WO2006045815A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer elektromechanischen stelleinheit - Google Patents

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WO2006045815A1
WO2006045815A1 PCT/EP2005/055564 EP2005055564W WO2006045815A1 WO 2006045815 A1 WO2006045815 A1 WO 2006045815A1 EP 2005055564 W EP2005055564 W EP 2005055564W WO 2006045815 A1 WO2006045815 A1 WO 2006045815A1
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Rainer Klusemann
Eduard Wiens
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Continental Teves AG and Co OHG
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/30—Direct torque control [DTC] or field acceleration method [FAM]
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    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an electromechanical actuating unit, which is formed essentially from an electronic control unit and at least one electric motor, wherein the electric motor is controlled by the electronic control unit by means of a pulse width modulation of the supply voltage and a vehicle electrical system voltage applied to it. Moreover, the invention relates to an apparatus for carrying out the method.
  • This object is procedurally achieved in that the electric motor is driven such that regardless of current value of the vehicle electrical system voltage, the speed of the electric motor and the torque provided by the electric motor are constant.
  • the supply voltage of the electric motor is formed from a product of a factor with a quotient of nominal voltage of the electrical system and the current value of the vehicle electrical system voltage, i. that the supply voltage of the electric motor through the
  • Equation PWM F • nom is determined so that
  • V, V • v r Motor r is F ⁇ '- y ⁇ - addition.
  • a particularly advantageous embodiment provides that the factor is designed such that the electric motor at a nominal voltage of preferably 14V provides a sufficient torque for parking brake operations and at the same time ensures a reduction of the running noise of the electric motor
  • the object is also inventively achieved in that means are provided which control the electric motor such that regardless of the current value of the vehicle electrical system voltage, the speed of the electric motor and the torque provided by the electric motor are constant.
  • Fig. 1 is a circuit diagram of a hydraulic brake system is shown schematically.
  • the hydraulic brake system has on a first axis, the front axle, wheel brakes 2, which are acted upon during service braking via a hydraulic line 9 with pressure.
  • the wheels of the front axle are assigned wheel speed sensors 12 whose output signals are fed to an electronic control and regulation unit (ECU) 5.
  • ECU electronic control and regulation unit
  • This electronic control unit 5 is assigned to the service brake system.
  • On a second axis, the rear axle, wheel brakes 3 are also provided, which can be acted upon during service braking via a second hydraulic line 10 with pressure.
  • the wheel speeds of the wheels of the rear axle are determined by wheel speed sensors 13 and the above-mentioned electronic control unit 5 fed.
  • the wheels of the rear axle in addition to the wheel brakes 3 for service braking on an electromechanically actuated parking brake.
  • the electromechanically actuated parking brake comprises two lockable brake devices 4, which are designed as drum brakes 4, each with an expanding lock, not shown.
  • the aforementioned expansion lock is actuated by means of a cable 11 of an electromechanical actuator, which is designed as an electric motor 1, after which the drum brakes 4 are clamped.
  • a parking brake operation is performed after the actuation of a Operating element 7 performed by the driver.
  • the output signals of the control element 7 of one of the electromechanical parking brake associated electronic control unit (ECU) 6 is supplied, which controls the aforementioned electric motor 1 accordingly.
  • the above-mentioned electronic control unit 6 and the electronic control unit 5 associated with the service brake system communicate with one another via a data line 8, which may be designed, for example, as a CAN connection.
  • the noise during the activation of the electric motor 1 is also transmitted to the chassis and is perceptible to the driver as well as to persons outside the vehicle.
  • the electric motor 1 is operated at a lower supply voltage V moto r, the speed of the electric motor 1 is reduced. The lower speed in turn means that the noise is reduced.
  • the invention provides that the electric motor 1 is controlled such that regardless of the current value of the vehicle electrical system voltage V lst, the speed of the electric motor 1 is reduced, ie noise optimized and the electric motor 1 can simultaneously develop sufficient torque. This is achieved by carrying out the pulse-width-modulated control of the electric motor 1 as a function of the vehicle electrical system voltage V actual .
  • the factor F is designed so that the electric motor 1 at a nominal voltage V nom of, for example, 14V provides a parking brake for sufficiently large torque available while ensuring a reduction of the running noise of the electric motor 1.
