WO2012116849A1 - Verfahren und vorrichtung zur inbetriebnahme eines stellglieds in einem motorsystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur inbetriebnahme eines stellglieds in einem motorsystem für ein kraftfahrzeug Download PDF

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switching
rotor
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Ingo Immendoerfer
Alex Grossmann
Udo Sieber
Ralf Buehrle
Zeynep Tosun
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D9/1035—Details of the valve housing
    • F02D9/105—Details of the valve housing having a throttle position sensor

Definitions

  • the invention relates to position encoders with an electronically commutated drive, which are used in environments in which a blockage may occur during commissioning.
  • the invention relates to measures for releasing the lock and determining a rotor position of a rotor of the electronically commutated drive in order to provide maximum torque.
  • Actuators for positioners can, for example, have electronically commutated motors.
  • An electronically commutated motor such as a
  • Synchronous motor has a rotor with permanent magnets, which moves relative to a stator.
  • the stator is provided with a plurality of stator coils, wherein by the runner correct current supply of the stator coils a
  • Motor magnetic field is generated, which cooperates with a generated by the permanent magnet exciting magnetic field so that a desired driving force acts on the rotor.
  • the motor magnetic field has an advance of 90 ° of an electrical attitude angle to the exciter magnetic field. For this reason, information about the position of the rotor is necessary for rotor-dependent current supply of the stator coils.
  • This rotor position can either be detected by sensors or determined by so-called sensorless method for position detection.
  • On the basis of the rotor position of the rotor and the desired direction of movement can by a suitable control unit a corresponding
  • Commutation patterns are specified, which determines how the stator coils are to be controlled in order to provide the required driving force or the required torque.
  • the rotor position is detected via an internal position sensor;
  • the position sensor externally to the actuator or to use a position sensor arranged there additionally for the determination of the rotor position.
  • the effort for both the synchronous motor and for the wiring between the synchronous motor and a control unit can be reduced.
  • the control of the synchronous motor can be done with different types of commutation, to achieve a maximum drive torque generated by the stator coils motor magnetic field as possible by 90 ° in
  • Direction of movement is set leading to the exciter magnetic field generated by the permanent magnets of the rotor. A deviation from this lead by 90 ° leads to a decrease in the driving force or the
  • Position sensor which receives the position information on an actuator, which is coupled via a gear reduction, the deviation between the real and measured rotor position can be further enhanced.
  • An example in which an external position sensor can be provided is, for example, the
  • Throttle valve actuator in which a position feedback of the position of
  • Throttle is provided anyway, to obtain an accurate position indication of the throttle.
  • Use of the position indication of the position sensor arranged on the throttle valve likewise for the commutation of the synchronizing motor controlling the throttle valve can be mentioned above Deviations lead to a considerable reduction of the control torque provided by the synchronous motor.
  • Actuator at a resumption of the operation of the engine system is a maximum immediately to start
  • Actuating torque of the synchronous motor required. In order to provide this maximum actuating torque, it is necessary for the deviation between the real and measured rotor position to be as low as possible, so that the actuating torque can be as high as possible. Due to the temperature, however, a correspondingly pronounced temperature drift of the position sensor could lead to a significant error angle and thus an unacceptable torque attenuation of
  • Torque weakening cause the icy actuator can not be released from its blocking and thus the engine system is not operable.
  • the position sensor on the actuator is designed only as a relative position sensor, so that the actual position of the rotor is not fixed when starting the control system. While the actuator is normally moved to a predefined end stop for calibration in order to be able to drive the actuator in an optimal manner, this is the case in the event of blockage of the actuator
  • Actuator not possible, so that an initial driving of the rotor with a maximum driving force is not possible.
  • the document DE 41 35 913 A1 discloses a method for controlling an adjusting device, wherein in the pre-start phase and / or after stopping the
  • the adjusting device is moved from any position for each possible direction of movement at least once over most of its maximum possible range of motion, so that it is performed at least on one side outside their normal working movement range. In this way, jamming can be prevented.
  • the document DE 37 43 309 A1 discloses a method and a device for detecting a jammed or frozen control element of an internal combustion engine, wherein the actuating element is shaken loose in the event of jamming. The shaking loose can be done, for example, by reversing the electrical drive of the adjusting device is controlled.
  • the document DE 100 17 546 A1 discloses a method for detecting a blocking of the throttle valve depending on an actual value and a desired value of the position of the throttle valve. After detecting a blockage, the setpoint for the position of the throttle valve is varied.
