(57)【要約】  本発明は、制御装置、殊に自動車制御装置における電気的／電子的な負荷、殊に誘導性の負荷の作用をシミュレートする方法に関する。この方法においては、少なくとも１つの端子（３，４，５）におけるシミュレートされた負荷に理論的に流れる電流が、少なくとも１つの端子（３，４，５）と接続されている制御可能な電流ユニット（１１）が電流を制御装置（１）から取り出す、または制御装置（１）に供給することによって実際にシミュレートされる。
2009510994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置、例えば自動車制御装置における電気的／電子的な負荷、例えば誘導性の負荷の作用をシミュレートする方法において、
少なくとも１つの端子（３，４，５）におけるシミュレートされた前記負荷に理論的に流れる電流を、前記少なくとも１つの端子（３，４，５）と接続されている制御可能な電流ユニット（１１）が電流を前記制御装置（１）から取り出す、または前記制御装置（１）に供給することによって実際にシミュレートすることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記端子（３，４，５）を前記電流ユニット（１１）により少なくとも１つの補助電位（１５Ａ，１５Ｂ）と接続し、前記端子（３，４，５）を介して前記制御装置（１）への電流の流れまたは前記制御装置（１）からの電流の流れを惹起する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記電流ユニット（１１）を、例えば前記負荷を流れる理論的な電流を表す、計算された制御量によって制御し、該制御量に依存して電流制限手段（１４Ａ，１４Ｂ）を調整／選択する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
値を調整可能な抵抗素子、例えばトランジスタ（１４Ａ，１４Ｂ）および／または値／符号を調整可能／選択可能な補助電位（１５Ａ，１５Ｂ）によって電流制限手段（１４Ａ，１４Ｂ）を形成する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
例えば前記制御装置（１）の制御電圧（ＵPWM）に依存して前記負荷を流れる電流を表すシミュレーションモデルを用いて制御量を計算する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記シミュレーションモデルの計算規則の少なくとも一部をハードウェア（８，９，１０）で実現し、例えば別の部分をデータ処理ユニット（１８）において実行されるソフトウェアで実現する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記シミュレーションモデルのハードウェアで実現される部分（８，９，１０）を、前記シミュレーションモデルのソフトウェアで実現される部分によってパラメータ化する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記電気的な負荷は誘導性の負荷である、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
制御装置、例えば自動車制御装置における電気的／電子的な負荷、例えば誘導性の負荷の作用をシミュレートする装置において、
制御装置（１）に接続可能であり、該制御装置（１）の少なくとも１つの端子（３，４，５）におけるシミュレートされた前記負荷に流れる電流がシミュレートされており、少なくとも、
ａ）計算ユニットが設けられておりし、該計算ユニットは前記負荷における電流を表す制御量を、例えばシミュレートされた前記負荷を介して降下する総電圧または該総電圧の値に依存して計算および／または提供し、
ｂ）電流源および／または電流シンクを形成する少なくとも１つの補助電圧源（１５Ａ，１５Ｂ）を備えた電流ユニット（１１）が設けられており、該電流ユニット（１１）に前記制御量が前記計算ユニットから伝送され、伝送された前記制御量に依存する実際の電流を前記制御装置（１）から取り出すか前記制御装置（１）に供給する、
ことを特徴とする、装置。
【請求項１０】
前記電流ユニット（１１）を用いて前記制御装置（１）の端子（３，４，５）は少なくとも１つの補助電圧（１５Ａ，１５Ｂ）に接続され、例えば該補助電圧（１５Ａ，１５Ｂ）は前記制御量に依存して選択され、および／または、前記補助電位（１５Ａ，１５Ｂ）の大きさが調整される、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記電流ユニット（１１）はソースユニットおよびシンクユニットを有し、該ソースユニットおよび該シンクユニットユニットは前記制御量、例えば前記制御量の符号に依存してアクティブ化される、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
電流ユニット、例えばソースユニットおよびシンクユニットは少なくとも１つの制御可能な電流制限手段（１４Ａ，１４Ｂ）を有し、該電流制限手段の電流制限は前記制御量に依存し、例えば電流制限手段（１４Ａ，１４Ｂ）は調整可能な抵抗素子（１４Ａ，１４Ｂ）および／または調整可能／選択可能な補助電位によって形成されている、請求項１０または１１記載の装置。
【請求項１３】
前記制御量が前記計算ユニット（８，９，１０）においてシミュレーションモデルを用いて計算され、該シミュレーションモデルの計算規則の少なくとも一部はハードウェア（８，９，１０）で形成されており、例えば別の部分はデータ処理ユニット（１８）において実行されるソフトウェアで形成されている、請求項９から１２までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
