用于控制制動系統的方法與流程

本發明涉及一種按照權利要求1前序部分的方法、一種按照權利要求16前序部分的電子控制器以及一種按照權利要求17前序部分的制動系統。

背景技術：

由文獻EP 1 154 922 B1已知一種用于控制車輛的制動器的方法和系統，所述制動器可借助于執行器機電操作，所述執行器由電動機以及后置于電動機的傳動裝置組成，其中，電動機具有由結構決定的轉速-轉矩特性曲線，其中，根據期望的操作力以及操作力梯度通過弱化電動機的電磁場的分量如此改變電動機的轉速-轉矩特性曲線的斜率，使得在相同轉矩的情況下實現更高的轉速。在所述制動器中機電地相對于制動盤引導摩擦襯。

這種類型的液壓制動系統在文獻DE 10 2010 040 097 A1中描述。作為壓力源在此使用液壓的缸-活塞裝置，其中，活塞由電動機在中間連接有旋轉-平移傳動裝置的情況下驅動。壓力源經由液壓管路和嵌入的液壓閥與車輪制動器連接。

也稱為無刷電動機的電子換向的永磁激勵的同步電機包括具有至少兩個、特別是三個相繞組的定子和具有至少一個垂直于轉動軸線設置的極對的轉子，所述極對通過一個或多個設置在轉子中或上的永磁體形成。如果給一個或多個相繞組通電，那么轉子在產生的磁場中定向。為了有目的的控制必須求得轉子位置，這例如借助于旋轉變壓器或旋轉編碼器實現。

相電流的調節通常在相對于轉子固定的坐標系中實現，其中，考察沿轉子磁場的方向的d軸線以及與該d軸線成90°(電角度，通過極對數與機械角度關聯)的q軸線。沿q軸線方向流動的電流確定(在沒有磁阻力矩的電動機中)輸出的轉矩并且因此稱為形成轉矩的電流(iq)。在極限轉速以下，為了效率的最大化，沿d軸線方向流動的弱化磁場的電流(id)保持在零。相對于轉子固定的坐標系相對于定子旋轉，因此通過適合的變換根據轉子位置求得要施加的相電流或電壓。

隨著轉速的增大，在相繞組中感應越來越大的反向電壓，從而可達到的轉速通過可用的供電電壓限制。因此對于如下轉速具有自然的電壓限制，該轉速在給相繞組通電的情況下僅僅利用形成轉矩的電流在完全調制的情況下、亦即在沒有借助于脈寬調制減小電壓的情況下達到。通過沿負的d軸線的方向、亦即在弱化磁場的運行中施加適合電流，可以達到更高的轉速。

由文獻DE 102007033145 A1已知一種用于運行同步電機的裝置，該同步電機具有配置有三個繞組支路的定子和轉子。該裝置被構成用于在以同步電機的轉子環繞的坐標系中根據環繞轉子的坐標系的形成磁場的原始給定電流分量和環繞轉子的坐標系的形成磁場的電流極限求得形成磁場的電流的給定值，亦即如此，使得形成磁場的電流的給定值限于形成磁場的電流極限，其中，形成磁場的電流極限按照取值在對于同步電機在弱化磁場運行中典型的穩定極限之下。此外該裝置被構成用于在形成磁場的電流被限制的范圍中根據形成磁場的原始給定電流分量和形成磁場的電流極限按照取值降低環繞轉子的坐標系的形成轉矩的電流極限。

這樣的弱化場調節器能實現：在電動機的所有運行點上維持用于施加新的電流給定值的電壓儲備。但電壓儲備的維持引起：在靜態狀態下總是施加比達到工作點所需更大的弱化場電流id。這提高了電動機的歐姆損耗并且因此使得驅動裝置的效率變差。此外不利的是，弱化場調節器需要一定的時間，以便調節必要的弱化磁場的電流，這在動態的調節位置的系統中導致調節時間延長。

例如在汽車應用中，由低供電電壓(例如12V)運行電動機直至1kW，從而相繞組的歐姆電阻相對于感抗不再可以忽略。一般而言，在轉子的高轉速下會由于弱化磁場的電流與形成轉矩的電流之間的相互作用在電動機的調節或控制中出現不穩定。

