[发明专利]求机械换向的直流电动机的电动机轴转速和旋转角度的方法和设备

说明书

由电动机电流的和电动机端子电压的在换向时出现的波纹的测量到的时间曲线来求取机械换向的直流电动机的电动机轴的转速和旋转角度的方法。直流电动机的测量到的电动机端子电压和测量到的电动机电流、估计的负载力矩、估计的转速和估计的旋转角度被作为输入参量供应给卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波器包括直流电动机的电动机状态模型，其中，卡尔曼滤波器通过实施电动机状态模型提供直流电动机的估计的电流、修正的转速和修正的旋转角度作为输出参量。波纹探测单元由作为输入参量的测量到的电动机电流的波纹和由卡尔曼滤波器修正的转速确定换向时间，并且由此导出直流电动机的估计的转速和估计的旋转角度并且将这些作为输入参量提供给卡尔曼滤波器。

技术领域

本发明涉及一种用于由电动机电流的和电动机端子电压的在换向时出现的波纹的测量到的时间曲线来求取机械换向的直流电动机的电动机轴的转速和旋转角度的方法和设备。

背景技术

许多用于调整或者定位执行器（例如机动车中的车窗升降器或者座椅）的应用都是基于机械换向的直流电动机。这些应用需要准确地估计电动机转速和电动机位置，所述电动机转速和电动机位置能够由旋转角度来求取。电动机转速和电动机位置能够例如在使用位置传感器（例如霍尔传感器）的情况下来求取。然而，传感器的使用引起不必要的成本，如果可能的话，尤其是在批量应用时需要避免所述不必要的成本。

DE 197 29 238 C1说明了一种无传感器的位置识别方法，该位置识别方法基于对电动机电流的在换向时出现的波纹的测量到的时间曲线进行的分析利用。波纹（英语：ripple）能够作为用于机械换向的直流电动机的转速的尺度被检测和分析利用。这种波纹计数器通过检测和计数由直流电动机的换向引起的电流波纹来计算旋转角度（从而计算位置）。换向和随后的波纹产生取决于不同的内部因素和外部因素，例如电刷几何形状和换向器几何形状、电刷电阻和换向器电阻、环境温度等等。因此，在不利的条件下，尤其是当直流电动机的负载变化频繁或者直流电动机的电动机轴被阻塞时（这体现在电动机转速的突然降低上），单纯的对波纹进行计数以进行位置估计能够导致错误的结果。

US 9,046,543 B2公开了一种借助于快速傅里叶变换（FFT）确定机械换向的直流电动机的转速的方法，其中，转速作为FFT的结果被供应给卡尔曼滤波器，该卡尔曼滤波器在电动机状态模型中处理这个转速。所说明的处理方式的缺点是，FFT需要非常高的计算能力。

发明内容

本发明的任务是给出一种方法和一种设备，该方法和设备能够在功能上改进对机械换向的直流电动机的电机轴的转速和旋转角度的求取。

这些任务通过根据权利要求1的特征的方法和根据权利要求7的特征的设备来解决。由从属权利要求得出有利的构型方案。

根据第一方面，提出一种由电动机电流的和电动机端子电压的在换向时出现的波纹的（实时）测量到的时间曲线来求取机械换向的直流电动机的电动机轴的转速和旋转角度的方法。在这个方法中，直流电动机的测量到的电动机端子电压和测量到的电动机电流、估计的负载力矩、估计的转速和估计的旋转角度被作为输入参量供应给卡尔曼滤波器，该卡尔曼滤波器包括直流电动机的电动机状态模型。卡尔曼滤波器通过实施电动机状态模型提供直流电动机的估计的电流、修正的转速和修正的旋转角度作为输出参量。此外，波纹探测单元由作为输入参量的测量到的电动机电流的波纹和由卡尔曼滤波器修正的转速确定换向时间，并且由此导出直流电动机的估计的转速和估计的旋转角度并且将这些作为输入参量提供给卡尔曼滤波器。

根据本发明，为了提供电动机轴的更精确的转速和/或旋转角度而提出，卡尔曼滤波器的输出端和波纹探测单元在每个计算步骤中相互修正。这使得对电动机位置和转速的估计得到改善。

适宜地，直流电动机的由卡尔曼滤波器修正的转速和修正的旋转角度被作为输出参量供应给分析利用单元以便进一步处理。分析利用单元能够将修正的转速和修正的旋转角度例如用于操控直流电动机。直流电动机能够例如用于机动车的车窗升降器或者座椅。当然，别的需要高精度操控直流电动机的应用也是可能的。