DE19823089A1

DE19823089A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung

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Publication number: DE19823089A1
Application number: DE19823089A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr Berger; Andreas Rogg; Klaus Henneberger; Armin Eschmann
Original assignee: LuK Getriebe Systeme GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2018-05-23
Also published as: AU8431698A; WO1998054483A2; DE19880693D2; ITMI981199A1; GB2330889A; KR20000029624A; FR2763900B1; BR9804950A; GB2330889B; GB9901676D0; WO1998054483A3; FR2763900A1; DE19823089B4; JP2000515983A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung, insbesondere zum Nullabgleich einer Wegmessung in der Bewe gungsübertragung von einem Aktor zu einer Kupplung, insbesondere einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Schaltgetriebe enthaltenen Kupplung.

Die Automatisierung von Kupplungen gewinnt in jüngster Zeit zunehmend an Bedeutung. In Kraftfahrzeugen läßt sich durch die Automatisierung von Kupp lungen eine erhebliche Fahrkomfortsteigerung erzielen. Gleichzeitig sind Ver brauchseinsparungen möglich, da wegen des vereinfachten Schaltens häufiger in einem möglichst langen Gang gefahren wird. Weiter ist die Automatisierung einer Kupplung Voraussetzung für die Automatisierung eines Schaltgetriebes, was im Ergebnis zu automatischen Getrieben führt, die kostengünstiger als herkömmliche, mit Planetensätzen arbeitende Automatgetriebe sind und mit besserem Wirkungsgrad arbeiten.

Die Automatisierung einer Kupplung mittels eines Aktors, beispielsweise eines Elektromotors, setzt eine genaue Kenntnis der jeweiligen Betriebsstellung der Kupplung voraus. Dazu erfolgt eine Wegmessung in der Bewegungsübertragung von dem Aktor zu der Kupplung. Diese Wegmessung ist naturgemäß mit Tole ranzen behaftet, die beispielsweise während des Betriebs der Kupplung auftre ten, oder mit unmittelbaren Fehlern behaftet, wie sie beispielsweise bei der Im pulszählung von Inkrementalsensoren vorkommen. Deshalb ist es zweckmäßig, wenigstens eine vorbestimmte Betriebsstellung der Kupplung zu erfassen und diese Stellung als Bezugswert für die Wegmessung zu verwerten, d. h. das Wegsignal in der vorbestimmten Betriebsstellung beispielsweise auf Null oder einen anderen Bezugswert abzugleichen.

Aus der DE 44 33 825 A1 ist ein Kupplungsaktor mit Inkrementalwegmessung bekannt, bei dem als Referenzpositionen und damit für einen möglichen Zähl fehlerausgleich feste Anschläge an beiden Enden des Stellbereiches des Kupp lungsaktors dienen.

Auch wenn diese Endanschläge genau bekannt sind, bleibt das Problem beste hen, daß ein Kupplungsverschleiß, insbesondere Verschleiß des Kupplungsbe lags, nicht unmittelbar erfaßt wird, was zu Komforteinbußen bei der Kupplungs betätigung führen kann. Ebenso kann eine beispielsweise temperaturbedingte Änderung der Lage der Tellerfederzungen nicht erfaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, mit dem bzw. der die automatische Betäti gung einer Kupplung hinsichtlich der Steuer- bzw. Regelgenauigkeit und damit hinsichtlich einer vorbestimmten, komfortablen Kupplungsbetätigung verbessert werden kann.

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merk malen des Anspruches 1 oder Anspruches 2 gelöst. Danach bildet erfindungs gemäß der Greifpunkt der Kupplung den Bezugspunkt für den Nullabgleich der Wegmessung. Eine genaue Kenntnis dieses Greifpunktes hat den Vorteil, daß damit alle anderen für die Kupplungsbetätigung maßgeblichen Eckdaten, wie z. B. Abstand des Trennpunktes der Kupplung vom Greifpunkt, Hub bis zum voll ständigen Öffnen der Kupplung und Hub bis zur vollständig geschlossenen Kupplung genau berücksichtigt werden können, da sie jeweils relativ zum Greif punkt angegeben werden können und in einem elektronischen Steuergerät kupplungsspezifisch abgelegt werden können.

Für die Erkennung des Greifpunktes, das ist der Punkt, bei dem die Kupplung soweit geschlossen ist, das sie ein vorbestimmtes Drehmoment überträgt, gibt es zahlreiche Möglichkeiten. Beispielsweise kann ein in einem elektronischen Steuergerät abgelegtes Kennfeld die Drehzahl des unter einem vorbestimmten Lastmoment laufenden Antriebsmotors in Abhängigkeit von der Stellung eines Ladungswechselsteuerorgans enthalten. Das vorbestimmte Lastmoment ent spricht dem Moment, das die Kupplung im Greifpunkt überträgt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf die älteren Anmeldungen DE 40 11 850, DE 44 26 260 und DE 196 52 244, deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsin halt der vorliegenden Anmeldung gehört.

Der Greifpunkt kann auch dadurch ermittelt werden, daß mittels eines Momen tensensors das im Antriebsstrang übertragene Moment erfaßt wird. Eine andere Möglichkeit zur Erkennung des Greifpunktes besteht darin, das Moment zu er mitteln, mit dem sich der Motor in einer Motorlagerung abstützt.

Der die Vorrichtung betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merk malen des Anspruchs 5 gelöst.

Die Ansprüche 6 bis 9 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsge mäßen Vorrichtung gerichtet.

Die Erfindung ist auf alle Arten der automatischen Kupplungsbetätigung an wendbar, auch fahrzeugfremde Anwendungen sowie Fahrzeuganwendungen bei denen auch das Schaltgetriebe mittels Aktoren automatisch betätigt wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erken nung von Fehlern bei der inkrementalen Messung der Position und/oder Ge schwindigkeit eines Elements, insbesondere eines Aktors. Die Erfindung stellt auch Möglichkeiten zur Behandlung von solchen Fehlern bereit.

Bei inkrementalen Meßsystemen, insbesondere Inkrementalwegmeßsystemen, ermöglicht die Erkennung von Sensorfehlern die Vermeidung einer ansonsten fehlerhaften Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung. Speziell bei hochpräzisen Systemen, wie etwa bei Inkrementalwegmeßsystemen an einem elektromechanischen Aktor eines elektromotorischen, automatisierten Schaltge triebes (ASG), ist eine solche fehlerhafte Positionierung eines die Gangwahl bestimmenden Schaltglieds zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem/der sich eine präzise Erkennung von eventuell auftretenden Sensorfehlern und somit eine genaue Positions- und/oder Geschwindigkeits messung erzielen läßt.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 10 genannten Maßnahmen bzw. mit den Merkmalen des Patentanspruchs 31 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Fehlererkennung werden somit die von den Senso ren erzeugten Impulsfolgen einer Korrelationsprüfung unterzogen. Hierbei wer den die physikalisch vorliegenden Pulsfolgen dahingehend überprüft, ob sie ähnlich sind. Bei korrekten Sensorsignalen verlaufen die Signale im wesentli chen gleich und werden lediglich bei einem Bewegungsrichtungswechsel hin sichtlich ihrer gegenseitigen Phasenlage und ihrer jeweiligen Impulsbreite kurz zeitigen Abweichungen unterworfen. Durch diese Korrelationsprüfung läßt sich somit eine aussagestarke Bewertung der Korrektheit der Sensorsignale erzielen.

