DE102018130681A1

DE102018130681A1 - Verfahren zur Erkennung und Quantifizierung einer selbsthaltenden Eigenschaft eines Aktors, vorzugsweise eines Kupplungsaktors

Info

Publication number: DE102018130681A1
Application number: DE102018130681.4A
Authority: DE
Inventors: Erhard Hodrus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2020-06-04
Also published as: KR20200067093A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und Quantifizierung einer selbsthaltenden Eigenschaft eines Aktors, vorzugsweise eines Kupplungsaktors, bei welchem eine Selbsthaltungseigenschaft eines den Aktor betätigenden Stellmotors aus einer Kennlinie des Aktors bestimmt wird. Bei einem Verfahren, bei welchem die Selbsthaltungseigenschaft ausreichend quantifiziert werden kann, wird während eines Betriebes des Stellmotors ein die Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors charakterisierender Parameter über einem Aktorweg (s) erfasst und mit einem Schwellwert (S) verglichen, wobei bei Überschreitung des Schwellwertes (S) auf eine Verringerung der Selbsthaltungseigenschaften des Stellmotors geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und Quantifizierung einer selbsthaltenden Eigenschaft eines Aktors, vorzugsweise eines Kupplungsaktors, bei welchem eine Selbsthaltungseigenschaft eines den Aktor betätigenden Stellmotors aus einer Kennlinie des Aktors bestimmt wird.
Aktoren weisen eine Selbsthalteeigenschaft auf, die es dem Aktor ermöglicht, eine Stromaufnahme des den Aktor betätigenden Stellmotors während Stillstandsphasen zu minimieren und im stromlosen Zustand des Stellmotors ungewollte Momentenänderung zu verhindern. Bei der Ansteuerung eines Aktors durch Anlegen einer Vorsteuerspannung an den Stellmotor wird die einmal von dem Aktor eingenommene Position gehalten. Ein mögliches Zittern durch ein selbstständiges Wegbewegen des Aktors und ein wiederholtes Einregeln der Sollposition des Aktors durch einen den Aktor ansteuernden Lageregler kann so verhindert werden.
Bei einem hydrostatischen Kupplungsaktor, bei welchem der Kupplungsaktor eine Steuerungsfunktion einer Kupplung über ein Hydraulikmedium vornimmt, kann die Vorsteuerung aber nicht auf null reduziert werden, da dies der Druck des Hydraulikmediums im Kupplungssystem verhindert. Er gilt somit als nicht selbsthaltend.
Ein modularer Kupplungsaktor gilt als selbsthaltend, da ein mechanisches Reibglied, eine sogenannte Schlingfeder im Kupplungsaktor vorgesehen ist, welches die Reibung so stark erhöhen kann, dass der Kupplungsaktor als selbsthaltend definiert wird. Diese Selbsthalteeigenschaft erleichtert es, die Anforderung an die funktionale Sicherung des gesamten Kupplungssystems einzuhalten. Ist der modulare Kupplungsaktor selbsthaltend, kann die Stromaufnahme und damit die Eigenerwärmung des Stellmotors durch die Abschaltung der den Stellmotor ansteuernden Endstufen stark reduziert werden.
Die Produktion der Aktoren ist aber mit Toleranzen in den mechanischen Bauteilen behaftet, welche darüber entscheiden, ob ein Aktor selbsthaltend ist oder nicht. Zusätzlich wird beim Einsatz eines Kupplungsaktors im Fahrzeug durch Schwingungsanregungen des Fahrzeuges und die Umwelt Einfluss auf die Selbsthalteeigenschaft genommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung und Quantifizierung einer selbsthaltenden Eigenschaft eines Aktors anzugeben, mittels welchem Veränderungen der selbsthaltend Eigenschaften während des Betriebes des Aktors zuverlässig erkannt werden können.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass während eines Betriebes des Stellmotors ein die Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors charakterisierender Parameter über einen Aktorweg detektiert und mit einem Schwellwert verglichen wird, wobei bei Überschreitung des Schwellwertes auf eine Verringerung der Selbsthaltungseigenschaften des Stellmotors geschlossen wird. Der die Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors charakterisierende Parameter wird somit in Abhängigkeit von einem Aktorweg oder bei hydrostatischen Kupplungsaktoren in Abhängigkeit eines Druckes des Hydraulikmediums im Kupplungssystem ermittelt. Damit wird den Anforderungen an die funktionale Sicherheit des gesamten Aktorsystems Rechnung getragen und Störungen im Kupplungssystem können rechtzeitig erkannt werden.
