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Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung und ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung derselben.
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Getriebesteuerungseinrichtungen dienen insbesondere der Ansteuerung von Schaltelementen eines Getriebes, insbesondere der Ansteuerung von der Betätigung der Schaltelemente dienenden Stellern. Bei den Schaltelementen eines Getriebes handelt es sich typischerweise um reibschlüssige Schaltelemente, wie Reibkupplungen, oder auch um formschlüssige Schaltelemente, wie Klauenkupplungen. Bei den Stellern, die der Betätigung eines Schaltelements dienen, handelt es sich zum Beispiel um mit Hilfe eines elektrischen Stroms zu betätigende Hydraulikventile.
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Zur Ansteuerung solcher Steller für die Schaltelemente eines Getriebes umfasst eine Getriebesteuerungseinrichtung eine Ausgangsstufe mit mindestens einem einen geregelten Stromausgang aufweisenden Stromregler. Am geregelten Stromausgang des Stromreglers wird ein geregelter Ausgangsstrom für die Ansteuerung des anzusteuernden Stellers des jeweiligen Schaltelements bereitgestellt. Dem Stromregler wird hierzu einerseits ein Soll-Strom und andererseits ein Ist-Strom bereitgestellt, wobei der Ist-Strom über einen Messwiderstand, der zwischen den Stromregler und den anzusteuernden Steller geschaltet ist, ermittelt werden kann.
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Aus Sicherheitsgründen muss für den geregelten Stromausgang eines Stromreglers eine korrekte Funktion gewährleistet werden, wozu es erforderlich ist, die ordnungsgemäße Funktion des Stromreglers zu überwachen. In der Praxis bekannte Lösungen zur Überwachung der Funktion eines Stromreglers sind entweder teuer oder ungenau. Es besteht daher Bedarf an einer Steuerungseinrichtung und einem Verfahren zur Funktionsüberprüfung derselben, mit Hilfe derer die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit eines Stromreglers einfach, kostengünstig und mit hoher Genauigkeit überwacht werden kann.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Steuerungseinrichtung und ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung derselben schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Steuerungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist auf den Messwiderstand ein definierter Fehlerstrom aufschaltbar, der zu einer definierten Verfälschung des Ist-Stroms führt, wobei die Steuerungseinrichtung unter Kenntnis der durch den definierten Fehlerstrom verursachten definierten Verfälschung des Ist-Stroms eine Soll-Reaktion des Stromreglers ermittelt und auf Grundlage eines Vergleichs zwischen der Soll-Reaktion des Stromreglers und einer Ist-Reaktion desselben ermittelt, ob der Stromregler ordnungsgemäß arbeitet. Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung ermöglicht eine einfache, kostengünstige und genaue Funktionsüberprüfung des Stromreglers.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung koppelt der geregelte Ausgang des Stromreglers für die Ansteuerung der jeweiligen anzusteuernden Baugruppe in On-Phasen die anzusteuernde Baugruppe an ein Versorgungspannungspotential, wobei der geregelte Ausgang des Stromreglers in Off-Phasen die anzusteuernde Baugruppe von dem Versorgungspannungspotential trennt, wobei der Ist-Strom sowohl während On-Phasen und Off-Phasen gemessen und über diese Phasen gemittelt wird, wohingegen zur Funktionsüberprüfung des Stromreglers der definierte Fehlerstrom ausschließlich während On-Phasen auf den Messwiderstand aufgeschaltet wird. Hiermit kann auf einfache und genaue Art und Weise eine Funktionsüberprüfung des Stromreglers durchgeführt werden.
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Vorzugsweise verändert der Stromregler als Ist-Reaktion auf den Fehlerstrom ein Ist-Tastverhältnis für einen mit dem geregelten Ausgang des Stromreglers gekoppelten Transistor, der abhängig vom Tastverhältnis des Stromreglers in On-Phasen die anzusteuernde Baugruppe an das Versorgungspannungspotential koppelt und so einen definierten Stromfluss über die anzusteuernde Baugruppe leitet und der in Off-Phasen die anzusteuernde Baugruppe von dem Versorgungspannungspotential trennt und den Stromfluss über einen zwischen den Transistor und das Versorgungspannungspotential geschalteten elektrischen Freilauf leitet, wobei die Steuerungseinrichtung auf Grundlage des Vergleichs zwischen dem Ist-Tastverhältnis des Stromreglers und einem vom Fehlerstrom abhängigen Soll-Tastverhältnis ermittelt, ob der Stromregler ordnungsgemäß arbeitet. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist im Hinblick auf eine kostengünstige und hochgenaue Funktionsüberprüfung des Stromreglers besonders vorteilhaft.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst eine Fehlerstromquelle, die der Bereitstellung des Fehlerstroms dient, eine Reihenschaltung aus einem Transistor, einem Widerstand und einer Diode, wobei diese Reihenschaltung einerseits an ein Fehlerspannungspotential und anderseits an einen Kopplungspunkt zwischen dem Messwiderstand und der anzusteuernde Baugruppe gekoppelt ist. Hiermit kann der zur Funktionsüberprüfung genutzte Fehlerstrom genau mit einfachen, kostengünstigen Mitteln bereitgestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 6 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen 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:
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1 eine Schema einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung.
