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DE102016203176B3 - Determining the contact point of an accelerator pedal actuator with an accelerator pedal - Google Patents

Determining the contact point of an accelerator pedal actuator with an accelerator pedal Download PDF

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DE102016203176B3
DE102016203176B3 DE102016203176.7A DE102016203176A DE102016203176B3 DE 102016203176 B3 DE102016203176 B3 DE 102016203176B3 DE 102016203176 A DE102016203176 A DE 102016203176A DE 102016203176 B3 DE102016203176 B3 DE 102016203176B3
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DE
Germany
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rotor
load
spring
accelerator pedal
angle
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DE102016203176.7A
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German (de)
Inventor
Udo Sieber
Ulrich Bauer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen des Berührpunkts (34) einer Feder (16) eines Fahrpedalaktuators (12) mit einem Fahrpedalhebel (13) umfasst: Bestromen eines Motors (14), der einen Rotor und einen Stator aufweist, des Fahrpedalaktuators (12) mit einem vordefinierten Raumzeiger, so dass der Rotor einen vordefinierten Rotorweg (22) zurücklegt; Messen einer Rotorposition (φrot) entlang des Rotorwegs (22); Ermitteln eines Lastwinkels (φload) entlang des Rotorwegs (22), wobei der Lastwinkel (φload) basierend auf einer Differenz eines Phasenlagewinkels (φU) des vordefinierten Raumzeigers und eines Rotorlagewinkels (φrot) bei der Rotorposition (φrot) berechnet wird; Ermitteln einer Leerweggeraden (36) basierend auf dem Lastwinkel (φload) in einem ersten Abschnitt (28) des Rotorwegs (22);
Ermitteln einer Federlastgeraden (38) basierend auf dem Lastwinkel (φload) in einem zweiten Abschnitt (30) des Rotorwegs (22); und Ermitteln des Berührpunkts (34) als Schnittpunkt der Leerweggeraden (36) und der Federmomentgeraden (38).
A method for determining the point of contact (34) of a spring (16) of an accelerator pedal actuator (12) with an accelerator pedal lever (13) comprises: energizing a motor (14) having a rotor and a stator of the accelerator pedal actuator (12) with a predefined one Space pointer, so that the rotor covers a predefined rotor path (22); Measuring a rotor position (φ red ) along the rotor path (22); Determining a load angle (φ load ) along the rotor path (22), wherein the load angle (φ load ) is calculated based on a difference of a phase angle (φ U ) of the predefined space vector and a rotor position angle (φ red ) at the rotor position (φ red ) ; Determining a free-run line (36) based on the load angle (φ load ) in a first portion (28) of the rotor path (22);
Determining a spring load line (38) based on the load angle (φ load ) in a second section (30) of the rotor path (22); and determining the contact point (34) as the intersection of the free-running lines (36) and the spring-torque lines (38).

Figure DE102016203176B3_0001
Figure DE102016203176B3_0001

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Bestimmen des Berührpunkts einer Feder eines Fahrpedalaktuators mit einem Fahrpedal sowie ein Fahrpedal mit einer Steuerung, die dazu ausgeführt ist, dieses Verfahren durchzuführen.The invention relates to methods for determining the point of contact of a spring of an accelerator pedal actuator with an accelerator pedal and an accelerator pedal with a controller that is designed to perform this method.

Stand der TechnikState of the art

Fahrpedale werden in Fahrzeugen dazu eingesetzt, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu steuern. Mit einem Druck auf das Fahrpedal kann ein Fahrer beispielsweise die Zufuhr von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor oder von elektrischer Energie zu einem elektrischen Antriebsmotor steuern.Pedals are used in vehicles to control the speed of the vehicle. With a pressure on the accelerator pedal, for example, a driver can control the supply of fuel to an internal combustion engine or of electrical energy to an electric drive motor.

Fahrpedale, die dem Fahrer eine haptische Rückmeldung geben, sind bereits in Serienanwendung. Die haptischen Rückmeldungen können hierbei verschiedene Formen annehmen, wie z. B. Anklopfen oder Vibration. Um diese zu erzeugen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Häufig wird durch einen Aktuator eine Kraft generiert, die über eine mechanische Kopplung auf einen Pedalhebel des Fahrpedals übertragen wird.Pedals that give the driver a haptic feedback are already in mass production. The haptic feedback here can take various forms, such. B. knocking or vibration. To create these, there are various possibilities. Often, a force is generated by an actuator, which is transmitted via a mechanical coupling to a pedal lever of the accelerator pedal.

Bestimmte Varianten beschränken sich auf die Integration eines Vibrationselements in den Pedalhebel, beispielsweise unter eine Pedaltrittplatte, wie es etwa in DE 10026048 C2 oder WO 2013024133 A1 beschrieben ist.Certain variants are limited to the integration of a vibrating element in the pedal lever, for example under a pedal tread plate, such as in DE 10026048 C2 or WO 2013024133 A1 is described.

Andere Varianten umfassen einen Motor, der über eine Kopplungsfeder (beispielsweise ausgeführt als Drehfeder) zur Kraftübertragung mit dem Pedalhebel in Berührung kommt, und der je nach Kraftprofil definiert verdreht werden kann. Hierbei ist es auch möglich, dass die Feder in einem ersten Zustand von dem Motor von dem Pedalhebel gelöst werden kann bzw. kein wesentlicher Drehmomentübertrag von der Feder auf den Pedalhebel erfolgt und dass die Feder in einem zweiten Zustand mit dem Motor in Kontakt gebracht werden kann. Je genauer der Kontaktpunkt der Feder mit dem Pedalhebel bekannt ist, umso besser kann in der Regel ein haptisches Signal mit dem Pedalhebel erzeugt werden.Other variants include a motor, which comes via a coupling spring (for example, designed as a torsion spring) for transmitting power to the pedal lever into contact, and can be rotated depending on the force profile defined. In this case, it is also possible for the spring to be released from the pedal lever in a first state by the motor, or for no significant torque transfer from the spring to the pedal lever, and for the spring to be brought into contact with the motor in a second state , The more accurately the contact point of the spring with the pedal lever is known, the better a haptic signal can be generated with the pedal lever in the rule.

Die DE 10 2014 224 234 B3 zeigt ein haptisches Fahrpedal mit einer Feder und zwei Kennlinien.The DE 10 2014 224 234 B3 shows a haptic accelerator pedal with a spring and two characteristics.

DE 10 2007 046 289 A1 zeigt eine Motorsteuerung mit einem Vorhaltemoment und einem Festhaltemoment nach Detektion der Geschwindigkeit Null zur Einstellung eines Festhaltemoments. DE 10 2007 046 289 A1 shows a motor controller with a Vorhaltemoment and a holding torque after detection of the speed zero for setting a holding torque.

Die DE 10 2014 210 930 A1 zeigt eine offene Steuerung zur Einstellung eines Motormomentes mittels eines Lastwinkels.The DE 10 2014 210 930 A1 shows an open control for adjusting an engine torque by means of a load angle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise dazu beitragen, differenzierte haptische Signale mit Fahrpedalen zu erzeugen. Weiter kann der Berührpunkt einer Feder eines Aktuators zum Erzeugen derartiger Signale genau und auf einfache Art und Weise bestimmt werden.Embodiments of the present invention may advantageously contribute to producing differentiated haptic signals with accelerator pedals. Further, the touch point of a spring of an actuator for generating such signals can be accurately and easily determined.

Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Berührpunkts einer Feder eines Fahrpedalaktuators mit einem Fahrpedal. Der Fahrpedalaktuator kann einen Motor umfassen, der die Feder mit dem Fahrpedal in Berührung bringen kann und über die Feder eine Kraft auf einen Fahrpedalhebel ausüben kann. Der Motor kann z. B. ein herkömmlicher Elektromotor (mit Bürsten) sein. Der Motor kann jedoch auch ein bürstenloser Gleichstrommotor sein (BLDC-Motor) bzw. eine permanenterregte Synchronmaschine sein. Bei diesem wird durch elektronische bzw. elektrische Kommutierung eines ortsfesten Stators ein Rotor des BLDC-Motors bzw. der Synchronmaschine bewegt. Der Stator kann dabei durch mehrere Phasen bestromt werden, z. B. durch drei um zueinander um 120° phasenversetzte Spannungen bzw. Ströme. Aus der Bestromung ergibt sich in bekannter Weise ein Stromzeiger bzw. ein Spannungszeiger, der auch als Raumzeiger bezeichnet wird, in einem Polarkoordinatensystem. Dieser Raumzeiger weist eine Länge auf, die proportional zur Amplitude (Stromstärke bzw. Spannungshöhe) ist und einen Winkel bezüglich einer der Achsen des Polarkoordinatensystems aufweist. Durch diese Bestromung ergibt sich auch ein Magnetfeld, das durch einen Magnetfeldzeiger repräsentiert werden kann, der in fester Relation zu dem Raumzeiger steht. Durch das Magnetfeld wird ein Drehmoment auf den z. B. permanentmagnetische Elemente aufweisenden Rotor ausgeübt, so dass der Rotor in einem kräftefreien System dazu veranlasst wird, sich entlang des Magnetzeigers auszurichten. Nach der parallelen Ausrichtung des Rotors zum Magnetfeld im kräftefreien System ist das Drehmoment Null (0), da dann der Hebelarm Null ist.One aspect of the invention relates to a method for determining the point of contact of a spring of an accelerator pedal actuator with an accelerator pedal. The accelerator pedal actuator may include a motor that can bring the spring into contact with the accelerator pedal and exert a force on an accelerator pedal lever via the spring. The engine can z. B. be a conventional electric motor (with brushes). However, the motor may also be a brushless DC motor (BLDC motor) or be a permanent magnet synchronous machine. In this case, a rotor of the BLDC motor or the synchronous machine is moved by electronic or electrical commutation of a stationary stator. The stator can be energized by several phases, z. B. by three to each other by 120 ° out of phase voltages or currents. From the energization results in a known manner, a current vector or a voltage vector, which is also referred to as a space vector, in a polar coordinate system. This space pointer has a length that is proportional to the amplitude (Amperage or voltage level) and has an angle with respect to one of the axes of the polar coordinate system. This energization also results in a magnetic field that can be represented by a magnetic field pointer that is in fixed relation to the space vector. Due to the magnetic field is a torque on the z. B. permanent magnetic elements having rotor exerted, so that the rotor is caused in a force-free system to align along the magnetic pointer. After the parallel alignment of the rotor to the magnetic field in the force-free system, the torque is zero (0), since then the lever arm is zero.

Der Berührpunkt kann beispielsweise als absoluter Drehwinkel des Rotors des Motors des Fahrpedalaktuators angegeben werden. Unter dem absoluten Drehwinkel ist dabei z. B. eine Rotorlage zu verstehen, die auch mehr als 360° betragen kann. So ist es z. B. bei einer Getriebeübersetzung zwischen dem Rotor und dem Drehwinkelsensor möglich, dass eine vollständige Umdrehung des Rotors um 360° nur eine Drehung am Drehwinkelsensor um 36° bewirkt, hier wäre also die Übersetzung 10:1. Um eine 360°-Drehung am Drehwinkelsensor zu bewirken wäre also eine absolute Drehung des Rotors um 3600° notwendig. Der Raumzeiger müsste also auch 3600°, also 10 volle Umdrehungen, gedreht werden, unter der Annahme eines einzigen Polpaares. Bei 2 oder mehr Polpaaren wird die Anzahl der Umdrehungen mit der Anzahl der Polpaare multipliziert.The contact point can be specified, for example, as the absolute angle of rotation of the rotor of the motor of the accelerator pedal actuator. Under the absolute angle of rotation is z. B. to understand a rotor position, which may be more than 360 °. So it is z. Example, in a gear ratio between the rotor and the rotation angle sensor possible that a complete revolution of the rotor by 360 ° causes only one rotation of the rotation angle sensor by 36 °, so here is the translation 10: 1. In order to effect a 360 ° rotation on the rotation angle sensor, an absolute rotation of the rotor by 3600 ° would be necessary. The space vector would therefore also 3600 °, ie 10 full revolutions, rotated, assuming a single pair of poles. With 2 or more pole pairs, the number of revolutions is multiplied by the number of pole pairs.

Auch kann der Berührpunkt als Wegpunkt angegeben werden, den die Spitze der Feder zurücklegt. Unter dem „Berührpunkt” kann beispielsweise ein Wegpunkt verstanden werden, bei dem die Feder mechanisch, z. B. unmittelbar, in Kontakt mit dem Fahrpedal gelangt. Es kann jedoch derjenige Punkt darunter verstanden werden, bei dem die Feder ein zusätzliches, mit zunehmendem Weg z. B. steigendes, Drehmoment auf das Fahrpedal ausübt. Wegpunkte vor dem Berührpunkt sind dann derartige Wegpunkte, bei dem die Feder bestenfalls lose in Kontakt mit dem Fahrpedal steht, jedoch kein Drehmoment auf das Fahrpedal ausübt.Also, the touch point can be given as a waypoint, traversed by the tip of the spring. By "touch point" can be understood, for example, a waypoint, in which the spring mechanically, z. B. immediately, comes in contact with the accelerator pedal. However, it can be understood that point under which the spring an additional, with increasing distance z. B. rising, torque on the accelerator pedal exerts. Waypoints before the touch point are then waypoints where the spring is at best loosely in contact with the accelerator pedal, but does not apply torque to the accelerator pedal.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren: Bestromen eines Stators eines Motors, der einen Rotor und den Stator aufweist, des Fahrpedalaktuators mit einem vordefinierten Raumzeiger, so dass der Rotor einen vordefinierten Rotorweg zurücklegt. Der Rotorweg kann auch als Motorweg bezeichnet werden. Mit anderen Worten: Der Rotor wird mit dem Drehfeld mitgeschleppt und wird auf diese Weise um eine vordefinierte Winkellage, z. B. 1800° Rotorweg, gedreht. Weiter umfasst das Verfahren: Messen einer Rotorposition entlang des Rotorwegs; Ermitteln eines Lastwinkels entlang des Rotorwegs, wobei der Lastwinkel basierend auf einer Differenz eines Phasenlagewinkels des vordefinierten Raumzeigers und eines Rotorlagewinkels bei der Rotorposition berechnet wird; Ermitteln einer Leerweggeraden basierend auf dem Lastwinkel in einem ersten Abschnitt des Rotorwegs; Ermitteln einer Federlastgeraden basierend auf dem Lastwinkel in einem zweiten Abschnitt des Rotorwegs; Ermitteln des Berührpunkts als Schnittpunkt der Leerweggeraden und der Federmomentgeraden.According to an embodiment of the invention, the method comprises: energizing a stator of a motor comprising a rotor and the stator of the accelerator pedal actuator with a predefined space vector such that the rotor covers a predefined rotor path. The rotor path can also be referred to as a motor path. In other words: The rotor is entrained with the rotating field and is in this way by a predefined angular position, for. B. 1800 ° rotor path turned. The method further comprises: measuring a rotor position along the rotor path; Determining a load angle along the rotor path, wherein the load angle is calculated based on a difference of a phase angle of the predefined space vector and a rotor position angle at the rotor position; Determining a free-run line based on the load angle in a first portion of the rotor path; Determining a spring load line based on the load angle in a second portion of the rotor path; Determining the contact point as the intersection of the free-running line and the spring moment line.

Anfangs kann sich der Rotor in einer Ausgangsposition (am Anfang des Motorwegs) an einem Wegpunkt noch vor dem Berührpunkt befinden Wegpunkte vor dem Berührpunkt sind dann derartige Wegpunkte, bei dem die Feder bestenfalls lose in Kontakt mit dem Fahrpedal steht, jedoch kein Drehmoment auf das Fahrpedal ausübt. Der Stator kann dann beispielsweise mit einem Raumzeiger konstanter Frequenz bestromt werden, wobei der Stator mit drei oder mehr Phasen bestromt werden kann. Die Bestromung kann so lange aufrechterhalten werden, bis der Rotor eine Endposition (ein Ende des Rotorwegs) erreicht hat, bei der die Feder den Pedalhebel sicher berührt hat.Initially, the rotor may be in a home position (at the beginning of the engine travel) at a waypoint before the touchpoint. Waypoints in front of the touchpoint are then waypoints where the spring is loosely in contact with the accelerator pedal, but no torque on the accelerator pedal exercises. The stator can then be energized, for example, with a space vector constant frequency, the stator can be energized with three or more phases. The energization can be maintained until the rotor has reached an end position (one end of the rotor path) at which the spring has securely touched the pedal lever.

