DE102016226020A1

DE102016226020A1 - Überprüfung einer Getriebesteuerung

Info

Publication number: DE102016226020A1
Application number: DE102016226020.0A
Authority: DE
Inventors: Marc Mildenberger; Kai Leingruber; Gerd Muellerschoen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Ein elektrischer Lastsimulator (135) zur Überprüfung einer elektrischen Getriebesteuerung (110) umfasst einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss (205, 210), die zur Verbindung mit einem Stromkreis eingerichtet sind; mehrere elektrische Widerstandselemente (215) mit jeweils unterschiedlichen elektrischen Widerstandswerten, wobei jedem Widerstandselement (215) eine Schalteinrichtung (220) zugeordnet ist, um das Widerstandselement (215) entweder elektrisch zwischen die Anschlüsse (205, 210) zu schalten oder von wenigstens einem der Anschlüsse (205, 210) elektrisch zu trennen; und eine Steuervorrichtung (225), die dazu eingerichtet ist, die Schalteinrichtungen (220) derart anzusteuern, dass zwischen den Anschlüssen (205, 210) ein vorbestimmter elektrischer Widerstandswert des Lastsimulators (135) wirkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Überprüfung einer Getriebesteuerung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Überprüfung einer Steuerung eines elektrisch steuerbaren Getriebes.
In einem Antriebsstrang ist ein Schaltgetriebe zwischen einem Antriebsmotor und einer Abtriebswelle vorgesehen. Der Antriebsstrang kann beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenfahrzeugs oder Nutzfahrzeugs, angebracht sein. Das Getriebe umfasst wenigstens einen Aktuator, der elektrisch steuerbar ist und zur Steuerung des Getriebes verwendet werden kann. Beispielsweise kann der Aktuator das Aktivieren oder Deaktivieren eines Teilgetriebes, das Einlegen oder Auslegen einer Gangstufe oder das Öffnen oder Schließen einer integrierten Kupplung steuern. Der Ablauf eines Steuervorgangs des Getriebes, beispielsweise des Wechselns einer Gangstufe, kann mehrere Teilvorgänge umfassen, die mittels unterschiedlicher Aktuatoren gesteuert werden können und bevorzugt aufeinander abgestimmt sind. Eine Getriebesteuerung umfasst daher üblicherweise eine Steuereinrichtung, die die einzelnen Aktuatoren elektrisch ansteuert und insbesondere gegenüber Fehlfunktionen abgesichert ist. Beispielsweise darf das Getriebe in keinen unerwünschten Zustand geraten, falls einer der Aktuatoren nicht mehr funktioniert. Dabei können unterschiedliche Fehler unterschiedlich behandelt werden. Beispielsweise kann ein erhöhter Innenwiderstand eines der Aktuatoren durch Erhöhen einer Steuerspannung ausgeglichen werden, während ein Kurzschluss zwischen Anschlüssen des Aktuators bevorzugt ein Abschalten des Steuerstroms nach sich zieht.
Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine Technik bereitzustellen, mittels derer eine elektrische Getriebesteuerung verbessert getestet werden kann. Insbesondere soll überprüfbar sein, ob ein Fehlerzustand eines Aktuators, der mit der Getriebesteuerung verbunden ist, zu einem erwünschten Erkennungs- oder Behandlungsverhalten der Getriebesteuerung führt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Ein elektrischer Lastsimulator zur Überprüfung einer elektrischen Getriebesteuerung umfasst einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss, die zur Verbindung mit einem Stromkreis eingerichtet sind; mehrere elektrische Widerstandselemente mit jeweils unterschiedlichen elektrischen Widerstandswerten, wobei jedem Widerstandselement eine Schalteinrichtung zugeordnet ist, um das Widerstandselement entweder elektrisch zwischen die Anschlüsse zu schalten oder von wenigstens einem der Anschlüsse elektrisch zu trennen; und eine Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Schalteinrichtungen derart anzusteuern, dass zwischen den Anschlüssen ein vorbestimmter elektrischer Widerstandswert des Lastsimulators wirkt.
Ein Widerstandselement ist ein Bauelement, das einen vorbestimmten Widerstandswert aufweist. Das Bauelement hat üblicherweise zwei Anschlüsse und kann in unterschiedlichen Bauformen vorgesehen sein. Der Widerstandswert wird üblicherweise in Ohm [Ω] angegeben. Sowohl das Widerstandselement als auch der Widerstandswert können in der Literatur auch als Widerstand bezeichnet werden.
Der Lastsimulator (auch: Lastgenerator) kann dazu verwendet werden, anstelle eines Aktuators oder zusätzlich zu einem Aktuator (parallel oder in Serie mit dem Aktuator) mit der Getriebesteuerung verbunden zu werden, um insbesondere einen Fehlerzustand des Aktuators oder seiner elektrischen Verbindung zu simulieren. Der Aktuator kann beispielsweise einen Elektromotor, eine Spule oder ein Magnetventil umfassen. Elektrisch kann der Aktuator als Kombination einer Ohm'schen, einer induktiven und einer kapazitiven Last modellierbar sein, wobei die induktiven und kapazitiven Komponenten hier vernachlässigt werden. Der Aktuator kann unmittelbar auf ein mechanisches Steuerelement eines Getriebes einwirken oder eine mittelbare Steuerung durchführen, beispielsweise indem er einen Fluss eines Fluids steuert, das dann auf ein Betätigungselement wirkt, welches letztlich die mechanische Betätigung des Getriebes realisiert.
