CN103693037A - 用于控制机动车中机电离合系统的方法和设备 - Google Patents

用于控制机动车中机电离合系统的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于控制机动车中的机电离合系统的方法，其中，所述机动车具有离合器(2)，所述离合器(2)通过执行器(9)能够被断开和闭合，其中，所述执行器(9)与离合器踏板(12)机械地分离，所述方法具有以下步骤：-测取起动状态(38)，-计算额定扭矩(Msoll)，-将发动机扭矩(Mmot)调节到额定扭矩(Msoll)，并且同时不依赖于所述离合器踏板(12)上的离合器行程(w)而调节所述执行器(9)，使额定扭矩(Msoll)与发动机扭矩(Mmot)之间的差值尽可能地小。

Description

用于控制机动车中机电离合系统的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于控制机动车中的机电离合系统的方法，其中，所述机动车具有离合器，所述离合器通过执行器能够被断开和闭合，其中，所述执行器与离合器踏板机械地分离。
背景技术
在机电离合系统(有线离合器)中，在离合器踏板和离合器之间没有直接的机械连接。而是电子地向控制系统输出离合器踏板的位置，该控制系统通过执行器作用在离合器上。由此对离合器的实际操作仅通过执行器产生的力进行，而不是作用在离合器踏板上。在此，该执行器例如是机电的、液压的或气动的部件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种保护离合器并有助于驾驶员控制离合器的方法。
所述技术问题通过一种用于控制机动车中的机电离合系统的方法得以解决，其中，所述机动车具有离合器，所述离合器通过执行器能够被断开和闭合，其中，所述执行器与离合器踏板机械地分离，所述方法具有以下步骤：
-测取机动车的起动状态或起动过程，
-计算额定扭矩，
-将发动机扭矩调节到额定扭矩，并且同时不依赖于所述离合器踏板上的离合器行程而调节所述执行器，使额定扭矩与发动机扭矩之间的差值尽可能地小。
因此，离合器可以不依赖于离合器踏板行程而通过执行器被控制，并且同时发动机扭矩可以与当前状态相匹配。由此，在起动时帮助驾驶员并且发动机只输出实际起动所需要的发动机扭矩。从而避免了在耦合时向离合器导入比起动所需更大的扭矩(例如在发动机转速相对较高和车辆静止的情况下)。由此保护了离合器，使得维护和维修费用可以降低到最小。反过来说，同时还可以通过对发动机扭矩的控制，使发动机在其功率极限处工作，以便在不同的条件下顺畅且舒适地起动。
当车辆静止时或者当车辆以相对较低的速度(该速度尤其低于或等于步行速度)移动时，并且驾驶员在置入档位时松开离合器踏板时，起动状态占主导地位。可以利用信号技术通过驾驶员松开离合器踏板(也就是想耦合联接)测取起动状态。
在一个设计方案中，确定车辆所处的坡度，其中，当为正坡度时增大额定扭矩。
由此，驾驶员在起动时无须考虑坡度，例如他无须加大油门，也就无须改变油门踏板位置。坡度被自动测取并且额定扭矩被增大，从而输出更高的发动机扭矩，并且车辆以适于当前油门踏板位置的加速度转入移动状态。
在一个设计方案中，测取车辆的附加载重量，其中当存在附加载重量时增大额定扭矩。
载重量例如可以通过电子减震控制器、前照灯照程调节器或水平调节器上的信号测得。此外，鉴于载重量需要更高的扭矩，先前进行的起动过程中可以将载重量考虑进来。在车辆载重的情况下可能在起动时需要更多地供油。可以通过对载重量的考虑有助于驾驶员，方法是额定扭矩被自动增大，而且和对坡度的考虑一样，车辆以匹配于当前油门踏板位置的加速度转入移动状态。