  • V nom of, for example, 14V
  • V moto r of the electric motor 1 is determined, which is necessary so that the electric motor 1 can develop in sufficient torque. It must be ensured that the required clamping force can always be achieved.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektromechanischen Stelleinheit, die im wesentlichen aus einer elektronischen Steuereinheit und mindestens einem Elektromotor gebildet wird, wobei der Elektromotor von der elektronischen Steuereinheit mit Hilfe einer Pulsweitenmodulierung der Versorgungsspannung angesteuert wird und eine Bordnetzspannung an ihm anliegt. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Elektromotor (1) derart angesteuert wird, dass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung (V<SUB>ist</SUB>) die Drehzahl des Elektromotors (1) und das vom Elektromotor (1) zur Verfügung gestellte Drehmoment konstant sind.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer elektromechanischen Stelleinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektromechanischen Stelleinheit, die im wesentlichen aus einer elektronischen Steuereinheit und mindestens einem Elektromotor gebildet wird, wobei der Elektromotor von der elektronischen Steuereinheit mit Hilfe einer Pulsweitenmodulierung der Versorgungsspannung angesteuert wird und eine Bordnetzspannung an ihm anliegt. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Aus der DE 102 20 779 Al ist ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Motors bekannt, bei dem die Bestromung des Motors verändert wird, um eine Reduzierung des Laufgeräusches zu erreichen. Dabei ist vorgesehen, dass die Frequenz und/oder die Phasen der Bestromung unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des Rotors variiert wird, um eine geringe Geräuschentwicklung zu erhalten. Bei dem vorbekannten Verfahren bleibt unberücksichtigt, dass die Bordnetzspannung in einem Kraftfahrzeug starken Schwankungen unterworfen ist und der Ansteuerung im Sinne einer geringen Geräuschentwicklung entgegen wirkt, was als weniger vorteilhaft anzusehen ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu entwickeln, das eine elektromechanische Stelleinheit derart ansteuert, dass unabhängig von SpannungsSchwankungen des Bordnetzes ein Betrieb mit geringer Geräuschentwicklung realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass der Elektromotor derart angesteuert wird, dass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung die Drehzahl des Elektromotors und das vom Elektromotor zur Verfügung gestellte Drehmoment konstant sind.
Dabei ist vorgesehen, dass die Versorgungsspannung des Elektromotors aus einem Produkt eines Faktors mit einem Quotienten aus Nominalspannung des Bordnetzes und dem aktuellen Wert der Bordnetzspannung gebildet wird, d.h. dass die Versorgungsspannung des Elektromotors durch die
V
Gleichung PWM =F• nom bestimmt wird, sodass sich
V, = V • v r Motor r ist F ± ' - y≡≡- erg ^ ibt .
' ist
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Faktor derart ausgelegt wird, dass der Elektromotor bei einer Nominalspannung von vorzugsweise 14V ein für Feststellbremsvorgänge ausreichend großes Drehmoment zur Verfügung stellt und gleichzeitig eine Reduzierung des Laufgeräusches des Elektromotors sicherstellt
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Mittel vorhanden sind, die den Elektromotor derart ansteuern, dass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung die Drehzahl des Elektromotors und das vom Elektromotor zur Verfügung gestellte Drehmoment konstant sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, dessen einzige Figur ein schematisch dargestelltes Schaltbild eines hydraulischen Bremssystems zeigt, das eine elektromechanische Feststellbremse zur Durchführung von Feststellbremsvorgängen aufweist und an der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist
In Fig. 1 ist ein Schaltbild einer hydraulischen Bremsanlage schematisch dargestellt. Die hydraulische Bremsanlage weist an einer ersten Achse, der Vorderachse, Radbremsen 2 auf, die während Betriebsbremsungen über eine hydraulische Leitung 9 mit Druck beaufschlagbar sind. Zur Kontrolle der gewünschten Bremsverzögerung und zur Realisierung einer Blockierschutz-Regelung (Antilock) sowie zur Detektierung der Fahrzeuggeschwindigkeit sind den Rädern der Vorderachse Raddrehzahlsensoren 12 zugeordnet, deren Ausgangssignale einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit (ECU) 5 zugeführt werden. Diese elektronische Steuer- und Regeleinheit 5 ist dem Betriebsbremssystem zugeordnet. An einer zweiten Achse, der Hinterachse, sind ebenfalls Radbremsen 3 vorgesehen, die während