DE102022100482A1

DE102022100482A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Stellungsänderung eines mit einem Elektromotor mechanisch gekoppelten Bauteils

Info

Publication number: DE102022100482A1
Application number: DE102022100482.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Moosmann; Robin Kunze
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2022-01-11
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-07-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Stellungsänderung eines beweglich gelagerten Bauteils, welches über ein Getriebe mit einem Rotor eines Elektromotors mechanisch gekoppelt ist, sowie einen Stellantrieb mit einem Elektromotor, einem beweglich gelagerten Bauteil und einem Getriebe. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer Stellungsänderung des Rotors sowie das Bestimmen mindestens einer Einflussgröße, die eine Verspannung und/oder ein Spiel des Getriebes beeinflusst. Anhand der mindestens einen Einflussgröße wird ein Korrekturparameter, der eine Abweichung zwischen einer Ist-Stellungsänderung und einer Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils charakterisiert, bestimmt. Die Soll-Stellungsänderung ist die Stellungsänderung des beweglichen Bauteils, die aufgrund der Stellungsänderung des Rotors ohne Berücksichtigung der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes zu erwarten ist. Die Ist-Stellungsänderung ist die Stellungsänderung des beweglichen Bauteils, die aufgrund der Stellungsänderung des Rotors unter Berücksichtigung der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes zu erwarten ist.

Description

GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Stellungsänderung eines beweglich gelagerten Bauteils, welches über ein Getriebe mit einem Rotor eines Elektromotors mechanisch gekoppelt ist, sowie einen Stellantrieb mit einem Elektromotor, einem beweglich gelagerten Bauteil und einem Getriebe.
HINTERGRUND
Stellantriebe mit elektrischen Kleinmotoren wie beispielsweise bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) kommen unter anderem im Automobilbereich und in der Automatisierungstechnik zur Anwendung, zum Beispiel als Antrieb für Stellglieder wie Klappen oder Ventile, beispielsweise Kugel- oder Nadelventile. Zur Steuerung und Überwachung können solche Stellantriebe mit Sensoren ausgestattet sein, um Parameter wie die Rotorstellung, die Rotordrehzahl oder die Stellung eines mit dem Rotor gekoppelten Stellglieds zu bestimmen.
Ein Stellantrieb kann einen Positionssensor aufweisen, der an einem beweglich gelagerten Bauteil des Stellantriebs, wie einem Rotor, einem Abtriebsrad oder einem Zwischenrad eines Getriebes, angeordnet ist. Beispielsweise kann der Stellantrieb einen magnetischen Sensor wie einen Hall-Sensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, eine Stärke und/oder Richtung eines Magnetfelds zu messen. Auf dem beweglich gelagerten Element, z.B. auf dem Abtriebsrad, kann ein Magnet angebracht sein. Der Hall-Sensor kann in der Nähe des Abtriebsrads angeordnet sein, um das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld zu messen. Wird das Abtriebsrad bewegt, ändert sich das Magnetfeld am Ort des Sensors. Anhand des gemessenen Magnetfelds kann somit die Drehwinkelstellung des Abtriebsrads sowie gegebenenfalls die Stellung eines mit dem Abtriebsrad gekoppelten Stellglieds ermittelt werden. Ebenso sind magnetoresistive Sensoren wie beispielsweise AMR-Sensoren, die auf dem anisotropen magnetoresistiven Effekt (AMR-Effekt) basieren, möglich. Ein Stellantrieb mit einem an einem Abtriebsrad angeordneten magnetischen Positionssensor ist beispielsweise aus der WO 2018/060630 A1 bekannt.
Basierend auf der mittels des Positionssensors bestimmten Drehwinkelstellung des Abtriebsrads kann eine Bewegung des Stellglieds gesteuert werden. Insbesondere bei Stellantrieben mit kompakter Bauweise ist der für die Anordnung des Positionssensors zur Verfügung stehende Platz allerdings in der Regel begrenzt und es besteht meist ein erheblicher Kostendruck. Daher kann ein Kompromiss im Hinblick auf die erreichbare Genauigkeit bei der Bestimmung der Drehwinkelstellung des Abtriebsrads und damit bei der Bewegung des Stellglieds erforderlich sein. Eine indirekte Bestimmung der Drehwinkelstellung des Abtriebsrads wiederum, beispielsweise anhand eines Antriebssignals für den Elektromotor, kann zwar theoretisch eine höhere Genauigkeit erlauben, die aber in der Praxis zum Beispiel aufgrund einer Verspannung oder eines Spiels in dem Getriebe des Stellantriebs im Allgemeinen nicht erreicht werden kann.
ÜBERBLICK
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung einer Stellung eines mit einem Stellantrieb mechanisch gekoppelten Stellglieds anzugeben, mit dem insbesondere bei Stellantrieben mit kompakter Bauweise die Genauigkeit bei der Bewegung des Stellglieds verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Stellungsänderung eines beweglich gelagerten Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Stellungsänderung eines beweglich gelagerten Bauteils, welches über ein Getriebe mit einem Rotor eines Elektromotors mechanisch gekoppelt ist, vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer Stellungsänderung des Rotors sowie das Bestimmen mindestens einer Einflussgröße, die eine Verspannung und/oder ein Spiel des Getriebes beeinflusst. Anhand der mindestens einen Einflussgröße wird ein Korrekturparameter, der eine Abweichung zwischen einer Ist-Stellungsänderung und einer Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils charakterisiert, bestimmt. Die Soll-Stellungsänderung ist die Stellungsänderung des beweglichen Bauteils, die aufgrund der Stellungsänderung des Rotors ohne Berücksichtigung der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes zu erwarten ist. Die Ist-Stellungsänderung ist die Stellungsänderung des beweglichen Bauteils, die aufgrund der Stellungsänderung des Rotors unter Berücksichtigung der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes zu erwarten ist.
Das beweglich gelagerte Bauteil kann beispielsweise ein drehbar gelagertes Bauteil wie ein Zahnrad sein, wobei eine Stellungsänderung des drehbar gelagerten Bauteils zum Beispiel eine Drehung um eine Drehachse sein kann und durch einen Drehwinkel Δφ um die Drehachse charakterisiert sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann das beweglich gelagerte Bauteil auch ein linear beweglich gelagertes Bauteil sein, wobei eine Stellungsänderung des linear beweglich gelagerten Bauteils zum Beispiel eine lineare Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung sein kann und durch eine Strecke ΔL entlang der Bewegungsrichtung charakterisiert sein kann.
Das beweglich gelagerte Bauteil kann insbesondere ein Bauteil eines Stellantriebs, zum Beispiel ein Abtriebsrad, oder ein mit einem Stellantrieb mechanisch gekoppeltes Bauteil, zum Beispiel ein Stellglied, sein. Das beweglich gelagerte Bauteil, das Getriebe, der Rotor und/oder der Elektromotor können beispielsweise wie unten für den erfindungsgemäßen Stellantrieb beschrieben ausgebildet sein.
Die Stellungsänderung des Rotors kann beispielsweise anhand eines Steuersignals für den Elektromotor, zum Beispiel eines Steuersignals für eine Steuereinheit des Stellantriebs, bestimmt werden. Das Steuersignal kann einen Verfahrweg für den Rotor oder für ein mit dem Rotor mechanisch gekoppeltes Element, z.B. das beweglich gelagerte Element und/oder ein Stellglied, vorgeben. Alternativ kann die Stellungsänderung des Rotors auch mittels eines Positionssensor gemessen werden, zum Beispiel mittels eines Magnetfeldsensor und/oder durch Messung eines Stroms oder einer Spannung an dem Elektromotor. Die Stellungsänderung des Rotors kann beispielsweise einen Drehwinkel bzw. eine Anzahl von Umdrehungen des Rotors und/oder einen Anzahl von Schritten, insbesondere Kommutierungsschritten, des Elektromotors angeben.
Die mindestens eine Einflussgröße kann durch eine Messung bestimmt werden, beispielsweise mittels eines entsprechenden Sensors. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Einflussgröße auch anderweitig bestimmt werden, beispielsweise aus einem Speicher ausgelesen werden und/oder anhand eines Steuersignals für den Elektromotor ermittelt werden. Die mindestens eine Einflussgröße kann eine oder mehrere Größen umfassen, deren Änderung zu einer Änderung der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes führt. Die mindestens eine Einflussgröße kann beispielsweise eine Temperatur, ein Drehmoment, einen Verfahrweg des Rotors und/oder des beweglich gelagerten Bauteils und/oder einen Verschleiß und/oder eine Materialermüdung des Getriebes charakterisieren. Die mindestens eine Einflussgröße kann eine oder mehrere Einflussgrößen umfassen, die jeweils eine der voranstehend genannten Größen sind (zum Beispiel eine Temperatur) oder in einem funktionalen Zusammenhang mit einer dieser Größen stehen, insbesondere proportional zu einer dieser Größen sind (zum Beispiel ein temperaturabhängiger Widerstand eines Thermistors).
Die von der mindestens einen Einflussgröße charakterisierte Temperatur kann zum Beispiel eine Temperatur des Getriebes und/oder eine Temperatur in der Umgebung des Getriebes, beispielsweise in einem Gehäuse eines Stellantriebs, sein. Die Temperatur kann mittels eines Temperatursensors bestimmt werden, beispielsweise wie unten für den erfindungsgemäßen Stellantrieb ausgeführt. Eine Änderung der Temperatur kann zu einer Größenänderung (z.B. einer Ausdehnung), einer Verformung und/oder einer Änderung der Plastizität (z.B. einem Aufweichen) von Komponenten des Getriebes führen.
Das von der mindestens einen Einflussgröße charakterisierte Drehmoment kann beispielsweise ein von dem Rotor erzeugtes Drehmoment, ein an einem Element des Getriebes anliegendes Drehmoment und/oder ein an dem beweglich gelagerte Bauteil anliegendes Drehmoment sein. Das Drehmoment kann beispielsweise anhand eines elektrischen Signals in dem Elektromotor, zum Beispiel eines Motorstroms, anhand einer Kraft, die auf das entsprechende Element wirkt, und/oder anhand einer von dem entsprechenden Element angetriebenen Last bestimmt werden. Durch das Anlegen eines Drehmoments an das Getriebe kann eine Verspannung in dem Getriebe aufgebaut werden, zum Beispiel durch zwischen Komponenten des Getriebes wirkenden Kräfte.
Der von der mindestens einen Einflussgröße charakterisierte Verfahrweg des Rotors und/oder des beweglichen Bauteils kann beispielsweise eine Stellungsänderung des entsprechenden Elements sein, insbesondere die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte Stellungsänderung des Rotors und/oder die Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils. Der Verfahrweg kann beispielsweise anhand eines Steuersignals für den Elektromotor bestimmt werden. Abhängig von dem Verfahrweg kann bei einer Bewegung beispielsweise eine unterschiedlich große Verspannung in dem Getriebe hervorgerufen werden und/oder das Getriebespiel ganz oder teilweise durchlaufen werden.
Der Verschleiß und/oder die Materialermüdung des Getriebes können beispielsweise durch einen Verschleißparameter wie etwa ein Alter des Getriebes, eine Betriebsdauer des Getriebes und/oder einen kumulierten Gesamtverfahrweg des Rotors und/oder des beweglich gelagerten Bauteils charakterisiert werden. Die entsprechenden Größen können zum Beispiel von einer Steuereinheit für den Elektromotor aufgezeichnet und/oder gespeichert werden. Ein Verschleiß des Getriebes kann beispielsweise zu einem größeren Spiel in dem Getriebe und/oder zu einer Änderung der Verspannung verführen. Ebenso können zur Charakterisierung des Verschleiß und/oder der Materialermüdung auch die Dauer und die Häufigkeit unterschiedlicher Belastungsintensitäten, sowie eine Ausprägung der Belastungsintensitäten oder ein Belastungsprofil, verwendet werden. Beispielsweise kann ein Belastungsprofil in Abhängigkeit des Verlaufs des bereitgestellten Drehmomentes über der Zeit, oder in Abhängigkeit anwendungsspezifischer Drehmomentprofile, sogenannter Missionsprofile, zur Charakterisierung erstellt und verwendet werden.
