EP1994300A1 - Verfahren zur fehlererkennung an einem aktuator - Google Patents

Verfahren zur fehlererkennung an einem aktuator

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EP1994300A1
EP1994300A1 EP07712278A EP07712278A EP1994300A1 EP 1994300 A1 EP1994300 A1 EP 1994300A1 EP 07712278 A EP07712278 A EP 07712278A EP 07712278 A EP07712278 A EP 07712278A EP 1994300 A1 EP1994300 A1 EP 1994300A1
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EP
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actuator
measured
signal
movement
calculated
Prior art date
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Ceased
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EP07712278A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Schneider
Thomas JÄGER
Roland Mair
Bernd Apfelbacher
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/24083—Detect if actuators are correct, react

Definitions

  • the invention relates to a method for Fehiererkennung on an actuator ator according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • a method for fault diagnosis on a Kuppiungsaktuator is known.
  • a manipulated variable is applied to an input of the Kuppiungsaktuators.
  • a corresponding electrical signal for the measured actuator position is generated by an sensor at an output of the Kuppiungsaktuators.
  • an actuator position to be expected is calculated by an actuator model unit and provided at the output of the actuator model unit.
  • the signals for the measured actuator position and the expected actuator position are compared with one another in a comparison unit.
  • the signal present at the output of the comparison unit is fed to a computing unit which generates a corresponding status signal at its output.
  • the arithmetic unit concludes, based on an evaluation algorithm, on a functioning coupling actuator and a functional sensor for determining the position of the coupling actuator. For large deviations between the signals for the measured and the expected actuator position is against to a fault of the clutch actuator and / or the sensor for determining the position of the clutch actuator closed.
  • the measured actuator position is compared with a model-based actuator position. Since the model for calculating the actuator position deviates from reality because, for example, the behavior of the system can not be modeled exactly, a deviation occurs between the actual and the calculated and thus expected position of the clutch actuator for each calculation step.
  • the output signal of the calibration unit which is formed from the measured and the calculated actuator position, is fed back to the input of the actuator model unit and evaluated.
  • a clutch model is usually based on the fact that the position change due to a valve control continuously calculated and this calculated size is integrated. Since this coupling model is calculated by a digital computer, position changes occur only at discrete times. These position changes refer to the period between two calculation steps. This makes it necessary to perform summation instead of integrating the position change. In order to be able to solve this equation with a digital computer, the differential equation must be converted into a difference equation. Since the coupling Modeli usually deviates from reality, because, for example, the behavior of the system can not be accurately modeled, results in each calculation step, a deviation between the actual and the calculated position of the clutch actuator. This shows that, in principle, there is a difference between the calculated position and the measured position, which accumulates over time.
  • the object of the present invention is to present a method for detecting faults on an actuator, which ensures reliable monitoring of the position of the actuator and eliminates the disadvantages of the prior art.
  • the object underlying the invention is achieved by a, including the characterizing features of the main claim exhibiting, generic method for error detection on an actuator.
  • a manipulated variable is applied simultaneously to an input of an actuator and to an input of a Modeilhen
  • the manipulated variable is generated by a control unit, for example, from the control unit of an automatic or automated manual transmission or an automated clutch.
  • expected actuator movements can be calculated for all possible manipulated variables for the actuator.
  • a corresponding electrical signal is generated at an output of the actuator by a sensor. This signal corresponds to the measured actuator position and is forwarded to a signal conditioning unit.
  • the actual position change of the actuator ie the Actual actuator movement, determined.
  • the position change of the actuator ie the actuator movement
  • the model-based siere position change and tafsumbleliche position change of the actuator are applied to inputs of a computing unit.
  • the model-based and the actual position change of the actuator are compared with each other and evaluated by a corresponding algorithm.
  • a corresponding status signal is output.
  • a status signal is output at the output of the arithmetic unit, by means of which the functionality of the Aktuafor and the sensor for determining the Aktuatorposifion is signaled. If there is a greater deviation between the measured and the calculated actuator movement, it is possible to conclude that the actuator and / or the sensor have failed.
  • the advantage of this method is that the actuator movement on the sensor and the actuator movement of the model are determined only over a defined period of time, whereby drifting apart of the measured and the calculated actuator position is prevented.
  • This period is not too large and therefore includes about 10 to 20 computational cycles.
  • the occurring error is limited to 10 to 20 times the error of a computing cycle.
  • This maximum occurring error is taken into account when comparing the position change of sensor and model, whereby a fault of the actuator and / or the sensor for determining the actuator position is reliably detected. A return of the measured actuator position in the model unit is therefore no longer necessary.
  • the single figure shows a block diagram of an embodiment of the invention for monitoring an actuator.
  • the block diagram 10 of the figure consists of an actuator 2, a modeling unit 3, a signal conditioning unit 5 and a computing unit 8.
  • a control unit such as an automatic gearbox, which is not shown here, for actuating the actuator 2
  • a corresponding manipulated variable 1 both As a function of the applied manipulated variable 1, a corresponding electrical signal is generated by an sensor at an output of the actuator 2.
  • This signal which represents the measured actuator position 4
  • the signal conditioning unit 5 In the signal conditioning unit 5, the position change of the actuator, ie the actuator movement, is derived from the position signal of the sensor.
  • the measured actuator movement 6 is now provided.
  • the manipulated variable 1 is also applied to the model unit 3. Depending on the applied manipulated variable 1, an expected actuator movement is calculated in the model unit 3.
  • the calculated actuator movement 7 is provided at the output of the model unit 3.
  • the measured actuator movement 6 and the calculated actuator movement 7 are applied to inputs of a computing unit 8, compared with each other in the arithmetic unit 8 and evaluated by a corresponding algorithm.
  • a corresponding status signal 9 is output. If a greater deviation results from the comparison of the measured actuator movement 8 with the calculated actuator movement 7, then an error of the actuator 2 and / or of the sensor for determining the actuator position 4, or an error in the measurement data acquisition can be deduced.
  • a status signal 9 is output at the output of the arithmetic unit 8, by means of which the functionality of the actuator 2 and of the sensor for determining the actuator position 4 is signaled,
  • the measured actuator movement 6 on the sensor and the calculated actuator movement 7 of the model are detected only over a defined period, which is not too large.
  • a typical period for the detection of the actuator movements 6, 7 comprises, for example, 10 to 20 computing cycles.
  • the occurring error is limited to 10 to 20 times the error of a computing cycle. This maximum occurring error is taken into account when comparing the position changes of sensor and model, whereby a fault of the actuator 2 and / or the sensor for determining the actuator 4 can be signaled safe.