Betriebsbremsungen über eine zweite hydraulische Leitung 10 mit Druck beaufschlagbar sind. Die Raddrehzahlen der Räder der Hinterachse werden durch Raddrehzahlsensoren 13 ermittelt und der eben erwähnten elektronischen Steuer- und Regeleinheit 5 zugeführt. Außerdem weisen die Räder der Hinterachse neben den Radbremsen 3 für Betriebsbremsungen auch eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremse auf. Die elektromechanisch betätigbare Feststellbremse umfasst zwei verriegelbare Bremseinrichtungen 4, die als Trommelbremsen 4 mit jeweils einem nicht näher dargestellten Spreizschloss ausgebildet sind. Das eben genannte Spreizschloss ist mittels eines Kabelzugs 11 von einer elektromechanischen Stelleinheit, die als Elektromotor 1 ausgebildet ist, betätigbar, wonach die Trommelbremsen 4 zugespannt werden. Ein Feststellbremsvorgang wird nach der Betätigung eines Bedienelementes 7 durch den Fahrzeugführer durchgeführt. Dabei werden die Ausgangssignale des Bedienelementes 7 einer der elektromechanischen Feststellbremse zugeordneten elektronischen Steuereinheit (ECU) 6 zugeführt, die den bereits erwähnten Elektromotor 1 entsprechend ansteuert. Die eben genannte elektronische Steuereinheit 6 sowie die dem Betriebsbremssystem zugeordnete elektronische Steuer- und Regeleinheit 5 kommunizieren miteinander über eine Datenleitung 8, die beispielsweise als CAN-Verbindung ausgebildet sein kann.
Da der Elektromotor 1 meistens an der Fahrzeugachse oder am Fahrzeugchassis befestigt ist, überträgt sich die Geräuschentwicklung bei der Aktivierung des Elektromotors 1 auch auf das Chassis und ist für den Fahrzeugführer sowie für außerhalb des Fahrzeugs befindliche Personen wahrnehmbar. Wird der Elektromotor 1 mit geringerer Versorgungsspannung VMotor betrieben, so wird die Drehzahl des Elektromotors 1 verringert. Die geringere Drehzahl hat wiederum zur Folge, dass die Geräuschentwicklung verringert wird. Da eine geringere Versorgungsspannung des Elektromotors 1 aber auch ein verringertes, maximal mögliches Drehmoment des Elektromotors 1 zur Folge hat und damit auch der elektromechanischen Stelleinheit zur Verfügung gestellt wird und die Bordnetzspannung Vlst in einem Kraftfahrzeug nicht konstant ist, muss ein Weg gefunden werden, sodass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung Vlst die Drehzahl des Elektromotors 1 verringert wird und gleichzeitig das vom Elektromotor 1 zur Verfügung gestellte Drehmoment einen Mindestwert nicht unterschreitet. Dabei ist unzureichend, wenn der Elektromotor 1 immer mit einer festen, verringerten Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert wird. Vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Elektromotor 1 derart angesteuert wird, dass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung Vlst die Drehzahl des Elektromotors 1 verringert, d.h. geräuschoptimiert wird und der Elektromotor 1 gleichzeitig ein ausreichendes Drehmoment entwickeln kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Elektromotors 1 in Abhängigkeit der Bordnetzspannung Vlst vorgenommen wird. Mit der Gleichung
PWM[%]=F[%]•^≡s- (I)
"ist
wird eine Normierung der aktuellen Bordnetzspannung Vlst in Bezug auf die Nominalspannung Vnom des Bordnetzes vorgenommen. Beträgt die Nominalspannung Vnom des Bordnetzes beispielsweise 14V und wird als Faktor zur geräuschreduzierten Ansteuerung des Elektromotors 1 beispielsweise F= 50% angenommen, so ergibt sich bei einer Bordnetzspannung von Vlst= 7V ein Wert von PWM= 100% oder bei einer Bordnetzspannung von Vlst= 10V ein Wert von PWM= 70%. Dagegen ergibt sich bei einem gegenüber der Nominalspannung Vnom höheren Bordnetzspannungswert von beispielsweise Vlst= 16V ein Prozentualwert der PWM von ungefähr 44%. Sollte ein PWM-Wert mehr als 100% betragen, wird dieser dann natürlich auf 100% gesetzt. Hieraus ergibt sich ebenso die mögliche Variierungsbreite. Durch die Pulsweitenmodulation der Versorgungsspannung ergibt sich die Versorgungsspannung, die dem Elektromotor 1 der elektromechanischen Stelleinheit zur Verfügung steht: γ r Motor = γ r ist . p ± . V y ™™ ( v H ) '
"ist
Der Faktor F wird dabei so ausgelegt, dass der Elektromotor 1 bei einer NominalSpannung Vnom von beispielsweise 14V ein für Feststellbremsvorgänge ausreichend großes Drehmoment zur Verfügung stellt und gleichzeitig eine Reduzierung des Laufgeräusches des Elektromotors 1 sicherstellt. Anders ausgedrückt wird eine Mindest-Versorgungsspannung VMotor des Elektromotors 1 bestimmt, die notwendig ist, damit der Elektromotor 1 in ausreichendem Maße Drehmoment entwickeln kann. Dabei muss sichergestellt werden, dass stets die benötigte Zuspannkraft erreicht werden können.
