DE19853333A1 - Kupplung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen einer
mittels eines Aktors, insbesondere Elektromotors, betätigten automatisierten
Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung
betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahren.
Automatisierte Kupplungen gewinnen in jüngerer Zeit zunehmendes Interesse. In
Verbindung mit Handschaltgetrieben oder automatisierten Schaltgetrieben führen
solche Kupplungen zu erheblichen Verbesserung des Bedienungskomforts.
Zusätzlich wird eine Verbrauchssenkung erreicht, da wegen des geringeren mit
einem Gangwechsel verbundenen Aufwandes häufiger in einem verbrauchs
günstigen Gang gefahren wird. In Verbindung mit automatisierten
Handschaltgetrieben wird mit solchen Kupplungen der Komfort herkömmlicher
Automatikgetriebe erreicht, ohne daß diese Komfortsteigerung mit einer
Verbrauchserhöhung verbunden ist, wie das im allgemeinen bei konventionellen
Automatgetrieben mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern der Fall ist.
Automatisierte Kupplungen haben zwar einen hohen Entwicklungsstand erreicht
und sind außerordentlich zuverlässig. Dennoch kommt einer komfortablen
Überwachung ihrer Funktionssicherheit in Betrieb und bei einer Diagnose im
Kundendienstfall hohe Bedeutung zu.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erkennen von Fehl
funktionen einer mittels eines Aktors betätigten Kupplung, insbesondere im
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, anzugeben, mittels dessen Fehlfunktionen
sicher und ohne großen Zusatzaufwand erkannt werden können. Der Erfindung
liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchführen des
Verfahrens zu schaffen.
Der Anspruch 1 ist auf ein erstes Verfahren gerichtet, mit dem die
Erfindungsaufgabe Aufgabe gelöst wird. Anspruch 2 ist auf ein Verfahren
gerichtet, mit dem die Erfindungsaufgabe ebenso gelöst wird. Dadurch, daß eine
Größe, wie die Pulsweite, und eine geometrische Größe des von dem Elektro
motor bewegten Bauteils zum Erkennen von Fehlfunktionen herangezogen
werden, sind keine zusätzlichen Sensoren erforderlich, sondern lassen sich
Fehlfunktionen durch reine Softwareroutine erkennen, die in einem Steuergerät
zur Steuerung der automatisierten Kupplung abgelegt oder bei einer Diagnose
dem Steuergerät mittels eines Diagnosegerätes von außen eingegeben werden.
Der Anspruch 3 ist auf ein erstes Verfahren gerichtet, mit dem die
Erfindungsaufgabe gelöst wird. Dadurch, daß die Pulsweite und eine
geometrische Größe des von dem Elektromotor bewegten Bauteils zum
Erkennen von Fehlfunktionen herangezogen werden, sind keine zusätzlichen
Sensoren erforderlich, sondern lassen sich Fehlfunktionen durch reine
Softwareroutine erkennen, die in einem Steuergerät zur Steuerung der
automatisierten Kupplung abgelegt oder bei einer Diagnose dem Steuergerät
mittels eines Diagnosegerätes von außen eingegeben werden.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 wird durch die Merkmale
der Ansprüche 4 bis 7 in vorteilhafter Weise weitergebildet.
Mit dem vorbeschriebenen Verfahren können Fehlfunktionen diagnostiziert
werden, wie Überlastung des Elektromotors infolge einer Schwergängigkeit im
Übertragungsweg vom Elektromotor zur Kupplung, ein fehlerhafter
Kupplungsanschlag, eine gebrochene Kompensationsfeder usw.
Der Anspruch 8 kennzeichnet ein zweites Verfahren zur Lösung der
Erfindungsaufgabe. Mit diesem Verfahren läßt sich beispielsweise ein
fehlerhafter Anschlag erkennen, der auf unterschiedliche Ursachen
zurückzuführen sein kann.
Der Anspruch 9 kennzeichnet ein dritte Durchführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem beispielsweise eine Sollwertvorgabe
selbsttätig adaptiert werden kann.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 10 wird die Genauigkeit und Flexibilität der
erfindungsgemäßen Verfahren verbessert.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn als ermitteltes Steuersignal ein von einer
Steuereinheit bestimmtes und/oder vorgegebenes Soll-Steuersignal ist.
Der Anspruch 112 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung
zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren. Dabei werden die
Verfahren in die Vorrichtung durch Programmieren der bei Mikroprozessoren
bekannten Programmspeicher implementiert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen
beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 ein Schema einer mittels eines Aktors betätigten Kupplung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Steuerung des Aktors der Fig. 1,
Fig. 3 einen im Aktor der Fig. 1 enthaltenen Wegsensor,
Fig. 3a eine Darstellung eines Aktors mit Wegsensor,
Fig. 4 eine Schaltung zur Ansteuerung eines im Aktor der Fig. 1
enthaltenen Elektromotors, und
Fig. 5 Kennlinien eines im Aktor der Fig. 1 enthaltenen Elektromotors.
