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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das technische Gebiet permanentmagneterregter Gleichstrommaschinen und insbesondere der Bestimmung eines Drehwinkels einer solchen im Fall unterschiedlicher Betriebsbereiche. Bei der permanentmagneterregten Gleichstrommaschine kann es sich beispielsweise um einen Motor einer elektrischen Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs handeln.
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Stand der Technik
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Bei permanentmagneterregten Gleichstrommaschinen handelt es sich um rotierende elektrische Maschinen, die mit Gleichstrom betrieben werden oder Gleichstrom erzeugen. Je nach Richtung des Leistungsflusses (d. h., je nach Betriebsbereich) wird zwischen dem Gleichstrommotor (ein Elektromotor, dem elektrische Energie zugeführt und mechanische Energie entnommen wird) und dem Gleichstromgenerator (ein elektrischer Generator, dem mechanische Energie zugeführt und elektrische Energie entnommen wird) unterschieden. Wenn die Gleichstrommaschine als Motor betrieben wird, spricht man auch vom motorischen Betrieb und im Fall des Generators vom generatorischen Betrieb der Maschine. Gleichstrommaschinen können unter Belastung anlaufen, und ihre Drehzahl ist leicht zu verändern.
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Ein Anwendungsfeld einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine ist die Verwendung als Motor in einer elektrischen Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs. Hierbei sorgt eine präzise Ansteuerung des Motors durch eine entsprechende Steuereinheit dafür, dass durch einen Reibbelag eine vorbestimmte Bremskraft auf eine rotierend gelagerte Bremsscheibe übertragen wird.
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Um jedoch einen Betriebspunkt der Feststellbremse bestimmen zu können, ist es unerlässlich, einen Drehwinkel (oder eine Drehzahl) des Motors zu bestimmen. Je genauer dieser Drehwinkel bestimmt werden kann, umso präziser kann die Feststellbremse an einen gewünschten Betriebspunkt gefahren werden.
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Auch in anderen Anwendungsbereichen von permanentmagneterregten Gleichstrommaschinen ist die genaue Bestimmung eines Drehwinkels wünschenswert, beispielsweise, wenn diese als Stellmotoren verwendet werden.
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Bisherige Verfahren zur Bestimmung von Drehwinkeln permanentmagneterregter Gleichstrommaschinen sind jedoch relativ fehleranfällig, aufwändig und/oder unpräzise. Bekannt ist beispielsweise einerseits, Sensoren zur Bestimmung des Drehwinkels einzusetzen, was zusätzliche Hardware und Auswertungselektronik erfordert. Ferner ist bekannt, Signaloszillationen des Motorstroms zu zählen, um Rückschlüsse auf den Drehwinkel des Motors zu machen. Das Zählen von Signaloszillationen in einem Stromsignal ermöglicht jedoch keine präzise Bestimmung des Drehwinkels in einem generatorischen Betriebsbereich der Gleichstrommaschine.
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Kurzer Abriss
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Es ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Drehwinkels einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine sowie eine Steuereinheit zum Ansteuern einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine anzugeben, die die obigen Probleme bekannter Techniken vermeiden. Insbesondere besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine Technik bereitzustellen, durch welche ein Drehwinkel einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine präzise und auf vereinfachte Weise bestimmt werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Drehwinkels einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Kombinieren eines zeitabhängigen Spannungssignals der Gleichstrommaschine und eines zeitabhängigen Stromsignals der Gleichstrommaschine zu einem zeitabhängigen kombinierten Signal und Bestimmen des Drehwinkels durch Analysieren von Signaloszillationen des kombinierten Signals.
