用于调节车辆部件的调节装置的驱动装置以及用于操作驱动装置的方法

摘要

本发明涉及一种调节装置的驱动装置，该调节装置用于调节车辆的车辆部件，所述驱动装置具有电子换向电动机和电子控制装置，所述电子控制装置借助激励电压激励电子换向电动机。在此，所述驱动装置的特征在于，所述电子控制装置(2)具有以下装置(21，22，23)：借助这些装置能够根据至少一个工作参数(41－50)适配激励电压(U)的信号形状(100，200，300)，用于优化驱动装置(1，2)的功率产出、声学特性、电磁辐射和/或发热。本发明还涉及一种用于操作车辆的调节装置的驱动装置的方法。根据本发明，由此提供了驱动装置和用于操作驱动装置的方法，借助它们改进了关于驱动装置的功率产出、声学特性、电磁辐射和/或发热的工作特性。

说明书

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于调节车辆的 车辆部件的调节装置的驱动装置，以及一种根据权利要求7的前序部分所 述的用于操作驱动装置的方法。

这种驱动装置由DE 197 51 861 A1公开，该文献公开了一种具有电子 换向电动机和电子控制装置的驱动装置，其中电子换向的电动机设置有传 感器，用于检测转子的位置和/或转速，该传感器与用于分析传感器所传 输的传感器信号的控制装置的微电脑共同作用。为了驱动电子换向电动 机，通过电子控制装置将激励电压施加到电子换向电动机上，为了调整电 子换向电动机的转速，该激励电压的频率和/或脉宽是可变的。此外，驱 动装置还具有半导体输出级，该半导体输出级被连接在电子控制装置和电 子换向电动机之间，用于放大激励电压的信号。

电子换向电动机相对于机械换向电动机的优点是，省去了为机械换向 所需的磨耗件，并且特别是无需电刷来换向，其中所述电刷强烈地受到磨 损，并且此外由于电刷火花而引起电磁干扰信号并由此不利地影响EMV 特性(EMV：电磁兼容性)。

电子换向电动机具有转子和定子，它们共同作用以电驱动电子换向电 动机。为了该目的，在定子中设置了电线圈，电流流过这些线圈并由此产 生电磁场，该电磁场于是同转子共同作用，使得定子旋转运动。为了引起 定子的电线圈中的电流流动，通过电子控制装置将时间上变化的激励电压 施加到电子换向电动机上。

为了驱动电子换向电动机，传统上选择具有矩形信号形状的激励电 压，因为由此可以实现具有半导体输出级的驱动装置的最大功率产出，并 且矩形的信号形状可以通过简单地切换激励电压来引起。然而，这种矩形 的信号形状的缺点是，会增大驱动装置的声响和驱动装置的电磁辐射。如 果与此相对选择激励电压的正弦形信号，则虽然改进了驱动装置的声学特 性，但是明显使驱动装置的功率产出变差。

本发明的任务是，提供一种驱动装置和用于操作驱动装置的方法，借 助该驱动装置和方法，在驱动装置的声学特性、电磁辐射、发热和功率产 出方面改进了驱动装置的工作特性。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1所述的特征的主题来解决。

根据本发明，在此设计了，在一种用于调节车辆的车辆部件的调节装 置的、具有电子换向电动机和电子控制装置(该电子控制装置借助激励电 压激励电子换向电动机)的驱动装置中，该电子控制装置具有以下装置： 借助这些装置可以根据至少一个工作参数来适配激励电压的信号形状，用 于优化驱动装置的功率产出、声学特性、电磁辐射和/或发热。

本发明基于的认识是，驱动装置的工作特性通过激励驱动装置的电子 换向电动机的激励电压的信号形状来确定。在此，不同的信号形状对于关 于不同标准优化的工作特性可以是最优的。特别地，有如下信号形状，借 助它们可以优化：