  • the document EP 0 391 930 B1 discloses a method for setting an operating characteristic of an internal combustion engine, wherein jamming of an actuator for adjusting the air supply of the internal combustion engine is detected by means of a deviation between predetermined and instantaneous position and the actuator at a detected jamming to a periodically shaking
  • Positioner system with an electronically commutated actuator for Driving an actuator provided.
  • the method comprises the following steps:
  • Actuator or a rotor of the actuator as a reference position before switching off the positioner system
  • One idea of the above method is that, as soon as an actuator has taken its rest position after switching off the positioner system, for example in the wake phase of the engine control at a stop of an internal combustion engine, the assumed position of the actuator is detected and stored non-volatile in the control unit as a reference position.
  • the position detector When restarting the positioner system, the position detector with the
  • Actuator can be controlled so that the electronically commutated actuator generates a motor magnetic field which is substantially perpendicular to the position of the field magnetic field, which depends directly on the rotor position.
  • Stellgebersystems is determined whether the actuator is blocked, wherein when it is determined that the actuator is blocked, the actuator is energized according to a space vector, which varies around a reference position corresponding space pointer.
  • the actuator is controlled with space hands, which vary by 180 ° of an electrical rotor position.
  • the actuator is blocked, and if it is determined that the actuator is blocked, the actuator is energized according to a rotating space vector.
  • circulating space pointer corresponds to a predetermined rotational frequency, at the positioner system has a resonance, so that the actuating force is increased with respect to a maximum actuating force of the actuator.
  • a rotational frequency of the circulating space vector can be varied.
  • an apparatus for operating a position encoder system with an electronically commutated actuator for driving an actuator is provided, wherein the device is designed to
  • a position encoder system comprises:
  • a controller which is connected to a non-volatile memory to store a last detected position indication of the actuator as a reference position before switching off the position encoder system;
  • controller is adapted to switch on when the
  • Positioner system to retrieve the reference position and the actuator by energizing the actuator according to a room pointer, the of the
  • Reference position is dependent to control.
  • a computer program product which contains a program code which, when stored on a computer program
  • Figure 1 is a schematic representation of a position encoder system with a position sensor for setting a throttle valve of an internal combustion engine in an engine system;
  • FIGS. 2a and 2b flowchart illustrating a
  • Figure 1 shows a schematic representation of a position encoder system 1 with a servomotor 2, which is designed as an electronically commutated synchronous motor.
  • the synchronous motor 2 is designed as an internal rotor motor whose
  • the throttle valve 5 is acted upon via a return spring 6 with a restoring force, so that in
  • Adjustment range, z. B. at or near an end stop, is arranged.
  • the synchronous motor 2 is controlled via a control unit 7 in order to provide a specific actuating torque which acts on the actuator 5 via the transmission 4.
  • a position control is implemented in the control unit 7 which is implemented by means of a control unit 7
  • the actuator 5 is coupled to a position sensor 8, which transmits an indication of the position of the actuator 5 to the control unit 7.
  • the synchronous motor 2 can be controlled so that a specific actuating torque via the gear 4 acts on the actuator 5.
  • the angle at which the actuator 5 is to be adjusted is set in the controller 7 based on one of a Accelerator pedal 9 provided accelerator pedal position, ie determined based on a driver specification, and possibly other system variables and specified as a desired position for the position control loop.
  • the control unit 7 is further connected to a nonvolatile memory 10 to provide parameters such. B.
  • Positioner system 1 is switched off.
  • Actuator 5 come.
  • the icing may under circumstances the movement of the
  • Block actuator 5 so that it is necessary to dissolve the blocking state immediately to the start of the engine. This can be achieved, for example, by providing a maximum torque through the synchronous motor 2. For this reason, it is already necessary during the start of the engine, the rotor position of the
  • Synchronous motor 2 to know exactly so that it comes to the least possible reduction of the actuating torque due to an inaccurate determination of the rotor position.
  • Rotor position are closed, resulting in a significant deviation between the determined rotor position and the real rotor position.
  • Rotor position can be determined.
  • FIGS. 2 a and 2 b show a flow chart with which a maximum torque can already be exerted on the actuator 5 during the engine start phase.
  • the flowchart of Figure 2a illustrates a process flow that is performed after the shutdown of the internal combustion engine during a follow-up phase.
  • the actuator 5 is monitored (step S1).
  • a standstill of the actuator 5 (alternative: Yes), which can be found, for example, when the synchronous motor 2 is no longer energized, an indication of the last detected by the position sensor 8 position of
  • Actuator 5 is stored as a reference position by the control unit 7 in the nonvolatile memory 10 (step S2).
  • a reference rotor position which results from the last detected position of the actuator, are stored in the nonvolatile memory 10.
  • the flow chart of Figure 2b illustrates a process flow that is performed after the engine is turned on.
