DE102020212884A1

DE102020212884A1 - Electromechanical actuator for generating an axial actuating force

Info

Publication number: DE102020212884A1
Application number: DE102020212884.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wendzel; Matthias Reisch; Lorenz Fischer; Uwe Fehr; Magnus Riede; Joachim Heumos
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Aktuator zur Erzeugung einer axialen Betätigungskraft, insbesondere für ein Element eines Kraftfahrzeuggetriebes. Der elektromechanische Aktuator umfasst eine elektrische Maschine mit einem Stator (1) und mit einem Rotor (2), einen Spindeltrieb mit einem drehbaren Element (6) und mit einem translatorisch bewegbaren Element, und eine Steuerungseinheit (17), wobei in einer Umfangsrichtung (U) ein Drehspiel (8) zwischen dem Rotor (2) und dem drehbaren Element (6) des Spindeltriebs besteht. Die Steuerungseinheit (17) ist dazu eingerichtet, die elektrische Maschine in einem Spielaufbaumodus derart zu steuern, dass der Rotor (2) innerhalb des Drehspiels (8) in einer Spielaufbaudrehrichtung (U2) zurückgesetzt wird. Weiterhin ist die Steuerungseinheit (17) dazu eingerichtet, die elektrische Maschine in einem Schlagmodus derart zu steuern, dass der Rotor (2) in der Schlagdrehrichtung (U1) angetrieben wird, sodass sich der Rotor zunächst innerhalb des Drehspiels (8) frei gegenüber dem drehbaren Element (6) des Spindeltriebs in der Schlagdrehrichtung (U1) dreht und anschließend auf das drehbare Element (6) aufschlägt, sodass das drehbare Element (6) mit Schwung angetrieben wird. Ferner ist die Steuerungseinheit (17) dazu eingerichtet, die elektrische Maschine solange abwechselnd in dem Spielaufbaumodus und in dem Schlagmodus zu steuern, bis die Steuerungseinheit (17) feststellt, dass wenigstens eine Jitter-Abbruchbedingung erfüllt ist.The invention relates to an electromechanical actuator for generating an axial actuating force, in particular for an element of a motor vehicle transmission. The electromechanical actuator comprises an electrical machine with a stator (1) and a rotor (2), a spindle drive with a rotatable element (6) and with a translationally movable element, and a control unit (17), wherein in a circumferential direction (U ) there is a rotational play (8) between the rotor (2) and the rotatable element (6) of the spindle drive. The control unit (17) is set up to control the electric machine in a game setup mode in such a way that the rotor (2) is reset within the rotational game (8) in a game setup direction of rotation (U2). Furthermore, the control unit (17) is set up to control the electric machine in a flapping mode in such a way that the rotor (2) is driven in the flapping direction of rotation (U1), so that the rotor initially moves freely within the rotational play (8) relative to the rotatable Element (6) of the spindle drive rotates in the direction of impact rotation (U1) and then hits the rotatable element (6), so that the rotatable element (6) is driven with momentum. Furthermore, the control unit (17) is set up to control the electric machine alternately in the game setup mode and in the shot mode until the control unit (17) determines that at least one jitter termination condition is met.

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung eines elektromechanischen Aktuators zur Erzeugung einer axialen Betätigungskraft, insbesondere für ein Element eines Kraftfahrzeuggetriebes.The invention relates to the control of an electromechanical actuator for generating an axial actuating force, in particular for an element of a motor vehicle transmission.

Durch elektromechanische Aktuierung oder Betätigung eines Getriebeelements lässt sich der Kraftstoffverbrauch eines Kraftfahrzeugs senken. Es gibt Sonderfälle, in denen die Aktuierungskräfte besonders hoch sind. Für eine Schaltaktuatorik ist häufig der Kraftbedarf für das Ausschalten eines Ganges bei Tieftemperatur auslegungsrelevant. Dies liegt daran, dass ein temperaturbedingtes erhöhtes Getriebeschleppmoment über das auszulegende Schaltelement geleitet wird und in dessen Schalt- und Schiebeverzahnung zu einer vergrößerten Reibkraft führt, gegen die aktuiert werden muss. Diese seltenen Fälle sind auslegungsbestimmend. Die Auslegung der Betätigungseinrichtung auf entsprechende Schaltkräfte verursacht Mehrkosten (Aktuator und Leistungselektronik), erhöhte Stromaufnahme und Bauraumnachteile. Aus der DE 10 2006 049 274 A1 sind elektromechanische Aktuatoren bekannt, bei denen die in einem Elektromotor erzeugte Rotationsbewegung mittels eines Spindeltriebes in eine translatorische Bewegung gewandelt wird. Um hierbei eine gewünschte Stellkraft zu erzielen, ist abhängig von der gewählten Spindelübersetzung und dem vorliegenden Spindelwirkungsgrad ein zugehöriges Motordrehmoment erforderlich. Für dieses Motordrehmoment wird der Elektromotor ausgelegt.The fuel consumption of a motor vehicle can be reduced by electromechanical actuation or actuation of a transmission element. There are special cases in which the actuation forces are particularly high. The power requirement for disengaging a gear at low temperatures is often relevant to the design of a gearshift actuator. This is due to the fact that a temperature-related increase in transmission drag torque is transmitted via the shifting element to be designed and leads to an increased frictional force in its shifting and sliding teeth, which must be counteracted. These rare cases determine the design. The design of the actuating device for corresponding switching forces causes additional costs (actuator and power electronics), increased power consumption and space disadvantages. From the DE 10 2006 049 274 A1 electromechanical actuators are known in which the rotational movement generated in an electric motor is converted into a translatory movement by means of a spindle drive. In order to achieve a desired actuating force, an associated motor torque is required depending on the selected spindle ratio and the existing spindle efficiency. The electric motor is designed for this engine torque.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, einen elektromechanischen Aktuator zur Erzeugung einer axialen Betätigungskraft für ein Element eines Kraftfahrzeuggetriebes optimal zu steuern. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.One object of the present invention can be seen as optimally controlling an electromechanical actuator for generating an axial actuating force for an element of a motor vehicle transmission. The object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims, the following description and the figures.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden vorteilhafte Steuerungen eines elektromechanischen Aktuators mit Stellkrafterhöhung unter Nutzung von Drehimpulsen vorgeschlagen. Der elektromechanische Aktuator kann zur Betätigung eines Elements eines Kraftfahrzeuggetriebes (z.B. ein axial verschiebbares Zahnrad oder eine axial verschiebbare Klauenkupplung des Kraftfahrzeuggetriebes) eingesetzt werden. Der elektromechanische Aktuator weist funktional zwischen einer elektrischen Maschine und einem Spindeltrieb ein Drehspiel auf, sodass im Falle einer zu hohen Stellkraftanforderung an den elektromechanischen Aktuator dieser im Rahmen des Drehspiels zurücksetzt (Spielaufbauphase) und die Bewegung in Schlagdrehrichtung mit Schwung wiederholt (Schlagphase). Der elektromechanische Aktuator kann somit, wenn dessen Rotor aufgrund einer hohen Stellkraftanforderung stehen bleibt und nicht weiter rotieren kann, den Rotor innerhalb des Drehspiels zurücksetzen und die Stellbewegung mit Schwung wiederholen lassen. Eine Rücklaufsicherung kann währenddessen dafür sorgen, dass während des Zurücksetzens ein bereits erreichter Betätigungsweg nicht wieder verloren geht. Vorzugsweise wird als Rücklaufsicherung ein selbsthemmender Spindeltrieb vorgesehen.According to the present invention, advantageous controls of an electromechanical actuator with an increase in actuating force using rotary pulses are proposed. The electromechanical actuator can be used to operate an element of a motor vehicle transmission (e.g. an axially displaceable gear wheel or an axially displaceable dog clutch of the vehicle transmission). The electromechanical actuator functionally exhibits rotational play between an electrical machine and a spindle drive, so that if the actuating force required of the electromechanical actuator is too high, it resets within the scope of the rotational play (play build-up phase) and the movement in the direction of impact rotation is repeated with momentum (impact phase). The electromechanical actuator can thus, if its rotor stops due to a high actuating force requirement and can no longer rotate, reset the rotor within the rotational play and allow the actuating movement to be repeated with momentum. Meanwhile, a return safety device can ensure that an actuation path that has already been reached is not lost again during the reset. A self-locking spindle drive is preferably provided as a return safety device.

Bei der Betätigung des elektromechanischen Aktuators kann somit grundsätzlich zwischen zwei Phasen bzw. Betriebsmodi unterschieden werden. So wird die elektrische Maschine in einem Schlagmodus für einen festlegbaren Zeitraum (Schlagphase) derart gesteuert, dass sich der Rotor der elektrischen Maschine und ein drehbares Element des Spindeltriebs in einer gewünschten Drehrichtung (Schlagdrehrichtung) drehen, wodurch sich ein mit dem drehbaren Element gekoppeltes, translatorisch bewegbares Element des Spindeltriebs ebenfalls in der gewünschten translatorischen Richtung bewegt. Zum anderen wird die elektrische Maschine in einem Spielaufbaumodus für einen festlegbaren Zeitraum (Spielaufbauphase) derart gesteuert, dass sich der Rotor der elektrischen Maschine entgegengesetzt zu der gewünschten Drehrichtung dreht (Spielaufbaudrehrichtung), und zwar frei innerhalb des Drehspiels zwischen dem Rotor und dem drehbaren Element des Spindeltriebs.When the electromechanical actuator is actuated, a fundamental distinction can thus be made between two phases or operating modes. In this way, the electrical machine is controlled in an impact mode for a definable period of time (impact phase) in such a way that the rotor of the electrical machine and a rotatable element of the spindle drive rotate in a desired direction of rotation (impact direction of rotation), causing a translatory element coupled to the rotatable element to rotate movable element of the spindle drive also moves in the desired translational direction. On the other hand, the electric machine is controlled in a game setup mode for a definable period of time (game setup phase) in such a way that the rotor of the electric machine rotates in the opposite direction to the desired direction of rotation (game setup rotation direction), specifically freely within the rotational play between the rotor and the rotatable element of the spindle drive.

In beiden Phasen ist eine Regelung des elektromechanischen Aktuators mit Problemen verbunden, da das Drehspiel üblicherweise im Rahmen der Messgenauigkeit einer typischerweise eingesetzten (Hall-)Sensorik liegt, die zur Erfassung der Position und/oder der Drehgeschwindigkeit des Rotors eingesetzt wird, und somit nur unzureichende Informationen über eine aktuelle Position und/oder Geschwindigkeit insbesondere des Rotors zur Verfügung stehen. Zur Lösung dieses Problems wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein gesteuerter Ablauf in der Schlagphase und in der Spielaufbauphase vorgeschlagen, z.B. mit im Folgenden beschriebenen Teilphasen. Dieser intelligent gesteuerte (und nicht geregelte) Ablauf bzw. Betrieb ermöglicht einen einfachen und optimalen Betrieb des elektromechanischen Aktuators.In both phases, regulation of the electromechanical actuator is associated with problems, since the rotational play is usually within the measurement accuracy of a typically used (Hall) sensor system that is used to detect the position and/or the rotational speed of the rotor, and is therefore only insufficient Information about a current position and/or speed, in particular of the rotor, is available. To solve this problem, according to the present invention, a controlled sequence in the batting phase and in the game setup phase is proposed, e.g. with sub-phases described below. This intelligently controlled (and not regulated) process or operation enables simple and optimal operation of the electromechanical actuator.

In diesem Sinne wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein elektromechanischer Aktuator zur Erzeugung einer axialen Betätigungskraft vorgeschlagen. Der elektromechanische Aktuator kann zumindest teilweise im Inneren einer Welle angeordnet sein. Damit verbundene Effekte, Vorteile und Ausführungsformen sind beispielsweise in der DE 10 2006 049 274 A1 beschrieben. Weiterhin kann der elektromechanische Aktuator mit der Welle drehfest verbunden sein, d. h. der elektromechanische Aktuator rotiert mit einer Drehzahl der Welle.In this sense, an electromechanical actuator for generating an axial actuating force is proposed according to a first aspect of the invention. The electromechanical actuator can be arranged at least partially inside a shaft. Associated effects, advantages and embodiments are, for example, in DE 10 2006 049 274 A1 described. Furthermore, the electromechanical actuator with the Shaft be rotatably connected, ie the electromechanical actuator rotates at a speed of the shaft.

Der elektromechanische Aktuator umfasst eine elektrische Maschine, insbesondere ein elektrischer Motor, mit einem Stator und mit einem Rotor. Als elektrische Maschine kann beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) zum Einsatz kommen. Weiterhin umfasst der elektromechanische Aktuator einen Spindeltrieb mit einem drehbaren Element (Spindel/Spindelmutter) und mit einem translatorisch bewegbaren Element (Spindelmutter/Spindel), wobei eine Drehung des drehbaren Elements zu einer translatorischen Bewegung des translatorisch bewegbaren Elements führt. Das drehbare Element und das translatorisch bewegbare Element sind dazu in an sich bekannter Weise entsprechend gekoppelt, z.B. mittels eines Trapezgewindes. Der Rotor und das drehbare Element des Spindeltriebs sind weiterhin derart in einer Umfangsrichtung miteinander gekoppelt, dass eine Drehung des Rotors zu einer Drehung des drehbaren Elements des Spindeltriebs führt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Mitnahmeverzahnung vorgesehen, mittels welcher der Rotor und das drehbare Element des Spindeltriebs miteinander gekoppelt sind. In der Umfangsrichtung besteht ferner ein Drehspiel zwischen dem Rotor und dem drehbaren Element des Spindeltriebs.The electromechanical actuator includes an electric machine, in particular an electric motor, with a stator and a rotor. A brushless direct current motor (BLDC motor), for example, can be used as the electrical machine. Furthermore, the electromechanical actuator includes a spindle drive with a rotatable element (spindle/spindle nut) and with a translationally movable element (spindle nut/spindle), wherein a rotation of the rotatable element leads to a translational movement of the translationally movable element. For this purpose, the rotatable element and the translationally movable element are correspondingly coupled in a manner known per se, e.g. by means of a trapezoidal thread. The rotor and the rotatable element of the spindle drive are further coupled to one another in a circumferential direction such that rotation of the rotor results in rotation of the rotatable element of the spindle drive. In an advantageous embodiment, a driving toothing is provided, by means of which the rotor and the rotatable element of the spindle drive are coupled to one another. There is also rotational play between the rotor and the rotatable element of the spindle drive in the circumferential direction.

