-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Sensorsystems, das eine Messgröße wie einen Weg einer Schaltgabel eines Kraftfahrzeuggetriebes erfasst und ein Sensorausgangssignal in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße ausgibt, wobei eine Ist-Kennlinie des Sensorausgangssignals über der Messgröße nichtlinear ist und wobei das Sensorsystem zumindest bei Inbetriebnahme einem Einlernvorgang unterzogen wird.
-
Sensorsysteme der oben genannten Art werden für die Erfassung unterschiedlicher Messgrößen verwendet. Ein besonders bevorzugter Anwendungsfall sind Sensorsysteme im Kraftfahrzeugbereich, insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeuggetriebe.
-
Da Kraftfahrzeuggetriebe in jüngster Zeit immer mehr automatisiert werden, ist eine Erfassung von Messgrößen innerhalb des Kraftfahrzeuggetriebes von besonderer Bedeutung. Ein Beispiel hierfür ist die Erfassung des Weges einer Schaltgabel, die mittels eines Aktuators betätigt wird. Um zu erfassen, ob die Schaltgabel bestimmte Positionen tatsächlich erreicht hat (beispielsweise eine Neutralposition oder eine Gangschaltposition), wird häufig ein Sensorsystem vorgesehen, das den Weg bzw. die Position dieser Schaltgabel erfasst. Andere Anwendungsfälle sind die Erfassung des Weges von Schalthebeln sowie die Erfassung von Kupplungspositionen. Ferner ist die vorliegende Erfindung auch auf andere Sensorsysteme anwendbar, die nicht einen Weg als Messgröße erfassen sondern beispielsweise einen Druck (Druck eines Aktuatorzylinders), eine Temperatur etc.
-
Beim Einbau der Sensorsysteme in eine Umgebung ergibt sich häufig aufgrund von Fertigungs- und Einbautoleranzen eine unterschiedliche Ist-Kennlinie. Daher ist es bekannt, ein derartiges Sensorsystem nach der Inbetriebnahme zunächst einem Einlernvorgang zu unterziehen. Hierzu ist es bekannt, eine Mehrzahl von Punkten der Kennlinie anzufahren und in einer Steuervorrichtung eine Steuerkennlinie abzulegen, die quasi eine Kalibrierung des Sensors beinhaltet.
-
Dieser Einlernvorgang beinhaltet häufig das mehrfache Durchlaufen der Kennlinie, gegebenenfalls auch das Anfahren bestimmter Positionen von verschiedenen Seiten.
-
Aus dem Dokument
DE 10 2007 054 434 B3 ist ein Verfahren zur Auswertung eines Sensorsystems zur Bestimmung einer Position einer Schaltgabel in einem Schaltgetriebe bekannt, wobei in Abhängigkeit von der Position ein Ausgangssignal erzeugt wird, wobei das Sensorsystem als Magnetfeldsensor aufgebaut ist und wobei das Verfahren die Schritte aufweist, zunächst eine Basiskennlinie zu speichern, anschließend einen Verstärkungsfaktor in einer Gangposition als Quotient aus einem Basis-Ausgangssignal und dem erzeugten Ausgangssignal zu bestimmen, eine von der Position abhängige Funktion für den Verstärkungsfaktor festzulegen, die in einer Neutralstellung einen Startwert und in einer Gangposition den Wert des Verstärkungsfaktors annimmt, und schließlich die Position anhand des Ausgangssignals, der Funktion und der Basiskennlinie zu ermitteln. Die Funktion ist dabei vorzugsweise eine lineare Funktion.
-
Ferner ist es aus dem Dokument
DE 10 2004 017 794 B4 bekannt, Schaltabläufe in einem Getriebe zu optimieren, indem bestimmte Punkte des Schaltablaufes erfasst werden und anschließend in Abhängigkeit von dieser Erfassung bestimmte Verfahrensschritte eingeleitet werden, wie beispielsweise ein unterschiedlich schnelles Betätigen einer Synchronkupplung, um die Schaltabläufe zu optimieren.
