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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Pedalsysteme in Kraftfahrzeugen, bei denen die Pedalstellung einer Pedaleinrichtung elektrisch erfasst wird, um basierend auf einer Erfassungsgröße einen Stellgeber anzusteuern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung elektrische Pedalstellungserfassungen für Kupplungspedale in einem Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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In Kraftfahrzeugen mit manueller Schaltung sind in der Regel Kupplungspedale vorgesehen. Durch das Betätigen eines Kupplungspedals kann der Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor und Antriebsrädern geöffnet und geschlossen werden und zudem können während einer Drehzahlsynchronisation Zwischenstellungen für eine Teilkopplung zwischen dem Antriebsmotor und den Antriebsrädern eingenommen werden.
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Das Kupplungspedal kann mit einem Positionssensor versehen sein, der die Pedalstellung des Kupplungspedals erfasst und ein entsprechendes Stellungssignal direkt oder nach einer Signalverarbeitung in einem Motorsteuergerät indirekt an einen elektrischen Kupplungsaktor anlegt, um dadurch einen Kraftschluss zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe im Antriebsstrang zu kontrollieren bzw. steuern.
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Um eine sichere Funktionalität der Erfassung der Pedalstellung zu gewährleisten, kann die Stellung eines herkömmlichen Kupplungspedals in Kraftfahrzeugen durch zwei separate Positionssensoren redundant ausgelesen werden. Die Stellungsangaben der Positionssensoren werden hinsichtlich möglicherweise auftretender Signalfehler analysiert, woraufhin eines der Stellungssignale als Referenzsignal bestimmt und die entsprechende Stellungsangabe daraus abgeleitet wird. Die Stellungsangabe wird anschließend in einer Ansteuerung des Kupplungsaktors umgesetzt, um so den Kraftschluss zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe zu steuern.
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Aufgrund elektrischer Störsignale, die z. B. in den Anschlussleitungen zwischen den Positionssensoren und der Signalauswertung auftreten können oder aufgrund von überlagernden Vibrationen/Schwingungen, die von der Fahrzeugkarosserie auf das Pedal übertragen und von den Positionssensoren als Stellungssignale aufgenommen werden, können die Stellungssignale von Störsignalen überlagert sein. Insbesondere in Fällen, in denen das Störsignal in Form einer Störschwingung auftritt, kann dadurch eine permanente Ansteuerung des Kupplungsstellgebers bewirkt werden, wodurch dessen Lebensdauer entsprechend reduziert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Pedalsystems mit einer elektrischen Stellungserfassung gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Pedalsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Pedalsystems, insbesondere eines Kupplungspedalsystems, in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst:
- – Bereitstellen eines Verlaufs einer Stellungsangabe, der den zeitlichen Verlauf einer Stellung einer Pedaleinrichtung angibt;
- – Ermitteln eines periodischen Störsignals in dem Verlauf der Stellungsangabe; und
- – Beaufschlagen des Verlaufs der Stellungsangabe mit einem periodischen Kompensationssignal, das eine zu dem periodischen Störsignal identische Frequenz und eine dazu entgegengesetzte Phasenlage aufweist, um für die aktuelle Stellungsangabe eine korrigierte Stellungsangabe zum Ansteuern eines Stellgebers des Pedalsystems zu erhalten.
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Das obige Verfahren stellt eine Möglichkeit zur Verfügung, um ein periodisches Störsignal, das den Verlauf der Stellungsangabe überlagert, durch ein entsprechendes periodisches Gegensignal mit entgegengesetzter Phasenlage als ein Kompensationssignal zu korrigieren, bevor das Stellungssignal zur Weiterverarbeitung ausgewertet wird. Dadurch wird erreicht, dass ein nachgeordneter Stellgeber, der basierend auf der korrigierten Stellungsangabe angesteuert wird, wie beispielsweise ein Kupplungsaktor, der basierend auf der Stellungsangabe für ein Kupplungspedal angesteuert wird, nicht permanent angesteuert wird. So kann gewährleistet werden, dass der Stellgeber nur bei einer gewollten Betätigung der Pedaleinrichtung angesteuert wird. Dadurch wird der Verschleiß des Stellgebers reduziert.
