DE102017129202B4

DE102017129202B4 - Fahrzeugseitige diagnose einer aktiven luftdammanordnung

Info

Publication number: DE102017129202B4
Application number: DE102017129202.0A
Authority: DE
Inventors: Abdoul Karim Abdoul Azizou; Piranavan Suntharalingam
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2037-12-08
Also published as: US20180162459A1; CN108215776B; CN108215776A; DE102017129202A1; US10081400B2

Abstract

Fahrzeug (10), umfassend:eine Fahrzeugkarosserie (14); undeine aktive Luftdammanordnung (42), die mit der Fahrzeugkarosserie (14) gekoppelt und dazu konfiguriert ist, einen Umgebungsluftstrom (44) zwischen der Fahrzeugkarosserie und einer Fahrbahnoberfläche (12) zu steuern, die aktive Luftdammanordnung (42) umfassend:eine verstellbare Klappe (46);eine Welle (64), die mit der verstellbaren Klappe (46) gekoppelt und dazu konfiguriert ist, die verstellbare Klappe (46) zwischen einer verstauten Position (P1) mit einer ersten Höhe (H1) in Bezug auf die Straßenoberfläche und einer ausgefahrenen Position (P2) mit einer zweiten Höhe (H2) in Bezug auf die Straßenoberfläche (12) zu verschieben, worin die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2);ein Klappenstellglied (56), das mit der Welle (64) gekoppelt und dazu konfiguriert ist, die verstellbare Klappe (46) über die Welle (64) an einer beliebigen Stelle zwischen und einschließlich der verstauten Position (P1) und der ausgefahrenen Position (P2) zu bewegen;eine Vielzahl von Sensoren (75), von denen jeder zum Messen eines separaten Leistungsparameters des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, worin die Vielzahl von Sensoren (75) einen Stromsensor (275), der zum Messen einer Stromaufnahme des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, einen Spannungssensor (375), der zum Messen einer rückwärts-elektromotorischen Kraft des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, und einen Positionssensor (175), der zum Messen einer relativen Position des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, beinhaltet, wobei das Messen der rückwärts-elektromotorischen Kraft durch Unterbrechen eines an das Klappenstellglied (56) betreibbar ist, beinhaltet, wobei das Messen der rückwärts-elektromotorischen Kraft durch Pulsweitenmodulationssignals für eine kalibrierte Dauer und durch Erkennen einer Spannungsspitze erfolgt; undeine Steuerung (50), die dazu konfiguriert ist, die gemessenen Leistungsparameter von der Vielzahl von Sensoren (75) zu empfangen, einen Fehlermodus der aktiven Luftdammanordnung (42) aus einer Vielzahl von verschiedenen möglichen Fehlermodi unter Verwendung der empfangenen Leistungsparameter zu identifizieren und eine Steuerungsmaßnahme auszuführen, die dem identifizierten Fehlermodus entspricht.

Description

EINLEITUNG
Die Offenbarung bezieht sich auf ein System und Verfahren zur Durchführung von Onboard-Diagnosen für eine aktive Zwangsansaugluftinduktionsvorrichtung. Kraftfahrzeuge verwenden Umgebungsluftströmung zum Kühlen von Antriebsstrangkomponenten in einem Motorraum. Die Umgebungsluftströmung kann von der Unterseite der Fahrzeugkarosserie oder durch eine Kühlergrillöffnung in den Motorraum eindringen. Eine durch ein Stellglied gesteuerte Zwangsansaugluftinduktionsvorrichtung, die auch als ein aktiver Träger, ein Frontschieber oder ein Frontspoiler bezeichnet wird, kann unterhalb des Fahrzeugs positioniert oder mit einem Frontstoßfänger integriert werden. Eine einsatzbare Tür oder Klappe des Frontspoilers wird selektiv in Bezug auf den Umgebungsluftstrom eingesetzt oder verstaut, um die Menge des Umgebungsluftstroms, der in den Motorraum eintritt, zu kontrollieren. Zusätzlich kann die Position der Klappe eingestellt werden, um einen gewünschten aerodynamischen Anpressdruck auf die Karosserie zu erzeugen und dadurch die Fahrdynamik und das Fahrverhalten zu verbessern. Aus der Druckschrift DE 10 2013 107 304 A1 ist eine aktive Luftklappenvorrichtung für ein Fahrzeug und ein Fehlerdiagnoseverfahren davon bekannt. In der Druckschrift DE 10 2011 056 663 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlluftzufuhr mit einer Kühlluftsteuerung beschrieben. Die Druckschrift DE 10 2005 040 290 A1 offenbart einen Antrieb zur Verstellung von Klappen. In der Druckschrift DE 10 2013 205 229 A1 ist eine Motorkühlsystemsteuerung angegeben. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine verbesserte aktive Luftdammanordnung und ein verbessertes Fahrzeug bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 und 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Hierin werden ein System zur automatischen Diagnose eines Fehlerzustands in einer aktiven Zwangsansaugluftinduktionsvorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs offenbart. Die Luftdammanordnung kann eine verstellbare Klappe beinhalten, die durch einen Klappenmotor oder ein anderes Stellglied betätigt wird. Als Teil des geschlossenen Regelkreises des Klappenstellglieds können eine Position, eine Stromaufnahme und eine Rückwärtsbewegung (Back-EMF) des Klappenstellglieds individuell erfasst oder über eine Steuerung berechnet werden. So kann beispielsweise mit einem Positionssensor eine Ausgangsposition des Klappenstellglieds, z.B. einer Rotorwelle, gemessen werden, aus der eine relative Position der Klappe bestimmt oder die Klappenposition direkt gemessen werden kann. Weicht die Klappenposition jedoch von einer durch die Steuerung angewiesenen Klappenposition ab, so kann die Steuerung in der Regel ohne Anwendung des vorliegenden Verfahrens nicht feststellen, ob der Positionssensor oder die Klappe ausgefallen sind. Die vorliegende Offenbarung soll daher dazu beitragen, dieses potenzielle Leistungsproblem zu lösen, ohne dass zusätzliche Sensorhardware eingesetzt werden muss, und gleichzeitig eine genaue Identifizierung der eigentlichen Ursache eines erkannten Fehlers ermöglichen.
