DE19831502A1 - Verfahren zur Ansteuerung einer Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung ohne Absolutpositionsgeber sowie die Einrichtung selbst - Google Patents

Verfahren zur Ansteuerung einer Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung ohne Absolutpositionsgeber sowie die Einrichtung selbst

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung einer Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung ohne Absolutpositionsgeber sowie die Einrichtung selbst vorgeschlagen, mit wenigstens einer Positionsmarke für ein ansteuerbares Bauteil in einem Kraftfahrzeug unter Verwendung einer elektronischen Schaltung. Dabei erfolgt eine Initialisierung der Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung nach Beendigung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung ohne Absolutpositionsgeber, jedoch mit wenigstens einer Positi­ onsmarke für ein ansteuerbares Bauteil in einem Kraftfahr­ zeug unter Verwendung einer elektronischen Schaltung sowie die Einrichtung selbst.
Weg- und/oder Winkelstelleinrichtungen werden in der Kraftfahrzeugtechnik vielfältig eingesetzt, beispielsweise als Stelleinrichtungen für Kupplungen, für die Regulierung von Ölflüssen, als Sollwertgeber für Aktuatoren in Lenkun­ gen, für eine Einstellung von aktiven Stoßdämpfern sowie zur Steuerung der Verstellung der Übersetzung von Getrie­ ben, beispielsweise stufenlosen Reibradgetrieben oder stu­ fenlosen Umschlingungsgetrieben (CVT-Getrieben).
Häufig werden als Weg- und/oder Winkelstelleinrichtun­ gen Baugruppen eingesetzt, die eine Erfassung bzw. Rückmel­ dung der Absolutposition nicht ermöglichen, z. B. bei Schrittmotoren. Da diese Absolutposition jedoch für den Einsatz der Steuer- und Regelstrategien benötigt wird, wer­ den u. a. die folgenden Möglichkeiten bereits angewandt:
  • a) externe, separate Messung bzw. Erfassung der Absolut­ position;
  • b) kontinuierliche inkrementelle Erfassung der Absolutpo­ sition an bestimmten, herausgehobenen Positionen (An­ schläge, Additional/Missing Transmission Detection u. a.) gelegentlich, regelmäßig oder zu bestimmten Zeitpunkten (z. B. Initialisierung);
  • c) kontinuierliche inkrementelle Erfassung durch Mitrech­ nen der Position, ausgehend von der Sollwertvorgabe und Erfassung der Absolutposition, wie in b);
  • d) Bestimmung aus anderen erfaßten Systemgrößen; dies ist nur möglich, wenn hier ein eindeutiger, ausreichend genauer Zusammenhang besteht;
  • e) eine Kombination der o. g. Verfahren.
Für Schrittmotore wird üblicherweise ein Verfahren nach c) eingesetzt (siehe auch Firmenschrift der Fir­ ma Motorola Inc., 1990 "TPU, Time Processor Unit Reference Manual", Kapitel 3, Seite 103). Bei dem darin beschriebenen Initialisierungsverfahren für einen Schrittmotor wird die­ ser aus seiner Momentanposition in eine vorgegebene, einem festen Anschlag entsprechende Ausgangsposition überführt.
Insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik muß sicherge­ stellt sein, daß die während des Betriebs auftretenden Ab­ weichungen der errechneten von der wirklichen Position (bei Schrittmotoren "Schrittfehler" genannt) zwischen den Zeit­ punkten der Absolutpositionserfassung ein zulässiges Maß nicht überschreiten. Derartige Schrittfehler können daraus resultierten, daß z. B. aufgrund von Erschütterungen hohe Gegenkräfte auftreten, die von der elektromotorischen Kraft des Schrittmotors nicht überwunden werden können. Eine hohe Genauigkeit der Einstellungen des Sollwertgebers und des damit verbundenen Schrittmotors ist jedoch wichtig, da hiervon die genaue Ansteuerung des Bauteils direkt abhängt, z. B. die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses eines stufenlosen Reibradgetriebes in einem Kraftfahrzeug. Fal­ sche Übersetzungseinstellungen können zu zu hohen oder zu niedrigen Motordrehzahlen und damit Komforteinbußen wie auch erhöhtem Kraftstoffverbrauch führen. Ferner soll im Stillstand keine Verstellkraft auf das stufenlose Reibrad­ getriebe einwirken, da dies zu mechanischen Beschädigungen führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Ansteuerung einer Weg- und/oder Winkelstel­ leinrichtung sowie eine Einrichtung selbst zu schaffen, mit der eine genaue Einstellung der Absolutposition der Weg- und/­ oder Winkelstelleinrichtung gewährleistet ist, um damit eine exakte Ansteuerung des mit der Weg- und/oder Winkel­ stelleinrichtung verbundenen Bauteils zu ermöglichen. Dies sollte jedoch soweit wie möglich ohne Einbußen am Ge­ brauchsnutzen, z. B. durch Wartezeiten während des Ab­ gleichs der Absolutposition, und unter Berücksichtigung besonderer Anforderungen im Kraftfahrzeug erfolgen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch eine Weg- und/oder Winkelstell­ einrichtung gemäß Anspruch 21; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß besteht also das Verfahren zur An­ steuerung einer Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung ohne Absolutpositionsgeber darin, daß eine Initialisierung der Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung nach Beendigung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeuges erfolgt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß eine Erfassung bzw. Rück­ meldung über die Absolutposition an die elektronische Schaltung erfolgt. Damit wird insbesondere in der Kraft­ fahrzeugtechnik sichergestellt, daß die während des Be­ triebs auftretenden Abweichungen der errechneten von der wirklichen Position zwischen den Zeitpunkten der Absolutpo­ sitionserfassung ein zulässiges Maß nicht überschreiten. Ferner erfolgt auf diese Weise eine genaue Einstellung der Absolutposition der Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung ohne Einbußen am Gebrauchsnutzen, wie z. B. Wartezeiten während des Abgleichs der Absolutposition.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung vorteilhafterweise ein Schrittmotor ist, welcher für ein ansteuerbares Bauteil, beispielsweise ein Reibradgetriebe, in einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
Wie eingangs bereits erwähnt, eignet sich ein derarti­ ges Verfahren sowie auch die Weg- und/oder Winkelstellein­ richtung für eine Vielzahl von Einsatzgebieten, insbesonde­ re jedoch in der Kraftfahrzeugtechnik. Ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel eines derartigen Verfahrens zur Ansteue­ rung einer Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung gemäß der Erfindung wird im folgenden im Zusammenhang mit der Ver­ stellung der Übersetzung eines stufenlosen Reibradgetriebes beschrieben, wobei als Wegstelleinrichtung ein mit einem Sollwertgeber verbundener Schrittmotor vorgesehen ist.
Stufenlose Reibradgetriebe mit koaxial zu einer ge­ meinsamen Welle angeordneten Eingangs- und Ausgangsschei­ ben, deren Innenflächen toroidförmig ausgestaltet sind, wobei zwischen den paarweise angeordneten Eingangs- und Ausgangsscheiben Reibräder angeordnet sind, die über eine hydraulisch betätigbare Verschwenkeinrichtung ansteuerbar sind, so daß das Übersetzungsverhältnis stufenlos einstell­ bar ist, sind z. B. in der DE 197 32 064.8 der Anmelderin beschrieben.
Das beigefügte Blockschaltbild stellt eine schemati­ sche Darstellung dieses Ausführungsbeispiels dar.
In der einzigen Figur ist mit 1 eine Betätigungsein­ richtung bezeichnet, welche elektrische Signale, wie z. B. die Laststellungen des Getriebes, die Wählhebelstellung etc., einer elektronischen Schaltung 2 zuführt. Das von der elektronischen Schaltung 2 erzeugte Sollwertsignal wird einem Schrittmotor 3 zugeführt, der ein Istwertsignal einer hydraulischen Stelleinrichtung zuführt, die einem mechani­ schen Getriebeteil im stufenlosen Reibradgetriebe 4 zuge­ ordnet ist. Das stufenlose Getriebe 4 ist über eine An­ triebswelle 3 mit dem Kraftfahrzeugmotor 5 verbunden und mit einer Abtriebswelle 7 mit den anzutreibenden Rädern des Kraftfahrzeuges. Elektrische Istwertsignale z. B. bezüglich der Drehzahlen des stufenlosen Getriebes 4 werden von die­ sem ebenfalls der elektronischen Schaltung 2 zugeführt. Die Ansteuerung des Schrittmotors 3 erfolgt also durch die elektronische Schaltung 2, der elektrische Signale, wie Drehzahlen, Laststellungen, Wählhebelstellung (entsprechend Sollfahrganggeber oder Programmgeber), Drehmomente usw., zugeführt werden.