Der Aktuator hat üblicherweise wenigstens zwei elektrische Anschlüsse. Wird der Lastsimulator parallel zum Aktuator mit diesen beiden Anschlüssen verbunden, so kann gegenüber der Getriebesteuerung ein verringerter Gesamtwiderstand des Aktuators simuliert werden. Wird der Lastsimulator in Serie mit dem Aktuator verbunden, kann ein erhöhter Innenwiderstand simuliert werden. Wird der Lastsimulator anstelle des Aktuators mit den beiden Anschlüssen verbunden, so kann üblicherweise alternativ ein kleinerer oder ein größerer als ein Nennwiderstand gegenüber der Getriebesteuerung simuliert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Lastsimulator auch mit einem Anschluss für den Aktuator und einem weiteren Potential verbunden werden. Das weitere Potential kann insbesondere eine Betriebsspannung oder Masse umfassen. Dadurch können ein Kurzschluss oder ein Nebenschluss simuliert werden.
Durch das diskrete Ein- oder Ausschalten der Widerstandselemente kann der Lastsimulator unterschiedlich große Widerstandswerte an seinen Anschlüssen bereitstellen. Der vorbestimmte elektrische Widerstandswert kann zu einem bekannten Fehlerbild eines Aktuators korrespondieren, sodass der Fehler mittels des Lastsimulators rasch simuliert werden kann, ohne den Simulator spezifisch an eine Getriebesteuerung oder einen Aktuator anpassen zu müssen. Der Lastsimulator verwendet einzelne Widerstandselemente, die parallel zusammengeschaltet werden können, sodass eine Belastbarkeit des Widerstandselements bestimmt werden kann, wenn eine maximale Spannung am Lastsimulator bekannt ist. Bei einer Getriebesteuerung für ein Kraftfahrzeug wird üblicherweise eine Bordnetzspannung von 12, 24 oder 36 Volt verwendet, sodass die Widerstandselemente leicht dimensioniert werden können.
Durch die Parallelschaltung der Widerstandselemente ist der größte durch den Lastsimulator simulierbare Widerstandswert (abgesehen von unendlich) so groß wie der höchste Widerstandswert. Durch passende Wahl der Widerstandswerte der Widerstandselemente können sowohl eine Schrittweite zwischen generierbaren Widerstandswerten zwischen den Anschlüssen als auch obere und untere Bereichsgrenzen der generierbaren Widerstandswerte leicht bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, die Schalteinrichtung auf der Basis einer zeitlichen Abfolge vorbestimmter Widerstandswerte anzusteuern, wobei die Abfolge einem vorbestimmten Defekt einer Getriebesteuerung entspricht. Die zeitliche Abfolge kann beispielsweise einen thermischen Effekt, einen Fehler zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, einen veränderlichen Nebenschluss, einen Wackelkontakt oder andere Defekte simulieren. Außerdem kann der Widerstandswert in Abhängigkeit von einem externen Ereignis, beispielsweise einem Zustand der Getriebesteuerung, abhängig gemacht werden, um zunächst einen funktionierenden Aktuator zu simulieren.
In einer Ausführungsform umfasst die zeitliche Abfolge einen linearen Übergang von einem ersten zu einem zweiten vorbestimmten elektrischen Widerstandswert. Dadurch kann beispielsweise getestet werden, bei welchem Widerstandswert eine mit dem Lastsimulator verbundene Steuervorrichtung für ein Getriebe einen Fehler detektiert.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die zeitliche Abfolge mehrere Übergänge zwischen einem ersten Bereich höherer Widerstandswerte und einem zweiten Bereich niedrigerer Widerstandswerte, um einen Wackelkontakt zu simulieren. Der höhere Widerstandswert kann im Bereich von unendlich (unterbrochene Leitung) liegen und unabhängig davon kann der zweite Bereich bei null Ohm (intakte Leitung) liegen. Die Übergänge zwischen den beiden Bereichen können in ihrer Häufigkeit oder Geschwindigkeit gesteuert werden, um einen realistischen Wackelkontakt zu simulieren. Die Steuerung der Übergänge kann insbesondere zufällig oder pseudo-zufällig erfolgen.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, eine vorbestimmte Anzahl Abfolgen an der Schnittstelle bereitzustellen. Dadurch kann beispielsweise eine Zyklenfestigkeit der Getriebesteuerung genauer untersucht werden. Das Verhalten der Getriebesteuerung bei wiederholt auftretenden Fehlern kann ebenfalls untersucht werden. Die Anzahl Abfolgen kann auch unendlich sein, sodass ein Dauertest realisiert werden kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Abfolge über eine vorbestimmte Zeit zu steuern. Insbesondere ist bevorzugt, dass die Geschwindigkeit eines Überganges zwischen zwei vorbestimmten Widerstandswerten vorgegeben werden kann. In einer weiteren Ausführungsform kann auch die Übergangsart (linear, logarithmisch, exponential, ...) gesteuert werden.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Widerstandswerte der Widerstandselemente derart gewählt sind, dass jeder bis auf den kleinsten Widerstandswert im Wesentlichen doppelt so groß wie der nächstkleinere Widerstandswert ist. Dadurch kann der Widerstand des Lastsimulators in gleich großen Schritten, die dem kleinsten Widerstandswert entsprechen, gesteuert werden. Die Schalteinrichtungen können beispielsweise mittels eines Binärworts angesteuert werden, wobei jedes Bit des Binärworts einem Schaltzustand eines zugeordneten Schaltelements entspricht. Der an den Anschlüssen sich darstellende Gesamtwiderstand bestimmt sich dabei nach den Kirchhoff'schen Gleichungen. Für eine praktische Realisierung kann die Verdoppelung teilweise auch ungenau sein, sodass beispielsweise auch eine leichter realisierbare 1-2-5-Teilung der Widerstandswerte verwendet werden kann.
