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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung einer Auflösung eines, eine vorgegebene Bandbreite aufweisenden Ausgangssignales eines Absolutwertsensors, bei welchem einer vorgegebenen Rastierung eines Abtastsignales Messpunkte des Ausgangssignals des Absolutwertsensors zugeordnet werden.
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In Kupplungsbetätigungssystemen wird ein Kolben eines Geberzylinders zur Einstellung einer Position einer Kupplung bewegt. Dabei wird eine hydraulische Flüssigkeit aus dem Geberzylinder über eine hydraulische Übertragungsstrecke in einen Nehmerzylinder gedrückt, wobei in Abhängigkeit von der Position des Kolbens des Geberzylinders ein Kolben des Nehmerzylinders verschoben wird, wodurch die Kupplung in ihrer Position geändert wird. Um eine Zerstörung des Nehmerzylinders durch einen zu hohen Druckaufbau in dem hydraulischen Medium zu unterbinden, wird mittels eines Wegsensors die Position des Kolbens des Geberzylinders detektiert. Die Detektion erfolgt dabei über Absolutwertsensoren, wie beispielsweise Potentiometern, bei welchen dem maximalen, durch den Kolben des Geberzylinders zurückgelegten Weg ein vorgegebenes Spannungsintervall zugeordnet wird.
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Für eine solche Absolutwertmessung ist die übertragbare Weg-Auflösung immer durch die Bandbreite der Übertragungselemente limitiert und es entstehen zusätzliche Kosten, wenn die Bandbreite über einen Standard erhöht werden muss. Ebenso verhält es sich, wenn die Übertragungsfrequenz erhöht wird.
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Bei der Verwendung von Inkrementalsensoren ist kaum Bandbreite erforderlich, da nur Impulse übertragen werden. Nachteilig hierbei ist aber, dass sich hier ein Informationsverlust beim Rücksetzen von Steuergeräten oder bei Fehlzählungen ergibt. Dieser Informationsverlust muss durch eine Referenzierung ausgeglichen werden, was funktional eine Einschränkung darstellt.
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Aus der
DE 30 39 483 A1 ist eine inkrementale Längen- und Winkelmesseinrichtung bekannt, welche als Identifizierungsmerkmale dienende Referenzmarken aufweist, welche während der Messung abgetastet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei welchem bei einem Absolutwertsensor bei Beibehaltung seiner standardmäßig vorgegebenen Bandbreite die Auflösung erhöht wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der gesamten Messbereich des Absolutwertsensors in mindestens zwei Teilabschnitte unterteilt wird, wobei die Rastierung des Abtastsignal verfeinert wird und eine Zuordnung des Ausgangssignales des Absolutwertsensors zu dem jeweiligen Teilabschnitt durch Auswertung einer Zusatzinformation erfolgt. Dies hat den Vorteil einer hohen Auflösung bei gleicher Bandbreite und Übertragungsfrequenz ohne einen Informationsverlust beim Rücksetzen eines Steuergerätes und bei Fehlzählungen. Diese Aufteilung in mindestens zwei Teilabschnitte erhöht die Genauigkeit der Absolutmessung, wobei die sich ergebende Mehrdeutigkeit durch die mindestens zwei Teilabschnitte durch Kontinuitätsbedingungen sowie durch die Benutzung einer korrelierenden Zusatzinformation eliminiert wird.
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Vorteilhafterweise ist die Zusatzinformation als ansteigende Kennlinie ausgebildet ist, deren Messgröße sich über demselben Messbereich ändert, wie das Ausgangssignal des Absolutwertsensors. Bei der Zusatzinformation handelt es sich um eine Funktion, die sich unter denselben Systembedingungen ändert, wie das Ausgangssignal des Absolutwertsensors und somit für einen Vergleich mit diesem Ausgangssignal besonders gut geeignet ist. Die Steigung der Kennlinie gewährleistet eine eindeutige Zuordnung.
