KETTELER, Karl-Hermann (Angerweg 4, Markdorf, 88677, DE)
KRIMMEL, Horst (Altmannstr. 21, Tettnang, 88069, DE)
KECKEISEN, Michael (Schwarzenbach 18, Meckenbeuren, 88074, DE)
FUESSL, Andreas (Fallenbachweg 5, Kressbronn, 88079, DE)
KETTELER, Karl-Hermann (Angerweg 4, Markdorf, 88677, DE)
KRIMMEL, Horst (Altmannstr. 21, Tettnang, 88069, DE)
KECKEISEN, Michael (Schwarzenbach 18, Meckenbeuren, 88074, DE)
| Patentansprüche 1 . Positionssteiler, mit einem Aktor (13) und mit einem Steuerungsgerät (14), wobei der Aktor (13) einen Elektromotor (15), einen vom Elektromotor (15) translatorisch verlagerbaren Steller (19) und mehrere Sensoren (20, 21 ) umfasst, und wobei der Aktor (13) und das Steuerungsgerät (14) miteinander gekoppelt sind und Daten austauschen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Aktor (13) eine Auswerteeinrichtung (22) integriert ist, die von allen Sensoren (20, 21 ) des Aktors (13) Messdaten empfängt, auswertet und an das Steuerungsgerät (14) weiterleitet. 2. Positionssteiler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in den Aktor (13) integrierte Auswerteeinrichtung (22) die Messdaten aller Sensoren (20, 21 ) des Aktors (13) empfängt, auswertet und nach der Auswertung an das Steuerungsgerät (14) weiterleitet. 3. Positionssteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Aktor (13) integrierte Auswerteeinrichtung (22) die Messdaten nach der Auswertung ereignisgesteuert bei einer Änderung mindestens eines Messsignals mindestens eines Sensors (20, 21 ) des Aktors (13) an das Steuerungsgerät (14) weiterleitet. 4. Positionssteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (13) zumindest einen dem Elektromotor (15) zugeordneten Drehlagesensor (20) und einen dem Steller (19) zugeordneten Lagesensor (21 ) umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung (14) die Messdaten zumindest dieser Sensoren (20, 21 ) empfängt, auswertet und nach der Auswertung ereignisgesteuert bei einer Änderung mindestens eines Messsignals mindestens eines Sensors (20, 21 ) ereignisgesteuert weiterleitet. 5. Positionssteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (13) weiterhin einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor und/oder einen Kraftsensor und/oder einen Stromsensor umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung (22) entsprechende Messdaten empfängt, auswertet und nach der Auswertung ereignisgesteuert weiterleitet. 6. Positionssteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (22) des Aktors (13) und das Steuerungsgerät (14) über einen Datenbus (23) und einen Steckverbinder (24) miteinander gekoppelt sind. 7. Positionssteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsgerät (14) auf Basis der von der Auswerteeinrichtung (22) des Aktors (13) empfangenen, auswerteten und weiterleiteten Messdaten den Aktor (13) steuert und/oder regelt. 8. Positionssteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe über das Steuerungsgerät (14) an einen übergeordneten Datenbus ankoppelbar ist, über welchen das Steuerungsgerät (14) mit mindestens einem anderen an den übergeordneten Datenbus gekoppelten Steuerungsgerät Daten austauscht. 9. Positionssteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (22) über einen eigenen Datenspeicher verfügt, in dem individuelle Identifikations-, Parameter- oder Kalibrierungsdaten des Positionsstellers abgespeichert sind. 10. Positionssteiler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die individuelle Identifikations-, Parameter- oder Kalibrierungsdaten des Positionsstellers aus einer Band-Ende-Prüfung oder aus einer ersten Inbetriebnahme des Positionsstellers stammen. 1 1 . Verwendung eines Positionsstellers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Personen- oder Nutzfahrzeug zur Betätigung einer aktiven Achskinematik oder eines aktiven Fahrwerksstabilisators oder eines Schaltelementes in einem Automatgetriebe, oder eines Gangschaltelement in einem automatisierten Schaltgetriebe oder einer Anfahrkupplung. |
Die Erfindung betrifft einen Positionssteiler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
In zum Beispiel Kraftfahrzeugen sind eine Vielzahl von elektro- mechanischen Positionsstellern verbaut, mithilfe derer Positionieraufgaben durchgeführt werden können. So sind zum Beispiel in einer aktiven Hinterachsenkinematik oder in Getrieben elektro-mechanische Positionssteiler verbaut, um Positionieraufgaben durchzuführen.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines aus dem Stand der Technik bekannten, elektro-mechanischen Positionsstellers 1 , der über einen Aktor 2 und ein Steuerungsgerät 3 verfügt. Der Aktor 1 verfügt über einen Elektromotor 4, der im Sinne des Doppelpfeils 5 eine Welle 6 drehend antreibt, wobei auf der Welle 6 des Aktors 2 ein im Sinne des Doppelpfeils 7 translatorisch zu verlagernder Steller 8 gelagert ist. Zwischen die Welle 6 und dem translatorisch zu verlagernden Steller 8 kann ein Übertragungselement, wie zum Beispiel eine Kugelumlaufspindel, eine Trapezspindel oder eine Kugelrampe, geschaltet sein, um die Drehung der Welle 6 im Sinne des Doppelpfeils 5 in eine translatorische Bewegung des Stellers 8 im Sinne des Doppelpfeils 7 umzuwandeln. Dabei kann in dem rotatorischen Übertragungspfad ein Getriebe, beispielsweise eine Stirnradübersetzung, ein Riemenelement oder ein Planetengetriebe, eingefügt sein.