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Fehlererkennung an einem Aktuator (2). Aufgrund einer an einem Eingang des Aktuators (2) anliegenden Stellgröße (1 ), welche von einer Steuereinheit, beispielsweise eines automatischen bzw. automatisierten Schaltgetriebes oder einer automatisierten Kupplung, erzeugt wird, wird am Ausgang des Aktuators (2) ein Signal für die gemessene Aktuatorposition (4) erzeugt. Das Signal für die gemessene Aktuator-Position (4) wird an einen Eingang einer Signalaufbereitungseinheit (5) angelegt, welche daraus eine gemessene Aktuatorbewegung (6) ermittelt. Die Stellgröße (1 ) wird auch an einen Eingang einer Modelleinheit (3) angelegt, weiche daraus eine zu erwartende Aktuatorbewegung berechnet. Die gemessene Aktuatorbewegung (6) und die berechnete Aktuatorbewegung (7) werden einer Recheneinheit (8) zugeführt, weiche an ihrem Ausgang ein für die Funktionsfähigkeit des Aktuafors (2) und die Funktionsfähigkeit des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition (4) entsprechendes Statussignal (9) erzeugt.

Description

Verfahren zur Fehlererkennunα an einem Aktuafor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehiererkennung an einem Aktu- ator nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Im Zusammenhang mit automatischen bzw. automatisierten Schaftgetrieben oder Kupplungen ist es bekannt, mittels Sensoren eine Messgröße abzuleiten, weiche die Position eines Aktuators anzeigt Da jedoch ein Sensor zur Erfassung der Position eines Aktuators ausfallen kann, ist die vom Sensor angezeigte Aktuatorposition nicht unbedingt zuverlässig. Eine Überwachung der Akfuatorposition ist daher im Zusammenhang mil der Sicherheitsüberwachung bei automatischen bzw. automatisierten Schaltgetrieben äußerst ratsam.
Aus der DE 101 37 597 A1 ist ein Verfahren zur Fehlerdiagnose an einem Kuppiungsaktuator bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Stellgröße an einen Eingang des Kuppiungsaktuators angelegt. In Abhängigkeit von dieser Stellgröße wird an einem Ausgang des Kuppiungsaktuators von einem Sensor ein entsprechendes elektrisches Signal für die gemessene Aktuatorposifion erzeugt. Durch dieselbe Stellgröße wird durch eine Aktuatormodelleinheit eine zu erwartende Aktuatorposition berechnet und am Ausgang der Aktuatormodel- leinheif bereitgestellt. Die Signale für die gemessene Aktuatoφosition und die erwartete Aktuatorposition werden in einer Vergleichseinheit miteinander verglichen, Das am Ausgang der Vergleichseinheit anliegende Signal wird einer Recheneinheit zugeführt, welche an ihrem Ausgang ein entsprechendes Statussignal erzeugt. Bei einer näherungsweisen Obereinstimmung der Signale für die gemessene und die geschätzte Aktuatorposition wird von der Recheneinheit aufgrund eines AuswerteaSgorithmus auf einen funktionsfähigen Kuppiungsaktuator und einen funktionsfähigen Sensor zur Ermittlung der Position des Kuppiungsaktuators geschlossen. Bei großen Abweichungen zwischen den Signalen für die gemessene und die erwartete Aktuatorposition wird dagegen auf einen Fehler des Kupplungsaktuators und/oder des Sensors zur Ermittlung der Position des Kupplungsaktuators geschlossen.
Bei dem beschriebenen Verfahren zur Fehlerdiagπose wird die gemessene Aktuatorposition mit einer modellbasierten Aktuatorposition verglichen. Da das Modell zur Berechnung der Aktuatorposition von der Realität abweicht, weil beispielsweise das Verhalten des Systems nicht exakt modelliert werden kann, ergibt sich bei jedem Berechnungsschritt eine Abweichung zwischen der tatsächlichen und der berechneten und damit erwarteten Position des Kupplungsaktuators. Um hierbei ein zunehmendes Auseinanderdriften der tatsächlichen und der berechneten Aktuatorpositionen zu vermeiden wird in der DE 101 37 597 A1 das Ausgangssignal der Vergieichseinheit welches sich aus der gemessenen und der berechneten Aktuatorposition bildet, zum Eingang der Aktuatormodelleinheit zurückgeführt und ausgewertet.