Alternativ zur Korrelationsprüfung, vorzugsweise aber zusätzlich hierzu, wird eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt, bei der ein Schätzwert für den zu mes senden Parameter gebildet wird. Dieser Schätzwert, der den eigentlich zu er wartenden Wert mehr oder weniger grob repräsentiert, wird mit dem tatsächli chen Wert verglichen. Es wird somit eine Beurteilung des Meßergebnisses an hand eines Referenzwerts durchgeführt. Bei größeren Abweichungen zwischen dem Schätzwert und dem Meßergebnis stellt dies einen deutlichen Hinweis auf das Vorliegen von Sensorfehlern dar.

Mit der Erfindung lassen sich somit Sensorfehler mit hoher Genauigkeit feststel len, so daß dafür Sorge getragen werden kann, daß diese gestörten Sensorsi gnale nicht zu einer unerkannt fehlerhaften Ermittlung der Position und/oder der Geschwindigkeit des Stellelements führen. Die fehlerhaften Sensorsignale kön nen dann durch auf andere Weise gewonnene Ersatzwerte ersetzt werden, so daß trotz dieser Sensorfehler doch noch eine ausreichend genaue Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung möglich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange geben.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispiels weise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen Antriebsstrangs eines Fahrzeugs mit automatischer Kupplung,

Fig. 2 Details der Kupplungsbetätigung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 u. 4 zwei Beispiele von Kennlinien gebräuchlicher Kupplungen,

Fig. 5 ein Motorkennfeld,

Fig. 6 ein Flußbild zur Darstellung der Greifpunktkennung,

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform eines Gebers zur Erzeugung der Sensorsignale,

Fig. 8 zeigt die vom Geber gemäß Fig. 7 abgegebenen Pulssignale sowie ein durch EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung der beiden Sensorsignale gewonnenes Pulssignal,

Fig. 9 zeigt unterschiedliche Formen von Sensorfehlern,

Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Korrelationsprüfschaltung,

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Korrelationsprüf schaltung und

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit Korrelations- und Plausibili tätsprüfung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Antriebsmotor 2 eines Kraftfahrzeugs über eine automati siert betätigbare Kupplung 4 mit einem Schaltgetriebe 6 verbunden, welches über eine Kardanwelle 8 ein Differential 10 einer Hinterachse 12 des Fahrzeugs antreibt. Zur Steuerung des Antriebsstrangs ist ein elektronisches Steuergerät 14 mit Eingabe/Ausgabe Interfaces 16, einem Mikroprozessor 18 und einem Spei cher 20 vorgesehen.

Als Sensoren, die Signale an das Steuergerät 14 liefern, sind vorgesehen ein Geschwindigkeitssensor 22, ein Drehmomentsensor 24, ein Inkrementalsensor 26, ein Frischladungsdurchflußsensor 30, sowie ein Temperatursensor 32. Der Frischladungsdurchflußsensor detektiert den Durchfluß des Kraftstoffluftge mischs zur Versorgung des Verbrennungsmotors.

In der Figur ist offen gelassen, wie das Schaltgetriebe 6 betätigt ist. Wenn das Schaltgetriebe 6 automatisch betätigt ist, sind weitere Sensoren im Schaltgetrie be vorgesehen. Wenn es von Hand betätigt wird, können zusätzliche Sensoren zur Erfassung der Stellung des Schaltgetriebes sowie der Betätigung eines Ganghebels durch einen Fahrer vorgesehen sein. Ein weiterer Eingang des Steuergerätes 14 ist mit einem Gaspedal 34 verbunden. Diese Signale können auch von einer Motorsteuerung oder einer anderen Elektronikeinheit über einen Datenbus, wie CAN-Bus, übertragen werden.

Entsprechend in dem Steuergerät 14 abgelegten Algorithmen wird in Abhängig keit von den ihm von den Sensoren gelieferten Eingangssignalen ein als Elek tromotor 36 ausgebildeter Aktor für die Kupplung 4 und eine Drosselklappe 38 des Antriebsmotors 2 angesteuert. Ebenso ist auch ein anderer Aktor zur Betäti gung des Drehmomenteingriffs des Motors möglich.

Fig. 2 zeigt etwas genauer ein Ausführungsbeispiel einer von einem Elektromo tor angesteuerten Kupplung, die von einer Betätigungsvorrichtung automatisiert betätigt wird und die von einer Steuereinheit gesteuert wird:
Innerhalb eines Gehäuses 40 ist der Elektromotor 36 aufgenommen und treibt über eine mit seiner Antriebswelle drehfest verbundene Schnecke 42 ein Schneckenrad 44, welches über eine Kurbel 46 mit einem linearverschiebbaren Bauteil 48 verbunden ist, das wiederum mit dem Ausrückhebel 50 der Kupplung 4 verbunden ist. Der Drehwinkel des Elektromotors und/oder der Schnecke 42 wird mittels des Inkrementalsensors 26 erfaßt, dessen Ausgangsleitung 52 bei Verdrehung um jeweils ein Winkelinkrement einen Impuls an das Steuergerät 14 schickt. Über die Übersetzung des Schneckengetriebes und der Kurbel 46 be steht somit eine eindeutige Beziehung zwischen der Inkrementzählung und der Verschiebung des Bauteils 48 und damit über die gegebenen kinematischen Verhältnisse der Veränderungen der Betriebsstellung der Kupplung 4. Ebenso kann ein Inkrementalwegsensor als Sensor zur Detektion des Einrückzustandes der Kupplung verwendet werden. Dieser Sensor kann zwischen einem Ausrück system, wie Ausrücklager, und dem Motor zum Antrieb der Betätigungsbewe gung erfolgen.

Die Steuereinheit 14 nimmt bei vorliegendem Greifpunkt einen Abgleich des Sensors vor und Speicher diesen neu abgeglichenen Sensorwert in einem Spei cher der Steuereinheit ab.

An dem Schneckenrad 44 ist ein Anschlagzapfen 54 vorgesehen, der mit nicht dargestellten gehäusefesten Anschlägen zusammenwirkt und die Verdrehbarkeit des Schneckenrades 44 derart begrenzt, daß die Kupplung 4 jeweils innerhalb des zulässigen Verstellbereiches betätigt wird. Damit der Elektromotor 36 und das Schneckengetriebe 42, 44 sowie die Kurbel 46 von den Betätigungskräften der Kupplung weitgehend entlastet sind, wirkt mit dem längsbeweglichen Bauteil 48 ein Federspeicher 56 zusammen.

Fig. 3 zeigt die Kennlinie beispielsweise einer sogenannten SAC Kupplung (self adjusting clutch), wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 42 39 289.6 be schrieben ist. Auf der Senkrechten ist das von der Kupplung übertragbare Mo ment M aufgetragen auf der Waagrechten der Betätigungsweg W. Die schraf fierten Außenflächen geben die Stellbereichsgrenzen entsprechen Anschlägen im Aktor an, wobei der Betätigungsweg W beispielsweise der Weg des linearbe weglichen Bauteils 48 ist. Wie ersichtlich, überträgt die Kupplung im Ruhezu stand das maximale Moment. Im Ruhezustand liegt beispielsweise der An schlagzapfen 54 an einem seiner Anschläge an oder ist davon wenig beabstan det. Nach einem bestimmten Weg des Bauteils 48 beginnt die innerhalb der Kupplung wirksame Andruckkraft, der Position A abzunehmen und erreicht bei weiterer Verschiebung des Bauteils 48 schließlich den Greifpunkt G der dadurch definiert ist, daß die Kupplung ein vorbestimmtes Moment Mg übertragen kann. Bei weiterer Betätigung kommt die Kupplung außer Eingriff und kann kein Drehmoment mehr übertragen, so daß der Trennpunkt T erreicht ist. Wird das Bauteil 48 weiterbewegt, wird schließlich der Punkt O der vollständigen Öffnung der Kupplung erreicht.

