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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Rotors eines kommutierten Elektromotors, insbesondere für ein Kupplungsbetätigungssystem eines Fahrzeuges, bei welchem ein Signal des Rotors von einem Sensor abgenommen wird und hinsichtlich einer Position des Rotors ausgewertet wird
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In Kupplungsbetätigungssystemen in Kraftfahrzeugen, insbesondere bei elektrohydraulischen Kupplungsbetätigungssystemen, wird ein Kolben eines Geberzylinders von einem kommutierten Elektromotor angetrieben, der von einem Steuergerät angesteuert wird. Der Kolben des Geberzylinders befördert aufgrund seiner Position eine Hydraulikflüssigkeit durch eine Hydraulikleitung zu einem Nehmerzylinder, welcher ebenfalls einen Kolben aufweist, der durch die Hydraulikflüssigkeit verstellt wird, wodurch eine Kraft auf die Kupplung ausgeübt wird, welche somit in ihrer Position verändert wird.
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Zur genauen Ansteuerung des Elektromotors und somit der Einstellung einer genauen Kupplungsposition muss eine Winkelposition eines Rotors des kommutierten Elektromotors genau erfasst werden. Dies geschieht mittels Magnetfeldsensoren, die ein diametral magnetisiertes Magnetfeld messen, welches durch einen Magneten aufgebaut wird.
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Aus der
DE 10 2013 213 948 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Elektromotors, insbesondere für ein Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei welchem ein Positionssignal eines Rotors des Elektromotors von einem außerhalb der Drehachse des Elektromotors an einem Stator des Elektromotors angeordneten Sensor abgenommen wird, welches von einer Auswerteeinheit hinsichtlich der Position des Elektromotors ausgewertet wird. Das so ermittelte Positionssignal wird als Referenz für eine Sensorkalibrierung benutzt. Allerdings bleiben dabei die optimalen Kommutierungspunkte des Elektromotors unberücksichtigt, was die Performance des Elektromotors aufgrund von vorhandenen Toleranzen verschlechtert.
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Zur elektrischen Kommutierung des Elektromotors ist die Position Rotor zu Stator des Elektromotors notwendig. Hierbei wird mit einem Sensor die Position des Rotors gemessen und daraufhin die entsprechende Kommutierung eingestellt. Dazu wird der Elektromotor in einem Schrittmodus betrieben, wobei jede Schrittposition zu einem Stützpunkt für die Sensorkalibrierung wird. Dies hat aber wiederum den Nachteil, dass diese Motorposition nicht ideal für einen Lageregler ist, da sie nicht exakt mit dem Absolutwinkel des Rotors des Elektromotors übereinstimmt. Das bedeutet, je größer die Toleranzen im Elektromotor sind, desto schlechter ist die Eingangsgröße für die absolute Positionsbestimmung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung eines Positionssignals anzugeben, bei welchem die Genauigkeit der Bestimmung sowohl der Absolutposition als auch der für die Motorkommutierung notwendigen Rotor-zu-Stator-Position erhöht wird.
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Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass aus einem Sensorrohsignal ein absolutes Positionssignal des Rotors für eine Sensorkalibrierung und eine Rotor-Stator-Position für eine Motor-Kommutierung ermittelt werden. Aus dem Sensorrohsignal werden somit zwei Signale gebildet, wobei das Sensorrohsignal ein Signal ist, welches direkt vor einer Auswerteeinheit an dem Sensor abgenommen wird. Beide Signale werden dann unabhängig voneinander weiterverarbeitet und für den gewünschten Verwendungszweck genutzt.
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Vorteilhafterweise wird das absolute Positionssignal mit einem externen Sensor erfasst und als Referenzsignal für einen Lageregler des Elektromotors verwendet. Mittels des absoluten Positionssignals kann zuverlässig festgestellt werden, in welcher Drehung sich der Rotor des Elektromotors befindet, da eindeutig 360°-Winkel zu unterscheiden sind.