-声学特性，即主要是驱动装置在工作中的音量，

-功率产出，对应于驱动装置的电能转化为机械功的效率，

-电磁辐射，其主要通过电子换向电动机所发射的电磁干扰信号而确定， 和/或

-驱动装置的发热，主要通过激励电子换向电动机的半导体部件的发热和 电动机本身的发热而确定。

在此，本发明的基本思想是，分别适配激励电压的信号形状，使得驱 动装置的工作特性根据工作参数关于优化标准，特别是关于驱动装置的声 学特性、功率产出、电磁辐射和/或发热而被优化。由此，工作参数用作 输入量，它们描述了驱动装置、车辆和/或环境的状态，并且借助它们选 出激励电压的信号形状，用于优化驱动装置的功率产出、声学特性、电磁 辐射和/或发热。这里，信号形状应当理解为激励电压的信号的基本形状， 信号形状例如可以是正弦形、矩形、三角形，或者以任意其他方式成形。

用作输入量来确定要使用的信号形状的工作参数在此特别可以是：

-由电子换向电动机接收的电流，

-由电子换向电动机接收的功率，

-驱动装置动作的次数，

-驱动装置的动作特性，例如调节装置的笨重性或者轻便性，

-驱动装置的调节速度，即要调节的车辆部件被驱动装置移动的速度，

-通过驱动装置要调节的车辆部件的位置，

-外部温度，即环境的温度，

-驱动装置的电磁辐射，特别是通过电子换向电动机的电磁干扰信号的发 射，该电磁干扰信号的发射主要确定了驱动装置的EMV特性，

-驱动装置的工作温度，特别是电子控制装置的半导体器件的温度以及电 子换向电动机的温度，

-驱动装置的音量，特别是通过电子换向电动机所产生的噪音水平，

-车辆的供电系统的车载电压，例如车辆的可供使用的电池电压，

-车辆的移动状态，例如车辆静止或者行驶的信息，和/或

-车辆的行驶速度。

随后，根据工作参数选出用于操作驱动装置的最优信号形状。例如， 在提高驱动装置在工作中的音量情况下，可以适配激励电压的信号形状， 使得减小音量，于是改善了驱动装置的声学特性。在另一情况中，在提高 驱动装置的半导体器件的工作温度的情况下，可以选择激励电压的信号形 状，使得改善驱动装置的功率产出，由此降低半导体器件的温度，并且减 少驱动装置的发热。在又一种情况中，为了发射最少的电磁干扰信号可以 选择最佳的信号形状。在又另一种情况中，在驱动装置和/或要调节的车 辆部件笨重的情况下，优化功率产出，并且由此通过驱动装置使提供使用 的扭矩最大化。

有利的是，电子控制装置和至少一个传感器共同作用，该传感器用于 检测一个或者更多个工作参数。例如，可以设置传感器来检测电子换向电 动机的转速。另外的传感器例如可以用于确定要通过驱动装置调节的车辆 部件的位置，用于测量外部温度，用于测量电子换向电动机的电磁辐射， 和/或用于测量驱动装置的工作温度，特别是在驱动装置中所使用的半导 体器件以及电动机的工作温度。

根据本发明，根据工作参数来适配用于激励电子换向电动机的激励电 压的信号形状。在此，信号形状可以被自由合成，用于优化驱动装置的功 率产出、声学特性、电磁辐射和/或发热。例如，信号形状可以是矩形的 或者正弦形的，但是也可以具有任意其他形状。控制装置随后分别确定信 号形状，使得工作特性关于驱动装置的功率产出、声学特性、电磁辐射和 /或发热被优化。在此，信号形状特别是也可以具有如下形状：使得信号 形状关于优化标准的组合是最佳的。于是，信号形状表示一种折衷，驱动 装置的工作特性以该折衷关于优化标准的组合，即例如关于功率产出和声 学特性的组合而被优化。通常，矩形的信号形状引起功率产出的优化，而 正弦形的信号形状能够实现降低驱动装置在工作中的音量。任意其他信号 形状也是可能的，借助这些信号形状可以分别优化不同的工作状态，或者 可以实现驱动装置的最佳的整体工作特性。

