DE102016202999A1

DE102016202999A1 - Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion

Info

Publication number: DE102016202999A1
Application number: DE102016202999.1A
Authority: DE
Inventors: Enrico Tank; Matthias Köpf; Maik Wiesner; Karsten Kudermann; Thilo Schmidt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: DE102016202999B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion vorgeschlagen, im Rahmen dessen für jeden Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad eines Schiebedruckreglers in Abhängigkeit von als Eingangssignal dienenden, definierten Systemeingangsgrößen die regelungstechnischen Übertragungsfunktionen ermittelt werden. Dabei wird zu den Systemeingangsgrößen ein definiertes Ausgangssignal gemessen und in Abhängigkeit vom Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad die Übertragungsfunktionen berechnet, wobei für jeden Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad aus einem Restverstärkungsfaktor in Abhängigkeit vom hydraulischen Arbeitspunkt eine Ditherfrequenz ermittelt wird. Anschließend werden die Schaltelementpfade und der Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad mit einer mit der ermittelten Ditherfrequenz gezielt angeregt, wobei ein pfadspezifisches n-dimensionales Dither-Kennfeld erstellt wird, welches auf Grundlage von zumindest einem ersten und einem zweiten Eingangsparameter eine Ditherfrequenz als ersten Ausgangsparameter und eine Ditheramplitude als zweiten Ausgangsparameter definiert. Diese Dither-Kennfelder werden in die Prüfsoftware der Entwicklungs- und Serienprüfstände für die Druckregler und/oder in die Schaltablaufsteuerungssoftware von Automatgetrieben umfassend Druckregler implementiert, sodass die Druckregler mit einem Ist-Strom angesteuert werden können, der aus den Dither-Kennfeldern als Funktion der pfadspezifischen Ditherfrequenz und Ditheramplitude ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Ditherfunktion ist eine Funktion, welche die mechanischen Bauelemente in einem Bauteil, beispielsweise in einer hydraulischen Steuerung oder Regelung in eine kleine Bewegung versetzt, welche durch eine niederfrequente Schwingung um den aktuellen Strommittelwert realisiert wird. Bei einer hydraulischen Steuerung, beispielsweise für ein Automatgetriebe, verursacht diese Schwingung eine wechselnde magnetische Kraft am Druckregelelement, das als Dralldruckregler oder als Schieberdruckregler ausgeführt sein kann; die wechselnde magnetische Kraft verursacht eine Positionsschwingung, welche wiederum den physikalischen Zustand der Haftreibung eliminiert, was sich direkt auf das hydraulische Verhalten auswirkt. Als Ditheramplitude wird die Amplitude der Schwingung bezeichnet.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, sowohl im Fahrzeug als auch an Abgleichprüfständen bei Druckreglern eine Ditherfunktion mit einer festen Frequenz oder mit maximal zwei verschiedenen Frequenzen und variabler Amplitude pro Kupplung bzw. Schaltelement bzw. stromgeregeltem Ausgang einzusetzen. Grundsätzlich stellen hydraulische Systeme, wie beispielsweise Druckregler ein schwingungsfähiges System dar.
Bei Dralldruckreglern wird in der Regel eine einzige Ditherfrequenz für alle geregelten Stromausgänge verwendet, wobei über ein Amplitudenprofil in Abhängigkeit von Sollstrom und Temperatur der Druckregler zuerst magnetisch, dann mechanisch und zuletzt hydraulisch und das Kupplungsventil hydraulisch und mechanisch angeregt werden. Als nachteilig erweist sich hierbei die nicht definierte und an allen Kupplungen identische Anregung von baulich unterschiedlichen Kupplungen, die jeweils unterschiedliche hydraulische Elastizitäten, Kapazitäten und Steifigkeiten aufweisen mit nicht kontrollierbaren negativen Effekten auf Stellgenauigkeit und Reproduzierbarkeit.
Diese Art der Ditherfunktion funktioniert bei Dralldruckreglern in eingeschränktem Umfang, jedoch nicht für Schieberdruckregler ohne funktionale Nachteile zu erhalten, da eine Verschlechterung der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit verursacht wird, die nur mit kostenintensiven Zusatzmaßnahmen zu kompensieren ist.