Solange sich der Rotor in Bewegung befindet, kann mit einem Motorwegsensor bzw. einem Rotorlagesensor die aktuelle Motorposition bestimmt werden. Der Motorwegsensor kann ein Rotorlagesensor sein, der den aktuellen, relativen Drehwinkel des Rotors gegenüber dem Stator des Motors bestimmen kann. Aus dem relativen Drehwinkel kann mittels Zählen ein absoluter Drehwinkel bestimmt werden, der als Rotorposition verwendet werden kann und aus dem der Rotorlagewinkel berechnet werden kann.As long as the rotor is in motion, the current motor position can be determined with a motor travel sensor or a rotor position sensor. The motor travel sensor may be a rotor position sensor that can determine the current relative rotational angle of the rotor with respect to the stator of the motor. From the relative angle of rotation can be determined by counting an absolute rotation angle, which can be used as a rotor position and from which the rotor position angle can be calculated.

Aus der aktuellen Rotorposition kann ein Lastwinkel bestimmt werden, der aus einer Differenz des Rotorlagewinkels und eines Phasenlagewinkels des Raumzeigers berechnet werden kann. Der Rotorlagewinkel kann dabei wie oben angegeben auf einem relativen Drehwinkel zwischen Rotor und Stator basieren. Die Erfassung eines relativen Winkels ist auch noch nach einer möglichen Getriebeeinheit realisierbar. Der Phasenlagewinkel ist durch den Raumzeiger im Polarkoordinatensystem definiert. Das Polarkoordinatensystem kann beispielsweise mit zwei Achsen, einer α-Achse und einer β-Achse, aufgespannt werden. Dabei repräsentiert die α-Achse den Realteil und die β-Achse den Imaginärteil des Raumzeigers (der Imaginärteil kann z. B. mit dem Symbol „j” bezeichnet werden). Der Raumzeiger erzeugt wie oben beschrieben ein magnetisches Drehfeld, welches eine Magnetkraft auf den Rotor ausübt. Je größer der Lastwinkel zwischen dem Raumzeiger und der Rotorlage ausgebildet ist, desto größer ist das Drehmoment, welches auf den Rotor wirkt (der Lastwinkel ist dabei proportional zum Hebelarm). Somit kann der Lastwinkel als Maß für ein auf den Rotor wirkendes Lastmoment (z. B. Reibung oder auch das zusätzlich wirkende Federmoment) verwendet werden.From the current rotor position, a load angle can be determined, which can be calculated from a difference of the rotor position angle and a phase angle of the space vector. As mentioned above, the rotor position angle can be based on a relative rotational angle between rotor and stator. The detection of a relative angle can also be realized after a possible gear unit. The phase angle is defined by the space vector in the polar coordinate system. The polar coordinate system can for example be spanned with two axes, an α-axis and a β-axis. In this case, the α-axis represents the real part and the β-axis represents the imaginary part of the space vector (the imaginary part may be denoted by the symbol "j", for example). As described above, the space vector generates a magnetic rotating field which applies a magnetic force to the rotor. The greater the load angle formed between the space vector and the rotor position, the greater the torque which acts on the rotor (the load angle is proportional to the lever arm). Thus, the load angle can be used as a measure of a load torque acting on the rotor (eg friction or the additionally acting spring torque).

In einem ersten Abschnitt des Rotorwegs, in dem angenommen wird, dass die Feder den Pedalhebel noch nicht berührt hat bzw. noch nicht wirkverbunden ist, kann somit angenommen werden, dass lediglich ein Reibmoment (z. B. ein konstantes Reibmoment) auf den Motor wirkt, d. h., dass in dem ersten Abschnitt der Lastwinkel bzw. das Drehmoment konstant ist. Aus den ermittelten Messpunkten des Lastwinkels entlang des ersten Abschnitts kann eine Leergerade (beispielsweise durch Mittelung) ermittelt werden, die diesen konstanten Lastwinkel bzw. dieses konstante Drehmoment wiedergibt. Dies entspricht auch einem ersten Zustand (keine Wirkverbindung Feder-Motor).In a first section of the rotor path, in which it is assumed that the spring has not yet touched the pedal lever or is not yet operatively connected, it can therefore be assumed that only one friction torque (eg a constant friction torque) acts on the engine , d. h., That in the first section of the load angle and the torque is constant. From the determined measuring points of the load angle along the first section, an idle straight line can be determined (for example by averaging), which reproduces this constant load angle or constant torque. This also corresponds to a first state (no active connection spring-motor).

In dem zweiten Abschnitt des Rotorwegs, in dem angenommen wird, dass die Feder den Pedalhebel bereits berührt hat, kann angenommen werden, dass das Reibmoment und die Feder auf den Motor wirken (zweiter Zustand). In dem zweiten Abschnitt kann eine lineare Abhängigkeit (mit Offset) für den Lastwinkel angenommen werden – mit steigender Verspannung der Feder steigt das von der Feder gegen den Motor ausgeübte Drehmoment. Aufgrund einer z. B. konstanten Amplitude des Raumzeigers und dem daraus folgenden konstanten Magnetfeld, welches auf den Rotor wirkt, muss nun der Lastwinkel steigen. Denn mit steigendem Lastwinkel (bis 90°) ergibt sich ein steigendes Drehmoment, welches das steigende Drehmoment der Feder kompensiert. Bei 90° Lastwinkel ist das Drehmoment maximal. Würde dann das Federmoment weiter erhöht könnte der Rotor dem Statormagnetfeld nicht mehr folgen, der Rotor würde „durchrutschen”.In the second section of the rotor path, where it is assumed that the spring has already touched the pedal lever, it can be assumed that the friction torque and the spring act on the motor (second state). In the second section a linear dependence (with offset) for the load angle can be assumed - with increasing tension of the spring the torque exerted by the spring against the motor increases. Due to a z. B. constant amplitude of the space vector and the consequent constant magnetic field, which acts on the rotor, now the load angle must increase. Because with increasing load angle (up to 90 °) results in an increasing torque, which compensates for the increasing torque of the spring. At 90 ° load angle, the torque is maximum. If the spring torque were then further increased, the rotor could no longer follow the stator magnetic field, and the rotor would "slip through".

Aus den ermittelten Messpunkten des Lastwinkels entlang des zweiten Abschnitts kann eine Federlastgerade (beispielsweise durch Mittelung) ermittelt werden, die diese Abhängigkeit wiedergibt. Somit kann das Verfahren auf jede Art von mechanischen Federn, wie etwa Drehfedern, angewendet werden, solange diese eine im Wesentlichen lineare Kennlinie aufweisen.From the determined measuring points of the load angle along the second section, a spring load straight line can be determined (for example by averaging), which reproduces this dependence. Thus, the method can be applied to any type of mechanical springs, such as torsion springs, as long as they have a substantially linear characteristic.

Der Berührpunkt der Feder mit dem Pedalhebel kann nun aus dem Schnittpunkt der beiden Geraden ermittelt werden. An der Rotorposition, an der die konstante Abhängigkeit (d. h. konstanter Lastwinkel, also konstante Winkeldifferenz zwischen Raumzeiger und Rotorlagewinkel im Polarkoordinatensystem) in eine lineare Abhängigkeit (Lastwinkel steigt linear mit zunehmendem Drehwinkel des Raumzeigers des Stators) übergeht, kann angenommen werden, dass die Feder den Pedalhebel berührt hat. Dabei kann hilfreich sein, wenn die Amplitude bzw. Länge des Raumzeigers konstant bleibt. Das Verfahren ist prinzipiell auch mit nicht konstanter Geschwindigkeit sowie nicht konstanter Amplitude des Raumzeigers möglich.The point of contact of the spring with the pedal lever can now be determined from the intersection of the two straight lines. At the rotor position at which the constant dependence (ie constant load angle, ie constant angular difference between the space vector and rotor position angle in the polar coordinate system) changes into a linear dependence (load angle increases linearly with increasing rotation angle of the space vector of the stator), it can be assumed that the spring Has touched the pedal lever. It can be helpful if the amplitude or length of the space vector remains constant. In principle, the method is also possible with non-constant speed and non-constant amplitude of the space vector.

