用于窗调节器无刷马达的转矩电流限制矢量控制系统和方法
阅读说明：本技术 用于窗调节器无刷马达的转矩电流限制矢量控制系统和方法 (Torque current limit vector control system and method for window regulator brushless motor ) 是由 阿瑟·J·W·黑内什 于 2019-07-24 设计创作，主要内容包括：提供了一种马达控制系统以及操作该控制系统的方法,该马达控制系统用于控制车辆的闭合面板的动力操作的致动器的无刷电动马达。该控制系统包括矢量控制系统,该矢量控制系统被配置成接收基于马达的测量的角速度的转矩电流和每个相的电流,并且确定相应的静止参考系电压。矢量控制系统将脉冲宽度调制信号输出到马达。矢量转矩电流限制器耦接至矢量控制系统和马达,并且被配置成：确定汲取的转矩电流,接收测量的角速度,以及确定是否存在测量的角速度的减小,以及响应于确定存在无刷电动马达的测量的角速度的减小来检测夹持事件并减小转矩电流。(A motor control system for controlling a brushless electric motor of a power operated actuator of a closure panel of a vehicle and a method of operating the control system are provided. The control system includes a vector control system configured to receive a torque current based on a measured angular velocity of the motor and a current of each phase and determine a corresponding stationary reference frame voltage. The vector control system outputs a pulse width modulated signal to the motor. The vector torque current limiter is coupled to the vector control system and the motor and configured to: the method includes determining a torque current drawn, receiving a measured angular velocity, and determining whether there is a decrease in the measured angular velocity, and detecting a clamping event and decreasing the torque current in response to determining that there is a decrease in the measured angular velocity of the brushless electric motor.)
相关申请的交叉引用
本发明申请要求于2018年7月24日提交的美国临时申请No.62/702,496的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容一般地涉及用于汽车动力操作的致动器的马达控制系统，并且更具体地涉及用于在动力操作的致动器中使用的无刷马达的转矩电流限制矢量控制系统。本公开内容还涉及操作控制系统的方法。
背景技术
该部分提供与本公开内容相关的背景信息，其不一定是现有技术。
窗调节器和其他动力操作的致动器通常存在于机动车辆上。这种动力操作的致动器可以设计成满足严格的安全要求和标准，以确保致动器的操作者的安全。例如，一种这样的安全标准是联邦机动车辆安全标准(FMVSS)标准号118或简称FMVSS118，其阐述了动力操作的窗调节器以及其他动力操作的闭合构件或面板的要求。例如，FMVSS118在第五部分(S5)中包括自动反转系统的标准，其要求窗调节器机构在它们遇到障碍物(例如，人的手指、手臂或手)时停止和反转方向。因此，需要提供用于窗调节器的控制系统，例如实现FMVSS118的S5合规性。更具体地，挑战在于产生一种包括智能马达和/或马达控制系统的系统，该系统能够在窗关闭事件期间足够快地检测和做出反应以满足这种严格的防夹标准。
许多已知的窗调节器采用有刷直流(DC)马达来操作用于移动窗的相应机构。这种有刷电动马达通常具有质量较大的旋转组件，这导致窗调节器系统具有相对较高的惯性；然而，例如，窗调节器系统的高惯性会导致对夹持事件的减少的反应时间。系统反应越慢，可能导致的峰值夹持力越大，因此使用有刷DC马达难以满足FMVSS118S5的要求。而一种解决方案是使用轻重量有刷DC马达来减少系统惯性并增加响应(例如马达停止)时间。尽管如此，即使使用弱有刷马达也可以实现FMVSS118S5合规性，但是这种弱轻重量马达可能仅限于用于小型、低质量窗的窗调节器，其可能不适合所有车辆应用。
因此，仍然需要克服这些缺点的在动力操作的致动器中使用的改进的马达控制系统及其操作方法。
发明内容
本部分提供了本公开内容的总体概述，并不是其全部范围或其所有特征和优点的全面的公开内容。
本公开内容的目的是提供一种马达控制系统和操作该控制系统的方法，解决和克服上述缺点。
因此，本公开内容的一个方面是提供一种用于控制车辆的闭合面板的动力操作的致动器的无刷马达的控制系统。该控制系统包括矢量控制系统，该矢量控制系统被配置成：接收基于无刷马达的测量的角速度的转矩电流以及来自无刷马达的第一相电流、第二相电流和第三相电流，以及基于转矩电流来确定α静止参考系电压和β静止参考系电压。矢量控制系统还被配置成基于α静止参考系电压和β静止参考系电压来维持第一相电流、第二相电流和第三相电流。矢量控制系统将第一相脉冲宽度调制信号、第二相脉冲宽度调制信号和第三相脉冲宽度调制信号输出到无刷马达。矢量转矩电流限制器被耦接至矢量控制系统和无刷马达，并且被配置成：确定汲取的转矩电流，接收无刷电动马达的测量的角速度，以及确定是否存在相对于预定速度限制的测量的角速度的减小。矢量转矩电流限制器还被配置成响应于确定存在无刷电动马达的测量的角速度的减小检测闭合面板的夹持事件并且限制并且例如可以减小转矩电流。
根据控制系统的相关方面，矢量控制系统还包括：第一比例积分控制单元，其被配置成接收基于无刷电动马达的测量的角速度的转矩电流和汲取的转矩电流，以及使用该转矩电流和汲取的转矩电流来输出转矩电压命令和磁通链电压命令；逆派克(Park)变换单元，其耦接至第一比例积分控制单元，并且被配置成接收无刷电动马达的角位置并且使用逆派克变换将转矩电压命令和磁通链电压命令变换成α静止参考系电压和β静止参考系电压；切换状态矢量脉冲宽度调制单元，其耦接至逆派克变换单元和无刷电动马达，并且被配置成确定第一相脉冲宽度调制信号和第二相脉冲宽度调制信号和第三相脉冲宽度调制信号并且将其输出至无刷电动马达；克拉克(Clarke)变换单元，其耦接至无刷电动马达，并且被配置成接收来自无刷电动马达的第一相电流、第二相电流和第三相电流并且使用克拉克变换确定并输出α静止参考系电流和β静止参考系电流；派克变换单元，其耦接至克拉克变换单元，并且被配置成接收α静止参考系电流和β静止参考系电流并且使用派克变换确定和输出汲取的转矩电流和场磁通链电流汲取；积分器单元，其具有耦接至无刷马达的积分器输入端和耦接至逆派克变换单元的积分器输出端，并且被配置成接收来自无刷电动马达的测量的角速度并对测量的角速度进行数学积分，并将积分器输出端处的角位置输出到逆派克变换单元；以及第二比例积分控制单元，其耦接至逆派克变换单元和派克变换单元，并且被配置成接收参考磁通链电流和汲取的磁通链电流并且确定磁通链电压命令并将其输出到逆派克变换单元。
