DE102014212604A1 - Start-up test of an electric motor - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Erkennen eines Anlaufs eines Elektromotors (40) offenbart, umfassend: – Bestimmen einer Drehzahl (ωmech) des Elektromotors (40) basierend auf einem vom Elektromotor (40) abgegebenen mechanischen Drehmoment (48) nach einer vorbestimmten Anlaufzeit (TAnlauf), – Bestimmen einer Drehzahl (ωelek) des Elektromotors (40) basierend auf einer elektrischen Energieversorgung (58) des Elektromotors (40) nach der vorbestimmten Anlaufzeit (TAnlauf), und – Erkennen des Anlaufs des Elektromotors (40) basierend auf einer Gegenüberstellung der mechanisch bestimmten Drehzahl (ωmech) und der elektrisch bestimmten Drehzahl (ωelek).A method for detecting a start-up of an electric motor (40) is disclosed, comprising: determining a rotational speed (ωmech) of the electric motor (40) based on a mechanical torque (48) output by the electric motor (40) after a predetermined start-up time (TAnlauf) Determining a rotational speed (ωelek) of the electric motor (40) based on an electric power supply (58) of the electric motor (40) after the predetermined startup time (TAnlauf), and detecting the startup of the electric motor (40) based on a comparison of the mechanical certain speed (ωmech) and the electrically determined speed (ωelek).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Feststellbremse eines Fahrzeuges mit der Feststellbremse und einer Betriebsbremse, eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und die Feststellbremse.The invention relates to a method for controlling a parking brake of a vehicle with the parking brake and a service brake, a control device for carrying out the method and the parking brake.
Aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die bekannte Feststellbremse zu verbessern.It is an object of the present invention to improve the known parking brake.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is solved by the features of the independent claims. Preferred developments are the subject of the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Erkennen eines Anlaufs eines Elektromotors die Schritte Bestimmen der Drehzahl des Elektromotors basierend auf einem Elektromotor abgegebenen mechanischen Drehmoment nach einer vorbestimmten Anlaufzeit, Bestimmen der Drehzahl des Elektromotors basierend auf einer elektrischen Energieversorgung des Elektromotors nach der vorbestimmten Anlaufzeit und Erkennen des Anlaufs des Elektromotors basierend auf einer Gegenüberstellung der mechanisch ermittelten Drehzahl und der elektrisch ermittelten Drehzahl.According to one aspect of the invention, a method of detecting a startup of an electric motor includes the steps of determining the rotational speed of the electric motor based on an electric motor output mechanical torque after a predetermined startup time, determining the rotational speed of the electric motor based on an electric power supply of the electric motor after the predetermined startup time and Detecting the start of the electric motor based on a comparison of the mechanically determined speed and the electrically determined speed.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass insbesondere in sicherheitsrelevanten Anwendungen festgestellt werden sollte, ob sich ein mit elektrischer Energie versorgter Elektromotor tatsächlich dreht und damit angelaufen ist, oder nicht. Beispielsweise kann so überprüft werden, ob in einer über den Elektromotor schließbaren Feststellbremse, wie der eingangs genannten Feststellbremse, ob die Feststellbremse über den Elektromotor auch tatsächlich geschlossen wird oder nicht.The invention is based on the consideration that, in particular in safety-relevant applications, it should be ascertained whether or not an electric motor supplied with electrical energy actually rotates and thus has started up. For example, it can be checked whether in a closable via the electric motor parking brake, such as the aforementioned parking brake, whether the parking brake on the electric motor is actually closed or not.
Gewöhnlich wird an einen Elektromotor eine Versorgungsspannung angelegt, die dann zu einem Stromfluss im Elektromotor führt. Befindet sich der Elektromotor aber im Leerlauf, dann ist der Stromfluss im Elektromotor so klein, dass sich allein hieraus keinerlei gesicherte Aussage darüber treffen lässt, ob der Elektromotor angelaufen ist, oder nicht. Insbesondere bei einer Feststellbremse befindet sich der Elektromotor jedoch zunächst im Leerlauf, weil der Elektromotor zunächst das Lüftspiel zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe schließen muss, bevor der Bremsbelag an die Bremsscheibe angedrückt wird, was dann zu einem messbaren Laststrom führt. Ob sich der Elektromotor dreht und damit angelaufen ist, sollte jedoch bereits vorher erkannt werden.Usually, a supply voltage is applied to an electric motor, which then leads to a current flow in the electric motor. However, if the electric motor is idling, then the current flow in the electric motor is so small that it alone can not make any reliable statement as to whether the electric motor has started or not. However, especially with a parking brake, the electric motor is initially idle, because the electric motor must first close the clearance between brake pad and brake disc before the brake pad is pressed against the brake disc, which then leads to a measurable load current. However, whether the electric motor rotates and has started up should already be detected beforehand.
