DE102012220084A1

DE102012220084A1 - Steuersystem mit fernen Treibern

Info

Publication number: DE102012220084A1
Application number: DE102012220084A
Authority: DE
Inventors: Vijay A. Neelakantan; Bret M. Olson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-05-16
Also published as: CN103104695A; US20130113407A1

Abstract

Ein Steuersystem für ein Getriebe umfasst ein Getriebesteuermodul mit einem Prozessor, der konfiguriert ist, um einen Abtriebsdrehmomentbefehl zu ermitteln, und mit einem Schalter für Pulsweitenmodulation (PWM), der konfiguriert ist, um ein PWM-Signal zu erzeugen, das zumindest teilweise für den Abtriebsdrehmomentbefehl stellvertretend ist. Mit dem Getriebesteuermodul steht ein Netzwerk in Verbindung und ist konfiguriert, um das PWM-Signal zu empfangen und zu senden. Mit dem elektromagnetischen Aktor ist ein Treiber integriert und steht mit dem Netzwerk in Verbindung. Der Treiber ist konfiguriert, um das PWM-Signal zu empfangen und das PWM-Signal in einen Antriebsstrom umzuwandeln, der es dem elektromagnetischen Aktor ermöglicht, dem Abtriebsdrehmomentbefehl nachzukommen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Ferntreiber aufweisendes Steuersystem für ein Getriebe und insbesondere ein Steuersystem mit einem integrierten Motortreiber für eine elektromechanische Zahnrad- und Kupplungsbetätigung in einem Getriebe.
HINTERGRUND
Die Darlegungen in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor und können, müssen aber nicht den Stand der Technik darstellen.
Automatik- und Handschaltgetriebe in Kraftfahrzeugen nutzen ein elektronisches Steuermodul, um den Betrieb des Getriebes zu steuern. Das elektronische Steuermodul empfangt von verschiedenen Sensoren an dem Fahrzeug elektronische Eingänge und verarbeitet diese Informationen, um die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs zu ermitteln. Abhängig von diesen Betriebsbedingungen steuert das elektronische Steuermodul das Hochschalten und Herunterschalten des Getriebes, das Schaltgefühl des Getriebes und die Aktivierungs- und Deaktivierungszeiten der Startvorrichtung. Eine elektronische Steuerung dieser Betriebseigenschaften des Getriebes sieht beruhend auf den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs konstante und präzise Schaltpunkte und Schaltqualität vor.
Abhängig von der Getriebearchitektur kann das elektronische Modul mehrere elektromagnetische Aktoren betätigen. Demgemäß muss das elektronische Steuermodul bei jeder vorgegebenen Getriebearchitektur für diese Architektur spezifisch und die entsprechenden Motor- oder elektromagnetischen Treiber aufweisen, um die elektromagnetischen Aktoren ordnungsgemäß anzutreiben. Während sich diese Systeme als effektiv erwiesen haben, besteht in dem Gebiet Raum für ein elektronisches Steuersystem, das die Treibersteuerung der elektromagnetischen Aktoren dezentralisiert, was die Wiederverwendung des gleichen elektronischen Steuermoduls bei verschiedenen Getriebearchitekturen ermöglichen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Steuersystem für ein Getriebe in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Das Steuersystem dient zum Steuern eines elektromagnetischen Aktors in einem Getriebe. Das System umfasst ein Getriebesteuermodul mit einem Prozessor, der konfiguriert ist, um einen Abtriebsdrehmomentbefehl zu ermitteln, und mit einem Schalter für Pulsweitenmodulation (PWM), der konfiguriert ist, um ein PWM-Signal zu erzeugen, das zumindest teilweise für den Abtriebsdrehmomentbefehl stellvertretend ist. Mit dem Getriebesteuermodul steht ein Netzwerk in Verbindung und ist konfiguriert, um das PWM-Signal zu senden. Mit dem elektromagnetischen Aktor ist ein Treiber integriert und steht mit dem Netzwerk in Verbindung. Der Treiber ist konfiguriert, um das PWM-Signal zu empfangen und das PWM-Signal in einen Antriebsstrom zu den entsprechenden Phasen umzuwandeln, der es dem elektromagnetischen Aktor ermöglicht, dem Abtriebsdrehmomentbefehl nachzukommen.
