DE102018100287B4

DE102018100287B4 - Verfahren zum Ansteuern eines einen Elektromotor umfassenden Kupplungsaktors

Info

Publication number: DE102018100287B4
Application number: DE102018100287.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Weber; Ralf Mannsperger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2038-01-10
Also published as: DE102018100287A1

Abstract

Verfahren zum Ansteuern eines einen Elektromotor umfassenden Kupplungsaktors, bei welchem eine Drehbewegung des Elektromotors (2) über ein Getriebe (5) in eine translatorische Bewegung des Kupplungsaktors (1) umgesetzt wird und der Kupplungsaktor (1) auf eine Schwergängigkeit oder Blockade überwacht wird, wobei bei Feststellung der Schwergängigkeit oder Blockade des Kupplungsaktors (1) der Elektromotor (2) zur Überwindung der Schwergängigkeit oder Blockade bestromt wird, wobei der Elektromotor (2) zur Ausführung einer Freirüttelfunktion bestromt wird, wobei eine Endstufe (7) des Elektromotors (2) in einem vorgegebenen Zeitabschnitt (T) kontinuierlich mit einer Spannung angesteuert wird und ein großes Drehmoment des Elektromotors (2) abgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Elektromotors (2) nach einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen beendet wird, wobei bei weiterer Schwergängigkeit oder Blockade des Kupplungsaktors (1) eine Fahrzeugfunktion teilweise oder komplett eingeschränkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Elektromotor umfassenden Kupplungsaktors, bei welchem eine Drehbewegung des Elektromotors über ein Getriebe in eine translatorische Bewegung des Kupplungsaktors umgesetzt wird und der Kupplungsaktor auf eine Schwergängigkeit/Blockade überwacht wird, wobei bei Feststellung der Schwergängigkeit/Blockade des Kupplungsaktors der Elektromotor zur Überwindung der Schwergängigkeit/Blockade bestromt wird.
DE 10 2009 043 243 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs
DE 10 2005 029 344 A1 offenbart ein Verfahren zum Einstellen eines Kupplungsmoments.
Aus der DE 10 2005 028 844 A1 ist ein Verfahren zur stromlosen Referenzierung der Kupplungsposition bei nicht-haltender Kupplungsaktorik bekannt. Die Kupplungsaktorik, die einen Elektromotor enthält, bewirkt eine Kraftwirkung in Richtung Kupplung AUF oder ZU. Die Kupplung bewegt sich dabei in Richtung eines Anschlages, sofern kein Fehler vorliegt, der die Bewegung beispielsweise aufgrund von erhöhter Reibung verhindert. Mithilfe von unterschiedlichen Bestromungsvarianten können Widerstände, die beispielsweise durch die Reibung verursacht werden, entlang des Aktorweges überwunden werden. Bei diesen Bestromungsvarianten handelt es sich um eine sogenannte Zitterbestromung, bei der mittels Wechselspannung einer vorgegebenen Frequenz eine zeitlich abwechselnde Kraftwirkung in Richtung Kupplung AUF bzw. ZU auftritt. Zwei andere Varianten bewirken während des Aktivzeitraumes eine Krafteinwirkung in Richtung Kupplung AUF oder in Richtung Kupplung ZU.
Bei Dauergebrauch des Elektromotors kann es dazu kommen, dass die Mechanik kurzzeitig sehr schwergängig ist. Die Bewegungssteuerung des Kupplungsaktors mit einer Rotorlageregelung kann dieses Verklemmen nicht mit einem linearen Regelalgorithmus abbilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Elektromotor umfassenden Kupplungsaktors anzugeben, mit welchem eine erkannte Blockade bzw. ein Verklemmen des Kupplungsaktors bei der translatorischen Bewegung überwunden wird.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Elektromotor zur Ausführung einer Freirüttelfunktion bestromt wird, wobei eine Endstufe des Elektromotors in einem vorgegebenen Zeitabschnitt kontinuierlich mit einer Spannung angesteuert wird und ein großes Drehmoment des Elektromotors abgerufen wird. Durch die Aktivierung einer solchen Freischüttelfunktion löst sich die Blockade bzw. die Schwergängigkeit des Kupplungsaktors und führt dazu, dass das Fahrzeug nicht stillgelegt oder in seiner Funktion eingeschränkt werden muss, sondern dass weitergefahren werden kann.