Vorteilhafterweise setzt sich der Schwellwert aus mehreren zueinander beabstandeten Teilschwellwerten zusammen, wobei bei jeder Überschreitung eines Teilschwellwertes eine Quantifizierung einer Stärke der Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors vorgenommen wird. Damit kann die Selbsthaltungseigenschaft des Aktors in verschiedene Parameterintervalle eingestuft werden. In Abhängigkeit von der Überschreitung der Teilschwellwerte können Maßnahmen ergriffen werden, um die Sicherheit des Aktorsystems aufrecht zu erhalten.
In einer Ausgestaltung wird bei Unterschreitung des kleinsten Teilschwellwertes auf eine ausreichende Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors geschlossen. In diesem Zustand bestehen keine Sicherheitsbedenken für das Aktorsystem.
In einer Variante wird der, die Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors charakterisierende Parameter durch einen Spannungsvorsteuerwert eines den Stellmotor ansteuernden Lagereglers repräsentiert. In Abhängigkeit von der Größe dieses Spannungsvorsteuerwertes des Stellmotors kann eingeschätzt werden, ob eine Selbsthaltungseigenschaft eines hydrostatischen Aktorsystems gegeben ist oder nicht. Eine Software ist somit in der Lage, die kleinste Spannung zu berechnen, die ausreicht, um den Aktor in der gewünschten Position zu halten. Vergrößert sich dieser Spannungsvorsteuerwert, so sind die Selbsthaltungseigenschaften eingeschränkt.
In einer Alternative wird, der die Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors charakterisierende Parameter durch eine Differenz eines Aktorweges repräsentiert, die durch eine Bewegung des Aktors bestimmt wird, welche dieser nach Einnahme einer vorgegebenen Position ausführt, wenn der Lageregler abgeschaltet wird. Die nach Abschaltung des Lagereglers erfasste Wegdifferenz des Aktors wird dabei mit dem entsprechenden Schwellwert verglichen, um eine Selbsthaltungseigenschaft des Aktors einzuschätzen.
In einer Ausführungsform wird eine Hysterese des Lagereglers zur Erkennung einer Nichtselbsthaltung vergrößert. Durch die Vergrößerung der Hysterese ergibt sich ein größerer Weg, welcher durch der Aktor nach Abschaltung des Lagereglers zurücklegt wird, Die Genauigkeit einer Aussage über die Selbsthaltungseigenschaft des Aktors wird somit erhöht.
In einer Weiterbildung wird bei Überschreitung eines Teilschwellwertes jeweils eine der Stärke der Selbsthaltungseigenschaft entsprechende Warnfunktion aktiviert. Jedem Teilschwellwert ist eine andere Stärke der Selbsthaltungseigenschaft zugeordnet. Damit werden entsprechend der Differenzierung der Selbsthaltungseigenschaft unterschiedliche Maßnahmen zur Einhaltung der Sicherheitsbedingungen im Fahrzeug ausgelöst.
Vorteilhafterweise wird die Warnfunktion als Diagnosefunktion innerhalb eines Aktorsystems abgespeichert. Diese Abspeicherung ermöglicht während eines Services ein nachträgliches Überprüfen, ob eine veränderte Selbsthaltungseigenschaft im Aktorsystem vorliegt.
Alternativ wird die Warnfunktion als Warnsignal an die Umgebung abgegeben. Damit wird dem Fahrer des Fahrzeuges mitgeteilt, dass eine sicherheitskritische Situation im Fahrzeug vorhanden ist und eine Werkstatt anzufahren ist.
In einer weiteren Alternative wird als Warnfunktion eine automatische Ansteuerung des Aktors ausgeführt. Damit wird gewährleistet, dass eine ausreichende Sicherheit bei der Weiterfahrt mit einem solchen Aktorsystem ermöglicht wird. Somit kann durch die Ansteuerung der Kupplung weniger Leistung aufgenommen werden, wenn z.B. ein Fahren mit geschlossener oder geöffneter Kupplung statt mit einer schlupfenden Kupplung möglich ist.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Kraftfahrzeugen kommen häufig Kupplungsaktoren zum Einsatz, die als hydrostatischer Kupplungsaktor ausgebildet sind. Dabei handelt es sich um einen nicht selbsthaltenden Kupplungsaktor, was bedeutet, dass bei einem unbestromten, den Kupplungsaktor ansteuernden Stellmotor, sich die Kupplung mechanisch selbst öffnen oder schließen kann. Um dies zu verhindern, wird der Stellmotor des Kupplungsaktors mit einer Spannung, die auch als Haltespannung bezeichnet wird, bestromt, damit der Kupplungsaktor in einer vorgegebenen Aktorposition bewegungslos bleibt. Bei einer Inbetriebnahme des Kupplungsaktors müssen diese Spannungswerte geeignet initialisiert werden.