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1. WO2021004572 - ACTUATOR DEVICE

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[ DE ]

Aktoreinrichtunq

Die Erfindung betrifft eine Aktoreinrichtung mit einer elektrohydraulischen Betätigungs einrichtung zur Betätigung zumindest einer hydraulischen Betätigungskomponente, insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer von einem Elek tromotor angetriebenen Pumpe und einer Steuereinrichtung mit einem Hauptversor gungspfad zur Versorgung und Steuerung des Elektromotors mittels eines Steuerge räts und einer Leistungselektronik.

Gattungsgemäße Aktoreinrichtungen dienen der Betätigung von hydraulischen Betäti gungskomponenten. Im Rahmen der fortschreitenden Konzepte einer zeitweisen Still legung der Brennkraftmaschine aus ökologischen Gründen werden Aktoreinrichtungen vorgesehen, deren Pumpe oder Pumpen zur Versorgung einer Betätigungshydraulik unabhängig von einem dauerhaften Betrieb mittels der Brennkraftmaschine ausgebil det sind. Hierzu sind die Pumpen jeweils von einem Elektromotor angetrieben, der mittels eines Steuergeräts je nach Leistungsbedarf der hydraulischen Betätigungsein richtung elektronisch kommutiert und mittels einer Leistungselektronik mit elektrischer Energie versorgt wird. Aus der Druckschrift DE 10 2017 130 495 A1 ist beispielsweise ein CVT-Getriebe bekannt, dessen ein Umschlingungsmittel zwischen sich verspan nende Scheibensätze mittels einer Aktoreinrichtung elektrohydraulisch betätigt wer den. Die Aktoreinrichtung ist eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe wie Hydraulikpumpe, die die Scheibensätze hydraulisch vorspannt. Der Elektromotor ist mittels eines Hauptversorgungspfads mit einer Leistungselektronik und einer elektroni schen Kommutierung gesteuert. Bei einer Störung des Hauptversorgungspfads be-

steht die Gefahr einer unzureichenden Vorspannung der Scheibensätze mit einem Rutschen des Umschlingungsmittels auf den Scheibensätzen.

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Aktoreinrichtung. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, eine ausfallsichere Aktoreinrichtung vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem An spruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegen stands des Anspruchs 1 wieder.

Die vorgeschlagene Aktoreinrichtung enthält eine hydraulische Betätigungseinrich tung, beispielsweise mit einer in einem Steuergerät implementierten Steuereinrich tung, eine von diesem gesteuerte elektrohydraulische Pumpe mit einer von dieser mit Druck versorgten hydraulischen Strecke, mit den Druck beziehungsweise einen Volu menstrom eines in der hydraulischen Strecke enthaltenen Druckmittels einstellenden und schaltenden Ventilen wie Schalt- und/oder Proportionalventilen, Blenden, Kühlein richtungen, Filtereinrichtungen und/oder dergleichen zur Betätigung zumindest einer hydraulischen Betätigungskomponente. Die zumindest eine Betätigungskomponente kann beispielsweise aus einem Betätigungszylinder insbesondere in einem Antriebs strang eines Kraftfahrzeugs gebildet sein. Beispielsweise kann die Betätigungskompo nente aus zumindest zwei Betätigungszylindern zur Vorspannung eines Umschlin gungsmittels zwischen zwei Scheibensätzen eines CVT-Getriebes, aus einem Betäti gungszylinder einer Reibungskupplung oder zwei Betätigungszylindern einer Doppel kupplung, aus zumindest einem Schaltzylinder zur Schaltung eines Gangs bezie hungsweise einer Gangpaarung einer Schaltmuffe eines automatisierten Schaltgetrie bes, aus einem Betätigungszylinder einer Trennkupplung zwischen einer Elektroma-schine und einem Antriebsteil eines hybridischen Antriebsstrangs und/oder derglei chen gebildet sein.

