DE102015226351A1 - Smart Aktor System für ein Kraftfahrzeug und Antriebseinheit mit einem solchen - Google Patents

Smart Aktor System für ein Kraftfahrzeug und Antriebseinheit mit einem solchen Download PDF

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Kay Koppenhagen
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Smart Aktor System (1) für ein Kraftfahrzeug (14) mit mehreren Smart Aktoren (1a; 1b; 1c) zur Betätigung einer Funktionsanordnung (4) des Kraftfahrzeugs (14), wobei jeder Smart Aktor aufweist ein Stellelement (11) zum Ausführen wenigstens eines Stellvorgangs an einer Funktionseinrichtung (4a) der Funktionsanordnung (4) und eine Steuereinrichtung (12) zum Ansteuern des Stellelements (11), das Smart Aktor System (1) eine Datenleitung (2; 6) zur Verbindung der Smart Aktoren (1a, 1b, 1c) mit der Funktionsanordnung (4) und/oder dem Kraftfahrzeug (14) umfasst, über das Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen der Smart Aktoren (1a, 1b, 1c), der Funktionsanordnung (4) und/oder des Kraftfahrzeugs (14) übermittelt werden, wobei jeweils die Steuereinrichtung (12) jedes Smart Aktors (1a, 1b, 1c) eingerichtet ist, jeweils ihr Stellelement (11) auf der Grundlage der übermittelten Zustands-, Steuer-, und/oder Betriebsinformationen der jeweils anderen Smart Aktoren (1a, 1b, 1c) anzusteuern, einen Stellvorgang auszuführen oder keinen Stellvorgang auszuführen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Smart Aktor System für ein Kraftfahrzeug mit mehreren Smart Aktoren zur Betätigung einer Funktionsanordnung, insbesondere eine Getriebeanordnung, des Kraftfahrzeugs. Dabei weist jeder Smart Aktor ein Stellelement zum Ausführen wenigstens eines Stellvorgangs an einer Funktionseinrichtung der Funktionsanordnung und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Stellelements auf (i. A. integriert in den Aktor). Das Smart Aktor System umfasst weiter eine Datenleitung zur Verbindung der Smart Aktoren mit der Funktionsanordnung und/oder dem Kraftfahrzeug (und damit auch mit Komponenten des Kraftfahrzeugs), über das Zustands-, Steuer- und /oder Betriebsinformationen der Smart Aktoren, der Funktionsanordnung und/oder des Kraftfahrzeugs übermittelt werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Smart Aktor System.
  • Smart Aktor Systeme werden insbesondere in Verbindung mit Antriebseinheiten für Kraftfahrzeuge verwendet. Dort dienen sie beispielsweise zur Betätigung und zur Steuerung eines im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten automatisieren Schaltgetriebes (ASG) oder eines kontinuierlich verstellbaren Getriebes (CVT). Andere Bereiche, in denen Smart Aktor Systeme verwendet werden, können Klappensysteme (z.B. zur Klimasteuerung), Sitzstellsysteme, Brems- und Fahrstabiltätssysteme oder ähnliches sein.
  • In Smart Aktoren (auch „intelligente“ oder mechatronische Aktoren) bilden eine Steuerungselektronik, eine elektromotorische/elektromechanische oder elektrohydraulische Stellaktorik, und i. A. auch Sensorik und entsprechende Kommunikations- und Versorgungsschnittstellen eine kompakte Baueinheit. Sie üben Stellvorgänge an verstellbaren Funktionseinrichtungen aus. Solche Funktionseinrichtungen können Kupplungen, Bremsen, verstellbare Lampen, Spiegel, Gangwahl- und -schaltvorrichtungen, Getriebeverzweigungen, Dosierklappen etc. sein.
  • Dabei kann die Steuerungselektronik über sogenannte Super-Smart-Powerchips realisiert, die Bausteine wie Mikrocontroller mit RAM, ROM und EEPROM, Spannungsregler mit Power-on-Reset, Watch Dog-Timer, AD-Wandler, Fahrzeugbuscontroller z. B. für CAN-Bus, Standard-E/A-Schnittstellen und voll geschützte Leistungsendstufen umfassen. Der Aufbau kann aber auch mit funktional getrennten Einzel-ICs und anderen Einzelbausteinen realisiert sein.
  • Smart Aktor Systeme werden in der Regel über eine zentrale, übergeordnete Steuerung, z.B. ein Motorsteuergerät (ECU), eine Getriebesteuerung o.ä., betätigt und koordiniert. Bei Ausfall einer solchen Steuerung ist ein solches Smart Aktor System meist nicht mehr oder nur noch eingeschränkt bedienbar (z.B. manuell).
  • Die Kommunikation innerhalb des Smart Aktor Systems erfolgt über eine oder mehrere Datenleitungen. Der Begriff Datenleitung umfasst in diesem Zusammenhang alle Kommunikationsschnittstellen oder Kommunikationsverbindungen, die leitungsgebunden (z.B. elektrische oder Lichtsignale) oder aber auch drahtlos (z.B. über Funk-, Infrarot- und/oder Ultraschallsignale) realisiert werden können.
  • Es gibt daher Ansätze, die Ansteuerung und Betätigung solcher Smart Aktor Systeme zu „dezentralisieren“.
