WO2012104133A1 - Verfahren und vorrichtung zum überprüfen einer steuereinrichtung - Google Patents

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WO2012104133A1
WO2012104133A1 PCT/EP2012/050557 EP2012050557W WO2012104133A1 WO 2012104133 A1 WO2012104133 A1 WO 2012104133A1 EP 2012050557 W EP2012050557 W EP 2012050557W WO 2012104133 A1 WO2012104133 A1 WO 2012104133A1
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predetermined
course
sensor
control device
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PCT/EP2012/050557
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Wolf-Dieter PÖHMERER
Andreas Gallhuber
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Continental Automotive Gmbh
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    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2031/00—Fail safe

Definitions

  • control device comprises an actuator for actuating an actuating element and a sensor for sensing a position of the actuating element.
  • control loops are used to place an actuator in a predetermined position.
  • an angle of rotation of a shaft can be changed by means of an electric motor, wherein a sensor is provided for sensing the angle of rotation of the shaft.
  • a controller provides an appropriate signal to the electric motor to rotate the shaft so that the sensed rotation angle corresponds to the predetermined rotation angle.
  • the shaft can act on an actuator, for example, to influence a size in another loop. Now, if the mechanical coupling between the shaft and the actuator damaged, so this can not be initially determined on the basis of the sensor signal, since the sensor can still be spent in the predetermined rotation angle.
  • a control device comprises an actuator for actuating an actuating element in a cooling system of an internal combustion engine and a sensor for sensing a position of the actuating element.
  • An inventive method for checking the control device comprises steps of driving the actuator with a predetermined control signal, determining a course of the scanned by the sensor setting position and determining the functionality of the mechanical coupling of the actuator to the actuator based on the predetermined control signal and of the course.
  • a defective mechanical coupling of the actuator to the actuator can be determined by the method, even if the sensor is further mechanically coupled to the actuator.
  • an integrated error monitoring of the control device can be realized.
  • the method can be carried out during normal operation of the control device by setting the course of the sampled actuating position in context with a control signal which is generated on the basis of a control function of the control device. Furthermore, a dedicated control signal can be generated which can be meaningfully correlated with the sampled course of the control position.
  • the predetermined control signal is associated with a predetermined course and a mechanical coupling defect is determined if the particular course deviates from the predetermined course by more than a predetermined amount.
  • the comparison of the two courses can be resource-saving and quick to carry out, so that the method can also be carried out by means of simple technical means.
  • a dynamic parameter of the mechanical coupling is determined and a mechanical coupling defect is determined when the particular parameter deviates from a predetermined parameter by more than a predetermined amount.
  • the mechanical parameter may include mechanical damping and / or mechanical inertia.
  • the control device may be part of a control loop for regulating a variable, and the driving may take place when the control loop is deactivated, so that an effect of the control device on the controlled variable is omitted. This makes it possible to check the mechanical coupling using any control signals.
  • the method can be carried out before or after operation of the control loop, so that in particular during intermittent operation of the control loop, the functionality of the mechanical coupling can be monitored in the long term with no feedback.
  • the control loop may include a temperature control of a cooling system for cooling an internal combustion engine in a motor vehicle, and the driving may occur when the internal combustion engine is turned off. In a preferred embodiment, the drive takes place, although the cooling system is turned off. As a result, for example, aftercooling of the internal combustion engine or components connected to it remain unaffected by performing the method.
  • a computer program product with program means for carrying out the method described can run on a processing device or be stored on a computer-readable data carrier.
  • the processing device is set up to determine a functionality of the mechanical coupling of the actuator to the actuating element on the basis of the predetermined control signal and the specific course.
  • the device comprises a memory in which a predetermined course of the setting position associated with the control signal is stored, wherein the processing device is adapted to detect a defect of the mechanical coupling if the determined course exceeds the predetermined distance of the filed course deviates.
  • FIG. 1 shows a cooling system on an internal combustion engine of a
  • FIG. 2 shows a route model of the control device from FIG. 1;
  • Figure 3 is a diagram of an impulse response of the control device of Figure 1;
  • FIG. 4 shows a flow diagram of a method for checking the control device from FIG.
  • FIG. 1 shows a cooling system 100 on an internal combustion engine 105 of a motor vehicle.
  • the cooling system 100 is used in the following as an example to illustrate the invention, wherein the invention is not limited to an adjusting device on the cooling system 100 shown, but in principle can be used on any type of control element.
  • heated coolant exits the engine 105 and is forwarded to a three-way valve 110.
  • a first portion of the coolant is returned directly to the engine 105, while a second portion of the coolant is directed to a radiator 115 where the coolant cools before being directed back to the engine 105.