  • the stored position information is retrieved from the non-volatile memory 10 as a reference (step S3) and is now read by the position sensor 8
  • Reference position and the reference rotor position corrected (step S4), so as to eliminate the temperature drift of the position sensor 8.
  • an initial calibration (initialization) can be performed using the reference position or the reference rotor position.
  • step S5 a lock detection is performed by the control unit 7, the synchronous motor 2 is controlled so that a control torque is provided, which leads to a change in position of the actuator 5. If such a position change is detected in step S6 (alternative: yes), then the throttle valve 5 is not blocked and the position encoder system can perform a position control for the conventional operation of the internal combustion engine based on driver specifications and the like. If a blocking of the actuator 5 is detected in step S6 (alternative: no), then the synchronous motor 2 is controlled by means of the control device 7
  • Step S7 that the space vector varies around the room pointer corresponding to the stored reference position, so as to cause a fluctuating control torque by the maximum settable actuating torque. Using the varying actuating torque is therefore trying to solve the actuator 5 from the blocking state.
  • step S8 When it is determined in step S8 that although the space vector angle has been varied, thereby ensuring that the range of a maximum actuator torque has been passed over, the lock has not been released (alternative: yes), the controller 7 may so configure the synchronous motor 2 drive that the corresponding space pointer that determines the stator magnetic field is circulated synchronously with a suitable frequency (step S9).
  • the controller 7 may so configure the synchronous motor 2 drive that the corresponding space pointer that determines the stator magnetic field is circulated synchronously with a suitable frequency (step S9).
  • Losbrechamplituden can be generated above the maximum actuating torque of the synchronous motor 2.
  • this method with variable circulation frequencies, for example, with increasing
  • step S6 If no blocking of the actuator 5 is detected in step S6 (alternative: or it is determined in step S8 that the blocking has been released

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stellgebersystems (1) mit einem elektronisch kommutierten Stellantrieb (2) zum Antreiben eines Stellglieds (5), mit folgenden Schritten: - nichtflüchtiges Speichern einer zuletzt erfassten Stellungsangabe des Stellglieds (5) bzw. eines Läufers des Stellantriebs (2) als Referenzlage vor einem Abschalten des Stellgebersystems (1); - bei einem Einschalten des Stellgebersystems (1), Abrufen der Referenzlage und Ansteuern des Stellantriebs (2) durch Bestromen des Stellantriebs (2) gemäss einem Raumzeiger, der von der Referenzlage abhängig ist. Die Aufgabe ist, ein verbessertes Verfahren zum Lösen einer Blockierung eines Stellglieds bzw. einer Ansteurung nach einer Inbetriebnahme eines Motorsystems mit einem maximalen Stellmoment zur Verfügung zu stellen. Für Stellgeber mit kommutierten Motoren wie beispeilweise Synchronmotoren.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Inbetriebnahme eines Stellglieds in einem Motorsvstem für ein Kraftfahrzeug
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Stellgeber mit einem elektronisch kommutierten Antrieb, die in Umgebungen eingesetzt werden, in denen eine Blockierung während einer Inbetriebnahme auftreten kann. Insbesondere betrifft die Erfindung Maßnahmen zum Lösen der Blockierung und zum Bestimmen einer Läuferlage eines Läufers des elektronisch kommutierten Antriebs, um ein maximales Drehmoment zur Verfügung zu stellen.
Stand der Technik
Antriebe für Stellgeber können beispielsweise elektronisch kommutierte Motoren aufweisen. Ein elektronisch kommutierter Motor, wie beispielsweise ein
Synchronmotor, weist einen Läufer mit Permanentmagneten auf, der sich relativ zu einem Stator bewegt. Der Stator ist mit mehreren Statorspulen versehen, wobei durch die läuferlagerichtige Bestromung der Statorspulen ein
Motormagnetfeld erzeugt wird, das mit einem durch die Permanentmagneten erzeugten Erregermagnetfeld so zusammenwirkt, dass eine gewünschte Antriebskraft auf den Läufer wirkt. Um einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen, ist es wünschenswert, dass das Motormagnetfeld eine Voreilung von 90° eines elektrischen Lagewinkels zu dem Erregermagnetfeld aufweist. Aus diesem Grund ist zur läuferlageabhängigen Bestromung der Statorspulen eine Information bezüglich der Lage des Läufers notwendig. Diese Läuferlage kann entweder über Sensoren erfasst oder durch so genannte sensorlose Verfahren zur Lagedetektion ermittelt werden. Anhand der Läuferlage des Läufers und der gewünschten Bewegungsrichtung kann durch eine geeignete Steuereinheit ein entsprechendes
Kommutierungsmuster vorgegeben werden, das bestimmt, wie die Statorspulen angesteuert werden sollen, um die erforderliche Antriebskraft bzw. das erforderliche Drehmoment bereitzustellen.