优选的是，为了确定最优的信号形状，驱动装置的电子控制装置具有 微电脑，该微电脑根据工作参数从多个预先给定的并且存储在电子控制单 元的存储介质中的信号形状中选出激励电压的信号形状。在此，在存储介 质中存储了不同的信号形状，这些信号形状分别与工作状态关联。这样， 在存储介质中例如可以存储如下的信号形状：借助这些信号形状可以使功 率产出最大化、优化声学特性、使电磁辐射最小化、和/或限制驱动装置 的发热。于是，在存储介质中例如可以存储引起最优的功率产出的信号形 状。又一种信号形状可以对于驱动装置的尽可能安静的工作特性是最优 的，即具有减小的音量的改进的声学特性。第三信号形状可以存在于存储 介质中，该信号形状减小电磁辐射，并且可以存在另外的信号形状，借助 这些信号形状在其他标准方面优化了工作特性。不同的信号形状在此可以 被事先确定，并且存储在存储介质中，以便随后在驱动装置工作中通过电 子控制装置的微电脑被选出。

有利的是，信号形状在驱动装置的工作期间被改变和调节，即根据驱 动装置的工作特性而被改变，以便在考虑到工作参数的情况下实时地适配 工作特性，并且实现关于驱动装置的功率产出、声学特性、电磁辐射和/ 或发热优化过的工作特性。

该任务此外通过具有权利要求7所述特征的方法来解决。

在此，根据本发明设计了，在一种用于对车辆的调节装置的、具有电 子换向电动机和电子控制装置(该电子控制装置借助激励电压激励电子换 向电动机)的驱动装置进行操作的方法中，为了优化驱动装置的功率产出、 声学特性、电磁辐射和/或发热而根据至少一个工作参数来适配激励电压 的信号形状。

根据本发明的方法由此能够实现根据工作参数可变地适配激励电压， 以便优化驱动装置的工作特性。

在此优选的是，根据工作参数从多个预先给定的信号形状中选出激励 电压的信号形状，其中信号形状事先被存储在驱动装置的电子控制装置的 存储介质中，并且可以通过电子控制装置的微电脑被选出。

有利的是，随后在驱动装置的正常工作中(其中仅进行较少次数的驱 动装置的动作)，如下选择信号形状：使得驱动装置的声学特性，即特别 是驱动装置在工作中的音量，以及驱动装置的电磁辐射被优化。在正常工 作中(其中并不期望驱动装置过热、特别是驱动装置的电动机和半导体器 件过热)，由此保证了在其他部件小的电磁干扰的情况下对于车辆乘客舒 适的、安静的工作特性。

与正常工作相对，在负载工作中，即在驱动装置频繁动作时，或者在 驱动装置笨重时，选择信号形状，使得防止驱动装置的工作参数，即特别 是驱动装置的半导体器件的温度以及电子换向电动机的温度受到限制。在 负载工作中，在临近过热的情况下可以适配信号形状，使得功率产出被优 化，由此需要更小的功率用于操作驱动装置，并且由此对抗了过热。

在又一种前提条件下，例如在通过车辆的供电系统只提供小的车载电 压的情况下，可以优化驱动装置的功率产出，并且由此减小驱动装置的能 量消耗。其他的、其中功率产出的优化为有利的情形是驱动装置的如下工 作状态：其中例如由于要调节的车辆部件的位置或者负载而存在调节装置 的笨重性。在此，提高的功率产出与通过驱动装置提供的、用于调节调节 装置的车辆部件的力的增加是等同的。

为了优化驱动装置的声学特性，针对激励电压特别是可以使用近似正 弦形的信号形状，借助该信号形状实现了电子换向电动机的安静运行的特 性。此外，可以进行近似正弦形的信号形状的适配，以便将电磁干扰信号 的发射最小化。

