用于控制制动系统的方法与流程

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的方法、一种按照权利要求16前序部分的电子控制器以及一种按照权利要求17前序部分的制动系统。

背景技术：

由文献EP 1 154 922 B1已知一种用于控制车辆的制动器的方法和系统，所述制动器可借助于执行器机电操作，所述执行器由电动机以及后置于电动机的传动装置组成，其中，电动机具有由结构决定的转速-转矩特性曲线，其中，根据期望的操作力以及操作力梯度通过弱化电动机的电磁场的分量如此改变电动机的转速-转矩特性曲线的斜率，使得在相同转矩的情况下实现更高的转速。在所述制动器中机电地相对于制动盘引导摩擦衬。

这种类型的液压制动系统在文献DE 10 2010 040 097 A1中描述。作为压力源在此使用液压的缸-活塞装置，其中，活塞由电动机在中间连接有旋转-平移传动装置的情况下驱动。压力源经由液压管路和嵌入的液压阀与车轮制动器连接。

也称为无刷电动机的电子换向的永磁激励的同步电机包括具有至少两个、特别是三个相绕组的定子和具有至少一个垂直于转动轴线设置的极对的转子，所述极对通过一个或多个设置在转子中或上的永磁体形成。如果给一个或多个相绕组通电，那么转子在产生的磁场中定向。为了有目的的控制必须求得转子位置，这例如借助于旋转变压器或旋转编码器实现。

相电流的调节通常在相对于转子固定的坐标系中实现，其中，考察沿转子磁场的方向的d轴线以及与该d轴线成90°(电角度，通过极对数与机械角度关联)的q轴线。沿q轴线方向流动的电流确定(在没有磁阻力矩的电动机中)输出的转矩并且因此称为形成转矩的电流(iq)。在极限转速以下，为了效率的最大化，沿d轴线方向流动的弱化磁场的电流(id)保持在零。相对于转子固定的坐标系相对于定子旋转，因此通过适合的变换根据转子位置求得要施加的相电流或电压。

随着转速的增大，在相绕组中感应越来越大的反向电压，从而可达到的转速通过可用的供电电压限制。因此对于如下转速具有自然的电压限制，该转速在给相绕组通电的情况下仅仅利用形成转矩的电流在完全调制的情况下、亦即在没有借助于脉宽调制减小电压的情况下达到。通过沿负的d轴线的方向、亦即在弱化磁场的运行中施加适合电流，可以达到更高的转速。

由文献DE 102007033145 A1已知一种用于运行同步电机的装置，该同步电机具有配置有三个绕组支路的定子和转子。该装置被构成用于在以同步电机的转子环绕的坐标系中根据环绕转子的坐标系的形成磁场的原始给定电流分量和环绕转子的坐标系的形成磁场的电流极限求得形成磁场的电流的给定值，亦即如此，使得形成磁场的电流的给定值限于形成磁场的电流极限，其中，形成磁场的电流极限按照取值在对于同步电机在弱化磁场运行中典型的稳定极限之下。此外该装置被构成用于在形成磁场的电流被限制的范围中根据形成磁场的原始给定电流分量和形成磁场的电流极限按照取值降低环绕转子的坐标系的形成转矩的电流极限。

这样的弱化场调节器能实现：在电动机的所有运行点上维持用于施加新的电流给定值的电压储备。但电压储备的维持引起：在静态状态下总是施加比达到工作点所需更大的弱化场电流id。这提高了电动机的欧姆损耗并且因此使得驱动装置的效率变差。此外不利的是，弱化场调节器需要一定的时间，以便调节必要的弱化磁场的电流，这在动态的调节位置的系统中导致调节时间延长。

例如在汽车应用中，由低供电电压(例如12V)运行电动机直至1kW，从而相绕组的欧姆电阻相对于感抗不再可以忽略。一般而言，在转子的高转速下会由于弱化磁场的电流与形成转矩的电流之间的相互作用在电动机的调节或控制中出现不稳定。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提出一种用于控制制动系统的方法，该制动系统具有由电子换向的同步电机驱动的缸-活塞装置，其中，也应可靠地实施具有高度动态的压力建立。

