EP4690438A1

EP4690438A1 - Verfahren zum positionieren einer rotorwelle eines elektromotors, computerprogramm, computerprogrammprodukt, system und fahrzeug

Info

Publication number: EP4690438A1
Application number: EP24715131.9A
Authority: EP
Inventors: Soufiane KOLODZIEJ; Peter Senft; Christian MEY; Markus Ströhla
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2023-04-05
Filing date: 2024-03-25
Publication date: 2026-02-11
Also published as: DE102023203149A1; WO2024208643A1; CN120937220A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Positionieren einer Rotorwelle (RW) eines Elektromotors vorgeschlagen, aufweisend die Verfahrensschritte: - Bestimmen einer Initialposition der Rotorwelle (RW) aus einer Vielzahl von definierbaren Drehwinkelpositionen der Rotorwelle (RW), in welchen die Rotorwelle (RW) mittels eines Formschlusselements (FE) eines Sperraktuators (SA) verzwängungsfrei verriegelbar oder entriegelbar ist, wobei zum Bestimmen dieser Initialposition die Rotorwelle (RW) über ihren Umfang in einzelne Kreissegmentabschnitte derart untereilt wird, dass jedem dieser Kreissegmentabschnitte ein Formschlusselementabschnitt zugeordnet wird, welcher mit einem dazu komplementär ausgeformten Formschlusselementabschnitt des Sperraktuators (SA) fügbar ist, - Positionieren der Rotorwelle (RW) in eine dieser Drehwinkelpositionen, wobei eine absolute Drehwinkelposition der Rotorwelle (RW) mittels eines Rotor(wellen)positionssensors erfasst wird, und - Verriegeln oder Entriegeln der Rotorwelle (RW) in dieser Drehwinkelposition, indem das Formschlusselement (FE) in einer Hubbewegung in die Rotorwelle (RW) hinein oder aus der Rotorwelle (RW) heraus verfahren wird. Es werden zudem ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt, ein System sowie ein Fahrzeug vorgeschlagen.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Positionieren einer Rotorwelle eines Elektromotors, Computerprogramm, Computerprogrammprodukt, System und Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren einer Rotorwelle eines Elektromotors, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs.

Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt, welche jeweils dieses Verfahren abbilden, ein System mit einem Sperraktuator und einer mit dem Sperraktuator verbundenen Steuereinheit, wobei die Steuereinheit ein solches Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt aufweist, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt.

Es sind Parksperren bekannt, bei welchen ein elektrisch aktuierbarer Hebel mit einem sog. Klinkenzahn mit einem Zahnrad eines Antriebsstrangs zusammenwirkt, um den Antriebsstrang zu blockieren bzw. zu verriegeln. Es sei beispielsweise die Druckschrift DE 102017 102 804 A1 genannt, die eine solche Parksperre mit einem Klinkenmechanismus beschreibt.

Auch sind Parksperren bekannt, deren Sperrorgan bzw. Sperrelement geradlinig entlang einer Bewegungsbahn verstellbar bzw. verfahrbar ist. Es sei beispielsweise die Druckschrift DE 10 2019 110 384 A1 genannt, die eine solche Parksperre mit einem Sperrbolzen beschreibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, sowohl das Verriegeln als auch das Entriegeln einer solchen Parksperre zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein gemäß Anspruch 1 vorgeschlagenes und unter Schutz gestelltes Verfahren gelöst. Es wird ein Verfahren zum Positionieren einer Rotorwelle eines Elektromotors, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs vorgeschlagen, aufweisend die Verfahrensschritte:

- Bestimmen einer Initialposition der Rotorwelle aus einer Vielzahl von definierbaren Drehwinkelpositionen der Rotorwelle, in welchen die Rotorwelle mittels eines Formschlusselements eines Sperraktuators verzwängungsfrei verriegelbar oder entriegelbar ist, wobei zum Bestimmen dieser Initialposition die Rotorwelle über ihren Umfang in einzelne Kreissegmentabschnitte derart untereilt wird, dass jedem dieser Kreissegmentabschnitte ein Formschlusselementabschnitt zugeordnet wird, welcher mit einem dazu komplementär ausgeformten Formschlusselementabschnitt des Sperraktuators fügbar ist,

- Positionieren der Rotorwelle in eine dieser Drehwinkelpositionen, wobei eine absolute Drehwinkelposition der Rotorwelle mittels eines Rotor(wellen)positions- sensors erfasst wird, und

- Verriegeln oder Entriegeln der Rotorwelle in dieser Drehwinkelposition, indem das Formschlusselement in einer Hubbewegung in die Rotorwelle hinein oder aus der Rotorwelle heraus verfahren wird.