Des Weiteren werden nach dem Stand der Technik Ditherfunktionen mit konstanter Frequenz und konstanter oder variabler Amplitude bei der Prüfung von hydraulischen Schaltgeräten eingesetzt. Hierbei wird ein Ditherprofil verwendet, was sich als nachteilig erweist, da sich die Entwicklungs- und Serienprüfstandsumgebungen von Standort zu Standort unterscheiden. Dies bedeutet, dass sich diese Prüfstände von Standort zu Standort durch bauliche Unterschiede hinsichtlich hydraulischer Elastizität, Steifigkeit und Kapazitäten unterscheiden, so dass sich daraus eine unbekannte und unterschiedliche Anregung von Druckregler und Kupplungsventil ergibt. Beispielsweise kann bei einem ersten Standort das Ditherprofil in einer höheren mechanischen Anregung der mechanischen Bauelemente resultieren als das identische Ditherprofil bei einem zweiten Standort, so dass ein am ersten Standort als „defektfrei” geprüftes Bauteil am zweiten Standort als „defekt” geprüft werden würde. Daraus ergeben sich in nachteiliger Weise Prüfqualitätsunterschiede sowie unterschiedliche Auslieferungsqualitäten. Die hier verwendeten Begriffe „defektfrei” und „defekt” beziehen sich insbesondere auf vordefinierte Prüfgrenzen, die es einzuhalten gilt.
Aufgrund der nicht bekannten und unterschiedlichen Anregung der mechanischen Bauteile durch das Ditherprofil wird teilweise eine Amplitude verwendet, die viel höher ist als nötig, da die Anregungsfrequenz nicht auf das Zielsystem abgestimmt ist. Dies resultiert zum einen in einer ungezielten Anregung, so dass unerwünschte hydraulische Effekte, wie z. B. Druckstörungen durch gestörte Volumenströme auftreten. Zum anderen verringert eine verhältnismäßig hohe Ditheramplitude bei derzeitig eingesetzten Stromendstufen die Stromreserven. Aus diesem Grunde muss der Strombereich der hydraulischen Schaltgeräte bzw. der elektronischen Getriebesteuerungen dementsprechend hoch ausgelegt werden, wodurch die Stromauflösung reduziert wird, da dieselbe Anzahl Bits auf einen großen Strombereich aufgeweitet werden muss.
Aus der DE 196 43 305 A1 der Anmelderin geht ein Verfahren zur Bestimmung von Kenngrößen eines elektro-hydraulisch gesteuerten Automatgetriebes hervor, im Rahmen dessen auf einem Endprüfstand Schaltungen in die einzelnen Übersetzungsstufen des Automatgetriebes nacheinander initiiert werden, wobei während der Schaltübergänge aus den Messgrößen Getriebeeingangs-/Getriebeausgangsdrehzahl, Getriebeeingangs-/Getriebeausgangsmoment die Kenngrößen des Automatgetriebes ermittelt werden.
Aus der DE 10 2008 000 304 A1 der Anmelderin ist ein Verfahren zum Betreiben einer Ventileinrichtung einer Getriebeeinrichtung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Ventileinheit und einer die Ventileinheit betätigenden elektromagnetischen Betätigungseinheit bekannt, im Rahmen dessen über die Ventileinheit ein in Abhängigkeit eines an der elektromagnetischen Betätigungseinheit anliegenden und pulsweitenmodulierten Stromsignals ein hydraulischer Druckwert eines Hydrauliksystems einer Getriebeeinrichtung eines Fahrzeugantriebsstranges einstellbar ist. Bei dem bekannten Verfahren ist vorgesehen, dass eine Amplitude und/oder eine Pulsdauer des pulsweitenmodulierten Stromsignals während einer Dithermodulation unter Beibehaltung des einzustellenden Druckwertes periodisch verändert wird, wobei einem längsbeweglich ausgebildeten Anker sowie einem damit wirkverbundenen Ventilstößel der Ventileinrichtung dadurch eine Schwingungsbewegung aufgeprägt wird. Hierbei wird die Dithermodulation bei Vorliegen vordefinierter Betriebszustände des Fahrzeugantriebsstranges jeweils aktiviert oder deaktiviert.