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In einer Ausgestaltung wird zur Detektion der Rotor-Stator-Position der Elektromotor in einem Schrittmodus an Blockkommutierungspunkte angefahren, wobei einem pro Blockkommutierungspunkt gemessenen Stützpunkt der Position des Elektromotors ein Sensorwert zugeordnet wird. Bei diesem schrittweisen Anfahren richten sich der Stator und der Rotor in ihren Hauptmagnetpositionen automatisch zueinander aus, so dass die exakte elektrische Position, wie sie für die Kommutierung des Elektromotors benötigt wird, als Stützpunkt festgestellt werden kann.
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In einer Variante wird zur Detektion der Rotor-Stator-Position der Elektromotor gedreht, wobei die in die drei Phasen des Elektromotors induzierte Gegen-EMK ausgewertet wird. Durch diese Gegen-EMK können die elektrischen Stützpunkte des Elektromotors gelernt werden, wobei sehr viele Stützpunkte möglich sind und bei der Messung der Einfluss von Last und Reibung des Elektromotors vollständig entfällt. Auf eine Mittelwertbildung kann dabei verzichtet werden.
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In einer Ausführungsform wird der Elektromotor extern angetrieben, wobei in einem nicht bestromten Auslauf des Elektromotors die Gegen-EMK gemessen wird. Unter einer Gegen-EMK eines sich drehenden Elektromotors wird eine entgegen zur Betriebsspannung gerichtete Energie verstanden, die sich linear zur Drehzahl des Elektromotors aufbaut. Sie ist von der Stärke der Permanentmagneten des Rotors, der Wicklungsinduktivität, dem Luftspalt und anderen konstruktiven Details des Elektromotors abhängig. Da die Gegen-EMK der Betriebsspannung entgegenwirkt, vermindert sie demzufolge die treibende Spannung des Stromaufbaus in der Motorwicklung und beschleunigt die Spannung im Freilaufkreis zum Abbau des Motorstromes.
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In einer Alternative treibt der Elektromotor sich selbst an, wobei in einem nicht bestromten Auslauf des Elektromotors die Gegen-EMK gemessen wird. Durch diese Routine ist ein genaueres Einlernen der Stützpunkte des Elektromotors möglich, wodurch die Performance des Elektromotors bei der Kommutierung verbessert wird.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Kupplungssystems zur Betätigung einer automatisierten Reibungskupplung,
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2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist ein Kupplungsbetätigungssystem 1 für eine automatisierte Kupplung vereinfacht dargestellt. Das Kupplungsbetätigungssystem 1 ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges einer Reibungskupplung 2 zugeordnet und umfasst einen Geberzylinder 3, der über eine auch als Druckleitung bezeichnete Hydraulikleitung 4 mit einem Nehmerzylinder 5 verbunden ist. In dem Nehmerzylinder 5 ist ein Nehmerkolben 6 hin und her bewegbar, der über ein Betätigungsorgan 7 und unter Zwischenschaltung eines Lagers 8 die Reibungskupplung 2 betätigt.
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Der Geberzylinder 3 ist über eine Verbindungsöffnung mit einem Ausgleichsbehälter 9 verbindbar. In dem Geberzylinder 3 ist ein Geberkolben 10 bewegbar. Von dem Geberkolben 10 geht eine Kolbenstange 11 aus, die in Längserstreckung des Geberzylinders 3 zusammen mit dem Geberkolben 10 translatorisch bewegbar ist. Die Kolbenstange 11 des Geberzylinders 3 ist über eine Gewindespindel 12 mit einem elektromotorischen Stellantrieb 13 gekoppelt. Der elektromotorische Stellantrieb 13 umfasst einen als kommutierten Elektromotor ausgebildeten Elektromotor 14 und eine Auswerteeinheit 15. Die Gewindespindel 12 setzt eine Drehbewegung des Elektromotors 14 in eine Längsbewegung der Kolbenstange 11 bzw. des Geberzylinderkolbens 10 um. Die Reibungskupplung 2 wird somit durch den Elektromotor 14, die Gewindespindel 12, den Geberzylinder 3 und den Nehmerzylinder 5 automatisiert betätigt. In dem elektromotorischen Stellantrieb 13 ist ein Sensor 16 integriert.