Um die Ursache eines bestimmten Fehlermodus der aktiven Luftdammanordnung genau zu isolieren, kann die Steuerung so konfiguriert werden, dass sie bestimmte Leistungsparameter des Stellglieds verarbeitet, einschließlich der Stromaufnahme und der Rückwärts-EMF des Klappenstellglieds und eventuell zugehöriger Spannungs- oder Stromimpulse. Die Stromaufnahme des Klappenstellglieds kann direkt über einen Stromsensor gemessen werden oder aus anderen verfügbaren elektrischen Größen, wie z.B. einer gemessenen Spannung und einem kalibrierten Widerstand der in der Technik bekannt ist, berechnet werden. Um das Rück-EMF zu messen, kann ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM) an das Klappenstellglied für eine kalibrierte Dauer unterbrochen werden. Beim Abschalten des PWM-Signals wird eine erkennbare Spannungs- und Stromspitze erzeugt. Eine dieser Spitzen kann erkannt und durch die Steuerung als Timing-Mechanismus verwendet werden, um die Messung des Back-EMF, wie hierin beschrieben, auszulösen.
Zusätzlich ist die Stromaufnahme proportional zu einer Last oder einem Drehmoment, das auf das Klappenstellglied wirkt. Daher kann eine Änderung der Stromaufnahme erkannt und wie hierin beschrieben verwendet werden, um eine Last-/Drehmoment-Variation des Klappenstellglieds gleichzeitig mit einer befohlenen ausgefahrenen oder verstauten Position der Klappe zu bestimmen. Eine Erhöhung der Stromaufnahme des Klappenstellglieds wird hierin als Hinweis darauf behandelt, dass das Klappenstellglied die erwartete Arbeit verrichtet, indem es die einstellbare Klappe in eine vorgegebene ausgefahrene Position bewegt und umgekehrt. Wenn die gemessene Position nicht mit der gemessenen Stromaufnahme korreliert, kann die Steuerung einen entsprechenden Lagesensorfehler registrieren, z. B. durch Aufzeichnen eines Diagnosecodes und/oder andere geeignete Steuerungsmaßnahmen. Wenn die Daten des Klappenpositionssensors und der Stromaufnahme hinreichend gut korrelieren, aber eine von der Sollklappenposition abweichende Klappenposition wiedergeben, kann die Steuerung stattdessen feststellen, dass die Klappe selbst ausgefallen ist und stattdessen einen Klappenfehler registrieren.
Ein Klappenfehler ist auch unter Verwendung der Erkennung erfassbar, dass die Rück-EMF umgekehrt proportional zu einer auf das Klappenstellglied wirkenden Last oder einem Drehmoment ist. Die Messung des Rück-EMF ermöglicht es der Steuerung, die Last genau zu überwachen, wann immer die Klappe zum Ausfahren oder Verstauen angewiesen wird. Somit kann ein Klappenfehler erkannt und registriert werden, wenn die Rück-EMF während der Klappenauslösung um mehr als einen kalibrierten Betrag von einem erwarteten Variationswert abweicht.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug eine Fahrzeugkarosserie und eine aktive Luftdammanordnung. Die Karosserie weist ein erstes Ende auf, das einem Umgebungsluftstrom zugewandt ist, und ein zweites Ende, das vom Umgebungsluftstrom abgewandt ist. Die aktive Luftdammanordnung ist am ersten oder zweiten Ende der Fahrzeugkarosserie angeordnet und so konfiguriert, dass sie einen Umgebungsluftstrom zwischen der Fahrzeugkarosserie und einer Fahrbahnoberfläche steuert. Zusätzlich beinhaltet die aktive Luftdammanordnung eine verstellbare Klappe, ein Klappenstellglied, eine Vielzahl von Sensoren und eine Steuerung. Das Klappenstellglied ist konfiguriert, um die Klappe zwischen einer verstauten Position mit einer ersten Höhe relativ zur Fahrbahnoberfläche und einer ausgefahrenen Position mit einer zweiten Höhe relativ zur Fahrbahnoberfläche zu verschieben, wobei die erste Höhe größer als die zweite Höhe ist. Das Klappenstellglied ist konfiguriert, um die verstellbare Klappe beliebig zwischen und einschließlich der verstauten Position und der ausgefahrenen Position zu bewegen. Jeder der Sensoren ist für die Messung eines separaten Leistungsparameters des Klappenstellglieds betreibbar.
Die Steuerung in dieser Ausführungsform ist konfiguriert, um die gemessenen Leistungsparameter zu empfangen, einen Störungsmodus der Luftdammanordnung aus einer Vielzahl verschiedener Störungsmodi unter Verwendung der Leistungsparameter zu identifizieren und eine dem identifizierten Störungsmodus entsprechende Steuerungsmaßnahme durchzuführen.