根据控制系统的相关方面，矢量转矩电流限制器包括：第三比例积分控制单元，其具有为无刷电动马达的目标角速度的第三参考输入和耦接至该无刷电动马达用于接收测量的角速度ω和转矩电流输出的第三测量输入端，并且被配置成接收目标角速度和测量的角速度并且确定并输出转矩电流输出端处的受控转矩电流；以及转矩电流限制模块，其具有耦接至转矩电流输出端的第一限制模块输入端和第二限制模块输入端和限制模块输出端，并且被配置成接收受控转矩电流并输出限制模块输出处的转矩电流。
根据控制系统的相关方面，矢量转矩电流限制器还包括：历史转矩电流模块，其具有汲取的转矩电流的历史输入和历史输出，并且被配置成接收汲取的转矩电流并更新先前确定的矢量汲取的转矩电流并将历史输出处的先前确定的矢量汲取的转矩电流输出至转矩电流限制模块，并且转矩电流限制模块还被配置成接收第二限制模块输入端处的先前确定的矢量汲取的转矩电流并且相应地调节限制模块输出端处的转矩电流。
根据控制系统的相关方面，矢量转矩电流限制器还包括速度配置文件模块，其具有作为无刷电动马达的测量的角速度的配置文件输入和耦接至第三比例积分控制单元的第三参考输入端的配置文件输出端，并且被配置成接收测量的角速度ω，并且确定并输出配置文件输出端处的目标角速度。
根据控制系统的相关方面，矢量转矩电流限制器还被配置成：确定无刷电动马达已经被命令移动，以及响应于确定无刷电动马达已经被命令移动来调节输出目标角速度以移动无刷电动马达。
根据控制系统的相关方面，矢量转矩电流限制器的转矩电流限制模块还被配置成：将无刷电动马达的位置处的受控转矩电流限制在与无刷电动马达的位置对应的先前受控转矩电流的预定百分比内，以及将受控转矩电流备份为先前的受控转矩电流。
根据控制系统的相关方面，矢量转矩电流限制器还被配置成：响应于测量的角速度ω小于预定速度限制来启动和递增计数器，响应于测量的角速度不小于预定速度限制返回到将无刷电动马达的位置处的受控转矩电流限制在与无刷电动马达的位置对应的先前受控转矩电流的预定百分比内的步骤，确定计数器是否小于预定时间段，以及响应于确定计数器不小于预定时间段并且测量的角速度小于预定速度限制来推断存在夹持事件。
根据控制系统的相关方面，克拉克变换单元具有：第一相电流输入、第二相电流输入和第三相电流输入，每个均耦接至无刷电动马达以接收第一相电流、第二相电流和第三相电流；以及耦接至派克变换单元的α静止参考系电流输出，其用于输出α静止参考系电流；以及耦接至派克变换单元的β静止参考系电流输出，其用于输出β静止参考系电流。
根据控制系统的相关方面，派克变换单元具有：α静止参考系电流输入，其耦接至克拉克变换单元的α静止参考系电流输出，用于接收α静止参考系电流；以及β静止参考系电流输入，其耦接至克拉克变换单元的β静止参考系电流输出，用于接收β静止参考系电流；以及汲取的转矩电流输出，其耦接到第一比例积分控制单元和历史转矩电流模块的历史输入，用于输出汲取的转矩电流；场磁通链电流汲取输出，其耦接至第二比例积分控制单元，用于输出场磁通电流汲取。
根据控制系统的相关方面，第二比例积分控制单元具有：第二参考输入，其为参考磁通链电流；以及第二测量输入，其耦接至派克变换单元的磁通链电流汲取输出，用于接收磁通链电流汲取；以及磁通链电压输出，其耦接至逆派克变换单元，用于输出磁通链电压命令。
根据控制系统的相关方面，第一比例积分控制单元具有：第一参考输入，其耦接至转矩电流限制模块的转矩电流输出，用于接收转矩电流；以及第一测量输入，其耦接至汲取的转矩电流输出，用于接收汲取的转矩电流；以及转矩电压输出，其耦接至逆派克变换单元，用于输出转矩电压命令。
根据控制系统的相关方面，逆派克变换单元具有：第一逆派克输入，其耦接至第一比例积分控制单元的转矩电压输出，用于接收转矩电压命令；以及第二逆派克输入，其耦接至第二比例积分控制单元的磁通链电压输出，用于接收磁通链电压命令；以及第三逆派克输入，其耦接至积分器单元的积分器输出，用于接收角位置；以及α静止参考系电压输出，其耦接至切换状态矢量脉冲宽度调制单元，用于输出α静止参考系电压；以及β静止参考系电压输出，其耦接至切换状态矢量脉冲宽度调制单元，用于输出β静止参考系电压。
根据控制系统的相关方面，切换状态矢量脉冲宽度调制单元具有：α静止参考系电压输入，其耦接至逆派克变换单元的α静止参考系电压输出，用于接收α静止参考系电压；以及β静止参考系电压输入，其耦接至逆派克变换单元的β静止参考系电压输出，用于接收β静止参考系电压；以及第一相脉冲宽度调制输出，其耦接至无刷电动马达，用于输出第一相脉冲调制信号；以及第二相脉冲宽度调制输出，其耦接至无刷电动马达，用于输出第二相脉冲调制信号；以及第三相脉冲宽度调制输出，其耦接至无刷电动马达，用于输出第三相脉冲宽度调制信号。
根据控制系统的相关方面，控制系统与远程致动装置通信，并且控制系统还被配置成当远程致动装置距车辆大于6米时允许无刷电动马达的运动。
根据控制系统的相关方面，控制系统还被配置成：如果远程致动装置和车辆在远程致动装置距车辆大于11米时被不透明表面分开，与远程致动装置通信。
根据控制系统的相关方面，控制系统还被配置成开始从静止位置关闭闭合面板以在闭合面板与车辆之间形成开口，该开口小到使四毫米直径半刚性圆柱形杆可以在开口边缘周围的任何位置处穿过开口放置。
根据另一方面，提供了一种在机动车辆中使用以使闭合构件在打开位置与闭合位置之间移动的动力操作的闭合系统其，该动力操作的闭合系统包括动力操作的致动器，其耦接至闭合构件并且能够操作以使闭合构件在打开位置与闭合位置之间移动，该动力致动器单元包括无刷DC(BLDC)电动马达和控制器，该控制器被配置成使用磁场导向控制(FOC)方法来控制无刷DC(BLDC)电动马达。
根据另一方面，提供了一种用于控制车辆的闭合面板的动力操作的致动器的无刷电动马达的控制系统，该控制系统包括：矢量控制系统；以及矢量转矩电流限制器，其耦接至矢量控制系统和无刷电动马达，并且被配置成确定由无刷电动马达汲取的转矩电流，接收无刷电动马达的测量的角速度，确定是否存在相对于预定速度限制的测量的角速度的减小，以及响应于确定存在无刷电动马达的测量的角速度ω的减小来检测闭合面板的夹持事件并限制供应给无刷电动马达的转矩电流。
根据本公开内容的另一方面，还提供了一种使用控制系统来控制无刷电动马达的方法，该控制系统包括矢量控制系统和矢量转矩电流限制器。该方法包括以下步骤：确定无刷电动马达已经被命令移动，以及使用矢量控制系统响应于确定无刷电动马达已经被命令移动来加速无刷电动马达。该方法还包括以下步骤：使用矢量转矩电流限制器来确定汲取的转矩电流，以及使用矢量转矩电流限制器来接收无刷电动马达的测量的角速度。该方法通过以下进行：使用矢量转矩电流限制器来确定是否存在相对于预定速度限制的测量的角速度的减小。该方法还包括以下步骤：使用矢量转矩电流限制器响应于确定存在无刷电动马达的测量的角速度的减小来检测闭合面板的夹持事件并减小转矩电流。
根据相关方面，该方法还包括：使用矢量转矩电流限制器将无刷电动马达的位置处的受控转矩电流限制在与无刷电动马达的位置对应的先前受控转矩电流的预定百分比内，以及使用矢量转矩电流限制器将受控转矩电流备份为先前的受控转矩电流。