Fig. 6 ein Diagramm,
Fig. 7 ein Diagramm und
Fig. 8 ein Blockschaltbild.
Gemäß Fig. 1 enthält ein insgesamt mit 18 bezeichneter Aktor, wie
Betätigungseinheit, einen Elektromotor 20, der über ein Schneckengetriebe 22
einen Kurbeltrieb 24 antreibt, aus dem eine linear geführte Kurbelstange 26
herausragt, die mit einer Kolbenstange 28 verbunden ist, welche zum Kolben 30
eines Geberzylinders 32 gehört. Zur Temperaturüberwachung des Elektromotors
20 ist ein Temperatursensor 33 vorgesehen.
Die Temperatur des Elektromotors kann in einem anderen Ausführungsbeispiel
auch statt mit dem Sensor 33, durch die Steuereinheit der automatisiert
betätigbaren Kupplung mittels eines implementierten mathematischen Modells
ermittelt oder berechnet werden, wobei als Eingangsgrößen beispielsweise
einzelne Größen der folgenden Größen verwendbar sind um die Temperatur des
Aktors oder Elektromotors zu berechnen: die elektrischen Ströme, Spannungen
und Leistungen, sowie die thermischen Ströme, Zu- und Abflüsse und
Wärmekapazitäten, sowie Drehzahlen und Drehmomente. Mittels eines Modells,
welches einen thermischem Zufluß, eine Speicherung von Energie und einen
Abfluß von Energie berücksichtigt, kann jederzeit die Temperatur des Aktors oder
Elektromotors anhand eines Modells berechnet werden.
Die Drehstellung und/oder die Drehzahl des Elektromotors 20 und damit die
Stellung/Geschwindigkeit des Kolbens 30 wird mittels zumindest eines Sensors
34 erfaßt, der beispielsweise als Inkrementalsensor ausgebildet ist und bei einer
Drehung der mit der Antriebswelle des Elektromotors 20 verbundenen Schnecke
um jeweils einen vorbestimmten Winkelbetrag einen Impuls abgibt. Der Sensor
kann auch als analoger Sensor, wie beispielsweise Hall-Effektsensor,
Potentiometer, Induktionssensor, Tauchspulensensor oder dergleichen
ausgebildet sein, der bei einer Verschiebung des Kolbens ein analoges
Positionssignal liefert. Ebenso kann dem analogen Sensor ein Analog-Digital-
Wandler und/oder ein Mikroprozessor (ASIC) nachgeordnet sein, wobei diese
auch als Baueinheit ausgebildet sein können. Der Sensor kann somit auch als
Absolutwegsensor ausgebildet sein.
Der Geberzylinder 32 ist über eine Leitung 35 mit einem Nehmerzylinder 36
verbunden, in dem ein Kolben 38 arbeitet, dessen Kolbenstange 40 das
Betätigungsglied 42 einer Kupplung 44 betätigt. Die Kupplung 44 befindet sich im
nicht dargestellten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen dem
Antriebsmotor und dem Schaltgetriebe, wobei das Schaltgetriebe von Hand
geschaltet sein kann oder ebenfalls automatisiert sein kann. Die Kupplung kann
eine gezogene Kupplung oder in einem anderen Ausführungsbeispiel vorteilhaft
eine gedrückte Kupplung sein. Die Kupplung kann ebenso eine Kupplung mit
Verschleißausgleich oder Verschleißnachstellung und Ausrückkraftreduzierung
sein. Diese Kupplungen stellen den Arbeitspunkt im Laufe der Lebensdauer
nach, so daß der sich bildende Verschleiß nachgestellt wird und somit die
benötigten Kräfte bei der Betätigung der Kupplung über die Lebensdauer der
Kupplung im wesentlichen gleich sind oder sich nur geringfügig ändern.
In den Kolben 30 ist ein Rückschlagventil 46 integriert. Die Wand des
Geberzylinders 32 weist eine Schnüffelbohrung 47 auf, die mit einem
Vorratsbehälter 48 für Hydraulikfluid verbunden ist. Zur Entlastung und/oder
Unterstützung des Elektromotors 20 von Betätigungskräften der Kupplung 44,
wie der Kupplungsrückstellfeder, ist im Aktor 18 eine Entlastungs- bzw. Kom
pensationsfeder 49 vorgesehen.
Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild die Ansteuerung des Elektromotors 20. Der
Elektromotor 20 ist über eine Endstufe 50 mit einem Steuergerät 52 verbunden,
das einen Mikroprozessor 54 mit integriertem Arbeitsspeicher sowie einen
Programmspeicher 56 und Eingabe/Ausgabe-Interfaces 58 aufweist. Das
Steuergerät weist mehrere Eingänge 60 auf, an die die Sensoren 33 und 34
sowie weitere Sensoren angeschlossen sind.