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In einer Ausgestaltung wird der gesamte Messbereich des Absolutwertsensors in zwei Teilabschnitte unterteilt, während die Rastierung des Abtastsignals verdoppelt wird. Damit ergibt sich für einen Teilabschnitt die doppelte Anzahl von Messwerten in dem Abtastsignal, so dass hierdurch eine erhöhte Genauigkeit eingestellt werden kann.
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In einer Variante umfassen die, in einem Teilabschnitt von dem Absolutwertsensor ausgegebenen Ausgangssignale Messwertsprünge, die kleiner als ein Teilabschnitt des Messbereiches des Absolutwertsensors sind. Durch diese Bedingung wird eine Mehrdeutigkeit im Ausgangssignal des Absolutwertsensors verhindert.
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Um die Genauigkeit der Auflösung des Ausgangssignals des Absolutwertsensors über die gesamte Lebensdauer des Absolutwertsensors zu gewährleisten, werden die Teilabschnitte und/oder die Rastierungen über die Lebensdauer des Absolutwertsensors angepasst.
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In einem Kupplungsbetätigungssystem wird als Absolutwertsensor ein Absolutwegsensor verwendet, wobei das Ausgangssignal des Absolutwegsensors einen Weg eines Geberzylinders in einer Kupplungsbetätigungseinrichtung bestimmt, während die Zusatzinformation eine Druckänderung innerhalb des Kupplungsbetätigungssystems während von dem Geberzylinder zurückgelegten Weg wiedergibt. Durch die Anwendung des beschriebenen Verfahrens auf eine Wegmessung im Kupplungsbetätigungssystem können problemlos Absolutwegsensoren mit einer standardisierten Auflösung eingesetzt werden, welche kostengünstiger gegenüber Sensoren mit einer höheren Auflösung sind. Ein Informationsverlust beim Rücksetzen von Steuergeräten oder Fehlzählungen wird somit zuverlässig unterbunden.
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In einer Ausführungsform wird das Ausgangssignal des Absolutwegsensors dem ersten, als Teilstrecke ausgebildeten Teilabschnitt zugeordnet, wenn der Druckverlauf über dem vergleichbaren Weg einen niedrigen Druck anzeigt, während das Ausgangssignal des Absolutwegsensors dem zweiten, als zweite Teilstrecke ausgebildeten Teilabschnitt zugeordnet wird, wenn der Druckverlauf einen hohen Druck anzeigt. Damit diese Zuordnung ausreichend funktioniert, muss davon ausgegangen werden, dass eine Kontinuität des Druckverlaufes in den auszuwertenden Bereich vorhanden ist. Dies bedeutet, dass das Drucksignal stetig ansteigt oder stetig abnimmt.
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In einer Variante umfassen die in einer Teilstrecke von dem Absolutwegsensor ausgegebenen Ausgangssignale Wegsprünge, die kleiner als eine Teilstrecke des Messbereiches des Absolutwegsensors sind. Damit wird die Mehrdeutigkeit im Ausgangssignal des Absolutwegsensors unterbunden.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung darstellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1: eine Prinzipdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems für ein Fahrzeug,
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2: ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren,