Die Qualität der Kupplungssteuerung bzw. Regelung, d. h. der dem Fahrer ge lieferte, programmierte Komfort hängt ganz entscheidend von der Kenntnis des Greifpunktes G ab, da relativ zum Greifpunkt die steuerungsrelevanten Eckda ten, wie z. B. Abstand a Greifpunkt Trennpunkt, Abstand b Greifpunkt zu Punkt A der vollständig geschlossenen Kupplung und Abstand c zwischen Greifpunkt und vollständig geöffneter Kupplung bekannt sind. Mit Kenntnis dieser Daten lassen sich Algorithmen programmieren die ein komfortables Kuppeln unter allen Be triebsbedingungen sicherstellen. Die genannten Abstände a, b, c, sind kupp lungsspezifisch und bleiben relativ zum Greifpunkt G bei Verschleiß des Reib belags der Kupplung konstant. Ist die Kennlinie der Kupplung M(W) in einem Speicher abgelegt, kann bei der Kenntnis eines Punktes, wie beispielsweise des Greifpunktes, die Kennlinie eindeutig definiert werden.

Eine genaue Kenntnis der Absolutlage des Greifpunktes G beispielsweise durch einen bestimmten Zählerstand des dem Inkrementalsensor 26 zugeordneten Zählers im Steuergerät 14 ist somit eine entscheidende Voraussetzung für einen sicheren und wohldefinierten Betrieb der automatischen Kupplungsbetätigung. Wie diese Greifpunktstellung des Bauteils 48, als Bezugswert für die Wegmes sung, wie Inkrementalwegmessung, durch den Inkrementalsensor 40 herange zogen und ständig aktualisiert werden kann, wird weiter unten erläutert.

Fig. 4 zeigt eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung für eine Kupplung zuge drückt wird. Die Bezeichnungen entsprechen funktional denen der Fig. 3, wobei der im Fahrbetrieb praktisch benutzte Punkt A des maximal zu übertragenden Moments naturgemäß einen geringen Abstand von der die absoluten Stellbe reichsgrenze (rechts schraffiert) hat.

Die Relativlage zwischen den schraffierten Stellbereichsgrenzen und dem Greif punkt G ändert sich mit Verschleiß, thermischer Dehnung oder Fliehkraft des Kupplungsbelags, so daß die Grenzen vorteilhafterweise mittels des Anschlag zapfens 54 unmittelbar erfaßt werden oder nach einer anfänglichen Festlegung im Neuzustand der Kupplung aus einer jeweiligen Verschiebung des Greifpunk tes G errechnet werden oder sonstwie erkannt werden. Die Erkennung einer Stellbereichsgrenze führt zur Abschaltung des Aktors, so daß dieses vor Überla stung und die Kupplung vor Beschädigung geschützt ist.

Anhand der Fig. 5 und 6 wird beispielhaft eine Greifpunkterkennung mit Abgleich der Wegmessung erläutert.

Fig. 5 zeigt ein Motorkennfeld. Senkrecht ist der vom Durchflußsensor 30 ge messene Ladungsdurchsatz F dargestellt. Die Waagrechte bedeutet die vom Drehzahlsensor 28 erfaßte Drehzahl n. Die Kurvenschar gibt für verschiedene Betriebstemperaturen T1 bis T5 des Antriebsmotors schematisch den Zusam menhang zwischen Drehzahl und Ladungsdurchsatz wieder wobei die Kurven jeweils bei einem vorbestimmten Lastmoment, d. h. im Greifpunkt der Kupplung, ermittelt sind. Die Fig. 5 stellt somit ein "Greifpunkt-Drehmoment-Kennfeld" des Antriebsmotors 2 mit der Kupplung 4 dar.

Sei nun gemäß Fig. 6 angenommen, daß die Kupplung 4 bei einem Anfahrvor gang völlig geöffnet ist, d. h. sich im Punkt O befindet und ein Gang eingelegt ist und in Stufe 100 vom Steuergerät 20 der Befehl kommt "Schließe Kupplung", woraufhin der Elektromotor 36 anläuft und das Bauteil 48 in Schließrichtung der Kupplung 4 verschiebt. In Stufe 102 wird laufend ermittelt, ob einer der Kenn feldpunkte gemäß Fig. 5 erreicht ist, d. h. ob bei der jeweiligen Betätigung des Gaspedals 34, bzw. dem jeweiligen Durchsatz F und der jeweiligen Motortempe ratur T die Motordrehzahl einem im Kennfeld gemäß Fig. 5 abgespeicherten Wert entspricht. Tritt dies ein, so wird dies als Erreichen des Greifpunkts G ge wertet und der im Steuergerät 14 erreichte Zählerstand eines dem Inkremen talsensor 26 zugeordneten Zählers wird als aktualisierter Bezugswert in dem Speicher 20 abgespeichert. Gleichzeitig wird in Stufe 106 ein Kupplungsbetäti gungsprogramm aktiviert, welches jeweils beim Erreichen des Greifpunktes G einsetzt und eine komfortable Betätigung der Kupplung entsprechend den jewei ligen Anforderungen (Stellung des Gaspedals 34 usw. gewährleistet).

In ähnlicher Weise kann der Bezugswert jedesmal abgeglichen werden, wenn der Greifpunkt G erreicht wird, so daß die Wegmessung jeweils auf einem defi nierten Bezugswert aufsetzt und der Betriebszustand der Kupplung anhand der Wegmessung präzise gesteuert bzw. geregelt werden kann.

Es versteht sich, daß es zahlreiche weitere Möglichkeiten gibt, den Greifpunkt zu ermitteln, beispielsweise dadurch, daß der Drehmomentsensor 24 ein bestimm tes Drehmoment erreicht, was naturgemäß vom geschalteten Gang abhängig ist, oder dadurch, daß ein Stützmoment gemessen wird, das der Antriebsmotor 2 auf seine Lagerung ausübt usw.

Zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung wird im folgenden zunächst an hand der Fig. 7 bis 9 der Sensorabschnitt eines Inkrementalwegmeßsystems einschließlich der von diesem abgegebenen Ausgangssignale erläutert.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung des Sensorabschnitts des Inkremen talwegmeßsystems mit einem Steuermagneten 201, der eine Mehrzahl von Magnetpolzähnen aufweist und an der Abtriebswelle eines nicht dargestellten Elektromotors angebracht oder derart mit dieser gekoppelt ist, daß die Abtriebs wellendrehung eine Drehung des Steuermagneten 201 bewirkt. Der Elektromo tor bildet den Aktor eines automatisierten Schaltgetriebes und dient zur linearen Verstellung eines die Schaltgetriebestellung vorgebenden Schaltglieds, das entsprechend der vom Fahrer des Kraftfahrzeugs befohlenen Gangwahl zu verstellen ist. An der Umlaufbahn des Steuermagneten 201 sind zwei oder mehr Sensoren, vorzugsweise in der Form von Hall-Sensoren 202 und 203 angeord net, die bei Vorbeilaufen der Magnetpole jeweils Ausgangssignale U_H1 bzw. U_H2 erzeugen. Aufgrund der versetzten Anordnung der Sensoren 202 und 203 sind auch die von ihnen erzeugten Pulssignale U_H1 und U_H2 phasenversetzt, wie dies aus Fig. 8 ersichtlich ist.