Tritt nun eine Störung der gemessenen Aktuatorposition auf, so wird diese durch die Rückführung des Ausgangssignals der Vergieichseinheit in das Aktuatormodell und somit auf die berechnete Aktuatorposition übertragen. Der Nachteil hierbei ist, dass die gestörte Aktuatorposition durch die Rückführung zum Aktuatormodell im Modellwert enthalten ist und dadurch Störungen der gemessenen Aktuatorposition eventuell nicht erkannt werden.
Ein Kupplungsmodell beruht üblicherweise darauf, dass die Positionsänderung aufgrund einer Ventilansteuerung kontinuierlich berechnet und diese berechnete Größe integriert wird. Da dieses Kupplungsmodell von einem Digitalrechner berechnet wird, liegen Positionsänderungen nur zu diskreten Zeitpunkten vor. Diese Positionsänderungen beziehen sich auf den Zeitraum zwischen zwei Berechnungsschritten. Dadurch wird es notwendig, statt dem Integrieren der Positionsänderung ein Aufsummieren durchzuführen. Um diese Gleichung mit einem Digitalrechner lösen zu können, muss die Differenziaiglei- chung in eine Differenzengleichung umgewandelt werden. Da das Kuppluπgs- modeli üblicherweise von der Realität abweicht, weil beispielsweise das Verhalten des Systems nicht exakt modelliert werden kann, ergibt sich bei jedem Berechnungsschritt eine Abweichung zwischen der tatsächlichen und der berechneten Position des Kupplungsaktuators. Hierdurch wird ersichtlich, dass sich prinzipbedingt ein Unterschied zwischen der berechneten und der gemessenen Position einstellt, weicher sich mit der Zeit aufsummiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fehlererkennung an einem Aktuator darzustellen, weiches eine zuverlässige Überwachung der Position des Aktuators gewährleistet und die Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes Verfahren zur Fehiererkennung an einem Aktuator gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fehiererkennung an einem Aktuator wird eine Stellgröße gleichzeitig an einen Eingang eines Aktuators und an einen Eingang einer Modeileinheit angelegt Die Stellgröße wird von einer Steuereinheit erzeugt, beispielsweise von der Steuereinheit eines automatischen bzw. automatisierten Schaltgetriebes oder einer automatisierten Kupplung. In der Modelleinheit können für alle möglichen Stellgrößen für den Aktuator erwartete Aktuatorbewegungen berechnet werden. In Abhängigkeit von der am Eingang angelegten Stellgröße wird an einem Ausgang des Aktuators von einem Sensor ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt Dieses Signal entspricht der gemessenen Aktuatorposition und wird an eine Signalaufbereitungseinheit weitergeieitet Über diese Signalaufbereitungseinheit wird mittels der gemessenen Aktuatorposition die tatsächliche Positionsänderung des Aktuators, also die tatsächliche Aktuatorbewegung, bestimmt. In der Modelleinheit wird anhand der am Eingang angelegten Stellgröße die Positionsänderung des Aktuators, also die Aktuatorbewegung, modellbasiert berechnet. Die modellba- sierte Positionsänderung und die tafsächliche Positionsänderung des Aktuators werden an Eingänge einer Recheneinheit angelegt. In dieser Recheneinheit werden die modellbasierte und die tatsächliche Positionsänderung des Aktuators miteinander verglichen und über einen entsprechenden Algorithmus ausgewertet. Am Ausgang der Recheneinheit wird ein entsprechendes Statussignal ausgegeben. Bei einer näherungsweisen Übereinstimmung der Signale für die gemessene und die berechnete Positionsänderung wird am Ausgang der Recheneinheit ein Statussignal ausgegeben, durch welches die Funktionsfä- higkeit des Aktuafors und des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposifion signalisiert wird. Ergibt sich zwischen der gemessenen und der berechneten Aktu- atorbewegung eine größere Abweichung, so kann auf einen Fehler des Aktuators und/oder des Sensors geschlossen werden.