Es ist besonders bevorzugt, dass der kleinste Widerstandswert 1 Ohm beträgt. Insbesondere zusammen mit der 1-2-5-Teilung weiterer Widerstandselemente kann so der für einen Test besonders interessante Bereich oberhalb von 0,5 Ohm besonders gut wiedergegeben werden.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst der Lastsimulator ein weiteres Widerstandselement mit einem Widerstandswert von im Wesentlichen null Ohm und eine weitere Schalteinrichtung, um das weitere Widerstandselement elektrisch zwischen die Anschlüsse zu schalten oder von wenigstens einem der Anschlüsse zu trennen. Dadurch kann insbesondere die Simulation eines Kurzschlusses verbessert werden. Je nach Art der Verbindung des Lastsimulators mit einer Getriebesteuerung kann der Kurzschluss unerwünscht sein, beispielsweise weil er parallel zu einem Aktuator liegt, oder erwünscht, beispielsweise weil er zwischen einer Steuervorrichtung des Getriebes und dem Aktuator liegt.
Ein Verfahren zur elektrischen Lastsimulation, um eine elektrische Getriebesteuerung zu überprüfen, umfasst Schritte des Bestimmens eines vorbestimmten Widerstandswerts; des Bestimmens, welche einer Anzahl vorbestimmter Widerstandselemente, die unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen, parallel zwischen zwei elektrische Anschlüsse geschaltet werden sollen, um den vorbestimmten Widerstandswert seitens des Lastsimulators zu realisieren, wobei jedem Widerstandselement eine Schalteinrichtung zugeordnet ist, um das Widerstandselement entweder elektrisch zwischen die Anschlüsse zu schalten oder von wenigstens einem der Anschlüsse elektrisch zu trennen; und des Ansteuerns der Schalteinrichtungen, um nur die bestimmten Widerstandselemente elektrisch zwischen die Anschlüsse zu schalten.
Das Verfahren kann insbesondere unter Verwendung des oben beschriebenen Lastsimulators durchgeführt werden. Dabei kann das Verfahren insbesondere wenigstens teilweise auf der Steuervorrichtung des Lastsimulators ablaufen. Die Steuervorrichtung kann dazu insbesondere einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann als Computerprogrammprodukt ausgebildet sein. Die bezüglich der Vorrichtung bzw. des Lastsimulators und des Verfahrens genannten Merkmale und Vorteile sind jeweils auch auf den Gegenstand der anderen Kategorie anwendbar.
Das Verfahren kann dazu dienen, den mit der Getriebesteuerung verbundenen Lastsimulator derart zu steuern, dass das Verhalten eines vorbestimmten funktionierenden oder defekten Aktuators gegenüber der Steuervorrichtung des Getriebes simuliert wird. Die Fähigkeit der Steuervorrichtung, den Fehler zu erfassen und gegebenenfalls eine Gegen- oder Ersatzmaßnahme einzuleiten, kann dadurch verbessert getestet werden.
Der Lastsimulator und das Verfahren können jeweils dazu verwendet werden, eine individuelle Getriebesteuerung zu überprüfen oder beispielsweise im Rahmen einer Fertigung stichprobenhaft oder verpflichtend einzelne Getriebesteuerungen zu testen. Auch eine Getriebesteuerung für ein bereits in einem Antriebsstrang verbautes Getriebe kann mittels des Lastsimulators bzw. des Verfahrens verbessert getestet werden.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

1 ein System mit einer Getriebesteuerung und einem elektrisch steuerbaren Getriebe;
2 einen elektrischen Lastsimulator zur Überprüfung einer Getriebesteuerung;
3 beispielhafte Dimensionierungen von Widerstandselementen an einem elektrischen Lastsimulator;
4 eine beispielhafte Anordnung von Widerstandselementen eines Lastsimulators auf einer Leiterplatte;
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überprüfung einer Getriebesteuerung; und
6 beispielhafte zeitliche Abfolgen unterschiedlicher Widerstandswerte eines Lastsimulators

1 zeigt ein System 100 mit einem Getriebe 105 und einer Getriebesteuerung 110. Das Getriebe 105 kann insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Dazu kann das Getriebe 105 mittels einer Kupplung 115 mit einem Antriebsmotor 120 verbunden werden. Die Kupplung 115 kann mit dem Getriebe 105 integriert sein und es ist bevorzugt, dass die Kupplung 115 mittels der Getriebesteuerung 110 steuerbar ist.
Die Getriebesteuerung 110 umfasst bevorzugt ein Steuergerät 125 und wenigstens einen Aktuator 130. Der Aktuator 130 ist elektrisch ansteuerbar und wirkt mechanisch mittelbar oder unmittelbar auf das Getriebe 105 oder die Kupplung 115, um die Steuerung des Getriebes 105 zu unterstützen. Es sind unterschiedliche Aktuatoren 130 möglich, von denen drei typische Vertreter in 1 dargestellt sind. Ein erster Aktuator 130 umfasst ein elektrisch ansteuerbares Fluidventil, das entweder ein Schaltventil oder ein Stetigventil umfassen kann. Ein zweiter Aktuator 130 umfasst eine Spule, die üblicherweise auf einen Anker wirkt, der eine mechanische Funktion am Getriebe 105 bewirkt. Ein dritter Aktuator 130 umfasst einen Elektromotor, der üblicherweise mittels eines Getriebes oder einer Umlenkung auf ein weiteres Element zur Steuerung des Getriebes 105 wirkt.
