DE102019215436A1

DE102019215436A1 - Steuern eines pneumatischen Aktuators

Info

Publication number: DE102019215436A1
Application number: DE102019215436.0A
Authority: DE
Inventors: Alain Tierry Chamaken Kamde; Wilhelm Moser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Ein pneumatischer Aktuator (126) kann mittels eines Steuerventils (136) betätigt werden, das einen Massenstrom von Fluid von einer Quelle (138) in den Aktuator (126) steuert. Ein Verfahren (200) zum Steuern einer Betätigungskraft des Aktuators (126) umfasst Schrittes des Bestimmens des Massenstroms; des Bestimmens eines Druckverhältnisses zwischen einem gewünschten Druck des Fluids und einem Druck des Fluids an der Quelle (138); des Bestimmens einer Ansteuerung des Steuerventils (136) auf der Basis des Druckverhältnisses und des Massenstroms; und des Ansteuerns des Steuerventils (136).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Steuern eines pneumatischen Aktuators. Insbesondere betrifft die Erfindung das Steuern eines Aktuators, der zur Betätigung eines klauengeschalteten Schaltgetriebes eingerichtet ist.
Ein pneumatischer Aktuator ist zur Betätigung einer Schaltmuffe in einem klauengeschalteten Schaltgetriebe eingerichtet. Die Schaltmuffe kann auf einer Welle axial verschoben werden, um eine Gangstufe in dem Schaltgetriebe ein- oder auszulegen. Um einen sauberen Wechsel einer im Schaltgetriebe eingelegten Gangstufe zu steuern, soll die Verschiebung zügig erfolgen, gleichzeitig sollen jedoch eine vorbestimmte Kraft oder eine vorbestimmte Geschwindigkeit bei der Verschiebung nicht überschritten werden. Zur Steuerung einer Position des Aktuators ist üblicherweise ein Positionssensor vorgesehen. Allerdings ist meist kein Druck- oder Kraftsensor vorgesehen, um die Bewegung des Aktuators genauer zu verfolgen.
DE 10 2016 206 582 A1 schlägt eine kraftbasierte Steuerung eines pneumatischen Aktuators vor. Eine Betätigungskraft des Aktuators soll hier in Abhängigkeit einer Position des Aktuators und eines in den Aktuator strömenden Massenstroms an Fluid bestimmt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Technik zur kraftgesteuerten Steuerung eines pneumatischen Aktuators. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Ein pneumatischer Aktuator kann mittels eines Steuerventils betätigt werden, das einen Massenstrom von Fluid von einer Quelle in den Aktuator steuert. Ein Verfahren zum Steuern einer Betätigungskraft des Aktuators umfasst Schritte des Bestimmens des Massenstroms; des Bestimmens eines Druckverhältnisses zwischen einem gewünschten Druck des Fluids und einem Druck des Fluids an der Quelle; des Bestimmens einer Ansteuerung des Steuerventils auf der Basis des Druckverhältnisses und des Massenstroms; und des Ansteuerns des Steuerventils.
Mit Hilfe dieses Verfahrens kann die Betätigungskraft des Aktuators auch ohne einen Drucksensor am Aktuator genau geregelt werden. Der Aktuator kann insbesondere zum Einsatz an einem Schaltgetriebe mit Klauenschaltung eingesetzt werden, wo die kraftbasierte Steuerung ein rasches und exaktes Ein- oder Auslegen einer Gangstufe unterstützen kann. Gleichzeitig kann verfahrensgemäß mittels der Kraftsteuerung eine schonende Betätigung realisiert werden, sodass ein betätigtes Element nur gering belastet wird und eine verlängerte Lebensdauer aufweisen kann.
Anders als im Stand der Technik kann erfindungsgemäß die durch den Aktuator bereitgestellte Kraft direkt gesteuert werden. Dadurch kann auf eine übliche experimentelle Bestimmung eines zeitabhängigen Betätigungsverlaufs des Steuerventils verzichtet werden. Eine solche Bestimmung kann wegen der Anzahl zu berücksichtigenden Parameter sehr aufwändig sein und eine darauf basierende Lösung kann bei einer unerwarteten Änderung eines Parameters problematisch sein.