Ein Teil der Elektronik des Steuergerätes kann als Lagerregler ausgebildet sein,
welcher die vorgegebene Position der Kupplungsbetätigung einregelt. Dieser
Lagerregler kann in einem anderen Ausführungsbeispiel in dem Steuerprogramm
zur Steuerung der Kupplungsbetätigung implementiert sein.
Zur Regelung oder Steuerung der Position des Ausgangselementes des Aktors,
wie des Geberzylinderkolbens ist innerhalb des Steuergeräts 52 ein Lageregler
implementiert. Dieser Lageregler ist als Hardware oder vorzugsweise als
Software realisiert und steuert oder regelt die Einrückposition der Kupplung.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Sensors 34. Mit der Antriebswelle 62 des
Elektromotors 20 ist ein Polrad 64 drehfest verbunden, das längs seines
Außenumfangs abwechselnd gepolte Magnetpole aufweist. Diese Magnetpole
bewegen sich an einem Spulenelement 66 vorbei, das an seinen Anschlüssen 68
jedes Mal einen Spannungsimpuls liefert, wenn sich ein Pol an ihm vorbeibewegt.
Fig. 3a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Positionssensors 214,
welcher innerhalb des Aktors 213 angeordnet ist. Der Aktor besteht im
wesentlichen aus dem Antriebsmotor, wie Elektromotor 212, dem
Schneckenzahnrad 222, der Schubkurbel 224, dem Geberzylinderkolben 225
und dem Geberzylinder 211. Der Elektromotor 212 treibt eine nicht dargestellte
Schnecke an, welche das Schneckenzahnrad 222 kämmt und antreibt. An dem
Schneckenzahnrad 222 ist die Kurbelstange 224 an einem Zapfen angelenkt.
Durch die Drehung des Schneckenzahnrades 222 wird die Kurbelstange axial
verlagert und bewegt somit den Geberzylinderkolben. Weiterhin ist ein
Kraftspeicher 226, wie Feder, innerhalb des Geberzylinders angeordnet, zur
Unterstützung des Elektromotors 212. Der Geberzylinder verfügt weiterhin über
eine Verbindung 250, mit Öffnung 251, zu einem Fluidreservoir. Der Sensor 214
weist ein bewegbares Element 214a auf, welches über einen Zapfen mit den
Zahnrad 222 verbunden ist, so daß das Element 214a bei einer Bewegung des
Zahnrades axial verlagert wird. Dadurch wird ein Element in einer Tauchspule
214b verlagert und es wird ein Signal generiert, das der Stellung des Elementes
214a entspricht.
Fig. 4 zeigt schematisch die Schaltung einer Endstufe 50 zum Ansteuern des
Elektromotors 20. Vier Transistoren 70, 72, 74 und 76 sind in einer
Brückenschaltung derart mit dem Elektromotor 20 verbunden, daß der
Elektromotor 20 je nach Schaltzustand der vom Steuergerät 52 angesteuerten
Transistoren in der einen oder der anderen Richtung an der Spannungsquelle 78
liegt oder der Elektromotor von der Spannungsquelle getrennt ist. Somit kann
vom Steuergerät 52 her sowohl die Drehrichtung als auch, durch Pulsweitenmo
dulation der dem Elektromotor 20 zugeführten Spannungsimpulse, die
Spannungsversorgung des Elektromotors 20 gesteuert werden. Mittels eines
Strommeßwiderstandes 80 kann der Strom und dessen Durchflußrichtung durch
den Elektromotor 20 gemessen werden.
Der Aufbau der beschriebenen Bauteile sowie deren Zusammenwirken ist
bekannt und wird daher nicht näher erläutert.
Für die Betriebssicherheit einer automatisierten Kupplung der beschriebenen
Bauart ist es erforderlich, unterschiedlichste Störungen an Bord eines Fahrzeugs
oder bei einer Diagnose in einer Kundendienstwerkstatt auf einfacher Weise
sicher erkennen zu können.
Die gleichzeitige Auswertung des den Elektromotor 20 ansteuernden PWM-
Signals und der mit Hilfe des Sensors 34 erfolgenden Wegmessung läßt
Rückschlüsse auf das vom Elektromotor 20 abgegebene Moment zu und stellt
deshalb eine Möglichkeit zur Überlasterkennung dar. Weiter läßt sich durch diese
Signalauswertung der Kupplungsanschlag erkennen, wobei die Steuerung ggf.
vor einer Abschaltung des Elektromotors 20 infolge Überlastung reagieren kann.
