DE102006011807A1 - Verfahren zur Fehlererkennung an einem Aktuator - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Fehlererkennung an einem Aktuator (2). Aufgrund einer an einem Eingang des Aktuators (2) anliegenden Stellgröße (1), welche von einer Steuereinheit, beispielsweise eines automatischen bzw. automatisierten Schaltgetriebes oder einer automatisierten Kupplung, erzeugt wird, wird am Ausgang des Aktuators (2) ein Signal für die gemessene Aktuatorposition (4) erzeugt. Das Signal für die gemessene Aktuatorposition (4) wird an einen Eingang einer Signalaufbereitungseinheit (5) angelegt, welche daraus eine gemessene Aktuatorbewegung (6) ermittelt. Die Stellgröße (1) wird auch an einen Eingang einer Modelleinheit (3) angelegt, welche daraus eine zu erwartende Aktuatorbewegung berechnet. Die gemessene Aktuatorbewegung (6) und die berechnete Aktuatorbewegung (7) werden einer Recheneinheit (8) zugeführt, welche an ihrem Ausgang ein für die Funktionsfähigkeit des Aktuators (2) und die Funktionsfähigkeit des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition (4) entsprechendes Statussignal (9) erzeugt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung an einem Aktuator nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Im Zusammenhang mit automatischen bzw. automatisierten Schaltgetrieben oder Kupplungen ist es bekannt, mittels Sensoren eine Messgröße abzuleiten, welche die Position eines Aktuators anzeigt. Da jedoch ein Sensor zur Erfassung der Position eines Aktuators ausfallen kann, ist die vom Sensor angezeigte Aktuatorposition nicht unbedingt zuverlässig. Eine Überwachung der Aktuatorposition ist daher im Zusammenhang mit der Sicherheitsüberwachung bei automatischen bzw. automatisierten Schaltgetrieben äußerst ratsam.
  • Aus der DE 101 37 597 A1 ist ein Verfahren zur Fehlerdiagnose an einem Kupplungsaktuator bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Stellgröße an einen Eingang des Kupplungsaktuators angelegt. In Abhängigkeit von dieser Stellgröße wird an einem Ausgang des Kupplungsaktuators von einem Sensor ein entsprechendes elektrisches Signal für die gemessene Aktuatorposition erzeugt. Durch dieselbe Stellgröße wird durch eine Aktuatormodelleinheit eine zu erwartende Aktuatorposition berechnet und am Ausgang der Aktuatormodelleinheit bereitgestellt. Die Signale für die gemessene Aktuatorposition und die erwartete Aktuatorposition werden in einer Vergleichseinheit miteinander verglichen. Das am Ausgang der Vergleichseinheit anliegende Signal wird einer Recheneinheit zugeführt, welche an ihrem Ausgang ein entsprechendes Statussignal erzeugt. Bei einer näherungsweisen Übereinstimmung der Signale für die gemessene und die geschätzte Aktuatorposition wird von der Recheneinheit aufgrund eines Auswertealgorithmus auf einen funktionsfähigen Kupplungsaktuator und einen funktionsfähigen Sensor zur Ermittlung der Position des Kupplungsaktuators geschlossen. Bei großen Abweichungen zwischen den Signalen für die gemessene und die erwartete Aktuatorposition wird dagegen auf einen Fehler des Kupplungsaktuators und/oder des Sensors zur Ermittlung der Position des Kupplungsaktuators geschlossen.
  • Bei dem beschriebenen Verfahren zur Fehlerdiagnose wird die gemessene Aktuatorposition mit einer modellbasierten Aktuatorposition verglichen. Da das Modell zur Berechnung der Aktuatorposition von der Realität abweicht, weil beispielsweise das Verhalten des Systems nicht exakt modelliert werden kann, ergibt sich bei jedem Berechnungsschritt eine Abweichung zwischen der tatsächlichen und der berechneten und damit erwarteten Position des Kupplungsaktuators. Um hierbei ein zunehmendes Auseinanderdriften der tatsächlichen und der berechneten Aktuatorpositionen zu vermeiden wird in der DE 101 37 597 A1 das Ausgangssignal der Vergleichseinheit, welches sich aus der gemessenen und der berechneten Aktuatorposition bildet, zum Eingang der Aktuatormodelleinheit zurückgeführt und ausgewertet.
  • Tritt nun eine Störung der gemessenen Aktuatorposition auf, so wird diese durch die Rückführung des Ausgangssignals der Vergleichseinheit in das Aktuatormodell und somit auf die berechnete Aktuatorposition übertragen. Der Nachteil hierbei ist, dass die gestörte Aktuatorposition durch die Rückführung zum Aktuatormodell im Modellwert enthalten ist und dadurch Störungen der gemessenen Aktuatorposition eventuell nicht erkannt werden.