Der Massenstrom kann in Abhängigkeit einer Abweichung einer Position des Aktuators von einer gewünschten Position gesteuert werden. So kann die Kraftsteuerung mit einer Positionssteuerung ergänzt werden. Insgesamt kann eine verbesserte kraft- und positionsgesteuerte Betätigung des Aktuators bereitgestellt werden.
Die Ansteuerung wird bevorzugt auf der Basis eines vorbestimmten, dem Steuerventil zugeordneten Kennfelds bestimmt. Durch Einsatz des Kennfelds kann eine rasche und genaue Bestimmung der Betätigung auch ohne den Einsatz großer Verarbeitungsleistung erfolgen. Das Kennfeld hat bevorzugt nur zwei Eingangsgrößen und eine Ausgangsgröße, sodass das Kennfeld mit vertretbarem Aufwand bestimmt werden kann. Ein Speicherbedarf des Kennfelds kann ebenfalls überschaubar sein. Das Kennfeld kann charakteristisch für das Steuerventil sein, sodass das Kennfeld an unterschiedlich dimensionierten Einrichtungen angewendet werden kann, die das gleiche Steuerventil verwenden.
In einer Ausführungsform sind ein erstes und ein zweites Kennfeld vorgesehen, die jeweils eine Ansteuerung auf der Basis des Druckverhältnisses und des Massenstroms bereitstellen. Dabei ist das erste Kennfeld einem unverschlissenen und das zweite einem verschlissenen Steuerventil zugeordnet. Die Ansteuerung kann dabei auf einer Interpolation zwischen den bereitgestellten Ansteuerungen bezüglich eines Verschleißgrads des Steuerventils bestimmt werden. Der Verschleißgrad kann in Abhängigkeit einer Anzahl Betätigungen oder einer Betriebsdauer des Steuerventils bestimmt werden. In einer weiteren Ausführungsform können auch mehr als zwei Kennfelder vorgesehen sein, die unterschiedlichen Verschleißgraden des Steuerventils zugeordnet sein können.
Es ist weiter bevorzugt, dass ein Druck des Fluids an der Quelle auf einen vorbestimmten Wert gesteuert wird. Dadurch kann die Steuerung leichter erfolgen, ohne einen möglichen Druckabfall zu betrachten, der beim Öffnen des Steuerventils erfolgen kann. Der Wert kann in Abhängigkeit einer Mechanik gewählt sein, die mittels des Aktuators angesteuert wird. Betätigt der Aktuator beispielsweise eine Schaltmuffe in einem synchronisierten Teilgetriebe, so kann der Druck an der Quelle einen geringeren Wert einnehmen als wenn ein unsynchronisiertes Teilgetriebe angesteuert wird. Die Steuerung des Drucks des Fluids an der Quelle kann auch einen Einsatz mehrerer Aktuatoren an mehreren Teilgetrieben eines gemeinsamen Schaltgetriebes erlauben. Dabei müssen nicht alle Teilgetriebe gleich aufgebaut sein.
Der gewünschte Druck kann in Abhängigkeit einer gewünschten Kraft bestimmt werden, die der Aktuator bereitstellt. Zur Bestimmung kann eine wirksame pneumatische Fläche des Aktuators zu Grunde gelegt werden. Die gewünschte Kraft kann leicht an einen vorliegenden Einsatzzweck angepasst werden.
Der Aktuator wirkt bevorzugt entlang eines vorbestimmten Wegs, auf dem der Aktuator eine Position einstellt. In einer Ausführungsform ist die gewünschte Kraft in Abhängigkeit einer Position des Aktuators vorbestimmt, sodass ein Kraftverlauf über einen möglichen Betätigungsweg des Aktuators eingestellt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform sind Kräfte für eine oder mehrere Positionen des Aktuators auf dem vorbestimmten Weg vorgegeben. Zwischen Kräften an vorgegebenen Positionen kann eine gewünschte Kraft bezüglich der Position des Aktuators interpoliert werden. In noch einer weiteren Ausführungsform kann ein Übergang zwischen Kräften an vorbestimmten Positionen auch vorgegeben sein, beispielsweise anhand einer mathematischen Funktion. So können beispielsweise ein linearer oder ein exponentieller Übergang der gewünschten Kraft zwischen zwei vorbestimmten Positionen vorgegeben sein.