Der Aktor 2 des aus dem Stand der Technik bekannten Positionsstellers 1 verfügt über mehrere Sensoren, wobei in Fig. 1 zwei Sensoren gezeigt sind, nämlich ein dem Elektromotor 4 zugeordneter Sensor 9 und ein dem Steller 8 zugeordneter Sensor 10. Beim Sensor 9 handelt es sich um einen Drehlagesensor, der die Drehposition des Elektromotors absolut oder relativ, kontinuierlich oder diskret erfasst. Bei dem Sensor 10, der dem Steller 8 zugeordnet ist, kann es sich um einen kontinuierlich oder diskret arbeitenden Sensor handeln, der die translatorische Position des Stellers 8 bestimmt. Ein diskret arbeitender Sensor 10 wird auch als Bezugspositionssensor oder Nulllagesensor bezeichnet.
Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten elektro-mechanischen Positionssteiler 1 der Fig. 1 übertragen die Sensoren 9 und 10 des Aktors 2 Daten, nämlich Messwerte, an das Steuerungsgerät 3, wobei nach dem Stand der Technik die Sensoren 9 und 10 über eine Steckverbindung 1 1 individuell mit dem Steuerungsgerät 3 verkabelt sind und ihre Messdaten an das Steuerungsgerät 3 übertragen. Das Steuerungsgerät 3 übernimmt dann die Auswertung der von den Sensoren 9 und 10 erfassten Messdaten und kann auf Grundlage dieser Auswertung den Betrieb des elektro-mechanischen Positionsstel- lers 1 steuern bzw. regeln. Bedingt dadurch, dass Aktor 2 und Steuerungsgerät 3 als separate Baugruppen ausgebildet sind, die über separate Gehäuse verfügen, ergibt sich zwischen dem Aktor 2 und dem Steller 3 ein großer Verkabelungsaufwand. Dies ist von Nachteil. Es besteht daher Bedarf an einem Positionssteiler, der über einen geringeren Verkabelungsaufwand verfügt.
Aus der DE 10 2004 009 467 A1 ist ein Steuerungssystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Vielzahl von Aktoren bekannt. Die DE 102 06 657 A1 betrifft ein Aktor-Sensor- Interface für die Automation.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, einen neuartigen Positionssteiler zu schaffen. Dieses Problem wird durch einen Positionssteiler gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist in den Aktor eine Auswerteeinrichtung integriert, die von allen Sensoren des Aktors Messdaten empfängt, auswertet und an das Steuerungsgerät weiterleitet. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist in den Aktor eine Auswerteeinrichtung integriert.
Die Auswerteeinrichtung des Aktors empfängt von allen Sensoren des Aktors die entsprechenden Messdaten, wertet diese zentral aus und leitet diese zentral an das separate Steuerungsgerät des Positionsstellers weiter.
In den Aktor eines Positionsstellers ist demnach eine Auswerteeinrichtung integriert, die eine zentrale Datenschnittstelle zum Steuerungsgerät des Positionsstellers bildet, sodass zwischen dem Aktor und dem Steuerungsgerät des erfindungsgemäßen Positionsstellers ein geringer Verkabelungsaufwand besteht.