Die von dem Elektromotor angetriebene Pumpe ist zur Versorgung und Steuerung des Elektromotors mit dem Steuergerät und einer Leistungselektronik wirksam elektrisch verbunden. Um bei einer Störung des Hauptversorgungspfads beispielsweise wegen einer Störung wie beispielsweise eines Resets eines Mikroprozessors wie Mikrokon trollers und/oder einer Baugruppe des den Hauptversorgungspfad intelligent steuern den Steuergeräts den Ausfall der Steuerung des Elektromotors und damit einen Aus fall der hydraulischen Betätigung der zumindest einen Betätigungskomponente und damit eine Schädigung der von dieser betätigten Einrichtung zu vermeiden, ist ein dem Hauptversorgungspfad parallel angeordneter Nebenversorgungspfad sowie eine Überwachungseinrichtung zur Erkennung einer Störung des Hauptversorgungspfads und Aktivierung des Nebenversorgungspfads bei einer Störung vorgesehen. Hierdurch kann eine Störung der Aktoreinrichtung im Wesentlichen mittels einer Redundanz im elektrischen Teil der Aktoreinrichtung kompensiert werden. Auf zusätzliche mechani sche Absicherungen in der hydraulischen Betätigungseinrichtung, beispielsweise die Funktion beeinträchtigende Federvorspannungen und dergleichen kann dabei verzich tet werden.

Die Überwachungseinrichtung kann dabei beispielsweise in Form eines sogenannten Watch-Dogs erfolgen, welcher wesentliche Betriebsgrößen des Hauptversorgungs pfads erfasst, auswertet und gegebenenfalls den Nebenversorgungspfad aktiviert. Auf diese Weise wird eine redundante Steuerung des Elektromotors vorgesehen, wobei dessen Versorgung alternativ im Normalbetrieb über den Hauptversorgungspfad und im Störbetrieb über den Nebenversorgungspfad erfolgt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Aktoreinrichtung kann eine Kommu tierung des Elektromotors über den Hauptversorgungspfad abhängig von einer Leis tungsanforderung der Pumpe elektronisch gesteuert sein, so dass mittels eines„intelli- genten“ Microcontrollers des Steuergeräts ein normaler, feingeregelter Betrieb des Elektromotors vorgesehen werden kann. Über den Nebenversorgungspfad kann zur einfachen und robusten Ausbildung der Steuerung des Elektromotors ein elektrischer Betrieb des Elektromotors bei einer vorgegebenen Leistung vorgesehen sein. Hierbei kann der Elektromotor mittels der Leistungselektronik des Hauptversorgungspfads oder mittels einer separaten Leistungselektronik mit elektrischer Energie versorgt sein. Ein Betrieb des Elektromotors im Nebenversorgungspfad kann ohne eine dem Haupt versorgungspfad entsprechende Feinkommutierung und Regelung bei einer vorgege benen konstanten Drehzahl des Rotors des Elektromotors vorgesehen sein. Hierdurch wird neben dem einfachen Aufbau des Nebenversorgungspfads ein bauteilsicherer Betrieb des Nebenversorgungspfads ermöglicht werden.

Das Steuergerät kann alle Bauteile des Hauptversorgungspfads und des Nebenver sorgungspfads innerhalb eines einzigen Gehäuses enthalten. Alternativ können Bau teile des Hauptversorgungspfads und des Nebenversorgungspfads in getrennten Ge häusen oder innerhalb eines Gehäuses mechanisch getrennt voneinander vorgese hen sein. Beispielsweise kann eine Kommutierung und Regelung des Elektromotors im Hauptversorgungspfad in getrennten Bausteinen des Steuergeräts vorgesehen sein. Die Leistungselektronik des Hauptversorgungspfads kann von dem Nebenver sorgungspfad genutzt sein. Alternativ kann für den Nebenversorgungspfad eine sepa rate Leistungselektronik vorgesehen sein. Der Nebenversorgungspfad kann in einem vom Steuergerät elektrisch getrennt ausgebildeten Baustein vorgesehen sein. Bei spielsweise können der Hauptversorgungspfad und der Nebenversorgungspfad von derselben Stromquelle, beispielsweise einem Niederspannungs- oder Hochvoltakku mulator gegebenenfalls entsprechender Transformation auf eine Arbeitsspannung be trieben sein. Alternativ können der Haupt- und der Nebenversorgungspfad von unter- schiedlichen Stromquellen speisbar ausgebildet sein. Beispielsweise kann zum voll ständig autarken Betrieb des Nebenversorgungspfads eine auf die in der Regel kurz zeitige und geringe elektrische Leistungsanforderung des Nebenversorgungspfads an gepasste Stromquelle geringer Kapazität, beispielsweise ein kleiner Akkumulator, ein Leistungskondensator und/oder dergleichen vorgesehen sein.