In wieder einer weiteren Ausführungsform kann die gewünschte Kraft verändert werden, falls der Aktuator an einer vorbestimmten Position zum Stillstand kommt. Diese Position liegt bevorzugt zwischen einer ursprünglichen Position des Aktuators, die er zu Beginn des Verfahrens einnimmt, und einer gewünschten Position. Sollte der Aktuator beispielsweise gegen ein mechanisches Hindernis laufen, so kann die gewünschte Betätigungskraft vorübergehend zurückgenommen werden, um das Hindernis in einem folgenden Anlauf zu überwinden.
Betätigt der Aktuator etwa eine Schaltmuffe eines klauengeschalteten Schaltgetriebes, so kann die Bewegung der Schaltmuffe unterbrochen sein, wenn eine Zahn-auf-Zahn-Stellung der Schaltmuffe mit einem anderen drehbaren Element vorliegt. Dabei soll die Schaltmuffe derart axial verschoben werden, dass eine axiale Verzahnung der Schaltmuffe in die eines anderen drehbaren Elements eingreift. In der Zahn-auf-Zahn-Stellung stehen die Schaltmuffe und das andere Element derart ungünstig zueinander, dass der Eingriff zunächst nicht hergestellt werden kann. Durch das temporäre Verringern der Betätigungskraft kann der Schaltmuffe oder dem Eingriffselement die Möglichkeit gegeben werden, sich gegenüber dem jeweils anderen Element zu verdrehen, sodass ein folgender Betätigungsversuch erfolgreich verlaufen kann.
In ähnlicher Weise kann eine Position vorbestimmt sein, an der eine Synchronisation des Schaltgetriebes erfolgt, insbesondere mittels axial aneinander gepressten Synchronringen. An dieser Position kann eine zugeordnete Kraft vorbestimmt sein, die nicht überschritten werden soll, um eine Überlastung der zur Synchronisation erforderlichen Elemente zu verhindern.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Betätigungskraft eines pneumatischen Aktuators mit einem Steuerventil zur Steuerung eines Massenstroms von Fluid aus einer Quelle in den Aktuator folgende Elemente: eine Abtasteinrichtung zur Bestimmung einer Position des Aktuators; eine Ausgabeeinrichtung zur Ansteuerung des Steuerventils; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, den Massenstrom in Abhängigkeit einer gewünschten Position und einer bestimmten Position des Aktuators zu bestimmen; ein Druckverhältnis zwischen einem gewünschten Druck des Fluids und einem Druck des Fluids an der Quelle zu bestimmen; und eine Ansteuerung des Steuerventils auf der Basis des Druckverhältnisses und des Massenstroms zu bestimmen.
Die Betätigung des Steuerventils erfolgt dabei bevorzugt mittels der Ausgabeeinrichtung. Die Ausgabeeinrichtung kann die bestimmte Betätigung in ein physikalisches Signal zur Ansteuerung des Steuerventils umsetzen. Das physikalische Signal kann beispielsweise elektrisch vorliegen zu einer elektromagnetische Betätigung des Steuerventils verwendet werden. Weiter bevorzugt ist das Signal moduliert, um eine graduelle Betätigung des Steuerventils zu erlauben. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Signal pulsbreitenmoduliert sein (PWM, Pulse Width Modulation), in einer anderen frequenzmoduliert (PFM, Pulse Frequency Modulation).
Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
Nach noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein System eine hierin beschriebene Vorrichtung und ein Steuerventil. Optional ist auch ein pneumatischer Aktuator umfasst.
Die Erfindung kann insbesondere verwendet werden, um die Betätigung einer Schaltmuffe in einem klauengeschalteten Schaltgetriebe zu steuern. Nach wieder einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine hierin beschriebene Vorrichtung oder ein hierin beschriebenes System in einem solchen Schaltgetriebe verwendet.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

1 ein System mit einem Schaltgetriebe und einer Vorrichtung zur Steuerung;
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens; und
3 einen beispielhaften Verlauf einer gewünschten Betätigungskraft darstellt.

1 zeigt ein System 100 mit einem Schaltgetriebe 102, von dem nur ausgewählte Teile dargestellt sind, und einer Vorrichtung 104 zur Steuerung. Das Schaltgetriebe 102 ist bevorzugt zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens oder Busses eingerichtet und kann mehrere Teilgetriebe 106 umfassen, von denen wenigstens eines klauengeschaltet ist.
