Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors, insbesondere zur Betätigung von Aktoren in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine momentane Motorspannung mit einem Spannungsgrenzwert verglichen wird, bevor diese an den Elektromotor angelegt wird, wobei der Spannungsgrenzwert aus einer Impedanz des Elektromotors abgeleitet wird.

Elektrisch kommutierte Elektromotoren werden in Kraftfahrzeugen häufig als Hilfsmotoren zur Ansteuerung automatisierter Getriebe oder Kupplungen eingesetzt. Dabei muss die Sicherheit der Ansteuerung gewährleistet werden, da eine Fehlfunktion des Elektromotors zu einer fehlerhaften Betätigung des Getriebes oder der Kupplung führen kann. Eine solche Fehlfunktion kann Auswirkungen auf die Fahrsicherheit des Kraftfahrzeugs haben und eventuell zu Unfällen führen. Wie aus der DE 10 2006 001 915 A1 bekannt, werden zu diesem Zweck die Betriebsgrößen des Elektromotors überwacht, wobei beispielsweise ein momentaner Motorstrom gemessen wird.

Um die Endstufen des Elektromotors, welche in Steuergeräten verbaut sind, zu schützen, muss der maximal zulässige Motorstrom begrenzt werden. Die Begrenzung des maximalen Motorstromes erfolgt dabei durch eine Limitierung der Motorspannung. Die maximal zulässige Motorspannung zur Ansteuerung des Elektromotors wird einmalig mittels einer Software aus dem maximal zulässigen Strom, einer Impedanz des Elektromotors und einer Gegeninduktionsspannung berechnet. Der berechnete Wert wird dann in der Software hinterlegt. Da die Impedanz über der Temperatur veränderlich ist, muss immer ein Kompromiss eingegangen werden. Ist die Impedanz, die sich bei einer hohen Temperatur von beispielsweise 130°C einstellt, hinterlegt, dann fließt bei hohen Temperaturen der maximal zulässige Strom

U M, ot u Ind _

l|Vlotor(130°C) ~ = l _E n. dstufen, max

Z 130°C Bei niedrigen Temperaturen ist die tatsächliche Impedanz geringer als der in der Software hinterlegte Wert. Da die tatsächliche Temperatur der Software nicht bekannt ist, kann dieser Unterschied nicht berücksichtigt werden. Die Berechnung des maximal zulässigen Spannungsgrenzwertes geschieht daher immer mit einer zu großen Impedanz, was zur Folge hat, dass die Spannungslimitierung ungenau wird und zu hohe Spannungen angelegt werden. Dadurch können Ströme durch die Endstufe fließen, die deutlich größer als der maximal zulässige Strom sind. Bei einer Temperatur von -30°C beträgt

I _ U _Mot U _Ind

I Motor(-30°C) - * I Endstufen, max-

Z

Um dies zu verhindern, muss entweder das Stromlimit reduziert oder die Impedanz bei niedrigen Temperaturen angegeben werden. In beiden Fällen steht bei höheren Temperaturen nicht mehr die volle Leistung des Elektromotors zur Verfügung, da die Motorspannung unnötigerweise limitiert wird lEndstufen.max.neu ^ lEndstufen.max U Mot U Ind

lMotor,neu(-30°C) ^{— —} Endstufen, max

7

U Mot U Ind

!Motor,neu(130°C) ¹ Endstufen, max.neu-

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung des

Elektromotors anzugeben, bei welchem Leistungseinbußen des Elektromotors zuverlässig verhindert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Impedanz während des

Betriebes des Elektromotors bestimmt wird. Durch die regelmäßige Aktualisierung der Impedanz ist eine zuverlässige Anpassung an die, den Elektromotor umgebende Temperatur gewährleistet. Daraus ergibt sich eine korrekte Ermittlung des Spannungsgrenzwertes, da dieser aus den tatsächlich existierenden Umgebungsbedingungen abgeleitet wird. Durch die kontinu- ierliche Bestimmung des Spannungsgrenzwertes wird auch der durch die Endstufe fließende Strom angepasst, so dass eine Überhitzung der Endstufen zuverlässig unterbunden wird.

Vorteilhafterweise wird die Impedanz mittels einer momentanen Strommessung bestimmt. Da die Endstufen Halbleiterschalter enthalten und diese temperaturabhängig agieren, wird durch die Strommessung zuverlässig ein Rückschluss auf die Temperatur der Umgebung vorgenommen, aus der immer die tatsächliche Impedanz abgeleitet wird.

In einer Ausgestaltung wird die momentane Strommessung mittels einer Steuergeräteintegrierten Software ausgewertet. Durch die Nutzung einer an sich vorhandenen Software des Steuergerätes werden die Kosten für die Implementierung des vorgeschlagenen Verfahrens in dem Steuergerät reduziert.