Die elektronische Schaltung 2 weist ein Speicherele­ ment auf, in dem kontinuierlich aktuelle Größen der mitge­ rechneten Schrittmotorposition (= aktuelle Zahl der ausge­ gebenen Schritte bezüglich eines Initialisierungswertes), die aktuelle Übersetzung und weitere Größen auch bei abge­ schalteter Zündung eingespeichert und erhalten bleiben. Die elektronische Schaltung 2 weist ferner eine Einrichtung auf, die feststellt, ob die abgespeicherten Werte gültig sind.
Außerdem weist die elektronische Schaltung 2 ein Steu­ erelement auf, welches das Anlassen des Motors verhindert, d. h., daß das Steuerelement eine Anlaßsperre ist. Bei Ab­ schaltung der Zündung des Kraftfahrzeuges bleibt die Ver­ sorgungsspannung der elektronischen Schaltung 2 noch für eine vorgegebene Zeit, vorzugsweise ca. 5 Sekunden, erhal­ ten. Ferner ist in der elektronischen Schaltung 2 eine Ein­ richtung vorhanden, die die Stellenergie, d. h. den Hydrau­ likdruck im Getriebe, überwacht und ein Signal abgibt sowie feststellt, daß keine Stellenergie im Getriebe mehr vorhan­ den ist, z. B. durch Abfrage eines Sensors, der den Still­ stand des Motors anzeigt.
Um eine für den Fahrer wahrnehmbare Verzögerung beim Anlassen des Kraftfahrzeuges zu vermeiden, wird zur Initia­ lisierung bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs erfindungsgemäß auf den gespeicherten Wert der Schrittmotorposition zurück­ gegriffen. Die Neu-Initialisierung der Position wird dage­ gen grundsätzlich beim Abstellen des Fahrzeuges vorgenom­ men. Stellt dagegen bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs die Schalteinheit fest, daß der abgespeicherte Positionswert ungültig ist, so wird abweichend vom üblichen Vorgehen so­ fort die Initialisierung nach folgendem Muster durchge­ führt, wie es z. B. auch nach dem Einbau einer neuen Batte­ rie in das Fahrzeug, nach der Erstmontage oder auch nach dem Auswechseln des vollständigen Getriebes erforderlich ist:
  • 1. Nach Einschalten der Zündung, d. h. nach Anlegen der Versorgungsspannung an die elektronische Schaltung 2, wird von dieser beispielsweise eine Anlaßsperre akti­ viert, so daß kein Hydraulikdruck durch den laufenden Motor im Getriebe aufgebaut wird.
  • 2. Es wird abgewartet, bis feststeht, daß keine Fremd­ kraftversorgung im stufenlosen Getriebe 4 vorhanden ist, d. h. daß kein Hydraulikdruck durch den laufenden Motor aufgebaut wird.
  • 3. Der Schrittmotor 3 wird zu einem zur Fahrzeuggeschwin­ digkeit passenden Referenzanschlag verfahren, wobei mindestens die Schrittanzahl ausgegeben wird, die dem gesamten Verfahrbereich entspricht.
  • 4. Der Schrittmotorzähler wird nun mit dem Referenzwert initialisiert.
  • 5. Der Schrittmotor wird anschließend mit der erforderli­ chen Schrittanzahl in seine neue Sollposition verfah­ ren.
  • 6. Die Anlaßsperre wird deaktiviert.
Bei Beendigung des Betriebs des Kraftfahrzeuges, d. h. bei Ausschalten der Zündung und bei gültigen Speicherwerten, werden die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
  • 1. Nach dem Ausschalten der Zündung wird die Anlaßsperre aktiviert, so daß kein Hydraulikdruck durch den noch laufenden Motor im stufenlosen Getriebe 4 beibehalten wird.