Das Verfahren, das ohne Regelung auskommt, d. h. ein Open-Loop-Verfahren ist, ist weniger störanfällig gegenüber Motorrippel und benötigt keine spezielle Reglerentwicklung für seine Funktionsweise. Dabei sind Motorrippel beispielsweise Drehmomentschwankungen, die aus einem nicht 100%ig symmetrischen Aufbau der Statorwicklungen herrühren. Im Closed-Loop-Betrieb können dagegen größere Drehmomentschwankungen auftreten, da ein Regler versucht Störungen zu kompensieren. Das Verfahren ist somit bei höherer Genauigkeit gegenüber bekannten Verfahren auch noch robuster gegenüber Störungen.The procedure that does not require regulation, d. H. is an open-loop method, is less susceptible to interference from motor ripple and requires no special controller development for its operation. In this case, motor ripple example, torque fluctuations that result from a not 100% symmetrical structure of the stator windings. In closed-loop operation, on the other hand, larger torque fluctuations can occur as a controller attempts to compensate for disturbances. The method is therefore even more robust against interference with higher accuracy compared to known methods.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Motordrehmoment entlang des Rotorwegs aus dem Lastwinkel ermittelt. Wie oben beschrieben ist, kann der Lastwinkel als Maß des auf den Rotor wirkenden Drehmoments (Lastmoments) aufgefasst verwendet werden. Diese Bestimmung des Motordrehmoments kann ohne die Zuhilfenahme weiterer Sensoren wie z. B. Stromsensoren erfolgen, wodurch Kosten gespart werden können.According to one embodiment of the invention, a motor torque along the rotor path is determined from the load angle. As described above, the load angle can be used as a measure of the torque acting on the rotor (load torque). This determination of the engine torque can without the help of other sensors such. As current sensors, whereby costs can be saved.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Motordrehmoment basierend auf einem mathematischen Motormodell ermittelt. Das mathematische Motormodell kann eine oder mehrere mathematische Funktionen umfassen, in der der Lastwinkel eingesetzt werden kann, um das Motordrehmoment zu berechnen. Diese Berechnung kann online, d. h. in einer Steuerung, die das Verfahren ausführt, geschehen. Für einen BLDC-Motor bzw. eine permanenterregte Synchronmaschine kann das Motormodell auf einem inversen Motormodell basieren. Mit anderen Worten: Aus den bekannten Gleichungen für die Spannungen Ud und Uq in einem rotorfesten dq-Koordinatensystem kann auf die vorherrschenden Ströme Id und Iq für den stationären Fall zurückgerechnet werden und mit den Strömen auf das Motordrehmoment.According to one embodiment of the invention, the engine torque is determined based on a mathematical engine model. The mathematical engine model may include one or more mathematical functions in which the load angle may be used to calculate the engine torque. This calculation can be done online, ie in a controller that performs the method. For a BLDC motor or permanent magnet synchronous machine, the motor model may be based on an inverse motor model. In other words, from the known equations for the voltages U d and U q in a rotor-fixed dq coordinate system can be calculated back to the prevailing currents I d and I q for the stationary case and with the currents to the motor torque.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Leerweggerade und/oder die Federlastgerade aus dem Motordrehmoment ermittelt. Die berechneten Motordrehmomente über den Rotorweg und insbesondere in dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des Rotorwegs können dazu verwendet werden, Parameter für die beiden Geraden zu bestimmen.According to one embodiment of the invention, the Leerwegstraad and / or the spring load line are determined from the engine torque. The calculated engine torques over the rotor path, and in particular in the first portion and the second portion of the rotor path, may be used to determine parameters for the two straight lines.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert die Leerweggerade auf einem über den ersten Abschnitt gemittelten Leerwegmoment. Beispielsweise kann die Leergerade ohne Steigung mit einem konstanten Leerwegmoment parametriert sein. Dieses Leerwegmoment kann als Mittelwert über den ersten Abschnitt gebildet werden. According to one embodiment of the invention, the idle straight is based on an averaged over the first section Leerwegmoment. For example, the idle straight without slope with a constant Leerwegmoment be parameterized. This Leerwegmoment can be formed as an average over the first section.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung basiert die Federlastgerade auf einer über den zweiten Abschnitt gemittelten Federkonstanten. Beispielsweise kann die Federlastgerade mit einer Federkonstanten als konstante Steigung und einem Federoffsetmoment parametriert sein. Die beiden Parameter können beispielsweise mit einer Regressionsgeraden über den zweiten Abschnitt ermittelt werden.According to one embodiment of the invention, the spring load straight line is based on averaged over the second section spring constant. For example, the spring load straight line can be parameterized with a spring constant as a constant pitch and a spring offset torque. The two parameters can be determined, for example, with a regression line over the second section.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Parameter der Leerweggeraden in dem ersten Abschnitt und/oder Parameter der Federlastgerade in dem zweiten Abschnitt mittels eines rekursiven Mittelwerts geschätzt. Mit anderen Worten: Bei unbekannter Anzahl von Messwerten kann der Mittelwert durch eine bekannte Rekursionsformel ermittelt werden. Beispielsweise kann bei jeder neuen Bestimmung des Rotorlagewinkels aus einem Messwert bzw. aus dem daraus berechneten Motordrehmoment ein vorhandener Mittelwert korrigiert werden, beispielsweise durch Addition eines Korrekturwerts zu dem vorhandenen Mittelwert.According to an embodiment of the invention, parameters of the idle straight lines in the first section and / or parameters of the spring load straight in the second section are estimated by means of a recursive average. In other words: If the number of measurements is unknown, the mean value can be determined by a known recursion formula. For example, with each new determination of the rotor position angle, an existing mean value can be corrected from a measured value or from the engine torque calculated therefrom, for example by adding a correction value to the existing mean value.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Raumzeiger eine konstante Winkelgeschwindigkeit auf. Beispielsweise kann die Länge des Raumzeigers konstant sein. Dadurch kann die Rückrechnung auf das Motordrehmoment wesentlich vereinfacht werden.According to one embodiment, the space vector has a constant angular velocity. For example, the length of the space pointer may be constant. As a result, the retroactive calculation of the engine torque can be significantly simplified.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Motorweg in den ersten Abschnitt, einen Mittelabschnitt und den zweiten Abschnitt unterteilt, wobei der Mittelabschnitt basierend auf einem angenommenen Berührpunkt gewählt ist. Die Anfangs- und Endpositionen der einzelnen Abschnitte können basierend auf Erfahrungswerten fest vorgegeben sein.According to one embodiment of the invention, the motor path is divided into the first section, a middle section and the second section, the middle section being selected based on an assumed touch point. The start and end positions of the individual sections can be predefined based on empirical values.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrpedal für ein Fahrzeug.Another aspect of the invention relates to an accelerator pedal for a vehicle.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Fahrpedal einen Fahrpedalhebel, einen Fahrpedalaktuator mit einem Motor, der einen Rotor und einen Stator aufweist, und einer Feder, die zwischen dem Motor und dem Fahrpedalhebel angeordnet ist, so dass mittels des Motors über die Feder haptische Signale auf dem Fahrpedalhebel erzeugbar sind; und eine Steuerung, die dazu ausgeführt ist, den Motor anzusteuern, Messsignale von einem Motorwegsensor des Motors zu empfangen und das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. Beispielsweise kann der Motor ein BLDC-Motor bzw. eine permanenterregte Synchronmaschine sein. Am Motor kann entweder ein Sensor zur Erfassung der mechanischen Rotorlage auf dem Rotorschaft selbst oder aber auf einer beliebigen Achse nach einem potentiellen Getriebe, die starr mit dem Abtrieb des Getriebes verbunden ist, aufgebracht sein. Durch modellbasierte Ermittlung des Motordrehmoments kann mit dem Fahrpedal dann ein Berührpunkt der Feder mit dem Fahrpedalhebel ermittelt werden.According to one embodiment of the invention, the accelerator pedal comprises an accelerator pedal lever, an accelerator pedal actuator with a motor having a rotor and a stator, and a spring, which is arranged between the engine and the accelerator pedal lever, so that by means of the motor via the spring haptic signals the accelerator pedal lever can be generated; and a controller configured to drive the motor to receive measurement signals from an engine travel sensor of the engine and to perform the method of any one of the preceding claims. For example, the engine may be a BLDC motor or a permanent-magnet synchronous machine. The motor can be either a sensor for detecting the mechanical rotor position on the rotor shaft itself or on any axis after a potential transmission, which is rigidly connected to the output of the transmission, be applied. By model-based determination of the engine torque can then be determined with the accelerator pedal, a contact point of the spring with the accelerator pedal lever.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.

