-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung eines Planetengetriebes mit einem mit einer ersten Welle verbundenen Sonnenrad, einem Hohlrad und einem zwischen Sonnenrad und Hohlrad kämmende Planeten verdrehbar aufnehmenden, mit einer zweiten Welle verbundenen Planetenträger, einem mittels eines elektronisch mittels eines absolute Winkelinkremente erfassenden Winkelsensors kommutierten Elektromotors betriebenen Aktor mit einem axial verlagerbaren Betätigungselement, welches durch eine Verlagerung entlang eines Betätigungswegs eine Bremse zwischen einem Hohlrad und einem Festbauteil betätigt, wobei der Betätigungsweg mittels eines relative Wegänderungen erfassenden Wegsensors von einer Steuereinheit ermittelt wird und die Bremse von dem Betätigungselement entlang des Betätigungswegs zwischen einer Öffnungsposition mit frei drehendem Hohlrad und einer Schließposition mit gegen das Festbauteil gebremstem Hohlrad verlagert wird, sowie einer Recheneinrichtung zur Zuordnung einer erfassten relativen Wegposition zu einer absoluten Referenzposition des Betätigungswegs und zur Plausibilisierung der Referenzposition.
-
Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, Planeten, einem diese verdrehbar aufnehmenden Planetenträger und einem Hohlrad bilden in einfacher Weise ein Umlaufgetriebe zwischen zwei Wellen. Ein derartiges Umlaufgetriebe kann schaltbar ausgebildet werden, wenn beispielsweise Sonnenrad und Planetenträger jeweils einer Welle zugeordnet sind und das Hohlrad frei dreht oder gehäusefest gebremst wird. Auf diese Weise entstehen zwei schaltbare Übersetzungen zwischen den Wellen. Aus der
DE 10 2011 087 697 A1 ist beispielsweise in einem hybridischen Antriebsstrang zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einer Riemenscheibenebene ein derart schaltbares Planetengetriebe angeordnet, bei dem das Hohlrad mittels eines elektrischen Aktors automatisiert betätigt wird, um beispielsweise eine Elektromaschine als Starter der Brennkraftmaschine, von dieser angetriebener Generator und als Antrieb für Nebenaggregate bei stillstehender Brennkraftmaschine mit unterschiedlichen Übersetzungen gegenüber der Kurbelwelle betreiben zu können. Desweiteren sorgt ein zwischen den Wellen wirksam angeordneter Freilauf für eine abhängig von der Differenzdrehzahl von der Brennkraftmaschine abkoppelbare Elektromaschine.
-
Die Wegstrecke eines Betätigungselements des Aktors zur Betätigung der Bremse wird dabei mittels eines relative Wegstreckenabschnitte erfassenden Wegsensors, beispielsweise eines Inkrementalgebers ermittelt. Eine Absolutposition kann somit nicht ohne Weiteres gemessen werden. Da sich die Absolutposition beispielsweise bei einem abgestellten Aktor ändern kann, ohne dass dies über den Inkrementalgeber festgestellt werden kann, ist die Bestimmung einer absoluten Wegposition nur durch den Inkrementalgeber nicht ausreichend. Es muss zusätzlich dazu eine Referenzposition sicher ermittelt werden. Das von den relativen Wegsignalen des Inkrementalgebers ermittelte Weg-Koordinatensystem wird nach Ermittlung einer Referenzposition anschließend so verschoben, dass sich die Referenzposition mit einer vorgegebenen Absolutposition deckt und auf diese Weise mögliche Fehler, beispielsweise ein Verlieren von Inkrementen oder einem fehlerhaften Erkennen von Inkrementen eliminiert werden und nach jedem korrekten Ermitteln der Referenzposition die relativen Wegsignale absoluten Wegpositionen zugeordnet werden können. Hierzu ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 220 712 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines ein Planetengetriebe mit einer Referenzierung des das Planetengetriebe schaltenden Aktors bekannt.
