DE102005051521A1 - Electromechanical actuating unit operating method for motor vehicle, involves controlling electric motor so that speed of motor and torque provided by motor are constant independent of actual value of vehicle electric system voltage - Google Patents

Electromechanical actuating unit operating method for motor vehicle, involves controlling electric motor so that speed of motor and torque provided by motor are constant independent of actual value of vehicle electric system voltage Download PDF

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Abstract

The method involves controlling an electric motor (1) in such a manner that the rotational speed of the electric motor and the torque provided by the electric motor are constant independent of the actual value of the vehicle electric system voltage (Vactual), by an electronic control unit (6) with the aid of a pulse-width modulation of supply voltage. Vehicle electric system voltage is applied to the electric motor. An independent claim is also included for an electromechanical actuating unit.

Description

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.The The present invention relates to a method of operating an electromechanical Actuator, which consists essentially of an electronic control unit and at least one electric motor is formed, wherein the electric motor from the electronic control unit using pulse width modulation the supply voltage is controlled and a vehicle electrical system voltage attached to him. Furthermore the invention relates to a device for carrying out the Process.

Aus der DE 102 20 779 A1 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.From the DE 102 20 779 A1 a method for driving an electric motor is known, in which the energization of the motor is changed in order to achieve a reduction of the running noise. It is provided that the frequency and / or the phases of the energization is varied independently of the rotational speed of the rotor in order to obtain a low noise. In the previously known method is disregarded that the vehicle electrical system voltage is subjected to strong fluctuations in a motor vehicle and counteracts the control in terms of low noise, which is to be regarded as less advantageous.

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.It It is therefore an object of the present invention to develop a method which drives an electromechanical actuating unit in such a way that independently From voltage fluctuations of the electrical system, a low-power operation noise is feasible.

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.These Task is procedurally characterized solved, that the electric motor is controlled 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 constant are.

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 Gleichung

Figure 00020001
bestimmt wird, sodass sich
Figure 00020002
ergibt.It is provided that 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, ie that the supply voltage of the electric motor by the equation
Figure 00020001
it is determined so
Figure 00020002
results.

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 sicherstelltA Particularly advantageous development provides that the factor is designed such that the electric motor at a nominal voltage of preferably 14V a for Parking brake operations big enough Torque available provides while reducing the running noise of the Electric motor ensures

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.The Task will as well according to the invention thereby solved, that means are present which drive the electric motor in such a way, that independent From the current value of the vehicle electrical system voltage, the speed of the electric motor and the torque provided by the electric motor constant are.

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 istThe Invention will be related to an embodiment in the context closer with the enclosed drawing explains the single figure is a schematic diagram of a hydraulic braking system shows that an electromechanical parking brake to carry out of parking brake operations and at which the method according to the invention can be carried out

In 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 Spreiz schloss 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.In 1 is a diagram of a hydraulic brake system shown schematically. The hydraulic brake system has on a first axis, the front axle, wheel brakes 2 on during service brake tions via a hydraulic line 9 can be acted upon with pressure. To check the desired braking deceleration and to implement anti-lock control (anti-lock) and to detect the vehicle speed, the wheels of the front axle are wheel speed sensors 12 whose output signals are from an electronic control unit (ECU) 5 be supplied. This electronic control unit 5 is assigned to the service brake system. On a second axle, the rear axle, are also wheel brakes 3 provided during service braking via a second hydraulic line 10 can be acted upon with pressure. The wheel speeds of the wheels of the rear axle are determined by wheel speed sensors 13 determined and the above-mentioned electronic control unit 5 fed. In addition, the wheels of the rear axle next to the wheel brakes 3 for service braking also an electromechanically actuated parking brake. The electromechanically actuated parking brake comprises two lockable brake devices 4 acting as drum brakes 4 are each formed with an expanding lock, not shown. The just mentioned spread lock is by means of a cable pull 11 from an electromechanical actuator acting as an electric motor 1 is formed, actuated, after which the drum brakes 4 be tightened. A parking brake operation is after the actuation of a control element 7 performed by the driver. In this case, the output signals of the control element 7 one of the electro-mechanical parking brake associated electronic control unit (ECU) 6 fed to the already mentioned electric motor 1 controls accordingly. The just mentioned electronic control unit 6 and the electronic control unit associated with the service brake system 5 communicate with each other via a data line 8th , which may be formed for example as a CAN connection.

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 Vist in einem Kraftfahrzeug nicht konstant ist, muss ein Weg gefunden werden, sodass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung Vist 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.As the electric motor 1 Mostly attached to the vehicle axle or on the vehicle chassis, the noise is transmitted during the activation of the electric motor 1 also on the chassis and is perceptible to the driver and for persons outside the vehicle. Will the electric motor 1 operated with lower supply voltage V motor , so the speed of the electric motor 1 reduced. The lower speed in turn means that the noise is reduced. Because a lower supply voltage of the electric motor 1 but also a reduced, maximum possible torque of the electric motor 1 has the consequence and thus also the electromechanical actuator is provided and the vehicle electrical system voltage V is not constant in a motor vehicle, a way must be found so that regardless of the current value of the vehicle electrical system voltage V is the speed of the electric motor 1 is reduced and at the same time by the electric motor 1 provided torque does not fall below a minimum value. It is inadequate when the electric motor 1 always with a fixed, reduced pulse width modulation (PWM) is controlled.

Vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Elektromotor 1 derart angesteuert wird, dass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung Vist 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 Vist vorgenommen wird. Mit der Gleichung

Figure 00050001
wird eine Normierung der aktuellen Bordnetzspannung Vist 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 Vist = 7V ein Wert von PWM = 100% oder bei einer Bordnetzspannung von Vist = 10V ein Wert von PWM = 70%. Dagegen ergibt sich bei einem gegenüber der Nominalspannung Vnom höheren Bordnetzspannungswert von beispielsweise Vist = 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 elektrome chanischen Stelleinheit zur Verfügung steht:
Figure 00060001
Rather, the invention provides that the electric motor 1 is controlled such that regardless of the current value of the vehicle electrical system voltage V is the speed of the electric motor 1 reduced, ie noise optimized and the electric motor 1 can develop sufficient torque at the same time. This is achieved in that the pulse width modulated control of the electric motor 1 in dependence of the vehicle electrical system voltage V is made. With the equation
Figure 00050001
is a standardization of the current vehicle electrical system voltage V is made in relation to the nominal voltage V nom of the electrical system. Is the nominal voltage V nom of the electrical system, for example, 14V and is used as a factor for noise-reduced control of the electric motor 1 For example, F = assumed 50%, resulting in an on-board mains voltage of V = 7 V, a value of PWM = 100%, or at a board voltage of V = 10V, a value of PWM = 70%. By contrast, given a higher vehicle electrical system voltage value of, for example, V ist = 16 V than the nominal voltage V nom, this results in a percentage value of the PWM of approximately 44%. If a PWM value is more than 100%, it will of course be set to 100%. This also results in the possible variation width. By the pulse width modulation of the supply voltage results in the supply voltage to the electric motor 1 the electromechanical actuator is available:
Figure 00060001

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.The factor F is designed so that the electric motor 1 at a nominal voltage V nom of, for example, 14V provides a sufficient torque for parking brake operations and at the same time reducing the running noise of the electric motor 1 ensures. In other words a minimum supply voltage V motor of the electric motor 1 determined, which is necessary for the electric motor 1 can develop torque to a sufficient degree. It must be ensured that the required clamping force can always be achieved.

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 An fahren des Kraftfahrzeugs sein, wenn der Lösevorgang der Feststellbremse schnell erfolgen muss.Will the electric motor 1 operated with lower supply voltage V motor , so this has, as already stated, by the lower speed and a lower noise result. This, however, also the speed of the electric motor 1 reduced. This means that parking brake operations are not initiated and terminated at maximum speed. Therefore, it is provided that the method just described is performed essentially only if sufficient time for a noise-reduced and thus slowed driving the electric motor 1 is available. Otherwise it might be necessary to use the electromechanical actuator 1 with the maximum possible supply voltage V motor to operate, ie to dispense with a noise-reduced control. Such a situation could, for example, when driving directly to the motor vehicle, if the release operation of the parking brake must be done quickly.

Claims (4)

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 (Vist) an ihm anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) derart angesteuert wird, dass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung (Vist) die Drehzahl des Elektromotors (1) und das vom Elektromotor (1) zur Verfügung gestellte Drehmoment konstant sind.Method for operating an electromechanical actuating unit, which essentially consists of an electronic control unit ( 6 ) and at least one electric motor ( 1 ) is formed, wherein the electric motor ( 1 ) from the electronic control unit ( 6 ) is controlled by means of a pulse width modulation (PWM) of the supply voltage (V motor ) and a vehicle electrical system voltage (V ist ) is applied to it, characterized in that the electric motor ( 1 ) is controlled such that regardless of the current value of the vehicle electrical system voltage (V is ), the rotational speed of the electric motor ( 1 ) and that of the electric motor ( 1 ) provided torque are constant. 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 (Vist) gebildet wird, d.h. dass die Versorgungsspannung (VMotor) des Elektromotors (1) durch die Gleichung
Figure 00080001
bestimmt wird, sodass sich
Figure 00080002
ergibt.Method according to Claim 1, characterized in that the supply voltage (V motor ) of the electric motor ( 1 ) is formed from a product of a factor (F) with a quotient of nominal voltage (V nom ) of the vehicle electrical system and the current value of the vehicle electrical system voltage (V ist ), ie that the supply voltage (V motor ) of the electric motor ( 1 ) by the equation
Figure 00080001
it is determined so
Figure 00080002
results. 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.A method according to claim 3, characterized in that the factor (F) is designed such that the electric motor ( 1 ) provides at a nominal voltage (V nom ) of preferably 14V a sufficient torque for parking brake operations while reducing the running noise of the electric motor ( 1 ). 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 (Vist) an ihm anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die den Elektromotor (1) derart ansteuern, dass unabhängig vom aktuellen Wert der Bordnetzspannung (Vist) die Drehzahl des Elektromotors (1) und das vom Elektromotor (1) zur Verfügung gestellte Drehmoment konstant sind.Electromechanical actuator consisting essentially of an electronic control unit ( 6 ) and at least one electric motor ( 1 ) is formed, wherein the electric motor ( 1 ) from the electronic control unit ( 6 ) is driven by means of a pulse width modulation (PWM) of the supply voltage (V motor ) and a vehicle electrical system voltage (V ist ) is applied to it, characterized in that means are provided which the electric motor ( 1 ) such that regardless of the current value of the vehicle electrical system voltage (V is ), the rotational speed of the electric motor ( 1 ) and that of the electric motor ( 1 ) provided torque are constant.
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