  • Aus der DE 100 36 601 B4 ist ein solches System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuggetriebes bekannt, bei dem mehrere von einem Bedienelement und einem Getriebesteuergeräteteil angesteuerte (Smart) Aktoren zur Getriebebetätigung vorgesehen sind. Sie sind so ausgebildet, dass sie über einen eigenständigen Getriebedatenbus mit dem Bedienelement- und Getriebesteuergeräteteil in Verbindung stehen, der (als Gateway) die Verbindung zu wenigstens einem weiteren fahrzeugseitigen Datenbus fungiert. Hier steht ein zusätzlicher, redundanter Getriebebus zur Verfügung, der mit eigene Steuerungsintelligenz aufweisenden Smart Aktoren kommuniziert. Die eigentliche Ansteuerung der Aktoren erfolgt jedoch über das (Getriebe-)Steuergerät bzw. das Bedienelement, sodass bei Ausfall einer oder beider dieser Bausteine kein Normalbetrieb des Aktor Systems möglich ist. Es ist lediglich vorgesehen, dass in diesem Fall ein funktionsreduzierter Notlaufbetrieb aufrechterhalten werden kann.
  • Ein ähnlicher Ansatz ist in DE 10 2011 015 273 A1 realisiert, bei dem ebenfalls mehrere unabhängige Bussysteme zur Erhöhung der Sicherheit vorgesehen sind, sowie Smart Aktoren mit sogenannten Untersteuergeräten, welche mit einem Zentralsteuergerät kommunizieren. Alternativ ist hier vorgesehen, dass einer der Smart Aktoren auch direkt mit einem Zentralsteuergerät ausgestattet ist. Zwar können hier einzelne Aktoren auch bei Ausfall des Zentralsteuergerätes oder einer Busverbindung in einem vorgegebenen Betriebszustand eigenständig arbeiten. Aber auch hier ist die Gesamtfunktion des Systems bei Ausfall des Zentralsteuergerätes oder auch einer der Busleitungen stark beeinträchtigt und ein Normalbetrieb nicht möglich.
  • Ähnliche Ansätze zeigen auch die DE 10 2011 010 512 A1 sowie die DE 10 2010 033 836 A1 , bei denen bei Erkennen eines Fehlers in einem übergeordneten Steuergerät, insbesondere durch Abschalten eines Smart Aktors, das gesteuerte System in einen sicheren Systemzustand überführt wird ( DE 10 2011 010 512 A1 ). Zur Erhöhung der Sicherheit ist zusätzlich vorgesehen, Signale zur Steuerung der Sicherheitsabschaltung über eine einzige dezidierte Steuerleitung zu führen ( DE 10 2010 033 836 A1 ).
  • Ein ordnungsgemäßer Betrieb des Smart Aktor Systems ohne ein funktionsfähiges Steuergerät ist mit den vorstehenden Ansätzen nicht realisierbar.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Smart Aktor System bereitzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise ausgeräumt sind.
  • Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Smart Aktor System nach Anspruch 1 und eine Getriebeanordnung mit einem solchen Smart Aktor System nach Anspruch 10 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Smart Aktor System gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung jedes Smart Aktors dazu eingerichtet ist, jeweils ihr Stellelement auf der Grundlage der übermittelten Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen der jeweils anderen Smart Aktoren und weiteren Systemkomponenten anzusteuern, einen Stellvorgang auszuführen oder keinen Stellvorgang auszuführen. Die Steuerung des Smart Aktor Systems kann also planmäßig (oder auch fallweise) völlig unabhängig vom Vorhandensein oder vom Funktionieren eines übergeordneten Steuergerätes (also beispielsweise einer eigenen Motor- bzw. Getriebesteuerung) erfolgen.
  • So ein System erhöht zum einen die funktionale Sicherheit des Gesamtsystems, indem dieses auch ohne übergeordnete Steuerung als Sicherheitsnetz arbeitet. Dabei überwacht jeder Smart Aktor autark das System bzw. der für diesen Aktor relevante Teil des Gesamtsystems (z.B. ein Getriebe) auf Fehler und stellt im Rahmen seiner normalen Funktion (unter Beachtung der anderen Aktoren und Systemkomponenten) für sich selbst fest, ob ein Stellvorgang oder ein über die Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen geforderter Verstellschritt ausgeführt wird oder nicht. Gegebenenfalls, z.B. bei einer Störung, verharrt der Aktor in einem sicheren Zustand oder sorgt für eine eigenständige Ansteuerung der Aktorik unter Berücksichtigung der aktuellen Zustände der übrigen Systemkomponenten, um einen sicheren Gesamt-Zustand bzw. einen sicheren Zustand des Gesamtsystems herzustellen oder beizubehalten, und es ist nicht notwendig, den Aktor durch eine zentral gesteuerte Bewegung erst in einen solchen Zustand zu überführen.
  • Es gibt Ausführungen, bei denen zum Einstellen eines Soll-Zustandes des Smart Aktor Systems die übermittelten Steuerinformationen für jeden Smart Aktor eine Soll-Zustandsinformation umfassen und die Steuereinrichtung des jeweiligen Smart Aktors auf der Grundlage der übermittelten Soll-Zustandsinformation und von Ist-Zustandsinformationen der anderen Smart Aktoren das zugehörige Stellelement ansteuert, einen Stellvorgang auszuführen oder keinen Stellvorgang auszuführen, und über die Datenleitung eine entsprechende Ist-Zustandsinformation des Smart Aktors übermittelt, sodass jeder Smart Aktor einen dem Soll-Zustand des Smart Aktors entsprechenden Ist-Zustand einnimmt.