In einer Ausgestaltung umfasst das System weiterhin einen Stellungssensor, der mit dem elektromagnetischen Aktor integriert ist und mit dem Netzwerk in Verbindung steht, wobei der Stellungssensor konfiguriert ist, um eine Größe der Drehung des elektromagnetischen Aktors zu detektieren und ein Signal zu erzeugen, das ein CAN-, PWM-, analoges oder anders geartetes Signal zu dem Getriebesteuermodul sein kann, das zumindest teilweise für die Größe der Drehung stellvertretend ist.
In einer anderen Ausgestaltung ermittelt das Getriebesteuermodul den Abtriebsdrehmomentbefehl zumindest teilweise beruhend auf dem PWM-Signal von dem Stellungssensor.
In einer noch anderen Ausgestaltung ist das Netzwerk ein CAN-Bus (Controller Area Network Bus).
Es wird auch ein Getriebe vorgesehen und umfasst eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, ein mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle gekoppeltes Getriebegehäuse, wobei das Getriebegehäuse mindestens einen Drehmomentübertragungsmechanismus, der selektiv einschaltbar ist, um ein oder mehrere Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle vorzusehen, und einen mit dem Drehmomentübertragungsmechanismus gekoppelten Aktor umfasst, wobei der Aktor so positioniert ist, dass er selektiv mit dem Drehmomentübertragungsmechanismus in Eingriff tritt. Eine Motoreinheit, die einen Elektromotor und einen in den Elektromotor integrierten Treiber umfasst, umfasst einen mit dem Aktor gekoppelten Rotor, wobei ein von dem Elektromotor an dem Rotor angelegtes Abtriebsdrehmoment den Aktor positioniert. Das Getriebe umfasst auch ein Getriebesteuermodul mit einem Prozessor, der konfiguriert ist, um einen Abtriebsdrehmomentbefehl zu ermitteln, und mit einem Schalter für Pulsweitenmodulation (PWM), der konfiguriert ist, um ein PWM-Signal zu erzeugen, das zumindest teilweise für den Abtriebsdrehmomentbefehl stellvertretend ist, und ein Netzwerk, das mit dem Getriebesteuermodul und dem Treiber der Motoreinheit in Verbindung steht. Der Motortreiber ist konfiguriert, um das PWM-Signal zu empfangen und das PWM-Signal in Antriebsströme umzuwandeln, die den unterschiedlichen Phasen der Motorwicklungen entsprechen, was es dem Elektromotor ermöglicht, dem Rotor das geforderte Abtriebsdrehmoment zu liefern, um den Aktor zu positionieren.
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungsgebiete gehen aus der hierin vorgesehenen Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele lediglich den Zwecken der Veranschaulichung dienen und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beschränken sollen.
ZEICHNUNG
Die hierin beschriebene Zeichnung dient lediglich den Zwecken der Veranschaulichung und soll nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise beschränken.
Die Zeichnung ist eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs nach den erfindungsgemäßen Grundsätzen.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und in keiner Weise dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen zu beschränken.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist ein beispielhafter Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeutet. Der Antriebsstrang 10 umfasst eine Maschine 12 zum Liefern von Leistung und Drehmoment, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Maschine 12 kann eine herkömmliche Brennkraftmaschine oder ein Elektromotor oder eine beliebige andere Art von Antriebsmaschine sein, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die Maschine 12 ist konfiguriert, um einer Anlass- oder Startvorrichtung 14 durch eine Maschinenausgangswelle 16 Antriebsdrehmoment zu liefern. Die Ausgangswelle 16 der Maschine kann durch eine (nicht gezeigte) Flexplatte oder eine andere Verbindungsvorrichtung mit der Startvorrichtung 14 verbunden sein. Die Startvorrichtung 14 kann eine hydrodynamische Vorrichtung, wie etwa eine Fluidkopplung oder ein Drehmomentwandler, ein Elektromotor oder eine Reibvorrichtung wie etwa eine trockene oder nasse Anfahr- oder Doppelkupplung, sein. Es versteht sich, dass jede Art von Startvorrichtung 14 genutzt werden kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die Startvorrichtung 14 überträgt Antriebsdrehmoment zu einem Automatikgetriebe 20. Das Getriebe 20 kann ein Vorderradantriebsgetriebe oder ein Hinterradantriebsgetriebe sein. Allgemein gesagt umfasst das Getriebe 20 eine Getriebeeingangswelle 22 und eine Getriebeausgangswelle 