In einigen Ausführungsformen kann das Klappenstellglied ein Elektromotor sein, z. B. ein bürstenloser Gleichstrommotor.
Die möglichen Fehlermodi können einen ersten Fehlermodus beinhalten, der einen Fehler oder eine Fehlfunktion der einstellbaren Klappe anzeigt, einen zweiten Fehler, der einen Fehler oder eine Fehlfunktion des Klappenstellglieds anzeigt, und einen dritten Fehler, der einen Fehler oder eine Fehlfunktion einer der Sensoren anzeigt.
Die Sensoren können einen Stromsensor, der zum Messen einer Stromaufnahme des Klappenstellglieds betreibbar ist, einen Spannungssensor, der zum Messen einer Rück-EMF des Klappenstellglieds betreibbar ist, und einen Positionssensor, der zum Messen einer relativen Position des Klappenstellglieds und folglich der damit verbundenen verstellbaren Klappe betreibbar ist, beinhalten.
Die dem identifizierten Fehlermodus entsprechende Steuerungsmaßnahme kann die Registrierung oder Aufzeichnung eines entsprechenden Diagnosecodes beinhalten, der den identifizierten Fehlermodus anzeigt.
Es wird auch ein Verfahren zur Diagnose der Leistung einer aktiven Luftdammanordnung in dem zuvor genannten Fahrzeug offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Messen eines Satzes von Leistungsparametern des Klappenstellglieds unter Verwendung einer Vielzahl von Sensoren und das Identifizieren eines Fehlermodus der Luftdammanordnung aus einer Vielzahl von verschiedenen Fehlermodi unter Verwendung der Leistungsparameter, um dadurch die Leistung der Luftdammanordnung zu diagnostizieren. Zusätzlich beinhaltet das Verfahren das Ausführen einer dem identifizierten Fehlermodus entsprechenden Steuerungsmaßnahme, die in bestimmten Ausführungsformen über eine Steuerung erreicht werden kann.
Die oben aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform/en und der besten Ausführungsweise/n der beschriebenen Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht eines exemplarischen Fahrzeugs mit einer aktiven Luftdammanordnung, wie hierin dargelegt.
2 ist eine teilweise Querschnitt-Seitenansicht, die eine mögliche Ausführungsform der in 1 veranschaulichten aktiven Luftdammanordnung darstellt.
3 ist eine schematische Darstellung der Stromaufnahme eines exemplarischen Klappenmotors, der als Klappenstellglied im Beispiel der aktiven Luftdammanordnung der 1 und 2 gegenüber dem Motordrehmoment verwendet wird, wobei die Stromaufnahme auf der vertikalen Achse und das Motordrehmoment auf der horizontalen Achse dargestellt wird.
4 ist ein Logik-Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Implementieren der offenbarten Onboard-Diagnose für die in den 1 und 2 dargestellte aktive Luftdammanordnung beschreibt.
5 ist ein grafisches Diagramm, das die sich ändernde Amplitude der repräsentativen Leistungsparameter auf der vertikalen Achse und die Zeit auf der horizontalen Achse darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszahlen auf gleiche Komponenten verweisen, stellt 1 ein exemplarisches Fahrzeug 10 dar, das relativ zur Fahrbahnoberfläche 12 positioniert ist. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine aktive Luftdammanordnung 42 und eine Steuerung 50, wobei die Steuerung 50 konfiguriert ist, um den laufenden Betrieb der aktiven Luftdammanordnung 42 zu regulieren. Wie im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die 2-5 erläutert wird, ist die Steuerung 50 auch konfiguriert, um eine Onboard-Diagnose der aktiven Luftdammanordnung 42 durchzuführen und dadurch spezifische Fehlerzustände der Luftdammanordnung 42 aus einer Vielzahl von verschiedenen möglichen Fehlerzuständen zu identifizieren, wie hierin ausführlich erläutert wird.
Das Fahrzeug 10 von 1 beinhaltet eine Karosserie 14. Die Karosserie 14 wiederum definiert zwei Karosserieenden, d. h. ein erstes oder vorderes Ende 16 und ein zweites oder hinteres Ende 18. Die Karosserie definiert auch zwei laterale Seiten, d. h. eine linke Seite 20 und eine rechte Seite 22, wobei sich die Begriffe „vorne“, „hinten“, „links“ und „rechts“ auf die Perspektive eines Fahrers beziehen, der in einer typischen nach vorne gerichteten Fahrposition sitzt. Die vorderen und hinteren Enden 16 und 18 können eine entsprechende Stoßstangenanordnung 24 und 26 beinhalten. Obgleich in 1 als vordere aktive Luftdammanordnung 42 dargestellt, werden Durchschnittsfachleute erkennen, dass die Luftdammanordnung 42 entweder an den Enden 16 und/oder 18 des Fahrzeugs 10 in verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet auch einen Antriebsstrang 28, der so konfiguriert ist, dass er das Fahrzeug 10 antreibt. Der Antriebsstrang 28 kann einen Verbrennungsmotor 30 und ein Getriebe 32 beinhalten. Der Antriebsstrang 28 kann auch oder alternativ einen oder mehrere Motoren/Generatoren und/oder eine Brennstoffzelle beinhalten, von denen keines dargestellt ist, aber ein alternativer Antriebsstrang 28, der derartige Vorrichtungen verwendet, wird von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt. Das Fahrzeug 10 beinhaltet auch eine Vielzahl von Rädern 34 und 36. Je nach spezifischer Konfiguration des Antriebsstrangs 28 kann die Leistung des Motors 30 durch Drehung der Räder 34 und/oder 36 auf die Fahrbahn 12 übertragen werden.
