-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses eines mechatronischen Kupplungsaktors in einem Fahrzeug, bei welchem ein Kurzschlussparameter gemessen und mit einem Referenzparameter verglichen wird.
-
Aus der
DE 10 2007 039 855 A1 sind ein Verfahren und eine Schaltung zur Bestimmung des maximalen, von einem Elektromotor aufgenommenen Stromes bekannt, bei welchem die an einem Messwiderstand in einer Versorgungsstromleitung des Elektromotors abfallende Spannung kontinuierlich detektiert und mit einer Referenzspannung verglichen wird.
-
Darüber hinaus ist es bekannt, dass zur Kurzschlusserkennung eines elektrisch kommutierten Elektromotors ein fester Schwellwert mit einem aktuellen Kurzschlussstrom verglichen wird, wobei der Schwellwert oberhalb des maximalen Spitzenstromwertes des Elektromotors liegt. Die Strommessung erfolgt über einen Shunt, der im Massepfad einer Endstufe, die den Elektromotor ansteuert, eingesetzt ist. Ein solcher Shunt ist aber für die Bestimmung des Kurzschlussstromes nicht geeignet, da dieser durch den Kurzschluss überbrückt wird.
-
Weiterhin ist bekannt, einen Spannungsabfall in dem oberen (highside) Transistoren der Endstufe des Elektromotors auszuwerten. Grundsätzlich sind die Leistungstransistoren aber mit dem Ziel produziert, einen möglichst geringen Widerstand im leitenden Zustand zu haben, was im Widerspruch zu der Idee für eine Strommessung steht.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses eines mechatronischen Kupplungsaktors in einem Fahrzeug anzugeben, welches kostengünstig und trotzdem zuverlässig den Kurzschluss in einer oder mehreren Motorphasen des Elektromotors gegen Masse erkennt.
-
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kurzschluss mindestens einer Motorphase einer Endstufe eines den Kupplungsaktor ansteuernden Elektromotors durch eine Überwachung einer als Kurzschlussparameter dienenden Versorgungsspannung des Kupplungsaktors erkannt wird. Dies hat den Vorteil, dass durch die Leitungsverluste im Kabelbaum bei hohen Strömen, die durch den Kurzschluss zustandekommen, eine verringerte Versorgungsspannung des Kupplungsaktors gemessen wird. Das führt dazu, dass anhand der Versorgungsspannung eine sichere Erkennung eines Kurzschlusses in mindestens einer Motorphase des Elektromotors gegen Masse möglich wird.
-
Vorteilhafterweise wird nach Einschaltung einer Batteriespannung des Fahrzeuges die Versorgungsspannung des Kupplungsaktors als Referenzspannung ermittelt, wobei anschließend an leitend geschalteten highside-Transistoren der Endstufe eine aktuelle Versorgungsspannung des Kupplungsaktors gemessen wird, welche mit der Referenzspannung verglichen wird, wobei bei Unterschreitung der Referenzspannung durch die gemessene aktuelle Versorgungsspannung auf einen Kurzschluss erkannt wird. Da bei einem intakten Kupplungsaktor kein geänderter Stromfluss zu erwarten ist, kann schon bei einer geringen Korrelation von Versorgungsspannung und dem zeitlichen Ansteuermuster, das an die Endstufe angelegt wird, von einem Defekt bzw. einem Kurzschluss der Phasen ausgegangen und der Kupplungsaktor stillgelegt werden.
-
In einer Ausgestaltung wird die Referenzspannung über einen vorgegebenen Zeitraum bei nichtleitend geschalteten highside- und lowside-Transistoren der Endstufe des Elektromotors gemittelt. Da Leistungsaufnahmen von anderen an die Betriebsspannung angeschlossenen Verbrauchern grundsätzlich veränderlich sein können, führt dies zu Spannungsschwankungen der Versorgungsspannung am Kupplungsaktor. Deshalb ist während der Messung der Referenzspannung darauf zu achten, dass sowohl die highside- als auch die lowside-Transistoren der Endstufe nicht leitend sind, um eine gleichmäßige und möglichst geringe Leistungsaufnahme des Kupplungsaktors sicherzustellen.