相应于另一个设计方案，确定由油门踏板位置定义的驾驶员给定扭矩，并且确定摩擦系数修正值，该修正值相当于可传递到路面上的驾驶员给定扭矩的比例，其中当该比例小于100%时减小额定扭矩，尤其与该比例成正比地减小。因此，受环境参数所限的路面和轮胎之间的摩擦系数的降低被考虑在内，从而避免了车轮的滑移。
所述摩擦系数修正值在此是用于驱动轮和路面之间的摩擦系数的度量值。在车辆运行过程中，该摩擦系数修正值始终根据环境和路面发生改变。在此可以容易地测量几个环境参数，从而可以在一定范围内估计摩擦系数，或者可以根据以经验所确定的数据预设出摩擦系数。当摩擦系数增大时，也可以在驱动轮上输出增大的扭矩。
如果由油门踏板位置定义的驾驶员给定扭矩可以完全传递到车道上，则例如可以将摩擦系数修正值设置为标准值1。如果不是上述情况并且因此可传递到路面上的驾驶员给定扭矩的比例小于100%、这尤其可出现在恶劣环境条件(例如湿滑的路面或结有薄冰层的情况)下，则将摩擦系数修正值设置为较小的、在0至1之间的值。为了计算这个较小的数值，可以根据另一个方法的变型方案考虑采用尚可传递的扭矩与驾驶员给定扭矩之间的比率。以上述方式被减小的额定扭矩可以由额定扭矩与小于1的摩擦系数修正值的乘积得出。当然，也可以通过其他可行方式借助摩擦系数修正值计算这种被减小的额定扭矩。
相应于另一个设计方案，当出现与降雨强度成正比的下雨传感器信号时，减小摩擦系数修正值。
当路面湿滑时，可以将较小的扭矩传递到车轮上。与之相应地，摩擦系数修正值可以在下雨时减小。下雨传感器例如可以设置在挡风玻璃上，以便在下雨时自动激活雨刷设备。
在另一个设计方案中，测取环境温度，其中，当环境温度升高时增大摩擦系数修正值。
通常在温度升高时，轮胎具有更佳的摩擦系数。与之相应地，当环境温度升高时也可以增大摩擦系数修正值。
相应于另一个设计方案，测取与载重量相应的信号，其中，当载重量增大时增大摩擦系数修正值。
当载重时作用在车轮上的负载增大。由此，可以向驱动轮传递更大的扭矩。与之相应地，在载重量增大时可以增大摩擦系数修正值。通过上述方式可以确定载重量。因此在控制过程中，载重量可能被多次考虑到，即一次因为增大扭矩的需求和一次用于确定摩擦系数修正值而被考虑到。
在另一个设计方案中，尤其在进行了至少一次起动过程后，测取牵引力控制调节设备的牵引力信号，并且当车轮滑移时减小摩擦系数修正值。在此根据另一个实施方式，摩擦系数修正值的减小量与牵引力信号的强度成反比例，其中一开始，当没有车轮滑移时，牵引力信号为零。当每个驱动轮都有一个牵引力信号时，为了减小摩擦系数修正值，可以或者考虑牵引力信号的平均强度，又或者考虑配属于最大程度车轮滑移的牵引力信号。
牵引力控制设备调节车轮的滑移。这可以通过对制动系统的作用实现，或者通过对控制发动机的电子器件的作用实现。在车道路面较滑的情况下，牵引力控制设备工作，从而防止驱动轮滑移。与之相应地，在通过牵引力控制设备制动车轮后的至少短时间内，车辆处于较滑的路面上。摩擦系数修正值可以与之相应地减小。
在另一个设计方案中，控制器在疾驰模式下将在驱动轮上出现的车轮滑移率调节至额定滑移率。
如果具有确定的参数，而该参数可以按照驾驶员的意愿令车辆运动式地且尽可能快地移动、例如当关闭牵引力控制设备时，则疾驰模式可以通过按钮被激活或者自动激活。
车轮滑移率直接取决于输出的扭矩。车轮滑移率如下计算得出：
Srad=(nR-nR0)/nR0
在此，nR是车轮当前旋转的实际的转速，而nR0是计算车辆速度除以车轮周长的商得出的转速。
对于非驱动轮，车轮滑移率几乎等于零。在车轮制动时，车轮滑移率可能在-0.2至0.0之间。对于驱动轮，滑移略微大于零。额定滑移率可以如此选择，使得车辆所能达到的牵引力对于每个速度、尤其对于起动时的低速度尽可能的大。在疾驰模式(竞速模式)下，通过该设计方案可以在驱动轮上准确地输出如此大的扭矩，使得该驱动轮以确定的车轮滑移率实现滑移并且在此形成最大可实现的牵引力。根据轮胎和车道的不同，车轮滑移率可以处于0.1至0.2之间。