  • Bei dieser Ausführung ist es möglich, das Smart Aktor System mit einfachen, globalen das gesamte System betreffenden, Soll-Zustandsinformationen zu steuern. So umfasst beispielsweise die Steuerinformation „Schalten“ für ein automatisiertes Schaltgetriebe mehrere individuelle Soll-Zustandsinformationen für die betroffenen Aktoren. Die der jeweiligen Soll-Zustandsinformation entsprechenden Sollzustände der jeweiligen Smart Aktoren bzw. der zugehörigen Funktionseinrichtungen (Kupplung, Gangwahl, Schaltung) werden jedoch nur unter Beachtung der Ist-Zustände der Aktoren eingenommen.
  • Die Steuereinrichtung des jeweiligen Smart Aktors steuert in Abhängigkeit bzw. auf der Grundlage der übermittelten Soll-Zustandsinformationen und auf der Grundlage der vorhandenen Ist-Zustandsinformationen der anderen Smart Aktoren sein Stellelement entsprechend an, einen Stellvorgang auszuführen oder nicht. Dadurch können die jeweiligen Smart Aktoren ohne dezidierte Einzelansteuerung durch ein übergeordnetes Steuergerät nacheinander oder, soweit zulässig, auch gleichzeitig oder funktional überlappend, einen dem gewünschten Soll-Zustand entsprechenden Ist-Zustand einnehmen, der dann während des Schalt- oder Einstellungsprozesses auch den anderen Smart Aktoren als Ist-Zustandsinformation übermittelt wird bzw. diesen zur Verfügung steht. So können Gesamtzielpositionen vorgegeben werden, die durch die Smart Aktoren entlang der vorgesehenen (erlaubt, gültig, sicher) Verstellwege eigenständig angefahren werden können.
  • Diese Funktion wird zum einen durch Informationen, die der Smart Aktor selber generiert, sichergestellt und zum anderen aus Informationen, die von den anderen im System befindlichen Smart Aktoren bereitgestellt werden, sowie zusätzlich aus im System übermittelten Zustands, Steuer- und/oder Betriebsinformationen. Dies können beispielsweise Informationen über eine Motordrehzahl, ein Motordrehmoment oder über einen Fahrerwunsch (Drehmomentanforderung, Gaspedalwinkel) sein. Bei komplexen, verzweigten Antriebssträngen, wie sie beispielsweise in Hybridfahrzeugen vorgesehen sind, können auch Größen wie Ladezustand, aktuelle und gewünschte Lastverteilung zwischen unterschiedlichen Antriebseinheiten (E-Antriebe, VKM-Antriebe) berücksichtigt werden.
  • In einer anderen Ausführung ist vorgesehen, dass zum Einstellen eines Soll-Zustands des Smart Aktor Systems jede Steuereinrichtung eingerichtet ist, aus den übermittelten Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen der Smart Aktoren, der Funktionsanordnung und/oder des Kraftfahrzeugs für den jeweiligen Smart Aktor eine Soll-Zustandsinformation abzuleiten und auf dieser Grundlage den oder die jeweiligen Stellvorgänge an den einzelnen Smart Aktoren auszuführen oder nicht auszuführen.
  • Bei dieser Ausführung erkennt jede Steuereinrichtung für sich aus den übermittelten Informationen eine Soll-Zustandsinformation (lokal für sich und auch global für die anderen Smart Aktoren), die dann selbstregelnd und -steuernd, gewissermaßen mit „Schwarmintelligenz“, umgesetzt wird. In anderen Worten: Die verteilte Steuerungsintelligenz der Smart Aktoren bzw. der jeweiligen Steuereinrichtungen ist so ausgebildet, dass eine Soll-Zustandsinformation aus den verarbeiteten Informationen abgeleitet wird, diese wird mit den anderen Smart Aktoren des Systems abgestimmt und koordiniert umgesetzt, sodass am Ende das Smart Aktor System eine dem abgeleiteten Soll-Zustand bzw. der Soll-Zustandsinformation entsprechender Ist-Zustand eingestellt wird.
  • Es gibt auch Ausführungen, bei denen Steuerinformationen (z.B. aus einem Steuergerät), die Soll-Zustandsinformationen enthalten und unmittelbar an die Smart Aktoren übermittelt werden, mit solchen kombiniert werden, die aus anderen Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen abgeleitet werden.
  • Bei einem System, bei welchem der Soll-Zustand einem Sicherheitszustand einem oder mehrerer der Smart Aktoren, einer oder mehrerer der Funktionseinrichtungen und/oder der Funktionsanordnung selbst entspricht, ist es möglich, die Sicherheitsfunktionalität, die sonst in einer übergeordneten Steuerung implementiert ist, auf mehrere Funktionen und Steuergeräte des Smart Aktor Systems zu verteilen.
  • Dabei übernimmt jede Komponente eine Teilfunktion und kann darüber hinaus den Zustand weitgehend autark bewerten. Die Sicherheitsfunktionalität wird schlanker und ist damit einfacher und fehlertoleranter zu implementieren. Die einzelnen Smart Aktoren bzw. deren Steuereinrichtungen und Schaltungen sind dabei so gestaltbar, dass ein Sicherheitszustand herbeigeführt oder beibehalten wird, ohne dass ein gefährlicher Zustand entstehen kann.