-
Ein Verfahren zum Einlernen wenigstens einer Referenz-Betätigungsstellung einer Stelleinrichtung gemäß dem Dokument
DE 100 45 730 B4 beinhaltet das Ansteuern des Stellantriebes, bis die Endstellung erreicht ist, das anschließende Ansteuern des Stellantriebes zur Erzeugung einer oszillierenden Antriebskraft, und schließlich das Erfassen der Betätigungsstellung der Stelleinrichtung als Referenz Betätigungsstellung.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und schnelles Verfahren zum Einstellen eines Sensorsystems mittels eines Einlernvorganges bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Einstellen eines Sensorsystems, das eine Messgröße wie einen Weg einer Schaltgabel eines Kraftfahrzeuggetriebes erfasst und ein Sensorausgangssignal in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße ausgibt, wobei eine Ist-Kennlinie des Sensorausgangssignals über der Messgröße nichtlinear ist und wobei das Sensorsystem zumindest bei Inbetriebnahme einem Einlernvorgang unterzogen wird, bei dem eine Sensor-Kennlinie festgelegt wird, mit den Schritten, für den Einlernvorgang wenigstens zwei unterschiedliche Wertepaare der Ist-Kennlinie zu ermitteln, die wenigstens zwei Wertepaare in eine vorab definierte nichtlineare Funktion einzusetzen, die durch wenigstens zwei Parameter parametrisiert ist, so dass sich ein lösbares Gleichungssystem ergibt, die Parameter durch Lösen des Gleichungssystems zu ermitteln, und das Sensorsystem einzulernen, indem die vorab definierte Funktion mit den ermittelten Parametern als Sensor-Kennlinie verwendet wird.
-
Die vorliegende Erfindung geht davon aus, dass sich die aus Toleranz- und Einbaufehlern ergebenden unterschiedlichen Ist-Kennlinien sämtlich durch eine parametrisierte nichtlineare Funktion abbilden lassen. Die Anzahl der Parameter der Funktion ist dabei vorzugsweise identisch zu der Anzahl der Wertepaare der Ist-Kennlinie, die zu ermitteln sind. Auf diese Weise lässt sich ein hieraus aufgestelltes Gleichungssystem generell eindeutig lösen.
-
Ferner geht die vorliegende Erfindung davon aus, dass der Ist-Kennlinienverlauf des Sensorsystems sich generell durch eine mathematische Funktion beschreiben lässt, die nur gering oder gar nicht vom Soll-Kennlinienverlauf abweicht. Daher kann auch eine Ist-Kennlinie durch diese Funktion beschrieben werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich sowohl zum Einlernen des Sensorsystems bei der Inbetriebnahme verwenden. Hierbei kann das Verfahren sehr schnell durchgeführt werden, da nur eine geringe Anzahl von Punkten anzufahren ist. Da durch die Funktion nicht nur die angefahrenen Punkte sondern auch alle Zwischenwerte sehr gut an die Ist-Kennlinie angepasst werden, können mit dem eingelernten Sensorsystem auch Zwischenpositionen zwischen den ermittelten Wertepaaren sehr exakt bestimmt werden (bei einem Schaltkupplungspaket beispielsweise eine Neutralposition).
-
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
-
Von besonderem Vorzug ist es, wenn die vorab definierte Funktion eine Polynomfunktion eines bestimmten Grades ist.
-
Durch Polynomfunktionen insbesondere höheren Grades lässt sich nahezu jede Ist-Kennlinie eines Sensorsystems nachbilden. Der Grad der Polynomfunktion ist dabei vorzugsweise größer als 3, insbesondere vorzugsweise größer als 7, und kann beispielsweise 11 betragen.
-
Die Ermittlung der Koeffizienten einer Polynomfunktion erfolgt beispielsweise empirisch. Hierzu wird beispielsweise eine gemessene Ist-Kurve herangezogen. Anschließend wird durch Verfahren der Kurvendiskussion (Ermittlung von Nullstellen, relativen Maxima, Wendepunkten etc.) versucht, empirisch eine Funktion eines möglichst geringen Grades zu ermitteln. Anschließend kann eine Fehlerbetrachtungsanalyse erfolgen, die die so ermittelte Funktion mit der Ist-Funktion bzw. einer idealen Soll-Funktion vergleicht. Sofern der Fehler hinreichend gering ist, kann die so ermittelte Polynomfunktion herangezogen werden. Falls der Fehler zu groß ist, kann der Grad der Polynomfunktion erhöht werden. Anschließend erfolgt wiederum eine empirische Ermittlung anhand von Kurvendiskussions-Wertepaaren.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Funktion geometrisch ähnlich zu einer Mehrzahl von Ist-Kennlinien von in Betrieb genommenen Sensorsystemen.