Mittels eines sog. Rotor(wellen)positionssensors lässt sich eine Position bzw. Lage eines Rotors des Elektromotors und somit eine Position bzw. Lage der besagten Rotorwelle, auf welcher der Rotor angeordnet ist, relativ zu den drei Phasen bzw. zu den Polen eines Stators des Elektromotors genau bestimmen. Der Rotor(wellen)- positionssensor ermöglicht somit einerseits eine effiziente Kommutierung des Elektromotors und andererseits eine Bereitstellung einer absoluten Drehwinkelposition der Rotorwelle.

Der Rotor(wellen)positionssensor kann dabei in Gestalt eines induktiv wirkenden Signalgebers oder in Gestalt eines Hall-Gebers ausgeführt sein, deren Funktions- weise dem Fachmann hinreichend bekannt ist. Der Rotor(wellen)positionssensor kann dabei elektromotorseitig bzw. fahrzeugantriebsseitig, d.h. an einem Traktionsantrieb eines Fahrzeugs in Gestalt eines Elektromotors oder aber auch sperraktuatorseitig, d.h. am Sperraktuator vorgesehen sein.

Unter einer Initialposition der Rotorwelle ist eine ideale Drehwinkelposition bzw. Idealposition der Rotorwelle relativ zum Formschlusselement des Sperraktuators zu verstehen, und zwar aus einer Vielzahl von definierbaren, idealen Drehwinkelpositionen bzw. Idealpositionen der Rotorwelle, in welchen die Rotorwelle relativ zum Formschlusselement derart positioniert bzw. ausgerichtet ist, dass die Rotorwelle mittels des Formschlusselements des Sperraktuators verzwängungsfrei verriegelbar oder entriegelbar ist.

Verzwängungsfrei bedeutet dabei, dass die beiden miteinander zusammenwirkenden Formschlusselementabschnitte in Bezug auf ihre zugeordneten Flanken in Umfangsrichtung der Rotorwelle bzw. des Sperraktuators nicht in Kontakt kommen bzw. kontaktlos ineinandergreifen bzw. kontaktlos zueinanderstehen.

Von dieser - einmal bestimmten - Initialposition ausgehend lässt sich - entsprechend der besagten, definierbaren Teilung der Rotorwelle über ihren Umfang in die besagten Kreissegmentabschnitte - die Rotorwelle - und unter Berücksichtigung ihrer aktuellen, exakt erfassten Drehwinkelposition - in die jeweiligen Idealpositionen verdrehen bzw. verfahren. Diese sog. Idealpositionen stellen dabei Stützstellen dar, welche in einer Software bzw. einem Computerprogramm einer Steuereinheit zur Ansteuerung bzw. Verdrehung der Rotorwelle hinterlegt sind.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht demnach ein verzwängungsfreies Verriegeln oder Entriegeln der Rotorwelle durch das besagte Formschlusselement des Sperraktuators, denn die beiden miteinander zusammenwirkenden Formschlusselementabschnitte werden zum Zwecke des Verriegelns oder Entriegelns der Rotorwelle so zueinander positioniert bzw. ausgerichtet, dass in Bezug auf deren Flanken in Umfangsrichtung der Rotorwelle bzw. des Sperraktuators kein Kontakt zustande kommt. Ein Formschluss zwischen den beiden Formschlusselementabschnitten kommt somit mit Bezug auf diese Flanken kontaktlos zustande oder er wird mit Bezug auf diese Flanken kontaktlos aufgelöst. Somit kann aus der Sicht des Sperraktuators kraftoptimiert, d.h. mit minimalem Kraftaufwand verriegelt oder entriegelt werden.

Diese kraftoptimierte Aktuierung des Sperraktuators wiederum ermöglicht es den Sperraktuator kleinstmöglich bzw. sehr kompakt bauend und zugleich hinreichend robust auszuführen, d.h. kostengünstig und dabei gewichtseinsparend auszuführen. Damit einhergehend vereinfacht sich auch ein Montageaufwand für einen solchen Sperraktuator.

Dabei wird vorgeschlagen, dass ideale Drehwinkelpositionen verwendet werden, in welchen die beiden miteinander zusammenwirkenden Formschlusselementabschnitte keinen Relativwinkel zueinander bzw. miteinander einschließen. D.h., dass die beiden Formschlusselementabschnitte in Umfangsrichtung der Rotorwelle bzw. des Sperraktuators mittig zueinander liegen bzw. angeordnet sind.