  • Zum Beispiel wird bei einem Getriebe die Schaltabfolge immer auf einem sicheren Pfad bzw. in einem sicheren Zustand gehalten. Bei Ausfall oder Blockade eines Aktors (z. B. ein erkannter Fehler oder ein Kommunikationsabbruch) verharrt das Getriebe in einem Zustand – oder wird in einen solchen überführt –, welcher konstruktiv so ausgeführt ist, dass keine Gefährdung oder ein Schaden des Gesamtsystems eintreten kann.
  • In einer anderen Ausführung kann auch ein Steuergerät in das Smart Aktor System eingebunden werden, welches über die Datenleitung mit diesem gekoppelt ist und über diesen Weg die Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen der Smart Aktoren selbst, der Funktionsanordnung, der Funktionseinrichtung und/oder des Kraftfahrzeuges übermittelt. Damit kann das Smart Aktor System auch genutzt werden, um Informationen zu verarbeiten, die typischerweise in einem zentralen Motorsteuergerät oder auch in einem gesonderten Getriebesteuergerät verarbeitet bzw. generiert werden. Bei einer Ausführung, bei welcher die Funktionsanordnung eine Getriebeanordnung ist, lässt sich das erfindungsgemäße Smart Aktor System besonders effektiv und wirkungsvoll einsetzen.
  • Moderne Getriebeanordnungen bieten eine Vielzahl von Gang- und/oder Betriebsmoduswahlmöglichkeiten, bei denen mehrere Wellen koaxial verschachtelt und mehrere Relativrotationskörper in sehr kompakter Bauweise ein Getriebe bilden. Gang- bzw. Betriebsmoduswechsel werden hier als Schaltvorgänge bezeichnet, die zum Teil komplexe Änderungen der Kopplung zwischen den betroffenen Relativrotationskörpern erfordern. Typische Schaltelemente sind dabei über Aktoren betätigte Bremsen (beispielsweise zur drehfesten Kopplung einer Welle mit einem Gehäuse) und Kupplungen (beispielsweise zur drehfesten Kopplung zweier Wellen untereinander). Besonders eignet sich das erfindungsgemäße Smart Aktor System auch für Getriebeanordnungen in Hybridkraftfahrzeugen, bei denen eine Getriebeanordnung mit der Eingangswelle eines Verbrennungsmotors und/oder der Eingangswelle eines oder mehrerer Elektromotoren koppelbar ist und eine Ausgangswelle zur Verbindung der Getriebeanordnung mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Zusätzlich können Schaltgetriebekomponenten vorgesehen werden sowie Schaltelemente, welche wahlweise und/oder kombiniert Elektromotor bzw. Verbrennungskraftmaschine mit der Getriebeanordnung koppeln. Für solche sehr komplex zu steuernde, leistungsverzeweigte Getriebeanordnungen ist das erfindungsgemäße Smart Aktor System besonders geeignet.
  • In einer Ausführung ist dabei wenigstens einer der Smart Aktoren als Kupplungsaktor, als Wählaktor bzw. als Schaltaktor ausgebildet. Diese Aktoren sind typischerweise in einem Doppelkupplungsgetriebe vorgesehen. Smart Aktoren könne auch als Bremsaktor ausgebildet sein.
  • Der Kupplungsaktor, der zum Ausrücken bzw. zum Einrücken der Kupplungen vorgesehen ist, kann dabei als hydrostatischer Kupplungsaktor oder als elektromechanischer Kupplungsaktor ausgeführt werden.
  • Ein Wählaktor ist dazu vorgesehen, eine Schaltwelle in axialer Richtung zu verschieben, und ein Schaltaktor dient dann dazu, in der gewählten Stellung beispielsweise durch Verdrehen der Schaltwelle den eigentlichen Schaltvorgang auszuführen.
  • Solche Aktoren können typischerweise als elektromechanische Spindeltriebe ausgebildet sein. Andere Grundkonzepte solcher Aktoren sind beispielsweise
    • – die elektromotorische Aktorik mit hydrostatischer oder mechanischer Übertragungsstrecke,
    • – Powerpack-Systeme, bei denen eine elektromotorisch angetriebene Hydraulikpumpe mit Druckspeicher und hydrodynamischer Steuerung vorgesehen ist, sowie
    • – hydraulische Aktorik, bei dem eine direkt angetriebene Hydraulikpumpe mit einer hydrodynamischen Steuerung kombiniert ist.
  • Bei einer Ausführung, bei welcher die Datenleitung als Datenbus bzw. als erste Datenleitung ausgebildet ist, kann die Verkabelung vereinfacht werden. Typische im Fahrzeugbereich verbreitete Bussysteme sind z.B.: CAN (Controller Area Network), FlexRay, LIN, PSI5.
