WO2015018407A2 - Method for determining a position of a linearly moving actuator gear in an actuator system, in particular a clutch actuating system of a motor vehicle and an actuator system - Google Patents

Method for determining a position of a linearly moving actuator gear in an actuator system, in particular a clutch actuating system of a motor vehicle and an actuator system Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a position of a linearly moving actuator operation, in particular a clutch actuation system of a motor vehicle, in which the actuator gear is driven by an electric motor and a position signal of a rotor of the electric motor is removed by a sensor and an actuator system for performing the method.
  • clutches In modern motor vehicles, in particular passenger cars, increasingly automated clutches are used, as described in DE 10 201 1 014 936 A1.
  • the use of such clutches has the advantage of improved ride comfort and results in being able to travel more frequently in gears with a long gear ratio.
  • the clutches used in this case are used in hydraulic clutch systems, in which an electro-hydraulic actuator, which is driven by an electrically commutated electric motor, is connected via a hydraulic line to the clutch.
  • the electric motor has a sensor which detects the position of the rotor of the electric motor during the operation of the actuator.
  • Such position referencing can be performed in different ways.
  • actuator systems with high mechanical actuator efficiency can be found by the approach of the stop with a defined motor current or a defined motor voltage a moment Mengseinissposition in which, apart from the friction in the actuator system, a balance between engine torque and torque from the impact force of the actuator adjusts , With a worse Aktor Obersgrad the uncertainty of the found position by the friction is greater.
  • the stop for referencing must also be approached again with defined force, torque, motor current or motor voltage but at a lower speed, ie with lower kinetic energy, so that the actuator moves only slightly into the friction area.
  • the actuator speed in the movement against the stop can be evaluated with a constant voltage so as to detect the load structure of the actuator and perform a referencing. The accuracy of the referencing increases with increasing rigidity of the stop.
  • the actuator motor voltage can be used to set a stop force range (dispersion of mechanical parameters and motor parameters). Together with the friction in the system, this results in a path area on which the actuator can come to a halt. The stiffer the stop, the shorter the path.
  • the stop and also the mechanical system of the actuator must absorb the kinetic energy of the moving actuator without destruction of the actuator system occurs.
  • E K which results essentially from rotational energy of the rotor of the electric motor at maximum speed
  • an assumed efficiency ⁇ of the actuator operation and an assumed linear stop stiffness c results without assuming an additional force from the electric motor, a sensing force F am Attack.
  • FIGS. 11 and 12 show a soft stop, in which the actuator is driven with a lower kinetic energy against the stop, and Figure 12 shows a stiff stop, where the actuator with a higher kinetic energy is operated.
  • the abutment forces and moments are shown here negatively, because in the convention the actuating forces of the clutch are positive.
  • the horizontal position corresponds to the load torque for the movement of the actuator down.
  • the area A where the straight line I kinks, the force of the actuator acts on the stop.
  • the dashed line II which is also shown bent to the horizontal curve I, shows the uncertainty of the touch dynamics.
  • FIGS. 11 and 12 reveals that the reference window R w for a NEN soft stop is greater than the reference window R S t at a stiff stop.
  • the region G extending parallel to the motor angle corresponds to the accuracy of the moment of contact of the sensor.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for determining a position of a linearly moving actuator, in which the referencing can be done with a soft stop.
  • this object is achieved in that a sensor designed as an absolute angle sensor measures a current angle as a position signal of the rotor, which is assigned to one revolution of the rotor as a function of an initial angle determined during an initialization process, from which the position of the actuator operation is determined.
  • the method has the advantage that displacement sensors are completely dispensed with and the distance traveled by the actuator gear can be determined from the currently measured angle. It can be safely determined in which revolution of the rotor of the electric motor is the measured by the absolute angle sensor angle. This is possible in particular because absolute angle sensors use one or only a few revolutions per motor shaft revolution.
  • the currently measured angle is compared to a threshold angle, wherein if the currently measured angle is below the threshold angle which is smaller than the initial angle, the currently measured angle belongs to the next larger revolution of the electric motor, while if the currently measured angle is above the limit angle is greater than the initial angle, the currently measured angle belongs to the next smaller revolution of the electric motor. It is considered whether the initial angle is closer to the turnaround points, i. the overflow or underflow of the sensor signal is located.
  • the limit for the assignment change to the revolutions represents the sensor signal with 180 ° angular distance to the initial angle.
  • a reference window for a referencing stop of the actuator operation is assigned to the initial angle during the initialization process.
  • the initiative In this case, the lleitersvon represents a process which is carried out independently of the normal operating process of the actuator system, so that error influences are prevented by the environment of the actuator system or aging of the actuator system within the motor vehicle.
  • the initialization process is carried out at the end of the tape production of the actuator system.
  • the initial angle found during the initialization process and the reference window are stored and can be used during operation of the actuator system in the motor vehicle.
  • the reference window determined during the initialization process is smaller than an operating reference window during use of the actuator system in the motor vehicle. Since the referencing and initialization of the actuator operation takes place at the end of the tape under defined conditions (temperature, wear and the like), this results in smaller variations in the motor parameters and in the friction of the mechanical system. In contrast, changing conditions must be assumed during operation in the motor vehicle so that there are greater fluctuations in the temperature, the state of wear or the aging of the actuator system, so that the operating reference window is selected larger than the reference window during the initialization process. However, it can be assumed that the reference window always lies within the operating reference window in order to enable a precise evaluation of the signal of the absolute-angle sensor.
  • a development of the invention relates to an actuator system, in particular a Kupplungsbetuschi- supply system of a motor vehicle, with an actuator gear, which is driven by an electric motor and converts a rotational movement of the electric motor into a linear movement of a clutch, wherein a sensor detects a position of the electric motor.
  • the sensor is formed as an absolute angle sensor and the actuator gear translation. Under translation litter is to be understood hereinafter a reproducible over the life of the actuator system relationship between the angle of the electric motor and way of the actuator operation and thus the clutch.
  • Such an embodiment has the advantage that displacement sensors are completely dispensed with and can be determined from the currently measured angle of the path traveled by the actuator gear.
  • the absolute-angle sensor is arranged opposite a rotational angle magnet arranged on a rotor of the electric motor, preferably a dipole, a referencing stop being arranged on a side of the actuator gear opposite the electric motor or positioned on the side of the actuator gear facing the electric motor, the absolute-angle sensor having an evaluation device is connected, which determines the position of the Referenzleitersanschlag from an angle measured by the absolute angle sensor.
  • the use of such inexpensive rotary magnet simplifies the assignment of the measured angle to the rotation of the electric motor.
  • the reference stop is preceded by a spring-like element with a non-linear force characteristic for receiving the kinetic forces of the actuator.
  • the forces transmitted by the actuator gear to the homing stop are attenuated by reducing the kinetic energy of the actuator gear before it reaches the homing stop.
  • a suitable non-linear force characteristic of the spring-like element so that at the touch of the stop is sufficiently stiff for referencing, but still larger kinetic energy can be absorbed without mechanically overloading the actuators.
  • a suitable diaphragm spring is the use of a suitable diaphragm spring.
  • FIG. 1 is a simplified illustration of a clutch actuation system for actuating an automated friction clutch
  • FIG. 2 shows a basic illustration of a first exemplary embodiment of a spindle actuator according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a spindle actuator according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of a spindle actuator according to FIG. 1,
  • FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of a spindle actuator according to FIG. 1,
  • Figure 6 an embodiment of a stop-load characteristic of the Spindelaktors with
  • FIG. 7 shows an initial angle in the middle of one revolution of the spindle actuator drive
  • FIG. 8 an initial angle near the upper angular limit of the spindle actuator drive
  • FIG. 9 an initial angle near the lower angular limit of the spindle actuator drive
  • FIG. 10 Referencing relationships between a reference window of the initialization process and its position in the operation reference window
  • FIG. 11 shows the load torque on the electric motor above the motor angle in the case of a soft stop of the actuator according to the prior art
  • Figure 12 Representation of the load torque on the electric motor over the motor angle at a stiff stop of the actuator according to the prior art.
  • FIG. 1 shows in simplified form an actuator system in the form of a clutch actuation system 1 for an automated clutch.
  • the clutch actuation system 1 is assigned to a friction clutch 2 in a drive train of a motor vehicle and comprises a master cylinder 3, which is connected to a slave cylinder 5 via a hydraulic line 4, also referred to as a pressure line.
  • a slave piston 6 In the slave cylinder 5 is a slave piston 6 out and forth movable, which actuates the friction clutch 2 via an actuator 7 and the interposition of a bearing 8.
  • the master cylinder 3 is connectable via a connection opening with a surge tank 9.
