DE10134745A1

DE10134745A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen von insbesondere niederohmigen Magnetspulen auf Kurzschluß

Info

Publication number: DE10134745A1
Application number: DE10134745A
Authority: DE
Inventors: Udo Gillich; Markus Eisele; Bernd Fesler; Torsten Buechner; Bert Stoltz; Klaus Egger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-02-06

Abstract

Bei dem Verfahren wird die Spannung der Spannungsquelle für die Elektromagnetspule während einer Prüfphase über eine zumindest dem Einschwingverhalten der Elektromagnetspule entsprechende Zeitspanne rhytmisch ein- und ausgeschaltet und der IST-Verlauf des Stroms dabei gemessen. Zudem wird ein SOLL-Verlauf des Stroms durch die Elektromagnetspule für den Fall vorgegeben, daß kein Kurzschluß vorliegt. Bei signifikanter Abweichung zwischen SOLL- und IST-Verlauf des Stroms kann dann auf Kurzschluß geschlossen werden. DOLLAR A Durch ein solches dynamisches Meßverhalten wird das Übertragungsverhalten des gesamten Systems Elektromagnetspule analysiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen von insbesondere niederohmigen Magnetspulen auf Kurzschluß gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Elektromagnetische Spulen werden z. B. häufig zur Ansteuerung von hydraulischen Stellgliedern in Kupplungen und Getrieben von Kraftfahrzeugen benutzt. Hierbei müssen während der Betriebsdauer der Magnetspule kontinuierlich bzw. in kurzen periodischen Zeitabständen Tests durchgeführt werden, mit denen festgestellt wird, ob die Magnetspule funktionsfähig ist oder bereits in einem Zustand ist, in dem ein baldiger Funktionsausfall zu befürchten ist.

Zu diesem Test werden im Stand der Technik der Strom über die Magnetspule bzw. über einen in Serie geschalteten Meßwiderstand und die über die Magnetspule bzw. den Meßwiderstand abfallende Spannung bestimmt, woraus der ohmsche Widerstandswert berechnet werden kann. Aus dem Vergleich dieses Werts mit dem durch eine Komponentenspezifikation vorgegebenen Standardwert, üblicherweise einem Minimalwert, kann dann geschlossen werden, ob die Magnetspule noch funktionsfähig oder deren Ausfall in einer bestimmten Zeit zu erwarten ist. Für diesen Test der Funktionstüchtigkeit der Magnetspule werden kleine Mikrocontroller oder dergleichen eingesetzt. Üblicherweise wird bei Magnetspulen für die Betätigung von hydraulischen Stellgliedern der Strom geregelt, wobei dann der Computer bzw. Mikrocontroller über die ausgegebene Spannung und den rückgelesenen Strom den Widerstand im Ausgangszweig berechnet. In einem Datenfeld befinden sich die erlaubten Grenzwerte für den minimalen bzw. den maximal erlaubten Widerstand. Werden diese Grenzen über einen bestimmten Zeitraum unter- bzw. überschritten, dann wird der Stromregler in den Zustand "Ausgangstest" gesetzt. In diesem Zustand ist eine genauere Beurteilung des Fehlers möglich. Der Zeitraum, während dessen die erwähnten Grenzen unter- bzw. überschritten werden können, ist durch entsprechende Zähler einstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen von insbesondere niederohmigen Magnetspulen anzugeben, mit denen sehr schnell ein Kurzschluß diagnostiziert werden kann, um eine Schädigung eines von der Magnetspule angesteuerten Systems zu verhindern.

Diese Aufgabe ist für ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, für eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.

Demgemäß wird die Spannung der Spannungsquelle für die Magnetspule während der Prüfphase rhythmisch ein- und ausgeschaltet und der IST-Verlauf des Stroms über die Magnetspule gemessen. Diese Meßwerte werden mit Sollwerten verglichen, die einem entsprechenden SOLL-Verlauf des Stroms entsprechen, wenn die zu überprüfende Magnetspule keinen Kurzschluß aufweist.

Gemäß der Erfindung wird zum Überprüfen der Magnetspule auf einen Kurzschluß somit nicht der ohmsche Übertragungswert der Magnetspule ermittelt, sondern es wird vielmehr das Übertragungsverhalten des gesamten Systems "Magnetspule" analysiert und für eine Fehlerbewertung ausgenutzt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist ganz generell für Elektromagnetspulen geeignet, zeigt jedoch besondere Vorteile, wenn der Lastwiderstand etwa einem hydraulischen Stellglied zugeordnet ist, das selbst durch die rhythmische Ein- und Ausschaltung, d. h. über eine Pulsbreitenmodulation mit Hilfe eines Mikrocontrolers angesteuert wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung hat besonderen Vorteil für Proportionalmagnete und Direktdruckregler, die in Kupplungen und Getrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Die dort verwendeten Magnetspulen zum Betätigen von hydraulischen Stellgliedern werden üblicherweise mit einem Signal angesteuert, das in der Pulsbreite moduliert ist. Außerdem wird diese Steuerung üblicherweise über einen Mikrocontroller vorgenommen.

