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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines pneumatischen Betätigungsmittels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
EP 2 016 302 B1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines pneumatischen Betätigungsmittels zur Betätigung einer pneumatisch betätigten Vorrichtung, wie zum Bespiel einer pneumatisch betätigten Anfahrkupplung eines Kraftfahrzeugs, bekannt. Nach diesem Stand der Technik umfasst das pneumatische Betätigungsmittel einen Kolben, der in einem Pneumatikzylinder axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Kolben abhängig von einem Pneumatikdruck in einem Druckraum des Pneumatikzylinders verlagert wird. Der Druck im Druckraum des Pneumatikzylinders ist über ein Schaltventil einstellbar, welches von einer Steuerungseinrichtung angesteuert wird. Zur Erhöhung des Drucks im Druckraum nimmt das Schaltventil eine erste Stellung ein, wobei in dieser ersten Stellung dem Druckraum über das Schaltventil Druckluft zugeführt werden kann, um den Druck im Druckraum des Zylinders zu erhöhen. In einer zweiten Position des Schaltventils kann hingegen zur Erniedrigung des Drucks im Druckraum Druckluft aus dem Druckraum in Richtung auf eine Druckmittelsenke abgeleitet werden.
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Nach der
EP 2 016 302 B1 wird das pneumatische Betätigungsmittel derart angesteuert, dass einer beabsichtigten Bewegungsrichtung des Kolbens eine der beabsichtigten Bewegungsrichtung entgegen gesetzte Bewegungsrichtung voran geht. Hierdurch wird eine auf das Betätigungsmittel wirkende äußere Kraft größer, wodurch mögliche Stick-Slip-Effekte überwunden werden können.
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Bei der Verwendung pneumatischer Betätigungsmittel zur Ansteuerung einer Anfahrkupplung oder zur Ansteuerung von Kupplungen oder Bremsen eines automatisierten Schaltgetriebes werden an die Dynamik sowie Stellgenauigkeit hohe Anforderungen gestellt.
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Bislang bereitet es Schwierigkeiten, diese hohen Anforderungen an Dynamik sowie Stellgenauigkeit pneumatischer Betätigungsmittel uneingeschränkt zu erfüllen. Vielmehr ist die Dynamik pneumatischer Betätigungsmittel bislang durch Totzeiten eingeschränkt.
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Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren zur Ansteuerung eines pneumatischen Betätigungsmittels, mit welchem Totzeiten verringert werden können.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung eines Betätigungsmittels zu schaffen, mit welchem Totzeiten reduziert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird eine Vorsteuerkomponente für die Ansteuerung abhängig von mindestens einer Gleitreibungskraft und/oder mindestens einer Haftreibungskraft des pneumatischen Betätigungsmittels.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, eine Vorsteuerkomponente für die Ansteuerung des pneumatischen Betätigungsmittels abhängig von mindestens einer Gleitreibungskraft und/oder mindestens einer Haftreibungskraft zu bestimmen. Bei der Verlagerung des Kolbens des Betätigungsmittels zu überwindende Reibungskräfte werden demnach erfindungsgemäß durch die Vorsteuerkomponente berücksichtigt, wodurch Totzeiten verringert oder gar vollständig eliminiert werden können. Dadurch kann die Dynamik eines pneumatischen Betätigungsmittels zur Betätigung einer pneumatisch betätigten Vorrichtung erhöht werden.