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Aktuatorbewegung am Sensor und die Aktuatorbewegung des Modells nur über einen definierten Zeitraum ermittelt werden, wodurch ein Auseinanderdriften der gemessenen und der berechneten Aktuatorposition verhindert wird. Dieser Zeitraum wird nicht zu groß gewählt und umfasst daher etwa 10 bis 20 Rechenzykien. Durch das Aufsummieren der Bewegungen über typischerweise 10 bis 20 Rechenzyk- len beschränkt sich der auftretende Fehler auf das 10 bis 20 fache des Fehlers eines Rechenzyklus. Dieser maximal auftretende Fehler wird beim Vergleich der Positionsänderung von Sensor und Modell berücksichtigt, wodurch eine Störung des Aktuators und/oder des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition sicher erkannt wird. Eine Rückführung der gemessenen Aktuatorposition in die Modelleinheit ist somit nicht mehr notwendig.
Im Folgenden wird das Grundprinzip der Erfindung an Hand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung zur Überwachung eines Aktuators. Das Blockschaltbild 10 der Figur besteht aus einem Aktuator 2, einer Modelieinheit 3, einer Signalaufbereitungseinheit 5 und einer Recheneinheit 8. Durch eine Steuereinheit, beispielsweise eines automatischen Schaltgetriebes, welche hier nicht dargestellt ist, wird zur Betätigung des Aktuators 2 eine entsprechende Stellgröße 1 sowohl an den Aktuator 2 als auch an die Modelieinheit 3 angelegt, In Abhängigkeit von der angelegten Stellgröße 1 wird an einem Ausgang des Aktuators 2 von einem Sensor ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt Dieses Signal, welches die gemessene Aktuatorposition 4 darstellt, wird erfindungsgemäß an eine Signalaufbereitungseinheit 5 angelegt. In der Signalaufbereitungseinheit 5 wird aus dem Positionssignal des Sensors die Positionsänderung des Aktuators, also die Aktuatorbewegung, abgeleitet. Am Ausgang der Signalaufbereitungseinheit 5 wird nun die gemessene Aktuatorbewegung 6 bereitgestellt. Die Stellgröße 1 wird ebenso an die Modelleinheit 3 angelegt. In Abhängigkeit der angelegten Stellgröße 1 wird in der Modelleinheit 3 eine zu erwartende Aktuatorbewegung berechnet. Die berechnete Aktuatorbewegung 7 wird am Ausgang der Modelleinheit 3 zu Verfügung gestellt. Die gemessene Aktuatorbewegung 6 und die berechnete Aktuatorbewegung 7 werden an Eingänge einer Recheneinheit 8 angelegt, in der Recheneinheit 8 miteinander verglichen und über einen entsprechenden Algorithmus ausgewertet. Am Ausgang der Recheneinheit 8 wird ein entsprechendes Statussignal 9 ausgegeben. Ergibt sich beim Vergleich der gemessenen Aktuatorbewegung 8 mit der berechneten Aktuatorbewegung 7 eine größere Abweichung, so kann auf einen Fehler des Aktuators 2 und/oder des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition 4, bzw, auf einen Fehler der Messdatenerfassung geschlossen werden. Bei einer näherungsweisen Übereinstimmung der Signale für die gemessene und die berechnete Aktuatorbewegung 6, 7 wird am Ausgang der Recheneinheit 8 ein Statussignai 9 ausgegeben, durch welches die Funktionsfähigkeit des Aktuators 2 und des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition 4 signalisiert wird, Die gemessene Aktuatorbewegung 6 am Sensor und die berechnete Aktuatorbewegung 7 des Modells werden dabei nur über einen definierten Zeitraum erfasst, welcher nicht zu groß gewählt wird. Ein typischer Zeitraum für die Erfassung der Aktuatorbewegungen 6, 7 umfasst beispielsweise 10 bis 20 Rechenzyklen. Durch das Aufsummieren der Aktuatorbewegungen 6, 7 über einen Zeitraum von 10 bis 20 Rechenzyklen beschränkt sich der auftretende Fehler auf das 10 bis 20 fache des Fehlers eines Rechenzyklus. Dieser maximal auftretende Fehler wird beim Vergleich der Positionsänderungen von Sensor und Modell berücksichtigt, wodurch eine Störung des Aktuators 2 und/oder des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition 4 sicher signalisiert werden kann.
Bezuαszeichen
1 Stellgröße
2 Aktuator
3 Modelleinheit
4 gemessene Aktuatorpositioπ
5 Signalaufbereitungseinheit
6 gemessene Aktuatorbewegung
7 berechnete Aktuatorbewegung
8 Recheneinheit
9 Statussignai
10 Blockschaltbild