  • Im Falle einer ersten Datenleitung können auch weitere (zweite) Datenleitungen vorgesehen werden. Dabei gibt es beispielsweise Ausführungen, bei denen ausschließlich die Smart Aktoren untereinander über eine zweite Datenleitung verbunden sind und so Informationen über ihre Zustände unabhängig von einer ersten Datenleitung austauschen, über welche sie ggf. andere Informationen empfangen. Dies kann insbesondere bei Sicherheitssystemen vorteilhaft sein, bei denen eine solche zweite redundante Datenleitung das Sicherheitsniveau erhöht, da bei Ausfall einer der Datenleitungen die Smart Aktoren trotzdem – zumindest untereinander – kommunizieren können und so abgestimmt wenigstens einen möglichen Sicherheitszustand einnehmen können oder sogar einen Normalbetrieb aufrecht erhalten können.
  • Eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem Smart Aktor System gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit erhöhter Funktionssicherheit auch bei hochkomplexen Antriebskonzepten, wie beispielsweise für Hybridantrieben, betrieben werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Darin zeigt
  • 1 schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Smart Aktor Systems;
  • 2 eine detaillierte Darstellung eines Smart Aktors für ein erfindungsgemäßes Smart Aktor System;
  • 3 eine schematische Schaltfolge für das in 1 dargestellte Smart Aktor System und
  • 4 eine Ansteuerungsmatrix für die in 3 gezeigte Schaltfolge.
  • Aufbau und Funktion eines erfindungsgemäßen Smart Aktor Systems wird nun anhand der 14 erläutert.
  • 1 zeigt ein Smart Aktor System 1 mit den Smart Aktoren (nachfolgend Aktoren) 1a bis 1c. Smart Aktor 1a ist dabei als Mehrfachschaltelement (MSE) ausgebildet, welches die Zustände (1), (2), (3) und (4) einnehmen kann. Die Aktoren 1b und 1c können jeweils die Schalt- oder Stellzustände (A) und (B) einnehmen.
  • Aktor 1a kann dabei beispielsweise ein Schalt-/Wählaktor sein, wie er in einem Mehrfachganggetriebe verwendet wird, um eine gewünschte Getriebe(schalt)stellung einzustellen.
  • Die Smart Aktoren 1b und 1c können beispielsweise als Kupplungsaktoren ausgebildet sein, die jeweils die beiden Kupplungen bei einem Doppelkupplungsgetriebe ansteuern.
  • Die Aktoren 1a1c sind über eine Datenleitung 2 miteinander verbunden, die beispielsweise als CAN-Bus ausgebildet ist. Es können aber auch andere Bussysteme verwendet werden, die im Kraftfahrzeugbereich üblich sind. Die Datenleitung 2 kann in einer üblichen Topologie (Bus, Stern, Ring- Maschen-, Stern-Bus, Stern-Ring-Topologie) oder auch in Einzelverdrahtung realisiert sein. Sie ist optional über eine Verbindungsleitung 2a mit einem Steuergerät 3 gekoppelt, welches beispielsweise als Motorsteuergerät (ECU) und/oder ggf. als Getriebesteuergerät oder als anderweitig ausgeführtes Steuergerät ausgebildet ist.
  • Das Steuergerät 3 überträgt über die Datenleitung 2 bzw. die Verbindungsleitung 2a u. a. Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen auf das Smart Aktor System 1 einer Funktionsanordnung 4, die beispielsweise als Getriebeanordnung ausgebildet sein kann.
  • Weiterhin werden über die Datenleitung 2 und die Verbindungsleitung 2a Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen der Aktoren 1a1c selbst übertragen, und zwar untereinander, und ggf. zum und vom Steuergerät 3.
  • Der Begriff „Informationen“ soll hier alle übertragenen Signale und Daten umfassen, die über die Datenleitung 2 und 2a übertragen werden. Dazu gehören beispielsweise globale und lokale Soll- und Ist-Zustandsinformationen der Aktoren 1a1c (Stell-, Stellungs,-, Betriebs- und Zustandssignale) aber auch Informationen über den Zustand eines Fahrzeugs und seiner Komponenten (wie z. B. Sensorsignale zu Motordrehzahl, Geschwindigkeit, Gaspedalwinkel, Ladezustand eines Energiespeichers, Temperaturen etc.). Weiterhin können zukünftige Bewegungen der Aktoren 1a1c übermittelt werden.
  • Solche Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen des Kraftfahrzeuges und seiner Komponenten sind durch die Pfeilgruppe 5 angedeutet, die über das Steuergerät 3 in das Smart Aktor System 1 gelangen und vom Steuergerät direkt oder ggf. weiterverarbeitet über die Verbindungsleitung 2a in die Datenleitung 2 übertragen werden und ggf. von den Aktoren 1a1c verarbeitet werden. Optional können diese Informationen auch direkt in die Datenleitung 2 eingespeist werden (Pfeilgruppe 5a) oder über entsprechende Schnittstellen in einen oder alle Aktoren 1a1c (Pfeilgruppen 5b).
  • Die Datenleitung 2 kann auch eine erste Datenleitung bilden, wobei dann optional eine zweite Datenleitung 6 (gestrichelt dargestellt) vorgesehen ist, welche ausschließlich die Aktoren 1a1c untereinander verbindet. Auch die zweite Datenleitung 6 kann als Bussystem ausgebildet sein.
