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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anlernen zumindest einer Verriegelungsposition eines Sperraktuators relativ zu einem zu sperrenden, elektromotorisch antreibbaren Element eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt, welche jeweils dieses Verfahren abbilden, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt.
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Es sind Parksperren bekannt, bei welchen ein elektrisch aktuierbarer Hebel mit einem sog. Klinkenzahn mit einem Zahnrad eines Antriebsstrangs zusammenwirkt, um den Antriebsstrang zu blockieren bzw. zu verriegeln. Es sei beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2017 102 804 A1 genannt, die eine solche Parksperre mit einem Klinkenmechanismus beschreibt.
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Auch sind Parksperren bekannt, deren Sperrorgan bzw. Sperrelement geradlinig entlang einer Bewegungsbahn verstellbar bzw. verfahrbar ist. Es sei beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2019 110 384 A1 genannt, die eine solche Parksperre mit einem Sperrbolzen beschreibt.
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Ist ein Fahrzeug in einer Schräglage abgestellt, etwa bedingt durch einen Bordstein, auf welchem es bspw. mit nur einem Reifen aufliegend abgestellt ist, so stellt sich in einem verriegelten Zustand einer solchen Parksperre eine Verspannung des Antriebsstranges ein, weil sich das Fahrzeug an der Parksperre abstützt. In einem solchen Zustand des Fahrzeugs bedarf es zur Entriegelung der Parksperre einer gegenüber einer ebenen Abstelllage des Fahrzeugs größeren vom Sperraktuator aufzubringenden Entriegelungskraft.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diesen Entriegelungsvorgang einer solchen Parksperre zu verbessern. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verriegelungsvorgang einer solchen Parksperre zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein gemäß Anspruch 1 vorgeschlagenes und unter Schutz gestelltes Verfahren gelöst.
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Es wird dabei ein Verfahren zum Anlernen zumindest einer Verriegelungsposition eines Sperraktuators - auch Parksperre genannt - relativ zu einem zu sperrenden, elektromotorisch antreibbaren Element eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Verfahren weist dabei folgende Schritte auf:
- • Veranlassen einer Hubbewegung eines Verriegelungselements des Sperraktuators durch eine Steuereinheit, welche mit dem Sperraktuator verbunden ist, insbesondere entlang einer Hubachse, in eine Aussparung des zu sperrenden Elements,
- • Empfangen eines Sensorsignals durch die Steuereinheit, welches eine Verriegelungsposition des Verriegelungselements in der Aussparung anzeigt,
- • Veranlassen einer elektromotorischen Verschwenkung des gesperrten bzw. verriegelten Elements durch die Steuereinheit im Uhrzeigersinn bis zu einem ersten Anschlag des Verriegelungselements gegen das gesperrte Element und bis zum Erreichen eines definierbaren elektromotorischen Abschaltmoments, bei welchem die Verschwenkung unterbrochen wird,
- • Empfangen einer zum ersten Anschlag korrespondierenden ersten elektromotorischen Winkelinformation der Aussparung durch die Steuereinheit,
- • Veranlassen einer elektromotorischen Verschwenkung des gesperrten bzw. verriegelten Elements durch die Steuereinheit gegen den Uhrzeigersinn bis zu einem zweiten Anschlag des Verriegelungselements gegen das gesperrte Element und bis zum Erreichen des definierbaren elektromotorischen Abschaltmoments, bei welchem die Verschwenkung unterbrochen wird,
- • Empfangen einer zum zweiten Anschlag korrespondierenden zweiten elektromotorischen Winkelinformation der Aussparung durch die Steuereinheit und
- • Ermitteln einer zu einer Mittenlage der Aussparung korrespondierenden elektromotorischen Winkelinformation aus der ersten und zweiten elektromotorischen Winkelinformation der Aussparung durch die Steuereinheit.
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Unter einer Verriegelungsposition des Sperraktuators - auch Sperrposition genannt - ist dabei eine von zahlreichen möglichen Positionen des Verriegelungselements zu verstehen, in welcher sich das Verriegelungselement in einem ausgefahrenen bzw. ausgerückten bzw. ausgelenkten Zustand in einer Aussparung eines zu sperrenden Elements befindet, nachdem es in einer Hubbewegung, etwa in einer Axialhubbewegung entlang einer Hubachse, in die Aussparung verfahren worden ist. Diese Vielzahl von Positionen des Verriegelungselements ist durch ein mechanisches Spiel zwischen dem Verriegelungselement und dem zu sperrenden Element in Umfangsrichtung des Sperraktuators bzw. des zu sperrenden Elements bedingt und ferner durch eine dem Sperrmechanismus zwischen dem Verriegelungselement und dem zu sperrenden Element zugrunde liegende Elastizität, durch welche sich infolge einer sich einstellenden Belastung, welche auf den Sperrmechanismus wirkt, eine entsprechende Position des Verriegelungselements relativ zum zu sperrenden Element in einer Anschlagsposition einstellt, in welcher das zu sperrende Element gegen das Verriegelungselement belastungsbedingt angeschlagen ist.