Jeder Aktuator 130 umfasst wenigstens einen, üblicherweise zwei, gelegentlich auch mehr elektrische Anschlüsse. Ist der Aktuator 130 beispielsweise als phasengesteuerter Elektromotor ausgelegt, so kann er drei Anschlüsse aufweisen. Auch ein Aktuator 130, der als Spule mit einem Zwischenabgriff ausgestattet ist, kann mehr als zwei Anschlüsse aufweisen.
Das Steuergerät 125 ist mit den Aktuatoren 130 elektrisch verbunden und dazu eingerichtet, einen Stromfluss durch die Aktuatoren 130 zu kontrollieren, um das Getriebe 105 zu steuern. Dabei sind die Abläufe unterschiedlicher Aktuatoren aufeinander abzustimmen, um zu verhindern, dass das Getriebe 105 in einen unerwünschten Zustand übergeht. Beispielsweise soll verhindert werden, dass zwei unterschiedliche Gangstufen gleichzeitig im Getriebe 105 eingelegt und aktiv sind. Um eine Fehlfunktion der Getriebesteuerung 110 möglichst unwahrscheinlich zu machen, wird daher üblicherweise der durch den Aktuator 130 fließende Strom durch das Steuergerät 125 oder eine separate Instanz abgetastet und mit einem beabsichtigten Stromwert verglichen. Ergeben sich dabei unzulässig große Differenzen, so muss von einem Fehler im Bereich des Aktuators 130 ausgegangen werden. Es sind unterschiedliche Fehler denkbar, die sich unterschiedlich bemerkbar machen können. Beispielsweise kann ein korrekter Strom durch das Steuergerät 125 bewirkt werden, der statt durch den Aktuator 130 durch einen Kurzschluss oder Nebenschluss an Masse abfließt. Um diesen Fehler zu detektieren, wird üblicherweise sowohl der durch eine erste Leitung vom Steuergerät 125 zum Aktuator 130 fließende Strom als auch der vom Aktuator 130 zum Steuergerät 125 zurückfließende Strom überwacht.
Um verbessert überprüfen zu können, ob das Steuergerät 125 einen elektrischen Fehler in einem Stromkreis, der einen der Aktuatoren 130 umfasst, zu detektieren und gegebenenfalls auch zu behandeln, wird vorgeschlagen, einen elektrischen Lastsimulator 135 vorzusehen, der dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Fehler eines Steuergeräts 125 zu simulieren. Dabei soll insbesondere ein Stromfluss eines Stromkreises, der das Steuergerät 125 umfasst, durch einen veränderbaren Widerstand manipuliert werden. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann der Lastsimulator 135 anstelle eines Aktuators 130 in einer Leitung zwischen dem Steuergerät 125 und dem Aktuator 130 oder zwischen einer solchen Leitung und einem anderen Potential eingesetzt werden.
2 zeigt einen elektrischen Lastsimulator 135 zur Überprüfung einer Getriebesteuerung 110 wie der von 1. Der Lastsimulator 135 umfasst einen ersten Anschluss 205 und einen zweiten Anschluss 210, die dazu eingerichtet sind, mit dem Stromkreis zwischen dem Steuergerät 125 und dem Aktuator 130 verbunden zu werden. In einer Ausführungsform sind die Anschlüsse 205, 210 als übliche Rundbuchsen für 4mm Bananenstecker ausgeführt. Zur Illustration ist ein parallel zu den Anschlüssen 205, 210 geschalteter Aktuator 130 in 2 symbolisch dargestellt.
Ferner umfasst der Lastsimulator 135 mehrere elektrische Widerstandselemente 215 und mehrere Schalteinrichtungen 220, wobei jeweils eine Schalteinrichtung 220 einem Widerstandselement 215 zugeordnet ist. Die Schalteinrichtung 220 ist dazu eingerichtet, das zugeordnete Widerstandselement 215 entweder elektrisch zwischen die Anschlüsse 205 und 210 zu schalten oder von wenigstens einem der Anschlüsse 205, 210 elektrisch zu trennen. In der dargestellten Ausführungsform ist jedes Widerstandselement 215 mit einem ersten Anschluss mit einem der Anschlüsse 205, 210 fest verbunden, während der zweite Anschluss mittels der Schalteinrichtung 220 steuerbar mit dem anderen Anschluss 205, 210 verbunden werden kann. Die Schalteinrichtungen 220 können in beliebiger Weise als Stromventile ausgeführt sein; in einer bevorzugten Ausführungsform werden Halbleiterelemente verwendet, beispielsweise FETs, MOSFETs, IGBT oder auch Thyristoren. In einer weiteren Ausführungsform kann auch ein mechanisches Schaltelement wie ein Relais verwendet werden. Weiter kann die Ansteuerung er Schalteinrichtungen 220 galvanisch vom Laststromkreis getrennt sein, insbesondere mittels Optokopplern. Eine Schalteinrichtung 220 kann dabei durch einen mit einem Optokoppler integrierten Halbleiterschalter realisiert sein. Die Schalteinrichtungen 220 können bevorzugt mittels einer Steuervorrichtung 225 in jeweils einen der oben beschriebenen Schaltzustände gebracht werden. Werden mehrere Schalteinrichtungen 220 geschlossen, so liegen die zugeordneten Widerstandselemente 215 parallel an den Anschlüssen 205, 210.