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Weiterhin ist es durch diese Vorsteuerkomponente möglich, die Stellgenauigkeit zu steigern.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird dann, wenn der Kolben des Betätigungsmittels unter Beibehaltung seiner vorherigen Bewegungsrichtung aus dem Stillstand heraus in einer definierten Bewegungsrichtung in Bewegung gesetzt werden soll, die Vorsteuerkomponente so gewählt, dass dieselbe geeignet ist, gerade bzw. ausschließlich bzw. genau den Unterschied bzw. die Differenz zwischen der in der definierten Bewegungsrichtung wirkenden Gleitreibungskraft und der in der definierten Bewegungsrichtung wirkenden Haftreibungskraft zu überwinden bzw. diesem Unterschied bzw. die Differenz entspricht.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird dann, wenn der Kolben des Betätigungsmittels unter Umkehr seiner vorherigen Bewegungsrichtung aus dem Stillstand heraus in einer definierten Bewegungsrichtung in Bewegung gesetzt werden soll, die Vorsteuerkomponente so gewählt, dass dieselbe geeignet ist, gerade bzw. ausschließlich bzw. genau den Unterscheid bzw. die Differenz zwischen der in definierten Bewegungsrichtung wirkenden Gleitreibungskraft und der in der definierten Bewegungsrichtung wirkenden Haftreibungskraft und den Unterschied bzw. die Differenz zwischen der in definierten Bewegungsrichtung wirkenden und der entgegen gesetzt zur definierten Bewegungsrichtung wirkenden Gleitreibungskraft zu überwinden bzw. diesen Unterschieden bzw. diesen Differenzen entspricht.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird dann, wenn sich der Kolben im Stillstand befindet und die nächste Bewegungsrichtung desselben nicht bekannt ist, die Vorsteuerkomponente für die Ansteuerung so gewählt, dass dieselbe dem halben Unterschied bzw. der halben Differenz zwischen den in entgegen gesetzten Bewegungsrichtungen wirkenden Haftreibungskräften entspricht.
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Vorzugsweise sind die der in der definierten Bewegungsrichtung wirkende Gleitreibungskraft und die Haftreibungskraft des Kolbens sowie die in entgegen gesetzter Bewegungsrichtung wirkende Gleitreibungskraft und die Haftreibungskraft des Kolbens jeweils abhängig von der Position desselben.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematisierte Darstellung eines pneumatischen Betätigungsmittels; und
- 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines pneumatischen Betätigungsmittels, welches der Betätigung einer pneumatisch betätigten Vorrichtung, wie zum Beispiel einer Anfahrkupplung eines Kraftfahrzeugs oder eines Schaltelements eines automatisierten Schaltgetriebes, dient.
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1 zeigt ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines pneumatischen Betätigungsmittels 1, welches gemäß 1 als Kolben-ZylinderAnordnung ausgebildet ist. Das Betätigungsmittel 1 wird über eine Druckregelungsvorrichtung 2 angesteuert.
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Das Betätigungsmittel 1 umfasst einen Kolben 3, der in einem Pneumatikzylinder 4 axial verschiebbar angeordnet ist, wobei mit dem Kolben 3 eine Kolbenstange 5 gekoppelt ist. Zwischen dem Kolben 3 und dem Pneumatikzylinder 4 kann ein Dichtmittel 6 positioniert sein. Ist das Betätigungsmittel 1 betätigt, so wirkt im Ausführungsbeispiel der 1 auf die Kolbenstange 5 eine äußere Kraft Fein.
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Wie bereits ausgeführt, wird das pneumatische Betätigungsmittel 1 durch die Druckregelungsvorrichtung 2 angesteuert, wobei durch die Druckregelungsvorrichtung 2 ein Druck in einem Druckraum 7 des Betätigungsmittel 1 eingestellt werden kann. Soll in 1 der Kolben 3 nach rechts bewegt werden, so muss der Druck im Druckraum 7 erhöht werden. Soll hingegen der Kolben 3 in 1 nach links bewegt werden, so muss der Druck im Druckraum 7 verringert werden. Die Bewegung des Kolbens 3 kann zum Beispiel über ein Wegmesssystem 8 registriert werden, beispielsweise über einen am Betätigungsmittel 1 intern oder extern angeordneten Wegsensor.
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Im exemplarischen Ausführungsbeispiel der 1 umfasst die Druckregelungsvorrichtung 2 eine Druckerzeugungsvorrichtung 9, zum Bespiel eine Pumpe, welche die Druckluft des pneumatischen Betätigungsmittels auf einen sogenannten Hauptdruck bringt. Dieser Hauptdruck liegt an einer Hauptdruckleitung 15 an, die mit einem Druckmittelspeicher 10 verbunden ist. Im Druckmittelspeicher 10 wird ein vergleichsweise großes Volumen der von der Druckerzeugungsvorrichtung 9 auf den Hauptdruck gebrachten Druckluft zwischengespeichert, da die Druckerzeugungsvorrichtung 9 typischerweise diskontinuierlich arbeitet. An der Hauptdruckleitung 15 ist ein Druckregulierungsmittel 11 angeordnet, beispielsweise ein 2/2-Wegeventil oder ein Proportionalventil. Durch das Druckregulierungsmittel 11 wird eine Verbindung zwischen der Hauptdruckleitung 15 und einer Steuerdruckleitung 16, die zwischen dem Druckregulierungsmittel 11 und einem Schaltventil 12 verläuft, bedarfsgerecht hergestellt. Beim Schaltventil 12 kann es sich zum Bespiel um ein 3/2-Wegeventil handeln. Über das Schaltventil 12 wird eine Verbindung zwischen der Steuerdruckleitung 16 und einer Druckmittelleitung eingestellt oder unterbrochen, wobei die Druckmittelleitung 17 zwischen dem Schaltventil 12 und dem Druckraum 7 des pneumatischen Betätigungsmittels 1 verläuft.