-
Zur Ermittlung der Funktion ist es zweckmäßig, eine Mehrzahl von Ist-Kennlinien von in Betrieb genommenen Sensorsystemen aufzunehmen und hieraus eine geeignete Funktion zu ermitteln. Die Funktion ist dabei vorzugsweise so zu wählen, dass sie sämtlichen aufgenommenen Ist-Kennlinien ”geometrisch ähnlich” ist. Der Begriff der Ähnlichkeit im geometrischen Sinne bezieht sich darauf, dass geometrische Figuren sich durch Streckung, Stauchung, Verschiebung aufeinander abbilden lassen. Im gleichen Sinne wird dieser Begriff auch vorliegend verwendet. Insbesondere ist eine Funktion zu wählen, die sich durch Streckung oder Stauchung und/oder durch Verschieben auf jede der Mehrzahl von Ist-Kennlinien abbilden lässt.
-
Demzufolge ist es bevorzugt, wenn ein erster Parameter eine Verschiebung der Funktion in Richtung der Messgröße (x-Achse) ist.
-
Eine Verschiebung der Funktion in Richtung der x-Achse lässt sich durch Software mit relativ geringem Aufwand beispielsweise iterativ bestimmen. Hierzu kann beispielsweise das sog. Sekantenverfahren angewendet werden. Dabei kann es vorteilhaft sein, das Gleichungssystem so umzuformen, dass zur Ermittlung der Verschiebung die Nullstelle einer mathematischen Funktion gefunden werden muss. Eine solche Nullstelle kann elegant und vor allem steuergerätetauglich mit dem Sekantenverfahren ermittelt werden.
-
Ferner ist es bevorzugt, wenn ein zweiter Parameter eine Streckung oder eine Stauchung der Funktion in Richtung des Sensorausgangssignals (y-Achse) ist.
-
Sofern beispielsweise die Verschiebung der Funktion in Richtung der x-Achse bereits ermittelt worden ist (beispielsweise durch das oben genannte Sekantenverfahren), lässt sich der zweite Parameter vergleichsweise einfach durch Einsetzen in eine der Gleichungen des Gleichungssystems lösen.
-
Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn das Sensorsystem dazu ausgelegt ist, die Messgröße über einen Messgrößenbereich zu erfassen, der zwei Endwerte aufweist, wobei für den Einlernvorgang die zwei Wertepaare der Ist-Kennlinie an den Endwerten ermittelt werden.
-
Häufig können diese Endwerte definiert angefahren werden, da das Messglied im Bereich der Endpositionen an einen Anschlag oder dergleichen fährt. Demzufolge eignen sich diese Positionen besonders gut zur Erfassung der Ist-Kennlinie.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Sensorsystem eine Hall-Sensoranordnung auf.
-
Derartige Hall-Sensoranordnungen werden bevorzugt als Wegsensoren in Fahrzeuggetrieben verwendet, beispielsweise zur Erfassung des Weges bzw. der Position einer Schaltgabel oder dergleichen.
-
Mit wenigstens einem der oben beschriebenen Verfahren können prinzipiell alle nichtlinearen Sensorsysteme eingelernt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn genau so viel definierte Punkte im System angefahren werden können, wie Abhängigkeiten in der Kurvenschar (das heißt der parametrisierten Funktion) bestehen.
-
Bei vielen Positionserfassungssystemen wirken sich mechanische Einbau- und Toleranzfehler häufig im Wesentlichen ausschließlich in einer Stauchung/Streckung und/oder in einer Verschiebung der Ist-Kennlinie aus.
-
Das Ziel des Einstellverfahrens besteht generell darin, eine zum jeweils eingebauten Sensorsystem passende Funktionskurve aufzufinden, die bei der Ermittlung nur weniger Wertepaare eine gute Annäherung an die Ist-Kennlinie ermöglicht.