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3: ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4: ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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5: ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystem 1 dargestellt, wie es heute in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Ein solches Kupplungsbetätigungssystem 1 weist einen, als Gehäuse ausgebildeten Geberzylinder 2 auf, in dem ein Kolben 3 axial beweglich gelagert ist. Der Kolben 3 wird von einem Kupplungspedal oder einem Aktor 4 betätigt. Über eine Hydraulikleitung 5 ist der Geberzylinder 2 mit einem Nehmerzylinder 6 verbunden, welcher eine Kupplung 7 betätigt. Die Verstellung der Position der Kupplung 7 erfolgt aufgrund des Antriebes des Kolbens 3 durch das Kupplungspedal oder den Aktor 4. Der Geberzylinder 2 und die Kupplung 7 mit dem Nehmerzylinder 6 sind dabei räumlich getrennt im Kraftfahrzeug angeordnet und über die, eine hydraulische Flüssigkeit enthaltende Hydraulikleitung 5 miteinander verbunden. Außen an dem Geberzylinder 2 ist ein Absolutwegsensor 8 angeordnet, welcher eine Auswerteschaltung umfasst und mit einem Steuergerät 10 verbunden ist. Der Absolutwertsensor 8 liegt einem Target 9 gegenüber, das innerhalb des Geberzylinders 2 am Kolben 3 befestigt ist. Bei dem Absolutwegsensor 8 kann es sich beispielsweise um ein Potentiometer handeln, welches von einem Strom durchflossen wird und welches daraufhin ein Magnetfeld aufspannt, innerhalb welchem das Target 9 bei der Betätigung des Kolbens 3 des Geberzylinders 2 durch das Kupplungspedal 4 bewegt wird. In Abhängigkeit des von dem Kolben 3 des Geberzylinders 2 zurückgelegten Weges l ergeben sich an dem Potentiometer 8 unterschiedliche Spannungswerte, die dem Steuergerät 10 zugeführt werden. Innerhalb des Geberzylinders 2 ist ein Drucksensor 11 angeordnet, welcher den Druck in der hydraulischen Strecke des Kupplungsbetätigungssystems 1 in Abhängigkeit von dem, vom Kolben 3 zurückgelegten Weg l misst und an das Steuergerät 10 ausgibt.
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Während des Betriebes des Kupplungsbetätigungssystems 1 überstreicht das Target 9 aufgrund der Beweglichkeit des Kolbens 3 des Geberzylinders 2 einen maximalen Weg L. Da es sich bei dem, als Absolutwegsensor verwendeten Potentiometer 8 um einen Standardsensor handelt, besitzt dieser nur eine vorgegebene geringe Auflösung innerhalb der zugeordneten Bandbreite des Ausgangssignals des Absolutwegsensors 8. Um die Auflösung eines solchen standardisierten Absolutwegsensors 8 ohne Änderung der Bandbreite zu erhöhen, wird der maximale Weg L des Kolbens 3 in zwei gleich lange Teilstrecken L1 und L2 unterteilt. Das Ausgangssignal des Absolutwegsensors 8 wird von einem Abtastsignal des Steuergerätes 9 zu vorgegebenen Zeitpunkten erfasst, welche als Rastierung bezeichnet werden. Auf Grund der Halbierung des maximalen Weges l wird die Änderungsfrequenz des Abtastsignales bei konstanter Verschiebungsgeschwindigkeit verdoppelt.
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2 verdeutlicht die alte Rastierung Ra gegenüber der neuen Rastierung Rn und die Einteilung des maximalen Weges L. Zu den Zeitpunkten, wo das Abtastsignal Xa des Steuergerätes 10 das Ausgangssignal des Absolutwegsensors 8 abfragt, wird sichergestellt, dass das Ausgangsignal des Absolutwegsensors 8 sich lediglich in einem Intervall zwischen 0 und L/2 bewegt, um eine Mehrdeutigkeit des Ausgangssignals des Absolutwegsensors 8 zu unterbinden.
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Bei der Abtastung des Ausgangssignales des Absolutwegsensors 8 werden als Messpunkte der Weg x1 und der Weg x2, die aber in zwei verschiedenen Abfragezyklen liegen, ermittelt. Unter der Bedingung, dass eine Kontinuität in jedem Sprung des Wegmesspunktes x angenommen wird, erkennt das Steuergerät 10 während des laufenden Messbetriebes, dass der Weg x2 innerhalb der zweiten Teilstrecke L2 liegt und als Weg x2k betrachtet werden muss. Die Kontinuität bei einem Sprung des Wegpunktes x ergibt sich bei Xa = x + {0, l/2}.
