CN113614545B - 用于确定电子换向电机的转速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定电子换向电机(14)、尤其是风机(11)的电机(14)的转速的方法，其中，在多个时刻检测电流测量值(18、19)，该电流测量值说明了输送给电机(14)的驱动电流的电流强度(22)，然后根据检测到的电流测量值(18、19)确定电机(14)的转速。可将电流测量值与阈值相比较，可评估在超过阈值或低于阈值的时刻之间的间隔。该方法可用于监测风机。

Description

用于确定电子换向电机的转速的方法

背景技术

尤其在机动车中，特定部件的用风机的强劲冷却对于相应部件的运行潜在地特别重要。例如，如果具有不同电压的两个车载电网(例如12伏电网和48伏电网)通过DC/DC转换器连接，则典型地至少在一些运行情况下需要对其进行冷却。在此，优选地，应稳健地识别风机是否能工作。

一种简单的诊断方案是检查风机在运行中是否消耗电流。因此例如可识别出风机是否正确安装。然而，如果要进行全面的车载诊断，这可能还不够。例如，被卡锁的风机也可能消耗电流，但仍然没有冷却效果。

为了执行风机的转速监测，已知通过相应的安装于风机中的传感器机构和附加的线路提供风机的速度计信号。因为需要附加的线路，所以风机不再能以常规的方式联接，或者除了常规的布线之外，还必须联接到通信接口。这显著提高了车辆的制造成本。

文献DE19807253C1公开了一种用于探测电子换向风机的转速的电路组件。在此，评估由风机在其供电线路上引起的电流波动的电流陡度。

文献US7304470B2提出了，对在与风机串联的分流电阻器处下降的电压执行模拟差分和滤波。将所得到的信号转换成数字脉冲信号，并且输送给频率计数器模块，以便确定风机的旋转速度。

现有技术中所说明的对在分流电阻器处下降的电压进行的差分和脉冲整形一方面导致相对较高的电路成本。另一方面，差分信号的评估或边沿探测引起高频干扰信号测量的高灵敏度。这种情况尤其在使用具有高的切换频率的DC/DC转换器为风机供电时可能发生。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种相对改善的用于确定电子换向电机的转速的可行方法，该方法尤其对高频干扰不敏感，并且因此尤其是当电机通过高频切换的DC/DC转换器供电时也能够实现鲁棒的转速检测。

根据本发明，该目的通过开头提到的类型的方法来实现，其中，在多个时刻检测电流测量值，该电流测量值说明了输送给电机的驱动电流的电流强度，然后根据检测到的电流测量值确定电机的转速。

因此提出，不是评估电流强度的时间导数或描述电流强度的测量量的时间导数，而是直接检测电流强度或相应的电流测量值。对电流强度或相应的电流测量值的时间导数的检测不适合于说明输送给电机的驱动电流的电流强度，这是因为该检测不能正确描述直流电流分量。因为电流测量值直接说明电流强度，而不是说明电流强度的时间导数，所以避免了上述高频频率分量的放大，并且因此尤其是避免了例如可由高频切换的DC/DC转换器引起的干扰信号的放大。同时，通过检测直接说明电机的电流强度的电流测量值，如后面还将更详细地阐述的那样，可实现特别简单的电路结构。电流测量值的检测尤其可用相对高的采样率来进行，即，采样率例如至少是电机的电子换向频率的五倍或至少是十倍。电流测量值例如可用八位或十六位的分辨率来检测。

根据本发明的方法可尤其在诊断方法的框架内来执行，以便对电机或风机进行诊断。诊断方法尤其可用于识别电机或风机的卡锁。例如可识别到在通电时转速长时间保持为零或非常低的值、尤其是低于限值，并且在这种情况下可将相应的故障消息发送给诊断设备等等。

