通过温度模型对用电器的控制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于运行车辆中的用电器(14)的方法，其包括确定(110)所述用电器(14)的周围环境中的周围环境温度的步骤以及确定(120)用于所述用电器(14)的电功率的期望值。所述方法的特征在于至少由所述周围环境温度求取(140)所述用电器的当前内部温度以及基于所述当前内部温度确定(190)所述电功率的调节值。
【专利说明】通过温度模型对用电器的控制
【技术领域】
[0001]本发明涉及对车辆中的用电器的控制。本发明尤其涉及一种用于运行车辆中的用电器的方法、一种车辆的控制装置以及一种车辆系统。
【背景技术】
[0002]在现代的发动机、尤其车辆中的内燃机中，往往使用电机来调节确定的机械控制元件。所述电机例如可以直接设置在待操作的组件上或者例如通过杆或传动装置与待操作的组件连接。这种由驱动单元和相应的变速或传动元件的组合经常称作执行器(Aktuator)。内燃机中的节气门例如可以通过传动装置与电动机连接。可以通过控制电子器件或通过控制设备来控制所述电动机，以便实现节气门的所期望的位置改变。
[0003]这样的电执行器可以用于多个其他领域——例如涡轮废气门调节器中或者废弃再循环装置的调节元件上。由于所述执行器在例如内燃机的重要部件上的使用，对可靠性提出了高的要求，但同时也要求低的制造成本和维护成本。这些部分矛盾的高要求可能经常需要结构大小和可能的使用场景方面的折中。
[0004]如果电动机的内部温度超过极限值，则可能发生损坏。因此，经常如此运行电动机，使得在电动机的最大持续功率时可以通过热耦合导出产生的热并且因此使电动机的内部温度保持在不紧要的范围中。当然，通过限制到最大持续功率上不使用电动机的最大可能的功率。
[0005]EP I 188 640 BI描述了用于电子地控制机动车中的分配给调节系统的执行器的设备和方法。
【发明内容】
[0006]此外，借助本发明的实施方式能够实现重量的减轻以及电执行器的成本的降低。
[0007]本发明的一个方面涉及一种用于运行车辆中的用电器的方法，所述方法包括以下步骤:确定用电器的周围环境中的周围环境温度以及确定用于用电器的电功率的期望值。所述方法的特征在于，此外至少由周围环境温度求取用电器的当前内部温度并且基于所述当前内部温度确定电功率的调节值。
[0008]此外，用电器一例如电动机在运行时由于不同的效应产生热。根据与外部介质——例如金属的内燃机缸体的热连接，所述热导致用电器的内部温度的升高。如果产生比可以通过热耦合导出的热更多的热，则在用电器内部出现持续的温度升高。在此，所产生的热量随用电器的功率的增大而增多。通过用电器的特性、通过其热容量存储或缓存一定量的热，因此可以使温度以一个时间延迟之后才升高。
[0009]通过使用用电器的当前内部温度作为用于确定功率的调节值的参考量，例如可以利用功率的当前调节值和由此得到的用电器的发热之间的时间偏移。因此，可以有效地在超过实际的或当前的内部温度的情况下通过匹配用电器的调节功率来实现过热保护和/或过载保护。
[0010]在此，用电器例如可以是驱动电机一一尤其电动机、欧姆用电器——例如加热器坐坐寸寸O
[0011]周围环境温度可以理解为在用电器的间接的或直接的周围环境中出现的温度。这例如可以是发动机舱中的不同位置。因此，在发动机控制和监视的范畴内经常检测例如油温度的值、吸入空气温度的值或冷却水温度的值。但所述周围环境温度也可以涉及直接在用电器的壳体中——例如有源的电机元件的直接周围环境中的温度。
[0012]用于电功率的期望值可以理解为在不考虑内部温度的情况下例如由处理单元或微控制器确定的功率。例如可以假设所述期望值为零和电动机在最大可达到的转矩时的最大技术可能的功率之间的值。
[0013]用电器的当前内部温度可以理解为在用电器的内部出现的温度。这例如可以是电枢绕组的温度或电动机的定子的温度。换言之，内部温度可以描述用电器的关键组件的对于过载保护重要相关的温度。内部温度也可以受外部影响一例如受来自发动机舱的外部热源影响。
