DE102015218497A1 - Method for determining a predetermined position of an actuator and actuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer vorgegebenen Position eines Aktors, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, bei welchem ein Betätigungselement (6) durch einen Elektromotor (4, 5) angetrieben wird, wobei die Drehbewegung des Elektromotors (4, 5) durch ein Getriebe (3) in eine axiale Ausrückbewegung einer zu betätigenden Einheit umgesetzt wird. Bei einem Verfahren, bei welchem eine besonders zuverlässige Erkennung des Ausrückweges des Kupplungsaktors möglich ist, detektiert ein Sensor (22, 28, 34, 35) die Positionen von zwei Targets (18, 19; 20, 21), die mit je einem, von dem Elektromotor (4, 5) angetriebenen Trägerelement (16, 17) umlaufen, und erkennt bei Überlappung der detektierten Positionen der Targets (18, 19; 20, 21) die vorgegebene Position des Aktors (1).The invention relates to a method for determining a predetermined position of an actuator, in particular for actuating a clutch of a vehicle, in which an actuating element (6) by an electric motor (4, 5) is driven, wherein the rotational movement of the electric motor (4, 5) is converted by a transmission (3) in an axial disengagement of a unit to be actuated. In a method in which a particularly reliable detection of the release travel of the clutch actuator is possible, a sensor (22, 28, 34, 35) detects the positions of two targets (18, 19, 20, 21), each with one, from The carrier element (16, 17) driven by the electric motor (4, 5) revolves, and recognizes the predetermined position of the actuator (1) when the detected positions of the targets (18, 19, 20, 21) overlap.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer vorgegebenen Position eines Aktors, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, bei welchem ein Betätigungselement durch einen Elektromotor angetrieben wird, wobei die Drehbewegung des Elektromotors durch ein Getriebe in eine axiale Ausrückbewegung einer zu betätigenden Einheit umgesetzt wird sowie einen Aktor zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining a predetermined position of an actuator, in particular for the actuation of a clutch of a vehicle, in which an actuating element is driven by an electric motor, wherein the rotational movement of the electric motor is converted by a gear in an axial disengagement of a unit to be actuated and an actuator for carrying out the method.
In Kupplungsbetätigungssystemen werden Aktoranordnungen verwendet, welche einen zum Antrieb dienenden Elektromotor und ein Rotations-Lineargetriebe zur Wandlung der Drehbewegung des Elektromotors in eine Linearbewegung zur Betätigung der Kupplung aufweisen. Diese Aktoranordnung umfasst dabei ein Getriebesystem, welches mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist. Dabei umfasst der Aktor einen mechanischen Anschlag zur Begrenzung seiner Bewegung.Actuator arrangements are used in clutch actuation systems which have an electric motor serving for the drive and a rotary linear drive for converting the rotational movement of the electric motor into a linear movement for actuating the clutch. This actuator arrangement comprises a transmission system which is connected to the rotor of the electric motor. The actuator comprises a mechanical stop to limit its movement.