-
Weiterhin ist aus der nicht vorveröffentlichten, hiermit vollständig inhaltlich aufgenommenen
deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2013 212 663.8 ein Verfahren zur Betätigung eines Planetengetriebes mit einem mit einer ersten Welle verbundenen Sonnenrad, einem Hohlrad und einem zwischen Sonnenrad und Hohlrad kämmende Planeten verdrehbar aufnehmenden, mit einer zweiten Welle verbundenen Planetenträger vorgesehen. Hierbei verlagert ein elektrisch betriebener Aktor ein axial verlagerbares Betätigungselement. Das Betätigungselement betätigt durch dessen Verlagerung mittels des Aktors entlang einer Wegstrecke eine zwischen einem Hohlrad und einem Festbauteil angeordnete Bremse, wobei die Wegstrecke mittels eines relative Wegänderungen erfassenden Wegsensors von einer Steuereinheit ermittelt wird und die Bremse von dem Betätigungselement entlang der Wegstrecke zwischen einer Öffnungsposition mit frei drehendem Hohlrad und einer Schließposition mit gegen das Festbauteil gebremstem Hohlrad verlagert wird. Die erfassten, relativen Wegsignale werden einer Recheneinrichtung während einer Referenzierung einer absoluten Referenzposition zugeordnet. Hierbei wird zur Ermittlung der Referenzposition das Betätigungselement bei geöffneter Bremse gegen einen einem harten Anschlag vorgelagerten Energiespeicher mit gegen den harten Anschlag ansteigender Kennlinie mit einer kleineren Kraft als eine Federkraft des Energiespeichers verlagert und bei Erreichen des Energiespeichers die Referenzposition festgelegt. Durch Vorschalten eines unter Vorspannung gehaltenen Energiespeichers wird insbesondere ein Verklemmen eines selbsthaltenden wie selbsthemmenden Aktors an einem harten Anschlag vermieden.
-
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Steuerung eines Planetengetriebes derart vorteilhaft weiterzubilden, dass eine schnellere und einfachere Ermittlung einer plausibilisierten Referenzposition und gegebenenfalls eine Vereinfachung der mechanischen Ausbildung der Referenzposition ermöglicht wird.
-
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens wieder.
-
Das vorgeschlagene Verfahren ist zur Betätigung eines Planetengetriebes mit einem mit einer ersten Welle verbundenen Sonnenrad, einem Hohlrad und einem zwischen Sonnenrad und Hohlrad kämmende Planeten verdrehbar aufnehmenden, mit einer zweiten Welle verbundenen Planetenträger vorgesehen. Hierbei verlagert ein mittels eines elektronisch kommutierten Elektromotors betriebener Aktor ein axial verlagerbares, bevorzugt selbsthemmend ausgebildetes Betätigungselement, so dass eine eingestellte Wegposition ohne Bestromung des elektrischen Antriebs gehalten werden kann. Die Kommutierung erfolgt mittels eines Winkelsensors, welcher pro Umdrehung des Rotors absolute Winkelpositionen erfassen kann. Die Kommutierung erfordert dabei eine Winkelauflösung, welche bezogen auf den Betätigungsweg eine ausreichende Winkelauflösung bereitstellt. Der gesamte Betätigungsweg wird dabei durch eine Vielzahl von Umdrehungen des Rotors durchfahren. Das Betätigungselement kann beispielsweise eine axial auf einer von einem Elektromotor angetriebenen Spindel verlagernde Spindelmutter sein. Das Betätigungselement betätigt durch dessen Verlagerung mittels des Aktors entlang einer Wegstrecke eine zwischen einem Hohlrad und einem Festbauteil angeordnete Bremse, wobei die Wegstrecke mittels eines relative Wegänderungen erfassenden Wegsensors, beispielsweise durch Aufsummieren der Winkelinkremente des Winkelsensors, der in vorteilhafter Weise in den Elektromotor integriert sein kann, von einer Steuereinheit ermittelt wird und die Bremse von dem Betätigungselement entlang der Wegstrecke zwischen einer Öffnungsposition mit frei drehendem Hohlrad und einer Schließposition mit