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Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung, insbesondere eine Getriebesteuerungseinrichtung. Die Steuerungseinrichtung dient der Ansteuerung mindestens einer anzusteuernden Baugruppe. Eine Getriebesteuerungseinrichtung dient insbesondere der Ansteuerung mindestens eines Stellers für mindestens ein Schaltelement eines Getriebes.
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1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Steuerungseinrichtung 10, die vorzugsweise als Getriebesteuerungseinrichtung ausgeführt ist.
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Die Steuerungseinrichtung 10 umfasst eine Ausgangsstufe 11 zur elektrischen Ansteuerung einer Baugruppe 12, die beispielsweise als ein elektromagnetisch betätigbares Ventil eines elektrohydraulischen Steuergerätes ausgebildet ist. In 1 dargestellt ist ein elektrisches Ersatzschaltbild dieser Baugruppe 12, aufweisend eine elektrisch ideale Spule 13 und deren realer elektrischer Innenwiderstand 14.
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Die Ausgangsstufe 11 zur Ansteuerung der Baugruppe 12 umfasst mindestens einen Stromregler 15, wobei der Stromregler 15 einen geregelten Ausgang 16 aufweist. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist lediglich ein derartiger Stromregler 15 mit einem geregelten Ausgang 16 gezeigt, mit dessen Hilfe ein geregeltes Ausgangssignal für die Ansteuerung der anzusteuernden Baugruppe 12 bereitgestellt wird.
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Die Grundfunktion des Stromreglers 15 besteht darin, abhängig von der Abweichung des Ist-Stromes vom Soll-Strom eine Spannung als Stellgröße an der elektrischen Last (Baugruppe 12) zu stellen. Bei dem Ausgang 16 des Stromreglers 15 handelt es sich in 1 um einen so genannten pulsweitenmodulierten Spannungsausgang, mittels dessen Tastverhältnisses über einen nachgeschalteten Transistor 17 die Spannung an der Baugruppe 12 eingestellt wird. In 1 ist dieser Transistor 17 beispielhaft als MOS-FET-Transistor ausgebildet, der mit seinem Gate-Anschluss G an den geregelten PWM-Ausgang 16 des Stromreglers 15 angeschlossen ist, der mit seinem Source-Anschluss S an Massepotenzial angeschlossen ist, und der mit seinem Drain-Anschluss D unter Zwischenschaltung einer Diode 18 an ein Versorgungsspannungspotenzial U1 gekoppelt ist, wobei die Anode A1 der Diode 18 an den Drain-Anschluss D des Transistors 17 und die Katode K1 der Diode 18 an die Versorgungsspannung U1 angeschlossen ist. Zur Diode 18 ist die anzusteuernde Baugruppe 12 parallel geschaltet.
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Der Stromregler 15 stellt an seinem Ausgang 16 ein Signal mit einem definierten Tastverhältnis bereit, wobei abhängig von diesem Tastverhältnis des Stromreglers 16 in sogenannten On-Phasen die anzusteuernde Baugruppe 12 an das Versorgungsspannungspotenzial U1 gekoppelt ist und wobei in sogenannten Off-Phasen die anzusteuernde Baugruppe 12 vom Massepunkt des Versorgungsspannungspotenzials U1 getrennt ist. In On-Phasen wird demnach über die anzusteuernde Baugruppe ein definierter elektrischer Strom geleitet, wohingegen in Off-Phasen der Strom über die Diode 18 fließt, die einen sogenannten elektrischen Freilauf bereitstellt.