Weiterhin umfasst der elektromechanische Aktuator eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, bei einem Stillstand des Rotors aufgrund eines zu hohen Gegenmoments des drehbaren Elements des Spindeltriebs die elektrische Maschine in dem Spielaufbaumodus derart zu steuern, dass der Rotor innerhalb des Drehspiels in einer Spielaufbaudrehrichtung zurückgesetzt wird, wobei die Spielaufbaudrehrichtung entgegengesetzt zu der Schlagdrehrichtung verläuft. Weiterhin ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, die elektrische Maschine in dem Schlagmodus derart zu steuern, dass der Rotor in der Schlagdrehrichtung - insbesondere mit einem konstanten Drehmoment und insbesondere für einen festgelegten Zeitraum - angetrieben wird, sodass sich der Rotor zunächst innerhalb des Drehspiels frei gegenüber dem drehbaren Element des Spindeltriebs in der Schlagdrehrichtung dreht und anschließend auf das drehbare Element aufschlägt, sodass das drehbare Element - insbesondere bei Greifen der Mitnahmeverzahnung - mit Schwung angetrieben wird.Furthermore, the electromechanical actuator comprises a control unit which is set up to control the electrical machine in the game setup mode when the rotor is at a standstill due to an excessively high counter-torque of the rotatable element of the spindle drive, such that the rotor is reset within the rotational game in a game setup direction of rotation, wherein the playmaking direction of rotation is opposite to the batting direction of rotation. Furthermore, the control unit is set up to control the electric machine in the flapping mode in such a way that the rotor is driven in the flapping direction of rotation - in particular with a constant torque and in particular for a defined period of time - so that the rotor initially moves freely within the rotational play relative to the rotatable element of the spindle drive rotates in the impact direction of rotation and then hits the rotatable element, so that the rotatable element - is driven with momentum - especially when gripping the driving teeth.

Wenn sich der Rotor in Schlagdrehrichtung dreht, dann dreht sich im Normalbetrieb des elektromechanischen Aktuators auch das drehbare Element des Spindeltriebs in Schlagdrehrichtung. Dies führt dazu, dass das translatorisch bewegbare Element des Spindeltriebs in vorwärtsgewandter axialer Richtung verschoben wird. Durch diese axiale Verschiebung kann das translatorisch bewegbare Element eine Betätigungskraft auf ein Element des Kraftfahrzeuggetriebes ausüben. So können beispielsweise Losräder des Kraftfahrzeuggetriebes miteinander gekoppelt werden und wieder voneinander entkoppelt werden. So kann beispielsweise ein erstes Zahnrad mit einem zweiten Zahnrad in Eingriff gebracht werden, wenn sich der Rotor in Schlagdrehrichtung dreht und dadurch das drehbare Element unmittelbar und das translatorisch bewegbare Element mittelbar antreibt. Weiterhin kann wenigstens eine Klaue einer Klauenkupplung eingelegt oder ausgelegt werden.When the rotor rotates in the direction of flapping rotation, the rotatable element of the spindle drive also rotates in the direction of flapping rotation during normal operation of the electromechanical actuator. This results in the translationally movable element of the spindle drive being displaced in the forward axial direction. As a result of this axial displacement, the translationally movable element can exert an actuating force on an element of the motor vehicle transmission. For example, loose wheels of the motor vehicle transmission can be coupled to one another and decoupled from one another again. For example, a first gear wheel can be brought into engagement with a second gear wheel when the rotor rotates in the direction of impact rotation and thereby drives the rotatable element directly and the translationally movable element indirectly. Furthermore, at least one claw of a claw clutch can be inserted or disengaged.

Wenn der Rotor sich in einer Spielaufbaudrehrichtung dreht, die der Schlagdrehrichtung entgegengesetzt ist, dann dreht sich (nachdem das Drehspiel aufgebraucht ist) auch das drehbare Element des Spindeltriebs in Spielaufbaudrehrichtung, sodass das translatorisch bewegbare Element des Spindeltriebs nunmehr in rückwärtsgewandter axialer Richtung verstellt wird, um auf diese Weise beispielsweise die Kopplung zwischen den zwei Zahnrädern aufzuheben oder die Klaue auszulegen. Diese Spielaufbaudrehrichtung kann dann als Schlagdrehrichtung definiert werden (mit entsprechenden Werten für die Drehrichtung, Positionsverlauf und Drehmoment) und die Schlagdrehrichtung als Spielaufbaudrehrichtung.If the rotor rotates in a backlash rotational direction that is opposite to the impact rotational direction, then (after the rotational play has been used up) the rotatable element of the spindle drive also rotates in the backlash rotational direction, so that the translationally movable element of the spindle drive is now adjusted in the rearward-facing axial direction in this way, for example, to cancel the coupling between the two gears or to lay out the claw. This direction of play can then be defined as the direction of play (with corresponding values for the direction of rotation, position progression and torque) and the direction of play as the direction of play.

Das Drehspiel kann konstruktiv innerhalb des Rotors angeordnet sein. Beispielsweise kann die Mitnahmeverzahnung in der Umfangsrichtung ein Drehspiel zwischen dem Rotor und dem drehbaren Element des Spindeltriebs aufweisen. Insbesondere kann die Mitnahmeverzahnung erste Zähne aufweisen, die am Rotor angeordnet sind, und zweite Zähne, die am drehbaren Element des Spindeltriebs angeordnet sind. Ein erster Zahn kann dabei mit einem benachbarten zweiten Zahn in Eingriff gebracht werden, wobei zwischen dem ersten Zahn dem zweiten Zahn das Drehspiel besteht. Das Drehspiel kann in Grad angegeben werden und beispielsweise 20° betragen. Dies ist jedoch rein beispielhaft. Weitere mögliche Werte für das Drehspiel sind beispielsweise 10°, 11°, 12°, 13°, 14°, 15°, 16°, 17°, 18°, 19°, 21°, 22°, 23°, 24°, 25°, 26°, 27°, 28°, 29° oder 30° oder Zwischenwerte davon. Das Drehspiel ist insbesondere derart groß, dass es übliche Toleranzen einer Mitnahmeverzahnung überschreitet.The rotational play can be structurally arranged within the rotor. For example, the driving toothing can have rotational play between the rotor and the rotatable element of the spindle drive in the circumferential direction. In particular, the carrier teeth can have first teeth, which are arranged on the rotor, and second teeth, which are arranged on the rotatable element of the spindle drive. A first tooth can be brought into engagement with an adjacent second tooth, with the rotational play existing between the first tooth and the second tooth. The backlash can be specified in degrees and amount to 20°, for example. However, this is purely an example. Other possible values for the rotational play are, for example, 10°, 11°, 12°, 13°, 14°, 15°, 16°, 17°, 18°, 19°, 21°, 22°, 23°, 24°, 25°, 26°, 27°, 28°, 29° or 30° or intermediate values thereof. The rotational play is in particular so large that it exceeds the usual tolerances of a driving toothing.

Es handelt sich somit um ein „gewolltes“ Drehspiel. Das Drehspiel ist derart groß, dass es ermöglicht, dass der Rotor in Spielaufbaudrehrichtung im Rahmen des Drehspiels zurückgesetzt werden kann und anschließend innerhalb des Drehspiels wieder in Schlagdrehrichtung angetrieben werden kann, um mit Schwung auf das drehbare Element des Spindeltriebs zu treffen. Auf diese Weise wird ein Drehimpuls von dem Rotor auf das drehbare Element des Spindeltriebs übertragen. Dieses Drehspiel kann insbesondere dann genutzt werden, wenn der Rotor durch eine sehr hohe Stellkraftanforderung stehen bleibt, weil das Gegenmoment des drehbaren Elements des Spindeltriebs größer ist als das Drehmoment des Rotors. Eine derartige Stellkraftanforderung mag zwar nur ein sehr selten auftretender Fall sein, jedoch muss dieser Fall bei der Auslegung der elektrischen Maschine des elektromechanischen Aktuators berücksichtigt werden. Mit anderen Worten muss die elektrische Maschine auf die hohe Stellkraftanforderung ausgelegt sein. Dies führt bei aus dem Stand der Technik bekannten elektromechanischen Aktuatoren zu relativ großen elektrischen Maschinen. Ein Beispiel für eine derartig hohe Stellkraftanforderung ist der Betrieb bei Tieftemperatur in Verbindung mit einer temporär ungünstigen Schmierölverteilung, was zu einem erhöhten Schleppmoment im Getriebe führt. Wird dieses Schleppmoment über eine Klaue oder eine Synchronisierung geleitet, so erhöht sich der Kraftbedarf zu deren Aktuierung bzw. Betätigung. Auch wenn diese Situation in der Realität selten vorkommt, so muss doch die Aktuatorik dafür ausgelegt sein, insbesondere die elektrische Maschine des elektromechanischen Aktuators.It is therefore an "intentional" rotating game. The rotational play is so large that it allows the rotor to be reset in the direction of rotation to build up play within the scope of the rotational play and then be driven again in the direction of impact rotation within the rotational play in order to hit the rotatable element of the spindle drive with momentum. In this way an angular momentum is transmitted from the rotor to the rotatable element of the spindle drive. This rotational play can be used in particular when the rotor stops due to a very high actuating force requirement, because the counter-torque of the rotatable element of the spindle drive is greater than the torque of the rotor. Such an actuating force requirement may only be a very rare case, but this case must be taken into account when designing the electrical machine of the electromechanical actuator. In other words, the electrical machine must be designed for the high actuating force requirement. In the case of electromechanical actuators known from the prior art, this leads to relatively large electrical machines. An example of such a high actuating force requirement is operation at low temperatures in conjunction with temporarily unfavorable lubricating oil distribution, which leads to increased drag torque in the transmission. If this drag torque is conducted via a claw or a synchronization, then the power required to actuate or actuate them increases. Even if this situation rarely occurs in reality, the actuator system must be designed for it, especially the electrical machine of the electromechanical actuator.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen elektromechanischen Aktuators im Vergleich beispielsweise zu mechanischen Schlagwerken liegt nun darin, dass ein Drehspiel mit sehr wenig Bauraumbedarf und kostengünstig umgesetzt werden kann. Je nach konstruktivem Umfeld kann das Drehspiel bauraumneutral im Rotor der elektrischen Maschine angeordnet werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass mit lediglich einem Drehwinkelsensor alle erforderlichen Funktionen erfüllt werden können (Kommutierung, Schlagwerksfunktion, Wegmessung des Schaltelements). Bei einem konventionellen Schlagwerk wären mehrere Sensoren erforderlich, da Motor und Stellglied temporär entkoppelt werden.The advantage of the electromechanical actuator according to the invention compared, for example, to mechanical percussion mechanisms is that rotational play can be implemented with very little installation space and at low cost. Depending on the constructive environment, the rotational play can be arranged in the rotor of the electrical machine in a space-neutral manner. Another advantage is that all the necessary functions can be fulfilled with just one angle of rotation sensor (commutation, striking mechanism function, travel measurement of the switching element). With a conventional percussion mechanism, several sensors would be required because the motor and actuator are temporarily decoupled.

Die Steuerungseinheit ist dazu eingerichtet, die elektrische Maschine solange abwechselnd in dem Spielaufbaumodus und in dem Schlagmodus zu steuern, bis die Steuerungseinheit feststellt, dass wenigstens eine Jitter-Abbruchbedingung erfüllt ist. Dieser abwechselnde Betrieb im Spielaufbaumodus und im Schlagmodus kann als Jitter-Betrieb bezeichnet werden. Durch das Nutzen von festlegbaren Jitter-Abbruchbedingungen kann besonders einfach gesteuert werden, wie lange der Jitter-Betrieb aufrechterhalten werden soll, um beispielsweise eine eingelegte Klaue des Kraftfahrzeuggetriebes auszulegen.The control unit is set up to control the electric machine alternately in the game setup mode and in the shot mode until the control unit determines that at least one jitter termination condition is met. This alternating playmaking mode and hitting mode operation may be referred to as jittering. By using definable jitter termination conditions, it is particularly easy to control how long jitter operation is to be maintained, for example in order to disengage an engaged claw of the motor vehicle transmission.

Die Jitter-Abbruchbedingung kann beinhalten, dass der Rotor eine von der Steuerungseinheit vorgegebene Zielposition erreicht hat. Wenn das Erreichen der Zielposition festgestellt wird, dann kann ein Abbruch des Jitter-Betriebs erfolgen, da die gewünschte Bewegung ausgeführt wurde. Zum Beispiel hat der Rotor, wenn er durch den Jitter-Betrieb in die Zielposition gebracht worden ist, das drehbare Elemente des Spindeltriebs derart verdreht, dass sich das translatorisch bewegbare Element des Spindeltriebs derart translatorisch bewegt hat, dass das Element des Kraftfahrzeuggetriebes wie gewünscht betätigt worden ist, z.B. dass eine Klaue eingelegt oder ausgelegt worden ist.The jitter termination condition may include that the rotor has reached a target position specified by the control unit. When it is determined that the target position has been reached, the jitter mode can be aborted because the desired movement has been carried out. For example, when jittered into the target position, the rotor rotated the rotatable member of the screw drive such that the translatable member of the screw drive translated such that the member of the automotive transmission was actuated as desired e.g. that a claw has been inserted or laid out.

Die Jitter-Abbruchbedingung kann weiterhin beinhalten, dass sich der Rotor um einen Drehwinkel in der Schlagdrehrichtung gedreht hat, der einen von der Steuerungseinheit vorgegebenen Drehwinkelschwellwert überschreitet. Wenn eine Wegänderung des Rotors innerhalb der Schlagphase einen Schwellwert überschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass der Jitter nicht nur schlägt, sondern auch weiterschiebt. Wenn dieser Zustand festgestellt worden ist, dann kann der Jitter-Betrieb beendet und stattdessen eine normale Positionsregelung verwendet werden, da keine Momenterhöhung notwendig ist.The jitter termination condition can also include that the rotor has rotated by a rotation angle in the direction of flapping rotation that exceeds a rotation angle threshold value specified by the control unit. If a change in path of the rotor during the flapping phase exceeds a threshold value, it can be assumed that the jitter is not only flapping, but also pushing further. If this condition is detected, then the jitter operation can be stopped and normal position control can be used instead, since no torque increase is necessary.