[0014]电功率的调节值可以理解为相应于用电器的实际功率的功率值。所述调节值可以不同于先前确定的期望值。所述调节值也可以表示末级上的功率的控制值，所述末级则在其方面提供用于用电器的电功率。
[0015]根据本发明的一种实施方式，调节值的确定基于存储在控制装置中的特征曲线。所述特征曲线包含大量的内部温度值，所述内部温度值具有分别分配的功率最大值。可以在内部温度升高时降低功率最大值。
[0016]大量的不同内部温度分配给特定的功率最大值的可能性可以视为特征曲线的优点。这可以允许功率的调节值根据内部温度的准确并且详细的影响。
[0017]通过在内部温度升高时降低功率的调节值能够实现在内部温度升高时降低通过用电器的热产生并且因此降低或延迟附加的发热。由此能够实现有效的过热保护。
[0018]同时，这在下方的温度区间中可以允许更高的负载、即更高的功率调节值。相比持久施加的功率，这至少可以暂时增大用电器的可能的最大的功率。
[0019]控制装置可以理解为在考虑不同的外部输入变量、测量参量和调节的情况下产生用于调节用电器的功率的控制信号的部件或组件。这例如可以是微控制器，其中温度/最大值特征曲线可以存储在微控制器的存储器中。例如可以将控制信号或控制参量传送到末级，所述末级提供用于电运行用电器所需的功率电子器件。
[0020]用电器的功率可以理解为功率最大值，不允许超过所述功率最大值的值，以便防止用电器的过热。在此，可以通过不同的方式求取最大值，例如通过测试系列的测量数据的求取或基于计算的求取。通过特征曲线在控制装置中的存储，可以通过简单的方式改变或更新所述值。
[0021]根据本发明的一种实施方式，在特征曲线的具有低的内部温度的第一区间中，功率最大值大于用电器的持续功率。在特征曲线的具有更高的内部温度的第二区间中，功率最大值小于用电器的持续功率。
[0022]在此，持续功率可以理解为用电器的以下功率:在所述功率时可以在较长的时间段上通过热耦合导出所产生的热，从而用电器的内部温度不超过确定的极限值。换言之，在用电器在持续功率下运行的情况下不产生过载或过热的危险。
[0023]在下方的温度区间中更高的功率的优点可能是用电器的暂时的、限制的更高负载。这可以允许用电器用于短时的更高功率，其持续功率具有更低的功率值。例如，在下方的温度区间中，电动机可以暂时输出更高的转矩并且因此输出比所说明的持续功率更高的功率。
[0024]在更高的内部温度的区间中比持续功率更低的功率的优点可能是对用电器的过热的更好保护。例如，用电器可能被外部的热源附加地加热，由此可能需要通过热耦合附加地导出热。通过电功率调节值减小到持续功率以下，在一个示例中通过用电器产生比可以通过热耦合导出的热更少的热。这可以允许附加的热从用电器导出并且因此可以明显降低过热的危险。
[0025]根据本发明的一种实施方式，确定电功率调节值还具有以下步骤:由特征曲线求取分配给当前内部温度值的功率最大值以及比较电功率期望值与功率最大值。
[0026]通过先前求取的或确定的功率期望值与功率最大值的比较，例如可以确定并且防止超过最大值。所述比较例如可以在控制设备的微控制器中实现。例如可以通过对微控制器或控制装置的存储器的参考存取以及所属的电功率最大值的读取进行最大值的求取。
[0027]根据本发明的一种实施方式，通过以下方式进行调节值的确定:功率调节值小于或等于当前内部温度时的电功率最大值。这可以防止用电器的过热或过载。
[0028]根据本发明的一种实施方式，借助与用电器在空间上间隔开的传感器求取周围环境温度。
[0029]优点可以在于，可以考虑已经存在的温度传感器来求取用电器的内部温度。在此，可以在用电器的周围环境中充分利用不同组件的热耦合。不同组件(如发动机舱中发动机缸体上的节气门、阀门、泵)通过导热元件彼此连接、例如旋紧。也考虑通过空气的热传输，例如在发动机舱内。
[0030]在本发明的一种实施方式中，求取内部温度的步骤还包括求取用电器的当前功率，其中内部温度的求取基于用电器的当前功率。