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Das Eliminieren bzw. Reduzieren des Störsignals durch Aufschaltung einer periodischen Störgröße wirkt im Gegensatz zu anderen Maßnahmen zur Störgrößenunterdrückung, wie beispielsweise Tiefpassfilter, nicht dynamikmindernd. Dadurch ist es weiterhin möglich, schnelle Änderungen der Pedalstellung im Wesentlichen verzögerungsfrei auszuwerten und gleichzeitig eine gute, zuverlässige und robuste Unterdrückung von periodischen Störsignalen zu erreichen.
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Weiterhin kann der Verlauf der Stellungsangabe aus einem Positionssensorsignal, insbesondere durch Digitalisierung des Positionssensorsignals, erhalten werden.
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Insbesondere kann das periodische Kompensationssignal ermittelt werden, indem Zeitpunkte der Nulldurchgänge des periodischen Störsignals ermittelt werden und daraus die Frequenz des periodischen Störsignals ermittelt wird.
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Insbesondere können die Zeitpunkte der Nulldurchgänge des periodischen Störsignals als die Zeitpunkte ermittelt werden, an denen der Verlauf der Stellungsangabe einen Mittelwert des Verlaufs der Stellungsangabe während eines vorbestimmten Zeitfensters unter- bzw. überschreitet.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das periodische Kompensationssignal ermittelt werden, indem eine Störamplitude des periodischen Störsignals bestimmt und das periodische Kompensationssignal mit einer Amplitude ermittelt wird, die der Störamplitude entspricht oder von dieser abhängt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Mittelwert des Verlaufs der Stellungsangabe während des vorbestimmten Zeitfensters basierend auf einer Auswahl von Stellungsangaben aus dem Verlauf der Stellungsangabe bestimmt werden, wobei die Stellungsangaben in Gruppen aufgeteilt werden, wobei die Stellungsangaben jeder Gruppe für die Auswahl ausgewählt werden, wenn der Mittelwert der Stellungsangaben der betreffenden Gruppe nicht um mehr als einen vorbestimmten Betrag von den Mittelwerten der Stellungsangaben der übrigen Gruppen und/oder von dem Mittelwert aller Stellungsangaben während des vorbestimmten Zeitfensters abweicht.
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Weiterhin kann basierend auf mehreren Verläufen von Stellungsangaben, die insbesondere aus mehreren Positionssensorsignalen bestimmt werden, jeweils ein periodisches Kompensationssignal ermittelt werden, um mehrere korrigierte Stellungsangaben zu erhalten, wobei zum Ansteuern des Stellgebers des Pedalsystems eine der korrigierten Stellungsangaben, insbesondere durch Verwendung eines Plausibilisierungsverfahrens, ausgewählt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät, zum Betreiben eines Pedalsystems, insbesondere eines Kupplungspedalsystems, in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- – mindestens einen Sensorerfassungsblock zum Bereitstellen eines Verlaufs einer Stellungsangabe basierend auf einem Positionssensorsignal, wobei der Verlauf der Stellungsangabe den zeitlichen Verlauf einer Stellung einer Pedaleinrichtung angibt;
- – einen Kompensationssignalblock zum Ermitteln eines periodischen Störsignals in dem Verlauf der Stellungsangabe; und
- – eine Einrichtung, insbesondere ein Subtraktionsglied, zum Beaufschlagen des Verlaufs der Stellungsangabe mit einem periodischen Kompensationssignal, wobei das periodische Kompensationssignal eine gleiche Frequenz und eine entgegengesetzte Phasenlage wie das periodische Störsignal aufweist, um für die aktuelle Stellungsangabe eine korrigierte Stellungsangabe zum Ansteuern eines Stellgebers des Pedalsystems zu erhalten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Pedalsystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:
- – eine Pedaleinrichtung;
- – mindestens einen Positionssensor an der Pedaleinrichtung, um eine Stellung der Pedaleinrichtung zu detektieren und ein entsprechendes Positionssensorsignal bereitzustellen;
- – einen Stellgeber; und
- – die obige Vorrichtung zum Ansteuern des Stellgebers basierend auf der korrigierten Stellungsangabe.
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Gemäß eines weiteren Aspekts ist ein Computerprogramm vorgesehen, welches eingerichtet ist, alle Schritte eines der vorgenannten Verfahren auszuführen.