Es ist ein Aktor bekannt, bei welchem an einer Gewindespindel des Rotations-Linear-Getriebes eine in Bezug auf die Gewindespindel in axialer Richtung festgelegte und in ihrer Position unveränderliche Anschlagscheibe angeordnet ist. Zwischen Anschlagscheibe und Axiallager von Planetenrollen des als Planetenwälzgetriebes ausgebildeten Rotations-Lineargetriebes befindet sich ein in Bezug auf die Gewindespindel in axialer Richtung bewegliches Nadellager und eine ebenfalls in axiale Richtung bewegliche Anschlagfeder. Seriell zur Anschlagfeder ist zudem eine Vorspannfeder angeordnet. Durch die Einleitung eines Antriebsmomentes durch den Elektromotor bewegen sich die Planetenrollen des Planetenwälzgetriebes samt Hülse nach links, also in Richtung Öffnen und erlauben einen Druckabbau in der Kupplung. Sobald das Nadellager in Kontakt mit der Anschlagscheibe kommt, wird die Anschlagfeder verformt. Die Anschlagfeder wird dabei so weit verformt, bis sich ein Gleichgewicht zwischen dem eingeleiteten Antriebsmoment und dem durch die Verformung der Anschlagfeder verursachten Widerstandsmoment einstellt. Wird an diesem Gleichgewichtspunkt der von einem am Gewindespindelende angebrachten Winkelsensor erfasste Winkel der Gewindespindel als plausibel registriert, so ist ein Referenzierpunkt gefunden, der als Anschlagposition verwendet werden kann. There is known an actuator in which on a threaded spindle of the rotary-linear gear a fixed in relation to the threaded spindle in the axial direction and fixed in position stop disc is arranged. Between stop disc and thrust bearing of planetary rollers designed as planetary gear transmission rotary linear gear is located in relation to the threaded spindle in the axial direction movable needle bearing and a likewise movable in the axial direction of the stop spring. Serially to the stop spring also a biasing spring is arranged. By the introduction of a drive torque by the electric motor, the planetary rollers of the planetary gear with its sleeve move to the left, ie in the direction of opening and allow a pressure reduction in the clutch. As soon as the needle bearing comes into contact with the stop disc, the stop spring is deformed. The stop spring is thereby deformed until a balance is established between the introduced drive torque and the resistance moment caused by the deformation of the stop spring. If, at this point of equilibrium, the angle of the threaded spindle detected by an angle sensor attached to the threaded spindle end is registered as plausible, then a referencing point is found which can be used as a stop position.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verfahren zur Bestimmung einer vorgegebenen Position eines Aktors und einen Aktor anzugeben, bei welchem dessen Position während des Betriebes eindeutig erkennbar ist.The invention has for its object to provide a method for determining a predetermined position of an actuator and an actuator, in which its position during operation is clearly visible.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Sensor die Positionen von zwei Targets, die mit je einem, von dem Elektromotor angetriebenen Trägerelement umlaufen, detektiert und bei Überlappung der detektierten Positionen der Targets die vorgegebene Position des Aktors erkannt wird. Dies hat den Vorteil, dass auf mechanische Anschläge verzichtet werden kann. Die vorgegebene Position wird dabei virtuell festgelegt und rechnerisch bestimmt, was den Aufbau des Aktors vereinfacht.According to the invention, the object is achieved in that a sensor detects the positions of two targets, each of which rotates with one, driven by the electric motor support member, and the overlapping of the detected positions of the targets, the predetermined position of the actuator is detected. This has the advantage that can be dispensed with mechanical stops. The predetermined position is thereby virtually determined and calculated, which simplifies the structure of the actuator.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft einen Aktor, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, welcher einen Planetenwälzgewindespindeltrieb zur Umwandlung einer Drehbewegung eines Elektromotors in eine axiale Ausrückbewegung einer Gewindespindel umfasst. Bei einem Aktor bei welchem die Aktorposition zuverlässig erkennbar ist, ist eine Motorwelle mit einer Getriebeeinheit verbunden, welche zwei von der Motorwelle angetriebene Trägerelemente umfasst, wobei in oder an jedem Trägerelement ein Target positioniert ist, wobei beide Targets von einem Sensor auf Überlappung zur Detektion einer vorgegebenen Position des Aktors abgetastet werden. Durch diese Ausgestaltung lässt sich die Überlappung der Targets einfach berührungsfrei messen. Da der Sensor ortsfest positioniert ist, wird eine Information geliefert wird, ob gerade kein, eines oder beide Targets an der gemessenen Position stehen.A development of the invention relates to an actuator, in particular for the actuation of a clutch of a vehicle, which comprises a Planetenwälzgewindsspindeltrieb for converting a rotational movement of an electric motor into an axial disengagement movement of a threaded spindle. In an actuator in which the actuator position is reliably detectable, a motor shaft is connected to a gear unit comprising two carrier elements driven by the motor shaft, a target being positioned in or on each carrier element, both targets being overlapped by a sensor for detection of a sensor be sampled predetermined position of the actuator. With this configuration, the overlap of the targets can be measured simply without contact. Since the sensor is stationarily positioned, information is provided as to whether no, one or both targets are at the measured position.