Vorteilhafterweise wird die Spannung zur Ansteuerung des Elektromotors stufenweise erhöht. Da die Schwergängigkeit bzw. die Blockade unterschiedlich stark ausgeprägt sein kann, können schon geringere, durch eine kleine Spannung veranlasste Bewegungen des Elektromotors zum Lösen der Blockade führen. Reicht das nicht aus, kann die Spannung des Elektromotors weiter erhöht werden, bis die Blockade überwunden ist.
In einer Alternative wird die Endstufe des Elektromotors mit einer maximalen Spannung angesteuert, wobei ein maximal zur Verfügung stehendes Drehmoment des Elektromotors abgerufen wird. Damit wird sichergestellt, dass die Schwergängigkeit bzw. die Blockade des Kupplungsaktors zuverlässig überwunden werden kann.
In einer Ausgestaltung wird die kontinuierliche Ansteuerung des Elektromotors in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt. Damit wird einer Überhitzung des Elektromotors und der den Elektromotor steuernden Endstufe entgegengewirkt.
In einer Variante erfolgt die Ansteuerung des Elektromotors abwechselnd in beide Drehrichtungen des Elektromotors. Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Blockade im Kupplungsaktor nicht in beide Bewegungsrichtungen im Kupplungsaktor gleich wirkt und somit durch die Bewegung in die entgegengesetzten Richtungen des Elektromotors eine schnelle Lockerung des Kupplungsaktors erfolgen kann.
In einer Weiterbildung wird die Ansteuerung des Elektromotors bei einer Erkennung einer zuverlässigen Bewegung des Kupplungsaktors beendet und ein vorgegebener Positionsregelmodus des Kupplungsaktors fortgesetzt. Somit kann die vorgeschlagene Freirüttelfunktion automatisch innerhalb des Positionsregelprozesses der Kupplung eingesetzt werden. Der Positionsregelprozess wird während der Freirüttelfunktion ausgesetzt und nach erkannter Bewegungsfreiheit des Kupplungsaktors kontinuierlich in seinem Betrieb fortgesetzt.
Erfindungsgemäß wird die Ansteuerung des Elektromotors nach einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen beendet, wobei bei weiterer Schwergängigkeit/Blockade des Kupplungsaktors eine Fahrzeugfunktion teilweise oder komplett eingeschränkt wird. Damit wird der Erkenntnis Rechnung getragen, dass bei Nichtüberwindung der Blockade durch die Freirüttelfunktion ein zuverlässiges Funktionieren der Kupplung nicht möglich ist. Um Gefahrensituationen zu unterbinden, wird die Fahrzeugfunktion teilweise reduziert oder komplett abgeschaltet.
In einer Ausgestaltung wird die wiederholte Ansteuerung des Elektromotors nach einem vorgegebenen Zeitraum beendet, wobei bei weiterer Schwergängigkeit/Blockade des Kupplungsaktors die Fahrzeugfunktion teilweise oder komplett eingeschränkt wird. Somit wird sichergestellt, dass, wenn mehrere Versuche, die Schwergängigkeit bzw. Blockade des Kupplungsaktors zu überwinden, in einem vorgegebenen Zeitraum nicht zum Erfolg geführt haben, das Fahrzeug in seiner Funktion ausgesetzt wird.
In einer Ausführungsform wird bei teilweiser oder kompletter Einschränkung der Fahrzeugfunktion ein Fehlerspeichereintrag generiert welcher an eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung ausgegeben wird, die die Fahrzeugfunktion teilweise oder komplett einschränkt. Die übergeordnete Fahrzeugsteuerung trifft in Auswertung des Fehlereintrages geeignete Maßnahmen, die der Schwere des aufgetretenen Fehlers Rechnung tragen.
In einer Variante wird bei einem mehrmaligen Auftreten einer Schwergängigkeit/Blockade des Kupplungsaktors in einem vorgegebenen Zeitraum ein Fehlerspeichereintrag zum Austausch des Kupplungsaktors generiert. Es wird geschlussfolgert, dass ein größerer Fehler im Kupplungsaktor vorhanden ist, der durch die Freirüttelfunktion nicht dauerhaft überwunden werden kann.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