Der als Gleichstrommotor ausgebildete Elektromotor 20 hat üblicherweise eine
mit der Drehzahl linear abfallende Momentenkennlinie, wie in Fig. 5 durch die
durchgehend eingezeichnete Gerade dargestellt, die die maximale Leistung (100%
PWM) des Elektromotors bei einer Temperatur T1 darstellt. Wird die Pulsweite
reduziert, wie beispielsweise auf die Hälfte halbiert (50% PWM), so verschiebt
sich die durchgehend eingezeichnete Gerade im wesentlichen im gleichen
Verhältnis zu der gestrichelt eingezeichneten Geraden parallel hin zu geringeren
Leistungen, da die Reduzierung der Pulsweite auch im wesentlichen eine
Reduzierung der effektiven Spannung bedeutet.
Der Zusammenhang zwischen dem PWM-Signal und der effektiven Spannung
Ueff ist in erster Näherung im wesentlichen linear.
Bei einer Temperaturänderung ändert sich die Neigung der Geraden, wie durch
die strichpunktierte Gerade dargestellt, die die Abhängigkeit der Drehzahl n vom
abgegebenen Moment M bei 100% Pulsweite und einer Temperatur T2 zeigt, die
höher ist als die Temperatur T1.
Die Drehzahl n kann unmittelbar aus dem Signal des Sensors 34 hergeleitet
werden. Die Pulsweite des PWM-Signals kann im Steuergerät 52 ermittelt
werden. Die Temperatur des Elektromotors 20 wird mittels des Sensors 33
erfaßt. Ist ein Sensor 33 nicht vorhanden, kann die Temperatur des
Elektromotors mittels eines mathematischen Modells errechnet werden, das
innerhalb des Steuergeräts implementiert ist. Die Temperatur liegt somit
innerhalb des Steuergeräts als Datensatz vor.
Die Fig. 6 zeigt ein Diagramm, in welchem der Strom I des Elektromotors über
dem Drehmoment M aufgetragen ist. Die Kurve 101 und die Kurve 102 stellen
Stromkurven als Funktion des Drehmomentes dar, die bei verschiedenen
Temperaturen T1 und T2 aufgenommen sind. Die Kurve 101 ist bei einer höheren
Temperatur T2 aufgenommen als die Kurve 102 bei der Temperatur T1. Die
Kurven Strom als Funktion des Drehmomentes ändern sich somit als Funktion
der Temperatur.
Die Fig. 7 zeigt ein Diagramm, in welchem das Lastmoment Mlast des
Elektromotors oder des Antriebs der automatisiert betätigbaren Kupplung als
Funktion des Betätigungsweges dargestellt ist. Der Betätigungsweg ist dabei als
Ankerwinkel ϕAnker dargestellt, wobei auch der Betätigungsweg in Millimetern
dargestellt sein könnte. Der Ankerwinkel ist nur eine Darstellungsvariante, wobei
zwischen dem Winkel und dem Weg ein Umrechnungsfaktor liegt. Die Kurve 110
zeigt den Verlauf für einen Aktor ohne Kompensation und die Kurve 111 zeigt
einen Verlauf mit Kompensation. Die Kompensation erfolgt in dem
Ausführungsbeispiel durch einen Kraftspeicher, der derart angeordnet ist, um
den Elektromotor zumindest in einem Teilbereich des Betätigungsweges zu
unterstützen. Durch die Wirkung der Kompensationsfeder wird die Kennlinie des
Verlaufes 111 in Richtung der y-Achse verschoben und es erfolgt eine Verteilung
der Last MLast des Motors, so daß dieser in einem Teilbereich zieht und in einem
anderen Teilbereich drückt, wobei das Drehmomentniveau jedoch insgesamt
reduziert ist.
Die Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild 300, in welchem die Blöcke der
Kupplungssteuerung 301, des Lagereglers 302, des Speichers 303, der
Fehlererkennung 304 und des Elektromotors 305 dargestellt sind. Die Blöcke 301
bis 304 können innerhalb des Steuergerätes implementiert sein oder als
Einzelgruppen implementiert sein. Die Steuerung 301, der Lagerregler 302,
sowie die Fehlererkennung 304 können jeweils als Hardware oder Software
innerhalb des Steuergerätes realisiert sein. Die Speicherung erfolgt in einem
E2PROM. Der Elektromotor 305 betätigt beispielsweise über ein nicht
dargestelltes nachgeschaltetes Getriebe die Kupplung automatisiert.
Die Kupplungssteuerung 301 erhält eine Reihe von Eingangssignalen 306, wie
von Sensoren oder anderen Elektronikeinheiten, wie beispielsweise von der
Motorsteuerung, einer ABS-Steuereinheit und/oder anderen Einheiten. Die
Kupplungssteuerung 301 berechnet anhand dieser Daten die Kupplungs-
Sollposition KSOLLPOS (307), die über den Ausgang an den Lagerregler 302 und
an die Fehlererkennung 303 weitergegeben wird. Der Lageregler 302 ist als PID-
Regler oder als anderer Regler aufgebaut. Der Lageregler steuert oder regelt
anhand der Kupplungs-Sollposition KSOLLPOS und der Kupplungs-Istposition
KISTPOS, die er über einen Sensor erhält, die Kupplungsposition oder das von der
Kupplung übertragbare Drehmoment ein. Durch die Regelabweichung zwischen
Sollposition und Istposition wird die aktuelle Position auf die vorgebbare Position
geregelt.
