DE10218049A1

DE10218049A1 - Verfahren zur Überwachung von Steuerungssystemen, insbesondere für Antriebsstrangkomponenten eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10218049A1
Application number: DE10218049A
Authority: DE
Inventors: Georg Gierer; Christian Popp; Thilo Schmidt; Klaus Steinhauser; Gerald Klein
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-11-13

Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur Überwachung von hydraulischen und/oder pneumatischen und/oder elektrischen Steuerungssystemen insbesondere für Komponenten des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs wird mittels einer parallel zur Steuersoftware ablaufenden Prüfsoftware das zu überwachende Steuerungssystem ganz oder teilweise in Echtzeit modelliert, wobei an der letztmöglichen Stelle des Steuerungssystems die der Stellgliedansteuerung entsprechenden Ausgabeströme oder die Vorgaben für die Ausgabeströme zurückgelesen und von der Prüfsoftware ausgewertet werden und wobei für den Fall eines ermittelten Fehlers im Steuerungssystem Sicherungs- und/oder Ersatzfunktionen eingeleitet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von hydraulischen und/oder pneumatischen und/oder elektrischen Steuerungssystemen insbesondere für Komponenten des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Durch die steigende Komplexität von Automatgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben, automatisierten Handschaltgetrieben, stufenlosen Getrieben und weiterer Komponenten im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs werden immer höhere Ansprüche an das Diagnose- bzw. Überwachungssystem dieser Komponenten gestellt. Dies ist insbesondere bei sogenannten Shift-by-Wire-Systemen der Fall.

Nach dem Stand der Technik wird zur Überwachung der Komponenten nach unterschiedlichen Normen wie z. B. DIN 19250 oder DIN V 0801 vorgegangen. Dies bedeutet einen hohen Aufwand an Prüf- und Überwachungssoftware, da entsprechende Sicherungs- und Ersatzfunktionen implementiert werden müssen.

Besonders wichtig ist die Überwachung bei einer elektronischen Getriebesteuerung. Hierbei werden von der elektronischen Getriebesteuerung in Abhängigkeit von bestimmten Eingangsgrößen verschiedene Fahrstufen (Gänge) ausgewählt und die entsprechenden elektromagnetischen Stellglieder angesteuert. Diese Stellglieder wirken über hydraulische Ventilschieber auf bestimmte Kupplungen und/oder Bremsen ein, wobei eine Kupplungs- und Bremsenkombination die Aktivierung eines bestimmten Ganges zur Folge hat. Beide Komponenten nämlich die hydraulischen Ventilschieber und die elektromagnetischen Stellglieder können in einer sogenannten Mechatronik zusammen untergebracht werden.

Da die Anzahl der Gänge ständig wächst, jedoch der zur Verfügung stehende Bauraum nicht größer, sondern eher kleiner wird, und auch der Kostenfaktor immer eine noch größere Rolle spielt, wird auch im Bereich der Getriebesteuerung ständig versucht, Bauteile einzusparen bzw. den zur Verfügung stehenden Bauraum optimal zu nutzen. Aus diesem Grunde ist vorgeschlagen worden, durch eine Doppelnutzung einzelner hydraulischer Ventilschieber und elektromagnetischer Stellglieder mehrere Kupplungen anzusteuern. Dies hat zur Folge, dass bestimmte Schaltabläufe eingehalten werden müssen, damit die notwendige Stellung der Ventilschieber erreicht werden kann.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mittels lediglich einer Ansteuerung durch bestimmte Aktuatoren (z. B. Magnetventile oder Druckregler) über Selbsthaltungen, das Zuschalten unterschiedlicher Kupplungen und damit Gänge, erzielbar ist. Durch mögliche nicht erkannte Fehler in der Software oder in der Hardware (z. B. Reset, Datenverlust, Programmfehler, Datenfehler etc.) kann der fest definierte, erforderliche Ablauf gestört werden, wodurch eine Ansteuerung für einen bestimmten Gang zu einem falschen Gang führen kann. Dies kann jedoch in sicherheitskritischen Zuständen resultieren.

Heutzutage existieren unterschiedliche Arten von Überwachungen, die anhand von Reaktionen, beispielsweise hinsichtlich der Drehzahlen oder des Momentes entsprechende Sicherungsmaßnahmen einleiten.

Eine weitere Art der Überwachung besteht darin, die Stellglieder von Komponenten des Antriebsstrangs auf ihren elektrischen Fluss bzw. auf die entsprechenden elektrischen bzw. elektromagnetischen Eigenschaften (Strom, Widerstand, Induktion) hin zu prüfen.

Eine weitere Möglichkeit der Überwachung sieht vor, mittels einer Vielzahl angeordneter Sensoren (beispielsweise für Druck, Weg, Durchfluss, Moment etc.), den Zustand des Systems kontinuierlich zu prüfen, um auch hier anhand der Rückmeldungen der Sensoren frühzeitig in einen sicheren Betriebszustand überzugehen.