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Dem Stromregler 15 ist an einem Eingang 19 ein Soll-Strom bereitstellbar, nämlich ein Soll-Wert für den Soll-Strom. Ferner ist dem Stromregler 17 ein Ist-Strom, nämlich ein Ist-Wert des Ist-Stroms, bereitstellbar, nämlich an Eingängen 21, 22 des Stromreglers 15. Der Ist-Strom wird dabei mit Hilfe eines Messwiderstands 23 ermittelt, wobei der Messwiderstand 23 mit einem Anschluss an den Eingang 21 und mit einem anderen Anschluss an den Eingang 22 des Stromreglers 15 angeschlossen ist. Der Messwiderstands 23 wird auch als Shunt bezeichnet.
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Der Stromregler 15 ermittelt auf Grundlage der am Messwiderstand 23 gemessenen Differenzspannung als Abbild des Ist-Stroms an den Eingängen 21, 22 und auf Grundlage des Soll-Stroms am Eingang 19 ein Taktverhältnis für den geregelten Stromausgang 16, um über das Taktverhältnis am geregelten PMW-Ausgang 16 den Ist-Strom dem Soll-Strom anzunähern. Dabei wird der Ist-Strom mittels der Eingänge 21 und 22 sowohl während der On-Phasen als auch während der Off-Phasen gemessen und über diese Phasen gemittelt.
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Im Sinne der Erfindung ist auf den Messwiderstand 23 ein definierter Fehlerstrom aufschaltbar. Dieser definierte Fehlerstrom führt zu einer definierten Verfälschung des an den Eingängen 21, 22 des Stromreglers 15 ermittelbaren Ist-Stroms. Die Steuerungseinrichtung 10 ermittelt unter Kenntnis der durch den definierten Fehlerstrom verursachten Verfälschung des Ist-Stroms eine Soll-Reaktion des Stromreglers 15 und ermittelt auf Grundlage eines Vergleichs zwischen dieser Soll-Reaktion des Stromreglers 15 und der Ist-Reaktion desselben, ob der Stromregler 15 ordnungsgemäß arbeitet.
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Als Reaktion auf den Fehlerstrom verändert der Stromregler 15 sein Ist-Tastverhältnis. Auf Basis des bekannten Fehlerstroms kann die Steuerungseinrichtung ein Soll-Tastverhältnis für den Stromregler 15 ermitteln, welches sich auf Basis des bekannten Fehlerstroms bei ordnungsgemäß arbeitendem Stromregler 15 einstellen sollte. Auf Grundlage des Vergleichs zwischen dem Ist-Tastverhältnis und dem vom Fehlerstrom abhängigen Soll-Tastverhältnis kann so ermittelt werden, ob der Stromregler ordnungsgemäß arbeitet.
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Dann, wenn das sich tatsächlich einstellende Ist-Tastverhältnis dem vom Fehlerstrom abhängigen Soll-Tastverhältnis entspricht bzw. um weniger als einen Grenzwert von demselben abweicht, kann auf einen ordnungsgemäß arbeitenden Stromregler 15 geschlossen werden. Weicht hingegen das sich einstellende Ist-Tastverhältnis von dem vom Fehlerstrom abhängigen Soll-Tastverhältnis ab, so wird auf einen nicht ordnungsgemäß arbeitenden Stromregler 15 geschlossen.
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Der Fehlerstrom am Messwiderstand 23 wird von einer Fehlerstromquelle 24 bereitgestellt. Die Fehlerstromquelle 24 umfasst eine Reihenschaltung aus einem Transistor 25, einem Widerstand 26 und einer Diode 27. Der Widerstand 26 dieser Reihenschaltung ist zwischen eine Anode A2 der Diode 27 und einen Kollektor C des Transistors 25 geschaltet, der im gezeigten Ausführungsbeispiel beispielhaft als ein sogenannter pnp-Bipolar-Transistor ausgeführt ist. Der Emitter E desselben ist an ein Fehlerspannungspotenzial U2 angeschlossen. Die Katode K2 der Diode 27 der Stromquelle 27 ist an einen Kopplungspunkt zwischen dem Messwiderstand 23 und der anzusteuernden Baugruppe 12 gekoppelt. An der Basis B des Transistors 25 wird dann ein Steuersignal angelegt, wenn auf den Messwiderstand 23 der definierte Fehlerstrom aufgeschaltet werden soll.
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Der Fehlerstrom wird vorzugsweise in definierten Zeitintervallen auf den Messwiderstand 23 aufgeschaltet, um die Funktionsüberprüfung in definierten Zeitabständen durchzuführen.
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Die in 1 dargestellte Baugruppe 24 ist als Ausführungsbeispiel zu verstehen, wie die Aufschaltung des Fehlerstromes zweckmäßig realisiert werden kann, um Diagnosefunktionen in praktisch ausgeführten Stromregelbausteinen nicht zu stören. Alternativ kann der in 1 vorgesehene Transistor 25 beispielsweise auch durch einen so genannten MOS-FET oder einen anderen geeigneten elektronischen Schalter wie beispielsweise ein Analogschalter ersetzt werden.