  • Jeder der Aktoren 1a1c ist im Prinzip ähnlich aufgebaut, auch dies zeigt 2. Er verfügt über Anschlüsse 7 und 8 an die Datenleitungen 2 und 6 mit entsprechenden Schnittstellen zur Ein- und Ausgabe der Signale, einen Energieanschluss 9 mit entsprechender Leistungselektronik zum Anschluss an ein Bordnetz 10, ein Stellelement 11 zum Ausführen eines Stellvorgangs an einer Funktionseinrichtung (z. B. einer Kupplung, einer Schaltkulisse 4a oder einem anderen verstellbaren Bauteil). Zur Ansteuerung des Stellelements 11 ist eine Steuerung 12 vorgesehen, die beispielsweise einen elektrischen Stellmotor des Stellelements 11 ansteuert. Ein Steuergerät 13 übernimmt die Verarbeitung der ein- und ausgehenden Signale sowie die Kontrolle der Steuerung 12. Die gesamte Anordnung kann in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder zusätzlich innerhalb eines integrierten Schaltkreises untergebracht sein (vgl. Super-Smart-Powerchips).
  • Das Smart Aktor System 1 mit der Funktionsanordnung (hier eine Getriebeanordnung 4) ist Bestandteil eines Kraftfahrzeugs 14 (gestrichelter Rahmen). In den Steuergeräten 13 der Aktoren 1a1c sind Informationen hinterlegt über mögliche Betriebsstellungen und Betriebszustände der Aktoren 1a1c, deren Gültigkeit jeweils vom Betriebszustand bzw. der Betriebsstellung der anderen zum Smart Aktor System 1 gehörenden Aktoren 1a bis 1c abhängt (gültige Stellungen). Darüber hinaus sind auch Informationen über sogenannte Sicherheitsstellungen vorhanden, die solche Betriebsstellungen umfassen, die beispielsweise im Falle eines Fehlers im System eingenommen oder beibehalten werden sollen.
  • 3 zeigt mögliche Betriebsstellungen der Aktoren 1a1c. Mögliche Betriebsstellungen des Aktors 1a sind die Stellungen (1–4), in der Tabelle mit P1 bis P4 bezeichnet. Grundsätzlich können die Aktoren 1b und 1c jeweils die Betriebsstellung (A) und (B) einnehmen, die in der Tabelle mit PB und PA bezeichnet sind. Mögliche Restriktionen können z. B. die in der Tabelle dargestellten möglichen Positionen in Abhängigkeit vom Zustand des Systems auf gültige Positionen beschränken. Weiterhin können Restriktionen dahingehend bestehen, wie viele der Aktoren gleichzeitig verstellt werden können.
  • Für den Beispielfall sollen folgende Bedingungen gelten:
    • 1. Es darf immer nur ein Aktor 1a1c verstellt werden.
    • 2. Aktor 1 darf nur verstellt werden, wenn Aktor 2 und Aktor 3 in Stellung A sind.
    • 3. Aktor 2 darf nur verstellt werden, wenn Aktor 3 in Stellung A ist und Aktor 1 in einer gültigen Stellung (1–4).
    • 4. Aktor 3 darf nur verstellt werden, wenn Aktor 2 in Stellung A ist und Aktor 1 in einer gültigen Position (1–4).
  • Ausgehend von einer Schaltstellung, bei der Aktor 1a in der Stellung 1 ist, Aktor 1b in der Stellung B und Aktor 1c in der Stellung A, soll ein Zustand hergestellt werden, in dem Aktor 1a in der Stellung 3, Aktor 1b in der Stellung B und Aktor 1c in der Stellung A ist (1BA nach 3BA).
  • Die Ausgangs- und Endstellungen sind jeweils durch die fett und vergrößert dargestellten Einträge in der Tabelle gemäß 3 dargestellt. Schaltvorgänge sind durch durchgezogene Pfeile angedeutet und Informationsflüsse durch gestrichelte Pfeile.
  • Im Schaltzustand in der ersten Spalte liefern die Aktoren zunächst die Informationen über ihren Ist-Zustand (diese Informationen können auch kontinuierlich übermittelt werden). Da Aktor 1b sich in der Stellung B befindet, kann 1a nicht verstellt werden, während Aktor 1c in der Stellung A ein Verstellen des Aktors 1a erlauben würde. Daher wird zunächst Aktor 1b aus der Stellung B in die Stellung A verstellt (Pfeil 15). Der neue Ist-Zustand von Aktor 2 wird wieder übermittelt (Pfeil 16). Es sind alle Bedingungen für ein Verstellen des Aktors 1a aus der Position P1 in die Position 3 erfüllt und Aktor 1a kann in die Stellung 3 überführt werden (Pfeil 17).
  • Weiter ist vorgesehen, dass in der Endstellung der sich zunächst noch in Stellung A befindliche Aktor 1b in Stellung B befinden soll. Nach der Übertragung der Information, dass sich Aktor 1a in der Stellung 3 befindet (Pfeil 18), wird nun abschließend Aktor 1b aus der Stellung A in die Stellung B überführt (Pfeil 19). Die oben dargestellte Schaltfolge ist typisch für einen Gangwechsel in einer Getriebeanordnung 4, bei der die Aktoren 1b und 1c als Kupplungen fungieren (Stellung A Kupplung geöffnet, Stellung B Kupplung geschlossen), während Aktor 1a z.B. als Wähl- und Schaltaktor ausgebildet ist, der die eigentliche Gangauswahl und den Schaltvorgang durchführt.
