DE19938110A1 - Elektronisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe und Verfahren zum Abgleichen eines Positionserkennungsensors in einem elektronischen Steuergerät für ein Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe - Google Patents

Elektronisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe und Verfahren zum Abgleichen eines Positionserkennungsensors in einem elektronischen Steuergerät für ein Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe

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Abstract

Ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe weist einen Positionserkennungssensor (5) auf, der ein analoges, von der Position eines Wählschiebers (10) abhängiges Ausgangssignal liefert. Während der Fahrzeugfertigung oder nach einem Einsatzteilaustausch wird der Positionserkennungssensor (5) in der Steuerelektronik mit Hilfe eines Kalibrierprogramms statisch abgeglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe und ein Verfahren zum Abglei­ chen eines Positionserkennungssensors in einem elektronischen Steuergerät für ein Kraftfahrzeug-Automatikgetriebe.
Automatikgetriebe für Personenkraftfahrzeuge werden üblicher­ weise elektronisch gesteuert. Die Steuergeräte hierfür waren bisher als sog. "Stand-alone-Einheiten" in einem vor Umwelt­ einflüssen schützenden Steuerkasten vorgesehen oder wurden direkt im Passagierraum des Fahrzeugs verbaut. In jüngster Zeit wird dazu übergegangen, die Steuerelektronik und die zu­ gehörige Sensorik aus Kosten- und Qualitätsgründen direkt in das Automatikgetriebe zu integrieren. Grundlegende Systeman­ forderungen für den Betrieb der Elektronik im Getriebe sind die Funktionsfähigkeit über einen breiten Temperaturbereich, z. B. -40°C bis 140°C, die Dichtheit gegenüber Getriebe-ATF-Öl und eine ausreichende Vibrationsfestigkeit, z. B. 30 g. Eine optimierte Temperaturauslegung wird dadurch erreicht, daß die Elektronikschaltung auf dem Keramik-Substrat mit einem Wärme­ leitkleber auf eine Metallgrundplatte, z. B. aus Aluminium, aufgeklebt wird.
Neben Drehzahlsensoren, Drucksensoren und Temperatursensoren weisen übliche Getriebesteuerungen für Automatikgetriebe ei­ nen Positionserkennungssensor auf, mit dem erfaßt wird, wel­ cher Fahrbereich des Automatikgetriebes eingestellt ist. Letzteres erfolgt beispielsweise durch eine Einstellung des sog. Wählbereichsschalters in eine der Positionen "P" (Park), "R" (Retour), "N" (Neutral) oder "D" (Drive). Der Wählbe­ reichsschalter - im folgenden auch Wählhebel genannt - ist an das Automatikgetriebe mechanisch angebunden, indem er einen linear oder rotartorisch beweglichen Wählschieber betätigt. Dieser ist in den hydraulischen Teil der Getriebesteuerung eingebunden. Durch die Erfassung der Wählschieberposition mittels des Positionserkennungssensors wird dem elektroni­ schen Steuergerät die eingestellte Fahrstufe mitgeteilt.
Bezüglich der Positionserkennung ist es nun bekannt, einen eigenständigen Sensor vorzusehen, der zum Schutz vor dem Um­ gebungsmedium, nämlich Getriebeöl, öldicht in einem Gehäuse verpackt ist. Auch die elektrische Verbindung des Sensors über entsprechende Leitungen zum Steuergerät muß öldicht aus­ gelegt sein.
