DE102006058971A1

DE102006058971A1 - Verfahren zum Überprüfen einer Steuereinrichtung eines Elektromotors sowie Prüfeinrichtung

Info

Publication number: DE102006058971A1
Application number: DE102006058971A
Authority: DE
Inventors: Martin Zimmermann; Sven-Jostein Kro; Jürgen GERHART; Thomas Weber
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-01-07
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-07-12

Abstract

Bei einem Verfahren zum Überprüfen einer Steuereinrichtung eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors zur Betätigung eines Getriebes, in welcher Steuereinrichtung abhängig von den Betrieb des Elektromotors bestimmenden Betriebsparametern ein Abschaltmode aktiviert wird, in dem bei einwandfreier Funktion der Steuereinrichtung eine Bestromung einer Endstufe des Elektromotors zu dessen Antrieb wirkungslos, wird zur Überprüfung des Abschaltmodes die Endstufe bei aktiviertem Abschaltmode für ein Anlaufen des Elektromotors bestromt und ein Anlaufen des Elektromotors als Fehler gewertet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Steuereinrichtung eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors zur Betätigung eines Getriebes. Die Erfindung betrifft weiter eine Prüfeinrichtung zum Überprüfen der Funktion einer Steuereinrichtung eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors zur Betätigung eines Getriebes.

An die Sicherheit der Ansteuerung von Elektromotoren, die beispielsweise zur Betätigung automatisierter Getriebe, Kupplungen und dergleichen verwendet werden, werden hohe Anforderungen gestellt. Eine Fehlfunktion, die beispielsweise zum fehlerhaften Einlegen eines Ganges oder fehlerhafter Betätigung einer Kupplung führt, kann unmittelbar gefährliche Auswirkungen haben.

Die Steuerung solcher Elektromotoren erfolgt im Allgemeinen derart, dass zunächst ein Ansteuerungsmode bestimmt wird, der ein Betriebsmode, in dem ein aktiver Betrieb des Elektromotors möglich ist, oder ein Abschaltmode sein kann, in dem der Elektromotor nicht bestromt werden kann. Der Betriebsmode umfasst die beiden Möglichkeiten Rechtslauf und Linkslauf. Wenn der Betriebsmode aktiviert ist, kann der Elektromotor entsprechend einer Stromgröße, im Allgemeinen der Impulsweite einer Pulsweitenmodulation (PWM) bestromt werden, so dass er ein Stellglied in erwünschtem Maße verstellt.

Ein gefährlicher Zustand einer solchen Steuereinrichtung kann daraus resultieren, dass der Abschaltmode nicht einwandfrei aktiviert bzw. geschaltet ist, so dass es trotz im Abschaltmode befindlicher Steuereinrichtung dazu kommen kann, dass der Elektromotor wegen einer beispielsweise fehlerhaften Bestromung des Elektromotors bzw. der ihm vorgeschalteten Endstufe anläuft und damit ein Stellglied verstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit der Steuereinrichtung eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors zur Betätigung eines Getriebes, zu erhöhen.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Überprüfen einer Steuereinrichtung eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors zur Betätigung eines Getriebes, erzielt, in welcher Steuereinrichtung abhängig von den Betrieb des Elektromotors be stimmenden Betriebsparametern ein Abschaltmode aktiviert wird, in dem bei einwandfreier Funktion der Steuereinrichtung eine Bestromung einer Endstufe des Elektromotors zu dessen Antrieb wirkungslos ist, bei welchem Verfahren zur Überprüfung des Abschaltmodes die Endstufe bei aktiviertem Abschaltmode für ein Anlaufen des Elektromotors bestromt wird und ein Anlaufen des Elektromotors als Fehler gewertet wird.

Vorteilhafterweise ist als Abschaltmode ein „disable" Mode (Motor im stromlosen Leerlauf-Zustand) oder ein „break" Mode (Motor in gebremsten Zustand) aktivierbar und ist die Überprüfung in beiden Modes durchführbar.