  • Pfeile 20 und 21 zeigen eine mögliche alternative Verstellung, sobald Aktor 1 die Stellung 3 eingenommen hat und sich die Aktoren 1b und 1c jeweils noch in der Stellung A befinden. Grundsätzlich wäre es möglich, dass beispielsweise auch Aktor 3 aus der Stellung A in die Stellung B geschaltet wird (Pfeil 21), wenn die Information geflossen ist, dass Aktor 1 in der Stellung 3 ist.
  • Dieser Schaltvorgang könnte aber als ungültig gekennzeichnet sein (zusätzliche Restriktion), indem nämlich gilt, dass der Aktor 3 die Position B beispielsweise nur dann einnehmen kann, wenn sich der Aktor 1 in den „geraden“ Schaltstellungen 2 oder 4 befindet, während für die ungeraden Schaltstellungen nur – wie oben beschrieben – der Aktor 1b in die Stellung B gebracht werden kann. So ein Prinzip wäre beispielsweise bei einem Doppelkupplungsgetriebe realisiert, wo eine Kupplungseinrichtung für die „geraden“ und die andere Kupplungseinrichtung für die „ungeraden“ Gänge vorgesehen ist.
  • Bei einer anderen Ausführung könnte auch die Fahrtrichtung (als globale Information des Fahrzeuges) berücksichtigt werden, so dass verhindert wird, dass ein Verbrennungsmotor durch ein rückwärts rollendes Fahrzeug rückwärts gedreht wird.
  • Durch die auf alle Aktoren verteilte Intelligenz ist es bei dem vorliegenden Smart Aktor System 1 nicht erforderlich, die einzelnen Stellkommandos zentral in bestimmter Reihenfolge (beispielsweise durch ein übergeordnetes Steuergerät 3) zu übermitteln, sondern es reicht ein globaler Befehl für einen Zielgang aus. Hier z.B. „1BA nach 3BA“oder auch nur „nach 3BA“ (siehe Pfeil 22 in 4) oder auch alternativ „1BA nach 3AB“ bzw. „nach 3AB“ (gemäß Pfeil 22a in 4). Die in der Ansteuerungsmatrix angegebenen Schaltvorgänge können dann ohne weitere Stellsignale von außen im Smart Aktor System 1 ausgeführt werden.
  • Jeder Aktor 1a1c berücksichtigt alle gültigen Betriebsbereiche des Gesamtsystems 1 bzw. möglicher Teilsysteme 1a und 1b, welche relevant für einen sicherheitskritischen Fehler sind. Eine Bewegung wird nur dann durchgeführt, wenn ein erlaubter Betriebszustand (beispielsweise ein Endzustand) vorherrscht. Es ist also nicht möglich, beispielsweise einen der Aktoren 1b oder 1c zu verstellen, während sich der Aktor 1a bewegt. Die Aktoren werden lokal in ihrem sicheren Zustand gehalten (Stellung A oder B) und kommunizieren dies über die Datenleitung 2 untereinander oder auch an das Steuergerät 3, welches ggf. als übergeordnete Ansteuerung fungiert.
  • In einer anderen Ausführungsform ist es auch möglich, dass der Befehl (z. B. 1BA nach 3BA) nicht zentral vom Steuergerät 3 abgegeben wird, sondern aus den durch die Pfeile 5 und 5a und 5b angedeuteten Betriebsinformationen des Systems, z. B. auf einen Fahrerwunsch hin (beispielsweise Anfordern eines höheren Drehmoments oder einer höheren Geschwindigkeit) aus der dann die Aktoren 1a1c mit „verteilter“ Intelligenz die jeweils angemessene Stellungskombination ermitteln und diese in Abstimmung untereinander einnehmen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass im Fall von Fehlstellungen oder Fehlern (z. B. Ausfall der Energieversorgung eines Aktors oder Ausfall einer Steuerleitung 2) ein sicherer Zustand eingenommen bzw. beibehalten wird.
  • Zur Erhöhung dieser Sicherheit kann dabei auch vorgesehen sein, dass zu einer ersten Datenleitung 2 auch eine zweite Datenleitung 6 vorgesehen ist, die in jedem Fall und als Back-up eine Kommunikation der Aktoren 1a bis 1c untereinander sicherstellt, sodass der Informationsfluss gewährleistet bleibt und so in jedem Fall völlig unabhängig von der ersten Datenleitung 2 und dem damit verbundenen Steuergerät 3 eine sichere Stellung des Systems 1 jederzeit eingenommen oder gehalten werden kann.