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Wie 1 entnommen werden kann, ist die Reihenschaltung aus Messwiderstand 23 und anzusteuernder Baugruppe 12 parallel zur Freilaufdiode 18 geschaltet.
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Zur Ansteuerung der anzusteuernden Baugruppe 12 wird demnach abhängig von einem zur Ansteuerung benötigten Soll-Strom und einem tatsächlich bereitgestellten Ist-Strom vom Stromregler 15 am geregelten PWM-Ausgang 16 ein Signal mit einem definierten Tastverhältnis bereitgestellt, welches in On-Phasen die anzusteuernde Baugruppe 12 mit dem Versorgungsspannungspotenzial U1 verbindet und in Off-Phasen den Stromfluss über den als Diode 18 ausgebildeten Freilauf leitet. Der Ist-Wert für die Regelung des Stromreglers 15 wird während der On-Phasen und der Off-Phasen über den Messwiderstand 23 gemessen, über mindestens eine Periode gemittelt und dann dem Stromregler 15 als Ist-Wert zugeführt, welcher aus der Regelabweichung zwischen dem Ist-Strom und dem Soll-Strom ein entsprechendes Tastverhältnis am Stromausgang 16 bereitstellt.
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Zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktionsfähigkeit des Stromreglers 15 wird auf den Messwiderstand 23 ein definierter Fehlerstrom aufgeschaltet, der nur während der On-Phasen der Ausgangsstufe 11 auf den Messwiderstand 23 aufgeschaltet wird. Die Höhe der durch den Fehlerstrom bewirkten Verfälschung des Ist-Stroms entspricht dabei der Höhe des mittleren Fehlerstroms multipliziert mit dem Tastverhältnis des Stromreglers 15.
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Der Stromregler 15 versucht, diesen Fehlerstrom auszuregeln, indem er am Stromausgang 16 das Tastverhältnis entsprechend verstellt. Da der Fehlerstrom bekannt ist, lässt ich in jedem Betriebspunkt die Änderung des Tastverhältnisses des Stromreglers 15 als Soll-Reaktion desselben vorausberechnen. Aus einer Abweichung der tatsächlichen Ist-Reaktion, also des Ist-Tastverhältnisses, des Stromreglers von der erwarteten Soll-Reaktion, nämlich dem erwarteten Soll-Tastverhältnis, lässt sich auf eine ordnungsgemäße Funktion bzw. nicht-ordnungsgemäße Funktion des Stromreglers 15 schließen.
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Wie oben ausgeführt, wird der Fehlerstrom ausschließlich während der On-Phasen des Stromreglers 15 bzw. der Ausgangsstufe 11 auf den Messwiderstand 23 aufgeschaltet. Hierdurch lässt sich vermeiden, dass Parameter nichtlinearer Schaltungselemente, zum Beispiel der Diode 18 des elektrischen Freilaufs und/oder temperaturabhängige Schaltungsparameter für die Vorausberechnung der Ist-Reaktion des Stromreglers 15 benötigt werden.
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Bei einer dynamischen Änderung des Soll-Werts 20 bzw. des Soll-Stroms ist eine Rückrechnung des fließenden Stroms aus der anstehenden Spannung an der anzusteuernden Baugruppe 12 und dem Innenwiderstand derselben erforderlich. Dieser Innenwiderstand kann aus dem Soll-Strom und der anstehenden Spannung ermittelt werden.
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Über die Beaufschlagung bzw. Injektion des Fehlerstroms in Verbindung mit dem Stromregler 15 mit rücklesefähigem Ist-Wert bzw. Ist-Strom ist der Strom-Messpfad ohne Zuschaltung der Baugruppe 12 auf korrekte Funktion überprüfbar, da in diesem Fall der gemessene Ist-Strom dem injizierten Fehlerstrom entsprechen muss.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Steuerungseinrichtung
- 11
- Ausgangsstufe
- 12
- Baugruppe
- 13
- Spule
- 14
- Ventil-Innenwiderstand
- 15
- Stromregler
- 16
- Ausgang des Stromreglers
- 17
- Transistor
- 18
- Diode
- 19
- Eingang
- 20
- Soll-Strom
- 21
- Eingang
- 22
- Eingang
- 23
- Messwiderstand
- 24
- Fehlerstromquelle
- 25
- Transistor
- 26
- Widerstand
- 27
- Diode
