用于确定和/或控制电动机的位置的、尤其是在机动车的离合器操纵系统中的电动机的位置的方法和设备

摘要

本发明涉及一种用于确定和/或控制电动机的位置的、尤其是在机动车的离合器操纵系统中的电动机的位置的方法，其中电动机(14)的转子的位置由在电动机的转轴之外设置在电动机的定子上的传感装置来得出，其中由传感装置得出的位置信号由评估单元来评估。在确保电动机的转子的极其高的位置分辨率的方法中，借助于在电动机的单元式控制期间检测的至少一个位置信号，对在正弦控制电动机期间由传感装置所输出的位置信号验证似然性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定和/或控制电动机的位置的、尤其是在机动 车的离合器操纵系统中的电动机的位置的方法，其中电动机的转子的位 置由在电动机的转轴之外设置在电动机的定子上的传感装置来得出，其 中由传感装置得出的位置信号由评估单元来评估，以及本发明涉及一种 用于执行该方法的设备。

背景技术

在现代的机动车中、尤其在轿车中越来越多地使用自动的离合器， 如其在DE10 2011 014 936A1中所描述。这种离合器的使用具有改善行 驶舒适性的优点并且引起更频繁地在具有大传动比的挡位中行驶。在此 应用的离合器使用在液压的离合器系统中，其中电液压的致动器经由液 压管道与离合器连接，所述致动器由电换向的马达来驱动。

为了改善行驶舒适性，转子的由传感装置所测量的位置必须与电动 机的转子所期望的位置校准。通常，转子位置根据三个呈霍尔传感器形 式的彼此偏移连接的磁场开关来检测。由磁场开关所提供的边沿用作为 位置信号并且与电动机的三个不同相的相电压的信号校准。

尤其在将传感器设置在电动机的转轴之外的电动机中需要高的位 置分辨率。电动机的转子具有仅受限数量的极对，从所述极对中能够使 用磁场开关的预设数量的边沿以用于位置确定。存在下述情况：为了确 保总系统功能、即电动机的位置确定和同时的控制而需要如下分辨率， 所述分辨率远超通过磁场开关所提供的边沿的数量，这种情况尤其在高 动态运行的电动机中出现。

发明内容

因此，本发明的目的是，提出一种用于确定和/或控制电动机的位置 的方法，其中能够以高动态的方式运行电动机并且尽管如此能够实现转 子位置的高的位置分辨率。

根据本发明，该目的通过下述方式来实现：借助于在电动机的单元 式控制期间检测的至少一个位置信号，对在正弦控制电动机期间由传感 装置所输出的位置信号验证似然性。这具有如下优点：由于由传感装置 在单元式控制期间检测的固定的位置能够将在正弦控制期间输出的位 置信号分解成任意多个中间位置，所述中间位置能够用于控制电动机。 因此能够克服受限制数量的转子极对和用于控制电动机的期望高的分 辨率之间的冲突。

有利地，检测至少一个中间位置，所述中间位置位于在单元式控制 期间由于所述转子的极变换而出现的切换边沿之间，所述切换边沿用作 为位置信号。由此提高分辨率。

在一个改进形式中，在正弦控制期间通过传感装置以高分辨率感应 所述转子的至少一个极对。在此，关于极对记录线性振动的周期，所述 周期直接地与在单元式控制期间所记录的位置相关联。因为在正弦控制 期间检测的模拟的位置信号在两个在单元式控制期间检测的位置信号 (换向点)之间总是严格单调的，所以能够检测任意多个中间位置。

在一个设计方案中，位置信号的通过单元式控制获得的换向点位于 由传感装置在对电动机正弦控制期间检测的位置信号的最小值或最大 值中。由此确保：模拟的位置信号总是严格单调的，因此在评估转子位 置时禁止歧义(Zweideutigkeit)并且总是可以将模拟的位置信号与转 子的固定的位置直接相关联。

在一个变型形式中，电动机在高转速的情况下借助单元式控制来运 行并且在低转速的情况下借助正弦控制来运行。在此，与在转速慢的情 况下在正弦控制期间借助于线性传感器进行位置再调节的情况刚好一 样，利用在单元式控制期间借助于磁场开关来进行快速感应的优点。尤 其在转速低的情况下，对在以高转速运行期间由单元式控制获得的信息 进行评估以验证线性传感器的模拟的位置信号的似然性。