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Am Schaltventil 12 greift weiterhin eine Rückflussleitung 18 an, die sich zwischen dem Schaltventil 12 und einer Druckluftsenke 14 erstreckt. Bei der Druckluftsenke 14 handelt es sich um die Umgebung.
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Die Druckerzeugungsvorrichtung 9, das Druckregulierungsmittel 11 sowie das Schaltventil 12 werden von einer Steuerungseinrichtung 13 angesteuert, wobei dieselben über Signalleitung 19, 20 und 21 mit der Steuerungseinrichtung gekoppelt sind. Über die Steuerungseinrichtung 13 werden Steuersignale an das Druckregulierungsmittel 11, das Schaltventil 12 und die Druckerzeugungsvorrichtung 9 angelegt, um den im Druckraum 7 herrschenden Druck einzustellen und so den Kolben 3 des pneumatischen Betätigungsmittel 1 zur Betätigung einer pneumatisch betätigten Vorrichtung zu verlagern.
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Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird zur Reduzierung oder gar Eliminierung von Totzeiten in der Ansteuerung des pneumatischen Betätigungsmittels 1 von der Steuerungseinrichtung 13 eine Vorsteuerkomponente abhängig von mindestens einer Gleitreibungskraft und/oder mindestens einer Haftreibungskraft des pneumatischen Betätigungsmittels 1, nämlich im gezeigten Ausführungsbeispiels des Kolbens 3 des pneumatischen Betätigungsmittels 1, bestimmt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Ansteuerung des Betätigungsmittels 1, insbesondere beim Verlagern des Kolbens 3, Reibungen überwunden werden müssen, bevor sich der Kolben 3 tatsächlich in Bewegung setzt. Die Vorsteuerkomponente, die erfindungsgemäß abhängig von mindestens einer Gleitreibungskraft und/oder mindestens einer Haftreibungskraft des pneumatischen Betätigungsmittels 1 von der Steuerungseinrichtung 13 erzeugt wird, berücksichtigt die zu überwindenden Reibungen und reduziert demnach Totzeiten in der Ansteuerung des pneumatischen Betätigungsmittels 1 bzw. in der Betätigung einer über das pneumatische Betätigungsmittel pneumatisch zu betätigenden Vorrichtung.
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In 2 ist über der Position x das Betätigungsmittels 1, nämlich im Ausführungsbeispiel der 1 über der Position x des Kolbens 3, die Kraft F aufgetragen, die sich bei der Betätigung einer pneumatisch betätigten Anfahrkupplung am Kolben 3 ausbildet, wobei in der Position x1 des Kolbens 3 die zu betätigende Anfahrkupplung vollständig geschlossen ist, wobei in der Position x2 des Kolbens 3 die zu betätigende Anfahrkupplung vollständig geöffnet ist, und wobei sich die zu betätigende Anfahrkupplung in der Position x3 des Kolbens 3 im sogenannten Anlegepunkt befindet, in welcher die Kupplung gerade kein Moment überträgt, also noch trennt.
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In 2 sind über der Position x des Betätigungsmittels 1, nämlich über der Position x des Kolbens 3, für beide Bewegungsrichtungen des Kolbens 3 die Verläufe von positionsabhängigen Gleitreibungskräften 22, 23 sowie Haftreibungskräften 24, 25 ausgetragen, wobei die Gleitreibungskraft 22 und die Haftreibungskraft 24 einer ersten Bewegungsrichtung des Kolbens 3 zugeordnet sind, zum Beispiel einer Bewegungsrichtung des Kolbens 3 von links nach rechts, und wobei die Gleitreibung 23 und die Haftreibung 25 einer zweiten, entgegen gesetzten Bewegungsrichtung des Kolbens 3 zugeordnet sind, zum Beispiel einer Bewegungsrichtung des Kolbens 3 von rechts nach links.