Daher wird im Rahmen des angegebenen Verfahrens vorgeschlagen, die Drehzahl des Elektromotors einmal auf mechanische Weise und einmal auf elektrische Weise zu bestimmen und die mechanisch bestimmte Drehzahl mit der elektrisch bestimmten Drehzahl zu vergleichen. Dabei ist die elektrisch bestimmte Drehzahl die Drehzahl, die sich durch Betrachtung der elektrischen Zusammenhänge ergibt. Demgegenüber ist die mechanisch bestimmte Drehzahl die Drehzahl, die sich durch die Betrachtung der mechanischen Zusammenhänge ergibt.Therefore, it is proposed in the context of the specified method to determine the speed of the electric motor once in a mechanical manner and once in an electrical manner and to compare the mechanically determined speed with the electrically determined speed. Here, the electrically determined speed is the speed that results from consideration of the electrical relationships. In contrast, the mechanically determined speed is the speed that results from the consideration of the mechanical relationships.
Beide Drehzahlen sollten im lastfreien Zustand eigentlich annähernd gleich sein. Dies kann zur Erkennung des Anlaufs des Elektromotors dahingehend genutzt werden, dass zu Anlaufprüfung des Elektromotors geprüft werden kann, ob sich die mechanisch bestimmte Drehzahl gemeinsam mit der elektrisch bestimmten Drehzahl verändert oder nicht. Dies erfolgt durch einen Vergleich der beiden Drehzahlen im Rahmen der Gegenüberstellung in dem genannten Verfahren. Die Gegenüberstellung kann dabei beliebig ausgebildet sein. Beispielsweise könnte der Drehzahlverlauf der mechanisch bestimmten Drehzahl während der Anlaufzeit mit dem Drehzahlverlauf der elektrisch bestimmten Drehzahl basierend auf einer Korrelation der beiden Verläufe verglichen werden. Weitere Möglichkeiten werden weiter unten angegeben.Both speeds should be almost equal in the no-load condition. This can be used to detect the startup of the electric motor to the effect that can be tested to startup test of the electric motor, whether the mechanically determined speed changes together with the electrically determined speed or not. This is done by comparing the two speeds in the context of the comparison in the said method. The juxtaposition can be designed as desired. For example, the speed curve of the mechanically determined speed during the startup time could be compared with the speed profile of the electrically determined speed based on a correlation of the two courses. Further options are given below.
Daher kann im Rahmen des angegebenen Verfahrens sicher erkannt werden, ob ein mit elektrischer Energie versorgter Elektromotor angelaufen ist oder nicht. Besonders effizient lässt sich das angegebene Verfahren an Gleichstrommotoren nutzen.Therefore, it can be reliably recognized within the specified method whether or not an electric motor supplied with electric power has started. The specified method can be used particularly efficiently on DC motors.
In einer Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird die mechanisch bestimmte Drehzahl basierend auf einem Verlauf des vom Elektromotor abgegebenen mechanischen Drehmoments während der Anlaufzeit geschätzt. In das mechanische Drehmoment geht das Produkt aus der Massenträgheit der zu beschleunigenden Masse, also dem Läufer und der Winkelbeschleunigung des Läufers ein. Gleichzeitig kann das mechanische Drehmoment auch basierend auf dem zugeführten elektrischen Strom und der Motorkonstante bestimmt werden. Damit lassen sich durch Integrieren der Winkelbeschleunigung des Läufers des Elektromotors während der Anlaufzeit seine Winkelgeschwindigkeit und damit die Drehzahl mechanisch bestimmten.In a further development of the specified method, the mechanically determined rotational speed is estimated based on a course of the mechanical torque output by the electric motor during the starting time. In the mechanical torque, the product of the inertia of the mass to be accelerated, so the rotor and the angular acceleration of the rotor enters. At the same time that can mechanical torque also be determined based on the supplied electric current and the motor constant. This can be determined mechanically by integrating the angular acceleration of the rotor of the electric motor during the startup time its angular velocity and thus the speed.