Die Widerstandselemente 215 weisen bevorzugt unterschiedliche Widerstandswerte auf, sodass zur Generierung eines vorbestimmten Widerstandswerts des Lastsimulators 135 an den Anschlüssen 205, 210 jeweils passende Widerstandselemente 215 bestimmt und mittels der Schalteinrichtungen 220 geschaltet werden können. Der kleinste Widerstandswert kann beispielsweise ca. 1 Ohm betragen. Der nächstgrößere Widerstandswert eines Widerstandselements 215 beträgt dann ca. 2 Ohm, der nächstgrößere ca. 4 Ohm, der wieder nächstgrößere ca. 8 Ohm und so weiter. Die sortierten Widerstandswerte werden in dieser bevorzugten Ausführungsform jeweils von einem Widerstandselement 215 zum anderen verdoppelt. In der dargestellten Ausführungsform können Widerstandswerte zwischen ca. 0,5 und 15 Ohm in Schritten von 0,1 Ohm eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein zusätzliches Widerstandselement 215 von im Wesentlichen null Ohm vorgesehen sein. Wird die zugeordnete Schalteinrichtung 220 geschlossen, so beträgt der Widerstand des Lastsimulators 135 an den Anschlüssen 205, 210 im Wesentlichen null Ohm. Auf diese Weise kann verbessert ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen 205 und 210 dargestellt werden. Da hierbei ein großer Strom zwischen den Anschlüssen 205 und 210 fließen kann, ist das zugeordnete Schaltelement 220 bevorzugt mit einer erhöhten Stromfestigkeit ausgeführt. Es ist insbesondere bevorzugt, dass dieses Schaltelement 220 als Relais ausgeführt ist, während die restlichen Schaltelemente 220 bevorzugt in Form von Halbleiterschaltern vorliegen.
Die Steuervorrichtung 225 ist bevorzugt dazu eingerichtet, zu einem vorbestimmten Widerstandswert zu bestimmen, welche der Schalteinrichtungen 220 geöffnet und welche anderen geschlossen werden müssen, um passende Widerstandselemente 215 zwischen die Anschlüsse 205, 210 zu schalten, sodass der dort anliegende Widerstandswert dem vorbestimmten Widerstandswert möglichst nahe kommt. Die Steuervorrichtung 225 kann den vorbestimmten Widerstandswert mittels einer Schnittstelle 230 von einer externen Einrichtung oder beispielsweise einem Generator 235 entgegennehmen. Der Generator 235 ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine Abfolge von vorbestimmten Widerstandswerten an der Schnittstelle 230 bereitzustellen. Die Schnittstelle 230 kann analog oder digital aufgebaut sein und die Abfolge kann diskret oder kontinuierlich erfolgen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Generator 235 steuerbar, einen vorbestimmten zeitlichen Verlauf zwischen zwei oder mehr Widerstandswerten zu generieren.
Die Art des Verlaufs und/oder Parameter des Verlaufs können über eine weitere Schnittstelle 240 beeinflussbar sein. Die Schnittstelle 240 kann beispielsweise nach USB- oder RS232-Standard ausgebildet und zur Verbindung mit einem tragbaren Bediengerät, etwa einem Laptop, eingerichtet sein. Das Bediengerät kann dazu eingerichtet sein, Eingaben einer Bedienperson aufzunehmen und direkt oder verarbeitet an den Generator 235, die Schnittstelle 230 oder direkt an die Steuervorrichtung 225 weiterzuleiten. Üblicherweise ist die Schnittstelle 240 unidirektional (simplex) ausgeführt, sodass Informationen nur vom Bediengerät zum Lastsimulator 135 übermittelt werden. In einer anderen Ausführungsform kann jedoch auch eine Information in entgegengesetzter Richtung übertragen werden (bidirektional bzw. duplex), beispielsweise ein gegenwärtiger Zustand einer Komponente des Lastsimulators 135, etwa ein eingestellter Widerstandswert.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann über die Schnittstelle 140 vorgegeben werden, wie groß Beträge eines ersten und eines zweiten Widerstandswerts sind, innerhalb welcher Zeit ein Übergang vom ersten auf den zweiten Widerstandswert erfolgen soll, welcher Verlaufskurve der Übergang folgen soll und was nach Erreichen des zweiten Widerstandswerts zu tun ist. Beispielsweise kann eine Wartezeit eingelegt werden, ein weiterer Übergang gesteuert werden oder der erste Übergang wiederholt werden. Mehrere Übergänge können zu einem weiteren Übergang zusammengefasst werden. Wiederholungen von Übergängen können beliebig gesteuert werden. In einer weiteren Ausführungsform ist der Generator 235 auch dazu eingerichtet, einen oder mehrere der genannten Parameter zufällig oder pseudo-zufällig zu bestimmen.
3 zeigt beispielhafte Dimensionierungen von Widerstandselementen 215 an einem elektrischen Lastsimulator 135 nach dem Vorbild von 2. Dargestellt sind beispielhaft elf Widerstandselemente 215, die mit R1 bis R11 bezeichnet sind und jeweils eines oder mehrere physische Widerstandselemente 215 umfassen, sowie jeweils zugeordnete Schaltelemente 220. Auch eine zusätzliche Schalteinrichtung 220, deren zugeordnetes Widerstandselement 215 null Ohm beträgt und durch eine Leitung ersetzt ist, ist in 3 beispielhaft dargestellt. Das zugeordnete Schaltelement 220 ist bevorzugt von einem Relais umfasst.