データ処理ユニット（１８）を用いて前記計算ユニットまたは前記計算ユニットのサブユニットがパラメータ化される、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記計算ユニットのハードウェアで形成されている部分（８，９，１０）は例えばアナログの積分ユニット（８）を有し、該積分ユニット（８）は、誘導性の負荷における電流を表す制御量を、シミュレートされた誘導性の負荷を介して降下する総電圧または総電圧の値に依存して計算および／または準備する、請求項１３または１４記載の装置。
【請求項１６】
前記計算ユニットのハードウェアで形成されている部分は加算ユニット（１０）を有し、該加算ユニット（１０）は前記総電圧または前記総電圧の値を、該加算器（１０）に供給されている前記誘導性の負荷に作用する個々の電圧または電圧の値を加算することによって形成し、該加算器（１０）から前記総電圧または前記総電圧の値が前記積分ユニット（８）に伝送される、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記計算ユニットのハードウェアで形成されている部分はフィードバックユニット（９）を有し、前記制御量が前記誘導性の負荷に作用する個々の電圧または電圧の値として前記加算ユニット（１０）にフィードバックされる、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記フィードバックユニット（９）はオーム抵抗値（Ｒ）を用いてパラメータ化される乗算器（９）によって形成されており、該乗算器（９）により、前記加算ユニット（１０）に伝送される、前記オーム抵抗（Ｒ）に基づき前記誘導性の負荷を介して降下する個々の電圧または個々の電圧の値を前記抵抗値（Ｒ）に依存して前記制御量から形成し、前記抵抗値（Ｒ）は前記データ処理ユニット（１８）によって設定される、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記計算ユニットは、誘導性の負荷に作用する少なくとも１つの個々の電圧または個々の電圧の値を計算する、ソフトウェアで形成されているモデルを備えたデータ処理ユニットを有し、前記個々の電圧または前記個々の電圧の値が加算ユニット（１０）および／または前記積分ユニット（８）に伝送される、請求項１５から１８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
前記加算ユニット（１０）には、前記制御装置（１）によって前記誘導性の負荷に印加される制御電圧（ＵPWM）または制御電圧の値が伝送される、請求項１５から１９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２１】
前記計算ユニットのハードウェアで実現される部分（８，９，１０）が、アナログモジュールまたはディジタルモジュール、例えばＦＰＧＡまたはＤＳＰによって形成されている、請求項９から２０までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、殊に自動車制御装置における少なくとも１つの電気的／電子的な負荷、殊に誘導性の負荷の作用をシミュレートする方法と装置に関する。電気的／電子的な負荷とは、制御装置に接続したならば負荷の物理的な特性に応じて制御装置からの電流の流れ、または制御装置への電流の流れを惹起するであろう装置またはモジュールと解される。
【０００２】
制御装置の適用分野は自動車の分野であり、この分野においては車両における種々のタスク、例えば燃料噴射、チョーク弁の移動、作動モータ（例えばワイパ、空調装置弁など）の駆動制御を制御するために制御装置が使用される。本明細書におけるこの分野との関連付けは本発明のこの分野への限定を表すのではなく、単なる例を表しているに過ぎない。
【０００３】
現代の車両を効率的に運転させるために、種々の車両タスクが一連の制御装置によって相応のセンサ入力、制御アルゴリズムおよびアクチュエータ出力を用いて実行される。自動車の分野に関するその種の制御装置の開発は複数のステップを含んでいる。
【０００４】
制御技術的なタスク設定の開始時には先ず、所望のような動的な特性が表されるべき技術物理的なプロセスの算術的なモデリングおよびシミュレーションが行われる。結果として得られた観念的な算術モデルに基づき、やはり専ら算術的なモデルコンセプトとして存在する種々の制御コンセプトを数値的なシミュレーションの枠内で検査することができる。このステップは大抵の場合コンピュータ支援のモデリングツールを基礎としたモデリングおよび制御器構想の段階を表す。
【０００５】
第２のステップにおいては、算術的なモデルにおいて構想されている制御器がリアルタイム能力のあるシミュレーションユニットに転用される。このシミュレーションユニットは大抵の場合、計算能力においてもＩ／Ｏ能力に関しても通常のシリアル制御装置を十分に上回り、また実際の物理的なプロセスないしこのプロセスを決定する装置と相互作用的に接続される。
【０００６】
観念的に表された制御器のモデリングツールからシミュレーションユニットへの転用が十分に自動化されて行われるので、第２の段階においてはラピッドコントロールプロトタイピング（Rapid-Control-Prototyping；RCP）またはファンクションプロトタイピング（Funktions-Prototyping）が問題となる。
【０００７】