Wie auch in 1 gezeigt, kann die Fahrzeugkarosserie 14 eine Haube 38 beinhalten, die so konfiguriert ist, dass sie einen Abschnitt des vorderen Endes 16 der Karosserie 14 zum Definieren eines Motorraums 40 abzudecken. Die aktive Luftdammanordnung 42 ist konfiguriert, um einen Umgebungsluftstrom (Pfeil 44) von außerhalb des Fahrzeugs 10, d. h. von der Umgebung, in und durch den Motorraum 40 zu steuern, um Komponenten des Antriebsstrangs 28 zu kühlen.
Wie in 2 dargestellt, weist eine Klappe 46 der aktiven Luftdammanordnung 42 eine variable Position auf, die durch den Doppelpfeil Px angezeigt wird. Die Klappe 46, z. B. eine Verkleidung oder eine Tür, kann optional mit einer Welle 64 oder einem anderen geeigneten Kupplungsmechanismus gekoppelt werden, die konfiguriert ist, um die Klappe 46 zu drehen oder anderweitig zu positionieren, und zwar an beliebiger Stelle zwischen und einschließlich einer ersten/verstauten Position (P1) und einer zweiten/ausgefahrenen Position (P2). Im Allgemeinen neigen Öffnungen an der Vorderseite des Fahrzeugs 10, wie z. B. ein Spalt zwischen Klappe 46 und Fahrbahnoberfläche 12, sowie verschiedene hervorstehende Elemente an der Karosserie 14 dazu, den Luftstrom um die Karosserie 14 herum zu stören und damit die aerodynamische Signatur des Fahrzeugs 10 zu beeinträchtigen. Daher kann die Steuerung 50 so programmiert oder anderweitig konfiguriert werden, dass sie den Betrieb der Luftdammanordnung 42 mit dem Betrieb des Antriebsstrangs 28 aus 1 koordiniert. Insbesondere, wenn die Klappe 46 in die verstaute Position P1 in einer ersten Höhe H1 über der Fahrbahnoberfläche 12 bewegt wird, verbessert sich die aerodynamische Signatur des Fahrzeugs 10, wobei jedoch die Kühlung des Antriebsstrangs 28 reduziert wird, während der umgekehrte Fall eintritt, wenn die Klappe 46 in die ausgefahrene Position P2 in einer niedrigeren zweiten Höhe H2 über der Fahrbahnoberfläche 12 bewegt wird.
Zusätzlich beinhaltet die aktive Luftdammanordnung 42 aus 2 ein Klappenstellglied 56, das z. B. über die Welle 64 mit der Klappe 46 gekoppelt ist. Das Klappenstellglied 56, das wahlweise als gebürsteter Gleichstrommotor (DC-Motor) oder als anderer geeigneter Motor, Drehantrieb oder Linearantrieb ausgeführt werden kann, kann der Welle 64 oder einem anderen Kupplungsmechanismus ein Antriebsmoment verleihen, um die Klappe 46 zwischen den jeweiligen verstauten und ausgefahrenen Positionen P1 und P2 zu verschieben. Die Welle 64 kann wahlweise als ein einheitliches Element ausgeführt sein oder eine Vielzahl von Komponenten beinhalten, z.B. zwei verschiedene Stangenkomponenten 66 und 68, die so konfiguriert sind, dass sie relativ zueinander mit einem zwischen den Stangenkomponenten 66 und 68 positionierten Federelement 70 teleskopierbar sind, um die Stangenkomponenten 66 und 68 vorzuspannen, und optional die Stangenkomponente 66 in der Stangenkomponente 68 unter einer axialen Last zu verschachteln.
Wie auch in 2 dargestellt, wird der Motor 30 durch ein Fluid 74 gekühlt, das durch einen Wärmetauscher 76 im Motorraum 40 zirkuliert. Der von der aktiven Luftdammanordnung 42 gesteuerte Umgebungsluftstrom 44 wird dann durch den Wärmetauscher 76 geleitet, um das Fluid 74 zu kühlen, nachdem das Fluid 74 den Motor 30 passiert hat. Daher kann die Steuerung 50 den Betrieb des Klappenstellglieds 56 je nach Last auf den Motor 30 steuern, um die überschüssige Wärme aus dem Fluid 74 abzuführen und so die Kühlung des Motors zu gewährleisten, wie es in der Technik bekannt ist.
Als Eingang für das nachfolgend beschriebene Verfahren 100 empfängt die Steuerung 50 erfasste Leistungsparameter (Pfeil S_I) von einer Vielzahl von Sensoren 75 des Klappenstellglieds 56. Die Leistungsparameter (Pfeil S_I) können eine Position, eine elektrische Stromaufnahme und eine rückwärtige elektromotorische Kraft (Rück-EMF) des Klappenstellglieds 56 beinhalten. Um diese Leistungsparameter zu messen (Pfeil S_I), können die Sensoren 75 einen Positionssensor 175, einen Stromsensor 275 und einen Spannungssensor 375 der in der Technik bekannten Arten, z. B. Hall-Effekt-Sensoren, Encoder, Amperemeter, Voltmeter und dergleichen, mit den im Verfahren 100 verwendeten Sollwerten, beinhalten, die anschließend nach Bedarf durch die Steuerung 50 berechnet werden.