Die Widerstandselemente 215 der dargestellten Ausführungsform sind bevorzugt für ein Bordnetz mit einer Nennspannung von ca. 12 V dimensioniert. Die Spannung in einem solchen Bordnetz kann über längere Zeit einen Wert von ca. 13,2 V annehmen. Zur Sicherheit sind die Widerstandselemente 215 daher bevorzugt derart dimensioniert, dass sie auch eine etwas höhere Spannung, beispielsweise ca. 14 V, möglichst dauerhaft aushalten.
In der dargestellten Ausführungsform weist das Widerstandselement R1 - abgesehen von dem als Kurzschluss ausgeführten Widerstandselement R0 - den kleinsten Widerstandswert von beispielhaft 1 Ohm auf. Das nächstgrößere Widerstandselement R2 weist einen Widerstandswert von 2 Ohm auf, der realisiert ist, indem zwei Widerstandselemente von je 1 Ohm in Serie geschaltet sind. Die effektiven Widerstandswerte der verwendeten Widerstandselemente 215 R1 bis R11 sind in 3 rechts angetragen. Da Widerstandselemente 220 üblicherweise nicht mit beliebigen Widerstandswerten erhältlich sind, können einige der Kombinationen gewisse Abweichungen vom eigentlich beabsichtigten Widerstandswert aufweisen. Beispielsweise beträgt der Widerstandswert des Widerstandselements R3 4,3 Ohm statt 4 Ohm und der des Widerstandselements R5 15,7 Ohm statt 16 Ohm. Soll eine genauere Näherung an die vorbestimmten Widerstandswerte erfolgen, so sind die verwendeten Widerstandselemente besser passend miteinander zu kombinieren. In der dargestellten Ausführungsform liegen die Widerstandswerte der Widerstandselemente R1 bis R11 idealerweise auf aufeinanderfolgenden Zweierpotenzen (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512 und 1024 Ω) und R0 beträgt bevorzugt 0 Ω.
Neben den Widerstandselementen 220 sind jeweils Belastbarkeiten angegeben, die die Widerstandselemente 220 für den dargestellten Anwendungsfall erfüllen müssen.
Ist ein Widerstandselement 220 nicht in der angegebenen Belastbarkeit verfügbar, so kann auch eine höhere Belastbarkeit verwendet werden.
4 zeigt eine beispielhafte Anordnung von Widerstandselementen 215 eines Lastsimulators 135 auf einer Leiterplatte 405. Die Widerstandselemente 215 R1 bis R11 aus 3 sind teilweise als Serienschaltungen mehrerer physischer Widerstandselemente realisiert, wie das auch in 3 angedeutet ist. Elektrische Verbindungen der Widerstandselemente sind nicht dargestellt. Die physisch größeren Widerstandselemente 215 weisen eine größere thermische Belastbarkeit von ca. 10 W auf und haben generell kleinere Widerstandswerte als die physisch kleineren Widerstandselemente 215, die eine geringere maximale Verlustleistung von typisch ca. 3-4 W umsetzen können. Die Widerstandselemente 215 befinden sich in einer Ebene, um leicht auf der Leiterplatte 405 angeordnet werden zu können und gleichzeitig eine möglichst große gemeinsame Oberfläche zu bilden, die vereinfacht gekühlt werden kann. Gegebenenfalls sind Kühlkörper an einigen oder allen der Widerstandselemente 215 vorzusehen. Auch die Schalteinrichtungen 220 können mit Kühlkörpern ausgestattet werden, um eine anfallende elektrische Verlustleistung thermisch abbauen zu können. Ein Innenwiderstand der Schalteinrichtungen 220 kann bei der Bestimmung der Widerstandswerte der zugeordneten Widerstandselemente 220 berücksichtigt werden. In der dargestellten Ausführungsform sind rein exemplarisch Steuerwiderstände 410 von ca. 1,0 Kiloohm vorgesehen, um jeweils einen Steueranschluss einer Schalteinrichtung 220 von der Steuervorrichtung 225 zu entkoppeln.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zur Überprüfung einer Getriebesteuerung wie der Getriebesteuerung 110 von 1. Für das Verfahren 500 wird davon ausgegangen, dass ein Lastsimulator 135, beispielsweise nach der Ausführungsform von 2, mit seinen Anschlüssen 205, 210 geeignet mit der Getriebesteuerung 110 verbunden ist. Dazu kann der Lastsimulator 135 insbesondere parallel zu einem Aktuator 130 oder anstelle des Aktuators 130 mit dem Steuergerät 125 verbunden werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Lastsimulator 135 zwischen einem Anschluss eines Aktuators 130, der mit dem Steuergerät 125 verbunden ist, und einem anderen Potential, insbesondere einer Versorgungsspannung oder Masse, verbunden werden. Außerdem wird exemplarisch davon ausgegangen, dass ein Generator 235 zur Bereitstellung einer zeitlichen Abfolge vorbestimmter Widerstandswerte zur Verfügung steht. Ist dies nicht der Fall, so kann das Verfahren 500 um die diesbezüglichen Schritte verkleinert werden.
