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CN104769306B - 用于确定和/或控制电动机的位置的方法 - Google Patents

用于确定和/或控制电动机的位置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定和/或控制尤其在机动车辆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动轴线之外设置在电动机的定子上的传感装置接收，其中由传感装置接收的位置信号由评估单元评估。在转子位置检测以高的安全等级进行的方法中，与传感装置和评估单元之间的传输距离相关地将位置信号在短的传输距离的情况下借助于SPI协议信号和/或在较长的传输距离的情况下借助于PWM信号传输给评估单元。

Description

用于确定和/或控制电动机的位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定和/或控制尤其在机动车辆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动轴线之外设置在电动机的定子上的传感装置接收，其中由传感装置接收的位置信号由评估单元评估。
背景技术
在现代的机动车辆、尤其载客车辆中，越来越多地使用自动的离合器，如在DE 102011 014 936 A1中描述的那样。这种离合器的使用具有改进的驾驶舒适性的优点并且引起，能够更频繁地以具有长的传动比的档位行驶。在此使用的离合器在液压离合器系统中使用，其中由电换向的马达驱动的电动液压的致动器经由液压管线与离合器连接。
尤其在传感器设置在电动机的转动轴线之外的电动机中，高的位置分辨率是必需的。在此，磁性传感环抗扭地与电动机的转子、例如在轴端上连接(在轴上)，而感测磁性传感环的传感装置例如固定在定子上(离轴)。传感装置在其位置方面保持不变。电动机的转子具有有限数量的极对，从这些极对中，将磁场开关的预定数量的边沿用于位置确定。
已知的是，在设置在转子上的磁性传感环的直径小的情况下，实际上将双极磁体用作为圆环，因此转子的位置能够通过评估单元可靠地在360°上以电学的方式分辨。然而，在磁性传感环的直径方面，所述磁性传感环是受限的，因为磁场的曲率经由极对一直不足以得到由传感器发出的传感器信号的足够的分辨率。
使用多个传感器也是已知的，其中实际上例如使用5个传感器(3个开关霍尔传感器和2个模拟霍尔传感器)。然而，这需要离合器中的大的结构空间并且是成本耗费的解决方案。
发明内容
因此，本发明基于下述目的，提出一种用于确定和/或控制尤其在离合器操纵系统中的电动机的位置的方法，其中虽然构造简单仍以高的安全等级进行转子位置检测。
根据本发明，所述目的通过下述方式实现：与传感装置和评估单元之间的传输距离相关地，将位置信号在传输距离短的情况下将位置信号借助于SPI协议信号传输给评估单元，和/或在传输距离较长的情况下将位置信号借助于PWM信号传输给评估单元。这具有下述优点，将位置信号经由数字信号传输。因为SPI协议信号虽然高精度但是也是易受干扰的，在传输距离较长的情况下，将位置信号借助于PWM信号传输。因此，在使用仅一个传感器系统的情况下，能够与给出的在自动的离合器中的安装关系相关地决定，选择何种传输类型。因此，这尤其在评估单元中使用微处理器情况下是非常成本有益的，所述微处理器能够评估SPI协议信号和评估PWM信号，因此需要仅一个电模块来达到两个条件。
有利地，在启动电动机时，将电动机的绝对位置经由SPI协议信号或PWM信号从传感装置传输至评估单元，所述电动机随后被所述评估单元根据所述电动机的转子的增量位置激活。经由SPI协议信号或PWM信号传输转子的绝对位置在此在两种情况下高精度地进行。如果一次确定所述绝对位置，那么将马达换向所需要的位置信息经由增量接口传输，其中对由传感装置发出的通过旋转的磁性传感环的极变换造成的边沿计数。这种方式包含短的信号暂停时间并且是非常精确的。
在一个设计方案中，为了传输电动机的转子的极对的绝对位置，对PWM信号的占空比进行评估。PWM信号相对于外部的干扰影响、尤其在传感装置和评估单元之间的距离较大的情况下是不灵敏的并且允许通过在评估单元中评估占空比精确地确定绝对位置。
在一个变型形式中，在转子的由评估单元计算的增量位置和极对的绝对位置之间进行比较。所述比较用于提高计算的位置信息的可信性或者用于识别传输误差或计算误差。通过对绝对位置和增量位置进行比较，能可靠地实现位置信号的可信度测试。
有利地，比较周期性地执行，使得在电动机运行期间始终确保，电动机的换向的控制也在正确的时刻进行。
在一个改进方案中，为了确定转子的位置，使用在电动机的转子上固定的具有小的直径的磁性传感环，所述磁性传感环具有仅一个极对。使用具有两个相反磁性的极的小的磁性传感环允许可靠地评估仅一个电周期。
替选地，为了确定转子的位置，使用固定在电动机的转子上的具有大的直径和多个极对的磁性传感环，其中磁性传感环的极对的数量等于转子的极对的数量。由此确保，由传感装置发出的传感器信号始终在电周期之内是单义的。这种传感器信号能够用于马达换向的位置信息，因为其完全能够在360°上是电可用的。
附图说明
本发明允许多种实施方式。其中的两个实施方式根据在附图中示出的图片详细阐述。
附图示出：
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图，
图2示出传感装置的输出信号至评估单元的传输的示意图；
图3示出具有多个极对的固定在转子上的磁性传感环，
图4示出具有第一环直径的磁性传感环的第一实施例，
图5示出具有第二环直径的磁性传感环的第二实施例。