制御技術的な問題がシミュレーションユニット上で動く制御器によって解決される場合には、制御アルゴリズムが制御装置インプリメンテーションの枠内において、大抵の場合は完全に自動化されて、最終的に実際に使用されるべき（シリアル）制御装置に転用される。このプロセスをインプリメンテーションと称する。
【０００８】
原則として既製の制御装置が使用されるので、テストランおよびテストプロシージャを勿論実施することができる。その種のテストラン／プロシージャは、故障に対する安全性を保証するために不利で極端な条件のもとで行われる。車両のプロトタイプはこの発展段階の時点においては大抵の場合まだ存在しておらず、また開発期間の短縮に起因する並行的な開発を実現するために、テストシナリオがシミュレータにおいて実施される。
【０００９】
すなわち、ソフトウェアを含む開発された実際の制御装置はシミュレートされた制御区間ないしテスト環境に基づきテストされる。この開発ステップはハードウェア・イン・ザ・ループ（ＨＩＬ）プロセスと称される。その種の構成のさらなる利点は、個々の制御装置または制御装置群の一部または制御装置と接続されている実際のコンポーネント（例えばモータ）もシミュレーションできることにある。これにより、最初の車両プロトタイプが完成する十分前に仮想のテストランが実現される。その結果、コストと時間を大幅に節約することができる。その種のシミュレータは実際の車両に関して考えられるあらゆる限界領域のテストランも実施することができる。さらにテストランは再現可能で自動化可能であり、またパラメータに関して変更することができる。
【００１０】
制御区間ないしテスト環境をソフトウェア側においてもハードウェアを用いてもシミュレートすることができる。しかしながらあらゆる特性、殊に電気的または電子的な負荷の特性をシミュレートすることは容易ではないので、そのような場合には実際の負荷が制御装置に接続される。実際の負荷の一例としてここではチョーク弁またワイパモータが挙げられる。
【００１１】
殊に誘導性の負荷はシミュレーションの際に困難が生じる。何故ならば、電圧の給電を遮断した際にインダクタンスはシステム内のエネルギを保持しようとし、したがって給電電流とは逆方向の電流ＩLを惹起するからである。
【００１２】
従来技術からは、接続または取り付けられる相応のハードウェアモジュールによって電気的／電子的な負荷がシミュレートされることが公知である。特性の種々の局面を分析するために、実際の負荷、すなわち具体的にはワイパモータが接続されることが多い。このハードウェアは制御装置における所定の物理的な特性ないし固定の物理的な特性を有しているので、制御装置の条件を変更すると別のハードウェアを接続しなければならない。
【００１３】
その結果、実際の負荷の頻繁な交換および再整備といった欠点が生じる。したがってその種のシステムを良好にスケール化することはできない。殊に、低製造コストで高い電流負荷を実現することは困難である。
【００１４】
電気的／電子的な負荷をコンピュータ支援のシミュレーションモデルによってシミュレートするアプローチは実際の負荷の動的な特性においては成功しない。負荷の動的な特性を十分良好にシミュレートするためには１μ秒以下の実行時間が必要である。その種の実行時間はシミュレーションモデルが一度処理されるために必要とされる時短単位である。例えばMathWorks社のシミュレーション環境「Simulink」を使用した純粋なコンピュータ支援のシミュレーションモデルの実行時間は１００μ秒に達する。
【００１５】
本発明の課題は、シミュレートされた実際の負荷を制御装置に接続する必要なく、電気的／電子的な負荷のシミュレーションを実現する方法および装置を提供することである。さらに本発明の課題は、十分に高速なシミュレーションを実現し、また負荷、殊に誘導性の負荷の高速で動的な特性のシミュレートを実現することである。別の課題は、シミュレーション条件の迅速な変更を実現することである。
【００１６】
これらの課題は、少なくとも１つの端子におけるシミュレートされた負荷に理論的に流れる電流が、制御装置の少なくとも１つの端子と接続されている制御可能な電流ユニットによって電流が制御装置から取り出される、または制御装置に供給されることによって実際にシミュレートされる方法によって解決される。
【００１７】
この方法における重要な思想は、テストを目的に制御装置に接続することができる実際の負荷の代わりに、制御装置には電流ユニットが接続され、この電流ユニットが負荷に理論上は流れるであろう電流を形成することによって、実際の負荷に流れるであろう電流を事実上、すなわち実際にシミュレートすることである。
【００１８】
電流ユニットは制御装置から電流を取り出す、すなわち電流を制御装置から電流ユニットに流すことができるか、電流を制御装置に供給する、すなわち電流を電流ユニットから制御装置に流すことができる。実際の負荷が接続されることになるであろうが、その実際の負荷の代わりに電流ユニットが接続されている制御装置の１つまたは複数の端子を介して電流がそれぞれ流れる。
【００１９】
この構成は実際の負荷を接続することに比べて有利である。何故ならば、電流ユニットは例えばソフトウェアによって行うことができる適切なパラメータ化によって、ただ１つの実際の負荷の物理的な特性しかシミュレートできないのではなく、複数の異なる実際の負荷の物理的な特性をシミュレートすることができるからである。
【００２０】
このことを、制御装置に接続可能であり、且つ制御装置の少なくとも１つの端子におけるシミュレートされた負荷を流れる電流を実際にシミュレートするために、負荷における電流を表す制御量を殊にシミュレートされた負荷を介して降下する総電圧またはその総電圧の値に依存して計算および／または提供する少なくとも１つの計算ユニットと、電流源および／または電流シンクを形成するために少なくとも１つの補助電圧源を備え、制御量が計算ユニットから伝送され、伝送された制御量に依存する実際の電流を制御装置から取り出すか制御装置に供給する少なくとも１つの電流ユニットとが設けられている装置によって達成することができる。