Ferner geht aus der DE 10 2011 114 063 A1 ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch betätigbaren Hydraulikventils hervor, wobei ein Ansteuerstrom des Hydraulikventils mittels eines nicht frequenzvariablen Dithers moduliert wird, um eine unerwünschte Hysterese im Betrieb des Hydraulikventils zu reduzieren; hierbei wird eine zu erwartende Strom-Druck-Kennlinie mit einer gemessenen Strom-Druck-Kennlinie verglichen, um eine unerwünschte Hysterese zu erkennen.
Des Weiteren geht aus der DE 10 2009 022 292 A1 ein Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einer Trennkupplung, einer Elektromaschine, einem Drehmomentwandler und einem automatisierten Getriebe hervor, wobei die Trennkupplung zwischen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine angeordnet ist und sich Drehmomentwandler und automatisiertes Getriebe im Drehmomentfluss von der Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad anschließen und die Trennkupplung von einem Kupplungsaktor betätigt wird, indem einem einen Betriebspunkt der Trennkupplung vorgebenden Sollmoment eine entsprechende Stellgröße des Kupplungsaktors zugeordnet wird; hierbei wird der Stellgröße mittels eines nicht frequenzvariablen Dithers ein moduliertes Schwingungssignal überlagert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern – insbesondere von Schiebedruckreglern – mittels einer Ditherfunktion anzugeben, welches eine definierte Anregung der Druckregler bei unterschiedlichen Arbeitspunkten und unterschiedlichen Temperaturbereichen gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Verfahren zur Ansteuerung von – vorzugsweise als Schieberdruckregler ausgebildeten – Druckreglern mittels einer Ditherfunktion vorgeschlagen, im Rahmen dessen für jeden Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad eines Schiebedruckreglers in Abhängigkeit von als Eingangssignal dienenden, definierten Systemeingangsgrößen, wie beispielsweise vom hydraulischen Arbeitspunkt, d. h. dem Sollstrom und der Temperatur und/oder vom Stromimpuls, Stromsprung oder Sinussweep die regelungstechnischen Übertragungsfunktionen, d. h. die Reaktion des Druckreglers, ermittelt werden, wobei zu den Systemeingangsgrößen ein definiertes Ausgangssignal gemessen wird und in Abhängigkeit vom Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad die Übertragungsfunktionen berechnet werden. Das Getriebe mit den anzusteuernden Druckreglern umfasst in der Regel mehrere Schaltelemente, also genauso viele Schaltelementpfade wie Schaltelemente vorhanden sind.
Zur Berechnung der Übertragungsfunktionen werden Verstärkungsfaktoren durch Quotientenbildung von Eingang- und Ausgangssignalcharakteristik als Funktion der Frequenz berechnet, wobei optional als zusätzliches Gütekriterium die Phasenlage zueinander analysiert werden kann.
In einem nächsten Schritt werden optional anhand der ermittelten Übertragungsfunktionen Simulationsmodelle für jeden Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad verifiziert. Anschließend wird für jeden Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad in Abhängigkeit vom hydraulischen Arbeitspunkt, d. h. dem Sollstrom und der Temperatur eine Ditherfrequenz aus einem Restverstärkungsfaktor ermittelt, wobei der Restverstärkungsfaktor eine definierte Verstärkung vom Eingangssignal, beispielsweise vom Strom, zum hydraulischem Druck in einem Schaltelementpfad erzielt. Hierbei wird zu der definierten Restverstärkung die zugehörige Ditherfrequenz ermittelt.
Gemäß der Erfindung werden anschließend die Schaltelementpfade und der Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad mit der ermittelten Ditherfrequenz gezielt angeregt, wobei dies für beliebig viele hydraulische Arbeitspunkte und Temperaturen mit der entsprechenden Ditherfrequenz durchgeführt wird. Dabei wird für jeden dieser Pfade zumindest ein n-dimensionales pfadspezifisches Dither-Kennfeld erstellt, welches auf Grundlage von zumindest zwei Eingangsparametern zwei Ausgangsparameter definiert.