  • a master piston 10 is movable.
  • a piston rod 1 1 which is translationally movable in the longitudinal extension of the master cylinder 3 together with the master piston 10.
  • the piston rod 1 1 of the master cylinder 3 is coupled via a spindle gear, consisting of a threaded spindle 12 and a fixedly arranged on the threaded spindle spindle nut 19, with an electric motor actuator 13.
  • the electromotive actuator 13 comprises an electric motor 14 designed as a commutated direct-current motor and an evaluation unit 15.
  • the threaded spindle 12 converts a rotational movement of the electric motor 14 into a longitudinal movement of the piston rod 11 or of the master cylinder piston 10.
  • the friction clutch 2 is thus automatically actuated by the electric motor 14, the threaded spindle 12 and the master cylinder 3 and the slave cylinder 5.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a Spindelaktors is shown, which consists of the electric motor 14.
  • the movement of this spindle actuator, in particular the spindle nut 19 seated on the threaded spindle 12, is determined by means of an axial absolute-angle sensor 20, which is moved against a stop 23 for referencing the position of the electric motor 14 and the path of the threaded spindle 12.
  • the electric motor 14 consists of a rotor 17 and a stator 18, wherein the stator 18 is fixed, comprising the rotor 17 connected to the gear spindle 12.
  • a first end of the threaded spindle 12 is provided with a rotational angle magnet 22, which is preferably designed as a dipole and moves with the threaded spindle 12.
  • the axial absolute angle sensor 20 is arranged on a circuit board 21, which is arranged at a distance from the rotational angle magnet 22.
  • the threaded nut 19 is driven as a result of the drive of the threaded spindle 12 by the rotor 17 of the electric motor 14 against the stop 23, on which in the direction of the threaded spindle 12, a plate spring 24 is positioned. Instead of the plate spring 24 and a differently worked, preloaded linear spring can be used.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the spindle actuator, in which the rotational angle magnet 22 is arranged between the spindle nut 19 and the rotor 17 of the electric motor 14.
  • the absolute angle sensor 20 is in turn mounted on a circuit board 21. in the Contrary to Figure 2, the absolute angle sensor 20 operates as a radial angle sensor and is spaced from the end face of the rotary angle magnet 22 is arranged.
  • Figure 4 shows a third embodiment of the Spindelaktors, in which the stop 23 is positioned with the plate spring 24 between the spindle nut 19 and the rotor 17 of the electric motor 14.
  • the plate spring 24 is arranged in the direction of the spindle nut 19 to cushion the stop. It is advantageous to intercept the referencing and impact force in the shortest possible way. Therefore, it makes sense to place the stopper 23 between the electric motor 14 and the spindle nut 19. Spindle and actuator motor bearings therefore remain unloaded by the impact forces. However, care must be taken here that the friction moments between the threaded spindle 12 and spindle nut 19 on the stop 23, which may arise when clamping the actuator, not too large.
  • FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the spindle actuator.
  • the threaded spindle 12 is attached to a housing 16, the stop 23 being realized by the housing 16.
  • the plate spring 24 is fixed to the housing 26 and receives the threaded nut 19 during the movement of the threaded spindle 12.
  • the opposite end of the threaded spindle 12 is assigned to the operating as an axial angle sensor absolute angle sensor 20 which is disposed opposite the rotary angle magnet 22 which is fixed to the, the stop 23 (housing 16) opposite end of the threaded spindle 12.
  • the bearings 25 of the threaded spindle 12 must absorb the impact forces.
  • the stop stiffness of the spindle nut 19 can be adjusted to the stop 23 so that a small, required referencing precision can be achieved and the force level when the threaded nut 19 meets the stop 23 is not exceeded.
  • a suitable plate spring 24 with a non-linear force characteristic curve the maximum force during collision is additionally lowered, as can be seen from FIG.
  • the spindle nut 19 moves from right to left, wherein the Referenzianssanschlag Scheme B RA begins when lowering the curve I from the horizontal course in the area A.
  • Such a stop of the plate spring 24 allows a force-limited reduction of the kinetic energy (range KA), so that the kinetic energy can not increase further and the actuator system is not damaged.
  • Angle sensor measuring range ie at 180 °
  • the mutually parallel straight lines document a revolution of the rotational angle magnet formed as a dipole 22 from 0 ° to 360 °.
  • the initial angle ⁇ 0 found during referencing is used directly to determine the position in revolution 0. If the initial angle ⁇ 0 is closer to the turnaround points, as shown in FIGS. 8 and 9, these must be taken into account in accordance with the position of the initial angle cpo.
  • the limit for the assignment change to the revolutions is the sensor signal with 180 ° angular distance to the initial angle ⁇ 0 .
  • the reference window R of the initialization process is smaller than the operation reference window R B in later operation. Both widths of the reference window R and the operating reference window R B are estimated, but can also be determined experimentally. In addition, the reference window R is not centered in the operating reference window R B. This offset is also known. This then results in the angle limits and the relative position of the critical angle cp G to the initial angle ⁇ 0 , as shown in Figure 10. If these boundary conditions are known with sufficient accuracy, the reference window R can also be slightly larger than a half turn of 180 ° of the electric motor 14.
  • the solution described comprises an actuator with a slip-free, positive-locking actuator gear between the actuator motor with motor angle sensor and the actuator position to be determined.
  • a high-resolution absolute angle sensor for detecting the actuator motor angle is used and set a defined soft position stop at the actuator position to be determined on the spindle nut 19 for the operation of a master piston 10 for referencing the distance measurement, so that a minimum resolution of about 0.5 Revolutions of the electric motor 14 to the absolute angle sensor 20 results.
  • the advantage of the invention is the utilization of the fixed relationship between Aktorweg and motor angle when using an absolute angle sensor on the actuator motor in order to increase the refinement accuracy despite not too hard mechanical stop in the form of limiting the impact force. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The invention relates to a method for determining a position of a linearly moving actuator gear, in particular a clutch actuating system of a motor vehicle, wherein the actuator gear is driven by an electric motor, wherein a position signal of a rotor of the electric motor is received by a sensor. In a method wherein a highly accurate referencing between the path of the actuator gear and the position signal of the rotor of the electric motor is possible despite a soft stop, a sensor designed as an absolute angle encoder measures, as a position signal of the rotor, a current angle, which is allocated in dependence on an initial angle of a rotation of the rotor identified during an initialization process, from which the position of the actuator gear is determined.

Description

Verfahren zur Bestimmung eines Position eines sich linear bewegenden Aktorgetriebes in einem Aktorsvstem, insbesondere einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges und ein Aktorsvstem  Method for determining a position of a linearly moving actuator in a Aktorsvstem, in particular a clutch actuation system of a motor vehicle and a Aktorsvstem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines sich linear bewegenden Aktorgetriebes, insbesondere einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bei welchem das Aktorgetriebe von einem Elektromotor angetrieben wird und ein Positionssignal eines Rotors des Elektromotors von einem Sensor abgenommen wird sowie ein Aktorsystem zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for determining a position of a linearly moving actuator operation, in particular a clutch actuation system of a motor vehicle, in which the actuator gear is driven by an electric motor and a position signal of a rotor of the electric motor is removed by a sensor and an actuator system for performing the method.
In modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, werden zunehmend automatisierte Kupplungen eingesetzt, wie sie in der DE 10 201 1 014 936 A1 beschrieben sind. Der Einsatz solcher Kupplungen hat den Vorteil des verbesserten Fahrkomforts und führt dazu, dass häufiger in Gängen mit langer Übersetzung gefahren werden kann. Die dabei verwendenden Kupplungen sind in hydraulischen Kupplungssystemen eingesetzt, bei welchen ein elektrohydraulischer Aktor, der von einem elektrisch kommutierten Elektromotor angetrieben wird, über eine Hydraulikleitung mit der Kupplung verbunden ist. Zur korrekten Kommutierung weist der Elektromotor einen Sensor auf, der die Position des Rotors des Elektromotors während des Betriebes des Aktors detektiert. In modern motor vehicles, in particular passenger cars, increasingly automated clutches are used, as described in DE 10 201 1 014 936 A1. The use of such clutches has the advantage of improved ride comfort and results in being able to travel more frequently in gears with a long gear ratio. The clutches used in this case are used in hydraulic clutch systems, in which an electro-hydraulic actuator, which is driven by an electrically commutated electric motor, is connected via a hydraulic line to the clutch. For correct commutation, the electric motor has a sensor which detects the position of the rotor of the electric motor during the operation of the actuator.