Als Eingangssignale liegt beispielsweise zumindest einer der folgenden Signale
vor: Motordrehzahl, Getriebedrehzahl, Gaspedalstellung, Drosselklappenstellung,
Ganghebelstellung, Getriebegangposition, Motormoment, übertragbares
Kupplungsmoment, Kupplungseinrückposition, etc.
Die Kupplungs-Istposition KISTPOS wird durch einen Sensor ermittelt, der sie
aktuelle Kupplungseinrückposition Kist ermittelt. Dieser Sensor ist in der Fig. 8 in
dem Block des Motors integriert, so daß der Wert KISTPOS (309) am Ausgang des
Motorblockes 305 anliegt und an den Lageregler und die Fehlererkennung 303
weitergegeben wird.
Der Lageregler 302 erhält das Sollsignal und das Ist-Signal und bildet damit ein
Steuersignal 308, mittels diesem der Motor angesteuert wird, um die Betätigung
nach dem Sollwert durchzuführen. Der Motor betätigt die Kupplung, was durch
den Pfeil 309 angedeutet ist. Der Lagerregler gibt beispielsweise ein PWM-Signal
zur Steuerung des Motors aus. Weiterhin kann der Lageregler eine Richtung der
Betätigung ausgeben, damit die richtige Betätigungsrichtung gesteuert wird.
Das Steuersignal 308 wird ebenfalls über das Signal 308a an die
Fehlererkennung 303 weiter geleitet. Die Fehlererkennung vergleicht
beispielsweise Sollwert mit Istwert und ermittelt einen Fahler. Das Fehlersignal
310 wird sowohl an die Steuereinheit als auch an den Fehlerspeicher 304
weitergeleitet und dort nicht flüchtig gespeichert. Die Kupplungssteuerung kann
anhand des Vorliegens des Fehlersignales eine Notlaufstrategie ansteuern. Das
Speichern in einen nichtflüchtigen Speicher hat den Vorteil, daß bei einem
späteren Auslesen des Fehlerspeichers erkannt werden kann, welcher Fehler
beispielsweise wann (falls der Zeitpunkt des Vorliegens des Fehlers mit
abgespeichert wird) aufgetreten ist.
Als Beispiel sei erwähnt, daß trotz Bestromung des Aktors bei Erreichen eines
festen Anschlages Sollwert und Istwert nicht übereinstimmen, da aufgrund des
Anschlages der Istwert unverändert ist und eine Differenz zum Sollwert aufrecht
erhält.
Im folgenden werden Beispiele von Fehlfunktionen erläutert, die in einfacher
Weise mittels Auswertung der genannten Meßsignale und Vergleich der Signale
mit Sollwerten anhand von im Programmspeicher 56 abgelegten Algorithmen
ermittelt werden können:
Bei den vorgenannten Fehlern muß der Elektromotor 20 eine große Kraft
aufbringen, um die geforderte Verschiebung des Kolbens 30 zu erreichen. Die
Pulsweite des PWM-Signals wird dadurch sehr groß, ohne daß der Elektromotor
20 auf seine übliche Drehzahl kommt. Die Auslegung des Aktors 18 ist derart,
daß er normalerweise etwa die dreifache Kraft, als zur Kupplungsbetätigung
erforderlich, entwickelt. Wenn die Pulsweite permanent einen Schwellwert von
beispielsweise 66% überschreitet und die Drehzahl des Elektromotors 20 dabei
permanent unter einem Schwellwert von beispielsweise 33% der möglichen Ge
schwindigkeit liegt, deutet dies auf eine erheblich über dem Normalfall liegende
Belastung, die als Fehleranzeige gewertet wird, welche von einer mit dem
Steuergerät 52 verbundenen Anzeigeeinheit, die in der Schalttafel des Fahrzeugs
sein kann, oder in einem an das Steuergerät 52 anschließbaren, nicht
dargestellten Diagnosegerät enthalten sein kann, angezeigt.
Neben einem Erreichen eines Schwellenwertes kann auch eine Abweichung
einer Größe von einem zuvor abgespeicherten Referenzverlauf detektiert werden
und als signifikante Abweichungen gespeichert werden.
Es versteht sich, daß sehr tiefe Außentemperaturen wegen der hohen Viskosität
des Hydraulikfluids zu erhöhten Stellkräften führen können, so daß dieser Fall für
die Diagnose vorteilhafter Weise ausgeschlossen wird.