Aus der jeweiligen Phasenlage der beiden Impulsfolgen U_H1 und U_H2 läßt sich die Drehrichtung des Steuermagneten 201 und damit des diesen antreibenden Elektromotors und folglich die Position und/oder Geschwindigkeit des zu steu ernden Elements ermitteln. Entsprechend der erkannten Drehrichtung werden die Pulse (Inkremente) vorzeichenrichtig aufsummiert, woraus sich die jeweilige Position des zu überwachenden bzw. zu steuernden Elements ergibt. Weiterhin ergibt sich aus der Anzahl der Impulse je Zeiteinheit, oder durch Ermittlung der Impuls-Periodendauer mit Hilfe eines Referenzzählers, die Frequenz des Puls signals, die in eindeutiger Beziehung mit der Drehzahl des Elektromotors bzw. mit der Geschwindigkeit des von diesem angetriebenen Elements (Stellglied) steht.

Zur Erhöhung der Positionsauflösung können die beiden Pulsfolgen U_H1 und U_H2 einer EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung unterzogen werden, so daß sich das in Fig. 8 an unterer Stelle gezeigte Pulssignal U_P ergibt, das doppelte Frequenz wie die Pulssignale U_H1 und U_H2 und damit doppelt so viele Flankenübergänge ent hält. Die Positionsauflösung läßt sich bei Auswertung des Pulssignals U_P ver doppeln.

Zur nochmaligen Verdoppelung der Auslösung kann ferner eine Zweiflanken auswertung vorgesehen werden, bei der die Abarbeitung einer Interrupt-Routine zur Positionserfassung bei jeder positiven und negativen Flanke des Pulssignals U_P aufgerufen wird.

Vorzugsweise ist eine zusätzliche Referenzpositionsmessung vorgesehen, durch die der absolute Bezug wieder hergestellt werden kann, da mit inkrementalen Wegmeßsystemen nur relative Wegänderungen erfaßt werden können.

Anhand Fig. 9 werden zunächst die wichtigsten Fehlermöglichkeiten bei der Inkrementalwegmessung unter Verwendung von Hall-Sensoren beschrieben.

Bei allen Fig. 9a) bis 9d) stellt der jeweils obere Impulszug das Ausgangssignal des einen Hall-Sensors dar, während der darunter angegebene Signalverlauf das Ausgangssignal des anderen Sensors repräsentiert.

Fig. 9a) zeigt den Fall eines vollständigen Ausfalls eines der beiden Hall- Sensoren 202, 203, was zur Folge hat, daß nur noch einer der beiden Hall- Sensoren ein Impulssignal erzeugt, während das Signal des anderen Hall- Sensors konstant den Wert 0 oder 1 hat.

Fig. 9b) zeigt den Fall des Ausfalls beider Hall-Sensoren 202, 203. In diesem Fall liefern beide Sensoren konstante Ausgangspegel auf beiden Signalleitun gen, die entweder beide bei 0 liegen oder einen von 0 abweichenden Wert ha ben können.

In Fig. 9c) ist der Fall der Überlagerung von zusätzlichen Störimpulsen gezeigt, die zum Beispiel durch elektromagnetische Einstrahlung hervorgerufen werden können. Diese Störimpulse (peaks) können zusätzliche Sensorimpulse vortäu schen oder auch Sensorimpulse teilweise oder vollständig auslöschen. Diese Störimpulse lassen sich prinzipiell nicht von den wahren Sensorimpulsen unter scheiden. Da die Auswirkungen dieser Störimpulse auf die beiden Hall-Sensoren jedoch generell, schon aufgrund deren Ortsversatz, unterschiedlich stark sind, werden die Sensorsignale auch deutlich unterschiedlich beeinflußt. Der obere Kurvenzug in Fig. 9c) zeigt, daß das Ausgangssignal des einen Hall-Sensors im wesentlichen ungestört ist, während der untere Kurvenzug in Fig. 9c) ver anschaulicht, daß das dort dargestellte Sensorsignal durch die Störimpulse stark verfälscht wird.

Fig. 9d) zeigt den Fall von Vibrationen des Steuermagnets 201, und damit des zu überwachenden Elements bzw. des elektromechanischen Aktors, um eine Ruhelage. Solche Vibrationen können dazu führen, daß das eine Sensorsignal (oberer Kurvenzug) eine Pulsfolge mit einer von den Vibrationen abhängigen Pulsfrequenz zeigt, während das Ausgangssignal des anderen Sensors kon stanten Pegel besitzt. Bei diesem Bewegungsablauf ergibt sich eine ständig wechselnde Bewegungsrichtung, so daß ein alternierendes Richtungssignal erzeugt werden sollte, das eine vorzeichenrichtige Summation der Inkremente bzw. Impulse bewirkt, und sich somit der korrekte Positionswert ergibt. Das sich bei Vibrationen gegebenenfalls einstellende Signalmuster ist somit demjenigen bei Sensorausfall (Fig. 9a)) ähnlich. Jedoch wechselt das Signalmuster bei er neuter Ansteuerung des Antriebs, d. h. vorzugsweise des elektromechanischen Antriebs, zum normalen Signalmuster über, da nun beide Sensoren wieder Pulsfolgen erzeugen.

Vor der eigentlichen Signalauswertung findet eine Aufbereitung der von den Sensoren 202, 203 abgegebenen Pulssignale statt. Hierbei werden die Puls signale zur Unterdrückung von hochfrequenten, durch elektromagnetische Ein strahlungen verursachten Störungen tiefpaßgefiltert und, wie im Stand der Tech nik bekannt, "entprellt". Hierdurch wird eine obere Grenzfrequenz für die Pulsfol ge festgelegt. Alternativ ist es auch möglich, eine minimal zulässige Pulsdauer zu definieren und Pulse mit einer kürzeren Pulsdauer nicht auszuwerten. Hier durch werden kurzzeitige Störeinstrahlungen zwischen einzelnen Impulsen oder im Bereich der ansteigenden oder abfallenden Impulsflanken zuverlässig unter drückt. Diese Vorverarbeitung kann mittels separater Elemente oder in der Ein gangsbeschaltung der Signalauswertungsstufe durchgeführt werden. In man chen Fällen kann diese Vorverarbeitung auch unterbleiben.

Die gegebenenfalls vorverarbeiteten Pulssignale werden dann einer Verarbei tung zur Erkennung von Sensorfehlern unterzogen. Diese Verarbeitung enthält eine Korrelationsprüfung und/oder eine Plausibilitätsprüfung. Im folgenden wird zunächst die Korrelationsprüfung in größeren Einzelheiten beschrieben.

Bei der Korrelationsprüfung handelt es sich um eine logische Verarbeitung, bei der Abweichungen der beiden Pulssignal-Folgen erkannt und der übergeordne ten Steuerung signalisiert werden. Diese Signalisierung von festgestellten, un zulässigen Abweichungen ist insbesondere bei einer EXKLUSIV-ODER- Verknüpfung der beiden Sensorsignale zur Verdoppelung der Pulsfrequenz wichtig, da bei Ausfall eines Sensorsignal die Pulsfrequenz des durch EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung gebildeten Ausgangssignals halbiert wird und diese Halbierung bei der Positions- und Geschwindigkeitserfassung berücksich tigt und kompensiert werden muß, insbesondere im Rahmen der Interrupt- Service-Routine für die Positionserfassung.