Bei einfachen Synchronmotoren erfolgt die Erfassung der Läuferlage über einen internen Lagesensor; es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Lagesensor extern an dem Stellglied anzuordnen bzw. einen dort angeordneten Lagesensor zusätzlich für die Ermittlung der Läuferlage zu verwenden. Dadurch kann der Aufwand sowohl für den Synchronmotor als auch für die Verkabelung zwischen dem Synchronmotor und einem Steuergerät reduziert werden.
Die Ansteuerung des Synchronmotors kann mit verschiedenen Kommutierungsarten erfolgen, wobei zum Erreichen eines maximalen Antriebsmoments das von den Statorspulen erzeugte Motormagnetfeld möglichst um 90° in
Bewegungsrichtung voreilend zu dem von den Permanentmagneten des Läufers erzeugten Erregermagnetfeld eingestellt wird. Eine Abweichung von dieser Voreilung um 90° führt zu einer Abnahme der Antriebskraft bzw. des
Antriebsmoments. Um die Ansteuerung stets mit dem maximal möglichen Drehmoment zu erreichen, ist eine genaue Läuferlageinformation notwendig. Abweichungen zwischen realer und gemessener Läuferlage, die beispielsweise durch Sensortoleranzen und Auflösungsungenauigkeiten hervorgerufen werden können, führen teilweise zu erheblichen Reduzierungen des Wirkungsgrads.
Insbesondere bei einer Ausführung des Stellgebers mit einem externen
Lagesensor, der die Lageinformation an einem Stellglied aufnimmt, das über ein untersetzendes Getriebe angekoppelt ist, kann die Abweichung zwischen realer und gemessener Läuferlage noch verstärkt werden. Ein Beispiel, bei dem ein externer Lagesensor vorgesehen sein kann, ist beispielsweise der
Drosselklappensteller, bei dem eine Lagerückmeldung der Stellung der
Drosselklappe ohnehin vorgesehen ist, um eine genaue Stellungangabe der Drosselklappe zu erhalten. Eine Verwendung der Stellungsangabe des an der Drosselklappe angeordneten Lagesensors ebenfalls für die Kommutierung des die Drosselklappe ansteuernden Synchronmotors kann zu den oben genannten Abweichungen führen und dadurch zu einer beträchtlichen Reduzierung des von dem Synchronmotor bereitgestellten Stellmoments.
Bei sehr tiefen Temperaturen, denen das Motorsystem ausgesetzt sein kann, kann es zu einer Vereisung kommen. Diese blockiert die Bewegung des
Stellglieds bei einer Wiederaufnahme des Betriebs des Motorsystems. Um diesen Blockierzustand zu lösen, insbesondere um eine Neukalibrierung der Läuferlage durch Anfahren einer Referenzposition oder durch Anfahren einer Endposition durchzuführen, ist unmittelbar zu Startbeginn ein maximales
Stellmoment des Synchronmotors erforderlich. Um dieses maximale Stellmoment bereitzustellen ist es notwendig, dass die Abweichung zwischen realer und gemessener Läuferlage möglichst gering ist, so dass das Stellmoment möglichst maximal sein kann. Aufgrund der Temperatur könnte jedoch eine entsprechend ausgeprägte Temperaturdrift des Lagesensors zu einem signifikanten Fehlwinkel führen und damit eine nicht zulässige Drehmomentschwächung des
Synchronmotors verursachen. Unter Umständen kann die
Drehmomentschwächung dazu führen, dass das vereiste Stellglied nicht aus seiner Blockierung gelöst werden kann und somit das Motorsystem nicht betriebsfähig ist.
Weiterhin ist der Lagesensor am Stellglied nur als relativer Lagesensor ausgebildet, so dass bei Inbetriebnahme des Stellsystems die tatsächliche Lage des Läufers nicht festgelegt ist. Während zum Kalibrieren normalerweise das Stellglied an einen vordefinierte Endanschlag verfahren wird, um das Stellglied dann in optimaler Weise ansteuern zu können, ist dies bei einer Blockierung des
Stellglieds nicht möglich, so dass ein initiales Ansteuern des Läufers mit einer maximalen Antriebskraft nicht möglich ist.
