DE10134745A1

DE10134745A1 - Method for testing low resistance magnetic coils for a short circuit, particularly for testing electromagnetic coils used in motor vehicle actuators in gearboxes and couplings, whereby short circuits can be quickly detected

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

Method whereby the electromagnetic coil is connected via a load resistance to a voltage source so that the current flowing through the coil can be measured during a test phase. During this phase the voltage source is switched on and off and the actual current pattern is measured. This is then compared with a stored design current pattern and if there is a significant distance between the two patterns a short-circuit is indicated. The invention also relates to a corresponding testing device.

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. The invention relates to a method and a Device for checking in particular low-resistance Magnetic coils on short circuit according to the preamble of Claim 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. Electromagnetic coils are e.g. B. often for Control of hydraulic actuators in clutches and Used by motor vehicles. Here you have to continuously or during the operating time of the solenoid Tests are carried out in short periodic intervals with which it is determined whether the magnetic coil is functional or is already in a state in who is afraid of an early failure.

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. In the prior art, this test uses electricity via the magnetic coil or a series-connected one Measuring resistor and the via the solenoid or Measuring resistance falling voltage determines what the ohmic Resistance value can be calculated. From the comparison this value with that through a component specification default value, usually a minimum value, can then be closed whether the solenoid is still functional or their failure within a certain time is expected. For this test of the functionality of the Magnetic coils become small microcontrollers or the like used. Usually with solenoids for Actuation of hydraulic actuators of electricity regulated, then the computer or microcontroller via the output voltage and the read back current the resistance calculated in the output branch. In a data field are the permitted limit values for the minimum or the maximum allowed resistance. Will these limits go beyond fall below or exceed a certain period, then the current controller is set to the "output test" state. In this state is a more accurate assessment of the error possible. The period during which the limits mentioned can be fallen below or exceeded is by corresponding counter adjustable.

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. The invention is based on the object Method and device for checking in particular specify low-resistance solenoids with which very a short circuit can quickly be diagnosed to a Damage to a system controlled by the solenoid to prevent.

Diese Aufgabe ist für ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, für eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. This task is for a method with the characteristics of claim 1, for a device with the Features of the independent claim solved.

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. Accordingly, the voltage of the voltage source for the Magnetic coil rhythmically on and in during the test phase switched off and the actual course of the current over the Magnetic coil measured. These measured values are compared with target values compared that a corresponding target course of the current correspond if the magnet coil to be checked does not Has short circuit.

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. According to the invention is used to check the Magnetic coil on a short circuit is not the ohmic Transfer value of the solenoid coil is determined, but it will rather the transmission behavior of the entire "solenoid" system analyzed and for an error assessment exploited.

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. The method according to the invention is very general suitable for electromagnetic coils, but shows special ones Advantages if the load resistance is about a hydraulic Actuator is assigned, even by the rhythmic Switching on and off, d. H. via pulse width modulation is controlled with the aid of a microcontroller. The Process according to the invention has particular advantage for Proportional magnets and direct pressure regulators used in clutches and transmissions of motor vehicles are used. The solenoids used there to actuate Hydraulic actuators are usually signaled controlled, which is modulated in the pulse width. Moreover this control is usually via a Microcontroller made.

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. This becomes at the same time with the invention Check of the solenoid coil used. During the Test phase, which at least has a transient response time corresponding to the electromagnetic coil, is when the rhythmic on and off Voltage source is the actual course of the current via the solenoid or measured a test resistor connected in series. At the same time, a TARGET course of the current through the Electromagnetic coil provided, this one TARGET curve for an electromagnetic coil without short circuit applies. If there is a significant difference between the TARGET and the actual course can then be short-circuited become.

Der in solchen Systemen eingesetzte Mikrocontroller weist ausreichende Rechenleistung für das mit der Pulsbreitenmodulation phasensynchrone Messen des Aktuatorstroms auf. The microcontroller used in such systems has sufficient computing power for that with the Pulse width modulation, phase-synchronous measurement of the actuator current on.

Dieses Verfahren gemäß der Erfindung ist im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren kein statisches, sondern ein dynamisches Verfahren. This method according to the invention is in contrast no static, but a dynamic process.

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. By measuring at a targeted time an edge change of the pulse width modulated signal can now be compared to the Microcontrollers calculated a target circuit of a short circuit be recognized. A suitable filter is necessary for this the edges of the pulse width modulated signal to be able to measure unpolished.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Further refinements of the invention result from the Sub-claims emerge.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. The invention is based on an exemplary embodiment the drawing explained in more detail.

In dieser stellen dar: In this represent:

Fig. 1 eine Schaltung zum Messen des Stroms durch eine Elektromagnetspule mit einer Strommeßeinheit; Figure 1 is a circuit for measuring the current through an electromagnetic coil with a current measuring unit.

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. 2 waveforms for the current through the electromagnetic coil in the actual curve in comparison to a calculated target curve and the respective duty cycle output for the pulse width modulation of the current for the electromagnetic coil in an electromagnetic coil without short circuit and

Fig. 3 ähnliche Signalverläufe für eine Elektromagnetspule mit einem Kurzschluß. Fig. 3 similar waveforms for an electromagnetic coil with a short circuit.