Eingangsparameter sind vorzugsweise Temperatur und Sollstrom, Ausgangsparameter sind in jedem Fall die Ditherfrequenz und die Ditheramplitude.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Eingangsparameter und der zweite Eingangsparameter die Ditherfrequenz als ersten Ausgangsparameter definierten, und dass der erste Ausgangsparameter – also die durch den ersten und zweiten Eingangsparameter definierte Ditherfrequenz – und der zweite Eingangsparameter die Ditheramplitude als zweiten Ausgangsparameter definieren. Der erste Ausgangsparameter dient also gleichzeitig als dritter Eingangsparameter für die Definition des zweiten Ausgangsparameters.
Die Ditheramplitude kann über alle hydraulischen Arbeitspunkte konstant sein oder zusätzlich über verschiedene Arbeitspunkte, d. h. Sollstromwerte, variabel sein.
Gemäß der Erfindung werden die pfadspezifischen n-dimensionalen Dither-Kennfelder in die Prüfsoftware der Entwicklungs- und Serienprüfstände für die Druckregler und/oder in die Schaltablaufsteuerungssoftware von Automatgetrieben umfassend Druckregler implementiert.
Erfindungsgemäß können die bei Entwicklungs- und Serienprüfständen zu prüfenden Druckpfade (Schaltelementpfade und Systemdruckpfad/Versorgungsdruckpfad) der Druckregler oder die Druckpfade der in Getrieben integrierten Druckregler somit mit einem Ist-Strom angesteuert werden, der aus dem pfadspezifischen n-dimensionalen Dither-Kennfeld als Funktion der pfadspezifischen Ditherfrequenz und Ditheramplitude ermittelt wird. Auf diese Weise wird eine konstante und definierte Anregung für die angesteuerten Druckpfade in allen Betriebszuständen realisiert.
Im laufenden Betrieb eines Getriebes mit integrierten Druckreglern können die Ditherfrequenz und die Ditheramplitude als Funktion von Sollstrom und Temperatur kontinuierlich nachgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu können Ditherfrequenz und Amplitude in Phasen, in denen die Ditherfunktion deaktiviert wird, umgeschaltet werden. Beispielsweise kann die Amplitude rampenförmig minimiert und die Frequenz rampenförmig maximiert werden. Ferner ist es möglich, die Ditherfrequenz und die Ditheramplitude nur bei diskreten Sollstromarbeitspunkten umzuschalten.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird mit einer frequenzvariablen Ditherfunktion ein Druckregler definiert angeregt und weist ein gleichbleibendes Übertragungsverhalten mit einer daraus resultierenden Verbesserung der Stellgenauigkeit, Reproduzierbarkeit und Kennlinienstreuung in den Schaltelementen und am Systemdruck im Getriebe und an den Prüfständen auf. In vorteilhafter Weise kann durch das Verfahren die hydraulische und mechanische Anregung definiert werden, wodurch Prüfqualitätsunterschiede sowie unterschiedliche Auslieferungsqualitäten in Abhängigkeit von Entwicklungs- und Serienprüfstandsumgebungen vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass eine niedrigere, druckpfadspezifische Ditheramplitude notwendig ist, als beim aktuell eingesetzten Ditherprofil mit konstanter Frequenz für sämtliche Druckpfade eines Druckreglers, wodurch Stromressourcen der elektronischen Getriebesteuerung gespart werden, die Stromreserven reduziert werden und die Auflösung (Strominkrement oder kleinstmögliche Stromänderung zu Bit) erhöht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt zur Ermittlung der Ditherparameter für einen Druckregler bauliche Unterschiede, wie Kupplungen, Schaltgeräte, Getriebe, Prüfstände etc..
Bei der beschriebenen Ditherfunktionalität, wie beispielsweise der Frequenzumschaltung und optional der Amplitudenvariation kann eine Ditherfunktion gezielt zur Systemstabilisierung eingesetzt werden. Bei optimaler Adaption der Ditherfrequenz und der Ditheramplitude an das System werden die Eigenwerte in Richtung erhöhter Systemdämpfung verschoben, was in einem Minimum an Druckschwingungen resultiert. Folglich werden Fahrkomfort und Schaltqualität erhöht, wobei die Bauteilbelastung der einzelnen Komponenten im System auf ein Minimum reduziert und die Lebensdauer erhöht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in besonderem Maß für Druckregler in Bauart eines Schiebedruckreglers. Jedoch eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für Druckregler anderen Bauarten, beispielsweise also auch für Dralldruckregler und andere Sitzdruckregler.