Ferner kann die Jitter-Abbruchbedingung beinhalten, dass sich der Rotor mit einer Drehgeschwindigkeit gedreht hat, die einen von der Steuerungseinheit vorgegebenen Geschwindigkeitsschwellwert überschreitet. Eine hohe gemessene Geschwindigkeit des Rotors weist ebenfalls darauf hin, dass das drehbare Element des Spindeltriebs gedreht und dass das translatorisch bewegbare Element verschoben wird und nach einem Schlag nicht zum Stillstand kommt. Der elektromechanische Aktuator kann dazu einen Sensor umfassen, der dazu eingerichtet ist, eine Rotation bzw. eine Drehbewegung des Rotors zu erfassen. Mittels des Sensors kann während einer Bestromung des Aktuators überwacht werden, ob sich der Rotor mit einer ausreichend hohen Drehzahl dreht. Dabei kann erkannt werden, dass sich keine ausreichende Rotation einstellt oder dass der Rotor stillsteht (n=0). Für die Erkennung, ob eine Drehbewegung auch ohne die vorstehend beschriebenen Drehimpulse zielführend funktioniert, kann derselbe Sensor verwendet werden, der auch für die Erfassung der Rotation des Rotors und für die Kommutierung des Motors eingesetzt wird. Die Erkennung der Drehbewegung kann durch Beobachten des Drehwinkels mittels eines Drehwinkelsensors (z.B. ein Hall-Sensor) über einen definierten Zeitraum erfolgen. Zu berücksichtigen ist dabei, dass die Geschwindigkeit insbesondere anhand von Hall-Sensoren gemessen wird, und deshalb nur stark verzögert zur Verfügung steht. Der Sensor zur Erfassung der Rotation des Rotors kann weiterhin auch ein Stromsensor sein, der eine Stromaufnahme des elektrischen Motors über einen definierten Zeitraum beobachten kann.Furthermore, the jitter termination condition may include that the rotor has been rotating at a rotational speed that exceeds a speed threshold predetermined by the control unit. A high measured speed of the rotor also indicates that the rotatable element of the spindle drive is rotating and that the translationally movable element is displaced and does not come to a standstill after an impact. For this purpose, the electromechanical actuator can comprise a sensor which is set up to detect a rotation or a rotational movement of the rotor. The sensor can be used while the actuator is being energized to monitor whether the rotor is rotating at a sufficiently high speed. It can be recognized that there is insufficient rotation or that the rotor is standing still (n=0). The same sensor that is also used for detecting the rotation of the rotor and for the commutation of the motor can be used to detect whether a rotary movement also works in a target-oriented manner without the rotary pulses described above. The rotational movement can be detected by observing the rotational angle using a rotational angle sensor (e.g. a Hall sensor) over a defined period of time. It must be taken into account that the speed is measured using Hall sensors in particular and is therefore only available with a considerable delay. The sensor for detecting the rotation of the rotor can also be a current sensor that can monitor the current consumption of the electric motor over a defined period of time.

Die vorstehenden Jitter-Abbruchbedingungen (Zielposition, Wegänderung/Drehwinkel, Geschwindigkeit des Rotors) können insbesondere zyklisch überprüft werden. Liegen sie nicht vor, d.h. ist nicht wenigstens eine der Abbruchbedingungen erfüllt oder die Steuerungseinheit kann auf keine entsprechenden Daten zugreifen, so kann ein Schlagtimer bzw. ein vorgegebener Schlagzeitraum als Schlag-Abbruchkriterium verwendet werden. Die Steuerungseinheit kann dazu eingerichtet sein, nach Ablauf des Schlagtimers eine Schlagphase bzw. eine Steuerung der elektrischen Maschine in dem Schlagmodus zu beenden und in die Spielaufbauphase bzw. in eine Steuerung der elektrischen Maschine in dem Spielaufbaumodus zu wechseln. Der Schlagtimer kann bei einem Start der Schlagphase initialisiert, d.h. auf einen bestimmten Wert festgelegt und gestartet werden, sowie zyklisch dekrementiert werden. Bei Erreichen des Werts null, d.h. der vorgegebene Schlagzeitraum ist abgelaufen, kann die Schlagphase mittels der Steuerungseinheit beendet werden. In jedem Zyklus kann zusätzlich geprüft werden, ob der Rotor einen Weg zurückgelegt hat. Hierzu können Zustandsänderungen der Hall-Sensorik bewertet werden. Ist dies der Fall, so wird der Wert des Schlagtimers vergrößert. Dadurch wird erreicht, dass „produktive“ Schläge nicht zu früh abgebrochen werden, während erfolglose Schläge (Rotor kommt schnell zum Stillstand) frühzeitig abgebrochen werden.The above jitter termination conditions (target position, path change/angle of rotation, speed of the rotor) can in particular be checked cyclically. If they are not present, ie if at least one of the termination conditions is not met or the control unit cannot access any relevant data, then a field timer or a predetermined field period can be used as a field termination criterion. The control unit can be set up to end a batting phase or a control of the electrical machine in the batting mode after the batting timer has expired and to switch to the game setup phase or to a control of the electrical machine in the game setup mode. The impact timer can be initialized at the start of the impact phase, ie set to a specific value and started, and cyclically decremented. When the value zero is reached, ie the specified beat time period has expired, the beat phase can be ended by means of the control unit. In each cycle, it can also be checked whether the rotor has covered a distance. For this purpose changes in the state of the Hall sensors can be evaluated. If this is the case, the value of the beat timer is increased. This ensures that "productive" strokes are not aborted too early, while unsuccessful strokes (rotor quickly comes to a standstill) are aborted early.

Der vorgegebene Schlagzeitraum ermöglicht somit, dass der Rotor das zur Verfügung stehende Drehspiel möglichst gut ausnutzt, um in der Schlagphase mit maximaler Winkelgeschwindigkeit d.h. rotatorischer Energie den Schlag auszuführen. Dabei kann der Rotor beim Schlagen so lange beschleunigt werden, bis der Impulsaustausch abgeschlossen wurde. Dadurch kann einerseits vermieden werden, dass die Schlagphase zu früh beendet und die Drehbewegung des Rotors zu früh gestoppt wird. Andererseits kann vermieden werden, dass die Schlagphase zu spät beendet. Dadurch kann verhindert werden, dass der Rotor durch eine ungewollte, zu lange andauernde Drehbewegung die Spielaufbauphase negativ beeinflusst. Dadurch dass die Schlagphase durch die erfindungsgemäße Steuerung nicht zu spät beendet wird, kann weiterhin verhindert werden, dass der elektrische Motor unnötig lange im Stillstand bestromt wird, was dazu führen würde, dass keine mechanische Arbeit verrichtet und die Nutzbarkeit des Schlagvorgangs negativ beeinflusst würde.The specified flapping period thus enables the rotor to make the best possible use of the available rotational play in order to carry out the flapping phase with maximum angular velocity, i.e. rotational energy. The rotor can be accelerated while beating until the momentum exchange has been completed. On the one hand, this can prevent the flapping phase from ending too early and the rotational movement of the rotor from being stopped too early. On the other hand, it can be avoided that the impact phase ends too late. This can prevent the rotor from negatively influencing the build-up phase due to an unwanted rotating movement that lasts too long. Because the impact phase is not ended too late by the control according to the invention, it can also be prevented that the electric motor is energized for an unnecessarily long period of time at a standstill, which would result in no mechanical work being carried out and the usability of the impact process would be adversely affected.

Eine weitere Verbesserung des Vorgangs wird erreicht, indem der Strom des elektromechanischen Aktuators betrachtet wird. Anhand der bekannten Phasenspannung (unter Berücksichtigung beispielsweise einer PWM-Ansteuerung) kann derjenige Stromwert ermittelt werden, der bei einem stehenden Rotor fließen würde. Aufgrund von Gegeninduktion wird bei einem sich drehenden Rotor ein geringerer Strom fließen. Mithilfe dieses Zusammenhangs kann festgestellt werden, ob der Rotor steht, ohne eine echte Sensorik für die Geschwindigkeit zu verwenden. Da der Strom auch zu Beginn der Schlagphase hoch ist (Steller dreht noch in entgegengesetzte Richtung) wird ein zweiter Timer bzw. ein zweiter Schlagzeitraum eingeführt, der eine Mindestzeit beschreibt, nach der das Stromkriterium zum Abbruch der Schlagphase führen kann. In diesem Sinne beinhaltet die Schlag-Abbruchbedingung in einer weiteren Ausführungsform, dass die Steuerungseinheit feststellt, dass durch den elektromechanischen Aktuator nach Ablauf eines von der Steuerungseinheit vorgegebenen zweiten Schlagzeitraums ein Strom fließt, der einen von der Steuerungseinheit festgelegten Stromschwellwert überschreitet.A further improvement of the process is achieved by considering the current of the electromechanical actuator. Based on the known phase voltage (taking into account a PWM control, for example), the current value that would flow if the rotor were stationary can be determined. Due to mutual induction, less current will flow when the rotor is turning. This correlation can be used to determine whether the rotor is stationary without using actual speed sensors. Since the current is also high at the beginning of the impact phase (actuator still turning in the opposite direction), a second timer or a second impact period is introduced, which describes a minimum time after which the current criterion can lead to the impact phase being aborted. In this sense, the impact abort condition includes in a further embodiment that the control unit determines that a current flows through the electromechanical actuator after a second impact period specified by the control unit, which current exceeds a current threshold value specified by the control unit.

Für die Spielaufbauphase des Jittervorgangs wird ein Ablauf in zwei Phasen vorgeschlagen: Beide Phasen sind gekennzeichnet durch ein konstantes Motormoment TRQ_Backward1 bzw. TRQBackward2, welches für einen Zeitraum t_Backw1 bzw. t_Backw2 gestellt wird. Hierdurch ist es möglich, mit einem höheren Moment die Spielaufbauphase zu beginnen und anschließend eine Phase mit geringem Moment aber hoher Drehzahl zu nutzen, um die Verluste im elektromechanischen Aktuator zu minimieren. Die Umschaltung erfolgt insbesondere rein zeitgesteuert. Nach Ablauf des zweiten Zeitraums t_Backw2 kann die Steuerungseinheit aus dem Spielaufbaumodus in den Schlagmodus wechseln. In diesem Sinne ist die Steuerungseinheit in einer weiteren Ausführungsform dazu eingerichtet, die elektrische Maschine derart in dem Spielaufbaumodus zu steuern, dass der Rotor für einen ersten Rücksetzzeitraum ein konstantes erstes Drehmoment in der Spielaufbaudrehrichtung bereitzustellen, und dass der Rotor nach Ablauf des ersten Zeitraums für einen zweiten Rücksetzzeitraum ein konstantes zweites Drehmoment in der Spielaufbaudrehrichtung bereitstellt, wobei das erste Drehmoment höher ist als das zweite Drehmoment.A sequence in two phases is proposed for the game build-up phase of the jitter process: Both phases are characterized by a constant engine torque TRQ _Backward1 or TRQBackward2, which is set for a period of time t _Backw1 or t _Backw2 . This makes it possible to start the clearance build-up phase with a higher torque and then to use a phase with a low torque but high speed in order to minimize the losses in the electromechanical actuator. The switchover takes place in particular in a purely time-controlled manner. After the second time period t _{Backw2 has elapsed} , the control unit can switch from the game setup mode to the hitting mode. In this sense, the control unit is set up in a further embodiment to control the electric machine in the game setup mode in such a way that the rotor provides a constant first torque in the game setup direction of rotation for a first reset period, and that the rotor, after the first period has expired, for a second reset period provides a constant second torque in the lash setup direction of rotation, the first torque being greater than the second torque.

Als Reaktion auf mögliche Fehlerfälle kann die Spielaufbauphase zusätzlich abgebrochen, wenn eine Wegänderung festgestellt wird, die eine Schwelle überschreitet. In diesem Sinne ist die Steuerungseinheit in einer weiteren Ausführungsform dazu eingerichtet, das Zurücksetzen des Rotors abzubrechen, wenn die Steuerungseinheit feststellt, dass sich der Rotor um einen Drehwinkel in der Spielaufbaudrehrichtung gedreht hat, der einen von der Steuerungseinheit vorgegebenen Drehwinkelschwellwert überschreitet. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass der Rotor in der Spielaufbauphase das zur Verfügung stehende Drehspiel überschreitet, da der Rotor ansonsten in die entgegengesetzte Richtung den Impulsaustausch durchführt.As a reaction to possible error cases, the game setup phase can also be aborted if a path change that exceeds a threshold is detected. In this sense, in a further embodiment, the control unit is set up to cancel the resetting of the rotor if the control unit determines that the rotor has rotated by an angle of rotation in the direction of rotation of the game setup that exceeds a rotation angle threshold value specified by the control unit. In this way it can be avoided that the rotor in the game build-up phase over the available rotational play because otherwise the rotor will exchange momentum in the opposite direction.

Der Impulsaustausch des elektromechanischen Aktuators bewirkt immer eine akustische Anregung. Somit wirken sich große Rückfahrwinkel negativ auf die Akustik des Systems aus. Da nicht in allen Situationen die maximale Stellmomenterhöhung notwendig ist, kann die Funktion wie folgt erweitert werden: Anhand der erkannten Bewegung über mehrere Jitter-Zyklen (z.B. nach 10 Schlägen) kann bestimmt werden, ob eine Veränderung der Momenterhöhung notwendig (bisher zu geringes Moment) oder möglich (bisher hohes Moment, kann reduziert werden) ist. Hierzu kann beispielsweise mit einer Parametrierung gestartet werden, die nur einen Teil des Spiels während der Rückfahrbewegung ausnutzt. Erst bei mangelnder Performance kann (z.B. über Erhöhung von Zeit und Moment der ersten Rückfahrphase) ein größeres Spiel ausgenutzt werden.The pulse exchange of the electromechanical actuator always causes an acoustic excitation. Large reversing angles therefore have a negative effect on the acoustics of the system. Since the maximum control torque increase is not necessary in all situations, the function can be expanded as follows: Based on the movement detected over several jitter cycles (e.g. after 10 beats), it can be determined whether a change in the torque increase is necessary (torque too low up to now) or possible (high torque so far, can be reduced). For this purpose, a parameterization can be started, for example, which only uses part of the play during the return movement. Larger play can only be exploited if there is a lack of performance (e.g. by increasing the time and moment of the first reversing phase).