1 zeigt schematisch ein Fahrpedal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 schematically shows an accelerator pedal according to an embodiment of the invention.

2 zeigt ein Diagramm mit einem Motordrehmoment über einen Rotorweg, das von dem Fahrpedal aus der 1 erzeugt wird. 2 shows a diagram with a motor torque via a rotor path, which from the accelerator pedal of the 1 is produced.

3 zeigt ein Diagramm mit Variablen und deren Abhängigkeiten, die in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden. 3 shows a diagram with variables and their dependencies, which are used in a method according to an embodiment of the invention.

4 zeigt ein Diagramm mit einem Lastwinkel, der von dem Fahrpedal aus der 1 erzeugt wird. 4 shows a diagram with a load angle of the accelerator pedal from the 1 is produced.

5 zeigt ein Diagramm mit einem Motormoment, das aus dem Lastwinkel der 4 berechnet wurde. 5 shows a diagram with an engine torque resulting from the load angle of 4 was calculated.

6 zeigt ein Diagramm, das eine Berechnung eines Reibmoments gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert. 6 FIG. 12 is a diagram illustrating a calculation of a friction torque according to an embodiment of the invention. FIG.

7 zeigt ein Diagramm, das eine Berechnung einer Federkonstanten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert. 7 FIG. 12 is a diagram illustrating a calculation of a spring constant according to an embodiment of the invention. FIG.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein aktives Fahrpedal 10 mit einem Aktuator 12, der in einem Pedalhebel 13 des Fahrpedals 10 haptische Signale erzeugen kann. Der Aktuator 12 umfasst z. B. einen herkömmlichen Motor oder einen bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC-Motor) 14 oder eine permanenterregte Synchronmaschine 14, der auf eine mechanische Feder 16 wirken kann, die mit dem Fahrpedal mechanisch in Verbindung steht bzw. in Verbindung bzw. in Wirkverbindung gebracht werden kann. Beispielsweise können mit dem BLDC-Motor 14 kurze Stöße oder Vibrationen über die Feder 16 in dem Pedalhebel 13 erzeugt werden. Die Feder 16 kann z. B. als eine linear wirkende Schraubenfeder ausgebildet sein. Sie kann jedoch auch als eine Spiralfeder in der Art einer Uhrenfeder ausgebildet sein, die sich um eine Achse des Fahrpedalhebels spiralförmig herumwindet. 1 shows an active accelerator pedal 10 with an actuator 12 in a pedal lever 13 of the accelerator pedal 10 can generate haptic signals. The actuator 12 includes z. B. a conventional motor or a brushless DC motor (BLDC motor) 14 or a permanent magnet synchronous machine 14 that is on a mechanical spring 16 can act, which is mechanically connected to the accelerator pedal or can be brought into connection or in operative connection. For example, with the BLDC motor 14 short shocks or vibrations over the spring 16 in the pedal lever 13 be generated. The feather 16 can z. B. may be formed as a linearly acting coil spring. However, it may also be formed as a coil spring in the manner of a watch spring which spirals around an axis of the accelerator pedal lever.

Die Bewegungen des BLDC-Motors 14 werden von einer Steuerung 18 bewirkt, die den BLDC-Motor 14 mit einem Raumzeiger Uαβ konstanter Länge (U0) und konstanter Drehgeschwindigkeit (dφU/dt) versorgen kann, die entsprechend moduliert wird (grundsätzlich kann das Verfahren auch mit einem Raumzeiger nicht konstanter Länge bzw. nicht konstanter Drehgeschwindigkeit ausgeführt werden). Weiter kann die Steuerung 18 Signale von einem in den BLDC-Motor 14 integrierten Motorwegsensor 20 bzw. Rotorlagesensor 20 empfangen, aus denen die Steuerung 18 eine Rotorposition des BLDC-Motors 14 (wie etwa den Drehwinkel zwischen dessen Rotor und Stator) bestimmen kann. 2 zeigt einen Rotorweg 22. Es ist zu erkennen, dass die Feder 16 nicht über den gesamten Rotorweg 22 mit der Feder 16 in Berührung bzw. Wirkverbindung stehen muss. Z. B. kann die Feder 16 in einem Bereich 24 des gesamten Motorwegs 22 nicht mit dem Pedalhebel 13 in Wirkverbindung stehen.The movements of the BLDC motor 14 be from a controller 18 causes the BLDC motor 14 can be supplied with a space vector U αβ constant length (U 0 ) and constant rotational speed (dφ U / dt), which is modulated accordingly (in principle, the method can also be performed with a space pointer not constant length or non-constant rotational speed). Next, the controller 18 Signals from one in the BLDC motor 14 integrated motor travel sensor 20 or rotor position sensor 20 receive from which the controller 18 a rotor position of the BLDC motor 14 (such as the angle of rotation between its rotor and stator) can determine. 2 shows a rotor path 22 , It can be seen that the spring 16 not over the entire rotor path 22 with the spring 16 must be in contact or operative connection. For example, the spring 16 in one area 24 the entire engine path 22 not with the pedal lever 13 in operative connection.

In einer Anfangsposition (1), an der der Rotorweg 22 beginnt, steht die Feder 16 nicht mit dem Pedalhebel 13 in Berührung bzw. nicht in Wirkverbindung. D. h.: die Feder 16 überträgt kein zusätzliches, vom Weg abhängiges Drehmoment auf den Fahrpedalhebel 13. Bei einem Berührpunkt (2) kontaktiert die Feder 16 den Pedalhebel 13 bzw. tritt die Feder 16 mit dem Pedalhebel in Wirkverbindung und kann nun ein zusätzliches Drehmoment auf den Pedalhebel 13 übertragen. Danach bis zu einer Endposition (3), an der der Rotorweg 22 endet, wird die Feder 16 durch den Motor 14 in einem Bereich 26 kontrahiert bzw. gespannt und übt daher entgegen der Motorweg-Richtung ein Drehmoment auf den Motor 14 bzw. dessen Rotor aus. Eine Motorposition auf dem Rotorweg 22 kann beispielsweise mit einem absoluten Drehwinkel φrot des Rotors des Motors 14 gegenüber dessen Stator angegeben werden.In an initial position (1) at which the rotor path 22 begins, stands the pen 16 not with the pedal lever 13 in contact or not in operative connection. That is, the spring 16 does not transmit any additional torque dependent on the travel to the accelerator pedal lever 13 , At a contact point (2) contacts the spring 16 the pedal lever 13 or occurs the spring 16 with the pedal lever in operative connection and can now an additional torque on the pedal lever 13 transfer. Then to an end position ( 3 ), at which the Rotorweg 22 ends, becomes the spring 16 through the engine 14 in one area 26 contracts or tensioned and therefore exerts a torque against the motor opposite to the motor direction 14 or its rotor. A motor position on the rotor path 22 For example, with an absolute angle of rotation φ red of the rotor of the motor 14 be given to the stator.

Das Diagramm zeigt das auf den Motor 14 wirkende Drehmoment MMotor (welches auch mit TMotor oder Tmot oder TMot bezeichnet sein kann), wenn der Rotorweg 22 durch den Motor mit konstanter Geschwindigkeit durchfahren wird. Zwischen der Anfangsposition (1) und dem Berührpunkt (2) wirkt ein konstantes Drehmoment entgegen der Drehrichtung des Rotors, das beispielsweise auf internen Reibkräften der Anordnung basiert. Zwischen dem Berührpunkt (2) und der Endposition (3) steigt das Drehmoment linear an, abhängig von der Federkonstante der Feder 16. Denn mit steigender Kompression der Feder 16 bzw. Verdrehung der Feder 16 steigt das von der Feder entgegen der Drehrichtung des Rotors ausgeübte Drehmoment an. Bei einer linear wirkenden Feder ergibt sich in erster Näherung die Federkraft, die für die Bestimmung des Drehmoments noch mit dem z. B. als konstant angenommenen Hebelarm multipliziert werden muss, z. B. gemäß der Relation F = c·x, wobei F die Federkraft ist, c die Federkonstante und x der Weg, um den die Feder 16 komprimiert wird.The diagram shows that on the engine 14 acting torque M motor (which may also be referred to as T motor or T mot or T Mot ) when the rotor path 22 is passed through the engine at a constant speed. Between the initial position (1) and the contact point (2), a constant torque counteracts the direction of rotation of the rotor, which is based for example on internal frictional forces of the arrangement. Between the contact point (2) and the end position (3), the torque increases linearly, depending on the spring constant of the spring 16 , Because with increasing compression of the spring 16 or rotation of the spring 16 increases the force exerted by the spring against the direction of rotation of the rotor torque. In a linear acting spring results in a first approximation, the spring force, which is still for the determination of the torque with the z. B. must be multiplied as a constant assumed lever arm, z. In accordance with the relation F = c x, where F is the spring force, c is the spring constant and x is the distance traveled by the spring 16 is compressed.