该目的通过按照权利要求1的方法来实现。

因此，提供一种用于运行机动车的制动系统的方法，该制动系统具有：可电控制的压力提供装置，所述压力提供装置包括具有液压压力室和可通过机电执行器移动的活塞的缸-活塞装置；多个液压车轮制动器，所述液压车轮制动器配置给车辆的至少一个桥并且能够通过液压压力室供以制动压力；以及用于检测驾驶员制动期望的传感器，其中，机电执行器具有旋转-平移传动装置和电机。根据本发明，电机构成为电子换向的同步电机，该同步电机包括具有至少两个、特别是三个相绕组的定子、具有至少一个永磁体的转子以及至少一个转子位置传感器。在相对于转子固定的坐标系中调节形成转矩的电流(iq)和/或弱化磁场的电流(id)，其中，作为调节参量在相对于转子固定的坐标系中求得电压，该电压根据测量的转子位置变换到电压向量，所述电压向量对于定子的每个相绕组给出要施加的电压。用于弱化磁场的电流(id)的给定值(目标值)按照转子的测量的转速限于最大值，该最大值优选由预给定的特性曲线族求得。适宜的是，在预给定的最小转速之下弱化磁场的电流设置或调节到零。

通过限制所施加的弱化磁场的电流(或其给定值)，可以避免在转子高转速的情况下出现的调节不稳定性。测量的转速可以根据本来就需要的(一个或多个)转子位置传感器的信息确定。通过按照测量的转速限制弱化磁场的电流，简单并且快速地避免电动机不稳定的运行。因此确保在高转速和高动态下可靠控制无刷电动机。如果预给定特性曲线族，那么可以简单读取用于弱化磁场的电流的最大值。确保在需要时可靠且快速地建立压力。

优选地，另外如此限制用于弱化磁场的电流的给定值，使得该给定值不低于按照测量的转速预给定的最小值。这加速了通过弱化场调节器达到最优。

按照本发明一个特别优选的实施形式，用于弱化磁场的电流的给定值按照转子的测量的转速由预给定的第一特性曲线族求得。通过根据特性曲线确定用于弱化磁场的电流的给定值，按照本发明的该实施形式，控制装置具有特别简单的结构。相应方法因此也可以利用小计算功率的处理器执行。此外在施加弱化磁场的电流时不会由于弱化场调节器而延迟，即由此可实现特别高的调节速度。

在此完全特别有利的是，用于弱化磁场的电流的给定值根据参考电压与当前供电电压之间的比例来匹配或标定。当前供电电压例如可以由外部控制器接收或者作为与定子的相绕组连接的脉宽调制电路中的中间回路电压来测量。这能实现：在供电电压中存在波动时也保持电动机的保持不变的性能。

按照本发明的一个完全特别优选的实施形式，用于形成转矩的电流的给定值按照转子的测量的转速限于形成转矩的电流的最大值。这减小了实施该方法的计算成本并且能实现电动机性能灵活匹配于期望的应用。

特别是，可如此预给定用于弱化磁场的电流的给定值和形成转矩的电流的最大值，使得不超过用于由弱化磁场的电流和形成转矩的电流构成的总电流的预给定的极限值，并且电子换向的同步电机的转矩在遵循用于总电流的极限值的情况下为最大。这可以不仅在电子换向的同步电机的发电机式运行中而且在电动机式运行中实施。于是限制输入直流电流或回授电流，从而避免电池和/或充电或控制电子装置过热或损坏。

按照本发明一个备选的特别优选的实施形式，在按照预给定的最大电压的取值与由形成转矩的电压和弱化磁场的电压所形成的电压向量的取值之间的差求得用于弱化磁场的电流(id)的给定值之后实施限制，其中，特别是实施该差的调节。预给定的最大电压特别是可以相应于当前供电电压减去预给定的电压间隔，优选地相应于与定子的相绕组连接的脉宽调制电路的测量的中间回路电压。因此弱化场调节可以在考虑当前可用电压的情况下实施。