Alternativ dazu können auch Drehwinkelpositionen im Sinne von Idealpositionen verwendet werden, in welchen die beiden miteinander zusammenwirkenden Formschlusselementabschnitte einen Relativwinkel zueinander bzw. miteinander einschließen, so dass sie eine in Umfangsrichtung der Rotorwelle bzw. des Sperraktuators außermittige Anordnung zueinander bilden, sofern in Bezug auf die besagten Flanken der Formschlusselementabschnitte in Umfangsrichtung der Rotorwelle bzw. des Sperraktuators kein Kontakt zustande kommt. Dabei würde ein mechanisches Spiel zwischen den beiden Formschlusselementabschnitten in Umfangsrichtung der Rotorwelle bzw. des Sperraktuators entsprechend vorgesehen werden. Ein solches mechanisches Spiel ermöglicht dabei - je nach Auslegung - eine Vielzahl von möglichen Positionen der beiden miteinander zusammenwirkenden Formschlusselementabschnitte zueinander, in welchen der besagte Kontakt zwischen den besagten Flanken nicht zustande kommt. Es wird vorgeschlagen, zur Unterteilung des Umfangs der Rotorwelle eine gleichmäßige Teilung zu verwenden. Dies vereinfacht das Positionieren der Rotorwelle, ausgehend von der besagten, einmal bestimmten und festgelegten Initialposition.

In einer Ausführung wird ein Sperrmechanismus vorgeschlagen, bei welchem das Formschlusselement in einer Axialhubbewegung und längs zur Rotorwelle verfahren wird. Dabei kann eine Rotorwelle mit einer Außenverzahnung in einem Bereich eines ihrer Enden und ein dazu komplementär ausgeformtes Formschlusselement verwendet werden, welches in einer Axialhubbewegung und längs zur Rotorwelle gegen und in die Rotorwelle hinein verfahren wird.

Das vorgeschlagene Verfahren kann zur Absicherung eines Fahrzeugs verwendet werden. Dabei wird vorgeschlagen, dass die Rotorwelle, nachdem das Formschlusselement verzwängungsfrei in die Rotorwelle hinein verfahren wurde, im oder gegen den Uhrzeigersinn definiert gegen das Formschlusselement angeschlagen wird, um die Rotorwelle gegen das Formschlusselement zu verspannen. Dabei kann die Rotorwelle gegen das Formschlusselement bis zum Erreichen eines definierbaren elektromotorischen Abschaltmoments des Elektromotors angeschlagen werden, bei welchem die Verdrehung der Rotorwelle unterbrochen wird.

Das Abschaltmoment des Elektromotors korrespondiert dabei zu einer überwachbaren Stromaufnahme des Elektromotors, so dass bei Erreichen eines definierbaren Referenzwertes für die Stromaufnahme der Elektromotor abgeschaltet bzw. die Verdrehung der Rotorwelle unterbrochen wird.

Diese gezielt herbeigeführte Verspannung bewirkt einen effizienten Manipulationsschutz, welcher eine Entriegelung des Sperraktuators durch Dritte bzw. Unbefugte unterbindet oder aber zumindest signifikant erschwert. Und bei einem Versuch den Sperraktuator im verspannten Zustand des Sperrmechanismus zu manipulieren, etwa durch Anlegen eines Stromes an den Aktuator, reicht die dabei seitens des Aktuators erzeugte Kraft nicht für den Entriegelungsvorgang aus. Das vorgeschlagene Verfahren kann auch dazu verwendet werden, um eine belastungsbedingt gegen das Formschlusselement angeschlagene und verspannte Rotorwelle zu entspannen. Dabei wird die Rotorwelle in diejenige Drehwinkelposition positioniert, in welcher sie zuvor verzwängungsfrei verriegelt wurde, um die Rotorwelle zu entspannen, wobei anschließend das Formschlusselement verzwängungsfrei aus der Rotorwelle heraus verfahren wird.

Ein solch belastungsbedingt verspannter Zustand einer Rotorwelle stellt sich zum Beinspiel ein, wenn ein Fahrzeug in einer Schräglage abgestellt wird, etwa bedingt durch einen Bordstein, auf welchem es bspw. mit nur einem Reifen aufliegend abgestellt wird. Dabei stellt sich in einem verriegelten Zustand des Sperraktuators eine Verspannung des Antriebsstranges ein, weil sich das Fahrzeug am Sperraktuator abstützt. In einem solchen Zustand des Fahrzeugs bedarf es zur Entriegelung des Sperraktuators einer gegenüber einer ebenen Abstelllage des Fahrzeugs größeren vom Sperraktuator aufzubringenden Entriegelungskraft.