In diesem Sinne kann die Steuerungseinheit dazu eingerichtet sein, über einen Kontrollzeitraum, der mehrere vergangene, abwechselnd durchgeführte Steuerungen der elektrischen Maschine in dem Schlagmodus und in dem Spielaufbaumodus umfasst, einen Kontrolldrehwinkel zu erfassen, um welchen sich der Rotor in der Schlagdrehrichtung kumulativ gedreht hat. In Abhängigkeit von dem Kontrollrehwinkel kann die Steuerungseinheit in einer aktuellen Spielaufbauphase einstellen, in welchem Maße der Rotor innerhalb des Drehspiels in der Spielaufbaudrehrichtung zurückgesetzt wird. Die Beobachtung mehrerer Schläge kann auch genutzt werden, um die Schlagzeit zu verringern. Hierbei kann schrittweise die Bestromung in Schlagrichtung verkürzt oder verringert werden, bis eine Verschlechterung der Verfahrgeschwindigkeit (über mehrere Schläge) festgestellt wird. Hierdurch kann zusätzlich die unproduktive Bestromung während eines Stillstands des elektromechanischen Aktuators minimiert werden. In diesem Sinne kann die Steuerungseinheit dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit von dem Kontrollrehwinkel in einer aktuellen Schlagphase einen Stromwert (insbesondere dessen Höhe und einen Zeitraum, innerhalb welchem der Stromwert innerhalb der Schlagphase bereitgestellt) einzustellen, welcher durch den elektromechanischen Aktuator fließt, um den Rotor in der Schlagdrehrichtung anzutreiben.In this sense, the control unit can be set up to detect a control angle of rotation by which the rotor has rotated cumulatively in the direction of impact rotation over a control period that includes several past, alternately performed controls of the electric machine in the impact mode and in the game setup mode. Depending on the control angle of rotation, the control unit can set in a current game setup phase the extent to which the rotor is reset within the game of rotation in the direction of game setup rotation. Monitoring multiple shots can also be used to reduce shot time. In this case, the current supply in the impact direction can be shortened or reduced step by step until a deterioration in the traversing speed (over several impacts) is determined. As a result, the unproductive energization can also be minimized while the electromechanical actuator is at a standstill. In this sense, the control unit can be set up to set a current value (in particular its magnitude and a period of time within which the current value is provided within the flapping phase) as a function of the control rotation angle in a current flapping phase, which current value flows through the electromechanical actuator to the rotor to be driven in the direction of impact rotation.

Vorstehend wurde beschriebenen, unter Welchen Abbruchbedingungen der Jitter-Betrieb automatisch abgebrochen wird, wenn eine normale Stellbewegung möglich ist. Zum Einschalten des Jitter-Betriebs kann eine normale Stellbewegung beobachtet werden. Sobald diese zum Stillstand kommt, ist ein Jitter-Betrieb vorzuziehen. Hierbei muss jedoch unbedingt sichergestellt werden, dass der Jitter-Betrieb nur dann eingeschaltet wird, wenn es zulässig ist. Beispielsweise ist es zulässig, wenn ein verklemmtes Schaltelement, z.B. eine Klaue, ausgelegt werden soll. Unzulässig ist es hingegen, wenn ein Anschlag bewusst bis zum Stillstand angefahren werden soll, z.B. beim Einlegen eines Schaltelements. Eine automatische Aktivierung des Jitter-Betriebs würde hier die Mechanik „festklopfen“ und ist unbedingt zu vermeiden. Daher wird eine Architektur vorgeschlagen, bei der neben den bekannten Paramatern eine Positionsregelung zusätzlich eine Jitter-Erlaubnis von einem übergeordneten System bereitgestellt wird. Diese kann in Auslegevorgängen die Erlaubnis erteilen und sonst verweigern. In diesem Sinne kann die Steuerungseinheit dazu eingerichtet sein, die elektrische Maschine nur dann abwechselnd in dem Schlagmodus und in dem Spielaufbaumodus zu steuern, wenn die Steuerungseinheit zuvor eine Schlagerlaubnis von einem der Steuerungseinheit übergeordneten System erhalten hat.It has been described above under which termination conditions the jitter operation is automatically terminated if a normal actuating movement is possible. A normal positioning movement can be observed to switch on the jitter mode. As soon as this comes to a standstill, jitter operation is preferable. However, it is essential to ensure that jitter mode is only switched on when it is permitted. For example, it is permissible if a jammed switching element, e.g. a claw, is to be removed. However, it is not permitted if a stop is deliberately to be approached to a standstill, e.g. when inserting a switching element. An automatic activation of the jitter mode would "knock" the mechanics here and must be avoided at all costs. An architecture is therefore proposed in which, in addition to the known parameters, a position control is also provided by a higher-level system with a jitter allowance. The latter can grant permission in layout processes and otherwise refuse it. In this sense, the control unit can be set up to control the electric machine alternately in the shot mode and in the game setup mode only if the control unit has previously received shot permission from a system superordinate to the control unit.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Getriebe umfasst einen elektromechanischen Aktuator gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.According to a second aspect of the invention, a transmission for a motor vehicle is provided. The transmission includes an electromechanical actuator according to the first aspect of the invention.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welches ein Getriebe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst.According to a third aspect of the invention, there is provided a motor vehicle comprising a transmission according to the second aspect of the invention.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung einer axialen Betätigungskraft mittels eines elektromechanischen Aktuators gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, wobei die elektrische Maschine des elektromechanischen Aktuators solange abwechselnd in dem Spielaufbaumodus und in dem Schlagmodus gesteuert wird, bis die Steuerungseinheit des elektromechanischen Aktuators feststellt, dass wenigstens eine Jitter-Abbruchbedingung erfüllt ist.According to a fourth aspect of the invention, a method for generating an axial actuating force by means of an electromechanical actuator according to the first aspect of the invention is proposed, wherein the electric machine of the electromechanical actuator is alternately controlled in the game setup mode and in the impact mode until the control unit of the electromechanical Actuator determines that at least one jitter termination condition is met.

Die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit vorteilhaften Ausführungsformen des elektromechanischen Aktuators gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Getriebe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, für das Kraftfahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung und für das Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung, wobei insbesondere funktionale Merkmale des elektromechanischen Aktuators gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durch entsprechende Verfahrensschritten des Verfahrens gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung umgesetzt werden können.The above statements in connection with advantageous embodiments of the electromechanical actuator according to the first aspect of the invention also apply mutatis mutandis to the transmission according to the second aspect of the invention, to the motor vehicle according to the third aspect of the invention and to the method according to the fourth aspect of the invention. wherein in particular functional features of the electromechanical actuator according to the first aspect of the invention can be implemented by corresponding method steps of the method according to the fourth aspect of the invention.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

1 eine Längsschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Aktuators mit einem Spindeltrieb, wobei eine Spindel des Spindeltriebs relativ zu einem Gehäuse des elektromechanischen Aktuators gedreht werden kann,
2 eine Querschnittsdarstellung durch den elektromechanischen Aktuator nach 1 im Bereich einer Mitnahmeverzahnung,
3 eine Längsschnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Aktuators mit einer Drehelastizitätseinheit zwischen einem Rotor und einer Spindel des elektromechanischen Aktuators,
4 eine Längsschnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Aktuators mit einem Spindeltrieb, wobei eine Spindelmutter des Spindeltriebs relativ zu einem Gehäuse des elektromechanischen Aktuators gedreht werden kann,
5 ein Diagramm, welches einen Drehwinkel eines Rotors und eines drehbaren Elements eines Spindeltriebs eines elektromechanischen Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung über der Zeit darstellt,
6 grob schematisch und nicht maßstabsgetreu ein Fahrzeug mit einem Getriebe, das einen elektromechanischen Aktuator umfasst, z.B. einen elektromechanischen Aktuator nach 1, 3 oder 4,
7 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf eines Drehspiels, einer Rotorposition und einer Spindelposition eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators,
8 einen Ablauf einer Steuerung eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Aktuators in einer Schlagphase eines Jitter-Betriebs und
9 einen Ablauf einer Steuerung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Aktuators in einer Spielaufbauphase des Jitter-Betriebs.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawing, with the same or similar elements being provided with the same reference symbols. Here shows

1 a longitudinal sectional view of an embodiment of an electromechanical actuator according to the invention with a spindle drive, wherein a spindle of the spindle drive can be rotated relative to a housing of the electromechanical actuator,
2 a cross-sectional view through the electromechanical actuator 1 in the area of a driving gear,
3 a longitudinal sectional view of a further embodiment of an electromechanical actuator according to the invention with a torsional elasticity unit between a rotor and a spindle of the electromechanical actuator,
4 a longitudinal sectional view of a further embodiment of an electromechanical actuator according to the invention with a spindle drive, wherein a spindle nut of the spindle drive can be rotated relative to a housing of the electromechanical actuator,
5 a diagram showing a rotation angle of a rotor and a rotatable element of a spindle drive of an electromechanical actuator according to the present invention over time,
6 Roughly schematically and not true to scale, a vehicle with a transmission that includes an electromechanical actuator, eg an electromechanical actuator 1 , 3 or 4 ,
7 an exemplary time course of a rotational play, a rotor position and a spindle position of an electromagnetic actuator according to the invention,
8th a control sequence of an electromechanical actuator according to the invention in an impact phase of a jitter operation and
9 a sequence of a control of the electromechanical actuator according to the invention in a game setup phase of the jitter operation.

1 zeigt einen elektromechanischen Aktuator 23, der sich zumindest teilweise in einer nicht durch 1 gezeigten Welle 35 eines Getriebes 32 eines Kraftfahrzeugs 33 befinden kann (vgl. hierzu 6). Der elektromechanische Aktuator 23 umfasst eine elektrische Maschine 24 mit einem Stator 1 und mit einem Rotor 2. Der Rotor 2 umfasst einen Rotorträger 3 und einen ringförmigen Magneten 4. Der ringförmige Magnet 4 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mehrpolig magnetisiert und an den Rotorträger 3 geklebt. Diese Ausführungsform des Magnets 4 ist besonders stoßunempfindlich bezüglich eines Drehimpulsaustausches. Alternativ können auch mehrere Rotormagnete 4 um den Umfang des Rotorträgers 3 verteilt sein. Weiterhin umfasst der elektromechanische Aktuator 23 einen Spindeltrieb 5 mit einer Spindel 6 und mit einer Spindelmutter 7. Ferner umfasst der elektromechanische Aktuator 23 einen Sensormagneten 20 und einen Drehwinkelsensor 21. 1 shows an electromechanical actuator 23, which is not at least partially in a 1 shown shaft 35 of a transmission 32 of a motor vehicle 33 can be located (cf 6 ). The electromechanical actuator 23 includes an electrical machine 24 with a stator 1 and a rotor 2. The rotor 2 includes a rotor carrier 3 and a ring-shaped magnet 4. The ring-shaped magnet 4 is multi-pole magnetized in the exemplary embodiment shown and is glued to the rotor carrier 3. This embodiment of the magnet 4 is particularly shock-resistant with regard to an exchange of angular momentum. Alternatively, several rotor magnets 4 can also be distributed around the circumference of the rotor carrier 3 . The electromechanical actuator 23 also includes a spindle drive 5 with a spindle 6 and a spindle nut 7. The electromechanical actuator 23 also includes a sensor magnet 20 and a rotation angle sensor 21.

Die Spindel 6 ist mittels eines Festlagers 14a und mittels eines Loslagers 14b bezüglich eines Gehäuses 18 des Aktuators 23 in radialer Richtung r und in axialer Richtung x fest gelagert. Die Spindel 6 kann innerhalb dieser Lager 14a, 14b rotieren. Der Rotor 2 ist auf der Spindel 6 drehbar gelagert. Zwei Lagerstellen 16a und 16b dienen dabei der drehbaren Lagerung des Rotors 2. Zwei weitere Lager 13a und 13b dienen der axialen Führung des Rotors 2. Durch die zwei Lagerstellen 16a und 16b wird eine Drehbewegung des Rotors 2 auf der Spindel 6 ermöglicht. Diese Drehbewegung wird durch eine mit einem Drehspiel 8 behaftete Mitnahmeverzahnung 9 in ihrem Drehwinkel bezüglich der Spindel 6 begrenzt. Der Spindeltrieb 5 wandelt eine Drehbewegung der Spindel 6 in eine Axialbewegung der Spindelmutter 7. Die Axialkraft wird von der Spindelmutter 7 über ein Federpaket 11 auf ein Gehäuse 19 der Spindelmutter 7 übertragen und betätigt von dort aus ein Schaltelement mittels einer Axialbewegung.The spindle 6 is fixedly mounted in the radial direction r and in the axial direction x by means of a fixed bearing 14a and by means of a floating bearing 14b with respect to a housing 18 of the actuator 23 . The spindle 6 can rotate within these bearings 14a, 14b. The rotor 2 is rotatably mounted on the spindle 6 . Two bearing points 16a and 16b serve to rotatably mount the rotor 2. Two further bearings 13a and 13b serve to axially guide the rotor 2. The two bearing points 16a and 16b allow the rotor 2 to rotate on the spindle 6. This rotational movement is limited in its angle of rotation with respect to the spindle 6 by a driving toothing 9 with a rotational play 8 . The spindle drive 5 converts a rotary movement of the spindle 6 into an axial movement of the spindle nut 7. The axial force is transmitted from the spindle nut 7 via a spring assembly 11 to a housing 19 of the spindle nut 7 and from there actuates a switching element by means of an axial movement.

Der Spindeltrieb 5 kann in einander entgegengesetzte Richtungen verfahren werden. Der Spindeltrieb 5 ermöglicht dabei eine Bewegungsübertragung von Rotation nach Translation und verhindert eine Bewegungsübertragung von Translation nach Rotation durch Selbsthemmung. Dies geschieht unabhängig von einer Bewegungsrichtung. Der Spindeltrieb 5 ist somit selbsthemmend ausgeführt, d.h. der Spindeltrieb 5 ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment in eine Axialkraft zu wandeln, nicht jedoch eine Axialkraft in ein Drehmoment.The spindle drive 5 can be moved in opposite directions. The spindle drive 5 enables movement to be transferred from rotation to translation and prevents movement from being transferred from translation to rotation by self-locking. This happens regardless of the direction of movement. The spindle drive 5 is thus designed to be self-locking, i.e. the spindle drive 5 is set up to convert a torque into an axial force, but not an axial force into a torque.