  • the illustrated cooling system 100 may be implemented in a variety of embodiments known to those skilled in the art and is exemplified for an environment of a controller 120 that adjusts a position of the three-way valve 110.
  • the control device 120 comprises an actuator 125, which is connected to the three-way valve 110 by means of a first mechanical connection 130 and to a sensor 140 by means of a second mechanical connection 135.
  • the actuator 125 and the sensor 140 are each connected to a processing device 145.
  • the processing device 145 comprises a scanning device for a signal provided by the sensor 140.
  • the processing means 145 comprises a programmable microcomputer.
  • the processing device 145 is further connected to a memory 150 and an interface 155.
  • the control device 120 receives via the interface 155 to a desired position, in which the three-way valve 110 is to be spent. As long as both the first mechanical connection 130 and the second mechanical connection 135 are intact, a sensor signal from the sensor 140 reflects the position of the three-way valve 110.
  • the processing device 145 forms a difference between the desired position received via the interface 155 and the one using the Sensor 140 sampled actual position and outputs a corresponding control signal to the actuator 125 to approximate the actual position of the desired position.
  • the sensor 140 Since the three-way valve 110 is traversed by a possibly hot and electrically conductive coolant, the sensor 140 is not coupled directly to the three-way valve 110, but by means of the second mechanical connection 135 with the actuator 125.
  • the second mechanical connection 135 may be designed very reliable due to short connections and usually sufficient space.
  • the three-way valve 110 and the sensor 140 may be disposed at different ends of a shaft that the actuator 125 drives.
  • the first mechanical connection 130 between the actuator 125 and the three-way valve 110 may be subject to a number of stresses that may result in damage or wear of the first mechanical connection 130.
  • the processing device 145 detects a course of the actual position and which is sensed by means of the sensor 140 compares this course with a stored in the memory 140 predetermined course.
  • a number of different predetermined waveforms are stored in memory 150 associated with different control signals of processor 145 to actuator 125. If the mechanical coupling of the actuator 125 to the three-way valve 110 is omitted due to the defective first mechanical connection 130, then there is a difference between the course sensed by the sensor 140 and the predetermined course stored in the memory 150. If this difference exceeds a predetermined threshold, then a defective first mechanical connection 130 is assumed.
  • a dynamic parameter of the first mechanical connection 130 can be determined on the basis of the control signal output to the actuator 125 and the course sensed by the sensor 140. Instead of the course, a corresponding predetermined dynamic parameter is then stored in the memory 150, which in a preferred embodiment is again associated with the control signal. If the determined parameter and the parameter stored in the memory 150 differ by more than a predetermined amount, a defective first mechanical connection 130 is likewise assumed.
  • the determination of the defective first mechanical connection 130 can be determined during ongoing operation of the control device 120 or the cooling system 100, as well as in a dedicated test run, which is advantageously carried out outside normal operation of the cooling system 100.
  • a control signal to the actuator 125 can be used, which allows a comparison of particularly meaningful values.
  • the three-way valve 110 may be driven from one extreme position to the other, using a particular sequence of movements, preferably in alternating directions or the three-way valve 110 can be adjusted so far, until it runs against a mechanical position limit.
  • FIG. 2 shows a track model 200 of the control device 120 from FIG. 1.
  • the track model 200 models the effect of the control signal provided to the actuator 125 from FIG. 1 on the position scanned by the sensor 140.
  • the control signal 205 is reduced in a differential image 210 by a voltage generated by the electric actuator 125 due to its self-induction.
  • the resulting voltage is subjected to an electrical characteristic 215, which is essentially formed by an inductance and a resistance of the electric actuator 125.
  • a constant current sets which is converted into a constant torque 220, which in turn is subjected to a dynamic behavior 225 of the mechanical components connected to the actuator 125.
  • the mechanical components include the first mechanical connection 130, the three-way valve 110, the second mechanical connection 135, and the sensor 140 in FIG. 1. Should the first mechanical connection 130 be damaged, i. H. be solved, then eliminates their mechanical influence and the mechanical influence of the three-way valve 110 in dynamic behavior 225. In the dynamic behavior 225 in particular an inertial moment J and a damping B of the said mechanical components are modeled.
  • an actuation speed is established on the basis of which the self-induction 230 takes place, which flows into the difference images 210. Furthermore, based on the actuation speed, the position of the actuator 125, which can be scanned by means of the sensor 140, is determined by means of an integration 235 over time.
  • the presented technique is based on a modified one
  • FIG. 3 shows a diagram 300 of an impulse response of the control device 120 from FIG. 1.
  • a time is plotted in the horizontal direction;
  • an adjustment angle ⁇ of the three-way valve 110 is shown in an upper region of the illustration of FIG. 3, and a voltage U of the control signal provided to the actuator 125 is shown in a lower region.