Für die Ausgestaltung der Sensoren sind verschiedene Meßprin­ zipien denkbar. Aus der Druckschrift DE 196 03 197 C1 ist die Verwendung von Magnetfeldsensoren bekannt, die auf dem Hall- Effekt basieren. Bei derartigen Anordnungen wird die Meßqua­ lität erheblich vom Luftspalt zwischen Magnet und Sensorele­ ment beeinflußt. Daher ist ein als Schieber ausgebildetes Auslöseorgan (PES-Schieber), in dem eine codierte Magnetplat­ te oder ein Gebermagnet integriert ist, toleranzgenau in Füh­ rungsnuten des Sensorgehäuses geführt. In den PES-Schieber greift der getriebeinterne Wählschieber ein, der über ein Ge­ stänge oder einen Bowdenzug starr mit dem Wählhebel im Fahr­ zeuginnenraum verbunden ist. Wird der Wählhebel von einer Po­ sition in eine andere bewegt, so wird über den Wählschieber im Getriebe auch der bewegliche PES-Schieber verstellt, so daß die Getriebeelektronik die neue Wählhebel-Stellung einle­ sen kann.
Auf dem Hall-Effekt basierende Positionserkennungssensoren sind ebenso wie elektromechanisch auf dem Schalter- oder Schleifer-Prinzip beruhende Positionserkennungssensoren aus­ schließlich digital ausgeführt. Die Absolutgenauigkeit des Systems ergibt sich entsprechend einer Kette von Toleranzen der beteiligten Elektronik- und Mechanikkomponenten. Eine statische Korrektur nach dem Einbau in das Fahrzeug ist nicht mehr möglich.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Positionserkennungssensor mit hoher Genauigkeit auf einfache und kostengünstige Art und Weise in ein elektronisches Steu­ ergerät einzubinden und ein Verfahren zu schaffen, das einen Abgleich des Sensors nach dem Einbau in das Fahrzeug ermög­ licht.
Dieses Problem wird durch ein elektronisches Steuergerät und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Für Positionserkennungssensoren sind neben digitalen (Hall- Sensor) auch analoge Sensorprinzipien, z. B. auf Basis eines PLCD (permanentmagnetic linear contactless displacementsen­ sor) bekannt. Ein PLCD basiert auf einer Spulenanordnung, die eine integrierte elektronische Auswerteschaltung, z. B. als ASIC-Baustein, enthält und auf Basis der Lage von Gebermagne­ ten relativ zum Sensor ein analoges Ausgangssignal, vorzugs­ weise ein Spannungssignal, erzeugt.
Bei Positionserkennungssensoren ist die Genauigkeit, mit der die Wählbereiche (P, R, N und D) erfaßt werden können, ein entscheidendes Qualitätsmerkmal. Im Gegensatz zu digitalen Positionserkennungssensoren hat man bei analogen Positionser­ kennungssensoren die Möglichkeit, den Sensor statisch abzu­ gleichen, um so Fertigungs- und Einbautoleranzen des Positi­ onserkennungssensors im Getriebe und im Fahrzeug weitgehend zu eliminieren und somit die Genauigkeit im System zu erhö­ hen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts mit Mitteln zur Positionserfassung,
Fig. 2 eine Schrägansicht eines Positionserkennungssensors mit PLCD-Sensorelementen,
Fig. 3 eine Kennlinie des Ausgangssignals des PLCD- Sensorelements,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Wählbereiche eines Positionserkennungssensors und
Fig. 5 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abgleichen des Positionserkennungssensors.
Ein elektronisches Steuergerät für ein Automatikgetriebe ei­ nes Kraftfahrzeuges weist ein Gehäuse 1 auf (Fig. 1). Der Innenraum 2 des Gehäuses 1 ist hermetisch gegen Flüssigkeits­ eintritt, also insbesondere öldicht, verschlossen. Im Innen­ raum 2 ist ein Schaltungsträger 3, z. B. eine Platine oder ei­ ne Flex-Leiterfolie, mit einer, schematisch durch Bauelemente dargestellten Steuerelektronik 4 untergebracht. Ein Positi­ onserkennungssensor 5, der als PLCD ausgeführt ist und gege­ benenfalls noch eine Ansteuer- und Auswertelektronik auf­ weist, ist ebenfalls im Innenraum 2 des Gehäuses 1 angeord­ net. Vorteilhaft ist der Positionserkennungssensor 5 unmit­ telbar auf dem Schaltungsträger 3 der Steuerelektronik 4 an­ geordnet.