技術實現要素：

本發明的目的在于，提出一種用于控制制動系統的方法，該制動系統具有由電子換向的同步電機驅動的缸-活塞裝置，其中，也應可靠地實施具有高度動態的壓力建立。

該目的通過按照權利要求1的方法來實現。

因此，提供一種用于運行機動車的制動系統的方法，該制動系統具有：可電控制的壓力提供裝置，所述壓力提供裝置包括具有液壓壓力室和可通過機電執行器移動的活塞的缸-活塞裝置；多個液壓車輪制動器，所述液壓車輪制動器配置給車輛的至少一個橋并且能夠通過液壓壓力室供以制動壓力；以及用于檢測駕駛員制動期望的傳感器，其中，機電執行器具有旋轉-平移傳動裝置和電機。根據本發明，電機構成為電子換向的同步電機，該同步電機包括具有至少兩個、特別是三個相繞組的定子、具有至少一個永磁體的轉子以及至少一個轉子位置傳感器。在相對于轉子固定的坐標系中調節形成轉矩的電流(iq)和/或弱化磁場的電流(id)，其中，作為調節參量在相對于轉子固定的坐標系中求得電壓，該電壓根據測量的轉子位置變換到電壓向量，所述電壓向量對于定子的每個相繞組給出要施加的電壓。用于弱化磁場的電流(id)的給定值(目標值)按照轉子的測量的轉速限于最大值，該最大值優選由預給定的特性曲線族求得。適宜的是，在預給定的最小轉速之下弱化磁場的電流設置或調節到零。

通過限制所施加的弱化磁場的電流(或其給定值)，可以避免在轉子高轉速的情況下出現的調節不穩定性。測量的轉速可以根據本來就需要的(一個或多個)轉子位置傳感器的信息確定。通過按照測量的轉速限制弱化磁場的電流，簡單并且快速地避免電動機不穩定的運行。因此確保在高轉速和高動態下可靠控制無刷電動機。如果預給定特性曲線族，那么可以簡單讀取用于弱化磁場的電流的最大值。確保在需要時可靠且快速地建立壓力。

優選地，另外如此限制用于弱化磁場的電流的給定值，使得該給定值不低于按照測量的轉速預給定的最小值。這加速了通過弱化場調節器達到最優。

按照本發明一個特別優選的實施形式，用于弱化磁場的電流的給定值按照轉子的測量的轉速由預給定的第一特性曲線族求得。通過根據特性曲線確定用于弱化磁場的電流的給定值，按照本發明的該實施形式，控制裝置具有特別簡單的結構。相應方法因此也可以利用小計算功率的處理器執行。此外在施加弱化磁場的電流時不會由于弱化場調節器而延遲，即由此可實現特別高的調節速度。

在此完全特別有利的是，用于弱化磁場的電流的給定值根據參考電壓與當前供電電壓之間的比例來匹配或標定。當前供電電壓例如可以由外部控制器接收或者作為與定子的相繞組連接的脈寬調制電路中的中間回路電壓來測量。這能實現：在供電電壓中存在波動時也保持電動機的保持不變的性能。

按照本發明的一個完全特別優選的實施形式，用于形成轉矩的電流的給定值按照轉子的測量的轉速限于形成轉矩的電流的最大值。這減小了實施該方法的計算成本并且能實現電動機性能靈活匹配于期望的應用。

特別是，可如此預給定用于弱化磁場的電流的給定值和形成轉矩的電流的最大值，使得不超過用于由弱化磁場的電流和形成轉矩的電流構成的總電流的預給定的極限值，并且電子換向的同步電機的轉矩在遵循用于總電流的極限值的情況下為最大。這可以不僅在電子換向的同步電機的發電機式運行中而且在電動機式運行中實施。于是限制輸入直流電流或回授電流，從而避免電池和/或充電或控制電子裝置過熱或損壞。

按照本發明一個備選的特別優選的實施形式，在按照預給定的最大電壓的取值與由形成轉矩的電壓和弱化磁場的電壓所形成的電壓向量的取值之間的差求得用于弱化磁場的電流(id)的給定值之后實施限制，其中，特別是實施該差的調節。預給定的最大電壓特別是可以相應于當前供電電壓減去預給定的電壓間隔，優選地相應于與定子的相繞組連接的脈寬調制電路的測量的中間回路電壓。因此弱化場調節可以在考慮當前可用電壓的情況下實施。

