DE102013205142A1

DE102013205142A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Referenzierung und Plausibilisierung einer Referenzposition eines Aktors

Info

Publication number: DE102013205142A1
Application number: DE201310205142
Authority: DE
Inventors: Alexander Dreher; Lászlo Mán; Lukas Holzer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2013-10-17
Also published as: WO2013156253A1; CN104220772B; DE112013002051A5; CN104220772A

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Referenzierung und Plausibilisierung einer Referenzposition eines ein Betätigungselement entlang eines Betätigungswegs verlagernden Aktors, indem die Referenzposition an einem mechanischen Anschlag an einem Ende des Betätigungswegs ermittelt wird. Um beispielsweise durch ein klemmendes Betätigungselement oder dergleichen Fehlbestimmungen der Referenzposition zu verhindern, gilt eine Referenzposition erst dann als plausibilisiert, wenn eine Kraftentfaltung eines dem mechanischen Anschlag entlang des Betätigungswegs vorgelagerten Energiespeichers einer der Referenzposition zugeordneten vorgegebenen Plausibilisierungsposition zugeordnet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Der Einsatzbereich und der Verwendungszweck der Erfindung liegen auf dem technischen Gebiet von Aktoren mit einem elektronisch kommutierten Elektromotor mit einer Inkrementalwegsensorik. Diese Inkrementalwegsensorik kann bei Kenntnis der Zusammenhänge zwischen der Drehzahl des Elektromotors und einem mittels des Elektromotors zurückgelegten Wegs einer von dem Elektromotor angetriebenen Aktorik zur Erfassung des Wegs herangezogen werden. Aus der DE 10 2010 009 735 A1 ist ein entsprechender Kupplungsaktor bekannt, bei dem ein Betätigungsweg einer Reibungskupplung anhand der Signale der Inkrementalwegsensorik erkannt wird. Weiterhin sind sogenannte Riemenscheibengeneratoren bekannt, bei denen die Funktionen einer in einen Riementrieb integrierten Elektromaschine, eines sogenannten Riemenscheibengenerators mittels eines Aktors mit Inkrementalwegsensorik geschaltet werden, indem ein in den Riementrieb integriertes schaltbares Planetengetriebe von dem Aktor gesteuert wird. Die Funktionen der Elektromaschine sind abhängig vom Schaltzustand des Planetengetriebes beispielsweise ein Startergeneratorbetrieb, eine Standklimatisierung, ein Impulsstart der Brennkraftmaschine und ein unterstützender Betrieb der Brennkraftmaschine. Das schaltbare Planetengetriebe (SPG) wird hierbei mittels einer von dem Aktor mittels einer entlang eines Betätigungswegs wie Schaltwegs betätigten Bremse geschaltet, indem Komponenten des Planetengetriebes in üblicher Weise miteinander gekoppelt und wieder geöffnet werden.
Derartige Inkrementalwegsensoren in oder in der Umgebung von kommutierten Elektromotoren eines Aktors müssen zum Nullpunktsabgleich der Inkrementalwegmessung sowie um Inkrementalwegverluste auszugleichen beim Einschalten der Zündung, sowie in zyklischen Abständen das Koordinatensystem der Software an das physikalische System angleichen. Bei diesem Referenziervorgang wird von der Software eine markante Position des physikalischen Systems erkannt. Dabei handelt es sich meist um einen festen Anschlag. Derartiges ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2011 089 026.2 offenbart.
Nachfolgend ist in 1 das Zustandsschaubild für die einzelnen Betriebszustände eines Aktors für das schaltbare Planetengetriebe aufgezeigt. Der Aktor referenziert nach jedem Zündung-Ein-Signal und fährt dann auf den Bereitschaftspunkt um auf die Anforderung einer Betätigung der Bremse oder Einstellung eines Boost-Zustands zu warten. Die Referenzierung erfolgt durch Anlegen einer Spannung an den Elektromotor beziehungsweise eine Geschwindigkeitsvorgabe oder Kraftvorgabe. Trifft der Aktor auf den Anschlag ändert sich die Lage des Rotors des Elektromotors im bestromten Zustand nicht mehr. Daher wird dieser Punkt als Referenzpunkt definiert und das Softwarekoordinatensystem entsprechend festgelegt.
Aufgrund einer mechanischen Schwergängigkeit kann es beim Referenzieren zu einem Abgleich des Nullpunktes an einer falschen Stelle kommen, wenn beispielsweise aufgrund der Schwergängigkeit der Mechanik der Rotor an einer bestimmten Position stehen bleibt. Dies führt dazu, dass sich der gemessene Nullpunkt vom mechanischen Nullpunkt unterscheidet. Wird nun die Bremse geschlossen, kommt es zum Anfahren einer falschen Aktorposition, bei der der Aktor eine Position einer den Weg einem Bremsmoment zuordnenden Bremsenkennlinie anfährt, so dass Übermomente an dem Planetengetriebe auftreten können und Bauteilschädigungen oder eine ungewollte Nachstellung einer Verschleißnachstellung der Bremse eintreten kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zu schaffen, um die Referenzposition abzugleichen und zu plausibilisieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5 gelöst.
