通過溫度模型對用電器的控制的製作方法
2023-12-04 13:03:11 1
通過溫度模型對用電器的控制的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於運行車輛中的用電器(14)的方法，其包括確定(110)所述用電器(14)的周圍環境中的周圍環境溫度的步驟以及確定(120)用於所述用電器(14)的電功率的期望值。所述方法的特徵在於至少由所述周圍環境溫度求取(140)所述用電器的當前內部溫度以及基於所述當前內部溫度確定(190)所述電功率的調節值。
【專利說明】通過溫度模型對用電器的控制
【技術領域】
[0001]本發明涉及對車輛中的用電器的控制。本發明尤其涉及一種用於運行車輛中的用電器的方法、一種車輛的控制裝置以及一種車輛系統。
【背景技術】
[0002]在現代的發動機、尤其車輛中的內燃機中，往往使用電機來調節確定的機械控制元件。所述電機例如可以直接設置在待操作的組件上或者例如通過杆或傳動裝置與待操作的組件連接。這種由驅動單元和相應的變速或傳動元件的組合經常稱作執行器(Aktuator)。內燃機中的節氣門例如可以通過傳動裝置與電動機連接。可以通過控制電子器件或通過控制設備來控制所述電動機，以便實現節氣門的所期望的位置改變。
[0003]這樣的電執行器可以用於多個其他領域——例如渦輪廢氣門調節器中或者廢棄再循環裝置的調節元件上。由於所述執行器在例如內燃機的重要部件上的使用，對可靠性提出了高的要求，但同時也要求低的製造成本和維護成本。這些部分矛盾的高要求可能經常需要結構大小和可能的使用場景方面的折中。
[0004]如果電動機的內部溫度超過極限值，則可能發生損壞。因此，經常如此運行電動機，使得在電動機的最大持續功率時可以通過熱耦合導出產生的熱並且因此使電動機的內部溫度保持在不緊要的範圍中。當然，通過限制到最大持續功率上不使用電動機的最大可能的功率。
[0005]EP I 188 640 BI描述了用於電子地控制機動車中的分配給調節系統的執行器的設備和方法。
【發明內容】
[0006]此外，藉助本發明的實施方式能夠實現重量的減輕以及電執行器的成本的降低。
[0007]本發明的一個方面涉及一種用於運行車輛中的用電器的方法，所述方法包括以下步驟:確定用電器的周圍環境中的周圍環境溫度以及確定用於用電器的電功率的期望值。所述方法的特徵在於，此外至少由周圍環境溫度求取用電器的當前內部溫度並且基於所述當前內部溫度確定電功率的調節值。
[0008]此外，用電器一例如電動機在運行時由於不同的效應產生熱。根據與外部介質——例如金屬的內燃機缸體的熱連接，所述熱導致用電器的內部溫度的升高。如果產生比可以通過熱耦合導出的熱更多的熱，則在用電器內部出現持續的溫度升高。在此，所產生的熱量隨用電器的功率的增大而增多。通過用電器的特性、通過其熱容量存儲或緩存一定量的熱，因此可以使溫度以一個時間延遲之後才升高。
[0009]通過使用用電器的當前內部溫度作為用於確定功率的調節值的參考量，例如可以利用功率的當前調節值和由此得到的用電器的發熱之間的時間偏移。因此，可以有效地在超過實際的或當前的內部溫度的情況下通過匹配用電器的調節功率來實現過熱保護和/或過載保護。
[0010]在此，用電器例如可以是驅動電機一一尤其電動機、歐姆用電器——例如加熱器坐坐寸寸O
[0011]周圍環境溫度可以理解為在用電器的間接的或直接的周圍環境中出現的溫度。這例如可以是發動機艙中的不同位置。因此，在發動機控制和監視的範疇內經常檢測例如油溫度的值、吸入空氣溫度的值或冷卻水溫度的值。但所述周圍環境溫度也可以涉及直接在用電器的殼體中——例如有源的電機元件的直接周圍環境中的溫度。
[0012]用於電功率的期望值可以理解為在不考慮內部溫度的情況下例如由處理單元或微控制器確定的功率。例如可以假設所述期望值為零和電動機在最大可達到的轉矩時的最大技術可能的功率之間的值。
