DE10042378A1 - Elektrohydraulischer Wandler, insbesondere Motor-Pumpenagregat für ein elektronisches Fahrdynamikregelungssystem - Google Patents

Elektrohydraulischer Wandler, insbesondere Motor-Pumpenagregat für ein elektronisches Fahrdynamikregelungssystem

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Abstract

Beschrieben ist eine Vorrichtung in einem elektronischen Fahrdynamiksteuerungssystem, umfassend einen elektromechanischen Wandler, insbesondere Elektromotor, eine hydraulische Pumpe (17) und eine elektrische Ansteuereinheit (4, 5, 16) für den Wandler, wobei der Wandler einen magnetischen oder magnetisierbaren Stator (10) und einen Rotor (11), sowie Anschlüsse (6...9) zum Anschluß der Ansteuereinheit und eine Kommutierungseinrichtung (2, 12...15) zur Ansteuerung von elektromagnetischen Windungen des Rotors aufweist, mit der Besonderheit, daß die Kommutierungseinrichtung drei oder mehrere jeweils mit den Anschlüssen elektrisch verbundene Kommutierungselemente (12...15) umfaßt, so daß die Windungen des Rotors durch die Ansteuereinheit (4, 5, 16) einzeln ansteuerbar sind, wobei mindestens ein Kommutierungselement mit einem Umschaltelement (5) verbunden ist, welches einen zusätzlichen Anschluß (21) zur Verbindung mit einer Einrichtung zur Drehzahlmessung (4) bereitstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in einem elektroni­ schen Fahrdynamiksteuerungssystem, umfassend einen elektro­ mechanischen Wandler, insbesondere Elektromotor, eine hy­ draulische Pumpe und eine elektrische Ansteuereinheit für den Wandler, wobei der Wandler einen magnetischen oder ma­ gnetisierbaren Stator und einen Rotor, sowie Anschlüsse zum Anschluß der Ansteuereinheit und eine Kommutierungs­ einrichtung zur Ansteuerung von elektromagnetischen Windun­ gen des Rotors aufweist.
Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor sind zunehmend mit elektronisch gesteuerten aktiven Bremseinrichtungen und/oder elektronischen System zur Regelung der Fahrdynamik, wie bei­ spielsweise ABS, ABS plus, ASR oder ESP ausgestattet. Der mechanische Teil des Bremsdruckreglers umfaßt neben elektro­ magnetisch gesteuerten Hydraulikventilen auch eine elek­ trisch angetriebene hydraulische Pumpe zur Erzeugung von Bremsdruck.
Eine elektrische Maschine zur Wandlung von elektrischer und mechanischer Energie, die als Pumpenmotor für ein Antibloc­ kiersystem geeignet ist, beschreibt die DE-A-41 42 993. Die dort dargestellte Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Elek­ tromotor, der mit einer Radialkolbenpumpe verbindbar ist. Der Elektromotor wird mit Gleichstrom betrieben und weist neben Stator, Rotor, Ankerwinklungen etc. einen Kommutator mit zwei schleifenden Kohlebürsten auf. Ein schwingungsdämp­ fendes Element an der Welle des Läufers verhilft der Pumpe zu einem geräuschärmeren Betrieb.
An elektromagnetische Wandler für Antiblockiersysteme werden extreme Anforderungen bezüglich Leistungsdichte, Zuverläs­ sigkeit, Preiswürdigkeit, Servicefreundlichkeit und Geräu­ scharmut gestellt. Somit besteht weiterhin ein Bedarf an weiter verbesserten hydraulischen Pumpen.
Insbesondere nicht zuletzt bei neueren elektrohydraulischen Bremssystemen (EHB) werden besonders hohe Anforderungen be­ züglich der Dauerlauffähigkeit einer hydraulischen Pumpe bzw. an den mit der Pumpe verbundenen elektromagnetischen Wandler gestellt. Bekannte elektromagnetische Wandler erfül­ len die gewünschten Eigenschaften bislang nicht oder nur un­ zureichend.
Erfindungsgemäß wird daher eine gegenüber bekannten hydrau­ lischen Pumpen hinsichtlich der Ansteuerung des Pumpenmotors verbesserte Vorrichtung angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem elektronischen Fahrdynamiksteuerungssystem gemäß Anspruch 1 umfaßt einen elektromechanischen Wandler, insbesondere Elektromotor, eine hydraulische Pumpe und eine elektrische Ansteuereinheit für den Wandler.
Bei dem elektronischen Fahrdynamiksteuerungssystem kann es sich beispielsweise um sogenannte ABS-, ABS+-, ASR- oder ESP-Systeme handeln, wobei insbesondere solche Systeme vor­ teilhaft mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestat­ tet sein können, die innerhalb eines elektrohydraulischen Bremssystems (EHB) zum Einsatz kommen.
Der Wandler weist einen magnetischen oder magnetisierbaren Stator und einen Rotor, sowie Anschlüsse zum Anschluß der Ansteuereinheit und eine Kommutierungseinrichtung zur An­ steuerung von elektromagnetischen Windungen des Rotors auf.
Erfindungsgemäß umfaßt die Kommutierungseinrichtung drei oder mehrere jeweils mit den Anschlüssen elektrisch verbun­ dene Kommutierungselemente, so daß die Windungen des Rotors durch die Ansteuereinheit einzeln ansteuerbar sind. Gemäß der Erfindung ist mindestens eins der Kommutierungselemente mit einem Umschaltelement verbunden. Hierdurch wird ein zu­ sätzlicher Anschluß zur Verbindung mit einer Einrichtung zur Drehzahlmessung bereitstellt.