  • the upper area shows a course 305 describing a position .phi.
  • a course 310 which represents a control signal, is shown in the lower area.
  • PWM pulse width modulation
  • the actuator 125 includes an electric motor that controls the position of the three-way valve 110 via the rotation angle ⁇ .
  • the control signal is activated.
  • the course 305 of the position ⁇ increases up to the time t2 with increasing speed.
  • the curve 305 of the position ⁇ increases at a constant speed.
  • the speed of the increase of the curve 305 is reduced until no further change in the position ⁇ takes place at the time t4.
  • the portions of the curve 305 of the position ⁇ between the times t1 and t2 and between t3 and t4 provide information about the moment of inertia J and the damping B of the actuator 125 by the mechanical components driven by it.
  • the larger the mass set in motion by the actuator 125 the larger the moment of inertia J and the larger the time intervals between t1 and t2 and between t3 and t4.
  • FIG. 4 shows a flow diagram of a method 400 for checking the control device 120 from FIG. 1.
  • a temperature of the internal combustion engine 105 is detected.
  • the detected temperature is compared with a predetermined value.
  • a position is determined in a step 415, which is provided by means of the interface 155 of the control device 120. Steps 405 through 415 correspond to operation of the cooling system 100 in normal operation.
  • a standstill of the internal combustion engine 105 may also be determined in a step 420, a standstill of the cooling system 100 may be detected in a step 425, and a position provided in a subsequent step 430 that is particularly well suited for the following Determining the functionality of the first mechanical connection 130 is suitable, without the provision of an operation of the internal combustion engine 105 is disturbed.
  • the actuator 125 is driven with a control signal determined based on a difference in a current position and position sensed by the sensor 140.
  • a series of adjustment positions are scanned by the sensor 140. From the sampled setting positions, a course is determined in a step 445.
  • the course determined in step 445 is compared with a predetermined course, which is stored in the memory 150.
  • one or more dynamic parameters of the mechanical connection 130 between the actuator 125 and the three-way valve 110 are determined in a step 455. The particular parameters are reported in a step 460 predetermined parameters stored in the memory 150.
  • step 465 After comparing one of the steps 450 or 460, it is checked in a step 465 whether the comparison results in a deviation which is above a predetermined threshold value. If this is the case, a defect of the first mechanical connection 130 is concluded in a step 470. Otherwise, in a step 475, a functioning of the first mechanical connection 130 is determined. In both cases, the method ends in a subsequent step 480.

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Abstract

Eine Steuereinrichtung umfasst einen Aktuator zum Betätigen eines Stellelements an einem Kühlsystem eines Verbrennungsmotors und einen Sensor zum Abtasten einer Position des Stellelements. Ein Verfahren zum Überprüfen der Steuereinrichtung umfasst Schritte des Ansteuerns des Aktuators mit einem vorbestimmten Steuersignal, des Bestimmens eines Verlaufs der durch den Sensor abgetasteten Stellposition und des Bestimmens der Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung des Aktuators an das Stellelement auf der Basis des vorbestimmten Steuersignals und des bestimmten Verlaufs.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen einer Steuereinrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen einer Steuereinrichtung. Dabei umfasst die Steuereinrichtung einen Aktuator zum Betätigen eines Stellelements und einen Sensor zum Abtasten einer Position des Stellelements . Stand der Technik
In technischen Anwendungen werden Regelkreise verwendet, um ein Stellelement in eine vorbestimmte Position zu verbringen. Beispielsweise kann mittels eines Elektromotors ein Drehwinkel einer Welle verändert werden, wobei ein Sensor zum Abtasten des Drehwinkels der Welle vorgesehen ist. In Abhängigkeit eines vorbestimmten Drehwinkels und des durch den Sensor bestimmten Drehwinkels stellt eine Steuereinrichtung ein geeignetes Signal an den Elektromotor bereit, um die Welle derart zu drehen, dass der abgetastete Drehwinkel dem vorbestimmten Drehwinkel entspricht. Die Welle kann auf ein Stellelement wirken, beispielsweise um eine Größe in einem anderen Regelkreis zu beeinflussen. Wird nun die mechanische Kopplung zwischen der Welle und dem Stellelement beschädigt, so kann dies zunächst nicht auf der Basis des Sensorsignals festgestellt werden, da der Sensor trotzdem in den vorbestimmten Drehwinkel verbracht werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Defekt der mechanischen Kopplung bestimmt werden kann. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben .
Die Erfindung löst diese Aufgaben mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen von Anspruch 1 und mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsbeispiele wieder. Eine Steuereinrichtung umfasst einen Aktuator zum Betätigen eines Stellelements in einem Kühlsystem eines Verbrennungsmotors und einen Sensor zum Abtasten einer Position des Stellelements . Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überprüfen der Steuer- einrichtung umfasst Schritte des Ansteuerns des Aktuators mit einem vorbestimmten Steuersignal, des Bestimmens eines Verlaufs der durch den Sensor abgetasteten Stellposition und des Bestimmens der Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung des Aktuators an das Stellelement auf der Basis des vorbestimmten Steuersignals und des Verlaufs.
In technischen Anwendungen, bei denen der Sensor nicht unmittelbar mit dem Stellelement verbunden ist, kann mittels des Verfahrens eine defekte mechanische Kopplung des Aktuators an das Stellelement bestimmt werden, auch wenn der Sensor weiter mechanisch mit dem Aktuator gekoppelt ist. Dadurch kann eine integrierte Fehlerüberwachung der Steuereinrichtung realisiert sein. Ferner ist es dadurch möglich, den Sensor mechanisch unmittelbar mit dem Aktuator statt mit dem Stellelement zu koppeln, wodurch eine aufwändige mechanische Kopplung vermieden und Herstellungskosten gesenkt werden können.
Das Verfahren kann während eines Normalbetriebs der Steuereinrichtung durchgeführt werden, indem der Verlauf der abge- tasteten Stellposition mit einem Steuersignal in Kontext gesetzt wird, der aufgrund einer Steuer- oder Regelungsfunktion der Steuereinrichtung generiert ist. Ferner kann ein dediziertes Steuersignal generiert werden, das in aussagekräftiger Weise mit dem abgetasteten Verlauf der Stellposition korreliert werden kann.
In einer ersten Ausführungsform ist dem vorbestimmten Steuersignal ein vorbestimmter Verlauf zugeordnet und ein Defekt der mechanischen Kopplung wird bestimmt, falls der bestimmte Verlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß vom vorbestimmten Verlauf abweicht. Der Vergleich der beiden Verläufe kann ressourcensparend und schnell durchführbar sein, so dass das Verfahren auch mittels einfacher technischer Mittel durchführbar ist . In einer anderen Ausführungsform wird auf der Basis des bestimmten Verlaufs ein dynamischer Parameter der mechanischen Kopplung bestimmt und ein Defekt der mechanischen Kopplung dann bestimmt, wenn der bestimmte Parameter um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einem vorbestimmten Parameter abweicht. Durch die parametrische Bestimmung der Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung des Aktuators an das Stellelement kann ein Speicheraufwand für die vorbestimmten Parameter gering gehalten sein. Ferner kann der dynamische Parameter bereitgestellt werden, um beispielsweise eine Steuer- oder Regelungsfunktion der Steuereinrichtung zu verbessern.
Der mechanische Parameter kann eine mechanische Dämpfung und/oder eine mechanische Trägheit umfassen. Dadurch kann ein Defekt an der mechanischen Kopplung schnell und genau bestimmt werden. Insbesondere kann auch ein sich erst anbahnender Defekt bestimmt werden.
Die Steuereinrichtung kann Teil eines Regelkreises zur Regelung einer Größe sein, und das Ansteuern kann erfolgen, wenn der Regelkreis deaktiviert ist, so dass eine Wirkung der Steuereinrichtung auf die geregelte Größe ausbleibt . Dadurch ist ein Überprüfen der mechanischen Kopplung unter Verwendung beliebiger Steuersignale möglich. Das Verfahren kann vor oder nach einem Betrieb des Regelkreises durchgeführt werden, so dass insbesondere beim intermittierenden Betrieb des Regelkreises die Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung rückwirkungsfrei langfristig überwacht werden kann.
Der Regelkreis kann eine Temperatursteuerung eines Kühlsystems zum Kühlen eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug umfassen und das Ansteuern kann erfolgen, wenn der Verbrennungsmotor abgestellt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ansteuern, wenn auch das Kühlsystem abgestellt ist. Dadurch kann beispielsweise ein Nachkühlen des Verbrennungsmotors oder mit ihm verbundener Komponenten vom Durchführen des Verfahrens unbeeinflusst bleiben. Ein Computerprogrammprodukt mit Programmmitteln zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens kann auf einer Verarbeitungseinrichtung ablaufen oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überprüfung der oben beschriebenen Steuereinrichtung umfasst eine Verarbeitungseinrichtung zur Ansteuerung des Aktuators mit einem vorbe- stimmten Steuersignal und eine Abtasteinrichtung zur Bestimmung eines Verlaufs der durch den Sensor abgetasteten Stellposition. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung des Aktuators an das Stellelement auf der Basis des vorbestimmten Steuersignals und des bestimmten Verlaufs zu bestimmen.