Man denke an dieser Stelle z.B. auch an eine Parksituation, ich welcher ein Fahrzeug auf einer Straße mit einer Steigung bzw. einem Gefälle abgestellt wird. Auch in einer solchen Situation stütz sich das Fahrzeugs an der Parksperre ab, und zwar aufgrund einer auf das Fahrzeug wirkenden Hangabtriebskraft, welche als solche das Fahrzeug zu bewegen versucht.

Es wird zudem ein Computerprogramm zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen sowie ein Computerprogrammprodukt, umfassend Programmcode-Mittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen, wenn die Programmcode-Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.

Des Weiteren wird ein System mit einem Sperraktuator und einer Steuereinheit, die mit dem Sperraktuator verbunden ist, vorgeschlagen, wobei die Steuereinheit ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt der zuvor beschriebenen Art aufweist, sowie ein Fahrzeug mit einem Computerprogramm oder einem Computerprogrammprodukt der zuvor beschriebenen Art.

Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug bzw. Kraftfahrzeug zu verstehen, welches elektromotorisch betrieben wird, insbesondere aber Personenkraftwagen und / oder Nutzfahrzeuge in Gestalt von Elektro- oder Hybridfahrzeugen. Dabei kann es sich um teilautonom oder vollautonom betriebene Fahrzeuge handeln.

Es zeigen, teilweise schematisch:

Fig. 1 eine Anordnung eines Sperraktuators und einer sperrbaren Rotorwelle eines Elektromotors,

Fig. 2 eine systemische Darstellung eines Inverters mit einer Steuereinheit und des in Fig. 1 gezeigten Sperraktuators mit einer Steuereinheit,

Fig. 3 einen Verriegelungsvorgang des in Fig. 1 gezeigten Sperrmechanismus und

Fig. 4 einen Entriegelungsvorgang des in Fig. 1 gezeigten Sperrmechanismus.

Der Sperrmechanismus nach Fig. 1 veranschaulicht dabei zwei zueinander komplementär ausgebildete sowie relativ zueinander verdrehbare Formschlusselemente, und zwar ein erstes Formschlusselement FE eines Sperraktuators SA sowie ein zweites Formschlusselement in Gestalt einer sperrbaren Rotorwelle RW eines - nicht gezeigten - Elektromotors zum Antrieb eines Fahrzeugs. Der Sperraktuator SA ist dabei an einem - nicht gezeigten - Gehäuse des Elektromotors einer Elektromotor-Antriebseinheit, die als solche ein Getriebe umfassen kann, angebracht und kann sich daher an diesem Gehäuse abstützten. Je nach dem, in welchem Zustand sich der Sperrmechanismus befindet, sind diese beiden Formschlusselemente FE, RW zueinander koaxial (entriegelter Zustand) oder abschnittsweise konzentrisch (verriegelter Zustand) angeordnet.

Dabei wirkt eine Innenverzahnung IV des Formschlusselements FE mit einer Außenverzahnung AV der Rotorwelle RW zusammen, welche als solche in einem Bereich eines Endes der Rotorwelle RW ausgeformt ist, indem das Formschlusselement FE in einer Axialhubbewegung und längs zur Rotorwelle RW elektrisch aktuiert und dabei mit dem Rotorwellenende abschnittsweise gefügt wird.

Das besagte Fahrzeug, welches diesen Sperrmechanismus umfasst, weist eine Elektromotor-Antriebseinheit mit einem Elektromotor in Gestalt einer permanentöder fremderregten Synchronmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs auf, wobei der Elektromotor ggf. mit einem Reduktionsgetriebe kombiniert sein kann, eine Hochvolt-Batterie sowie einen Inverter, welcher von einer Leistungselektronik des Fahrzeugs umfasst ist und welcher die Verbindung zwischen dem Elektromotor und der Hochvolt-Batterie herstellt. Die Leistungselektronik kann dabei optional einen integrierten Spannungswandler umfassen, weicher ein Niedervolt-Bordnetz des Fahrzeugs aus dem Hochvolt-Bordnetz des Fahrzeugs versorgt.