根据相关方面，该方法还：使用矢量转矩电流限制器响应于测量的角速度小于预定速度限制来启动和递增计数器，响应于测量的角速度不小于预定速度限制返回到将无刷电动马达的位置处的受控转矩电流限制在与无刷电动马达的位置对应的先前受控转矩电流的预定百分比内的步骤，确定计数器是否小于预定时间段，以及响应于确定计数器不小于预定时间段并且测量的角速度小于预定速度限制来推断存在夹持事件。
根据本文提供的描述，其他适用领域将变得明显。本发明内容中的描述和具体示例仅出于说明的目的，并不旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于所选实施方式而不是所有可能的实现方式的说明性目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
图1是根据说明性实施方式的包括可移动窗和闭合面板的机动车辆的透视图；
图2是根据说明性实施方式的具有可移动窗和窗调节器单元的闭合面板的侧视图；
图3是图2的闭合面板的侧视图，示出了根据说明性实施方式的具有可移动窗和与其一起安装的窗调节器单元的承载器模块；
图4是图3的承载器模块的侧视图，示出了根据说明性实施方式的窗调节器致动器单元；
图5是根据说明性实施方式的图4的窗调节器致动器单元的侧截面图；
图6是根据说明性实施方式的图5的窗调节器致动器单元的无刷马达的示意图；
图7是根据说明性实施方式的用于控制图6的无刷马达的控制系统的框图；
图8是根据本公开内容的方面的无刷DC电动马达的操作区域的示意图；
图9示出了根据本公开内容的方面的与无刷电动马达的不同驱动模式相关联的相移3轴定子系统电量的曲线图；
图10和图11示出了根据说明性实施方式的印刷电路板的相对侧，该印刷电路板具有用于控制图5的无刷马达的控制电路；
图12示出了根据说明性实施方式的分解为2轴参考系正交电流和磁通电流分量的定子电流矢量；
图13是根据说明性实施方式的无刷马达的定子和转子的示意图，示出了转子磁场和定子磁场以及作用在转子上的正交和定子力。
图14是根据说明性实施方式的图12的2轴变换定子电流矢量的3轴表示，示出了定子电流矢量与转子的正交轴之间的Δ。
图15示出了根据本发明的方面的可以由图5所示的动力操作的致动器在窗移动期间作用在窗上的多个力；
图16是根据本发明的方面的用于控制车辆的闭合面板的图5中的动力操作的致动器的图6中所示的无刷电动马达的控制系统的框图；
图17是根据说明性实施方式的图16的控制系统的框图，示出了由于引起转子转速的变化和所感测的汲取的转矩电流的增加的夹持事件而导致的正交和磁通电流分量的合成变化；
图18示出了根据本公开内容的方面的使用包括矢量控制系统和矢量转矩电流限制器的控制系统来控制无刷电动马达的方法的步骤；
图19是根据本公开内容的方面的有刷电动马达的读数的多个曲线图，示出了在夹持事件期间的速度减小的斜率；
图20示出了根据本公开内容的方面的可以使用图16的控制系统的动力升降门系统；
图21示出了根据本公开内容的方面的由于图16的控制系统的实现而可以减小尺寸的动力操作机构的部件；
图22示出了根据本公开内容的方面的采用障碍物检测的车辆的动力操作侧门，该障碍物检测可以使用图16的控制系统；
图23是根据本发明的方面的用于控制车辆系统的无刷电动马达的控制系统的框图；以及
图24是示出根据说明性实施方式的用于控制图6的无刷马达的示例性方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述细节以提供对本公开内容的理解。在一些情况下，未详细描述或示出某些电路、结构和技术，以免使本公开内容模糊。
在以下描述和所附权利要求中，表述“闭合面板”将用于一般地指示在打开位置与闭合位置之间可移动的任何元件，其分别打开和关闭到机动车辆的内部隔室的访问，因此包括行李厢、门、升降门、滑动门、后舱盖、发动机罩盖或其他闭合的隔间、窗、天窗以及机动车辆的侧门。
一般而言，本公开内容涉及一种非常适用于许多电动马达应用的马达控制系统类型。将结合一个或更多个示例实施方式描述本公开内容的马达控制系统和相关联的操作方法。然而，所公开的特定示例实施方式仅被提供来足够清楚地描述发明构思、特征、优点和目的，以允许本领域技术人员理解和实践本公开内容。具体地，示例实施方式被提供来使本公开内容透彻，并且将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如特定部件、装置和方法的示例，以提供对本公开内容的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员明显的是，不需要采用特定细节，示例实施方式可以以许多不同的形式实施，并且两者都不应被解释为限制本公开内容的范围。在一些示例实施方式中，没有详细描述公知过程、公知装置结构和公知技术。
由于有刷马达通常具有质量相对大的旋转组件，因此将这样的马达包括在动力操作的致动器例如窗调节器中会导致：相应的动力操作的致动器系统具有相对较高的惯性。例如，窗调节器系统的高惯性会引起例如由于马达必须克服这种惯性导致的对夹持事件的反应时间缩短，以确保在窗可能传递破坏性夹持力之前使窗停止。此外，必须设计支承部件以抵抗由有刷马达生成的高惯性负荷，从而给部件增加成本、尺寸和重量。通过使用无刷马达作为用于动力操作的致动器系统例如窗调节器系统的驱动单元代替传统的有刷马达，可以显著减小相应旋转组件的质量。因此，可以减小致动器系统的惯性。如此，系统对夹持事件的反应时间(例如，停止无刷马达的旋转)显著改善。此外，由于不需要由于由马达生成的高惯性力而经历更高的负荷，所以系统部件强度可以降低，从而进一步降低马达成本和无刷马达的总重量。
现在首先参照附图的图1，示出了机动车辆1010的示例，其具有车身1012、铰接的前门1014和滑动后门1016。前门1014配备有窗1018，窗1018经由动力操作的窗升降系统能够在闭合位置与打开位置之间移动。类似地，后门1016配备有窗1020，窗1020经由动力操作的窗升降系统能够在闭合位置与打开位置之间移动。虽然本公开内容在下文中将具体地涉及描述与后滑动门1016相关联的窗升降系统，但是本领域技术人员将认识到并理解，与本文描述的布置类似的布置可以适于与前门1014和/或与铰接的升降门1024相关联的窗1022以及任何其他类型的闭合面板。此外，本领域技术人员将认识到并理解，与本文描述的布置类似的布置可以适于用于其他马达应用，诸如用于车辆闭合闩锁组件的马达例如动力释放或动力锁定马达、用于系紧机构(cinch mechanism)的马达、用于移动闭合面板的动力致动器的马达。此外，控制方法和相应的系统可以应用于需要针对改进马达控制以及例如改进的响应于障碍物的马达停止的增强的性能的除汽车工业以外的应用，例如电梯、商业闭合件诸如滑动门和旋转门、车库门等。
如图2中最佳所示，提供了用于机动车辆1010的动力操作的窗升降系统的汽车动力操作的致动器10，特别是窗调节器。动力操作的致动器10能够操作以相对于支撑框架12在打开位置与闭合位置之间驱动被固定至车门13例如门1016的滑块窗格或窗11，例如图1的窗1020。动力操作的致动器10包括无刷电动马达1例如永磁同步马达(PMSM)(例如，如图6中所示制造)以及控制电路14，该控制电路14电耦接至无刷电动马达1并且包括(将如下所述)合适的硬件和/或软件以控制同一无刷电动马达1的操作。