Die erfindungsgemäße Kommutierungseinrichtung ermöglicht die getrennte elektrische Ansteuerung der Windungen im Rotor. Auf diese Weise ist es möglich, die Kennlinie des elektroma­ gnetischen Wandlers an die gewünschten Anforderungen auf einfache Weise z. B. elektronisch gesteuert anzupassen. Bei niedrigerer Drehzahl wird eine Geräuschreduktion erreicht. Bei Vollastbetrieb kann dennoch die volle Förderleistung er­ zielt werden.
Zweckmäßigerweise lassen sich Einschaltstromspitzen reduzie­ ren, indem das Einschalten des Motors nur unter Zuhilfenahme einer der schaltbaren Bürsten durchgeführt wird.
Die Kommutierungseinrichtung ist beispielsweise eine Anord­ nung aus in Käfigen geführten Kohlen, die mit Federelementen an einen Kontakt im Bereich der Rotorachse gepreßt werden. Entsprechend aufgebaute Kommutierungseinrichtungen für Gleichstrommotore sind an sich bekannt.
Vorzugsweise umfaßt die Kommutierungseinrichtung vier Kommu­ tierungselemente zur Ansteuerung von weiteren Windungen des Rotors. Für bestimmte Anforderungen zur bzw. für eine feine­ re Anpassung der Motorkennlinie können auf fünf oder mehrere Kommutierungselemente nicht zuletzt aus Redundanzgründen sinnvoll sein.
Die Erfindung betrifft daher auch ein System zur Steuerung von Bremsen in Kraftfahrzeugen mit mindestens zwei redundant ausgeführten Systemelementen (z. B. ein doppelt vorhandener elektronisch/hydraulische Bremsregler oder teilweise vorhan­ dene Bauelemente von Bremsreglern), welches dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß eine erste Windung des erfindungsgemäßen Wandlers Bestandteil eines ersten Systemelements ist und ei­ ne weitere Windung des Wandlers Bestandteil eines weiteren Systemelements ist, welches redundant zum ersten Systemele­ ment aufgebaut ist. Fällt zum Beispiel im ersten Systemele­ ment eine Windung des Motors aus, kann das weitere Systeme­ lement die zusätzlich vorhandene weitere Windung ansteuern.
Bei der Ansteuereinheit kann es sich im einfachsten Fall um eine herkömmliche Spannungsversorgung mit mindestens vier Ausgängen handeln.
Bevorzugt umfaßt die Ansteuereinheit einen Taktgenerator zur pulsweisen und/oder getakteten Ansteuerung der Windungen. Hierdurch läßt sich die Förderleistung der Pumpe besonders hochauflösend regeln. Eine besonders einfache Regelung der Drehzahl läßt sich durch Verwendung eines Zweipunkt-Reglers erzielen.
Besonders bevorzugt ist das Umschaltelement und die Einrich­ tung zur Drehzahlmessung in der Ansteuereinheit integriert. Hierdurch werden vorteilhafterweise elektronische Bauteile eingespart.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die erfindungsgemäße Vor­ richtung sich aus bereits bekannten gattungsgemäßen Vorrich­ tungen durch geringe Änderungen ableiten läßt. Das erfinde­ rische Konzept ist daher besonders einfach in eine bestehen­ de Großserienfertigung von Antiblockiersystemen, wie bei­ spielsweise ABS, ASR oder ESP, einbindbar.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand ei­ nes in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels für ei­ ne erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Elektromotor 2, 3,10,11, 12, 13, 14, 15, welcher über eine Rotorachse 3 mit der Pumpenachse 18 einer hydraulischen Pumpe 17 mit hydrau­ lischen Leitungen 19 verbunden ist.
Auf der zylindrischen Rotorachse 3 ist umlaufend der Kollek­ tor 2 mit nicht gezeichneten Kontaktflächen angeordnet. Mit den Kontaktflächen stehen die während der Rotation des Ro­ tors schleifenden Bürsten 12, 13, 14, 15 elektrisch in Kontakt. Auf den Rotor 11 sind nicht dargestellte elektromagnetische Windungen aufgebracht, die Teile des Rotors so magnetisie­ ren, daß in Verbindung des Rotors 10 aus einem Magnetmateri­ al auf an sich bekannte Weise ein Drehmoment in Richtung der Rotorachse 3 erzeugt wird. Die Windungen sind so mit den Kontaktflächen des Kollektors 2 verbunden, daß in praktisch jeder Position des Rotors zwei getrennte Windungen durch je­ weils zwei Bürsten an die elektrische Motorsteuerung 16 über die Klemmen 6. . .9 angeschlossen sind.
Im Beispiel ist eine der vier Bürsten über einen elektroni­ schen Schalter mit der Motorsteuerung verbunden, welcher da­ zu dient, eine Windung entweder an oder auszuschalten. Hier­ durch kann bei ausgeschalteter Windung ein Teillast-Betrieb durchgeführt werden.
Über Anschluß 21, welcher im Teillast-Betrieb mit der Bürste 15 elektrisch verbunden ist, kann die nicht mit Strom ver­ sorgte Windung des Rotors zur Messung der Motordrehzahl über die elektromotorische Kraft (EMK), insbesondere während des Motorbetriebs, herangezogen werden. Hierzu ist Anschluß 21 mit einer EMK-Auswerteschaltung 4 verbunden. Die EMK- Auswerteschaltung kann in der Motorsteuerung 16 integriert sein.
Die Einrichtung zur Drehzahlregelung in der Ansteuereinheit ist vorzugsweise ein an sich bekannter Zweipunkt-Regler, wo­ durch sich eine Kostenreduzierung bei der mittels einer Software programmierbaren Ansteuerung ergibt.
Bezugszeichenliste
12
Kommutierungselement
13
Kommutierungselement
14
Kommutierungselement
15
Kommutierungselement
2
Kollektor
3
Rotorachse
4
Drehzahlerfassungseinrichtung
5
Umschaltelement
6
Ansteuerklemme
7
Anschluß
8
Anschluß
9
Anschluß
10
Stator
11
Rotor
16
Motorsteuerung
17
Pumpe
18
Pumpenachse
19
Hydraulische Leitungen
20
Drehzahlmessungseinrichtung
21
EMK-Anschluß

