DE102019121194A1

DE102019121194A1 - Actuator system

Info

Publication number: DE102019121194A1
Application number: DE102019121194.8A
Authority: DE
Inventors: Lars Gehrke; Sven-Erik Asmussen
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2021-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein/eine Aktoriksystem (1), umfassend eine Mehrzahl von elektrisch kommutierten Elektromotoren (2) sowie mindestens ein Steuergerät (3) zur Ansteuerung von mindestens einem Elektromotor (2), wobei eine Umschalteinrichtung (4), die zwischen dem mindestens einen Steuergerät (3) und den mindestens zwei Elektromotoren (2) verschaltet ist derart, dass die mit der Umschalteinrichtung (4) verbundenen Elektromotoren (2) zeitlich nacheinander über das ebenfalls mit der Umschalteinrichtung (4) verbundene Steuergerät (3) ansteuerbar sind.The invention relates to an actuator system (1), comprising a plurality of electrically commutated electric motors (2) and at least one control device (3) for controlling at least one electric motor (2), with a switching device (4) operating between the at least one The control device (3) and the at least two electric motors (2) are interconnected in such a way that the electric motors (2) connected to the switching device (4) can be controlled one after the other via the control device (3) also connected to the switching device (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aktoriksystem, umfassend eine Mehrzahl von elektrisch kommutierten Elektromotoren sowie mindestens ein Steuergerät zur Ansteuerung von mindestens einem Elektromotor.The present invention relates to an actuator system, comprising a plurality of electrically commutated electric motors and at least one control device for controlling at least one electric motor.

Eine Vielzahl von elektromechanischen Wirkmechanismen rund um und in Automobilen werden mit Elektromotoren angesteuert. Typischerweise werden bei langlebigen, getriebenahen Aktoren permanenterregte Elektromotoren (BLDC-, BLAC-Motoren) verwendet.A large number of electromechanical mechanisms around and in automobiles are controlled by electric motors. Typically, permanent-magnet electric motors (BLDC, BLAC motors) are used for long-life actuators close to the gearbox.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aktoriksystem zu schaffen, welches mit Blick auf die seine Komplexität vereinfacht ist. Insbesondere soll der Bauraumbedarf für entsprechende Systeme verkleinert werden.The invention is based on the object of creating an actuator system which is simplified in terms of its complexity. In particular, the space requirement for corresponding systems is to be reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Aktoriksystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Das erfindungsgemäße Aktoriksystem umfasst eine Mehrzahl von elektrisch kommutierten Elektromotoren sowie mindestens ein Steuergerät zur Ansteuerung von mindestens einem Elektromotor, wobei eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, die zwischen dem mindestens einen Steuergerät und den mindestens zwei Elektromotoren verschaltet ist derart, dass die mit der Umschalteinrichtung verbundenen Elektromotoren zeitlich nacheinander über das ebenfalls mit der Umschalteinrichtung verbundene Steuergerät ansteuerbar sind.This object is achieved by an actuator system with the features according to claim 1. The actuator system according to the invention comprises a plurality of electrically commutated electric motors and at least one control device for controlling at least one electric motor, a switching device being provided between the at least one control device and the at least two electric motors is connected in such a way that the electric motors connected to the switchover device can be controlled one after the other via the control device which is also connected to the switchover device.