Die Steuerung 50 kann ihrerseits als ein oder mehrere Computergeräte mit dem erforderlichen Speicher (M) und einem Prozessor (P) sowie jede andere erforderliche Hard- und Software, z. B. eine Uhr oder ein Zeitgeber, Ein-/Ausgabeschaltungen usw., ausgeführt werden. Der Speicher (M) beinhaltet ausreichende Mengen an Nur-Lese-Speicher, zum Beispiel einen magnetischen oder optischen Speicher, auf dem computerlesbare Anweisungen gespeichert sind, die das Verfahren 100 verkörpern. Als Teil des Verfahrens 100 kann die Steuerung 50 Ausgangssignale (Pfeil CCo) erzeugen und an eine Anzeigevorrichtung 85, wie z. B. eine Lampe oder einen Anzeigebildschirm, senden und/oder einen Fehler- oder Fehlercode registrieren, z. B. durch Rekodierung eines Bitflags oder Diagnosecodes, der einem bestimmten Fehlermodus entspricht. Wie vorstehend erwähnt, verarbeitet die Steuerung 50 die Leistungsparameter (Pfeil S_I) über den Prozessor P, um eine Ursache für einen bestimmten Fehlermodus oder eine Fehlfunktion der aktiven Luftdammanordnung 42 der 1 und 2 von anderen möglichen Fehlermodi zu isolieren, d. h. um unterscheiden, ob die Klappe 46, das Klappenstellglied 56 oder der Positionssensor 175 fehlerhaft sind.
Um das Messen der Rück-EMF zeitlich zu steuern, kann ein von der Steuerung 50 oder einer anderen Steuervorrichtung an das Klappenstellglied 56 geliefertes Pulsweitenmodulationssignal (Pfeil S_PWM) durch die Steuerung 50 für eine kalibrierte Dauer vorübergehend unterbrochen werden, entweder gemessen oder erfasst über eine elektrische Strom- oder Spannungsspitze, wie nachstehend beschrieben, vor der Messung der Rück-EMF über den Spannungssensor 375. Diese Zeitdauer sollte so bemessen sein, dass ein eventuell vorhandener Fehlerstrom im Klappenstellglied 56 vollständig abgeleitet werden kann, bevor dieser gemessen wird. Die erforderliche Zeit zum Absenken des Stroms ist abhängig von der Induktivität der Wicklungen des Klappenstellglieds 56, wie in der Technik bekannt ist. Die Rück-EMF könnte auch aus den verfügbaren elektrischen Werten in einer anderen Ausführungsform berechnet werden.
Es wird kurz Bezug genommen auf 5, welche die Amplitude (A) auf der vertikalen Achse und die Zeit (t) auf der horizontalen Achse zwischen der Zeit t₀ und t₁ der Steuerung 50 der 1 und 2 abbildet, wobei das Pulsweitenmodulationssignal (PWM, entsprechend dem Signal S_PWM von 2) aufrechterhalten wird, um einen modulierten Spannungsbefehl (Vw) zu den Wicklungen des Klappenstellglieds 56 zu erzeugen, z.B. in diesem Beispiel einen Klappenmotor. Das PWM-Signal, das von 0V bis zu einer höheren Spannung reicht, die nominell als V2 dargestellt ist, wird bei t₁ abgeschaltet oder unterbrochen, wobei in dem modulierten Spannungsbefehl (Vw) mit einer Mittelspannung von V1 eine erkennbare elektrische Spitze 71 auftritt. Die erkannte Anwesenheit der elektrischen Spitze 71, entweder eine Spannungsspitze wie dargestellt oder eine zugehörige Stromspitze, kann die Steuerung 50 dazu veranlassen, durch die vorstehend genannte Kalibrierungsdauer zu zählen, wobei die Dauer t₁ bis t₃ eine Rück-EMF-Messlücke (G_BEMF) zur Verfügung stellt, in der die Steuerung 50 die Rück-EMF, wie dargestellt, als Spur V_EMF messen kann. Eine stabile Rück-EMF-Region (Rs) existiert zwischen den Zeiten t₂ und t₃, innerhalb derer eine optimale Rück-EMF-Messgenauigkeit möglich ist, wobei die Spannung V3 der gemessenen Rück-EMF (V_EMF) entspricht. Die Zeitspanne zwischen t₁ und t₂ stellt einen Feldkollaps durch Induktivitäten (nicht dargestellt) in einem beliebigen PWM-Schaltkreis (nicht dargestellt) dar, der deren Ladung nach der Unterbrechung des PWM-Signals (Pfeil PWM) entleert. Der Istwert des V_EMF variiert mit der Belastung auf das Klappenstellglied 56 und ist direkt proportional zur Drehzahl des Klappenstellglieds 56.
Ist die Messung der Rück-EMF abgeschlossen, kann die Steuerung 50 anschließend das Klappenstellglied 56 anweisen, bei t₃ wieder einzuschalten und zu einem späteren Zeitpunkt t₄ fortzufahren. Eine Fehlfunktion der Luftdammanordnung 42 ist dadurch erkennbar, dass die Rück-EMF umgekehrt proportional zu einer auf das Klappenstellglied 56 wirkenden Last ist. Die Messung der Rück-EMF ermöglicht es der Steuerung 50 somit, das Klappenstellglied 56 immer dann zu belasten, wenn die Klappe 46 der aktiven Luftdammanordnung 42 zum Ausfahren oder Verstauen befohlen wird. Das heißt, dass eine Fehlfunktion der Klappe 46 erkannt werden kann, wenn die Abweichung von der Rück-EMF einen erwarteten kalibrierten Wert während eines angewiesenen Einsatzes der Klappe 46 überschreitet.