Die Korrelationsprüfung beruht darauf, daß die beiden Impulsfolgen U_H1 und U_H2 üblicherweise im wesentlichen synchron laufen und sich hinsichtlich der Impuls zahl je Zeiteinheit zumindest bei gleichbleibender Drehrichtung nicht nennens wert unterscheiden. Bei der Korrelationsprüfung wird überprüft, ob die beiden Pulsfolgen U_H1 und U_H2 asynchron laufen, d. h. sich hinsichtlich ihrer Impulszahl um mehr als eine vorgegebene, gegebenenfalls einstellbare Schwelle n₁ unter scheiden. Wird festgestellt, daß sich die Pulsfolgen um mehr als n₁ wechselseiti ge Impulse unterscheiden, wird ein Fehlersignal erzeugt, d. h. eine Fehlerken nung gesetzt.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Korrelationsprüfung, bei dem die bei den Pulssignale U_H1 und U_H2 einer Korrelationsprüfschaltung 204 in Form einer frei programmierbaren Logikschaltung FPGA (field programmable gate array) zugeführt werden. Die Logikschaltung 204 führt die EXKLUSIV-ODER- Verknüpfung der Eingangssignale durch und bildet hierdurch das an einem Ausgangsanschluß 206 abgegebene Pulssignal U_P. Weiterhin bewirkt die Logik schaltung 204 die Erkennung eines Drehrichtungswechsels aus einer Verschie bung der gegenseitigen Phasenlagen der Eingangs-Pulssignale und erzeugt an einem Ausgangsanschluß 205 das Drehrichtungssignal U_R, das lediglich zwei Pegel entsprechend der jeweiligen Drehrichtung annehmen kann.

Ferner führt die Logikschaltung 204 die Korrelationsprüfung durch und gibt ab hängig vom Prüfergebnis am Ausgangsanschluß 207 ein Signal U_Fehler ab, des sen Pegel bei Ermittlung von unzulässigen, Sensorfehler signalisierenden Ab weichungen umgeschaltet wird und hierdurch der übergeordneten Steuerung das Vorhandensein von Fehlern signalisiert. Wird anschließend festgestellt, daß die Sensorsignale wieder in korrelierten Zustand gelangt sind, wird das Fehlersi gnal rückgesetzt. Diese Signalauswertung kann durch Zählroutinen in der Logik schaltung 204, d. h. durch entsprechende Programmierung, bewirkt werden. Beispielsweise kann die mangelnde Korrelation der beiden eingangsseitigen Pulsfolgen U_H1 und U_H2 mittels einer Zweirichtungszählfunktion erfolgen, die einen Pulsdifferenzzähler bildet und bei jeder ansteigenden (oder abfallenden) Flanke des einen Pulssignals hochgezählt und bei jeder ansteigenden (oder abfallenden) Flanke des anderen Signals herabgezählt wird. Wenn der Zähl stand der Zweirichtungszählfunktion einen bestimmten Schwellwert überschreitet oder unterschreitet, wird die Fehlerkennung gesetzt. Der Schwellwert kann fest vorgegeben oder einstellbar sein.

Die Korrelationsprüfung wird auch nach dem Setzen der Fehlerkennung fortge setzt. Wird hierbei erkannt, daß die Pulsfolgen wieder in korrelierten Zustand gelangt sind, wird die Fehlerkennung automatisch zurückgesetzt. Diese Rück setzung kann beispielsweise dann stattfinden, wenn eine definierte Anzahl n₂ von systemkorrekt abwechselnd aufeinanderfolgenden Impulsen der beiden Pulsfolgen erfaßt worden ist. Die Anzahl n₂ kann hierbei gleich n₁ sein oder sich auch hiervon unterscheiden. Die Überprüfung der Wiedererlangung der Korrela tion kann beispielsweise mittels eines Zählers bzw. einer Zählfunktion erfolgen, der bzw. die somit einen Korrelationszähler bildet und die Anzahl von korrekt wechselseitig aufeinanderfolgenden Impulsen der beiden Pulsfolgen zählt. Der Korrelationszähler wird dann, wenn zwei oder mehr aufeinanderfolgende Impul se im gleichen Signal ohne zwischenzeitliches Auftreten eines Impulses im an deren Signal vorhanden sind, jeweils zurückgesetzt. Übersteigt der Zählstand des Korrelationszählers den Schwellwert n₂, wird die Fehlerkennung zurückge setzt.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 10 ist die Logik für diese Korrelationsprüfung der beiden Eingangssignale hardwaremäßig im Rahmen der Logikschaltung 204, d. h. der Eingangsschaltung für das nachgeschaltete, mit den Ausgangsan schlüssen 205 bis 207 verbundene Steuergerät implementiert. Hierdurch wird das Steuergerät durch diese Korrelationsprüfung nicht belastet. Es ist jedoch auch möglich, die Korrelationsprüfung innerhalb des Steuergeräts vorzunehmen. In diesem Fall kann der Ausgang 207 bei der Logikschaltung 204 entfallen.

Fig. 11 zeigt Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels der Korrelationsprüfschal tung mit automatischer Rücksetzung des Fehlersignals bei der Wiedererlangung des korrelierten Zustands. Ein Zweirichtungszähler 208 empfängt an seinem Aufwärts-Zähleingang "Auf" das eine Impulssignal, beispielsweise U_H1, während das andere Pulssignal, zum Beispiel U_H2, an seinen Abwärts-Zähleingang "Ab" angelegt ist. Bei korrelierten Impulsfolgen treten die Impulse abwechselnd auf, so daß der Zählwert des Zweirichtungszählers 208 ständig zwischen 0 und 1 wechselt, d. h. lediglich das geringstwertige Bit LSB des Zählerausgangs ab wechselnd umschaltet. Alle höherwertigen Bitstufen des Zählerausgangs behal ten den niedrigen Pegelzustand dauerhaft bei. Bei Auftreten eines Fehlers, zum Beispiel des Ausfalls des am Abwärtszähleingang anliegenden Pulssignals, zählt der Zweirichtungszähler 208 hoch, so daß die höherwertigen Ausgangsbitstufen nacheinander auf hohen Pegel wechseln. Mit einem höherwertigen Bitanschluß, zum Beispiel der Bitstufe Nummer 204, ist der Setzeingang eines Flip-Flops 209 verbunden, so daß dieses bei Hochzählen des Zählers 8 auf +/- 8 gesetzt wird und an seinem Ausgang das Fehlersignal erzeugt.