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Das zeitabhängige Spannungssignal kann zeitabhängige Spannungswerte umfassen, d. h., eine vorbestimmte Anzahl von Spannungswerten in einem vorbestimmten Zeitabschnitt. Die Anzahl der Spannungswerte kann abhängig sein von einer Sampling-Frequenz, mit welcher die an die Gleichstrommaschine angelegte Spannung erfasst wird. Das zeitabhängige Stromsignal kann zeitabhängige Stromwerte umfassen, d. h., eine vorbestimmte Anzahl von Stromwerten in einem vorbestimmten Zeitabschnitt. Die Anzahl der Stromwerte kann abhängig sein von einer Sampling-Frequenz, mit welcher der durch die Gleichstrommaschine fließende Strom erfasst wird. Die jeweilige Sampling-Frequenz wird hierbei vorzugsweise so gewählt, dass in den jeweiligen Signalen auftretende Oszillationen gut erkennbar und detektierbar sind.
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Das zeitabhängige kombinierte Signal kann für eine Mehrzahl an Zeitwerten jeweils einen zugehörigen Signalwert umfassen. Da ein Spannungswert mit einem Stromwert kombiniert wird (und somit Werte unterschiedlicher physikalischer Einheiten), kann der Signalwert des kombinierten Signals in einer beliebigen Einheit (arbitrary unit) angegeben werden, beispielsweise nachdem eine Normierung durchgeführt wurde. Genauer gesagt, kann das Stromsignal vor dem Kombinieren durch Division durch einen vorbestimmten Stromwert (in A) normiert werden. Auf ähnliche Weise kann das Spannungssignal vor dem Kombinieren durch Division durch einen vorbestimmten Spannungswert (in V) normiert werden. Die nun einheitenlosen Signale können anschließend kombiniert werden.
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Das Analysieren der Signaloszillationen kann beispielsweise eine Detektion von Signalmaxima und Signalminima umfassen. Diese können gezählt werden, um eine Anzahl von Signaloszillationen zu bestimmen. Abhängig von der Anzahl der Signaloszillationen bis zu einem bestimmten Zeitpunkt kann der Drehwinkel der Gleichstrommaschine zu diesem Zeitpunkt bestimmt werden. Hierfür kann eine entsprechende Kalibrierung durchgeführt werden.
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Das Kombinieren kann eine der mathematischen Grundoperationen Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division umfassen. Hierbei können beispielsweise die einzelnen Signalwerte für die jeweiligen Zeitpunkte entsprechend kombiniert werden. Zuvor kann - wie oben geschildert - eine entsprechende Normierung durchgeführt werden.
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Das Kombinieren kann eine Addition des zeitabhängigen Spannungssignals und des zeitabhängigen Stromsignals umfassen. Genauer gesagt können die einzelnen Signalwerte für die jeweiligen Zeitpunkte addiert werden.
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Das Verfahren kann ferner ein Bestimmen einer Drehzahl der Gleichstrommaschine basierend auf dem bestimmten Drehwinkel umfassen. Unter Berücksichtigung der Zeitachse kann der zu einem bestimmten Zeitpunkt erreichte Drehwinkel in eine Drehzahl (z. B. ausgedrückt in Umdrehungen pro Zeiteinheit) umgerechnet werden.
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Das zeitabhängige Spannungssignal und das zeitabhängige Stromsignal können jeweils einen motorischen Betriebsbereich und einen generatorischen Betriebsbereich umfassen. Hierbei bezeichnet der „Bereich“ einen zeitlichen Abschnitt. Im motorischen Betriebsbereich arbeitet die Gleichstrommaschine als Motor und im generatorischen Betriebsbereich arbeitet sie als Generator (und wird somit nicht durch eine aktiv angelegte Spannung angetrieben). Das Spannungssignal kann im generatorischen Betriebsbereich deutlich detektierbare Oszillationen (der induzierten Spannung) aufweisen und im motorischen Betriebsbereich keine detektierbaren Oszillationen aufweisen. Ferner kann das Stromsignal im motorischen Betriebsbereich deutlich detektierbare Oszillationen aufweisen und im generatorischen Betriebsbereich keine detektierbaren Oszillationen aufweisen.
