DE102007029934A1

DE102007029934A1 - Wipphebelaktor und Verfahren zur Ermittlung von Parametern eines Elektromotors dafür

Info

Publication number: DE102007029934A1
Application number: DE102007029934A
Authority: DE
Inventors: Felix Dreher; Markus Dr. Baehr
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Die Erfindung sieht einen Wipphebelaktor, insbesondere zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs, vor, mit mindestens einem, eine veränderliche Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung ausübenden Wipphebel, der mittels einer Feder beaufschlagbar ist und bei dem ein Hebeldrehpunkt des Wipphebels mittels Verlagerung einer von einem Elektromotor betätigten Laufrolle verlagerbar ist, an der der Wipphebel über eine geneigte Wipphebelkurve abgestützt ist, wobei der Wipphebelaktor eine Vorrichtung zur Erzeugung einer von der Kupplungskraft unabhängigen vorbestimmten Last am Elektromotor besitzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wipphebelaktor, der insbesondere zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs vorgesehen ist, mit mindestens einem, eine veränderliche Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung ausübenden Wipphebel, der mittels einer Feder beaufschlagbar ist und bei dem ein Hebeldrehpunkt des Wipphebels mittels Verlagerung einer von einem Elektromotor betätigten Laufrolle verlagerbar ist, an dem der Wipphebel über eine geneigte Wipphebelkurve abgestützt ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Bestimmung der Motorkonstante und des elektrischen Widerstands eines Elektromotors, der eine Laufrolle eines Wipphebelaktors betätigt, an dem sich der Wipphebel abstützt.
Neben der automatisierten Betätigung einer Kupplung im Triebstrang eines Fahrzeugs ist auch bereits seit langem die vom Fahrer eines solchen Fahrzeugs mittels Fußkraft durchgeführte Betätigung der Kupplung bekannt. Hier betätigt der Fahrer mit seinem Fuß ein Kupplungspedal, um zum Gangwechselvorgang eine geschlossene Kupplung zu öffnen und die Kraftübertragung im Triebstrang zu unterbrechen. Der Fahrer muss dabei die Federkraft einer beispielsweise zu nennenden Tellerfeder überwinden, so dass zum Ende des Pedalwegs hin die Federkraft und damit die vom Fuß zu erbringende Pedalkraft ansteigt.
Um nun den Fahrer hierbei zu entlasten, ist beispielsweise anhand der DE 101 04 665 A1 eine Ausrückvorrichtung für eine hydraulisch betätigte Kupplung eines Kraftfahrzeugs bekannt geworden. Diese besitzt einen Energiespeicher, der mit dem Pedal über eine Kinematik verbunden ist, mit der sich eine Anpassung der Pedalkraft an den Pedalweg erzielen lässt. Durch die Anlenkung des Energiespeichers am Pedal lässt sich die Pedalkraft entlang der zweiten Hälfte des Pedalwegs spürbar verringern, um die gewünschte Entlastung beim Öffnen der Kupplung zu erreichen.
Darüber hinaus ist anhand der nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 2005 019 787.6 eine Anordnung zum Betätigen einer Kupplung eines Fahrzeugs bekannt geworden, bei der das Kupplungspedal über die Kinematik mit dem Energiespeicher gekoppelt ist und zwar über ein an einem vorbestimmten Konturbereich entlang bewegbares Kontaktelement, um die Pedalkraftkennlinie anpassen zu können, wobei der Konturbereich zumindest abschnittsweise durch die Formgebung eines, als Energiespeicher vorgesehenen Federelements ausgebildet ist.