[0031]优点可以在于，可以将当前功率视为内部温度的重要影响因素并且通过这种方式将当前功率包含到所述值的求取中。当前功率例如可以由在控制装置中确定的电功率调节值求取。
[0032]在本发明的一种实施方式中，借助预定义的模型来计算内部温度。所述模型应在内部温度方面反映影响参量与测量值的不同的相关性和关系并且因此能够实现内部温度的计算推导。所述模型可以实现高数学复杂度并且例如实现为微控制器中的软件。
[0033]在本发明的一种实施方式中，用电器是电动机。根据其大小、功率和成本，可以将所述电动机尤其用在执行器中。在此，电动机的概念也可以包括所有借助电能或电磁能产生运动的设备。
[0034]本发明的另一方面涉及一种车辆的控制装置，其实施用于实施以上所描述的方法的步骤。
[0035]控制装置可以理解为机动车的控制不同车辆组件的控制设备。除以上描述的功能以外，所述控制装置能够控制多个其他车辆组件。例如，仪器、不同调节设备、驾驶员信息系统或安全系统属于此。
[0036]本发明的另一方面涉及一种包含如以上所描述的控制装置的车辆系统以及一种用电器。
[0037]可以理解，如以上和以下描述的方法的特征也可以是控制装置或车辆系统的特征，反之亦然。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]以下参考附图详细描述本发明的实施例。说明书和附图都不限制本发明。
[0039]图1示出根据本发明的一种实施方式的车辆系统的简化示意图；
[0040]图2示出根据本发明的一种实施方式的控制装置的功率/温度特征曲线的示图；
[0041]图3示出根据本发明的一种实施方式的用于运行用电器的流程图。
[0042]附图仅仅是示意性的并且不是严格按比例的。原则上，相同的或相似的部分设有相同的参考标记。
【具体实施方式】
[0043]在图1中以简化的形式示出车辆系统10的重要组件。在此，控制设备12用于控制作为执行器16的一部分的电动机14。例如，这可以是具有内燃机的机动车中的节气门执行器，其中电动机14通过机械传动影响节气门的转动。通过末级18——例如H电桥来控制电动机14。如此标度并且设计所述末级，使得其可以向电动机14提供最大的、在整个温度区间上出现的最大功率。在一个示例中，末级18也可以设计用于暂时的过载运行。
[0044]末级18可以是集成的组件，但也可以针对非常高的功率特定地由分离的电子部件构造。为了增大功率，例如可以并联或者以其他方式组合多个集成的末级18。这可以降低末级18的空间需求以及成本。
[0045]设置在控制设备12中的微控制器22包含存储器26，所述存储器用于存储温度/最大值特征曲线170、200(参见图2和3)和/或用于存储用于当前内部温度的计算模型150(参见图3)。在一个示例中，微控制器22可以是中央的机动车控制设备或者机动车计算机的一部分。
[0046]此外,控制设备12包含第一温度传感器28,所述第一温度传感器向微控制器22提供第一温度信息30。所述温度信息例如可以是周围环境温度。所述第一温度传感器28设置在控制设备12中、例如末级18的范围中，以便在计算当前内部温度时考虑末级18的温度状态。第二温度传感器32设置在控制设备12外部以及执行器16外部。所述第二温度传感器向微控制器22传递第二温度信息34。例如，这可以是已经存在的用于油温度或吸入空气温度的温度传感器。可以理解，替代在此示出的单个的温度传感器28、32也可以分别存在多个内部的和外部的温度传感器28、32，其温度信息可以由微控制器22用于计算电动机14的当前内部温度。在一个示例中，温度传感器28、32设置得很接近电动机14。例如，温度传感器28、32与电动机14之间的间距为5至40厘米。
[0047]例如可以如此实施微控制器22，使得其确定功率期望值并且在使用存储在存储器26中的计算模型以及在使用由温度传感器28、32提供的温度信息30、34的情况下由电动机14的当前功率计算电动机14的当前内部温度。微控制器22从存储器26中由温度/最大值特征曲线200(参见图2)读取属于所计算的内部温度的功率最大值，将所述功率最大值与先前确定的期望值进行比较并且产生用于控制末级18的相应的控制信号24。末级18然后以电功率调节值运行电动机14。