Claims (4)

1. Vorrichtung in einem elektronischen Fahrdynamik­ steuerungssystem, umfassend einen elektromechanischen Wandler, insbesondere Elektromotor, eine hydraulische Pumpe (17) und eine elektrische Ansteuereinheit (4, 5, 16) für den Wandler, wobei der Wandler einen magnetischen oder magnetisierbaren Stator (10) und einen Rotor (11), sowie Anschlüsse (6. . .9) zum Anschluß der Ansteuerein­ heit und eine Kommutierungseinrichtung (2, 12. . .15) zur Ansteuerung von elektromagnetischen Windungen des Rotors aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungs­ einrichtung drei oder mehrere jeweils mit den Anschlüs­ sen elektrisch verbundene Kommutierungselemente (12. . .15) umfaßt, so daß die Windungen des Rotors durch die Ansteuereinheit (4, 5, 16) einzeln ansteuerbar sind, wobei mindestens ein Kommutierungselement mit einem Um­ schaltelement (5) verbunden ist, welches einen zusätzli­ chen Anschluß (21) zur Verbindung mit einer Einrichtung zur Drehzahlmessung (4) bereitstellt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungseinrichtung vier Kommutierungselemente umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ansteuereinheit einen Taktgenerator zur pulsweisen und/oder getakteten Ansteuerung der Windungen umfaßt.
4. System zur Steuerung von Bremsen in Kraftfahrzeugen mit mindestens zwei redundant ausgeführten Systemelementen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Windung des Wand­ lers gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 Be­ standteil eines ersten Systemelements ist und eine wei­ tere Windung des Wandlers Bestandteil eines weiteren Sy­ stemelements ist, welches redundant zum ersten Systeme­ lement aufgebaut ist.
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