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 19643305 A1 [0008]
DE 102008000304 A1 [0009]
DE 102011114063 A1 [0010]
DE 102009022292 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad eines Druckreglers in Abhängigkeit von als Eingangssignal dienenden, definierten Systemeingangsgrößen die regelungstechnischen Übertragungsfunktionen ermittelt werden, wobei zu den Systemeingangsgrößen ein definiertes Ausgangssignal gemessen wird und in Abhängigkeit vom Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad die Übertragungsfunktionen berechnet werden, wobei zur Berechnung der Übertragungsfunktionen Verstärkungsfaktoren durch Quotientenbildung von Eingang- und Ausgangssignalcharakteristik als Funktion der Frequenz berechnet werden, wobei für jeden Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad aus einem Restverstärkungsfaktor in Abhängigkeit vom hydraulischen Arbeitspunkt eine Ditherfrequenz ermittelt wird, wobei der Restverstärkungsfaktor eine definierte Verstärkung vom Eingangssignal zum hydraulischem Druck in einem Schaltelementpfad erzielt, wobei anschließend die Schaltelementpfade und der Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad gezielt mit der ermittelten Ditherfrequenz angeregt werden, wobei dies für beliebig viele hydraulische Arbeitspunkte und Temperaturen mit der entsprechenden Ditherfrequenz durchgeführt wird und wobei für jeden der Pfade zumindest ein pfadspezifisches n-dimensionales Dither-Kennfeld erstellt wird, welches auf Grundlage von zumindest einem ersten und einem zweiten Eingangsparameter eine Ditherfrequenz als ersten Ausgangsparameter und eine Ditheramplitude als zweiten Ausgangsparameter definiert, dass die pfadspezifischen n-dimensionalen Dither-Kennfelder in die Prüfsoftware der Entwicklungs- und Serienprüfstände für die Druckregler und/oder in die Schaltablaufsteuerungssoftware von Automatgetrieben umfassend Druckregler implementiert wird, und dass die Druckregler mit einem Ist-Strom angesteuert werden, der aus dem dem jeweiligen Druckregler zugeordneten pfadspezifischen n-dimensionalen Dither-Kennfeld als Funktion der pfadspezifischen Ditherfrequenz und Ditheramplitude ermittelt wird.
Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Eingangsparameter die Ditherfrequenz als ersten Ausgangsparameter definierten, und dass der erste Ausgangsparameter und der zweite Eingangsparameter die Ditheramplitude als zweiten Ausgangsparameter definieren.
Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingangsparameter jedes pfadspezifischen n-dimensionalen Dither-Kennfelds als Temperatur definiert ist, und dass der zweite Eingangsparameter jedes pfadspezifischen n-dimensionalen Dither-Kennfelds als Sollstrom definiert ist.
Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Berechnung der Übertragungsfunktionen anhand der Übertragungsfunktionen Simulationsmodelle für jeden Schaltelementpfad und Systemdruckpfad oder Versorgungsdruckpfad verifiziert werden.
Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beaufschlagung der Schaltelementpfade und des Systemdruckpfads oder Versorgungsdruckpfads mit einer gezielten Anregung mit der ermittelten Ditherfrequenz die Ditheramplitude über alle hydraulische Arbeitspunkte konstant oder über verschiedene Arbeitspunktevariabel ist.
Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im laufenden Betrieb eines Getriebes mit integrierten Schiebedruckreglern die Ditherfrequenz und die Ditheramplitude als Funktion von Sollstrom und Temperatur kontinuierlich nachgeführt werden und/oder dass Ditherfrequenz und Ditheramplitude in Phasen, in denen die Ditherfunktion deaktiviert wird, umgeschaltet werden.
Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im laufenden Betrieb eines Getriebes mit integrierten Schiebedruckreglern die Ditherfrequenz und die Ditheramplitude in diskreten Sollstromarbeitspunkten umgeschaltet werden.
Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Druckregler als Schieberdruckregler ausgebildet sind.
Verfahren zur Ansteuerung von Druckreglern mittels einer Ditherfunktion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Druckregler als Sitzdruckregler ausgebildet sind.