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在机动车辆的动力传动系中与摩擦离合器2相关联并且包括主动缸3，所述主动缸经由也称作为压力管线的液压管线4与从动缸5连接。在从动缸5中，从动活塞6可轴向运动，所述从动活塞经由操纵机构7并且在插入分离轴承8的条件下操纵摩擦离合器2。主动缸3能够经由连接开口与补偿容器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与主动活塞10一起平移运动。主动缸3的活塞杆11经由丝杠12与电动的伺服驱动器13耦联。电动的伺服驱动器13包括构成为换向的直流马达的电动机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的或主动缸活塞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自动地操纵。
在电动的伺服驱动器13中或在电动的伺服驱动器上集成有传感装置16，如在图2中示出的那样。在此，传感装置16在空间上与评估单元15分开。
因此，传感装置16例如设置在变速器壳中，而评估单元15安置在变速器壳之外。在传感装置16之内设置有信号处理电路17，所述信号处理电路具有SPI接口18和/或PWM接口19。此外，信号处理电路17具有增量接口20。
图3示出电动机14的转子22，所述转子构成为空心轴。没有进一步示出的换向的电动机14的转子22在朝向在没有继续示出的定子上定位的传感装置16的前侧上具有磁性传感环23，所述磁性传感环包括预设数量的磁极N、S。在转子23之内固定有转子磁体24，其中转子磁体24具有与磁性传感环23相同数量的极对N、S。在此，极对N、S由两个磁极N、S形成，所述磁极的磁化方向沿相反的方向伸展。这种离轴传感器系统以非常高的分辨率或精度工作并且通过使用标准传感装置能够实现快速且可靠的数据传输。
在接通电动机14时，首先确定电动机14的转子22的绝对位置。在此，在极对N、S中感测的绝对位置经由PWM接口19或SPI接口18传输。在此与传感装置16和评估单元15之间的距离相关地进行在SPI接口18和PWM接口19之间的选择。如果能越过传感装置16和评估单元15之间仅短的传输路径，那么始终将数字的SPI协议信号用于传输转子22的绝对位置。但是，如果在传感装置16和评估单元15之间的间距更大，那么将绝对位置经由数字的PWM信号传输。这种PWM信号具有对于干扰不灵敏的优点，所述干扰在传输路径上作用于传感装置16的输出信号。有利地，绝对位置通过评估单元15由PWM信号的占空比来确定。
如果现在在电周期中已知绝对位置，那么开始对电动机14通电或控制。从该时刻起，转子位置借助增量信息传输，所述增量信息经由传感装置16的增量接口20发出。在评估单元15之内，由增量信息计算电动机14的转子22的在极对的绝对位置上设立的位置。在该示例中，将快速的增量传感器、例如GMR传感器用于在传感装置16中对转子22进行位置检测。传感装置16的增量接口20的输出信号优选地经由A/B信号轨道传输。信号轨道A、B以90°相对于彼此电相移，这相应于半个脉冲。使用这两个信号轨道具有下述优点，避免信号传输路径中的干扰或者在出现干扰时实现传感装置16的输出信号的可信度测试。此外，因此，转子22的运动方向能够被容易地检测。转子22的经由A/B轨道传输的增量位置同样在评估单元15中直接读入到微处理器21的中断输入端上，所述微处理器定位在评估单元15中并且对每个信号轨道A、B的输出信号的边沿计数。每第x个中断触发阻止换向，其中中断的数量与脉冲的数量相关，传感装置16每换向步骤发送所述脉冲。
为了提高所计算的位置信息的可信性或识别到可能的传输误差和/或计算误差，周期性地对转子22的在评估单元15中计算的增量位置与电动机14在极对中的绝对位置进行比较，如其在电动机14开始运行时所确定的那样。
对于所提出的方法有意义的是，由传感装置16发出的输出信号A始终在电周期之内是单义的。为了实现所述内容，提出两种可能性。在图4中示出具有小的环直径的磁性传感环23。这种磁性传感环23也称作为相反极性的小片并且具有仅一个极对，所述极对由南极S和北极N构成(图4a)。包含在传感装置16中的GMR传感器经由所述一个极对发送在360°上电单义的信号。这尤其在由传感装置发出的输出信号A的信号变化上看出，所述输出信号具有可良好评估的足够明显的上升。但是，如果增大磁性传感环23的直径，那么在使用仅一个极对时得到传感装置16的具有平缓的信号上升的输出信号A的变化，所述平缓的信号上升不能通过评估单元15足够精确地评估(图4b)。
如果磁性传感环23的直径如在图5中示出的那样增大并且多个极对交替地在磁性传感环23上分布，那么确保，在磁性传感环23具有与转子22同样多的极对时，即使在这种多极传感器中也将传感装置16的输出信号A在360°的电周期之内保持为是单义的。
根据所作出的阐述，提出离轴传感器系统，所述离轴传感器系统具有短的信号运行时间，以便使用用于电动机14的换向的位置消息。同时，传感装置16的输出信号A在360°上是电单义的。通过将PWM信号用于确定绝对位置、尤其用于评估所述PWM信号的占空比，对电动机14的绝对位置的精确的确定在其启动时是可能的。同时，能够实现在传感装置16和评估单元15之间的相对于外部干扰信号的抗干扰的传输。此外，在一个极对中，相对于绝对位置计算的增量位置的可信度测试在任何情况下都是可行的。因此，提出离轴电动机，所述离轴电动机可简单地构建并且其转子位置检测以高的安全等级进行。
附图标记列表：
1 离合器操纵系统
2 摩擦离合器
3 主动缸
4 液压管线
5 从动缸
6 从动活塞
7 操纵机构
8 分离轴承
9 补偿容器
10 主动活塞
11 活塞杆
12 丝杠
13 伺服驱动器
14 电动机
15 评估单元
16 传感装置
17 信号处理电路
18 SPI接口
19 PWM接口
20 增量接口
21 微处理器
22 转子
23 磁性传感环
24 转子磁体
N 北极
S 南极
A 输出信号