-
Bei einem Wegsensorsystem, das eine Hall-Sensoranordnung aufweist, können durch das Einstellen des Sensorsystems beispielsweise folgende Toleranz- bzw. Einbaufehler kompensiert werden: Luftspaltfehler, Symmetriefehler, Querversatzfehler, etc.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit einem Sensorsystem;
-
2 eine Darstellung eines Polynoms 11. Grades, das durch Streckung/Stauchung und/oder Verschiebung eine Mehrzahl unterschiedlicher Ist-Kennlinien eines Sensorsystems wiedergeben kann; und
-
3 eine Darstellung unterschiedlicher Ist-Kennlinien eines Wegsensorsystems und einer Soll-Kennlinie.
-
In 1 ist ein Ausschnitt eines Kraftfahrzeuggetriebes schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.
-
Das Kraftfahrzeuggetriebe 10 weist in an sich bekannter Weise ein erstes Losrad 12 und ein zweites Losrad 14 auf, die drehbar an einer Welle 18 gelagert sind. Zwischen den Losrädern 12, 14 ist ein Schaltkupplungspaket (synchronisiert oder nicht synchronisiert) angeordnet, das mittels einer Schaltmuffe 20 betätigbar ist. In die Schaltmuffe 20 greift ein Schaltglied wie eine Schaltgabel 22, die beispielsweise mittels einer Schaltstange 24 (oder einer Schaltwelle) axial verschiebbar ist. Der Schaltgabelweg bzw. die Schaltgabelposition ist schematisch bei 26 dargestellt.
-
Zum Bewegen der Schaltstange 24 bzw. der Schaltgabel 22 dient ein Schaltaktuator 28, der als elektromechanischer, als elektromagnetischer oder als hydraulischer Aktuator ausgebildet sein kann.
-
Ferner beinhaltet das Kraftfahrzeuggetriebe 10 ein Sensorsystem 30, das dazu ausgelegt ist, die Schaltgabelposition 26 zu erfassen. Das Sensorsystem 30 weist eine Hall-Sensoranordnung 32 auf, die beispielsweise einen mit der Schaltstange 24 starr verbundenen Permanentmagneten 34 sowie einen Hall-Sensor 36 aufweist, der an einem nicht näher bezeichneten Gehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes 10 festgelegt ist.
-
Ferner weist das Kraftfahrzeuggetriebe 10 eine Steuereinrichtung 40 auf. Die Steuereinrichtung 40 dient dazu, ein Aktuatorstellsignal 44 zu erzeugen, das den Schaltaktuator 28 ansteuert. Ferner empfängt die Steuereinrichtung 40 ein Sensorausgangssignal 42, beispielsweise in Form eines Spannungssignals U.
-
Das Sensorsystem 30 liefert in Abhängigkeit von Einbau- und Fertigungstoleranzen eine von Einbausituation zu Einbausituation ähnliche und doch jeweils leicht unterschiedliche Ist-Kennlinie 50 vom Sensorausgangssignal U über der Schaltgabelposition s (bzw. 26).
-
Um den Schaltaktuator 28 im Wesentlichen unabhängig von diesen Toleranzen genau ansteuern zu können, erfolgt bei Inbetriebnahme des Sensorsystems und/oder regelmäßig oder unregelmäßig während des späteren bestimmungsgemäßen Betriebes des Sensorsystems ein Einlernvorgang. Bei diesem Einlernvorgang wird in der Steuereinrichtung 40 eine Sensor-Kennlinie 52 abgelegt, die für das jeweils eingebaute Sensorsystem 30 eine genaue Beziehung zwischen Sensorausgangssignal 42 und der tatsächlich eingerichteten Position der Schaltgabel 22 darstellt.
-
Generell ist es hierfür natürlich denkbar, die jeweilige Schaltgabelposition mittels einer anderen Messeinrichtung genau zu erfassen und mit dem jeweiligen Sensorausgangssignal in Bezug zu setzen. In der Praxis ist dies aus Zeit- und Kostengründen in der Regel nicht realisierbar. Daher werden bei dem Einlernvorgang durch die Einbaulage fest vorgegebene Positionen der Schaltgabel 22 angefahren, beispielsweise Endanschläge, die aus Übersichtlichkeitsgründen in 1 nicht dargestellt sind.
-
Hierbei ergibt sich häufig das Problem, dass etwaige Zwischenwerte nicht genau erfasst werden.