Eine weitere Lösung der Erfindungsaufgabe wird mit einer Prüfeinrichtung zum Überprüfen der Funktion einer Steuereinrichtung eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors zur Betätigung eines Getriebes, erreicht, welche Steuereinrichtung enthält einen Lagerregler zum Ermitteln einer den Lauf des Elektromotors bestimmenden Stromgröße und zum Aktivieren eines Betriebsmodes oder eines Abschaltmodes der Steuereinrichtung, einen Umsetzer zur Umsetzung der Betriebsgröße und der Modes in Betriebsausgangssignale und Modeausgangssignale, eine Endstufe, deren Eingang mit dem Umsetzer und deren Ausgang mit dem Elektromotor verbunden sind, wobei bei einwandfreier Funktion der Steuereinrichtung und aktiviertem Abschaltmode der Endstufe zugeführte, eine Bestromung des Motors herbeiführende Betriebssignale keinen Lauf des Elektromotors bewirken, gekennzeichnet durch ein Prüfmodul, mit dem der Endstufe bei aktiviertem Abschaltmode ein Betriebssignal für einen Lauf des Elektromotors zuführbar sind, und ein Fehlererkennungsmodul, das ein Laufen des Elektromotors bei aus dem Prüfmodul erzeugtem Betriebssignal als Fehler erkennt.

Die Endstufe kann beispielsweise eine Brückenschaltung mit elektronischen Schaltelementen sein.

Vorteilhaft ist, zwei Abschaltmodes vorzusehen, wobei in einem „disable" Mode die Halbleiterschaltelemente geöffnet sind und in einem „break" Mode geschlossen sind und an einem gemeinsamen Pol liegen, so dass der Elektromotor gebremst ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
In den Figuren stellen dar:
1 ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung; und
2 ein Flussbild zur Erläuterung einer Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß 1 ist ein Elektromotor 10 vorgesehen, mit dem beispielsweise ein Schaltvorgang oder ein Wählvorgang eines automatisierten Schaltgetriebes durchgeführt wird.
Eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs des Elektromotors 10 enthält einen Lageregler 12, einen Umsetzer 14 und eine Endstufe 16. In dem Lageregler 12 wird aus den Eingängen des Lagereglers 12 zugeführten Signalen, die Betriebsparameter eines Fahrzeugantriebsstrangs darstellen, wie beispielsweise die Wählstellung eines Wählhebels, die Drehzahl eines Antriebsmotors, die Stellung eines Fahrpedals, einen gerade eingelegten Gang und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs usw., ein Ansteuerungsmode bestimmt. Der Ansteuerungsmode, entsprechend dem der Betrieb des Elektromotors gesteuert wird, kann ein Betriebsmode sein, beispielsweise ein „enable" Mode, in dem der Elektromotor 10 durch entsprechende Bestromung in Betrieb gesetzt werden kann. Der „enable" Mode ist unterteilt in einen Rechtslaufmode und einen Linkslaufmode. Die letztgenannten Modes bestimmen die Laufrichtung des Elektromotors bei dessen Bestromung. Der Ansteuerungsmode kann weiter ein Abschaltmode sein, in dem eine direkte Bestromung des Elektromotors 10, um diesen anzutreiben, nicht möglich ist. Es sind vorteilhaft zwei Abschaltmodes möglich, ein „disable" Mode, in dem der Motor sich „im Leerlauf" befindet, und ein „break" Mode, in dem der Elektromotor 10 gebremst wird und dadurch ein höheres Haltemoment hat.
Weiter wird im Lageregler 12 bei einer Abweichung zwischen einer Ist-Position eines Stellgliedes und einer Soll-Position eine Stromgröße bestimmt, die das Moment bzw. die Drehzahl des Elektromotors 10 bestimmt und beispielsweise die Pulsweite eines dem Elektromotor 10 zugeführten Pulsweitenmodulationssignals (PWM-Signal) festlegt.
An einem ersten Ausgang 18 erzeugt der Lageregler 12 das den jeweiligen Steuermode bestimmende Modesignal. An einem weiteren Ausgang 19 erzeugt er das PWM-Signal. Die Ausgänge 18 und 20 sind der Einfachheit halber einpolig dargestellt. Es versteht sich, dass mehrere Ausgänge mit entsprechenden Signalen vorhanden sein können.
Die Umsetzung des Modesignals und des PWM-Signals in Signale, die die Einstellung der Endstufe 16 bestimmen, erfolgt in dem Umsetzer 14.
Je nach Ausbildung des Elektromotors 10 als Bürstenmotor oder als bürstenloser EC-Motor ist die Endstufe 16 beispielsweise als eine H-Brücke mit vier FETs (Feldeffekttransistor) oder als B-Brücke (6 FETs) aufgebaut. Die H-Brücke wird für die Ansteuerung von Bürstenmotoren, die B-Brücke für bürstenlose EC-Motoren verwendet. In beiden Fällen wird der Elektromotor 10 kommutiert, was entweder mechanisch, direkt über die Kohlebürste und den Kommutator des Elektromotors geschieht, oder beim bürstenlosen Motor elektronisch über die Kommutierung der FETs und dem dadurch erzeugten Drehfeld. Am Ausgang 22 des Umsetzers 14 liegt ein Signal, das den Steuermode bestimmt, am Ausgang 24 liegt ein Signal, das die Bestromung des Elektromotors 10 bestimmt. Im „disable" Mode sind alle FETs der Endstufe 16 geöffnet bzw. hochohmig, so dass der Elektromotor 10 bei richtiger Schaltung der FETs bzw. der Endstufe nicht bestromt werden kann. Im „break" Mode sind alle FETs an den Plus- oder Massepol angeschlossen, wodurch der Elektromotor 10 gebremst ist und ein höheres Haltemoment entwickelt. Auch in diesem Mode kann, wenn der Mode einwandfrei aktiviert ist, keine Bestromung des Elektromotors 10 aus der Endstufe 16 heraus erfolgen.
Der bisher beschriebene Aufbau der Steuereinrichtung ist an sich bekannt.
In der beschriebenen Steuereinrichtung sind beispielsweise folgende Fehler denkbar:

– Die im Lageregler 12 berechnete Stromgröße zur Bestromung des Elektromotors 10 ist nicht korrekt, so dass am Ausgang 24 ein nicht korrektes PWM-Signal liegt.
– Der gewünschte Mode ist am Ausgang des Umsetzers 14 falsch eingestellt oder im Lageregler 12 falsch berechnet.

Jeder der genannten Fehler kann durch einen Einfachfehler hervorgerufen werden. Schaltet der Lageregler die Bestromung ab (PWM=0), dann aktiviert der Lageregler bei einwandfreier Funktion gleichzeitig einen der Abschaltmodes, nämlich den „disable" Mode oder den „break" Mode. Die erwartete Reaktion sowohl bei einem kraftfreien System oder auch bei einem System in einer vorgespannten Lage ist, dass sich die aktuelle Position des vom Elektromotor 10 betätigten Stellgliedes nicht ändert. Ein gleiches Verhalten würde sich ergeben, wenn bei Null Bestromungsvorgabe (PWM=0) der Ansteuerungsmode auf „enable" mit Rechts- oder Linkslauf eingestellt wäre. Dieser Einfachfehler ist als solcher nicht detektierbar; es handelt sich um einen so genannten nicht erkannten bzw. schlafenden Fehler.
Würde das Bestromungssignal vom Umsetzer 14 falsch umgesetzt, so ist dieser Fehler erkennbar, da er zu einer unerwarteten Systemreaktion führt. Der Lageregler bzw. ein Überwa chungssystem kann im Notfall durch Veränderung des aktuellen Mode von „enable" auf „disable" oder „break" die falsche PWM-Vorgabe unwirksam machen.
Wenn sich jedoch der Mode nicht auf „disable" ändern lässt (schlafender Fehler), so wäre die falsche Bestromung nicht abschaltbar.
Um einen solchen Fehler zu vermeiden, sind erfindungsgemäß ein Prüfmodul 26 und ein Überwachungsmodul 28 vorgesehen. Mit Hilfe des Prüfmoduls 26 ist der Endstufe 16 ein einer Bestromung des Elektromotors 10 entsprechendes PWM-Signal zuführbar. Mit dem Überwachungsmodul 28 ist feststellbar, ob der Elektromotor 10 tatsächlich von der Endstufe 16 mit Strom beaufschlagt wird.
Zur Steuerung der Module 26 und 28 dient ein Prüfsteuermodul 30, das einen beispielsweise mit einem nicht dargestellten Systemsteuergerät verbundenen Eingang 32 hat.
Die Funktion der beschriebenen Schaltung wird im Folgenden anhand 2 erläutert. Sei im Schritt 60 angenommen, dass der Lageregler 12 als Ansteuerungsmode „disable" oder „break" aktiviert hat. In dem nicht dargestellten Systemsteuergerät, das mit dem Lageregler 12 und dem Prüfsteuermodul 30 beispielsweise über einen Bus verbunden ist, wird dann ein Prüfzyklus ausgelöst, in dem das Prüfsteuermodul 30 aktiviert wird, woraufhin das Prüfmodul 26 im Schritt 62 ein Bestromungs- bzw. PWM-Signal an die Endstufe 16 schickt. Wenn anschließend im Schritt 64 vom Überwachungsmodul 28 festgestellt wird, dass auf das vom Prüfmodul 26 erzeugte PWM-Signal hin der Elektromotor 10 entsprechend bestromt wird, so deutet dies auf einen fehlerhaften Ansteuerungsmode, so dass im Schritt 66 im Überwachungsmodul 28 eine entsprechende Fehlerreaktion und/oder Anzeige ausgelöst wird.
Wenn im Schritt 64 festgestellt wird, dass der Elektromotor 10 nicht bestromt wird, so wird im Schritt 68 festgestellt, dass der Ansteuerungsmode fehlerfrei ist, so dass der Überprüfungszyklus ebenso wie nach der Fehlerfeststellung des Ansteuerungsmodes in Schritt 66 im Schritt 70 beendet wird. Wenn in Schritt 60 festgestellt wird, dass weder der „disable" noch der „break" Ansteuerungsmode aktiviert ist, so wird der Prüfzyklus unmittelbar in Schritt 70 beendet.
Die beispielhaft beschriebene Erfindung kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Beispielsweise können die in 1 dargestellten Blöcke in unterschiedlicher Weise hardwaremäßig und softwaremäßig aufgeteilt sein und zusammengefasst sein. Das Überwachungsmo dul 28 muss nicht zwingend die Bestromung des Elektromotors 10 detektieren, sondern kann beispielsweise das Drehmoment detektieren oder unmittelbar ein Drehen des Elektromotors 10 feststellen.