Eine Steuereinheit des Inverters steuert, regelt und überwacht den Elektromotor und sorgt für eine anforderungsgerechte Drehmomentversorgung und Drehzahlsteuerung eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs. Außerdem wandelt der Inverter die Gleichspannung der Hochvolt-Batterie in die vom Elektromotor benötigte Wechselspannung um.

Die Leistungselektronik bzw. der von der Leistungselektronik umfasste Inverter versorgt nicht nur den Elektromotor mit Strom, sondern auch die Hochvolt-Batterie - nämlich dann, wenn der Elektromotor als Generator arbeitet und Strom in die Hochvolt-Batterie einspeist. Bei diesem als Rekuperation bezeichneten Vorgang wandelt sie den vom Elektromotor erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom um und lädt damit die Hochvolt-Batterie. Fig. 2 veranschaulicht eine systemische Verbindung zwischen dem besagten Inverter bzw. einer invertereigenen Steuereinheit SEinv und dem Sperraktuator bzw. einer sperraktuatoreigenen Steuereinheit SESA. Die Steuereinheit SEinv gibt dabei in Abhängigkeit von Eingangsparametern FP des Fahrzeugs (FP = Fahrzeugparameter) einen Steuerbefehl SB an die Steuereinheit SESA aus, woraufhin der Sperraktuator SA die Rotorwelle RW verriegelt bzw. sperrt oder entriegelt bzw. entsperrt. Seitens der Steuereinheit SESA werden ein Aktuatorzustand AZ sowie ein Verriegelungs- bzw. Sperrzustand VZ angezeigt bzw. ausgebeben.

Fig. 3 veranschaulicht eine aufgewickelt dargestellte Anordnung der Innenverzahnung IV des Formschlusselements FE und der Außenverzahnung AV der Rotorwelle RW zueinander, und zwar relativ zu einer Umfangsrichtung sowie einer Längsrichtung der beiden Formschlusselemente FE, RW. Die Innenverzahnung IV ist dabei relativ zur Umfangsrichtung der beiden Formschlusselemente FE, RW ortsfest und die Außenverzahnung AV ist zur Innenverzahnung IV relativ verdrehbar.

Dabei sind sowohl das Formschlusselement FE als auch die Rotorwelle RW gemäß einer definierbaren gemeinsamen Teilung über den jeweils zugeordneten Umfang in gleichmäßige Kreissegmentabschnitte untereilt (Kreissegmentabschnitt = 3607n; n = Anzahl der Zähne), welche somit allesamt die gleiche Winkelerstreckung aufweisen.

In der aufgewickelten Darstellung nach Fig. 3 ist diese Winkelerstreckung eines solchen Kreissegmentabschnitts als Segmentlänge SL veranschaulicht. Und bezogen auf einen Radius vom Mittelpunkt des Formschlusselements FE bzw. vom Mittelpunkt der Rotorwelle RW entspricht diese Winkelerstreckung einem teilungsbedingt bogenförmigen Abstand zwischen den Mitten zweier benachbarter Zähne der Innenverzahnung IV bzw. den Mitten zweier benachbarter Zahnlücken der Außenverzahnung AV.

Diese Segmentlänge SL nach Fig. 3 - in Grad (Winkel) ausgedrückt - beschreibt dabei eine Schrittweite von einer idealen Ausrichtung zur nächsten idealen Ausrichtung der beiden Formschlusselemente FE, RW zueinander, wobei in diesen idealen Ausrichtungen die jeweils zugeordneten Segmentlängen SL keinen Winkelversatz zueinander aufweisen bzw. einschließen. D.h., dass diese jeweils zugeordneten Segmentlängen SL relativ zueinander exakt zusammenfallen und somit in Umfangsrichtung der beiden Formschlusselemente FE, RW keine Verschiebung bzw. Abweichung zueinander darstellen.

Eine solch ideale Ausrichtung der beiden Formschlusselemente FE, RW zueinander ist durch die in Fig. 3 dargestellte oberste Anordnung der Innenverzahnung IV und der Außenverzahnung AV veranschaulicht. In dieser Anordnung sind die beiden Formschlusselemente FE, RW nicht miteinander gefügt. Der Sperrmechanismus, den die beiden Formschlusselemente FE, RW ausbilden, ist also entriegelt bzw. entsperrt. Eine dieser idealen Ausrichtungen in einer Drehrichtung der Rotorwelle RW gilt es dabei im Sinne einer Initialposition bzw.