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei welchem eine Selbsthaltespannung U_H über einem Aktorweg s oder einem Druck p in dem hydrostatischen Kupplungssystem dargestellt ist. Wie aus der DE 10 2014 223 554 A1 , deren Inhalt Bestandteil dieser Schutzrechtsanmeldung sein soll, bekannt ist, wird eine Haltespannungskennlinie eines Stellmotors ermittelt, in dem über eine Spannungsvorsteuerung des Stellmotors der mit dem Stellmotor verbundene Kupplungsaktor in verschiedene Aktorpositionen gebracht wird, wobei in jeder Aktorposition eine Haltespannung U_H des Kupplungsaktors bestimmt wird.
Die Kurve I kennzeichnet dabei die obere Haltespannungskennlinie, während die Kurve II die untere Haltespannungskennlinie zeigt. Der Bereich zwischen den beiden Kurven ist ein Reibungsband. Es werden für minimalen Energieeintrag Spannungen knapp unter der Kurve II verwendet, um den Kupplungsaktor zu halten. Die Ermittlung der Haltespannungen U_H erfolgt dabei sowohl für die obere als auch für die untere Haltespannungskennlinie durch ein ständiges Ein- bzw. Ausschalten eines Lagereglers des Stellmotors, wobei die Haltespannung U_H gezielt verändert wird.
Gemäß 1 ist eine Schwelle S_U dargestellt, wobei die Haltespannungskennlinie II mit dem Schwellwert S_U verglichen wird. Der Schwellwert S_U kann in Teilschwellwerte S_U1 , S_U2 unterteilt werden, wobei je nachdem, welcher Teilschwellwert S_U1 , S_U2 von der an einer vorgegebenen Kupplungsposition aufgebrachten Haltespannung U_H überschritten wird, eine Warnfunktion ausgelöst wird. Die Überschreitung der jeweiligen Teilschwertwerte S_U1 , S_U2 entspricht dabei einer unterschiedlichen Stärke der Verringerung der Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors.
Der unterste Teilschwellwert S_U1 zeigt an, dass die mechanische Selbsthaltung noch erfüllt ist. Der darüber liegende Teilschwellwert S_U2 löst eine Warnfunktion mit der Aussage „mechanische Selbsthaltung schwach“ aus. Der nächstfolgende, darüber liegende Teilschwellwert S_U löst die Warnfunktion „mechanische Selbsthaltung sehr schwach“ aus.
Insbesondere, wenn die Warnfunktion „mechanische Selbsthaltung sehr schwach“ ausgelöst wird, wird ein Warnsignal an den Fahrer ausgegeben. Dies kann insbesondere immer dann erfolgen, wenn ein vorgegebener Zeitraum überschritten wird, in welchem die mechanische Selbsthaltung als sehr schwach klassifiziert wird. Die Warnfunktion muss aber nicht nur akustisch ausgegeben werden, sondern kann in Form einer Diagnosemeldung in einem Steuergerät des Aktorsystems abgelegt werden. Genauso kann eine Ansteuerung der Kupplung durch den Kupplungsaktor gezielt verändert werden, um weniger Leistung aufzunehmen. Solche Maßnahmen sind individuell festzulegen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors des Aktors auch dadurch quantifiziert werden, dass der Lageregler, der den Stellmotor ansteuert, abgeschaltet wird und die Bewegung des Kupplungsaktors unabhängig von der Ansteuerung durch den Lageregler detektiert wird. Die sich daraus ergebende Differenz des Aktorweges, ausgehend von einer vorgegebenen Aktorposition, kann ebenfalls mit den verschiedensten Teilschwellen verglichen werden, wobei eine analoge Vorgehensweise zu dem im Zusammenhang mit 1 erläutertem Verfahren möglich ist. Diese Anwendung kann bei größer gewählten Reglerhysteresen des Lagereglers helfen, die Nichtselbsthaltung des Stellmotors zu erkennen und zu bewerten. In der Regel wird sich für jede Zielposition eine andere Ist-Sollwert-Differenz ergeben, die ebenfalls einfach über die Schwellwerte bewertet werden kann. Ist die Ist-Sollwert-Differenz größer als die Hysterese, kann zusätzlich eine Haltespannungsadaption durchgeführt werden und man kann die Selbsthaltungseigenschaft anhand der in der dargestellten Kennlinie bewerten. Ein solches Vorgehen ist insbesondere für modulare Kupplungsaktoren geeignet, welche als selbsthaltend gelten.
Bezugszeichenliste