【００２１】
本方法を実施するために使用することができるこの装置においては、計算ユニットに設定されている計算規則に基づき制御量が形成され、この制御量がやはり前述の電流ユニットを制御するために使用され、シミュレートされた負荷が実際に制御装置に接続されたならば流れるであろう電流に対応する電流を具体的且つ実際に制御装置において形成することが重要である。
【００２２】
電流ユニットを用いることにより、実際の負荷の物理的な特性において、制御装置のそれぞれの端子における相応の電流をシミュレートできるようにするために、その種の端子は電流ユニットにより少なくとも１つの補助電位に接続される。補助電位は例えば給電電圧のための端子および制御装置のアースによって与えられている。
【００２３】
したがって、制御装置がアースと給電電圧の間の値である制御電圧を印加したこの制御装置の端子が制御ユニットによってアースに関連付けられると電流が制御装置から形成される。これに対して端子が給電電位に関連付けられると、制御装置に電流が流れる。
【００２４】
このようにして電流方向を制御することができる。補助電位への端子の接続は相応の回路を用いた本発明による装置によって行われる。
【００２５】
殊に、補助電位が制御量に依存して選択可能である、および／または、補助電位の大きさを調整可能である。つまり制御量に依存して制御装置の端子における電位差を極性に関しても値に関しても制御することができる。したがって両方向の電流および種々の電流強度をシミュレートすることができる。
【００２６】
前述の電流ユニットは、有利にはシミュレートされた負荷における理論的な電流を表す制御量に依存して可変の電流制限手段を調整または選択することができる。その種の電流制限手段として、一方では前述の補助電位を使用することができる。何故ならば、電流はその値に関して補助電位と制御装置の端子との間の電位差の値に依存しているからである。
【００２７】
この実施形態に択一的または付加的に、電流制限手段を調整可能な抵抗素子によって形成することもできる。この電流制限手段を例えばトランジスタによって形成することもできる。
【００２８】
前述の電流ユニットはソースユニットおよびシンクユニットを有することができ、これらのユニットは制御量に依存してアクティブ化することができる。したがって所望の電流方向に応じて、これら２つのユニットの一方または他方をアクティブ化することができる。ソースユニットもシンクユニットも前述のような少なくとも１つの電流制限手段を有することができる場合には有利である。
【００２９】
殊に有利な実施形態においては、電流ユニットを駆動制御するために使用され、またシミュレートされるべきである電流に影響を及ぼす制御量をシミュレーションモデルを用いて計算することができ、このシミュレーションモデルを例えば装置の計算ユニットにおいてインプリメントすることができる。これによって本発明の特別な変形形態も得られる。何故ならば、シミュレーションモデルの変更ないし設定によって、どのような種類の実際の負荷が装置を用いてシミュレートされるべきかを決定することができるからである。つまり煩雑な交換作業を要することなく、単に本発明による装置を再プログラミングすることによって種々の負荷をシミュレートすることができる。このために装置に相応のパラメータ化能力を設けることができる。パラメータ化に応じて、シミュレーションモデルによって与えられている計算規則を変更することができ、このことは制御量および電流ユニットの特性の計算に直接的に影響を及ぼす。
【００３０】
シミュレートされた実際の負荷、したがって本発明による装置が制御装置の制御電圧に対して反応することを実現するために、有利には、制御量の計算が少なくとも制御装置の制御電圧に依存して行われ、この制御電圧は制御装置において実行される制御または調整アルゴリズムに基づいて制御装置の端子のうちの少なくとも１つに印加されるものである。したがって有利にはその種の制御電圧はシミュレーションモデルの少なくとも１つ入力パラメータを形成することができる。
【００３１】
本発明による方法ないし本発明による装置の実施形態においては制御量が純粋にソフトウェアベースで計算される。このために計算ユニットにおいては、マイクロプロセッサステップにおいてシミュレーションモデルを実施するプログラムが実行される。負荷、例えば誘導性の負荷の特性が非常に動的であると、場合によっては電流を即時的にシミュレートするためには計算速度が十分でない可能性がある。
【００３２】
つまり殊に有利な実施形態においては、シミュレーションモデルの計算規則が少なくとも部分的にハードウェアにおいて、場合によっては完全にハードウェアにおいて形成されている。完全にはハードウェアにおいて形成されない場合には、計算規則の別の部分をソフトウェアにおいて形成することができる。すなわち例えば、計算規則がプログラムとしてデータ処理ユニットにおけるマイクロプロセッサによって処理される。有利には、ハードウェアにおいて形成された部分をソフトウェア部分によって例えばデータ処理ユニットによってパラメータ化することできる。例えば、計算された入力量または中間量をソフトウェア部分によって計算することができ、またハードウェア部分に引き渡すことができる。
【００３３】
１つの実施形態においては前述の計算ユニットがハードウェアを基礎とする部分もソフトウェアを基礎とする部分も包含することができる。ハードウェアを基礎とする部分は、ソフトウェア部分によってパラメータ化することができるサブユニットを形成することができる。