Hierzu wird ein Verfahren zur Referenzierung und Plausibilisierung einer Referenzposition eines Aktors mit einem von einer Inkrementalwegsensorik gesteuerten Elektromotor vorgeschlagen, wobei der Aktor ein Bewegungselement entlang eines Betätigungswegs bewegt, ein Ende des Betätigungswegs durch die Kraftwirkung eines mechanischen Anschlags begrenzt ist und zur Referenzierung des Aktors das Bewegungselement entlang des Betätigungswegs in Richtung des mechanischen Anschlags bewegt und bei erreichtem Anschlag der Inkrementalwegsensorik eine Referenzposition zugeordnet wird. Um diese Referenzposition zu plausibilisieren, wird der Referenzposition entlang des Betätigungswegs dem Betätigungselement ein Federelement zugeordnet, welches eine vorgegebene Wegdifferenz vor Erreichen des mechanischen Anschlags auf das Bewegungselement eine Kraft auf den Aktor ausübt, wobei der Aktor bei Bewegung des Bewegungselements auf den mechanischen Anschlag zu die Krafteinwirkung über den Betätigungsweg erfasst und bei Ermittlung einer Kraftwirkung des Federelements an einer vorgegebenen Plausibilisierungsposition die ermittelte Referenzposition als plausibilisiert gilt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Plausibilisierungsposition als erfüllt gilt, wenn eine Abweichung der Wegdifferenz zwischen einer Position des erstmaligen Auftretens der Kraftwirkung des Federelements und der Referenzposition kleiner als ein Wegdifferenz-Schwellwert ist.
In einer alternativen oder zusätzlichen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Plausibilisierungsposition als erfüllt gilt, wenn eine Abweichung der detektierten Kraft des Federelements kleiner als ein Federkraft-Schwellwert ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kraftwirkung des Federelements in ihrer Stärke derart bemessen ist, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Bewegungselements bei Einsetzen der Kraftwirkung allenfalls geringfügig verändert wird.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, bei der ein von einem mittels einer Inkrementalwegsensorik gesteuerten Elektromotor angetriebener Aktor mit einem entlang eines Betätigungswegs verlagerbaren Betätigungselement und einem an einem Ende des Betätigungswegs vorgesehenen, eine Referenzposition bereitstellenden mechanischen Anschlag vorgesehen ist. Um an diesem Anschlag ermittelte Referenzpositionen des Betätigungselements und damit eine Zuordnung der Referenzposition zu Signalen der Inkrementalwegsensorik des Elektromotors zu plausibilisieren, ist dem Betätigungsweg ein um eine vorgegebene Wegdifferenz vor dem mechanischen Anschlag wirksam angeordnetes Federelement überlagert.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Plausibilisierung des Referenzanschlages mittels eines Plausibilisierungspunktes erfolgt, der beispielsweise durch ein vorgespanntes Federsystem realisiert wird, so dass beim Referenzieren über den Betätigungsweg oder Teile davon eine 2-stufige Kraftkennlinie auftritt, wodurch der Referenzanschlag eindeutig anhand der dabei auftretenden Wegkennlinie detektiert werden kann.
Die Erfindung wird anhand des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die 1 gibt eine Ausbildung des Stands der Technik wieder. Dabei zeigen:
1 ein schematisches Zustandsschaubild für die einzelnen Betriebszustände eines Aktors zur Steuerung eines schaltbaren Planetengetriebes eines Riemenscheibengenerators und 2 eine schematische Darstellung eines Kraftverlaufs des Aktors der 1 über den Betätigungsweg mit einer Plausibilisierungsfunktion.
Im Unterschied zu der bereits oben beschriebenen 1 zeigt 2 zeigt den Kraftverlauf der Kraft F über den Betätigungsweg x des Betätigungselements eines Aktors mit Plausibilisierung der am Anschlag A ermittelten Referenzposition. Hierzu wird dem Anschlag A beispielsweise in einer zweistufigen Ausbildung um die Wegdifferenz Δx vorverlagert eine die Plausibilisierungsposition P charakterisierende Kraftschwelle ausgebildet, indem beispielsweise dem Betätigungselement über die Wegdifferenz Δx ein Kraftspeicher mit der Kraft F(p) wirksam überlagert wird. Beim Verfahren des Betätigungselements entlang des Betätigungswegs x in Richtung des mechanischen Anschlags A trifft dieses zunächst an der Plausibilisierungsposition P auf eine Vorlast des Energiespeichers, beispielsweise ein vorgespanntes Federsystem. Erst bei weiterem Verfahren trifft das Betätigungselement auf den mechanischen Anschlag A wie aus 1 bekannt. Das vorgespannte Federsystem ist dabei so ausgelegt, dass die Federkraft größer als die Betätigungskraft im Lüftwegbereich der Bremsenkennlinie K ist, so dass die Elektronik eindeutig erkennt, dass es sich hierbei um die Plausibilisierungsposition P handelt. Bei Auftreffen auf den Referenzanschlag kann die Elektronik die Wegdifferenz Δx zwischen Plausibilisierungsposition P und Anschlag A auswerten und diesen mit einem Schwellwert eines Sollzustandes vergleichen und demzufolge bei hinreichender Übereinstimmung den Anschlag A als Referenzposition des Betätigungselements eindeutig zuordnen. Damit ist die Referenzposition des Betätigungselements am Anschlag A plausibilisiert.
Die Plausibilisierung innerhalb der Elektronik beim Verfahren des Betätigungselements des Aktors in Richtung des Anschlags A kann alternativ oder zusätzlich durch zwei unterschiedliche Kraftvorgaben, die mit der ermittelten Kraft-Signatur an der Plausibilisierungsposition P und am Anschlag A verglichen werden, ausgeführt werden, sodass bei hinreichender Übereinstimmung der an diesen Positionen auftretenden Kräfte beziehungsweise Kraftschwellen Plausibilisierungsposition P und Anschlag A eindeutig erkannt werden können. Damit ist die Position des Anschlags A als Referenzposition plausibilisiert.
Zur zusätzlichen Absicherung kann außerdem die Position der Bremsenkennlinie K herangezogen werden. Hierbei wird der Greifpunkt KP der Bremsenkennlinie K ausgewertet und der ermittelte Weg zwischen dem Greifpunkt KP und dem Anschlag A verglichen. Stimmt die Differenz mit einem weiteren Schwellwert hinreichend überein, kann die Plausibilisierung der Referenzierung als bestätigt gelten. Die Plausibilisierung kann auch durch Auswerten einer anderen geeigneten Messgröße erfolgen.
Bezugszeichenliste