按照本发明一个完全特别优选的实施形式，当电压向量的取值低于预给定的最小值时，调节预给定的最大电压的取值与由形成转矩的电压和弱化磁场的电压所形成的电压向量的取值之间的差。在此适宜的是，实施用于弱化磁场的电流的给定值的先导控制，其特别是通过预给定最大允许的弱化场的电流来实施。这能实现：提高电动机的控制的所达到的动态性。特别适宜的是，调节器将弱化磁场的电流降低到当前需要的值。因此避免不必要的电热损耗。

适宜地，用于形成转矩的电流(iq)的给定值按照转子的给定转速与测量的转速之间的偏差来求得，其中，用于形成转矩的电流的给定值按照用于弱化磁场的电流的给定值和/或最大允许的总电流和/或最大允许的电动机力矩限于最大值。

有利地，如此实施形成转矩的电流的调节，使得按照用于形成转矩的电流的给定值与测量的形成转矩的电流之间的差在相对于转子固定的坐标系中求得形成转矩的电压，其中，优选按照预给定的最大电压、特别是供电电压的取值与弱化磁场的电压的取值之间的差来限制形成转矩的电压。

优选地，如此实施弱化磁场的电流的调节，使得按照用于弱化磁场的电流的给定值与测量的弱化磁场的电流之间的差在相对于转子固定的坐标系中求得弱化磁场的电压。

优选地，测量的形成转矩的电流和测量的弱化磁场的电流在相对于转子固定的坐标系中根据测量的转子位置由测量的通过转子的相绕组的电流来求得。

适宜地，用于弱化磁场的电流的给定值此外根据测量的转子温度和/或测量的定子温度和/或当前供电电压来限制或匹配。当前供电电压例如可以在预给定的电路点上测量。

有利的是，定子的相绕组分别通过脉宽调制电路供以电流，其中，要施加于定子的相绕组的电压换算为相应脉宽调制电路的调制度。脉宽调制的调制度给出在一个循环重复的周期中施加最大电压期间的时间与不施加电压期间的时间之间的比例。这样的脉宽调制电路由于其简单结构和高效率而广泛应用并且廉价。

特别有利地，调制度按照参考电压与当前供电电压、特别是脉宽调制电路的测量的中间回路电压的比例来匹配或标定。因此确保电子换向的同步电机的稳定性能。

此外，本发明还涉及一种用于制动系统的电子控制器，其包括用于电子换向的同步电机的控制电路，具有计算单元和设置在至少一个桥电路、特别是分别配置给定子的各相的脉宽调制电路中的半导体开关元件，其中，计算单元实施按照本发明的方法，其中，用于弱化磁场的电流的最大值根据测量的转速和配置的最大值的从非易失性存储器读取的值对来求得。

此外，本发明涉及一种用于机动车的制动系统，所述制动系统具有：可电控制的压力提供装置，所述压力提供装置包括具有液压压力室和可通过机电执行器移动的活塞的缸-活塞装置；多个液压车轮制动器，所述液压车轮制动器配置给车辆的至少一个桥并且能够通过液压压力室供以制动压力；以及用于检测驾驶员制动期望的传感器，其中，机电执行器具有旋转-平移传动装置和电子换向的同步电机，该同步电机包括具有至少两个、特别是三个相绕组的定子、具有至少一个永磁体的转子以及至少一个转子位置传感器，所述制动系统包括这种电子控制器。

适宜地，制动系统包括与机动车的至少一个车轮连接的电驱动装置，该电驱动装置至少有时被如此控制，使得该电驱动装置能够产生车辆的制动减速度并且优选用于能量回收。

附图说明

另外优选的实施形式由从属权利要求和根据附图对实施例进行的以下描述得到。其中：

图1示出按照本发明的第一实施例的控制方法或控制电路的示意图；

图2示出按照本发明的第二实施例的控制方法或控制电路的示意图；

图3示出按照本发明的第三实施例的控制方法或控制电路的示意图；以及

图4示出用于运行永磁激励的同步电机的装置的原理结构。

具体实施方式

关于制动系统的液压结构参照文献DE 10 2010 040 097 A1。

按照本发明的控制特别适用于控制具有受限的电感的永磁激励的同步电机，所述同步电机应在宽的转速范围中以高输出功率运行。在下文中描述沿d和q轴线的方向具有相同电感的无刷电动机的控制；但是原则上也可按照本发明的方法控制具有磁阻力矩的电动机。