-läge zu bestimmen, in welcher die beiden Formschlusselemente FE, RW bezüglich der jeweiligen, zugeordneten Zahnflanken kontaktlos und somit verzwängungsfrei und infolgedessen aus Sicht des Sperraktuators SA kraftoptimiert miteinander gefügt werden können.

In Kenntnis dieser einmal bestimmten Initialposition lässt sich die Rotorwelle RW entsprechend der festgelegten Teilung, d.h. der Anzahl der Kreissegmentabschnitte nach, welche durch die Anzahl der Zähne definiert wird, in die jeweiligen Idealausrichtungen bzw. in die dazu korrespondierenden Drehwinkelpositionen verdrehen (veranschaulicht durch die vorletzte Anordnung in Fig. 3). Dabei wird eine absolute Drehwinkelposition der Rotorwelle RW mittels eines Rotor(wellen)positionssensors exakt erfasst.

So lassen sich die Umfänge der beiden Formschlusselemente FE, RW in z. B. n = 32 (weil jeweils 32 Zähne aufweisend) Kreissegmentabschnitte unterteilen, so dass sich jeweils gleichmäßige Kreissegmentabschnitte von 360732 = 11 ,25° ergeben. Die besagten Idealausrichtungen bzw. die dazu korrespondierenden Drehwinkelpositionen der Rotorwelle RW stellen somit Stützstellen dar, die als solche in der Steuereinheit SEinv hinterlegt sind und angefahren werden können. Die in der Fig. 3 dargestellte zweite und dritte Anordnung der Innenverzahnung IV und der Außenverzahnung AV veranschaulichen jeweils eine Abweichung Abw. 01 , Abw. 02 zwischen den zugeordneten Segmentlängen SL, wobei diese Abweichungen Abw. 01 , Abw. 02 einen Formschluss des Sperrmechanismus nicht zulassen.

In einer Parksituation, in welcher das Fahrzeug zum Stillstand gebracht und verriegelt werden soll, kann die Rotorwelle RW in einer ersten oder in einer dazu entgegengesetzten zweiten Drehrichtung bzw. im oder gegen den Uhrzeigersinn bis in eine der besagten Idealausrichtungen verdreht werden.

Die Rotorwelle RW kann dabei - dem kürzesten Weg nach - in die nächstgelegene Idealausrichtung bzw. bis zur nächsten Stützstelle verdreht werden, d.h. in diejenige Idealausrichtung, welche mit der aktuell erfassten absoluten Drehwinkelposition der Rotorwelle RW den kleinsten Winkel einschließt bzw. die kleinste Winkeldifferenz bildet, sofern es die Umgebungsbedingungen zulassen. Die Rotorwelle RWwird demnach um eine dieser erfassten Winkeldifferenzen bis in die entsprechende Stützstelle verdreht.

In der vorletzten in Fig. 3 dargestellten Anordnung, in welcher eine solch ideale Ausrichtung der Rotorwelle RW zum Formschlusselement FE veranschaulicht ist, wird seitens der Steuereinheit SEinv des Inverters der Steuerbefehl SB zur Verriegelung der Rotorwelle RW an die Steuereinheit SEA des Sperraktuators SA ausgegeben, woraufhin das Formschlusselement FE - während das Fahrzeug stillsteht (Fahrzeuggeschwindigkeit = 0 km/h) - eklektisch gegen die Rotorwelle RW aktuiert bzw. verfahren wird. Dabei wird das Formschlusselement FE verzwäng- ungsfrei, d.h. mit Bezug auf die jeweiligen Zahnflanken kontaktlos und infolgedessen aus Sicht des Sperraktuators SA kraftoptimiert in die Rotorwelle RW hinein verfahren.

In der letzten bzw. untersten Anordnung in Fig. 3 ist ein Formschluss des Sperrmechanismus veranschaulicht. Dabei sind die beiden Formschlusselemente FE, RW spielbedingt zueinander leicht versetzt. D.h., dass die zugeordneten Kreissegmentabschnitte der beiden Formschlusselemente FE, RW nicht mehr exakt zueinander ausgerichtet sind.

Fig.4 hingegen veranschaulicht eine Entsperrung bzw. Entriegelung des Sperrmechanismus ausgehend von der in Fig. 4. dargestellten obersten Anordnung, in weicher ein Sperrzustand bzw. Verriegelungszustand des Sperrmechanismus veranschaulicht ist. Dabei veranschaulicht diese oberste Anordnung einen Zustand, in welchem die Außenverzahnung AV gegen die Innenverzahnung IV angeschlagen ist. In dieser Anordnung ist eine Abweichung Abw. 03 zwischen den jeweils zugeordneten Segmentlängen SL veranschaulicht.