Ein klauengeschaltetes Teilgetriebe 106 umfasst zumindest ein Gangradpaar 110 mit einem ersten Zahnrad 112, das auf einer ersten Welle 114 angebracht ist, und einem zweiten Zahnrad 116, das auf einer zweiten Welle 118 angebracht ist. Im vorliegenden Beispiel ist das erste Zahnrad 112 drehbar auf der zugeordneten Welle 114 angebracht, während das zweite Zahnrad 116 drehfest an der zugeordneten Welle 118 befestigt ist. Um eine dem Gangradpaar 110 zugeordnete Gangstufe einzulegen wird ein Drehmomentschluss zwischen dem losen ersten Zahnrad 112 und der ersten Welle 114 hergestellt, indem eine Schaltmuffe 120, die drehfest, aber axial beweglich an der ersten Welle 114 angebracht ist, axial derart verschoben, dass ein Eingriffselement 122 der Schaltmuffe 120 in formschlüssigen Eingriff mit dem ersten Zahnrad 112 gelangt. Dazu kann das erste Zahnrad 112 eine axiale Aussparung zur Aufnahme des Eingriffselements 112 aufweisen. In einer Ausführungsform sind an beiden Elementen 112, 120 jeweils auf einem Umfang abwechselnd Eingriffselemente 122 und Aussparungen angebracht, sodass auch von einer axialen Verzahnung gesprochen werden kann.
In einer Ausführungsform ist außerdem ein Synchronisierungselement 124 vorgesehen, um bei axialer Annäherung der Schiebemuffe 120 an das erste Zahnrad 112 eine in Umfangsrichtung wirkende Reibkraft zwischen den beiden Elementen 112, 120 zu erzeugen, sodass sich ihre Drehgeschwindigkeiten einander annähern können. Das Synchronisierungselement 124 umfasst üblicherweise ein Paar von Synchronringen, von denen jeweils einer im Wesentlichen drehfest mit einem der Elemente 112, 120 verbunden ist. Konusförmige Anlageflächen der Synchronringe können durch eine axiale Anpresskraft in gegenseitigen Reibschluss gebracht werden, um die Kraft in Umfangsrichtung bereitzustellen.
Die Schaltmuffe 120 kann mittels eine pneumatischen Aktuators 126 axial bewegt werden. Der Aktuator 126 umfasst in der dargestellten Ausführungsform einen Zylinder 128, in dem ein Kolben 130 axial verschiebbar angeordnet ist. Ein im Zylinder 128 durch den Kolben 130 abgeschlossener Arbeitsraum 132 kann mit einem gasförmigen Fluid gefüllt werden, um eine axiale Kraft auf den Kolben 130 auszuüben. Eine Position des Aktuators 126, beziehungsweise seines Kolbens 130 im Zylinder 128, kann mittels eines Sensors 134 abgetastet werden.
Zur Füllung des Arbeitsraums 132 mit Fluid ist ein Steuerventil 136 vorgesehen, das bevorzugt elektrisch angesteuert werden kann. Wie dargestellt kann der Aktuator 126 doppelt wirken, indem er zwei einander gegenüberliegende Arbeitsräume 132 umfasst, die mittels zugeordneter Steuerventile 136 belüftet werden können. Dabei kann eines der Steuerventile 136 einem Einlegen der Gangstufe und das anderen dem Auslegen der Gangstufe zugeordnet sein. Exemplarisch wird hier nur das dem Einlegen der Gangstufe zugeordnete Steuerventil 136 genauer erläutert.
Das dargestellte Steuerventil 136 ist als 3/2-Wege Steuerventil ausgeführt, das in einer ersten Schaltstellung Fluid aus einer Quelle 138 in den Arbeitsraum 132 lässt, und in einer zweiten Schaltstellung Fluid aus dem Arbeitsraum 132 in eine Umgebung entlässt. Die Quelle 138 ist üblicherweise als Sammelleitung in einem Ventilblock ausgebildet und kann auch Getriebestellerraum genannt werden.
Das Steuerventil 136 wird mittels eines Elektromagneten 140 betätigt, um die erste oder die zweite Schaltstellung einzunehmen. Zwischenstellungen zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung können gesteuert werden, indem der Elektromagnet 140 nur teilweise energetisiert wird. Dazu kann der Elektromagnet 140 mit einem digitalen elektrischen Signal angesteuert werden, das moduliert ist, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation (PWM) oder Pulsfrequenzmodulation (PFM).