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In manchen Ausführungsbeispielen wird im generatorischen Betriebsbereich des Stromsignals kein Strom gemessen. Anders ausgedrückt kann der Stromwert des generatorischen Betriebsbereichs im Wesentlichen Null betragen.
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Die permanentmagneterregte Gleichstrommaschine kann ein Motor einer elektrischen Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs sein. Die Gleichstrommaschine kann somit eine Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs antreiben und bei entsprechender Ansteuerung durch eine Steuereinheit dafür sorgen, dass eine vorbestimmte Bremskraft auf eine Bremsscheibe des Kraftfahrzeugs übertragen wird. Somit kann der bestimmte Drehwinkel dazu dienen, die Feststellbremse an einen vorbestimmten Betriebspunkt zu bewegen und dabei eine vorbestimmte Kraft auszuüben.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Drehwinkels einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein erstes Analysieren von Signaloszillationen eines zeitabhängigen Stromsignals der Gleichstrommaschine in einem motorischen Betriebsbereich des Stromsignals, ein zweites Analysieren von Signaloszillationen eines zeitabhängigen Spannungssignals der Gleichstrommaschine in einem generatorischen Betriebsbereich des Spannungssignals und auf Grundlage des ersten Analysierens und des zweiten Analysierens, Bestimmen des Drehwinkels der Gleichstrommaschine.
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Abgesehen von den Details, welche sich auf das Kombinieren des Stromsignals und des Spannungssignals richten, können sämtliche der oben im Zusammenhang mit dem Verfahren des ersten Aspekts geschilderten Details ebenfalls auf das Verfahren des zweiten Aspekts angewendet werden.
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Ferner ist anzumerken, dass die Begriffe „erstes Analysieren“ und „zweites Analysieren“ lediglich verwendet werden, um die beiden Schritte des Analysierens sprachlich voneinander abzugrenzen. Darüber hinausgehend haben die Begriffe „erstes“ und „zweites“ keine inhaltliche Bedeutung, insbesondere was eine zeitliche Abfolge der jeweiligen Schritte anbelangt. Die Schritte des Analysierens können in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Das Verfahren des zweiten Aspekts kann ein Umschalten zwischen dem Analysieren des Stromsignals und dem Analysieren des Spannungssignals umfassen. Das Umschalten kann zu einem Zeitpunkt erfolgen, wenn die Gleichstrommaschine vom motorischen Betrieb in den generatorischen Betrieb wechselt.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Steuereinheit zum Ansteuern einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine bereitgestellt. Die Steuereinheit ist eingerichtet zum Kombinieren eines zeitabhängigen Spannungssignals der Gleichstrommaschine und eines zeitabhängigen Stromsignals der Gleichstrommaschine zu einem zeitabhängigen kombinierten Signal und zum Bestimmen des Drehwinkels durch Analysieren von Signaloszillationen des kombinierten Signals.
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Sämtliche der oben in Bezug auf das Verfahren des ersten Aspekts erläuterten Details können ebenfalls auf die Steuereinheit des dritten Aspekts Anwendung finden. Anders ausgedrückt kann die Steuereinheit des dritten Aspekts dazu eingerichtet sein, sämtliche Aspekte des oben geschilderten Verfahrens des ersten Aspekts zu verwirklichen.
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Das Kombinieren kann eine der mathematischen Grundoperationen Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division umfassen. Das Kombinieren kann insbesondere eine Addition des zeitabhängigen Spannungssignals und des zeitabhängigen Stromsignals umfassen.
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Die Steuereinheit kann ferner eingerichtet sein zum Bestimmen einer Drehzahl der Gleichstrommaschine basierend auf dem bestimmten Drehwinkel. Das zeitabhängige Spannungssignal und das zeitabhängige Stromsignal können jeweils einen motorischen Betriebsbereich und einen generatorischen Betriebsbereich umfassen. In manchen Ausführungsbeispielen wird im generatorischen Betriebsbereich des Stromsignals kein Strom gemessen.