Dieses wird mit der Erfindung gleichzeitig zur Überprüfung der Elektromagnetspule ausgenutzt. Während der Prüfphase, die zumindest über eine dem Einschwingverhalten der Elektromagnetspule entsprechende Zeitspanne verläuft, wird beim rhythmischen Ein- und Ausschalten der Spannungsquelle der IST-Verlauf des Stroms über die Magnetspule bzw. einen in Serie geschalteten Testwiderstand gemessen. Gleichzeitig wird ein SOLL-Verlauf des Stroms durch die Elektromagnetspule zur Verfügung gestellt, wobei dieser SOLL-Verlauf für eine Elektromagnetspule ohne Kurzschluß gilt. Bei signifikanter Abweichung zwischen dem SOLL- und dem IST-Verlauf kann dann auf Kurzschluß geschlossen werden.

Der in solchen Systemen eingesetzte Mikrocontroller weist ausreichende Rechenleistung für das mit der Pulsbreitenmodulation phasensynchrone Messen des Aktuatorstroms auf.

Dieses Verfahren gemäß der Erfindung ist im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren kein statisches, sondern ein dynamisches Verfahren.

Durch das Messen zu einem gezielten Zeitpunkt nach einer Flankenänderung des pulsbreitenmodulierten Signals kann nun durch den Vergleich mit dem auf den Mikrocontroller berechneten SOLL-Verlauf eine Kurzschlußbeschaltung erkannt werden. Hierzu ist ein geeigneter Filter nötig, um die Flanken des pulsbreitenmodulierten Signals unverschliffen messen zu können.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
In dieser stellen dar:
Fig. 1 eine Schaltung zum Messen des Stroms durch eine Elektromagnetspule mit einer Strommeßeinheit;
Fig. 2 Signalverläufe für den Strom durch die Elektromagnetspule im IST-Verlauf im Vergleich zu einem berechneten SOLL-Verlauf und das jeweilige ausgegebene Tastverhältnis für die Pulsbreitenmodulation des Stroms für die Elektromagnetspule bei einer Elektromagnetspule ohne Kurzschluß und
Fig. 3 ähnliche Signalverläufe für eine Elektromagnetspule mit einem Kurzschluß.
In Fig. 1 ist mit RLast der Widerstand einer Elektromagnetspule dargestellt, an den getaktet die Versorgungsspannung Ub angelegt wird, und durch die Strom I_A fließt. In Serie mit dem Widerstand der Elektromagnetspule ist ein Meßwiderstand RMess geschaltet, wobei der durch diesen Meßwiderstand fließende Strom gemessen wird und an einen Meßverstärker V angelegt wird. Zwischen dem Anschluß Ub und Masse wird noch eine Diagnosespannung UDiag angelegt, die über einen Feldeffekttransistor T gemäß einer Pulsbreitenmodulation mit einem bestimmten Tastverhältnis getaktet wird, wobei der Transistor T zwischen dem Anschluß für die Diagnosespannung und Masse gelegen ist. Ferner sind noch zwischen dem Anschluß für die Versorgungsspannung Ub ein Widerstand R1 auf den Anschluß der Diagnosespannung und ein Widerstand R2 zwischen diesem Anschluß und Masse vorgesehen, zusätzlich noch eine zu R1 parallel geschaltete Diode D.
Der Ausgang des Meßverstärkers V ist mit einem Mikrocontroller MC verbunden, dessen Ausgang z. B. an eine Anzeige A, etwa ein Oszilloskop, gelegt ist.
In Fig. 2 ist der IST-Strom I_A durch den Widerstand Rlast der Elektromagnetspule bzw. durch den Meßwiderstand RMess gezeigt, wobei hier eine Abtastzeit von jeweils 5 Millisekunden vorgesehen war. Zusätzlich ist hier noch das ausgegebene Tastverhältnis der Pulsbreitenmodulation t_PWMon dargestellt. Der Strom wird durch eine entsprechende Filterung, hier mit einem Filter mit einer Grenzfrequenz von 80 Hz, zu einem gezielten Zeitpunkt nach einer Flankenänderung des pulsbreitenmodulierten Signals gemessen, wobei dann gleichzeitig im Mikrocontroller der eingelesene, gefilterte SOLL-Strom I_Af berechnet und mit dem Strom I_A über ein Modell I_Am verglichen wird. Beide Stromverläufe können dann an der Anzeige A angezeigt werden.
In Fig. 2 sieht man, daß die beiden Ströme nahezu deckungsgleich sind, so daß darauf geschlossen werden kann, daß hier keine Störung durch einen Kurzschluß vorliegt.
In Fig. 3 wurde ein Kurzschluß simuliert, indem parallel zu dem Widerstand Rlast der Elektromagnetspule ein Kurzschlußwiderstand R_K mit etwa 10 Ohm geschaltet wurde.
Die jetzt gemessenen bzw. im Mikrocontroller berechneten Ströme differieren erheblich, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Diese dynamische Messung und der Vergleich mit dem SOLL- bzw. Modellstrom durch die Elektromagnetspule läßt darauf schließen, daß das Übertragungsverhalten der Elektromagnetspule nicht korrekt ist und ein Kurzschluß vorliegt. Der im Mikrocontroller berechnete Modellstrom I_Am ähnelt demjenigen gemäß der Fig. 2, wohingegen die Amplitude des tatsächlichen IST-Stroms I_A durch die Magnetspule erheblich vergrößert ist.
Bei dieser Meßschaltung wird der Modellstrom I_Am direkt in dem Mikrocontroller anhand des vorgegebenen Tastverhältnisses berechnet. Es ist natürlich möglich, diesen SOLL-Strom für ein vorgegebenes Muster der Pulsbreitenmodulation in einem Speicher im Mikrocontroller abzulegen und dann diesen Modellstrom mit dem tatsächlich gemessenen Strom in einem Komparator K zu vergleichen und das Vergleichsergebnis auf der Anzeige A anzugeben. Mit einer solchen Lösung können praktisch alle Elektromagnetspulen auf Kurzschluß überprüft werden.
Das angegebene dynamische Verfahren, bei dem der SOLL- Strom im Mikrocontroller MC berechnet wird, hat den Vorteil, daß die Elektromagnetspule im üblichen Betrieb überprüft werden kann. Bezugszeichen Ub Versorgungsspannung
RLast Widerstand der Elektromagnetspule
RMess Meßwiderstand
V Verstärker
MC Mikrocontroller
A Anzeige
UDiag Diagnosespannung
T schaltender Transistor
R1, R2 Widerstände
D Diode
R_K Kurzschlußwiderstand
I_A Aktuator-Strom
I_Af gefilterter Aktuator-Strom
I_Am Modell-Strom (oder "modellierter" Strom)