Die Quelle 138 stellt Fluid mit einem vorbestimmten Druck p1 bereit. Dazu kann mittels eines Steuerventils 142 ein Fluss von Fluid, das unter einem höheren Druck als p1 steht, aus einem Druckkessel 144 in die Quelle 138 gesteuert werden. Erreicht der in der Quelle 138 anliegende Druck den vorbestimmten Wert p1, so kann das Steuerventil 142 wieder geschlossen werden. Wird Fluid aus der Quelle 138 entnommen, beispielsweise wenn das Steuerventil 136 betätigt wird, so kann der in der Quelle 138 herrschende Druck trotzdem auf dem Wert p1 gehalten werden.
Betätigungen unterschiedlicher Teilgetriebe 106 können unterschiedliche Drücke p1 an der Quelle 138 erfordern. Beispielsweise kann ein mit einer Synchronisiereinrichtung 124 versehenes erstes Teilgetriebe 106 einen pneumatischen Druck von ca. 5,2 bar erfordern, während ein zweites Teilgetriebe 106 ohne Synchronisiereinrichtung 124 einen höheren Druck von ca. 7,2 bar erfordern kann. Um trotzdem die gleichzeitige Betätigung mehrerer Teilgetriebe 106 zu erlauben, kann der jeweils geringste erforderte Druck an der Quelle 138 gesteuert werden.
Die Vorrichtung 104 zur Steuerung eines Aktuators 126 umfasst üblicherweise eine Verarbeitungseinrichtung 146, die mit dem Sensor 134, dem Steuerventil 136 und einer Schnittstelle 148 verbunden ist, über die eine Anforderung einer durch den Aktuator 126 einzunehmenden Position entgegen genommen werden kann. Üblicherweise ist die Verarbeitungseinrichtung 146 zur Steuerung mehrerer Aktuatoren 126 des Schaltgetriebes 102 eingerichtet und kann einzunehmende Positionen der Aktuatoren 126 auf der Basis einer Anforderung einer einzulegenden Gangstufe bestimmen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung 104 dazu eingerichtet ist, eine Betätigungskraft des Aktuators 126 zu steuern, ohne einen Drucksensor am Arbeitsraum 132 oder einen Kraftsensor zu erfordern.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Steuern eines pneumatischen Aktuators 126, insbesondere im Umfeld eines Systems 100. Das Verfahren 200 kann kontinuierlich durchlaufen werden, wobei einzeln dargestellte Schritte als Funktionsblöcke angesehen werden können, die miteinander interagieren. Somit kann das Ablaufdiagramm auch als funktionales Blockdiagramm einer Ausführungsform der Verarbeitungseinrichtung 146 angesehen werden.
In einem Schritt 205 wird bevorzugt eine im Schaltgetriebe 102 einzulegende Gangstufe bestimmt. Dazu kann eine Anforderung einer automatischen Steuereinrichtung erfasst werden oder ein Fahrerwunsch, der beispielsweise mittels einer manuellen Betätigungseinrichtung ausgedrückt werden kann. Zusätzlich kann auch eine auszulegende Gangstufe bestimmt werden. Im Folgenden wird das Auslegen einer Gangstufe nicht betrachtet und rein exemplarisch wird davon ausgegangen, dass zum Einlegen der geforderten Gangstufe lediglich ein Aktuator 126 zu betätigen ist.
In einem Schritt 210 kann eine Schaltdynamik bestimmt werden, die im Wesentlichen eine Vorgabe einer Betätigungskraft darstellt, die während des Einlegens der gewählten Gangstufe anzuwenden ist. Die Schaltdynamik kann in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Schaltgetriebes 102 bestimmt sein. Außerdem kann die Schaltdynamik in Abhängigkeit einer Position eines zu betätigenden Aktuators 126 bestimmt sein, wie unten mit Bezug auf 3 noch genauer ausgeführt wird.