按照本发明一个特别优选的实施形式，施加的弱化磁场的电流id不由调节器调节，而是如此预给定，使得在求得的转速下可以输出最大可能的电动机力矩。这种类型的控制利用如下情况，即不同的被驱动的执行器特别是在制动系统中主要对驱动装置的电压和电流极限操作。如果执行器位于叠加系统的目标范围中，亦即例如几乎在给定位置上，那么要求的转速小并且驱动装置的工作点位于电流极限，从而在那儿不需要弱化磁场的电流。如果叠加的系统要求改变的转子位置(不强制地基于位置调节)，那么该转子位置通常应在尽可能最短的时间内被靠近，由此，经过的工作点位于电压极限上。

在图1中示意地示出的按照本发明第一实施例的控制方法因此提出，用于弱化磁场的电流的给定值id*按照测量的转速预给定。这可以适宜地通过特性曲线族的分析处理实现，该特性曲线族描述最优的弱化磁场的电流关于转速的变化曲线，其中，输出最大功率和/或最大转矩。特性曲线族的确定可以根据电动机参数基于模拟和计算实现。备选或补充地也可以通过试验技术确定特性曲线族，其方法是在不同的确定的转速下在要求的最大相电流的情况下逐步提高弱化磁场的电流的分量，直至达到最大输出电动机力矩。特别有利的是，首先计算特性曲线族并且随后将其通过测量来确认。

给定转速n*由总系统的控制器预给定，所述给定转速在转速调节器1中与测量的电动机或转子转速n比较，以便生成调节参量，该调节参量相应于要求的形成转矩的电流iq*。转速调节器可以特别是实现为PI调节器，亦即具有比例和积分分量。

后置的iq电流限制装置5如此限制电流给定值iq*，使得根据用于弱化磁场的电流的当前给定值id*，总电流向量的取值i_gesamt不超过预给定的最大值，其中，该取值可以根据以下关系计算：

用于形成转矩的电流的相应最大值iq_max由模块17求得，例如根据如下关系：

附加地，电流给定值iq*的进一步限制可以如此实施，使得不超过最大允许的电动机力矩：

备选地也可以提出，通过读取特性曲线族按照转速求得用于形成转矩的电流的最大值iq_max。

这之所以特别有利，是因为在模块18中用于弱化磁场的电流的给定值id*在该实施例中由特性曲线族按照转速求得并且因此为了实施所述方法仅仅需要小的计算功率。

机动车的车载电网可以根据行驶状态和电池的充电状态(剩余电量)具有变化的供电电压。如果控制的电动机应独立于当前供电电压显示相同的性能，那么有利的是，预给定用于预给定的参考电压的特性曲线族、特别是用于供电电压的最小允许的值并且在求得用于弱化磁场的电流的给定值id*时按照参考电压与当前或测量的供电电压的比例进行标定。

如果不仅用于弱化磁场的电流的给定值id*而且用于形成转矩的电流的最大值iq_max根据特性曲线族按照转速求得，那么可以根据预给定应用来匹配电动机的特性，其方法是预给定适合的特性曲线族。

如果应用提出如下要求，即在电动机式运行中不应超过确定的输入直流电流，那么可以按照转速如此预给定id*和iq_max的值，使得输出的电动机力矩在遵循用于输入直流电流的极限的情况下最大。

如果应用提出如下要求，即在发电机式运行中不应超过确定的回授电流，那么可以按照转速如此预给定id*和iq_max的值，使得输出的电动机制动力矩在遵循用于回授电流的极限的情况下最大。