2 zeigt einen Querschnitt durch den elektromechanischen Aktuator nach 1 und sinngemäß auch nach 3 und 4. Die Mitnahmeverzahnung 9 weist erste Zähne 25 auf, die am Rotorträger 3 angeordnet und in radialer Richtung nach innen gerichtet sind. Weiterhin weist die Mitnahmeverzahnung 9 zweite Zähne 26 auf, die an der Spindel 6 angeordnet und in radialer Richtung nach außen gerichtet sind. Die ersten Zähne 25 sind in einer Umfangsrichtung U um einen Innenumfang 27 des Rotorträgers 3 angeordnet. Die zweiten Zähne 26 sind in der Umfangsrichtung um einen Außenumfang 28 der Spindel 6 angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind sechs erste Zähne 25 und sechs zweite Zähne 26 vorhanden. In der durch 2 gezeigten relativen Stellung des Rotors 2 zu der Spindel 6 befinden sich die ersten Zähne 25 nicht im Eingriff mit den zweiten Zähnen 26, weil in der Umfangsrichtung U zwischen den Zähnen 25 und 26 das Drehspiel 8 besteht. Das Drehspiel 8 kann beispielsweise 20° betragen. Wenn der Rotorträger 3 durch eine entsprechende Bestromung der elektrischen Maschine 24 in Schlagdrehrichtung U1 oder in Spielaufbaudrehrichtung U2 gedreht wird, so wird das Drehspiel 8 gelüftet, sodass die ersten Zähne 25 des Rotorträgers 3 an den zweiten Zähnen 26 der Spindel 6 anliegen und ein Drehmoment zwischen dem Rotor 2 und der Spindel 6 übertragen werden kann. Dadurch dreht sich die Spindel 6 und verschiebt die Spindelmutter 8 in axialer Richtung x, wodurch ein Schaltelement, z.B. Losräder 31 oder Klauen einer Klauenkupplung, in einem Getriebe 32 eines Kraftfahrzeugs 33 miteinander gekoppelt oder voneinander entkoppelt werden können (vgl. 6, die ebenfalls eine Lagerung 34 des Schaltelements 31 zeigt). 2 shows a cross section through the electromechanical actuator 1 and accordingly also after 3 and 4 . The driving toothing 9 has first teeth 25 which are arranged on the rotor carrier 3 and are directed inwards in the radial direction. Furthermore, the driving toothing 9 has second teeth 26 which are arranged on the spindle 6 and are directed outwards in the radial direction. The first teeth 25 are arranged in a circumferential direction U around an inner circumference 27 of the rotor carrier 3 . The second teeth 26 are arranged around an outer periphery 28 of the spindle 6 in the circumferential direction. In the embodiment shown there are six first teeth 25 and six second teeth 26 . in the through 2 shown relative position of the rotor 2 to the spindle 6 are the first Teeth 25 not in engagement with the second teeth 26, because in the circumferential direction U between the teeth 25 and 26 there is rotational play 8. The rotational play 8 can be 20°, for example. If the rotor carrier 3 is rotated in the direction of impact rotation U1 or in the direction of rotation U2 for building up play by energizing the electric machine 24 accordingly, the rotational play 8 is lifted so that the first teeth 25 of the rotor carrier 3 are in contact with the second teeth 26 of the spindle 6 and a torque between the rotor 2 and the spindle 6 can be transmitted. As a result, the spindle 6 rotates and displaces the spindle nut 8 in the axial direction x, as a result of which a shifting element, e.g. idler gears 31 or claws of a claw clutch, can be coupled to one another or decoupled from one another in a transmission 32 of a motor vehicle 33 (cf. 6 , which also shows a bearing 34 of the switching element 31).

Über das Drehspiel 8 der Mitnahmeverzahnung 9 kann ein Drehimpuls des rotierenden Rotors 2 an die stehende Spindel 6 weitergeleitet werden. Hierdurch kann an der Spindel 6 ein Drehmomentstoß erreicht werden, der höher ist, als ein Drehmoment, welches der elektromechanische Aktuator 23 zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 2 mittels Magnetfelder erzeugen kann.A rotational momentum of the rotating rotor 2 can be passed on to the stationary spindle 6 via the rotational play 8 of the driving toothing 9 . As a result, a torque shock can be achieved on the spindle 6 which is higher than a torque which the electromechanical actuator 23 can generate between the stator 1 and the rotor 2 by means of magnetic fields.

Der elektromechanische Aktuator gemäß 3 ist eine Abwandlung des elektromechanischen Aktuators nach 1. So weist der elektromechanische Aktuator 23 nach 3 eine Drehelastizitätseinheit 10 auf, die zwischen der drehspielbehafteten Mitnahmeverzahnung 9 und einem Trapezgewinde 29 der Spindel 6 angeordnet ist. The electromechanical actuator according to 3 is a modification of the electromechanical actuator 1 . This is how the electromechanical actuator 23 demonstrates 3 a torsional elasticity unit 10 which is arranged between the driving toothing 9 subject to rotational play and a trapezoidal thread 29 of the spindle 6 .

Dadurch wird der Hauptanteil des Spindelmassenträgheitsmomentes elastisch entkoppelt und somit eine in der Mitnahmeverzahnung 9 beim Stoß/Impuls auftretende Drehmomentspitze in ihrer Höhe begrenzt. Dadurch kann die Mitnahmeverzahnung 9 kleiner ausgelegt werden und die akustische Anregung wird reduziert.As a result, the main part of the spindle mass moment of inertia is elastically decoupled and thus a torque peak occurring in the driving teeth 9 in the event of an impact/pulse is limited in magnitude. As a result, the driving toothing 9 can be made smaller and the acoustic excitation is reduced.

Weiterhin erfolgt in dem Ausführungsbeispiel nach 3 die radiale Lagerung des Rotors 2 nicht ausschließlich auf der Spindel 6 (wie in dem Ausführungsbeispiel nach 1), sondern wird auf der gemäß 3 linken Seite mittels eines Lagers 15 zwischen dem Rotor 2 und dem Gehäuse 18 des Aktuators 23 realisiert. Hierdurch wird die Lagerung des Rotors 2 direkter und somit ein kleinerer Luftspalt zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 2 ermöglicht. Außerdem wird das Massenträgheitsmoment der Spindel 6 reduziert, was ebenfalls zu einer Verringerung der Belastung der Mitnahmeverzahnung führt.Furthermore, in the embodiment according to 3 the radial bearing of the rotor 2 is not exclusively on the spindle 6 (as in the embodiment according to 1 ), but will be based on the 3 left side realized by means of a bearing 15 between the rotor 2 and the housing 18 of the actuator 23. As a result, the bearing of the rotor 2 is more direct and thus a smaller air gap between the stator 1 and the rotor 2 is made possible. In addition, the mass moment of inertia of the spindle 6 is reduced, which also leads to a reduction in the load on the driving teeth.

Ferner erfolgt in dem Ausführungsbeispiel nach 3 die axiale Lagerung des Rotors 2 nicht indirekt über Spindel 6 (wie in dem Ausführungsbeispiel nach 1), sondern direkt über ein Anlaufen an einem Axiallager 30. Eine Vorspannung einer Feder 12 verhindert dabei ein axiales Abheben des Rotors 2 von dem Axiallager 30. Durch diese Ausführung lässt sich die axiale Position des Rotors 2 sehr präzise mit kurzer Toleranzkette und ohne den Einfluss von Lagerspielen definieren. Dies ist vorteilhaft, da eine axiale Fehlpositionierung des über einen Adapterflansch 22 am Rotor 2 befestigten Sensormagnets 20 zu einer ungenauen Drehwinkelerfassung am Winkelsensor 21 und somit im Falle des hier gezeigten BLDC-Aktuators 23 aufgrund der drehwinkelabhängigen Kommutierung zu einer Drehmomenteinbuße führen würde.Furthermore, in the embodiment according to 3 the axial bearing of the rotor 2 is not indirectly via spindle 6 (as in the embodiment according to 1 ), but directly by running against an axial bearing 30. Preloading a spring 12 prevents the rotor 2 from lifting off axially from the axial bearing 30. This design allows the axial position of the rotor 2 to be adjusted very precisely with a short tolerance chain and without the influence define bearing clearances. This is advantageous because an incorrect axial positioning of the sensor magnet 20 attached to the rotor 2 via an adapter flange 22 would lead to an inaccurate detection of the angle of rotation on the angle sensor 21 and thus, in the case of the BLDC actuator 23 shown here, to a loss of torque due to the commutation dependent on the angle of rotation.

Der elektromechanische Aktuator gemäß 4 ist eine Abwandlung des elektromechanischen Aktuators nach 1. Hier ist eine andere Weiterentwicklung des Aktuators aus gezeigt.The electromechanical actuator according to 4 is a modification of the electromechanical actuator 1 . Here's another advancement of the actuator shown.

Die Spindel 6 und die Spindelmutter 7 wurden dahingehend vertauscht, dass nun nicht mehr die Spindel 6 bezüglich des Gehäuses 18 des Aktuators 23 rotiert (wie in den Ausführungsbeispielen nach 1 und 3), sondern die Spindelmutter 7. The spindle 6 and the spindle nut 7 have been interchanged in such a way that the spindle 6 no longer rotates with respect to the housing 18 of the actuator 23 (as in the exemplary embodiments according to 1 and 3 ), but the spindle nut 7.

Dadurch lässt sich die Spindelmutter 7 im Inneren des Aktuators 23 anordnen und verlängern, ohne dass die Gesamtbaulänge des Aktuators 23 größer wird. Durch die Verlängerung der Spindelmutter 7 kann bei unveränderter Flankenpressung im Gewindetrieb der Durchmesser der Spindel 6 verkleinert werden. Dadurch wiederum verbessert sich der Übertragungswirkungsgrad des Spindeltriebs 5 und es kann aus unverändertem Moment des Aktuators eine größere Axialkraft generiert werden. Des Weiteren lässt dich das Massenträgheitsmoment der Spindelmutter 7 weiter reduzieren, was eine geringe Drehmomentbelastung der spielbehafteten Mitnahmeverzahnung 9 zur Folge hat.As a result, the spindle nut 7 can be arranged and lengthened inside the actuator 23 without the overall overall length of the actuator 23 increasing. By lengthening the spindle nut 7, the diameter of the spindle 6 can be reduced with unchanged flank pressure in the screw drive. This in turn improves the transmission efficiency of the spindle drive 5 and a larger axial force can be generated from an unchanged moment of the actuator. Furthermore, you can further reduce the mass moment of inertia of the spindle nut 7, which results in a low torque load on the driving toothing 9, which is subject to play.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 4 entfällt der separate Sensormagnet 20. Stattdessen wurde der Rotormagnet 4 verlängert. Dadurch wird eine Winkelerfassung mittels des Drehwinkelsensors 21 präziser, da eine Fehlpositionierung von Sensormagnet 20 zu Rotormagnet 4 konstruktiv ausgeschlossen ist. Weiterhin ist in dem Gehäuse 18 des Aktuators 23 eine elektronische Steuerungseinheit in Form einer Ansteuerelektronik 17 integriert. Auch die elektromagnetischen Aktuatoren nach 1 und 3 können eine entsprechende elektronische Steuerungseinheit 17 aufweisen.According to the embodiment after 4 the separate sensor magnet 20 is omitted. Instead, the rotor magnet 4 has been lengthened. As a result, angle detection by means of the angle of rotation sensor 21 becomes more precise, since incorrect positioning of the sensor magnet 20 in relation to the rotor magnet 4 is ruled out in terms of construction. Furthermore, an electronic control unit in the form of control electronics 17 is integrated in the housing 18 of the actuator 23 . Also the electromagnetic actuators after 1 and 3 can have a corresponding electronic control unit 17 .

5 zeigt, wie die Rotation des Rotors 2 und der rotatorische Antrieb der Spindel 6 (1 und 3) bzw. der Spindelmutter (4) durch die elektronische Steuerungseinheit 17 gesteuert werden kann. Die gestrichelte Linie zeigt den Drehwinkel φ2 der rotierenden Komponente des Spindeltriebes über der Zeit t. Die dünne durchgezogene Linie zeigt den Drehwinkel φ1 des Rotors 2. 5 shows how the rotation of the rotor 2 and the rotary drive of the spindle 6 ( 1 and 3 ) or the spindle nut ( 4 ) controlled by the electronic control unit 17 can be. The dashed line shows the angle of rotation φ2 of the rotating component of the spindle drive over time t. The thin solid line shows the rotation angle φ1 of the rotor 2.

Zu einem Zeitpunkt t₀ beginnt der Aktuator 23 bzw. dessen Rotorträger 3 mit der Bewegung und dreht (bezogen auf die Ausführungsform gemäß 1 oder 3) an der Spindel 6 bzw. an der Spindelmutter 7 (bezogen auf die Ausführungsform gemäß 4). Zu einem Zeitpunkt t₁ ist die zu überwindende Axialkraft so groß, dass das elektromotorisch erzeugbare Drehmoment des Rotorträgers 3 nicht ausreicht, um die Drehbewegung aufrechtzuerhalten. Dies könnte alternativ natürlich auch von Anfang an (to) so der Fall sein. Zu einem Zeitpunkt t₂ hat die elektronische Steuerungseinheit 17 erkannt, dass der Motor 24 im Normalbetrieb nicht weiterkommt und steuert den Motor 24 derart an, dass sich der Rotor 2 in Spielaufbaudrehrichtung U2 innerhalb des Drehspiels 8 zurückdreht. Die Tatsache, dass der Motor 24 sich nicht dreht, kann z.B. durch fehlende Impulse des Drehwinkelsensors 21 (z.B. Hall-Sensoren) erkannt werden oder durch Feststellung einer erhöhten elektrischen Stromaufnahme des Motors 24 bzw. dessen Wicklung. Die Rückwärtsdrehung U2 kann z.B. zeitgesteuert bei definierter Pulsweitenmodulation PWM erfolgen.At a point in time t ₀ the actuator 23 or its rotor carrier 3 begins to move and rotate (in relation to the embodiment according to 1 or 3 ) on the spindle 6 or on the spindle nut 7 (related to the embodiment according to 4 ). At a point in time t ₁ , the axial force to be overcome is so great that the torque of the rotor carrier 3 that can be generated by an electric motor is not sufficient to maintain the rotational movement. Alternatively, this could of course also be the case from the beginning (to). At a point in time t ₂ , the electronic control unit 17 has recognized that the motor 24 is not progressing in normal operation and controls the motor 24 in such a way that the rotor 2 rotates back in the direction of rotation U2 within the rotational play 8 in the game setup direction. The fact that the motor 24 is not rotating can be detected, for example, by missing pulses from the angle of rotation sensor 21 (eg Hall sensors) or by detecting an increased electrical current consumption of the motor 24 or its winding. The reverse rotation U2 can, for example, take place in a time-controlled manner with a defined pulse width modulation PWM.

Zu einem Zeitpunkt t₃ wechselt der Motor 24 angewiesen durch die elektronische Steuerungseinheit 17 wieder auf eine Vorwärtsbewegung U1, insbesondere noch bevor der Rotor 2 die Grenze seines Drehspieles 8 erreicht hat. Zu einem Zeitpunkt t₄ treffen die ersten Zähne 25 des Rotorträgers 3 nun über die spielbehaftete Mitnahmeverzahnung 9 mit Schwung auf die stehende Zähne 26 der anzutreibenden Spindeltriebkomponente (Spindel 6 oder Spindelmutter 7). Durch die wirkenden Massenkräfte nimmt der Rotor 2 die Spindeltriebkomponente 6/7 mit. Zu einem Zeitpunkt t₅ ist der Schwung aufgezehrt und die elektrische Maschine 24 bleibt trotz Bestromung wieder stehen. Zu einem Zeitpunkt t₆ ist der Stillstand erneut erkannt und das Zurücksetzen beginnt von Neuem. Zu einem Zeitpunkt t₇ wird nach möglicherweise vielen solchen schnell aufeinander folgenden Stößen (Größenordnung 150 Stöße je Sekunde) erkannt, dass der Rotor 2 sich auch ohne Zurücksetzen drehen lässt. In diesem Fall wird wieder in den Normalbetrieb gewechselt und die Bewegung im konventionell motorischen Betrieb fortgesetzt.At a point in time t ₃ , the motor 24 changes back to a forward movement U1 , as instructed by the electronic control unit 17 , in particular before the rotor 2 has reached the limit of its rotational play 8 . At a point in time t ₄ , the first teeth 25 of the rotor carrier 3 now strike the stationary teeth 26 of the spindle drive component to be driven (spindle 6 or spindle nut 7) via the driving toothing 9 with play. The rotor 2 takes the spindle drive component 6/7 with it due to the acting mass forces. At a point in time t ₅ the momentum is consumed and the electric machine 24 stops again despite being energized. At a point in time t ₆ the standstill is recognized again and the resetting begins again. At a point in time t ₇ , after possibly many such shocks that follow one another in rapid succession (on the order of magnitude of 150 shocks per second), it is recognized that the rotor 2 can also be rotated without resetting. In this case, the system changes back to normal operation and the movement continues in conventional motorized operation.