Es ist bekannt, zur Wegsteuerung von elektromotorischen Aktoren in beispielsweise einem elektrohydraulischen Kupplungsbetätigungssystem unterschiedliche Ist-Positions- Erfassungssysteme zu verwenden. Diese lassen sich in die Gruppe der Absolut-Wegsensoren und in die Gruppe der Inkremental-Wegsensoren einteilen. Mit Hilfe eines Inkremental- Wegsensors werden nur relative Bewegungen des Aktors erfasst. Erst nach einem Referen- zieren, d.h. einem Abgleich an einer über ein unabhängiges Verfahren ermittelten Position, kann hier eine korrekte Position des Aktors ermittelt werden. Die einfachste Variante einer solchen Positionsreferenzierung ist das Anfahren eines mechanischen Endanschlages durch den Aktor. It is known to use different actual position detection systems for the travel control of electromotive actuators in, for example, an electro-hydraulic clutch actuation system. These can be divided into the group of absolute displacement sensors and into the group of incremental displacement sensors. With the aid of an incremental displacement sensor, only relative movements of the actuator are detected. Only after a referencing, i. an adjustment to a determined by an independent method position, a correct position of the actuator can be determined here. The simplest variant of such a position referencing is the approach of a mechanical end stop by the actuator.
Eine solche Positionsreferenzierung kann auf unterschiedliche Arten durchgeführt werden. Bei Aktorsystemen mit hohem mechanischen Aktorwirkungsgrad kann durch das Anfahren des Anschlages mit einem definierten Motorstrom oder einer definierten Motorspannung eine Mo- mentengleichgewichtsposition gefunden werden, in der sich, abgesehen von der Reibung im Aktorsystem, ein Gleichgewicht zwischen Motormoment und Moment aus der Anschlagskraft des Aktors einstellt. Bei einem schlechteren Aktorwirkungsgrad wird die Unsicherheit der gefundenen Position durch die Reibung größer. Hier muss der Anschlag zur Referenzierung auch wieder mit definierter Kraft, Moment, Motorstrom oder Motorspannung aber mit geringerer Geschwindigkeit, d.h. mit geringerer kinetischer Energie, angefahren werden, so dass sich der Aktor nur wenig in den Reibungsbereich hineinbewegt. Alternativ kann auch die Aktorgeschwindigkeit bei der Bewegung gegen den Anschlag mit konstanter Spannung ausgewertet werden, um so die Laststruktur des Aktors zu erkennen und eine Referenzierung durchzuführen. Die Genauigkeit der Referenzierung steigt dabei mit zunehmender Steifigkeit des Anschlages. Such position referencing can be performed in different ways. In actuator systems with high mechanical actuator efficiency can be found by the approach of the stop with a defined motor current or a defined motor voltage a moment Mengseingewichtsposition in which, apart from the friction in the actuator system, a balance between engine torque and torque from the impact force of the actuator adjusts , With a worse Aktorwirkungsgrad the uncertainty of the found position by the friction is greater. Here, the stop for referencing must also be approached again with defined force, torque, motor current or motor voltage but at a lower speed, ie with lower kinetic energy, so that the actuator moves only slightly into the friction area. Alternatively, the actuator speed in the movement against the stop can be evaluated with a constant voltage so as to detect the load structure of the actuator and perform a referencing. The accuracy of the referencing increases with increasing rigidity of the stop.
Über die Aktormotorspannung kann ein Anschlagkraftbereich (Streuung der mechanischen Parameter und der Motorparameter) eingestellt werden. Zusammen mit den Reibungen im System ergibt sich damit ein Wegbereich, auf dem der Aktor zum Stehen kommen kann. Je steifer der Anschlag ist, desto kürzer ist der Wegbereich. The actuator motor voltage can be used to set a stop force range (dispersion of mechanical parameters and motor parameters). Together with the friction in the system, this results in a path area on which the actuator can come to a halt. The stiffer the stop, the shorter the path.
Der Anschlag und auch das mechanische System des Aktors müssen die kinetische Energie des bewegten Aktors aufnehmen, ohne dass eine Zerstörung des Aktorsystems eintritt. Bei einer gegebenen kinetischen Energie EK, die sich im Wesentlichen aus Rotationsenergie des Rotors des Elektromotors bei maximaler Drehzahl ergibt, einem angenommenen Wirkungsgrad η des Aktorgetriebes und einer angenommenen linearen Anschlagssteifigkeit c ergibt sich, ohne eine Zusatzkraft aus dem Elektromotor anzunehmen, eine Tastkraft F am Anschlag. The stop and also the mechanical system of the actuator must absorb the kinetic energy of the moving actuator without destruction of the actuator system occurs. At a given kinetic energy E K , which results essentially from rotational energy of the rotor of the electric motor at maximum speed, an assumed efficiency η of the actuator operation and an assumed linear stop stiffness c results without assuming an additional force from the electric motor, a sensing force F am Attack.
F = 2criEK F = 2cr i E K
Damit besteht bei zunehmender Referenziergenauigkeit eine zunehmende Gefahr der mechanischen Überlastung des Aktors. Dies wird anhand der Figuren 1 1 und 12 verdeutlicht, wobei die Figur 1 1 einen weichen Anschlag darstellt, bei welcher der Aktor mit einer geringeren kinetischen Energie gegen den Anschlag gefahren wird, und Figur 12 einen steifen Anschlag zeigt, wo der Aktor mit einer höheren kinetischen Energie betrieben wird. Die An- schlagkräfte und Momente werden hier negativ dargestellt, da in der Konvention die Betätigungskräfte der Kupplung positiv sind. In beiden Figuren 1 1 , 12 entspricht die waagerechte Position dem Lastmoment für die Bewegung des Aktors nach unten. In dem Bereich A, wo die gerade Linie I abknickt, wirkt die Kraft des Aktors auf den Anschlag. Die gestrichelte Linie II, die ebenfalls abgeknickt zu der waagerechten Kurve I dargestellt ist, zeigt die Unsicherheit der Tastdynamik. Ein Vergleich der Figuren 1 1 und 12 ergibt, dass das Referenzfenster Rw für ei- nen weichen Anschlag größer ist als die Referenzfenster RSt bei einem steifen Anschlag. Der parallel zum Motorwinkel verlaufende Bereich G entspricht der Genauigkeit des Tastmomentes des Sensors. Thus, there is an increasing risk of mechanical overload of the actuator with increasing homing accuracy. This is illustrated by Figures 1 1 and 12, wherein the figure 1 1 represents a soft stop, in which the actuator is driven with a lower kinetic energy against the stop, and Figure 12 shows a stiff stop, where the actuator with a higher kinetic energy is operated. The abutment forces and moments are shown here negatively, because in the convention the actuating forces of the clutch are positive. In both figures 1 1, 12, the horizontal position corresponds to the load torque for the movement of the actuator down. In the area A, where the straight line I kinks, the force of the actuator acts on the stop. The dashed line II, which is also shown bent to the horizontal curve I, shows the uncertainty of the touch dynamics. A comparison of FIGS. 11 and 12 reveals that the reference window R w for a NEN soft stop is greater than the reference window R S t at a stiff stop. The region G extending parallel to the motor angle corresponds to the accuracy of the moment of contact of the sensor.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines sich linear bewegenden Aktorgetriebes anzugeben, bei welchem die Referenzierung mit einem weichen Anschlag erfolgen kann. The invention is therefore based on the object of specifying a method for determining a position of a linearly moving actuator, in which the referencing can be done with a soft stop.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein als Absolutwinkelsensor ausgebildeter Sensor als Positionssignal des Rotors einen aktuellen Winkel misst, welcher in Abhängigkeit von einem, während eines Initialisierungsprozesses ermittelten Initialwinkels einer Umdrehung des Rotors zugeordnet wird, woraus die Position des Aktorgetriebes bestimmt wird. Das Verfahren hat den Vorteil, dass auf Wegsensoren vollständig verzichtet werden und aus dem aktuell gemessenen Winkel der durch das Aktorgetriebe zurückgelegte Weg bestimmt werden kann. Dabei kann sicher festgestellt werden, in welcher Umdrehung des Rotors des Elektromotors der durch den Absolutwinkelsensor gemessene Winkel liegt. Dies ist insbesondere dadurch möglich, da Absolut-Winkelsensoren eine oder nur wenige Umdrehungen pro Motorwellenumdrehung verwenden. Unter Umdrehung soll dabei das Zurücklegen einer vollständigen Polpaarzahl N verstanden werden, welche an einem, am Rotor des Elektromotors angeordneten Drehwinkelmagneten ausgebildet ist. Das Sensorsignal durchläuft somit N-mal pro Umdrehung seinen vollen Wertebereich. Für ein formschlüssiges Aktorgetriebe mit einer festen, unveränderbaren Beziehung zwischen dem Winkel des Elektromotors und der Position des Aktorgetriebes sinkt somit die Anforderung an die Referenzierungsgenauigkeit. According to the invention, this object is achieved in that a sensor designed as an absolute angle sensor measures a current angle as a position signal of the rotor, which is assigned to one revolution of the rotor as a function of an initial angle determined during an initialization process, from which the position of the actuator operation is determined. The method has the advantage that displacement sensors are completely dispensed with and the distance traveled by the actuator gear can be determined from the currently measured angle. It can be safely determined in which revolution of the rotor of the electric motor is the measured by the absolute angle sensor angle. This is possible in particular because absolute angle sensors use one or only a few revolutions per motor shaft revolution. Under rotation is to be understood as covering a complete number of pole pairs N, which is formed on a, arranged on the rotor of the electric motor rotation angle magnet. The sensor signal thus passes through its full value range N times per revolution. For a positive actuator gear with a fixed, unchangeable relationship between the angle of the electric motor and the position of the actuator operation thus decreases the requirement for the homing accuracy.