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Durch die Halbierung der Gesamtlänge des Messbereiches L = (0–L) in zwei gleich große Teilstrecken L1 = (0–l1) und L2 = (0–l2), wobei l1 = l2 = l/2 und L2 eigentlich von L1 bis l geht, verdoppelt sich die Genauigkeit für die jeweiligen Teilstrecken L1 wie L2. Hierbei sind auf L1 z.B. 8 Bit des Ausgangssignales des Absolutwegsensors 8 verteilt und die Information wiederholt sich auf der Teilstrecke L2.
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In 3 ist der, von dem Geberzylinder 2 zurückgelegte Weg über der Rastierung dargestellt, wobei das Steuergerät 10 die Abtastung des Ausgangssignales des Absolutwegsensors 8 nach einem Reset neu startet. Nach dem Reset werden zwei identische Wegpunkte x4 und x5 detektiert, welche unterschiedlichen Rastierungen zugeordnet sind. Das Ausgangssignal des Absolutwegsensors 8 ist somit mehrdeutig. Um eine solche Mehrdeutigkeit sicher zu unterbinden, wird zur Erhöhung der Auflösung eine Zusatzinformation in Form eines Systemdruckes p ausgewertet, welcher sich ebenfalls in Abhängigkeit der Position des Kolbens 3 des Geberzylinders 2 in dem Kupplungsbetätigungssystem 1 ändert und somit als korrelierendes Signal genutzt wird. Um eine eindeutige Zuordnung des jeweiligen Ausgangssignales des Absolutwegsensors 8 zu erreichen, werden die erfassten Wege x4 und x5 des Ausgangssignals mit einer Druckkennlinie des Systemdruckes p über dem Weg des Kolbens 3 des Geberzylinders 2 verglichen. Wie aus 3 ersichtlich, ist das in der ersten Teilstrecke l1 liegende Wegsignal x4 korrekt, wenn sich der aktuelle Systemdruck p im Kupplungsbetätigungssystem 1 bei diesem Weg in einem unteren Druckbereich Bu der Druckkennlinie befindet. Liegt, wie in 4 dargestellt, der Druck bei einem gemessenen Weg in einem oberen Druckbereich Bo der Druckkennlinie, so kann sicher davon ausgegangen werden, dass der Weg x7 der zweiten Teilstrecke l2 zugeordnet werden muss.
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Liegt der Druck jedoch in einem mittleren Druckbereich Bm der Druckkennlinie, so ist eine Mehrdeutigkeit nicht aufzulösen, da dieser mittlere Druckbereich unterschiedlichen Wegen x6, x7 zugeordnet werden kann, wie es aus 5 hervorgeht. Die Nutzung eines solchen kritischen mittleren Druckbereiches Bm sollte möglichst reduziert werden. Sind die Druckbereiche Bo und Bu der Druckkennlinie hinreichend separierbar, kann das Vorgehen jederzeit genutzt werden. Um die Robustheit über die Lebensdauer zu gewährleisten, werden die Grenzen der Druckbereiche Bo, Bu in vorgegebenen Abständen adaptiert.
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Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil der hohen Auflösung bei gleicher Bandbreite und Übertragungsfrequenz ohne die Nachteile des Informationsverlustes bei Rücksetzung des Steuergerätes 9 und Fehlzählungen zu haben. Das beschriebene Vorgehen ist nicht nur auf Absolutwegsensoren begrenzt, sondern kann auch bei einer Vielzahl anderer Absolutwertsensoren genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsbetätigungssystem
- 2
- Geberzylinder
- 3
- Kolben
- 4
- Kupplungspedal
- 5
- Hydraulikleitung
- 6
- Nehmerzylinder
- 7
- Kupplung
- 8
- Absolutwegsensor
- 9
- Target
- 10
- Steuergerät
- 11
- Drucksensor
- p
- Systemdruck
- x
- Messwert des Weges
- Bu
- unterer Teil einer Druckkennlinie
- Bo
- oberer Teil einer Druckkennlinie
- Bm
- mittlerer Teil einer Druckkennlinie
- Xa
- Abtastsignal
- Ra
- alte Rastierung
- Rn
- neue Rastierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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