-
In einer Variante erfolgt die Messung der aktuellen Versorgungsspannung des Kupplungsaktors während einer Initialisierungsphase eines Steuergerätes des Kupplungsaktors. Diese Initialisierungsphase erfolgt jeweils nach Einschalten der Zündung am Fahrzeug, wobei die highside-Transistoren der Endstufe leitend geschaltet werden.
-
In einer Ausführungsform wird während der Messung der aktuellen Versorgungsspannung des Kupplungsaktors die Endstufe mehrfach mit zeitlich unterschiedlich langen Pausenzeiten aktiviert und deaktiviert. Dadurch wird ein Risiko, dass andere Verbraucher synchron zum Schalten der Endstufen ihre Leistungsaufnahmen ändern, minimiert. Die Verwendung eines bestimmten zeitlichen Schaltmusters für die Ansteuerung der Endstufe stellt sicher, dass die Spannungsänderungen der Versorgungsspannung des Kupplungsaktors, die während des beschriebenen Kurzschlusstests gemessen werden, auch tatsächlich durch das Schalten der Transistoren hervorgerufen werden.
-
In einer Weiterbildung wird bei einem bestehenden Verdacht auf einen Kurzschluss ein Kurzschlusstest ausgeführt. Dadurch wird Rechenzeit eingespart, weshalb die Kupplung jederzeit für eine Steuerung zur Verfügung steht.
-
Vorteilhafterweise besteht ein Verdacht, wenn die an dem Elektromotor angelegte Versorgungsspannung nicht eine gewünschte Bewegung des Elektromotors hervorruft. Dies wird als Anzeichen dafür gewertet, dass ein Teil des Motorstroms nicht über die entsprechenden Motorphasen fließt.
-
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
-
Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte Darstellung eines hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems zur Betätigung einer automatisierten Kupplung,
- 2 eine Darstellung einer Ansteuerung der Endstufentransistoren in einem Steuergerät für den Elektromotor,
- 3 ein Ausführungsbeispiel zur Bestimmung eines Kurzschlusses an einem mechatronischen Kupplungsaktor.
-
In 1 ist ein Kupplungsbetätigungssystem für eine automatisierte Kupplung vereinfacht dargestellt. Das hydraulische Kupplungsbetätigungssystem 1 ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges einer unbetätigt geschlossenen Kupplung 2 zugeordnet und umfasst einen Geberzylinder 3, der über eine auch als Druckleitung bezeichnete, eine Hydraulikflüssigkeit enthaltende Hydraulikleitung 4 mit einem Nehmerzylinder 5 verbunden ist. In dem Nehmerzylinder 5 ist ein Nehmerkolben 6 hin und her bewegt, der über ein Betätigungsorgan 7 und eine Zwischenschaltung eines Lagers 8 die Kupplung 2 betätigt. Der Geberzylinder 3 ist über eine Verbindungsöffnung mit einem Ausgleichsbehälter 9 verbindbar. In dem Geberzylinder 3 ist ein Geberkolben 10 axial beweglich gelagert. Von dem Geberkolben 10 geht eine Kolbenstange 11 aus, die in Längserstreckung des Geberzylinders 3 zusammen mit dem Geberzylinder 10 translatorisch bewegbar ist. Die Kolbenstange 11 des Geberzylinders 3 ist über eine Gewindespindel 12 mit einem elektromotorischen Stellantrieb 13 gekoppelt. Der elektromotorische Stellantrieb 13 umfasst einen als kommutierten Gleichstrommotor ausgebildeten Elektromotor 14 und ein Steuergerät 15. Die Gewindespindel 12 setzt eine Drehbewegung des Elektromotors 14 in eine Längsbewegung der Kolbenstange 11 und damit des Geberkolbens 10 um. Die Kupplung 2 wird somit durch den Elektromotor 14, die Gewindespindel 12, den Geberzylinder 3 und den Nehmerzylinder 5 automatisch betätigt, wobei der Elektromotor 14, die Gewindespindel 12 und der Geberzylinder 3 einen Kupplungsaktor 17 bilden.