Vorteilhafterweise wird der aktuell gemessene Winkel mit einem Grenzwinkel verglichen, wobei, wenn der aktuell gemessene Winkel unterhalb des Grenzwinkels liegt, welcher kleiner als der Initialwinkel ist, der aktuell gemessene Winkel zur nächst größeren Umdrehung des Elektromotors gehört, während, wenn der aktuell gemessene Winkel oberhalb des Grenzwinkels liegt, welcher größer als der Initialwinkel ist, der aktuell gemessene Winkel zur nächst kleineren Umdrehung des Elektromotors gehört. Dabei wird berücksichtigt, ob der Initialwinkel näher an den Umschlagpunkten, d.h. dem Überlauf bzw. Unterlauf des Sensorsignals liegt. Die Grenze für den Zuordnungswechsel zu den Umdrehungen stellt das Sensorsignal mit 180° Winkelabstand zum Initialwinkel dar. Somit lässt sich der gemessene Winkel eindeutig in Beziehung zum zurückgelegten Weg des Aktorgetriebes definieren. Advantageously, the currently measured angle is compared to a threshold angle, wherein if the currently measured angle is below the threshold angle which is smaller than the initial angle, the currently measured angle belongs to the next larger revolution of the electric motor, while if the currently measured angle is above the limit angle is greater than the initial angle, the currently measured angle belongs to the next smaller revolution of the electric motor. It is considered whether the initial angle is closer to the turnaround points, i. the overflow or underflow of the sensor signal is located. The limit for the assignment change to the revolutions represents the sensor signal with 180 ° angular distance to the initial angle. Thus, the measured angle can be clearly defined in relation to the distance traveled by the actuator operation.
In einer Ausgestaltung wird während des Initialisierungsprozesses dem Initialwinkel ein Referenzfenster für einen Referenzierungsanschlag des Aktorgetriebes zugeordnet. Der Initia- lisierungsprozess stellt dabei einen Vorgang dar, welcher unabhängig von dem normalen Be- triebsprozess des Aktorsystems ausgeführt wird, so dass Fehlereinflüsse durch die Umgebung des Aktorsystems oder Alterung des Aktorsystems innerhalb des Kraftfahrzeuges unterbunden werden. In one embodiment, a reference window for a referencing stop of the actuator operation is assigned to the initial angle during the initialization process. The initiative In this case, the lisierungsprozess represents a process which is carried out independently of the normal operating process of the actuator system, so that error influences are prevented by the environment of the actuator system or aging of the actuator system within the motor vehicle.
In einer Variante wird der Initialisierungsprozess am Bandende der Fertigung des Aktorsystems durchgeführt. Der während des Initialisierungsprozesses gefundene Initialwinkel sowie das Referenzfenster werden abgespeichert und können während des Betriebes des Aktorsystems im Kraftfahrzeug verwendet werden. In one variant, the initialization process is carried out at the end of the tape production of the actuator system. The initial angle found during the initialization process and the reference window are stored and can be used during operation of the actuator system in the motor vehicle.
In einer weiteren Ausführungsform wird während des Einsatzes des Aktorsystems im In a further embodiment, during the use of the actuator system in
Kraftfahrzeug in einem Referenzierungsvorgang des Aktorgetriebes gegen den Referenzie- rungsanschlag gefahren, wobei dem Referenzierungsanschlag der aktuell gemessene Winkel des Absolutwinkelsensors und gleichzeitig der Umdrehung des Elektromotors zugeordnet wird. Somit wird sichergestellt, dass der während des Betriebes des Aktorsystems im Kraftfahrzeug festgestellte Winkel auch dem tatsächlich von dem Aktorgetriebe zurückgelegten Weg entspricht. Motor vehicle driven in a referencing process of the actuator operation against the Referenzie- stop, wherein the Referenzierungsanschlag the currently measured angle of the absolute angle sensor and at the same time the rotation of the electric motor is assigned. This ensures that the angle determined during operation of the actuator system in the motor vehicle also corresponds to the actual distance traveled by the actuator gear.
Ferner ist das während des Initialisierungsprozesses bestimmte Referenzfenster kleiner als ein Betriebsreferenzfenster während des Einsatzes des Aktorsystems im Kraftfahrzeug. Da am Bandende die Referenzierung und Initialisierung des Aktorgetriebes unter definierten Bedingungen stattfindet (Temperatur, Verschleiß und ähnliches), ergeben sich hier kleinere Streuungen in den Motorparametern und in der Reibung des mechanischen Systems. Im Gegensatz dazu ist während des Betriebes im Kraftfahrzeug von sich ändernden Bedingungen auszugehen, so dass größere Schwankungen der Temperatur, des Verschleißzustandes oder der Alterung des Aktorsystems vorliegen, so dass das Betriebsreferenzfenster größer gewählt wird als das Referenzfenster während des Initialisierungsprozesses. Es ist aber davon auszugehen, dass das Referenzfenster immer innerhalb des Betriebsreferenzfensters liegt, um eine genaue Auswertung des Signals des Absolutwinkelsensors zu ermöglichen. Furthermore, the reference window determined during the initialization process is smaller than an operating reference window during use of the actuator system in the motor vehicle. Since the referencing and initialization of the actuator operation takes place at the end of the tape under defined conditions (temperature, wear and the like), this results in smaller variations in the motor parameters and in the friction of the mechanical system. In contrast, changing conditions must be assumed during operation in the motor vehicle so that there are greater fluctuations in the temperature, the state of wear or the aging of the actuator system, so that the operating reference window is selected larger than the reference window during the initialization process. However, it can be assumed that the reference window always lies within the operating reference window in order to enable a precise evaluation of the signal of the absolute-angle sensor.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Aktorsystem, insbesondere ein Kupplungsbetäti- gungssystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem Aktorgetriebe, welches von einem Elektromotor angetrieben wird und das eine Drehbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung einer Kupplung umsetzt, wobei ein Sensor eine Position des Elektromotors erfasst. Bei einem Aktorsystem, bei welchem die Referenzierung des Weges des Aktorgetriebes mit einem wei- chen Anschlag erfolgen kann, ist der Sensor als Absolutwinkelsensor und das Aktorgetriebe übersetzungstreu ausgebildet. Unter übersetzungstreu soll im Weiteren ein, über die Lebensdauer des Aktorsystems reproduzierbarer Zusammenhang zwischen Winkel des Elektromotors und Weg des Aktorgetriebes und somit der Kupplung verstanden werden. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auf Wegsensoren vollständig verzichtet werden und aus dem aktuell gemessenen Winkel der durch das Aktorgetriebe zurückgelegte Weg bestimmt werden kann. A development of the invention relates to an actuator system, in particular a Kupplungsbetäti- supply system of a motor vehicle, with an actuator gear, which is driven by an electric motor and converts a rotational movement of the electric motor into a linear movement of a clutch, wherein a sensor detects a position of the electric motor. In an actuator system in which the referencing of the path of the actuator operation is accompanied by a Chen stop can be done, the sensor is formed as an absolute angle sensor and the actuator gear translation. Under translation litter is to be understood hereinafter a reproducible over the life of the actuator system relationship between the angle of the electric motor and way of the actuator operation and thus the clutch. Such an embodiment has the advantage that displacement sensors are completely dispensed with and can be determined from the currently measured angle of the path traveled by the actuator gear.