Mit Hilfe des Positionserkennungssensors 5 kann die Position eines Wählschiebers 10, der über ein Gestänge oder einen Bow­ denzug starr mit einem nicht dargestellten Wählhebel im Fahr­ zeuginnenraum verbunden ist, erfaßt und der Steuerelektronik mitgeteilt werden. Bei Verwendung von induktiven Sensoren, wie z. B. einem PLCD, ist der Luftspalt zwischen Geberelement und Sensorelement deutlich unkritischer als bei bekannten Hall-Sensoren. Ein Gebermagnet 11 kann daher unmittelbar auf dem Wählschieber 10 montiert werden. Eine toleranzgenaue Füh­ rung in einem zusätzlichen PES-Schieber ist nicht zwingend notwendig.
Erfindungsgemäß wird für die Erkennung der Position des Wähl­ schiebers 10 ein analoges Sensorprinzip, z. B. auf Basis eines PLCD, verwendet. Ein derartiger Sensor basiert auf einer Spu­ lenanordnung 20, die zusammen mit einer integrierten elektro­ nischen Auswerteschaltung 21, z. B. in Form eines ASIC-Bau­ steins, in einem Sensorgehäuse 22 untergebracht ist (Fig. 2).
In Fig. 3 ist ein mögliches Ausgangssignal des PLCD in Ab­ hängigkeit von der Position des Wählschiebers dargestellt. Dabei kann der Ausgang des Sensorelements aus Sicherheits­ gründen als redundante Differenzschnittstelle ausgeführt sein. Dadurch ergibt sich neben einem Ausgangsspannungssignal UA ein Komplementär-Signal UAK. Durch Vergleich des Ausgangs­ spannungssignals UA mit dem Komplementär-Signal UAK lassen sich Fehlfunktionen des PLCD erkennen. Das lineare Spannungs­ signal kann durch einen in den PLCD-Baustein integrierten A/D-Wandler auch innerhalb des PLCD in diskrete Ausgangswerte umgesetzt werden. Der Ausgang des Sensorelements ist dann als serielle Schnittstelle oder Busschnittstelle ausgeführt.
Durch den Wählschieber 10 mit dem Gebermagnet 11 werden line­ ar angeordnete Schaltpunkte vorgegeben. Dabei wird zwischen Fahrstellungen F, Zwischenstellungen Z und Toleranzbereichen T unterschieden (Fig. 4). Da der Positionserkennungssensor im Getriebe eines Kraftfahrzeugs ein sicherheitskritisches Teil darstellt, muß eine hohe Zuverlässigkeit und Funktions­ sicherheit des Positionserkennungssensors gewährleistet sein. Fahrstellungen F und Zwischenstellungen Z des Wählschiebers müssen eindeutig erkannt werden. Im Gegensatz zu digitalen Positionserkennungssensoren, z. B. mit Hall-Elementen, hat man bei analogen Positionserkennungssensoren die Möglichkeit, den Sensor während der Produktion des Fahrzeugs, insbesondere während der Getriebefertigung oder beim Ersatzteilaustausch in Werkstätten statisch abzugleichen, um so die gewünschte Systemgenauigkeit sicherzustellen.
Um den Kalibrierzustand - kalibriert oder unkalibriert - des Positionserkennungssensors 5 rasch und mit geringem Aufwand feststellen zu können, ist in der Steuerelektronik 4 ein Zu­ standskenner, z. B. in Form eines Software-Bits, das in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuerelektronik 4 abgelegt ist, vorgesehen. Solange der Positionserkennungssensor 5 nicht ab­ geglichen ist, ist dieses Bit beispielsweise auf den logi­ schen Wert Eins gesetzt. In diesem Fall wird die Getriebe­ steuerung in einen Notlauf-Modus versetzt, der dem Fahrer oder Bediener z. B. über eine Warnlampe im Fahrzeuginnenraum angezeigt wird. Erst wenn der Positionserkennungssensor abge­ glichen oder kalibriert wurde und somit eine sichere Funkti­ onsweise und damit ein sicherer Fahrbetrieb gewährleistet ist, wird das Software-Bit z. B. auf den logischen Wert Null zurückgesetzt und die Getriebesteuerung in den normalen Be­ triebsmodus überführt.