Zur Identifikation relevanter Einflussgrößen und/oder zur Bestimmung ihres Einflusses auf die Verspannung des Getriebes, das Spiel des Getriebes und/oder die Abweichung zwischen der Ist- und der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils kann der Stellantrieb beispielsweise in einer Messvorrichtung betrieben werden. Die Messvorrichtung kann insbesondere eine Bremse, wie eine Magnetpulverbremse, und/oder einen Drehgeber umfassen. Die Bremse und/oder der Drehgeber können beispielsweise mit dem Abtrieb des Stellantriebs gekoppelt werden, beispielsweise über eine gemeinsame Welle. Mittels der Bremse kann eine am Stellantrieb anliegende Last simuliert werde. Ferner kann die Messvorrichtung dazu eingerichtet sein, verschiedene Umgebungstemperaturen einzustellen. Somit kann über Testreihen ein Kennfeld der Änderung der Stellung des beweglich gelagerten Bauteils, beispielsweise seiner Drehwinkelstellung, für verschiedene Temperaturen und Lasten (Drehmomente) ermittelt werden. Die Änderung der Stellung kann insbesondere mit einer Soll-Stellungsänderung verglichen werden. Auf Basis der Abweichung der gemessenen Änderungen der Stellungen von der Soll-Stellungsänderung kann somit eine Korrekturfunktion ermittelt und/oder parametrisiert werden.
Beim Verwenden einer Magnetpulverbremse kann über die Stromstärke, mit welcher die Bremse betrieben wird, das auf das Abtriebsrad wirkende Drehmoment/Bremsmoment bestimmt werden. Der Drehgeber kann beispielsweise eine Genauigkeit im Bereich von 0.1° bis 1° aufweisen. Somit kann eine hochpräzise Ermittlung des Kennfeldes erfolgen, das insbesondere mit einer höheren Genauigkeit ermittelt werden kann, als es mit Positionssensoren typischer Stellantriebe möglich ist.
Die Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils kann beispielsweise diejenige Stellungsänderung sein, die aufgrund der Stellungsänderung des Rotors unter Berücksichtigung einer Über- oder Untersetzung des Getriebes zu erwarten ist. Die Soll-Stellungsänderung kann zum Beispiel die mit einem Über- bzw. Untersetzungsverhältnis des Getriebes multiplizierte Stellungsänderung des Rotors sein.
Die Bestimmung des Korrekturparameters, der die Abweichung zwischen der Ist- und der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils charakterisiert, kann eine Bestimmung der Soll-Stellungsänderung umfassen, beispielsweise anhand eines Steuersignals. Das Steuersignal kann eine Stellungsänderung für das beweglich gelagerte Bauteil und/oder ein damit mechanisch gekoppeltes Bauteil, z.B. ein Stellglied, vorgeben und zum Beispiel von einer Steuereinheit eines Stellantriebs empfangen werden. In manchen Ausführungsformen kann die Stellungsänderung des Rotors anhand der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils bestimmt werden, beispielsweise durch Umrechnung unter Berücksichtigung der Über- bzw. Untersetzung des Getriebes. In anderen Ausführungsformen kann die Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils umgekehrt auch anhand der Stellungsänderung des Rotors bestimmt werden, wobei die Stellungsänderung des Rotors beispielsweise durch das Steuersignal vorgegeben oder mittels eines Positionssensors gemessen wird.
Die Ist-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils kann eine tatsächliche Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils sein, die bei der Stellungsänderung des Rotors tatsächlich auftritt. Aufgrund der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes kann die Ist-Stellungsänderung von der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils abweichen und insbesondere kleiner als die Soll-Stellungsänderung sein. Anhand der mindestens einen Einflussgröße, welche die Verspannung und/oder das Spiel des Getriebes beeinflusst, kann die Abweichung abgeschätzt werden, d.h. ein Schätzwert für die Ist-Stellungsänderung ermittelt werden.
Der Korrekturparameter kann die Abweichung zwischen der Ist-Stellungsänderung und der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils oder eine mit dieser Abweichung zusammenhängende Größe quantifizieren. Insbesondere kann der Korrekturparameter die Abweichung zwischen der Ist-Stellungsänderung und der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils sein, d.h. das Verfahren kann das Bestimmen der Abweichung zwischen der Ist-Stellungsänderung und der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils anhand der mindestens einen Einflussgröße umfassen.
In manchen Ausführungsformen kann anstelle oder zusätzlich zu der Bestimmung der Abweichung zwischen der Ist-Stellungsänderung und der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils auch eine anhand der Abweichung korrigierte Stellungsänderung für den Rotor und/oder für das beweglich gelagerte Bauteil als Korrekturparameter bestimmt werden, zum Beispiel indem eine unter Berücksichtigung der Abweichung korrigierte Zielstellung für das betreffende Element bestimmt wird. Anders ausgedrückt kann die Abweichung in manchen Ausgestaltung nicht explizit quantifiziert werden, sondern lediglich indirekt in eine Bestimmung einer um die Abweichung korrigierten Stellungsänderung oder Zielstellung einfließen. Die folgenden Ausführungen zur Bestimmung der Abweichung lassen sich somit entsprechend auf die Bestimmung der anhand der Abweichung korrigierten Stellungsänderung oder Zielstellung übertragen.
Vorzugsweise wird der Korrekturparameter, zum Beispiel die Abweichung zwischen der Ist-Stellungsänderung und der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils, mittels eines mathematischen Modells bestimmt, welches den Korrekturparameter als Funktion der mindestens einen Einflussgröße beschreibt. In anderen Worten stellt das mathematische Modell einen funktionalen Zusammenhang zwischen der mindestens einen Einflussgröße (x₁, x₂, x₃, ...) als unabhängiger Variable/Eingangsgröße und dem Korrekturparameter δ als abhängiger Variable/Ausgangsgröße her, δ = f(x₁, x₂, x₃, ...). Somit ermöglicht das mathematische Modell eine Berechnung des Korrekturparameters ausgehend von der mindestens einen Einflussgröße.
Das mathematische Modell kann Änderungen der mindestens einen Einflussgröße (δx₁, δx₂, δx₃, ...) in verschiedenen Ordnungen berücksichtigen, beispielsweise in erster Ordnung (lineare Abhängigkeit, z.B. δx₁), in zweiter Ordnung (quadratische Abhängigkeit, z.B. (δx₁)²), in dritter Ordnung (z.B. (δx₁)³) und so weiter. Das mathematische Modell kann eine Taylorentwicklung des Korrekturparameters, zum Beispiel der Abweichung, in der mindestens einen Einflussgröße um einen Referenzpunkt (x₁ ⁽⁰⁾, ...) mit δx₁ = x₁ - x₁ ⁽⁰⁾ sein.
Die mindestens eine Einflussgröße kann beispielsweise eine erste Einflussgröße x₁ umfassen und das mathematische Modell kann eine Änderung der ersten Einflussgröße x₁ in erster Ordnung, vorzugsweise in erster und zweiter Ordnung berücksichtigen. In manchen Ausführungsformen kann das mathematische Modell zusätzlich auch eine Änderung der ersten Einflussgröße x₁ in höheren Ordnungen berücksichtigen, z.B. in dritter, vierter und/oder fünfter Ordnung. Die erste Einflussgröße kann beispielsweise eine Temperatur charakterisieren. Die Temperatur kann einen besonders großen und/oder einen besonders nicht-linearen Einfluss auf die Verspannung und/oder das Spiel des Getriebes haben. Entsprechend kann es vorteilhaft sein, Änderungen der Temperatur auch in höheren Ordnungen zu berücksichtigen.
Die mindestens eine Einflussgröße kann weiterhin eine zweite Einflussgröße x₂ umfassen. Das mathematische Modell kann eine Änderung der zweiten Einflussgröße zum Beispiel in erster Ordnung, vorzugsweise in erster und zweiter Ordnung berücksichtigen. In manchen Ausführungsformen kann das mathematische Modell zusätzlich auch eine Änderung der zweiten Einflussgröße in höheren Ordnungen berücksichtigen, z.B. in dritter, vierter und/oder fünfter Ordnung. In manchen Ausführungsformen kann das mathematische Modell eine Änderung der zweiten Einflussgröße lediglich bis zu einer geringeren Ordnung als eine Änderung der ersten Einflussgröße berücksichtigen. In einem Beispiel berücksichtigt das mathematische Modell eine Änderung der ersten Einflussgröße in erster, zweiter und dritter Ordnung sowie eine Änderung der zweiten Einflussgröße in erster und zweiter Ordnung. Die zweite Einflussgröße kann beispielsweise ein Drehmoment oder einen Verfahrweg charakterisieren. Das Drehmoment und/oder der Verfahrweg können einen kleineren und/oder einen lineareren Einfluss auf die Verspannung und/oder das Spiel des Getriebes als die Temperatur haben. Entsprechend kann es ausreichend sein, Änderungen des Drehmoment und/oder des Verfahrwegs lediglich in niedrigeren Ordnungen zu berücksichtigen.
In manchen Ausgestaltungen kann die mindestens eine Einflussgröße weiterhin eine dritte Einflussgröße x₃ umfassen. Das mathematische Modell kann eine Änderung der dritten Einflussgröße in erster Ordnung, vorzugsweise in erster und zweiter Ordnung berücksichtigen. In manchen Ausführungsformen kann das mathematische Modell zusätzlich auch eine Änderung der dritten Einflussgröße in höheren Ordnungen berücksichtigen, z.B. in dritter, vierter und/oder fünfter Ordnung. In manchen Ausführungsformen kann das mathematische Modell eine Änderung der dritten Einflussgröße lediglich bis zu einer geringeren Ordnung als eine Änderung der ersten Einflussgröße und/oder eine Änderung der zweiten Einflussgröße berücksichtigen. In einem Beispiel charakterisiert die zweite Einflussgröße ein Drehmoment und die dritte Einflussgröße einen Verfahrweg.
Das mathematische Modell kann Mischterme umfassen, die von einer Änderung von mehr als einer Einflussgröße abhängen, beispielsweise Terme der Art δx₁ · δx₂, δx₁ · δx₃ oder δx₁ · δx₂ · δx₃. Mischterme können ebenfalls bis zu einer bestimmten Ordnung berücksichtigt werden. Beispielsweise können Mischterme bis zu der höchsten Ordnung berücksichtigt werden, bis zu der eine in dem Mischterm enthaltene Änderung einer Einflussgröße für sich genommen in dem mathematischen Modell berücksichtigt wird (z.B. kann die erste Einflussgröße bis zu dritter Ordnung (δx₁)³ berücksichtigt werden und entsprechend Mischterme, die δx₁ enthalten, ebenfalls bis zu dritter Ordnung berücksichtigt werden, z.B. δx₁ · δx₂ · δx₃ oder (δx₁)²· δx₃). Alternativ oder zusätzlich können Mischterme bis zu der niedrigsten Ordnung berücksichtigt werden, bis zu der eine in dem Mischterm enthaltene Änderung einer Einflussgröße für sich genommen in dem mathematischen Modell berücksichtigt wird (z.B. kann die dritte Einflussgröße lediglich bis zu zweiter Ordnung (δx₃)² berücksichtigt werden und entsprechend Mischterme, die δx₃ enthalten, ebenfalls lediglich bis zu zweiter Ordnung berücksichtigt werden, z.B. δx₁ · δx₃, aber nicht (δx₁)² · δx₃).