Folgefehler der oben genannten Fehlfunktionen sind beispielsweise eine zu hohe
Stellertemperatur, Fehler in der Zuordnung der Stellung des Kolbens 30 zur Stel
lung des Betätigungsgliedes 42 (infolge von Undichtigkeiten) sowie eine
Abschaltung des Elektromotors 20 aufgrund von Überlastung.
Auch in diesem Fall wird der Elektromotor 20 im Betrieb überdurchschnittlich
stark belastet. Der Fehler kann im Fall einer Werkstattdiagnose dadurch ermittelt
werden, daß bei abgeklemmter Kolbenstange 28 beim Zurückfahren der
Schubstange 26 gegen die Kraft der Kompensationsfeder 45 sich ein über einem
Sollwert liegendes PWM-Signal ergibt. Auch diese Fehlfunktion kann im
Normalbetrieb zu einer erhöhten Temperatur des Elektromotors 20 und somit zu
einer Warnanzeige oder sogar zu einer automatischen Abschaltung des
Elektromotors 20 führen.
Wenn die Kupplung zu früh, d. h. bei zu kleiner Verschiebung des Kolbens 30
nach rechts gegen ihren voll geöffneten Anschlag fährt, so deutet dies ebenfalls
auf eine Fehlfunktion hin, beispielsweise dadurch, daß sich das
Hydraulikvolumen zwischen den Kolben 30 und 38 durch Nachsaugen oder zu
hohe Temperatur oder aber aufgrund einer zu langen Schnüffelpause vergrößert
hat. Die Pulsweite des PWM-Signals kann in diesem Fall vor Erreichen einer
Sollstellung (durch Auswerten des Signals des Sensors 34 ermittelt) unge
wöhnlich stark zunehmen, was im Steuergerät 52 erkannt wird und zu einer
entsprechenden Anzeige führt.
Zusätzlich kann als Indikator für das Erreichen des Anschlags gewertet werden,
daß die Kupplung 44 bei am Anschlag anstehenden Tellerfederzungen kein oder
nur sehr wenig Moment überträgt. Der Fall Kupplungsanschlag und schlecht
trennende Kupplung kann bei sehr starkem Energieeintrag in die Kupplung und
infolgedessen in Anschlagrichtung wandernden Tellerfederzungen auftreten.
Eine andere Möglichkeit, einen fehlerhaften Kupplungsanschlag zu
diagnostizieren, ist folgende:
Wenn eine Sollkupplungsposition (beispielsweise durch eine Vorgabe eines Sollweges am Sensor oder der Impulszahl des Sensors 34) nicht erreicht werden kann und die Kupplung vorher gegen einen Anschlag fährt, wird bei hoher Puls )weite und bei einem Stillstand oder einer langsame Bewegung, die mittels eines Sensors 34 ermittelt wird, nach einer vorbestimmten Zeitdauer ein Warnsignal erzeugt, um Maßnahmen durch die Steuerung ergreifen zu können. Nach Ablauf einer weiteren vorbestimmten Zeitdauer wird der Elektromotor 20 zum Schutz vor Überlastung abgeschaltet.
Wenn eine Sollkupplungsposition (beispielsweise durch eine Vorgabe eines Sollweges am Sensor oder der Impulszahl des Sensors 34) nicht erreicht werden kann und die Kupplung vorher gegen einen Anschlag fährt, wird bei hoher Puls )weite und bei einem Stillstand oder einer langsame Bewegung, die mittels eines Sensors 34 ermittelt wird, nach einer vorbestimmten Zeitdauer ein Warnsignal erzeugt, um Maßnahmen durch die Steuerung ergreifen zu können. Nach Ablauf einer weiteren vorbestimmten Zeitdauer wird der Elektromotor 20 zum Schutz vor Überlastung abgeschaltet.
Bei bestimmten Kupplungskonstruktionen, insbesondere selbstnachstellenden
Kupplungen, verschiebt sich die Anschlagposition entsprechend dem
Belagverschleiß. Wenn der Sollwert der Anschlagposition nicht entsprechend
korrigiert wird, führt dies zu einer Fehlfunktion, da der Sollanschlag nicht
angefahren werden kann, sondern die Kupplung vorher auf Anschlag fährt.
Dieser Anschlag wird dadurch erkannt, daß der Elektromotor 20 trotz großer
Pulsweite des PWM-Signals nicht mehr dreht. Hält dieser Zustand über eine
vorbestimmte Zeitdauer an, so kann ein Warnungsbit gesetzt werden (Aktor kann
den Sollweg nicht einregeln). Zusätzlich oder anstelle des Warnungsbits kann die
Sollwertvorgabe für den Anschlag bzw. die voll geöffnete Kupplungsstellung auf
die aktuelle Systemstellung gesetzt werden. Dies wirkt einer Abschaltung des
Elektromotors 20 wegen Überlastung entgegen, da durch Aktualisierung bzw.