除了图1和图2之外，现在参照图3，公开了例如与滑动门1016或车门13相关联的门面板1028。门模块1030适于安装到门面板1028。门模块1030包括承载器1044，承载器1044支承多个门硬件部件1047，诸如例如动力操作的系紧闩锁1046、动力操作的门闩锁1050和动力操作的窗升降系统，该动力操作的窗升降系统包括窗调节器机构1053和也称为动力操作的致动器的动力致动器单元1052，该动力致动器单元1052包括例如也称为无刷DC(BLDC)电动马达的无刷马达诸如无刷电动马达1。系紧闩锁1046经由展示器1048安装到承载器1044，而门闩1050也经由另一展示器1051安装到承载器1044。在该非限制性示例中，窗调节器机构1053被示出为包括一对横向间隔的导轨1054a和1054b以及相应的一对窗升降器板1056a和1056b。窗1020适于安装到用于沿着导轨1054a、1054b进行双向平移运动的升降器板1056a和1056b。提供缆索滑轮型升降机构(未示出)，用于将升降器板1056a、1056b互连到包括无刷电动马达1的动力致动器单元1052。图3和图4示出了沿导轨1054a、1054b的上端定位的升降器板1056a、1052b，以便使窗1020位于其闭合位置。如将要注意的，升降器板1056a、1056b在图4中以虚线示出，以便还能够位于沿导轨1054a、1054b的下端，以便使窗1020位于其打开位置。
现在参照图5，示出了包括无刷电动马达1的动力致动器单元1052的示例。根据说明性示例，动力操作的致动器1052可以是如US2017/0089115中公开的动力致动器单元，该US2017/0089115的整个公开内容通过引用并入本文。图5更具体地示出了动力致动器单元1052，其包括驱动壳体1060和电动马达组件1062。驱动壳体1060限定齿轮室1064、与齿轮室1064连通的马达轴室1066、以及与轴室1066连通的马达安装室1068。固定到马达轴1174的蜗杆1080与大齿轮驱动齿轮1304啮合，大齿轮驱动齿轮1304可旋转地支撑在齿轮室1064中。大齿轮1304的旋转包括输出轴1126，其当大齿轮1304旋转时可操作地连接到滚筒(未示出)以控制与缆索滑轮驱动机构相关联的滚筒的旋转。无刷DC马达1070(DC马达1的实施方式)安装在马达壳体1068中并且能够操作以控制马达轴1174的旋转的量和方向。壳体1060包括若干有孔安装凸耳，用于将动力致动器单元1052固定到承载器1044。从控制器单元100提供的控制信号被提供给动力致动器单元1052，该控制器单元100通常也称为控制器，包括如下面将在本文中描述的控制电路14。说明性地，控制器单元100被示出为远离马达1070并且经由线束1330与其电连接，线束1330的一端被固定在从马达壳体1068延伸的电连接器1102d的插头中。控制信号可以可替代地由包括控制电路14的本地定位的控制器单元100提供，该控制器单元100例如安装至在驱动壳体1060内设置的印刷电路板(PCB)1320。
如图6中示意性所示，无刷DC(直流)电动马达1或简单的无刷电动马达1包括定子和多个定子绕组2a、2b、2c(在该示例中为三个，以星形配置连接)以及在该示例中具有两个极('N极'或北极和'S极'或南极)的转子3，该转子3能够操作以相对于定子绕组2a、2b、2c旋转。转子3可以连接到输出轴300诸如马达轴1174，其可以与耦接器15诸如蜗杆1080、大齿轮驱动齿轮1304和输出轴1126或者使闭合板诸如图2中所示的窗11运动的其他机构可操作地连通。
除了图6之外，现在参照图7，无刷电动马达1的控制设想在由与绕组2a、2b、2c连通的DC电源(例如，电压源95)供电时生成的在定子绕组2a、2b、2c中流动的相电流Ia、Ib、Ic的电周期性切换，以便经由所产生的磁相互作用保持转子3的旋转。例如，动力致动器10的控制电路14可以包括微处理器33、三相逆变器20和PWM(脉冲宽度调制)单元1022，耦接至相定子绕组2a、2b、2c。以已知的方式，这里不再详细讨论，三相逆变器20包括用于每个定子绕组2a、2b、2c的三对功率晶体管开关21，所述三对功率晶体管开关21由PWM单元1022控制以驱动处于高(ON)或低(OFF)值的各个相电压，以便控制对定子绕组2a、2b、2c供电的相关电压/电流的平均值。当定子绕组2a、2b、2c如由控制PWM单元1022和三相逆变器20的微处理器33确定地按相继顺序和大小通电时，生成顺时针或逆时针移位的移动磁通99(参见图13)。该移动磁通99与由永磁转子3生成的磁通101相互作用，以使转子3以与磁通101成所希望的关系旋转。作用在转子3上的旋转转矩将使窗11和作为连接窗11与马达1的运动链的一部分的任何中间部件例如齿轮、联轴器、导轨、电缆等(如果提供的话)运动。
现在参照图6、图7和图8，控制动作需要知道转子3在其旋转期间的位置，以便控制施加到绕组2a、2b、2c的激励电压/电流模式，也称为换向。因此，示意性地示出为4a、4b、4c的霍尔传感器或其他类型的位置传感器相对于定子绕组2a、2b、2c周向布置(例如，它们之间的间隔的角度距离为120°)，以便检测转子3的位置，并将检测到的信号电传送至微处理器33。例如，使用三个接通/关断霍尔位置传感器4a、4b、4c，可以对于如图8中示意性所示的六个不同的径向区域(其中，与由位置传感器4a、4b、4c提供的输出对应的不同代码，例如001、101、100、110、010、011针对每个区域Z1、Z6、Z5、Z4、Z3、Z2被示出)来检测转子3的磁位置。换向序列由微处理器33确定，基于如由霍尔效应位置传感器4a、4b、4c测量的定子5和转子3的相对位置相应地配置。作为示例而非限制地，可以例如通过(例如，经由电线97a、97b、97c)检测随转子3旋转而生成的反电磁力(EMF)的大小来提供用于确定转子3的位置的其他技术作为无传感器位置检测技术的一部分。
除了图8之外，现在参照图9，无刷电动马达1的控制可以以正弦驱动模式实现，由此无刷电动马达1由经调制的三相脉冲宽度调制(PWM)电压供电，以在定子绕组2a、2b、2c或线圈中获得如以平滑格式示意性地示出的正弦形状的相电流Ia、Ib、Ic。利用这种正弦换向，与定子绕组2a、2b、2c和PWM单元1022连接的所有三条电线97a、97b、97c永久地通过彼此异相120度的正弦电流Ia、Ib、Ic供电。通过定子绕组2a、2b、2c供应的电流的产生的效果是生成北极/南极磁场99(图13)，该北极/南极磁场99随电流Ia、Ib、Ic变化而在马达定子5内旋转R。通过控制PWM单元1022和逆变器20(MOSFET 21)的微处理器33来计算对流过定子绕组2a、2b、2c的电流进行切换的换向过程。
除了图5之外，现在参照图10和图11，示意性地示出了包括控制器单元100的控制器装置1108。控制器装置1108被示出为通常包括在将外壳盖板1110安装到致动器壳体1102的外壳部分1102c上时设置在外壳室1158内的PCB 1320。PCB 1320被示出为包括电连接的各种电气或电子部件，其形成控制电路14的电路以用于控制动力致动器单元10的操作。连接器端口1326形成在PCB 1320中，并且被配置和布置成接收与设置在壳体1102的连接器部分1102d中的***式电连接器1330相关联的连接器端子1328。安装到PCB 1320且彼此电互连的电子器件可以包括硬件部件，例如诸如微处理器33的微控制器412和诸如存储芯片的存储器模块414，该存储器模块414用于存储用于由微控制器33、412执行如本文所述的马达控制方法和技术的软件指令和算法(例如代码)。提供了诸如电阻器、电感器和电容器的其他部件以及用于操作微控制器412和存储器模块414以控制马达1的其他信号调节/支持部件。例如，存储在存储器模块414上的指令和代码也可以与如下各种系统模块相关：例如应用程序编程接口(API)模块、驱动器API、数字输入输出API、诊断API、通信API和用于与车身控制模块(BCM)89或其他车辆系统的LIN通信和CAN总线通信的通信驱动器。车身控制模块89是公知的汽车电子装置，也称为“车身计算机”，并且通常是负责监视和控制机动车辆的各种电子配件的电子控制单元。虽然可以将模块描述为加载到存储器模块414中，但是应当理解，模块可以用硬件和/或软件实现。还安装到PCB 1320的可以是：FET硬件诸如H桥FET416(场效应晶体管)、诸如形成反相器20的功率晶体管开关21，以及加载到与这些FET 416例如FET API相关的存储器模块414中的软件。
