通過電磁調節元件調節電流的方法

2023-06-27 18:26:51 2

專利名稱：通過電磁調節元件調節電流的方法
先有技術本發明涉及一種通過一個電磁調節元件調節電流的方法，其中，該調節元件、第一開關和一個電流測量電路形成一個串聯電路，一個自振蕩二極體與該調節元件並聯，而該第一開關則通過一個調節器和一個脈衝發生器用一個PWM信號(PWM二脈衝寬度調製)這樣進行接通和斷開，即把電流測量電路測出的、通過該調節元件流動的電流調節到一個額定值。
這種方法是人所熟知的。在這種方法所提出的電路中，PWM信號藉助上述第一開關轉換成通過該調節元件的電流。在第一開關的接通狀態中，也象在其斷開狀態那樣，通過該調節元件的電流被電流測量電路測量。在這個基礎上，調節所需的額定電流與額定的額定值進行比較。這種公知的調節方法存在的一個問題是，電磁調節元件一般都有滯後作用。在該調節元件例如用於汽車的變速控制時，這種滯後作用所經起的調節的不精確性甚至導致不復可能進行變速器的精確的換擋過程。
本發明的目的、解決方案和優點本發明的目的是提出一種通過電磁調節元件調節電流的方法，該方法可達到較高的調節精度。
根據本發明，就上述方法而言，這個目的是這樣實現的改變PWM信號的一個接通和斷開循環的持續時間，並把一個所謂的高頻振蕩功以低頻振蕩的形式疊加到PWM信號上。
一個接通和斷開循環的持續時間的改變意味著PWM信號的所謂斬波頻率的改變。通過斬波頻率的這種改變，可減少電磁調節元件的所謂座位振動。同樣通過斬波頻率的減小，可減少尤其是平均電流範圍內的調節元件的滯後作用。斬波頻率可選成與溫度有關，所以可通過降低斬波頻率來減小調節元件的摩擦滯後。總的來說，通過影響PWM信號的接通和斷開循環的持續時間可明顯改善本發明調節元件的電流的調節。
通過高頻率振蕩功能可進一步改善這種調節。特別是調節元件的活動鐵心藉助PWM信號的低頻振蕩可阻止轉換到一個靜摩擦狀態。亦即該鐵心通過高頻振蕩功能可繼續保持在滑動摩擦的狀態，並由此達到調節元件的極小的滯後。
在高頻振蕩功能時，如果PWM信號的每個脈衝增加或減少一個高頻振蕩值則是特別有利的。其中，該高頻振蕩值加入PWM信號的脈衝的持續時間最好等於該高頻振蕩值減去PWM信號脈衝的持續時間。
這樣做的優點是，高頻振蕩功能總的來說對通過該調節元件的平均電流不產生影響。
在本發明的一個特別有利的方案中，兩個持續時間得出一個總的持續時間，後者是PWM信號的接通和斷開時間的多倍。
在本發明的另一個特別有利的方案中，由電流測量電路測出的、流經調節元件的電流由一個校正器從高頻振蕩功能中分離出來。當兩個在那個高頻振蕩值加入或減去PWM信號的脈衝的持續時間的時間間隔內進行測量，且這兩個電流值形成一個平均值時，則是特別有利的。
通過求出上述時間間隔中的兩個測出的電流的平均值，保證了加入的或減去的高頻振蕩值剛好被抹消。根據這種方式就可實現高頻振蕩功能對通過調節元件的電流的調節不產生任何影響。
在本發明的一個有利方案中，流經調節元件的電流從第一開關測出的接通和斷開時間點中由一個診斷裝置來確定，而且該診斷裝置將確定出的電流與電流測量電路測出的電流和/或與額定值進行比較。
這樣就對流經調節元件的電流的本發明整個調節進行了一次冗餘的檢驗。亦即不但可對測出的電流與額定值進行比較，而且還可附加地對從接通和斷開時間點中確定的電流與測出的電流和/或與額定值進行比較。所以可更好地對短路和由於故障功能所引起的電流誤差進行反應。
本發明也可用電腦程式的形式或以控制器的形式來實現。此時，電腦程式可存儲在一種電子的存儲介質上；而控制器則可特別包括用軟體實現的本發明的那些元件。此外，控制器可具有那些用於軟體與調節元件以及與相應硬體元件耦合所需的全部元件。
本發明的實施例本發明的其他特徵、使用可能性和優點可從附圖所示的本發明實施例的下列說明中得知。單獨的或任意組合的全部描述的或圖示的特徵都屬於本發明的內容，而與其在各項權利要求中的總結或歸納以及與說明書中的措詞或圖中的表示無關。


圖1表示通過一個電磁調節元件調節電流的本發明系統的一個實施例的示意方決圖；圖2表示圖1系統的一個調節器實施例的示意方塊圖；較3表示通過電磁調節元件的電流的控制信號的示意時間圖。
圖1表示一個電磁調節元件10，該調節元件例如可以是一個帶有一個移動布置的鐵心的線圈。調節元件10例如可用於汽車的變速器控制或作為內燃機之類的噴油閥使用。