Dies kann zum einen dadurch bedingt sein, dass das Fahrzeug uneben abgestellt wird, so dass sich das Fahrzeug neigungsbedingt am Sperraktuator SA und somit am Gehäuse des Elektromotors abstützt. Dies wiederum bedingt eine Verspannung der Rotorwelle RW gegen das Formschlusselement FE.

Eine solche Verspannung der Rotorwelle RW gegen das Formschlusselement FE kann zum anderen auch dadurch bedingt sein, dass die Rotorwelle RW, nachdem sie durch das Formschlusselement FE verzwängungsfrei verriegelt worden ist, im oder gegen den Uhrzeigersinn definiert gegen das Formschlusselement FE angeschlagen wird, um die Rotorwelle RW gegen das Formschlusselement FE definiert zu verspannen. Dadurch wird ein Manipulationsschutz gegenüber Dritten bzw. Unbefugten gewährleistet, welcher eine Entriegelung des Sperraktuators unterbindet oder aber zumindest signifikant erschwert.

Bei einer Inbetriebnahme des Fahrzeugs wird seitens der Steuereinheit SEA ein Verriegelungszustand VZ angezeigt und an die Steuereinheit SEinv ausgegeben. Die Steuereinheit SEinv gibt einen Steuerbefehl SB zur Entriegelung der Rotorwelle RW an die Steuereinheit SEA aus. Daraufhin wird die Rotorwelle RW - bei stillstehendem Fahrzeug (Fahrzeuggeschwindigkeit = 0 km/h) und in Kenntnis der exakt erfassten absoluten Position bzw. Lage der Rotorwelle RW - in die Drehwinkelposition positioniert, in welcher sie zuvor verriegelt wurde und mit welcher die aktuell erfasste absolute Drehwinkelposition der Rotorwelle RW einen Winkel einschließt bzw. eine Winkeldifferenz bildet, um die Rotorwelle RW zu entspannen. Die Rotorwelle RWwird demnach um diese Winkeldifferenz in die zuletzt angefahrene Stützstelle verdreht.

Anschließend wird das Formschlusselement FE verzwängungsfrei, d.h. mit Bezug auf die jeweiligen, zugeordneten Zahnflanken kontaktlos und infolgedessen aus Sicht des Sperraktuators SA kraftoptimiert aus der Rotorwelle RW heraus verfahren, so dass ein Formschluss des Sperrmechanismus aufgelöst wird. Das Fahrzeug kann daraufhin bewegt werden.

Die Abweichung Abw. 03 nach Fig. 4 ist dabei nicht nur spielbedingt, d.h. nicht nur durch ein mechanisches Spiel zwischen dem Formschlusselement FE und der Rotorwelle RW in Umfangsrichtung des Sperraktuators SA bedingt, sondern auch durch eine dem Sperrmechanismus zugrunde liegende Elastizität, durch welche sich infolge einer sich einstellenden Belastung, welche auf den Sperrmechanismus wirkt, eine entsprechende Position der Rotorwelle RW relativ zum Formschlusselement FE einstellt. Diese Elastizität hängt dabei von der Ausbildung der beiden Formschlusselement FE, RW ab.

Eine derartige Abweichung Abw. 03, bei welcher die Rotorwelle RW gegen das Formschlusselement FE verspannt ist, kann aber auch nur durch eine dem Sperrmechanismus zugrunde liegende Elastizität bedingt sein, wobei sich die Abweichung Abw. 03 in Verbindung mit einer sich einstellenden bzw. darstellenden Belastung einstellt, die als solche auf den Sperrmechanismus wirkt. Dies hängt davon ab, wie die beiden miteinander zusammenwirkenden Formschlusselemente FE, RW abschnittsweise ausgeformt bzw. ausgebildet sind. Es sei an dieser Stelle eine Verzahnungspaarung in Gestalt einer Hirthzverzahnung genannt, die als solche kein mechanisches Spiel zulässt.

Die Positionierung der Rotorwelle RW kann dabei über eine sog. Drehzahlregelung oder eine sog. Drehmomentregelung mit einem sog. P-Anteil und einem sog. I-Anteil erfolgen. Die besagten Idealausrichtungen der beiden Formschlusselemente FE, RW zueinander bzw. die dazu korrespondierenden Drehwinkelpositionen der Rotorwelle RW, die als solche - wie zuvor beschrieben wurde - Stützstellen darstellen und in der Steuereinheit SEinv hinterlegt sind, können zudem mittels eines Lern- bzw. Adaptionsverfahrens angelernt werden, so dass Fertigungstoleranzen zwischen den beiden Formschlusselementen FE, RW vorteilhafterweise ausgeglichen werden können.