Das Verfahren startet z. B. am unteren mechanischen Endanschlag und erreicht nicht zwingend den oberen mechanischen Endanschlag, jedoch fährt der Rotor weit genug, so dass die Feder im relevanten Arbeitsbereich betätigt wird. Das Verfahren kann beispielsweise zu Beginn des Fahrbetriebs oder zum Ende des Fahrbetriebs durchgeführt werden. Ein Ausführen des Verfahrens ist während des Fahrbetriebs grundsätzlich auch möglich.The procedure starts z. B. at the lower mechanical end stop and does not necessarily reach the upper mechanical end stop, but the rotor moves far enough so that the spring is actuated in the relevant work area. The method may be performed, for example, at the beginning of the driving operation or at the end of the driving operation. An execution of the method is basically also possible during the driving operation.

In Bezug auf die 3 bis 6 wird nun ein Verfahren beschrieben, mit dem der Berührpunkt (2) bzw. dessen Position auf dem Rotorweg 22 bestimmt werden kann. Das Verfahren kann von der Steuerung 18 durchgeführt werden, wobei lediglich die Signale des Motorwegsensors 20 ausgewertet werden müssen. Regarding the 3 to 6 A method will now be described with which the touch point (2) or its position on the rotor path 22 can be determined. The procedure may be by the controller 18 be carried out, with only the signals of the motor travel sensor 20 must be evaluated.

Insgesamt wird der BLDC-Motor 14 über den gesamten Rotorweg 22 Open-Loop (d. h. ohne Regelung) angesteuert. Dazu kann der Stator des BLDC-Motors 14 mit einem Raumzeiger bestromt werden, wobei die Länge bzw. Amplitude dieses Raumzeigers z. B. konstant bleibt und wobei die Winkelgeschwindigkeit des Raumzeigers z. B. konstant gewählt ist. Der Raumzeiger kann z. B. aus drei zueinander um eine jeweils konstante Phase versetzten Steuerspannungen erzeugt werden. Auf diese Weise bewegt sich der Raumzeiger mit quasikonstanter (Winkel) Geschwindigkeit zwischen der Anfangsposition (1) und der Endposition (3). Bevorzugt wird die Amplitude bzw. die Länge des Raumzeigers so groß gewählt, dass am Rotor auch am Ende des Rotorwegs 22 ein ausreichend großes Drehmoment zur Verfügung steht, um das entgegengesetzte Drehmoment aus Reibung und der Feder 16 am Ende des Rotorwegs 22 zu kompensieren.Overall, the BLDC engine 14 over the entire rotor path 22 Open-loop (ie without regulation) controlled. This can be done by the stator of the BLDC motor 14 be energized with a space vector, the length or amplitude of this space vector z. B. remains constant and wherein the angular velocity of the space vector z. B. is chosen constant. The space pointer can z. B. from three mutually offset by a respective constant phase control voltages can be generated. In this way, the space vector moves with quasi-constant (angular) speed between the initial position (1) and the end position (3). Preferably, the amplitude or the length of the space vector is chosen to be so large that at the rotor also at the end of the rotor path 22 a sufficiently large torque is available to the opposite torque of friction and the spring 16 at the end of the rotor way 22 to compensate.

In der 3 sind die drei Phasen der Steuerspannung A, B, C und der Raumzeiger Uαβ im Polarkoordinatensystem gezeigt. Durch Vorgabe eines in seiner Länge und mit seiner Drehgeschwindigkeit konstanten Raumzeigers wird im Motor 14 z. B. mittels der Statorwicklungen ein Drehfeld mit konstanter Geschwindigkeit erzeugt, das zu einer Geschwindigkeit des Motors 14 bzw. des Rotors des Motors 14 führt, die wiederum durch den Rotorlagesensor 20 gemessen werden kann.In the 3 the three phases of the control voltage A, B, C and the space vector U αβ are shown in the polar coordinate system. By specifying a in its length and its rotational speed constant space pointer is in the engine 14 z. B. by means of the stator windings generates a rotating field at a constant speed, the speed of the motor 14 or the rotor of the motor 14 leads, in turn, through the rotor position sensor 20 can be measured.

Dieses Drehfeld schleppt den Motor 14 bzw. den Rotor des Motors 14 durch die Bereiche 24, 26, wobei sich abhängig von der Reibung im Bereich 24 ein nahezu konstanter Lastwinkel φload zwischen dem Phasenlagewinkel φU des vorgegebenen Drehfelds und tatsächlich gemessenen elektrischen Rotorlagewinkel φrot einstellt. Beispielsweise würde unter der Annahme, dass keinerlei Reibung und keinerlei Gegendrehmoment vorliegt, der Lastwinkel φload ungefähr 0° (Null Grad) betragen. Im Bereich 26 ergibt sich eine lineare Abhängigkeit aufgrund der Federkonstanten der Feder 16. Der Lastwinkel φload steigt also mit zunehmendem Gegendrehmoment (Lastmoment) der Feder 16 an, da die Amplitude des Raumzeigers konstant gehalten wird. Nur durch eine Vergrößerung des Hebelarms des Rotors zur Kraft bzw. zum Angriffspunkt der Kraft des (vom Betrag her konstanten) Magnetfelds des Stators kann das zusätzlich durch die Feder 16 aufgeprägte Gegendrehmoment kompensiert werden. Dabei ist die Länge des Hebelarms hier abhängig vom Lastwinkel φload.This spinner tows the engine 14 or the rotor of the motor 14 through the areas 24 . 26 , depending on the friction in the area 24 an almost constant load angle φ load between the phase angle φ U of the predetermined rotating field and actually measured electrical rotor position angle φ sets red . For example, assuming there is no friction and no counter torque, the load angle φ load would be about 0 ° (zero degrees). In the area 26 results in a linear dependence due to the spring constant of the spring 16 , The load angle φ load thus increases with increasing counter torque (load moment) of the spring 16 because the amplitude of the space vector is kept constant. Only by an enlargement of the lever arm of the rotor to the force or to the point of application of the force of the magnetic field of the stator (constant from the amount) can be additionally by the spring 16 impressed counter torque can be compensated. The length of the lever arm here depends on the load angle φ load .

Eine Steuerspannung für den Motor 14 bzw. für den Stator des Motors 14 wird durch eine Steuerung 18 derart erzeugt, dass ein Raumzeiger mit einer Phasenlage φU im statorfesten αβ-System mit konstanter Winkelgeschwindigkeit rotiert. Das Polarkoordinatensystem kann beispielsweise mit zwei Achsen, einer α-Achse und einer β-Achse, aufgespannt werden. Dabei repräsentiert die α-Achse den Realteil und die β-Achse den Imaginärteil des Raumzeigers (der Imaginärteil kann z. B. mit dem Symbol „j” bezeichnet werden). Wirkt ein konstantes Lastmoment auf den Motor 14, kann der Raumzeiger Uαβ weiterhin in dem rotorfesten dq-System als konstanter Phasenlagenwinkel beschrieben werden. Der Rotorlagewinkel bzw. die Rotorposition φrot kann aus dem Signal des Rotorlagesensors 20 durch die Steuerung 18 bestimmt werden.A control voltage for the motor 14 or for the stator of the motor 14 is through a controller 18 generated such that a space vector with a phase angle φ U in the stator fixed αβ system rotates at a constant angular velocity. The polar coordinate system can for example be spanned with two axes, an α-axis and a β-axis. In this case, the α-axis represents the real part and the β-axis represents the imaginary part of the space vector (the imaginary part may be denoted by the symbol "j", for example). Acts a constant load torque on the engine 14 , the space vector U αβ can still be described in the rotor-fixed dq system as a constant phase angle. The rotor position angle or the rotor position φ red can be determined from the signal of the rotor position sensor 20 through the controller 18 be determined.