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. In Fig. 1, the resistor Rload shown with a solenoid coil, clocked supply voltage Ub is applied to and flows through the current I _A. A measuring resistor RMess is connected in series with the resistance of the electromagnetic coil, the current flowing through this measuring resistor being measured and applied to a measuring amplifier V. A diagnosis voltage UDiag is also applied between the terminal Ub and ground, which is clocked via a field effect transistor T in accordance with a pulse width modulation with a specific duty cycle, the transistor T being located between the terminal for the diagnostic voltage and ground. Furthermore, a resistor R1 to the connection of the diagnostic voltage and a resistor R2 between this connection and ground are provided between the connection for the supply voltage Ub, and additionally a diode D connected in parallel with R1.

Der Ausgang des Meßverstärkers V ist mit einem Mikrocontroller MC verbunden, dessen Ausgang z. B. an eine Anzeige A, etwa ein Oszilloskop, gelegt ist. The output of the measuring amplifier V is with a Microcontroller MC connected, the output of z. B. a Display A, such as an oscilloscope, is placed.

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, the actual current I _A through the resistor Rload the solenoid coil or through the measuring resistor Rmeas is shown, was provided by 5 milliseconds each, a sampling here. In addition, the output pulse duty factor of the pulse width modulation t _{PWMon is} shown here. The current is measured by appropriate filtering, here with a filter with a cut-off frequency of 80 Hz, at a specific point in time after an edge change in the pulse-width-modulated signal, with the read, filtered TARGET current I _{Af then being} calculated in the microcontroller and calculated with the current I _{A is} compared using a model I _Am . Both currents can then be shown on display A.

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. 2 it can be seen that the two currents are almost congruent, so that it can be concluded that there is no fault due to a short circuit.

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. A short circuit was simulated in FIG. 3 by connecting a short-circuit resistor R _K with approximately 10 ohms in parallel with the resistance Rlast of the electromagnetic coil.

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. The currents now measured or calculated in the microcontroller differ considerably, as can be seen from FIG. 3. This dynamic measurement and the comparison with the SET or model current through the electromagnetic coil suggests that the transmission behavior of the electromagnetic coil is incorrect and that there is a short circuit. The model current I _Am calculated in the microcontroller is similar to that according to FIG. 2, whereas the amplitude of the actual ACTUAL current I _A through the magnet coil is considerably increased.

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. With this measuring circuit, the model current I _{Am is} calculated directly in the microcontroller on the basis of the predetermined duty cycle. It is of course possible to store this DESIRED current for a predetermined pattern of pulse width modulation in a memory in the microcontroller and then to compare this model current with the actually measured current in a comparator K and to indicate the comparison result on display A. With such a solution, practically all electromagnetic coils can be checked for short circuits.

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)
The specified dynamic method, in which the TARGET current is calculated in the microcontroller MC, has the advantage that the electromagnetic coil can be checked in normal operation. Reference number Ub supply voltage
RLoad resistance of the electromagnetic coil
RMess measuring resistor
V amplifier
MC microcontroller
A display
UDiag diagnostic voltage
T switching transistor
R1, R2 resistors
D diode
R _K short-circuit resistance
I _A actuator current
I _Af filtered actuator current
I _Am model current (or "modeled" current)

Claims

1. A method for checking, in particular, low-resistance electromagnetic coils for short-circuits, the electromagnetic coil being connected to a voltage source via a load resistor and the current flowing through the electromagnetic coil being measured during a test phase, characterized in that
the voltage of the voltage source is switched on and off rhythmically during the test phase and the actual course of the current through the magnetic coil is measured;
a TARGET curve of the current is provided by the magnet coil having no short circuit and
if there is a significant difference between the TARGET and ACTUAL curve, a short circuit is concluded.

2. The method according to claim 1, characterized characterized that the voltage of the voltage source during the test phase over at least the Transient response of the electromagnetic coil corresponding time period is switched on and off rhythmically.

3. The method according to claim 2, characterized characterized in that the load resistance is an actuator is assigned that by the rhythmically on and switched off voltage of the voltage source is controlled.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the tension the voltage source in the manner of pulse width modulation is switched on and off.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the TARGET Course of the current for the respective rhythmic Switching on and off in a microcontroller (MC) is calculated.

6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the TARGET Course of the current through the electromagnetic coil for a predefined pattern of rhythmic switching on and off predetermined and with the actual course of the current through the Electromagnetic coil is compared.

7. A device for checking in particular low-resistance electromagnetic coils according to claim 1, characterized in that a measuring resistor (RMess) is provided in series with the resistance (RLast) of the electromagnetic coil, with which the current through the electromagnetic coil is measured, that a microcontroller (MC ) is provided in which the measured current (I _A ) and the TARGET curve (I _Am ) of the current for the electromagnetic coil are present without a short circuit and that an algorithm for identifying the short circuit is provided in the microcontroller (MC).