有利地，根据传感装置的延迟时间确定在单元式控制和正弦控制之 间的切换阈。在此，所述延迟时间为通过传感装置检测位置信息直至在 评估单元中处理所述位置信息之间的时间延迟。所述延迟时间与传感装 置的死区时间或评估单元的处理时间和/或输出频率相关。

延迟时间确保：总是在正确的时间点作为通过传感装置所获得的位 置信息的结果来进行电动机的控制。本发明的另一改进形式涉及一种用 于确定和/或控制电动机的位置、尤其是在机动车的离合器操纵系统中 的电动机的位置的设备，其中电动机的转子具有固定预设数量的极对， 所述极对交替地沿彼此相反的方向磁化并且与定子经由气隙共同作用， 其中在定子上借助在电动机的转轴之外设置在定子上的传感装置来得 出，其中传感装置具有三个用于确定转子的位置的磁场开关。在确保高 的位置分辨率的设备中，感应至少一个极对的线性传感器设置在定子 上，所述转子的位置信号通过评估单元借助于在单元式控制中由三个所 述磁场开关检测的位置信号来验证似然性。这具有如下优点：可靠地确 保存在于电动机的控制还有电动机的转子的位置确定中的总系统功能。 这尤其当需要高于由磁场开关通过其边沿所提供的位置信息的分辨率 时是适用的。因此，电动机能够高动态地运行并且尽管如此实现极其高 的位置分辨率。

有利地，三个所述磁场开关以120°的间距在所述定子上电地定向， 而线性传感器相对于磁场开关中的一个电地偏移30°的方式设置在定 子上。通过线性传感器的该设置确保：磁场开关的切换边沿总是位于由 线性传感器所记录的模拟的位置信号的最大值或最小值中。通过该设置 禁止位置信号的歧义。

在一个设计方案中，线性传感器和三个磁场开关相对于传感器环设 置，所述传感器环具有与转子相同数量的极对并且朝转子定向。通过该 设计方案，传感装置能够简单地设置在电动机的转轴之外，其中电动机 在此构成为外转子。

为了简化设置，线性传感器通过两个彼此电地偏移90°的线性磁场 开关形成。因为所述线性磁场开关为极其简单的传感器，所以可以尽可 能地降低成本。尽管如此，该主题通过使用线性磁场开关可靠地消除歧 义、温度漂移和磁场依赖性

附图说明

本发明允许大量的实施方式。根据在绘图中示出的附图详细阐述所 述实施方式中的一个。

其示出：

图1示出用于操纵自动的摩擦离合器的离合器操纵系统的简化视 图，

图2示出具有所配设的传感器的传感器环，

图3示出位置信号在一个电周期上的变化曲线。

具体实施方式

在图1中简化地示出用于自动的离合器的离合器操纵系统1。离合 器操纵系统1在机动车的动力传动系中配属于摩擦离合器2并且包括主 动缸3，所述主动缸经由也还称作为压力管道的液压管道4与从动缸5 连接。在从动缸5中，从动活塞6能够往复运动，所述从动活塞经由操 纵机构7并且在中间连接有轴承8的情况下操纵摩擦离合器2。

主动缸3经由连接开口能够与补偿容器9连接。主动活塞10能够 在主动缸3中运动。活塞杆11始于主动活塞10，所述活塞杆沿纵向方 向能够连同主动活塞10一起平移地移动。主动缸3的活塞杆11经由丝 杠12与电动伺服驱动器13耦联。电动伺服驱动器13包括构成为换向 的直流电流马达的电动机14和评估单元15。丝杠12将电动机14的转 动运动转换成活塞杆11或主动缸活塞10的纵向运动。摩擦离合器2通 过电动机14、丝杠12、主动缸3和从动缸5自动化地操纵。

在电动伺服驱动器13中集成有传感装置16，如其在图2中示出。 图2在此示出传感器环17，所述传感器环具有与电动机14的转子相同 数量的极对并且所述传感器环在没有进一步示出的转子上定向。传感器 环17例如包括11个磁极N、S，所述磁极分布在360°上并且具有22 个极过渡件，所述极过渡件用作为用于三个构成为霍尔开关的磁场开关 18、19、20的开关位置，由此将66个切换边沿示出给评估单元15。磁 场开关18、19、20相对于传感器环17设置在定子上并且分别彼此电偏 移120°。附加地，线性传感器21以相对于磁场开关20偏移30°的方 式固定在定子上。