【００３４】
さらには、本発明の枠内において使用される入力量、出力量または中間量、すなわち例えば前述のパラメータおよび制御量を全て物理的な電圧または電流によって、もしくはその絶対値ないし値によって表すことができ、殊に例えばアナログモジュールまたはディジタルモジュールとしてのハードウェア部分の実現形態に応じて表すことができる。
【００３５】
この有利な実施形態が基礎とする着想は、シミュレーションモデルのハードウェア高速化が達成されることである。すなわち、基礎となるモデリングタスクは２つの部分に分けられる。一方はソフトウェアモデルであり、このソフトウェアモデルは例えば緩慢な構成要素、例えばトルクに依存する量を計算する。他方はハードウェア部分であり、このハードウェア部分は非常に短い実行時間しか要さないモデル部分を計算する。有利には、抵抗およびインダクタンスのような量がパラメータとして全体のモデルに転用可能である。有利な実施形態においては、比較的長い実行時間を有する値もデータ入力のためのパラメータも包含する値がソフトウェアモデルからハードウェア部分に伝送される。
【００３６】
殊に有利な用途においては、誘導性の負荷をシミュレートするために本方法および本装置を使用することができる。例えば、誘導性の負荷、例えば電子的に整流される３相直流モータをハードウェア技術的にシミュレートすることができる。
【００３７】
ここで、本発明は電子的に整流される３相直流モータに限定されるものではなく、全ての種類の負荷、例えばインダクタンス、抵抗および電気モータ、例えば非同期モータにも使用できることを述べておく。
【００３８】
インダクタンスに関連する実施例を図面に基づき詳細に説明する。ここで、
図１は、制御装置に接続されている３相直流モータを示す。
図２は、この装置の電気的な代替回路図を示す。
図３は、基礎となる必要なシミュレーションモデルのハードウェアを基礎とする部分の原理図を示す。
図４は、制御装置の端子における電流の流れを生じさせる本発明による電流ユニットを示す。
図５は、それぞれがモータのコイルのうちの１つをシミュレートする３つの電流ユニットを用いて３相モータをシミュレートするための装置の概略的な全体図を示す。
【００３９】
以下では図１に基づき、例えば自動車の分野において使用されるような、直流モータと接続されている制御装置からなる構造を説明する。
【００４０】
内部的にその種の（ブラシレス）直流モータ２は３つのコイルからなり、それらの各コイルの一方の側は外部から線路３，４および５を介してアクセス可能であり、コイルの他方の側は内部においていわゆる中性点に相互接続される。
【００４１】
外部からアクセス可能なコイルは制御装置１、すなわちこの制御装置１においてそれぞれに対して設けられている端子と接続されている。制御装置１は直流モータ２に電圧を供給する。直流モータを最適に制御するために、制御装置１は直流モータ内の回転子の角位置を必要とする。このために角位置はこの実施形態において角度エンコーダ６を用いて制御装置によって検出される。角度エンコーダ６は例えばホールセンサまたはインクリメンタルエンコーダを包含する。制御装置は角位置から相応のＰＷＭ電圧を計算し、このＰＷＭ電圧により直流モータには端子３，４および５を介して電圧が供給され、直流モータが最適なトルクで駆動される。すなわち、線路３，４および５を介して、直流モータの各コイルはＰＷＭ電圧を受け取る。これはモータを駆動制御するために慣用のことである。
【００４２】
図２に示されているように、各コイルを代替回路によって電気的にモデリングすることができる。
【００４３】
この代替回路は、接続部における制御装置に由来する外部の給電部ＵPWM、コイルインダクタンスＬ、コイル抵抗Ｒ並びに電圧源ＵEMKの直列回路からなる。電圧源ＵEMKは、モータが回転する際に電磁誘導によってコイルに誘導される電圧（起電力）をシミュレートする。直流モータの特性をシミュレートできるようにするために、個々のモジュールにおける電流および電圧が検出されなければならない。コイルのアクセスできない端部に印加される中性電圧ＵSTを考慮しなければならない。全てのコイルは同一であるので、以下では常にコイル７のみを考察する。
【００４４】
コイルの電気的なシミュレーションは２つのブロックに分けられる。一方は、コイルを流れる電流を印加される電圧およびモータパラメータに基づき計算するユニットである。他方は、全ての電流回路（制御装置におけるものも）に算出された電流を印加する電流源／電流シンクを含むユニットである。
【００４５】
コイル電流を計算するために、この実施例においてはアナログ計算機が使用される。アナログ計算機が表さなければならない計算規則は以下の通りである。
【数１】
2009510994.tif 000003
【００４６】
式の実現は、図３に示されているような、三段式のハードウェア回路によって行われる。この図３において、四角の左側の部分には前述の計算ユニット８，９，１０が示されており、右側の部分には電流ユニット１１が示されており、これらのユニットの間で制御量が伝送される。計算ユニットは３つの段を含む。
【００４７】
段１：加算器１０は、この加算器１０に直接的に印加される制御装置の入力電圧ＵPWMから対応ＥＭＫ  ＵEMK、中性電圧ＵSTならびにオームコイル抵抗Ｒを介する電圧降下を減算する。
【００４８】
電圧ＵPWM、ＵEMKならびにＵSTは加算器１０に印加され、抵抗Ｒを介する電圧降下は別の回路部分において計算される。ＵPWMは制御装置に印加される実際の出力電圧であり、ＵEMKならびにＵSTはシミュレーションモデルのソフトウェアを基礎とする部分の値を計算して得るマイクロプロセッサから供給される。ソフトウェア計算はこのために十分である。何故ならばこれらの量は（回転数に比例して）緩慢にしか変化しないからである。この加算器の出力電圧はインダクタンスＬを介して印加される電圧に対応し、また積分器８に伝送される。