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Gemäß einem vierten Aspekt wird eine Steuereinheit zum Ansteuern einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine bereitgestellt. Die Steuereinheit ist eingerichtet ist zu einem ersten Analysieren von Signaloszillationen eines zeitabhängigen Stromsignals der Gleichstrommaschine in einem motorischen Betriebsbereich des Stromsignals, einem zweiten Analysieren von Signaloszillationen eines zeitabhängigen Spannungssignals der Gleichstrommaschine in einem generatorischen Betriebsbereich des Spannungssignals und auf Grundlage des ersten Analysierens und des zweiten Analysierens, zum Bestimmen des Drehwinkels der Gleichstrommaschine.
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Sämtliche der oben in Bezug auf das Verfahren des zweiten Aspekts erläuterten Details können ebenfalls auf die Steuereinheit des vierten Aspekts Anwendung finden. Anders ausgedrückt, kann die Steuereinheit des vierten Aspekts dazu eingerichtet sein, sämtliche Aspekte des oben geschilderten Verfahrens des zweiten Aspekts zu verwirklichen.
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Gemäß einem fünften Aspekt wird eine elektrische Feststellbremse bereitgestellt. Die elektrische Feststellbremse umfasst die Steuereinheit des dritten Aspekts oder des vierten Aspekts und die permanentmagneterregte Gleichstrommaschine als Motor der elektrischen Feststellbremse zum Erzeugen einer Bremskraft auf eine rotierend gelagerte Bremsscheibe eines Kraftfahrzeugs.
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Sowohl das Kraftfahrzeug als auch die Bremsscheibe sind nicht notwendigerweise Bestandteil des fünften Aspekts (d. h., Bestandteil der Feststellbremse). Es wird lediglich auf diese Elemente Bezug genommen, um die Interaktion der Feststellbremse des dritten Aspekts mit diesen Elementen zu schildern.
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Gemäß einem sechsten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt. Das Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel, um bei einem Ausführen des Computerprogrammproduktes auf einem Prozessor ein Verfahren mit den Schritten gemäß dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise auf einem flüchtigen oder nichtflüchtigen computerlesbaren Datenträger vorgesehen sein.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der hier beschriebenen Lösung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den Figuren. Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt einer Fahrzeugbremse mit einer elektrischen Feststellbremse;
- 2 ein zeitabhängiges Spannungssignal, ein zeitabhängiges Stromsignal und ein zugehöriger Drehwinkel einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine;
- 3 ein Verfahren zum Bestimmen eines Drehwinkels einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
- 4 ein Verfahren zum Bestimmen eines Drehwinkels einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt einen Querschnitt einer Fahrzeugbremse (oder Radbremse) 10 einer Fahrzeugbremsanlage eines Kraftfahrzeugs. Die Fahrzeugbremse umfasst - wie weiter unten beschrieben wird - eine elektrische Feststellbremse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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Die Radbremse 10 umfasst einen elektromechanischen Bremsaktuator 2 der elektrischen Feststellbremse und einen U-förmigen Bremssattel 4 zur Aufnahme einer Bremsscheibe. Die Bremsscheibe ist in 1 nicht dargestellt. Der Bremssattel 4 besitzt einen Shim 6 und eine erste und zweite Rückenplatte 8a, 8b zur jeweiligen Aufnahme eines Bremsbelags oder Reibbelags 9a, 9b. Die Bremsbeläge 9a, 9b stehen bei Betätigung der Radbremse 10 mit der Bremsscheibe in Reibkontakt.