Die Druckschrift DE 41 35 913 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Versteileinrichtung, wobei bei der Vorstartphase und/oder nach Abstellen der
Antriebseinheit oder des Fahrzeugs die Versteileinrichtung ausgehend von einer beliebigen Stellung für jede mögliche Bewegungsrichtung mindestens einmal zumindest über den Großteil ihres maximal möglichen Bewegungsbereichs bewegt wird, so dass sie wenigstens auf einer Seite außerhalb ihres normalen Arbeitsbewegungsbereichs geführt wird. Auf diese Weise kann Verklemmungen vorgebeugt werden. Die Druckschrift DE 37 43 309 A1 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung eines verklemmten oder festgefrorenen Stellelements einer Brennkraftmaschine, wobei das Stellelement im Fall einer Verklemmung losgerüttelt wird. Das Losrütteln kann beispielsweise erfolgen, indem der elektrische Antrieb der Versteileinrichtung reversierend angesteuert wird.
Die Druckschrift DE 100 17 546 A1 offenbart ein Verfahren zum Erkennen eines Blockierens der Drosselklappe abhängig von einem Istwert und einem Sollwert der Stellung der Drosselklappe. Nach einem Erkennen eines Blockierens wird der Sollwert für die Stellung der Drosselklappe variiert.
Die Druckschrift EP 0 391 930 B1 offenbart ein Verfahren zum Einstellen einer Betriebskenngröße einer Brennkraftmaschine, wobei ein Verklemmen eines Stellglieds zur Einstellung der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine anhand einer Abweichung zwischen vorgegebener und momentaner Position erkannt wird und das Stellglied bei erkannter Verklemmung zu einer periodisch rüttelnden
Bewegung veranlasst wird, um die Verklemmung zu lösen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Lösen einer Blockierung eines Stellglieds eines Stellgebers bzw. einer
Ansteuerung nach einer Inbetriebnahme des Motorsystems mit einem maximalen Stellmoment zur Verfügung zu stellen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Ansteuern eines Stellgebers gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung und das Stellgebersystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines
Stellgebersystems mit einem elektronisch kommutierten Stellantrieb zum Antreiben eines Stellglieds vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- nichtflüchtiges Speichern einer zuletzt erfassten Stellungsangabe des
Stellglieds bzw. eines Läufers des Stellantriebs als Referenzlage vor einem Abschalten des Stellgebersystems; und
- bei einem Einschalten des Stellgebersystems, Abrufen der Referenzlage und Ansteuern des Stellantriebs durch Bestromen des Stellantriebs gemäß einem Raumzeiger, der von der Referenzlage abhängig ist.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, dass, sobald ein Stellglied nach einem Abschalten des Stellgebersystems seine Ruhelage eingenommen hat, beispielsweise in der Nachlaufphase der Motorsteuerung bei einem Stopp eines Verbrennungsmotors, die eingenommene Stellung des Stellglieds detektiert und im Steuergerät als Referenzlage nichtflüchtig abgespeichert wird. Bei einem erneuten Start des Stellgebersystems kann der Lagedetektor mit der
Referenzlage kalibriert oder justiert werden, so dass der Stellgeber gemäß einem geeigneten Raumzeiger bestromt werden kann. Dies bedeutet, dass der
Stellantrieb so angesteuert werden kann, dass der elektronisch kommutierte Stellantrieb ein Motormagnetfeld erzeugt, das im Wesentlichen senkrecht zur Lage des Erregermagnetfelds ist, das unmittelbar von der Läuferlage abhängt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass nach dem Einschalten des
Stellgebersystems festgestellt wird, ob das Stellglied blockiert ist, wobei, wenn festgestellt wird, dass das Stellglied blockiert ist, der Stellantrieb gemäß einem Raumzeiger bestromt wird, der um einen der Referenzlage entsprechenden Raumzeiger variiert. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass, wenn festgestellt wird, dass das Stellglied blockiert ist, der Stellantrieb mit Raumzeigern angesteuert wird, die um 180° einer elektrischen Läuferlage variieren.
Weiterhin kann nach dem Einschalten des Stellgebersystems festgestellt werden, ob das Stellglied blockiert ist, wobei, wenn festgestellt wird, dass das Stellglied blockiert ist, der Stellantrieb gemäß einem umlaufenden Raumzeiger bestromt wird.
Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass eine Umlauffrequenz des
umlaufenden Raumzeigers einer vorgegebenen Umlauffrequenz entspricht, bei der das Stellgebersystem eine Resonanz aufweist, so dass die Stellkraft gegenüber einer maximalen Stellkraft des Stellantriebs erhöht ist.