【００４９】
段２：積分器８はコイルのインダクタンスを表す調整可能な積分定数Ｌを用いて加算器１０の出力電圧を積分する。
【００５０】
これによってコイル電流が式
【数２】
2009510994.tif 000004
に従い計算される。
【００５１】
すなわち積分器８の出力電圧はシミュレーションモデルにおいてコイル電流、したがって総電流を表す。つまり出力電圧は電流ユニット１１の電流源／電流シンクに対する制御量として使用され、またこの電流ユニット１１に伝送される。
【００５２】
段３：乗算器９はコイル電流（もしくは積分器８の出力値）および外部から設定されるオームコイル抵抗値Ｒから抵抗Ｒを介する電圧降下を式Ｕ＝Ｉ・Ｒに従い計算する。計算された電圧降下は加算器１０において電圧ＵPWMから減算される。これによって、加算器１０への入力量としての制御量の迅速なフィードバックが行われる。
【００５３】
加算器１０は有利にはアナログ演算増幅回路として実現されている。積分器８としても乗算器９としても有利には商用のアナログモジュールが使用されるが、殊に積分器を乗算器と共に実現することができる。量Ｒ、ＵST、ＵEMKおよびＬは図３に示されているシステムに外部から有利にはマイクロプロセッサによって制御されるカードのアナログ出力側を介して供給され、このカードは前述の計算ユニットの構成部分を形成することもできる。量ＵPWMは調整可能な電流源／電流シンク１１の出力側を介してフィードバックされシステムに供給される。
【００５４】
図４には電流源／電流シンクを備えた制御可能な電流ユニット１１が詳細に示されている。この実施例において電流源／電流シンク１１は２つのシナリオを実現することができる。一方のシナリオではこの電流源／電流シンクは電流シンクとして使用される。電流シンクは誘導性の負荷に制御装置１から電流が供給される場合Ｂをシミュレートする。別のシナリオは、電流源／電流シンク１１が電流を制御装置１に供給する電流源として使用される場合Ａを含む。両方のシナリオは、中性点フィードバックの無い３相系では基本的にコイルにおいて両方向への電流が生じるという事実から生じる。このことはコイルに印加される電流が少なくとも１つの別のコイルを介して制御装置へと戻ることに起因する。
【００５５】
積分器８の出力側に生じる調整可能な電流源／電流シンク１１に対する制御量はこの電流源／電流シンク１１の入力側１７に印加される。印加される値は有利には積分器８の出力側から電気的に分離されている。入力側１７における正の値に関して回路の下側の部分Ｂがアクティブであり、負の値に関して上側の部分Ａがアクティブである。
【００５６】
このことは、スイッチ１６が一方の回路部分を０Ｖに接続し、相応に他方の回路部分を入力部１７に接続することによって達成される。スイッチ１６は有利には演算増幅器を基礎とするインバータとして実現され、このようにして入力電圧の極性に応じて常に回路部分のうちの一方が負の入力電圧を受け取り、これによりその回路部分の出力が遮断される（その都度の他方の回路部分はアクティブである）。
【００５７】
以下では、回路の下側の部分Ｂが入力側１７と接続されているようにスイッチ１６が接続されているものとする。これによって演算増幅器（ＯＰＶ）１２Ａの（＋）入力側には０Ｖの電圧が印加される。これにより増幅器１４Ａは阻止され、シャントＲSAに電流は流れない。
【００５８】
さらにＯＰＶ１２Ｂの（＋）入力側には入力側１７における値に応じた電圧が印加される。ＯＰＶ１２Ｂの出力側は制御可能な電流制限器／抵抗１４Ｂの制御入力側と接続されている。有利にはこの制御可能な抵抗１４ＢがバイポーラトランジスタまたはＭＯＳ−ＦＥＴとして実現されているが、その他の制御可能な抵抗も使用することができる。同様に、インダクタンスと組み合わされたＰＷＭ制御されるスイッチからなる出力段も考えられる。
【００５９】
ＰＷＭ周波数は制御装置のものよりも著しく高いことが望ましい。インダクタンスはシミュレートすべき最も低いインダクタンスよりも著しく小さいことが望ましく、また場合によっては純粋な線路インダクタンスによって実現することもできる。
【００６０】
その種の装置の利点は以下の通りである：制御装置から電流シンクに供給される電力を電流シンク自体において（例えばトランジスタにおける熱の形で）放出する必要は無く、別の箇所における線路を介して負荷（例えば電流シンク外の抵抗）に供給することができる。
【００６１】
制御装置１からの電流に対応する電圧をシャントＲSBを介して測定するＯＰＶ１３Ｂおよび制御可能な抵抗１４Ｂを介するフィードバックによって、ＯＰＶ１２Ｂの（−）入力側にも入力側１７の値が印加される。すなわち、制御装置端子ＵPWMによって入力側１７における値に対応する電流が補助電圧源１５Ｂを介して制御装置のアースＧＮＤへと流れる。
【００６２】
同様に入力側１７における不の値に関する電流の流れも生じる。この場合には回路部分Ａがアクティブである。入力値１７に応じた電流が制御装置の給電部Ｕ＋から補助電圧源１５Ａの支援により制御装置端子ＵPWMへと流れる。補助電圧源１５は制御装置の出力側（ＵPWM）が遮断されている場合であっても相応の電流の流れを実現する。制御装置は、内部における電流の流れを実現する適切な手段（例えばダイオード）を必ず有している。何故ならば、このことによってのみＰＷＭ電力制御の原理が保証されるからである。
【００６３】
したがって誘導性の負荷の特性をシミュレートすることができ、それと共に制御装置特性をテストすることができる。