In einem ersten Schritt 505 werden bevorzugt einer oder mehrere Parameter von der Schnittstelle 240 entgegengenommen, die einen Verlauf oder Übergang zwischen einem ersten und einem zweiten vorbestimmten Widerstandswert betreffen. Diese Parameter können insbesondere eine Auflösung, eine Verlaufsgeschwindigkeit oder eine Verlaufsform umfassen. Andere oder zusätzliche Parameter sind ebenfalls möglich.
In einem Schritt 510 wird, auf der Basis der bestimmten Verlaufsparameter, der jeweils nächste Widerstandswert bestimmt, der durch den Lastsimulator 135 an den Anschlüssen 205 und 210 bewirkt werden soll. Auf der Basis des Widerstandswerts werden in einem Schritt 515 bevorzugt Schaltzustände der einzelnen Schalteinrichtungen 220 bestimmt. Hierzu sind die Widerstandswerte der einzelnen Widerstandselemente 215 bekannt, sodass die Kombination der Widerstandselemente 215 nach den Kirchhoff'schen Gesetzen bestimmt werden kann. Das Bestimmen der Schaltzustände kann beispielsweise mittels einer Tabelle oder algorithmisch, insbesondere mittels eines Greedy-Algorithmus bestimmt werden.
In einem Schritt 520 werden die bestimmten Schaltzustände gesteuert. Dazu werden die Schalteinrichtungen 220 jeweils derart angesteuert, dass sie entweder geöffnet sind und einen Stromfluss durch die zugeordneten Widerstandselemente 215 unterbinden, oder geschlossen, sodass die zugeordneten Widerstandselemente 215 elektrisch zwischen den Anschlüssen 205 und 210 liegen.
In einem Schritt 525 wird überprüft, ob der Verlauf bzw. die Abfolge beendet ist. Ist dies nicht der Fall, so kann das Verfahren 500 zum Schritt 510 zurückkehren und erneut durchlaufen. Dabei ist bevorzugt, dass jeder Schleifendurchlauf der Schritte 510 bis 525 im Wesentlichen die gleiche Zeit in Anspruch nimmt. Andernfalls kann in einem Schritt 530 die Steuerung beendet werden. Dabei können die Schalteinrichtungen 220 in sichere Zustände gebracht werden, beispielsweise indem alle Schalteinrichtungen 220 geöffnet werden, um einen maximalen Widerstand zwischen den Anschlüssen 205 und 210 zu bewirken. In einer anderen Ausführungsform kann auch ein minimaler Widerstand zwischen den Anschlüssen 205 und 210 bewirkt werden, beispielsweise indem die weitere Schalteinrichtung 220, deren zugeordnete Schalteinrichtung 220 im Wesentlichen null Ohm beträgt, geschlossen wird. Die Schaltzustände der verbleibenden Schalteinrichtungen 220 können dann beliebig gewählt werden.
6 zeigt beispielhafte zeitliche Abfolgen unterschiedlicher Widerstandswerte eines Lastsimulators 135 wie dem der vorangehenden Figuren. Dargestellt sind sechs beispielhafte und qualitative Diagramme, bei denen jeweils in horizontaler Richtung eine Zeit und in vertikaler Richtung ein elektrischer Widerstand des Lastsimulators 135 angetragen sind. Eine Quantelung des durch den Lastsimulator 135 bewirkten elektrischen Widerstands, die aus das binäre Zu- oder Abschalten der einzelnen Widerstandselemente 220 folgt, ist in der Darstellung vernachlässigt. Die dargestellten zeitlichen Abfolgen können insbesondere vorbestimmten Tests zur Überprüfung der korrekten Funktionsweise des Steuergeräts 125 zugrunde gelegt werden. Zusätzliche oder andere Verläufe können ebenfalls verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass nicht alle der dargestellten Verläufe an einer konkreten Implementation eines Lastsimulators 135 einstellbar sein müssen. Verläufe können allgemein durch die Steuervorrichtung 225 mittels des Verfahrens 500 gesteuert werden, sodass auch weniger oder andere als die dargestellten Verläufe vorgesehen sein können. In einer einfachen Ausführungsform kann beispielsweise die Ausgabe nur eines linearen Verlaufs vorgesehen sein. Durch entsprechendes Nachrüsten der Steuervorrichtung 225 bzw. Modifizieren des Verfahrens 500 kann die Ausgabe bzw. Ansteuerung eines weiteren oder anderen Verlaufs ermöglicht werden.
6A zeigt einen linearen Verlauf von einem ersten, kleinen Widerstandswert zu einem zweiten, größeren Widerstandswert. Dabei erfolgt der Übergang in dieser Ausführungsform linear.
6B zeigt ein sogenanntes Sägezahnmuster von Videoübergängen von wiederholten linearen Übergängen von einem niedrigen zu einem hohen Widerstandswert, jeweils gefolgt von einem plötzlichen Übergang zurück zum niedrigen Widerstandswert.
6C zeigt einen asymptotischen Übergang von einem ersten, hohen Widerstandswert zu einem zweiten, niedrigen Widerstandswert. Dabei nimmt die Änderungsgeschwindigkeit mit fortschreitender Zeit ab.
6D zeigt schlagartige Übergänge zwischen vier unterschiedlichen, exemplarischen Widerstandswerten. Eine derartige Abfolge kann beispielsweise sinnvoll sein, um einen Aktuator 130 zu simulieren, der in Abhängigkeit seiner Position unterschiedliche Widerstandswerte aufweist.