Wird der Elektromotor 1 mit geringerer Versorgungsspannung VMotor betrieben, so hat dies, wie bereits ausgeführt, durch die geringere Drehzahl auch eine geringere
Geräuschentwicklung zur Folge. Dadurch wird allerdings auch die Geschwindigkeit des Elektromotors 1 verringert. Das bedeutet, dass Feststellbremsvorgänge nicht mit maximaler Geschwindigkeit eingeleitet und beendet werden. Daher ist vorgesehen, dass das eben beschriebene Verfahren im wesentlich nur dann durchgeführt wird, wenn ausreichend Zeit für eine geräuschreduzierte und damit verlangsamte Ansteuerung des Elektromotors 1 zur Verfügung steht. Andernfalls könnte es notwendig sein, den elektromechanischen Aktuator 1 mit der maximal möglichen Versorgungsspannung VMotor zu betreiben, d.h. auf eine geräuschreduzierte Ansteuerung zu verzichten. Eine solche Situation könnte beispielsweise beim unmittelbaren Anfahren des Kraftfahrzeugs sein, wenn der Lösevorgang der Feststellbremse schnell erfolgen muss.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer elektromechanischen Stelleinheit, die im wesentlichen aus einer elektronischen Steuereinheit (6) und mindestens einem Elektromotor (1) gebildet wird, wobei der Elektromotor (1) von der elektronischen Steuereinheit (6) mit Hilfe einer Pulsweitenmodulierung (PWM) der Versorgungsspannung (VMotor) angesteuert wird und eine Bordnetzspannung (Vlst) an ihm anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) derart angesteuert wird, dass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung (Vlst) die Drehzahl des Elektromotors (1) und das vom Elektromotor (1) zur Verfügung gestellte Drehmoment konstant sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung (VMotor) des Elektromotors (1) aus einem Produkt eines Faktors (F) mit einem Quotienten aus Nominalspannung (Vnom) des Bordnetzes und dem aktuellen Wert der Bordnetzspannung (Vlst ) gebildet wird, d.h. dass die Versorgungsspannung (VMotor) des Elektromotors (1)
V durch die Gleichung PWM =F• nom bestimmt wird, sodass
sich V v r M, otor = V r ist • F ± ' - y≡≡- erg ^ ibt .
' ist
3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor (F) derart ausgelegt wird, dass der Elektromotor (1) bei einer Nominalspannung (Vnom) von vorzugsweise 14V ein für Feststellbremsvorgänge ausreichend großes Drehmoment zur Verfügung stellt und gleichzeitig eine Reduzierung des Laufgeräusches des Elektromotors (1) sicherstellt.
4. Elektromechanische Stelleinheit, die im wesentlichen aus einer elektronischen Steuereinheit (6) und mindestens einem Elektromotor (1) gebildet wird, wobei der Elektromotor (1) von der elektronischen Steuereinheit (6) mit Hilfe einer Pulsweitenmodulierung (PWM) der Versorgungsspannung (VMotor) angesteuert wird und eine Bordnetzspannung (Vlst) an ihm anliegt, dadurch gekennzeichnet:, dass Mittel vorhanden sind, die den Elektromotor (1) derart ansteuern, dass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung (Vlst) die Drehzahl des Elektromotors (1) und das vom Elektromotor (1) zur Verfügung gestellte Drehmoment konstant sind.
PCT/EP2005/055564 2004-10-29 2005-10-26 Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer elektromechanischen stelleinheit Ceased WO2006045815A1 (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0659610A1 (de) * 1993-12-23 1995-06-28 Valeo Electronique Selbstanpassende Regelungsvorrichtung für einen elektrisch betätigten Rückspiegel
US5977740A (en) * 1997-05-14 1999-11-02 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Brake-by-wire system with switched reluctance motor controller

Patent Citations (2)

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