Die Auswerteeinrichtung kann in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung über einen eigenen Datenspeicher verfügen, in dem beispielsweise individuelle Identifikations-, Parameter- oder Kalibrierungsdaten des Positionsstellers bzw. der Komponenten des Positionsstellers abgespeichert sind. Diese Daten können insbesondere aus einer Band-Ende-Prüfung, also einer Abnahmeprüfung oder einer Abschlusskalibrierung im Rahmen der Produktion des Positionsstellers, oder aus einer ersten Inbetriebnahme des Positionsstellers im Einbauzustand stammen und hierbei in den Datenspeicher eingegeben werden. Die Daten können dementsprechend auch Qualifizierungswerte, wie eine individuelle Stellercodierung oder eine Klassifizierung nach Austausch- oder Neugerät beinhalten.
Der erfindungsgemäße Positionssteiler wird bevorzugt in einem Personen- oder Nutzfahrzeug zur Betätigung einer aktiven Achskinematik oder eines aktiven Fahrwerksstabilisators verwendet. Des Weiteren eignet sich der erfindungsgemäße Positionssteiler in einem Personen- oder Nutzfahrzeug besonders zur Betätigung eines Schaltelementes in einem Automatgetriebe, oder eines Gangschaltelement in einem automatisierten Schaltgetriebe oder einer Anfahrkupplung. Hierbei kann die sonst für diese Zwecke benötigte schwere Hydraulik, Pneumatik oder Mechanik durch den leichteren erfindungsgemäßen elektro-mechanischen Positionssteiler ersetzt werden. Außerdem lässt sich ein derart ausgeführter Positionssteiler einfach an die beengten Einbaubedingungen in einem Personen- oder Nutzfahrzeug anpassen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines aus dem Stand der Technik bekannten Positionsstellers; und
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Positionsstellers.
Wie oben beschrieben zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild eines aus dem Stand der Technik bekannten elektro-mechanischen Positionsstellers 1 .
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen, elektro- mechanischen Positionsstellers 12. Der erfindungsgemäße Positionssteiler 12 verfügt über einen Aktor 13 und ein Steuerungsgerät 14. Der Aktor 13 verfügt wiederum über einen Elektromotor 15, der im Sinne des Doppelpfeils 1 6 eine Welle 17 drehend antreibt, auf der ein im Sinne des Doppelpfeils 18 translatorisch zu verlagernder Steller 19 gelagert ist.
Dem Elektromotor 15 ist ein Sensor 20 und dem Steller 19 ein Sensor 21 zugeordnet. Der Aktor 13 und das Steuerungsgerät 14 sind miteinander gekoppelt und tauschen Daten aus.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist in den Aktor 13 des Positionsstellers 12 eine Auswerteeinrichtung 22 integriert, die von allen Sensoren des Aktors, also im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vom Sensor 20 sowie Sensor 21 , Messdaten empfängt, diese Messdaten zentral auswertet und zentral an das Steuerungsgerät 14 des Positionsstellers 12 weiterleitet.
Der Aktor 13 des erfindungsgemäßen Positionsstellers 12 verfügt demnach über eine Auswerteeinrichtung 22, die zentral die Auswertung sämtlicher Messdaten sämtlicher Sensoren des Aktors 13 übernimmt und diese Messdaten nach Auswertung an das Steuerungsgerät 14 des Positionsstellers 12 weiterleitet.
Gemäß Fig. 2 ist das in einem separaten Gehäuse positionierte Steuerungsgerät 14 mit dem ebenfalls in einem separaten Gehäuse positionierten Aktor 13, nämlich mit der Auswerteeinrichtung 22 desselben, über einen Datenbus 23 und einen Steckverbinder 24 gekoppelt. Bedingt dadurch, dass nicht alle Sensoren einzeln für sich mit dem Steuerungsgerät 14 gekoppelt werden, sondern zentral für alle Sensoren die Auswerteeinrichtung 22, ergibt sich ein geringer Verkabelungsaufwand zwischen dem Aktor 13 und dem Steuerungsgerät 14 des erfindungsgemäßen Positionsstellers 12.
Beim Sensor 20, der dem Elektromotor 15 zugeordnet ist, handelt es sich um einen Drehlagesensor, der die Drehlage des Elektromotors 15 absolut oder relativ, kontinuierlich oder diskret erfasst. Bei dem Sensor 21 , der dem Steller 19 zugeordnet ist, handelt es sich um einen kontinuierlich oder diskret arbeitenden Sensor, typischerweise um einen diskret arbeitenden Bezugspositionssensor oder Nulllagesensor.