6E zeigt eine Simulation eines Wackelkontakts. Dabei erfolgen wiederholte Übergänge zwischen einem ersten, niedrigen Widerstandsbereich und einem zweiten, hohen Widerstandsbereich. Die Widerstandsbereiche können beliebig klein sein, sodass Übergänge zwischen vorbestimmten Widerstandswerten durchgeführt werden. Einer der Widerstandswerte kann insbesondere null Ohm betragen und der andere kann unabhängig davon einen vorbestimmten Wert aufweisen. Die einzelnen Übergänge können unterschiedlich schnell erfolgen und unterschiedlich häufig auftreten. In einer Ausführungsform ist zumindest die Häufigkeit der Übergänge zufällig oder pseudo-zufällig.
6F zeigt eine komplexe Abfolge von Widerstandswerten, um die Simulationskapazitäten des Lastsimulators 135 zu verdeutlichen. Die Widerstandswerte folgen hier einer Sinuskurve, die zeitabhängig in ihrer Amplitude mit einer weiteren Sinuskurve moduliert ist.
Bezugszeichenliste

100: System
105: Getriebe
110: Getriebesteuerung
115: Kupplung
120: Antriebsmotor
125: Steuergerät
130: Aktuator
135: Lastsimulator
205: erster Anschluss
210: zweiter Anschluss
215: Widerstandselement
220: Schalteinrichtung
225: Steuervorrichtung
230: Schnittstelle
235: Generator
240: Schnittstelle
405: Leiterplatte
410: Steuerwiderstand
500: Verfahren
505: Erfassen Verlaufsparameter
510: Bestimmen nächster Widerstandswert
515: Bestimmen Schaltzustände
520: Steuern Schaltzustände
525: fertig?
530: Steuern sicherer Zustand

Claims

Elektrischer Lastsimulator (135) zur Überprüfung einer elektrischen Getriebesteuerung (110), wobei der Lastsimulator (135) folgendes umfasst: einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss (205, 210), die zur Verbindung mit einem Stromkreis eingerichtet sind; mehrere elektrische Widerstandselemente (215) mit jeweils unterschiedlichen elektrischen Widerstandswerten; wobei jedem Widerstandselement (215) eine Schalteinrichtung (220) zugeordnet ist, um das Widerstandselement (215) entweder elektrisch zwischen die Anschlüsse (205, 210) zu schalten oder von wenigstens einem der Anschlüsse (205, 210) elektrisch zu trennen; und eine Steuervorrichtung (225), die dazu eingerichtet ist, die Schalteinrichtungen (220) derart anzusteuern, dass zwischen den Anschlüssen (205, 210) ein vorbestimmter elektrischer Widerstandswert des Lastsimulators (135) wirkt.
Lastsimulator (135) nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (225) dazu eingerichtet ist, die Schalteinrichtung (220) auf der Basis einer zeitlichen Abfolge vorbestimmter Widerstandswerte anzusteuern, wobei die Abfolge einem vorbestimmten Defekt einer Getriebesteuerung (110) entspricht.
Lastsimulator (135) nach Anspruch 2, wobei die zeitliche Abfolge einen linearen Übergang von einem ersten zu einem zweiten vorbestimmten elektrischen Widerstandswert umfasst.
Lastsimulator (135) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die zeitliche Abfolge mehrere Übergänge zwischen einem ersten Bereich höherer Widerstandswerte und einem zweiten Bereich niedrigerer Widerstandswerte umfasst, um einen Wackelkontakt zu simulieren.
Lastsimulator (135) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuervorrichtung (225) dazu eingerichtet ist, eine vorbestimmte Anzahl Abfolgen an der Schnittstelle (240) bereitzustellen.
Lastsimulator (135) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Steuervorrichtung (225) dazu eingerichtet ist, die Abfolge über eine vorbestimmte Zeit zu steuern.
Lastsimulator (135) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Widerstandswerte der Widerstandselemente (215) derart gewählt sind, dass jeder bis auf den kleinsten Widerstandswert im Wesentlichen doppelt so groß wie der nächstkleinere Widerstandswert ist.
Lastsimulator (135) nach Anspruch 7, wobei der kleinste Widerstandswert ca. 1 Ohm beträgt.
Lastsimulator (135) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein weiteres Widerstandselement (215) mit einem Widerstandswert von null Ohm und eine weitere Schalteinrichtung (220), um das weitere Widerstandselement (215) elektrisch zwischen die Anschlüsse (205, 210) zu schalten oder von wenigstens einem der Anschlüsse (205, 210) zu trennen.
Verfahren (500) zur elektrischen Lastsimulation, um eine elektrische Getriebesteuerung (110) zu überprüfen, wobei das Verfahren (500) folgende Schritte umfasst: Bestimmen (505) eines vorbestimmten Widerstandswerts; Bestimmen (515), welche einer Anzahl vorbestimmter Widerstandselemente (215), die unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen, parallel zwischen zwei elektrische Anschlüsse (205, 210) geschaltet werden sollen, um den vorbestimmten Widerstandswert seitens des Lastsimulators (135) zu realisieren; wobei jedem Widerstandselement (215) eine Schalteinrichtung (220) zugeordnet ist, um das Widerstandselement (215) entweder elektrisch zwischen die Anschlüsse (205, 210) zu schalten oder von wenigstens einem der Anschlüsse (205, 210) elektrisch zu trennen; und Ansteuern (520) der Schalteinrichtungen (220), um nur die bestimmten Widerstandselemente (215) elektrisch zwischen die Anschlüsse (205, 210) zu schalten.