7 zeigt drei übereinander angeordnete Diagramme mit der gleichen Zeitachse t, wobei die Zeit t in Sekunden angegeben ist. Ein erstes Diagramm, das in 7 oben dargestellt ist, zeigt einen Verlauf eines Drehmoments TRQ in mNm über der Zeit t. Dieses Drehmoment TRQ wird durch den Rotor 2 der elektrischen Maschine 24 bereitgestellt, wozu die elektrische Maschine 24 durch die elektrische Steuerungseinheit 17 entsprechend gesteuert wird. In dem durch 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein elektromechanischer Aktuator 23, z.B. der elektromechanische Aktuator 23 nach 1, in einem Jitter-Betrieb betrieben, um ein Element eines Kraftfahrzeuggetriebes 32 zu betätigen, beispielsweise um eine Klaue auszulegen. 7 shows three diagrams arranged one above the other with the same time axis t, where the time t is given in seconds. A first diagram in 7 shown above shows a curve of a torque TRQ in mNm over time t. This torque TRQ is provided by the rotor 2 of the electric machine 24, for which purpose the electric machine 24 is correspondingly controlled by the electric control unit 17. In that through 7 shown embodiment is an electromechanical actuator 23, for example, the electromechanical actuator 23 after 1 , operated in a jitter mode to actuate an element of a motor vehicle transmission 32, for example to lay out a clutch.

Ein zweites Diagramm, das in 7 in der Mitte dargestellt ist, zeigt einen Verlauf in Grad des Drehspiels 8 zwischen dem Rotor 2 und der Spindel 6 über der Zeit t während des Jitter-Betriebs, wobei ein maximaler Wert 8_Max des Drehspiels 8 im oben Teil des mittleren Diagramms durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.A second diagram that appears in 7 shown in the middle shows a course in degrees of the backlash 8 between the rotor 2 and the spindle 6 over time t during jitter operation, with a maximum value 8 _Max of the backlash 8 in the upper part of the middle diagram by a dashed line is shown.

Ein drittes Diagramm, das in 7 unten dargestellt ist, zeigt den Positionsverlauf 36 des Rotors 2 über der Zeit t und den Positionsverlauf 37 der Spindel 6 über der Zeit t. Der Positionsverlauf 36 des Rotors 2 gibt an, um wie viele Millimeter sich der Rotor 2 in mm im Verlaufe der Zeit t bewegt hat. Alternativ kann der Positionsverlauf 36 des Rotors 2 auch als Winkel angegeben werden. Der Positionsverlauf 37 der Spindel 6 gibt an, um wie viele Millimeter sich die Spindel 6 in mm im Verlaufe der Zeit t bewegt hat. Alternativ kann der Positionsverlauf 37 der Spindel 7 auch als Winkel angegeben werden.A third diagram in 7 shown below shows the position curve 36 of the rotor 2 over time t and the position curve 37 of the spindle 6 over time t. The position profile 36 of the rotor 2 indicates by how many millimeters the rotor 2 has moved in mm over the time t. Alternatively, the course of the position 36 of the rotor 2 can also be specified as an angle. The position curve 37 of the spindle 6 indicates by how many millimeters the spindle 6 has moved in mm over the time t. Alternatively, the course of the position 37 of the spindle 7 can also be specified as an angle.

In einer ersten Schlagphase P_S1 steuert die elektronische Steuereinheit 17 die elektrische Maschine 24 derart, dass der Rotor 2 für einen ersten Schlagzeitraum t_Forw max oder für einen zweiten Schlagzeitraum t_Forw min ein negatives Drehmoment -TRQ_Forw bereitstellt (Schlagmodus), das deshalb als negativ definiert, weil die Klaue ausgelegt werden soll. In der ersten Schlagphase P_S1 bewegt sich der Rotor 2 innerhalb des Drehspiels 8 mit dem Drehmoment -TRQ_Forw auf die Spindel 6 zu, bis das Drehspiel 8 aufgebraucht ist (Wert null) und der Rotor 2 auf die Spindel 6 auftrifft (Schlag) und einen Drehimpuls auf die Spindel 6 überträgt. Bis zu diesem Schlag (also bevor das Drehspiel den Wert null angenommen hat) bleibt die Position 37 der Spindel 6 unverändert, wohingegen sich die Position 36 des Rotors 2 verringert. Die Position 36 des Rotors 2 verändert sich deswegen negativ, weil die Klaue ausgelegt wird und eine diesbezügliche Drehrichtung des Rotors 2 als negativ definiert ist. Nach dem Schlag (also nachdem das Drehspiel 8 den Wert null angenommen hat) bewegt der Rotor 2 die Spindel 6 in der negativen Richtung.In a first impact phase P _S1 , electronic control unit 17 controls electric machine 24 in such a way that rotor 2 provides a negative torque -TRQ _Forw for a first impact period t _Forw max or for a second impact period t _Forw min (impact mode), which is therefore defined negatively because the claw is to be laid out. In the first impact phase P _S1 the rotor 2 moves within the rotational play 8 with the torque -TRQ _Forw towards the spindle 6 until the rotational play 8 is used up (value zero) and the rotor 2 hits the spindle 6 (impact) and transmits an angular momentum to the spindle 6. The position 37 of the spindle 6 remains unchanged up to this impact (ie before the rotational play has assumed the value zero), whereas the position 36 of the rotor 2 decreases. The position 36 of the rotor 2 changes negatively because the claw is laid out and a relevant direction of rotation of the rotor 2 is defined as negative. After the impact (ie after the rotational play 8 has assumed the value zero), the rotor 2 moves the spindle 6 in the negative direction.

An die erste Schlagphase P_S1 schließt sich eine erste Spielaufbauphase P_P1 an, in der das Drehspiel 8 zwischen Rotor 2 und Spindel 6 aufgebaut wird (Spielaufbaumodus). In der Spielaufbauphase P_P1 verändert sich die Position 36 des Rotors 2 nunmehr in der positiven Richtung. Beim Aufbau des Drehspiels 8, steuert die elektronische Steuerungseinheit 17 die elektrische Maschine 24 derart, dass der Rotor 2 das maximal zur Verfügung stehende Drehspiel 8max nicht erreicht und nicht überschreitet, da der Rotor 2 ansonsten in die entgegengesetzte Richtung den Impulsaustausch durchführen würde. In der Spielaufbauphase P_P1 verändert sich die Position 37 der Spindel 6 nicht.The first impact phase P _S1 is followed by a first game build-up phase P _P1 , in which the rotational play 8 between the rotor 2 and the spindle 6 is built up (game build-up mode). In the build-up phase P _P1 , the position 36 of the rotor 2 now changes in the positive direction. When building the Rotational play 8, the electronic control unit 17 controls the electric machine 24 in such a way that the rotor 2 does not reach and does not exceed the maximum available rotational play 8max, since the rotor 2 would otherwise perform the momentum exchange in the opposite direction. The position 37 of the spindle 6 does not change in the game setup phase P _P1 .

In der ersten Spielaufbauphase P_P1 steuert die elektronische Steuereinheit 17 die elektrische Maschine 24 derart, dass der Rotor 2 zunächst für einen ersten Rücksetzzeitraum t_Backw1 ein konstantes erstes Drehmoment TRQ_Backw1 in der Spielaufbaudrehrichtung (U2) bereitstellt, und nach Ablauf des ersten Zeitraums t_Backw1 für einen zweiten Rücksetzzeitraum t_Backw2 ein konstantes zweites Drehmoment TRQ_Backw2, wobei das erste Drehmoment TRQ_Backw1 höher ist als das zweite Drehmoment TRQ_Backw2. Dies ermöglicht, mit einem höheren Moment TRQ_Backw1 die Spielaufbauphase P_P1 zu beginnen und anschließend eine Phase t_Backw2 mit geringem Moment aber hoher Drehzahl zu nutzen, um die Verluste im elektromechanischen Aktuator 23 zu minimieren. Die Umschaltung erfolgt rein zeitgesteuert.In the first game setup phase P _P1 , the electronic control unit 17 controls the electric machine 24 in such a way that the rotor 2 initially provides a constant first torque TRQ _Backw1 in the game setup direction of rotation (U2) for a first reset period t _Backw1 , and after the first period t _{Backw1 has elapsed} a constant second torque TRQ _Backw2 for a second reset period t _Backw2 , the first torque TRQ _{Backw1 being} higher than the second torque TRQ _Backw2 . This makes it possible to start the backlash build-up phase P _P1 with a higher torque TRQ _Backw1 and then to use a phase t _Backw2 with a low torque but high speed in order to minimize the losses in the electromechanical actuator 23 . Switching is purely time-controlled.

Nach Ablauf des zweiten Zeitraums t_Backw2 wechselt die elektronische Steuerungseinheit 17 aus dem Spielaufbaumodus wieder in den Schlagmodus. Die entsprechende zweite Schlagphase P_H2 läuft ähnlich ab, wie die erste Schlagphase P_H1, wobei der Rotor 2 die Spindel 6 nach Abbau des Drehspiels 8 weiter in die negative Richtung bewegt, um die Klaue auszulegen. Nach Ablauf der zweiten Schlagphase P_H2 wechselt die elektronische Steuerungseinheit 17 erneut aus dem Schlagmodus in den Spielaufbaumodus. Die entsprechende zweite Spielaufbauphase P_P2 läuft analog zu der ersten Spielaufbauphase P_H1 ab.After the second time period t _{Backw2 has elapsed} , the electronic control unit 17 changes back from the game setup mode to the batting mode. The corresponding second impact phase _PH2 is similar to the first impact phase _PH1 , with the rotor 2 moving the spindle 6 further in the negative direction after the rotational play 8 has been reduced in order to disengage the claw. After the end of the second batting phase P _H2 , the electronic control unit 17 changes again from the batting mode to the game setup mode. The corresponding second game setup phase P _P2 runs analogously to the first game setup phase P _H1 .

Nach Ablauf des zweiten Zeitraums t_Backw2 der zweiten Spielaufbauphase P_P2 wechselt die elektronische Steuerungseinheit 17 aus dem Spielaufbaumodus wieder in den Schlagmodus. Die entsprechende dritte Schlagphase P_H3 läuft ähnlich ab, wie die erste Schlagphase P_H1 und die zweite Schlagphase P_H2, wobei der Rotor 2 die Spindel 6 nach Abbau des Drehspiels 8 weiter in die negative Richtung bewegt, um die Klaue auszulegen. Nach Ausführung der dritten Schlagphase P_H3 kann die elektronische Steuerungseinheit 17 feststellen, dass der Rotor 2 durch das hochfrequente Schlagen eine Zielposition Pos_Target erreicht hat. In diesem Fall wird die elektronische Steuerungseinheit 17 den Jitter-Betrieb (abwechselnde Schlagphasen und Spielaufbauphasen wie vorstehend beschrieben) beenden und in einen Normal-Betrieb übergehen, in dem eine positionsgeregelte Auslegefunktion ausgeführt wird. Auch wenn durch 7 lediglich einige wenige Schlagphasen und Spielaufbauphasen gezeigt sind, so kann in dem Jitter-Betrieb weitaus es häufiger zwischen dem Schlagmodus und dem Spielaufbaumodus gewechselt werden, z.B. in einer Größenordnung von über 100 Stößen pro Sekunde.After the end of the second time period t _Backw2 of the second game setup phase P _P2 , the electronic control unit 17 changes back from the game setup mode to the hitting mode. The corresponding third impact phase _PH3 is similar to the first impact phase PH1 and the second impact phase _PH2 , with the rotor 2 moving the spindle 6 further in the negative direction after the rotational play 8 has been reduced in order to _disengage the claw. After the third impact phase P _H3 has been carried out, the electronic control unit 17 can ascertain that the rotor 2 has reached a target position Pos _Target as a result of the high-frequency impact. In this case, the electronic control unit 17 will end the jitter mode (alternating batting phases and play building phases as described above) and switch to a normal mode in which a position-controlled deployment function is carried out. Even if through 7 only a few shot phases and game setup phases are shown, so in the jitter mode it can be switched between the shot mode and the game setup mode much more frequently, eg in the order of over 100 shots per second.

Der Wechsel aus der positionsgeregelten Auslegefunktion 300 in den Jitter-Betrieb 100 und aus dem Schlagmodus in die positionsgeregelte Auslegefunktion ist in 8 detaillierter dargestellt. In einem ersten Schritt 100 wechselt die elektronische Steuerungseinheit aus der positionsgeregelten Auslegefunktion in den Jitter-Betrieb, weil die elektronische Steuerungseinheit 17 erkannt hat, dass eine von dem Spindeltrieb 5 zu überwindende Axialkraft so groß ist, dass das elektromotorisch erzeugbare Drehmoment des Rotors 2 bzw. dessen Rotorträgers 3 nicht ausreicht, um eine Drehbewegung aufrechtzuerhalten. Die elektronische Steuerungseinheit 17 wechselt jedoch nur dann aus der positionsgeregelten Auslegefunktion in den Jitter-Betrieb, wenn es zulässig ist. Beispielsweise ist es zulässig, wenn die Klaue verklemmt ist und ausgelegt werden soll. Unzulässig ist es hingegen, wenn ein Anschlag bewusst bis zum Stillstand angefahren werden soll, z.B. beim Einlegen eines Schaltelements. Eine automatische Aktivierung des Jitter-Betriebs würde hier die Mechanik „festklopfen“ und ist unbedingt zu vermeiden. Daher wechselt die elektronische Steuerungseinheit 17 nur dann in den Jitter-Betrieb, wenn sie zuvor eine Schlagerlaubnis von einem der Steuerungseinheit 17 übergeordneten System erhalten hat.The change from the position-controlled sizing function 300 to the jitter mode 100 and from the impact mode to the position-controlled sizing function is in 8th shown in more detail. In a first step 100, the electronic control unit changes from the position-controlled sizing function to jitter mode because the electronic control unit 17 has recognized that an axial force to be overcome by the spindle drive 5 is so great that the torque of the rotor 2 or whose rotor carrier 3 is not sufficient to maintain a rotational movement. However, the electronic control unit 17 only changes from the position-controlled design function to the jitter mode if this is permissible. For example, it is permissible if the claw is jammed and needs to be laid out. However, it is not permitted if a stop is deliberately to be brought to a standstill, eg when inserting a switching element. An automatic activation of the jitter mode would "knock" the mechanics here and must be avoided at all costs. Therefore, the electronic control unit 17 only switches to jitter mode if it has previously received permission from a system superordinate to the control unit 17 .