gegen das Festbauteil gebremstem Hohlrad verlagert wird. Die erfassten, relativen Wegsignale werden in einer beispielsweise in die Steuereinheit integrierten Recheneinrichtung während einer Referenzierung einer absoluten Referenzposition der Wegstrecke zugeordnet, indem beispielsweise ein Verhalten einer elektrischen Betriebsgröße, beispielsweise des Betriebsstroms, einer Betriebsspannung, eine Lastentwicklung und/oder dergleichen auf Änderungen untersucht und bei einer entsprechenden Änderung dieser eine Referenzposition erkannt wird, wenn beispielsweise das Betätigungselement an der Referenzposition durch Auflaufen auf ein Hindernis mehr elektrische Energie benötigt und damit mehr Strom benötigt, eine Versorgungsspannung einbricht. Alternativ oder zusätzlich kann das Verhalten der relativen Wegsignale selbst bei konstantem Betrieb des Aktors ausgewertet werden und ein Erreichen des Energiespeichers erkannt werden, wenn keine Änderung der relativen Wegsignale mehr auftritt. In dem vorgeschlagenen Verfahren wird zur Ermittlung der Referenzposition das Betätigungselement bei geöffneter Bremse gegen einen Anschlag, beispielsweise einen harten oder weichen Anschlag gefahren. Hierbei wird in einer ersten Lernphase beispielsweise während einer Erstinbetriebnahme des Planetengetriebes an einem Bandende oder nach einer Wartung die absolute Referenzposition angefahren. Durch entsprechende Überprüfung wird das Anfahren in dieser Lernphase als gesichert angenommen. An dieser Referenzposition wird ein absoluter Referenzwinkel des Rotors mittels des Winkelsensors erfasst, wobei eine eindeutige und absolute Zuordnung des Referenzwinkels zu einer vorgegebenen Rotorposition gegeben ist. Aufgrund der hohen Winkelauflösung, beispielsweise bis zu 2048 Winkelelemente pro Umdrehung, ist eine diesem zugeordnete Auflösung des von der Verdrehung des Rotors mittels eines Wandlergetriebes wie Spindeltrieb abhängige Wegauflösung entlang des Betätigungswegs unkritisch. Der in genügend hoher Auflösung erfasste Referenzwinkel wird in einem nicht flüchtigen Speicher der Recheneinrichtung gespeichert. Während des Betriebs des Planetengetriebes zu vorgegebenen Zeitpunkten, an denen von einer Steuereinheit ein Bedarf einer Ermittlung der Referenzposition bestimmt wird, beispielsweise in vorgesehenen Zeitintervallen, nach einer Inbetriebnahme einer Umgebung des Planetengetriebes wie Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und dergleichen, nach einem veränderten Verhalten der Bremse und dergleichen, wird die Referenzposition angefahren. Um sicher zu gehen, dass die richtige Referenzposition angefahren wurde, erfolgt eine Plausibilisierung dieser, indem ein Vergleich eines aktuell erfassten Referenzwinkels und des gespeicherten Referenzwinkels erfolgt. Die Referenzposition wird als richtig angefahren angenommen, das heißt, ein Vertrauensmaß für eine korrekt angefahrene Referenzposition wird als erfüllt angenommen, wenn aktueller und gespeicherter Referenzwinkel innerhalb einer vorgegebenen Toleranzspanne liegen. Die Toleranzspanne kann das Auflösungsvermögen des Winkelsensors, Toleranzabweichungen über die Betriebszeit und dergleichen berücksichtigen.
-
Die Referenzposition kann an den Grenzen des Betätigungswegs und zwischen diesen vorgesehen sein, indem beispielsweise ein harter oder weicher Anschlag bevorzugt im Bereich eines maximalen Betätigungswegs bei offener Bremse vorgesehen wird. Durch die vorgeschlagene Plausibilisierung kann in entsprechenden Betätigungseinrichtungen der Bremse auf weitere mechanisch vorzuhaltende Bauteile verzichtet werden, indem ein systembedingter Anschlag der Betätigungseinrichtung, beispielsweise gebildet aus Aktor, Spindelgetriebe und Betätigungselement, als Referenzposition genutzt wird.