Während der Rotor des Rotors des Motors 14 nun den Rotorweg 22 durchfährt, werden nun die folgenden Schritte immer wieder von der Steuerung 18 (periodisch) ausgeführt, um den Berührpunkt (2) zu bestimmen.While the rotor of the rotor of the engine 14 now the rotor way 22 Now, the following steps are repeated by the controller 18 (periodically) to determine the touch point (2).

In einem ersten Schritt wird die aktuelle Rotorposition φrot des Motors 14 mit dem Rotorlagesensor 20 ermittelt. Um die Signale des Motorwegsensors 20 bzw. Rotorlagesensors 20 interpretieren zu können, kann eine Grundadaption notwendig sein, die beispielsweise aus Verfahren zur Identifikation der Rotorlage bei einem aktiven Fahrpedal bzw. einer Drosselklappe bekannt ist. Bei dieser Ausgestaltung ist z. B. kein direkt am Motor 14 angeordneter Rotorlagesensor 20 notwendig.In a first step, the current rotor position φ becomes red of the motor 14 with the rotor position sensor 20 determined. To the signals of the engine travel sensor 20 or rotor position sensor 20 To be able to interpret, a basic adaptation may be necessary, which is known for example from methods for identifying the rotor position in an active accelerator pedal or a throttle valve. In this embodiment, for. B. no directly on the engine 14 arranged rotor position sensor 20 necessary.

Aus der Rotorposition φrot kann dann der Lastwinkel φload gemäß φload = φU – φrot bestimmt werden. Der Lastwinkel φload ergibt sich also als Winkeldifferenz aus dem Phasenlagewinkel φU des Raumzeigers und dem Winkel der Rotorposition φrot.From the rotor position φ red can then load angle φ load according to φ load = φ U - φ red be determined. The load angle φ load thus results as an angular difference from the phase angle φ U of the space vector and the angle of the rotor position φ red .

4 zeigt ein Diagramm mit einem normalisierten Lastwinkel φload, der über die Zeit t aufgetragen ist und der aus einem realen Signal eines Motowegsensors 20 bzw. Rotorlagesensors 20 bestimmt wurde. Da der Raumzeiger des Stators des Motors 14 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, ist die Rotorposition φrot proportional zur Zeit t. 4 shows a diagram with a normalized load angle φ load , which is plotted over the time t and that of a real signal of a Motowegsensors 20 or rotor position sensor 20 was determined. There the space hand of the stator of the motor 14 is moved at a constant speed, the rotor position φ is red proportional to the time t.

In einem zweiten Schritt wird die Motorspannung Udq im rotorfesten dq-System berechnet gemäß Ud = U0·cos(φload) Uq = U0·sin(φload) In a second step, the motor voltage U dq is calculated in the rotor-fixed dq system according to U d = U 0 · cos (φ load ) U q = U 0 · sin (φ load )

U0 entspricht dabei der Länge des Raumzeigers Uαβ.U 0 corresponds to the length of the space vector U αβ .

Daraus kann dann das Motordrehmoment Tmot mithilfe eines inversen stationären Motormodells berechnet werden (das Motordrehmoment Tmot kann auch als das Drehmoment des Rotors angesehen werden).From this, the engine torque T mot can then be calculated by means of an inverse stationary engine model (the engine torque T mot can also be regarded as the torque of the rotor).

Figure DE102016203176B3_0002
Figure DE102016203176B3_0002

Dabei sind Ld und Lq in das dq-System transformierte Induktivitäten, Rmot ein Widerstand der Wicklung und ωel die Kreisfrequenz basierend auf dem Spannungsvektor bzw. dem Raumzeiger Uαβ. N ist die Poolpaarzahl des BLDC Motors oder einer permanenterregten Synchronmaschine, Id und Iq sind die aus dem inversen Motormodell berechneten Ströme und kmot die Motorkonstante.In this case, L d and L q are inductances transformed into the dq system, R mot is a resistance of the winding and ω el is the angular frequency based on the voltage vector or the space vector U αβ . N is the pool pair number of the BLDC motor or a permanent-magnet synchronous machine, I d and I q are the currents calculated from the inverse motor model and mot is the motor constant.

Die Fehler, die sich beim Vernachlässigen der Stromdynamik

Figure DE102016203176B3_0003
ergeben, wirken sich vernachlässigbar auf die Berechnung des Motordrehmoments Tmot aus.The mistakes that occur when neglecting the current dynamics
Figure DE102016203176B3_0003
have negligible effect on the calculation of the engine torque T mot .

5 zeigt ein Diagramm mit einem Motordrehmoment Tmot, das über eine Rotorposition φrot aufgetragen ist und das aus dem Lastwinkel φload der 4 berechnet wurde. Die Rotorposition φrot ist dabei im Pedalkoordinatensystem angegeben, wobei beispielsweise die Übersetzung eines Getriebes einbezogen wurde. 5 shows a diagram with a motor torque T mot , which is plotted in red about a rotor position φ and from the load angle φ load the 4 was calculated. The rotor position φ red is specified in the pedal coordinate system, for example, the translation of a transmission was included.

Wie aus der 5 hervorgeht, ist das Motordrehmoment Tmot in einem ersten Abschnitt 28 nahezu konstant, während es in einem zweiten Abschnitt 30 linear ansteigt. Zur Definition der Abschnitte 28, 30 wurde dabei ein Mittelabschnitt 32 des Rotorwegs 22 ausgelassen, in dem sich der Berührpunkt 34 befinden muss. Die Endpositionen der Abschnitte 28, 30 können beispielsweise fest in der Steuerung 18 vorgegeben sein. Die Endposition des ersten Abschnitts 28 kann dabei in der Nähe des Berührpunkts 34 liegen. Die Endposition des zweiten Abschnitts 30 kann dabei kurz vor oder auf dem mechanischen Endanschlag liegen (in 3 am rechten Ende).Like from the 5 is apparent, the engine torque T mot in a first section 28 almost constant while in a second section 30 increases linearly. To define the sections 28 . 30 became a middle section 32 of the rotor way 22 omitted, in which the point of contact 34 must be located. The end positions of the sections 28 . 30 for example, can be stuck in the controller 18 be predetermined. The end position of the first section 28 can be near the contact point 34 lie. The end position of the second section 30 may be just before or on the mechanical limit stop (in 3 at the right end).

Basierend auf diesen Abschnitten 28, 30 werden von der Steuerung nun Parameter für eine Leerweggerade 36 bzw. eine Federlastgerade 38 aus dem Motordrehmoment Tmot in einem dritten Schritt ermittelt.Based on these sections 28 . 30 The controller now sets parameters for a free-running straight line 36 or a spring load straight line 38 determined from the engine torque T mot in a third step.

Befindet sich der Motor 14 bzw. der Rotor des Motors 14 bzw. die Rotorposition φrot im ersten Abschnitt 28, wird als Parameter der Leerweggeraden 36, die als konstante Funktion angenommen wird, ein Leerwegmoment TL rekursiv geschätzt. Dies ist in der 6 dargestellt. Für jeden neuen Messpunkt der Rotorposition φrot wird ein zugehöriges Motordrehmoment berechnet und für die Mittelung der Leerweggeraden einbezogen. Der berechnete Mittelwert für das Leerwegmoment TL am Ende des ersten Abschnitts 28 wird dann als Parameter für die Leerweggerade 36 übernommen.Is the engine located 14 or the rotor of the motor 14 or the rotor position φ red in the first section 28 , is used as the parameter of the free-space line 36 , which is assumed to be a constant function, an idle travel torque T L is recursively estimated. This is in the 6 shown. For each new measuring point of the rotor position φ red , an associated engine torque is calculated and included for the averaging of the Leerweggeraden. The calculated mean value for the idle travel torque T L at the end of the first section 28 is then used as a parameter for the empty path 36 accepted.