Claims

1. Verfahren zum Überprüfen von insbesondere niederohmigen Elektromagnetspulen auf Kurzschluß, wobei die Elektromagnetspule über einen Lastwiderstand an eine Spannungsquelle angeschlossen und während einer Prüfphase der durch die Elektromagnetspule fließende Strom gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannung der Spannungsquelle während der Prüfphase rhythmisch ein- und ausgeschaltet und der IST-Verlauf des Stroms durch die Magnetspule dabei gemessen wird;
ein SOLL-Verlauf des Stroms durch die keinen Kurzschluß aufweisende Magnetspule zur Verfügung gestellt wird und
bei signifikanter Abweichung zwischen SOLL- und IST- Verlauf auf Kurzschluß geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Spannungsquelle während der Prüfphase über eine zumindest dem Einschwingverhalten der Elektromagnetspule entsprechende Zeitspanne rhythmisch ein- und ausgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand einem Stellglied zugeordnet ist, das durch die rhythmisch ein- und ausgeschaltete Spannung der Spannungsquelle angesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Spannungsquelle nach Art einer Pulsbreitenmodulation ein- und ausgeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der SOLL- Verlauf des Stroms für das jeweils vorliegende rhythmische Ein- und Ausschalten in einem Mikrocontroller (MC) berechnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der SOLL- Verlauf des Stroms durch die Elektromagnetspule für ein vorgegebenes Muster des rhythmischen Ein- und Ausschaltens vorgegeben und mit dem IST-Verlauf des Stroms durch die Elektromagnetspule verglichen wird.

7. Vorrichtung zum Überprüfen von insbesondere niederohmigen Elektromagnetspulen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zu dem Widerstand (RLast) der Elektromagnetspule ein Meßwiderstand (RMess) vorgesehen ist, mit dem der Strom durch die Elektromagnetspule gemessen wird, daß ein Mikrocontroller (MC) vorgesehen ist, in dem der gemessene Strom (I_A) und der SOLL-Verlauf (I_Am) des Stroms für die Elektromagnetspule ohne Kurzschluß vorliegen und daß in dem Mikrocontroller (MC) ein Algorithmus zur Identifikation des Kurzschlusses vorgesehen ist.