Um diesen Punkt näher zu beschreiben, bildet ein Plot 60 in 3 die Motorstromaufnahme des Klappenstellglieds 56 in Ampere ab, wobei die Amplitude (A) auf der vertikalen Achse und die Motorlast als Drehmoment (T) auf der horizontalen Achse dargestellt wird. Die Motorstromaufnahme des Klappenstellglieds 56 ist proportional zur Last oder dem Drehmoment, das durch das Klappenstellglied 56 aufgebracht wird, wie vorstehend beschrieben. Das heißt, worin sich die Klappe 46 in der verstauten Position P1 von 2 befindet, würde die Steuerung 50 im Normalfall eine geringe Stromaufnahme und ein niedriges Motordrehmoment erwarten. In ähnlicher Weise, worin sich die Klappe 46 in der ausgefahrenen Position P2 befindet, würde die Steuerung 50 eine hohe Stromaufnahme und ein entsprechend hohes Motordrehmoment erwarten. Daher kann die Steuerung 50 als Teil des Verfahrens 100 jede Änderung der Stromaufnahme des Klappenstellglieds 56 beim Bestimmen der zu erwartenden Last-/Drehmoment-Variation berücksichtigen, d. h. sie sollte in Verbindung mit einer angewiesenen verstauten oder ausgefahrenen Position P1 oder P2 der Klappe 46 beobachtet werden. Die berechnete Last- oder Drehmomentänderung aus der Stromaufnahme kann mit einer erwarteten Last- oder Drehmomentänderung der Klappe 46 verglichen werden. Eine derartige Variation kann verwendet werden, um ein Versagen der Klappe 46 beim Ausfahren oder Verstauen zu erkennen, wenn die Klappe 46 entsprechend angewiesen wird.
Zusätzlich kann jede Erhöhung der Stromaufnahme von der Steuerung 50 als Indikator dafür verwendet werden, dass das Klappenstellglied 56 tatsächlich die erforderliche Arbeit leistet, um die Klappe in die angewiesene verstaute oder ausgefahrene Position P1 oder P2 zu bewegen. Wenn der Sensor 175 von 2, welcher der Sensorposition zugeordnet ist, nicht mit der Stromaufnahme korreliert, kann ein Fehler des Positionssensors automatisch durch die Steuerung 50 gesetzt werden. Wenn der Klappenpositionssensor und die Stromaufnahme gut korrelieren, sich aber beide von einer angewiesenen Klappenposition der Steuerung 50 unterscheiden, stellt die Steuerung 50 stattdessen fest, dass die Klappe 46 nicht funktioniert hat und registriert oder speichert einen entsprechenden Bitflag oder Diagnosecode.
Das Verfahren 100 wird mit besonderem Bezug auf 4 beschrieben, in dem die Logikblöcke 101-108 dargestellt sind, die hierin austauschbar als Verfahrensschritte verwendet werden. Die Logikblöcke 101, 103 und 105 werden gemeinsam verwendet, um aus einer Vielzahl von verschiedenen Fehlermodi unter Verwendung der gemessenen oder berechneten Leistungsparameter (Pfeil S_I) einen Störungsmodus der aktiven Luftdammanordnung 42 zu identifizieren und damit die Leistung der aktiven Luftdammanordnung 42 zu diagnostizieren. Danach beinhaltet das Verfahren 100 das Ausführen einer Steuerungsmaßnahme, die dem identifizierten Fehlermodus entspricht.
Insbesondere verkörpern die Logikblöcke 101, 103 und 105 die Verfahrensschritte des Messens einer Position der Klappe 46 über den Positionssensor 175 von 2 (Block 101), was das Messen einer Winkelposition des Klappenstellglieds 56 in Verbindung mit der Klappe 46 zur Folge haben könnte. Zusätzlich beinhaltet das Verfahren 100 das Messen des Rück-EMF (Block 103), wie vorstehend mit Bezug auf 5 beschrieben, und das Messen der Stromaufnahme (Block 105). Die gemessene Position der Klappe 46 (Pfeil P₅₆) wird dann in den Logikblock 102 eingespeist, während die gemessene Rück-EMF (Pfeil EMF) und die Stromaufnahme (Pfeil I) beide in den Logikblock 104 eingespeist werden.
Der Logikblock 102 kann die Verarbeitung der Signale aus Block 101 beinhalten, um eine Positionsänderung (ΔP) des gemessenen Positionssignals aus einer Sollposition, d. h. einer Position, die von der Steuerung 50 gesteuert wird und daher als Sollwert bezeichnet wird, zu ermitteln. Die Positionsabweichung (ΔP) wird dann in die separaten Diagnoseblöcke 106 und 108 weitergeleitet.
Der Logikblock 104 beinhaltet die Verarbeitung der Signale aus den Schritten 103 und 105 zum Bestimmen der Variation der Rück-EMF (ΔEMF) und der Variation der Stromaufnahme (ΔI) vom erwarteten Rück-EMF bzw. Strom für die Sollposition der Klappe 46. Block 104 gibt die Rück-EMF-Variation (ΔEMF) und die Stromvariation (ΔI) an den Logikblock 108 aus.
Bei Logikblock 106 bestimmt die Steuerung 50 aus der Sollposition und der Positionsabweichung (ΔP) aus dem Logikblock 102, ob die aktive Luftdammanordnung 42 ordnungsgemäß funktioniert, d. h. ob die Sollposition mit der Ist- oder Messposition der Klappe 46 oder des Klappenstellglieds 56 übereinstimmt. Ist dies der Fall, erzeugt die Steuerung 50 ein passendes Ausgangssignal (Pfeil CC_P), das optional als passendes Bitflag oder Diagnosecode registriert werden kann. Stellt der Logikblock 106 jedoch fest, dass die Positionsabweichung (ΔP) einen kalibrierten Schwellenwert überschreitet, ermöglicht das Verfahren 100 eine weitere Diagnose der aktiven Luftdammanordnung 42 über die Übertragung eines Freigabesignals (E) an den Logikblock 108.