电机的转速可根据所检测的电流测量值中的哪些达到或低于预定的限值来确定。在电机电子换向时，通常所有相在短时间内分离。因此，在检测带宽足够高的情况下，即，尤其在模数转换的频率足够高且在检测路径中使用足够宽的滤波器时，原则上可识别出没有电流流动的时刻，并且因此该时刻明显还是换向的时刻。因为通常可达到的带宽和转换器速率是受限的和/或信号被噪声加载，所以通常即使在切换电机的换向时也不会测得对应于零通过电流的电流测量值。因此，优选地选择稍微高于对应于零通过电流的电流测量值的限值，使得实际上可识别到电机的所有换向。限值例如可选择成，使得当驱动电流的电流强度下降到低于平均电流强度的10％、30％、50％或70％时，电流测量值低于该限值。

电机的转速可根据在哪些时刻和/或以什么样的时间间隔检测到达到或低于所述或一预定的限值的电流测量值来确定。例如，每次当低于限值时，可读取并重置计数器，以便检测相应的电流测量值的时间间隔。在这种情况下，计数器值与电机换向的周期成比例，即，与换向频率成反比，进而也与电机的转速成反比。为了获得噪声较小的转速信号，例如可对测得的时间间隔或所确定的频率进行取平均值、中值选择等等。

驱动电流可由驱动电路、尤其是DC/DC转换器来提供，其中，驱动电路为与驱动电流成比例的测量电压提供输出端，其中，测量电压的电压值被作为电流测量值进行检测。驱动电路尤其可以是可切换的，以便根据需要激活或停用电机。驱动电路例如可为DC/DC转换器、即直流变压器，或者是它的一部分，以便为电机提供确定的或可变的运行电压。

提供与驱动电流成比例的测量电压的最简单的方法是，在驱动电路内使用分流电阻器，驱动电流通过该分流电阻器。因为这可导致附加的功率损耗，有利的是，代替于此使用单独的测量路径。例如已知，在直流变压器中将RC电路、即电阻器和电容器的串联电路并联连接到在直流变压的范围中使用的线圈。通过使RC电路与线圈阻抗相应协调，可实现电压在电容器处下降，其与由直流变压器提供的电流成比例。相应的过程在现有技术中原则上是已知的并且因此不作详细阐述。通过相应地选择RC电路的电阻器和电容器，有效地实现滤波。在此，可如此选择用在根据本发明的方法中的驱动电路，即，虽然在直流变压器中使用的切换频率被过滤掉，然而典型地明显更低的频率(电机以该明显更低的频率换向，并且因此电流由于电机的换向而波动)可基本上无衰减地被检测到。

电流测量值可通过模数转换器来检测。在此，电压值可直接地或在低通滤波后进行检测，其中，相对宽带的检测是期望的。检测的极限频率例如可为几十kHz或几百kHz。模数转换器的采样率应选择成是极限频率的至少两倍。在转换之前的滤波例如可通过在许多模数转换器中本来就集成有的、转换器的抗混叠滤波器来实现。尤其如此选择极限频率，即：使得其大于电机的最大期望的换向频率，尤其至少是电机的最大期望的换向频率的五倍、十倍或二十倍。

电机可驱动风机，风机冷却部件，该部件是直流变压器、整流器或逆变器，和/或是或包括处理装置，该处理装置被设立成确定转速或与转速相关的信息。如开头阐述的那样，对于尤其在机动车或转换相对较大的电流的其他设备中的直流变压器、整流器或逆变器，经常需要对它们进行冷却，其中，应鲁棒地识别出冷却的故障。为此，可如阐述的那样使用根据本发明的转速识别。直流变压器、整流器或逆变器通常本来就包括处理装置，例如微控制器，以便控制或调节例如所提供的电压和/或电流。因为在此本来就通常可监测输出的电流强度，因此根据本发明的方法通过稍加调整相应的处理装置的编程并且可选地通过更换例如在IC外部实现的用于电流检测的滤波器便可实现。处理装置例如可在内部专门处理所检测的转速，例如将转速与限值相比较，并且在低于限值时或在一段预定的时间区间上低于限值时，将相应的提示信号发送给外部的装置、例如设备或机动车的控制装置。因此，外部的装置可立即发出关于风机运行故障的信息，尤其发出关于风机的卡锁的信息。

除了根据本发明的方法之外，本发明还涉及一种设备、尤其是机动车，其包括电子换向电机、尤其是风机的电机，并且包括处理装置，处理装置设立成按照根据本发明的方法确定电机的转速。为该方法阐述的特征和细节能以在那里提到的优点转用到根据本发明的设备上，反之亦然。