Zum Abgleichen des Positionserkennungssensors 5 ist in der Steuerelektronik 4 ein Kalibrierprogramm hinterlegt. Dieses wird z. B. über ein Startsignal über eine serielle Schnitt­ stelle des Positionserkennungssensors 5 eingeleitet. Um bei dem Abgleich eine maximale Genauigkeit sicherzustellen, muß jede der vorhandenen Schaltstellungen und damit jeder der zu­ gehörigen Wählbereiche P, R, N und D mehrmals, vorzugsweise zwei- bis fünfmal, angewählt werden. Das hierzu nötige Ver­ stellen des Wählhebels erfolgt üblicherweise manuell durch den Bediener, kann aber auch automatisiert, z. B. durch einen Roboter, ausgeführt werden. Ist über den Wählhebel ein Wähl­ bereich ausgewählt (Schritt S1), so wird in einem Schritt S2 bestimmt, in welchem der Wählbereiche sich der Wählschieber momentan befindet. Hierzu wird beispielsweise die resultie­ rende Ausgangsspannung des Positionserkennungssensors 5 mit jeweils unteren und oberen Spannungsgrenzwerten der einzelnen Wählbereiche P, R, N und D verglichen. Diese Grenzwerte kön­ nen dabei im nichtflüchtigen Speicher der Steuerelektronik 4 standardmäßig abgelegt sein. Liegt der Signalpegel der Aus­ gangsspannung des Positionserkennungssensors 5 über eine vor­ gegebene Zeitdauer konstant an, so wird der entsprechende Si­ gnalpegel in einem Schritt S3 in einem flüchtigen Speicher der Steuerelektronik 4 abgelegt. Anschließend werden die Schritte S1, S2 und S3 so oft wiederholt, bis zu jedem der Wählbereiche P, R, N und D die vorgegebene Anzahl, z. B. zwei bis fünf, abgespeicherter Signalpegel im nichtflüchtigen Speicher der Steuerelektronik vorliegt (Schritt S4). Vorteil­ haft wird der Wählhebel dabei nacheinander in jede der vor­ handenen Schaltstellungen bewegt und dieser Vorgang, entspre­ chend der geforderten Anzahl an gespeicherten Signalpegeln je Wählbereich, wiederholt. Dabei wird in jeder einzelnen Schaltstellung solange verweilt, daß der sich einstellende Signalpegel für eine vorgegebene Zeitdauer konstant anliegt und im nicht flüchtigen Speicher der Steuerelektronik 4 abge­ legt werden kann.
Ist im flüchtigen Speicher der Steuerelektronik 4 zu jedem Wählbereich die vorgegebene Anzahl an Signalpegeln abgespei­ chert, werden in einem Schritt S5 auf Basis der gespeicherten Werte Signalpegel-Bänder für die jeweiligen Wählbereiche be­ stimmt. Hierzu kann beispielsweise der Mittelwert aus den für den jeweiligen Wählbereich abgespeicherten Signalpegeln ge­ bildet werden und um diesen Mittelwert ein vorgegebener Tole­ ranzbereich festgelegt werden. Ebenso ist es denkbar, die je­ weiligen Minimal- und Maximalwerte der Signalpegel als Ex­ tremwerte für die Signalpegel-Bänder zu verwenden. Die ermit­ telten Signalpegel-Bänder werden dann in einem Schritt S6 im nichtflüchtigen Speicher der Steuerelektronik 4 abgelegt. So­ mit ist der Abgleichvorgang abgeschlossen, der Zustandskenner wird zurückgesetzt und die Getriebesteuerung in den normalen Funktionszustand überführt.