1: eine Prinzipdarstellung eines elektrischen Zentralausrückers,
2: ein Ausführungsbeispiel einer Endstufe eines Elektromotors zur Einstellung verschiedener Kommutierungsschritte,
3: ein Ausführungsbeispiel einer Freirüttelfunktion.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Kupplungsaktors 1 als elektrischer Zentralausrücker dargestellt. Der Kupplungsaktor 1 besteht dabei aus einem Elektromotor 2 mit einer Statoreinrichtung 3 und einer Rotoreinrichtung 4. Die Statoreinrichtung 3 steht mit der rotierbaren Rotoreinrichtung 4 in Wirkzusammenhang. Wird die Statoreinrichtung 3 mit Strom versorgt, so wird die mit Permanentmagneten versehene Rotoreinrichtung 4 in Rotation versetzt. Unter Zwischenschaltung eines nicht weiter dargestellten Kugelumlaufgetriebes wird einer Schlitteneinrichtung 5 eine in Richtung einer Längsachse 6 wirkende dauerhaft vorliegende Axialkraft aufgeprägt. Die Statoreinrichtung 3 wird über eine Endstufe 7 bestromt, die von einem Steuergerät 8 angesteuert wird.
Die Schlitteneinrichtung 5 weist ein Ausrücklager 9 auf, das mit einer Tellerfeder 10 zusammenwirkt. Die Tellerfelder 10 greift durch einen Zentralflansch 11 und kann eine Anpressplatte 12 auf eine Gegendruckplatte 13 zu bewegen, um eine Kupplungsscheibe 14 einzuklemmen. Die Kupplungsscheibe 14, die Anpressplatte 12 und die Gegendruckplatte 13 bilden dabei die Kupplung.
Wie in 2 dargestellt, werden die Phasen U, V, W des Elektromotors 2 an Mittelabgriffen der Endstufe 7 abgegriffen. Die Endstufe 7 ist dabei als Brückenschaltung mit elektrischen Schaltelementen 15, 16, 17, 18, 19, 20 ausgebildet. Bei einer B-Brücke, welche im vorliegenden Fall vorliegt, sind sechs elektronische Schaltelemente 15 bis 20 vorhanden, die vorteilhafterweise als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind. Bei der Verwendung eines bürstenlosen Elektromotors 2 werden die Feldeffekttransistoren elektronisch kommutiert und dadurch ein Dreheffekt der Rotoreinrichtung 4 erzeugt. Der Einfachheit halber sind die Feldeffekttransistoren in 2 nur als Schaltelemente dargestellt. Zwischen den beiden Schaltelementen 15 und 16 wird die Phase U, zwischen den Schaltelementen 17, 18 die Phase V und zwischen den Schaltelementen 19, 20 die Phase W des Elektromotors 2 abgegriffen. In einem Massepfad 21 ist eine Strommesseinrichtung 22 angeordnet, die wiederum mit dem Steuergerät 8 verbunden ist. Des Weiteren ist die Endstufe 7 mit einer Spannungsversorgung 23 verbunden.
Bei einem solchen als elektrischer Zentralausrücker ausgebildeten Kupplungsaktor 1 kann es vorkommen, dass die Mechanik kurzzeitig sehr schwergängig ist und dessen Bewegungssteuerung eingeschränkt oder gar verhindert ist.
Um die Kupplungsaktorik wieder gangbar zu machen, wird die Endstufe 7, die den Elektromotor 2 ansteuert, mit einer maximalen Betriebsspannung kontinuierlich einen vorgegebenen Zeitraum lang angesteuert. Dies hat zur Folge, dass sich der Elektromotor 2 mit einem maximalen Drehmoment bewegt und somit versucht, die Schwergängigkeit bzw. Blockade zu unterbinden. Dabei wird der Elektromotor 2, wie aus 3 ersichtlich, in die beiden möglichen Drehrichtungen alternierend bestromt. Ein Zeitabschnitt T für eine Phase P der Freirüttelfunktion umfasst jeweils ein einmaliges Ansteuern des Elektromotors 2 in jede Richtung. Führt eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen der Freirüttelfunktion zu einer Bewegungserkennung des Kupplungsaktors 1, so schaltet das Steuergerät 8 in den normalen Positionsregelmodus und das Fahrzeug kann weiterfahren. Wird aber festgestellt, dass die Freirüttelfunktion keine Wirkung gezeigt hat, dann wird ein Fehlerspeichereintrag erzeugt, der an eine dem Steuergerät 8 übergeordnete Fahrzeugsteuerung 24 übermittelt wird. Diese Fahrzeugsteuerung 24 wird infolge der nicht überwundenen Blockade die Fahrfunktion des Fahrzeuges deutlich einschränken oder diese komplett abschalten.
Tritt eine solche mehrmalige Blockade in einem vorgegebenen Zeitraum mehrfach auf, so wird ein weiterer Fehlerspeichereintrag erzeugt, der darauf hinweist, dass der Kupplungsaktor 1 zu tauschen ist, bevor das gesamte System ausfällt und das Fahrzeug komplett liegen bleibt.
Wird nach durchgeführter Freirüttelfunktion eine Bewegung des Kupplungsaktors 1 erkannt, wird auf die Überwindung der Blockade geschlossen und in den normalen Positionsregelmodus des Kupplungsaktors 1 zurückgewechselt. Der Fehler des Kupplungsaktors 1 wird als geheilt betrachtet und alle Funktionen werden durch die übergeordnete Fahrzeugsteuerung 24 freigeschaltet.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsaktor
2: Elektromotor
3: Statoreinrichtung
4: Rotoreinrichtung
5: Schlitteneinrichtung
6: Längsachse
7: Endstufe
8: Steuergerät
9: Ausrücklager
10: Tellerfeder
11: Zentralflansch
12: Anpressplatte
13: Gegendruckplatte
14: Kupplungsscheibe
15: Schaltelement
16: Schaltelement
17: Schaltelement
18: Schaltelement
19: Schaltelement
20: Schaltelement
21: Massepfad
22: Strommesseinrichtung
23: Spannungsversorgung
24: Fahrzeugsteuerung