在此，磁场开关18、19、20与传感器环17的磁极共同作用。为了 确定转子或传感器环17和定子之间的相对位置以及为了根据所测量的 相对位置控制电动机14的绕组的换向将磁场开关18、19、20与评估单 元15的测量信号输入端连接。

电动机14现在根据转速来控制。在例如位于每分钟200至250转 的高转速的情况下，借助于也称作为块换向的直接的单元式控制来由评 估单元15控制电动机14。单元式控制理解为，将具有三个相U、V、 W的电动机14控制成，使得总是有一个相U、V、W是无电流的，而 另外两个相U、V、W被通电。

在该单元式控制期间，由评估单元15在转子相对于定子的位置方 面检测通过磁场开关18、19、20产生的换向点k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆。 在第二步骤中，电动机14以小于每分钟200转的转速控制。在该转速 的情况下，进行电动机14的相的正弦控制。如在图3中示出的那样， 在电动机14环绕360°期间，线性传感器21在此提供正弦形的输出电 压A作为位置信号。在此，通过线性传感器21仅以高分辨率的方式感 应设置在传感器环17上的唯一的极对S、N。在单元式控制期间获得的 位置数据在此被评估单元15与线性传感器21的输出信号A的周期比 较，所述位置数据相应于三个磁场开关18、19、20的六个换向点k₁、 k₂、k₃、k₄、k₅、k₆。在此，线性传感器21的正弦形的输出信号A置于 磁场开关18、19、20的六个换向点k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆上，使得换 向点k₂位于线性传感器21的输出信号A的线性信号变化曲线的最大值 中并且换向点k₅位于最小值中。通过这种校准，线性传感器21的输出 信号A在换向步骤中总是严格单调的，这通过虚线B来表明。由于输 出信号A在换向步骤中该严格单调的变化，能够执行将极对N、S的位 置单义地与定子相关联，使得除了由于一定数量的极对N、S而存在的 位置说明之外，能够产生任意多个其他的中间位置。这尤其当位置确定 例如仅得到66个增值时是有利的，但是系统为了控制电动机14而例如 需要220个增值。因此从线性传感器21的输出信号A与磁场开关18、 19、20的换向点k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆的比较中能够设定和评估任意 的中间位置。

有利地，线性传感器21的模拟的输出信号A经由具有一定电平的 信号、例如PWM信号来输出。因为评估单元15不直接在本地设置在 线性传感器21上，所以能够在输出信号A上出现干扰，所述干扰通过 将输出信号A数字化(两个电压之间的阶跃)来降低。

为了在控制电动机14时刚好在正确的时间点确保通电，根据线性 传感器21的延迟时间执行单元式控制和正弦控制之间的切换阈。将延 迟时间视作为以线性传感器21检测位置信息至在评估单元15中转换位 置信息之间的时间延迟，其中尤其考虑线性传感器21的死区时间还有 评估单元15的处理时间和/或输出频率。因此确保可靠地提高电动机14 的效率并且不选择错误的换向时间点。

在一个尤其成本适宜的变型形式中，代替模拟的线性传感器21，使 用两个简单构成为线性霍尔装置的线性磁场开关，所述线性磁场开关彼 此偏移90°地设置。这尤其在在极对的北极和南极之间的间距较长时使 用，其中两个线性霍尔装置总是交替激活的。

根据所提出的方法，可以进行电动机14的位置确定和控制，其中 偏离轴地、即在电动机14的转轴之外安装传感装置。在此，在任何时 间都在高位置分辨率的情况下确保总系统功能。电动机14在此能够高 动态地运行，其中总是实现转子位置的极其高的位置分辨率。

附图标记列表

a.  离合器操纵系统

b.  摩擦离合器

c.  主动缸

d.  液压管道

e.  从动缸

f.  从动活塞

g.  操纵机构

h.  轴承

i.  补偿容器

j.  主动活塞

k.  活塞杆

l.  丝杠

m.  伺服驱动器

n.  电动机

o.  评估单元

p.  传感装置

q.  传感器环

r.  磁场开关

s.  磁场开关

t.  磁场开关

u.  线性传感器

N   极

S   极