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Bei der zuvor beschriebenen ersten und zweiten Anschlagsposition kann man auch von einer sog. Rastposition des Verriegelungselements sprechen.
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Die Kenntnis der besagten Mittenlage ermöglicht einen kraftoptimierten bzw. verzwängungsfreien Verriegelungs- bzw. Einrückvorgang sowie Entriegelungs- bzw. Ausrückvorgang eines solchen Sperraktuators, bei welchem ein durch den Sperraktuator aufzubringender Kraftaufwand zur Aktuierung des Verriegelungselements minimal bzw. kleinstmöglich ausfällt.
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In Kenntnis dieser Mittenlage kann ein aufgrund der eingangs genannten Schräglage eines abgestellten und verriegelten Fahrzeugs verzwängter bzw. verspannter Antriebsstrang entsprechend elektromotorisch ausgerichtet werden, so dass das Verriegelungselement kraftoptimiert bzw. verzwängungsfrei entriegelt werden kann. Man denke an dieser Stelle z.B. auch an eine Parksituation, ich welcher ein Fahrzeug auf einer Straße mit einer Steigung bzw. einem Gefälle abgestellt wird. Auch in einer solchen Situation stütz sich das Fahrzeugs an der Sperrvorrichtung bzw. Parksperre ab, und zwar aufgrund einer auf das Fahrzeug wirkenden Hangabtriebskraft, welche als solche das Fahrzeug zu bewegen versucht.
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Die Kenntnis dieser Mittenlage ermöglicht es ferner, einen solchen Sperraktuator kleinstmöglich bzw. sehr kompakt bauend ausführen zu können, so dass an Bauraum für den Sperraktuator eingespart werden kann. Damit einhergehend vereinfacht sich auch ein Montageaufwand für einen solchen Sperraktuator.
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Die Kenntnis dieser Mittenlage erlaubt es zudem gröbere Fertigungstoleranzen von Bauteilen des Antriebsstranges zuzulassen, weil derartige Fertigungstoleranzen durch das Anlernverfahren ausgeglichen werden können. Somit ermöglicht die Kenntnis dieser Mittenlage auch eine Kosteneinsparung bei der Fertigung solcher Bauteile.
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Es wird zudem vorgeschlagen, dass die so angelernte Mittenlage der Aussparung dazu verwendet wird, um auf die einzelnen Mittenlagen der übrigen Aussparungen des zu sperrenden Elements zu schließen. Man denke dabei bspw. an die Zahnlücken eines zu sperrenden Zahnrades oder eines zu sperrenden Wellenabschnitts, in welche bzw. in welchen ein entsprechend komplementär ausgebildetes Verriegelungselement eingreift bzw. eingreifen kann.
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Dabei wird vorgeschlagen, dass das Anlernverfahren auf eine Fahrzeugsystemanforderung hin initiiert wird.
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Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Anlernverfahren auch auf einen Fahrerwunsch hin initiiert werden.
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Es wird zudem ein Computerprogramm zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen sowie ein Computerprogrammprodukt, umfassend Programmcode-Mittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen, wenn die Programmcode-Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.
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Des Weiteren wird ein Fahrzeug mit einem Computerprogramm oder einem Computerprogrammprodukt der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen.
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Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug bzw. Kraftfahrzeug zu verstehen, welches elektromotorisch betrieben wird, insbesondere aber Personenkraftwagen und / oder Nutzfahrzeuge in Gestalt von Elektro- oder Hybridfahrzeugen. Dabei kann es sich um teilautonom oder vollautonom betriebene Fahrzeuge handeln.
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Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigt eine einzige Figur schematisch:
- 1 verschiedene Positionen eines Verriegelungselements relativ zu einem gesperrten, elektromotorisch angetriebenen Element.
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1 veranschaulicht dabei - der Einfachheit halber - mittels zweier Fünfecke drei verschiedene Verriegelungszustände I, II, III einer Rotorwelle R einer Elektromotor-Antriebseinheit zum Antrieb eines Fahrzeugs.