In einer bevorzugten Ausführungsform wurde das mathematische Modell basierend auf empirisch ermittelten Abweichungen zwischen Ist-Stellungsänderungen und Soll-Stellungsänderungen des beweglich gelagerten Bauteils bestimmt, beispielsweise mittels linearer Regression oder multipler linearer Regression. In einigen Ausgestaltungen kann das mathematische Modell auch als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden. Zur Bestimmung der mathematischen Modells kann beispielsweise die Abweichung zwischen der Ist-Stellungsänderung und der Soll-Stellungsänderung für eine Vielzahl von Werten der mindestens einen Einflussgröße ermittelt werden, z.B. für eine Vielzahl von diskreten Werten x_i ⁽⁰⁾, x_i ⁽¹⁾, x_i ⁽²⁾, ... für jede der mindestens einen Einflussgröße. Anschließend kann das mathematische Modell an die empirisch ermittelten Abweichungen angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann das mathematische Modell auch basierend auf einem physikalischen Modell des Getriebes bestimmt worden sein, welches beispielsweise bestimmte funktionelle Abhängigkeiten der Abweichung von der mindestens einen Einflussgröße voraussagt.
Das Anpassen des mathematische Modells kann das Anpassen von einem oder mehreren Koeffizienten β₀, β₁, β₂, des mathematischen Modells umfassen, wobei die Koeffizienten β₀, β₁, β₂, ... jeweils einen Term des mathematischen Modells gewichten, z.B. $δ = β_{0} + β_{1} \cdot δ x_{1} + β_{2} \cdot δ x_{2} + β_{3} \cdot δ x_{3} + β_{4} \cdot {(δ x_{1})}^{2} + \dots$
Die Koeffizienten können mittels eines Regressionsverfahrens angepasst werden, um einen Fehler zwischen dem mathematischen Modell und den ermittelten Abweichungen zu minimieren, beispielsweise mittels der Methode der kleinsten Quadrate (least square fitting).
Das Anpassen des mathematischen Modells kann ferner das Hinzufügen und/oder Entfernen von einem oder mehreren Termen zu dem mathematischen Modell umfassen, beispielsweise das Berücksichtigen einer weiteren Ordnung der Änderung einer Einflussgröße und/oder das Berücksichtigen einer weiteren Einflussgröße. In einigen Ausgestaltungen kann zunächst ein Ausgangsmodell an die ermittelten Abweichungen angepasst werden, wobei das Ausgangsmodell ein vereinfachtes Modell ist, das beispielsweise nur eine Teilmenge der Einflussgrößen (z.B. nur die erste Einflussgröße) und/oder Änderungen der Einflussgrößen nur in bestimmten Ordnungen (z.B. nur in erster Ordnung) berücksichtigt, z.B. δ = β₀ + β₁ · δx₁. Anschließend kann der Fehler zwischen dem mathematischen Modell und den ermittelten Abweichungen durch Hinzufügen weiterer Terme minimiert werden, beispielsweise um einen Kompromiss zwischen dem Fehler und der zur Berechnung des Korrekturparameters mittels des mathematischen Modells nötigen Rechenleistung, Speicherkapazität und/oder Rechenzeit zu finden. Hierzu kann beispielsweise eine weitere Ordnung einer Einflussgröße (zum Beispiel δ = β₀ + β₁ · δx₁ + β₄ · (δx₁)²) und/oder eine weitere Einflussgröße zum Beispiel δ = β₀ + β₁ · δx₁ + β₂ · δx₂ berücksichtigt werden. Die Anpassung des mathematischen Modells kann iterativ fortgeführt werden, zum Beispiel bis der Fehler kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist und/oder bis die Rechenzeit größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Die Anpassung des mathematischen Modells kann eine Validierung des mathematischen Modells umfassen, beispielsweise um eine Güte des mathematischen Modells zu prüfen, d.h. zu ermitteln, ob das mathematische Modell in der Lage ist, die ermittelten Abweichungen hinreichend genau abzubilden. Die Güte des mathematischen Modells kann zum Beispiels mittels eines Gütemaßes wie dem Bestimmtheitsmaß R₂ (Determinationskoeffizient) und/oder Konfidenzintervallen für die angepassten Koeffizienten und/oder mittels eines statistischen Test, z.B. eines F-Tests und/oder eines t-Tests, bestimmt werden.
In manchen Ausführungsformen ist die Stellungsänderung des Rotors eine Soll-Stellungsänderung, die zum Beispiel anhand der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils bestimmt wird. Beispielsweise kann die Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils mittels des Über- bzw. Untersetzungsverhältnisses des Getriebes in eine Soll-Stellungsänderung des Rotors umgerechnet werden.
Das Verfahren kann weiterhin das Bewegen des Rotors umfassen, zum Beispiel um das beweglich gelagerte Bauteil um die Soll-Stellungsänderung zu bewegen. Der Rotor kann beispielsweise ausgehend von einer Ausgangsstellung um zumindest einen Teil der Soll-Stellungsänderung des Rotors in eine Zwischenstellung bewegt werden. Die mindestens eine Einflussgröße kann zumindest teilweise während des Bewegens des Rotors detektiert werden. Zum Beispiel können eine oder mehrere Einflussgrößen ganz oder teilweise während der Bewegung des Rotors von der Ausgangsstellung in die Zwischenstellung detektiert werden. Beispielsweise kann das von dem Elektromotor erzeugte Drehmoment während der Bewegung des Rotors ermittelt werden, zum Beispiel anhand des Motorstroms. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere Einflussgrößen auch vor und/oder nach dem Bewegen des Rotors bestimmt werden, z.B. eine Temperatur, ein Verfahrweg und/oder ein Verschleißsparameter.
Anhand des Korrekturparameters, der die Abweichung zwischen der Ist-Stellungsänderung und der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils charakterisiert, kann eine korrigierte Zielstellung des Rotors bestimmt werden. Die korrigierte Zielstellung wird vorzugsweise so gewählt, dass die Abweichung zwischen der Ist- und Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils kompensiert wird, z.B. so dass eine Bewegung des Rotors von der Ausgangsstellung in die korrigierte Zielstellung zu einer Bewegung des beweglich gelagerten Bauteils um die Soll-Stellungsänderung führt. Beispielsweise kann ein Verhältnis zwischen Soll- und Ist-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils bestimmt werden und die Soll-Stellungsänderung des Rotors mit diesem Verhältnis multipliziert werden, um eine korrigierte Soll-Stellungsänderung des Rotors und somit eine korrigierte Zielstellung zu ermitteln.
Anschließend kann der Rotor von der Zwischenstellung in die korrigierte Zielstellung bewegt werden. Vorzugsweise wird der Rotor von der Ausgangsstellung in die korrigierte Zielstellung bewegt ohne in der Zwischenstellung anzuhalten. Beispielsweise kann der Korrekturparameter sowie die korrigierte Zielstellung des Rotors vor Erreichen der Zwischenstellung oder vor Erreichen einer der Soll-Stellungsänderung des Rotors entsprechenden ursprünglichen Zielstellung des Rotors bestimmt werden, d.h. vor und/oder während der Bewegung des Rotors von der Ausgangsstellung in die Zwischenstellung bzw. die ursprüngliche Zielstellung.
Alternativ kann der Rotor beim Erreichen der Zwischenstellung angehalten, oder die Drehgeschwindigkeit in einem Bereich vor dem Erreichen der Zwischenstellung reduziert werden. Somit kann insbesondere bei Anwendungen, in welchen nur geringe Rechenkapazitäten vorhanden sind, eine korrigierte Zielstellung ermittelt werden, bevor die ursprüngliche Zielstellung erreicht wird.
Ebenso kann es vorgesehen sein, dass erst nach Erreichen der ursprünglichen Zielstellung eine korrigierte Zielstellung bestimmt wird. Das bewegliche Bauteil kann dann erst nach dem Beenden der Bewegung in einer weiteren Bewegung so weit bewegt werden, dass die Soll-Stellungsänderung des beweglichen Bauteils erreicht wird.
Die Zwischenstellung wird vorzugsweise so gewählt, dass die Stellungsänderung des Rotors zwischen der Ausgangs- und der Zwischenstellung ausreichend groß ist, um die mindestens eine Einflussgröße und/oder den Korrekturparameter mit ausreichender Genauigkeit bestimmen zu können, zum Beispiel um die mindestens eine Einflussgröße zeitlich mitteln und/oder mehrfach bestimmen zu können. Insbesondere kann die Bestimmung von gewissen Einflussgrößen wie etwa einem Drehmoment abhängig davon sein, ob und in wie weit das Getriebespiel durchlaufen und/oder die Verspannung des Getriebes aufgebaut ist. Beispielsweise kann die Bestimmung des Drehmoments anhand des Motorstroms erst nach Durchlaufen des Getriebespiels und/oder nach Aufbau der Verspannung zuverlässige Werte liefern. Gleichzeit kann die Zwischenstellung so gewählt werden, dass eine verbleibende Stellungsänderung des Rotors zwischen der Zwischenstellung und der ursprünglichen Zielstellung ausreichend groß ist, um ein Anhalten oder Abbremsen in der Zwischenstellung und/oder der ursprünglichen Zielstellung zu vermeiden.
Die Zwischenstellung kann zum Beispiel so gewählt werden, dass der Teil der Soll-Stellungsänderung des Rotors von der Ausgangsstellung in die Zwischenstellung zwischen 10% und 90%, vorzugsweise zwischen 50% und 90%, in einem Beispiel zwischen 70% und 80% der Soll-Stellungsänderung des Rotors beträgt. Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenstellung so gewählt werden, dass der Teil der Soll-Stellungsänderung des Rotors von der Ausgangsstellung in die Zwischenstellung größer als ein absoluter Mindestwert, insbesondere größer als eine dem Spiel des Getriebes entsprechende Stellungsänderung ist. Die dem Getriebespiel entsprechende Stellungsänderung des Rotors kann beispielsweise die Stellungsänderung zwischen der Ausgangsstellung und derjenigen Stellung des Rotors sein, in der das beweglich Bauteil anfängt sich in Bewegung zu setzen. Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenstellung so gewählt werden, dass die verbleibende Stellungsänderung des Rotors zwischen der Zwischenstellung und der Soll-Stellungsänderung des Rotors entsprechenden ursprünglichen Zielstellung größer als eine absoluter Mindestwert, insbesondere größer als ein Bremsweg des Rotors und/oder eine Stellungsänderung des Rotors während der für die Bestimmung des Korrekturparameters nötigen Rechenzeit ist.
In manchen Ausgestaltungen umfasst das Verfahren weiterhin das Detektieren einer Stellung des beweglich gelagerten Bauteils mittels eines an oder in unmittelbarer Nähe des beweglich gelagerten Bauteils angeordneten Positionssensors. Insbesondere kann die Stellung des beweglich gelagerten Bauteils nach und/oder bei dem Bewegen des Rotors in die korrigierte Zielstellung detektiert werden, zum Beispiel um eine Stellungsänderung detektieren zu können, die nicht aus einer Stellungsänderung des Rotors und/oder einem Steuersignal für den Elektromotor resultiert. Der Positionssensor kann insbesondere ein Hall-Sensor sein, zum Beispiel wie unten für den erfindungsgemäßen Stellantrieb beschrieben. Alternativ kann auch ein anderer Positionssensor, insbesondere ein kapazitiver oder ein induktiver Positionssensor vorgesehen sein.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass beim Erreichen der korrigierten Zielstellung eine mittels des Positionssensors detektierte Stellung des beweglich gelagerten Bauteils mit einer bei der korrigierten Zielstellung erwarteten Stellung des beweglich gelagerten Bauteils verglichen wird, zum Beispiel durch eine Steuerschaltung oder Steuereinheit. Die Steuerschaltung bzw. Steuereinheit kann dann einen Fehler erkennen, wenn die Abweichung der detektierten Stellung des beweglich gelagerten Bauteils von der bei der Zielstellung erwarteten Stellung einen Schwellwert überschreitet.