-
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Ist-Kennlinien sämtlicher eingebauter Sensorsysteme sich dem Grunde nach ähnlich sind, im Sinne einer geometrischen Ähnlichkeit. Insbesondere lassen sich diese unterschiedlichen Ist-Kennlinien als eine Kurvenschar einer Polynomfunktion höheren Grades darstellen.
-
Eine derartige Polynomfunktion höheren Grades (im vorliegenden Fall 11. Grades) ist beispielsweise in 2 bei 54 gezeigt. Die Funktion 54 stellt dabei beispielsweise eine beispielhafte Ist-Kennlinie eines eingebauten Sensorsystems dar. Die Ist-Kennlinien anderer eingebauter Sensorsysteme unterscheiden sich von der Funktion 54 aufgrund von Luftspalt-, Symmetrie-, Querversatz- und/oder Winkelfehlern im Wesentlichen dadurch, dass die Funktion 54 durch einen Faktor A gestreckt oder gestaucht ist, wie es bei 54'' gezeigt ist, und/oder dadurch, dass die Funktion 54 entlang der x-Achse (das heißt entlang der Wegachse) um einen Wert p verschoben ist, wie es bei 54' gezeigt ist.
-
Die Funktion 54 hat dabei die allgemeine Form f(x) = A·[a·(x – p)11 + b·(x – p)10 + c·(x – p)9 + d·(x – p)8 + e(x – p)7 + f·(x – p)6 + g·(x – p)5 + h·(x – p)4 + i·(x – p)3 + j·(x – p)2 + k·(x – p)] + 1.
-
In der obigen Gleichung stellt A den Streckungs/Stauchungsfaktor bzw. -parameter dar. Der Parameter p stellt die Verschiebung der Funktion in der x-Achse dar.
-
Um nun für ein eingebautes Sensorsystem einen Einlernvorgang durchzuführen, sind aufgrund dessen, dass die Funktion 54 hinsichtlich genau zwei Parametern parametrisiert ist, zwei Ist-Wertepaare von Schaltgabelposition s, 26 und Sensorausgangssignal 42, U zu ermitteln.
-
Hierdurch ergibt sich ein lösbares Gleichungssystem, durch das sich die Parameter für das eingebaute Sensorsystem 30 erfassen lassen. Aufgrund der Parameter kann dann eine spezielle Funktion 54 mit den speziellen Parametern A, p ermittelt werden, die sich als Sensor-Kennlinie eignet. Dabei sind vorzugsweise die Wertepaare von Endanschlägen des Sensorsystems zu verwenden, da diese einen festen Bezug auf die jeweilige Einbaulage herstellen. Durch die Ermittlung der richtigen Funktion mit den richtigen Parametern kann die Sensor-Kennlinie dann so ermittelt werden, dass die jeweiligen Sensorausgangssignale auch in einem Mittenbereich zwischen den zwei Endanschlägen eine exakte Wiedergabe der tatsächlichen Schaltgabelposition ermöglichen.
-
Sofern mehr Wertepaare für das Herstellungssystem ermittelt werden können als Parameter in der Funktion vorhanden sind, können jene Wertepaare ausgewählt werden, die am schnellsten angefahren und dabei die beste Genauigkeit bieten können.
-
Das oben beschriebene Verfahren ist auch auf andere Arten von Sensorsystemen anwendbar, bei denen sich Einbau- und/oder Fertigungstoleranzen in eine Kurvenschar einer parametrisierten Funktion, insbesondere Polynomfunktion, abbilden lassen.
-
In 3 ist für ein Sensorsystem 30 zur Ermittlung einer Schaltgabelposition dargestellt, wie sich unterschiedliche Fehler auswirken. Dabei ist in einer durchgezogenen Linie eine Soll-Kennlinie eines solchen Sensorsystems dargestellt (bei A). in gestrichelten Linien (bei B) ist beispielhaft ein Sensorsystem gezeigt, bei dem ein Winkelfehler vorliegt. Bei C ist eine Kennlinie gezeigt, bei der ein Luftspaltfehler vorliegt. Bei D ist eine Kennlinie gezeigt, bei der ein Querversatzfehler vorliegt. Schließlich ist bei E eine Kennlinie gezeigt, bei der ein Symmetriefehler vorliegt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007054434 B3 [0006]
- DE 102004017794 B4 [0007]
- DE 10045730 B4 [0008]