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Befindet sich der Kolben 3 und demnach das pneumatische Betätigungsmittel 1 im Stillstand, kommt dasselbe abhängig von der vorherigen Bewegungsrichtung auf einer der Gleitreibungskraftkurven 22 bzw. 23 zum Stillstand. Handelt es sich demnach bei einer vorherigen Bewegungsrichtung um eine Bewegung des Kolbens von links nach rechts, so kommt der Kolben 3 auf der Gleitreibungskurve 22 zum Stillstand, bei einer umgekehrten, vorherigen Bewegungsrichtung von rechts von links kommt hingegen der Kolben 3 auf der Gleitreibungskurve 23 zum Stillstand.
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Soll nun der Kolben 3 des pneumatischen Betätigungsmittels 1 unter Beibehaltung seiner vorherigen Bewegungsrichtung aus dem Stillstand heraus in der vorherigen, definierten Bewegungsrichtung in Bewegung gesetzt werden, so wird die Vorsteuerkomponente von der Steuerungseinrichtung 13 so gewählt, dass dieselbe geeignet ist, gerade bzw. ausschließlich bzw. genau den Unterschied zwischen der in der definierten Bewegungsrichtung wirkenden Gleitreibungskraft und der in der definierten Bewegungsrichtung wirkenden Haftreibungskraft zu überwinden.
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In 2 ist dies exemplarisch für einen in der Position x4 im Stillstand befindlichen Kolben 3 gezeigt, dessen vorherige Bewegungsrichtung einer Bewegung von links nach rechts entspricht, der also im Stillstand in der Position x4 auf der Gleitreibungskraftkurve 22 zum Stillstand kommt. Soll der Kolben 3 ausgehend von der Position x4 unter Beibehaltung seiner vorherigen Bewegungsrichtung in Bewegung gesetzt werden, so entspricht die Vorsteuerkomponente dem Unterschied bzw. der Differenz Δ4 zwischen der in der definierten Bewegungsrichtung in der Position x4 wirkenden Gleitreibungskraft und der in der definierten Bewegungsrichtung in der Position x4 wirkenden Haftreibungskraft.
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Dann, wenn der Kolben 3 des pneumatischen Betätigungsmittels 1 unter Umkehr seiner vorherigen Bewegungsrichtung aus dem Stillstand heraus in einer definierten Bewegungsrichtung in Bewegung gesetzt werden soll, wird die Vorsteuerkomponente von der Steuerungseinrichtung 13 so gewählt, dass dieselbe geeignet ist, gerade bzw. ausschließlich bzw. genau den Unterschied zwischen der in der definierten Bewegungsrichtung wirkenden Gleitreibungskraft und der in der definierten Bewegungsrichtung wirkenden Haftreibungskraft und den Unterschied zwischen der in der definierten Bewegungsrichtung wirkenden und der entgegensetzt zur definierten Bewegungsrichtung wirkenden Gleitreibungskraft zu überwinden.
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In 2 ist dies exemplarisch für einen sich in der Position x5 im Stillstand befindlichen Kolben gezeigt, dessen vorherige Bewegungsrichtung von links nach rechts erfolgte, der also in der Position x5 auf der Gleitreibungskraftkurve 22 zum Stillstand kam, der jedoch nachfolgend unter Umkehr seiner vorherigen Bewegungsrichtung aus dem Stillstand heraus von rechts nach links bewegt werden soll. In diesem Fall entspricht dann die Vorsteuerkomponente der Summe aus dem Unterschied bzw. der Differenz Δ5a zwischen der in der definierten Bewegungsrichtung in der Position x5 wirkenden Gleitreibungskraft und der in der definierten Bewegungsrichtung in der Position x5 wirkenden Haftreibungskraft und dem Unterschied bzw. der Differenz Δ5b zwischen der in der definierten Bewegungsrichtung in der Position x5 wirkenden Gleitreibungskraft und der entgegensetzt zur definierten Bewegungsrichtung in der Position x5 wirkenden Gleitreibungskraft.