Ein Positionssensor am Abtriebszahnrad oder an einem damit gekoppelten Stellglied kann ferner dazu verwendet werden, eine Entspannung des Getriebes zu detektieren. Wird der Stellantrieb beispielsweise gegen eine Last betrieben und beim Übergang zu einem lastfreien Zustand gestoppt, kann sich das Getriebe nach dem Stoppen entspannen und eine Änderung der Drehwinkelstellung des Abtriebszahnrades bewirken. Über den Positionssensor kann diese Änderung erkannt werden. Somit kann die Genauigkeit des Stellantriebes weiter verbessert und insbesondere ein Schrittverlust beim Entspannen des Getriebes verhindert werden. Ebenso kann der Positionssensor zum Überprüfen der Plausibilität eines nach der Erfindung ermittelten Verfahrweges verwendet werden, beispielsweise in dem überprüft wird, ob die Abweichung der durch den Positionssensor ermittelten Drehwinkeländerung in einem Toleranzbereich um eine Solldrehwinkeländerung liegt.
In Ausgestaltungen, in denen der Stellantrieb keinen Positionssensor oder Temperatursensor aufweist, können eine oder mehrere der Einflussgrößen, z.B. der Verfahrweg und/oder die Temperatur, als Steuersignal von einem externen Steuergerät bereitgestellt werden, zum Beispiel als Steuersignal für den Stellantrieb oder eine Steuereinheit des Stellantriebs. Ein externes Steuergerät kann insbesondere über eine Datenschnittstelle, zum Beispiel einen Daten-Bus, wie einen LIN-Bus, mit dem Stellantrieb gekoppelt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Elektromotor und das Getriebe Teil eines Stellantriebs, insbesondere Teil eines erfindungsgemäßen Stellantriebs nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Das beweglich gelagerte Bauteil kann beispielsweise ein Abtriebsrad des Stellantriebs oder ein mit dem Abtriebsrad mechanisch gekoppeltes Stellglied sein, zum Beispiel ein Ventilregler wie beispielsweise ein Ventilstift oder eine Ventilklappe.
Es wird weiterhin ein Stellantrieb vorgesehen, der einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, ein beweglich gelagertes Bauteil und ein Getriebe aufweist, wobei das Getriebe das beweglich gelagerte Bauteil mit dem Rotor mechanisch koppelt. Der Stellantrieb weist ferner mindestens einen Sensor auf, der dazu eingerichtet ist, eine Einflussgröße zu bestimmen, die eine Verspannung und/oder ein Spiel des Getriebes beeinflusst, und/oder der Stellantrieb weist eine Datenschnittstelle auf, die dazu eingerichtet ist, die Einflussgröße zu empfangen. Beispielsweise kann die Einflussgröße von einer externen Steuereinheit über die Datenschnittstelle an den Stellantrieb übermittelt werden. Die Datenschnittstelle kann insbesondere eine Busschnittstelle sein. Außerdem weist der Stellantrieb eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Die Datenschnittstelle kann beispielsweise in der Steuereinheit integriert sein.
Der Elektromotor kann beispielsweise ein Gleichstrommotor, insbesondere ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor wie beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor sein. In manchen Ausgestaltungen ist der Elektromotor als Schrittmotor ausgebildet. Das Getriebe kann als Über- oder Untersetzungsgetriebe ausgebildet sein und kann zum Beispiel ein Stirnradgetriebe und/oder ein Schneckengetriebe sein. Das Getriebe kann eine Vielzahl von miteinander gekoppelten Getriebeelementen wie etwa Getrieberädern aufweisen, die dazu eingerichtet sind, eine Drehbewegung des Rotors in eine Bewegung des beweglich gelagerten Bauteils zu übersetzen. Das beweglich gelagerte Bauteil kann ein drehbar gelagertes Bauteil sein, beispielsweise ein Zahnrad und insbesondere ein Abtriebsrad.
Der mindestens eine Sensor kann einen Temperatursensor umfassen, der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur zu bestimmen. Der Temperatursensor kann insbesondere dazu eingerichtet sein, eine Temperatur an oder in einem Gehäuse des Stellantriebs zu messen. Vorzugsweise ist der Temperatursensor in der Nähe des Getriebes bzw. eines Getriebeelements angeordnet. In einigen Ausgestaltungen beträgt ein Abstand zwischen dem Temperatursensor und einem Getriebeelement weniger als 20 mm, vorzugsweise weniger als 10 mm, in einem Beispiel weniger als 5 mm. Der Temperatursensor kann beispielsweise einen Thermistor, ein Thermoelement und/oder einen halbleiter-basierten Temperatursensor aufweisen. In manchen Ausgestaltungen ist der Temperatursensor dazu eingerichtet, die Temperatur an mehreren verschiedenen Stellen, beispielsweise an mehreren Stellen an oder in dem Gehäuse des Stellantriebs, zu messen.
Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Sensor auch einen Drehmoment- oder Kraftsensor umfassen, der dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment bzw. eine Kraft zu bestimmen, beispielsweise wie unten beschrieben. In manchen Ausführungsformen kann der mindestens eine Sensor auch einen Zähler umfassen, der dazu eingerichtet ist, einen Verschleißparameter wie etwa eine Betriebsdauer und/oder einen kumulierten Gesamtverfahrweg des Rotors oder des beweglich gelagerten Bauteils zu bestimmen. In einigen Ausgestaltungen kann der mindestens eine Sensor ganz oder teilweise in die Steuereinheit integriert sein.
Die Steuereinheit kann als Hardware und/oder Software implementiert sein und kann zum Beispiel einen Prozessor sowie ein Speichermedium umfassen, wobei das Speichermedium Programmbefehle enthält, die von dem Prozessor ausgeführt werden können, um die hier beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit weitere analoge und/oder digitale elektronische Schaltungen umfassen. In manchen Ausgestaltungen ist die Steuereinheit eine Hauptsteuereinheit des Stellantriebs und kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, ein Antriebssignal für den Elektromotor bereitzustellen, um den Rotor zu bewegen. Hierzu kann die Hauptsteuereinheit beispielsweise eine Spannungs- und/oder Stromquelle aufweisen oder dazu eingerichtet sein, eine solche Quelle zu steuern, zum Beispiel mittels einer Brückenschaltung.
In manchen Ausführungsformen weist der Stellantrieb eine Leiterplatte auf, auf der beispielsweise die Steuereinheit angeordnet ist. Die Steuereinheit kann insbesondere einen Mikrocontroller und/oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) umfassen. Ein oder mehrere Sensoren, insbesondere der Temperatursensor, können ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet sein. In einem Beispiel ist der Temperatursensor auf einer von dem Elektromotor abgewandten Seite der Leiterplatte angeordnet, beispielsweise um eine Verfälschung der Temperaturmessung aufgrund der von dem Elektromotor erzeugten Wärme zu verringern.
In einigen Ausgestaltungen umfasst der mindestens eine Sensor einen elektrischen Sensor, der dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Signal wie einen Strom und/oder eine Spannung zu messen, insbesondere ein elektrisches Signal durch eine Phasenwicklung des Elektromotors. Der mindestens eine Sensor kann insbesondere einen Stromsensor umfassen, der dazu eingerichtet ist, einen Strom durch eine Phasenwicklung des Elektromotors zu messen.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, anhand einer von dem mindestens einen Sensor gemessenen Messgröße und/oder eines von dem mindestens einen Sensor gemessenen Messsignals die zugehörige Einflussgröße zu bestimmen. Insbesondere kann die Steuereinheit dazu eingerichtet sein, anhand des von dem elektrischen Sensors gemessenen elektrischen Signals, z.B. des von dem Stromsensor gemessenen Stroms, einen Drehmomentparameter zu bestimmen, der ein Drehmoment an dem Rotor und/oder an dem beweglich gelagerten Bauteil charakterisiert. Ein bestimmter Motorstrom kann beispielsweise mit einem bestimmen Drehmoment verknüpft sein. Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, den Motorstrom mittels eines vorher bestimmten Kalibrierungskurve und/oder Umrechnungstabelle in ein Drehmoment umzurechnen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das beweglich gelagerte Bauteil ein Abtriebsrad des Stellantriebs. Das Abtriebsrad kann dazu eingerichtet sein, mit einem Stellglied mechanisch gekoppelt zu werden. Das Abtriebsrad kann beispielsweise eine Abtriebswelle aufweisen oder mit einer solchen Abtriebswelle verbunden sein, wobei die Abtriebswelle ein geeignetes Mitnahmeprofil aufweise kann, um das Abtriebsrad mit dem Stellglied mechanisch zu koppeln. Der Stellantrieb kann ferner einen Positionssensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Abtriebsrads zu bestimmen. Der Positionssensor kann beispielsweise einen Magnetfeldsensor wie etwa einen Hall-Sensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, die Stärke und/oder Richtung eines Magnetfelds zu bestimmen, das von einem an dem Abtriebsrad angeordneten Magneten erzeugt wird. Der Positionssensor kann dazu eingerichtet sein, anhand der Stärke und/oder der Richtung des Magnetfeld eine Drehwinkelstellung des Abtriebsrads zu bestimmen.
Der Stellantrieb kann dazu eingerichtet sein, eine mittels des Positionssensors bestimmte Stellung des Abtriebsrads mit einer durch das Verfahren ermittelten Zielstellung zu vergleichen, zum Beispiel mit einer bei der durch das Verfahren ermittelten Zielstellung des Rotors erwarteten Stellung des Abtriebsrads. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Stellantrieb dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Vergleichs eine Statusmeldung und/oder einen Steuerbefehl zum Ansteuern des Elektromotors auszugeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor ein Schrittmotor und/oder ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, insbesondere ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor). Die Steuereinheit kann einen Schrittzähler aufweisen, der dazu eingerichtet ist, eine Anzahl von Schritten bzw. Kommutierungsschritten des Elektromotors zu bestimmen, um die Stellungsänderung des Rotors zu bestimmen. Der Schrittzähler kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Soll-Anzahl der Schritte bzw. Kommutierungsschritte anhand der Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils, anhand eines von der Steuereinheit empfangenen Steuersignals und/oder anhand eines Antriebssignals für den Elektromotor zu bestimmen (z.B. eine Anzahl durchzuführender oder durchgeführter Kommutierungen). Alternativ oder zusätzlich kann der Schrittzähler auch dazu eingerichtet sein, eine Ist-Anzahl der Schritte bzw. Kommutierungsschritte mittels eines Sensors zu messen, beispielsweise mittels eines elektrischen Sensors, der dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Signal durch eine Phasenwicklung des Elektromotors zu messen (z.B. eine Anzahl von Nulldurchgängen einer in der Phasenwicklung in unbestromten Phasen induzierten Spannung) oder mittels eines Positionssensors, der dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Rotors zu bestimmen.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen in schematischer Darstellung:

1a: einen Stellantrieb gemäß einem Beispiel in einer Explosionsdarstellung;
1b: einen Schaltplan des Stellantriebs aus 1a;
1c: den Stellantrieb aus 1a in einer Draufsicht;
1d: den Stellantrieb aus 1a in einer perspektivischen Ansicht;
1e: den Stellantrieb aus 1a in einer Schnittansicht;
2a: einen Stellantrieb gemäß einem weiteren Beispiel in einer Schnittansicht;
2b: die Anordnung zur Bestimmung der Stellung des Abtriebsrads in dem Stellantrieb aus 2a in einer Schnittansicht;
3: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Stellungsänderung eines beweglich gelagerten Bauteils gemäß einem Beispiel;
4a, 4b: die Stellungsänderung eines Rotors bzw. eines beweglich gelagerten Bauteils in einem Stellantrieb ohne Kompensation der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes gemäß einem Beispiel; und
5a, 5b: die Stellungsänderung eines Rotors bzw. eines beweglich gelagerten Bauteils in einem Stellantrieb mit Kompensation der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes gemäß einem Beispiel.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1a bis 1e zeigen eine beispielhafte Ausgestaltung eines Stellantriebs 100 gemäß der Erfindung. Der Stellantrieb 100 ist in 1a in einer Explosionsdarstellung gezeigt, in 1c in einer Draufsicht ohne den Deckel 112B, in 1d in einer perspektivischen Ansicht, wobei das Gehäuse 112 nur teilweise als Schnittansicht dargestellt ist, und in 1e als Schnittansicht. 1b zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltplans des Stellantriebs 100.