Claims

Verfahren zum Ansteuern eines einen Elektromotor umfassenden Kupplungsaktors, bei welchem eine Drehbewegung des Elektromotors (2) über ein Getriebe (5) in eine translatorische Bewegung des Kupplungsaktors (1) umgesetzt wird und der Kupplungsaktor (1) auf eine Schwergängigkeit oder Blockade überwacht wird, wobei bei Feststellung der Schwergängigkeit oder Blockade des Kupplungsaktors (1) der Elektromotor (2) zur Überwindung der Schwergängigkeit oder Blockade bestromt wird, wobei der Elektromotor (2) zur Ausführung einer Freirüttelfunktion bestromt wird, wobei eine Endstufe (7) des Elektromotors (2) in einem vorgegebenen Zeitabschnitt (T) kontinuierlich mit einer Spannung angesteuert wird und ein großes Drehmoment des Elektromotors (2) abgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Elektromotors (2) nach einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen beendet wird, wobei bei weiterer Schwergängigkeit oder Blockade des Kupplungsaktors (1) eine Fahrzeugfunktion teilweise oder komplett eingeschränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung zur Ansteuerung des Elektromotors (2) stufenweise erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufe (7) des Elektromotors (2) mit einer maximalen Spannung angesteuert wird, wobei ein maximal zur Verfügung stehendes Drehmoment des Elektromotors (2) abgerufen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Ansteuerung des Elektromotors (2) in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Elektromotors (2) abwechselnd in beide Drehrichtungen des Elektromotors (2) erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Elektromotors (2) bei einer Erkennung einer zuverlässigen Bewegung des Elektromotors (2) beendet wird und ein vorgegebener Positionsregelmodus des Kupplungsaktors (1) fortgesetzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wiederholte Ansteuerung des Elektromotors (2) nach einem vorgegebenen Zeitraum beendet wird, wobei bei weiterer Schwergängigkeit oder Blockade des Kupplungsaktors (1) eine Fahrzeugfunktion teilweise oder komplett eingeschränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei teilweiser oder kompletter Einschränkung der Fahrzeugfunktion ein Fehlerspeichereintrag generiert wird, welcher an eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung (24) ausgegeben wird, die die Fahrzeugfunktion teilweise oder komplett einschränkt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mehrmaligen Auftreten einer Schwergängigkeit oder Blockade des Kupplungsaktors (1) in einem vorgegebenen Zeitraum ein Fehlerspeichereintrag zum Austausch des Kupplungsaktors (1) generiert wird.