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Title:
METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN ELECTROMECHANICAL ACTUATING UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/045815
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating an electromechanical actuating unit, which is formed, in essence, of an electronic control unit and of at least one electric motor. The electric motor is controlled by the electronic control unit with the aid of a pulse-width modulation of the supply voltage, and a vehicle electric system voltage is applied to this electric motor. The invention also relates to a device for carrying out said method. The invention provides that the electric motor (1) is controlled in such a manner that the rotational speed of the electric motor (1) and the torque provided by the electric motor (1) are constant irrespective of the actual value of the vehicle electric system voltage (Vactual).

Inventors:
Klusemann, Rainer (Sonnenweg 109, Frankfurt am Main, 60529, DE)
Wiens, Eduard (Berliner Strasse 16, Steinbach, 61449, DE)
Application Number:
PCT/EP2005/055564
Publication Date:
May 04, 2006
Filing Date:
October 26, 2005
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL TEVES AG & CO. OHG (Guerickestrasse 7, Frankfurt am Main, 60488, DE)
Klusemann, Rainer (Sonnenweg 109, Frankfurt am Main, 60529, DE)
Wiens, Eduard (Berliner Strasse 16, Steinbach, 61449, DE)
International Classes:
H02P23/00; H02P7/29
Foreign References:
EP0659610A11995-06-28
US5977740A1999-11-02
Attorney, Agent or Firm:
CONTINENTAL TEVES AG & CO. OHG (Guerickestrasse 7, Frankfurt am Main, 60488, DE)
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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.
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 V Moto r 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 V lst in einem Kraftfahrzeug nicht konstant ist, muss ein Weg gefunden werden, sodass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung V lst 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 V lst 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 V lst vorgenommen wird. Mit der Gleichung

PWM[%]=F[%]•^≡s- (I)

"ist

wird eine Normierung der aktuellen Bordnetzspannung V lst in Bezug auf die Nominalspannung V nom des Bordnetzes vorgenommen. Beträgt die Nominalspannung V nom 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 V lst = 7V ein Wert von PWM= 100% oder bei einer Bordnetzspannung von V lst = 10V ein Wert von PWM= 70%. Dagegen ergibt sich bei einem gegenüber der Nominalspannung V nom höheren Bordnetzspannungswert von beispielsweise V lst = 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 V nom 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 V Moto r 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 V Moto r 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 V Moto r 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.