調節元件10通過第一個開關11連接到供電電壓UV並通過第二個開關12接地。在調節元件10和第二開關12之間連接一個電流測量電路13和一個監控器14。一隻自振蕩二極體15與調節元件10和電流測量電路13並聯。
在調節元件10和第一開關11的連接點上，連接了一個診斷電路16。電流測量電路13和監控器14的連接點通過一個電阻17與供電電壓UV連接。
在調節器20中加入供電電壓UV、一個表示環境溫度TU的信號和一個表徵額定值SW的信號。一個由電流測量電路13產生的信號在校正器21中進行處理，然後傳送到調節器20。調節器20一方面通過一個脈衝發生器22控制第一開關11，另一方面又直接控制第二開關12。
由診斷電路16、電流測量電路13和監控器14產生的信號被加到診斷器23。此外，在診斷器23上還加有額定值SW。診斷器23根據其中的相關性可對調節器20產生影響。
在圖1中，只畫出了一個調節元件10。圖示的系統適用於調節通過這個調節元件10的電流。但也可用多個調節元件10，在這種情況中，布置在圖1兩條虛線之間的那些元件也相應為多個的。亦即在這種情況中，不但有多個調節元件10，而且還有多個相應的第一開關11、電流測量電路13、自振蕩二極體15和診斷電路16。
此時，多個調節元件10以相同的方式方法同時進行調節，如圖1所示和已描述的那樣。為此，在圖1中，存在多個元件的那些連接線用粗線畫出。這些連接線例如可能是總線，每個調節閥10都對應總線的一根單獨導線。
兩條線25之間所示的元件為硬體元件。在圖1中，線25左方所示的元件最好作為軟體來實現並通過一個微處理器來完成。為此，有一條電腦程式，它的程序指令適合於該微處理器來執行。該電腦程式最好存儲在一個快閃記憶體內，該存儲器與該微處理器一起安置在一臺控制器中。在硬體元件和微處理器或控制器之間可設置接口、模/數轉換器等，它們在圖1中未畫出。
在圖2中，比較詳細地畫出了圖1的調節器20。調節器20具有一個預調節器31、一個I(積分)部分32和一個P(比例)部分33。
供電電壓UV、環境溫度TU和額定值SW加入預調節器31中，預調節器31根據其中的相關性產生一個信號，該信號輸入相加位置34。預調節器31的任務是，使被I部分32和P部分33補償的誤差保持儘可能小。
在相減位置35上，從額定值SW減去一個實際值IW。實際值IW在這裡相當於那個由圖1的校正器21產生的信號。由相減位置35求出的差加入I(積分)部分32和P(比例)部分33中。P部分33產生一個信號，該信號輸入相加位置34中。
I部分32的產生可被兩個開關36中斷。為此，這兩個開關36由一個方塊37控制，額定值SW加入該方塊中。
通過一連串數值在時間上的連續比較，方塊37識別出額定值SW是否輸出一個超過預定最大躍變的躍變。如果是這種情況，方塊37斷開兩個開關36並中斷I部分的產生。於是額定值SW的躍變單獨由P部分33進行調節。I部分32中斷的時間可預先規定為固定的或選擇成可變的，例如根據額定值SW的躍變高度進行選擇。
如果方塊37未識別出躍變，則開關36保持接通，I部分32有效。然後，I部分32輸入相加位置34。在這裡必須再次指出，圖2的調節器20和開關36最好作為軟體來實現。
相加位置34產生的和S相當於由調節器20產生的並輸入脈衝發生器22中的信號。
圖1所示的系統用來調節通過一個或多個調節元件10的電流，其動作原理如下通過調節元件10的電流用第一開關11進行調節。為此，第一開關11加一個PWM信號(PWM二脈衝寬度調製)。在正常運行中，第二開關12是接通的。
在圖3中，示範性地繪出了這個PWM信號與時間t的關係。PWM信號只在第一開關11接通的一個接通狀態(「1」)和第一開關11接通的一個斷開狀態(「0」)之間的區別。在第一開關11接通時，電流從電流UV通過第一開關11。調節元件10、電流測量電路13和接通的第二開關12流向接地。在第一開關11斷開時，沒有這樣的電流流動。所以，通過PWM信號的接通和斷開時的變化可影響通過調節元件10流動的電流。
PWM信號由脈衝發生器22根據調節器20的輸出信號來產生。特別是，調節器20的輸出信號被脈衝發生器22轉換成一個PWM信號，其接通和斷開時間的比例相當於該輸出信號的幅度。