Vorteilhafterweise ist der Absolutwinkelsensor einem, auf einem Rotor des Elektromotors angeordneten, vorzugsweise als Dipol ausgebildeten Drehwinkelmagneten gegenüberliegend angeordnet, wobei ein Referenzierungsanschlag auf einer dem Elektromotor entgegengesetzten Seite des Aktorgetriebes angeordnet ist oder auf der dem Elektromotor zugewandten Seite des Aktorgetriebes positioniert ist, wobei der Absolutwinkelsensor mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, welche aus einem, von dem Absolutwinkelsensor gemessenen Winkel die Position des Referenzierungsanschlages bestimmt. Der Einsatz eines solchen kostengünstigen Drehwinkelmagneten vereinfacht die Zuordnung des gemessenen Winkels zu der Umdrehung des Elektromotors. Advantageously, the absolute-angle sensor is arranged opposite a rotational angle magnet arranged on a rotor of the electric motor, preferably a dipole, a referencing stop being arranged on a side of the actuator gear opposite the electric motor or positioned on the side of the actuator gear facing the electric motor, the absolute-angle sensor having an evaluation device is connected, which determines the position of the Referenzierungsanschlag from an angle measured by the absolute angle sensor. The use of such inexpensive rotary magnet simplifies the assignment of the measured angle to the rotation of the electric motor.
In einer Ausgestaltung ist dem Referenzierungsanschlag ein federähnliches Element mit einer nichtlinearen Kraftkennlinie zur Aufnahme der kinetischen Kräfte des Aktors vorgeschaltet. Dadurch werden die, von dem Aktorgetriebe auf den Referenzierungsanschlag übertragenen Kräfte abgeschwächt, indem die kinetische Energie des Aktorgetriebes abgebaut wird, bevor dieser den Referenzierungsanschlag erreicht. Günstig ist die Verwendung einer geeigneten nicht-linearen Kraftkennlinie des federähnlichen Elementes, so dass bei der Tastkraft der Anschlag hinreichend steif für die Referenzierung ist, aber dennoch größere kinetische Energien aufgenommen werden können, ohne die Aktorik mechanisch zu überlasten. Hier bietet sich die Verwendung einer geeigneten Tellerfeder an. In one embodiment, the reference stop is preceded by a spring-like element with a non-linear force characteristic for receiving the kinetic forces of the actuator. As a result, the forces transmitted by the actuator gear to the homing stop are attenuated by reducing the kinetic energy of the actuator gear before it reaches the homing stop. Conveniently, the use of a suitable non-linear force characteristic of the spring-like element, so that at the touch of the stop is sufficiently stiff for referencing, but still larger kinetic energy can be absorbed without mechanically overloading the actuators. Here is the use of a suitable diaphragm spring.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. The invention allows numerous embodiments. Several of these will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 : eine vereinfachte Darstellung eines Kupplungsbetätigungssystems zur Betätigung einer automatisierten Reibungskupplung, Figur 2: Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Spindelaktors gemäß Figur 1 , FIG. 1 is a simplified illustration of a clutch actuation system for actuating an automated friction clutch; FIG. 2 shows a basic illustration of a first exemplary embodiment of a spindle actuator according to FIG. 1,
Figur 3: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Spindelaktors gemäß Figur 1 , FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a spindle actuator according to FIG. 1,
Figur 4: ein drittes Ausführungsbeispiel eines Spindelaktors gemäß Figur 1 , FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of a spindle actuator according to FIG. 1,
Figur 5: ein viertes Ausführungsbeispiel eines Spindelaktors gemäß Figur 1 , FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of a spindle actuator according to FIG. 1,
Figur 6: ein Ausführungsbeispiel eines Anschlag-Lastkennfelds des Spindelaktors mit Figure 6: an embodiment of a stop-load characteristic of the Spindelaktors with
Tellerfederanschlag,  Plate spring stop,
Figur 7: ein Initialwinkel in der Mitte einer Umdrehung des Spindelaktorantriebes, FIG. 7 shows an initial angle in the middle of one revolution of the spindle actuator drive;
Figur 8: ein Initialwinkel nahe der oberen Winkelgrenze des Spindelaktorantriebes, FIG. 8: an initial angle near the upper angular limit of the spindle actuator drive,
Figur 9: ein Initialwinkel nahe der unteren Winkelgrenze des Spindelaktorantriebes, FIG. 9: an initial angle near the lower angular limit of the spindle actuator drive,
Figur 10: Referenzierungsverhältnisse zwischen einem Referenzfenster des Initialisierungsprozesses und dessen Lage im Betriebreferenzfenster, FIG. 10: Referencing relationships between a reference window of the initialization process and its position in the operation reference window;
Figur 1 1 : Darstellung des Lastmomentes am Elektromotor über dem Motorwinkel bei einem weichen Anschlag des Aktors nach dem Stand der Technik, FIG. 11 shows the load torque on the electric motor above the motor angle in the case of a soft stop of the actuator according to the prior art;
Figur 12: Darstellung des Lastmomentes am Elektromotor über dem Motorwinkel bei einem steifen Anschlag des Aktors nach dem Stand der Technik. Figure 12: Representation of the load torque on the electric motor over the motor angle at a stiff stop of the actuator according to the prior art.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Identical features are identified by the same reference numerals.
In Figur 1 ist ein Aktorsystem in Form eines Kupplungsbetätigungssystems 1 für eine automatisierte Kupplung vereinfacht dargestellt. Das Kupplungsbetätigungssystem 1 ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges einer Reibungskupplung 2 zugeordnet und umfasst einen Geberzylinder 3, der über eine auch als Druckleitung bezeichnete Hydraulikleitung 4 mit einem Nehmerzylinder 5 verbunden ist. In dem Nehmerzylinder 5 ist ein Nehmerkolben 6 hin und her bewegbar, der über ein Betätigungsorgan 7 und unter Zwischenschaltung eines Lagers 8 die Reibungskupplung 2 betätigt. FIG. 1 shows in simplified form an actuator system in the form of a clutch actuation system 1 for an automated clutch. The clutch actuation system 1 is assigned to a friction clutch 2 in a drive train of a motor vehicle and comprises a master cylinder 3, which is connected to a slave cylinder 5 via a hydraulic line 4, also referred to as a pressure line. In the slave cylinder 5 is a slave piston 6 out and forth movable, which actuates the friction clutch 2 via an actuator 7 and the interposition of a bearing 8.
Der Geberzylinder 3 ist über eine Verbindungsöffnung mit einem Ausgleichsbehälter 9 verbindbar. In dem Geberzylinder 3 ist ein Geberkolben 10 bewegbar. Von dem Geberkolben 10 geht eine Kolbenstange 1 1 aus, die in Längserstreckung des Geberzylinders 3 zusammen mit dem Geberkolben 10 translatorisch bewegbar ist. Die Kolbenstange 1 1 des Geberzylinders 3 ist über ein Spindelgetriebe, bestehend aus einer Gewindespindel 12 und einer fest an der Gewindespindel angeordneten Spindelmutter 19, mit einem elektromotorischen Stellantrieb 13 gekoppelt. Der elektromotorische Stellantrieb 13 umfasst einen als kommutier- ten Gleichstrommotor ausgebildeten Elektromotor 14 und eine Auswerteeinheit 15. Die Gewindespindel 12 setzt eine Drehbewegung des Elektromotors 14 in eine Längsbewegung der Kolbenstange 1 1 bzw. des Geberzylinderkolbens 10 um. Die Reibungskupplung 2 wird somit durch den Elektromotor 14, die Gewindespindel 12 und den Geberzylinder 3 und den Nehmerzylinder 5 automatisiert betätigt. The master cylinder 3 is connectable via a connection opening with a surge tank 9. In the master cylinder 3, a master piston 10 is movable. From the master piston 10 is a piston rod 1 1, which is translationally movable in the longitudinal extension of the master cylinder 3 together with the master piston 10. The piston rod 1 1 of the master cylinder 3 is coupled via a spindle gear, consisting of a threaded spindle 12 and a fixedly arranged on the threaded spindle spindle nut 19, with an electric motor actuator 13. The electromotive actuator 13 comprises an electric motor 14 designed as a commutated direct-current motor and an evaluation unit 15. The threaded spindle 12 converts a rotational movement of the electric motor 14 into a longitudinal movement of the piston rod 11 or of the master cylinder piston 10. The friction clutch 2 is thus automatically actuated by the electric motor 14, the threaded spindle 12 and the master cylinder 3 and the slave cylinder 5.
In Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Spindelaktors dargestellt, der aus dem Elektromotor 14. Der Gewindespindel 12 und einer Gewindemutter 19 besteht. Die Bewegung dieses Spindelaktors, insbesondere der auf der Gewindespindel 12 sitzenden Spindelmutter 19 wird mittels eines Axial-Absolutwinkelsensors 20 bestimmt, welche zur Referenzierung der Position des Elektromotors 14 und dem Weg der Gewindespindel 12 gegen einen Anschlag 23 gefahren wird. Der Elektromotor 14 besteht dabei aus einem Rotor 17 und aus einem Stator 18, wobei der Stator 18 feststehend, den mit der Getriebespindel 12 verbundenen Rotor 17 umfasst. Ein erstes Ende der Gewindespindel 12 ist mit einem Drehwinkelmagneten 22 versehen, welcher vorzugsweise als Dipol ausgebildet ist und sich mit der Gewindespindel 12 bewegt. Der Axial-Absolutwinkelsensor 20 ist auf einer Platine 21 angeordnet, welche beabstandet zum Drehwinkelmagnet 22 angeordnet ist. Auf der entgegengesetzten Seite der Gewindespindel 12 wird die Gewindemutter 19 infolge des Antriebes der Gewindespindel 12 durch den Rotor 17 des Elektromotors 14 gegen den Anschlag 23 gefahren, auf welchem in Richtung der Gewindespindel 12 eine Tellerfeder 24 positioniert ist. Anstelle der Tellerfeder 24 kann auch eine anders gearbeitete, vorgespannte lineare Feder genutzt werden. 2 shows a first embodiment of a Spindelaktors is shown, which consists of the electric motor 14. The threaded spindle 12 and a threaded nut 19. The movement of this spindle actuator, in particular the spindle nut 19 seated on the threaded spindle 12, is determined by means of an axial absolute-angle sensor 20, which is moved against a stop 23 for referencing the position of the electric motor 14 and the path of the threaded spindle 12. The electric motor 14 consists of a rotor 17 and a stator 18, wherein the stator 18 is fixed, comprising the rotor 17 connected to the gear spindle 12. A first end of the threaded spindle 12 is provided with a rotational angle magnet 22, which is preferably designed as a dipole and moves with the threaded spindle 12. The axial absolute angle sensor 20 is arranged on a circuit board 21, which is arranged at a distance from the rotational angle magnet 22. On the opposite side of the threaded spindle 12, the threaded nut 19 is driven as a result of the drive of the threaded spindle 12 by the rotor 17 of the electric motor 14 against the stop 23, on which in the direction of the threaded spindle 12, a plate spring 24 is positioned. Instead of the plate spring 24 and a differently worked, preloaded linear spring can be used.
In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Spindelaktors dargestellt, bei welchem der Drehwinkelmagnet 22 zwischen der Spindelmutter 19 und dem Rotor 17 des Elektromotors 14 angeordnet ist. Der Absolutwinkelsensor 20 ist wiederum auf einer Platine 21 befestigt. Im Gegensatz zu Figur 2 arbeitet der Absolutwinkelsensor 20 als Radial-Winkelsensor und ist beabstandet zu der Stirnseite des Drehwinkelmagneten 22 angeordnet. FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the spindle actuator, in which the rotational angle magnet 22 is arranged between the spindle nut 19 and the rotor 17 of the electric motor 14. The absolute angle sensor 20 is in turn mounted on a circuit board 21. in the Contrary to Figure 2, the absolute angle sensor 20 operates as a radial angle sensor and is spaced from the end face of the rotary angle magnet 22 is arranged.
Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Spindelaktors, bei welchem der Anschlag 23 mit der Tellerfeder 24 zwischen der Spindelmutter 19 und dem Rotor 17 des Elektromotors 14 positioniert ist. Die Tellerfeder 24 ist dabei in Richtung der Spindelmutter 19 angeordnet, um deren Anschlag abzufedern. Vorteilhaft ist es, die Referenzier- und Anschlagkraft auf dem kürzest möglichen Weg abzufangen. Daher bietet es sich an, den Anschlag 23 zwischen Elektromotor 14 und Spindelmutter 19 zu platzieren. Damit bleiben Spindel- und Aktormotorlager von den Anschlagkräften unbelastet. Allerdings muss hier darauf geachtet werden, dass die Reibmomente zwischen Gewindespindel 12 und Spindelmutter 19 am Anschlag 23, die sich beim Festklemmen des Aktors ergeben können, nicht zu groß werden. Figure 4 shows a third embodiment of the Spindelaktors, in which the stop 23 is positioned with the plate spring 24 between the spindle nut 19 and the rotor 17 of the electric motor 14. The plate spring 24 is arranged in the direction of the spindle nut 19 to cushion the stop. It is advantageous to intercept the referencing and impact force in the shortest possible way. Therefore, it makes sense to place the stopper 23 between the electric motor 14 and the spindle nut 19. Spindle and actuator motor bearings therefore remain unloaded by the impact forces. However, care must be taken here that the friction moments between the threaded spindle 12 and spindle nut 19 on the stop 23, which may arise when clamping the actuator, not too large.
Ein viertes Ausführungsbeispiel des Spindelaktors zeigt Figur 5. Dabei ist die Gewindespindel 12 an einem Gehäuse 16 angelagert, wobei der Anschlag 23 durch das Gehäuse 16 realisiert ist. Die Tellerfeder 24 ist an dem Gehäuse 26 befestigt und nimmt bei der Bewegung der Gewindespindel 12 die Gewindemutter 19 auf. Dem entgegengesetzte Ende der Gewindespindel 12 ist der als Axial-Winkelsensor arbeitenden Absolutwinkelsensor 20 zugeordnet, der dem Drehwinkelmagneten 22 gegenüberliegend angeordnet ist, welcher an dem, dem Anschlag 23 (Gehäuse 16) entgegengesetzten Ende der Gewindespindel 12 befestigt ist. Dabei müssen die Lager 25 der Gewindespindel 12 die Anschlagkräfte aufnehmen. FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the spindle actuator. The threaded spindle 12 is attached to a housing 16, the stop 23 being realized by the housing 16. The plate spring 24 is fixed to the housing 26 and receives the threaded nut 19 during the movement of the threaded spindle 12. The opposite end of the threaded spindle 12 is assigned to the operating as an axial angle sensor absolute angle sensor 20 which is disposed opposite the rotary angle magnet 22 which is fixed to the, the stop 23 (housing 16) opposite end of the threaded spindle 12. The bearings 25 of the threaded spindle 12 must absorb the impact forces.
Durch geeignete konstruktive Maßnahmen kann die Anschlagssteifigkeit der Spindelmutter 19 an den Anschlag 23 so eingestellt werden, dass eine geringe, erforderliche Referenzierge- nauigkeit erreicht werden kann und das Kraftniveau beim Aufeinandertreffen der Gewindemutter 19 auf den Anschlag 23 nicht überschritten wird. Speziell bei der Verwendung einer geeigneten Tellerfeder 24 mit einer nichtlinearen Kraftkennlinie wird zusätzlich die maximale Kraft beim Zusammenstoß abgesenkt, wie es aus Figur 6 hervorgeht. Hier bewegt sich die Spindelmutter 19 von rechts nach links, wobei der Referenzierungsanschlagbereich BRA beim Absenken der Kurve I aus dem waagerechten Verlauf im Bereich A beginnt. Ein solcher Anschlag der Tellerfeder 24 erlaubt ein kraftbegrenztes Abbauen der kinetischen Energie (Bereich KA), so dass die kinetische Energie nicht weiter ansteigen kann und das Aktorsystem nicht beschädigt wird. ln einem idealen System wird angenommen, dass immer dieselbe Referenzposition zwischen dem Weg der Gewindemutter 19 zum Anschlag 23 und dem von dem Absolutwinkelsensor 20 detektierten Winkel φ gefunden wird. Im realen System kommt es aber zu Messunsicherheiten, wobei aber bei der Referenzierung immer eine Winkelposition demselben Positionsbereich des Gewindeaktors, d.h. demselben Referenzfenster R, zugeordnet wird. Dabei wird bei der Initialisierung des Gewindeaktors am Bandende des Aktorsystems eine gefundene Position der Spindelmutter 19 in einem Referenzfenster R abgespeichert. Dies erfolgt dadurch, dass während des Initialisierungsprozesses die Gewindespindel 12 mit einer vorgegebenen Motorspannung und einer daraus resultierenden Kraft mit der Gewindemutter 19 gegen den Anschlag 23 gefahren wird. Dabei wird ausgewertet, wo die Spindelmutter 19 stehen geblieben ist und der zugehörige durch den Absolutwinkelsensor 20 bestimmte Winkel φ als Initialwinkel c o abgespeichert. Dieser Initialwinkel φ0 entspricht dabei der Referenzposition 0. Um abzusichern, dass im Referenzfenster R auch immer die erste Position der Umdrehung des Elektromotors 14 gefunden wurde, wird die Breite des Referenzfensters R kleiner als eine halbe Umdrehung des Elektromotors 14 festgelegt. Nur dann kann die Auswerteschaltung 15 die Position der richtigen Umdrehung des Elektromotors 14 sicher zuordnen. By suitable design measures, the stop stiffness of the spindle nut 19 can be adjusted to the stop 23 so that a small, required referencing precision can be achieved and the force level when the threaded nut 19 meets the stop 23 is not exceeded. In particular, when using a suitable plate spring 24 with a non-linear force characteristic curve, the maximum force during collision is additionally lowered, as can be seen from FIG. Here, the spindle nut 19 moves from right to left, wherein the Referenzierungsanschlagbereich B RA begins when lowering the curve I from the horizontal course in the area A. Such a stop of the plate spring 24 allows a force-limited reduction of the kinetic energy (range KA), so that the kinetic energy can not increase further and the actuator system is not damaged. In an ideal system, it is assumed that the same reference position is always found between the path of the nut 19 to the stopper 23 and the angle φ detected by the absolute angle sensor 20. In the real system, however, measurement uncertainties occur, but in the case of referencing always an angular position is assigned to the same position range of the thread actuator, ie the same reference window R. In this case, a found position of the spindle nut 19 is stored in a reference window R in the initialization of the threaded actuator at the end of the actuator system. This takes place in that during the initialization process, the threaded spindle 12 is moved against the stop 23 with a predetermined motor voltage and a force resulting therefrom with the threaded nut 19. It is evaluated where the spindle nut 19 has stopped and the associated by the absolute angle sensor 20 specific angle φ stored as an initial angle co. This initial angle φ 0 corresponds to the reference position 0. To ensure that in the reference window R always the first position of the rotation of the electric motor 14 has been found, the width of the reference window R is set smaller than half a revolution of the electric motor 14. Only then can the evaluation circuit 15 reliably assign the position of the correct rotation of the electric motor 14.