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Die Elektromotor-Antriebseinheit umfasst dabei einen Elektromotor, etwa in Gestalt einer permanenterregten oder fremderregten Synchronmaschine, sowie ggf. ein an den Elektromotor angeschlossenes, ggf. schaltbares Reduktions- bzw. Untersetzungsgetriebe, welches ein elektromotorisches Drehmoment entsprechend verstärkt. Eine Sperrvorrichtung ist dabei an einem Gehäuse der Elektromotor-Antriebseinheit angebracht und stützt sich an diesem Gehäuse ab.
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Die Sperrvorrichtung weist dabei ein Verriegelungselement VE sowie einen elektrischen Antrieb zur Aktuierung des Verriegelungselements VE auf, welcher durch ein Gehäuse der Sperrvorrichtung aufgenommen ist.
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In oder an der Rotorwelle R sind dabei Aussparungen A vorgesehen, in welche das entsprechend komplementär ausgebildete Verriegelungselement VE eingreift, um die Rotorwelle R zu sperren bzw. zu verriegeln (vgl. Verriegelungszustände I, II, III).
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In den Verriegelungszuständen II, III werden sowohl statische als auch dynamische Drehmomentlasten des Antriebsstrangs über den veranschaulichten Sperrmechanismus in das Gehäuse der Elektromotor-Antriebseinheit eingeleitet.
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Der erste Verriegelungszustand I veranschaulicht dabei eine sog. Mittenlage des Verriegelungselements VE relativ zur Aussparung A, welche es fahrzeugsystemseitig zu erlernen gilt.
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Zu diesen Zweck wird eine Hubbewegung des Verriegelungselements VE durch eine Steuereinheit bzw. ein Steuergerät veranlasst, etwa durch eine Steuereinheit eines Inverters, welcher als solcher von einer Leistungselektronik des Fahrzeugs umfasst ist. Bei der Hubbewegung kann es sich dabei um eine Axialhubbewegung, d.h. eine Hubbewegung des Verriegelungselements VE entlang einer Hubachse in die Aussparung A handeln.
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Ein diesen Verriegelungsvorgang überwachender Sensor registriert diese Hubbewegung und meldet sie der Steuereinheit. Die Steuereinheit empfängt demnach ein Sensorsignal, welches eine Verriegelungsposition des Verriegelungselements VE in der Aussparung A anzeigt. Damit ist die Rotorwelle R gesperrt bzw. verriegelt.
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Daraufhin wird durch die Steuereinheit eine Verschwenkung der gesperrten bzw. verriegelten Rotorwelle R im Uhrzeigersinn bis zu einem ersten Anschlag gegen das bzw. mit dem Verriegelungselement VE und bis zum Erreichen eines definierbaren elektromotorischen Abschaltmoments veranlasst, bei welchem die Verschwenkung unterbrochen wird (vgl. Verriegelungszustand II). Das besagte Abschaltmoment des Elektromotors korrespondiert dabei zu einer überwachbaren Stromaufnahme des Elektromotors, so dass bei Erreichen eines definierbaren Referenzwertes für die Stromaufnahme der Elektromotor abgeschaltet bzw. die Verschwenkung der Rotorwelle R unterbrochen wird.
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Daraufhin wird durch die Steuereinheit eine zum ersten Anschlag korrespondierende erste elektromotorische Winkelinformation der Aussparung A erfasst und abgespeichert.
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Anschließend wird durch die Steuereinheit eine Verschwenkung der Rotorwelle R gegen den Uhrzeigersinn bis zu einem zweiten Anschlag gegen das bzw. mit dem Verriegelungselement VE und bis zum Erreichen des besagten, definierbaren elektromotorischen Abschaltmoments veranlasst, bei welchem die Verschwenkung erneut unterbrochen wird (vgl. Verriegelungszustand III).
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Daraufhin wird durch die Steuereinheit eine zum zweiten Anschlag korrespondierende zweite elektromotorische Winkelinformation der Aussparung A erfasst und abgespeichert.
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Die erste und zweite Winkelinformation beschreiben dabei zusammen einen sog. Leerweg, welchen die Rotorwelle R in der Umfangsrichtung, in welche sie verschwenkt wird, bis zum Anschlag bzw. bis zu einem der Anschläge gegen das bzw. mit dem Verriegelungselement VE zurücklegen kann.
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Schließlich wird aus der ersten und zweiten Winkelinformation die bereits zuvor erwähnte Mittenlage der Aussparung A ermittelt.