由如本文所述的马达控制方法和技术的微控制器33、412执行的指令和算法(例如，代码)可以涉及控制H桥FET 416(包括场效应晶体管，诸如功率晶体管开关21)以向马达1提供协调的功率(例如，提供正弦电压以生成电流Ia、Ib、Ic)。在下面更详细地描述由微处理器33、412或FET驱动器控制作为负载开关的H桥FET 416连接或断开电能(电压/电流)的源95以控制马达1。说明性地，微处理器33、412直接或间接地电连接到H桥FET 21、416以用于对其控制(例如，用于控制FET开关速率)。H桥FET 21、416经由三条电线97a、97b、97c连接到马达1，所述三条电线97a、97b、97c连接到安装到印刷电路板1320的连接器引脚1324。感测到的电流信号以及通过转子3的旋转生成的反EMF电压信号也可以说明性地由微处理器412通过相同的电线97a、97b、97c接收。附加的连接器引脚(未示出)可以被提供并且与霍尔传感器4a、4b、4c电连通以由微处理器33、412接收指示转子3的位置的位置信号。虽然控制器单元100被示为集成在用于窗调节器的动力致动器单元1052中，但是可以理解它可以被集成到例如用于控制门1014、1016、1024的关闭或打开的具有无刷马达的动力门打开致动器的另一系统中，或者集成在用于控制远程无刷马达的安装至门1014、1016、1024的单独的门控制模块内，该门控制模块可以设置有例如与PCB 1320类似的内部印刷电路板、微处理器、存储器和FET。
控制器100被配置成实现磁场导向控制方法或算法，其示例性地实施为用于控制无刷马达1的由微处理器33、412检索和执行的存储器模块414中的存储指令。如下面在本文中详细描述的控制系统30可以在控制器布置1108中实现，由此磁场导向控制算法和/或方法可以表示为存储在存储器模块414上的计算机存储指令和代码，并且/或者可以内置于用于根据如本文所述的磁场导向控制(FOC)控制策略控制马达1的微处理器33、412。利用如本文所述的磁场导向控制(或矢量控制)无刷马达技术，可以独立地控制无刷马达1的转矩和磁通，以改善对窗11与框架12之间的物体59(图3)例如手指的窗调节器防夹检测以及对控制移动窗11的力F的响应时间，并且移动窗11的力F可以如在如图3中所示在夹持事件期间以夹持力的形式施加到物体59。
现在参照图12、图13和图14，磁场导向控制(或矢量控制)无刷马达技术优化由转子3生成的、在转子3相对于绕组2a、2b、2c的转动角度上、例如作用在输出轴300上的输出转矩。供应给绕组2a、2b、2c的相电流Ia、Ib、Ic将生成定子磁场99，该定子磁场99的目标是与转子3的磁场正交。使转子3旋转的转矩最大化的净定子磁场力155的最佳方向如箭头157所示，其用于使转子3旋转。净定子磁场力155的次优方向或拉力如箭头159所示，其用于向外拉动转子3并将不对转子3生成旋转转矩。当磁场99和101平行时，净定子磁场力155将仅包括如箭头159所示的净定子磁场力155的分量或转矩力，因此不对转子3产生转矩。当磁场99和磁场101正交时，净定子磁场力155将仅包括如箭头157所示的净定子磁场力155分量，因此对转子3产生最大转矩。磁场导向控制(或矢量控制)旨在消除(例如，0)拉力159以使转矩力157最大化。图14是2轴变换定子电流矢量199的3轴表示，示出了定子电流矢量199与垂直于转子3的直轴205示出的正交轴203之间的Δ201。Δ207示出了定子电流矢量199与正交轴197之间的Δ。
为了以这种方式使转矩最大化，施加或供应给绕组2a、2b、2c的电流Ia、Ib、Ic和电压单独地并且根据相对于绕组2a、2b、2c的转子3角位置被控制，以便使定子磁场99以正交取向与转子磁场101对准。相移得到的如图14所示的定子电流Is 199可以如图12所示在数学上分解成两个分量：正交电流
此外，在一些动力操作的致动器系统中，转子的旋转的反馈控制基于实际马达速度与目标马达速度之间的速度差，该速度差在存在例如由防夹/障碍物事件引起的马达速度下降时发生。作为响应，控制系统将增加施加到马达的电压，以增加马达速度以满足目标马达速度。在典型的无刷马达控制系统中，关心保持运行速度，诸如在用于风扇和泵的无刷马达控制中；然而，对于防夹/障碍物问题，不期望基于反馈的速度控制。也可以在需要维持期望的转矩输出以应用的地方实现使用FOC的基于转矩的反馈控制。这些速度/转矩目标通常在用于泵和风扇控制的无刷马达的背景下，其中，需要将泵或风扇维持在操作水平以维持系统性能，这在马达以恒定输出操作时实现。在这些系统中不存在如在用于闭合面板的动力操作的致动器的设计的情况下的诸如障碍物检测或者防夹或部件的应变的问题。由此认识到，FOC提供了有利于防夹/障碍物问题的准确的转矩调节和监控。因此，在一些现有系统中，作为无刷电动马达1的控制的一部分，现有的控制系统将与本文公开的系统和方法所做的相反，并且将反而在马达速度降低期间增加转矩/速度以补偿所检测到的转矩/速度的减小。然而，在夹持事件期间，增加转矩/速度会增加系统中的惯性，从而由于惯性的相应增加而增加夹持力和停止时间，并且增加对系统部件的应变和力，这与用于闭合面板的动力致动器期望的相反。
现在参照图15，示出了由动力操作致动器10在其移动期间作用在窗11上的多个力16、18、20、22。具体地，所述多个力16、18、20、22可以包括无刷电动马达1沿第一方向作用在窗11上的马达力16。抵消马达力16的是：阻碍窗11的移动的例如由于物体59例如手指引起的夹持力18，例如由轨道/升降板的摩擦引起的摩擦力20，以及由窗11和其他附加部件(例如升降板)的重量引起的重力22。
如图16中最佳所示，控制系统30被设置成用于控制车辆1010的闭合面板(例如，窗11)的动力操作致动器10的无刷电动马达1。控制系统30可以被实施为作为通过微处理器33执行的存储在存储器模块414中的指令的软件和/或可以安装至PCB 1320的硬件部件。控制系统30包括矢量控制系统32，其被配置成接收基于无刷电动马达1的测量的或检测的角速度ω(例如，其使用从图7的霍尔传感器4a、4b、4c输出的检测信号来确定)的转矩电流
更详细地，矢量控制系统32包括第一比例积分(PI)控制单元36，其被配置成接收基于无刷电动马达1的测量的角速度ω的转矩电流
矢量控制系统32还包括耦接到无刷电动马达1的克拉克变换单元42，其被配置成从无刷电动马达1接收第一相电流
积分器单元46具有耦接到无刷电动马达1的积分器输入端48和耦接到逆派克变换单元38的积分器输出端50。积分器单元46被配置成从无刷电动马达1接收该测量的角速度ω并且执行对测量的角速度ω的数学积分并将积分器输出端50处的角位置θ输出到逆派克变换单元38。