Dadurch ist es möglich, eine Steuereinrichtung so zu konzipieren, dass der Sensor mit dem Aktuator statt mit dem Stellelement mechanisch gekoppelt ist, ohne das Risiko einer unbemerkt defekten mechanischen Kopplung des Stellelements mit dem Aktuator eingehen zu müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Speicher, in dem ein dem Steuersignal zugeordneter vorbestimmter Verlauf der Stellposition abgelegt ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Defekt der mechanischen Kopplung zu erfassen, falls der bestimmte Verlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem abgelegten Verlauf abweicht .
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
Figur 1 ein Kühlsystem an einem Verbrennungsmotor eines
Kraftfahrzeugs ; Figur 2 ein Streckenmodell der Steuereinrichtung aus Figur 1;
Figur 3 ein Diagramm einer Impulsantwort der Steuereinrichtung aus Figur 1; und
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überprüfung der Steuereinrichtung aus Figur 1 darstellt .
Genaue Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt ein Kühlsystem 100 an einem Verbrennungsmotor 105 eines Kraftfahrzeugs. Das Kühlsystem 100 wird im Folgenden exemplarisch zur Erläuterung der Erfindung verwendet, wobei die Erfindung nicht auf eine Stelleinrichtung an dem gezeigten Kühlsystem 100 beschränkt ist, sondern grundsätzlich an jeder Art von Stellelement eingesetzt werden kann. Im Kühlkreislauf 100 tritt erhitztes Kühlmittel aus dem Verbrennungsmotor 105 aus und wird in ein Dreiwegeventil 110 weitergeleitet. Je nach Stellung des Dreiwegeventils 110 wird ein erster Teil des Kühlmittels unmittelbar zum Verbrennungsmotor 105 zurückgeleitet, während ein zweiter Teil des Kühlmittels in einen Radiator 115 geleitet wird, wo das Kühlmittel abkühlt, bevor es zurück zum Verbrennungsmotor 105 geleitet wird. Das dargestellte Kühlsystem 100 kann in einer Vielzahl von einem Fachmann bekannten Ausführungsformen realisiert sein und ist exemplarisch für ein Umfeld einer Steuereinrichtung 120 an- gegeben, die eine Stellung des Dreiwegeventils 110 einstellt.
Die Steuereinrichtung 120 umfasst einen Aktuator 125, der mittels einer ersten mechanischen Verbindung 130 mit dem Dreiwegeventil 110 und mittels einer zweiten mechanischen Verbindung 135 mit einem Sensor 140 verbunden ist. Der Aktuator 125 und der Sensor 140 sind jeweils mit einer Verarbeitungseinrichtung 145 verbunden. Die Verarbeitungseinrichtung 145 umfasst eine Abtasteinrichtung für ein vom Sensor 140 bereitgestelltes Signal. Bevorzugterweise umfasst die Verarbeitungseinrichtung 145 einen programmierbaren Mikrocomputer. Die Verarbeitungseinrichtung 145 ist ferner mit einem Speicher 150 und einer Schnittstelle 155 verbunden .
Die Steuereinrichtung 120 nimmt über die Schnittstelle 155 eine Soll-Position entgegen, in die das Dreiwegeventil 110 verbracht werden soll. So lange sowohl die erste mechanische Verbindung 130 als auch die zweite mechanische Verbindung 135 intakt sind, reflektiert ein Sensorsignal des Sensors 140 die Position des Dreiwegeventils 110. Die Verarbeitungseinrichtung 145 bildet eine Differenz aus der über die Schnittstelle 155 empfangenen Soll-Position und der mittels des Sensors 140 abgetasteten Ist-Position und gibt ein entsprechendes Steuersignal an den Aktuator 125 aus, um die Ist-Position der Soll-Position anzunähern .
Da das Dreiwegeventil 110 von einem möglicherweise heißen und elektrisch leitfähigen Kühlmittel durchflössen ist, ist der Sensor 140 nicht unmittelbar mit dem Dreiwegeventil 110, sondern mittels der zweiten mechanischen Verbindung 135 mit dem Aktuator 125 gekoppelt. Die zweite mechanische Verbindung 135 kann aufgrund kurzer Verbindungen und üblicherweise ausreichend Bauraum sehr betriebssicher ausgelegt sein. Beispielsweise können das Dreiwegeventil 110 und der Sensor 140 an verschiedenen Enden einer Welle angeordnet sein, die der Aktuator 125 antreibt.