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Mittels eines sog. Rotor(wellen)positionssensors lässt sich eine Position bzw. Lage eines Rotors des Elektromotors und somit eine Position bzw. Lage der besagten Rotorwelle R, auf welcher der Rotor angeordnet ist, relativ zu den drei Phasen bzw. zu den Polen eines Stators des Elektromotors genau bestimmen. Der Rotor-(wellen)positionssensor ermöglicht somit einerseits eine effiziente Kommutierung des Elektromotors und andererseits eine Bestimmung der besagten ersten und zweiten Winkelinformation bezüglich der besagten Anschläge der Rotorwelle R gegen das Verriegelungselement VE.
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Der Rotor(wellen)positionssensor kann dabei in Gestalt eines induktiv wirkenden Signalgebers oder in Gestalt eines Hall-Gebers ausgeführt sein, deren Funktionsweise dem Fachmann hinreichend bekannt ist.
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Die so angelernte bzw. gelernte Mittenlage der Aussparung A kann dazu verwendet werden, um auf die einzelnen Mittenlagen der übrigen Aussparungen der zu sperrenden Rotorwelle R zu schließen. Zusätzlich oder alternativ dazu können auch die Mittenlagen der übrigen Aussparungen der Rotorwelle R analog - bzw. wie vorhergehend beschrieben - angelernt bzw. gelernt werden.
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Diese Mittenlagen werden im Sinne von sog. Idealpositionen - oder auch Stützstellen genannt - in einem Speicher einer Steuereinheit hinterlegt bzw. abgespeichert, um sie mit einer Software bzw. einem Computerprogramm zur Ansteuerung bzw. Verdrehung der Rotorwelle verwenden zu können.
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Das vorgeschlagene Anlernverfahren kann dabei auf eine Fahrzeugsystemanforderung hin oder auch auf einen Fahrerwunsch hin initiiert werden.
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Das im Rahmen dieser Offenbarung beschriebene Anlernverfahren lässt sich mit verschiedenen Verriegelungsmechanismen von Sperraktuatoren kombinieren. Es sei an dieser Stelle beispielsweise auf die deutsche Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen
DE 10 2021 208 322 A1 sowie auf die deutsche Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen
DE 10 2021 213 737 A1 verwiesen, welche jeweils eine Parksperre beschreiben, deren Sperrorgan bzw. Verriegelungselement geradlinig entlang einer Bewegungsbahn verstellbar bzw. verfahrbar ist.
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Die in diesen beiden deutschen Patentanmeldungen beschriebenen Verriegelungsmechanismen lassen sich dabei durch die in der 1 veranschaulichten Fünfecke - zur Vereinfachung - abbilden.
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Die deutsche Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen
DE 10 2021 208 322 A1 beschreibt dabei ein Formschlusselement eines Sperraktuators in Gestalt eines Verriegelungsbolzens, welcher in einer Hubbewegung entlang einer Hubachse in eine Aussparung eines zu verriegelnden, drehbaren Elements eines Antriebsstranges formschlüssig verfahrbar bzw. aktuierbar ist.
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Die deutsche Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen
DE 10 2021 213 737 A1 hingegen beschreibt dabei ein Formschlusselement eines Sperraktuators mit einer umlaufenden Innenverzahnung, wobei das Formschlusselement in einer Axial-Hubbewegung und längs zu einer sperrbaren Welle in einen Wellenabschnitt mit einer entsprechend komplementär ausgebildeten Außenverzahnung verfahrbar bzw. aktuierbar ist.
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Die zuvor beschriebene Steuereinheit bzw. das zuvor beschriebene Steuergerät umfasst dabei eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU), einen Arbeitsspeicher (RAM) sowie ein Speichermittel. Die CPU ist dabei ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien in Gestalt magnetischer, Festkörper- und anderer nicht-flüchtiger Medien besitzen, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie der vorteilhaften Ausgestaltungen gespeichert ist. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahrensaspekte verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen und damit sowohl das Fahrzeug als auch die Parksperre bzw. Sperrvorrichtung steuern kann.
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Zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist ein Computerprogramm, welches Programmcode-Mittel aufweist, um alle Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche bzw. Verfahrensansprüche durchzuführen, wenn das Programm in der CPU ausgeführt wird.
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Das Computerprogramm kann dabei mit einfachen Mitteln in eine bereits bestehende Ansteuerelektronik eingelesen und verwendet werden, um sowohl das Fahrzeug als auch die Parksperre bzw. Sperrvorrichtung zu steuern.
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Hierfür vorgesehen ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der CPU ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann auch als Nachrüstoption in die Ansteuerelektronik integriert werden.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