第二比例积分控制单元52耦接到逆派克变换单元38和派克变换单元44并且被配置成接收参考磁通链电流
控制系统30还包括矢量转矩电流限制器54，其耦接到矢量控制系统32和无刷电动马达1并且被配置成确定转矩电流
矢量转矩电流限制器54具体包括第三比例积分控制单元56，其具有作为无刷电动马达1的目标角速度的第三参考输入58和耦接到无刷电动马达1以接收该测量的角速度ω的第三测量输入端60。第三比例积分控制单元56还具有转矩电流输出62并且被配置成接收目标角速度和测量的角速度ω，并且确定并输出转矩电流输出62处的受控转矩电流
矢量转矩电流限制器54还包括转矩电流限制模块64，其具有耦接到转矩电流输出62的第一限制模块输入66、第二限制模块输入68以及限制模块输出70。转矩电流限制模块64被配置成接收受控转矩电流
转矩电流限制模块64还被配置成在第二限制模块输入68处接收先前存储的汲取的矢量转矩电流
更详细地，矢量转矩电流限制器54的转矩电流限制模块64还被配置成将在无刷电动马达1的位置处的受控转矩电流
因此，如果例如由于夹持/障碍物而引起角速度或转子3的下降，则第三比例积分控制单元56将基于误差速度信号生成转矩电流或受控转矩电流
这种限制功能用于确保：尽管实际马达速度或测量的角速度ω与目标马达速度(即，预定速度限制)之间存在任意差，但是输入到第一比例积分控制单元36的受控转矩电流
矢量转矩电流限制器54还包括历史转矩电流模块72，其具有汲取的转矩电流
此外，矢量转矩电流限制器54还包括速度配置文件模块78，其具有作为无刷电动马达1的测量的角速度ω的配置文件输入80和耦接到第三比例积分控制单元56的第三参考输入58的配置文件输出82。速度配置文件模块78被配置成接收该测量的角速度ω并在配置文件输出82处确定并输出目标角速度(例如，目标速度)。因此，作为控制系统30的精确控制的结果，可以输入速度配置文件作为目标角速度，其可以根据被移动物体的位置(例如，使用霍尔传感器4a、4b、4c间接确定闭合面板的位置，或者通过其他位置检测方法例如直接地确定)和闭合面板的已知几何形状(例如，提供特定打开轮廓的升降门1024，例如在打开/关闭时相等或者没有呈现任何不均匀的打开行为的打开轮廓)进行调节。
此外，矢量转矩电流限制器54还被配置成确定无刷电动马达1已经被命令移动。矢量转矩电流限制器54响应于确定无刷电动马达1已例如通过BCM 89或通过无线密钥卡系统被命令移动而使无刷电动马达1加速。例如，也称为无线装置的远程致动装置例如密钥卡79或无线蜂窝电话例如智能手机或智能手表，其输入81对应于诸如关窗命令的命令。这样的输入端可以是输入按钮或显示在触摸屏上的按钮的图像，并且可以例如当用户不在窗11的视线范围内时以及例如当用户没有直接可见的视线时距马达1一定距离发出命令以使窗11移动关闭，以确定物体59是否会响应于命令马达1移动窗11而经历夹持。例如，用户可以立即按下及释放例如按钮以生成命令，用户执行与按钮的不连续交互的示例。作为另一示例，BCM 89可以在一段时间之后发出自动关闭窗11的命令(即，如果用户离开并忘记关闭窗11，则车辆1010将为用户关闭它而无需用户必须操作远程致动装置)，以及窗11在没有通过车身控制模块从用户接收输入的情况下的自动控制的示例。作为另外的示例，雨传感器53检测雨，并且BCM 89可以命令马达1移动以关闭窗11，而无需从用户接收任何命令。此外，仪表板光传感器51(用于前灯)可以检测黑暗并自动发出命令以自动关闭窗11。反之亦然——如果光传感器51检测到阳光太耀眼，它还可以发出自动关闭窗的命令(例如，如果车主给窗着色并希望遮蔽阳光)。另外，例如，如果BCM 89通过诸如加速度计的运动传感器(例如，根据风)检测到车辆1010的车身运动，则它可以发出自动关闭窗11的命令以防止碎屑进入车辆1010。传感器53、51是可以感测环境状况的环境传感器的示例。加速度计是传感器的又一示例，并且其他类型的传感器，诸如电池电压水平传感器、水传感器等可以被提供，而没有限制。
返回参考矢量控制系统32，克拉克变换单元42具有第一相电流输入84、第二相电流输入86和第三相电流输入88，每个都耦接到无刷电动马达1以接收第一相电流Ia、第二相电流Ib和第三相电流Ic。克拉克变换单元42还包括耦接到派克变换单元44以用于输出α静止参考系电流
派克变换单元44具有：α静止参考系电流输入94，其耦接到克拉克变换单元42的α静止参考系电流输出90以用于接收α静止参考系电流
第二比例积分控制单元52具有：作为参考磁通链电流(例如，出于本文描述的上述原因参考磁通链电流＝0以消除由箭头159描绘的作用在转子3上的力)171的第二参考输入102，耦接到派克变换单元44的磁通链电流汲取输出100以用于接收磁通链电流汲取
第一比例积分控制单元36具有耦接到转矩电流限制模块64的转矩电流输出70以用于接收转矩电流
逆派克变换单元38具有耦接到第一比例积分控制单元36的转矩电压输出112以用于接收转矩电压命令
切换状态矢量脉冲宽度调制单元40将双分量α静止参考系电压
如所讨论的，控制系统30可以与远程致动装置(例如，BCM 89或基于无线的接入系统)例如但不限于密钥卡79以及例如其他传感器51、53通信。因为本文中公开的控制系统30能够检测如上所述的夹持事件，所以当远程致动装置79距车辆1010大于6米时，控制系统30允许无刷电动马达1的运动，如联邦机动车辆安全标准(FMVSS)标准号118第5节(S5)所阐述的。类似地，如果远程致动装置和车辆1010不具有直接视线例如由不透明表面(例如墙壁)隔开，当远程致动装置79距离车辆大于11米时，控制系统30可以还被配置为与远程致动装置79通信，也在FMVSS118S5中阐述。如FMVSS118S5中所述，作为上文所述的快速响应的结果，控制系统30还被配置为从静止位置开始关闭闭合面板(例如，窗11)以在闭合面板与车辆之间形成开口，该开口如此小使得可以在开口边缘周围的任何位置穿过开口放置四毫米直径的半刚性圆柱形杆。这种能力可以导致夹持事件的检测的改善。
如图18中最佳所示，也提供了如图16中所示的使用包括矢量控制系统32和矢量转矩电流限制器54的控制系统30控制无刷电动马达1的方法。该方法包括以下步骤：200确定无刷电动马达1已被命令移动(例如，接收升窗命令)；以及202使用矢量控制系统32响应于确定无刷电动马达1已经被命令移动而命令无刷电动马达1的操作例如使无刷电动马达1加速。
接下来，该方法通过以下步骤进行：204使用矢量转矩电流限制器54确定汲取的转矩电流以及206使用矢量转矩电流限制器54接收无刷电动马达1的测量的角速度。更具体地，该方法可以包括以下步骤：208使用矢量转矩电流限制器54将无刷电动马达1的位置(例如，循环)处的受控转矩电流
该方法还可以包括以下步骤：212使用矢量转矩电流限制器54确定是否存在相对于预定速度限制(也称为预定角速度)的测量的角速度ω的减小(例如，ω<速度限制，或速度<巡航速度)。然后，该方法可以包括以下步骤：214使用矢量转矩电流限制器54响应于测量的角速度ω小于预定速度限制来启动和递增计数器177。然后，步骤216，响应于测量的角速度ω不小于预定速度限制返回到步骤210将在无刷电动马达1的位置处的受控转矩电流
然后，该方法包括以下步骤：响应于确定无刷电动马达1的测量的角速度ω相对于预定速度限制的减小而减小转矩电流