In dem ersten Schritt 100 speichert die elektronische Steuerungseinheit 17 die aktuelle Position des Rotors 2 und initialisiert den ersten Schlagzeitraum t_Forw max sowie den zweiten Schlagzeitraum t_Forw min. Auch 8 veranschaulicht das Auslegen der Klaue. Dabei kann angenommen werden, dass in einem Koordinatensystem ein positiver Wert der Position der Spindel 6 und der Spindelmutter 9 des Spindeltriebs zu einer eingelegten Klaue führt, der Wert null einer neutralen Position der Klaue entspricht und negative Werte zu einer ausgelegten Klaue führen. Entsprechend wird das negative Drehmoment -TRQ_Forw genutzt, um die Klaue auszulegen, und ein positives Drehmoment TRQ_Forw, um die Klaue einzulegen. Der Jitter-Betrieb kann mit einer Schlagphase beginnen, z.B. mit der ersten Schlagphase P_H1 nach 7, um zu vermeiden, dass der Rotor 2 bei einem Zurückdrehen einen Schlag ausführt.In the first step 100, the electronic control unit 17 stores the current position of the rotor 2 and initializes the first beat period t _Forw max and the second beat period t _Forw min. Also 8th illustrates the laying out of the claw. It can be assumed that in a coordinate system a positive value for the position of the spindle 6 and the spindle nut 9 of the spindle drive leads to an engaged claw, the value zero corresponds to a neutral position of the claw and negative values lead to a disengaged claw. Accordingly, the negative torque -TRQ _{Forw is} used to disengage the claw and a positive torque TRQ _Forw to engage the claw. The jitter operation can begin with an impact phase, for example with the first impact phase P _H1 after 7 , in order to avoid that the rotor 2 performs an impact when turning backwards.

In einem weiteren Schritt 200 steuert die elektronische Steuerungseinheit 17 die elektrische Maschine 24 derart, dass der Rotor 2 das negative Drehmoment - TRQ_Forw bereitstellt, um gegen die Spindel 6 zu schlagen. Dabei prüft, die elektronische Steuerungseinheit 17 mehrere Jitter-Abbruchbedingungen. So wird in einem Schritt 201 überprüft, ob der Rotor 2 die von der Steuerungseinheit 17 vorgegebene Zielposition Pos_Target erreicht hat. Ist dies der Fall, so beendet die elektronische Steuerungseinheit 17 den Jitter-Betrieb und kehrt zurück in die positionsgeregelte Auslegefunktion 300. Wenn die Zielposition Pos_Target noch nicht erreicht ist, prüft die elektronische Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Schritt 202, ob sich der Rotor 2 um einen Drehwinkel in der Schlagdrehrichtung U1 gedreht hat, der einen von der Steuerungseinheit 17 vorgegebenen Drehwinkelschwellwert überschreitet. Ist dies der Fall, so beendet die elektronische Steuerungseinheit 17 den Jitter-Betrieb und kehrt zurück in die positionsgeregelte Auslegefunktion 300. Wenn dies nicht der Fall ist, so prüft die elektronische Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Schritt 203, ob sich der Rotor 2 mit einer Drehgeschwindigkeit gedreht hat, die einen von der Steuerungseinheit 17 vorgegebenen Geschwindigkeitsschwellwert überschreitet. Ist dies der Fall, so beendet die elektronische Steuerungseinheit 17 den Jitter-Betrieb und kehrt zurück in die positionsgeregelte Auslegefunktion 300.In a further step 200, the electronic control unit 17 controls the electric machine 24 in such a way that the rotor 2 provides the negative torque _{-TRQ Forw} in order to strike against the spindle 6. In doing so, the electronic control unit 17 checks several jitter cancellation conditions ments. In a step 201 it is checked whether the rotor 2 has reached the target position Pos _Target specified by the control unit 17 . If this is the case, the electronic control unit 17 ends the jitter operation and returns to the position-controlled design function 300. If the target position Pos _Target has not yet been reached, the electronic control unit 17 checks in a further step 202 whether the rotor 2 has rotated by an angle of rotation in the direction of impact rotation U1 that exceeds a rotation angle threshold value specified by the control unit 17 . If this is the case, the electronic control unit 17 ends the jitter operation and returns to the position-controlled design function 300. If this is not the case, the electronic control unit 17 checks in a further step 203 whether the rotor 2 is with a Has turned rotational speed that exceeds a speed threshold value specified by the control unit 17 . If this is the case, the electronic control unit 17 ends the jitter operation and returns to the position-controlled sizing function 300.

Ist dies nicht der Fall, so prüft die elektronische Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Schritt 204, ob sich die Position des Rotors 2 (in der negativen Richtung) im Vergleich zu der in Schritt 100 gespeicherten Position des Rotors 2 verändert hat. Hierzu können Zustandsänderungen des Hall-Sensors 21 bewertet werden. Hat sich die Position des Rotors 2 geändert, so kann die elektronische Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Schritt 205 den Wert des ersten Schlagzeitraums t_Forw _max erhöhen. If this is not the case, then in a further step 204 the electronic control unit 17 checks whether the position of the rotor 2 has changed (in the negative direction) compared to the position of the rotor 2 stored in step 100 . For this purpose changes in the state of the Hall sensor 21 can be evaluated. If the position of the rotor 2 has changed, then in a further step 205 the electronic control unit 17 can increase the value of the first beat time period t _Forw _max .

Dadurch wird erreicht, dass „produktive“ Schläge nicht zu früh abgebrochen werden, während erfolglose Schläge (Rotor 2 kommt schnell zum Stillstand) frühzeitig abgebrochen werden. Anschließend prüft die elektronische Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Verfahrensschritt 206, ob der erhöhte erste Schlagzeitraum t_Forw _max abgelaufen ist. Hat sich die Position des Rotors 2 nicht geändert, so prüft die elektronische Steuerungseinheit direkt (ohne Erhöhung des ersten Schlagzeitraums t_Forw _max) in dem weiteren Verfahrensschritt 206, ob der (nicht erhöhte) erste Schlagzeitraum t_Forw _max abgelaufen ist (Schlag-Abbruchbedingung). Wenn die elektronische Steuerungseinheit 17 feststellt, dass der erste Schlagzeitraum t_Forw _max abgelaufen ist (erhöht oder nicht erhöht), dann beendet die elektronische Steuerungseinheit 17 die Steuerung der elektrischen Maschine 24 in dem Schlagmodus und wechselt in den Spielaufbaumodus 400.This ensures that "productive" strokes are not terminated too early, while unsuccessful strokes (rotor 2 quickly comes to a standstill) are terminated early. Then, in a further method step 206, the electronic control unit 17 checks whether the increased first impact period t _Forw _max has expired. If the position of the rotor 2 has not changed, the electronic control unit checks directly (without increasing the first beat period t _Forw _max ) in the further method step 206 whether the (not increased) first beat period t _Forw _max has expired (beat abort condition) . If the electronic control unit 17 determines that the first batting period t _Forw _max has expired (increased or not increased), then the electronic control unit 17 ends the control of the electric machine 24 in the batting mode and switches to the game setup mode 400.

Wenn die elektronische Steuerungseinheit 17 feststellt, dass der erste Schlagzeitraum t_Forw max noch nicht abgelaufen ist (erhöht oder nicht erhöht), dann prüft die elektronische Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Schritt 207, ob der zweite Schlagzeitraum t_Forw _min abgelaufen ist, der kürzer ist als der erste Schlagzeitraum t_Forw _max. Ist dies ebenfalls nicht der Fall, so werden der erste Schlagzeitraum t_Forw _max und der zweite Schlagzeitraum t_Forw _min von der elektronischen Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Schritt 208 dekrementiert bzw. herabgesetzt und das vorstehend beschriebene Verfahren ab dem Schritt 200 mit den dekrementierten Schlagzeiträumen t_Forw _max und t_Forw _min erneut durchlaufen.If the electronic control unit 17 determines that the first beat period t _Forw max has not yet expired (increased or not increased), then the electronic control unit 17 checks in a further step 207 whether the second beat period t _Forw _min has expired, which is shorter than the first beat period t _Forw _max . If this is also not the case, the first beat period t _Forw _max and the second beat period t _Forw _min are decremented or reduced by the electronic control unit 17 in a further step 208 and the method described above from step 200 with the decremented beat periods t _{Run through Forw} _max and t _Forw _min again.

Wenn die elektronische Steuerungseinheit 17 feststellt, dass der zweite Schlagzeitraum t_Forw _min abgelaufen ist, dann prüft die elektronische Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Schritt 209, ob durch den elektromechanischen Aktuator 23 ein Strom fließt, der einen von der Steuerungseinheit 17 festgelegten Stromschwellwert überschreitet. Ist dies der Fall, dann beendet die elektronische Steuerungseinheit 17 die Steuerung der elektrischen Maschine 24 in dem Schlagmodus und wechselt in den Spielaufbaumodus 400. Anhand der bekannten Phasenspannung (unter Berücksichtigung beispielsweise einer PWM-Ansteuerung) kann derjenige Stromwert ermittelt werden, der bei einem stehenden Rotor 2 theoretisch fließen würde (theoretischer Stillstandstrom). Aufgrund von Gegeninduktion wird bei einem sich drehenden Rotor 2 ein geringerer Strom fließen. Mithilfe dieses Zusammenhangs kann festgestellt werden, ob der Rotor 2 steht, ohne eine echte Sensorik für die Geschwindigkeit zu verwenden. Da der Strom auch zu Beginn der Schlagphase hoch ist (Rotor 2 dreht noch in entgegengesetzte Richtung) wird der zweite Schlagzeitraum eingeführt, der einen Mindestzeitraum beschreibt, nach welchem das Stromkriterium zum Abbruch der Schlagphase führt. In diesem Sinne kann der Stromschwellwert auf den theoretischen Stillstandstrom multipliziert mit einem Faktor festgelegt werden.If the electronic control unit 17 determines that the second impact period t _Forw _min has expired, then the electronic control unit 17 checks in a further step 209 whether a current is flowing through the electromechanical actuator 23 that exceeds a current threshold value specified by the control unit 17 . If this is the case, then the electronic control unit 17 ends the control of the electric machine 24 in the impact mode and switches to the game setup mode 400. Based on the known phase voltage (taking into account, for example, a PWM control), the current value can be determined that occurs when the Rotor 2 would theoretically flow (theoretical standstill current). Due to mutual induction, a lower current will flow when the rotor 2 is rotating. This relationship can be used to determine whether the rotor 2 is stationary without using real speed sensors. Since the current is also high at the beginning of the flapping phase (rotor 2 is still turning in the opposite direction), the second flapping period is introduced, which describes a minimum period of time after which the current criterion leads to the termination of the flapping phase. In this sense, the current threshold can be set to the theoretical stall current multiplied by a factor.

Wenn die elektronische Steuerungseinheit 17 hingegen feststellt, dass der durch den elektromechanischen Aktuator 23 fließende Strom den von der Steuerungseinheit 17 festgelegten Stromschwellwert nicht überschreitet, so werden der erste Schlagzeitraum t_Forw _max und der zweite Schlagzeitraum t_Forw _min von der elektronischen Steuerungseinheit 17 in dem Schritt 208 dekrementiert bzw. herabgesetzt und das vorstehend beschriebene Verfahren ab dem Schritt 200 mit den dekrementierten Schlagzeiträumen t_Forw _max und t_Forw _min erneut durchlaufen.If, on the other hand, the electronic control unit 17 determines that the current flowing through the electromechanical actuator 23 does not exceed the current threshold value specified by the control unit 17, the first beat period t _Forw _max and the second beat period t _Forw _min are determined by the electronic control unit 17 in the step 208 is decremented or reduced and the method described above is run through again from step 200 with the decremented beat time periods t _Forw _max and t _Forw _min .

Die Beobachtung mehrerer nacheinander durchgeführter Schläge ermöglicht, die Schlagzeit zu verringern. Hierbei kann schrittweise die Bestromung in Schlagrichtung verkürzt oder verringert werden, bis eine Verschlechterung der Verfahrgeschwindigkeit (über mehrere Schläge) festgestellt wird. Hierdurch kann zusätzlich die unproduktive Bestromung während eines Stillstands des elektromechanischen Aktuators 23 minimiert werden.Observing several shots performed one after the other makes it possible to reduce the shot time. In this case, the current supply in the impact direction can be shortened or reduced step by step until a deterioration in the traversing speed (over several impacts) is determined. This can also be the unproductive Energization can be minimized during a standstill of the electromechanical actuator 23.

9 zeigt Details des Betriebs der elektrischen Maschine in dem Spielaufbaumodus 400. In einem ersten Schritt 400 speichert die elektronische Steuerungseinheit 17 die aktuelle Position des Rotors 2 und initialisiert einen Timer und startet den ersten Rücksetzzeitraum t_Backw1 (vgl. 7). In einem weiteren Schritt 401 steuert die elektronische Steuereinheit 17 die elektrische Maschine 24 derart, dass der Rotor 2 zunächst für die Dauer des ersten Rücksetzzeitraums t_Backw1 ein konstantes erstes Drehmoment TRQ_Backw1 in der Spielaufbaudrehrichtung U2 bereitstellt. 9 shows details of the operation of the electrical machine in the game setup mode 400. In a first step 400, the electronic control unit 17 stores the current position of the rotor 2 and initializes a timer and starts the first reset period t _Backw1 (cf. 7 ). In a further step 401, the electronic control unit 17 controls the electric machine 24 in such a way that the rotor 2 initially provides a constant first torque TRQ _Backw1 in the direction of rotation U2 for the game setup for the duration of the first reset period t _Backw1 .