24. Die Getriebeeinfangswelle 22 ist mittels der Startvorrichtung 14 funktionell mit der Maschine 12 verbunden und erhält von der Maschine 12 Antriebsdrehmoment oder Leistung. Demgemäß kann die Getriebeeingangswelle 22 in dem Fall, da die Startvorrichtung 14 eine hydrodynamische Vorrichtung ist, eine Turbinenwelle sein, in dem Fall, da die Startvorrichtung 14 eine Doppelkupplung ist, duale Eingangswellen sein, oder in dem Fall, da die Startvorrichtung 14 ein Elektromotor ist, eine Antriebswelle sein. Zwischen der Getriebeeingangswelle 22 und der Getriebeausgangswelle 24 ist eine Zahnrad- und Kupplungsanordnung 25 angeordnet. Die Zahnrad- und Kupplungsanordnung 25 kann mehrere Zahnradsätze, mehrere Kupplungen und/oder Bremsen, mehrere Synchroneinrichtungen und/oder mehrere Wellen umfassen. Die mehreren Zahnradsätze können einzelne kämmende Zahnräder, wie etwa Planetenradsätze oder komplanare Zahnradsätze, umfassen, die mit den mehreren Wellen durch die selektive Betätigung der mehreren Kupplungen/Bremsen oder Synchroneinrichtungen verbunden sind oder damit selektiv verbindbar sind. Die mehreren Wellen können Vorgelegewellen oder Nebenwellen, Hohl- und Mittelwellen, Rücklauf- oder Freilaufwellen oder Kombinationen derselben umfassen. Die Kupplungen/Bremsen und Synchroneinrichtungen sind selektiv betätigbar, um mindestens eines von mehreren Übersetzungen oder Übersetzungsverhältnissen durch selektives Koppeln einzelner Zahnräder in den mehreren Zahnradsätzen mit den mehreren Wellen auszulösen. Es versteht sich, dass die spezifische Anordnung und Anzahl der Zahnradsätze, Kupplungen/Bremsen und Wellen in dem Getriebe 20 variieren kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielhaft wird das Getriebe 20 als ein Vorgelegewellengetriebe mit drei Synchroneinrichtungsbaugruppen 26A, 26B und 26C und einer einzigen Anfahrkupplung 14 veranschaulicht. Wie vorstehend erläutert kann das Getriebe 20 aber verschiedene Formen annehmen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Ausgangswelle 22 des Getriebes ist vorzugsweise mit einer Achsantriebseinheit 27 verbunden. Die Achsantriebseinheit 26 kann zum Beispiel Gelenkwellen, Differentialbaugruppen, Antriebsachsen und -räder umfassen.
Das Getriebe 20 umfasst auch ein Getriebesteuermodul 28. Das Getriebesteuermodul 28 ist vorzugsweise eine elektronische Steuervorrichtung mit einem vorprogrammierten digitalen Rechner oder Prozessor, Steuerlogik, Speicher, der zum Speichern von Daten verwendet wird, und mindestens einem E/A-Peripheriegerät wie etwa einem Schalter für Pulsweitenmodulation. Die Steuerlogik umfasst mehrere Logikroutinen zum Überwachen, Handhaben und Erzeugen von Daten. Das Getriebesteuermodul 28 steht mit einer ersten Motoreinheit 30 und einer zweiten Motoreinheit 32 in elektronischer Verbindung. Es versteht sich, dass das Getriebesteuermodul 28 mit einer beliebigen Anzahl von Motoreinheiten in elektronischer Verbindung stehen kann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die erste Motoreinheit 30 umfasst einen Elektromotor 34 mit einer integrierten Elektronikbaugruppe 36. Der Elektromotor 34 ist vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor. Der Elektromotor 34 kann aber auch eine beliebige elektromagnetische Maschine wie etwa zum Beispiel ein Bürstenmotor oder ein Schrittmotor sein. Die integrierte Elektronikbaugruppe 36 umfasst eine Motortreiberschaltung 36A, die eine Schnittstelle zwischen Signalverarbeitungsschaltungen, d. h. dem Steuergerät 28, und dem Elektromotor 34 vorsieht, und dient dazu, den Elektromotor 34 beruhend auf Befehlssignalen von dem Steuergerät 28 anzutreiben. Diese Befehlssignale sind durch die in der Zeichnung gezeigte durchgehende Linie 38 dargestellt und sind vorzugsweise pulsweitenmodulierte Signale, die mittels eines rechnergestützten Netzwerks übermittelt werden. Die integrierte Elektronikbaugruppe 36 umfasst auch einen Stellungssensor 36B zum Erfassen einer Stellung eines Rotors 40 des Elektromotors 30. Der Stellungssensor 36B übermittelt mittels eines CAN-Busses (Controller Area Network Bus) dem Steuergerät 28 eine Stellungsrückmeldung, die durch die in der Zeichnung gezeigte gestrichelte Linie 42 dargestellt ist. Alternativ kann der Stellungssensor 36B eine von der Elektronikbaugruppe 36 getrennte Elektronikbaugruppe sein. Der Rotor 40 der ersten Motoreinheit 30 ist mit einem Aktor 44 zum Aktivieren der Startvorrichtung 14 gekoppelt.