-
In 2 ist eine als H-Brücke bezeichnete Verschaltung der Endstufentransistoren 16 des Elektromotors 14 dargestellt, wie sie in einer Endstufe 18, die im Steuergerät 15 des Elektromotors 14 angeordnet ist, ausgebildet ist. Dabei sind die highside Transistoren 16.1 bis 16.3 mit einer als Versorgungsspannung dienenden Batteriespannung UBat und die lowside-Transistoren 16.4 bis 16.6 mit Masse M verbunden. An jeder Reihenschaltung eines highside- und eines lowside-Transistors ist mittig eine Phase des Elektromotors 14 angeschlossen, wobei die Phasen üblicherweise als U, V und W bezeichnet werden und jede Phase U, V, W eine Wicklung des Elektromotors 14 bestromt. Der Phasenanschluss zur Batteriespannung UBat wird als High Side und der Phasenanschluss zur Masse M wird als Low Side bezeichnet. Damit über eine Phase U, V, W und der damit verbundenen Wicklung eine Spannung anliegt, muss mindestens ein highside 16.1 bis 16.3 und ein lowside-Transistor 16.4 bis 16.6 der zugeführten Wicklung leitend sein. Durch Anlegen eines Kommutierungsmusters an die Endstufe 18 des Elektromotors 14 wird dieser in eine Drehbewegung gezwungen.
-
Durch fehlerhafte Dichtungen in dem in 1 beschriebenen hydrostatischen Kupplungsaktor 17 kann es zu Ausfällen des Kupplungsaktors 17 kommen. Die fehlerhafte Dichtung führt dazu, dass Hydraulikflüssigkeit in den Bereich der Endstufen 18 des Steuergerätes 15 eindringt und dort einen Kurzschluss von einer oder mehreren Motorphasen U, V, W gegen Masse M verursacht. Die möglichen Kurzschlüsse sind in 2 durch die Pfeile P1, P2 und P3 gekennzeichnet.
-
Um einen Kurzschluss in mindestens einer Motorphase U, V, W des Elektromotors 14 gegen Masse M zu erkennen, wird ein Ausführungsbeispiel einer Messschaltung beschrieben, die in 3 dargestellt ist. Dabei ist der Kupplungsaktor 17 mit einer Batterie 19 des Fahrzeuges verbunden, wobei weitere Verbraucher 20 parallel zum Kupplungsaktor 17 ebenfalls mit der Batterie 19 gekoppelt sind. Die ersten Schleife S1, welche durch die Batterie 19 und dem anderen Verbraucher 20 gebildet ist, umfasst einen ersten Leitungswiderstand 21, an dem die Spannung U1 abfällt. In einer zweiten Schleife S2 Schleife zwischen dem Verbraucher 20 und dem Kupplungsaktor 17 fällt eine Spannung U2 an einem zweiten Leitungswiderstand 22 ab.
-
Die Batterie 19 liefert immer eine konstante Spannung UBat = 13,8 Volt. Nach der Einschaltung der Zündung am Fahrzeug wird das Spannungsniveau einer Versorgungsspannung am Kupplungsaktor gemessen und als Referenzspannung U3Ref gespeichert. Um eine möglichst stabile und verlässliche Referenzspannung U3Ref zu erhalten, wird dieser Spannungswert über einen gewissen Zeitraum gemittelt. Durch diese Mittelung werden die durch die anderen Verbraucher 20 verursachten Spannungsschwankungen der Versorgungsspannung U3 am Kupplungsaktor 17 ausgeblendet und eine gleichmäßige Referenzspannung U3Ref sichergestellt.