如果应用提出如下要求，即接收的最大输入直流电流在额定电压范围或参考电压之下的供电电压的情况下减小，那么这可以如此解决，使得最大值iq_max根据测量的或可用的供电电压减小。

根据应用，另外也可以在求得id*和iq_max的值时考虑磁体温度和绕组温度。

求得的给定值id*提供给电流调节器3，所述电流调节器根据id*与测量的弱化磁场的电流id的比较求得沿d轴线方向的期望的弱化磁场的电压ud。有利的是，电流调节器2实现为PI调节器，亦即具有比例和积分分量。

期望的弱化磁场的电压ud允许最大程度地相应于中间回路中的可用电压Umax或供电电压并且因此在限制器7中限于相应值。

用于形成转矩的电流的电流调节器2比较电流给定值iq*与当前测量的形成转矩的电流iq并且生成如下调节参量，该调节参量相应于沿q轴线方向的期望的电压uq。适宜地，电流调节器2可以实现为PI调节器，亦即具有比例和积分分量。

期望的形成转矩的电压提供给限制器8，所述限制器阻止：由形成转矩的电压和弱化磁场的电压组成的总电压向量的取值ugesamt超过最大可用电压Umax：

用于形成转矩的电压的最大值uq_max在模块15中适宜地根据以下关系求得：

备选地也可以提出，由特性曲线族读取用于限制器8的最大值。

用于形成转矩的电压uq和用于弱化磁场的电压ud的期望值、亦即在相对于转子固定的坐标系中的电压向量在模块10中根据测量的转子位置变换到相对于定子固定的坐标系并且在模块11中转换到电压向量，该电压向量给出要施加给各个相绕组的电压uu、uv、uw。这可以利用适合的变换、如逆克拉克和帕克变换实现；用于这样的坐标变换的方法自身是已知的。

定子的相绕组借助于由功率半导体组成的桥电路通电，其中，适宜地进行脉宽调制。半导体开关例如可以构成为Sense-FET，以便能实现流经相绕组的电流的测量。备选地，也可通过分流器或感应式电流传感器进行直接测量。获得的电流iu、iv、iw在模块13中换算到相对于定子固定的坐标系并且在模块12中根据测量的转子位置变换到相对于转子固定的坐标系(或者备选地在一个步骤中变换)。

为了测量转子位置适宜地使用旋转变压器，由所述旋转变压器的信号可以确定(电)转子角度θ。该转子角度提供给模块14，所述模块(特别是由信号的变化)求得电动机转速或转子转速。

通过根据特性曲线求得用于弱化磁场的电流的给定值，控制装置按照本发明的该实施方案具有完全特别简单的结构。

按照在图2中示出的本发明的一个备选实施例，也调节弱化磁场的电流，其中，按照测量的转速限制用于弱化磁场的电流的给定值id*。在该实施形式中提供与在第一实施例中相同功能的模块设有相同附图标记并且对于详细描述参照上述实施方案。

转速调节器1比较给定转速n*和当前转子转速n并且作为调节参量生成用于形成转矩的电流的给定值iq*。后置的限制器5如此限制电流给定值iq*，使得根据当前电流给定值id*不超过总电流向量的允许取值。为此在模块17中通过计算或读取特性曲线族求得最大值iq_max并且提供给限制器。电流调节器2比较电流给定值iq*和当前存在的形成转矩的电流iq并且给出期望的电压uq，所述电压在后置的限制器8中根据供电电压和期望的形成磁场的电压ud来限制。在此在模块15中如此预给定最大值，使得电压向量的取值不超过可用的供电电压。

在相对于转子固定的坐标系中求得的由形成转矩的电压和弱化磁场的电压组成的电压向量在模块10和11中(或者组合的模块中)经受适合的变换，如逆克拉克和帕克变换，以便获得由要施加给各个相绕组的电压组成的电压向量。

此外，形成转矩的电压uq和弱化磁场的电压ud提供给用于电压监控的模块16，该模块求得电压向量与极限电压Ures的间隔或者将电压向量的平方由极限电压的平方减去(如果可能紧接着形成平方根)。极限电压适宜地比可用电压Umax小预给定的电压差，从而维持用于施加新电流给定值的电压储备。