  • 2. Es wird abgewartet, bis feststeht, daß keine Fremd­ kraftversorgung im Getriebe mehr vorhanden ist, d. h. daß ein Hydraulikdruck durch den laufenden Motor ver­ mieden wird.
  • 3. Der Schrittmotor 3 wird nun zum nächst gelegenen Endanschlag verfahren, wobei mindestens die Schrittan­ zahl aus zugeben ist, die dem zu erwartenden Stellbe­ reich entspricht.
  • 4. Der Schrittmotorzähler wird danach mit dem Referenz­ wert initialisiert.
  • 5. Der Schrittmotor 3 wird mit der erforderlichen Schrit­ tanzahl auf seine neue Sollposition verfahren.
  • 6. Die Anlaßsperre wird deaktiviert.
Bei einem als gültig erkanntem Positionswert ist die Position des Schrittmotors näherungsweise bekannt, so daß lediglich mit geringen Schrittfehlern zu rechnen ist. Unter normalen Umständen, d. h., wenn das Fahrzeug beim Ausschal­ ten der Zündung steht, befinden sich Soll- und Istposition in der Nähe eines Anschlags. Deshalb kann der Initialisie­ rungsvorgang vorteilhafterweise in weniger als 200 ms been­ det werden.
Zur Überwachung während des Betriebes des Kraftfahr­ zeugs ist in der elektronischen Schaltung 2 ein Vergleicher vorhanden, der den aktuellen Getriebezustand, z. B. die Istübersetzung, mit dem Sollzustand, z. B. der Sollüberset­ zung, vergleicht und bei zu großen Abweichungen Sicher­ heitsmassnahmen auslöst, z. B. das Schalten des stufenlosen Getriebes in den kraftflußlosen Zustand. Dabei ist es mög­ lich, den Vergleicher nur dann zu aktivieren, wenn über einen gewissen Zeitraum hinweg ein stationärer Zustand er­ kannt worden ist.
Bezugszeichenliste
1
Betätigungseinrichtung
2
elektronische Schaltung
3
Schrittmotor
4
stufenloses Getriebe
5
Kraftfahrzeugmotor
6
Antriebswelle des Getriebes
7
Abtriebswelle des Getriebes

Claims (26)

1. Verfahren zur Ansteuerung einer Weg- und/oder Win­ kelstelleinrichtung ohne Absolutpositionsgeber, jedoch mit wenigstens einer Positionsmarke, für ein ansteuerbares Bau­ teil, beispielsweise ein stufenloses Reibradgetriebe, in einem Kraftfahrzeug unter Verwendung einer elektronischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Initialisierung der Weg- und/oder Winkelstellein­ richtung nach Beendigung des Fahrbetriebs des Kraftfahr­ zeugs erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Initialisierung im engeren Sin­ ne darin besteht, daß die Weg- und/oder Winkelstelleinrich­ tung so weit verfahren wird, daß sie genau an einer der Positionsmarken steht und diese Position dann als Referenz abgespeichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die abgespeicherten Positi­ onsinformationen auch bei abgeschalteter Zündung des Kraft­ fahrzeugs erhalten bleiben.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Inbe­ triebnahme des Kraftfahrzeugs auf die abgespeicherten Posi­ tionsinformationen zurückgegriffen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Inbe­ triebnahme des Kraftfahrzeugs überprüft wird, ob die abge­ speicherten Werte gültig sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch dann bei Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs eine Initialisierung erfolgt, wenn die abge­ speicherten Werte als ungültig erkannt wurden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Einschränkungen seitens des Bau­ teils zur Initialisierung der Weg- und/oder Winkelstellein­ richtung berücksichtigt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Durchführung der Initialisie­ rung kein Hydraulikdruck im Bauteil vorhanden ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Durchführung der Initialisie­ rung keine Fremdkrafteinwirkung auf das Bauteil vorhanden ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berück­ sichtigung dieser Einschränkungen eine unerwünschte Reakti­ on des Bauteils auf die Initialisierung und/oder eine uner­ wünschte Einwirkung der Initialisierung auf das Bauteil mittels einer Vorrichtung verhindert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß diese Vorrichtung vor Be­ ginn der Initialisierung aktiviert und nach Beendigung de­ aktiviert wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berück­ sichtigung dieser Einschränkungen überprüft wird, ob die Bedingungen zur Durchführung der Initialisierung eingetre­ ten sind.