DE102019219187A1 - Sensorlose Überwachung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die wenigstens ein elektromagnetisches Betätigungsglied (1) und eine Regelungseinheit (17) umfasst, wobei das elektromagnetische Betätigungsglied (1) einen beweglichen Teil (7), einen feststehenden Teil (9) und eine elektrisch leitfähige Spule (11) zum Bewegen des beweglichen Teils (7) in Bezug auf den feststehenden Teil (9) umfasst, und wobei die Regelungseinheit (17) dafür ausgelegt ist, eine an die Spule angelegte Spannung (u) zu regeln und den elektrischen Strom (i) durch die Spule (11) abzutasten, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (17) eine Speichereinheit umfasst und ferner dafür ausgelegt ist, Werte zu speichern, die abgetasteten Messungen des Stroms (i) in der Speichereinheit entsprechen; die Änderung der gespeicherten Werte über die Zeit zu bestimmen; die Änderung der gespeicherten Werte über die Zeit mit einem Schwellwert zu vergleichen, der in der Speichereinheit gespeichert ist; und auf Basis des Vergleichs und auf Basis der angelegten Spannung zu bestimmen, ob sich der bewegliche Teil (7) in Bezug auf den feststehenden Teil (9) bewegt oder in Bezug auf den feststehenden Teil (7) stillsteht.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die ein elektromagnetisches Betätigungsglied umfasst, das dafür ausgelegt ist, die Betriebszuverlässigkeit des Betätigungsgliedes zu überwachen, und ein Verfahren zum Überwachen der Betriebszuverlässigkeit eines elektromagnetischen Betätigungsgliedes.
• Vorrichtungen wie haptische Vorrichtungen zum Steuern von Fahrzeugen umfassen häufig derartige elektromagnetische Betätigungsglieder, oder Schaltsperrmagneten, um bestimmte Bewegungen der Vorrichtung zu unterbinden oder diese in einer bestimmten Position zu sperren. Wenn eine derartige haptische Vorrichtung zum Steuern sicherheitsrelevanter Funktionen des Fahrzeugs eingesetzt wird, beispielsweise etwa zum Wechseln der Fahrstufe oder zum Lenken, ist es vorteilhaft, die Zuverlässigkeit der Bestandteile, die derartige Betätigungsglieder aufweisen, zu überwachen. In manchen Fällen haben solche Betätigungsglieder blockiert, weil ein derartiger beweglicher Teil des Betätigungsgliedes an einer Position stecken geblieben ist. Das Überwachen von beweglichen Teilen kann erfolgen, indem Sensoren implementiert werden, die die Bewegung oder Funktion der Teile überwachen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Überwachen der Zuverlässigkeit eines derartigen Betätigungsgliedes vorzustellen.
• Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Beschreibung und die Figuren definieren vorteilhafte Ausführungsformen einer derartigen Vorrichtung und eines derartigen Verfahrens.
• Die Aufgabe wird daher durch eine Vorrichtung erfüllt, die wenigstens ein elektromagnetisches Betätigungsglied und eine Regelungseinheit umfasst, wobei das elektromagnetische Betätigungsglied einen beweglichen Teil, einen feststehenden Teil und eine elektrisch leitfähige Spule zum Bewegen des beweglichen Teils in Bezug auf den feststehenden Teil umfasst, und wobei die Regelungseinheit dafür ausgelegt ist, eine an die Spule angelegte Spannung zu regeln und den elektrischen Strom durch die Spule abzutasten, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit eine Speichereinheit umfasst und ferner dafür ausgelegt ist, Werte zu speichern, die abgetasteten Messungen des Stroms in der Speichereinheit entsprechen, die Änderung der gespeicherten Werte über die Zeit zu bestimmen, die Änderung der gespeicherten Werte über die Zeit mit einem Schwellwert zu vergleichen, der in der Speichereinheit gespeichert ist, und auf Basis des Vergleichs und auf Basis der angelegten Spannung zu bestimmen, ob sich der bewegliche Teil in Bezug auf den feststehenden Teil bewegt oder in Bezug auf den feststehenden Teil stillsteht.