Der Stellantrieb 100 weist einen Elektromotor 102 mit einem Stator 104 und einem Rotor 106 auf. Der Elektromotor 102 ist in diesem Beispiel als bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC-Motor) ausgebildet, wobei der Rotor 106 einen als Permanentmagnet ausgebildeten Rotormagneten 106A aufweist. Der Stator 104 weist drei Phasenwicklungen 104A auf, von denen jeweils ein Ende über einen Sternpunkt 104B mit den anderen Phasenwicklungen 104A verbunden ist. In anderen Ausgestaltungen können die Phasenwicklungen 104A auch über eine Dreiecksschaltung verbunden sein oder einzeln ansteuerbar sein. Der Stellantrieb 100 weist ferner ein beweglich gelagertes Bauteil 108 auf, in diesem Beispiel ein drehbar gelagertes Abtriebsrad 108. Das Abtriebsrad 108 ist über ein Getriebe 110 mechanisch mit dem Rotor 106 gekoppelt. Das Getriebe 110 ist als Untersetzungsgetriebe mit einem Antriebsrad 110-1 des Rotors 106 sowie drei Doppelzahnrädern 110-2, 110-3, 110-4 als Zwischenräder ausgebildet. Das Getriebe 110 ist dazu eingerichtet, eine Drehbewegung des Rotors 106 auf das Abtriebsrad 108 zu übertragen.
Der Stator 104 und der Rotor 106 sind zusammen mit dem Getriebe 110 und dem Abtriebsrad 108 in einem Gehäuse 112 mit einer Gehäuseschale 112A und einem Deckel 112B angeordnet. Das Abtriebsrad 108 ist mittels eines Führungselements 114 in dem Gehäuse 112 um eine Drehachse 116 drehbar gelagert. Ferner ist das Abtriebsrad 108 einteilig mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 108A ausgeformt. Dabei ist die Abtriebswelle 108A zum Verbinden mit einem Stellglied (nicht gezeigt) als Last über eine Öffnung in der Gehäuseschale 112A eingerichtet. Hierzu weist die Abtriebswelle 108A an ihrem Innenumfang ein entsprechendes Mitnahmeprofil auf. Der Stellantrieb 100 kann beispielsweise als Ventilsteller eingesetzt werden und dazu eingerichtet sein, einen Ventilregler wie beispielsweise einen Ventilstift oder eine Ventilklappe zu bewegen.
Ferner ist über dem Stator 104 liegend eine Leiterplatte oder Platine 120 mit einer Steuereinheit 122 angeordnet. Die Steuereinheit 122 kann als Hardware und/oder Software implementiert sein und beispielsweise einen Mikrocontroller 122A mit einem Prozessor und einem Speichermedium umfassen, wobei das Speichermedium Programmbefehle enthält, die von dem Prozessor ausgeführt werden können, um die hier beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 122 weitere Komponenten, insbesondere analoge und/oder digitale Schaltungen umfassen, zum Beispiel einen Analog-Digital-Wandler 122B. Die Steuereinheit 122 ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Stellungsänderung eines beweglich gelagerten Bauteils nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen auszuführen, zum Beispiel das unten beschriebene Verfahren 300.
Die Steuereinheit 122 ist ferner dazu eingerichtet, den dreiphasigen BLDC-Motor 102 anzusteuern und hierzu mittels einer Spannungsquelle 124 und einer Brückenschaltung 126 geeignet kommutierte Antriebssignale für die Phasenwicklungen 104A bereitzustellen. Die Steuereinheit 122 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Ströme durch die Phasenwicklungen 104A mittels der Spannungsquelle 124 und/oder der Brückenschaltung 126 so zu regeln, dass ein zeitabhängiges Magnetfeld erzeugt wird, welches den Rotor 106 in Bewegung versetzt. Die Spannungsquelle 124 ist dazu eingerichtet, eine Versorgungsspannung für die Phasenwicklungen 104A bereitzustellen. Die Spannungsquelle 124 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, mittels Pulsweitenmodulation (PWM) elektrische Spannungspulse mit einem variablen Tastverhältnis als Versorgungsspannung für die Phasenwicklungen 104A zu erzeugen. Die Brückenschaltung 126 verbindet die Spannungsquelle 124 mit den Phasenwicklungen 104A und ist dazu eingerichtet, die von der Spannungsquelle 124 bereitgestellte Versorgungsspannung zu kommutieren, beispielsweise auf Basis eines von der Steuereinheit 114 erzeugten Triggersignals. Im Beispiel der 1b sind die Steuereinheit 122, die Spannungsquelle 124 und die Brückenschaltung 126 als getrennte Einheiten dargestellt. In anderen Ausgestaltungen können die Steuereinheit 122, die Spannungsquelle 124 und/oder die Brückenschaltung 126 aber auch in einer Einheit integriert sein.
Der Stellantrieb 100 weist ferner mehrere Sensoren auf, die jeweils dazu eingerichtet sind, eine Einflussgröße x₁, x₂ zu bestimmen, die eine Verspannung und/oder ein Spiel des Getriebes 110 beeinflusst, nämlich einen Temperatursensor 128 und einen Stromsensor 130. Der Temperatursensor 128 und der Stromsensor 130 können ebenfalls auf der Platine 120 angeordnet sein. In manchen Ausführungsformen können der Temperatursensor 128 und/oder der Stromsensor 130 ganz oder teilweise in die Steuereinheit 122 integriert sein. Die Steuereinheit 122 kann beispielsweise einen Analog-Digital-Wandler 122B aufweisen, der dazu eingerichtet ist, analoge Messsignale von Messelementen des Temperatursensors 128 und/oder des Stromsensors 130 in entsprechende digitale Signale umzuwandeln. Der Mikrocontroller 122A kann dazu eingerichtet sein, diese digitalen Signale weiterzuverarbeiten, beispielsweise um die entsprechende Einflussgröße zu bestimmen.
Der Temperatursensor 128 ist dazu eingerichtet, eine Temperatur in dem Gehäuse 112 des Stellantriebs 100 zu messen. Hierzu kann der Temperatursensor 128 ein Messelement wie beispielsweise einen Thermistor, ein Thermoelement und/oder einen halbleiter-basierten Temperatursensor aufweisen. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 128 in der Nähe des Getriebes 110 angeordnet, beispielsweise auf einer dem Getriebe 110 zugewandten und vom Elektromotor 102 abgewandten Seite der Platine 120 wie beispielsweise in 2b gezeigt.
Im Beispiel der 1b umfasst der Stromsensor 130 einen Shunt-Widerstand 130A, der zwischen einem Ausgang der Brückenschaltung 126 und einem Erdungskontakt 132 angeordnet ist. Der Stromsensor 130 umfasst weiterhin ein Spannungsmessgerät 130B, welches dazu eingerichtet ist, eine an dem Shunt-Widerstand 130A abfallende Spannung zu messen. Anhand dieser Spannung kann der Stromsensor 130 den durch ein bestromtes Phasenwicklungspaar 104A fließenden Strom bestimmen. In anderen Beispielen kann der Stromsensor 130 alternativ oder zusätzlich auch dazu eingerichtet sein, Ströme in Zweigen der Brückenschaltung 126 und/oder in den Zuleitungen zwischen der Brückenschaltung 126 und den Phasenwicklungen 104A zu messen.
Die Steuereinheit 122 ist dazu eingerichtet, anhand des von dem Stromsensor 130 gemessenen Stroms einen Drehmomentparameter zu bestimmen, der ein von dem Rotor 106 erzeugtes Drehmoment charakterisiert. Der Drehmomentparameter kann beispielsweise ein Maximalwert des Stroms, ein Mittelwert des Stroms oder ein Endwert des Stroms am Ende eines Kommutierungsschritts sein. In manchen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 122 auch dazu eingerichtet sein, das Drehmoment mittels einer Kalibrierungskurve oder einer Umrechnungstabelle aus dem von dem Stromsensor 130 gemessenen Storm zu berechnen.
In manchen Ausgestaltungen weist der Stellantrieb 100 außerdem einen Rotor-Positionssensor 134 auf, der ebenfalls mit der Steuereinheit 122 verbunden ist (nicht dargestellt) und dazu eingerichtet ist, eine Drehwinkelstellung des Rotors 106 zu bestimmen. Im Beispiel der 1a-1e weist der Rotor-Positionssensor 134 mehrere Spannungsmessgeräte auf, die jeweils dazu eingerichtet sind, die an einer zugehörigen Phasenwicklung 104A abfallende Spannung zu messen. Der Rotor-Positionssensor 134 ist dazu eingerichtet, Nulldurchgänge der durch die Drehbewegung des Rotormagneten 106A in den Phasenwicklungen 104A induzierten gegenelektromotorischen Spannung U_BEMV zu detektieren. Hierzu kann der Rotor-Positionssensor 134 beispielsweise eine Komparatorschaltung zum Messen der Nulldurchgänge der Spannung U_BEMV und/oder einen Analog-Digital-Wandler zum Messen des Spannungsverlaufes an den Phasenwicklungen 104A umfassen. Die Nulldurchgänge der in einer unbestromten Phasenwicklung induzierten Spannung können bei einer bestimmten Drehwinkelstellung des Rotors 106 auftreten und somit Rückschlüsse auf die Drehwinkelstellung des Rotors 106 erlauben.
Die Steuereinheit 122 kann dazu eingerichtet sein, mittels des Rotor-Positionssensors 134 eine Stellungsänderung des Rotors 106 zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 122 beispielsweise einen Schrittzähler (nicht dargestellt) aufweisen, der dazu eingerichtet ist, mittels des Rotor-Positionssensors 134 eine Anzahl von durchgeführten Kommutierungsschritten und/oder eine Anzahl von Umdrehungen des Rotors 106 zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann der Schrittzähler auch dazu eingerichtet sein, die Anzahl der durchgeführten Kommutierungsschritte und/oder die Anzahl der Umdrehungen mittels des Stromsensors 130, anhand eines Steuersignals für die Steuereinheit 122 und/oder anhand eines Triggersignals für die Brückenschaltung 126 zu bestimmen.
Der Stellantrieb 100 weist ferner einen Abtriebs-Positionssensor 136 auf, der dazu eingerichtet ist, eine Drehwinkelstellung φ des Abtriebsrads 108 um die Drehachse 116 zu bestimmen. Der Abtriebs-Positionssensor 136 ist auf der Platine 120 angeordnet und mit der Steuereinheit 122 verbunden, zum Beispiel über eine oder mehrere elektrische Leiterbahnen auf der Platine 120. Der Abtriebs-Positionssensor 136 ist über dem Abtriebsrad 108 angeordnet, so dass die Drehachse 116 sich durch den Abtriebs-Positionssensor 136 hindurch erstreckt. Auf einer Stirnseite des Abtriebsrads 108 ist ein scheibenförmiger Permanentmagnet 138, zum Beispiel ein gespritzter oder gepresster Seltenerdmagnet wie etwa ein kunststoffgebundener Neodym-Eisen-Bor-Magnet (NdFeB), befestigt. Der Magnet 138 ist in einer Vertiefung in der Stirnseite des Abtriebsrads 108 angeordnet, so dass die Drehachse 116 sich durch den Magneten 138 hindurch erstreckt. Der Abtriebs-Positionssensor 136 weist einen Magnetfeldsensor auf, beispielsweise einen zwei-dimensionalen oder drei-dimensionalen Hall-Sensor, der dazu eingerichtet ist, eine Stärke des von dem Magneten 138 erzeugten Magnetfelds entlang zwei bzw. drei Raumrichtungen zu bestimmen. Die Steuereinheit 122 ist dazu eingerichtet, anhand eines von dem Abtriebs-Positionssensor 136 übermitteln Sensorsignals die Drehwinkelstellung des Abtriebsrads 108 zu ermitteln, zum Beispiel mittels einer entsprechenden Kalibrierungskurve.