[0013]用電器的當前內部溫度可以理解為在用電器的內部出現的溫度。這例如可以是電樞繞組的溫度或電動機的定子的溫度。換言之，內部溫度可以描述用電器的關鍵組件的對於過載保護重要相關的溫度。內部溫度也可以受外部影響一例如受來自發動機艙的外部熱源影響。
[0014]電功率的調節值可以理解為相應於用電器的實際功率的功率值。所述調節值可以不同於先前確定的期望值。所述調節值也可以表示末級上的功率的控制值，所述末級則在其方面提供用於用電器的電功率。
[0015]根據本發明的一種實施方式，調節值的確定基於存儲在控制裝置中的特徵曲線。所述特徵曲線包含大量的內部溫度值，所述內部溫度值具有分別分配的功率最大值。可以在內部溫度升高時降低功率最大值。
[0016]大量的不同內部溫度分配給特定的功率最大值的可能性可以視為特徵曲線的優點。這可以允許功率的調節值根據內部溫度的準確並且詳細的影響。
[0017]通過在內部溫度升高時降低功率的調節值能夠實現在內部溫度升高時降低通過用電器的熱產生並且因此降低或延遲附加的發熱。由此能夠實現有效的過熱保護。
[0018]同時，這在下方的溫度區間中可以允許更高的負載、即更高的功率調節值。相比持久施加的功率，這至少可以暫時增大用電器的可能的最大的功率。
[0019]控制裝置可以理解為在考慮不同的外部輸入變量、測量參量和調節的情況下產生用於調節用電器的功率的控制信號的部件或組件。這例如可以是微控制器，其中溫度/最大值特徵曲線可以存儲在微控制器的存儲器中。例如可以將控制信號或控制參量傳送到末級，所述末級提供用於電運行用電器所需的功率電子器件。
[0020]用電器的功率可以理解為功率最大值，不允許超過所述功率最大值的值，以便防止用電器的過熱。在此，可以通過不同的方式求取最大值，例如通過測試系列的測量數據的求取或基於計算的求取。通過特徵曲線在控制裝置中的存儲，可以通過簡單的方式改變或更新所述值。
[0021]根據本發明的一種實施方式，在特徵曲線的具有低的內部溫度的第一區間中，功率最大值大於用電器的持續功率。在特徵曲線的具有更高的內部溫度的第二區間中，功率最大值小於用電器的持續功率。
[0022]在此，持續功率可以理解為用電器的以下功率:在所述功率時可以在較長的時間段上通過熱耦合導出所產生的熱，從而用電器的內部溫度不超過確定的極限值。換言之，在用電器在持續功率下運行的情況下不產生過載或過熱的危險。
[0023]在下方的溫度區間中更高的功率的優點可能是用電器的暫時的、限制的更高負載。這可以允許用電器用於短時的更高功率，其持續功率具有更低的功率值。例如，在下方的溫度區間中，電動機可以暫時輸出更高的轉矩並且因此輸出比所說明的持續功率更高的功率。
[0024]在更高的內部溫度的區間中比持續功率更低的功率的優點可能是對用電器的過熱的更好保護。例如，用電器可能被外部的熱源附加地加熱，由此可能需要通過熱耦合附加地導出熱。通過電功率調節值減小到持續功率以下，在一個示例中通過用電器產生比可以通過熱耦合導出的熱更少的熱。這可以允許附加的熱從用電器導出並且因此可以明顯降低過熱的危險。
[0025]根據本發明的一種實施方式，確定電功率調節值還具有以下步驟:由特徵曲線求取分配給當前內部溫度值的功率最大值以及比較電功率期望值與功率最大值。
[0026]通過先前求取的或確定的功率期望值與功率最大值的比較，例如可以確定並且防止超過最大值。所述比較例如可以在控制設備的微控制器中實現。例如可以通過對微控制器或控制裝置的存儲器的參考存取以及所屬的電功率最大值的讀取進行最大值的求取。
[0027]根據本發明的一種實施方式，通過以下方式進行調節值的確定:功率調節值小於或等於當前內部溫度時的電功率最大值。這可以防止用電器的過熱或過載。
[0028]根據本發明的一種實施方式，藉助與用電器在空間上間隔開的傳感器求取周圍環境溫度。
[0029]優點可以在於，可以考慮已經存在的溫度傳感器來求取用電器的內部溫度。在此，可以在用電器的周圍環境中充分利用不同組件的熱耦合。不同組件(如發動機艙中發動機缸體上的節氣門、閥門、泵)通過導熱元件彼此連接、例如旋緊。也考慮通過空氣的熱傳輸，例如在發動機艙內。