图19示出了有刷电动马达的多个读数图。如图所示，相对于在相邻图表中的其他控制系统信号，针对控制系统30指示出在其应用于有刷电动马达(未示出)时在夹持事件期间速度随时间(时间轴303)减小的斜率301。当控制系统30(算法)被应用于无刷电动马达1时，斜率201将更陡峭。换句话说，无刷电动马达1将更快地停止(例如，提供在可能的夹持事件期间改进的减速响应时间)以避免在夹持事件期间增加对物体59的夹持力18。
本领域技术人员将认识到，结合示例性马达控制系统30公开的概念同样可以实施到许多其他系统中以控制一个或多个操作和/或功能，例如但不限于以下部件的障碍物检测功能：图20中所示的用于检测升降门的打开关闭期间的障碍物/夹持的动力升降门系统的主轴900的马达，如图21中所示的闩锁系统例如现在由于马达的精确的转矩控制而经受更小的负荷的闩锁系统902的部件强度的减小，或者如图22中所示的采用障碍物检测的车辆的侧门动力致动器904。
如上所述，与有刷马达相比，无刷马达为窗调节器设计中的防夹功能提供了固有的优点。例如，无刷马达(例如，无刷电动马达1)的固有的较低惯性(质量)可以导致马达在例如当检测到夹持事件时被控制停止旋转时能够更快地停止旋转。这对于满足防夹规定非常重要。
此外，更快的马达响应时间可以允许其他益处，例如减少系统部件例如用于闩锁的齿轮的过度设计。目前，部件的过度设计是为了使部件能够承受马达的最大输出转矩，因为当前的马达控制通常导致马达被不准确地控制到其最大输出，如果设计不足则可能损坏部件。
使用用于无刷马达的矢量控制的组合可以实现改进的障碍物检测/防夹功能以及马达的更精确的转矩控制的益处，这可以导致更好的设计(更低强度的系统部件)。有利地，这种精确控制可以允许更好的控制以满足防夹规定，导致更精确的转矩输出控制，允许设计更便宜且不太坚固的部件(即齿轮)，以及使用更大的马达用于更小的马达应用的可能性(由于大型马达的转矩输出可以更精确地控制和管理，相当于较小马达的最大转矩输出)，因此当仅一个马达被设计用于多个应用时可以节省成本。
因此，本文公开的控制系统30和方法提供了许多优点。例如，图21示出了由于图7的控制系统30的实施而可以减小尺寸的动力操作机构(例如，闩锁系统)的部件。控制系统30的使用可以导致可以控制车辆的新方式，因为控制系统30能够满足严格的FMVSS118S5规定。如上所述，车辆系统(例如，BCM 89)与远程无线装置例如密钥卡79通信，密钥卡79用于通过设置在密钥卡79上的关窗按钮81控制窗11的操作，例如密钥卡79可以当用户“看不见窗”时被激活以关窗。在符合FMVSS118S4的情况下，系统需要具有视线。作为另一示例，车辆系统可以具有在一段时间之后(例如，如果驾驶员离开并忘记关窗11)自动窗关闭，车辆系统将自动关闭窗，或者风挡雨传感器53检测到雨并使车辆系统关闭窗11。类似地，仪表板光传感器51(用于前灯)可以检测黑暗。如果用户忘记关闭窗11，则使用控制系统30的车辆系统可以在夜间自动关闭窗11。然而，如果仪表板光传感器51检测到阳光太耀眼，则窗11也可以自动关闭，如果需要(例如，如果车辆1010给窗着色并且希望遮蔽阳光)。另一种可能的实施方式可以包括车辆1010的运动的警报检测(例如，根据风)并自动关闭窗11以防止碎屑进入车辆1010。总之，控制系统30和所公开的方法可以使车辆系统关闭窗11，而不需要用户监督这种关闭操作，因为防夹检测足够灵敏以确保例如儿童在与正关闭的窗11接触时不会受伤。
现在参照图23，根据说明性实施方式，提供了一种无刷电动马达驱动系统500，其包括电动马达502，电动马达502包括转子3和定子5。定子5包括定子绕组2a、2b、2c，其被配置成接收三相电压信号131a、131b、131c来以角速度ω驱动转子3的旋转，转子3的旋转由定子绕组2a、2b、2c中的三相定子电流135a、135b、135c产生。无刷电动马达驱动系统500还包括耦接到电动马达502的脉冲宽度调制逆变器40，其被配置成基于三相切换矢量信号147生成三相电压信号131a、131b、131c。无刷电动马达驱动系统500另外包括控制系统，该控制系统具有矢量控制器510，矢量控制器510耦接到脉冲宽度调制逆变器40并且被配置成生成从正交转矩信号143和磁通电流信号145转变的三相切换信号147，如在相对于作为正交轴197的定子Y轴和作为直轴195的定子x轴的曲线图上作为矢量示出的。矢量控制器510还被配置成生成包括定子转矩电流信号512和定子磁通电流信号513的两相定子矢量信号，其从生成的三相定子电流135a、135b、135c转换而来并且被表示为单个Is定子电流矢量199。矢量控制器510包括转矩控制器516，转矩控制器516被设计成基于调节的正交电流信号520和定子转矩电流信号512生成正交转矩信号143。矢量控制器还包括磁通控制器524，其被设计用于基于定子磁通电流信号513和参考磁通电流信号517来生成磁通电流信号145。此外，矢量控制器510包括矢量或正交转矩电流限制器530，其包括用于接收旋转命令信号的目标命令输入532。矢量控制器510还包括用于存储定子转矩电流信号512的存储器模块540。正交转矩电流限制器530被配置成基于接收的旋转命令信号532、实际的转子角速度信号540和存储的定子转矩电流信号分量512生成经调节的正交电流信号520。
现在参照图24，示出了使用控制系统控制无刷电动马达的方法，该控制系统包括用于例如由控制器100执行(例如，控制器100可以被配置成执行说明性步骤)的移动闭合面板600的矢量控制系统，该方法包括如下步骤：确定无刷电动马达已经被命令移动602；使用矢量控制系统响应于确定无刷电动马达被命令移动来控制无刷电动马达604；确定无刷电动马达的测量的角速度606；确定是否存在测量的角速度ω的减小608；以及夹持使用矢量控制系统响应于确定无刷电动马达的测量角度减小而检测闭合面板的夹持事件并限制提供给无刷电动马达的转矩电流610。
方法600还可以包括限制转矩电流的步骤，其包括将无刷电动马达的位置处的受控转矩电流限制在与无刷电动马达的位置对应的先前受控转矩电流的预定百分比内。方法600还可以包括以下步骤：确定测量的角速度小于预定速度限制；以及响应于测量的角速度不小于预定的速度限制，返回到限制受控转矩电流的步骤；确定在确定测量的角速度小于预定速度限制之后的预定时间段是否已经期满；以及响应于确定预定时间段已经期满并且测量的角速度小于预定速度限制而推断存在夹持事件。方法600还可以包括确定无刷电动马达已经被命令移动的步骤，该步骤包括从远程装置接收命令。
显然，在不脱离所附权利要求限定的范围的情况下，可以对本文描述和说明的内容进行改变。已经出于说明和描述的目的提供了实施方式的前述描述。其并非旨在穷举或限制本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下是可互换的并且可以在所选实施方式中使用，即使没有具体示出或描述。同样也可以以多种方式变化。不应将这些变化视为脱离本公开，并且所有这些修改旨在包括在本公开的范围内。
本文中使用的术语仅用于描述特定示例实施方式的目的，而不是限制性的。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也可以包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包含”、“含有”、“包括”和“具有”是包含性的，因此指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其组。除非特别标识为性能顺序，否则本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或说明的特定顺序执行。还应理解，可以采用另外的或替代的步骤。