  • Ein Kupplungsmodell beruht üblicherweise darauf, dass die Positionsänderung aufgrund einer Ventilansteuerung kontinuierlich berechnet und diese berechnete Größe integriert wird. Da dieses Kupplungsmodell von einem Digitalrechner berechnet wird, liegen Positionsänderungen nur zu diskreten Zeitpunkten vor. Diese Positionsänderungen beziehen sich auf den Zeitraum zwischen zwei Berechnungsschritten. Dadurch wird es notwendig, statt dem Integrieren der Positionsänderung ein Aufsummieren durchzuführen. Um diese Gleichung mit einem Digitalrechner lösen zu können, muss die Differenzialgleichung in eine Differenzengleichung umgewandelt werden. Da das Kupplungs modell üblicherweise von der Realität abweicht, weil beispielsweise das Verhalten des Systems nicht exakt modelliert werden kann, ergibt sich bei jedem Berechnungsschritt eine Abweichung zwischen der tatsächlichen und der berechneten Position des Kupplungsaktuators. Hierdurch wird ersichtlich, dass sich prinzipbedingt ein Unterschied zwischen der berechneten und der gemessenen Position einstellt, welcher sich mit der Zeit aufsummiert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fehlererkennung an einem Aktuator darzustellen, welches eine zuverlässige Überwachung der Position des Aktuators gewährleistet und die Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
    •
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes Verfahren zur Fehlererkennung an einem Aktuator gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fehlererkennung an einem Aktuator wird eine Stellgröße gleichzeitig an einen Eingang eines Aktuators und an einen Eingang einer Modelleinheit angelegt. Die Stellgröße wird von einer Steuereinheit erzeugt, beispielsweise von der Steuereinheit eines automatischen bzw. automatisierten Schaltgetriebes oder einer automatisierten Kupplung. In der Modelleinheit können für alle möglichen Stellgrößen für den Aktuator erwartete Aktuatorbewegungen berechnet werden. In Abhängigkeit von der am Eingang angelegten Stellgröße wird an einem Ausgang des Aktuators von einem Sensor ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Dieses Signal entspricht der gemessenen Aktuatorposition und wird an eine Signalaufbereitungseinheit weitergeleitet. Über diese Signalaufbereitungseinheit wird mittels der gemessenen Aktuatorposition die tatsächliche Positionsänderung des Aktuators, also die tatsächliche Aktuatorbewegung, bestimmt. In der Modelleinheit wird anhand der am Eingang angelegten Stellgröße die Positionsänderung des Aktuators, also die Aktuatorbewegung, modellbasiert berechnet. Die modellba sierte Positionsänderung und die tatsächliche Positionsänderung des Aktuators werden an Eingänge einer Recheneinheit angelegt. In dieser Recheneinheit werden die modellbasierte und die tatsächliche Positionsänderung des Aktuators miteinander verglichen und über einen entsprechenden Algorithmus ausgewertet. Am Ausgang der Recheneinheit wird ein entsprechendes Statussignal ausgegeben. Bei einer näherungsweisen Übereinstimmung der Signale für die gemessene und die berechnete Positionsänderung wird am Ausgang der Recheneinheit ein Statussignal ausgegeben, durch welches die Funktionsfähigkeit des Aktuators und des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition signalisiert wird. Ergibt sich zwischen der gemessenen und der berechneten Aktuatorbewegung eine größere Abweichung, so kann auf einen Fehler des Aktuators und/oder des Sensors geschlossen werden.
  • Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Aktuatorbewegung am Sensor und die Aktuatorbewegung des Modells nur über einen definierten Zeitraum ermittelt werden, wodurch ein Auseinanderdriften der gemessenen und der berechneten Aktuatorposition verhindert wird. Dieser Zeitraum wird nicht zu groß gewählt und umfasst daher etwa 10 bis 20 Rechenzyklen. Durch das Aufsummieren der Bewegungen über typischerweise 10 bis 20 Rechenzyklen beschränkt sich der auftretende Fehler auf das 10 bis 20 fache des Fehlers eines Rechenzyklus. Dieser maximal auftretende Fehler wird beim Vergleich der Positionsänderung von Sensor und Modell berücksichtigt, wodurch eine Störung des Aktuators und/oder des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition sicher erkannt wird. Eine Rückführung der gemessenen Aktuatorposition in die Modelleinheit ist somit nicht mehr notwendig.
    •
  • Im Folgenden wird das Grundprinzip der Erfindung an Hand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung zur Überwachung eines Aktuators.