Liegt bei dem Initialisierungsprozess der gefundene Initialwinkel φ0 in der Mitte des If the found initial angle φ 0 lies in the middle of the initialization process
Winkelsensormessbereiches, d.h. bei 180°, ergibt sich eine einfache Darstellung, wie diese aus Figur 7 zu entnehmen ist. Die parallel zueinander verlaufenden Geraden dokumentieren eine Umdrehung des als Dipol ausgebildeten Drehwinkelmagneten 22 von 0° bis 360°. Der bei der Referenzierung gefundene Initialwinkel φ0 wird direkt für die Ermittlung der Position in der Umdrehung 0 genutzt. Liegt der Initialwinkel φ0 näher an den Umschlagpunkten, wie diese in den Figuren 8 und 9 dargestellt ist, müssen diese entsprechend der Lage des Initialwinkels cpo berücksichtigt werden. Die Grenze für den Zuordnungswechsel zu den Umdrehungen ist das Sensorsignal mit 180° Winkelabstand zum Initialwinkel φ0. Figur 8 zeigt dabei den Initialwinkel c o nahe der oberen Winkelgrenze q Liegt der aktuell gemessene Winkel φ, der bei einem Referenzierungsvorgang durch den Anschlag 23 der Gewindespindel 12 gemessen wurde, unterhalb eines Grenzwinkels cpG, der kleiner als der Initialwinkel φ0 ist, so gehört der aktuell gemessene Winkel φ zur nächst höheren Umdrehung des Elektromotors 14. Für den Grenzwinkel cpG wird dabei angenommen: Angle sensor measuring range, ie at 180 °, results in a simple representation, as can be seen from Figure 7. The mutually parallel straight lines document a revolution of the rotational angle magnet formed as a dipole 22 from 0 ° to 360 °. The initial angle φ 0 found during referencing is used directly to determine the position in revolution 0. If the initial angle φ 0 is closer to the turnaround points, as shown in FIGS. 8 and 9, these must be taken into account in accordance with the position of the initial angle cpo. The limit for the assignment change to the revolutions is the sensor signal with 180 ° angular distance to the initial angle φ 0 . FIG. 8 shows the initial angle co close to the upper angular limit q If the currently measured angle φ, which was measured during a referencing process by the stop 23 of the threaded spindle 12, lies below a limiting angle cp G which is smaller than the initial angle φ 0 the currently measured angle φ to the next higher revolution of the electric motor 14. For the critical angle cp G is assumed:
(pG = cpo ± 180° Liegt der aktuell gemessene Winkel φ oberhalb des Grenzwinkels cpG, der größer ist als der Initialwinkel φ0, so gehört dieser zur nächst kleineren Umdrehung des Elektromotors 14, wie es in Figur 9 dargestellt ist. Ansonsten befinden sich der gemessenen Winkel φ in derselben Umdrehung des Elektromotors 14 wie bei dem Initialisierungsprozess. ( p G = cpo ± 180 ° If the currently measured angle φ above the critical angle cp G , which is greater than the initial angle φ 0 , then this belongs to the next smaller revolution of the electric motor 14, as shown in Figure 9. Otherwise, the measured angle φ is in the same revolution of the electric motor 14 as in the initialization process.
Bei dem Initialisierungsprozess wird davon ausgegangen, dass definierte Bedingungen, wie eine konstante Temperatur, ein geringer Verschleißzustand und ähnliches vorliegen. Im späteren Betrieb des Aktorsystems im Kraftfahrzeug werden sich aber diese definierten Bedingungen ändern. Somit wird davon ausgegangen, dass das Referenzfenster R des Initialisierungsprozesses kleiner ist als das Betriebsreferenzfenster RB im späteren Betrieb. Beide Breiten des Referenzfensters R und des Betriebsreferenzfensters RB werden abgeschätzt, können aber auch experimentell ermittelt werden. Zudem liegt das Referenzfenster R nicht mittig im Betriebsreferenzfenster RB. Auch dieser Versatz ist bekannt. Damit ergeben sich dann die Winkelgrenzen sowie die relative Lage des Grenzwinkels cpG zum Initialwinkel φ0, wie in Figur 10 dargestellt. Sind diese Randbedingungen hinreichend genau bekannt, kann das Referenzfenster R auch etwas größer sein als eine halbe Umdrehung von 180° des Elektromotors 14. In the initialization process, it is assumed that defined conditions such as a constant temperature, a low state of wear and the like are present. In the later operation of the actuator system in the motor vehicle, however, these defined conditions will change. Thus, it is assumed that the reference window R of the initialization process is smaller than the operation reference window R B in later operation. Both widths of the reference window R and the operating reference window R B are estimated, but can also be determined experimentally. In addition, the reference window R is not centered in the operating reference window R B. This offset is also known. This then results in the angle limits and the relative position of the critical angle cp G to the initial angle φ 0 , as shown in Figure 10. If these boundary conditions are known with sufficient accuracy, the reference window R can also be slightly larger than a half turn of 180 ° of the electric motor 14.