[0030]在本發明的一種實施方式中，求取內部溫度的步驟還包括求取用電器的當前功率，其中內部溫度的求取基於用電器的當前功率。
[0031]優點可以在於，可以將當前功率視為內部溫度的重要影響因素並且通過這種方式將當前功率包含到所述值的求取中。當前功率例如可以由在控制裝置中確定的電功率調節值求取。
[0032]在本發明的一種實施方式中，藉助預定義的模型來計算內部溫度。所述模型應在內部溫度方面反映影響參量與測量值的不同的相關性和關係並且因此能夠實現內部溫度的計算推導。所述模型可以實現高數學複雜度並且例如實現為微控制器中的軟體。
[0033]在本發明的一種實施方式中，用電器是電動機。根據其大小、功率和成本，可以將所述電動機尤其用在執行器中。在此，電動機的概念也可以包括所有藉助電能或電磁能產生運動的設備。
[0034]本發明的另一方面涉及一種車輛的控制裝置，其實施用於實施以上所描述的方法的步驟。
[0035]控制裝置可以理解為機動車的控制不同車輛組件的控制設備。除以上描述的功能以外，所述控制裝置能夠控制多個其他車輛組件。例如，儀器、不同調節設備、駕駛員信息系統或安全系統屬於此。
[0036]本發明的另一方面涉及一種包含如以上所描述的控制裝置的車輛系統以及一種用電器。
[0037]可以理解，如以上和以下描述的方法的特徵也可以是控制裝置或車輛系統的特徵，反之亦然。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]以下參考附圖詳細描述本發明的實施例。說明書和附圖都不限制本發明。
[0039]圖1示出根據本發明的一種實施方式的車輛系統的簡化示意圖；
[0040]圖2示出根據本發明的一種實施方式的控制裝置的功率/溫度特徵曲線的示圖；
[0041]圖3示出根據本發明的一種實施方式的用於運行用電器的流程圖。
[0042]附圖僅僅是示意性的並且不是嚴格按比例的。原則上，相同的或相似的部分設有相同的參考標記。
【具體實施方式】
[0043]在圖1中以簡化的形式示出車輛系統10的重要組件。在此，控制設備12用於控制作為執行器16的一部分的電動機14。例如，這可以是具有內燃機的機動車中的節氣門執行器，其中電動機14通過機械傳動影響節氣門的轉動。通過末級18——例如H電橋來控制電動機14。如此標度並且設計所述末級，使得其可以向電動機14提供最大的、在整個溫度區間上出現的最大功率。在一個示例中，末級18也可以設計用於暫時的過載運行。
[0044]末級18可以是集成的組件，但也可以針對非常高的功率特定地由分離的電子部件構造。為了增大功率，例如可以並聯或者以其他方式組合多個集成的末級18。這可以降低末級18的空間需求以及成本。
[0045]設置在控制設備12中的微控制器22包含存儲器26，所述存儲器用於存儲溫度/最大值特徵曲線170、200(參見圖2和3)和/或用於存儲用於當前內部溫度的計算模型150(參見圖3)。在一個示例中，微控制器22可以是中央的機動車控制設備或者機動車計算機的一部分。
[0046]此外,控制設備12包含第一溫度傳感器28,所述第一溫度傳感器向微控制器22提供第一溫度信息30。所述溫度信息例如可以是周圍環境溫度。所述第一溫度傳感器28設置在控制設備12中、例如末級18的範圍中，以便在計算當前內部溫度時考慮末級18的溫度狀態。第二溫度傳感器32設置在控制設備12外部以及執行器16外部。所述第二溫度傳感器向微控制器22傳遞第二溫度信息34。例如，這可以是已經存在的用於油溫度或吸入空氣溫度的溫度傳感器。可以理解，替代在此示出的單個的溫度傳感器28、32也可以分別存在多個內部的和外部的溫度傳感器28、32，其溫度信息可以由微控制器22用於計算電動機14的當前內部溫度。在一個示例中，溫度傳感器28、32設置得很接近電動機14。例如，溫度傳感器28、32與電動機14之間的間距為5至40釐米。