为了优化功率产出，特别是可以选择近似矩形的信号形状。

在本方法的一种有利的变形方案中，根据工作参数来确定在驱动装置 工作期间激励电压的信号形状，使得驱动装置的功率产出、声学特性、电 磁辐射和/或发热被优化。所确定的信号形状随后被存储在存储介质中， 并且以后能够在类似的工作状态中被从存储介质中调用，并且被用作激励 电压的信号形状。由此，驱动装置能够在驱动装置工作期间学习新的信号 形状，借助这些新的信号形状对通过工作参数所描述的工作状态作出反 应。例如，在此可以针对其中预期有驱动装置过热的工作状态存储工作参 数的相关组合，以便在将来出现工作参数的这种组合的情况下能够立刻通 过调用所存储的信号形状对临近的过热作出反应。通过这种方式，可以将 用于确定信号形状的开销最小化，其方式是仅仅确定和存储信号形状一 次，使得它们可供将来的工作使用。由此，信号形状的重复优化是不必要 的。

在此可能的是，根据在工作期间的工作参数借助迭代的优化算法来优 化信号形状，以便实现针对关于功率产出、声学特性、电磁辐射和/或发 热而被优化的工作状态的最优信号形状。这样确定的、对于该工作状态最 优的信号形状随后被存储，并且由此在工作期间可供调用。

在一种变形方案中，在驱动装置工作期间，要通过驱动装置调节的车 辆部件的移动过程被学习，并且根据工作参数而被存储。例如，可以借助 通过传感器检测到的工作参数推断出车辆部件的位置和调节运动，并且由 此检测车辆部件在调节运动期间的可能的笨重性。根据工作参数，例如根 据调节位置，于是可以存储和保存调节运动和要使用的信号形状，使得在 接下来的调节过程中，在检测到类似的工作参数时可以直接调用关联的最 优信号形状。

本发明的基本思想要借助在以下附图中所示的实施例来进一步阐述。 其中：

图1示出了带有电子换向电动机和电子控制装置的驱动装置的示意 图；

图2示出了激励电压的矩形信号形状的视图；

图3示出了激励电压的近似正弦形信号形状的视图；

图4示出了针对工作状态被优化后的信号形状的视图。

图1示出了用于调节装置的驱动装置的示意图，该调节装置可以有利 地用于调节车辆的车辆部件。驱动装置具有电子换向电动机1和电子控制 装置2，该电子控制装置通过微电脑21、存储介质22和半导体输出级23 形成。电子控制装置2用于激励电子换向电动机1，其中电子控制装置2 的微电脑21生成激励电压U，该激励电压通过半导体输出级23放大，并 且被引导至电子换向电动机1。电子换向电动机1作用到运动的车辆部件 上，例如作用到车门的车窗上或者作用到可开式车顶上，用于激励调节运 动。借助激励电压U，在此通过电子控制装置2激励和驱动电子换向电动 机1，其方式是，激励电压在电子换向电动机1的定子上的电线圈中产生 电流流动，并且由此所述电线圈引起电磁场，该电磁场与电子换向电动机 1的转子共同作用，并使转子旋转运动。

电子换向电动机1的工作特性主要与激励电压U及其信号形状相关。 传统上，针对激励电压U选择矩形的信号形状，该信号形状由此对应于 切换功能(Schaltungsfunction)，并且可以相应简单地实现。这种矩形的 信号形状在半导体输出级23的功率产出方面及其半导体器件方面是有利 的，其中这些半导体器件放大通过微电脑21提供的信号，并且将激励电 压U提供给电子换向电动机1使用。然而，这种矩形的信号形状在电子 换向电动机1在工作中的声学特性方面是不利的。为了实现驱动装置的尽 可能安静运行的、关于声学特性被优化的工作特性，在理想情况下被提供 给电子换向电动机1使用的激励电压U应当是正弦形的。然而，正弦形 的激励电压U对于半导体输出级23的功率产出又是不利的，并且由此引 起在驱动装置工作中半导体输出级23的发热增大。