Vorteilhafterweise sind an der Motorwelle axial hintereinander eine erste und eine zweite Verzahnung mit unterschiedlicher Zahnanzahl ausgebildet, in welche zwei koaxial angeordnete, die Trägerelemente der Getriebeeinheit bildenden Nebenzahnräder, die ebenfalls eine unterschiedliche Zahnanzahl aufweisen, eingreifen, wobei die in einer Ebene liegende Verzahnung und Nebenzahnrad sich kämmen und unterschiedliche Übersetzungen bilden. Dies hat den Vorteil, dass mittels einer sehr robusten Einrichtung ein virtueller Betriebspunkt des Aktors erkannt werden kann, welcher mit einer zuverlässigen Genauigkeit bestimmt wird. Advantageously, a first and a second toothing with different numbers of teeth are axially axially successively formed on the motor shaft, in which two coaxially arranged, the carrier elements of the transmission unit forming secondary gears, which also have a different number of teeth, engage, wherein the lying in a plane toothing and secondary gear itself comb and form different translations. This has the advantage that a virtual operating point of the actuator is detected by means of a very robust device which is determined with reliable accuracy.
In einer Ausgestaltung sind die Targets als durchgängige Öffnungen in den Trägerelementen ausgebildet. Durch Verwendung der fensterähnlichen Öffnungen kann ein optischer Sensor verwendet werden, welcher eindeutig ermitteln kann, wenn die beiden Targets der beiden Trägerelemente direkt übereinander über ihm liegen. Ist dies der Fall, so ist sichergestellt, dass der Aktor sich immer wieder an derselben Position, die durch diese Stellung der Targets gekennzeichnet ist, befindet. Die fensterähnlichen Öffnungen sind dabei bevorzugt am oder nahe dem Ende des Aktorweges übereinanderliegend angeordnet. In one embodiment, the targets are formed as continuous openings in the support elements. By using the window-like openings, an optical sensor can be used, which can uniquely determine when the two targets of the two support elements are directly above each other over him. If this is the case, it is ensured that the actuator is always at the same position, which is characterized by this position of the targets. The window-like openings are preferably arranged one above the other at or near the end of Aktorweges.
In einer Ausgestaltung sind die Targets auf einer sich radial erstreckenden Oberfläche der Trägerelemente angeordnet, wobei die die Targets tragenden Oberflächen gegenüberliegend angeordnet sind, wobei jedes Target insbesondere durch eine Unterbrechung einer auf der Oberfläche der Trägerelemente aufgebrachte Schicht gebildet ist. Mittels solcher Schichten lassen sich besonders enge Abstände zwischen den beiden koaxial angeordneten Trägerelementen realisieren, was zu einer genauen Detektion der Überlappung der Targets führt und den Bauraum der Getriebeeinheit reduziert. In one embodiment, the targets are arranged on a radially extending surface of the carrier elements, wherein the surfaces carrying the targets are arranged opposite, wherein each target is formed in particular by an interruption of a layer applied to the surface of the carrier elements. By means of such layers can be realized particularly close distances between the two coaxially arranged carrier elements, which leads to an accurate detection of the overlap of the targets and reduces the space of the gear unit.
In einer Ausführungsform ist das erste Target rotatorisch an dem zweiten Trägerelement gekoppelt, während das zweite Target rotatorisch an das erste Trägerelement angebunden ist, wobei die das zweite Target tragende Schicht als Lager des ersten Trägerelementes ausgebildet ist. Dadurch können die beiden die Targets tragenden Schichten unmittelbar aufeinander liegen und gleichzeitig direkt über dem Sensor positioniert werden. In one embodiment, the first target is rotationally coupled to the second support member, while the second target is rotationally connected to the first support member, wherein the second target bearing layer is formed as a bearing of the first support member. As a result, the two layers carrying the targets can lie directly against one another and at the same time be positioned directly above the sensor.
Um die Lagerung des ersten Trägerelementes besonders einfach zu gestalten, ist die, das zweite Target tragende Schicht als Drehdurchführung ausgebildet, die eine radiale, zur Drehachse der Trägerelementes gerichtete Abwinklung aufweist, wobei die Abwinklung dem zweiten Trägerelement gegenüberliegt, während die Drehdurchführung mit dem ersten Trägerelement fest verbunden ist.In order to make the storage of the first support element particularly simple, the, the second target-bearing layer is designed as a rotary feedthrough having a radial, directed to the axis of rotation of the support element bend, wherein the bend opposite the second support member, while the rotary feedthrough with the first support member is firmly connected.