Ein analoges Verfahren ist auch anzuwenden, wenn der Ausgang des Positionserkennungssensors 5 als serielle Schnittstelle oder Busschnittstelle ausgeführt ist und diskrete Ausgangs­ werte an die Steuerelektronik 4 übermittelt werden.
Das anhand der Fig. 5 beschriebene Verfahren zum Abgleichen des Positionserkennungssensors 5 ist lediglich beispielhaft zu sehen. Für die Qualität des Abgleichens ist es entschei­ dend, daß die Signalpegel-Bänder für die einzelnen Wählberei­ che auf Basis einer vorgegebenen Anzahl von entsprechenden Signalpegeln des Ausgangssignals des Positionserkennungssen­ sors 5 bestimmt werden. Die Reihenfolge der Erfassung der Si­ gnalpegel bezüglich der Wählbereiche ist dabei unerheblich. Ebenso ist denkbar, daß die Signalpegel-Bänder für die ein­ zelnen Wählbereiche unabhängig voneinander bestimmt und abge­ speichert werden. Das heißt das Signalpegel-Band für einen Wählbereich wird bestimmt und abgespeichert, sobald die ge­ forderte Anzahl an Signalpegeln für diesen speziellen Wählbe­ reich abgespeichert wurde. Hierbei ist aber darauf zu achten, daß der Zustandskenner erst dann zurückgesetzt wird, wenn die Signalpegel-Bänder für alle Wählbereiche im nichtflüchtigen Speicher der Steuerelektronik abgespeichert wurden.
Das Verfahren zum Abgleichen eines Positionserkennungssensors wurde beispielhaft für die meßtechnische Bestimmung der kor­ respondierenden Signalpegel oder Spannungswerte zu allen vor­ handenen Wählbereichen P, R, N und D dargestellt. Das erfin­ dungsgemäße Verfahren ist aber auch auf jede Kombination von mindestens zwei der vorhandenen Wählbereiche P, R, N und D anzuwenden. Vorzugsweise werden hierbei die beiden Endstel­ lungen P und D verwendet. Die Signalpegel-Bänder für die nicht meßtechnisch ermittelten Wählbereiche können dann auf­ grund der linearen Anordnung der Schaltpunkte berechnet wer­ den. Ebenso ist es möglich, die korrespondierenden Signalpe­ gel oder Spannungswerte nur eines der Wählbereiche meßtech­ nisch zu erfassen und daraus die Abweichung zu Standardwerten des entsprechenden Wählbereichs zu bestimmen. Diese Abwei­ chung wird dann auf die übrigen Wählbereiche übertragen und die Standardwerte der Wählbereiche dementsprechend korri­ giert. Die Standardwerte werden dabei beispielsweise aufgrund von Herstellerangaben und Erfahrungswerten festgesetzt und im nichtflüchtigen Speicher der Steuereleketronik abgelegt.
Um den Abgleichvorgang für den Bediener möglichst komfortabel zu gestalten, ist es vorteilhaft, die Steuerelektronik wäh­ rend des Abgleichvorgangs über eine Diagnoseschnittstelle mit einem Servicegerät zu verbinden. Auf diese Weise kann der Be­ diener über eine Ausgabeeinheit am Servicegerät über den mo­ mentanen Status des Abgleichvorgangs informiert werden und der Abgleichvorgang rechnergesteuert durchgeführt werden. Hierbei kann dem Bediener beispielsweise in Form einer Art Bedienungsanleitung mitgeteilt werden, wenn ein Signalpegel für die momentan eingelegte Schaltstellung erfolgreich abge­ speichert wurde und somit eine neue Schaltstellung eingelegt werden soll. Ebenso kann auch der erfolgreiche Abschluß des Abgleichvorgangs rückgemeldet werden.