Adaption des Sollwertes der Istwert den Sollwert erreicht, was zur Abschaltung
des Elektromotors 20 wegen Erreichen der Sollstellung führt.
Bei Wartungsarbeiten kann die Sollstellungsadaption in ein Testgerät oder
Diagnosegerät eingelesen werden und steht zur Überprüfen der Kupplung zur
Verfügung. Dabei kann somit eine Anschlagerkennung in einem Testmodus
durchgeführt werden. Der Testmodus kann durch eine spezielle Schaltung des
Steuergerätes aktiviert werden und dient nicht der normalen Steuerung des
automatisierten Kupplung im Fahrbetrieb des Fahrzeuges.
Für Diagnosezwecke kann im Steuergerät 22 mit Hilfe eines Testgerätes ein Pro
grammteil aktiviert werden, der den Sollweg des Kolbens 30 des Geberzylinders
32 von der Position "Kupplung offen" aus weiter verfährt (die Kupplung noch
weiter öffnet). Sobald die Überlastwarnung kommt, wird von diesem
Programmteil der erreichte Ist-Weg gespeichert und der Sollweg
zurückgenommen, so daß keine Überlastungsgefahr mehr besteht. Der so
ermittelte Ist-Weg oder eine daraus abgeleitete Größe (z. B. das Ergebnis eines
Vergleichs mit einer Schwelle oder einer Anweisung zum Kupplungstausch) wird
von dem Programmteil an das Test- oder Diagnosegerät ausgegeben.
Diese Fehlfunktion ist durch eine ungewöhnlich hohe Belastung des
Elektromotors 20 beim Öffnen der Kupplung (Bewegen des Kolbens 30 nach
rechts) oder durch eine ungewöhnlich geringe Belastung des Elektromotors 20
beim Zurückfahren in den geschlossenen Zustand der Kupplung erkennbar. Ein
Folgefehler ist auch hier, daß die Temperatur des Elektromotors 20 im Betrieb zu
groß werden kann, was zu einer automatischen Abschaltung des Elektromotors
20 führen kann.
Die genannten Fehlfunktionen können durch entsprechende, im
Programmspeicher 56 des Steuergerätes 52 abgelegte Programme bzw.
Algorithmen an Bord ermittelt werden oder im Rahmen einer Werkstattdiagnose
mittels eines an das Steuergerät 52 angeschlossenen Diagnosegerätes.
Durch eine Mittelwertbildung von Signalen des Stroms kann prinzipiell ein
kontinuierliches Kraftsignal abgeleitet werden. Der Mittelwert des Stroms kann
entweder im Steuergerät gemessen werden oder aus dem Pulsweitenverhältnis
der Bestromungsschaltung, der aktuellen Spannung der Batterie 78 und dem
Widerstand R des Elektromotors 20, der eine bekannte Funktion von dessen
Temperatur ist, abgeleitet oder berechnet werden. Mit dem kontinuierlichen
Signal kann der Kupplungsanschlag und die Weg-Kraft-Kennlinie der Kupplung
vermessen werden und mit einer Sollweg-Kraftkennlinie verglichen werden. Die
Diagnosemöglichkeiten erweitern sich dadurch auf folgende beispielhafte
Situation oder Abweichungen der Soll- von der Ist-Kennlinie:
- - Anschlag bei Hub: Kupplung verschlissen oder defekt
- - Anschlag unter Hub: Hydraulikstrecke blockiert
- - zu wenig Druck: Strecke mit Luft, d. h. Kupplung öffnet nicht
- - kein Druck: Bauteilbruch, Strecke mit Leck, keine/defekte Kupplung
- - viel Druck: falsche Kupplung, keine Selbstnachstellung.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von pulsweitenmodulierten
Elektromotoren im Aktor beschränkt. Sie ist, wo es nicht unmittelbar auf die
Messung der Pulsweite ankommt, auch für andere Arten der Ansteuerung von
Elektromotoren oder hydraulischer Aktoren verwendbar.
Bei einem Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen einer mittels einer
Elektromotors betätigten Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs, wobei der Elektromotor mittels eines PWM-Signals gesteuert
wird, wird die Pulsweite des PWM-Signals gemessen und die Stellung und/oder
die Geschwindigkeit eines vom Elektromotor betätigten Bauteils bestimmt. Die
gemessene Pulsweite und/oder die Stellung und/oder Geschwindigkeit des
Bauteils wird mit Sollwerten verglichen. Bei einer vorbestimmte Werte über
steigende Abweichung zwischen den Sollwerten und den Meßwerten wird ein
Fehlersignal erzeugt. Bei einem weiteren Verfahren wird die Zeitdauer
gemessen, die ein Aktor zur Betätigung der Kupplung zum Bewegen eines
Bauteils in eine Sollposition benötigt und es wird ein Fehlersignal erzeugt, wenn
diese Zeitdauer einen vorbestimmten Wert übersteigt. Bei einem weiteren
Verfahren wird die Position des bewegten Bauteils laufend erfaßt und eine von
der Sollposition abweichende Endposition als neue Sollposition festgelegt, wenn
die Endposition länger als eine vorbestimmte Zeitdauer beibehalten wird.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor
schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die
Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung
und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere
Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des
jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung
eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rück
bezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige
Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden
Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf die Ausführungsbeispiele der Beschreibung
beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen
und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kom
binationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder
Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen
Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen
und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfah
rensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem
neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschritt
folgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.