Δ＝Ures²-ud²-uq²。

求得的差Δ可以在其作为调节差提供给弱化场调节器4之前在限制器9中限于处于预给定间隔内的值。该弱化场调节器可以适宜地构成为I或PI调节器，亦即具有积分项或如果可能具有比例项。弱化场调节器根据调节差产生用于弱化磁场的电流的给定值id*作为调节参量。

该调节参量在限制器6中沿负方向限于预给定的最大值id_max。用于id*的所述最大值的求得在模块18中根据特性曲线族按照转速实现。因此，不同于在第一实施例中，不求得给定值而是仅仅根据特性曲线族求得最大值id_max。预给定的特性曲线族可以根据模拟来计算和/或在试验中测量或检验。在限制器6中此外将给定值id*沿正方向限于零。因此确保，沿d轴线方向施加的电流起弱化磁场作用。

可能情况下被限制的给定值id*在电流调节器3中与测量的弱化磁场的电流比较，其中，作为调节参量生成用于沿d轴线方向的电压的给定值ud。另外的模块、如限制器7、用于求得转速的模块14和用于测量的通过相绕组的电流的克拉克和帕克变换的模块12和13如所述那样运行。

按照本发明的一个优选实施形式，如此限制弱化磁场的电流，使得也预给定沿负d轴线方向的最小电流并且接通到弱化场调节器4的输出端。该最小电流可以适宜地同样根据特性曲线族按照转速来求得。

图3示出按照本发明的方法的这样的实施例，该实施例建立在按照图2的实施方案上。在该实施例中提供与在第一实施例中相同功能的模块设有相同附图标记并且对于详细描述参照上述实施方案。

为了进一步提高可实现的系统动态性，适宜地将最大允许的弱化场的电流idmax作为先导控制参量接通到弱化场调节器的调节器输出端，该弱化场调节器将弱化磁场的电流减小到所需值。有利的是，先导控制参量在预给定时间之后连续减小到零。因此可以在电动机运行中在弱化场范围中亦即在具有减小的转矩的高转速下阻止：对于长的时间施加不必要地大的弱化磁场的电流并且出现不必要的电流热损耗。

该调节器的输出可以根据转速如此限制，使得该输出不小于零并且不大于最大允许的弱化磁场的电流id与在一个转速下至少必要的弱化磁场的电流id之间的差。出于该目的，模块19可以在限制器6上预给定根据特性曲线族按照转速确定的值。

在振荡的调节器中在动态的给定值要求的情况下可以通过适合的方式操纵调节器的输出值和I分量。可以提出，按照给定值要求将调节器的I分量设定到预给定的初始值。

通过适合地匹配的特性曲线族因此确保电子换向同步电机的特别动态的运行，其中，因此在最小时间内转化调节要求。特别是在危险状况中可以在此确保快速的制动压力建立。

图4示出用于运行永磁激励的同步电机的装置的示意结构，该装置可以执行按照本发明的方法。

控制电路41包括计算单元40、存储器48和桥电路或功率输出级42。特别是计算单元40可以构成为微控制器，所述微控制器具有集成的工作存储器和非易失性程序存储器47。相应微控制器也可以包括存储器48，该存储器例如可以构成为闪存。有利的是，微控制器具有一个或多个模拟数字转换器，所述模拟数字转换器与测量装置在功率输出级或转子上连接。功率输出级可以包括例如Sense-FET，以便能实现电流测量。也适宜的是，设有用于电压测量的机构。原则上外部传感器也可以经由数据总线连接。永磁激励的同步电机44具有定子和转子，所述定子具有由功率输出级42通电的相绕组，所述转子与未示出的负载机械连接。转子的位置由传感器46求得，该传感器例如构成为旋转变压器或光学旋转编码器。此外适宜的是，设有传感器，用于测量相绕组、磁体或一般来讲环境的温度。原则上按照本发明的方法也可以由用户特定的电路实施，该电路具有专门匹配的构件并且特别是集成在半导体衬底上。