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Dann, wenn sich der Kolben 3 des pneumatischen Betätigungsmittels 1 im Stillstand befindet und die nächstfolgende Bewegungsrichtung desselben nicht bekannt ist, wählt die Steuerungseinrichtung 13 eine Vorsteuerkomponente, die dem halben Unterschied bzw. der halben Differenz zwischen den in den entgegen gesetzten Bewegungsrichtungen wirkenden Haftreibungskräften entspricht.
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In 2 ist dies exemplarisch für einen Kolben 3 gezeigt, der im Stillstand die Position x6 einnimmt und dessen vorherige Bewegungsrichtung einer Bewegungsrichtung von rechts nach links entsprach, sodass demnach derselbe auf der Gleitreibungskraftkurve 23 zum Stillstand kommt. Ist in diesem Fall die nächste Bewegungsrichtung des Kolbens 3 nicht bekannt, so entspricht die Vorsteuerkomponente der Hälfte des Unterschieds bzw. der Hälfte der Differenz Δ6 zwischen den in den unterschiedlichen bzw. entgegen gesetzten Bewegungsrichtungen wirkenden Haftreibungskräften in der Position x6.
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Bei der Ermittlung der Vorsteuerkomponente ist die Kenntnis der in den unterschiedlichen Bewegungsrichtungen wirkenden, positionsabhängigen Gleitreibungskräfte 22, 23 sowie Haftreibungskräfte 24, 25 erforderlich. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Gleitreibungskräfte 22, 23 und die Haftreibungskräfte 24, 25 im Betrieb adaptiv anzupassen. Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, im Betrieb entweder ausschließlich die Gleitreibungskräfte 22, 23 oder ausschließlich die Haftreibungskräfte 24, 25 adaptiv anzupassen, und abhängig hiervon die nicht adaptiv angepasste Haftreibungskraft bzw. Gleitreibungskraft abhängig von einer definierten Beziehung zwischen der Gleitreibung und der Haftreibung zu bestimmen, nämlich zu berechnen. So kann vorsehen sein, zwischen der Haftreibung und der Gleitreibung eine proportionale Beziehung über einen Proportionalitätsfaktor zu verwenden, um so abhängig von einer adaptiv angepassten Gleitreibung die Haftreibung oder abhängig von einer adaptiv angepassten Haftreibung die Gleitreibung zu berechnen.
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3 verdeutlicht für den Kolben 3, der sich im Stillstand in der Position x7 befindet, die Bewegung des Kolbens 3 bei Aufbringen einer Vorsteuerkomponente, die dem Unterschied Δ7 zwischen der in der Position x7 geltenden Gleitreibung sowie Haftreibung entspricht. Wird diese Vorsteuerkomponente zur Ansteuerung des Schaltventils 12 und demnach zur Druckbeeinflussung im Druckraum 7 verwendet, so verändert sich die Position x des Kolbens entlang der hyperbolischen Bewegungskurve 26, sodass der Kolben 3 demnach in der Variante der 3 in der Position x3 zum Stillstand kommt. Wird für den Kolben 3 ausgehend von seiner Ursprungsposition x7 eine kleinere Positionsänderung gefordert, als sich über die Vorsteuerkomponente Δ7 und die hyperbolische Bewegungskurve 26 ausbildet, so muss das Schaltventil 12 derart angesteuert werden, dass trotz Druckerhöhung im Druckraum 7 zur Bewegung des Kolbens 3 von links nach rechts aus dem Druckraum 7 Druckluft zur Umgebung 14 abgeleitet wird, um eine kleinere Positionsänderung für den Kolben 3 zu gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungsmittel
- 2
- Druckregelungsvorrichtung
- 3
- Kolben
- 4
- Pneumatikzylinder
- 5
- Kolbenstange
- 6
- Dichtmittel
- 7
- Druckraum
- 8
- Wegmesssystem
- 9
- Druckerzeugungsvorrichtung
- 10
- Druckluftspeicher
- 11
- Druckregulierungsmittel
- 12
- Schaltventil
- 13
- Steuerungseinrichtung
- 14
- Druckluftsenke
- 15
- Hauptdruckleitung
- 16
- Steuerdruckleitung
- 17
- Druckmittelleitung
- 18
- Rückflussleitung
- 19
- Signalleitung
- 20
- Signalleitung
- 21
- Signalleitung
- 22
- Gleitreibungskraftkurve
- 23
- Gleitreibungskraftkurve
- 24
- Haftreibungskraftkurve
- 25
- Haftreibungskraftkurve