当元件或层被称为“接通”、“接合”、“连接到”或“耦接到”另一元件或层时，它可以直接接通、接合、连接或耦接到另一元件或层。可以存在其他元件或层、或中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在......上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在......之间”与“直接在......之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开。除非上下文明确指出，否则本文使用的诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语不暗示顺序或顺序。因此，在不脱离示例实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分。
可以在本文中使用空间相对术语例如“内部”、“外部”、“下部”、“下方”、“下”、“上部”、“上方”、“顶部”、“底部”等，目的是为了便于用于描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系的描述。除了图中所示的取向之外，空间相对术语可以旨在涵盖使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将被定向在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括上方和下方的方向。装置可以以其他方式定向(旋转角度或在其他方位)，并且相应地理解本文中使用的空间相对描述。
此外，本发明实施例还包括：
(1).一种在机动车辆中使用以使闭合构件在打开位置与闭合位置之间移动的动力操作的闭合系统，所述动力操作的闭合系统包括：
动力操作的致动器，其耦接到所述闭合构件并且能够操作以使所述闭合构件在所述打开位置与所述闭合位置之间移动，所述动力致动器包括无刷DC(BLDC)电动马达；以及
控制器，其被配置成使用磁场导向控制(FOC)方法来控制所述无刷DC(BLDC)电动马达。
(2).根据(1)所述的动力操作的闭合系统，其中，所述磁场导向控制(FOC)方法包括控制供应给所述无刷DC(BLDC)电动马达的转矩电流，所述控制器还被配置成：
检测所述无刷DC(BLDC)电动马达的角速度ω；以及
响应于确定所述无刷DC(BLDC)电动马达的角速度ω的减小来限制供应给所述无刷DC(BLDC)电动马达的所述转矩电流。
(3).根据(2)所述的动力操作的闭合系统，其中，所述控制器还被配置成将在所述无刷电动马达的位置处的受控转矩电流限制在与所述无刷电动马达的位置对应的先前受控转矩电流的预定百分比内。
(4).根据(2)所述的动力操作的闭合系统，其中，所述控制器还被配置成响应于确定所述无刷DC(BLDC)电动马达的测量的角速度ω的减小低于预定角速度而限制所述受控转矩电流。
(5).根据(4)所述的动力操作的闭合系统，其中，所述控制器还被配置成响应于确定在确定所述无刷DC(BLDC)电动马达的测量的角速度ω的减小低于预定角速度之后已经经过预定时间段而推断存在夹持事件。
(6).根据(4)所述的动力操作的闭合系统，其中，所述控制器响应于推断存在夹持事件还被配置成将所述无刷DC(BLDC)电动马达的角速度ω减小到零，以及被配置成消除所述无刷DC(BLDC)电动马达中的磁通电流并且随后反转所述无刷DC(BLDC)电动马达的角速度ω以使所述闭合构件沿相反方向移动。
(7).根据(2)所述的动力操作的闭合系统，其中，所述控制器还被配置成根据前一个循环中供应给所述无刷DC(BLDC)电动马达的转矩电流渐进地限制供应给所述无刷DC(BLDC)电动马达的转矩电流。
(8).根据(1)所述的动力操作的闭合系统，其中，所述闭合构件是窗。
(9).根据(8)所述的动力操作的闭合系统，还包括无线装置，所述无线装置包括输入端，所述输入端被配置成从用户接收将所述窗移动到闭合位置的命令并且无线地发送所述命令，所述控制器还被配置成接收无线地发送的命令，并且作为响应控制所述无刷DC(BLDC)电动马达以使所述窗从打开位置移动到闭合位置。
(10).根据(9)所述的动力操作的闭合系统，其中，所述无线装置是密钥卡，并且所述输入端是设置在所述密钥卡上的按钮，并且来自所述用户的所述命令是与所述按钮的不连续交互。
(11).根据(9)所述的动力操作的闭合系统，其中，所述控制器被配置成：当所述无线装置的输入端接收来自用户的所述命令并且用户不在所述窗的视线内时，控制所述无刷DC(BLDC)电动马达将所述窗从打开位置移动到闭合位置。
(12).根据(8)所述的动力操作的闭合系统，还包括与所述控制器通信的车身控制模块(BCM)，所述控制器还被配置成接收来自所述车身控制模块的命令并且操作所述无刷DC(BLDC)电动马达以将所述窗从打开位置移动到闭合位置，其中，来自所述车身控制模块的命令在没有由所述车身控制模块从用户接收到的输入的情况下被生成以移动所述窗。
(13).根据(12)所述的动力操作的闭合系统，还包括传感器，所述传感器与所述车身控制模块通信并且被配置成感测所述窗周围的环境的状况，所述车身控制模块被配置成响应于感测到所述环境的状况来生成所述命令。
(14).一种使用包括矢量控制系统的控制系统来控制无刷DC(BLDC)电动马达以移动闭合面板的方法，所述方法包括以下步骤：
确定所述无刷电动马达已被命令移动；
使用所述矢量控制系统响应于确定所述无刷电动马达被命令移动来控制所述无刷电动马达；
确定所述无刷电动马达的测量的角速度；
确定是否存在所述测量的角速度ω的减小；以及
使用所述矢量控制系统响应于确定所述无刷电动马达的测量的角速度的减小来检测所述闭合面板的夹持事件并且限制供应给所述无刷电动马达的转矩电流。
(15).根据(14)所述的方法，其中，限制所述转矩电流的步骤包括将所述无刷电动马达的位置处的转矩电流限制在与所述无刷电动马达的位置对应的先前受控转矩电流的预定百分比内。
(16).根据(4)所述的方法，还包括以下步骤：
确定所述测量的角速度小于预定速度限制；
响应于所述测量的角速度不小于所述预定速度限制而返回到限制所述受控转矩电流的步骤；
确定在确定所述测量的角速度小于预定速度限制之后是否已经经过预定时间段；以及
响应于确定已经经过所述预定时间段并且所述测量的角速度小于所述预定速度限制来推断存在夹持事件。
(17).根据(16)所述的方法，其中，确定所述无刷电动马达已经被命令移动的步骤包括接收来自远程装置的命令。
(18).根据(14)所述的方法，其中，所述闭合面板是机动车辆的窗。
(19).根据(14)所述的方法，还包括在限制供应给所述无刷电动马达的转矩电流期间消除所述无刷DC(BLDC)电动马达中的磁通电流的步骤。
(20).一种用于控制车辆的闭合面板的动力操作的致动器的无刷电动马达的控制系统，所述控制系统包括：
矢量控制系统；以及
矢量转矩电流限制器，其耦接至所述矢量控制系统和所述无刷电动马达，并且被配置成：
确定由所述无刷电动马达汲取的转矩电流，
接收所述无刷电动马达的测量的角速度，
确定是否存在相对于预定速度限制的所述测量的角速度的减小，以及
响应于确定所述无刷电动马达的测量的角速度ω的减小来检测所述闭合面板的夹持事件并限制供应给所述无刷电动马达的转矩电流。
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