Die zweite Motoreinheit 32 umfasst einen Elektromotor 50 mit einer integrierten Elektronikbaugruppe 52. Der Elektromotor 50 ist vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor. Der Elektromotor 50 kann aber auch eine beliebige elektromagnetische Maschine wie etwa zum Beispiel ein Bürstenmotor oder ein Schrittmotor sein. Die integrierte Elektronikbaugruppe 52 umfasst eine Motortreiberschaltung 52A, die eine Schnittstelle zwischen Signalverarbeitungsschaltungen, d. h. dem Steuergerät 28, und dem Elektromotor 50 vorsieht, und dient dazu, den Elektromotor 50 beruhend auf Befehlssignalen von dem Steuergerät 28 anzutreiben. Diese Befehlssignale sind durch die in der Zeichnung gezeigte durchgehende Linie 54 dargestellt und sind vorzugsweise pulsweitenmodulierte Signale, die mittels CAN (Controller Area Network) oder einer anderen elektrischen Schaltung übermittelt werden. Die integrierte Elektronikbaugruppe 52 umfasst auch einen Stellungssensor 52B zum Erfassen einer Stellung eines Rotors 56 des Elektromotors 50. Der Stellungssensor 52B übermittelt mittels eines rechnergestützten Netzwerks dem Steuergerät 28 eine Stellungsrückmeldung, die durch die in der Zeichnung gezeigte gestrichelte Linie 58 dargestellt ist. Alternativ kann der Stellungssensor 52B eine von der Elektronikbaugruppe 52 getrennte Elektronikbaugruppe sein. Der Rotor 56 der zweiten Motoreinheit 32 ist mit einem Zahnrad 60 gekoppelt, das einen Trommelnocken 62 antreibt. Der Trommelnocken 62 ist konfiguriert, um mit den mehreren Synchroneinrichtungen 26A–C in Eingriff zu treten.
Während des Arbeitens des Antriebsstrangs 10 sendet der Stellungssensor 36B Echtzeit-Stellungsdaten des Rotors 40 zu dem Steuergerät 28. Das Steuergerät 28 empfängt die Echtzeit-Stellungsdaten und führt Regelungsberechnungen durch, um einen erforderlichen Drehmomentbefehl zu der ersten Motoreinheit 30 zu ermitteln. Der Drehmomentbefehl wird von dem Steuergerät 28 in ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) umgewandelt und wird dem Motortreiber 36A übermittelt. Der Motortreiber 36A empfängt das PWM-Signal und ordnet beruhend auf dem PWM-Signal einen entsprechenden Strom zu dem Elektromotor 34 an, um das erforderliche Drehmoment zu erzeugen. Die zweite Motoreinheit 32 arbeitet in einer im Wesentlichen ähnlichen Weise wie die erste Motoreinheit 30.
Das Integrieren des gesamten Motortreibers in einer einzigen Motoreinheit bietet im Allgemeinen das höchste Maß an Funktionalität bei niedrigsten Kosten und kleinster räumlicher Größe. Dies erlaubt weiterhin das Verwenden bestehender Getriebesteuermodule, um mehrere Arten von Getrieben, einschließlich Doppelkupplungsgetriebe, Handschaltgetriebe oder Planetengetriebe, zu steuern.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abwandlungen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, sollen in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Solche Abwandlungen sind nicht als Abweichung vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.