Die erste mechanische Verbindung 130 zwischen dem Aktuator 125 und dem Dreiwegeventil 110 ist möglicherweise einer Reihe von Belastungen ausgesetzt, die zu einer Beschädigung oder einem Verschleiß der ersten mechanischen Verbindung 130 führen können. In diesem Fall wird, wenn der Aktuator 125 durch die Verarbeitungseinrichtung 145 mittels eines Steuersignals angesteuert wird, zwar der Sensor 140, nicht jedoch das Dreiwegeventil 110 verstellt. Um einen derartigen Defekt der Steuereinrichtung 120 zu bestimmen, erfasst die Verarbeitungseinrichtung 145 einen mittels des Sensors 140 abgetasteten Verlauf der Ist-Position und vergleicht diesen Verlauf mit einem im Speicher 140 abgelegten vorbestimmten Verlauf.
In einer Ausführungsform ist eine Anzahl unterschiedlicher vorbestimmter Verläufe im Speicher 150 abgelegt, die unterschiedlichen Steuersignalen der Verarbeitungseinrichtung 145 an den Aktuator 125 zugeordnet sind. Entfällt die mechanische Koppelung des Aktuators 125 an das Dreiwegeventil 110 wegen der defekten ersten mechanischen Verbindung 130, so besteht ein Unterschied zwischen dem mittels des Sensors 140 abgetasteten Verlauf und dem vorbestimmten, im Speicher 150 abgelegten Verlauf. Überschreitet dieser Unterschied eine vorbestimmte Schwelle, so wird von einer defekten ersten mechanischen Verbindung 130 ausgegangen.
In einer Variante kann auf der Basis des an den Aktuator 125 ausgegebenen Steuersignals und des mittels des Sensors 140 abgetasteten Verlaufs ein dynamischer Parameter der ersten mechanischen Verbindung 130 bestimmt werden. Anstelle des Verlaufs ist dann im Speicher 150 ein entsprechender vorbestimmter dynamischer Parameter abgelegt, der in einer bevorzugten Ausführungsform wieder dem Steuersignal zugeordnet ist. Unterscheiden sich der bestimmte und der im Speicher 150 abgelegte Parameter um mehr als ein vorbestimmtes Maß, so wird ebenfalls von einer defekten ersten mechanischen Verbindung 130 ausgegangen .
Die Bestimmung der defekten ersten mechanischen Verbindung 130 kann sowohl im laufenden Betrieb der Steuereinrichtung 120 bzw. des Kühlsystems 100, als auch in einem dedizierten Testlauf bestimmt werden, der vorteilhafterweise außerhalb eines normalen Betriebs des Kühlsystems 100 durchgeführt wird. Im Testlauf kann ein Steuersignal an den Aktuator 125 verwendet werden, das einen Vergleich besonders aussagekräftiger Werte erlaubt. Bei- spielsweise kann das Dreiwegeventil 110 von einer Extremposition in die andere gefahren werden, es kann eine bestimmte Sequenz von Bewegungen, vorzugsweise in abwechselnden Richtungen, verwendet werden oder das Dreiwegeventil 110 kann so weit verstellt werden, bis es gegen eine mechanische Positionsbegrenzung läuft.
Figur 2 ein Streckenmodell 200 der Steuereinrichtung 120 aus Figur 1. Das Streckenmodell 200 modelliert die Wirkung des dem Aktor 125 aus Figur 1 bereitgestellten Steuersignals auf die mittels des Sensors 140 abgetastete Position.
Das Steuersignal 205 wird in einem Differenzbilder 210 um eine Spannung verringert, die durch den elektrischen Aktuator 125 aufgrund seiner Eigeninduktion erzeugt wird. Die resultierende Spannung wird einer elektrischen Charakteristik 215 ausgesetzt, die im Wesentlichen durch eine Induktivität und einen Widerstand des elektrischen Aktuators 125 gebildet ist. Als Resultat stellt sich ein konstanter Strom ein, der in ein konstantes Drehmoment 220 umgewandelt wird, welches seinerseits einem dynamischen Verhalten 225 der mit dem Aktuator 125 verbundenen mechanischen Komponenten ausgesetzt ist. Die mechanischen Komponenten umfassen die erste mechanische Verbindung 130, das Dreiwegeventil 110, die zweite mechanische Verbindung 135 und den Sensor 140 in Figur 1. Sollte die erste mechanische Verbindung 130 beschädigt, d. h. gelöst sein, so entfällt ihr mechanischer Einfluss und der mechanische Einfluss des Dreiwegeventils 110 in dynamischem Verhalten 225. Im dynamischen Verhalten 225 sind insbesondere ein Trägheitsmoment J und eine Dämpfung B der genannten mechanischen Komponenten modelliert.