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Fehlererkenπung an einem Aktuatαr (2), wobei aufgrund einer an einem Eingang des Aktuators (2) anliegenden Stellgröße (1 ), welche von einer Steuereinheit, beispielsweise eines automatischen bzw. automatisierten Schaltgetriebes oder einer automatisierten Kupplung, erzeugt wird, am Ausgang des Aktuators (2) ein Signa! für die gemessene Aktuatorposition (4) erzeugt wird und die Stellgröße (1) auch an einen Eingang einer Modeileinheit (3) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal für die gemessene Aktuatorposition (4) an eine Signalaufbereitungseinheit (5) angelegt wird, weiche daraus eine gemessene Aktuatorbewegung (6) ermittelt und die Modeileinheit (3) eine zu erwartende Aktuatorbewegung (7) berechnet, wobei die gemessene Aktuatorbewegung (8) sowie die berechnete Aktuatorbewegung (7) über einen definierten Zeitraum erfasst und einer Recheneinheit (8) zugeführt werden, weiche an ihrem Ausgang ein für die Funktionsfähigkeit des Aktuators (2) und die Funktionsfähigkeit des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition (4) entsprechendes Sfatussignal (9) erzeugt
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einer näherungsweisen Übereinstimmung des Signals für die gemessene Aktuatorbewegung (6) und des Signals für die berechnete Aktuatorbewegung (7) von der Recheneinheit (8) ein Statussignal (9) erzeugt wird, weiches die Funktionsfähigkeit des Aktuators (2) und die Funktionsfähigkeit des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition (4) signalisiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten einer vorgegebenen zulässigen Abweichung zwischen dem Signal für die gemessene Aktuatorbewegung (6) und dem Signal für die berechnete Aktuatorbewegung (7) von der Recheneinheit (8) ein Statussig- nai (9) erzeugt wird, welches einen Fehler des Aktuators (2) und/oder des Sensors zur Ermittlung der Aktuatorposition (4) signalisiert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum zur Ermittlung der tatsächlichen und der berechneten Aktuatorbewegung (8, 7} etwa 10 bis 20 Rechenzyklen aulweist,
EP07712278A 2006-03-15 2007-02-21 Verfahren zur fehlererkennung an einem aktuator Ceased EP1994300A1 (de)

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