Claims (7)

1.一种用于确定和/或控制在机动车辆的离合器操纵系统中的电动机的位置的方法，其中所述电动机(14)的转子(22)的位置由在所述电动机(14)的转动轴线外部设置在所述电动机(14)的定子上的传感装置(16)接收，其中由所述传感装置(16)接收的位置信号(A)由评估单元(15)评估，
其特征在于，与传感装置(16)和评估单元(15)之间的传输距离相关地，在传输距离短的情况下将所述位置信号借助于SPI协议信号传输，和/或在传输距离较大的情况下将所述位置信号借助于PWM信号传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电动机(14)启动时，将所述电动机(14)的绝对位置经由所述SPI协议信号或所述PWM信号从所述传感装置(16)传输给所述评估单元(15)，其中，所述电动机(14)随后被所述评估单元(15)根据所述电动机(14)的所述转子(22)的增量位置激活。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了传输所述电动机(14)的所述转子(22)的极对的绝对位置，对所述PWM信号的占空比进行评估。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在所述转子(22)的由所述评估单元(15)计算的增量位置和极对的绝对位置之间进行比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述比较周期性地执行。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所述转子(22)的位置，使用在所述电动机(14)的所述转子(22)上固定的具有小的直径的磁性传感环(23)，所述磁性传感环具有仅一个极对。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所述转子(22)的位置，使用在所述电动机(14)的所述转子(22)上固定的具 有较大的直径和多个极对的磁性传感环(23)，其中所述磁性传感环(23)的极对的数量等于所述转子(22)的极对的数量。
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