In einem weiteren Schritt 402 kann die elektronische Steuerungseinheit 17 in den Schlagmodus wechseln (beginnend mit Schritt 100 gemäß 8), wenn sie eine Positionsänderung des Rotors 2 in der Spielaufbaurichtung U2 feststellt, die eine von der elektronischen Steuerungseinheit 17 festgelegte Schwelle überschreitet. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass der Rotor 2 in der Spielaufbauphase das zur Verfügung stehende Drehspiel 8max überschreitet, da der Rotor 2 ansonsten in die entgegengesetzte Richtung den Impulsaustausch durchführt.In a further step 402, the electronic control unit 17 can switch to the batting mode (starting with step 100 according to 8th ) when it detects a change in position of the rotor 2 in the game setup direction U2 that exceeds a threshold set by the electronic control unit 17. In this way it can be avoided that the rotor 2 exceeds the available rotational play θmax in the play build-up phase, since the rotor 2 would otherwise carry out the momentum exchange in the opposite direction.

Ist die Schwelle nicht überschritten, so prüft die elektronische Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Schritt 403, ob der erste Rücksetzzeitraum t_Backw1 abgelaufen ist. Ist der erste Rücksetzzeitraum t_Backw1 noch nicht abgelaufen, so dekrementiert die elektronische Steuerungseinheit 17 den ersten Rücksetzzeitraum t_Backw1 in einem weiteren Schritt 404 und durchläuft das vorstehend beschrieben Verfahren erneut ab dem Schritt 401. Ist der erste Rücksetzzeitraum t_Backw1 abgelaufen, so initialisiert die elektronische Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Schritt 405 den Timer und startet den zweiten Rücksetzzeitraum t_Sackw2. Danach steuert die elektronische Steuereinheit 17 in einem weiteren Schritt 406 die elektrische Maschine 24 derart, dass der Rotor 2 für die Dauer des zweiten Rücksetzzeitraums t_Backw2 ein konstantes zweites Drehmoment TRQ_Backw2 in der Spielaufbaudrehrichtung U2 bereitstellt.If the threshold is not exceeded, then in a further step 403 the electronic control unit 17 checks whether the first reset period t _{Backw1 has} expired. If the first reset period t _Backw1 has not yet expired, the electronic control unit 17 decrements the first reset period t _Backw1 in a further step 404 and runs through the method described above again from step 401. If the first reset period t _{Backw1 has} expired, the electronic Control unit 17 in a further step 405 the timer and starts the second reset period t _Sackw2 . Then, in a further step 406, the electronic control unit 17 controls the electric machine 24 in such a way that the rotor 2 provides a constant second torque TRQ _Backw2 in the direction of rotation U2 for setting up the game for the duration of the second reset period t _Backw2 .

In einem weiteren Schritt 407 kann die elektronische Steuerungseinheit 17 wiederum in den Schlagmodus wechseln (beginnend mit Schritt 100 gemäß 8), wenn sie eine Positionsänderung des Rotors 2 in der Spielaufbaurichtung U2 feststellt, welche die von der elektronischen Steuerungseinheit 17 festgelegte Schwelle überschreitet. Ist die Schwelle nicht überschritten, so prüft die elektronische Steuerungseinheit 17 in einem weiteren Schritt 408, ob der zweite Rücksetzzeitraum t_Backw2 abgelaufen ist. Ist der zweite Rücksetzzeitraum t_Backw2 noch nicht abgelaufen, so dekrementiert die elektronische Steuerungseinheit 17 den zweiten Rücksetzzeitraum t_Backw2 in einem weiteren Schritt 409 und durchläuft das vorstehend beschrieben Verfahren erneut ab dem Schritt 406. Ist der zweite Rücksetzzeitraum t_Backw2 abgelaufen, so beendet die elektronische Steuerungseinheit 17 den Spielaufbaumodus und wechselt in den Schlagmodus.In a further step 407, the electronic control unit 17 can again switch to the impact mode (starting with step 100 according to 8th ) when it detects a change in position of the rotor 2 in the game setup direction U2 that exceeds the threshold set by the electronic control unit 17. If the threshold is not exceeded, the electronic control unit 17 checks in a further step 408 whether the second reset period t _{Backw2 has} expired. If the second reset period t _Backw2 has not yet expired, the electronic control unit 17 decrements the second reset period t _Backw2 in a further step 409 and runs through the method described above again from step 406. If the second reset period t _{Backw2 has} expired, the electronic Control unit 17 the game setup mode and changes to the hit mode.

Der Impulsaustausch des elektromechanischen Aktuators 23 bewirkt immer eine akustische Anregung. Somit wirken sich große Rückfahrwinkel negativ auf die Akustik des Systems aus. Da nicht in allen Situationen die maximale Stellmomenterhöhung notwendig ist, kann die Funktion wie folgt erweitert werden: Anhand der erkannten Bewegung über mehrere Jitter-Zyklen (z.B. nach 10 Schlägen) kann bestimmt werden, ob eine Veränderung der Momenterhöhung notwendig (bisher zu geringes Moment) oder möglich (bisher hohes Moment, kann reduziert werden) ist. Hierzu kann beispielsweise mit einer Parametrierung gestartet werden, die nur einen Teil des Drehspiels 8 während der Rückfahrbewegung ausnutzt. Erst bei mangelnder Performance kann (z.B. über Erhöhung von Zeit und Moment der ersten Rückfahrphase) ein größeres Drehspiel ausgenutzt werden.The pulse exchange of the electromechanical actuator 23 always causes an acoustic excitation. Large reversing angles therefore have a negative effect on the acoustics of the system. Since the maximum control torque increase is not necessary in all situations, the function can be expanded as follows: Based on the movement detected over several jitter cycles (e.g. after 10 beats), it can be determined whether a change in the torque increase is necessary (torque too low up to now) or possible (high torque so far, can be reduced). For this purpose, a parameterization can be started, for example, which utilizes only part of the rotational play 8 during the return movement. Only if there is a lack of performance (e.g. by increasing the time and moment of the first reversing phase) can greater rotational play be exploited.

BezugszeichenlisteReference List

φ1φ1: Drehwinkel RotorAngle of rotation of the rotor
φ2φ2: Drehwinkel Spindel/SpindelmutterSpindle/spindle nut rotation angle
PH1PH1: erste Schlagphasefirst stroke phase
PH1PH1: zweite Schlagphasesecond stroke phase
PP1PP1: erste Spielaufbauphasefirst build-up phase
PP1PP1: zweite Spielaufbauphasesecond build-up phase
rright: radiale Richtungradial direction
tBackw1tBackw1: erster Rücksetzzeitraumfirst reset period
tBackw2tBackw2: zweiter Rücksetzzeitraumsecond reset period
tForw maxtForw max: erster Schlagzeitraumfirst batting period
tForw mintForw min: zweiter Schlagzeitraumsecond beating period
-TRQForw-TRQForw: Drehmoment zum Auslegen der KlaueTorque to lay out the claw
TRQBackw1TRQBackw1: erstes Drehmoment zum Aufbau des Drehspielsfirst torque to build up the rotational play
TRQBackw2TRQBackw2: zweites Drehmoment zum Aufbau des Drehspielssecond torque to build up the backlash
xx: axiale Richtungaxial direction
Uu: Umfangsrichtungcircumferential direction
U1/U2U1/U2: Schlagdrehrichtung/SpielaufbaudrehrichtungStroke rotation/playmaking rotation
11: Statorstator
22: Rotorrotor
33: Rotorträgerrotor carrier
44: Rotormagnetrotor magnet
55: Spindeltriebspindle drive
66: Spindelspindle
77: Spindelmutterspindle nut
88th: Drehspielturning game
99: drehspielbehaftete Mitnahmeverzahnungbacklash-affected drive gearing
1010: Drehelastizitätseinheittorsional elasticity unit
1111: Federpaketspring pack
1212: FederFeather
13a13a: erstes axiales Führungslager des Rotorsfirst axial guide bearing of the rotor
13b13b: zweites axiales Führungslager des Rotorssecond axial guide bearing of the rotor
14a14a: Festlagerfixed bearing
14b14b: Loslagerfloating bearing
1515: Lager zwischen Rotor und Gehäuse des AktuatorsBearing between the rotor and the actuator housing
16a16a: erste Lagerstelle Rotor auf Spindelfirst bearing point rotor on spindle
16b16b: zweite Lagerstelle Rotor auf Spindelsecond bearing point rotor on spindle
1717: elektronische Steuerungseinheit/integrierte AnsteuerelektronikElectronic control unit/integrated control electronics
1818: Gehäuse des elektromechanischen AktuatorsHousing of the electromechanical actuator
1919: Gehäuse der SpindelmutterSpindle nut housing
2020: Sensormagnetsensor magnet
2121: Drehwinkelsensorangle of rotation sensor
2222: Adapterflanschadapter flange
2323: elektromechanischer Aktuatorelectromechanical actuator
2424: elektrische Maschineelectric machine
2525: erste Zähne des Rotorträgersfirst teeth of the rotor arm
2626: zweite Zähne der Spindelsecond teeth of the spindle
2727: Innenumfang des RotorträgersInner circumference of the rotor arm
2828: Außenumfang der Spindelouter circumference of the spindle
2929: Trapezgewinde der SpindelSpindle trapezoidal thread
3030: Axiallagerthrust bearing
3131: Schaltelement (Losrad)switching element (loose wheel)
3232: Getriebetransmission
3333: Kraftfahrzeugmotor vehicle
3434: Lagerung SchaltelementStorage switching element
3535: Getriebewellegear shaft
3636: Verlauf RotorpositionHistory of rotor position
3737: Verlauf SpindelpositionHistory of spindle position
100100: Wechsel positionsgeregelte Auslegefunktion in Jitter-BetriebSwitch from position-controlled sizing function to jitter operation
200200: Schlagmoduspunch mode
201-209201-209: Verfahrensschritte SchlagmodusProcess Steps Impact Mode
300300: positionsgeregelte Auslegefunktionposition-controlled delivery function
400400: Spielaufbaumodusmatchmaking mode
401-409401-409: Verfahrensschritte SpielaufbaumodusProcedural Steps Setup Mode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102006049274 A1 [0002, 0007]

Claims

Electromechanical actuator (23) for generating an axial actuating force, the electromechanical actuator (23) comprising an electrical machine (24) with a stator (1) and with a rotor (2), a spindle drive (5) with a rotatable element (6/ 7) and with a translationally movable element (7/6), wherein a rotation of the rotatable element (6/7) leads to a translational movement of the translationally movable element (7/6), and a control unit (17), wherein - the rotor (2) and the rotatable element (6/7) of the spindle drive (5) are coupled to one another in a circumferential direction (U) in such a way that rotation of the rotor (2) results in rotation of the rotatable element (6/7) of the spindle drive (5) and - there is rotational play (8) between the rotor (2) and the rotatable element (6/7) of the spindle drive (5) in the circumferential direction (U), - The control unit (17) is set up to control the electric machine in a backlash build-up mode when the rotor (2) is at a standstill due to an excessive counter-torque of the rotatable element (6/7) of the spindle drive (5) such that the rotor ( 2) is reset within the rotating game (8) in a game setup direction of rotation (U2), wherein the game setup direction of rotation (U2) runs in the opposite direction to a batting direction of rotation (U1), and - the control unit (17) is set up to control the electric machine in an impact mode in such a way that the rotor (2) is driven in the impact direction of rotation (U1), so that the rotor initially moves freely within the rotational play (8) relative to the rotatable Element (6/7) of the spindle drive (5) rotates in the direction of impact rotation (U1) and then hits the rotatable element (6/7), so that the rotatable element (6/7) is driven with momentum, and - The control unit (17) is set up to control the electric machine alternately in the game setup mode and in the impact mode until the control unit (17) determines that at least one jitter termination condition is met.

Electromechanical actuator (23) after claim 1 , wherein the jitter termination condition includes that the rotor (2) has reached a target position (Pos _Target ) specified by the control unit (17).

Electromechanical actuator (23) after claim 1 or 2 , wherein the jitter termination condition includes that the rotor (2) has rotated by an angle of rotation in the direction of flapping rotation (U1) which exceeds a rotation angle threshold value specified by the control unit (17).

Electromechanical actuator (23) according to any one of the preceding claims, wherein the jitter cancellation condition includes that the rotor (2) has rotated at a rotational speed which exceeds a speed threshold value predetermined by the control unit (17).

Electromechanical actuator (23) according to one of the preceding claims, the control unit (17) is set up to control the electric machine (24) in the impact mode until the control unit (17) determines that an impact termination condition is met, wherein the field termination condition includes that a first field period (t _Forw _max ) specified by the control unit (17) has expired.

Electromechanical actuator (23) after claim 5 , wherein the impact termination condition includes the control unit (17) determining that a current flows through the electromechanical actuator (23) after a second impact time period (t _Forw _min ) specified by the control unit (17) has elapsed, which current is (17) specified current threshold exceeds.

Electromechanical actuator (23) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (17) is set up to control the electric machine (24) in the game setup mode such that - the rotor (2) for a first reset period (t _Backw1 ). constant first torque (TRQ _Backw1 ) in the direction of rotation (U2) for building up play, and - that the rotor (2) _provides a constant second torque ( _{TRQ Backw2} ₎ in the Game setup direction of rotation (U2) provides, wherein the first torque (TRQ _Backw1 ) is higher than the second torque (TRQ _Backw2 ).

Electromechanical actuator (23) after claim 7 , wherein the control unit (17) is set up to cancel the resetting of the rotor (2) if the control unit determines that the rotor (2) has rotated by a rotation angle in the game setup rotation direction (U2) which is one of the control unit ( 17) exceeds the specified rotation angle threshold value.

Electromechanical actuator (23) according to one of Claims 7 or 8th , wherein the control unit (17) is set up to - over a control period of several past, alternately performed controls of the electric machine (24) in the impact mode and in the game setup mode comprises detecting a control angle of rotation by which the rotor (2) has rotated cumulatively in the direction of impact (U1), - depending on the control angle of rotation in a current game setup phase, setting the extent to which the rotor (2) is within of the rotary play (8) in the direction of rotation (U2) for setting up play is reset and/or - depending on the control angle of rotation, a current value is set in a current phase of building a shot, which flows through the electromechanical actuator in order to drive the rotor (2) in the direction of rotation (U1) of the shot .

Electromechanical actuator (23) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (17) is set up to to control the electric machine (24) alternately in the shot mode and in the game setup mode only if the control unit (17) has previously received shot permission from a system superordinate to the control unit (17).

Transmission (32) comprising an electromechanical actuator (23) according to any one of the preceding claims.

Motor vehicle (33) comprising a transmission (32). claim 11 .

Method for generating an axial actuating force by means of an electromechanical actuator (23) according to one of Claims 1 until 10 , wherein the electrical machine (24) of the electromechanical actuator (23) is alternately controlled in the game setup mode and in the hitting mode until the control unit (17) of the electromechanical actuator (23) determines that at least one jitter termination condition is met.