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Gemäß eines weiteren Aspekts ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches eingerichtet ist, alle Schritte eines der vorgenannten Verfahren auszuführen.
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Gemäß eines weiteren Aspekts ist ein Steuergerät vorgesehen, welche eingerichtet ist, alle Schritte eines der vorgenannten Verfahren auszuführen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Pedalsystems mit einer Pedaleinrichtung mit einer elektrischen Erfassung der Pedalstellung am Beispiel eines Kupplungspedalsystems;
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2 eine detailliertere Darstellung zur Bestimmung eines Kompensationssignals aus dem Sensorsignal; und
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3 ein Blockdiagramm zur Ermittlung eines Freigabesignals zur Freigabe für die Ermittlung des Kompensationssignals.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kupplungspedalsystems 1 als Beispiel für ein Pedalsystem in einem Kraftfahrzeug. Das Kupplungspedalsystem 1 umfasst ein Kupplungspedal 2 als eine Pedaleinrichtung, die mit einem ersten Positionssensor 21 und einem zweiten Positionssensor 22 versehen ist.
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Die Positionssensoren 21, 22 können beispielsweise in Form von Potentiometersensoren oder dergleichen ausgebildet sein. Die Positionssensoren 21, 22 dienen dazu, eine Pedalstellung als eine Stellungsangabe zu erfassen und ein entsprechendes elektrisches Positionssensorsignal in Form einer elektrischen Größe, z.B. Spannung, bereitzustellen. Insbesondere stellen der erste Positionssensor 21 ein erstes Positionssensorsignal S1 und der zweite Positionssensor 22 ein zweites Positionssensorsignal S2 zur Verfügung. Die Positionssensorsignale S1, S2 können beispielsweise Spannungssignale sein, deren Spannungswerte die Stellung des Kupplungspedals 2 angeben.
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Die elektrischen Positionssensorsignale S1, S2 werden in der Regel einem Motorsteuergerät 4 oder sonstiger Recheneinheit zugeführt, insbesondere über Sensorsignalleitungen 3. Auf die Sensorsignalleitungen 3 können die Positionssensorsignale S1, S2 von Störsignalen überlagert werden, die in der Regel als periodische Störsignale auftreten. Auch können aufgrund des Betriebs des Kraftfahrzeugs Vibrationen im Bereich des Kupplungspedals 2 auftreten, die eine permanente mechanische Schwingung der Stellung des Kupplungspedals 2 hervorrufen. Eine solche Schwingung kann ebenfalls durch die Positionssensoren 21, 22 erfasst werden und als unerwünschte Schwingung die Positionssensorsignale S1, S2 überlagern.
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In dem Motorsteuergerät 4 werden die beiden Positionssensorsignale S1, S2 in einem ersten bzw. zweiten Sensorerfassungsblock 41, 42 in entsprechende Stellungsangaben SA1, SA2, d. h. eine erste und eine zweite Stellungsangabe, umgewandelt bzw. digitalisiert. Die Stellungsangaben SA1, SA2 können insbesondere digitalen Angaben entsprechen, die die Stellung des Kupplungspedals 2 in einem definierten Wertebereich angeben, wie z. B. zwischen 0 und 100%.
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In einem Kompensationssignalblock 43, dem die erste und zweite Stellungsangabe SA1, SA2 bereitgestellt werden, wird für die erste und die zweite Stellungsangabe SA1, SA2 ein insbesondere erstes bzw. zweites digitales Kompensationssignal K1, K2 ermittelt, und der zeitlich variierende Wert des ersten und des zweiten Kompensationssignals K1, K2 wird in einem ersten bzw. zweiten Subtraktionsglied 44, 45 von der ersten bzw. zweiten Stellungsangabe SA1, SA2 subtrahiert.
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Als Ergebnis aus den Subtraktionsgliedern 44, 45 erhält ein Auswahlblock 46 beide korrigierte Stellungsangaben SA1' und SA2'. Der Auswahlblock 46 wählt nun eine der beiden korrigierten Stellungsangaben SA1', SA2' zum Bereitstellen an einen Kupplungsansteuerungsblock 47 aus, insbesondere diejenige der korrigierten Stellungsangaben SA1', SA2', die durch eine geeignete Plausibilisierung als zuverlässiger bewertet wurde. Die resultierende plausibilisierte Stellungsangabe PSA wird in einem Kupplungsansteuerungsblock 47 in eine entsprechende elektrische Bestromung eines Kupplungsaktors 5 umgesetzt.