Desweiteren kann einer Störung des Hauptversorgungspfads durch einen Abfall einer Versorgungs- und/oder Steuerleitung des Hauptversorgungspfads zwischen dem Elektromotor und dem Steuergerät begegnet werden, indem Hauptversorgungspfad und Nebenversorgungspfad mittels unterschiedlicher Steckverbindungen zwischen ei nem Motorgehäuse des Elektromotors und Versorgungskabeln sowie Steckverbindun gen zwischen den Versorgungskabeln und dem Steuergerät verbunden sind. Hierbei kann der Abfall eines Steckers des Hauptversorgungspfads durch die Überwachungs einrichtung erkannt und der Nebenversorgungspfad aktiviert werden. Ein Abfall eines Steckers des Nebenversorgungspfads kann überwacht und beispielsweise mittels ei nes Fehlerspeichereintrags in einen Fehlerspeicher des Steuergeräts dokumentiert und gegebenenfalls mittels eines Warnsignals dem Fahrer angezeigt werden.

Eine vom Hauptversorgungspfad und/oder vom Nebenversorgungspfad genutzte Leis tungselektronik ist in bevorzugter Weise als den Elektromotor mit dreiphasiger Wech selspannung versorgender Dreiphasenwechselrichter, beispielsweise als B6-Brücke ausgebildet.

Um bei einer von einem Ausfall der elektrischen Energie des Hauptversorgungspfads verursachten Störung auch einem Ausfall elektrisch betätigter Ventile zwischen der hydraulischen Pumpe und der zumindest einen Betätigungskomponente entgegenzu wirken, können zwischen der Pumpe und der zumindest einen Betätigungskompo nente angeordnete Ventile im stromlosen Zustand durchschaltend ausgebildet sein.

Alternativ können die Ventile mit einer dem Nebenversorgungspfad zugeordneten Stromquelle betrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Absicherungsma nagement derart ausgelegt sein, dass der Hauptversorgungspfad und der Nebenver sorgungspfad unterschiedlich elektrisch abgesichert sind. Zumindest die für einen ausfallgesicherten Betrieb der Aktoreinrichtung notwendigen elektrisch betätigten Ven tile können separat oder zusammen mit dem Nebenversorgungspfad abgesichert sein. Gemäß einer vorteilhaften Umsetzung einer redundanten Motoransteuerung eines Elektromotors zur Bereitstellung einer Schutzfunktion/Notlauffunktion für den Antriebs strang soll ein Schutz der mechanischen Komponenten vorgesehen werden, der für die Funktionssicherheit der Aktoreinrichtung und des von diesem betätigten Antriebs strangs unproblematisch ausgebildet ist. Diese Schutz-/Notlauffunktion ist kosten günstig und energiesparend durch Implementierung einer Redundanz auf dem elektri schen Teil der Aktoreinrichtung ausgebildet.

Für einzelne Antriebsstränge werden mittels der vorgeschlagenen Aktoreinrichtung beispielsweise folgende Betriebszustände bereitgestellt:

bei einem CVT-Getriebe ist eine Aufrechterhaltung der Anpressung des Um schlingungsmittels an den Scheibensätzen vorgegeben, zumindest bis eine Last an dem Umschlingungsmittel abgebaut ist,

die Funktionssicherheit des Antriebsstrangs wird aufrechterhalten, bis eine Traktionsmaschine des Antriebsstrangs, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, ein hybridischer Antrieb mit Brennkraftmaschine und Elektromaschine oder ein rein elektrischer Antrieb kein Moment mehr überträgt beziehungsweise entsprechend heruntergeregelt ist,

eine Getriebeeingangswelle eines Teilantriebsstrangs eines Doppelkupplungs getriebes ermöglicht bei geschlossener zugehöriger Reibungskupplung einen Notbe- trieb in einem kleinen eingelegten Gang, beispielsweise dem zweiten Gang, so dass im Notbetrieb zumindest ein rudimentäres Antriebsmoment ohne ansonsten gegebe nenfalls auftretende Lastwechselreaktionen bereitgestellt werden kann,

gegebenenfalls durch Einlegen einer in dem Notbetrieb einer beispielsweise hydraulisch betätigten, im nicht belasteten Zustand geöffneten Parksperre, wenn ein Betrieb des Elektromotors im Nebenversorgungspfad möglich ist.