PWM信號的一個接通和斷開循環的持續時間TC相當於PWM信號的所謂斬波頻率。調節器20和/或脈衝發生器22可改變這個持續時間TC。如果有多個調節元件10，則其持續時間TC可單獨地進行改變。
為了保證屬於不同調節元件10的第一開關11的接通和/或斷開時間點儘可能不同時發生，單個調節元件10錯開相位進行調節。通過持續時間TC的變化可這樣影響這種相位關係，使脈衝沿儘可能少地相互下降。
持續時間TC和斬波頻率的變化也可用來達到這樣的目的，即在較大的斬波頻率時，減少由於可移動的鐵心的較小位移範圍所引起的調節元件10的所謂座位振動。通過較小的斬波頻率，特別是在平均電流範圍內可減少調節元件10的滯後。斬波頻率可隨溫度這樣進行調節，在較低溫度時減少斬波頻率，這樣就可減小調節元件10在較低溫度時存在的摩擦滯後。
調節器20和/或脈衝發生器22可執行所謂的高頻振動功能，這涉及通過調節元件10的電流的低頻振蕩疊加。這時，對已確定的PWM信號加入或減去一個可預定的高頻振蕩值DW。在多個調節元件10時，可獨立地和可變化地執行這個高頻振蕩功能。
在一個單獨的調節元件10時，在圖3中是這樣表示這種高頻振蕩功能的，PWM信號的單個脈衝首先延長然後縮短一個高頻振蕩值DW。單個脈衝延長的持續時間T1等於這些脈衝縮短的持續時間T2。從上述兩個持續時間T1、T2相加得出的高頻振蕩功能的總的持續時間TD為斬波頻率的持續時間TC的倍數。在此例中，持續時間TD持續時間TC的10倍。
通過高頻振蕩值DW的時間長度的變化還可補充改變高頻振蕩功能的範圍。
用這種高頻振蕩功能尤其可防止被控的調節元件10的活動鐵心轉入靜摩擦狀態。亦即該鐵心通過這種高頻振蕩功能可連續保持在滑動摩擦狀態，並由此達到調節元氣10的最小的滯後。
調節器20在預定的時間間隔中啟動，並根據存在的調節元件10的數目進行輸出。對所有的調節元件10都由調節器20向脈衝發生器22發出相應的輸出信號。然後，該脈衝發生器連續產生不同調節元件10的相應PWM信號，最後用它們控制屬於不同調節元件10的第一開關11。
按這種方式通過不同調節元件10流動的電流由相應的電流測量電路13進行測量。這裡的電流測量電路最好是一個所謂的分流電阻。測出的電流值傳送到校正器21，在該處，由調節器20或脈衝發生器22輸入的高頻振蕩功能又被計算出來。所以實現了高頻振蕩功能對調節器20不產生任何影響的目的。
高頻振蕩功能可在校正器21中例如這樣進行補償，即從兩個在持續時間T1的時間間隔中測出的電流值形成平均值。根據高頻振蕩功能的持續時間TD和斬波頻率的持續時間TC之間的關係在上述平均值中，不再含有高頻振蕩功能和尤其是高頻振蕩值DW。
如前所述，由校正器21傳遞到調節器20的測出的和沒有高頻振蕩功能的電流值是實際值IW。
測出的電流值也可由電流測量電路13傳送到診斷器23。在該處，測出的電流值與額定值SW進行比較。在誤差超過預定的最大值時，診斷器23或者通過調節器20進行校正或者切斷通過相應調節元件10或所有的調節元件10的電流。
在一個或多個調節元件10和第二開關12之間存在的電位由監控器14進行監控並傳送到診斷器23。如果這個電位是錯誤的，則特別存在到供電電壓UV的短路，於是診斷器23通過調節器20立即斷開第二開關12，所以不再有電流通過調節元件10流動。
在調節元件10和第一開關11之間存在的電位由診斷電路16進行監控並傳送到診斷器23。如果這個電位是錯誤的，則特別存在到接地的短路，於是診斷器23通過調節器20立即斷開第一開關11，所以不再有電流通過調節元件10流動。
此外，診斷電路16識別出那些第一開關11斷開和接通的時間點。診斷器23可從這些測出的時間點確定相應的、通過相應調節元件10流動的電流值。這個確定的電流值與由電流測量電路13測定的電流值和/或與額定值SW進行比較。如果診斷器23確定的誤差大於預定的最大值，則又是通過調節器20切斷通過要應調節元件10或通過所有的調節元件10的電流。
總的來說，按這種方式可多次和冗餘監控通過該調節元件10流動的電流。這也適用於存在多個調節元件10的情況。
在圖1所示系統用來調節通過一個或多個調節元件10的電流的第一次運行之前，亦即尤其是在該系統的啟動過程中，第二個開關12仍然處於斷開狀態，所以沒有電流通過調節元件10。因此，可以不確定調節元件10和第二個開關12之間的電位。