本发明的基本思想是，根据工作参数来选出激励电压的信号形状，并 且为了优化驱动装置的功率产出、声学特性、电磁辐射和/或发热分别使 信号形状适配，使得实现优化后的工作特性。为了该目的，根据图1的驱 动装置具有存储介质22和多个传感器31-34，它们分别与电子控制装置 2的微电脑21共同作用。通过传感器31-34所检测的测量信号是工作参 数41-44，它们被提供给微电脑21使用，并且微电脑21根据这些测量 信号选出针对工作参数41-44的相应组合最优的激励电压U的信号形 状。传感器在此例如可以通过以下传感器来构建：

-温度传感器31，用于检测半导体输出级23及其半导体器件的温度，

-转速传感器32，用于检测电子换向电动机1的转速，

-位置传感器33，用于检测通过电子换向电动机1驱动的车辆部件的位 置，以及

-传感器34，用于检测电磁辐射，即电子换向电动机1所发射的干扰信 号。其他的工作参数45-48可以被提供给微电脑21，属于这些工作参数 的例如可以有：

-环境的温度，其通过外部传感器测量，

-驱动装置的音量，其通过麦克风测量，

-车辆的供电系统的车载电压，

-车辆的移动状态，和/或

-车辆的行驶速度。此外，微电脑21可以检测通过电子换向电动机1接 收的电流和通过电子换向电动机1接收的功率以及驱动装置动作的次数， 作为工作参数49、50。

为了确定激励电压U及其信号形状，微电脑21检测工作参数41-50， 并且根据工作参数41-50选出激励电压U的最优信号形状。在此，为了 确定最优的信号形状，驱动装置可以将多个工作参数41-50一同考虑在 内。然而也可能的是，信号形状仅仅根据单个的或者少数几个工作参数而 选出。例如可能的是，仅仅检测半导体输出级23的温度，并且根据半导 体输出级23的发热而适配激励电压U的信号形状，使得对抗过度的发热。

在此，能够以不同的方式来确定激励电压的信号形状。一方面，可以 将多个事先确定的信号形状存储在存储介质22中，微电脑21针对工作参 数41-50的确定的组合而从所述信号形状中分别选出最优的信号形状。 例如，微电脑21可以根据通过传感器31所检测的半导体输出级23的温 度以及其半导体器件而确定在驱动装置的工作中半导体输出级23的发 热。根据该信息，微电脑21随后从存储在存储介质22中的多种不同的信 号形状中选出如下信号形状：借助该信号形状可以实现半导体输出级23 中的增大的功率产出，使得可以减小为了操作电子换向电动机1而可供使 用的功率。通过这种方式，随后可能的是，减小引起半导体输出级23的 发热的损耗功率，并且由此对抗半导体输出级23的过热以及由此导致驱 动装置的过热。

在另一种工作状态中，微电脑21例如可以检测到电子换向电动机1 的音量变大，并且同时更多的电磁干扰信号通过电子换向电动机1而被发 射。为了与此对抗，微电脑21随后从多个存储在存储介质22中的信号形 状中选出如下信号形状：借助该信号形状可以实现电子换向电动机1的音 量的优化以及电磁辐射的优化。其他的工作参数，例如环境温度、车辆的 移动状态以及行驶速度，在此可以被考虑并且被包含在最优信号形状的选 择中。