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß diese Überprüfung darin besteht, daß eine Drehzahl im Bauteil oder in anderen mit diesem verbundenen Bauteilen oder eine oder mehrere andere Größen mit einem Grenzwert verglichen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese Überprüfung darin besteht, daß nach dem Aktivieren der Vorrichtung, zur Ver­ hinderung unerwünschter Reaktionen des Bauteils, eine be­ stimmte Zeit abgewartet wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Initiali­ sierung erst dann durchgeführt wird, wenn die Vorrichtung zur Verhinderung unerwünschter Reaktionen des Bauteils ak­ tiviert und/oder erkannt worden ist, daß die Bedingungen zur Durchführung der Initialisierung eingetreten sind.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aus­ schalten der Zündung mittels der elektronischen Schaltung festgestellt wird, ob noch Stellenergie im Bauteil, bei­ spielsweise in einem stufenlosen Reibradgetriebe, vorhanden ist.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß fehlerhafte Positionsinformationen durch Auswertung von Meßgrößen des Bauteils und/oder des Fahrzeugs erkannt werden, z. B. durch Schätzung der eingestellten Übersetzung aus Drehzahlen.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der elek­ tronischen Schaltung zugeführten Meßgrößen die Drehzahlen eines mit einem Getriebe verbundenen Motors, die Laststel­ lungen, die Wählhebelstellung des Getriebes und die anlie­ genden Drehmomente sind.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrfache Startversuche des Kraftfahrzeugs erkennt und dies bei der Initialisierung berücksichtigt.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfah­ rensschritte:
der elektronischen Schaltung werden Prozeßgrößen von einem mit der Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung verbundenen und von ihr steuerbaren Bauteil zugeführt;
in der elektronischen Schaltung werden kontinuierlich aktu­ elle Werte mitgerechneter Positionen der Weg- und/oder Win­ kelstelleinrichtung sowie ausgewählte Werte eines von der Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung steuerbaren Bauteils abgespeichert;
die elektronische Schaltung stellt fest, ob die in ihr ab­ gespeicherten Werte gültig sind;
die elektronische Schaltung überwacht bestimmte Funktionen des Bauteils und deaktiviert ggf. einzelne dieser Funktio­ nen;
die elektronische Schaltung vergleicht einen vorgegebenen Istzustand des Bauteils mit einem zugehörigen Sollzustand und erzeugt bei Überschreiten vorgegebener Differenzwerte Steuersignale für das Bauteil.
21. Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung ohne Absolut­ positionsgeber, jedoch mit wenigstens einer Positionsmarke, für ein ansteuerbares Bauteil in einem Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Schaltung mit den folgenden Bauteilen:
einem Speicherelement, in dem kontinuierlich aktuelle Werte von der Schaltung mitgerechneter Positionen der Weg- und/­ oder Winkelstelleinrichtung sowie ausgewählte Werte des Bauteils während eines vorgegebenen Zeitraums abgespeichert werden;
einer Einrichtung zur Feststellung der Gültigkeit der im Speicherelement abgespeicherten Werte;
einem Steuerelement für das Bauteil;
einer Einrichtung zur Überwachung bestimmter Funktionen des Bauteils und
einem Vergleicher, der einen Istzustand des Bauteils mit einem zugehörigen Sollzustand vergleicht und bei Über­ schreiten vorgegebener Differenzwerte Steuersignale für das Bauteil erzeugt, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung ein Schrittmo­ tor ist.
22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung mit einer Vorrichtung verbunden ist, welche unzulässige Reaktionen des Bauteils auf eine Initialisierung der Weg- und/oder Winkelstelleinrichtung oder eine unzulässige Einwirkung der Initialisierung auf das Bauteil verhindert.
23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Vorrichtung eine Anlaß­ sperre vorgesehen ist.
24. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Vorrichtung ein Ventil vorgesehen ist.
25. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Vorrichtung eine Kupp­ lung oder eine Bremse vorgesehen ist.
26. Verwendung einer Weg- und/oder Winkelstelleinrich­ tung nach einem der Ansprüche 21 bis 25 für ein Kraftfahr­ zeuggetriebe, insbesondere für ein stufenloses Reibradge­ triebe.
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