Zur automatisierten Betätigung der Kupplung eines Fahrzeugs sind bereits Hebelsysteme bekannt geworden, die beispielsweise einen Hebel mit unveränderlicher Hebellänge besitzen und mittels eines elektromotorischen Aktuators zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung angetrieben werden können. Bei einem solchen Wipphebelaktor, der im Falle einer normal offenen Kupplung auch als Wipphebeleinrücker oder Hebeleinrücker bezeichnet wird, handelt es sich um eine durch einen Hebel gebildete Wippe, die mit einem veränderlichen Hebeldrehpunkt ausgestattet ist. An einem Ende des Hebels kann nun beispielsweise mittels einer Schraubenfeder mit einer linearen Kraft-Weg-Kennlinie eine Kraft auf den Wipphebel ausgeübt werden. Am anderen Ende des Hebels wirkt die Betätigungskraft der Kupplung, die der von der Kupplung stammenden Kupplungskraft ein Gleichgewicht hält. Die Feder zur Beaufschlagung des Wipphebels muss aber nicht notwendigerweise vorhanden sein, sondern der Wipphebel kann auch an einem Gelenk oder einem einfachen Drehpunkt verschwenkbar angelenkt sein, so dass von dem Elektromotor, der die Laufrolle zur Veränderung des Hebeldrehpunkts verlagert, auch noch die Kraft zur Betätigung der Kupplung aufgebracht werden muss.
Der Wipphebel übt aber auch noch eine definierte Rückstellkraft auf die Laufrolle aus, die zu einem selbsttätigen Öffnen der Kupplung bei beispielsweise einem Stromausfall führen soll, so dass die vom Wipphebelaktor zur Momentenübertragung zugedrückte Kupplung in den offenen Zustand übergeht und somit eine definierte Position einnimmt.
Neben der vollständig offenen und der vollständig geschlossenen Stellung der Kupplung sind aber auch Zwischenstellungen der Kupplung möglich, bei der diese beispielsweise gerade beginnt, ein von einer beispielsweise zu nennenden Brennkraftmaschine stammendes Abtriebsmoment auf den nachgeschalteten Triebstrang zu übertragen. Da ein solcher lediglich beispielshalber genannter Anfahrvorgang eines Fahrzeugs nicht gleichsam digital durchgeführt werden kann, mit zunächst offener und dann sofort vollständig geschlossener Kupplung, sind Lageregelvorgänge erforderlich, die die Verfahrposition der Laufrolle des Wipphebelaktors lageregeln, so dass eine entsprechend feinfühlige Einflussnahme auf das Verhalten des Elektromotors gewünscht ist, der die Laufrolle über einem beispielsweise zu nennenden Spindeltrieb verlagert.
Die Eigenschaften des Elektromotors werden dabei weitgehend von seinem Ohm'schen Widerstand und der so genannten Motorkonstante bestimmt. Diese stellt einen Proportionalitätsfaktor im näherungsweise linearen Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und Motormoment dar. Der Elektromotor unterliegt nun während seines Betriebs entsprechenden Temperaturschwankungen, mit denen sich sowohl der elektrische Widerstand, als auch die Motorkonstante deutlich ändern.
Um nun den die Laufrolle verlagernden Elektromotor in der gewünschten Weise feinfühlig ansteuern zu können, ist es wünschenswert, die genannten Parameter elektrischer Widerstand und Motorkonstante möglichst genau zu kennen beziehungsweise zumindest den Quotienten aus Motorkonstante und Ohm'schem Widerstand. Auf dieser Basis kann dann die Spannung bestimmt werden, die am Elektromotor anzulegen ist, um ein auf den Elektromotor von außen wirkendes Lastmoment im Gleichgewicht zu halten, das beispielsweise von der von der Kupplung auf den Elektromotor rückwirkenden Kupplungskraft stammen kann.
Sind nun die genannten Parameter beziehungsweise der genannte Quotient bekannt – die am Elektromotor angelegte Spannung kann gemessen werden –, so kann auf diese Weise auch bei Stillstand des Elektromotors ein von außen her anliegendes Lastmoment überwacht werden.
Die von der Kupplung auf den Elektromotor rückwirkende Kupplungskraft verändert sich über den Betätigungsweg der Kupplung und ist im laufenden Betrieb des Wipphebelaktors nicht bekannt.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wipphebelaktor derart weiterzubilden, dass die Motorkonstante und der elektrische Widerstand beziehungsweise zumindest der Quotient aus Motorkonstante und elektrischer Widerstand während des laufenden Betriebs des Wipphebelaktors bestimmt werden können. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Bestimmung der Motorkonstante und des elektrischen Widerstands eines Elektromotors eines Wipphebelaktors zur Verfügung gestellt werden.