  • Weitere Aspekte und Variationen der Erfindung ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Ansprüche.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Smart Aktor System
    1a
    Aktor A1
    1b
    Aktor A2
    1c
    Aktor A3
    (1), P1 bis (4), P4
    Schaltzustände Aktor A1
    A, PA; B, PB
    Schaltzustände A2 und A3
    2 (
    erste) Datenleitung
    2a
    Verbindungsleitung
    3
    Steuergerät
    4
    Funktionsanordnung (Getriebeanordnung)
    4a
    Funktionseinrichtung (Schaltkulisse)
    5, 5a, 5b
    Informationen
    6
    zweite Datenleitung
    7, 8
    Anschluss Datenleitung
    9
    Energieanschluss
    10
    Bordnetz
    11
    Stellelement
    12
    Ansteuerung
    13
    Steuergerät Aktor
    14
    Kraftfahrzeug
    14a
    Antriebseinheit
    15–22
    Schaltvektoren, Informationsvektoren
  • 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 10036601 B4 [0009]
    • DE 102011015273 A1 [0010]
    • DE 102011010512 A1 [0011, 0011]
    • DE 102010033836 A1 [0011, 0011]

Claims (10)

  1. Smart Aktor System (1) für ein Kraftfahrzeug (14) mit mehreren Smart Aktoren (1a; 1b; 1c) zur Betätigung einer Funktionsanordnung (4) des Kraftfahrzeugs, wobei jeder Smart Aktor aufweist ein Stellelement (11) zum Ausführen wenigstens eines Stellvorgangs an einer Funktionseinrichtung (4a) der Funktionsanordnung (4) und eine Steuereinrichtung (12) zum Ansteuern des Stellelements (11), das Smart Aktor System (1) eine Datenleitung (2; 6) zur Verbindung der Smart Aktoren (1a, 1b, 1c) mit der Funktionsanordnung (4) und/oder dem Kraftfahrzeug (14) umfasst, über das Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen der Smart Aktoren (1a, 1b, 1c), der Funktionsanordnung (4) und/oder des Kraftfahrzeugs (14) übermittelt werden, wobei jeweils die Steuereinrichtung (12) jedes Smart Aktors (1a, 1b, 1c) eingerichtet ist, jeweils ihr Stellelement (11) auf der Grundlage der übermittelten Zustands-, Steuer-, und/oder Betriebsinformationen der jeweils anderen Smart Aktoren (1a, 1b, 1c) anzusteuern, einen Stellvorgang auszuführen oder keinen Stellvorgang auszuführen.
  2. Smart Aktor System (1) nach Anspruch 1, wobei zum Einstellen eines Soll-Zustands des Smart Aktor Systems die übermittelten Steuerinformationen für jeden Smart Aktor (1a, 1b, 1c) eine Soll-Zustandsinformation umfassen und die Steuereinrichtung (12) des jeweiligen Smart Aktors (1a, 1b, 1c) auf der Grundlage der übermittelten Soll-Zustandsinformation und von Ist-Zustandsinformationen der anderen Smart Aktoren (1a, 1b, 1c) das zugehörige Stellelement (11) ansteuert, einen Stellvorgang auszuführen oder keinen Stellvorgang auszuführen und über die Datenleitung (2; 6) eine entsprechende Ist-Zustandsinformation des Smart Aktors (1a; 1b; 1c) übermittelt, so dass jeder Smart Aktor (1a; 1b; 1c) einen dem Soll-Zustand des Smart Aktors (1a; 1b; 1c) entsprechenden Ist-Zustand einnimmt.
  3. Smart Aktor System (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zum Einstellen eines Soll-Zustands des Smart Aktor Systems (1) jede Steuereinrichtung (12) eingerichtet ist, aus den übermittelten Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen der Smart Aktoren, der Funktionsanordnung (4), der Funktionseinrichtung (4a) und/oder des Kraftfahrzeugs (14) für den jeweiligen Smart Aktor (1a; 1b; 1c) eine Soll-Zustandsinformation abzuleiten und die Steuereinrichtung (12) des jeweiligen Smart Aktors (1a; 1b; 1c) auf der Grundlage der abgeleiteten Soll-Zustandsinformation und von Ist-Zustandsinformationen der anderen Smart Aktoren (1a; 1b; 1c) das zugehörige Stellelement ansteuert, einen Stellvorgang auszuführen oder keinen Stellvorgang auszuführen, und über die Datenleitung (2; 6) eine entsprechende Ist-Zustandsinformation des Smart Aktors (1a; 1b; 1c) übermittelt, so dass jeder Smart Aktor (1a; 1b; 1c) einen dem Soll-Zustand des Smart Aktor Systems (1) entsprechenden Ist-Zustand einnimmt.
  4. Smart Aktor System (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Soll-Zustand einem Sicherheitszustand einer oder mehrerer der Smart Aktoren (1a; 1b; 1c), einer oder mehrerer der Funktionseinrichtungen (4a) und/oder der Funktionsanordnung (4) entspricht.
  5. Smart Aktor System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ein Steuergerät (3) umfasst, welches über die Datenleitung (2; 6) mit den Smart Aktoren (1a; 1b; 1c) gekoppelt ist, und über die Datenleitung (2; 6) Zustands-, Steuer- und/oder Betriebsinformationen der Smart Aktoren (1a; 1b; 1c), der Funktionsanordnung (4) und/oder des Kraftfahrzeugs (14) übermittelt.
  6. Smart Aktor-System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Funktionsanordnung (4) eine Getriebeanordnung ist.
  7. Smart Aktor System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Smart Aktor (1a; 1b; 1c) als einer der folgenden Aktoren ausgebildet ist: Kupplungsaktor, Wählaktor, Schaltaktor, Bremsaktor.
  8. Smart Aktor System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Datenleitung (2) als Datenbus und/oder als erste Datenleitung ausgebildet ist.
  9. Smart Aktor-System nach Anspruch 8 bei welchem eine zweite Datenleitung (6) vorgesehen ist, welche ausschließlich die Smart Aktoren (1a; 1b; 1c) untereinander verbindet.
  10. Antriebseinheit (14a) für ein Kraftfahrzeug (14) mit einem Smart Aktor System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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