Eine direkte Bestimmung der Drehwinkelstellung φ des Abtriebsrads 108 mittels des Abtriebs-Positionssensors 136 kann eine geringere Messgenauigkeit aufweisen als eine indirekte Bestimmung anhand der Drehwinkelstellung des Rotors 106. Beispielsweise kann die mittels des Abtriebs-Positionssensors 136 bestimmte Drehwinkelstellung eine Messunsicherheit in einer Größenordnung zwischen 1° und 5° aufweisen. Die Messgenauigkeit kann beispielsweise durch externe Magnetfelder, Positionsänderungen aufgrund thermischer Ausdehnung und/oder eine Bit-Auflösung des Sensorsignals begrenzt sein. Im Gegensatz dazu kann sich das Abtriebsrad 108 zwischen zwei aufeinander folgenden Kommutierungsschritten des Elektromotors 102 beispielsweise lediglich zwischen 0.005° und 0.05° drehen. Eine indirekte Bestimmung der Drehwinkelstellung des Abtriebsrads 108 basierend auf einer Stellungsänderung des Rotors 106, beispielsweise einer Anzahl durchgeführter Kommutierungsschritte, ermöglicht somit theoretisch eine wesentlich höhere Messgenauigkeit. Wie unten in Bezug auf 4a, 4b erläutert ist j edoch aufgrund des Spiels des Getriebes 110 sowie der in dem Getriebe 110 hervorgerufenen Verspannungen nicht immer ein linearer Zusammenhang zwischen einer Stellungsänderung des Rotors 106 und einer Stellungsänderung des Abtriebsrads 108 gegeben.
2a und 2b zeigen einen Stellantrieb 200 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt 2a den gesamten Stellantrieb 200 in einer Schnittansicht, während 2b nur eine Anordnung 200A des Stellantriebs 200 zur Bestimmung der Stellung des Abtriebsrads 108 zeigt. Der Stellantrieb 200 ähnelt dem Stellantrieb 100 aus 1a-1e, wobei entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Stellantrieb 200 weist ebenfalls einen Elektromotor mit einem Stator 104 und einem Rotor 106 sowie ein um eine Drehachse 116 drehbar gelagertes Abtriebsrad 108 auf, wobei das Abtriebsrad 108 über ein Getriebe 110 mit dem Rotor 106 mechanisch gekoppelt ist. Ferner weist der Stellantrieb 200 auch einen Temperatursensor 128 auf, der dazu eingerichtet ist, eine Einflussgröße zu bestimmen, die eine Verspannung und/oder ein Spiel des Getriebes 110 beeinflusst, nämlich eine Temperatur. Außerdem weist der Stellantrieb 200 eine Steuereinheit 122 auf, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen auszuführen, zum Beispiel das unten beschriebene Verfahren 300. Darüber hinaus kann der Stellantrieb 200 weitere der oben in Bezug auf den Stellantrieb 200 beschriebenen Komponenten aufweisen.
Der Stellantrieb 200 unterscheidet sich von dem Stellantrieb 100 im Wesentlichen durch die Ausgestaltung des Magneten 138 und die Anordnung des Abtriebs-Positionssensors 136. In diesem Beispiel ist der Magnet 138 ein ringförmiger Magnet, der auf einer Stirnseite des Abtriebsrads 108 angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung vollständig um die Drehachse 116 erstreckt. Der Magnet 138 weist in seiner Mitte eine Öffnung auf, durch die sich die Abtriebswelle 108A erstreckt und die Drehachse 116 verläuft. Anders als im Beispiel der 1a-1e ist der Abtriebs-Positionssensor 136 nicht auf der Drehachse 116, sondern gegenüber der Drehachse 116 versetzt angeordnet, so dass die Drehachse 116 sich nicht durch den Abtriebs-Positionssensor 136 hindurch erstreckt. Der Abtriebs-Positionssensor 136 kann beispielsweise wie in 2b dargestellt über einem Außenumfang des Magneten 138 angeordnet sein.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zur Bestimmung einer Stellungsänderung eines beweglich gelagerten Bauteils, welches über ein Getriebe mit einem Rotor eines Elektromotors mechanisch gekoppelt ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 300 kann beispielsweise zur Bestimmung einer Stellungsänderung des Abtriebsrads 108 des Stellantriebs 100 aus 1a-1e und/oder des Stellantriebs 200 aus 2a, 2b verwendet werden. In manchen Ausgestaltungen kann das Verfahren 300 ganz oder teilweise von der Steuereinheit 122 des entsprechenden Stellantriebs ausgeführt werden. Im Folgenden wird der Stellantrieb 100 zur beispielhaften Illustration des Verfahrens 300 verwendet. Die Ausführung des Verfahrens 300 ist nicht auf die durch das Flussdiagramm in 3 angedeutete Abfolge beschränkt. Soweit technisch möglich können die Schritte des Verfahrens 300 in einer beliebigen Reihenfolge und insbesondere auch zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden, beispielsweise die Schritte 304 und 306.
Das Verfahren 300 umfasst in Schritt 302 das Bestimmen einer Stellungsänderung des Rotors 106. Die Stellungsänderung des Rotors 106 kann beispielsweise eine Soll-Stellungsänderung ΔN_soll sein, die von einem Steuersignal vorgegeben wird, das die Steuereinheit 122 empfängt, zum Beispiel von einer externen Steuereinheit außerhalb des Stellantriebs 100. In einem Beispiel gibt das Steuersignal eine Soll-Stellungsänderung Δφ_soll für das Abtriebsrad 108 vor, zum Beispiel eine Drehung um einen bestimmten Winkel, z.B. Δφ_soll = 10°. Diese kann von der Steuereinheit 122 mittels eines Über- oder Untersetzungsverhältnisses des Getriebes 110 in die entsprechenden Soll-Stellungsänderung ΔN_soll des Rotors 106 umgerechnet werden, wobei die Soll-Stellungsänderung ΔN_soll zum Beispiel eine Anzahl von auszuführenden Kommutierungsschritten angeben kann, z.B. ΔN_soll = 200.
Wird der Rotor 106 um die Soll-Stellungsänderung ΔN_soll des Rotors bewegt, kann eine Ist-Stellungsänderung Δφ_ist des Abtriebsrads 108 jedoch von der gewünschten Soll-Stellungsänderung Δφ_soll des Abtriebsrads 108 abweichen, beispielsweise aufgrund einer Verspannung und/oder eines Spiels des Getriebes 110. Dies ist beispielhaft in den 4a und 4b dargestellt. 4a zeigt dabei die von dem Elektromotor 102 mit dem Rotor 106 ausgeführten Kommutierungsschritte N als Funktion der Zeit t, während 4b die Drehwinkelstellung φ des Abtriebsrads 108 zeigt.
In diesem Beispiel wird der Rotor 106 ausgehend von einer Ausgangsstellung N_A entlang der Kurve 400 linear um die Soll-Stellungsänderung ΔN_soll in eine Zielstellung N_B bewegt. Die gestrichelte Kurve 402 in 4b zeigt den Verlauf der Drehwinkelstellung φ des Abtriebsrads 108, der aufgrund des Über- bzw. Untersetzungsverhältnisses des Getriebes 110 idealerweise zu erwarten wäre, d.h. ohne Berücksichtigung der Verspannung und des Spiels des Getriebes 110. Die durchgezogene Kurve 404 zeigt dagegen den tatsächlichen Verlauf der Drehwinkelstellung φ des Abtriebsrads 108 unter Berücksichtigung der Verspannung und des Spiels des Getriebes 110.
Aufgrund des Getriebespiels führt die Bewegung des Rotors 106 in einem ersten Abschnitt 404A zunächst nicht zu einer Bewegung des Abtriebsrads 108. Dies kann insbesondere nach einem Wechsel der Bewegungsrichtung des Rotors 106 auftreten. Nach einer Stellungsänderung ΔN₁ des Rotors 106 ist das Getriebespiel durchlaufen und das Abtriebsrad 108 beginnt sich zu bewegen. Jedoch kann sich nach dem Durchlaufen des Getriebespiels sukzessive eine Verspannung in dem Getriebe 110 aufbauen, so dass das Abtriebsrad 108 sich in einem zweiten Abschnitt 404B zunächst langsamer bewegt als nach dem idealen Verlauf 402 zu erwarten wäre. Sobald die Verspannung vollständig aufgebaut ist, kann sich das Abtriebsrad 108 in einem dritten Abschnitt 404C zumindest näherungsweise mit der nach dem idealen Verlauf 402 erwarteten Geschwindigkeit bewegen. Aufgrund der Verspannung und des Spiels des Getriebes 110 ist die tatsächliche Ist-Stellungsänderung Δφ_ist des Abtriebsrads 108 bei Erreichen der Rotor-Zielstellung N_B um eine Abweichung δφ kleiner als die idealerweise erwartete Soll-Stellungsänderung Δφ_soll.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahren 300 kann die Abweichung δφ abgeschätzt und zumindest teilweise kompensiert werden. Dies ist beispielhaft in den 5a und 5b dargestellt. 5a zeigt dabei den Verlauf 500 der von dem Elektromotor 102 mit dem Rotor 106 ausgeführten Kommutierungsschritte N als Funktion der Zeit t, während 5b den Verlauf 502 der Drehwinkelstellung φ des Abtriebsrads 108 zeigt.
Der Rotor 106 wird zunächst in Schritt 304 von der Ausgangsstellung N_A lediglich um einen Teil der Soll-Stellungsänderung ΔN_soll des Rotors 106 in eine Zwischenstellung N_i bewegt. Die Zwischenstellung N_i ist dabei so gewählt, dass die Stellungsänderung relativ zu der Ausgangsstellung N_A größer als die dem Getriebespiel entsprechende Stellungsänderung ΔN₁ ist (d.h. vollständiges Durchlaufen des Abschnitts 502A), vorzugsweise so groß, dass auch die Verspannung in dem Getriebe 110 größtenteils oder sogar vollständig aufgebaut ist (d.h. zumindest teilweises oder vollständiges Durchlaufen des Abschnitts 502B). In einem Beispiel beträgt die Stellungsänderung von der Ausgangsstellung N_A in die Zwischenstellung N_i zwischen 50% und 90% der Soll-Stellungsänderung ΔN_soll, z.B. 75% der Soll-Stellungsänderung ΔN_soll.