Zur automatischen Rücksetzung der Fehlerkennung nach Wiedererlangung der Korrelation ist ein weiterer Zähler 210 vorgesehen, dessen Zähleingang mit der Bitstufe LSB des Zweirichtungszählers 208 verbunden ist. Der Zähler 210 zählt daher die Anzahl aufeinanderfolgender Signalwechsel am Ausgang LSB. Der Löscheingang CL des Zählers 210 ist mit dem Ausgangsbit 202 des Zweirich tungszählers 208 verbunden, so daß der Zähler 210 jedesmal dann gelöscht wird, wenn das Ausgangsbit 202 des Zweirichtungszählers 208 von 0 auf 1 wechselt. Sofern keine Korrelation vorliegt, wechselt der Signalpegel des Aus gangsbits 202 des Zweirichtungszählers 208 wiederholt zwischen 0 und 1, so daß der Zähler 210 immer wieder zurückgesetzt wird. Lediglich wenn die Korre lation der beiden Eingangspulssignale wieder erreicht ist, wechselt nur noch das Ausgangsbit 1 (LSB) wiederholt seinen Pegel, so daß der Zähler 210 hochzählt und nicht wieder gelöscht wird. Der Rücksetzeingang des Flip-Flops 209 ist mit einem höherwertigen Ausgangsbit, zum Beispiel dem Ausgangsbit 205 des Zählerausgangs 210 verbunden, so daß das Flip-Flop 209 wieder zurückgesetzt und damit das Fehlersignal auf 0 gelegt wird, wenn eine bestimmte Anzahl von wechselseitigen Impulsen der Eingangs-Pulsfolgen erfaßt worden ist.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 11 kann der Fall auftreten, daß trotz korrekt wie dererlangter Korrelation die mit dem Setzeingang des Flip-Flops 209 oder mit dem Löschanschluß des Zählers 210 verbundenen Ausgänge des Zählers 208 dauerhaft den Wert "1" behalten. Deshalb werden vorzugsweise flankengetrig gerte Eingänge für den Setzeingang und Löschanschluß verwendet, die lediglich auf ansteigende Flanke, nicht aber auf kontinuierlich anliegendes Signal anspre chen. Alternativ kann der Zweirichtungszähler 208 periodisch rückgesetzt wer den.

Im folgenden wird die Plausibilitätsprüfung in größeren Einzelheiten erläutert. Hierbei wird für den zu messenden Parameter anhand anderer Meßwerte ein Schätzwert gebildet und dieser Schätzwert mit dem gemessenen Wert vergli chen. Wenn die Abweichungen innerhalb eines bestimmten zulässigen Rah mens liegen, kann davon ausgegangen werden, daß der Meßwert korrekt ist, d. h. die Sensorsignale ungestört sind, und somit der Meßwert als zuverlässig beurteilt werden kann. Diese Vorgehensweise läßt sich für beliebige zu messen de Parameter, zum Beispiel Position, Geschwindigkeit oder Drehzahl einsetzen. Im folgenden wird ein Beispiel näher erläutert, bei dem als elektromechanischer Aktor ein Motor eingesetzt wird, dessen Drehzahl anhand der Sensorsignale ermittelt werden soll. Diese Drehzahl stellt zugleich die eindeutige Aussage über die jeweilige Geschwindigkeit, und damit auch den jeweiligen Ort des durch den Motor angetriebenen Elements dar.

Zur Bildung des Schätzwerts läßt sich die Motordrehzahl unter Vernachlässigung der Ankerzeitkonstanten beim Stromaufbau anhand der Ankerspannung U_A des Ankerstroms I_A sowie bekannter Motorkenngrößen näherungsweise folgender maßen berechnen:

Hierbei bezeichnet R_A den Ankerwiderstand (einschließlich sämtlicher parasitärer Widerstände, wie etwa der Shuntwiderstände zur Strommessung, des Innenwi derstands der Endstufe und der Spannungsversorgung usw.). k bezeichnet die Motorkonstante, während F den durch den Permanentmagneten 201 hervorge rufenen magnetischen Fluß bezeichnet.

Aufgrund der Vernachlässigung der Ankerzeitkonstanten und auch wegen Tem peratureinflüssen und sonstigen Parameterschwankungen wie etwa alterungs bedingten Änderungen ergibt sich bei dieser Vorgehensweise lediglich ein Schätzwert für die tatsächliche Motordrehzahl, der jedoch dennoch relativ genau ist und zur Plausibilitätsprüfung der Meßgröße herangezogen werden kann.

Alternativ zur direkten Berechnung des Schätzwerts für die Drehzahl oder auch zusätzlich hierzu, kann die Drehzahl mittels eines Störbeobachters, der über den Ankerstrom nachgeführt wird, ermittelt werden. Hierzu wird beispielsweise ein Aktormodell (Störgrößenbeobachter) nachgebildet, das durch den Ankerstrom nachgeführt wird. Als Ausgangsgröße des Beobachters erhält man den Schätz wert für die Störgröße, d. h. für die Motordrehzahl.

Der zur Ermittlung des Drehzahlschätzwerts zu messende Ankerstrom kann an beliebiger Stelle nach Betrag und Richtung gemessen werden. Vorzugsweise wird der Ankerstrom im Hinblick auf eine kostengünstige, technisch einfache Realisierung im Massepfad der Leistungsendstufe gemessen, bei der der Anker strom lediglich eine Stromrichtung aufweisen kann. Der Ankerstrom muß somit nur betragsmäßig erfaßt werden, was sich technisch einfach bewerkstelligen läßt.

Vorzugsweise werden die Korrelations- und die Plausibilitätsprüfung kombiniert durchgeführt, so daß sich die eingangs erläuterten Sensorfehler zuverlässig erkennen und ferner auch entsprechend behandeln lassen. Es können somit für erkannte Sensorfehler Ersatzstrategien bereitgestellt werden.

In der nachfolgenden Tabelle 1 ist ein Überblick über die Klassifizierung von Sensorfehlern und die im Fehlerfall zu ergreifenden Ersatzstrategien gezeigt.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, werden das Richtungssignal und das Pulssignal unverändert übernommen, wenn die Plausibilitätsprüfung ergeben hat, daß die Sensorsignale im wesentlichen korrekt sind. Dies gilt sowohl für den Fall, daß auch bei der Korrelationsprüfung kein Fehler gefunden wurde, als auch für den Fall, daß bei der Korrelationsprüfung die Signale als fehlerhaft erkannt wurden. In diesem Fall werden die Signalstörungen als Vibrationen oder einseitig überla gerte Störimpulse eingestuft.

Wenn die Plausibilitätsprüfung aber zum Ergebnis "Signale fehlerhaft" geführt hat, wird bei korrekt bestandener Korrelationsprüfung auf systematische Fehler in beiden Sensorsignalen geschlossen und als Reaktion die Position des durch die Antriebseinrichtung angetriebenen Elements durch Integration des Drehzahl schätzwerts bestimmt. Wenn auch die Korrelationsprüfung zum Ergebnis "Si gnale fehlerhaft" geführt haben sollte, wird in diesem Fall auf den Ausfall eines Sensors geschlossen und das Richtungssignal aus dem Drehzahlschätzwert gebildet sowie bei der Positions- und/oder Geschwindigkeitsauswertung berück sichtigt, daß das Pulssignal lediglich halbe Pulsfrequenz aufweist.

Bei der Plausibilitätsprüfung wird hierbei eine Fehlertoleranz vorgegeben, d. h. eine zulässige Differenz zwischen Schätzwert und aktuellem Meßwert zugelas sen. Lediglich wenn die Abweichungen zwischen dem geschätzten Wert und dem aktuell gemessenen Wert größer als diese Fehlertoleranz sein sollte, wird die Plausibilitätsprüfung als nicht bestanden bewertet und auf fehlerhafte Sen sorsignale rückgeschlossen.