【００６４】
電子的に整流される３相直流モータをシミュレートするために、３つのシミュレートされたコイル２０が制御装置１に接続されなければならない。この構成が図５に示されている。
【００６５】
シミュレートされたコイル２０のデータ入力はマイクロコントローラ制御されるユニット１８のアナログ出力側を介して行われる。コネクション１９を介して制御装置１は角度エンコーダ６のシミュレートされた情報を得る。
【００６６】
したがってモジュールを接続することなく、もしくは取り外すことなく誘導性の負荷をシミュレートすることができる。データ入力は純粋なソフトウェア技術的に、抵抗および／またはインダクタンスについての「任意の」値に関して行うことができる。
【００６７】
本発明の利点は殊に以下の通りである：
ハードウェアシミュレーションによって高速なスイッチング時間を達成することができる（１マイクロ秒以下）。これによりＰＷＭ周期内での実際の電流シミュレーションが実現される。さらには、制御装置における出力段が遮断されている場合であっても、両方向において実際に生じる電流を形成することができる。また実際の負荷の交換および再整備が省略される。種々のパラメータの良好なスケール化も実現されている。さらには、殊にパワートレーン技術、例えばハイブリッドパワートレーンのテストの際に生じるような高い電流負荷もシミュレートすることができる。実際の負荷に比べて製造時のより少ないコストを実現することができる。付加的に、煩雑で機械的なエンジンテストベンチを省略することができる。
【００６８】
本発明の別の有利な実施形態においては、前述のアナログハードウェア構造を高速なディジタル計算機（例えば適切なアナログ／ディジタル変換器を備えたディジタルシグナルプロセッサＤＳＰ）によって実現することができる。ＦＰＧＡを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】制御装置に接続されている３相直流モータを示す。
【図２】装置の電気的な代替回路図を示す。
【図３】基礎となる必要なシミュレーションモデルのハードウェアを基礎とする部分の原理図を示す。
【図４】制御装置の端子における電流の流れを生じさせる本発明による電流ユニットを示す。
【図５】それぞれがモータのコイルのうちの１つをシミュレートする３つの電流ユニットを用いて３相モータをシミュレートするための装置の概略的な全体図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月12日(2008.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置、例えば自動車制御装置における電気的／電子的な負荷、例えば誘導性の負荷の作用をシミュレートする方法において、
少なくとも１つの端子（３，４，５）におけるシミュレートされた前記負荷に理論的に流れる電流を、前記少なくとも１つの端子（３，４，５）と接続されている制御可能な電流ユニット（１１）が電流を前記制御装置（１）から取り出す、または前記制御装置（１）に供給することによって実際にシミュレートすることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記端子（３，４，５）を前記電流ユニット（１１）により少なくとも１つの補助電位（１５Ａ，１５Ｂ）と接続し、前記端子（３，４，５）を介して前記制御装置（１）への電流の流れまたは前記制御装置（１）からの電流の流れを惹起する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記電流ユニット（１１）を、例えば前記負荷を流れる理論的な電流を表す、計算された制御量によって制御し、該制御量に依存して電流制限手段（１４Ａ，１４Ｂ）を調整／選択する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
値を調整可能な抵抗素子、例えばトランジスタ（１４Ａ，１４Ｂ）および／または値／符号を調整可能／選択可能な補助電位（１５Ａ，１５Ｂ）によって電流制限手段（１４Ａ，１４Ｂ）を形成する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
例えば前記制御装置（１）の制御電圧（ＵPWM）に依存して前記負荷を流れる電流を表すシミュレーションモデルを用いて制御量を計算する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記シミュレーションモデルの計算規則の少なくとも一部をハードウェア（８，９，１０）で実現し、例えば別の部分をデータ処理ユニット（１８）において実行されるソフトウェアで実現する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記シミュレーションモデルのハードウェアで実現される部分（８，９，１０）を、前記シミュレーションモデルのソフトウェアで実現される部分によってパラメータ化する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記電気的な負荷は誘導性の負荷である、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
制御装置、例えば自動車制御装置における電気的／電子的な負荷、例えば誘導性の負荷の作用をシミュレートする装置において、
制御装置（１）に接続可能であり、該制御装置（１）の少なくとも１つの端子（３，４，５）におけるシミュレートされた前記負荷に流れる電流がシミュレートされており、少なくとも、