  • Das Blockschaltbild 10 der Figur besteht aus einem Aktuator 2, einer Modelleinheit 3, einer Signalaufbereitungseinheit 5 und einer Recheneinheit 8. Durch eine Steuereinheit, beispielsweise eines automatischen Schaltgetriebes, welche hier nicht dargestellt ist, wird zur Betätigung des Aktuators 2 eine entsprechende Stellgröße 1 sowohl an den Aktuator 2 als auch an die Modelleinheit 3 angelegt. In Abhängigkeit von der angelegten Stellgröße 1 wird an einem Ausgang des Aktuators 2 von einem Sensor ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Dieses Signal, welches die gemessene Aktuatorposition 4 darstellt, wird erfindungsgemäß an eine Signalaufbereitungseinheit 5 angelegt. In der Signalaufbereitungseinheit 5 wird aus dem Positionssignal des Sensors die Positionsänderung des Aktuators, also die Aktuatorbewegung, abgeleitet. Am Ausgang der Signalaufbereitungseinheit 5 wird nun die gemessene Aktuatorbewegung 6 bereitgestellt. Die Stellgröße 1 wird ebenso an die Modelleinheit 3 angelegt. In Abhängigkeit der angelegten Stellgröße 1 wird in der Modelleinheit 3 eine zu erwartende Aktuatorbewegung berechnet. Die berechnete Aktuatorbewegung 7 wird am Ausgang der Modelleinheit 3 zu Verfügung gestellt. Die gemessene Aktuatorbewegung 6 und die berechnete Aktuatorbewegung 7 werden an Eingänge einer Recheneinheit 8 angelegt, in der Recheneinheit 8 miteinander verglichen und über einen entsprechenden Algorithmus ausgewertet. Am Ausgang der Recheneinheit 8 wird ein entsprechendes Statussignal 9 ausgegeben. Ergibt sich beim Vergleich der gemessenen Aktuatorbewegung 6 mit der berechneten Aktuatorbewegung 7 eine größere Abweichung, so kann auf einen Fehler des Aktuators 2 und/oder des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition 4, bzw. auf einen Fehler der Messdatenerfassung geschlossen werden. Bei einer näherungsweisen Übereinstimmung der Signale für die gemessene und die berechnete Aktuatorbewegung 6, 7 wird am Ausgang der Recheneinheit 8 ein Statussignal 9 ausgegeben, durch welches die Funktionsfähigkeit des Aktuators 2 und des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition 4 signalisiert wird.
  • Die gemessene Aktuatorbewegung 6 am Sensor und die berechnete Aktuatorbewegung 7 des Modells werden dabei nur über einen definierten Zeitraum erfasst, welcher nicht zu groß gewählt wird. Ein typischer Zeitraum für die Erfassung der Aktuatorbewegungen 6, 7 umfasst beispielsweise 10 bis 20 Rechenzyklen. Durch das Aufsummieren der Aktuatorbewegungen 6, 7 über einen Zeitraum von 10 bis 20 Rechenzyklen beschränkt sich der auftretende Fehler auf das 10 bis 20 fache des Fehlers eines Rechenzyklus. Dieser maximal auftretende Fehler wird beim Vergleich der Positionsänderungen von Sensor und Modell berücksichtigt, wodurch eine Störung des Aktuators 2 und/oder des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition 4 sicher signalisiert werden kann.
    • 1
    Stellgröße
    2
    Aktuator
    3
    Modelleinheit
    4
    gemessene Aktuatorposition
    5
    Signalaufbereitungseinheit
    6
    gemessene Aktuatorbewegung
    7
    berechnete Aktuatorbewegung
    8
    Recheneinheit
    9
    Statussignal
    10
    Blockschaltbild

Claims (4)

  1. Verfahren zur Fehlererkennung an einem Aktuator (2), wobei aufgrund einer an einem Eingang des Aktuators (2) anliegenden Stellgröße (1), welche von einer Steuereinheit, beispielsweise eines automatischen bzw. automatisierten Schaltgetriebes oder einer automatisierten Kupplung, erzeugt wird, am Ausgang des Aktuators (2) ein Signal für die gemessene Aktuatorposition (4) erzeugt wird und die Stellgröße (1) auch an einen Eingang einer Modelleinheit (3) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal für die gemessene Aktuatorposition (4) an eine Signalaufbereitungseinheit (5) angelegt wird, welche daraus eine gemessene Aktuatorbewegung (6) ermittelt und die Modelleinheit (3) eine zu erwartende Aktuatorbewegung (7) berechnet, wobei die gemessene Aktuatorbewegung (6) sowie die berechnete Aktuatorbewegung (7) über einen definierten Zeitraum erfasst und einer Recheneinheit (8) zugeführt werden, welche an ihrem Ausgang ein für die Funktionsfähigkeit des Aktuators (2) und die Funktionsfähigkeit des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition (4) entsprechendes Statussignal (9) erzeugt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer näherungsweisen Übereinstimmung des Signals für die gemessene Aktuatorbewegung (6) und des Signals für die berechnete Aktuatorbewegung (7) von der Recheneinheit (8) ein Statussignal (9) erzeugt wird, welches die Funktionsfähigkeit des Aktuators (2) und die Funktionsfähigkeit des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition (4) signalisiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten einer vorgegebenen zulässigen Abweichung zwischen dem Signal für die gemessene Aktuatorbewegung (6) und dem Signal für die berechnete Aktuatorbewegung (7) von der Recheneinheit (8) ein Statussig nal (9) erzeugt wird, welches einen Fehler des Aktuators (2) und/oder des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition (4) signalisiert.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum zur Ermittlung der tatsächlichen und der berechneten Aktuatorbewegung (6, 7) etwa 10 bis 20 Rechenzyklen aufweist.
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