Auf der Basis der Schaltdynamik, der Gangstufe und optional der Position des Aktuators 126 wird in einem Schritt 215 bevorzugt eine durch den Aktuator 126 auf die Schaltmuffe 120 auszuübende Betätigungskraft F2 bestimmt. Auf der Basis dieser gewünschten Betätigungskraft F2 kann in einem Schritt 220 ein Druckverhältnis p2/p1 zwischen einem zweiten Druck p2 bestimmt werden, der im Arbeitsraum 132 anliegen muss, um die bestimmte Kraft F2 zu bewirken, und einem ersten Druck p1, der in der Quelle 138 herrscht. Der zweite Druck p2 kann als Quotient der Kraft F2 und einer wirksamen Fläche des Kolbens 130 im Zylinder 138 bestimmt werden. Der Druck p1 kann konstant sein oder in Abhängigkeit eines Teilgetriebes 106 bestimmt werden, in der eine Schaltmuffe 120 zu bewegen ist.
Das im Schritt 220 bestimmte Verhältnis p2/p1 kann in einem Schritt 225 als Eingangsgröße eines Kennfelds 230 verwendet werden. Das beispielhaft dargestellte Kennfeld 230 verwendet für den Quotienten p2/p1 Bereichsgrenzen von 0 und 1.
In einem Schritt 235 wird bevorzugt eine gewünschte Position x_d für den Aktuator 126 bestimmt. Die gewünschte Position x_d entspricht üblicherweise einer Endposition des Aktuators 126. Hat der Aktuator 126 die Position x_d erreicht, so ist die mit dem Zahnradpaar 110 assoziierte Gangstufe vollständig eingelegt.
In einem Schritt 240 kann auf der Basis der gewünschten Position x_d und einer aktuellen Position x des Aktuators 126 ein Massenstrom von Fluid bestimmt werden, der in den Arbeitsraum 132 des Aktuators 126 strömen muss, um eine Abweichung der aktuellen Position x von der gewünschten Position x_d möglichst auf null zu bringen oder zu halten.
Der bestimmte Massenstrom kann im Schritt 225 als zweiter Eingangsparameter für das Kennfeld 230 verwendet werden. Beispielhaft sind Bereichsgrenzen für den Massenstrom im vorliegenden Beispiel mit 0 und 0,025 kg/s angenommen. Als Fluid wird bevorzugt Luft verwendet. Auf der Basis der beiden Eingangsparameter kann im Schritt 225 nun eine Betätigung des Steuerventils 136 bestimmt werden. Die Betätigung ist hier in Form eines Modulationsparameters für eine digitale Ansteuerung des Steuerventils 136 mit PFM angegeben. Die Betätigung ist beispielhaft als Frequenz in einem Bereich zwischen 0 und 120 Hz angegeben.
Auf der Basis der bestimmten Betätigung kann das Steuerventil 136 mit einem passenden Steuerstrom angesteuert werden. Dadurch öffnet das Steuerventil 136 in Abhängigkeit der angewandten Frequenz zumindest partiell und erlaubt einen Massenstrom von Fluid aus der Quelle 138 in den Arbeitsraum 132. Im Arbeitsraum 132 baut sich ein pneumatischer Druck auf, der den Kolben 130 mit einer Kraft beaufschlagt, die an die Schaltmuffe 120 weitergegeben wird. Die Kraft kann eine axiale Verschiebung des Kolbens 130 und der Schaltmuffe 120 bewirken.
Die Position x des Kolbens 130 gegenüber dem Zylinder 128 (hierin auch einfacher als Position des Aktuators 126 bezeichnet) kann in einem Schritt 245 mittels des Sensors 134 abgetastet werden. Die bestimmte Position x kann insbesondere in den Schritten 215 oder 235 weiter verarbeitet werden.
3 zeigt ein beispielhaftes Diagramm 300 mit einem Verlauf 305 einer gewünschten Betätigungskraft F2 an einem Aktuator 126 beim Ein- oder Auslegen einer vorbestimmten Gangstufe. In einer horizontalen Richtung ist eine Position x des Aktuators 126 und in einer vertikalen Richtung eine Kraft F2 angetragen. Der dargestellte Verlauf 305 ist als beispielhaft für eine hierin vorgestellte Technik zu betrachten.
Der zur Verfügung stehende Weg für die Bewegung des Aktuators 126 kann in mehrere Abschnitte unterteilt sein, zwischen denen Positionen bestimmt sein können. Eine erste Position P1 kann eingenommen werden, wenn die betrachtete Gangstufe vollständig ausgelegt ist. Der Aktuator 126 befindet sich dabei üblicherweise in einer ersten Endstellung.