ａ）計算ユニットが設けられておりし、該計算ユニットは前記負荷における電流を表す制御量を、例えばシミュレートされた前記負荷を介して降下する総電圧または該総電圧の値に依存して計算および／または提供し、
ｂ）電流源および／または電流シンクを形成する少なくとも１つの補助電圧源（１５Ａ，１５Ｂ）を備えた電流ユニット（１１）が設けられており、該電流ユニット（１１）に前記制御量が前記計算ユニットから伝送され、伝送された前記制御量に依存する実際の電流を前記制御装置（１）から取り出すか前記制御装置（１）に供給する、
ことを特徴とする、装置。
【請求項１０】
前記電流ユニット（１１）を用いて前記制御装置（１）の端子（３，４，５）は少なくとも１つの補助電圧（１５Ａ，１５Ｂ）に接続され、例えば該補助電圧（１５Ａ，１５Ｂ）は前記制御量に依存して選択され、および／または、前記補助電位（１５Ａ，１５Ｂ）の大きさが調整される、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記電流ユニット（１１）はソースユニットおよびシンクユニットを有し、該ソースユニットおよび該シンクユニットユニットは前記制御量、例えば前記制御量の符号に依存してアクティブ化される、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
電流ユニット、例えばソースユニットおよびシンクユニットは少なくとも１つの制御可能な電流制限手段（１４Ａ，１４Ｂ）を有し、該電流制限手段の電流制限は前記制御量に依存し、例えば電流制限手段（１４Ａ，１４Ｂ）は調整可能な抵抗素子（１４Ａ，１４Ｂ）および／または調整可能／選択可能な補助電位によって形成されている、請求項１０または１１記載の装置。
【請求項１３】
前記電流制御手段（１４Ａ，１４Ｂ）はインダクタンスと組み合わされたＰＷＭ制御されるスイッチからなる出力段として構成されており、例えばＰＷＭ周波数は前記制御装置の周波数よりも著しく高い、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記制御量が前記計算ユニット（８，９，１０）においてシミュレーションモデルを用いて計算され、該シミュレーションモデルの計算規則の少なくとも一部はハードウェア（８，９，１０）で形成されており、例えば別の部分はデータ処理ユニット（１８）において実行されるソフトウェアで形成されている、請求項９から１３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
データ処理ユニット（１８）を用いて前記計算ユニットまたは前記計算ユニットのサブユニットがパラメータ化される、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記計算ユニットのハードウェアで形成されている部分（８，９，１０）は例えばアナログの積分ユニット（８）を有し、該積分ユニット（８）は、誘導性の負荷における電流を表す制御量を、シミュレートされた誘導性の負荷を介して降下する総電圧または総電圧の値に依存して計算および／または準備する、請求項１４または１５記載の装置。
【請求項１７】
前記計算ユニットのハードウェアで形成されている部分は加算ユニット（１０）を有し、該加算ユニット（１０）は前記総電圧または前記総電圧の値を、該加算器（１０）に供給されている前記誘導性の負荷に作用する個々の電圧または電圧の値を加算することによって形成し、該加算器（１０）から前記総電圧または前記総電圧の値が前記積分ユニット（８）に伝送される、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記計算ユニットのハードウェアで形成されている部分はフィードバックユニット（９）を有し、前記制御量が前記誘導性の負荷に作用する個々の電圧または電圧の値として前記加算ユニット（１０）にフィードバックされる、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記フィードバックユニット（９）はオーム抵抗値（Ｒ）を用いてパラメータ化される乗算器（９）によって形成されており、該乗算器（９）により、前記加算ユニット（１０）に伝送される、前記オーム抵抗（Ｒ）に基づき前記誘導性の負荷を介して降下する個々の電圧または個々の電圧の値を前記抵抗値（Ｒ）に依存して前記制御量から形成し、前記抵抗値（Ｒ）は前記データ処理ユニット（１８）によって設定される、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記計算ユニットは、誘導性の負荷に作用する少なくとも１つの個々の電圧または個々の電圧の値を計算する、ソフトウェアで形成されているモデルを備えたデータ処理ユニットを有し、前記個々の電圧または前記個々の電圧の値が加算ユニット（１０）および／または前記積分ユニット（８）に伝送される、請求項１６から１９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２１】
前記加算ユニット（１０）には、前記制御装置（１）によって前記誘導性の負荷に印加される制御電圧（ＵPWM）または制御電圧の値が伝送される、請求項１６から２０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２２】
前記計算ユニットのハードウェアで実現される部分（８，９，１０）が、アナログモジュールまたはディジタルモジュール、例えばＦＰＧＡまたはＤＳＰによって形成されている、請求項９から２１までのいずれか１項記載の装置。
【国際調査報告】
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