• Vorteilhafterweise werden keinerlei zusätzliche Sensoren benötigt, um die Funktion des elektromagnetischen Betätigungsgliedes zu überwachen, und die erforderliche Rechenkapazität der Vorrichtung ist im Allgemeinen bereits in einer Regelungseinheit einer solchen Vorrichtung vorhanden. Weiterhin kann der Schwellwert auf einfache Weise experimentell bestimmt werden, indem der bewegliche Teil an der Bewegung gehindert wird und die Veränderung des Stroms über die Zeit untersucht wird.
• Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren erfüllt, das die Schritte des Änderns der an ein elektromagnetisches Betätigungsglied angelegten Spannung, des Setzens eines Schwellwertes, der der Änderung des Spulenstroms in Bezug auf die Zeit entspricht, des Abtastens des Stroms und des Bestimmens der Änderung des Stroms über die Zeit sowie des Vergleichens der Änderung des Stroms über die Zeit mit dem Schwellwert umfasst.
• Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
• 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
• 2 ein schematisches Diagramm eines Betätigungsgliedes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
• 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
• 4 ein Diagramm des Stroms eines Betätigungsgliedes, wenn das Betätigungsglied ordnungsgemäß funktioniert; und
• 5 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung ist eine Drehsteuervorrichtung zum Umschalten eines Fahrzeugs in verschiedene Betriebsarten, die eine Fahrbetriebsart D, eine Parkenbetriebsart P, eine Rückwärtsbetriebsart R und so fort beinhalten. Die Vorrichtung umfasst wenigstens ein elektromagnetisches Betätigungsglied 1 der Implementierung haptischer Antworten der Vorrichtung, wenn die Benutzerschnittstelle 3 bezogen auf das Gehäuse 5 gedreht wird. Das elektromagnetische Betätigungsglied 1 bewegt den beweglichen Teil des Betätigungsgliedes in eine Sperrposition, wenn beispielsweise das Fahrzeug in einer Fahrbetriebsart ist und sich mit einer Geschwindigkeit höher als ein bestimmter Schwellwert fortbewegt, so dass ein Drehen der Benutzerschnittstelle, um die Vorrichtung in eine Parken- oder Rückwärtsbetriebsart umzuschalten, zu Störungen an mechanischen Komponenten des Antriebsstrangs führen könnte.
• 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Betätigungsgliedes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem beweglichen Teil 7 und einem feststehenden Teil 9. In dem feststehenden Teil befindet sich eine leitfähige Spule 11. Wenn Strom durch die Spule 11 geleitet wird, unterliegt der bewegliche Teil einer Kraft und beginnt, wenn er ordnungsgemäß funktioniert, sich in Bezug auf den feststehenden Teil 9 zu bewegen.
• 3. zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei fünf elektromagnetische Betätigungsglieder 1 unterhalb eines rotierenden Teils 13 angeordnet sind, der fest mit der Benutzerschnittstelle 3 verbunden ist. Der rotierende Teil 13 umfasst ein Profil 15 zur Aufnahme des beweglichen Teils 7 der elektromagnetischen Betätigungsglieder 1, wenn diesen ein Strom zugeführt wird. Wenn eine Spannung an das elektromagnetische Betätigungsglied 1 angelegt wird, bewegt sich der Anker oder bewegliche Teil 7 in Richtung des Profils 15 und trifft auf die Oberfläche des Profils 15, wodurch eine Drehbewegung des rotierenden Teils 13 in wenigstens einer Richtung verhindert wird. Da diese Funktion für die Sicherheit der Fahrzeuginsassen von Bedeutung ist, ist es vorteilhaft, die Funktion der elektromagnetischen Betätigungsglieder 1 zu überwachen.
• 4 zeigt ein Diagramm des Stroms eines Betätigungsgliedes, wenn das Betätigungsglied ordnungsgemäß funktioniert. Wie ersichtlich, steigt der Strom anfänglich stark an, wenn jedoch der bewegliche Teil des Betätigungsgliedes 1 seine Bewegung beginnt, verringert sich der Anstieg des Stroms erheblich.
• Die zeitliche Abhängigkeit des Stroms i durch die Spule kann durch die Differenzialgleichung $$\frac{\text{d}i}{\text{d}t}=\frac{u-Ri-u_{\text{emf}}}{\frac{\partial \psi }{\partial i}}$$