按照本發明一個完全特別優選的實施形式，當電壓向量的取值低于預給定的最小值時，調節預給定的最大電壓的取值與由形成轉矩的電壓和弱化磁場的電壓所形成的電壓向量的取值之間的差。在此適宜的是，實施用于弱化磁場的電流的給定值的先導控制，其特別是通過預給定最大允許的弱化場的電流來實施。這能實現：提高電動機的控制的所達到的動態性。特別適宜的是，調節器將弱化磁場的電流降低到當前需要的值。因此避免不必要的電熱損耗。

適宜地，用于形成轉矩的電流(iq)的給定值按照轉子的給定轉速與測量的轉速之間的偏差來求得，其中，用于形成轉矩的電流的給定值按照用于弱化磁場的電流的給定值和/或最大允許的總電流和/或最大允許的電動機力矩限于最大值。

有利地，如此實施形成轉矩的電流的調節，使得按照用于形成轉矩的電流的給定值與測量的形成轉矩的電流之間的差在相對于轉子固定的坐標系中求得形成轉矩的電壓，其中，優選按照預給定的最大電壓、特別是供電電壓的取值與弱化磁場的電壓的取值之間的差來限制形成轉矩的電壓。

優選地，如此實施弱化磁場的電流的調節，使得按照用于弱化磁場的電流的給定值與測量的弱化磁場的電流之間的差在相對于轉子固定的坐標系中求得弱化磁場的電壓。

優選地，測量的形成轉矩的電流和測量的弱化磁場的電流在相對于轉子固定的坐標系中根據測量的轉子位置由測量的通過轉子的相繞組的電流來求得。

適宜地，用于弱化磁場的電流的給定值此外根據測量的轉子溫度和/或測量的定子溫度和/或當前供電電壓來限制或匹配。當前供電電壓例如可以在預給定的電路點上測量。

有利的是，定子的相繞組分別通過脈寬調制電路供以電流，其中，要施加于定子的相繞組的電壓換算為相應脈寬調制電路的調制度。脈寬調制的調制度給出在一個循環重復的周期中施加最大電壓期間的時間與不施加電壓期間的時間之間的比例。這樣的脈寬調制電路由于其簡單結構和高效率而廣泛應用并且廉價。

特別有利地，調制度按照參考電壓與當前供電電壓、特別是脈寬調制電路的測量的中間回路電壓的比例來匹配或標定。因此確保電子換向的同步電機的穩定性能。

此外，本發明還涉及一種用于制動系統的電子控制器，其包括用于電子換向的同步電機的控制電路，具有計算單元和設置在至少一個橋電路、特別是分別配置給定子的各相的脈寬調制電路中的半導體開關元件，其中，計算單元實施按照本發明的方法，其中，用于弱化磁場的電流的最大值根據測量的轉速和配置的最大值的從非易失性存儲器讀取的值對來求得。

此外，本發明涉及一種用于機動車的制動系統，所述制動系統具有：可電控制的壓力提供裝置，所述壓力提供裝置包括具有液壓壓力室和可通過機電執行器移動的活塞的缸-活塞裝置；多個液壓車輪制動器，所述液壓車輪制動器配置給車輛的至少一個橋并且能夠通過液壓壓力室供以制動壓力；以及用于檢測駕駛員制動期望的傳感器，其中，機電執行器具有旋轉-平移傳動裝置和電子換向的同步電機，該同步電機包括具有至少兩個、特別是三個相繞組的定子、具有至少一個永磁體的轉子以及至少一個轉子位置傳感器，所述制動系統包括這種電子控制器。

適宜地，制動系統包括與機動車的至少一個車輪連接的電驅動裝置，該電驅動裝置至少有時被如此控制，使得該電驅動裝置能夠產生車輛的制動減速度并且優選用于能量回收。

附圖說明

另外優選的實施形式由從屬權利要求和根據附圖對實施例進行的以下描述得到。其中：

圖1示出按照本發明的第一實施例的控制方法或控制電路的示意圖；

圖2示出按照本發明的第二實施例的控制方法或控制電路的示意圖；

圖3示出按照本發明的第三實施例的控制方法或控制電路的示意圖；以及

圖4示出用于運行永磁激勵的同步電機的裝置的原理結構。

具體實施方式

關于制動系統的液壓結構參照文獻DE 10 2010 040 097 A1。

按照本發明的控制特別適用于控制具有受限的電感的永磁激勵的同步電機，所述同步電機應在寬的轉速范圍中以高輸出功率運行。在下文中描述沿d和q軸線的方向具有相同電感的無刷電動機的控制；但是原則上也可按照本發明的方法控制具有磁阻力矩的電動機。