Diese Aufgabe wird nun hinsichtlich des Wipphebelaktors mit einem Wipphebelaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Darüber hinaus schafft die Erfindung zur Lösung der genannten Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens ein Verfahren mit dem Merkmalen des Anspruchs 5.
Die Erfindung sieht nun einen Wipphebelaktor vor, der insbesondere zur Betätigung der Kupplung eines Fahrzeugs vorgesehen ist, mit mindestens einem, eine veränderliche Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung ausübenden Wipphebel, der mittels einer Feder beaufschlagbar ist und bei dem ein Hebeldrehpunkt des Wipphebels mittels Verlagerung einer von einem Elektromotor betätigten Laufrolle verlagerbar ist, an dem der Wipphebel über eine geneigte Wipphebelkurve abgestützt ist und der Wipphebelaktor eine Vorrichtung besitzt zur Erzeugung einer von der Kupplungskraft unabhängigen vorbestimmten Last am Elektromotor.
Bei dem nach der Erfindung vorgesehenen Wipphebelaktor kann der Wipphebel mittels einer Feder beaufschlagt werden oder auch beispielsweise lediglich an einem Gelenk oder einem Drehpunkt angelenkt sein. Der Wipphebel besitzt eine geneigte Wipphebelkurve, die sich an einer Laufrolle abstützt, die mittels eines Elektromotors verlagert werden kann. Der Wipphebelaktor zeichnet sich nun durch eine Vorrichtung aus, die den Elektromotor mit einer von der Kupplungskraft unabhängigen vorbestimmten Last belastet, der der Elektromotor das Kräftegleichgewicht hält, wenn an ihm eine beispielsweise mittels einer Messung bestimmbare Spannung anliegt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich der Quotient KIR, mit K der Motorkonstante des Elektromotors und R dem elektrischen Widerstand des Elektromotors, bei Stillstand des Elektromotors durch den Quotienten M/U ausdrücken lässt, wobei M das vom Elektromotor abgegebene Drehmoment ist, welches im Stillstand des Elektromotors der angelegten vorbestimmten Last entspricht, die von der Kupplungskraft unabhängig ist, so dass über eine Messung der am Elektromotor angelegten Spannung U der vorgenannte Quotient KIR festgestellt werden kann. Um nun den Einfluss der von der Kupplung auf den Elektromotor rückwirkenden Kupplungskraft zu eliminieren, ist am Wipphebelaktor eine Vorrichtung vorgesehen, die eine vorbestimmte Last auf den Elektromotor ausübt, die von der Kupplungskraft unabhängig ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist nun eine Einrichtung vorgesehen, die den Elektromotor bezüglich von der Kupplung auf den Elektromotor wirkender Kräfte lastfrei stellt, wobei es sich bei dieser Einrichtung im einfachsten Fall um ein Widerlager handeln kann, an dem der Wipphebel zur Anlage gebracht werden kann, so dass von der Kupplung stammende Kräfte in das Widerlager eingeleitet werden und somit den Elektromotor nicht mehr mit von der Kupplung stammender Kräfte beaufschlagen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Feder besitzen, die vom Elektromotor zur Erzeugung einer vorbestimmten Last am Elektromotor beaufschlagt werden kann. Diese hooksche Feder ist aber nur ein Beispiel zur Erzeugung einer vorbestimmten Last am Elektromotor und ist nicht als Beschränkung der Erfindung auf die genannte hooksche Feder zu verstehen.
Um nun die Motorkonstante und den elektrischen Widerstand beziehungsweise den Quotienten K/R aus Motorkonstante und elektrischem Widerstand des Elektromotors zu bestimmen, der eine Laufrolle eines Wipphebelaktors betätigt, an dem sich der Wipphebel abstützt, ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass der Elektromotor zunächst mit einer kupplungskraftfreien vorbestimmten Last beaufschlagt wird. In einem nächsten Schritt wird die zum Halten der vorbestimmten Last am Elektromotor angelegte Spannung ermittelt und sodann wird der Quotient aus Motorkonstante und elektrischem Widerstand bei Stillstand des Elektromotors ermittelt anhand der Beziehung K/R = M/Uwobei K die Motorkonstante des Elektromotors ist, R der elektrische Widerstand des Elektromotors ist, M das vom Elektromotor abgegebene Drehmoment ist, das der vorbestimmten Last das Kräftegleichgewicht hält und U die am Elektromotor angelegte Spannung ist.