Eine zweite Position P2 kann an einer Stelle vorbestimmt sein, an der die Synchronisiereinrichtung 124 beim Einlegen der Gangstufe zu arbeiten beginnt. Ist keine Synchronisiereinrichtung 124 vorgesehen, so kann die zweite Position P2 auch entfallen.
Eine dritte Position P3 kann an einer Stelle vorgesehen sein, an der eine Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen der Schaltmuffe 120 und dem ersten Zahnrad 112 eingenommen werden kann. Die Zahn-auf-Zahn-Stellung (ZaZ) betrifft eine relative rotatorische Ausrichtung der Schaltmuffe 120 bezüglich dem ersten Zahnrad 112. Eine vorliegende Zahn-auf-Zahn-Stellung kann verhindern, dass die Schaltmuffe 120 weiter in Richtung eingelegter Gangstufe bewegt wird; allerdings kann die ZaZ-Stellung durch den Aktuator 126 nicht direkt beeinflusst werden. Das Vorliegen einer ZaZ-Stellung kann beispielsweise bestimmt werden, wenn der Aktuator 126 im Bereich der Position P3 stillsteht und optional eine aufzuwendende Betätigungskraft erreicht ist.
Eine vierte Position P4 entspricht einer vollständig eingelegten Gangstufe und liegt üblicherweise an einer zweiten Endstellung des Aktuators 126.
Jeder Position P1-P4 kann eine vorbestimmte Betätigungskraft P2 zugeordnet sein. Übergänge zwischen den Betätigungskräften können beispielsweise wie dargestellt linear über die Position x interpoliert werden. In einer anderen Ausführungsform kann auch eine andere Übergangsfunktion angegeben werden, mittels derer eine zwischen zwei Positionen P1-P4 gewünschte Betätigungskraft in Abhängigkeit der Position x des Aktuators 126 ausgedrückt sein kann. In noch einer weiteren Ausführungsform kann ein Verlauf der gewünschten Betätigungskraft über einen Teil oder den gesamten zur Verfügung stehenden Weg des Aktuators 126 angegeben sein, etwa als Folge von Werten oder als mathematische Funktion.
Die gewünschten Kräfte können insbesondere beim Einlegen einer Gangstufe eingehalten werden. Beim Auslegen einer Gangstufe kann hingegen auf die Steuerung der Betätigungskraft verzichtet werden, oder die gewünschte Betätigungskraft kann auf einen vorbestimmten Wert gesetzt werden, der die Berücksichtigung effektiv abschaltet. Der Wert kann relativ hoch sein und im Bereich einer mittels des Drucks p1 am Aktuator 126 bewirkbaren Kraft oder darüber liegen.
Die dargestellten Größenverhältnisse der gewünschten Kräfte sind als beispielhaft zu betrachten. An der ersten Position P1 beträgt die hier dargestellte gewünschte Kraft null. An den Positionen P2 und P3 liegt die gewünschte Kraft auf einem mittleren Niveau und kann in beiden Positionen P2 und P3 gleich groß sein. In der vierten Position P4 kann eine höhere gewünschte Kraft vorgegeben sein.
Der dargestellte Verlauf 305 kann eine Vorgabe betreffen, die unter bestimmten Umständen auch angepasst werden kann. Beispielsweise kann bei Vorliegen einer ZaZ-Stellung im Bereich der dritten Position P3 die gewünschte Kraft erhöht oder verringert werden, um eine Auflösung der ZaZ-Stellung zu begünstigen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Aktuator 126 auch um einen vorbestimmten Betrag zurück in Richtung der Position P1 bewegt werden, um das Einspuren des Eingriffselements 122 an der Schaltmuffe 120 erneut zu versuchen.