按照本發明一個特別優選的實施形式，施加的弱化磁場的電流id不由調節器調節，而是如此預給定，使得在求得的轉速下可以輸出最大可能的電動機力矩。這種類型的控制利用如下情況，即不同的被驅動的執行器特別是在制動系統中主要對驅動裝置的電壓和電流極限操作。如果執行器位于疊加系統的目標范圍中，亦即例如幾乎在給定位置上，那么要求的轉速小并且驅動裝置的工作點位于電流極限，從而在那兒不需要弱化磁場的電流。如果疊加的系統要求改變的轉子位置(不強制地基于位置調節)，那么該轉子位置通常應在盡可能最短的時間內被靠近，由此，經過的工作點位于電壓極限上。

在圖1中示意地示出的按照本發明第一實施例的控制方法因此提出，用于弱化磁場的電流的給定值id*按照測量的轉速預給定。這可以適宜地通過特性曲線族的分析處理實現，該特性曲線族描述最優的弱化磁場的電流關于轉速的變化曲線，其中，輸出最大功率和/或最大轉矩。特性曲線族的確定可以根據電動機參數基于模擬和計算實現。備選或補充地也可以通過試驗技術確定特性曲線族，其方法是在不同的確定的轉速下在要求的最大相電流的情況下逐步提高弱化磁場的電流的分量，直至達到最大輸出電動機力矩。特別有利的是，首先計算特性曲線族并且隨后將其通過測量來確認。

給定轉速n*由總系統的控制器預給定，所述給定轉速在轉速調節器1中與測量的電動機或轉子轉速n比較，以便生成調節參量，該調節參量相應于要求的形成轉矩的電流iq*。轉速調節器可以特別是實現為PI調節器，亦即具有比例和積分分量。

后置的iq電流限制裝置5如此限制電流給定值iq*，使得根據用于弱化磁場的電流的當前給定值id*，總電流向量的取值i_gesamt不超過預給定的最大值，其中，該取值可以根據以下關系計算：

用于形成轉矩的電流的相應最大值iq_max由模塊17求得，例如根據如下關系：

附加地，電流給定值iq*的進一步限制可以如此實施，使得不超過最大允許的電動機力矩：

備選地也可以提出，通過讀取特性曲線族按照轉速求得用于形成轉矩的電流的最大值iq_max。

這之所以特別有利，是因為在模塊18中用于弱化磁場的電流的給定值id*在該實施例中由特性曲線族按照轉速求得并且因此為了實施所述方法僅僅需要小的計算功率。

機動車的車載電網可以根據行駛狀態和電池的充電狀態(剩余電量)具有變化的供電電壓。如果控制的電動機應獨立于當前供電電壓顯示相同的性能，那么有利的是，預給定用于預給定的參考電壓的特性曲線族、特別是用于供電電壓的最小允許的值并且在求得用于弱化磁場的電流的給定值id*時按照參考電壓與當前或測量的供電電壓的比例進行標定。

如果不僅用于弱化磁場的電流的給定值id*而且用于形成轉矩的電流的最大值iq_max根據特性曲線族按照轉速求得，那么可以根據預給定應用來匹配電動機的特性，其方法是預給定適合的特性曲線族。

如果應用提出如下要求，即在電動機式運行中不應超過確定的輸入直流電流，那么可以按照轉速如此預給定id*和iq_max的值，使得輸出的電動機力矩在遵循用于輸入直流電流的極限的情況下最大。

如果應用提出如下要求，即在發電機式運行中不應超過確定的回授電流，那么可以按照轉速如此預給定id*和iq_max的值，使得輸出的電動機制動力矩在遵循用于回授電流的極限的情況下最大。