Alternativ kann eine Umlauffrequenz des umlaufenden Raumzeigers variiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Stellgebersystems mit einem elektronisch kommutierten Stellantrieb zum Antreiben eines Stellglieds vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um
- eine zuletzt erfasste Stellungsangabe eines Stellglieds bzw. eines Läufers des Stellantriebs als Referenzlage vor einem Abschalten des Stellgebersystems nichtflüchtig zu speichern; und
- bei einem Einschalten des Stellgebersystems die Referenzlage abzurufen und den Stellantrieb durch Bestromen des Stellantriebs gemäß einem Raumzeiger, der von der Referenzlage abhängig ist, anzusteuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Stellgebersystem vorgesehen. Das Stellgebersystem umfasst:
- ein Stellglied;
- einen elektronisch kommutierten Stellantrieb zum Antreiben des Stellglieds;
- ein Steuergerät, das mit einem nichtflüchtigem Speicher verbunden ist, um eine zuletzt erfassten Stellungsangabe des Stellglieds als Referenzlage vor einem Abschalten des Stellgebersystems zu speichern ;
wobei das Steuergerät ausgebildet ist, um bei einem Einschalten des
Stellgebersystems, die Referenzlage abzurufen und den Stellantrieb durch Bestromen des Stellantriebs gemäß einem Raumzeiger, der von der
Referenzlage abhängig ist, anzusteuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer
Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren durchführt. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Stellgebersystems mit einem Stellgeber zum Stellen einer Drosselklappe eines Verbrennungsmotors in einem Motorsystem; und
Figuren 2a und 2b Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines
Verfahrens zum Betreiben des Stellgebersystems während einer Startphase.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Stellgebersystems 1 mit einem Stellmotor 2, der als elektronisch kommutierter Synchronmotor ausgebildet ist. Der Synchronmotor 2 ist als Innenläufermotor ausgebildet, dessen
Abtriebswelle 3 über ein Getriebe 4 mit einem Stellglied 5, wie beispielsweise einer Drosselklappe oder dergleichen, gekoppelt ist. Die Drosselklappe 5 ist über eine Rückstellfeder 6 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, so dass im
unbestromten Zustand der Drosselklappe 5 diese in einem bestimmten
Stellbereich, z. B. an oder nahe einem Endanschlag, angeordnet wird.
Der Synchronmotor 2 wird über ein Steuergerät 7 angesteuert, um ein bestimmtes Stellmoment bereitzustellen, das über das Getriebe 4 auf das Stellglied 5 wirkt. In der Regel wird in dem Steuergerät 7 eine Lageregelung implementiert, die mithilfe eines im Steuergerät 7 implementierten
Lageregelkreises eine gewünschte Solllage des Stellglieds 5 einstellt. Dazu ist das Stellglied 5 mit einem Lagesensor 8 gekoppelt, der eine Angabe über die Lage des Stellglieds 5 an das Steuergerät 7 übermittelt. Abhängig von der in dem Steuergerät 7 bereitgestellten Angabe über die Solllage des Stellglieds 5 und der von dem Lagesensor 8 bereitgestellten Istlage des Stellglieds 5 kann der Synchronmotor 2 so angesteuert werden, dass ein bestimmtes Stellmoment über das Getriebe 4 auf das Stellglied 5 wirkt. Der Winkel, auf den das Stellglied 5 eingestellt werden soll, wird in dem Steuergerät 7 basierend auf einer von einem Fahrpedal 9 bereitgestellten Fahrpedalstellung, d. h. basierend auf einer Fahrervorgabe, und unter Umständen weiteren Systemgrößen ermittelt und als Sollstellung für den Lageregelkreis vorgegeben. Das Steuergerät 7 ist weiterhin mit einem nichtflüchtigen Speicher 10 verbunden, um Parameter wie z. B.
Korrekturparameter oder dergleichen dauerhaft zu speichern, auch wenn das
Stellgebersystem 1 abgeschaltet ist.
Bei sehr tiefen Temperaturen und Stillstand des Stellgebersystems 1 , z. B. bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor, kann es zu einer Vereisung des
Stellglieds 5 kommen. Die Vereisung kann unter Umständen die Bewegung des
Stellglieds 5 blockieren, so dass es notwendig wird, den Blockierzustand unmittelbar zu Startbeginn des Verbrennungsmotors aufzulösen. Dies kann beispielsweise durch Bereitstellen eines maximalen Drehmoments durch den Synchronmotor 2 erreicht werden. Aus diesem Grund ist es bereits während des Startbeginns des Verbrennungsmotors notwendig, die Läuferlage des
Synchronmotors 2 exakt zu kennen, damit es zu einer möglichst geringen Reduzierung des Stellmoments aufgrund einer ungenauen Bestimmung der Läuferlage kommt. Jedoch kann aufgrund der tiefen Temperaturen bei einer entsprechend ausgeprägten Temperaturdrift des Lagesensors 8 nur ungenau auf die
Läuferlage zurückgeschlossen werden, was zu einer signifikanten Abweichung zwischen der ermittelten Läuferlage und der realen Läuferlage führt. Manche Stellgebersysteme weisen relative Lagesensoren auf, die vor
Inbetriebnahme aus einem abgeschalteten Zustand zunächst kalibriert werden müssen, indem diese in einem lediglich gesteuerten Betrieb des Läufers des Synchronmotors an eine vorbekannte Position verfahren werden. Bei einer etwaigen Blockierung des Stellglieds kann diese Kalibrierung nicht durchgeführt werden, so dass mithilfe des Lagesensors keine Angabe über die tatsächliche
Läuferlage ermittelt werden kann.