Bezugszeichenliste

100: System
102: Schaltgetriebe
104: Vorrichtung
106: Teilgetriebe
110: Gangradpaar
112: erstes Zahnrad
114: erste Welle
116: zweites Zahnrad
118: zweite Welle
120: Schaltmuffe
122: Eingriffselement
124: Synchronisierungselement
126: Aktuator
128: Zylinder
130: Kolben
132: Arbeitsraum
134: Sensor
136: Steuerventil
138: Quelle
140: Elektromagnet
142: Steuerventil
144: Druckkessel
146: Verarbeitungseinrichtung
148: Schnittstelle
200: Verfahren
205: Bestimmen Gangstufe
210: Bestimmen Schaltdynamik
215: Bestimmen Betätigungskraft
220: Bestimmen p2/p1
225: Bestimmen Ansteuerung
230: Kennfeld
235: Bestimmen gewünschte Position
240: Steuern Massenstrom
245: Abtasten Position
300: Diagramm
305: Verlauf
P1: erste Position (Gangstufe ausgelegt)
P2: zweite Position (Synchronisierung)
P3: dritte Position (Zahn-auf-Zahn)
P4: vierte Position (Gangstufe eingelegt)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016206582 A1 [0003]

Claims

Verfahren (200) zum Steuern einer Betätigungskraft eines pneumatischen Aktuators (126) mit einem Steuerventil (136) zur Steuerung eines Massenstroms von Fluid aus einer Quelle (138) in den Aktuator (126), wobei das Verfahren (200) folgende Schritte umfasst: Bestimmen (240) des Massenstroms; Bestimmen (220) eines Druckverhältnisses zwischen einem gewünschten Druck des Fluids und einem Druck des Fluids an der Quelle (138); Bestimmen (225) einer Ansteuerung des Steuerventils (136) auf der Basis des Druckverhältnisses und des Massenstroms; und Ansteuern des Steuerventils (136).
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei der Massenstrom in Abhängigkeit einer Abweichung einer Position des Aktuators (126) von einer gewünschten Position gesteuert wird.
Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ansteuerung auf der Basis eines vorbestimmten, dem Steuerventil (136) zugeordneten Kennfelds (230) bestimmt (225) wird.
Verfahren (200) nach Anspruch 3, wobei ein erstes und ein zweites Kennfeld (230) vorgesehen sind, die jeweils eine Ansteuerung auf der Basis des Druckverhältnisses und des Massenstroms bereitstellen, wobei das erste Kennfeld (230) einem unverschlissenen und das zweite einem verschlissenen Steuerventil (136) zugeordnet ist, und die Ansteuerung auf einer Interpolation zwischen den bereitgestellten Ansteuerungen bezüglich eines Verschleißgrads des Steuerventils (136) bestimmt wird.
Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Druck des Fluids an der Quelle (138) auf einen vorbestimmten Wert gesteuert wird.
Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der gewünschte Druck in Abhängigkeit einer gewünschten Kraft bestimmt (215) wird, die der Aktuator (126) bereitstellt.
Verfahren (200) nach Anspruch 6, wobei der Aktuator (126) entlang eines vorbestimmten Wegs wirkt, auf dem der Aktuator (126) eine Position einstellt, wobei die gewünschte Kraft von der Position des Aktuators (126) abhängig ist.
Verfahren (200) nach Anspruch 7, wobei die gewünschte Kraft verändert wird, falls der Aktuator (126) an einer vorbestimmten Position zum Stillstand kommt.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Aktuator (126) zur axialen Betätigung einer Schaltmuffe (120) in einem klauengeschalteten Schaltgetriebe (102) eingerichtet ist und eine erste gewünschten Kraft an einer ersten Position vorbestimmt ist, an der eine Synchronisation des Schaltgetriebes (102) erfolgt, und/oder eine zweite gewünschte Kraft an einer zweiten Position vorbestimmt ist, an der eine Zahn-auf-Zahn-Stellung der Schaltmuffe (120) auftreten kann.
Vorrichtung (104) zur Steuerung einer Betätigungskraft eines pneumatischen Aktuators (126) mit einem Steuerventil (136) zur Steuerung eines Massenstroms von Fluid aus einer Quelle (138) in den Aktuator (126), wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine Abtasteinrichtung zur Bestimmung einer Position des Aktuators (126); eine Ausgabeeinrichtung zur Ansteuerung des Steuerventils (136); eine Verarbeitungseinrichtung (146), die dazu eingerichtet ist: den Massenstrom in Abhängigkeit einer gewünschten Position und einer bestimmten Position des Aktuators (126) zu bestimmen; ein Druckverhältnis zwischen einem gewünschten Druck des Fluids und einem Druck des Fluids an der Quelle (138) zu bestimmen; und eine Ansteuerung des Steuerventils (136) auf der Basis des Druckverhältnisses und des Massenstroms zu bestimmen.
System (100), umfassend die Vorrichtung nach Anspruch 10 und das Steuerventil (136).
Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 10 in einem klauengeschalteten Schaltgetriebe (102) zur axialen Verschiebung einer Schaltmuffe (120).