A

Anschlag

F

Kraft

F(p)

Kraft

K

Bremsenkennlinie

KP

Greifpunkt

P

Plausibilisierungsposition

x

Betätigungsweg

Δx

Wegdifferenz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010009735 A1 [0002]
DE 102011089026 [0003]

Claims

Verfahren zur Referenzierung und Plausibilisierung einer Referenzposition eines Aktors mit einem von einer Inkrementalwegsensorik gesteuerten Elektromotor, wobei der Aktor ein Bewegungselement entlang eines Betätigungswegs (x) bewegt, ein Ende des Betätigungswegs durch die Kraftwirkung eines mechanischen Anschlags (A) begrenzt ist und zur Referenzierung des Aktors das Bewegungselement entlang des Betätigungswegs (x) in Richtung des mechanischen Anschlags (A) bewegt und bei erreichtem Anschlag (A) der Inkrementalwegsensorik eine Referenzposition (P) zugeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plausibilisierung der Referenzposition (P) entlang des Betätigungswegs (x) dem Betätigungselement ein Federelement zugeordnet wird, welches eine Kraft F(p) an einer um eine vorgegebene Wegdifferenz (Δx) vor Erreichen des mechanischen Anschlags (A) vorgesehenen Plausibilisierungsposition (P) auf das Bewegungselement des Aktors ausübt, wobei der Aktor bei Bewegung des Bewegungselements in Richtung des mechanischen Anschlags (A) die Krafteinwirkung über den Betätigungsweg (x) erfasst und bei Ermittlung der vorgegebenen Kraft F(p) des Federelements an der vorgegebenen Plausibilisierungsposition (P) die ermittelte Referenzposition als plausibilisiert gilt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierungsposition (P) als erfüllt gilt, wenn eine Abweichung der Wegdifferenz (Δx) zwischen einer Position des erstmaligen Auftretens der Kraftwirkung des Federelements und der Referenzposition kleiner als ein Wegdifferenz-Schwellwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierungsposition als erfüllt gilt, wenn eine Abweichung der detektierten Kraft (F) des Federelements kleiner als ein Federkraft-Schwellwert ist.
Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwirkung des Federelements in ihrer Stärke derart bemessen ist, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Bewegungselements bei Einsetzen der Kraftwirkung allenfalls geringfügig verändert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem von einem mittels einer Inkrementalwegsensorik gesteuerten Elektromotor angetriebenen Aktor mit einem entlang eines Betätigungswegs (x) verlagerbaren Betätigungselement und einem an einem Ende des Betätigungswegs vorgesehenen, eine Referenzposition bereitstellenden mechanischen Anschlag (A), dadurch gekennzeichnet, dass zur Plausibilisierung einer an dem mechanischen Anschlag (A) vorgesehenen Referenzposition des Betätigungselements dem Betätigungsweg ein um eine vorgegebene Wegdifferenz (Δx) vor dem mechanischen Anschlag wirksames Federelement überlagert ist.