[0047]例如可以如此實施微控制器22，使得其確定功率期望值並且在使用存儲在存儲器26中的計算模型以及在使用由溫度傳感器28、32提供的溫度信息30、34的情況下由電動機14的當前功率計算電動機14的當前內部溫度。微控制器22從存儲器26中由溫度/最大值特徵曲線200(參見圖2)讀取屬於所計算的內部溫度的功率最大值，將所述功率最大值與先前確定的期望值進行比較並且產生用於控制末級18的相應的控制信號24。末級18然後以電功率調節值運行電動機14。
[0048]圖2示出溫度/最大功率特徵曲線200，其根據當前內部溫度220示出最大功率210。在此，函數曲線230分別將最大功率210的一個所屬的離散值分配給一個離散的當前內部溫度值220。在溫度軸上繪製的當前內部溫度220的值隨著與坐標原點240的距離的增大而升高。同樣，在功率軸上繪製的最大功率210的值隨著與坐標原點240的間距的增大而增大。
[0049]此外，在特徵曲線200中示出至今經常使用的具有持續功率250的曲線。所述持續功率250在整個溫度變化上是恆定的。在一個示例中，在最大以持續功率250運行用電器14的情況下，通過用電器14和末級18的運行產生的熱通過熱耦合導出，從而可以避免用電器14和末級18的過熱。換言之，能夠實現用電器14和末級18的可靠運行直至所述持續功率250。
[0050]相對於持續功率250，最大功率230的曲線下降地延伸。這意味著，在下方的內部溫度區間270中以比持續功率更高的功率運行用電器14。如果由於增大的功率在用電器14中產生的熱增加，則在時間延遲之後由於用電器14的熱存儲特性用電器的當前內部溫度220也上升。因此，通過曲線230的下降特性得到用電器14的更小的最大功率210，由此再次產生更少的熱。這可以延遲或防止用電器14的當前內部溫度的進一步上升並且因此防止損壞。機動車內燃機範圍內的正常的內部溫度或運行溫度例如可以在約140°C的範圍內。
[0051]在此優點可以是，在一個限定的時間段上可以短時以高於持續功率250的功率運行用電器14。在此，可以短時使用更高的轉矩或力。
[0052]在內部溫度260時，曲線230的最大功率相應於持續功率250。其在作為用電器的電動機14中在用於機動車的內燃機附近的情況下例如可以約為200°C。
[0053]如果在上方的溫度區間280中當前內部溫度220繼續上升，則用電器14的最大功率210下降到持續功率250的值以下。這可能意味著，與通過用電器14的運行產生的相比，通過熱耦合導出用電器的更多的熱。這例如在以下情況中可能是有意義的:通過外部的、強烈的熱源附加地加熱用電器14或末級18。在此，仍可以通過熱耦合導出全部熱。這能夠實現對用電器14的過熱的有效保護。
[0054]在一個示例中，也可以通過以下方式實現函數曲線230的產生:定義和/或在控制裝置12中存儲限定數量的離散的內部溫度220和相應分配的功率最大值210並且通過內插在微控制器中計算函數曲線230的位於其間的區間。在車輛技術的應用領域中，所定義的最大值(也稱作支撐點)的數量例如可以在5和10之間。
[0055]在圖3中示出用於運行用電器的方法100，所述方法例如可以由控制裝置12或者微控制器22實施。
[0056]在步驟110中，首先確定周圍環境溫度。這例如在用電器14的直接周圍環境中通過相鄰的傳感器28、32進行。在此，也可以使用已經用於其他目的的傳感器28、32的溫度信息。
[0057]在步驟120中，確定用於用電器14的電功率的期望值。所述期望值可以由控制裝置12或微控制器22生成，以便通過作為用電器的電動機14以確定的強度使調節元件運動。
[0058]此外，在步驟130中求取用電器14的當前功率。所述功率例如可以通過直接來自微控制器22的信息或者通過單獨的測量設備獲得。
[0059]在步驟140中，所述信息可以與周圍環境溫度和可能其他的輸入參量組合地用於求取當前內部溫度。通過應用用於內部溫度的計算模型150進行所述計算，所述計算模型例如可以在微控制器22中以軟體反映。