Der Logikblock 108 ist konfiguriert, um drei verschiedene mögliche Fehlermodi zu unterscheiden: einen Fehler des Positionssensors 175 der in 2 dargestellten Sensoren 75, einen Fehler des Klappenstellglieds 56 und einen Fehler der Klappe 46. Zusätzlich zum Freigabesignal (E) beinhalten die Eingänge des Logikblocks 108 die Positionsvariation (ΔP), die Rück-EMF-Variation (ΔEMF) und die vorstehend erwähnte Stromvariation (ΔI). Die Ausgänge des Logikblocks 108 können eine erste Fehlermeldung F1, die einem Fehler des Positionssensors entspricht, eine zweite Fehlermeldung F2, die einem Fehler oder einer Störung des Klappenstellglieds 56 entspricht, und eine dritte Fehlermeldung F3, die einem Fehler oder einer Störung der Klappe 46 entspricht, beinhalten.
Um eine Grundursache des Fehlers zu erkennen und zu isolieren, kann die Stromvariation (ΔI) verwendet werden, um einen Fehler beim Ausfahren oder Verstauen der Klappe 46 zu erkennen. Eine Erhöhung der Motorstromaufnahme ist ein Indikator dafür, dass das Klappenstellglied 56 tatsächlich die zum Auslösen erforderliche Arbeit verrichtet, während eine Verringerung der Stromaufnahme darauf hinweist, dass die Klappe 46 verstaut wird. Wenn der Wert des Positionssensors nicht mit dem erhöhten oder verminderten Motorstrom korreliert, setzt die Steuerung 50 die erste Fehlermeldung F1, die anzeigt, dass der Positionssensor fehlerhaft ist.
Für das zweite Fehlersignal F2, das wiederum einen Ausfall des Klappenstellglieds 56 anzeigt, ermittelt die Steuerung 50, ob die Stromaufnahme des Klappenstellglieds 56 basierend auf der vorgegebenen Klappenposition einem erwarteten Wert entspricht. Wenn beispielsweise die Steuerung 50 das Ausfahren der Klappe 46 anordnet, würde die Steuerung 50 eine erhöhte Stromaufnahme erwarten, wie durch P2 in 3 angezeigt. Wird jedoch eine geringere Stromaufnahme als erwartet festgestellt, registriert die Steuerung 50 das zweite Fehlersignal F2, das anzeigt, dass das Klappenstellglied 56 ausgefallen ist.
Wenn der Positionssensor 175 und die gemessene Stromaufnahme gut korrelieren, sich aber beide von einer angewiesenen Position der Klappe 46 unterscheiden, bestimmt die Steuerung 50, dass die Klappe 46 ausgefallen ist. Daraufhin zeichnet die Steuerung 50 das dritte Fehlersignal F3 auf. Alternativ kann die Steuerung 50 durch das Auswerten der Rück-EMF bestimmen, ob das dritte Fehlersignal F3 gesetzt werden soll. Wie vorstehend erwähnt, ist die Rück-EMF umgekehrt proportional zur Last, die auf das Klappenstellglied 56 wirkt. Somit kann die Last des Klappenstellglieds 56 von der Steuerung 50 überwacht werden, wenn die Klappe 46 zum Ausfahren oder Verstauen befohlen wird. Eine Klappenfehlfunktion, die das dritte Fehlersignal F3 gewährleistet, wird erkannt, wenn die Rück-EMF-Variation (ΔEMF) größer ist als ein erwarteter kalibrierter Wert beim Ausfahren der Klappe 46 oder kleiner als der gleiche oder ein anderer kalibrierter Wert beim Verstauen der Klappe 46.
Mit dem hierin offenbarten Verfahren 100 kann die Stabilität des Fahrzeugs 10 aus 1 verbessert werden, indem die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass die Klappe 46 des aktiven Luftdammsystems 42 auf Anweisung der Steuerung 50 ausgefahren oder verstaut wurde. Das vorliegende Verfahren 100 ermöglicht ein höheres Maß an Vertrauen in die Genauigkeit des aerodynamischen Abtriebs, der durch die aktive Luftdammanordnung 42 entwickelt wurde. Darüber hinaus können Kostenvorteile dadurch realisiert werden, dass keine zusätzlichen Sensoren oder andere Hardware erforderlich sind, um die hierin dargelegten Lehren zu implementieren und die Ursache für verschiedene Fehlfunktionen in der aktiven Luftdammanordnung 42 zu identifizieren, sodass ein Techniker den Fehler schnell aufspüren, lokalisieren und beheben kann.