离合器系统可以设置在具有控制单元的机动车中，其中，所述控制单元具有存储器件，其中存储有计算机程序，其中，该计算机程序用于实施上述方法。
控制单元可以具有与存储系统和总线系统数据连通的数字微处理器(CPU)、工作存储器(RAM)以及存储装置。所述CPU设计用于执行作为存储在存储系统中的程序的指令、检测来自数据总线的输入信号并向数据总线输出输出信号。存储系统可以具有不同的存储介质，如光学的、磁性的固态介质以及其它不易变的介质，在所述介质上存储相应的用于实施所述方案以及优选技术方案的计算机程序。该程序可以被这样完成，即该程序能够表达或实施所述方法，从而使CPU能够实施所述步骤进而控制所述离合系统。
为了实施所述方法适宜的是，当程序在计算机中执行时，具有程序码模块的计算机程序可以实施所有的步骤。
这种计算机程序可以借助简单的装置录入到现有的控制单元内，并在其中被使用，以便控制机电式离合器系统。为此设有具有程序码模块的计算机程序产品，该模块保存在计算机可读的数据载体中，用于当程序产品在计算机上执行时实施按照各种方案的方法。该计算机程序产品也可以作为加装选件集成在控制单元中。
本发明的另一方面涉及一种用于控制机动车中的机电离合系统的设备，其中，所述机动车具有离合器，所述离合器通过执行器能够被断开和闭合，其中，所述执行器与离合器踏板机械地分离，其中，所述设备具有：
-用于测取起动状态的装置，
-用于计算额定扭矩的装置，
-装置，用于将发动机扭矩调节到额定扭矩并且同时不依赖于所述离合器踏板上的离合器行程而调节所述执行器，使额定扭矩与发动机扭矩之间的差值尽可能地小。
在所述设备的一个设计方案中，设置用于确定车辆所处坡度的装置，其中，当为正坡度时增大额定扭矩。
在所述设备的另一个设计方案中，设置用于测取车辆的附加载重量的装置，其中，当存在附加载重量时增大额定扭矩。
在所述设备的另一个设计方案中，设置用于确定由油门踏板位置定义的驾驶员给定扭矩的装置，以及用于确定摩擦系数修正值的装置，该摩擦系数修正值相当于可传递到车道上的驾驶员给定扭矩的比例，其中，当该比例小于100%时减小额定扭矩。
在所述设备的另一个设计方案中，存在对额定扭矩减小一个系数的装置，所述系数是可传递到路面上的扭矩与驾驶员给定扭矩的比率。
在所述设备的另一个设计方案中，设置另一种装置，该装置在出现与降雨强度成正比的下雨传感器信号时减小摩擦系数修正值。
在所述设备的另一个设计方案中，存在用于测取与载重量相应的信号的装置，以及在载重量增大时增大摩擦系数修正值的装置。
在所述设备的另一个设计方案中，存在测取牵引力控制调节设备的牵引力信号的装置，以及当车轮滑移时减小摩擦系数修正值mü的装置，其中，摩擦系数修正值(mü)的减小量尤其与牵引力信号的强度成反比。
在所述设备的另一个设计方案中，存在这种装置，所述装置在疾驰模式下将在驱动轮上出现的车轮滑移率调节至额定滑移率。
附图说明
以下结合附图说明本发明的实施例。在附图中：
图1示出机动车的离合系统的示意图，和
图2示出用于控制离合系统的方法流程示意图。
在附图中相同或功能相同的构件和元件标以相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意地显示了具有离合器2的离合系统1，该离合器设计用于通过摩擦接合将发动机3与变速器4相连。为此，离合器2具有摩擦片5，当离合器2闭合或相连时，所述摩擦片5通过弹簧6相互摩擦接合。为了断开离合器2，摩擦片5或弹簧6可以通过圆柱7被卸去负载。圆柱7与活塞8形成流体连接，该活塞8可以通过执行器9线性地移动。由此可以产生使圆柱7移动的流体压力。执行器9由控制单元10控制，该控制单元10与行程传感器11数据传输地连接。该行程传感器11设置在离合器踏板12上，其中，行程传感器11设计用于测取返回离合器踏板12所经过的行程w。由此，根据离合器踏板12的位置可以控制离合器2，而不需在离合器踏板12与离合器2之间的直接机械连接。离合器踏板12具有未示出的弹簧，当松开踏板时，该弹簧将离合器踏板12压回到其在图1中所示的位置(踏板行程w=0)。