Wenn keine Angabe über die tatsächliche Läuferlage vorhanden ist, kann der Läufer des Synchronmotors 2 nicht optimal angesteuert werden, d. h. der Synchronmotor 2 kann nicht das maximale Antriebsmoment bereitstellen, um eine etwaige Blockierung des Stellglieds 5 aufzulösen. In den Figuren 2a und 2b ist ein Flussdiagramm dargestellt, mit dem bereits während der Motorstartphase ein maximales Drehmoment auf das Stellglied 5 ausgeübt werden kann.
Das Flussdiagramm der Figur 2a veranschaulicht einen Verfahrensablauf, der nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors während einer Nachlaufphase durchgeführt wird. Dabei wird das Stellglied 5 überwacht (Schritt S1). Bei einem Stillstand des Stellglieds 5 (Alternative: Ja), was beispielsweise festgestellt werden kann, wenn der Synchronmotor 2 nicht mehr bestromt wird, wird eine Angabe über die zuletzt von dem Lagesensor 8 detektierte Stellung des
Stellglieds 5 als Referenzstellung durch das Steuergerät 7 in dem nichtflüchtigen Speicher 10 abgespeichert (Schritt S2). Alternativ kann eine Referenzläuferlage, die sich aus der zuletzt detektierten Stellung des Stellglieds ergibt, in dem nichtflüchtigen Speicher 10 gespeichert werden.
Das Flussdiagramm der Figur 2b veranschaulicht einen Verfahrensablauf, der nach dem Einschalten des Verbrennungsmotors durchgeführt wird. Bei Start des Verbrennungsmotors und gleichzeitigem Einschalten des Stellgebersystems 1 wird die gespeicherte Stellungsangabe aus dem nichtflüchtigen Speicher 10 als Referenz abgerufen (Schritt S3) und die nun von dem Lagesensor 8
bereitgestellte Stellungsangabe mithilfe der abgespeicherten
Referenzstellungsangabe bzw. der Referenzläuferlage korrigiert (Schritt S4), um so die Temperaturdrift des Lagesensors 8 zu eliminieren. Bei Verwendung eines relativen Lagesensors 8 kann mithilfe der Referenzstellungsangabe bzw. der Referenzläuferlage eine initiale Kalibrierung (Initialisierung) durchgeführt werden.
Anschließend (Schritt S5) wird eine Blockierdetektion durchgeführt, indem das Steuergerät 7 den Synchronmotor 2 so ansteuert, dass ein Stellmoment bereitgestellt wird, das zu einer Stellungsänderung des Stellglieds 5 führt. Wird in Schritt S6 eine solche Stellungsänderung erkannt (Alternative: Ja), so ist die Drosselklappe 5 nicht blockiert und das Stellgebersystem kann basierend auf Fahrervorgaben und dergleichen eine Lageregelung für den herkömmlichen Betrieb des Verbrennungsmotors durchführen. Wird in Schritt S6 eine Blockierung des Stellglieds 5 detektiert (Alternative: Nein), so wird der Synchronmotor 2 mithilfe des Steuergeräts 7 so angesteuert
(Schritt S7), dass der Raumzeiger um den der gespeicherten Referenzstellung entsprechenden Raumzeiger variiert, um so ein schwankendes Stellmoment um das maximale bereitstellbare Stellmoment zu bewirken. Mithilfe des variierenden Stellmoments wird daher versucht, das Stellglied 5 aus dem Blockierzustand zu lösen.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass vor dem wechselweisen Bestromen der Statorspulen des Synchronmotors 2 um die gespeicherte Referenzstellung ein um 180° elektrisch gedrehter Raumzeiger an dem Synchronmotor 2 angelegt wird, um eine etwaige Blockierung des Stellgebersystems zu lösen.