Für den normalen Betrieb über den Hauptversorgungspfad wird die Aktoreinrichtung beispielsweise mittels eines sogenannten Power-on-Demand-Systems, also bei einer Leistungsentfaltung auf Anforderung eine präzise Drehzahl- und Positionsregelung betrieben, um in einer angeschlossenen hydraulischen Betätigungseinrichtung vorge gebene Volumeninkremente des Druckmittels verschieben zu können. Hierfür wird eine aufwendige und intelligente Motorregelung eingesetzt. Hierzu werden die Kom mutierung und die Regelung des Elektromotors in unterschiedlichen Bausteinen reali siert. Die Regelung wird dabei zusammen mit weiteren Funktionsbausteinen einer Software zum Betrieb der Aktoreinrichtung in einem leistungsstarken Mikrocontroller implementiert. Die Software kann Überwachungsfunktionen ausführen, die ihrerseits über einen weiteren Hardwarebaustein, den so genannten Watch-Dog, überwacht werden. Dieser Mikrocontroller kann weitere Bausteine enthalten, die beispielsweise die notwendigen Spannungsniveaus aus der Versorgungsspannung ableiten sowie die Eingangsfilterung des Bordnetzes und die Kommunikation sicherstellen. Für einfa chere Aufgaben, etwa eine reine Drehzahlstellung einer Pumpe im Nebenversor gungspfad existieren vereinfachte Bausteine, die die Spannungsbereitstellung, die Steuerung und eine einfache Kommutierung beinhalten.

Ein solcher Baustein zur Bereitstellung des Nebenversorgungspfads wird parallel zum entsprechenden Funktionsumfang des Hauptversorgungspfades geschaltet und im

Falle eines Ausfalls oder Resets des Mikrocontrollers zeitaktuell durch den Watch-Dog beziehungsweise bei Ausbleiben eines von diesem ausgegebenen Kontrollsignals ak tiviert.

Beispielsweise kann dieser Baustein des Nebenversorgungspfads eine fest vorgege bene Drehzahl des Elektromotors für eine vorgegebene Zeit mit zumindest einfacher Blockkommutierung steuern, sodass zumindest ein sich bereits drehender Rotor des Elektromotors am Drehen gehalten wird. Durch eine dazugehörige Verschaltung etwa in der von der Pumpe beaufschlagten Betätigungseinrichtung kann ein sicherer Zu stand, der nicht stromlos erreicht beziehungsweise gehalten werden kann, weiterbe trieben werden, bis entweder der Hauptversorgungspfad neu gestartet wird oder der Antriebsstrang mit der Aktoreinrichtung beziehungsweise das Kraftfahrzeug mit die sem beziehungsweise dessen Bauteile einen sicheren Betriebszustand erreicht ha ben. Die beiden Ansteuerungspfade können dabei gemäß einer entsprechenden elektrischen Verschaltung auf eine B6-Brücke des Elektromotors zugreifen.

In einer weiteren Redundanzstufe kann der Nebenversorgungspfad über eine redun dante Stromversorgung über eine eigene Eingangsbeschaltung und Entstörung, sowie eine eigene Absicherung der Versorgung im Sicherungskasten des Kraftfahrzeugs verfügen. Um auch den Fehlerfall des Abfallens eines zwischen dem Steuergerät und dem Elektromotor angeordneten Steckers absichern zu können, kann vorzugsweise die Versorgung des Nebenversorgungspfades über eine eigene Kabelverbindung und einen eigenen Stecker vorgesehen sein. In diesem Fall wirken die beiden Stromver sorgungen parallel auf die B6-Brücke.

Eine beispielhafte Anwendung der vorgeschlagenen Aktoreinrichtung dient der Betäti gung eines CVT-Getriebes. Die Aktoreinrichtung dient dabei dem Schutz der Getrie bekomponenten wie Umschlingungsmittel und Scheibensätze, indem bei einem Auf-

treten einer Störung ein schlagartig abfallender Hydraulikdruck vermieden wird. Über die Verschaltung der Ventile der hydraulischen Betätigungseinrichtung wird die Druck regelung des Variators bei einer Störung zu einer Volumenstromregelung über eine eingebaute Blendenwirkung der Regelventile in deren Stromlosstellung. Es stellt sich über die Blenden in Verbindung mit der konstant gehaltenen Drehzahl des Pumpenan triebsmotors ein festes Druckverhältnis zwischen beiden Scheibensätzen ein, sodass ein Rutschen des Umschlingungsmittels, beispielsweise einer Kette verhindert wird. Gleichzeitig verstellt sich je nach Ausgangsdruckverhältnis die Übersetzung des CVT-Getriebes optimalerweise in Richtung einer schnelleren Übersetzung um ein Überdre-hen der Traktionsmaschine sowie übermäßige Beschleunigungsrucke zu vermeiden.