离合器系统1可以设置在未示出的机动车中，其中，变速器4的输出端通过差速器13与车轮14扭矩传递地连接，从而使发动机3可通过离合器2或变速器4驱动机动车。
发动机3能够以可变的发动机转速nMot和可变的发动机扭矩Mmot运行。驾驶员可以通过油门踏板16预先提供驾驶员给定扭矩MF。油门踏板16为此与控制单元10数据传输地连接。在此，控制单元10可以如此设计，用以甚至不依赖于油门踏板16的位置来控制由发动机3输出的发动机扭矩Mmot。
以下对图2所示的流程图的说明引用了在图1中所示的构件及其附图标记。图2在流程示意图中示出一个可在控制单元10内执行的方法流程。该控制单元10是电子发动机控制器，其如通常已知的那样具有CPU和RAM。控制框17表示对改变或保持执行器9的位置x的控制或指令。控制框18表示用来控制由发动机3输出的发动机扭矩Mmot的控制或指令。
规定在正常模式中设置有第一控制器19，该控制器在正常模式中通过控制框17调节执行器9。由油门踏板位置v、坡度a、载重量mzu和摩擦系数修正值mü计算出额定扭矩MSoll。在相加点20上，由发动机3实时输出的发动机扭矩Mmot减去额定扭矩MSoll。第一控制器19由此调节额定扭矩MSoll与实时获取的发动机扭矩Mmot之间的差值。该控制器可以被配置为PID控制器。由此，该控制器具有恒定比例部分P、对时间积分部分I和对时间微分部分D。
由此在控制器19中可以执行比例部分、对时间积分部分和对时间微分部分。该控制器19因而可以如此调整，使得执行器9和由执行器9操纵的离合器2的时间特性被考虑。
此外，将用于计算得出驾驶员给定扭矩(“所希望的力矩”)的油门踏板位置v、载重量mzu(步骤27)和环境温度Tumg(步骤28)引向摩擦系数修正值单元mü(运算器15)中。此外，还考虑到是否下雨(步骤29)。这例如可以通过在附图中未示出的下雨传感器进行检测。此外，在步骤30中还考虑到牵引力控制信号，其方式为，如果存在对车轮进行调节的牵引力、也就是在车轮滑移时有针对性地进行制动的牵引力，减小摩擦系数修正值mü。在下雨时也减小摩擦系数修正值mü。
油门踏板位置v可以通过油门踏板特征曲线21换算出，以获得驾驶员给定扭矩MF和油门踏板位置v之间的非线性的比例关系。例如对于运动型配置来说，驾驶员给定扭矩与油门踏板行程v之间比例是非常小或累进的，由此发动机3在油门踏板行程v发生相对较小的改变时便可快速地作出反应。对于舒适型配置来说，可以执行较大的比例，由此在油门踏板16突然移动时不会引起发动机扭矩Mmot的快速变化。油门踏板位置v在此输入运算器15中来计算摩擦系数修正值mü。在该计算中也可以引入另外的特征曲线，其中涉及在当前环境条件下、尤其当前温度和湿度下轮胎和车道接触区域内所能承受或传递的扭矩。
在坡度特征曲线22中可以将坡度值a换算为与车辆相关的坡度修正值。例如在正坡度a、也就是在上坡行驶时，对前驱车辆来说可以由车轮向路面传递较小的车轮的驱动力矩，因为前轮无负载。
在载重量特征曲线23中可以将载重量mzu换算成相应的载重量修正值。由载重量mzu例如可以由水平调节量、前照灯照程调节量、弹簧行程或者其他受载重量影响的组合量被测得。当载重量mzu升高时，由车轮14传递到路面上的力矩增大。因此当载重量升高时可以增大载重量修正值zk。
在控制框18和相加点20上输出额定扭矩MSoll。控制框18被设置用于控制发动机扭矩Mmot。