如果應用提出如下要求，即接收的最大輸入直流電流在額定電壓范圍或參考電壓之下的供電電壓的情況下減小，那么這可以如此解決，使得最大值iq_max根據測量的或可用的供電電壓減小。

根據應用，另外也可以在求得id*和iq_max的值時考慮磁體溫度和繞組溫度。

求得的給定值id*提供給電流調節器3，所述電流調節器根據id*與測量的弱化磁場的電流id的比較求得沿d軸線方向的期望的弱化磁場的電壓ud。有利的是，電流調節器2實現為PI調節器，亦即具有比例和積分分量。

期望的弱化磁場的電壓ud允許最大程度地相應于中間回路中的可用電壓Umax或供電電壓并且因此在限制器7中限于相應值。

用于形成轉矩的電流的電流調節器2比較電流給定值iq*與當前測量的形成轉矩的電流iq并且生成如下調節參量，該調節參量相應于沿q軸線方向的期望的電壓uq。適宜地，電流調節器2可以實現為PI調節器，亦即具有比例和積分分量。

期望的形成轉矩的電壓提供給限制器8，所述限制器阻止：由形成轉矩的電壓和弱化磁場的電壓組成的總電壓向量的取值ugesamt超過最大可用電壓Umax：

用于形成轉矩的電壓的最大值uq_max在模塊15中適宜地根據以下關系求得：

備選地也可以提出，由特性曲線族讀取用于限制器8的最大值。

用于形成轉矩的電壓uq和用于弱化磁場的電壓ud的期望值、亦即在相對于轉子固定的坐標系中的電壓向量在模塊10中根據測量的轉子位置變換到相對于定子固定的坐標系并且在模塊11中轉換到電壓向量，該電壓向量給出要施加給各個相繞組的電壓uu、uv、uw。這可以利用適合的變換、如逆克拉克和帕克變換實現；用于這樣的坐標變換的方法自身是已知的。

定子的相繞組借助于由功率半導體組成的橋電路通電，其中，適宜地進行脈寬調制。半導體開關例如可以構成為Sense-FET，以便能實現流經相繞組的電流的測量。備選地，也可通過分流器或感應式電流傳感器進行直接測量。獲得的電流iu、iv、iw在模塊13中換算到相對于定子固定的坐標系并且在模塊12中根據測量的轉子位置變換到相對于轉子固定的坐標系(或者備選地在一個步驟中變換)。

為了測量轉子位置適宜地使用旋轉變壓器，由所述旋轉變壓器的信號可以確定(電)轉子角度θ。該轉子角度提供給模塊14，所述模塊(特別是由信號的變化)求得電動機轉速或轉子轉速。

通過根據特性曲線求得用于弱化磁場的電流的給定值，控制裝置按照本發明的該實施方案具有完全特別簡單的結構。

按照在圖2中示出的本發明的一個備選實施例，也調節弱化磁場的電流，其中，按照測量的轉速限制用于弱化磁場的電流的給定值id*。在該實施形式中提供與在第一實施例中相同功能的模塊設有相同附圖標記并且對于詳細描述參照上述實施方案。

轉速調節器1比較給定轉速n*和當前轉子轉速n并且作為調節參量生成用于形成轉矩的電流的給定值iq*。后置的限制器5如此限制電流給定值iq*，使得根據當前電流給定值id*不超過總電流向量的允許取值。為此在模塊17中通過計算或讀取特性曲線族求得最大值iq_max并且提供給限制器。電流調節器2比較電流給定值iq*和當前存在的形成轉矩的電流iq并且給出期望的電壓uq，所述電壓在后置的限制器8中根據供電電壓和期望的形成磁場的電壓ud來限制。在此在模塊15中如此預給定最大值，使得電壓向量的取值不超過可用的供電電壓。

在相對于轉子固定的坐標系中求得的由形成轉矩的電壓和弱化磁場的電壓組成的電壓向量在模塊10和11中(或者組合的模塊中)經受適合的變換，如逆克拉克和帕克變換，以便獲得由要施加給各個相繞組的電壓組成的電壓向量。

此外，形成轉矩的電壓uq和弱化磁場的電壓ud提供給用于電壓監控的模塊16，該模塊求得電壓向量與極限電壓Ures的間隔或者將電壓向量的平方由極限電壓的平方減去(如果可能緊接著形成平方根)。極限電壓適宜地比可用電壓Umax小預給定的電壓差，從而維持用于施加新電流給定值的電壓儲備。