Diese Maßnahmen erweisen sich als notwendig, um das tatsächlich vorhandene Risiko unter ein Grenzrisiko, das dem vertretbaren Risiko entspricht (nach DIN V 19250/19251), zu drücken, wobei auch in diesem Fall ein erhöhter Aufwand an Soft- und Hardware erforderlich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung von hydraulischen und/oder pneumatischen und/oder elektrischen Steuerungssystemen insbesondere für Komponenten des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Insbesondere soll eine effektive Überwachung mit geringem Aufwand an zusätzlichen Komponenten erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird vorgeschlagen, mittels einer parallel zur Steuersoftware ablaufenden Prüfsoftware das zu überwachende Steuerungssystem ganz- oder teilweise als physikalisches Gesamtsystem nachzubilden, vorzugsweise in Echtzeit, und an der letztmöglichen Stelle des Steuerungssystems die der Stellgliedansteuerung entsprechenden Ausgabeströme oder die Vorgaben für die Ausgabeströme zurückzulesen und von der Prüfsoftware auszuwerten. Hierbei werden für den Fall eines ermittelten Fehlers im Steuerungssystem Sicherungs- und/oder Ersatzfunktionen eingeleitet.

Vorteilhafterweise werden die Teile eines hydraulischen und/oder pneumatischen und/oder elektrischen Steuerungssystems beobachtet, die zu sicherheitskritischen Zuständen führen können; insbesondere wird ein sicherheitskritisches Teilsystem in Echtzeit modelliert.

Wenn beispielsweise in einem Automatgetriebe in einem bestimmten Gang geschaltet werden soll, dann wird gemäß der Erfindung im Rahmen des parallel berechneten Modells festgestellt, ob die entsprechende Ansteuerung auch zu diesem bestimmten Gang führt. Ist dies nicht der Fall, dann wird die Schaltung verboten, bzw. so lange verzögert oder in einen sicheren Zustand übergegangen, bis die Ventilkombination die gewünschte Schaltung zulässt bzw. ermöglicht.