电机可驱动风机，其中，设备包括至少一个通过风机冷却的部件，该部件为直流变压器或整流器或逆变器，和/或该部件包括处理装置。这已经在上文中阐述过了。尤其在机动车中，通常通过所提到的部件转换大量的能量，因此需要鲁棒的冷却，并且应鲁棒地识别出冷却的故障。直流变压器例如可在机动车中连接低压车载电网与高压车载电网。例如可在机动车中设置12伏车载电网和48伏车载电网，在这些车载电网中分别存在电子部件的一部分。为了将这两个车载电网彼此连接，并且例如在车载电网之一中的电池用来自车载电网中的另一车载电网的能量充电等等，可设置直流变压器，其如阐述的那样可通过风机来冷却。应鲁棒地识别出风机的故障，因为这种直流变压器的过热可在车辆中容易导致功能故障或损坏。因此，在这种情况下，所阐述的转速监测特别有利。

处理装置可设立成将诊断信息提供给设备的诊断装置或设备外部的诊断装置，该诊断信息涉及所述或一通过电机驱动的风机的功能性，并且与所确定的转速相关。诊断信息例如可取决于在电机通电时转速是否超过预定的转速限值，或者是否低于这样的限值一段超过时间限值的时间区间。因此可识别出风机是否被卡锁。如果情况如此，则可通过诊断装置将例如警告提示输出给设备的用户，使用设备的应急运行，在其中例如不再使用或以改变的参数使用直流变压器、整流器或逆变器，等等。由此，例如可避免相应的部件的过热。

附图说明

下文的实施例以及相关的附图示出了本发明的其他的优点和细节。其中，

图1示意性地示出了根据本发明的设备、即机动车的实施例，其设立成执行根据本发明的方法的实施例，

图2示意性地示出了在图1中示出的设备的详细视图，并且

图3示意性地示出了在根据本发明的方法的实施例的框架内探测的电流测量值的随时间的变化曲线。

具体实施方式

图1示出了设备1，在具体的示例中示出了机动车，该设备包括直流变压器2，以便将具有不同的直流电压的两个车辆电网3、4彼此连接。例如，车辆电网4可为48伏电网或高压电网，其在所示示例中包括电池5和起动发电机6。车辆电网3可为低压电网、例如12伏电网，其包括另外的电池7和另外的低压部件、例如照明设备8、驾驶辅助系统9和多媒体系统10。由于车辆电网3、4通过直流变压器2的连接，可在车辆电网3、4之间传输能量，例如以便通过起动发电机6给电池7充电或利用电池7的能量使机动车起动、在电池5、7之间交换能量等等。

尽管直流变压器此时非常高效，但通常需要主动冷却相应的部件12、即直流变压器2。为此，机动车包括风机11，其同样通过直流变压器2馈电。应识别风机11的故障或卡锁，以便在这种情况下例如通过相应地调整直流变压器2的运行或通过暂时阻止在车辆电网3、4之间的能量交换来避免过热。为此，在需冷却的部件12中集成有处理装置13，其监测风机11的在图1中未示出的电机的转速。为此使用的方法和其他与此有关的重要部件在下文中参考图2和图3详细地进行阐述。

如在图2中示意性地示出的那样，风机11的电机14通过直流变压器2供电，因此直流变压器用作电机14的驱动电路15。已知的是，相应的直流变压器2或驱动电路15可具输出端16，该输出端所提供的电压与由直流变压器2或驱动电路15提供的电流成比例。这例如可通过串联连接的分流电阻器来实现，相应的电压在该分流电阻器上下降。然而，优选地，RC电路并联连接到直流变压器2的有源线圈，相应的电压在其电容器处下降。该过程在现有技术中原则上是已知的，并且因此不进行详细阐述。这种RC电路可集成到驱动电路15中或独立于驱动电路形成。通过相应地选择电阻值或电容值可实现，滤除直流变压器2的高频的切换频率，其中，同时可识别出由于电机14的电子换向而引起的电流变化，在电子换向时，相应地短暂中断到电机的通过电流。