In einer weiteren Anwendung kann ein Antriebsstrang mit mehreren Kupplungen für verschiedene Übersetzungen sein, beispielsweise mit einem Doppelkupplungsge triebe mit mehrgängiger Getriebeeingangswelle, mit einem dezidierten Hybridgetriebe (DHT), mit einem Stufenautomat oder dergleichen mit der vorgeschlagenen Aktorein-richtung betrieben werden, sodass über dessen Verschaltung bei einer Störung eine vom Drehzahlniveau sichere Übersetzung erreicht wird, wodurch der plötzliche voll ständige Verlust des Antriebsmomentes vermieden wird, der sonst den sicheren Zu stand definiert. Hierdurch wird zumindest eine Fahrt des Kraftfahrzeugs zur nächsten Werkstatt oder das Verlassen einer unmittelbaren Gefahrensituation, beispielsweise ein Ausfall auf einer Autobahn ohne Standstreifen oder auf einem Bahnübergang er möglicht.

Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbei spiels näher erläutert. Diese zeigt eine Schaltskizze einer störungsgesicherten Steue rung für eine Aktoreinrichtung.

Die Figur zeigt die Steuereinrichtung 1 zur Steuerung einer Aktoreinrichtung. Die Steuerung und Regelung erfolgt im regulären Betrieb über den Hauptversorgungspfad

2 und bei einer vorliegenden Störung über den Nebenversorgungspfad 3. Der Haupt versorgungspfad 2 wird mittels der Stromquelle S1 mit elektrischer Energie versorgt. Mittels der elektrischen Energie der Stromquelle S1 wird der Mikrokontroller 4 betrie ben und der B6-Treiber 5 versorgt. Der Mikrokontroller 4 und der B6-Treiber 5 sind als unterschiedliche Hardwarebausteine ausgebildet. Die Steuerung des B6-Treibers 5 zur Kommutierung des mittels der drei Phasen u, v, w von dem Dreiphasenwechsel richter 6 mit Spannung versorgten Elektromotors M einer elektrohydraulisch arbeiten den Pumpe der Aktoreinrichtung erfolgt anhand der von dem Mikrokontroller 4 erfass ten Drehkennwerte des Rotationssensors 7, beispielsweise mehrerer winkelversetzt angeordneter Hallsensoren. Der Mikrokontroller 4 bestimmt die Kommutation anhand einer Leistungsanforderung der Pumpe beispielsweise von einem übergeordneten Ge triebesteuergerät und regelt entsprechende Drehzahlen mittels des B6-Treibers 5 zur Einstellung der angeforderten Leistung.

Die relevanten Betriebsdaten zum Betrieb des Elektromotors M werden von der Über wachungseinrichtung 8, beispielsweise einem Watchdog überwacht. Ein Funktionssig nal der Überwachungseinrichtung 8 wird von dem Steuerbaustein 9 des Nebenversor gungspfads 3 erfasst und ausgewertet. Wird anhand des Funktionssignals eine Stö rung des Hauptversorgungspfads 2 erkannt, aktiviert sich der Nebenversorgungspfad

3 und der Steuerbaustein 9 erzeugt ein einfaches Steuersignal zur elektrischen Kom mutierung des Elektromotors mittels eines Zugriffs auf den Dreiphasenwechselrichter 6. Aufgrund des Steuersignals wird der Elektromotor M mittels der Phasen u, v, w auf eine konstant vorgegebene Drehzahl kommutiert, bis der Hauptversorgungspfad 2 wiederhergestellt ist oder ein Kraftfahrzeug mit einem von der Aktoreinrichtung betä- tigten Antriebsstrang sich in einem gesicherten Betriebszustand befindet. Der Neben versorgungspfad 3 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von der Stromquelle S2, die von der Stromquelle S1 getrennt, beispielsweise separat abgesichert und/oder mittels einer eigenen Stromversorgung betrieben ist, versorgt.

Bezuqszeichenliste

1 Steuereinrichtung

2 Hauptversorgungspfad

3 Nebenversorgungspfad

4 Mikrokontroller

5 B6-Treiber

6 Dreiphasenwechselrichter

7 Rotationssensor

8 Überwachungseinrichtung

9 Steuerbaustein

M Elektromotor

51 Stromquelle

52 Stromquelle

u Phase

v Phase

w Phase