Die zuvor beschriebenen Steuereinheiten SEinv, SEA umfassen dabei eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU), einen Arbeitsspeicher (RAM) sowie ein Speichermittel. Die CPU ist dabei ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien in Gestalt magnetischer, Festkörper- und anderer nicht-flüchtiger Medien besitzen, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie der vorteilhaften Ausgestaltungen gespeichert ist. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahrensaspekte verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen und damit sowohl das Fahrzeug als auch die Parksperre bzw. Sperrvorrichtung steuern kann.

Zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens geeignet ist ein Computerprogramm, welches Programmcode-Mittel aufweist, um alle Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche bzw. Verfahrensansprüche durchzuführen, wenn das Programm in der CPU ausgeführt wird.

Das Computerprogramm kann dabei mit einfachen Mitteln in eine bereits bestehende Ansteuerelektronik eingelesen und verwendet werden, um sowohl das Fahrzeug als auch den Sperraktuator - bzw. die Parksperre bzw. die Sperrvorrichtung - zu steuern. Hierfür vorgesehen ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche durchzuführen, wenn das Computer- programmprodukt in der CPU ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann auch als Nachrüstoption in die Ansteuerelektronik integriert werden.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zum Positionieren einer Rotorwelle (RW) eines Elektromotors, insbesondere zum Antrieb eines Fahrzeugs, aufweisend die Verfahrensschritte:

- Bestimmen einer Initialposition der Rotorwelle (RW) aus einer Vielzahl von definierbaren Drehwinkelpositionen der Rotorwelle (RW), in welchen die Rotorwelle (RW) mittels eines Formschlusselements (FE) eines Sperraktuators (SA) verzwängungsfrei verriegelbar oder entriegelbar ist, wobei zum Bestimmen dieser Initialposition die Rotorwelle (RW) über ihren Umfang in einzelne Kreissegmentabschnitte derart untereilt wird, dass jedem dieser Kreissegmentabschnitte ein Formschlusselementabschnitt zugeordnet wird, welcher mit einem dazu komplementär ausgeformten Formschlusselementabschnitt des Sperraktuators (SA) fügbar ist,

- Positionieren der Rotorwelle (RW) in eine dieser Drehwinkelpositionen, wobei eine absolute Drehwinkelposition der Rotorwelle (RW) mittels eines Rotor(wellen)positionssensors erfasst wird, und

- Verriegeln oder Entriegeln der Rotorwelle (RW) in dieser Drehwinkelposition, indem das Formschlusselement (FE) in einer Hubbewegung in die Rotorwelle (RW) hinein oder aus der Rotorwelle (RW) heraus verfahren wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei Drehwinkelpositionen verwendet werden, in welchen die beiden Formschlusselementabschnitte keinen Relativwinkel zueinander einschließen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Unterteilung des Umfangs der Rotorwelle (RW) eine gleichmäßige Teilung verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formschlusselement (FE) in einer Axialhubbewegung und längs zur Rotorwelle (RW) verfahren wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rotorwelle (RW), nachdem das Formschlusselement (FE) verzwängungsfrei in die Rotorwelle (RW) hinein verfahren wurde, im oder gegen den Uhrzeigersinn definiert gegen das Formschlusselement (FE) angeschlagen wird, um die Rotorwelle (RW) gegen das Formschlusselement (FE) zu verspannen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei eine belastungsbedingt gegen das Formschlusselement (FE) angeschlagene und verspannte Rotorwelle (RW) in diejenige Drehwinkelposition positioniert wird, in welcher sie zuvor verzwängungsfrei verriegelt wurde, um die Rotorwelle (RW) zu entspannen, und wobei anschließend das Formschlusselement (FE) verzwängungsfrei aus der Rotorwelle (RW) heraus verfahren wird.

7. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6.

8. Computerprogrammprodukt umfassend Programmcode-Mittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn die Programmcode-Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.

9. System mit einem Sperraktuator (SA) und einer Steuereinheit (SEinv, SESA) zur Aktuierung des Sperraktuators (SA), wobei die Steuereinheit (SEinv, SESA) ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8 aufweist.

10. Fahrzeug mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9.