[0048]图2示出温度/最大功率特征曲线200，其根据当前内部温度220示出最大功率210。在此，函数曲线230分别将最大功率210的一个所属的离散值分配给一个离散的当前内部温度值220。在温度轴上绘制的当前内部温度220的值随着与坐标原点240的距离的增大而升高。同样，在功率轴上绘制的最大功率210的值随着与坐标原点240的间距的增大而增大。
[0049]此外，在特征曲线200中示出至今经常使用的具有持续功率250的曲线。所述持续功率250在整个温度变化上是恒定的。在一个示例中，在最大以持续功率250运行用电器14的情况下，通过用电器14和末级18的运行产生的热通过热耦合导出，从而可以避免用电器14和末级18的过热。换言之，能够实现用电器14和末级18的可靠运行直至所述持续功率250。
[0050]相对于持续功率250，最大功率230的曲线下降地延伸。这意味着，在下方的内部温度区间270中以比持续功率更高的功率运行用电器14。如果由于增大的功率在用电器14中产生的热增加，则在时间延迟之后由于用电器14的热存储特性用电器的当前内部温度220也上升。因此，通过曲线230的下降特性得到用电器14的更小的最大功率210，由此再次产生更少的热。这可以延迟或防止用电器14的当前内部温度的进一步上升并且因此防止损坏。机动车内燃机范围内的正常的内部温度或运行温度例如可以在约140°C的范围内。
[0051]在此优点可以是，在一个限定的时间段上可以短时以高于持续功率250的功率运行用电器14。在此，可以短时使用更高的转矩或力。
[0052]在内部温度260时，曲线230的最大功率相应于持续功率250。其在作为用电器的电动机14中在用于机动车的内燃机附近的情况下例如可以约为200°C。
[0053]如果在上方的温度区间280中当前内部温度220继续上升，则用电器14的最大功率210下降到持续功率250的值以下。这可能意味着，与通过用电器14的运行产生的相比，通过热耦合导出用电器的更多的热。这例如在以下情况中可能是有意义的:通过外部的、强烈的热源附加地加热用电器14或末级18。在此，仍可以通过热耦合导出全部热。这能够实现对用电器14的过热的有效保护。
[0054]在一个示例中，也可以通过以下方式实现函数曲线230的产生:定义和/或在控制装置12中存储限定数量的离散的内部温度220和相应分配的功率最大值210并且通过内插在微控制器中计算函数曲线230的位于其间的区间。在车辆技术的应用领域中，所定义的最大值(也称作支撑点)的数量例如可以在5和10之间。
[0055]在图3中示出用于运行用电器的方法100，所述方法例如可以由控制装置12或者微控制器22实施。
[0056]在步骤110中，首先确定周围环境温度。这例如在用电器14的直接周围环境中通过相邻的传感器28、32进行。在此，也可以使用已经用于其他目的的传感器28、32的温度信息。
[0057]在步骤120中，确定用于用电器14的电功率的期望值。所述期望值可以由控制装置12或微控制器22生成，以便通过作为用电器的电动机14以确定的强度使调节元件运动。
[0058]此外，在步骤130中求取用电器14的当前功率。所述功率例如可以通过直接来自微控制器22的信息或者通过单独的测量设备获得。
[0059]在步骤140中，所述信息可以与周围环境温度和可能其他的输入参量组合地用于求取当前内部温度。通过应用用于内部温度的计算模型150进行所述计算，所述计算模型例如可以在微控制器22中以软件反映。
[0060]在随后的步骤160中，求取电功率最大值。所述最大值例如可以表示不允许被超过的功率值，以便防止过热或损坏。在此示出的示例中，最大值由温度/最大功率特征曲线170获得，所述特征曲线对于当前内部温度的确定的值准备好事先定义的所属的最大功率。所述温度/最大功率特征曲线170例如可以是图2中的温度/最大功率特征曲线200。