In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens kann das vom Elektromotor abgegebene mechanische Drehmoment ein vom Elektromotor aufgebrachtes mechanisches Drehmoment sein, das beispielsweise in der zuvor genannten Weise über den zugeführten elektrischen Strom und die Motorkonstante geschätzt werden kann. Dieses vom Elektromotor aufgebrachte mechanische kann dann um ein vom Elektromotor zu überwindendes geschätztes Reibmoment bereinigt werden, um die mechanische Bestimmung der Drehzahl zu präzisieren.In a particular embodiment of the specified method, the mechanical torque output by the electric motor can be a mechanical torque applied by the electric motor, which can be estimated, for example, in the aforementioned manner via the supplied electric current and the motor constant. This applied by the electric motor mechanical can then be adjusted by an electric motor to be overcome estimated friction torque to specify the mechanical determination of the speed.
Dabei sollte das geschätzte Reibmoment in einer bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Verfahrens kleiner gewählt werden, als das tatsächliche vom Elektromotor zu überwindende Reibmoment. Dieser Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Reibung und damit das die Reibung überwindende Reibmoment nicht bekannt sind und damit nur geschätzt werden können. Um hier die Auswirkungen des Schätzfehlers so gering wie möglich zu halten, wird als geschätztes Reibmoment ein kleineres Reibmoment angenommen, als das tatsächlich vorliegende, um eine sinnvolle technische Auswertung zu ermöglichen.In this case, the estimated friction torque should be selected smaller in a preferred embodiment of the specified method, as the actual frictional torque to be overcome by the electric motor. This development is based on the consideration that the friction and thus the friction overcoming friction torque are not known and can therefore only be estimated. In order to keep the effects of the estimation error as low as possible, a smaller frictional torque is assumed as the estimated frictional torque, than the actually existing one, in order to enable a meaningful technical evaluation.
In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens wird die elektrisch bestimmte Drehzahl basierend auf einem mathematischen Modell des Elektromotors berechnet. Das mathematische Modell kann beispielsweise ein bekanntes Motormodell beliebigen Detailgrades sein, wie sie für die einzelnen Motortypen bekannt sind. Dieses Motormodell resultiert unmittelbar in die elektrisch bestimmte Drehzahl an dem Zeitpunkt, zu dem der Anlauf des Elektromotors erkannt werden soll.In another development of the specified method, the electrically determined rotational speed is calculated on the basis of a mathematical model of the electric motor. For example, the mathematical model may be a known engine model of any degree of detail known to the individual engine types. This engine model results directly in the electrically determined speed at the time at which the start of the electric motor is to be detected.
Um den Anlauf letztendlich zu erkennen kann die Gegenüberstellung in beliebiger Weise ausgewertet werden. Im Rahmen einer weiteren Weiterbildung des angegebenen Verfahrens kann dazu zum Erkennen des Anlaufs des Elektromotors die der mechanisch bestimmten Drehzahl gegenübergestellte elektrisch bestimmte Drehzahl gegeneinander plausibilisiert werden. Wenn beispielsweise die oben genannte Korrelation der beiden Drehzahlverläufe als Gegenüberstellung zugrunde liegt, kann die Plausibilisierung beispielsweise dahingehend stattfinden, ob die beiden Drehzahlverläufe tatsächlich miteinander korrelieren oder nicht.To finally detect the startup, the comparison can be evaluated in any way. In the context of a further development of the specified method, the electrically determined rotational speed, which is compared with the mechanically determined rotational speed, can be made plausible against each other for detecting the startup of the electric motor. If, for example, the above-mentioned correlation of the two speed curves is the basis for a comparison, the plausibility check can take place, for example, as to whether the two speed curves actually correlate with one another or not.
In einer alternativen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens kann beim Gegenüberstellen der mechanisch bestimmten Drehzahl und der elektrisch bestimmten Drehzahl geprüft werden, ob die mechanisch bestimmte Drehzahl eine von der elektrisch bestimmten Drehzahl abhängige Schwelle übersteigt. Anhand dieser Schwelle kann messtechnisch in einfacher Weise ausgewertet werden, ob sich aus der Gegenüberstellung beider Drehzahlverläufe der Anlauf des Elektromotors plausibel ergibt.In an alternative development of the specified method can be checked when facing the mechanically determined speed and the electrically determined speed, whether the mechanically determined speed exceeds a dependent of the electrically determined speed threshold. On the basis of this threshold can be evaluated metrologically in a simple manner, whether it is plausible from the juxtaposition of both speed curves of the start of the electric motor.