In einer Ausgestaltung sind die Targets durch je einen Permanentmagneten gebildet, welcher in jedes Trägerelement integriert ist, wobei ein induktiver Sensor einen, die beiden Trägerelemente umfassenden Flussleitkörper aufweist, der mit einer Spule versehen ist. In one embodiment, the targets are each formed by a permanent magnet, which is integrated in each carrier element, wherein an inductive sensor has a, comprising two carrier elements Flußleitkörper which is provided with a coil.
In einer Alternative umfasst jedes Target einen Flussleitkörper, die so ausgeformt sind, dass bei einem Übereinanderliegen der Targets ein Magnetfluss mit dem induktiven Sensor, der hufeisenförmig ausgebildet ist, geschlossen ist. Da bei dieser Ausgestaltung die Flussleitkörper ebenfalls in das Target integriert sind, kann auf einen externen Kern verzichtet werden, was die Kosten reduziert.In one alternative, each target comprises a flux guide, which are formed so that when a superposition of the targets, a magnetic flux with the inductive sensor, which is horseshoe-shaped, is closed. Since in this embodiment, the Flußleitkörper are also integrated into the target, can be dispensed with an external core, which reduces the cost.
In einer vorteilhaften Ausführung sind die erste und die zweite Verzahnung auf einer Halterung, vorzugsweise einem Gehäuse eines Winkelmagneten des elektrisch kommutierten Elektromotors befestigt, welche auf der Motorwelle aufsitzt. Durch die Verwendung an sich im Aktor vorhandener Bauteile für die Verzahnungen werden Kosten für die Bestimmung der Referenzposition eingespart.In an advantageous embodiment, the first and the second toothing are mounted on a holder, preferably a housing of an angle magnet of the electrically commutated electric motor, which is seated on the motor shaft. The use of existing in the actuator components for the teeth costs for the determination of the reference position can be saved.
In einer Variante ist das Target auf dem ersten Trägerelement als feste Erhebung ausgebildet, während auf dem zweiten Trägerelement eine elastisch aufgehängte Erhebung positioniert ist, wobei der Sensor eine Auslenkung der elastisch aufgehängten Erhebung detektiert und bei der größten Auslenkung die vorgegebene Position des Aktors erkannt wird. Bei der Bewegung der Trägerelemente gibt die elastisch aufgehängte Erhebung der fest positionierten Erhebung nach. Der Sensor ist dabei als Abstandssensor ausgeführt und muss nur die Auslenkung der elastischen Erhebung detektieren. Diese liefert die Information, ob das Target im normalen Abstand vorbeizieht oder besonders nahe an diesen herankommt.In one variant, the target is formed on the first carrier element as a fixed elevation, while on the second carrier element, an elastically suspended elevation is positioned, wherein the sensor detects a deflection of the elastically suspended elevation and at the largest deflection, the predetermined position of the actuator is detected. During the movement of the support elements, the elastically suspended elevation of the fixedly positioned elevation yields. The sensor is designed as a distance sensor and only has to detect the deflection of the elastic survey. This provides the information as to whether the target passes at normal distance or comes very close to this.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft einen Aktor, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, welcher einen Planetenwälzgewindespindeltrieb zur Umwandlung einer Drehbewegung eines Elektromotors in eine axiale Ausrückbewegung einer Gewindespindel umfasst. Bei einem Aktor, dessen Position zuverlässig erkannt wird, ist eine Motorwelle mit einer Getriebeeinheit verbunden, welche zwei von der Motorwelle angetriebene Trägerelemente umfasst, wobei in oder an jedem Trägerelement ein Target positioniert ist und jedem Target zur Sensierung einer Drehposition ein Sensor zugeordnet ist, der mit einer UND-Logik zur Ermittlung der Überlappung der Targetpositionen verbunden sind. Da die Trägerelemente nicht koaxial angeordnet sind, kann ein Crosstalk zwischen den verschiedenen Sensoren und Targets ausgeschlossen werden. Die UND-Logik kann in einer Software realisiert werden. Diese Variante bietet den Vorteil, dass über die Sensorinformationen in Kombination