Die erfinderische Lösung der Aufgabe beruht auf der Einsparung der notwendigen Steuergeräte für elektrisch kommutierte Elektromotoren (z.B. BLDC, DC, EC, ASM, Reluktanz, PSM etc.). Bei Anwendungen wo die Elektromotoren beim Aktuieren nicht gleichzeitig betätigt werden müssen, kann durch eine Umschaltung der Zuleitungen der elektrischen Motoren (Dreiphasige Anschlüsse und/oder Sensorikleitungen) die Anzahl der Steuergeräte samt ihrer Endstufen und weiterer notwendigen Elektronik und sonstigen Bauteilen eingespart werden. Zusammengefasst bedeutet das, dass zwei oder mehr Elektromotoren mit einem gemeinsamen Steuergerät über eine gemeinsame Umschalteinrichtung angesteuert werden - für Betriebssituationen in denen diese nie gleichzeitig angesteuert werden und in denen der Betrieb durch zeitlich versetztes Aktuieren erfolgen kann. Zusätzlich kann die Umschalteinrichtung auch für die Umschaltung der zugehörigen Sensorik ausgebildet sein oder eine hierfür ausgebildete separate Umschalteinrichtung vorgesehen werden. Alternativ kann die Sensorik von jedem Motor dauerhaft und einzeln ausgewertet werden.The inventive solution to the problem is based on saving the necessary control devices for electrically commutated electric motors (e.g. BLDC, DC, EC, ASM, reluctance, PSM etc.). In applications where the electric motors do not have to be actuated at the same time, the number of control devices including their output stages and other necessary electronics and other components can be saved by switching over the supply lines of the electric motors (three-phase connections and / or sensor cables). In summary, this means that two or more electric motors are controlled with a common control unit via a common switchover device - for operating situations in which they are never controlled at the same time and in which operation can take place by means of staggered actuation. In addition, the switching device can also be designed for switching the associated sensor system, or a separate switching device designed for this purpose can be provided. Alternatively, the sensors of each motor can be evaluated continuously and individually.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine separate Steuerlogikeinheit zur Ansteuerung der Umschalteinrichtung vorhanden ist und die derart ausgebildet ist, dass die Umschalteinrichtung in der zeitlich gewünschten, vorgebbaren Reihenfolge die Umschaltung zwischen den mindestens zwei Elektromotoren durchführt.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that a separate control logic unit is available for controlling the switchover device and is designed such that the switchover device performs the switchover between the at least two electric motors in the desired, predetermined sequence.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Umschalteinrichtung weniger komplex ausgeführt werden muss und diese Logik in einer separaten ggf. zentralen Logikeinheit ausgegliedert ist.The advantage of this embodiment is that the switching device has to be made less complex and this logic is separated into a separate, possibly central logic unit.

Es kann gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Elektromotoren als Stellmotoren für eine Getriebeeinheit eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sind. Bei einem Zwei-Motoren-Getriebeaktuator werden die Funktionen „Wählen“ und „Gang einlegen“ zeitlich versetzt ausgeführt, was aufgrund der Schaltklauenansteuerung, mittels Zwischenblech und Schaltkulisse, nicht anders möglich ist. Jedoch wird bislang für beide Elektromotoren jeweils ein eigenes Steuergerät eingesetzt, welche sich ein gemeinsames Gehäuse teilen (Transmission Drive Unit (TDU)). Die BLDC Motoren sind bei diesem System baugleich ausgeführt. Durch die Erfindung kann erreicht werden, dass eines von zwei Steuergeräten nicht mehr benötigt wird. Viele Funktionalitäten für die Ansteuerung der Endstufe innerhalb der Transmission Drive Unit müssen bisher doppelt vorgehalten werden (z.B. B6-Brücke, B6-Brückentreiber, Motorphasen Sensoren, Kühlung der aktiven Bauelemente). Bei anderen Steuergeräten werden sämtliche Bauteile doppelt ausgeführt beispielsweise die Local Control Unit (LCU) bei HCA. Durch eine Umschalteinrichtung der leistungsführenden Versorgungsleitungen der Aktoren, die motor-nah eingebaut sind, kann der Aufwand für den Kabelbaum verringert werden. Zudem ist lediglich eine Endstufe und deren Zusatzkomponenten im Steuergerät notwendig.According to a further, particularly preferred further development of the invention, it can also be provided that the at least two electric motors are designed as servomotors for a transmission unit of a motor vehicle. In the case of a two-motor gearbox actuator, the functions “select” and “engage” are carried out at different times, which is not possible in any other way due to the claw control using an intermediate plate and shift gate. However, up to now a separate control unit has been used for both electric motors, which share a common housing (Transmission Drive Unit (TDU)). The BLDC motors in this system are of identical design. The invention can ensure that one of two control devices is no longer required. Many functionalities for controlling the output stage within the transmission drive unit have so far had to be provided twice (e.g. B6 bridge, B6 bridge driver, motor phase sensors, cooling of the active components). In other control units, all components are duplicated, for example the Local Control Unit (LCU) at HCA. A switchover device for the power supply lines of the actuators, which are installed close to the engine, can reduce the cost of the wiring harness. In addition, only one output stage and its additional components are required in the control unit.