Ist nun die am Elektromotor angelegte und von der Kupplungskraft unabhängige Last vorbestimmt, also im jeweiligen betrachteten Zeitpunkt bekannt, so kann mittels dieser genannten Beziehung der Quotient aus Motorkonstante und elektrischem Widerstand festgestellt werden.
Bei einem Wipphebelaktor handelt es sich nicht um ein in Sachen Reibungsverhältnisse ideales, das heißt reibkraftfreies System. Der Elektromotor muss also, bevor sich seine Abtriebswelle in Drehung versetzen kann, zunächst ein Reibmoment überwinden, das der Drehbewegung des Elektromotors entgegengesetzt ist.
Um nun dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen, schafft die Erfindung auch ein modifiziertes Verfahren zur Bestimmung der Motorkonstante und des elektrischen Widerstands eines Elektromotors, der eine Laufrolle eines Wipphebelaktors betätigt, an dem sich der Wipphebel abstützt, welches die nachfolgenden Schritte besitzt. Zunächst wird die Laufrolle zu einer solchen Verfahrposition verfahren, bei der der Wipphebel auf einem Widerlager zur Anlage kommt und keine Kraft auf den Elektromotor mehr ausübt, das heißt also, die Laufrolle soweit verfahren wird, bis der Wipphebel mit seiner geneigten Wipphebelkurve an dem Widerlager zur Anlage kommt und somit von der Kupplung keine Kraft mehr auf den Elektromotor rückwirken kann.
Dann wird die Laufrolle zu einer ersten Verfahrposition verfahren, in der der Elektromotor mittels einer Feder von einer ersten vorbestimmten Last beaufschlagt wird. Dann werden die am Elektromotor anliegenden ersten Spannungen U1, UP und U1, DOWN ermittelt, bei der dieser anfängt, sich aus der ersten Verfahrposition in von der ersten Verfahrposition ausgehende entgegen gesetzte Richtungen zu bewegen, wobei dies beispielsweise mittels eines Drehwinkelgebers anhand einer Inkrementalwegmessung am Elektromotor erfolgen kann. Sodann wird die Laufrolle zu einer zweiten vorbestimmten Verfahrposition verfahren, in der der Elektromotor mittels der Feder von einer zweiten vorbestimmten Last beaufschlagt wird.
Dann können die am Elektromotor anliegenden zweiten Spannungen U2, UP und U2, DOWN gemessen werden, bei der dieser jeweils beginnt, sich aus der zweiten Verfahrposition in von der zweiten Verfahrposition ausgehende entgegen gesetzte Richtungen zu bewegen. Aus den so ermittelten Spannungen wird ein Mittelwert U1 ermittelt, der die beiden Spannungen U1, UP und UU1, DOWN berücksichtigt und einen Mittelwert U2, der die jeweiligen Spannungen U2, UP und U2, DOWN berücksichtigt.
Sodann kann der Quotient aus Motorkonstante und elektrischem Widerstand des Elektromotors ermittelt werden anhand der Beziehung KIR = ζ(x1 – x2)/(U1 – U2),wobei hier berücksichtigt wird, dass sich zwischen dem Elektromotor und der Laufrolle ein Getriebe befindet, beispielsweise ein Spindeltrieb und dies berücksichtigt wird durch den Faktor ζ, der ein Quotient aus der Federkonstante der Feder und des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes ist. x1 entspricht dabei der ersten Verfahrposition und x2 entspricht der zweiten Verfahrposition. Somit kann auf der Basis dieses Zweipunktverfahrens der Quotient K/R in der gewünschten Weise ermittelt werden.
Da das erfindungsgemäße Verfahren auf der Kenntnis der Belastung des Elektromotors mit einer vorbestimmten kupplungskraftfreien Last beruht, ist es von Vorteil, das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen des Verfahrbereichs der Laufrolle dort vorzusehen, wo die Rückkraftwirkung der Kupplung auf den Elektromotor ohnehin nicht mehr vorhanden ist.
So ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Ermittlung des Quotienten KIR bei einer Kupplung vom Typ normal offen bei zumindest weitgehend geöffneter Kupplung und bei einer Kupplung vom Typ normal geschlossen bei zumindest weitgehend geschlossener Kupplung durchgeführt wird.
Die Erfindung sieht nun auch noch vor, dass die so ermittelten Parameter Motorkonstante und elektrischer Widerstand verwendet werden, um Regelparameter eines Positionsreglers zu adaptieren, der einen Elektromotor eines Wipphebelaktors ansteuert.
Schließlich ist es nach der Erfindung auch vorgesehen, dass der elektrische Widerstand zur Bestimmung der aktuellen Temperatur des Elektromotors verwendet wird, um eine Übertemperatur des Elektromotors zu vermeiden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, die in der einzigen Figur eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Wipphebelaktors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Der Wipphebelaktor 1 weist in der dargestellten Ausführungsform einen Elektromotor 2 auf, der über einen Spindeltrieb 3 einen Schlitten 4 in Richtung des Doppelpfeiles 5 bewegen kann. An dem Schlitten 4 ist ein Laufrollenpaar drehbar festgelegt, von dem aufgrund der gewählten Darstellung lediglich die Laufrolle 6 ersichtlich ist, so dass sich eine Drehbewegung in Richtung des Doppelpfeiles 7 einstellt.
Die Laufrolle 6 rollt dabei an der Auflage 8 ab und diese Abrollbewegung führt auch zu einer Drehung der an einem Drehpunkt 9 zusammen mit der Laufrolle 6 drehbar gelagerten zweiten Laufrolle 10 (es kann sich wieder um ein Laufrollenpaar handeln), so dass eine Drehbewegung der Laufrolle 10 in Richtung des Doppelpfeiles 11 stattfindet. An der Laufrolle 10 stützt sich ein Wipphebel 12 mit seiner geneigt ausgebildeten Wipphebelkurve 13 ab, so dass sich bei der Verlagerung des Schlittens 4 eine Bewegung des Wipphebels 12 in Richtung des Doppelpfeils 14 einstellt.
Der Wipphebel 12 ist bei der gezeigten Ausführungsform an einem Drehpunkt 15 gelagert und besitzt bei dieser dargestellten Ausführungsform keine Feder, die das dem Drehpunkt 15 zugewandte Ende des Wipphebels beaufschlagt. Es ist aber ohne weiteres klar, dass anstelle der drehbaren Anlenkung des Wipphebels 12 im Bereich des Drehgelenks 15 auch eine dieses Ende des Wipphebels 12 beaufschlagende Feder vorgesehen sein kann, die den Elektromotor 2 bei der Beaufschlagung einer nicht näher dargestellten Kupplung unterstützt.
Bei dieser Kupplung kann es sich beispielsweise um eine normal offene Kupplung handeln, die durch den Wipphebel 12 zur Momentenübertragung zugedrückt wird, wobei zu diesem Zweck der Elektromotor 2 den Schlitten 4 so beaufschlagt, dass sich der Schlitten 4 in der Zeichnungsebene in Richtung nach rechts bewegt und sich das dem Drehgelenk 15 gegenüberliegende Ende des Wipphebels 12 zur Beaufschlagung der Kupplung in der Zeichnungsebene in Richtung nach oben bewegt.
Der Wipphebelaktor 1 weist eine schematisch dargestellte hooksche Feder 16 auf, die so angeordnet ist, dass der Schlitten 4 mit seiner Fläche 17 mit der Feder 16 in Kontakt kommt, wenn der Schlitten 4 in der Zeichnungsebene in der Richtung nach links verlagert worden ist und sich der Wipphebel 12 auf das Widerlager 18 abgesenkt hat, so dass der Elektromotor 2 nicht mehr über von der Kupplung stammende Kräfte beaufschlagt wird.
Kommt nun der Schlitten 4 mit seiner Fläche 17 mit der Feder 16 in Kontakt, so wird der Elektromotor nur mehr mit einer in Abhängigkeit der Auslenkung der Feder 16 sich verändernden Kraft beaufschlagt. Die Feder 16 besitzt eine bekannte Federkonstante, so dass in Abhängigkeit der Auslenkung der Feder 16 die den Elektromotor 2 beaufschlagende Kraft und damit die Last am Elektromotor vorbestimmt und bekannt ist.