mit einem Gewindespindelwinkelsignal bereits nach kurzem Verfahrweg die absolute Position des Aktors errechnet werden kann.A development of the invention relates to an actuator, in particular for the actuation of a clutch of a vehicle, which comprises a Planetenwälzgewindsspindeltrieb for converting a rotational movement of an electric motor into an axial disengagement movement of a threaded spindle. In an actuator whose position is reliably detected, a motor shaft is connected to a gear unit comprising two support members driven by the motor shaft, wherein in each of the support member and a target is positioned and each target for sensing a rotational position, a sensor is associated with are connected to an AND logic to determine the overlap of the target positions. Since the carrier elements are not arranged coaxially, a crosstalk between the various sensors and targets can be excluded. The AND logic can be implemented in software. This variant offers the advantage that the absolute position of the actuator can be calculated by means of the sensor information in combination with a threaded spindle angle signal even after a short travel.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.The invention allows numerous embodiments. Several of these will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
In
Das Rotations-Linear-Getriebe
Die Getriebeeinheit
Jedes Nebenzahnrad
In
In
In
Der Sensor
In
Diesem Ausführungsbeispiel liegt folgende Konfiguration zugrunde: Verzahnung
Wie aus
Tritt nun ein Fehlerfall am hydrostatischen Kupplungsaktor auf, was beispielsweise bei einem Stromausfall geschehen kann, ist nicht bekannt, an welcher Position sich der hydrostatische Kupplungsaktor
Im Fehlerfall darf dann für den Abstand der beiden Targets
Eine Ausführung mit nur einer Überlappung ist vorstellbar, vor allem dann, wenn diese sehr breit ist, um ein Ausrollen des hydrostatischen Kupplungsaktors im Fehlerfall zu erlauben. An embodiment with only one overlap is conceivable, especially if this is very wide, to allow a rolling out of the hydrostatic clutch actuator in case of failure.
In
In
In
Eine Variante mit einem separaten Sensor für jedes Nebenzahnrad
Das vorgeschlagene Prinzip kann auch mit drei oder mehreren Nebenzahnrädern umgesetzt werden. Ebenso können auch andere Verzahnungsarten, wie beispielsweise ein Kegelrad sowie Innenverzahnungen oder Zahnriemen eingesetzt werden.The proposed principle can also be implemented with three or more secondary gears. Likewise, other types of gears, such as a bevel gear and internal gears or toothed belt can be used.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Hydrostatischer Kupplungsaktor Hydrostatic clutch actuator
- 22
- Gehäuse casing
- 33
- Rotations-Linear-Getriebe Rotation-linear transmission
- 44
- Rotor rotor
- 55
- Stator stator
- 66
- Gewindespindel screw
- 77
- Trägerplatte support plate
- 88th
- Elektronikeinheit electronics unit
- 99
- Planetenrolle planetary roller
- 1010
- Hohlrad ring gear
- 1111
- Planetenrollenkäfig Planetary roller cage
- 1212
- Getriebeeinheit gear unit
- 1313
- Halterung bracket
- 1414
- Verzahnung gearing
- 1515
- Verzahnung gearing
- 1616
- Nebenzahnrad Besides gear
- 1717
- Nebenzahnrad Besides gear
- 1818
- Öffnung opening
- 1919
- Öffnung opening
- 2020
- Unterbrechung interruption
- 2121
- Unterbrechung interruption
- 2222
- Sensor sensor
- 2323
- Drehdurchführung Rotary union
- 2424
- Abwinklung angling
- 2525
- Erhebung survey
- 2626
- Erhebung survey
- 2727
- Aufhängung suspension
- 2828
- Induktiver Sensor Inductive sensor
- 2929
- Eisenkern iron core
- 3030
- Spule Kitchen sink
- 3131
- Eisenkern iron core
- 3232
- Eisenkern iron core
- 3333
- Eisenkern iron core
- 3434
- Sensor sensor
- 3535
- Sensor sensor
- 3636
- Target target
- 3737
- Target target
- 3838
- Planetenrad planet
- 3939
- Target target
- 4040
- Target target
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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DE102009048389A1 (en) | 2009-10-06 | 2011-05-12 | Asm Automation Sensorik Messtechnik Gmbh | Arrangement for detecting more than one revolution with magnets as position transmitter |
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Patent Citations (1)
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