实施形式，所述电子装置包括算法，所述算法这样设计，使得所述电子装置可处理根据本发明的用于改善机电式执行器的可用性的方法。

[0021] 为了通过执行器施加夹紧力，使用被三相控制的电动机，根据电子装置的一个优选实施形式，所述电动机是永磁体同步电机，所述同步电机尤其是构造成无刷的。优点在于，这种电机方式例如由于无需维修以及高的调节动态而特别适用于在机动车中使用，其中，为了控制同步电机，优选使用场定向的电流调节器，通过所述电流调节器，同步电机可在自然电压极限以上运行(场衰弱)。

[0022] 优选存在整车电路网络措施模块，所述整车电路网络措施模块与用于求得给定电流的模块电连接，并且通过所述连接传递用于限制所接收和/或所输出的整车电路网络电流的最大值。例如由此可执行执行器的功率接收的限制，以便保护机动车的整车电路网络。

[0023] 根据本发明的电子装置的一个扩展构型，用于监控温度的模块与用于求得给定电流的模块连接，并且通过所述连接传递用于限制电机侧电流的最大值。优点在于，由于过高的电流造成的高温度而在电动机和功率电子装置上的损坏通过受调节地匹配电机电流而可得到避免。

[0024] 根据一个优选实施形式，用于测量电压的模块与整车电路网络措施模块连接，并且通过所述连接传递所测量的电压值、尤其是中间回路电压。所述电压值可有利地在整车电路网络措施模块中在确定对所接收和/或所输出的整车电路网络电流的限制时予以考虑。

[0025] 根据本发明的电子装置的一个优选实施形式，给定值接口与用于求得给定电流的模块电连接，并且通过所述连接传递给定参量和/或参数。由此例如可在调节的连续运行中通过/到ECU进行输入/输出，以便使电机调节匹配于设置在上级的调节结构。

[0026] 根据一个优选实施形式，用于监控温度的模块与用于检测温度的模块连接，并且通过所述连接传递温度值，所述温度值的形成基于测量值、模型计算和/或其组合。对同步电机中的在最大程度上近似的热情况的获知通过电机调节例如如下予以考虑，通过过高的温度造成的损坏和可能情况下的失效得到避免，另一方面电动机可在热功率极限上运行。

[0027] 根据电子装置的一个优选实施形式，用于补偿死时间的模块与用于测量脉宽调制转换时间的模块在同步电机的功率电子装置(末级)上连接，所述用于测量脉宽调制转换时间的模块通过所述连接获得脉宽调制转换时间的所测量的值。由此例如可补偿功率电子装置的输出电压的通过功率电子装置的死时间和转换时间引起的故障。

[0028] 根据电子装置的一个扩展构型，用于检测温度的模块、用于测量电压的模块和/或用于检测电流的模块与功率电子装置和/或电动机在电方面或在温度检测方面连接，以便检测同步电机的所述状态参量并且输送给电机调节。

[0029] 优选用于检测温度的模块与用于求得给定电流的模块电连接，并且通过所述连接传递功率电子装置和/或同步电机的当前温度值。在对温度值的访问受限制的情况下，调节可有利地在与正常运行不同的运行模式中实施。

附图说明

[0030] 由从属权利要求和借助于附图对实施例进行的下述说明中得到其它优选实施形式。附图表示：

[0031] 图1根据本发明的电子装置的示意性框图，以及

[0032] 图2电机调节的可能运行模式的表格式概览。

具体实施方式

[0033] 图1在机电式驱动的外力制动系统(CFB)的执行器的场换向的永磁体同步电机(PMSM)的电机调节的框图中示出了待考察的参量的信号流，所述框图为了描述电子装置和方法而缩减到了必要的参量。这种电机类型特别适用于在机动车中使用，因为例如通过取消换向器，维修强度与具有换向器的同步电机相比减小。PMSM的转子的转速和电机位置假设是确认的，因此不予以描述。

[0034] 在正常运行中，给定电流值idsoll和给定电流值iqsoll根据用于求得给定电流的模块2由通过给定值接口1加入的给定值和另外的测量和估计参量以及所存储的参数形成。在该解释例子中，温度、用于电机侧电流的最大值、中间回路电压和用于限制所接收/所输出的整车电路网络电流的最大值加入到给定电流值idsoll和iqsoll的计算中。对所述给定电流值的求得在下面还要详细探讨。

[0035] 给定电流值idsoll和iqsoll输送给场定向地工作的电流调节器3(FOC电流调节器)，所述电流调节器在使用实际电流值id和iq以及中间回路电压Uzk的情况下计算给定电压值并且将所述给定电压值传送给用于计算脉宽调制(PWM)转换时间的模块4。所述脉宽调制(PWM)转换时间接着输送给用于补偿死时间的模块5并且这样处理，使得输出电压的可通过用于控制电动机7的功率电子装置6的死时间和转换时间引起的失真得到补偿。为此可在用于补偿死时间的模块5中考虑在功率电子装置6上借助于用于测量PWM转换时间的模块8测量的实际的PWM转换时间tPWMist。