[0060]在隨後的步驟160中，求取電功率最大值。所述最大值例如可以表示不允許被超過的功率值，以便防止過熱或損壞。在此示出的示例中，最大值由溫度/最大功率特徵曲線170獲得，所述特徵曲線對於當前內部溫度的確定的值準備好事先定義的所屬的最大功率。所述溫度/最大功率特徵曲線170例如可以是圖2中的溫度/最大功率特徵曲線200。
[0061]在步驟180中，將在步驟120中求取的電功率期望值與在步驟160中由特徵曲線170讀取的電功率最大值進行比較。所述比較可以用於確定期望值超過功率最大值。當在步驟190中隨後確定功率調節值時，在期望值小於或等於功率最大值時如此選擇調節值，使得所述調節值相應於期望值。如果所述期望值超過最大值，則如此確定所述調節值，使得所述調節值相應於功率最大值。換言之，將調節值最大限制到功率最大值上。然後，可以藉助在步驟190中確定的調節值直接控制功率末級18或用電器14。
[0062]補充地指出，「包括」不排除其他的元素或步驟，並且「一個」不排除多數。此外指出，也可以組合以上描述的其他實施例的其他特徵或步驟來使用參考以上實施例中之一描述的特徵或步驟。權利要求書中的參考標記不視為限定。
【權利要求】
1.一種用於運行車輛中的用電器(14)的方法(100)，所述方法(100)包括以下步驟: 確定(110)所述用電器(14)的周圍環境中的周圍環境溫度； 確定(120)用於所述用電器(14)的電功率的期望值； 其特徵在於: 至少由所述周圍環境溫度求取(140)所述用電器的當前內部溫度； 基於所述當前內部溫度確定(190)所述電功率的調節值。
2.根據權利要求1所述的方法(100)， 其中，所述調節值的確定(190)基於存儲在控制裝置(12)中的特徵曲線(170，200)； 其中，所述特徵曲線(170，200)基於具有分別分配的功率最大值的多個內部溫度值； 其中，當內部溫度值上升時所述功率最大值減小。
3.根據權利要求2所述的方法(100)， 其中，在所述特徵曲線(170，200)的具有低的內部溫度的第一區間中，所述功率最大值大於所述用電器(14)的持續功率； 其中，在所述特徵曲線(170，200)的具有更高的內部溫度的第二區間中，所述功率最大值小於所述用電器(14)的持續功率。
4.根據權利要求2或3中任一項所述的方法(100)，其中，所述調節值的確定(190)還具有以下步驟: 由所述特徵曲線(170，200)求取(160)分配給所述當前內部溫度值的功率最大值； 比較(180)所述電功率的期望值與所述功率最大值。
5.根據權利要求4所述的方法(100)，其中，通過以下方式進行所述調節值的確定(190):所述功率的調節值小於或等於在所述當前內部溫度時的電功率最大值。
6.根據以上權利要求中任一項所述的方法(100)，其中，藉助與所述用電器(14)在空間上間隔開的傳感器(28，32)求取所述周圍環境溫度。
7.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，求取(140)所述內部溫度的步驟還具有: 求取(130)所述用電器(14)的當前功率； 其中，所述內部溫度的求取(140)基於所述用電器(14)的當前功率。
8.根據以上權利要求中任一項所述的方法(100)，其中，藉助預定義的模型(150)進行所述內部溫度的計算(140)。
9.根據以上權利要求中任一項所述的方法(100)，其中，所述用電器(14)是電動機。
10.一種用於車輛的控制裝置(12)，其實施用於實施根據權利要求1至9中任一項所述的方法的步驟。
11.一種車輛系統(10)，其包括: 根據權利要求9所述的控制裝置(12)和用電器(14)。
【文檔編號】G05D23/19GK104238591SQ201410267366
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2013年6月19日
【發明者】A·格羅斯曼, R·施魏因富特, M·克勞斯, M·許斯格斯, A·埃瓦爾德 申請人:羅伯特·博世有限公司