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Der Bremssattel 4 ist über die erste Rückenplatte 8a mit einem Hydraulikkolben (oder Betätigungskolben) 28 mechanisch gekoppelt, welcher bei Betätigung der Radbremse 10 axial in Richtung der ersten Rückenplatte 8a bewegt wird, um so den an der ersten Rückenplatte 8a angeordneten Bremsbelag 9a gegen die Bremsscheibe zu drücken. Bei einem Betriebsbremsvorgang wird der Hydraulikkolben 28 hydraulisch durch einen in der Fahrzeugbremsanlage vom Fahrer (und ggf. verstärkten) oder elektrohydraulisch erzeugten Hydraulikdruck bewegt, während bei einem Feststellbremsvorgang oder bei Aktivierung der Berganfahrhilfefunktion der Hydraulikkolben 28 mechanisch mit Hilfe eines Betätigungsgliedes 22 des elektromechanischen Bremsaktuators 2 bewegt wird.
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Der elektromechanische Bremsaktuator 2 umfasst einen Antriebsmotor 14 zur Erzeugung eines Drehmoments, eine mit einer Antriebswelle 16 des Antriebsmotors 14 gekoppelte Getriebeeinheit 18, einen der Getriebeeinheit 18 nachgeschalteten abtriebsseitigen Zapfen 20 und das mit dem Abtriebszapfen 20 gekoppelte Betätigungsglied 22.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 handelt es sich bei dem Antriebsmotor 14 um eine permanentmagneterregte Gleichstrommaschine. Anders ausgedrückt handelt es sich bei dem Antriebsmotor 14 der Feststellbremse gemäß 1 um ein Ausführungsbeispiel, mit welchem die in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Technik durchgeführt werden kann. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf Antriebsmotoren von elektrischen Feststellbremsen beschränkt und kann auf jede geeignete permanentmagneterregte Gleichstrommaschine angewendet werden.
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Die dem Antriebsmotor 14 nachgeschaltete Getriebeeinheit 18 ist als mehrstufiges Untersetzungsgetriebe ausgestaltet, um eine hohe Untersetzung und damit eine hohe Betätigungskraft an der Radbremse 10 zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Getriebeeinheit 18 ein beispielsweise zweistufiges Planetengetriebe 19 zur Übertragung des erzeugten Drehmoments auf den abtriebsseitigen Zapfen 20. Der Zapfen 20 überträgt die Drehbewegung an das Betätigungsglied 22, welches als Spindelgetriebe mit einer Spindel 24 und einem Spindelschlitten (oder Spindelmutter) 26 ausgebildet ist. Das Spindelgetriebe 22 wandelt in bekannter Weise die am Zapfen 20 abgegebene Drehbewegung in eine Linearbewegung um, wobei der Spindelschlitten 26 translatorisch in Richtung des Bremssattels 4 bewegt wird.
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Die translatorische Bewegung des Spindelschlittens 26 wird über den Hydraulikkolben 28 auf die erste Rückenplatte 8a übertragen. Ferner wird die Bewegung des Spindelschlittens 26 über eine Umlenkeinrichtung 12 auf die zweite Rückenplatte 8b übertragen. Auf diese Weise wird durch das Betätigungsglied 22 an der Bremsscheibe eine Zuspannkraft oder ein Zuspanndruck erzeugt, welche(r) einerseits vom zurückgelegten Weg des Betätigungsgliedes 22 (genauer gesagt: des Spindelschlittens 26) und andererseits von einer Steifigkeit der Radbremse 10 abhängt. Der Spindelschlitten 26 wirkt hierbei somit als Betätigungselement der Feststellbremse.
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Der Antriebsmotor 14 wird von einer Steuereinheit 30 angesteuert. Diese Steuereinheit 30 wird auch als ECU (Electronic Control Unit) oder EPB-ECU (Elektrische Parkbremse-ECU) bezeichnet. Die Steuereinheit 30 sorgt dafür, dass der Antriebsmotor 14 zur einer vorgegebenen Zeit (beispielsweise bei Betätigung der elektrischen Parkbremse) in eine vorbestimmte Betriebsposition gefahren wird. Hierfür wird eine entsprechende Spannung an den Antriebsmotor angelegt. Die im Folgenden im Zusammenhang mit 2 geschilderten Signale werden von der Steuereinheit 30 erfasst und der Drehwinkel wird von der Steuereinheit 30 gemäß dem in 3 dargestellten Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels oder gemäß dem in 4 dargestellten Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels bestimmt.