-
Um insbesondere ein Verklemmen eines selbsthemmenden Aktors an einem derart hart ausgebildeten Anschlag zu verhindern, kann das Betätigungselement bei geöffneter Bremse gegen einen einem harten Anschlag vorgelagerten Energiespeicher mit gegen den harten Anschlag ansteigender Kennlinie mit einer kleineren Kraft als einem Kraftsprung des Energiespeichers verlagert und bei Erreichen des Energiespeichers die Referenzposition festgelegt werden. Hierbei kann die Referenzposition plausibilisiert werden, indem das Betätigungselement geschwindigkeitsgeregelt gegen den Energiespeicher betätigt wird und anhand des Verhaltens einer elektrischen Lastgröße und/oder einer Wegstreckendifferenz entlang der Kennlinie eine Korrelation mit der Kennlinie des Energiespeichers ausgewertet wird.
-
Alternativ oder zusätzlich kann bei der Erstinbetriebnahme ein Plausibilisierungsanschlag angefahren und an diesem mittels des Winkelsensors ein Plausibilitätswinkel erfasst und in einem nicht flüchtigen Speicher der Recheneinrichtung gespeichert werden und während des Betriebs des Planetengetriebes zu vorgegebenen Zeitpunkten nach Anfahren der Plausibilisierungsposition eine Plausibilisierung dieser erfolgen, wenn ein Vergleich eines aktuell erfassten Plausibilitätswinkels und des gespeicherten Plausibilitätswinkels innerhalb einer vorgegebenen Toleranzspanne liegt. Hierbei kann ein Vertrauensmaß der Referenzposition erhöht werden, wenn eine Winkeldifferenz wie Absolutwinkeldifferenz zwischen aktuell erfasstem Referenzwinkel und Plausibilitätswinkel innerhalb einer vorgegebenen Toleranzspanne liegt.
-
Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt eine im oberen Teil die Lastkennlinie
1 der Betätigungskraft F über den Betätigungsweg s eines Betätigungselements zur Betätigung einer Bremse des Hohlrads eines Planetengetriebes gegen ein Festbauteil und in dem unteren Teil den zugehörigen Absolutwinkel α des Rotors des den Aktor zur Betätigung der Bremse des Planetengetriebes antreibenden Elektromotors gegen den Betätigungsweg s. Zur konstruktiven Ausbildung eines entsprechenden Planetengetriebes wird auf die
DE 10 2011 087 697 A1 und die
DE 10 2012 220 712 A1 verwiesen.
-
Bei Wegstrecken kleiner der Tastposition Tp, bei beginnender Momentübertragung der Bremse, also im Bereich einer vollständig geöffneten Bremse ist ein zwischen dem harten Anschlag der Plausibilisierungsposition Pp und der Referenzposition Rp vorgespannter Energiespeicher, beispielsweise eine vorgespannte Feder mit der in Richtung der Plausibilisierungsposition Pp ansteigenden Kennlinie 2 mit der Kraftdifferenz ΔF angebracht, der zu dem Kraftsprung 3 in der Lastkennlinie 1 mit anschließender linear ansteigender Kraftdifferenz ΔF führt. Die Referenzposition Rp ist somit bei diesem Aktor die Position, an dem die vorgespannte Feder berührt wird und dies zu einem Kraftsprung in der Lastkennlinie 1 führt. Die Referenzposition Rp wird mit einer definierten Spannung von größeren Wegstrecken in Öffnungsrichtung der Bremse angefahren, die nicht ausreicht, um das Betätigungselement in den Energiespeicher zu verlagern und damit diesen zu komprimieren. Der so ermittelte Anschlag wird dann als Referenzposition Rp erkannt und übernommen. Bei Erstinbetriebnahme an einem Bandende oder nach einer Reparatur wird zugleich der – hier nicht dargestellte – Referenzwinkel α(Rp, s) des mit absoluter Winkelerfassung