-
Anschließend werden in einer Initialisierungsphase des Steuergerätes
15 des Kupplungsaktors
17 nach Einschalten der Zündung kurzzeitig die highside Transistoren
16.1,
16.2,
16.3 der Endstufe
18 leitend geschaltet. Gleichzeitig wird dabei die aktuelle Versorgungsspannung
U3 am Kupplungsaktor
17 gemessen und mit der Referenzspannung
U3Ref verglichen. Solange kein Kurzschluss an den Motorphasen
U,
V,
W vorhanden ist, ändert sich die Leistungsaufnahme des Kupplungsaktors
17 nicht. Durch die Maschengleichung
bleibt auch die gemessene Versorgungsspannung
U3 stabil. Sollte aber ein Kurzschluss in den Motorphasen
U,
V,
W für eine erhöhte Stromaufnahme des Kupplungsaktors
17 sorgen, erhöht sich der Spannungsabfall
U2 über den zweiten Leitungswiderstand
22 und die gemessene Versorgungsspannung
U3 des Kupplungsaktors
17 sinkt. Die Veränderung der Versorgungsspannung
U3 wird dabei durch einen Vergleich mit der Referenzspannung
U3Ref bestimmt. Um sicherzustellen, dass der Spannungseinbruch nicht durch die anderen Verbraucher
20 verursacht wurde, werden anschließend die highside Transistoren
16.1,
16.2,
16.3 wieder geöffnet, so dass sich an der Versorgungsspannung
U3 des Kupplungsaktors
17 wieder die vorher gemessene Referenzspannung
U3Ref einstellt.
-
Durch die veränderliche Stromaufnahme der anderen Verbraucher, die an dieselbe Batterie 19 angeschlossen sind, kann das Spannungsniveau des Bordnetzes grundsätzlich schwanken. Dies birgt das Risiko, dass andere Verbraucher 20 synchron zum Schalten der Endstufen 18 ihre Leistungsaufnahme ändern. Um trotzdem eine genaue Versorgungsspannung U3 des Kupplungsaktors 17 zu messen, wird die Endstufe 18 mehrmals, unterschiedlich lange, mit unterschiedlichen Pausenzeiten aktiviert und deaktiviert. Die Verwendung dieses vorgegebenen zeitlichen Schaltmusters für die Ansteuerung der Endstufe 18 stellt sicher, dass die Spannungsänderung der Versorgungsspannung U3, die während des beschriebenen Kurzschlusstests gemessen wird, auch tatsächlich durch das Schalten der Transistoren 16.1, 16.2, 16.3 der Endstufe18 hervorgerufen wird.
-
Grundsätzlich kann die beschriebene Routine jedes Mal nach Einschalten der Zündung des Fahrzeuges aufgerufen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht aber auch darin, dass die Routine nur bei einem bestehenden Verdacht ausgeführt wird. Ein bestehender Verdacht ist immer dann gegeben, wenn die angelegte Motorspannung nicht mehr die gewünschte Bewegung des Elektromotors 14 hervorruft. Dies hat den Vorteil, dass man für die Ausführung mehr Zeit zur Verfügung hat und deshalb den Test ausführlicher durchführen kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- hydraulisches Kupplungsbetätigungssystem
- 2
- Kupplung
- 3
- Geberzylinder
- 4
- Hydraulikleitung
- 5
- Nehmerzylinder
- 6
- Nehmerkolben
- 7
- Betätigungsorgan
- 8
- Lager
- 9
- Ausgleichsbehälter
- 10
- Geberkolben
- 11
- Kolbenstange
- 12
- Gewindespindel
- 13
- Elektromotorischer Stellantrieb
- 14
- Elektromotor
- 15
- Steuergerät
- 16
- Transistor
- 17
- Kupplungsaktor
- 18
- Endstufe
- 19
- Batterie
- 20
- Verbraucher
- 21
- Leitungswiderstand
- 22
- Leitungswiderstand
-
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 102007039855 A1 [0002]