In einer Variante wird die Impedanz während eines Referenzierverfahrens ermittelt, wobei ein Aktor, der durch den Elektromotor angetrieben wird, durch den mit einer Motorspannung beaufschlagten Elektromotor gegen einen Anschlag gedrückt wird, wobei die Drehzahl des E- lektromotors Null ist. Bei dem Referenzierverfahren handelt es sich um einen definierten Vorgang des Steuergerätes, welcher insbesondere vor dem eigentlichen Antrieb des Aktors durch den Elektromotor ausgeführt wird. Somit steht ein aktueller Impedanzwert zum Beginn des Betriebes des Elektromotors zur Verfügung, woraus sich ein entsprechend aktueller Spannungsgrenzwert ergibt.

In einer Alternative wird die Impedanz beim Anfahren des mit einer momentanen Motorspannung beaufschlagten Elektromotors ermittelt, wobei die Drehzahl des Elektromotors beim Anfahren annähernd Null ist. Auch für diesen Vorgang wird zuverlässig der aktuelle Impedanzwert festgestellt, um für diesen Betriebsvorgang des Elektromotors die entsprechenden Spannungsgrenzwerte festlegen zu können.

In einer Weiterbildung wird ein Realteil der Impedanz aus dem Quotienten der momentan an dem Elektromotor anliegenden Spannung und dem momentan gemessenen Strom ermittelt. Aufgrund dessen, dass die Drehzahl des Elektromotors mit Null angenommen ist, entfällt in diesem Fall der Imaginärteil der Impedanz. Vorteilhafterweise wird die Impedanz bei einer konstanten Drehzahl des Elektromotors bestimmt. Somit kann auch während des Normalbetriebes des Elektromotors der Spannungsgrenzwert zuverlässig aus der bei einer konstanten Drehzahl ermittelten Impedanz bestimmt werden. Durch eine solche zuverlässige Ermittlung des Spannungsgrenzwertes erfolgt keine unzulässige Limitierung der Motorspannung, wodurch immer die maximale Leistung des Elektromotors abgefordert werden kann. Durch die Ermittlung der tatsächlichen Impedanz ist die optimale Motorperformance in allen Betriebszuständen des Elektromotors gewährleistet.

In einer Ausführungsform wird die Impedanz aus der momentan anliegenden Motorspannung, dem momentan gemessenen Motorstrom, der konstanten Drehzahl, einer Induktivität und einer Anzahl von Polpaaren des Elektromotors bestimmt, wobei die Induktivität und die Anzahl der Polpaare unveränderlich sind. Somit wird auch im Betrieb des Elektromotors, bei welchem dieser den Aktor ansteuert, die maximale Leistung des Elektromotors eingestellt.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.

Es zeigt:

Figur 1 : ein Ausführungsbeispiel eines, mit einer Endstufe verschalteten Elektromotors

Figur 1 zeigt einen Elektromotor 1 , der mit einer Endstufe 2 verschaltet ist. In einem

Massepfad 3 der Endstufe 2 ist eine Strommesseinrichtung 4 vorgesehen. Die Endstufe 2 sowie die Strommesseinrichtung 4 sind dabei in einem Steuergerät 5 angeordnet. Des Weiteren ist die Endstufe 2 mit einer Spannungsversorgung 6 verbunden, welche ebenfalls im Steuergerät 5 positioniert ist. Eine solche Anordnung wird beispielsweise in elektrohydraulischen Kupplungssystemen oder Getriebesteuerungen angesetzt.

Im Betrieb, beispielsweise einer Kupplung, wird der Elektromotor 1 von dem Steuergerät 5 mittels einer Blockkommutierung angesteuert, was bedeutet, dass der Elektromotor 1 , welcher über drei Phasen U, V, W verfügt, so angesteuert wird, dass immer eine der Phasen U, V, W stromlos ist, während die anderen beiden Phasen U, V, W bestromt werden. Wie aus Figur 1 ersichtlich, werden die Phasen U, V, W an Mittelabgriffen der Endstufe 2 abgegriffen. Die Endstufe 2 ist dabei als Brückenschaltung mit elektronischen Schaltelementen 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12 ausgebildet. Bei einer B-Brücke, wie im vorliegenden Fall, sind sechs elektronische Schaltelemente 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12 vorhanden, die vorteilhafterweise als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind. Bei der Verwendung eines bürstenlosen Elektromotors 1 werden die Feldeffekttransistoren elektronisch kommutiert und dadurch ein Drehfeld erzeugt.

Der Einfachheit halber sind die Feldeffekttransistoren in der Figur 1 nur als Schalter 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12 dargestellt. Zwischen den Schaltern 7, 8 wird die Phase U, zwischen den Schaltern 9, 10 die Phase V und zwischen den Schaltern 1 1 , 12 die Phase W des Elektromotors 1 abgegriffen.