Die Plausibilitätsprüfung und die gegebenenfalls erforderliche Bereitstellung von geeigneten Ersatzwerten für als fehlerhaft erkannte Meßwerte kann sowohl in einem Hochgeschwindigkeits-Interrupt bzw. einer Hochgeschwindigkeits- Interruptroutine (HSI-Interrupt = high speed input interrupt) vorgenommen wer den, der bei jeder positiven und/oder negativen Signalflanke des an ihm anlie genden Eingangssignal ausgelöst wird. Alternativ ist es auch möglich, diese Plausibilitätsprüfung und/oder die gegebenenfalls erforderliche Bereitstellung geeigneter Ersatzwerte in einem "niederfrequent" arbeitenden Steuerungs interrupt bzw. einer Steuerungs-Interruptroutine vorzunehmen, die zum Beispiel für die Lageregelung vorgesehen ist. Zur Vermeidung einer zu starken Belastung des Prozessors sind die Plausibilitätsprüfung und die Ersatzwert-Bereitstellung vorzugsweise im Steuerungsinterrupt vorgesehen.

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Steuergerät 211 nicht nur die Logikschaltung 204 enthält, sondern auch einen Hochgeschwindigkeitseingabe- Interrupt (Unterbrechungsroutine bzw. -abschnitt) 212 (HSI-Interrupt) und eine Steuerungs-Unterbrechungsroutine 213 (Steuerungs-Interrupt) aufweist. Der Hochgeschwindigkeitseingabe-Interrupt 212 empfängt die drei Ausgangssignale U_R, U_P und F_korr (= U_Fehler) der Logikschaltung 204 und bewirkt die Positions- und Drehzahlerfassung. Das von der Logikschaltung 4 abgegebene Fehlersignal wird auch an den Steuerungs-Interrupt 213 angelegt, der die Plausibilitätsprüfung und Klassifizierung durchführt und abhängig von erkannten Fehlerzuständen und dem Zustand des Fehlersignals der Logikschaltung 204 geeignete Ersatzwerte (Tabelle 1) bereitstellt. Der Steuerungs-Interrupt erhält für die Plausibilitätsprü fung vom Hochgeschwindigkeitseingabe-Interrupt 212 den Drehzahlwert n_M und das Positionssignal x und vergleicht diese Werte mit dem intern gebildeten Schätzwert.

Der Steuerungs-Interrupt 213 ist weiterhin mit dem Hochgeschwindigkeitseinga be-Interrupt 212 über eine Signalleitung "Mode" verbunden, über die dem Hoch geschwindigkeitseingabe-Interrupt 212 bei Erkennung des Ausfalls eines Sen sors dieser Zustand signalisiert wird. Insbesondere bei EXKLUSIV-ODER- Verknüpfung der beiden Pulssignale U_H1 und U_H2 und der hierdurch erzielten Frequenzverdopplung signalisiert das Signal "Mode" bei erkanntem Ausfall eines Sensors, daß das an den Hochgeschwindigkeitseingabe-Interrupt angelegte Pulssignal U_P nur noch halbe Frequenz aufweist, und daher auch nur noch unter Berücksichtigung dieser halbierten Frequenz auszuwerten ist.

Alternativ kann die Positions- und Drehzahlerfassung auch im Steuerungsinter rupt 213 durchgeführt werden. In diesem Fall läuft im Hochgeschwindigkeitsein gabe-Interrupt 212 nur ein richtungsabhängiger Zähler zur Aufsummation der Inkremente sowie die Bestimmung der Zeitdauer zwischen zwei Pulsflanken (Zählerstand). Die Auswertung dieser Größen geschieht im Steuerungsinterrupt 213 unter Berücksichtigung der Qualität, das heißt der Fehlerfreiheit oder Feh lerbehaftetheit, der Sensorsignale. Bei dieser Ausführungsform ist die Belastung des Prozessors des Steuergeräts aufgrund der vereinfachten Service-Routine des Hochgeschwindigkeitseingabe-Interrupts verringert.

Die vorliegende Erfindung kann nicht nur bei elektromechanischen Aktoren in automatisierten Schaltungsgetrieben zum Einsatz kommen, sondern allgemein bei beliebig gearteten Steuergeräten und Sensorgestaltungen, bei denen ein beliebiger Parameter durch Auswertung von zwei oder mehr pulsförmigen, pha senversetzten Sensorsignalen zu ermitteln ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem inkrementalen Meßverfahren und -Meßgerät aber um ein Inkrementalweg- Meßverfahren bzw. Inkrementalweg-Meßsystem.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Aus bildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des je weiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rück bezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfin dungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf die Ausführungsbeispiele der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kom binationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Ab wandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegen stand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

1. Verfahren zum Nullabgleich einer Wegmessung in der Bewegungsüber tragung von einem Aktor zu einer Kupplung, insbesondere einer im An triebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und ei nem Schaltgetriebe enthaltenen Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifpunkt der Kupplung erfaßt wird und den Bezugspunkt für den Nullabgleich der Wegmessung bildet.

2. Verfahren zum Nullabgleich einer Wegmessung mit einem Inkrementalsen sor in der Bewegungsübertragung von einem Aktor zu einer Kupplung, ins besondere einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Schaltgetriebe enthaltenen Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifpunkt der Kupplung erfaßt wird und den Be zugspunkt für den Nullabgleich der Wegmessung bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifpunkt anhand eines in einem Speicher eines elektronischen Steuerge rätes abgelegten Kennfeldes erfaßt wird, welches die Drehzahl des An triebsmotors in Abhängigkeit von dem Frischladungsdurchsatz enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifpunkt durch einen im Antriebsstrang enthaltenen Momentensensor erfaßt wird.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend einen Antriebsmotor, ein Schaltgetriebe, eine Kupplung zwi schen dem Antriebsmotor und dem Schaltgetriebe, einen Aktor zum Betä tigen der Kupplung, eine Wegmeßeinrichtung zur Erfassung der Betriebs stellung der Kupplung und ein mikroprozessorgesteuertes Steuergerät zum Ansteuern des Aktors, welches Steuergerät einen Speicher zum Speichern einer vorbestimmten Betriebsstellung der Kupplung als Bezugswert für die Wegmeßeinrichtung und eine Abgleicheinrichtung enthält, welche den Be zugswert bei Erreichen der vorbestimmten Betriebsstellung aktualisiert, ge kennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erkennen des Greifpunktes der Kupplung als vorbestimmte Betriebsstellung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich tung zum Erkennen des Greifpunktes der Kupplung ein im Speicher des Steuergerätes abgelegtes Kennfeld enthält, welches den Betrieb des An triebsmotors in der Greifpunktstellung der Kupplung darstellt, wobei, aus gehend von geöffneter Kupplung, ein Erreichen eines Kennfeldpunktes als Erreichen des Greifpunktes gewertet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich tung zum Erkennen des Greifpunktes einen Drehmomentsensor enthält, der das über eine im Antriebsstrang enthaltene Welle übertragene Drehmoment erfaßt, wobei als Greifpunkt gewertet wird, wenn dieses Drehmoment, ausgehend von geöffneter Kupplung, einen Schwellwert überschreitet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor ein Elektromotor ist und die Wegmeßeinrichtung einen die Drehung einer Welle des Elektromotors erfassenden Inkrementalzähler enthält.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsübertragung zwischen Aktor und Kupplung eine An schlageinrichtung zur Begrenzung des Stellbereichs der Kupplung enthält.