Claims (12)
1. Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen einer mittels eines Antriebs
betätigten Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs, wobei der Antrieb mittels eines Steuersignals gesteuert
wird, bei welchem Verfahren die Pulsweite des Steuersignals ermittelt oder
gemessen wird, die Stellung und/oder die Geschwindigkeit eines vom
Antrieb betätigten Bauteils bestimmt wird.
2. Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen einer mittels eines Antriebs
betätigten Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs, wobei der Antrieb mittels eines Steuersignals gesteuert
wird, bei welchem Verfahren eine Größe, wie die Pulsweite, des
Steuersignals ermittelt oder gemessen wird, die Stellung und/oder die
Geschwindigkeit eines vom Antrieb betätigten Bauteils bestimmt wird, die
gemessene Größe, wie die Pulsweite, und/oder die Stellung und/oder
Geschwindigkeit des Bauteils mit Sollwerten verglichen wird und bei einer
vorbestimmten Werte übersteigenden Abweichung zwischen den Soll
werten und den Meßwerten ein Fehlersignal erzeugt wird.
3. Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen einer mittels eines
Elektromotors betätigten Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs, wobei der Elektromotor mittels eines PWM-Signals
gesteuert wird, bei welchem Verfahren die Pulsweite des PWM-Signals
gemessen wird, die Stellung und/oder die Geschwindigkeit eines vom
Elektromotor betätigten Bauteils bestimmt wird, die gemessene Pulsweite
und/oder die Stellung und/oder Geschwindigkeit des Bauteils mit
Sollwerten verglichen wird und bei einer vorbestimmten Werte
übersteigenden Abweichung zwischen den Sollwerten und den
Meßwerten ein Fehlersignal erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei eine
Sollstellung des Bauteils unter Regelung des PWM-Signals angefahren
wird, die Pulsweite des PWM-Signals gemessen wird und mit einem
Sollwert verglichen wird und bei Überschreiten einer vorbestimmten Ab
weichung ein Fehlersignal erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abweichung der Betrag der Differenz zwischen Sollwert und Meßwert
(Istwert) ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei eine vor Erreichen
der Sollstellung erreichte Stellung, bei der die Pulsweite des PWM-Signals
stark zunimmt, als neue Sollstellung festgelegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest der
Sollwert des PWM-Signals von der Temperatur des Antriebs, wie
Elektromotors, abhängt und die Temperatur mittels eines Sensors
gemessen wird oder berechnet wird.
8. Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen einer mittels eines Aktors
betätigten Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs, wobei der Aktor derart geregelt wird, daß ein von ihm
bewegtes Bauteil vorbestimmte Sollpositionen erreicht, bei welchem
Verfahren die Zeitdauer gemessen wird, die der Aktor zum Bewegen des
Bauteils in eine Sollposition benötigt und ein Fehlersignal erzeugt wird,
wenn diese Zeitdauer einen vorbestimmten Wert übersteigt.
9. Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen einer mittels eines Aktors
betätigten Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs, wobei der Aktor derart geregelt wird, daß ein von ihm
bewegtes Bauteil eine vorbestimmte Sollposition erreicht, bei welchem
Verfahren die Position des bewegten Bauteils laufend erfaßt wird und eine
von der Sollposition abweichende Endposition als neue Sollposition fest
gelegt wird, wenn diese Endposition länger als eine vorbestimmte
Zeitdauer beibehalten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Spannung der
Spannungsquelle für den Elektromotor bzw. Aktor gemessen wird und bei
der Berechnung von spannungsbeeinflußten Größen berücksichtigt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als ermitteltes Steuersignal ein von einer
Steuereinheit bestimmtes oder vorgegebenes Soll-Steuersignal ist.
12. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 3, sowie 5 oder 6, enthaltend
eine Kupplung,
einen Aktor zur Betätigung der Kupplung,
wenigstens einen Sensor zum Erfassen der Stellung eines von dem Aktor
betätigten Bauteils,
ein Steuergerät mit einem Mikroprozessor (54) und einer Speichereinrich
tung, welches den Aktor entsprechend in der Speichereinrichtung
abgelegten Programmen steuert und bei Abweichung der Sensorsignale
und/oder der dem Aktor zugeführten Leistung von Sollwerten ein
Fehlersignal erzeugt.
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