Befindet sich der Motor 14 bzw. der Rotor des Motors 14 bzw. die Rotorposition φrot im zweiten Abschnitt 30, werden als Parameter der Federlastgeraden 38, die als k1·φ + k2 parametriert werden kann, deren Steigung k1 als Federkonstante und ein Offset k2 rekursiv geschätzt. Der zweite Abschnitt 30 wird z. B. ab einem Schwellwert für das Motordrehmoment definiert, welches höher ist als das maximal berechnete Motordrehmoment im ersten Abschnitt 28. Dies kann analog der Schätzung für das Leerwegmoment TL erfolgen. Die 7 zeigt die Entwicklung des Schätzwerts für die Federkonstante k1 über den zweiten Abschnitt 30. Die Schätzwerte für die Federkonstante k1 und den Offset k2 am Ende des zweiten Abschnitts 30 werden dann als Parameter für die Federlastgerade 38 übernommen.Is the engine located 14 or the rotor of the motor 14 or the rotor position φ red in the second section 30 , are used as parameters of the spring load line 38 , which can be parameterized as k 1 · φ + k 2 , whose slope k 1 is recursively estimated as a spring constant and an offset k 2 . The second section 30 is z. B. defined from a threshold value for the engine torque, which is higher than the maximum calculated engine torque in the first section 28 , This can be done analogously to the estimation for the Leerwegmoment T L. The 7 shows the evolution of the estimate of the spring constant k 1 over the second section 30 , The estimates for the spring constant k 1 and the offset k 2 at the end of the second section 30 are then used as parameters for the spring load straight 38 accepted.

Wenn der Motor 14 den kompletten Rotorweg 22 durchfahren hat, kann dann der berechnete Berührpunkt 34 aus den Schätzwerten für die Parameter TL, k1, k2 bestimmt werden. Die Position des Berührpunkts 34 auf dem Rotorweg 22 ergibt sich dabei aus der Position des Schnittpunkts der Leerweggeraden 36 und der Federlastgeraden 38.If the engine 14 the complete rotor way 22 has passed through, then the calculated touch point 34 from the estimated values for the parameters T L , k 1 , k 2 . The position of the touch point 34 on the rotor way 22 results from the position of the intersection of the Leerweggeraden 36 and the spring load line 38 ,

Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend”, „umfassend” etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

Claims (6)

Verfahren zum Bestimmen des Berührpunkts (34) einer Feder (16) eines Fahrpedalaktuators (12) mit einem Fahrpedalhebel (13), das Verfahren umfassend: – Bestromen eines Motors (14), der einen Rotor und einen Stator aufweist, des Fahrpedalaktuators (12) mit einem vordefinierten Raumzeiger, so dass der Rotor einen vordefinierten Rotorweg (22) zurücklegt; – Messen einer Rotorposition (φrot) entlang des Rotorwegs (22); – Ermitteln eines Lastwinkels (φload) entlang des Rotorwegs (22), wobei der Lastwinkel (φload) basierend auf einer Differenz eines Phasenlagewinkels (φU) des vordefinierten Raumzeigers und eines Rotorlagewinkels (φrot) bei der Rotorposition (φrot) berechnet wird; wobei ein Motordrehmoment (TMot) entlang des Rotorwegs (22) aus dem Lastwinkel (φload) ermittelt wird – Ermitteln einer Leerweggeraden (36) basierend auf dem Lastwinkel (φload) in einem ersten Abschnitt (28) des Rotorwegs (22); – Ermitteln einer Federlastgeraden (38) basierend auf dem Lastwinkel (φload) in einem zweiten Abschnitt (30) des Rotorwegs (22); – Ermitteln des Berührpunkts (34) als Schnittpunkt der Leerweggeraden (36) und der Federlastgeraden (38); wobei die Leerweggerade (36) und/oder die Federlastgerade (38) aus dem Motordrehmoment (TMot) ermittelt werden; wobei die Leerweggerade (36) auf einem über den ersten Abschnitt (28) gemittelten Leerwegmoment (TL) basiert; und/oder wobei die Leerweggerade (36) ohne Steigung mit einem konstanten Leerwegmoment (TL) parametriert ist; wobei die Federlastgerade (38) auf einer über den zweiten Abschnitt (30) gemittelten Federkonstanten (k1) basiert; und/oder wobei die Federlastgerade (38) mit einer Federkonstanten (k1) als konstante Steigung und einem Federoffsetmoment parametriert ist.Method for determining the touch point ( 34 ) a spring ( 16 ) an accelerator pedal actuator ( 12 ) with an accelerator pedal lever ( 13 ), the method comprising: - energizing an engine ( 14 ), which has a rotor and a stator, the accelerator pedal actuator ( 12 ) with a predefined space vector so that the rotor has a predefined rotor path ( 22 ) covers; Measuring a rotor position (φ red ) along the rotor path ( 22 ); Determining a load angle (φ load ) along the rotor path ( 22 ), wherein the load angle (φ load ) is calculated based on a difference of a phase angle (φ U ) of the predefined space vector and a rotor position angle (φ red ) at the rotor position (φ red ); wherein a motor torque (T Mot ) along the rotor path ( 22 ) is determined from the load angle (φ load ) - determining a free-motion straight line ( 36 ) based on the load angle (φ load ) in a first section ( 28 ) of the rotor path ( 22 ); Determining a spring load straight line ( 38 ) based on the load angle (φ load ) in a second section ( 30 ) of the rotor path ( 22 ); - determining the contact point ( 34 ) as the intersection of the free-passage lines ( 36 ) and the spring load line ( 38 ); where the empty path straight line ( 36 ) and / or the spring load line ( 38 ) are determined from the engine torque (T Mot ); where the empty path straight line ( 36 ) on one over the first section ( 28 ) averaged idle travel torque (T L ) based; and / or wherein the free-space path ( 36 ) is parameterized without a slope with a constant Leerwegmoment (T L ); the spring load straight line ( 38 ) on one over the second section ( 30 ) averaged spring constant (k 1 ); and / or wherein the spring load straight line ( 38 ) is parameterized with a spring constant (k 1 ) as a constant pitch and a spring offset torque. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Motordrehmoment (TMot) basierend auf einem mathematischen Motormodell ermittelt wird.The method of claim 1, wherein the engine torque (T Mot ) is determined based on a mathematical engine model. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Raumzeiger eine konstante Winkelgeschwindigkeit (dφU/dt) aufweist und wobei insbesondere die Länge des Raumzeigers (U0) konstant ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the space vector has a constant angular velocity (dφ U / dt) and wherein in particular the length of the space vector (U 0 ) is constant. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Parameter der Leerweggeraden (36) in dem ersten Abschnitt (28) und/oder Parameter der Federlastgerade (38) in dem zweiten Abschnitt (30) mittels eines rekursiven Mittelwerts geschätzt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein parameters of the Leerweggeraden ( 36 ) in the first section ( 28 ) and / or parameters of the spring load straight line ( 38 ) in the second section ( 30 ) are estimated using a recursive mean. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotorweg (22) in den ersten Abschnitt (28), einen Mittelabschnitt (32) und den zweiten Abschnitt (30) unterteilt ist, wobei der Mittelabschnitt (32) basierend auf einem angenommenen Berührpunkt gewählt ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the rotor path ( 22 ) in the first section ( 28 ), a middle section ( 32 ) and the second section ( 30 ), the middle section ( 32 ) is selected based on an assumed touch point. Fahrpedal (10) für ein Fahrzeug, das Fahrpedal (10) umfassend: einen Fahrpedalhebel (13); einen Fahrpedalaktuator (12) mit einem Motor (14), der einen Rotor und einen Stator aufweist, und einer Feder (16), die zwischen dem Motor (14) und dem Fahrpedalhebel (13) angeordnet ist, so dass mittels des Motors (14) über die Feder (16) haptische Signale auf dem Fahrpedalhebel (13) erzeugbar sind; eine Steuerung (18), die dazu ausgeführt ist, den Motor (14) anzusteuern, Messsignale von einem Rotorwegsensor (20) des Motors (14) zu empfangen und das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. Accelerator pedal ( 10 ) for a vehicle, the accelerator pedal ( 10 ) comprising: an accelerator pedal lever ( 13 ); an accelerator pedal actuator ( 12 ) with a motor ( 14 ), which has a rotor and a stator, and a spring ( 16 ) between the engine ( 14 ) and the accelerator pedal lever ( 13 ) is arranged so that by means of the engine ( 14 ) over the spring ( 16 ) haptic signals on the accelerator pedal lever ( 13 ) are producible; a controller ( 18 ) designed to remove the engine ( 14 ), measuring signals from a rotor travel sensor ( 20 ) of the motor ( 14 ) and to carry out the method according to one of the preceding claims.
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