des Elektromotors zu dessen Kommutierung versehenen Winkelsensors erfasst und in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt. Da der Rotor mehrere Umdrehungen über den Betätigungsweg s ausführt, ist eine direkte, absolute Zuordnung zu der Referenzposition Rp aufgrund der Mehrdeutigkeit des Absolutwinkels α nicht möglich. Die Zuordnung dieser erfolgt daher über die Aufsummierung der erfassten Winkelinkremente des Absolutwinkels α. Die Referenzierung der Winkelinkremente gegenüber dem Betätigungsweg s erfolgt während des Betriebs und über Lebensdauer der Bremse und des Aktors laufend anhand der Referenzposition Rp. Diese wird angefahren und durch den Kraftsprung der Lastkennlinie 1 erkannt. Um zu plausibilisieren, ob die angefahrene Wegposition überhaupt die Referenzposition Rp ist, wird der gespeicherte Referenzwinkel α(Rp, s) mit dem aktuell ermittelten Referenzwinkel α(Rp) verglichen. Stimmen diese in einem vorgegebenen Maß, also innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebaren Toleranzspanne überein, ist ein zur Plausibilisierung der Referenzposition erforderliches Vertrauensmaß gegeben. Das hierdurch gewonnene Vertrauensmaß ist aufgrund der begrenzten Anzahl der Übereinstimmung mit den anderen identischen Winkeln entlang des Betätigungswegs s ausreichend. Weiterhin können einschränkende Bedingungen, beispielsweise eine nicht bei geschlossener Bremse anfahrbare Referenzposition und dergleichen zur Erhöhung des Vertrauensmaßes der angefahrenen Referenzposition Rp vorgesehen werden. Im einfachsten Fall kann auf einen Energiespeicher mit der Kennlinie 2 verzichtet werden, wobei die Referenzposition Rp und die Plausibilisierungsposition Pp zusammenfallen können.
-
Zur weiteren Erhöhung des Vertrauensmaßes kann zusätzlich zu dem Positionswinkel α(Rp) an der Referenzposition Rp wie in der Figur gezeigt zusätzlich an der Plausibilisierungsposition Pp bereits bei der Erstinbetriebnahme entsprechend der Erfassung des Referenzwinkels α(Rp, s) ein – nicht dargestellter – Plausibilitätswinkel α(Pp, s) erfasst und abgespeichert werden. Nach jeder oder einzelnen Referenzierungen der Referenzposition Rp samt Plausibilisierung mittels des Referenzwinkels α(Rp) kann die Plausibilisierungsposition Pp angefahren werden und eine Plausibilisierung dieser durch Vergleich des aktuell erfassten Plausibilitätswinkels α(Pp) mit dem gespeicherten Plausibilitätswinkel α(Pp, s) erfolgen. Eine weitere Erhöhung des Vertrauensmaßes der Referenzposition Rp kann erfolgen, indem die eine Differenz von aktuellem Referenzwinkel α(Rp) und aktuellem Plausibilitätswinkel α(Pp) mit einer ermittelten oder in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegten Differenz des gespeicherten Referenzwinkels α(Rp, s) und des gespeicherten Plausibilitätswinkels α(Pp, s) verglichen werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lastkennlinie
- 2
- Kennlinie
- 3
- Kraftsprung
- F
- Betätigungskraft
- Pp
- Plausibilisierungsposition
- Rp
- Referenzposition
- s
- Betätigungsweg
- Tp
- Tastposition
- α
- Absolutwinkel
- α(Pp)
- aktueller Plausibilitätswinkel
- α(Pp, s)
- gespeicherter Plausibilitätswinkel
- α(Rp)
- aktueller Referenzwinkel
- α(Rp, s)
- aktueller Referenzwinkel
- ΔF
- Kraftdifferenz
-
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 102011087697 A1 [0002, 0011]
- DE 102012220712 A1 [0003, 0011]
- DE 102013212663 [0004]