Zum Schutz der Endstufe 2 des Elektromotors 1 wird der maximal zulässige Strom begrenzt. Die Begrenzung des maximal zulässigen Stroms lEndstufen.max folgt durch eine Limitierung der Motorspannung L Die maximal zulässige Motorspannung U _M ot,max zur Ansteuerung des E- lektromotors 1 wird dabei von der im Steuergerät 5 enthaltenen Software aus dem maximal zulässigen Strom lEndstufen.max, einem Impedanzwert Z und einer Gegeninduktionsspannung ΙΙ _Μ berechnet. Die entsprechenden Werte sind in der Software des Steuergerätes 5 hinterlegt.

Folgende Zusammenhänge zeigen die Berechnungen:

U Motor, max ^— lEndstufen.max Z + U Ind

U Motor, max ^— lEndstufen.max Z + k _e CO

Dabei bedeuten: lEndstufen.max maximal zulässiger Strom

Z aktuelle Impedanz des Elektromotors des Systems, bestehend aus dem

Gesamtwiderstand R und dem induktiven Widerstand, der sich wie folgt berechnet:

(1 ) R Gesamtwiderstand der Seite des Elektromotors (umfassend Klemmwiderstand, Kabelbaumwiderstand, Steuergerätewiderstand)

L Gesamtinduktivität

P Anzahl Polpaare

ω Drehzahl

Spannungskonstante des Elektromotors

ω gemessene momentane Drehzahl

gemessener momentaner Strom

gemessene momentane Spannung.

Allgemein ergibt sich für die Impedanz Z in einem elektrisch kommutierten Elektromotor 1

Die tatsächliche Impedanz Z wird im Betrieb des Elektromotors 1 durch Zuhilfenahme der Steuergeräte-integrierten Strommessung über den Strommesswiderstand 4 durchgeführt. Dabei wird die Impedanz Z in verschiedenen Betriebszuständen des Elektromotors 1 ermittelt.

In einer ersten Variante wird der Impedanzwert Z in einem Referenziervorgang des Steuergerätes 5 bestimmt. Während dieses Referenziervorganges wird der Aktor, beispielsweise die Kupplung oder das Getriebe, durch den Elektromotor 1 gegen einen Anschlag verfahren, wobei sich der Elektromotor aufgrund des Anschlages nicht dreht und die Drehzahl ω gleich Null ist. Entsprechend Gleichung (1 ) ergibt sich somit ein realer Widerstand

U M,

R = ot

I Mot

Dieser aktuelle Widerstand R wird zur Bestimmung des Spannungsgrenzwertes U _M ot _, max herangezogen. Eine zweite Möglichkeit, die Impedanz Z zu bestimmen, wird beim Anfahren des Elektromotors 1 realisiert. Da in den ersten Augenblicken des Anfahrens der Elektromotor 1 erst die Trägheit überwinden muss, ist auch in diesem Fall die Drehzahl ω annähernd Null. Auch daraus ergibt sich für die Impedanz Z, die aktuell für die Ermittlung des Spannungsgrenzwertes herangezogen wird, nur der Realteil R.

R =

¹ Mot

In einem dritten Fall wird bei einer Konstantfahrt des Elektromotors 1 , d.h. bei einer Drehzahl ω= konstant, wobei die Drehzahl ω gemessen wird, die Impedanz Z bestimmt. Die Induktivität L und die Anzahl der Polpaare p des Elektromotors 1 sind bekannt und im Steuergerät 5 fest abgespeichert, da sie keine Temperaturabhängigkeiten aufweisen. Die Motorkonstante k _e weist zwar eine Temperaturabhängigkeit auf, diese kann aber bei kleinem ω vernachlässigt werden. Somit kann bei dieser Vorgehensweise die Impedanz Z des Elektromotors 1 gemäß Gleichung (1 ) ermittelt werden.

Aus der jeweiligen, in einem der drei verschiedenen Vorgehensweisen ermittelten aktuellen Impedanz Z wird jeweils ein aktueller Spannungsgrenzwert U _M ot,max berechnet, der dann der Ansteuerung des Elektromotors 1 durch die Endstufe 2 zugrunde gelegt wird. Bevor der Elektromotor 1 mit einer aktuellen Motorspannung U _Mo t angesteuert wird, wird diese jeweils mit dem Spannungsgrenzwert U _Mo t, max verglichen. Übersteigt die aktuelle Motorspannung U _Mo t den Spannungsgrenzwert U _M ot,max , so wird die den Elektromotor 1 ansteuernde Motorspannung U _M ot auf den Spannungsgrenzwert U _M ot,max limitiert, wodurch eine Überlastung der Endstufen 2 des Elektromotors 1 zuverlässig unterbunden wird. Darüber hinaus wird durch diese aktuelle Bestimmung der Impedanz Z immer die maximale Leistung des Elektromotors 1 abgerufen. Bezuqszeichenliste

1 Elektromotor

2 Endstufe

3 Massepfad

4 Strommesseinrichtung

5 Steuergerät

6 Spannungsversorgung

7 Schaltelement

8 Schaltelement

9 Schaltelement

10 Schaltelement

1 1 Schaltelement

12 Schaltelement

U Phase des Elektromotors

V Phase des Elektromotors

W Phase des Elektromotors