但可用電阻17來確定這個電位。電阻17隻存在一次並具有一個較早的大的電阻值。根據電阻17，在調節元件10和第二個開關12之間的電位可通過監控器14進行確定並由此確定到供電電壓UV或到接地的短路。
不同於圖1的另一方案是，可將PWM信號加到第二開關，而第一開關在正常運行中則保持連續接通。在這種情況中，診斷電路對應第二個開關，而監控器則對應第一個開關。但可變的斬波頻率和高頻振蕩功能可按相同的方式使用，如結合圖1所述的那樣。
權利要求
1.通過一個電磁調節元件(10)調節電流的方法，其中，調節元件(10)、第一個開關(11)和一個電流測量電路(13)形成一個串聯電路，一隻自振蕩二極體(15)與調節元件(10)並聯，第一個開關(11)通過一個調節器(20)和一個脈衝發生器(22)用一個PWM信號(PWM＝脈衝寬度調製)這樣進行接通和斷開，把由電流測量電路(13)測出的、通過該調節元件(10)流動的電流調節到一個額定值(SW)，其特徵為PWM信號的一個接通和斷開循環的持續時間(TC)是可改變的；一個所謂的高頻振蕩功能以低頻振蕩的形式疊加到PWM信號上。
2.按權利要求1的方法，其特徵為，在高頻振蕩功能的情況下，PWM信號的第一個脈衝都加入或減去一個高頻振蕩值(DW)。
3.按權利要求2的方法，其特徵為，高頻振蕩值(DW)加入PWM號的脈衝的持續時間(T1)等於高頻振蕩值(DW)減去這些信號的持續時間(T2)。
4.按權利要求3的方法，其特徵為，從這兩個持續時間(T1、T2)得出一個總的持續時間(TD)，這個總的持續時間是PWM信號的一個接通和斷開循環的持續時間(TC)的倍數。
5.按前述權利要求任一項的方法，其特徵為，由電流測量電路(13)測出的、通過調節元件(10)流動的電流由一個校正器(21)從高頻振蕩功能中分離出來。
6.按權利要求5和4的方法，其特徵為，兩個電流值在那個把高頻振蕩值(DW)加入或減去PWM信號的脈衝的持續時間(T1)的時間間隔中進行測量，這兩個測出的電流值形成一個平均值。
7.按前述權利要求任一項的方法，其特徵為，一個診斷器(23)從第一個開關(11)的測定的接通和斷開時間點中確定通過調節元件(10)的電流，而且診斷器(23)把這個確定的電流與由電流測量電路(13)測出的電流和/或與額定值(SW)進行比較。
8.具有程序指令的電腦程式，這些程序指令適用於當在一臺計算機尤其是一臺微處理機上執行時能實施前述權利要求任一項的方法。
9.按權利要求8的電腦程式，其特徵為，該程序存儲在一種電子的存儲介質上，特別是存儲在一個快閃記憶體上。
10.通過電磁調節元件(10)調節電流的控制器，其中，調節元件(10)、第一個開關(11)和一個電流測量電路(13)形成一個串聯電路，一隻自振蕩二極體(15)與調節元件(10)並聯，該控制器具有一個調節器(20)和一個脈衝發生器(22)，其中，第一開關(11)用一個PWM信號(PWM＝脈衝寬度調製)這樣進行接通和斷開，把由電流測量電路(13)測出的、通過該調節元件(10)流動的電流調節到一個額定值(SW)，其特徵為，該控制器適用於改變PWM信號的一個接通和斷開循環的持續時間(TC)並把一個所謂的高頻振蕩功能以低頻率振蕩的形式疊加到PWM信號上。
11.按權利要求10的控制器，其特徵為，該控制器用於汽車上，特別是汽車的變速器控制。
全文摘要
本發明涉及一種通過一個電磁調節元件(10)調節電流的方法。調節元件(10)、第一開關(11)和一個電流測量電路(13)形成一個串聯電路。一隻自振蕩二極體(15)與調節元件(10)並聯。第一開關(11)通過一個調節器(20)和一個脈衝發生器(22)用一個PWM信號(PWM二脈衝寬度調製)這樣進行接通和斷開，把由電流測量電路(13)測出的、通過該調節元件(10)流動的電流調節到一個額定值(SW)。PWM信號的一個接通和斷開循環的持續時間是可改變的，並把一個所謂的高頻振蕩功能以低頻振蕩的形式疊加到PWM信號上。
文檔編號H02P25/06GK1606719SQ03801768
公開日2005年4月13日 申請日期2003年6月10日 優先權日2002年9月14日
發明者W·屈恩, E·施蒂布勒, R·法克勒爾, C·克萊因, B·古斯曼, C·施維恩特克, I·米勒-沃格特 申請人:羅伯特-博希股份公司