WO2003016738A1 - Verfahren zum bestimmen eines bewegungszustandes eines kupplungsaktors bei einem fahrzeug - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a state of motion of a clutch actuator in a vehicle, the clutch actuator being driven by an electric motor.
  • Methods for determining the state of motion of a clutch actuator are known. For example, the standstill at a stop can be recognized as a movement state of the clutch actuator with an incremental sensor. Due to measurement inaccuracies in the known method, it is necessary to carry out a check of the specific movement states at regular intervals, so that a recalibration is possible.
  • the object of the invention is to specify a method for determining a state of motion, which enables the aforementioned procedure. Furthermore, the task is based on the measurement of the armature resistance to implement a position reinitialization in the clutch actuator simply and reliably.
  • a method according to the invention is proposed in which the armature resistance R A of the electric motor is determined in a stationary state of the electric motor, the armature resistance R A and the applied motor voltage U and the measured motor current I Motor-induced current nd and / or an induced voltage li ⁇ n _ can be calculated, and the motion state of the clutch actuator is determined from the induced current lind and / or the induced voltage U ⁇ n d, which are proportional to the engine speed n. In this way, a position of the clutch actuator can be recognized.
  • the motor current I can preferably be used as a function of the speed n to determine a state of motion.
  • a current induced by the motor rotation is used as a signal in this context: ⁇ u ind . u
  • I motor current on the electric motor
  • the voltage Uin d induced in the electric motor is also proportional to the motor speed n and can be calculated using the following equation:
  • the armature resistance R A depends in particular on the temperature of the armature windings.
  • aging effects due to wear of the brushes, e.g. B. carbon brushes on the commutator occur. It is therefore advisable to measure the armature resistance RA at regular intervals.
  • the armature resistance is measured when the clutch actuator is stationary. Preferably with the electric motor stopped. To determine when the electric motor is really stopped, it is advantageous to use a clutch actuator with a self-locking gear. In the case of a self-locking transmission, there is a braking torque which counteracts any engine torque M. If the torque (U ⁇ I ⁇ M) generated by the motor voltage U is less than the braking torque of the transmission, plus the friction in the motor, the motor stops despite the voltage U being applied.
  • the armature resistance R A can then be determined by a current measurement at a known voltage U. Possible inaccuracies in the measurement of a small current I can be averaged over time, e.g. B. by a hardware low pass or numerically in the control unit. Since the motor is in a steady state, the armature inductance is not taken into account in the measurement.
  • the armature resistance R A can be measured in any position of the clutch actuator. Furthermore, the thermal load on the motor is advantageously kept low.
  • the method according to the invention can preferably be used in a clutch actuator with incremental displacement measurement.
  • the clutch actuator can be recalibrated at regular intervals or shortly before the armature resistance R A is required, namely for position reinitialization.
  • the state of motion of the clutch actuator can be recognized on the basis of the motor current I.
  • This signal is independent of the applied motor voltage U.
  • the signal can only be influenced by the armature inductance if there are large changes in current. In this way, through the inventive method z. B. a standstill of the engine or the clutch actuator can be detected.
  • the exact position can preferably be determined on a
  • the induced current lin d which is proportional to the engine speed, can thus be calculated from the above equations.
  • Runflat strategy z. B. to develop in the event of a failure of the incremental encoder. Since the measurement of the armature resistance RA is required to compensate for changes in the armature resistance R A ZU, the causes of these changes can thus also be determined indirectly by the method according to the invention.
  • the engine temperature can also be determined by measuring R A. At least the voltage U can be selected with known armature resistance R A in such a way that the desired current, and thus the desired torque, results on the motor. This is e.g. B. for switch motors of interest. Here, however, the procedure for measuring the armature resistance should be adapted, since no self-locking gear is used.
  • a device for measuring the armature resistance at low voltages can be used to recalibrate the speed measurement with the motor current on the clutch actuator.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Bewegungszustandes eines Kupplungsaktors bei einem Fahrzeug vorgeschlagen, wobei der Kupplungsaktor durch einen Elektro-Motor angetrieben wird. Erfindungsgemäß wird der Ankerwiderstand (RA) des E-Motors in einem stationären Zustand des E-Motors ermittelt, wobei mit dem ermittelten Ankerwiderstand (RA) und der angelegte Motorspannung (U) sowie dem gemessenen Motorstrom (I) ein in dem E-Motor induzierter Strom (IInd) und/oder eine induzierte Spannung (UInd) berechnet wird, und wobei aus dem induzierten Strom (IInd) und/oder der induzierten Spannung (UInd), welche proportional zur Motordrehzahl (n) sind, der Bewegungszustand des Kupplungsaktors ermittelt wird.