In Schritt 306 werden mehrere Einflussgrößen x₁, x₂, x₃ bestimmt, die eine Verspannung und/oder ein Spiel des Getriebes 110 beeinflussen. Die Bestimmung dieser Einflussgrößen kann zumindest teilweise während des Verfahrens der Rotors 106 in Schritt 304 erfolgen. Die Einflussgrößen können beispielsweise eine mittels des Temperatursensors 128 gemessene Temperatur innerhalb des Gehäuses 112 des Stellantriebs 100 umfassen (erste Einflussgröße x₁), die z.B. bereits vor dem Bewegen des Rotors 106 in Schritt 304 ermittelt werden kann. Außerdem kann ein von dem Rotor 106 erzeugtes Drehmoment bestimmt werden (zweite Einflussgröße x₂). Dieses kann beispielsweise anhand des von dem Stromsensor 130 gemessenen Motorstroms durch die Phasenwicklungen 104A bestimmt werden, z.B. basierend auf einem Endwert des Motorstroms gegen Ende eines Kommutierungsschrittes (z.B. direkt vor dem Durchführen der nächsten Kommutierung). Der Motorstrom kann während der Bewegung des Rotors 106 in Schritt 304 gemessen werden, z.B. gemittelt über die gesamte Bewegung von der Ausgangsstellung N_A in die Zwischenstellen N_i oder vorzugsweise erst nach Durchlaufen des Getriebespiels (z.B. in den Abschnitten 502B, 502C) oder nach dem Aufbau der Verspannung in dem Getriebe 110 (z.B. in dem Abschnitt 502C). In manchen Ausgestaltungen wird der Motorstrom kontinuierlich oder wiederholt über eine vollständige Kommutierungsperiode hinweg bestimmt und gemittelt, so dass Schwankungen des Motorstroms während einer Kommutierung ausgeglichen werden. Beispielsweise kann der Motorstrom in den bestromten Phasen zu jeder der Anschaltzeiten einer Pulsweitenmodulation, insbesondere in der Mitte jeder Anschaltzeit der Pulsweitenmodulation, über einen Kommutierungsperiode hinweg bestimmt werden und schließlich ein Mittelwert der bestimmten Werte berechnet werden. Weiterhin kann als eine dritte Einflussgröße x₃ ein Verfahrweg des Rotors 106 und/oder des Abtriebsrads 108 bestimmt werden, z.B. die Soll-Stellungsänderung Δφ_soll oder die Soll-Stellungsänderung ΔN_soll. Der Verfahrweg kann beispielsweise in Schritt 302 von der Steuereinheit 122 bestimmt werden. In manchen Ausgestaltungen können zudem weitere Einflussgrößen bestimmt werden, z.B. ein Verschleißparameter, der einen Verschleiß des Getriebes 110 charakterisiert und zum Beispiel einer kumulierten Gesamtzahl der von dem Elektromotor 102 ausgeführten Kommutierungsschritte entsprechen kann, oder ein Richtungswechsel-Bit, das angibt, ob die Stellungsänderung ΔN_soll des Rotors 106 mit einer Richtungsänderung verglichen mit einer früheren Bewegungsrichtung des Rotors 106 verknüpft ist.
In Schritt 308 wird mittels eines mathematischen Modells anhand der in Schritt 306 bestimmten Einflussgrößen ein Korrekturparameter, nämlich die Abweichung δcp zwischen der Ist-Stellungsänderung Δφ_ist und der Soll-Stellungsänderung Δφ_soll des Abtriebsrads 108, bestimmt. Das mathematische Modell beschreibt die Abweichung δφ als Funktion der Einflussgrößen, δcp = f(x₁, x₂, x₃). Das mathematische Modell kann Änderungen der Einflussgrößen δx₁, δx₂, δx₃ in verschiedenen Ordnungen berücksichtigen, z.B. eine Änderung der Temperatur δx₁ in erster, zweiter und dritter Ordnung, eine Änderung des Drehmoments δx₂ in erster und zweiter Ordnung und eine Änderung des Verfahrwegs δx₃ in erster und zweiter Ordnung. In einem Beispiel hat das mathematische Modell die folgende Form: $\begin{array}{l} δφ= β_{0} \\ + β_{1} \cdot δ x_{1} + β_{2} \cdot δ x_{2} + β_{3} \cdot δ x_{3} \\ + β_{4} \cdot {(δ x_{1})}^{2} + β_{5} \cdot {(δ x_{2})}^{2} + β_{6} \cdot {(δ x_{3})}^{2} + β_{7} \cdot δ x_{1} \cdot δ x_{2} + β_{8} \cdot δ x_{1} \cdot δ x_{3} + β_{9} \cdot δ x_{2} \cdot δ x_{3} \\ + β_{10} \cdot {(δ x_{1})}^{2} + β_{11} \cdot {(δ x_{2})}^{2} \cdot δ x_{3} + β_{12} \cdot δ x_{2} \cdot {(δ x_{3})}^{2} + β_{13} \cdot δ x_{1} \cdot δ x_{2} \cdot δ x_{3} \end{array}$
In anderen Ausführungsformen kann das mathematische Modell weniger Terme enthalten, beispielsweise nur konstante und lineare Terme (erste und zweite Zeile, β₀ bis β₃) oder nur konstante, lineare und quadratische Terme (erste bis dritte Zeile, β₀, bis β₉). In manchen Ausgestaltungen kann das mathematische Modell alternativ oder zusätzlich weitere Terme enthalten, beispielsweise weitere Terme dritter Ordnung (vierte Zeile) und/oder Terme vierter Ordnung, z.B. (δx₁)⁴.
Die Koeffizienten β₀, β₁, β₂, ... des mathematischen Modells können vor der Ausführung des Verfahrens 300 bestimmt werden, beispielsweise als Teil einer Kalibrierung des Stellantriebs 100. Die Koeffizienten β₀, β₁, β₂, ... können zum Beispiel mittels eines Regressionsverfahrens an empirisch für eine Vielzahl von Werten der Einflussgrößen (δx_i, δx_j, δx_k) ermittelte Abweichungen zwischen Ist- und Soll-Stellungsänderungen des Abtriebsrads 108 angepasst werden, z.B. mittels eines least square-Fits. Dabei kann die Komplexität des mathematischen Modells durch Hinzufügen oder Weglassen von Termen so angepasst werden, dass die Abschätzung der Abweichung δcp durch das mathematische Modell zum einen eine gewünschte Güte aufweist und zum anderen die Steuereinheit 122 mit der ihr zur Verfügung stehenden Rechenleistung und Speicherkapazität in der Lage ist, die Abweichung δφ mittels des mathematischen Modells innerhalb einer gewünschten Zeit zu berechnen, z.B. bevor der Rotor die Zwischenstellung N_i oder die ursprüngliche Zielstellung N_B erreicht.
In Schritt 310 wird anhand des Korrekturparameters, d.h. in diesem Beispiel anhand der Abweichung δcp, eine korrigierte Zielstellung N_C für den Rotor 106 bestimmt. Die korrigierte Zielstellung N_C wird vorzugsweise so gewählt, dass die Abweichung δφ ganz oder zumindest teilweise kompensiert wird. In einem Beispiel entspricht die Stellungsänderung von der ursprünglichen Zielstellung N_B in die korrigierte Zielstellung N_C derjenigen Stellungsänderung des Rotors 106, für die ohne Berücksichtigung der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes 110 eine Soll-Stellungsänderung des Abtriebsrads 108 entsprechend der Abweichung δcp zu erwarten ist. Beispielsweise kann die Abweichung δcp anhand des Über- bzw. Untersetzungsverhältnisses des Getriebes 110 in eine entsprechende Stellungsänderung des Rotors 106 umgerechnet werden. In einem anderen Beispiel entspricht die Stellungsänderung von der ursprünglichen Zielstellung N_B in die korrigierte Zielstellung N_C derjenigen Stellungsänderung des Rotors 106, für die unter Berücksichtigung der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes 110 eine Ist-Stellungsänderung des Abtriebsrads 108 entsprechend der Abweichung δφ zu erwarten ist, d.h. auch bei der Bestimmung der korrigierten Zielstellung N_C kann zusätzlich eine zu erwartende weitere Abweichung berücksichtigt werden, die ebenfalls anhand der in Schritt 306 bestimmten Einflussgrößen bestimmt werden kann.
In manchen Ausgestaltungen können die Schritte 308 und 310 auch in einem einzigen Verfahrensschritt zusammengefasst sein. Die Bestimmung der Abweichung δcp und der korrigierten Zielstellung N_C können also auch in einem einzigen Verfahrensschritt erfolgen, beispielsweise in einer Berechnungsroutine zusammengefasst sein. Insbesondere kann in einigen Ausführungsformen die Abweichung δcp nicht explizit quantifiziert werden, sondern lediglich indirekt in die Bestimmung der anhand der Abweichung δcp korrigierten Zielstellung N_C einfließen, beispielsweise durch eine Anpassung von Parametern für die Berechnung der korrigierten Zielstellung N_C basierend auf den in Schritt 306 bestimmten Einflussgrößen, so dass die Abweichung δcp zumindest teilweise kompensiert wird. In anderen Worten kann der Korrekturparameter auch eine anhand der Abweichung δcp korrigierte Stellungsänderung für den Rotor 106 und/oder für das beweglich gelagerten Bauteil 108, insbesondere die korrigierte Zielstellung N_C.
In Schritt 312 wird der Rotor 106 von der Zwischenstellung N_i in die korrigierte Zielstellung N_C bewegt. Dabei kann die ursprüngliche Endstellung N_B überfahren werden und durch die zusätzliche Bewegung des Rotors 106 die Abweichung δφ kompensiert werden, so dass sich das Abtriebsrad 108 von seiner Ausgangsstellung φ_A um die Soll-Stellungsänderung Δφ_soll in eine gewünschte End-/Zielstellung φ_B bewegt. Vorzugsweise wird der Rotor 106 von der Ausgangsstellung N_A in die korrigierte Zielstellung N_C bewegt ohne in der Zwischenstellung N_i oder in der ursprünglichen Zielstellung N_B anzuhalten, z.B. mit konstanter Geschwindigkeit wie in 5a gezeigt. In manchen Ausgestaltungen kann die Drehwinkelstellung φ des Abtriebsrads 108 vor oder nach Erreichen der korrigierten Zielstellung N_C des Rotors 106 zusätzlich mittels des Abtriebs-Positionssensors 136 überwacht werden, zum Beispiel um eine Stellungsänderung des Abtriebsrads 108 nach Erreichen der Zielstellung φ_B detektieren zu können. Eine unkontrollierte Stellungsänderung, die nicht auf eine Bewegung des Rotors 106 zurückzuführen ist, kann etwa durch eine Kraft hervorgerufen werden, die von einem mit dem Abtriebsrad 108 mechanisch gekoppelten Stellglied auf das Abtriebsrad 108 ausgeübt wird.