Aufgrund des dynamischen Verhaltens 225 stellt sich eine Betätigungsgeschwindigkeit ein, auf deren Basis die Selbstin- duktion 230 erfolgt, die in den Differenzbilder 210 einfließt. Ferner wird auf der Basis der Betätigungsgeschwindigkeit mittels einer Integration 235 über die Zeit die Position des Aktuators 125 bestimmt, die mittels des Sensors 140 abtastbar ist. Die vorgestellte Technik basiert darauf, einen veränderten
Einfluss des dynamischen Verhaltens 225 zu erfassen, der sich ergibt, wenn die erste mechanische Verbindung 130 nur noch eingeschränkt oder gar nicht mehr vorhanden ist. Figur 3 zeigt ein Diagramm 300 einer Impulsantwort der Steuereinrichtung 120 aus Figur 1. In horizontaler Richtung ist eine Zeit aufgetragen; in einer vertikalen Richtung ist in einem oberen Bereich der Darstellung von Figur 3 ein VerStellwinkel Φ des Dreiwegeventils 110 und in einem unteren Bereich eine Spannung U des dem Aktuator 125 bereitgestellten Steuersignals dargestellt. Im oberen Bereich ist ein eine Position Φ beschreibender Verlauf 305 und im unteren Bereich ein Verlauf 310 dargestellt, der ein Steuersignal repräsentiert . Der Einfachheit halber wird hier nicht ein übliches Pulsweitenmodulations-Signal (PWM) , sondern eine konstante SteuerSpannung verwendet. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Aktuator 125 einen Elektromotor umfasst, der die Stellung des Dreiwegeventils 110 über den Drehwinkel Φ steuert .
Zu einem Zeitpunkt tl wird das Steuersignal aktiviert. Der Verlauf 305 der Position Φ steigt bis zum Zeitpunkt t2 mit steigender Geschwindigkeit an. Bis das Steuersignal zum Zeitpunkt t3 wieder abgeschaltet wird, steigt der Verlauf 305 der Position Φ mit konstanter Geschwindigkeit an. Nach dem Zeitpunkt t3 reduziert sich die Geschwindigkeit des Anstiegs des Verlaufs 305, bis zum Zeitpunkt t4 keine weitere Veränderung der Position Φ mehr erfolgt .
Die Abschnitte des Verlaufs 305 der Position Φ zwischen den Zeitpunkten tl und t2 bzw. zwischen t3 und t4 geben Aufschluss über das Trägheitsmoment J und die Dämpfung B des Aktuators 125 durch die von ihm angetriebenen mechanischen Komponenten. Je größer beispielsweise die durch den Aktuator 125 in Bewegung versetzte Masse ist, desto größer ist das Trägheitsmoment J und desto größer sind auch die Zeitabschnitte zwischen tl und t2 bzw. zwischen t3 und t4. Je größer ein mechanischer Reibungswiderstand des Aktuators 125 ist, desto größer ist die Dämpfung B und desto kleiner ist der Zeitabstand zwischen t3 und t4.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zur Überprüfung der Steuereinrichtung 120 aus Figur 1. In einem Schritt 405 wird eine Temperatur des Verbrennungsmotors 105 erfasst. In einem nachfolgenden Schritt 410 wird die erfasste Temperatur mit einem vorbestimmten Wert verglichen . Auf der Basis dieses Vergleichs wird in einem Schritt 415 eine Position bestimmt, die mittels der Schnittstelle 155 der Steuereinrichtung 120 bereitgestellt wird. Die Schritte 405 bis 415 entsprechen einem Betrieb des Kühlsystems 100 in einem Normalbetrieb .
Alternativ zu den Schritten 405 bis 415 kann auch in einem Schritt 420 ein Stillstand des Verbrennungsmotors 105 bestimmt werden, in einem Schritt 425 ein Stillstand des Kühlsystems 100 erfasst werden und in einem nachfolgenden Schritt 430 eine Position bereitgestellt werden, die sich besonders gut für die nachfolgende Bestimmung der Funktionsfähigkeit der ersten mechanischen Verbindung 130 eignet, ohne dass durch die Bestimmung ein Betrieb des Verbrennungsmotors 105 gestört wird. Nachdem die Position auf eine der beschriebenen Weisen bereitgestellt wurde, wird in einem nachfolgenden Schritt 435 der Aktuator 125 mit einem Steuersignal angesteuert, das auf der Basis einer Differenz einer gegenwärtigen, mittels des Sensors 140 abgetasteten Position und der Position bestimmt wurde.
Währenddem der Aktuator 125 angesteuert ist, wird in einem Schritt 440 mittels des Sensors 140 eine Reihe von Stellpositionen abgetastet. Aus den abgetasteten Stellpositionen wird in einem Schritt 445 ein Verlauf bestimmt.