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Hierfür weist die Steuereinheit 30 einen Prozessor und einen Speicher auf, wobei in dem Speicher Befehle hinterlegt sind, die den Prozessor dazu veranlassen, die im Zusammenhang mit 3 oder 4 beschriebenen Schritte durchzuführen. Die Steuereinheit weist insbesondere Komponenten auf, die es ermöglichen, eine zeitabhängige Spannungskurve und eine zeitabhängige Stromkurve des Antriebsmotors 14 zu erfassen und weiterzuverarbeiten (siehe 2).
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2 zeigt drei Kurven übereinander, wobei die obere Kurve ein Spannungssignal, die mittlere Kurve ein Stromsignal und die untere Kurve einen zugehörigen Drehwinkel einer permanentmagneterregten Gleichstrommaschine zeigen. Bei der permanentmagneterregten Gleichstrommaschine handelt es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um den Antriebsmotor 14 der elektrischen Feststellbremse gemäß 1.
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Alle drei Kurven weisen dieselbe Zeitachse auf, wobei die Zeit t in Sekunden angegeben ist. Das Spannungssignal der oberen Kurve und das Stromsignal der mittleren Kurve werden von der Steuereinheit erfasst und ausgewertet, um möglichst genau den in der unteren Kurve der 2 dargestellten (realen) Drehwinkel der Gleichstrommaschine zu bestimmen.
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Im Beispiel der 2 befindet sich die Gleichstrommaschine im zeitlichen Bereich von 2,82 bis 3,12 s im motorischen Betrieb, d. h., es wird eine nach einer kurzen Aufbauzeit konstante Spannung an die Gleichstrommaschine angelegt, um diese als Motor anzutreiben. Im zeitlichen Bereich von 3,12 bis 3,63 Sekunden befindet sich die Gleichstrommaschine im generatorischen Betrieb, d. h. in eine Auslaufphase, in der keine aktive Spannung U mehr angelegt wird und in der kein messbarer Strom I fließt.
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Die in der oberen Kurve sichtbaren Oszillationen im Spannungssignal und die in der mittleren Kurve sichtbaren Oszillationen im Stromsignal können dazu genutzt werden, ohne einen zusätzlichen Sensor den relativen Drehwinkel (siehe untere Kurve) zu bestimmen. Ausgehend vom Drehwinkel kann bei Berücksichtigung der Zeitachse ebenfalls die Drehzahl der Gleichstrommaschine bestimmt werden.
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Üblicherweise wird zum Bestimmen des Drehwinkels bzw. der Drehzahl während des motorischen Betriebs das Stromsignal der mittleren Kurve aufgrund der größeren Signaloszillationen ausgewertet. Wechselt der Motor jedoch in die Auslaufphase (generatorischen Betrieb) fließt kein messbarer Strom I und die auswertbaren Signaloszillationen treten wesentlich deutlicher in der induzierten Spannung U hervor.
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Wie aus den Kurven der 2 ersichtlich wird, existiert insbesondere bei der Betrachtung unterschiedlicher Betriebszustände einer Gleichstrommaschine kein elektrisches Messsignal, welches in allen Betriebsbereichen der Gleichstrommaschine eine zuverlässige Auswertung der Kommutierungsfrequenz zur Drehwinkel- bzw. Drehzahlbestimmung ermöglicht.
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In 3 ist ein Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, welches dazu verwendet werden kann, sowohl die Signaloszillationen des Spannungssignals als auch die Signaloszillationen des Stromsignals auszuwerten und dadurch zu einer Bestimmung des Drehwinkels zu gelangen.