Zusätzlich zu den Sensoren 20 und 21 kann der Aktor 13 des erfindungsgemäßen Positionsstellers 12 weitere Sensoren umfassen, so zum Beispiel einen Temperatursensor und/oder Drucksensor und/oder Kraftsensor und/oder Stromsensor und/oder weitere Sensoren. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung übermittelt die in den Aktor 13 des erfindungsgemäßen Positionsstellers 12 integrierte Auswerteeinrichtung 22 Messsignale der Sensoren nach Auswertung derselben ereignisgesteuert bzw. eventgesteuert an das Steuerungsgerät 14 des erfindungsgemäßen Positionsstellers 12. Erfindungsgemäß erfolgt demnach keine zeitgesteuerte Datenübertragung von der Auswerteeinrichtung 22 an das Steuerungsgerät 14 nach einem festen Zeitraster, vielmehr werden Daten von der Auswerteeinrichtung 22 an das Steuerungsgerät 14 nur dann übertragen, wenn eine Änderung in mindestens einem Messsignal mindestens eines Sensors vorliegt. Nur dann, wenn also eine Zustandsänderung im Aktor 13 mithilfe mindestens eines Sensors detektiert wird, übermittelt die in den Aktor 13 integrierte Auswerteeinrichtung 22 ein entsprechendes Datum an das Steuerungsgerät 14.
Falls es sich bei den Messdaten um zeitkritische Signale handelt, kann zusammen mit dem entsprechenden Messsignal ein Zeitstempel mitgesendet werden.
Parallel zu dem Datenbus 23 können auch Ströme bzw. Spannungen zur elektrischen Versorgung der Auswerteeinrichtung 22 sowie der Sensoren 20, 21 vom Steuerungsgerät 14 an den Aktor 13 übertragen werden. Hierzu sind die elektrischen Leitungen zur elektrischen Versorgung bevorzugt mit dem Datenbus 23 gebündelt.
Die Auswerteeinrichtung 22 kann hierbei über einen in der Figur nicht dargestellten Datenspeicher verfügen, in dem insbesondere individuelle Identi- fikations-, Parameter- oder Kalibrierungsdaten des Positionsstellers 12 bzw. der Komponenten des Positionsstellers 12, insbesondere der Sensoren 20, 21 des Elektromotors 15, oder der Auswerteeinrichtung 22 selbst, abgespeichert sind. Der erfindungsgemäße, elektro-mechanische Positionssteiler 12 verfügt über eine Vielzahl von Vorteilen. So kann der Aufwand für die Verkabelung und damit der Aufwand für die Anschluss- und Verbindungstechnik zwischen dem Aktor 13 und dem Steuerungsgerät 14 reduziert werden. Bereits im Aktor 13 kann eine Auswertung der von den Sensoren des Aktors 13 erfassten Messsignale erfolgen. Bereits im Positionssteiler 12 kann eine Diagnose und Kalibrierung der Sensorsignale bzw. Sensoren erfolgen.
Bedingt durch die ereignisgesteuerte bzw. eventgesteuerte Übertragung der Messsignalen der Sensoren von der Auswerteeinrichtung 22 des Aktors 13 an das Steuerungsgerät 14 kann eine minimale Latentzeit zwischen der Erfassung einer Zustandsänderung des oder jeden Sensorsignals und der Übertragung derselben an das Steuerungsgerät 14 realisiert werden.
Das Steuerungsgerät 14 des erfindungsgemäßen Positionsstellers 12 kann auf Grundlage der von der Auswerteeinrichtung 22 des Aktors 13 übertragenen Daten den Betrieb des Aktors 13 des erfindungsgemäßen Positionsstellers 12 steuern bzw. regeln.
Bezuqszeichen
Positionssteiler
Aktor
Steuerungsgerät
Elektromotor
Doppelpfeil
Welle
Doppelpfeil
Steller
Sensor
Sensor
Steckverbinder
Positionssteiler
Aktor
Steuerungsgerät
Elektromotor
Doppelpfeil
Welle
Doppelpfeil
Steller
Sensor
Sensor
Auswerteeinrichtung
Datenbus
Steckverbinder
Next Patent: SELECTING PREDICTED MOTION VECTOR CANDIDATES