In dem im Sinne der Reibung nicht idealen in der Zeichnung dargestellten System wirkt der Drehbewegung des Elektromotors ein Reibmoment entgegen. Bezeichnen nun UUP beziehungsweise UDOWN die Spannungen, bei denen sich der Elektromotor 2 aus dem Stillstand gegen beziehungsweise in Richtung der angelegten Last anfängt zu bewegen, so gilt
wobei MREIB das Reibmoment ist.
Dies ergibt sich auf der Basis der Erkenntnis, dass bei dem Elektromotor 2 die Beziehung
gilt, wobei M das vom Elektromotor abgegebene Drehmoment ist, U die an ihn angelegte Spannung darstellt, K seine Motorkonstante ist, R sein Ohm'scher Widerstand ist und ω seine Drehwinkelgeschwindigkeit bezeichnet.
Unter Berücksichtigung des vorstehend beschriebenen Reibmoments MREIB führt dies zu folgender Beziehung:
Ein auf die Spindel des Spindeltriebs 3 mit einer Übersetzung α wirkendes Drehmoment M führt zu einer Vortriebskraft F = αM des angetriebenen Schlittens 4. Die Reibung im Spindeltrieb kann dabei vernachlässigt werden, denn vorstehend wurde bereits das Reibmoment MREIB eingeführt. Im Umkehrschluss führt eine auf den Schlitten 4 wirkende Kraft zu einem Drehmoment
Die von der Feder 16 mit der Federkonstante β in Abhängigkeit der Auslenkung x erzeugte Kraft ist F = β(x – x0)wobei x0 die Ruhelage der Feder bezeichnet.
Nach Einsetzen in die oben genannte Formel ergibt sich nunmehr der Quotient KIR zu
Aufgrund unvermeidbarer Serienstreuung ist der genaue Beginn der Auslenkung der Feder 16, d.h. also die Verfahrposition, bei der die Fläche 17 gerade mit der Feder 16 in Kontakt kommt, nicht genau referenzierbar, so dass mittels einer 2-Punkt-Messung an unterschiedlichen Positionen x1 und x2, das heißt also zweier Bestimmungen an einer ersten Verfahrposition und an einer zweiten Verfahrposition während des Kontakts der Fläche 17 mit der Feder 16 dieses Problem beseitigt werden kann. Schließlich ergibt sich folgende Beziehung:
Der gesuchte Quotient aus der Motorkonstante und dem Ohm'schen Widerstand K/R kann also anhand des Quotienten ζ(x1 – x2)/(U1 – U2) ermittelt werden, so dass auf diese Weise auch eine genaue Kenntnis der Motorkonstante und des elektrischen Widerstands bzw. des Quotienten hieraus bei einer Temperaturveränderung des Elektromotors möglich ist.
Der Schlitten 4 wird hierzu in kurzen zeitlichen Abständen an zwei definierten Positionen x1 und x2 innerhalb der Wirkbereichs der hookschen Feder 16 lagegeregelt zum Stillstand gebracht. In jeder der Positionen werden die Spannungen U1, UP und U1, DOWN beziehungsweise U2, UP und U2, DOWN ermittelt, bei denen der Schlitten 4 gerade anfängt, sich von der Position x1 beziehungsweise x2 aus nach rechts und links zu bewegen. Anschließend werden die Mittelwerte U1 beziehungsweise U2 der Spannungen U1, UP und U1, DOWN beziehungsweise U2, UP und U2, DOWN ermittelt.
Der gesuchte Quotient aus Motorkonstante und Ohm'schen Widerstand wird nun ermittelt, indem die Wegdifferenz zwischen x1 und x2 durch die zugehörige Spannungsdifferenz zwischen U1 und U2 dividiert wird und anschließend mit 2 πζ multipliziert wird, wobei ζ der Quotient ist aus der Federkonstante β der Feder 16 und der Spindeltriebübersetzung α des Spindeltriebs 3.