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2 zeigt die Funktion des Kompensationssignalblocks 43 detaillierter. Der Kompensationssignalblock 43 weist für jede auszuwertende Stellungsangabe SA1, SA2 eine identische Teileinheit auf, von denen im Folgenden nur eine beschrieben wird. Die Teileinheit liest die Werte der digitalisierten Stellungsangabe SA nacheinander in eine Reihe von Registern 61 ein und stellt die Registerinhalte einem Amplituden-Erkennungsblock 62 und einem Nullpunkt-Erkennungsblock 63 zur Verfügung.
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Der Amplituden-Erkennungsblock 62 ist ausgebildet, um aus allen oder aus den in den Registern 61 gespeicherten Werten ausgewählten Werten der Stellungsangabe SA eine Amplitude des überlagerten Störsignals zu bestimmen und diese als Störamplitudenangabe Astör bereitzustellen. Dabei kann vorgesehen sein, dass nur diejenigen Werte der Stellungsangabe SA berücksichtigt werden, die einem kontinuierlichen Signalverlauf der Stellungsangabe SA zugeordnet sind, d. h. dass diejenigen Werte der Stellungsangabe SA zur Bestimmung der Störamplitudenangabe Astör ausgewählt werden, die um nicht mehr als einen vorgegebenen Abstand von einem Mittelwert der entsprechenden Werte der Stellungsangabe SA abweichen. Die Störamplitudenangabe Astör kann beispielsweise als die Hälfte einer Differenz zwischen einem Maximum und einem Minimum der ausgewählten Werte der Stellungsangabe SA bestimmt werden.
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Auf ähnliche Weise werden in dem Nullpunkt-Erkennungsblock 63 Zeitpunkte der Nulldurchgänge eines kontinuierlichen periodischen Verlaufs der Stellungsangabe SA detektiert und entsprechend der Häufigkeit und zeitlichen Abfolge der detektierten Nulldurchgänge wird eine Störfrequenzangabe fstör bestimmt. Die Zeitpunkte der Nulldurchgänge können beispielsweise als die Zeitpunkte bestimmt werden, an denen sich beim Vergleich von aufeinanderfolgenden Werten der Stellungsangabe SA mit einem gleitenden Mittelwert des zeitlichen Verlaufs der in den Registern 61 gespeicherten Stellungsangaben SA ein Vorzeichenwechsel ergibt. Insbesondere werden hierfür nur diejenigen Werte der Stellungsangabe SA berücksichtigt, die um nicht mehr als einen vorgegebenen Abstand von einem Mittelwert der in den Registern 61 gespeicherten Werte der Stellungsangabe SA abweichen, um so Einflüsse durch dynamische Veränderungen der Stellungsangabe, z.B. aufgrund einer Betätigung der Pedaleinrichtung auszuschließen. Die Störfrequenzangabe fstör gibt die Frequenz des dem Verlauf der Stellungsangabe SA überlagerten Störsignals an.
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Die Störamplitudenangabe Astör, die von dem Amplituden-Erkennungsblock 62 bereitgestellt wird, und die Störfrequenzangabe fstör, die von dem Nullpunkt-Erkennungsblock 63 bereitgestellt wird, werden einem Kompensationssignal-Modellierungsblock 65 zugeführt, der das entsprechende Kompensationssignal K1, K2 generiert, das eine der Störfrequenzangabe fstör entsprechende Frequenz und eine mit der Störamplitudenangabe Astör identische oder eine daran angepasste Amplitude aufweist. Das so generierte Signal wird anschließend in einem Phasenanpassungsblock 68 zugeführt und dort zu einer Phasenlage verschoben, die zu der Phasenlage des Verlaufs des Störsignals auf der digitalisierten Stellungsangabe SA entgegengesetzt ist. Das so ermittelte Kompensationssignal K1, K2 wird in digitalisierter Form bereitgestellt, so dass es in den Subtraktionsblöcken 44, 45 von der digitalisierten Stellungsangabe SA subtrahiert werden kann.