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Gemäß dem in 3 dargestellten Verfahren eines ersten Ausführungsbeispiels erfolgt mittels des Schalters 32 eine Umschaltung zwischen einer Signalauswertung des Stromsignals und einer Signalauswertung des Spannungssignals. Diese Umschaltung erfolgt, wenn die Gleichstrommaschine vom motorischen Betrieb in den generatorischen Betrieb wechselt. Die Signalauswertung erfolgt in Schritt 34 der schematischen Darstellung der 3.
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Somit wird zunächst im motorischen Betrieb der Gleichstrommaschine das Stromsignal analysiert und Signaloszillationen des Stromsignals werden erkannt und gezählt, um einen Drehwinkel der Gleichstrommaschine zu bestimmen. Wenn die Gleichstrommaschine vom motorischen Betrieb in den generatorischen Betrieb wechselt, erfolgt eine Umschaltung mittels des Schalters 32 von der Betrachtung des Stromsignals zur Betrachtung des Spannungssignals. Im generatorischen Betrieb der Gleichstrommaschine wird das Spannungssignal analysiert und Signaloszillationen des Spannungssignals werden erkannt und gezählt, um einen Drehwinkel der Gleichstrommaschine zu bestimmen.
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Im obigen ersten Ausführungsbeispiel muss eine Umschaltung des Messsignals erfolgen, welche im Fall von Signalstörungen eine mögliche Fehlerquelle im System darstellen kann.
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Diese Fehlerquelle wird durch das Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels, welches in 4 dargestellt ist, behoben. Das Ausführungsbeispiel der 4 erhöht die Robustheit gegenüber Signalstörungen durch eine Addition der beiden Messsignale (Spannungssignals und Stromsignal) vorab. Hierdurch ist die auswertbare Information der Kommutierungsfrequenz immer im Summensignal enthalten. Durch Wegfall des Schalters 32 wird die Komplexität verringert und der Berechnungsaufwand reduziert.
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Je nach Anwendungsfall bzw. je nach Ausgestaltung der zu analysierenden Signale und/oder der nachfolgenden Signalverarbeitung und Signalauswertung kann es in alternativen Ausführungsbeispielen vorteilhaft sein, die Addition der beiden Signale durch eine andere mathematische Grundoperation (Subtraktion, Multiplikation oder Division) zu ersetzen.
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Somit erfolgt gemäß dem Ausgangsbeispiel der 4 in Schritt 42 eine Addition der einzelnen Signalwerte des Spannungssignals und des Stromsignals für jeden Zeitpunkt, um ein zeitabhängiges kombiniertes Signal zu erhalten. Im Rahmen der Addition kann eine Normierung des Spannungssignals und/oder des Stromsignals durchgeführt werden, beispielsweise um eine Amplitude der Oszillationen des Spannungssignals an eine Amplitude der Oszillationen des Stromsignals anzugleichen.
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Bevor die Signalauswertung in Schritt 46 erfolgt, kann optional in Schritt 44 eine Signalverarbeitung des kombinierten Signals erfolgen. In der Signalauswertung 46 wird das kombinierte Signal analysiert. Genauer gesagt werden Signaloszillationen des kombinierten Signals detektiert und gezählt und basierend darauf der Drehwinkel der Gleichstrommaschine bestimmt. Ferner kann basierend auf dem bestimmten Drehwinkel die Drehzahl der Gleichstrommaschine bestimmt werden.
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Ausführungsbeispiele der oben beschriebenen Technik ermöglichen eine zuverlässige Auswertung der Kommutierungsfrequenz zur Drehwinkel-/Drehzahlbestimmung in allen Betriebsbereichen des Motors anhand des Motorstrom- und des Motorspannungssignals.
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Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen Technik ermöglichen eine Bestimmung des Drehwinkels bei geringer Komplexität, hoher Robustheit gegenüber Signalstörungen und/oder einem geringen Berechnungsaufwand.