Damit beschreibt die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Motorkonstante und Ohm'schen Widerstand eines Elektromotors eines Wipphebelaktors durch Halten des Motors gegen eine definierte Last unter gleichzeitiger Bestimmung der dazu notwendigen Spannung. Die vorbestimmte Last ist vorteilhafterweise im Leerweg der durch den Elektromotor angetriebenen Aktorik des Wipphebelaktors vorzusehen.
Anstelle der dargestellten hookschen Feder 16 kann als definierte Last auch eine andere vorbestimmbare definierte Last vorgesehen werden, die den Elektromotor 2 mit einer vorbestimmbaren Last beaufschlägt. Hierzu kann auch eine nicht lineare Last verwendet werden, wobei bei einem solchen nicht linearen Zusammenhang zwischen Weg und Last die Absolutposition der vorbestimmbaren Last innerhalb des Koordinatensystems des Wipphebelaktors bestimmt werden muss beziehungsweise bekannt sein muss.
Anstelle der genannten Zweipunktmessung ist auch die Ermittlung der Motorkonstante beziehungsweise des elektrischen Widerstands an nur einem Messpunkt möglich, wenn an dieser Position der Messung die Last absolut bekannt ist und nicht nur die vorstehend erwähnte Lastdifferenz zum zweiten Messpunkt. Im Falle der Anwendung einer hookschen Feder, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, kann der Last-Nullpunkt als Berührpunkt der Feder beispielsweise durch Schließen eines elektrischen Kontakts beim Erstkontakt der Fläche 17 mit der Feder 16 bestimmt werden.
Eine solche Einpunktmessung ist also ausreichend, wenn die Last an diesem einen Punkt der Messung genau bekannt ist. Schließlich kann statt der vorgestellten statischen Einpunkt- oder Zweipunktmessung auch innerhalb des ganzen oder eines Teils des Bereichs der vorbestimmten Last gleichsam kontinuierlich der Systemzustand erfasst und Messungen mit dem mathematischen Modell des Elektromotors und der Last verglichen werden, wobei hierzu beispielsweise ein so genannter Beobachter eingesetzt werden kann. Dabei werden unbekannte Parameterwerte des Elektromotors und der Last über den Vergleich mit der kontinuierlichen Messung geschätzt und laufend adaptiert.
Die so gewonnenen Parameter K und R des Elektromotors können beispielsweise dazu eingesetzt werden, Regelparameter eines Positionsreglers des Elektromotors zu adaptieren.
Auch können die so ermittelten Motorparameter über die Motorspannung und Dynamik und die Last an dem Wipphebelaktor ermittelt werden und aus dieser Last kann beispielsweise auf den Verschleißzustand der Kupplung geschlossen werden, das selbsttätige Öffnen der Kupplung kann sichergestellt werden und ein Überlastzustand der Aktorik des Wipphebelaktors kann vermieden werden. Der ermittelte Wert des elektrischen Widerstands des Elektromotors kann nun dazu eingesetzt werden, eine thermische Überlast des Elektromotors zu vermeiden.
Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.

1: Wipphebelaktor
2: Elektromotor
3: Spindeltrieb
4: Schlitten
5: Doppelpfeil
6: Laufrolle
7: Doppelpfeil
8: Auflage
9: Drehpunkt
10: Laufrolle
11: Doppelpfeil
12: Wipphebel
13: Wipphebelkurve
14: Doppelpfeil
15: Drehpunkt
16: Feder
17: Fläche
18: Widerlager

Claims

Wipphebelaktor, insbesondere zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs, mit mindestens einem, eine veränderliche Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung ausübenden Wipphebel (12), der mittels einer Feder (16) beaufschlagbar ist und ein Hebeldrehpunkt des Wipphebels (12) mittels Verlagerung einer von einem Elektromotor (2) betätigten Laufrolle (6) verlagerbar ist, an dem der Wipphebel (12) über eine geneigte Wipphebelkurve (13) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wipphebelaktor (1) eine Vorrichtung zur Erzeugung einer von der Kupplungskraft unabhängigen vorbestimmten Last am Elektromotor (2) besitzt.
Wipphebelaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung besitzt, die den Elektromotor (2) bezüglich von der Kupplung auf den Elektromotor (2) wirkender Kräfte lastfrei stellt.
Wipphebelaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Feder (16) besitzt, die vom Elektromotor (2) zur Erzeugung einer vorbestimmten Last beaufschlagbar ist.
Wipphebelaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ein Widerlager (18) ist, an dem der Wipphebel (12) zur Anlage bringbar ist derart, dass der Elektromotor (2) befreit ist von der Kupplung auf den Elektromotor (2) wirkenden Kräften.
Verfahren zur Bestimmung der Motorkonstante und des elektrischen Widerstands eines Elektromotors, der eine Laufrolle (6) eines Wipphebelaktors (1) betätigt, an der sich der Wipphebel (12) abstützt, mit folgenden Schritten: – der Elektromotor (2) wird mit einer kupplungskraftfreien vorbestimmten Last beaufschlagt – die zum Halten der vorbestimmten Last am Elektromotor (2) angelegte Spannung wird gemessen – der Quotient aus Motorkonstante und elektrischem Widerstand wird bei Stillstand des Elektromotors (2) ermittelt anhand der Beziehung K/R = M/Umit K: Motorkonstante des Elektromotors R: elektrischer Widerstand des Elektromotors M: vom Elektromotor abgegebenes Drehmoment U: am Elektromotor angelegte Spannung
Verfahren zur Bestimmung der Motorkonstante und des elektrischen Widerstands eines Elektromotors (2), der eine Laufrolle (6) eines Wipphebelaktors (1) betätigt, an der sich der Wipphebel (12) abstützt, mit folgenden Schritten: – die Laufrolle (6) wird zu einer solchen Verfahrposition verfahren, bei der der Wipphebel (12) auf einem Widerlager (18) zur Anlage kommt und keine Kraft auf den Elektromotor (2) ausübt – die Laufrolle (6) wird zu einer ersten Verfahrposition verfahren, in der der Elektromotor (2) mittels einer Feder (16) von einer ersten vorbestimmten Last beaufschlagt wird – es werden die am Elektromotor (2) anliegenden ersten Spannungen U1, UP und U1, DOWN gemessen, bei der dieser anfängt, sich aus der ersten Verfahrposition in von der ersten Verfahrposition ausgehende entgegengesetzte Richtungen zu bewegen – die Laufrolle (6) wird zu einer zweiten Verfahrposition verfahren, in der der Elektromotor (2) mittels der Feder (16) von einer zweiten vorbestimmten Last beaufschlagt wird – es werden die am Elektromotor (2) anliegenden zweiten Spannungen U2, UP und U2, DOWN gemessen, bei der dieser anfängt, sich aus der zweiten Verfahrposition in von der zweiten Verfahrposition ausgehende entgegengesetzte Richtungen zu bewegen – es wird der Mittelwert U1 aus U1, UP und U1, DOWN ermittelt – es wird der Mittelwert U2 aus U2, UP und U2, DOWN ermittelt – der Quotient aus Motorkonstante und elektrischen Widerstands des Elektromotors wird ermittelt anhand der Beziehung KIR = ζ(x1 – x2)/(U1 – U2)mit ζ: Quotient aus Federkonstante der Feder und eines Übersetzungsverhältnisses eines Getriebes zwischen Elektromotor und Laufrolle x1: erste Verfahrposition x2: zweite Verfahrposition
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Quotienten KIR bei einer Kupplung vom Typ normal offen bei zumindest weitgehend geöffneter Kupplung und bei einer Kupplung vom Typ normal geschlossen bei zumindest weitgehend geschlossener Kupplung durchgeführt wird.
Verwendung der insbesondere nach Anspruch 6 oder 7 ermittelten Motorkonstante und des elektrischen Widerstands eines einen Wipphebelaktor (1) betätigenden Elektromotors (2) zur Adaption von Regelparametern mindestens eines den Elektromotor (2) ansteuernden Positionsreglers.
Verwendung des insbesondere nach Anspruch 6 oder 7 ermittelten Widerstands zur Bestimmung der aktuellen Temperatur des Elektromotors (2) zur Vermeidung einer Übertemperatur des Elektromotors (2).