[0061]在步骤180中，将在步骤120中求取的电功率期望值与在步骤160中由特征曲线170读取的电功率最大值进行比较。所述比较可以用于确定期望值超过功率最大值。当在步骤190中随后确定功率调节值时，在期望值小于或等于功率最大值时如此选择调节值，使得所述调节值相应于期望值。如果所述期望值超过最大值，则如此确定所述调节值，使得所述调节值相应于功率最大值。换言之，将调节值最大限制到功率最大值上。然后，可以借助在步骤190中确定的调节值直接控制功率末级18或用电器14。
[0062]补充地指出，“包括”不排除其他的元素或步骤，并且“一个”不排除多数。此外指出，也可以组合以上描述的其他实施例的其他特征或步骤来使用参考以上实施例中之一描述的特征或步骤。权利要求书中的参考标记不视为限定。
【权利要求】
1.一种用于运行车辆中的用电器(14)的方法(100)，所述方法(100)包括以下步骤: 确定(110)所述用电器(14)的周围环境中的周围环境温度； 确定(120)用于所述用电器(14)的电功率的期望值； 其特征在于: 至少由所述周围环境温度求取(140)所述用电器的当前内部温度； 基于所述当前内部温度确定(190)所述电功率的调节值。
2.根据权利要求1所述的方法(100)， 其中，所述调节值的确定(190)基于存储在控制装置(12)中的特征曲线(170，200)； 其中，所述特征曲线(170，200)基于具有分别分配的功率最大值的多个内部温度值； 其中，当内部温度值上升时所述功率最大值减小。
3.根据权利要求2所述的方法(100)， 其中，在所述特征曲线(170，200)的具有低的内部温度的第一区间中，所述功率最大值大于所述用电器(14)的持续功率； 其中，在所述特征曲线(170，200)的具有更高的内部温度的第二区间中，所述功率最大值小于所述用电器(14)的持续功率。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法(100)，其中，所述调节值的确定(190)还具有以下步骤: 由所述特征曲线(170，200)求取(160)分配给所述当前内部温度值的功率最大值； 比较(180)所述电功率的期望值与所述功率最大值。
5.根据权利要求4所述的方法(100)，其中，通过以下方式进行所述调节值的确定(190):所述功率的调节值小于或等于在所述当前内部温度时的电功率最大值。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，借助与所述用电器(14)在空间上间隔开的传感器(28，32)求取所述周围环境温度。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，求取(140)所述内部温度的步骤还具有: 求取(130)所述用电器(14)的当前功率； 其中，所述内部温度的求取(140)基于所述用电器(14)的当前功率。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，借助预定义的模型(150)进行所述内部温度的计算(140)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法(100)，其中，所述用电器(14)是电动机。
10.一种用于车辆的控制装置(12)，其实施用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
11.一种车辆系统(10)，其包括: 根据权利要求9所述的控制装置(12)和用电器(14)。
【文档编号】G05D23/19GK104238591SQ201410267366
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2013年6月19日
【发明者】A·格罗斯曼, R·施魏因富特, M·克劳斯, M·许斯格斯, A·埃瓦尔德 申请人:罗伯特·博世有限公司