Dadurch ist es außerdem möglich, für den Fall, dass während der Fahrt in einem bestimmten Gang eine Unzulänglichkeit auftritt, anhand des Fehlers das System in einen sicheren Zustand überzuführen, auch wenn der Fehler weiterhin vorliegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische beispielhafte Darstellung einer zur überwachenden hydraulischen Ansteuerung mit Selbsthaltung und
Fig. 2 eine beispielhafte Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Blockschaltbildes für den Fall einer Gangwechselansteuerung in einem Automatgetriebe.
In Fig. 1 wird das Prinzip der Ansteuerung von zwei Kupplungen (oder Bremsen) A und B mittels zweier hydraulischer Drücke p_K und p_EDS schematisch dargestellt. Dabei ist der Druck p_K ein Aktuatordruck, beispielsweise eines Magnetventils, oder auch ein aufschaltbarer Kupplungsdruck. Der Druck p_EDS ist dabei ein Steuerdruck, beispielsweise eines Druckregelventils. Der zugrunde liegende hydraulische Systemdruck ist mit p_SYS bezeichnet.
Die Druckbeaufschlagung der Kupplung A erfolgt über ein Kupplungsventil 3, die Druckbeaufschlagung der Kupplung B über ein Kupplungsventil 4. Beiden Kupplungsventilen 3, 4 ist ein gemeinsames Verteilerventil 1 vorgeschaltet.
Eine Druckbeaufschlagung der Kupplung A erfolgt bei einer Ansteuerung des Kupplungsventils 1 durch den Steuerdruck p_EDS, wobei dann ein durch p_EDS modulierter Systemdruck p_SYS zur Kupplung A geleitet wird. Der Steuerdruck p_EDS wird hierbei stets über entsprechend ausgebildete Steuerkanten und Ventilquerschnitte des Verteilerventils 1 geführt. Das federvorgespannte Verteilerventil 1 muß also in einer bestimmten Ventilstellung stehen, damit das Kupplungsventil 1 der Kupplung A durch den Steuerdruck p_EDS ansteuerbar ist. Diese Ventilstellung ist durch eine Beaufschlagung des Verteilerventils 1 mit dem Aktuatordruck p_K beeinflußbar. In der dargestellten, beispielhaften Ausgestaltung kann die Kupplung A nur bei weggeschaltetem Aktuatordruck p_K mit Druck beaufschlagt werden.
Zusätzlich ist eine Rückfuhrleitung 5 vorgesehen, über die der Kupplungsdruck der Kupplung A in einen Federraum 2 des Verteilerventils 1 zurückgeführt wird. Durch diese Kupplungsdruck-Rückführung ist sichergestellt, daß das Verteilerventil 1 bei geschalteter Kupplung A trotz einer nachfolgenden Ansteuerung des Verteilerventils 1 durch Aktuatordruck p_K weiterhin in seiner Ausgangsstellung bleibt und die Verbindung für den Steuerdruck p_EDS zum Kupplungsventil 1 der Kupplung A nicht unterbrochen wird.
Ein solches Anstehen des Aktuatordrucks p_K an der diesem zugeordneten Steuerfläche des Verteilerventils 1 kann beispielsweise infolge weiterer Steuerungsaufgaben des Hydrauliksystems auftreten, insbesondere bei einer Doppelnutzung von nur einem Druckregelventil für zwei Kupplungen. Beispielsweise kann auch ein Fehlerfall zu einem unerwünschten Anstehen des Aktuatordrucks p_K am Verteilerventil 1 führen.
Sinkt der Kupplungsdruck der Kupplung A unterhalb eines bestimmten Werts ab, kann ein am Verteilerventil 1 anliegender Aktuatordruck p_K das Verteilerventil 1 gegen die Federkraft und den Restdruck der Kupplung A verschieben. Sobald das Verteilerventil dann in der neuen Endlage ist, wird der Steuerdruck p_EDS auf eine Steuerfläche des Kupplungsventils 4 der Kupplung B geleitet, wodurch die Kupplung B mit über p_EDS moduliertem Systemdruck p_SYS versorgt wird.
In Fig. 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Ansteuerung der für Gangwechsel vorgesehenen Aktuatoren eines Automatgetriebes erläutert.
Die Steuersoftware berechnet Daten der Kupplungsansteuerung, wobei anhand dieser Daten eine Ansteuerung der entsprechenden elektromagnetischen Stellglieder erfolgt. Diese Stellglieder (Druckregler, Magnetventile, Drucksteuerventile) wirken über hydraulische Ventilschieber auf unterschiedliche Kupplungen, um in einen bestimmten Gang zu schalten.
Nach der Initialisierung des Systems wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Überwachungsmodell vorteilhafterweise so eingesetzt, dass Schaltungen, die zu einem unsicheren Zustand führen könnten, unzulässig sind. Dies bedeutet, dass bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit ein Schaltvorgang durchgeführt werden kann; z. B. wird geprüft, ob die Ansteuerungskombinationen zu eindeutigen Ventilschieberstellungen führen.
Zu diesem Zweck werden an der letztmöglichen Stelle die der Stellgliedansteuerung entsprechenden Ausgabeströme oder die Vorgaben für die Ausgabeströme zurückgelesen und von der parallel laufenden Prüfsoftware, die das System ganz- oder teilweise modelliert, ausgewertet. Wenn die Auswertung ergibt, dass die Ansteurungskombination nicht zu einer eindeutigen Ventilschieberstellung oder zu einem unerwünschten, falschen Gang führt, dann wird der Vorgang unterbrochen und Sicherungs- und/oder Ersatzfunktionen werden eingeleitet. Zudem kann eine Anzeige des Systemzustandes und/oder der Fehlermeldungen vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in eine Programmablaufkontrolle eingebunden werden, welche den ständigen Aufruf der Prüffunktionen prüft.
Im Rahmen einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, die Überwachung mit zusätzlichen Sensoren zu kombinieren, um das Überwachungsverfahren kontinuierlich oder zeitweise abzugleichen.
Das hier vorgestellte Verfahren kann auch bei anderen hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Steuerungssystemen angewandt werden. Durch den Einsatz des Verfahrens werden die Kosten für die Überwachung optimiert, da keine weiteren Sensoren oder zusätzliche Ansteuerungen in einer Steuerung notwendig sind. Bezugszeichen 1 Verteilerventil
2 Federraum des Verteilerventils
3 Kupplungsventil der Kupplung A
4 Kupplungsventil der Kupplung B
5 Rückfuhrleitung
A Kupplung
B Kupplung
p_EDS Steuerdruck
p_SYS Systemdruck
p_K Kupplungsdruck

Claims

1. Verfahren zur Überwachung von hydraulischen und/oder pneumatischen und/oder elektrischen Steuerungssystemen insbesondere für Komponenten des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer parallel zur Steuersoftware ablaufenden Prüfsoftware das zu überwachende Steuerungssystem ganz- oder teilweise modelliert wird, insbesondere in Echtzeit, und dass an der letztmöglichen Stelle des Steuerungssystems die der Stellgliedansteuerung entsprechenden Ausgabeströme oder die Vorgaben für die Ausgabeströme zurückgelesen und von der Prüfsoftware ausgewertet werden, wobei für den Fall eines ermittelten Fehlers im Steuerungssystem Sicherungs- und/oder Ersatzfunktionen eingeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es in eine Programmablaufkontrolle eingebunden wird, welche den ständigen Aufruf der Prüffunktionen prüft.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elektronischen Getriebesteuerung bei einem Automatgetriebe ausgewertet wird, ob die vom Steuerungssystem berechnete Stellgliedansteuerung zu eindeutigen Ventilschieberstellungen der Kupplungen im Automatgetriebe führt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elektronischen Getriebesteuerung bei einem Automatgetriebe ausgewertet wird, ob die vom Steuerungssystem berechnete Stellgliedansteuerung zu dem gewünschten Gang führt.