In einer ersten Variante des Verfahrens 400 wird der im Schritt 445 bestimmte Verlauf mit einem vorbestimmten Verlauf verglichen, der im Speicher 150 abgelegt ist. In einer zweiten Variante des Verfahrens 400 werden in einem Schritt 455 einer oder mehrere dynamische Parameter der mechanischen Verbindung 130 zwischen dem Aktuator 125 und dem Dreiwegeventil 110 bestimmt. Die bestimmten Parameter werden in einem Schritt 460 mit vorbestimmten Parametern verglichen, die im Speicher 150 abgelegt sind.
Nach dem Vergleich einer der Schritte 450 oder 460 wird in einem Schritt 465 überprüft, ob sich bei dem Vergleich eine Abweichung ergibt, die über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt 470 auf einen Defekt der ersten mechanischen Verbindung 130 geschlossen. Andernfalls wird in einem Schritt 475 ein Funktionieren der ersten mechanischen Verbindung 130 bestimmt. In beiden Fällen endet das Verfahren in einem anschließenden Schritt 480.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (400) zum Überprüfen einer Steuereinrichtung (120), wobei die Steuereinrichtung (120) einen Aktuator (125) zum Betätigen eines Stellelements (110) in einem
Kühlsystem (100) eines Verbrennungsmotors (105) und einen Sensor zum Abtasten einer Position des Stellelements (110) umfasst, folgende Schritte umfassend:
- Ansteuern (435) des Aktuators (125) mit einem vorbe- stimmten Steuersignal;
- Bestimmen (445) eines Verlaufs der durch den Sensor (140) abgetasteten Stellposition;
- Bestimmen (465) der Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung (130) des Aktuators (125) an das Stellelement (110) auf der Basis des vorbestimmten Steuersignals und des bestimmten Verlaufs .
2. Verfahren (400) nach Anspruch 1, wobei dem vorbestimmten Steuersignal ein vorbestimmter Verlauf zugeordnet ist und ein Defekt der mechanischen Kopplung (130) bestimmt wird, falls der bestimmte Verlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß vom vorbestimmten Verlauf abweicht.
3. Verfahren (400) nach Anspruch 1, wobei auf der Basis des bestimmten Verlaufs ein dynamischer Parameter (J, B) der mechanischen Kopplung (130) bestimmt und ein Defekt der mechanischen Kopplung (130) bestimmt wird, falls der bestimmte Parameter um mehr als ein vorbestimmtes Maß von einem vorbestimmten Parameter abweicht.
4. Verfahren (400) nach Anspruch 3, wobei der Parameter eine mechanische Dämpfung (B) umfasst.
5. Verfahren (400) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Parameter eine mechanische Trägheit (J) umfasst.
6. Verfahren (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (120) Teil eines Regelkreises (100) zur Regelung einer Größe ist und das Ansteuern (435) erfolgt, wenn der Regelkreis (100) deaktiviert ist, so dass eine Wirkung der Steuereinrichtung (120) auf die geregelte Größe ausbleibt.
Verfahren (400) nach Anspruch 6, wobei der Regelkreis eine Temperatursteuerung eines Kühlsystems (100) zum Kühlen eines Verbrennungsmotors (105) in einem Kraftfahrzeug umfasst und das Ansteuern (435) erfolgt, wenn der Verbrennungsmotor (105) abgestellt ist.
Verfahren (400) nach Anspruch 7, wobei das Ansteuern erfolgt, wenn auch das Kühlsystem (100) abgestellt ist.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung eines Verfahrens (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem Computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
Vorrichtung (120) zur Überprüfung einer Steuereinrichtung (120), wobei die Steuereinrichtung (120) einen Aktuator (125) zum Betätigen eines Stellelements (110) in einem Kühlsystem (100) eines Verbrennungsmotors (105) und einen Sensor zum Abtasten einer Position des Stellelements (110) umfasst, wobei die Vorrichtung folgende Elemente umfasst:
- eine Verarbeitungseinrichtung (145) zur Ansteuerung des Aktuators (125) mit einem vorbestimmten Steuersignal;
- eine Abtasteinrichtung (145) zur Bestimmung eines Verlaufs der durch den Sensor (140) abgetasteten Stellposition, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Verarbeitungseinrichtung (145) dazu eingerichtet ist, eine Funktionsfähigkeit der mechanischen Kopplung (130) des Aktuators (125) an das Stellelement (110) auf der Basis des vorbestimmten Steuersignals und des bestimmten Verlaufs zu bestimmen. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Speicher (150), in dem ein dem Steuersignal zugeordneter vorbestimmter Verlauf der Stellposition abgelegt ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung (145) dazu eingerichtet ist, einen Defekt der mechanischen Kopplung (130) zu erfassen, falls der bestimmte Verlauf um mehr als ein vorbestimmtes Maß von dem abgelegten Verlauf abweicht .
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