Die beschriebene Lösung umfasst in einer Verallgemeinerung einen Aktor mit schlupffreien, formschlüssigem Aktorgetriebe zwischen dem Aktormotor mit Motorwinkelsensor und der zu ermittelten Aktorposition. Dabei wird ein hochauflösender Absolut-Winkelsensors für die Erfassung des Aktormotorwinkels verwendet und ein definiert weicher Positionsanschlag an der zu bestimmenden Aktorposition an der Spindelmutter 19 für die Betätigung eines Geberkolbens 10 zur Referenzierung der Wegmessung eingestellt, so dass sich eine Mindestauflösung von ca. 0,5 Umdrehungen des Elektromotors 14 an dem Absolutwinkelsensors 20 ergibt. Der Vorteil der Erfindung besteht in der Ausnutzung der festen Beziehung zwischen Aktorweg und Motorwinkel bei Verwendung eines Absolutwinkelsensors am Aktormotor, um die Referen- ziergenauigkeit trotz nicht zu hartem mechanischen Anschlag in Form der Beschränkung der Anschlagkraft deutlich zu erhöhen. Bezugszeichenliste In a generalization, the solution described comprises an actuator with a slip-free, positive-locking actuator gear between the actuator motor with motor angle sensor and the actuator position to be determined. In this case, a high-resolution absolute angle sensor for detecting the actuator motor angle is used and set a defined soft position stop at the actuator position to be determined on the spindle nut 19 for the operation of a master piston 10 for referencing the distance measurement, so that a minimum resolution of about 0.5 Revolutions of the electric motor 14 to the absolute angle sensor 20 results. The advantage of the invention is the utilization of the fixed relationship between Aktorweg and motor angle when using an absolute angle sensor on the actuator motor in order to increase the refinement accuracy despite not too hard mechanical stop in the form of limiting the impact force. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Kupplungsbetätigungssystem 1 clutch actuation system
2 Reibungskupplung  2 friction clutch
3 Geberzylinder  3 master cylinders
4 Hydraulikleitung  4 hydraulic line
5 Nehmerzylinder  5 slave cylinders
6 Nehmerkolben  6 slave pistons
7 Betätigungsorgan  7 actuator
8 Lager  8 bearings
9 Ausgleichsbehälter  9 expansion tank
10 Geberkolben  10 masterbatches
1 1 Kolbenstange  1 1 piston rod
12 Gewindespindel  12 threaded spindle
13 Elektromotorischer Stellantrieb  13 Electromotive actuator
14 Elektromotor  14 electric motor
15 Auswerteeinheit  15 evaluation unit
16 Gehäuse  16 housing
17 Rotor  17 rotor
18 Stator  18 stator
19 Spindelmutter  19 spindle nut
20 Absolutwinkelsensor  20 absolute angle sensor
21 Platine  21 board
22 Drehwinkelmagnet  22 angle magnet
23 Anschlag  23 stop
24 Tellerfeder  24 plate spring
25 Lager  25 bearings
R Referenzfenster des Initialisierungsprozesses R Reference window of the initialization process
RB Betriebsreferenzfenster R B Operational reference window
Rw Referenzfenster mit weichem AnschlagR w Reference window with soft stop
Rst Referenzfenster mit steifen Anschlag Rst reference window with stiff stop
φ gemessener Winkel φ measured angle
cpo Initialwinkel cpo initial angle
cpG Grenzwinkelcp G limit angle
Max maximaler Grenzwinkel  Max maximum limit angle
( Min minimaler Grenzwinkel  (Min minimum limit angle

Claims

Patentansprüche Patent claims
Verfahren zur Bestimmung einer Position eines sich linear bewegenden Aktorgetriebes, insbesondere einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bei welchem das Aktorgetriebe (12, 19) von einem Elektromotor (14) angetrieben wird und ein Positionssignal eines Rotors (17) des Elektromotors (14) von einem Sensor (20) abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Absolutwinkelsensor (20) ausgebildeter Sensor als Positionssignal des Rotors (17) einen aktuellen Winkel (φ) misst, welcher in Abhängigkeit von einem, während eines Initialisierungsprozesses ermittelten Initialwinkels (φ0) einer Umdrehung des Rotors (17) zugeordnet wird, woraus die Position des Aktorgetriebes (12, 19) bestimmt wird. Method for determining a position of a linearly moving actuator transmission, in particular a clutch actuation system of a motor vehicle, in which the actuator transmission (12, 19) is driven by an electric motor (14) and a position signal of a rotor (17) of the electric motor (14) from a sensor (20) is removed, characterized in that a sensor designed as an absolute angle sensor (20) measures a current angle (φ) as a position signal of the rotor (17), which depends on an initial angle (φ 0 ) of a revolution determined during an initialization process of the rotor (17), from which the position of the actuator gear (12, 19) is determined.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der aktuell gemessene Winkel (φ) mit einem Grenzwinkel (cpG) verglichen wird, wobei, wenn der aktuell gemessene Winkel(cp) unterhalb des Grenzwinkels (cpG) liegt, welcher kleiner als der Initialwinkel (cpo) ist, der aktuell gemessene Winkel (φ) zur nächst größeren Umdrehung des Rotors (17) gehört, während, wenn der aktuell gemessene Winkel (φ) oberhalb des Grenzwinkels (cpG) liegt, welcher größer als der Initialwinkel (φ0) ist, der aktuell gemessene Winkel (φ) zur nächst kleineren Umdrehung des Rotors (17) gehört. Method according to claim 1, characterized in that the currently measured angle (φ) is compared with a critical angle (cp G ), whereby if the currently measured angle (cp) is below the critical angle (cp G ), which is smaller than the initial angle (cpo), the currently measured angle (φ) belongs to the next larger revolution of the rotor (17), while if the currently measured angle (φ) is above the limit angle (cp G ), which is larger than the initial angle (φ 0 ), the currently measured angle (φ) belongs to the next smaller revolution of the rotor (17).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Initialisierungsprozesses dem Initialwinkel (φ0) ein Referenzfenster ( R ) für einen Referen- zierungsanschlag (23) des Aktorgetriebes (12, 19) zugeordnet wird. Method according to claim 1 or 2, characterized in that during the initialization process the initial angle (φ 0 ) is assigned a reference window (R) for a referencing stop (23) of the actuator gear (12, 19).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Initialisierungsprozess am Bandende der Fertigung des Aktorsystems (1 ) durchgeführt wird. Method according to claim 3, characterized in that the initialization process is carried out at the end of the production line of the actuator system (1).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Initialisierungsprozesses der Referenzierungsanschlag (23) mittels eines Wegsensors überwacht wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that during the initialization process the referencing stop (23) is monitored by means of a displacement sensor.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einsatzes des Aktorsystems (1 ) im Kraftfahrzeug in einem Referenzierungsvorgang des Aktorgetriebes (12, 19) gegen den Referenzierungsan- schlag (23) gefahren wird, wobei dem Referenzierungsanschlag (23) der aktuell gemessene Winkel (φ) des Absolutwinkelsensors (20) und gleichzeitig der Umdrehung des Rotors (17) zugeordnet wird. 6. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that during use of the actuator system (1) in the motor vehicle in a referencing process of the actuator gear (12, 19) is driven against the referencing stop (23), the referencing stop (23 ) the currently measured angle (φ) of the absolute angle sensor (20) and at the same time the revolution of the rotor (17) is assigned.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das während des Initialisierungsprozesses bestimmte Referenzfenster ( R ) kleiner ist als ein Betriebsreferenzfenster (RB) während des Einsatzes des Aktorsystems (1 ) im Kraftfahrzeug. 7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the reference window (R) determined during the initialization process is smaller than an operating reference window ( RB ) during use of the actuator system (1) in the motor vehicle.
8. Aktorsystem, insbesondere ein Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem Aktorgetriebe (12, 19), welches von einem Elektromotor (14) angetrieben wird und das eine Drehbewegung des Elektromotors (14) in eine lineare Bewegung einer Kupplung umsetzt, wobei ein Sensor eine Position des Elektromotors (14) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als Absolutwinkelsensor (20) und das Aktorgetriebe (12, 19) übersetzungstreu ausgebildet ist. 8. Actuator system, in particular a clutch actuation system of a motor vehicle, with an actuator gear (12, 19), which is driven by an electric motor (14) and which converts a rotary movement of the electric motor (14) into a linear movement of a clutch, with a sensor determining a position of the electric motor (14), characterized in that the sensor is designed as an absolute angle sensor (20) and the actuator gear (12, 19) is designed to be true to the translation.
9. Aktorsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutwinkelsensor (20) einem auf einem Rotor (17) des Elektromotors (14) angeordneten, vorzugsweise als Dipol ausgebildeten, Drehwinkelmagneten (22) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der Referenzierungsanschlag (23) auf einer dem Elektromotor (14) entgegengesetzten Seite des Aktorgetriebes (12, 19) angeordnet ist oder auf der dem Elektromotor (14) zugewandten Seite des Aktorgetriebes (12, 19) positioniert ist, wobei der Absolutwinkelsensor (20) mit einer Auswerteeinrichtung (15) verbunden ist, welche aus einem, von dem Absolutwinkelsensor (20) gemessenen Winkel (φ) die Position des Re- ferenzierungsanschlages (23) bestimmt. 9. Actuator system according to claim 8, characterized in that the absolute angle sensor (20) is arranged opposite a rotation angle magnet (22) arranged on a rotor (17) of the electric motor (14), preferably designed as a dipole, the referencing stop (23). is arranged on a side of the actuator gear (12, 19) opposite the electric motor (14) or is positioned on the side of the actuator gear (12, 19) facing the electric motor (14), the absolute angle sensor (20) being connected to an evaluation device (15). which determines the position of the referencing stop (23) from an angle (φ) measured by the absolute angle sensor (20).
10. Aktorsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Referenzierungsanschlag (23) ein federähnliches Element (24) mit einer nichtlinearen Kraftkennlinie zur Aufnahme der kinetischen Kräfte des Aktorgetriebes (12, 19) vorgeschaltet ist. 10. Actuator system according to claim 8 or 9, characterized in that the referencing stop (23) is preceded by a spring-like element (24) with a non-linear force characteristic for absorbing the kinetic forces of the actuator gear (12, 19).
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