Das beschriebene Prinzip ist auf alle Aktor- und Verstellmechanismen mit elektrisch kommutierten Elektromotoren anwendbar, bei denen die Stellvorgänge zeitlich hintereinander ausgeführt werden.The principle described is applicable to all actuator and adjustment mechanisms with electrically commutated electric motors in which the adjustment processes are carried out one after the other.

So kann des Weiteren gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Elektromotoren als Stellmotoren einer Aktuatorik in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sind, insbesondere als Stellmotoren für ein elektromotorisch angetriebenes Schiebedach ausgebildet sind oder als Stellmotoren für elektrisch angetriebene Fensterhebeeinrichtungen ausgebildet sind oder als Stellmotoren für eine elektromotorisch angetriebene Parksperreneinrichtung ausgebildet sind.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the at least two electric motors are designed as servomotors of an actuator system in a motor vehicle, in particular are designed as servomotors for an electric motor-driven sunroof or are designed as servomotors for electrically driven window lift devices or as Servomotors are designed for an electric motor-driven parking lock device.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention is explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive concept.

Es zeigen:

1 das Aktoriksystem gemäß der Erfindung in einer Schemadarstellung,
2 ein erfindungsgemäßes Aktoriksystem mit einer Drehstrombrückenschaltung mit insgesamt einem Steuergerät und vier Umschalteinrichtungen zur Ansteuerung vier separater Elektromotoren in einer Schaltplandarstellung, und
3 ein Schaltgetriebe mit einem Aktoriksystem gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung.

Show it:

1 the actuator system according to the invention in a schematic representation,
2 an actuator system according to the invention with a three-phase bridge circuit with a total of one control device and four switching devices for controlling four separate electric motors in a circuit diagram, and
3 a manual transmission with an actuator system according to the invention in a schematic representation.

Die 1 zeigt ein Aktoriksystem 1 gemäß der Erfindung in einer Schemadarstellung. Das Aktoriksystem 1 umfasst insgesamt drei elektrisch kommutierte Elektromotoren 2 sowie ein Steuergerät 3 zur Ansteuerung der drei Elektromotoren 2. Ferner sind zwischen das gemeinsame Steuergerät 3 und die drei Elektromotoren 2 drei Umschalteinrichtungen 4 geschaltet, die zwischen das Steuergerät 3 und die drei Elektromotoren 2 geschaltet sind, derart, dass die mit den Umschalteinrichtungen 4 verbundenen Elektromotoren 2 zeitlich nacheinander über das ebenfalls mit der Umschalteinrichtung 4 verbundene Steuergerät 3 ansteuerbar sind. Alternativ können die drei vereinzelten Umschalteinrichtungen 4 auch in einer einzelnen Umschalteinrichtung 4 realisiert sein. Im dargestellten Beispiel wird die Umschalteinrichtung 4 über eine Steuerlogikeinheit 5 angesteuert, derart, dass die Umschalteinrichtung 4 in der zeitlich gewünschten, vorgebbaren Reihenfolge die Umschaltung zwischen den drei Elektromotoren 2 durchführt, so dass jeweils der gewünschte Elektromotor 2 zur richtigen Zeit über das Steuergerät 3 angesteuert werden kann.The 1 shows an actuator system 1 according to the invention in a schematic representation. The actuator system 1 comprises a total of three electrically commutated electric motors 2 as well as a control unit 3 to control the three electric motors 2 . Furthermore, between the common control unit 3 and the three electric motors 2 three switching devices 4th switched that between the control unit 3 and the three electric motors 2 are switched in such a way that the with the switching devices 4th connected electric motors 2 one after the other via the switchover device 4th connected control unit 3 are controllable. Alternatively, the three isolated switching devices 4th also in a single switching device 4th be realized. In the example shown, the switching device 4th via a control logic unit 5 controlled in such a way that the switching device 4th the switchover between the three electric motors in the specified sequence that is desired in terms of time 2 performs, so that in each case the desired electric motor 2 at the right time via the control unit 3 can be controlled.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Aktoriksystem 1 gemäß 1 - hier mit insgesamt vier anstatt drei elektrisch kommutierten Elektromotoren 2. Das Aktoriksystem umfasst ein Steuergerät 3 mit einer Drehstrombrückenschaltung und vier nachgeschaltete Umschalteinrichtungen 4 zur Ansteuerung von vier, als Dreiphasen-Drehstrommotoren ausgebildeten, separaten Elektromotoren 2. 2 shows an actuator system according to the invention 1 according to 1 - here with a total of four instead of three electrically commutated electric motors 2 . The actuator system includes a control unit 3 with a three-phase bridge circuit and four downstream switching devices 4th for controlling four separate electric motors designed as three-phase three-phase motors 2 .