s: Aktorweg
p: Druck
U_H: Haltespannung
S_U: Schwellwert
S_U1: Schwellwert
S_U2: Schwellwert

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 102014223554 A1 [0020]

Claims

Verfahren zur Erkennung und Quantifizierung einer selbsthaltenden Eigenschaft eines Aktors, vorzugsweise eines Kupplungsaktors, bei welchem eine Selbsthaltungseigenschaft eines den Aktor betätigenden Stellmotors aus einer Kennlinie des Aktors bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Betriebes des Stellmotors ein die Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors charakterisierender Parameter über einem Aktorweg (s) erfasst und mit einem Schwellwert (S) verglichen wird, wobei bei Überschreitung des Schwellwertes (S) auf eine Verringerung der Selbsthaltungseigenschaften des Stellmotors geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (S) sich aus mehreren, zueinander beabstandeten Teilschwellwerten (S_U1, S_U2) zusammensetzt, wobei bei jeder Überschreitung eines Teilschwellwertes (S_U1, S_U2) eine vorgegebene Quantifizierung einer Stärke der Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung des kleinsten Teilschwellwertes (S_U1; S_U2) auf eine ausreichende Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der die Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors charakterisierende Parameter durch einen Spannungsvorsteuerwert eines den Stellmotor ansteuernden Lagereglers repräsentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der die Selbsthaltungseigenschaft des Stellmotors charakterisierende Parameter durch eine Differenz eines Aktorweges (s) charakterisiert wird, die durch eine Bewegung des Aktors bestimmt wird, welche dieser nach Einnahme einer vorgegebenen Position ausführt, wenn der Lageregler abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hysterese des Lagereglers zur Erkennung einer Nichtselbsthaltung vergrößert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung der Teilschwellwerte (S_U1, S_U2) jeweils eine der Stärke der Selbsthaltungseigenschaft entsprechende Warnfunktion aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Warnfunktion als Diagnosefunktion innerhalb eines Aktorsystems abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Warnfunktion als Warnsignal an die Umgebung ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Warnfunktion eine automatische Ansteuerung des Aktors ausgeführt wird.