  

  angenähert werden, wobei $$u_{\text{emf}}=\frac{\partial \psi }{\partial x}\frac{\text{d}x}{\text{d}t}.$$

  
• Hier steht ψ für den Magnetfluss, der mit der Spule verknüpft ist, u steht für die Spannung über die Spule, R ist der ohmsche Widerstand der Spule, x ist die Position des beweglichen Teils, oder des magnetischen Ankers, und t ist die Zeit, so dass dx/dt die Geschwindigkeit des beweglichen Teils oder Ankers repräsentiert. Uemf steht für die elektromotorische Kraft, die durch die Bewegung des beweglichen Teils im Betätigungsglied erzeugt wird.
• Daher steigt, wenn eine Spannung an das Betätigungsglied angelegt wird, der Strom an und beginnt abzufallen, wenn sich der bewegliche Teil zu bewegen beginnt. Wenn der bewegliche Teil im feststehenden Teil 9 stecken geblieben oder blockiert ist, dann steigt der Spulenstrom weiter über den Pegel an, der bei einem funktionierenden Betätigungsglied zu erwarten ist. Daher kann eine Schwellwertkurve, die die Veränderung des Stroms über die Zeit darstellt, wenn das Betätigungsglied blockiert ist, erstellt werden, und die tatsächlichen Werte, die die Veränderung des Stroms über die Zeit darstellen, können mit diesem Schwellwert verglichen werden. Wenn der Schwellwert überschritten wird, funktioniert das elektromagnetische Betätigungsglied nicht ordnungsgemäß, und eine Überprüfung und Wartung bzw. ein Austausch kann folgen.
• 5 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wobei in einem ersten Schritt 100 die Spannung, die an das Betätigungsglied 1 angelegt wird, erhöht oder verringert wird.
• In einem zweiten Schritt 200 wird ein Schwellwert gesetzt, der der ersten Zeitableitung des Spulenstroms i entspricht, der, wenn die Spannung im ersten Schritt 100 erhöht wurde, unterhalb der zu erwartenden Progression der Veränderung des Stroms bezogen auf die Zeit di/dt gesetzt wird, wenn sich der bewegliche Teil des Betätigungsgliedes nicht bewegt.
• Alternativ kann der Schwellwert oberhalb der zu erwartenden Progression der Veränderung des Stroms bezogen auf die Zeit di/dt gesetzt werden, wenn sich der bewegliche Teil des Betätigungsgliedes nicht bewegt, wenn die Spannung im ersten Schritt 100 verringert wurde.
• In einem dritten Schritt 300 wird der Wert der Veränderung des Stroms über die Zeit di/dt beispielsweise durch Abtastung überwacht und mit dem Schwellwert verglichen. Wenn der Wert den Schwellwert übersteigt (unter dem Wert, der eingestellt wurde, wenn die Spannung erhöht wird, oder unter dem Wert, der als Schwellwert eingestellt wurde, wenn die Spannung verringert wurde), wird davon ausgegangen, dass sich der bewegliche Teil bewegt hat.
• Bezugszeichenliste

1

elektromagnetisches Betätigungsglied

3

Benutzerschnittstelle der Vorrichtung

5

Gehäuse der Vorrichtung

7

beweglicher Teil des elektromagnetischen Betätigungsgliedes

9

feststehender Teil des elektromagnetischen Betätigungsgliedes

11

leitfähige Spule

13

rotierender Teil

15

Profil

17.

Regelungseinheit

Claims (2)

1. Vorrichtung, die wenigstens ein elektromagnetisches Betätigungsglied (1) und eine Regelungseinheit (17) umfasst, wobei das elektromagnetische Betätigungsglied (1) einen beweglichen Teil (7), einen feststehenden Teil (9) und eine elektrisch leitfähige Spule (11) zum Bewegen des beweglichen Teils (7) in Bezug auf den feststehenden Teil (9) umfasst, und wobei die Regelungseinheit (17) dafür ausgelegt ist, eine an die Spule angelegte Spannung (u) zu regeln und den elektrischen Strom (i) durch die Spule (11) abzutasten, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (17) eine Speichereinheit umfasst und ferner dafür ausgelegt ist, Werte zu speichern, die abgetasteten Messungen des Stroms (i) in der Speichereinheit entsprechen; die Änderung der gespeicherten Werte über die Zeit zu bestimmen; die Änderung der gespeicherten Werte über die Zeit mit einem Schwellwert zu vergleichen, der in der Speichereinheit gespeichert ist; und auf Basis des Vergleichs und auf Basis der angelegten Spannung zu bestimmen, ob sich der bewegliche Teil (7) in Bezug auf den feststehenden Teil (9) bewegt oder in Bezug auf den feststehenden Teil (7) stillsteht.
2. Verfahren, das die Schritte des Änderns der an ein elektromagnetisches Betätigungsglied angelegten Spannung, des Setzens eines Schwellwertes, der der Änderung des Spulenstroms in Bezug auf die Zeit entspricht, des Abtastens des Stroms und des Bestimmens der Änderung des Stroms über die Zeit sowie des Vergleichens der Änderung des Stroms über die Zeit mit dem Schwellwert umfasst.

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