Wrd in Schritt S8 festgestellt, dass, obwohl der Raumzeigerwinkel variiert worden ist und dadurch sichergestellt ist, dass der Bereich eines maximalen Stellmoments überstrichen worden ist, sich die Blockierung nicht gelöst hat (Alternative: Ja), so kann das Steuergerät 7 den Synchronmotor 2 so ansteuern, dass der entsprechende Raumzeiger, der das Statormagnetfeld bestimmt, synchron mit geeigneter Frequenz umlaufen gelassen wird (Schritt S9). Hierbei werden periodisch nacheinander die maximalen Stellmomente in beiden
Motordrehrichtungen erzeugt. Es stellt sich ein Schütteln ein, wobei bei geeigneter Wahl der Umlauffrequenz eine Resonanzerhöhung der Amplitude des dadurch erzeugten maximalen Stellmoments erreicht und damit sogar
Losbrechamplituden über dem maximalen Stellmoment des Synchronmotors 2 erzeugt werden können. Um die Resonanz zu erreichen, kann dieses Verfahren mit veränderlichen Umlauffrequenzen, beispielsweise mit steigender
Umlauffrequenz, durchgeführt werden, so dass der Bereich einer Resonanz des Stellgebersystems aufgefunden werden kann.
Wrd in Schritt S6 keine Blockierung des Stellglieds 5 detektiert (Alternative: oder wird in Schritt S8 festgestellt, dass sich die Blockierung gelöst hat
(Alternative: Nein) so wird das Verfahren beendet.

Claims

Ansprüche
Verfahren zum Betreiben eines Stellgebersystems (1) mit einem elektronisch kommutierten Stellantrieb (2) zum Antreiben eines Stellglieds (5), mit folgenden Schritten:
- nichtflüchtiges Speichern einer zuletzt erfassten Stellungsangabe des
Stellglieds (5) bzw. eines Läufers des Stellantriebs (2) als Referenzlage vor einem Abschalten des Stellgebersystems (1);
- bei einem Einschalten des Stellgebersystems (1), Abrufen der Referenzlage und Ansteuern des Stellantriebs (2) durch Bestromen des Stellantriebs (2) gemäß einem Raumzeiger, der von der Referenzlage abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei nach dem Einschalten des Stellgebersystems
(1) festgestellt wird, ob das Stellglied (5) blockiert ist, und wobei, wenn festgestellt wird, dass das Stellglied (5) blockiert ist, der Stellantrieb (2) gemäß einem Raumzeiger bestromt wird, der um einen der Referenzlage
entsprechenden Raumzeiger variiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei, wenn festgestellt wird, dass das Stellglied (5) blockiert ist, der Stellantrieb (2) mit Raumzeigern angesteuert wird, die um 180° einer elektrischen Läuferlage variieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nach dem Einschalten des Stellgebersystems (1) festgestellt wird, ob das Stellglied (5) blockiert ist, und wobei, wenn festgestellt wird, dass das Stellglied (5) blockiert ist, der Stellantrieb
(2) gemäß einem umlaufenden Raumzeiger bestromt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Umlauffrequenz des umlaufenden Raumzeigers einer vorgegebenen Umlauffrequenz entspricht, bei der das Stellgebersystem (1) eine Resonanz aufweist, so dass die Stellkraft gegenüber einer maximalen Stellkraft des Stellantriebs (2) erhöht ist. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Umlauffrequenz des umlaufenden Raumzeigers variiert wird.
Vorrichtung zum Betreiben eines Stellgebersystems mit einem elektronisch kommutierten Stellantrieb (2) zum Antreiben eines Stellglieds (5), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um
- eine zuletzt erfasste Stellungsangabe eines Stellglieds (5) bzw. eines Läufers des Stellantriebs (2) als Referenzlage vor einem Abschalten des
Stellgebersystems (1) nichtflüchtig zu speichern; und
- bei einem Einschalten des Stellgebersystems (1) die Referenzlage abzurufen und den Stellantrieb (2) durch Bestromen des Stellantriebs (2) gemäß einem Raumzeiger, der von der Referenzlage abhängig ist, anzusteuern.
Stellgebersystem (1) umfassend:
- ein Stellglied (5);
- einen elektronisch kommutierten Stellantrieb (2) zum Antreiben des Stellglieds
(5);
- ein Steuergerät (7), das mit einem nichtflüchtigem Speicher (10) verbunden ist, um eine zuletzt erfassten Stellungsangabe des Stellglieds (5) als Referenzlage vor einem Abschalten des Stellgebersystems (1) zu speichern;
wobei das Steuergerät (7) ausgebildet ist, um bei einem Einschalten des Stellgebersystems (1), die Referenzlage abzurufen und den Stellantrieb (2) durch Bestromen des Stellantriebs (2) gemäß einem Raumzeiger, der von der
Referenzlage abhängig ist, anzusteuern.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführt.
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