[0036] 在功率电子装置6上进行相电流的检测——由此通过用于检测电流的模块9确定实际电流值id和iq——和电压测量10，尤其是用于检测中间回路电压Uzk。实际电流由电流检测装置9基于测量值形成并且输送给电流调节器3以及整车电路网络措施模块12。中间回路电压Uzk的值提供给用于求得给定电流的模块2、电流调节器3、用于计算脉宽调制(PWM)转换时间的模块4和整车电路网络措施模块12。在整车电路网络措施模块12中求得用于限制所接收和/或所输出的整车电路网络侧的电流的最大值并且转送给用于求得给定电流的模块2。

[0037] 至少一个温度信号T由电动机7上的温度检测装置11形成并且输送给用于求得给定电流的模块2。此外，借助于该温度信号T或这些温度信号由温度监控装置13求得用于电机侧电流的最大值，所述最大值也通知给用于求得给定电流的模块2。通过温度监控装置13求得用于电机侧电流的最大值在此可基于测量值、模型计算或这两者的组合。

[0038] 图2示出了电机调节的可能运行模式的表格式概览和机电式执行器的由此得出的功率降级，其中，所述功率降级指向相电流测量的可用性。对于第一备用模式，即在对电流信号的访问受限制的情况下，以三相电流测量为出发点。

[0039] 因为对于全面的电机调节以及为了确定替代信号而需要另外的状态参量，所以在图2中的表格式概览的第3至5列中探讨在对这些测量信号的访问受限制时对电机调节的影响(温度、中间回路电压和电机相中所测量的PWM转换时间)。转子位置信息的可用性是该实施例的前提条件。

[0040] 当分别不再可提供所需的输入信号时，整车电路网络措施模块12、温度监控模块13和死时间补偿模块5可彼此无关地被去激活。

[0041] 如果在三个所测量的相电流中电流测量信号之一失效，则根据图2中的表格第3行第2列可转换到与正常运行不同的运行模式中，该运行模式处于功率降级的第一备用模式中。有缺陷的电流值于是可在假设电流的总和等于零的情况下通过计算来修复。但该关系于是不可再被分析处理以便监控故障电流。

[0042] 如果电流的测量不是直接在该相中而是分别在该相的晶体管(例如低侧分流)上进行，则必须这样选择PWM的调制度，使得在任意时刻两个保留的电流测量装置可提供测量值。在此情况下，100％的电压利用不再可能，由此，电机的输出的功率减小。如果由于车辆乘员的应被保证的安全性而在当前行驶状况中不可进行执行器功率的由此产生的降低，则基于模型的方法用于确定电流并且电机的控制以最大调制来继续。

[0043] 如果对全部电流测量的访问存在限制，则转换到另一个运行模式中，其中，变换到执行器调节的功率降级的第二备用模式中(图2，第4行第2列)。实际电流值id和iq借助于基于模型的方法在用于检测电流的模块9中通过计算求得并且输送给电流调节器3。对系统性能影响不利的可能是，在基于模型估计电流时的误差在求得输出的电机力矩时也导致与正常运行相比较大的误差。出于此原因，分析处理电机力矩信息的模块必须基本上转换到与带有较大误差的电机力矩相匹配的模式中。这例如对于力矩接通或误差识别模块可以是有意义的。

[0044] 所使用的用于基于模型计算电流id和iq的方法要求考虑另外的状态参量。至少中间回路电压Uzk和电动机和功率电子装置的温度必须已知。另外必须保证，死时间补偿是工作的并且功率电子装置的输出电压与预给定的给定值的偏差得到避免。

[0045] 如果除了电流测量之外还在访问另外的状态参量时存在限制，则转换到第三备用模式的运行模式中(图2，第4行第3～5列)。在该运行方式中，电动机仅仍电压整流，即电流调节器被去激活并且根据所测量的转子位置求得和输出电机给定电压。

[0046] 为了求得电机给定电压，除了所测量的转子位置角度之外，如果存在不受限制的访问，也可考虑转子的转速和电机温度。与电流调节器叠加的转速调节器在该运行状态中这样适配，使得产生电机给定电压。处理关于所输出的电机力矩的信息的全部另外的模块被去激活或者转换到使用替代信号。所输出的电机力矩的替代信号可在分析处理现有状态参量的模块中形成。基于这样获得的力矩信息可实施用于保护整车电路网络的退化措施。但因为这些退化措施基本上可进一步降低系统的可用性，所以应将此放弃或者说在系统设计时应检验可以使用这些措施到何程度。

[0047] 图2的表格式概览中的其它行描述功率降级的备用模式的对应的运行模式内部的措施，与状态参量(温度、中间回路电压和电机相中所测量的脉宽调制转换时间)的可用性相关。

[0048] 本发明的优点是在对用于产生摩擦制动器的夹紧力的电动机的状态参量的访问受限制时瞄准获得车辆乘员安全性地改善机电式或电液式制动设备的机电式执行器的可用性。