Description

Verfahren zum Bestimmen eines Bewequnqszustandes eines Kupplunqsaktors bei einem Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Bewegungszustandes eines Kupplungsaktors bei einem Fahrzeug, wobei der Kupplungsaktor durch einen Elektro- Motor angetrieben wird.
Es sind Verfahren zum Bestimmen des Bewegungszustandes eines Kupplungsaktors bekannt. Beispielsweise kann der Stillstand an einem Anschlag als Bewegungszustand des Kupplungsaktors mit einem Inkrementalsensor erkannt werden. Aufgrund von Messungenauigkeiten bei dem bekannten Verfahren ist es erforderlich, in regelmäßigen Abständen eine Überprüfung der bestimmten Bewegungszustände vorzunehmen, sodass eine Rekalibrierung möglich ist.
Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen eines Bewegungszustandes anzugeben, welches die vorgenannte Vorgehensweise ermöglicht. Ferner liegt die Aufgabe zugrunde, durch die Messung des Ankerwiderstandes einfach und zuverlässig eine Positions-Reinitialisierung bei dem Kupplungsaktors zu realisieren.
Demzufolge wird ein erfindungsgemäßes Verfahren vorgeschlagen, bei dem der Ankerwiderstand RA des E-Motors in einem stationären Zustand des E-Motors ermittelt wird, wobei mit dem ermittelten Ankerwiderstand RA und der angelegten Motorspannung U sowie dem gemessenen Motorstrom I ein in dem E-Motor induzierter Strom nd und/oder eine induzierte Spannung li\n_ berechnet werden kann, und wobei aus dem induzierten Strom lind und/oder der induzierten Spannung Uιnd, welche proportional zur Motordrehzahl n sind, der Bewegungszustand des Kupplungsaktors ermittelt wird. Auf diese Weise kann eine Position des Kupplungsaktors erkannt werden.
Aus der folgenden Gleichung ist ersichtlich, dass bevorzugt der Motorstrom I als Funktion der Drehzahl n zum Bestimmen eines Bewegungszustandes verwendet werden kann. Insbesondere wird in diesem Zusammenhang ein durch die Motordrehung induzierter Strom lind als Signal verwendet: τ uind . u
KA KA wobei n = Motordrehzahl; lind = induzierter Strom;
Uind = induzierte Spannung;
RA = Ankerwiderstand;
I = Motorstrom am E-Motor;
U = Motorspannung am E-Motor.
Die in dem E-Motor induzierte Spannung Uind ist ebenfalls proportional zur Motordrehzahl n und kann durch folgende Gleichung berechnet werden:
UInd = ke - n wobei n = Motordrehzahl;
Uind = induzierte Spannung; ke = Proportionalitätsfaktor sind.
Bei der Bestimmung eines Bewegungszustandes ist es aber erforderlich, den Ankerwiderstand RA möglichst genau zu ermitteln. Der Ankerwiderstand RA hängt insbesondere von der Temperatur der Ankerwicklungen ab. Zudem können hier noch Alterungseffekte durch die Abnutzung der Bürsten, z. B. Kohlebürsten am Kommutator, auftreten. Es ist daher zweckmäßig den Ankerwiderstand RA in regelmäßigen Abständen zu messen.
Die Messung des Ankerwiderstandes erfolgt bei einem stationären Zustand des Kupplungsaktors. Vorzugsweise bei stehendem E-Motor. Um festzustellen, wann der E- Motor wirklich steht, ist es vorteilhaft einen Kupplungsaktor mit selbsthemmenden Getriebe zu verwenden. Bei einem selbsthemmenden Getriebe liegt ein Bremsmoment vor, das einem etwaigen Motormoment M entgegen wirkt. Wenn das durch die Motorspannung U aufgebrachte Moment (U ∞ I ∞ M) kleiner ist als das Bremsmoment des Getriebes, zuzüglich der Reibung im Motor, bleibt der Motor trotz angelegter Spannung U stehen.
Dabei stellt sich ein Motorstrom I
U_
/ = R.
ein. Somit kann dann der Ankerwiderstand RA durch eine Strommessung bei bekannter Spannung U ermittelt werden. Mögliche Ungenauigkeiten bei der Messung eines kleinen Stromes I können dabei durch eine zeitliche Mittelung , z. B. durch einen Hardware- Tiefpass oder numerisch im Steuergerät, verringert werden. Da sich der Motor in einem stationären Zustand befindet, wird die Ankerinduktivität bei der Messung nicht berücksichtigt. Die Messung des Ankerwiderstandes RA kann dabei in jeder beliebigen Stellung des Kupplungsaktors erfolgen. Ferner wird in vorteilhafter Weise die thermische Belastung des Motors gering gehalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt bei einem Kupplungsaktor mit Inkrementalwegmessung anwendet werden. Hier kann in regelmäßigen Abständen oder jeweils kurz bevor der Ankerwiderstand RA benötigt wird, nämlich zur Positions- Reinitialisierung, eine Rekalibrierung des Kupplungsaktors durchgeführt werden.