所述电压被输送给模数转换器17，以便检测数字电流测量值。如在图3中示出的那样，模数转换器17的采样率被选择成，使得在两个相继的电流测量值18、19的检测之间的时间间隔显著小于风机11的电机14的两次期望的换向之间的时间间隔。由此可以以足够的时间分辨率检测电流测量值18、19的时间变化曲线21，即识别出，在进行换向的时刻，电流22基本上降到零。

为了评估电流测量值18、19的时间变化曲线21和确定电机的转速或换向频率，将电流测量值18、19与限值23进行比较，以便识别出，哪些电流测量值18、19低于限值23，或者在哪些时刻24电流22下降到限值23之下。两个这样的时刻24之间的时间间隔20例如可由下述方式确定，即：每次在低于限值23时读取并重置处理装置13的内部计数器。因此，可确定在两次低于限值23之间的时间间隔20，并且因此确定在电机的两次换向之间的时间间隔。因为已知在电机每转一圈时发生了多少次电机换向，所以可基于时间间隔20的倒数值容易地算出电机的转速。

所说明的转速确定例如可通过处理装置13的处理器26来实施，该处理器执行存储在存储器27中的相应的程序。

如开头阐述的那样，所说明的转速检测主要用于识别风机11是否卡锁。因此，处理装置13尤其设立成，识别所确定的转速是否下降到预定的限值之下，或者是否在预定的时间区间内一直保持低于限值。与此相关的信息可提供给单独的诊断装置25，以便在设备1中、即在机动车中实现车载诊断。这可仅用于例如向机动车的用户输出相应的提示、将相应的信息写入到故障存储器中等等。然而，同样可行的是，根据诊断信息调整直流变压器2的运行，例如，如果识别到风机11被卡锁或出于其他原因检测到过低的转速，则限制或完全阻止在车辆电网3、4之间的能量传递。

Claims (11)

1.一种用于确定电子换向的电机(14)的转速的方法，其特征在于，在多个时刻检测电流测量值(18、19)，然后根据所检测的电流测量值(18、19)确定所述电机(14)的转速，该电流测量值说明了输送给所述电机(14)的驱动电流的电流强度(22)，

其中，所述驱动电流通过驱动电路(15)提供，所述驱动电路(15)提供与所述驱动电流成比例的测量电压的输出端(16)，其中，检测测量电压的电压值作为电流测量值(18、19)，

驱动电路(15)是直流变压器，在该直流变压器中，将电阻器和电容器的串联电路并联连接到在直流变压的范围中使用的线圈，并使该串联电路与线圈阻抗协调成，使得测量电压在电容器处下降，该测量电压与由直流变压器提供的电流成比例。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机是风机(11)的电机(14)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所检测的电流测量值(18、19)中的哪些电流测量值达到或低于预定的限值(23)来确定所述电机(14)的转速。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据在哪些时刻(24)和/或以多大的时间间隔(20)检测到达到或低于预定的限值(23)的电流测量值(18、19)来确定所述电机(14)的转速。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过模数转换器(17)检测所述电流测量值(18、19)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电机(14)驱动风机(11)，该风机对部件(12)进行冷却，该部件是直流变压器(2)或整流器或逆变器，和/或该部件是或包括处理装置(13)，该处理装置被设置用于确定转速或与转速相关的信息。

7.一种包括电子换向的电机(14)的设备，该设备包括处理装置(13)，其特征在于，所述处理装置(13)被设置用于根据权利要求1至6中任一项所述的方法确定所述电机(14)的转速。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备是机动车。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述电机是风机(11)的电机(14)。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述电机(14)驱动风机(11)，所述设备(1)包括至少一个通过所述风机(11)冷却的部件(12)，该部件是直流变压器(2)或整流器或逆变器，和/或该部件包括处理装置(13)。

11.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述处理装置(13)被设置用于将诊断信息提供给所述设备(1)的诊断装置(25)或设备外部的诊断装置，该诊断信息涉及通过所述电机(14)驱动的风机(11)的功能性并且该诊断信息与所确定的转速相关。