Besonders bevorzugt sollte die Schwelle dabei von dem oben genannten geschätzten Reibmoment abhängig sein. Auf diese Weise kann ein durch das bewusst zu klein geschätzte Reibmoment vorhandener Fehler über die Schwelle bei der Plausibilisierung kompensiert werden.Particularly preferably, the threshold should be dependent on the above-mentioned estimated friction torque. In this way, it is possible to compensate for an error that exists through the intentionally undersized friction torque beyond the threshold during the plausibility check.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung ausgebildet, eines der zuvor genannten Verfahren auszuführen.According to a further aspect of the invention, a control device is designed to carry out one of the aforementioned methods.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung eines der zuvor genannten Verfahren vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.In a development of the invention, the specified device has a memory and a processor. The specified method is stored in the form of a computer program in the memory and the processor is provided for carrying out one of the aforementioned methods when the computer program is loaded from the memory into the processor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Feststellbremse zum Blockieren einer Bewegung eines Fahrzeuges mit einer Betriebsbremse im Stillstand eine angegebene Steuervorrichtung.According to a further aspect of the invention, a parking brake for blocking a movement of a vehicle with a service brake at a standstill comprises a specified control device.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine angegebene Feststellbremse.According to another aspect of the invention, a vehicle includes a specified parking brake.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Steuervorrichtungen ausgeführt wird.The invention also relates to a computer program comprising program code means for carrying out all the steps of one of the stated methods when the computer program is executed on a computer or one of the specified control devices.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt. The invention also relates to a computer program product containing a program code stored on a computer-readable medium and which, when executed on a data processing device, performs one of the specified methods.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in conjunction with the drawings, in which:
In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.In the figures, the same technical elements are provided with the same reference numerals and described only once.
Es wird auf
Das Fahrzeug
In der vorliegenden Ausführung weist die Betriebsbremse
Demgegenüber weist die Feststellbremse
Der Aufbau der Betriebsbremse
Es wird auf
Der Gleichstrommotor
Im Rahmen der vorliegenden Ausführung soll sichergestellt werden, dass der Gleichstrommotor
Dies wird anhand von
Zur Durchführung des Verfahrens wird das vom Gleichstrommotor
In der Formel steht θ für das vom Gleichstrommotor
Das iReib ist erfahrungsgemäß 1A groß. iReib sollte jedoch zur Erzielung sinnvoller Ergebnisse auf einen Wert von ca. 0,5A gesetzt werden, weil das Verfahren sonst in einem Messbereich unterhalb der Sensivitätsgrenze der verwendeten Sensoren durchgeführt werden müsste, was fehleranfällig wäre.The i friction is according to experience 1A great. However, friction should be set to a value of approx. 0.5A in order to achieve meaningful results, otherwise the procedure would have to be carried out in a measuring range below the sensitivity limit of the sensors used, which would be prone to error.
Um die mechanische Drehzahl
In der Regel werden die zur Auswertung des Integrals notwendigen Werte jedoch nicht analog erfasst sondern digital mit einem Abtastabstand T0 abgetastet. Dann könnte die mechanische Drehzahl ωmech rechnerisch wie folgt bestimmt werden: As a rule, however, the values necessary for evaluating the integral are not recorded analogously but are sampled digitally with a sampling interval T 0 . Then the mechanical speed ω mech could be calculated as follows:
Dabei ergibt TAnlauf/T0 die Anzahl aller Abtastwerte im Anlaufzeitraum des Gleichstrommotors.In this case, T startup / T 0 results in the number of all sampling values in the startup period of the DC motor.
Zusätzlich wird die Drehzahl
Hierbei wird zunächst die am Gleichstrommotor
Dabei stellt R den Wert des Innenwiderstandes
Im Anschluss werden die beiden berechneten Drehzahlen ωmech, ωelek einander gegenübergestellt. Hierzu wird basierend auf ωelek ein Schwellwert ωSchwell gebildet, den die mechanische Drehzahl ωmech überschreiten sollte, damit der Anlauf des Gleichstrommotors
Um den Anlauf des Gleichstrommotors
Sollte ωmech zum Zeitpunkt TAnlauf unter die Schwelle ωSchwell fallen, dann kann ein Fehler gesetzt und entsprechende Fehlermaßnahmen, wie beispielsweise den Fahrer auf die nicht funktionierende Feststellbremse
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