也可能的是，在工作期间的最优信号形状借助优化算法而确定。微电 脑21在这种情况下检测要优化的工作参数41-50，例如半导体输出级23 的温度和/或驱动装置的音量，并且迭代地适配激励电压U的信号形状， 直到工作参数41-50(在这种情况下为半导体输出级23的温度和驱动装 置的音量)达到可接受的值。通过这种方式，通过微电脑21学习信号形 状是可能的。借助优化算法所确定的信号形状随后被存储在存储介质22 中，并且由此可供将来使用。如果在以后的驱动装置的工作中出现类似的 工作参数41-50的组合，则根据工作参数41-50的相应组合调用存储的 信号形状，并且用于优化驱动装置的工作特性。通过在存储介质22中存 储所确定的信号形状，于是在以后的工作中重新确定最优的信号形状成为 多余。这能够实现显著地减小计算量以及在工作中的开销，并且保证了在 检测到工作参数41-50的组合的情况下，可以立即和实时地提供最优的 信号形状。

也可能的是，电子控制装置在重复的工作中学习移动过程，并且根据 工作参数41-50存储移动过程。例如，可以借助通过传感器32、33所检 测的、说明电子换向电动机的转速(该转速与要调节的车辆部件的调节速 度相关)和车辆部件的位置的工作参数42、43而推断出车辆部件的调节 运动。通过这种方式，可以检测车辆部件在调节运动期间的可能的笨重性， 并且根据工作参数(例如调节位置)而被存储。如果车辆部件在新的调节 过程中位于一调节位置，其中在该调节位置中在以前的调节过程中已经检 测过笨重性，则可以自动地根据调节位置适配激励电压U的信号形状， 使得通过驱动装置提供的扭矩最大化，其方式是，驱动装置的功率产出被 优化，并且由此通过提供提高后的调节力而对抗笨重性。通过这种方式， 可以自动地和提早地对于车辆部件的调节过程中可能出现的笨重性作出 反应。

原则上，在没有存储介质22的情况下实施电子控制装置2也是可能 的，该电子控制装置随后根据工作参数41-50分别迭代地确定最优的信 号形状，而不使用事先存储的信号形状。

图2至4示出了关于时间t的激励电压U的不同信号形状，这些信号 形状分别对于实现确定的工作特性是最优的，并且可以被考虑用于优化驱 动装置的功率产出、声学特性、电磁辐射和/或发热。图2至4在此详细 示出了激励电压U的矩形信号形状100(图2)，近似正弦形的信号形状 200(图3)以及既非矩形亦非正弦形的优化过的信号形状300(图4)。

根据图2的矩形信号形状100在此通常对于以增大的功率产出的工作 是最优的，并且可以被用于在相同的驱动功率的情况下实现半导体输出级 23中的损耗功率减小，或者在提高的功率情况下提供调节装置的增大的 调节力。

根据图3的正弦形信号形状200通常对于电子换向电动机1的安静运 行的工作特性是最优的，因为该信号形状以几乎理想的方式模仿对于操作 电子换向电动机1所需的正弦形电磁交变场，并且由此产生对于电子换向 电动机1的安静驱动最优的交变场。而根据图3的正弦形信号形状导致半 导体输出级23的劣化的功率产出，并且由此导致半导体输出级23的增大 的损耗功率，该损耗功率被转化为热，并且由此导致半导体输出级23的 发热。

根据图4的信号形状300既非正弦形亦非矩形，并且例如代表一种信 号形状，其中减少了电磁辐射，即减少了通过电子换向电动机1的电磁干 扰信号的生成，或者得到了最优的整体工作特性，即关于多个优化标准(例 如功率产出和电磁辐射)同时被优化的工作特性。

本发明的使用并非局限于上述的实施例。例如，完全不同性质的工作 参数可以被使用，并且被一同包括到信号形状的确定中。此外，信号形状 的优化可以得到完全不同性质的、以任意方式成形的信号形状，这些信号 形状是关于一个或者更多个工作参数被优化的信号形状。

参考标号表

1                        电子换向电动机

2                        电子控制装置

21                       微电脑

22                       存储介质

23                       半导体输出级

31-34                    传感器

41-50                    工作参数

100，200，300            信号形状

t                        时间

U                        激励电压