Claims

Fahrzeug (10), umfassend: eine Fahrzeugkarosserie (14); und eine aktive Luftdammanordnung (42), die mit der Fahrzeugkarosserie (14) gekoppelt und dazu konfiguriert ist, einen Umgebungsluftstrom (44) zwischen der Fahrzeugkarosserie und einer Fahrbahnoberfläche (12) zu steuern, die aktive Luftdammanordnung (42) umfassend: eine verstellbare Klappe (46); eine Welle (64), die mit der verstellbaren Klappe (46) gekoppelt und dazu konfiguriert ist, die verstellbare Klappe (46) zwischen einer verstauten Position (P1) mit einer ersten Höhe (H1) in Bezug auf die Straßenoberfläche und einer ausgefahrenen Position (P2) mit einer zweiten Höhe (H2) in Bezug auf die Straßenoberfläche (12) zu verschieben, worin die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2); ein Klappenstellglied (56), das mit der Welle (64) gekoppelt und dazu konfiguriert ist, die verstellbare Klappe (46) über die Welle (64) an einer beliebigen Stelle zwischen und einschließlich der verstauten Position (P1) und der ausgefahrenen Position (P2) zu bewegen; eine Vielzahl von Sensoren (75), von denen jeder zum Messen eines separaten Leistungsparameters des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, worin die Vielzahl von Sensoren (75) einen Stromsensor (275), der zum Messen einer Stromaufnahme des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, einen Spannungssensor (375), der zum Messen einer rückwärts-elektromotorischen Kraft des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, und einen Positionssensor (175), der zum Messen einer relativen Position des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, beinhaltet, wobei das Messen der rückwärts-elektromotorischen Kraft durch Unterbrechen eines an das Klappenstellglied (56) betreibbar ist, beinhaltet, wobei das Messen der rückwärts-elektromotorischen Kraft durch Pulsweitenmodulationssignals für eine kalibrierte Dauer und durch Erkennen einer Spannungsspitze erfolgt; und eine Steuerung (50), die dazu konfiguriert ist, die gemessenen Leistungsparameter von der Vielzahl von Sensoren (75) zu empfangen, einen Fehlermodus der aktiven Luftdammanordnung (42) aus einer Vielzahl von verschiedenen möglichen Fehlermodi unter Verwendung der empfangenen Leistungsparameter zu identifizieren und eine Steuerungsmaßnahme auszuführen, die dem identifizierten Fehlermodus entspricht.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, worin das Klappenstellglied (56) ein Motor ist.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 2, worin der Motor ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, worin die Fehlermodi einen ersten Fehlermodus beinhalten, der einen Fehler oder eine Fehlfunktion der verstellbaren Klappe (46) anzeigt, einen zweiten Fehlermodus, der einen Fehler oder eine Fehlfunktion des Klappenstellglieds (56) anzeigt, und einen dritten Fehlermodus, der einen Fehler oder eine Fehlfunktion einer der Vielzahl von Sensoren (75) anzeigt.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 4, worin der dritte Fehlermodus auf einen Fehler oder eine Fehlfunktion des Positionssensors (175) hinweist.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 5, worin die Steuerungsmaßnahme, die dem identifizierten Fehlermodus entspricht, das Registrieren oder Aufzeichnen eines Diagnosecodes im Speicher der Steuerung zum Anzeigen des identifizierten Fehlermodus beinhaltet.
Aktive Luftdammanordnung (42) zum Steuern eines Umgebungsluftstroms (44) zwischen einer Fahrzeugkarosserie (14) und einer Fahrbahnoberfläche (12), die aktive Luftdammanordnung (42) umfassend: eine verstellbare Klappe (46); eine Welle (64), die mit der verstellbaren Klappe (46) gekoppelt und dazu konfiguriert ist, die verstellbare Klappe (46) zwischen einer verstauten Position (P1) mit einer ersten Höhe (H1) in Bezug auf die Straßenoberfläche (12) und einer ausgefahrenen Position (P2) mit einer zweiten Höhe (H2) in Bezug auf die Straßenoberfläche (12) zu verschieben, worin die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2); ein Klappenstellglied (56), das mit der Welle (64) gekoppelt und dazu konfiguriert ist, die verstellbare Klappe (46) über die Welle (64) an einer beliebigen Stelle zwischen und einschließlich der verstauten Position (P1) und der ausgefahrenen Position (P2) zu bewegen; eine Vielzahl von Sensoren, von denen jeder zum Messen eines separaten Leistungsparameters des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, worin die Vielzahl von Sensoren (75) einen Stromsensor (275), der zum Messen einer Stromaufnahme des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, einen Spannungssensor (375), der zum Messen einer rückwärts-elektromotorischen Kraft des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, und einen Positionssensor (175), der zum Messen einer relativen Position des Klappenstellglieds (56) betreibbar ist, beinhaltet, wobei das Messen der rückwärts-elektromotorischen Kraft durch Unterbrechen eines an das Klappenstellglied (56) bereitgestellten Pulsweitenmodulationssignals für eine kalibrierte Dauer und durch Erkennen einer Spannungsspitze erfolgt; und eine Steuerung (50), die dazu konfiguriert ist, die gemessenen Leistungsparameter von den Sensoren zu empfangen, einen Fehlermodus der aktiven Luftdammanordnung aus einer Vielzahl von verschiedenen Fehlermodi unter Verwendung der empfangenen Leistungsparameter zu identifizieren und eine Steuerungsmaßnahme auszuführen, die dem identifizierten Fehlermodus entspricht.
Aktive Luftdammanordnung (42) nach Anspruch 7, worin das Klappenstellglied (56) ein Motor ist.
Aktive Luftdammanordnung (42) nach Anspruch 8, worin der Motor ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.
Aktive Luftdammanordnung nach Anspruch 7, worin die Fehlermodi einen ersten Fehlermodus beinhalten, der einen Fehler oder eine Fehlfunktion der einstellbaren Klappe (46) anzeigt, einen zweiten Fehler, der einen Fehler oder eine Fehlfunktion des Klappenstellglieds anzeigt, und einen dritten Fehler, der einen Fehler oder eine Fehlfunktion einer der Vielzahl von Sensoren (75) anzeigt.