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Der Nullpunkt-Erkennungsblock 63 und der Amplituden-Erkennungsblock 62 weisen jeweils eine Freigabefunktion auf, durch die eine Generierung des Kompensationssignals K in dem Kompensationssignal-Modellierungsblock 65 freigegeben werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das entsprechende Kompensationssignal K1, K2 in dem Kompensationssignal-Modellierungsblock 65 nur dann bereitgestellt bzw. generiert wird, wenn der Amplituden-Erkennungsblock 62 ein Amplitudenmuster eines periodischen Störsignals erkennt und dies durch ein Amplitude-erkannt-Signal AES signalisiert und der Nullpunkt-Erkennungsblock 63 ein entsprechendes Frequenzmuster eines periodischen Störsignals erkennt und dies durch ein Frequenz-erkannt-Signal FES signalisiert. Das Amplitude-erkannt-Signal AES und das Frequenz-erkannt-Signal FES werden dazu einem UND-Block 67 zugeführt und dort verUNDet.
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Weiterhin ist ein Freigabeblock 66 vorgesehen, der ermittelt, ob der Verlauf der Stellungsangaben SA im Wesentlichen keine oder nur eine geringe Bewegung der Pedalstellung hinweist.
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Die Funktion des Freigabeblocks 66 ist in 3 ausführlicher erläutert. Dort werden die Register 61, in die während eines vorbestimmten Zeitfensters die aufeinanderfolgenden digitalisierten Stellungsangaben SA eingelesen worden sind, in Registergruppen zu mehreren Registern 61 eingeteilt und in entsprechenden Mittelwertblöcken 71 die Mittelwerte der Stellungsangaben SA in den einzelnen Registergruppen gebildet. Die so erhaltenen Mittelwerte werden in einem Vergleichsblock 72 auf Gleichheit überprüft und die Stellungsangaben SA bzw. die Stellungsangaben in Registergruppen, in denen die Stellungsangaben SA mit einem (um mehr als einen vorgegebenen Betrag) von einem Durchschnitt abweichenden Mittelwert gespeichert sind, werden von der weiteren Berechnung ausgeschlossen.
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Die Registerinhalte der Register 61 und das Ergebnis des Vergleichsblocks 72 werden an einen Min-/Max-Vergleichsblock 73 übermittelt, so dass die maximale und minimale Stellungsangabe SA der unter Nichtberücksichtigung der ausgeschlossenen Registergruppen verbleibenden Stellungsangaben SA ermittelt wird. Ein Freigabesignalblock 74 erhält die maximale und minimale Stellungsangabe SA und generiert ein Freigabesignal F, das eine Freigabe zur Generierung des entsprechenden Kompensationssignals K1, K2 nur dann erteilt, wenn die minimalen und maximalen Werte der Stellungsangabe SA außerhalb eines vorliegenden Toleranzbereichs liegen, d. h. der maximale Wert oberhalb eines ersten Schwellenwerts und der minimale Wert unterhalb eines zweiten Schwellenwerts liegt.
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Der Freigabeblock 66 kann weiterhin so mit dem Nullpunkt-Erkennungsblock 63 und dem Amplituden-Erkennungsblock 62 verbunden sein, dass die zur Ermittlung der Nullpunkte und der Amplitude verwendeten Stellungsangaben SA nur aus den zugelassenen Registergruppen bereitgestellt werden. Weiterhin kann der Freigabeblock 66 einen gesamten Mittelwert der Werte der Stellungsangabe aus den ausgewählten Registergruppen an den Nullpunkt-Erkennungsblock 63 und den Amplituden-Erkennungsblock 62 bereitstellen, der als Bezugswert für die Ermittlung der Nulldurchgänge bzw. zur Ermittlung der Maximal und Minima der Werte der Stellungsangaben dient.
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Ein durch den Freigabeblock 66 bereitgestelltes Freigabesignal F, das Amplitude-erkannt-Signal AES und das Frequenz-erkannt-Signal FES werden dem UND-Block 67 zugeführt, der die entsprechenden Signale verUNDet und die Generierung des entsprechenden Kompensationssignals K1, K2 in dem Kompensationssignal-Modellierungsblock 65 zulässt, wenn alle Freigaben erteilt worden sind.