Die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen und die Figuren dienen nur zur rein beispielhaften Illustration. Die Erfindung kann in ihrer Gestalt variieren, ohne dass sich das zugrundeliegende Funktionsprinzip ändert. Der Schutzumfang des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich allein aus den folgenden Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

100: Stellantrieb
102: Elektromotor
104: Stator
104A: Phasenwicklung
104B: Sternpunkt
106: Rotor
106A: Rotormagnet
108: beweglich gelagertes Bauteil/Abtriebsrad
110: Getriebe
110-1, 110-2, 110-3, 110-4: Getrieberäder
112: Gehäuse
112A: Gehäuseschale
112B: Deckel
114: Führungselement
116: Drehachse
120: Leiterplatte
122: Steuereinheit
122A: Mikrocontroller
122B: Analog-Digital-Wandler
124: Spannungsquelle
126: Brückenschaltung
128: Temperatursensor
130: Stromsensor
130A: Shunt-Widerstand
130B: Spannungsmessgerät
132: Erdungskontakt
134: Rotor-Positionssensor
136: Abtriebs-Positionssensor
138: Magnet
200: Stellantrieb
200A: Anordnung zur Positionsbestimmung
300: Verfahren zur Bestimmung einer Stellungsänderung eines beweglich gelagerten Bauteils
302: Bestimmen einer Stellungsänderung des Rotors
304: Bewegen des Rotors von einer Ausgangsstellung in einer Zwischenstellung
306: Bestimmen der Einflussgrößen
308: Bestimmen einer Abweichung zwischen Ist- und Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils
310: Bestimmen einer korrigierten Zielstellung für den Rotor
312: Bewegen des Rotors von der Zwischenstellung in die korrigierten Zielstellung
400: Verlauf der Rotorstellung (Anzahl von Kommutierungsschritten)
402: Idealer Verlauf der Stellung des beweglich gelagerten Bauteils
404: Tatsächlicher Verlauf der Stellung des beweglich gelagerten Bauteils
404A: erster Abschnitt (Durchlaufen des Getriebespiels)
404B: zweiter Abschnitt (Aufbauen der Verspannung in dem Getriebe)
404C: dritter Abschnitt (näherungsweise ideale Bewegung)
500: Verlauf der Rotorstellung (Anzahl von Kommutierungsschritten)
502: Tatsächlicher Verlauf der Stellung des beweglich gelagerten Bauteils
502A: erster Abschnitt (Durchlaufen des Getriebespiels)
502B: zweiter Abschnitt (Aufbauen der Verspannung in dem Getriebe)
502C: dritter Abschnitt (näherungsweise ideale Bewegung)
x1: erste Einflussgröße/Temperatur
x2: zweite Einflussgröße/Drehmoment
x3: dritte Einflussgröße/Verfahrweg
N: Stellung des Rotors (Anzahl von Kommutierungsschritten)
ΔNsoll: Soll-Stellungsänderung des Rotors
ΔN1: Stellungsänderung des Rotors zum Durchlaufen des Getriebespiels
NA: Ausgangsstellung des Rotors
NB: ursprüngliche Zielstellung des Rotors
NC: korrigierte Zielstellung des Rotors
Ni: Zwischenstellung des Rotors
φ: Stellung des beweglich gelagerten Bauteils (Drehwinkelstellung)
Δφist: Ist-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils
Δφsoll: Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils
δφ: Abweichung zwischen Ist- und Soll-Stellungsänderung des beweglich gelagerten Bauteils
φA: Ausgangsstellung des beweglich gelagerten Bauteils
φB: Zielstellung des beweglich gelagerten Bauteils

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018060630 A1 [0003]

Claims

Verfahren (300) zur Bestimmung einer Stellungsänderung eines beweglich gelagerten Bauteils (108), welches über ein Getriebe (110) mit einem Rotor (106) eines Elektromotors (102) mechanisch gekoppelt ist, wobei das Verfahren (300) umfasst: Bestimmen einer Stellungsänderung (ΔN_soll) des Rotors (106); Bestimmen mindestens einer Einflussgröße (x₁, x₂, x₃), die eine Verspannung und/oder ein Spiel des Getriebes (110) beeinflusst; und Bestimmen eines Korrekturparameters, der eine Abweichung (δcp) zwischen einer Ist-Stellungsänderung (Δφ_ist) und einer Soll-Stellungsänderung (Δφ_soll) des beweglich gelagerten Bauteils (108) charakterisiert, anhand der mindestens einen Einflussgröße (x₁, x₂, x₃), wobei die Soll-Stellungsänderung (Δφ_soll) die Stellungsänderung des beweglichen Bauteils (108) ist, die aufgrund der Stellungsänderung (ΔN_soll) des Rotors (106) ohne Berücksichtigung der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes (110) zu erwarten ist, und die Ist-Stellungsänderung (Δφ_ist) die Stellungsänderung des beweglichen Bauteils (108) ist, die aufgrund der Stellungsänderung (ΔN_soll) des Rotors (106) unter Berücksichtigung der Verspannung und/oder des Spiels des Getriebes (110) zu erwarten ist.
Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei der Korrekturparameter die Abweichung (δφ) zwischen der Ist-Stellungsänderung (Δφ_ist) und der Soll-Stellungsänderung (Δφ_soll) des beweglich gelagerten Bauteils (108) oder eine anhand der Abweichung (δcp) korrigierte Stellungsänderung für den Rotor (106) und/oder für das beweglich gelagerten Bauteil (108) ist.
Verfahren (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Einflussgröße (x₁, x₂, x₃) eine Temperatur, ein Drehmoment, einen Verfahrweg des Rotors (106) und/oder des beweglich gelagerten Bauteils (108), einen Verschleiß des Getriebes (110) und/oder eine Materialermüdung des Getriebes (110) charakterisiert.
Verfahren (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Korrekturparameter mittels eines mathematischen Modells bestimmt wird, welches den Korrekturparameter als Funktion der mindestens einen Einflussgröße (x₁, x₂, x₃) beschreibt.
Verfahren (300) nach Anspruch ₄, wobei die mindestens eine Einflussgröße (x₁, x₂, x₃) eine erste Einflussgröße (x₁) umfasst und das mathematische Modell eine Änderung der ersten Einflussgröße (x₁) in erster und zweiter Ordnung berücksichtigt.
Verfahren (300) nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Einflussgröße (x₁, x₂, x₃) weiterhin eine zweite Einflussgröße (x₂) umfasst und das mathematische Modell die Änderung der ersten Einflussgröße (x₁) in dritter Ordnung sowie eine Änderung der zweiten Einflussgröße (x₂) in erster und zweiter Ordnung berücksichtigt.
Verfahren (300) nach Anspruch 6, wobei die erste Einflussgröße (x₁) eine Temperatur charakterisiert und die zweite Einflussgröße (x₂) ein Drehmoment oder einen Verfahrweg charakterisiert.
Verfahren (300) nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Einflussgröße (x₁, x₂, x₃) weiterhin eine dritte Einflussgröße (x₃) umfasst, das mathematische Modell eine Änderung der dritten Einflussgröße (x₃) in erster und zweiter Ordnung berücksichtigt, die zweite Einflussgröße (x₂) ein Drehmoment charakterisiert und die dritte Einflussgröße (x₃) einen Verfahrweg charakterisiert.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das mathematische Modell basierend auf empirisch ermittelten Abweichungen zwischen Ist-Stellungsänderungen und Soll-Stellungsänderungen des beweglich gelagerten Bauteils (108) bestimmt wurde.
Verfahren (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stellungsänderung des Rotors (106) eine Soll-Stellungsänderung (ΔN_soll) ist, die anhand der Soll-Stellungsänderung (Δφ_soll) des beweglich gelagerten Bauteils (108) bestimmt wird.
Verfahren (300) nach Anspruch 10, wobei das Verfahren (300) weiterhin umfasst: Bewegen des Rotors (106) ausgehend von einer Ausgangsstellung (N_A) um zumindest einen Teil der Soll-Stellungsänderung (ΔN_soll) des Rotors (106) in eine Zwischenstellung (N_i), wobei die mindestens eine Einflussgröße (x₁, x₂, x₃) zumindest teilweise während des Bewegens des Rotors (106) detektiert wird; Bestimmen einer korrigierten Zielstellung (N_C) des Rotors (106) anhand des Korrekturparameters; und Bewegen des Rotors (106) von der Zwischenstellung (N_i) in die korrigierte Zielstellung (N_C).
Verfahren (300) nach Anspruch 11, wobei der Rotor (106) von der Ausgangsstellung (N_A) in die korrigierte Zielstellung (N_C) bewegt wird ohne in der Zwischenstellung (N_i) anzuhalten.
Verfahren (300) nach Anspruch 11, wobei der Rotor (106) von der Ausgangsstellung (N_A) in die korrigierte Zielstellung (N_C) bewegt wird, wobei der Rotor (106) beim Erreichen der Zwischenstellung (N_i) gestoppt oder in einem Bereich um die Zwischenstellung (N_i) mit reduzierter Geschwindigkeit betrieben wird.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Teil der Soll-Stellungsänderung (ΔN_soll) des Rotors (106) von der Ausgangsstellung (N_A) in die Zwischenstellung (N_i) zwischen 10% und 90% der Soll-Stellungsänderung (ΔN_soll) des Rotors (106) beträgt, und/oder wobei der Teil der Soll-Stellungsänderung (ΔN_soll) des Rotors (106) von der Ausgangsstellung (N_A) in die Zwischenstellung (N_i) größer als eine dem Spiel des Getriebes (110) entsprechende Stellungsänderung (ΔN₁) des Rotors (106) ist.
Verfahren (300) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Verfahren (300) weiterhin das Detektieren einer Stellung (cp) des beweglich gelagerten Bauteils (108) mittels eines an oder in unmittelbarer Nähe des beweglich gelagerten Bauteils (108) angeordneten Positionssensors (136) nach und/oder bei dem Bewegen des Rotors (106) in die korrigierte Zielstellung (N_C) umfasst.
Verfahren (300) nach Anspruch 15, wobei beim Erreichen der korrigierten Zielstellung (N_C) eine mittels des Positionssensors (136) detektierte Stellung des beweglich gelagerten Bauteils (108) mit einer bei der korrigierten Zielstellung (N_C) erwarteten Stellung des beweglich gelagerten Bauteils (108) verglichen wird, und wobei ein Fehler erkannt wird, wenn die Abweichung der detektierten Stellung des beweglich gelagerten Bauteils (108) von der bei der korrigierten Zielstellung (N_C) erwarteten Stellung des beweglich gelagerten Bauteils (108) einen Schwellwert überschreitet.
Verfahren (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (102) und das Getriebe (110) Teil eines Stellantriebs (100, 200) sind und das beweglich gelagerte Bauteil ein Abtriebsrad (108) des Stellantriebs (100, 200) oder ein mit dem Abtriebsrad (108) mechanisch gekoppeltes Stellglied ist.
Stellantrieb (100, 200), aufweisend: einen Elektromotor (102) mit einem Stator (104) und einem Rotor (106); ein beweglich gelagertes Bauteil (108); ein Getriebe (110), welches das beweglich gelagerte Bauteil (108) mit dem Rotor (106) mechanisch koppelt; mindestens einen Sensor (128, 130, 134), der dazu eingerichtet ist, eine Einflussgröße (x₁, x₂, x₃), die eine Verspannung und/oder ein Spiel des Getriebes (110) beeinflusst, zu bestimmen, und/oder eine Datenschnittstelle, welche zum Empfangen der Einflussgröße (x₁, x₂, x₃) eingerichtet ist; und eine Steuereinheit (122), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Stellantrieb (100, 200) nach Anspruch 18, wobei der mindestens eine Sensor einen Temperatursensor (128) umfasst, der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur an oder in einem Gehäuse (112) des Stellantriebs (100, 200) zu messen.
Stellantrieb (100, 200) nach Anspruch 19, wobei der Stellantrieb (100, 200) eine Leiterplatte (120) aufweist, auf der die Steuereinheit (122) und der Temperatursensor (128) angeordnet sind.
Stellantrieb (100, 200) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der mindestens eine Sensor einen Stromsensor (130) umfasst, der dazu eingerichtet ist, einen Strom durch eine Phasenwicklung (104A) des Elektromotors (102) zu messen.
Stellantrieb (100, 200) nach Anspruch 21, wobei die Steuereinheit (122) dazu eingerichtet ist, anhand des von dem Stromsensor (130) gemessenen Stroms einen Drehmomentparameter zu bestimmen, der ein Drehmoment an dem Rotor (106) und/oder an dem beweglich gelagerten Bauteil (108) charakterisiert.
Stellantrieb (100,200) nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei das beweglich gelagerte Bauteil ein Abtriebsrad (108) des Stellantriebs (100, 200) ist und der Stellantrieb (100, 200) ferner einen Positionssensor (136) aufweist, der dazu eingerichtet ist, eine Stellung (cp) des Abtriebsrads (108) zu bestimmen.
Stellantrieb (100, 200) nach Anspruch 23, wobei der Stellantrieb (100, 200) dazu eingerichtet ist, eine mittels des Positionssensors (136) bestimmte Stellung (cp) des Abtriebsrads (108) mit einer bei der durch das Verfahren (300) ermittelten Zielstellung (N_C) des Rotors (106) erwarteten Stellung des Abtriebsrads (108) zu vergleichen und in Abhängigkeit des Vergleichs eine Statusmeldung und/oder einen Steuerbefehl zum Ansteuern des Elektromotors (102) auszugeben.
Stellantrieb (100, 200) nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei der Elektromotor (102) ein Schrittmotor und/oder ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ist und die Steuereinheit (122) einen Schrittzähler aufweist, der dazu eingerichtet ist, eine Anzahl von Schritten bzw. Kommutierungsschritten (N) des Elektromotors (102) zu bestimmen, um die Stellungsänderung (ΔN_soll) des Rotors (106) zu bestimmen.