Aus der 2 ist ferner ersichtlich, dass die Umschalteinrichtungen 4 an eine Steuerlogikeinheit 5 angebunden sind, wobei die Steuerlogikeinheit 5 zur Ansteuerung der Umschalteinrichtung 4 ausgebildet ist, derart, dass die Umschalteinrichtungen 4 in der zeitlich gewünschten, vorgebbaren Reihenfolge die Umschaltung zwischen den zeitlich nacheinander zu betreibenden vier Elektromotoren 2 durchführt, so dass jeweils der gewünschte Elektromotor 2 zur richtigen Zeit über das Steuergerät 3 angesteuert werden kann.From the 2 it can also be seen that the switching devices 4th to a control logic unit 5 are connected, the control logic unit 5 to control the switching device 4th is designed such that the switching devices 4th the switchover between the four electric motors to be operated one after the other in the chronologically desired, specifiable sequence 2 performs, so that in each case the desired electric motor 2 at the right time via the control unit 3 can be controlled.

3 zeigt eine Getriebeeinheit 6 für ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Aktoriksystem 1. Der 3 ist auch gut entnehmbar, dass die zwei Elektromotoren 2 als Stellmotoren für die Getriebeeinheit 6 ausgebildet sind. 3 shows a gear unit 6th for a motor vehicle with an actuator system according to the invention 1 . The 3 is also easy to see that the two electric motors 2 as servomotors for the gear unit 6th are trained.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The above description is therefore not to be regarded as restrictive but rather as explanatory. The following claims are to be understood in such a way that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. If the claims and the above description define “first” and “second” features, this designation serves to distinguish between two similar features without defining a priority.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: AktoriksystemActuator system
22: ElektromotorenElectric motors
33: SteuergerätControl unit
44th: UmschalteinrichtungSwitching device
55: SteuerlogikeinheitControl logic unit
66: GetriebeeinheitGear unit

Claims

Actuator system (1), comprising a plurality of electrically commutated electric motors (2) and at least one control device (3) for controlling at least one electric motor (2), characterized by a switching device (4) which is connected between the at least one control device (3) and the at least two electric motors (2) is interconnected in such a way that the electric motors (2) connected to the switching device (4) can be controlled one after the other via the control device (3) also connected to the switching device (4).

Actuator system (1) according to Claim 1 , characterized by a control logic unit (5) for controlling the switchover device (4) in such a way that the switchover device (4) switches between the at least two electric motors (2) in the predetermined sequence desired in time.

Actuator system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two electric motors (2) as servomotors for a transmission unit (6) of a motor vehicle are formed.

Actuator system (1) according to one of the preceding Claims 1 or 2 , characterized in that the at least two electric motors (2) are designed as servomotors of an actuator system in a motor vehicle, in particular are designed as servomotors for an electric motor-driven sunroof or are designed as servomotors for electrically powered window lift devices or are designed as servomotors for an electromotive parking lock device are.