10: Elektromotor
12: Lageregler
14: Umsetzer
16: Endstufe
18: Ausgang
20: Ausgang
22: Ausgang
24: Ausgang
26: Prüfmodul
28: Überwachungsmodul
30: Prüfsteuermodul
32: Eingang

Claims

Verfahren zum Überprüfen einer Steuereinrichtung eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors zur Betätigung eines Getriebes, in welcher Steuereinrichtung abhängig von den Betrieb des Elektromotors bestimmenden Betriebsparametern ein Abschaltmode aktiviert wird, in dem bei einwandfreier Funktion der Steuereinrichtung eine Bestromung einer Endstufe des Elektromotors zu dessen Antrieb wirkungslos ist, bei welchem Verfahren zur Überprüfung des Abschaltmodes die Endstufe bei aktiviertem Abschaltmode für ein Anlaufen des Elektromotors bestromt wird und ein Anlaufen des Elektromotors als Fehler gewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Abschaltmode ein „disable" Mode (Motor im stromlosen Leerlauf-Zustand) oder ein „break" Mode (Motor in gebremsten Zustand) aktivierbar ist und die Überprüfung in beiden Modes durchführbar ist.
Prüfeinrichtung zum Überprüfen der Funktion einer Steuereinrichtung eines Elektromotors (10), insbesondere eines Elektromotors zur Betätigung eines Getriebes, welche Steuereinrichtung enthält einen Lageregler (12) zum Ermitteln einer den Lauf des Elektromotors bestimmenden Stromgröße und zum Aktivieren eines Betriebsmodes oder eines Abschaltmodes der Steuereinrichtung, einen Umsetzer (14) zur Umsetzung der Betriebsgröße und der Modes in Betriebsausgangssignale und Modeausgangssignale, eine Endstufe (16), deren Eingang mit dem Umsetzer und deren Ausgang mit dem Elektromotor verbunden sind, wobei bei einwandfreier Funktion der Steuereinrichtung und aktiviertem Abschaltmode der Endstufe zugeführte, eine Bestromung des Motors herbeiführende Betriebssignale keinen Lauf des Elektromotors bewirken, gekennzeichnet durch ein Prüfmodul (26), mit dem der Endstufe (16) bei aktiviertem Abschaltmode ein Betriebssignal für einen Lauf des Elektromotors (10) zuführbar sind, und ein Fehlererkennungsmodul (28), das ein Laufen des Elektromotors bei aus dem Prüfmodul erzeugtem Betriebssignal als Fehler erkennt.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufe (16) eine Brückenschaltung mit elektronischen Schaltelementen ist.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Abschaltmodes vorgesehen sind, wobei in einem „disable" Mode die Halbleiterschaltelemente geöffnet sind und in einem „break" Mode geschlossen sind und an einem gemeinsamen Pol liegen, so dass der Elektromotor gebremst ist.