Δ＝Ures²-ud²-uq²。

求得的差Δ可以在其作為調節差提供給弱化場調節器4之前在限制器9中限于處于預給定間隔內的值。該弱化場調節器可以適宜地構成為I或PI調節器，亦即具有積分項或如果可能具有比例項。弱化場調節器根據調節差產生用于弱化磁場的電流的給定值id*作為調節參量。

該調節參量在限制器6中沿負方向限于預給定的最大值id_max。用于id*的所述最大值的求得在模塊18中根據特性曲線族按照轉速實現。因此，不同于在第一實施例中，不求得給定值而是僅僅根據特性曲線族求得最大值id_max。預給定的特性曲線族可以根據模擬來計算和/或在試驗中測量或檢驗。在限制器6中此外將給定值id*沿正方向限于零。因此確保，沿d軸線方向施加的電流起弱化磁場作用。

可能情況下被限制的給定值id*在電流調節器3中與測量的弱化磁場的電流比較，其中，作為調節參量生成用于沿d軸線方向的電壓的給定值ud。另外的模塊、如限制器7、用于求得轉速的模塊14和用于測量的通過相繞組的電流的克拉克和帕克變換的模塊12和13如所述那樣運行。

按照本發明的一個優選實施形式，如此限制弱化磁場的電流，使得也預給定沿負d軸線方向的最小電流并且接通到弱化場調節器4的輸出端。該最小電流可以適宜地同樣根據特性曲線族按照轉速來求得。

圖3示出按照本發明的方法的這樣的實施例，該實施例建立在按照圖2的實施方案上。在該實施例中提供與在第一實施例中相同功能的模塊設有相同附圖標記并且對于詳細描述參照上述實施方案。

為了進一步提高可實現的系統動態性，適宜地將最大允許的弱化場的電流idmax作為先導控制參量接通到弱化場調節器的調節器輸出端，該弱化場調節器將弱化磁場的電流減小到所需值。有利的是，先導控制參量在預給定時間之后連續減小到零。因此可以在電動機運行中在弱化場范圍中亦即在具有減小的轉矩的高轉速下阻止：對于長的時間施加不必要地大的弱化磁場的電流并且出現不必要的電流熱損耗。

該調節器的輸出可以根據轉速如此限制，使得該輸出不小于零并且不大于最大允許的弱化磁場的電流id與在一個轉速下至少必要的弱化磁場的電流id之間的差。出于該目的，模塊19可以在限制器6上預給定根據特性曲線族按照轉速確定的值。

在振蕩的調節器中在動態的給定值要求的情況下可以通過適合的方式操縱調節器的輸出值和I分量。可以提出，按照給定值要求將調節器的I分量設定到預給定的初始值。

通過適合地匹配的特性曲線族因此確保電子換向同步電機的特別動態的運行，其中，因此在最小時間內轉化調節要求。特別是在危險狀況中可以在此確保快速的制動壓力建立。

圖4示出用于運行永磁激勵的同步電機的裝置的示意結構，該裝置可以執行按照本發明的方法。

控制電路41包括計算單元40、存儲器48和橋電路或功率輸出級42。特別是計算單元40可以構成為微控制器，所述微控制器具有集成的工作存儲器和非易失性程序存儲器47。相應微控制器也可以包括存儲器48，該存儲器例如可以構成為閃存。有利的是，微控制器具有一個或多個模擬數字轉換器，所述模擬數字轉換器與測量裝置在功率輸出級或轉子上連接。功率輸出級可以包括例如Sense-FET，以便能實現電流測量。也適宜的是，設有用于電壓測量的機構。原則上外部傳感器也可以經由數據總線連接。永磁激勵的同步電機44具有定子和轉子，所述定子具有由功率輸出級42通電的相繞組，所述轉子與未示出的負載機械連接。轉子的位置由傳感器46求得，該傳感器例如構成為旋轉變壓器或光學旋轉編碼器。此外適宜的是，設有傳感器，用于測量相繞組、磁體或一般來講環境的溫度。原則上按照本發明的方法也可以由用戶特定的電路實施，該電路具有專門匹配的構件并且特別是集成在半導體襯底上。