10. Verfahren zur Erkennung, und gegebenenfalls Behandlung von Fehlern bei der inkrementalen Messung der Position und/oder Geschwindigkeit eines Elements, insbesondere eines Aktors in einem Kraftfahrzeug, bei dem zwei Sensoren entlang der Bewegungsbahn eines Elements oder eines hiermit gekoppelten Gebers versetzt angeordnet sind und bei Bewegung des Ele ments phasenversetzte Impulssignal-Folgen erzeugen, die durch eine Auswerteschaltung zur Positions- und/oder Geschwindigkeitserfassung ausgewertet werden, die die beiden Impulssignal-Folgen einer Korrelati onsprüfung unterzieht und/oder eine Plausibilitätsprüfung hinsichtlich des Auswertungsergebnisses durchführt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Auswerteschaltung bei der Kor relationsprüfung gegenseitige Abweichungen der beiden Impulssignal- Folgen ermittelt und bei Erkennung von einen Schwellwert überschreiten den Abweichungen ein Fehlersignal erzeugt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Auswerteschaltung Unterschiede der Impulszahl der beiden Impulssignal-Folgen ermittelt und bei einer einen Schwellwert überschreitenden Differenz ein Fehlersignal er zeugt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Aus werteschaltung einen Zweirichtungszähler enthält, der die Impulse der ei nen Impulssignal-Folge in Aufwärtsrichtung und diejenigen der anderen Impulssignal-Folge in Abwärtsrichtung zählt und bei Erreichen bzw. Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Zählwerts ein Fehlersignal erzeugt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Aus werteschaltung die Korrelationsprüfung auch nach Erkennung eines Feh lers fortsetzt und ein die fehlende Korrelation signalisierendes Fehlersignal rücksetzt, wenn die Korrelation für eine bestimmte Dauer oder eine be stimmte Impulsanzahl wieder gegeben ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, mit einem Zähler, der in Abhängigkeit von der Anzahl ununterbrochen aufeinanderfolgender Impulswechsel zwischen den beiden Impulssignal-Folgen zählt und bei Erreichen eines bestimmten Zählstands die Rücksetzung des Fehlersignals bewirkt.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Aus werteschaltung eine Eingangsbeschaltung, insbesondere in Form einer frei programmierbaren Logikschaltung, aufweist, an der die beiden Impuls signal-Folgen an liegen und die die Korrelationsprüfung durchführt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die frei programmierbare Logik schaltung ein, insbesondere durch EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung der beiden Impulssignal-Folgen gebildetes, Puls-Ausgangssignal (U_P) und ein Drehrichtungssignal (U_R) sowie vorzugsweise gegebenenfalls auch ein Fehlersignal (U_Fehler) bei mangelnder Korrelation erzeugt.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Plau sibilitätsprüfung ein Schätzwert für den zu erfassenden Parameter gebildet und dieser mit dem durch die Auswerteschaltung ermittelten Meßwert für diesen Parameter verglichen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schätzwert aus der Drehzahl eines das Element antreibenden Motors gebildet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Motordrehzahl des Motors an hand der Ankerspannung und des Ankerstroms des Motors geschätzt wird.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Störgrö ßenbeobachter, der einen Antriebsparameter, insbesondere den Anker strom, ermittelt und hieraus den Schätzwert bildet.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der An kerstrom des Motors an der den Ankerstrom erzeugenden Endstufe, insbe sondere in deren Massepfad, gemessen wird.

23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Plausi bilitätsprüfung, und vorzugsweise auch die Positions- und/oder Geschwin digkeitserfassung, insbesondere Drehzahlerfassung, in einer Interrupt- Steuerung eines Steuergeräts erfolgt.

24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Interruptsteuerung eine Hoch geschwindigkeitseingabe-Interruptsteuerung enthält, die bei jeder positiven und/oder negativen Signalflanke aktiviert wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, bei dem die Interruptsteuerung eine Interruptsteuerung, insbesondere zur Lageregelung des Aktors, ist.

26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Senso ren Hall-Sensoren sind.

27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die beiden Impulssignal-Folgen einer EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung zur Bildung ei nes Pulssignals doppelter Frequenz unterzogen werden.

28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dann, wenn die Plausibilitätsprüfung fehlerhafte Signale signalisiert, die Korrelati onsprüfung jedoch keine Fehlermeldung ergibt, die Position des Elements durch Integration des Schätzwerts, insbesondere des Motor-Drehzahl- Schätzwerts, bestimmt wird.

29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dann, wenn sowohl die Plausibilitätsprüfung als auch die Korrelationsprüfung fehlerhafte Signale anzeigen, das Richtungssignal für die Bewegungsrich tung des Elements aus dem Schätzwert, insbesondere dem Motor- Drehzahlschätzwert, ermittelt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, bei dem einer die Positions- und/oder Ge schwindigkeitserfassung bewirkenden Auswertestufe ein Signal zugeführt wird, das signalisiert, daß die durch EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung der beiden Impulssignal-Folgen gebildete Pulsfolge nur halbe Pulsfrequenz besitzt.

31. Vorrichtung zur Erkennung, und gegebenenfalls Behandlung, von Fehlern bei der Positions- und/oder Geschwindigkeitserfassung eines Elements, mit einem Inkremental-Meßsystem mit zwei Sensoren die phasenversetzte Im pulssignal-Folgen erzeugen, und mit einer Auswerteschaltung, die die Po sition und/oder Geschwindigkeit des Elements aus den Impulssignal- Folgen ermittelt und eine Korrelationsprüfstufe zur Prüfung der Korrelation der beiden Impulssignal-Folgen und/oder eine Plausibilitätsprüfstufe zur Prüfung der Plausibilität des ermittelten Meßwerts durch Vergleich mit ei nem für den gemessenen Parameter gebildeten Schätzwert aufweist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der die Korrelationsprüfstufe und/oder Plausibilitätsprüfstufe in einem mit den Sensoren verbundenen Steuergerät enthalten sind.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, bei der die Korrelationsprüfstufe in einer Eingangsbeschaltung, insbesondere in einer frei programmierbaren Logikschaltung, enthalten ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, bei der ein Zweirichtungszähler vorhanden ist, dem die eine Impulssignal-Folge an seinem Aufwärts- Zählanschluß und die andere Impulssignal-Folge an seinem Abwärts- Zählanschluß zugeführt werden.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, mit einem weiteren Zähler, der die Anzahl ordnungsgemäßer Impulswechsel zwischen den beiden Impulssignal- Folgen zählt und die Rücksetzung eines fehlende Korrelation signali sierenden Fehlersignals bei Erreichen eines bestimmten Zählwerts bewirkt.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, mit einer Hochgeschwin digkeitseingabe-Interruptsteuerung, die die Positions- und/oder Geschwin digkeitserfassung, insbesondere Drehzahlerfassung, durchführt.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 36, mit einer Interrupt steuerung für die Lageregelung, die die Plausibilitätsprüfstufe bildet.

38. Vorrichtung nach Anspruch 36 und 37, bei der die Interruptsteuerung der Hochgeschwindigkeitseingabe-Interruptsteuerung ein Kennungssignal ("Mode") bei nicht bestandener Plausibilitätsprüfung zuführt.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 38, bei der die Plausibilitäts prüfstufe bei nicht bestandener Plausibilitätsprüfung Ersatzwerte für den oder die zu messenden Parameter bereitstellt.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 39, bei der die Auswerte schaltung ein Steuergerät, insbesondere zur Steuerung eines automati sierten Schaltgetriebes, ist.