Claims

System zum Steuern von mehreren Aktoren in einem Getriebe, wobei das System umfasst: ein Getriebesteuermodul mit einem Prozessor, der mit einer Steuerschaltung in Verbindung steht, die konfiguriert ist, um ein Steuersignal zu erzeugen, das einen Aktorsteuerbefehl zum Versetzen des Getriebes in einen erwünschten Betriebszustand anzeigt; ein Netzwerk, das mit dem Getriebesteuermodul in Verbindung steht und konfiguriert ist, um das Steuersignal zu empfangen; und ein Aktorsteuermodul, das mit mindestens einem der mehreren Aktoren in Verbindung steht und mit dem Netzwerk in Verbindung steht, wobei das Aktorsteuermodul konfiguriert ist, um das Steuersignal zu empfangen und das Getriebe in den erwünschten Betriebszustand zu versetzen.
System nach Anspruch 1, welches weiterhin einen Stellungssensor umfasst, der mit mindestens einem der mehreren Aktoren in Verbindung steht und mit dem Netzwerk in Verbindung steht, wobei der Stellungssensor konfiguriert ist, um eine Stellung des mindestens einen der mehreren Aktoren zu detektieren und ein Rückmeldungssignal zu dem Getriebesteuermodul zu erzeugen, das zumindest teilweise stellvertretend für die Stellung ist.
System nach Anspruch 2, wobei das Getriebesteuermodul den Aktorsteuerbefehl zumindest teilweise beruhend auf dem Rückmeldungssignal von dem Stellungssensor ermittelt.
System nach Anspruch 1, wobei das Netzwerk ein CAN-Bus ist.
Steuersystem für ein Getriebe, wobei das Steuersystem umfasst: ein Getriebesteuermodul mit einem Prozessor, der konfiguriert ist, um einen Abtriebsdrehmomentbefehl zu ermitteln, und mit einem Schalter für Pulsweitenmodulation (PWM), der konfiguriert ist, um ein PWM-Signal zu erzeugen, das zumindest teilweise für den Abtriebsdrehmomentbefehl stellvertretend ist; ein Netzwerk, das mit dem Getriebesteuermodul in Verbindung steht und konfiguriert ist, um das PWM-Signal zu senden; eine Motoreinheit, die einen Elektromotor und einen in den Elektromotor integrierten Treiber umfasst, wobei der Treiber mit dem Netzwerk in Verbindung steht und konfiguriert ist, um das PWM-Signal zu empfangen und das PWM-Signal in einen Antriebsstrom umzuwandeln, der es dem Elektromotor ermöglicht, dem Abtriebsdrehmomentbefehl nachzukommen.
Steuersystem nach Anspruch 5, wobei der Elektromotor einen Rotor umfasst, der ein Abtriebsdrehmoment bereitstellt, und wobei das Steuersystem weiterhin einen Stellungssensor umfasst, der mit dem Elektromotor integriert ist und mit dem Netzwerk in Verbindung steht, wobei der Stellungssensor konfiguriert ist, um eine Größe der Drehung des Rotors zu detektieren und ein CAN-, PWM-, analoges oder anders geartetes Signal zu dem Getriebesteuermodul zu erzeugen, das zumindest teilweise stellvertretend für die Größe der Drehung des Rotors ist.
System nach Anspruch 6, wobei das Getriebesteuermodul den Abtriebsdrehmomentbefehl zumindest teilweise beruhend auf dem Rückmeldungssignal von dem Stellungssensor ermittelt.
System nach Anspruch 7, wobei der von dem Getriebesteuermodul ermittelte Abtriebsdrehmomentbefehl eine Funktion von Echtzeit-Stellungsdaten ist, die von dem Stellungssensor zu dem Getriebesteuermodul übermittelt werden.
System nach Anspruch 8, wobei das Getriebesteuermodul den Abtriebsdrehmomentbefehl unter Verwendung von Regelungsberechnungen ermittelt.
System nach Anspruch 6, wobei das Netzwerk einen CAN-Bus umfasst.