Weist die Steuerelektronik 4 keine derartige Diagnoseschnitt­ stelle auf oder steht ein derartiges Servicegerät nicht zur Verfügung ist durch den Bediener darauf zu achten, daß der Wählhebel zumindest solange in einer Schaltstellung verweilt, z. B. 1 s, daß sichergestellt ist, daß der Signalpegel des Ausgangssignals des Positionserkennungssensors 5 für die vor­ gegebene Zeitdauer konstant anliegt und somit der entspre­ chende Signalpegel im flüchtigen Speicher der Steuerelektro­ nik 4 abgelegt wird.
Die Erfindung wurde beispielhaft für ein Getriebesteuergerät erläutert, das direkt in das Automatikgetriebe integriert ist. Ebenso ist die Erfindung aber auch für sogenannte "Stand -alone-Einheiten" anwendbar.
Das Abgleichen eines analogen Positionserkennungsssensors während der Fahrzeugfertigung oder nach einem Ersatzteilaus­ tausch bietet den großen Vorteil, daß Einbautoleranzen im Ge­ triebe und Fahrzeug mit geringen Aufwand weitgehend elimi­ niert werden. Durch Verwendung eines analogen Positionserken­ nungssensors in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren zum Abgleichen können die Wählbereiche eines Automatikge­ triebes im Gegensatz zu digitalen Positionserkennungssensoren weitgehend unabhängig von Toleranzen des Gesamtsystems sehr genau erfaßt werden.

Claims (8)

1. Elektronisches Steuergerät für ein Kraftfahrzeug- Automatikgetriebe mit
  • - einem Gehäuse (1),
  • - einer im Gehäuse (1) untergebrachten Steuerelektronik (4),
  • - einem Positionserkennungssensor (5) zum Erfassen der Posi­ tion eines Wählschiebers (10), wobei der Positionserken­ nungssensor (5)
  • - ein analoges, von der Position des Wählschiebers (10) abhängiges Ausgangssignal (UA) liefert und
  • - mit Hilfe eines Kalibrierprogramms in der Steuerelektro­ nik (4) statisch abgeglichen wird.
2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gebermagnet, unmittelbar auf dem Wählschieber (10) ange­ ordnet ist.
3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ausgang des Positionserkennungssensors (5) als redundante Differenzschnittstelle ausgeführt ist.
4. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das analoge Ausgangssignal (UA) innerhalb des Posi­ tionserkennungssensors in diskrete Ausgangswerte umgesetzt wird und der Ausgang des Positionserkennungssensors (5) als serielle Schnittstelle oder Busschnittstelle ausgeführt ist.
5. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Positionserkennungssensor (5) als PLCD (permanentmagnetic linear contactless displacement­ sensor) ausgebildet ist.
6. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (4) einen Zu­ standskenner aufweist, der den Kalibrierzustand des Positi­ onserkennungssensors (5) repräsentiert.
7. Verfahren zum Abgleichen eines Positionserkennungssensors (5) in einem elektronischen Steuergerät für ein Kraftfahr­ zeug-Automatikgetriebe, der abhängig von der Position eines Wählschiebers (10) ein analoges Ausgangssignal liefert,
  • - bei dem zumindest für zwei der Wählbereiche (P, D) eine vorgegebene Anzahl an Signalpegeln des Ausgangssignals des Positionserkennungssensors (5) bestimmt und in einem Spei­ cher einer Steuerelektronik (4) abgelegt werden,
  • - bei dem auf Basis der gespeicherten Signalpegel Signalpe­ gel-Bänder für die jeweiligen Wählbereiche (P, D) bestimmt und in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuerelektronik (4) abgelegt werden und
  • - bei dem auf Basis der gespeicherten Signalpegel Signalpe­ gel-Bänder für die übrigen Wählbereiche (R, N) berechnet werden und ebenfalls im nichtflüchtigen Speicher der Steu­ erelektronik (4) abgelegt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zustandskenner in der Steuerelektronik (4) zurückgesetzt wird, wenn für alle Wählbereiche (P, R, N, D) Signalpegel- Bänder im nichtflüchtigen Speicher der Steuerelektronik (4) abgelegt sind.
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