Aufgrund der funktionalen Zusammenhänge
n ∞ I ind und
R.
RA RA RA RA lnd
kann bei bekanntem Ankerwiderstand RA der Bewegungszustand des Kupplungsaktors anhand des Motorstrom I erkannt werden. Dabei ist dieses Signal unabhängig von der angelegten Motorspannung U. Nur bei starken Stromänderungen kann das Signal durch die Ankerinduktivität beeinflusst werden. Auf diese Weise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren z. B. ein Stillstand des Motors bzw. des Kupplungsaktors erkannt werden. Die Bestimmung der genauen Position kann bevorzugt an einem
Anschlag oder einer Rastierung erfolgen. Es ist auch möglich, dass
Geschwindigkeitsänderungen des E-Motors gemessen werden. Es können daher
Rastierungen oder auch z. B. „weiche" Anschläge erkannt werden.
Aus den obigen Gleichungen kann also der induzierte Strom lind , welcher proportional zur Motordrehzahl ist, berechnet werden.
Die Verwendung des induzierten Stromes IInd als Signal ermöglicht es sogar eine
Notlaufstrategie z. B. bei einem Ausfall des Inkrementalweggebers zu entwickeln. Da die Messung des Ankerwiderstands RA benötigt wird, um Änderungen des Ankerwiderstands RA ZU kompensieren, können damit auch indirekt die Ursachen für diese Änderungen durch erfindungsgemäße Verfahren ermittelt werden.
Durch die Messung von RA kann auch auf die Motortemperatur zurückgeschlossen werden. Zumindest kann die Spannung U bei bekanntem Ankerwiderstand RA derart gewählt werden, dass sich der gewünschte Strom, und damit das gewünschte Moment am Motor ergibt. Dies ist z. B. für Schaltmotoren von Interesse. Hier sollte aber das Verfahren zur Messung des Ankerwiderstandes angepasst werden, da kein selbsthemmendes Getriebe verwendet wird.
Insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann eine Einrichtung zur Messung des Ankerwiderstandes bei kleinen Spannungen zur Rekalibrierung der Drehzahlmessung mit dem Motorstrom am Kupplungsaktor verwendet werden.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspruchen. ln Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen eines Bewegungszustandes eines Kupplungsaktors bei einem Fahrzeug, wobei der Kupplungsaktor durch einen Elektro-Motor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerwiderstand (RA) des E-Motors in einem stationären Zustand des E-Motors ermittelt wird und dass bei dem ermittelten Ankerwiderstand (RA) und angelegter Motorspannung (U) sowie gemessenem Motorstrom (I) ein in dem E-Motor induzierter Strom (lind) und/oder eine induzierte Spannung (Uind) berechnet werden, und dass aus dem induzierten Strom ( nd) und/oder der induzierten Spannung (Uind), welche proportional zur Motordrehzahl (n) sind, der Bewegungszustand des Kupplungsaktors ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerwiderstand (RA) durch folgende Gleichung bestimmt wird:
wobei
I = gemessener Motorstrom; U= angelegte Motorspannung; RA = Ankerwiderstand.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem induzierten Strom (l|nd) abhängige Motordrehzahl (n) durch folgende Gleichung bestimmt wird:
Figure imgf000007_0001
wobei n = Motordrehzahl; lin = induzierter Strom;
Uind = induzierte Spannung;
RA = Ankerwiderstand; I = Motorstrom am E-Motor; U = Motorspannung am E-Motor.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die induzierte Spannung (Ujnd) in Abhängigkeit der Motordrehzahl (n) durch folgende Gleichung berechnet wird:
UInd = ke - n wobei n = Motordrehzahl;
Uind = induzierte Spannung; ke = Proportionalitätsfaktor.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kupplungsaktor mit Inkrementalwegmessung durch die Bestimmung des Ankerwiderstandes (RA) in vorbestimmten Zeitabständen eine Rekalibrierung durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausfall des Inkrementalweggebers der induzierte Strom (lind) zum Durchführen einer Notlaufstrategie verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der Motordrehzahl n des E-Motors anhand des Motorstroms (I) erkannt wird, um die Position des Kupplungsaktors an einem Anschlag und/oder an einer Rastierung zu bestimmen.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motortemperatur bei bekanntem Ankerwiderstand (RA) bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorspannung (U) bei ermitteltem Ankerwiderstand (RA) derart gewählt wird, dass sich ein bestimmter Motorstrom (I) und ein bestimmtes Moment an dem Motor ergibt.
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