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Da es sich bei dem Elektromotor 14 um einen elektrisch-kommutierten Gleichstrommotor handelt, ist es notwendig, sowohl die Absolutposition für die Lageregelung des Elektromotors 14 als auch eine genaue Position Rotor-zu-Stator des Elektromotors 14 für die elektrische Kommutierung zu kennen.
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Für beide Signale wird ein Sensorrohsignal des Sensors 16 verwendet. Dabei wird das Sensorrohsignal in der Auswerteeinheit 15 in zwei Signale aufgespalten, wie es in 2 gezeigt ist. Einmal bearbeitet die Auswerteeinheit 15 im Block 100 das absolute Positionssignal, indem sie das Signal des Sensors 16 als Referenz für die Sensorkalibrierung nutzt. Dieses absolute Positionssignal dient dazu festzustellen, wann der Sensor 360° zurückgelegt hat und wird dem Lageregler des Elektromotors 14 im Block 110 als Ausgangssignal übermittelt.
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Als zweites Signal wird aus dem Sensorrohsignal durch die Auswerteeinheit 15 die Stator-zu-Rotor-Position des Elektromotors 14 bestimmt, die für die Motorkommutierung und somit für die Ansteuerung der Kupplung notwendig ist (Block 200). Eine solche Auswertung wird erlangt, indem der Elektromotor 14 im Schrittmodus an mehrere Blockkommutierungspunkte heran gefahren wird. Dabei ziehen sich Rotor und Stator infolge ihrer tatsächlichen konstruktiven Ausrichtungen an. Für jeden Blockkommutierungspunkt wird dadurch eine Schrittposition des Elektromotors 14 ermittelt, die als Stützpunkt bezeichnet und als optimaler Umkommutierungspunkt erkannt wird. Dieser bildet somit den Ausgangspunkt für die Kommutierungstabelle, mittels welcher die drei Phasen des Elektromotors 14 angesteuert werden.
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In einer Alternative können aber diese Stützpunkte auch aus der Auswertung der Gegen-EMK ermittelt werden, indem im Auslaufen des sich drehenden Elektromotors 14 in den drei Phasen des Elektromotors 14 die induzierten Spannungen gemessen werden und somit ebenfalls die Rotor-zu-Stator-Position für eine Vielzahl von Stützpunkten ermittelt werden kann.
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Zur Absicherung der Berechnung können die beiden unabhängig voneinander ermittelten Positionen miteinander verglichen werden. Bei Überschreitung eines festgelegten Toleranzwertes ist eine Fehlererkennung des vorgeschlagenen Verfahrens möglich. Auch eine Erhöhung des Sicherheitslevels bei Beitreiben der Kupplung ist somit gegeben, da die Sensorrohwerte mit jeweils unterschiedlichen Algorithmen hinsichtlich der unterschiedlichen Positionsbestimmungen ausgewertet werden. Ein anschließender Vergleich lässt auch dabei einen Rückschluss auf die Arbeitsfähigkeit des Verfahrens zu.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsbetätigungssystem
- 2
- Reibungskupplung
- 3
- Geberzylinder
- 4
- Hydraulikleitung
- 5
- Nehmerzylinder
- 6
- Nehmerkolben
- 7
- Betätigungsorgan
- 8
- Lager
- 9
- Ausgleichsbehälter
- 10
- Geberkolben
- 11
- Kolbenstange
- 12
- Gewindespindel
- 13
- Stellantrieb
- 14
- Elektromotor
- 15
- Auswerteeinheit
- 16
- Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013213948 A1 [0004]