在步骤38中对起动过程进行询问，当处于起动过程时，由第一控制器19输出的值在步骤17中控制着执行器9。在起动过程中，车辆静止或车辆以极小的速度vFzg移动，并且离合器踏板12被松开并且必要时操作油门踏板16。
当激活疾驰模式时，则第二控制器24根据额定滑移率Ssoll控制执行器9。实际的车轮滑移率SR可以由车辆速度vFzg、已知的车轮周长和车轮转速nR计算得出。
SR=(nR–vFzg/车轮周长)/(vFzg/车轮周长)
通过这种调节，将由车轮传递到路面上的扭矩MR调整到如此高地程度，使得车轮滑移率SR尽可能地接近额定滑移率Ssoll。如此测定计算额定滑移率Ssoll，使得车辆的牵引力尽可能地大，而车轮仍然可以将扭矩MR传递到路面上。如果是新车，则可以依据经验根据所提供的轮胎类型获得额定滑移率Ssoll，或者有时应要求在干燥路面的情况下重新计算额定滑移率Ssoll。
由驾驶员预设的离合器踏板行程w可以控制执行器9，如果没有激活起动过程，则还要根据额定扭矩Msoll进行控制。在该情况下，离合器踏板行程w在步骤41中必要时通过离合器特征曲线进行修正，并直接输出给执行器9。
虽然在前述说明中公开了一些本发明的可能的实施形式，应该理解的是，通过与所有所述的以及其它所有技术人员显而易见的技术特征和实施方式的可能的组合，而存在各种另外的实施形式的变形方案。还应理解的是，所述实施例应仅仅理解为不以任何方式对保护范围、可应用性和配置方式加以限制的示例。更确切地说，前述说明希望为技术人员展示一种适当的方式，用于实现至少一个示例性的实施方式。应理解的是，只要没有脱离权利要求所公开的保护范围，便可以对示例性的实施方式在元件的功能和设置方面进行大量的变形。
附图标记清单
1      离合系统
2      离合器
3      发动机
4      变速器
5      摩擦片
6      弹簧
7      圆柱
8      活塞
9      执行器
10     控制单元
11     行程传感器
12     离合器踏板
13     差速器
14     车轮
15     运算器
16     油门踏板
17     用于操作执行器的控制框
18     控制框
19     第一控制器
20     相加点
21     油门踏板特征曲线
22     坡度特征曲线
23     载重量特征曲线
24     第二控制器
25     询问油门踏板位置v
26     询问坡度a
27     询问载重量mzu
28     询问环境温度Tumg
29     询问是否下雨
30     牵引力控制信号
31     询问是否激活疾驰模式
32     询问车轮滑移率
33     如果-就逻辑运算器
34     运算器
35     扭矩限制
36     转速限制
37     相加点
38     检测起动状态
39     如果-就逻辑运算器
40     离合器踏板特征曲线
41     询问离合器踏板行程
a      坡度
zK     载重量修正值
MLimit 扭矩界限
Mmot   发动机扭矩
MF     驾驶员给定扭矩
MSoll  额定扭矩
MR     车轮扭矩
nLimit 转速界限
nR     车轮转速
Ssoll  额定滑移率
SR     车轮滑移率
w      离合器踏板行程
v      油门踏板行程
vFzg   车辆速度

Claims (23)

1.一种用于控制机动车中的机电离合系统的方法，其中，所述机动车具有离合器(2)，所述离合器(2)通过执行器(9)能够被断开和闭合，其中，所述执行器(9)与离合器踏板(12)机械地分离，所述方法具有以下步骤：
-测取起动状态(38)，
-计算额定扭矩(Msoll)，
-将发动机扭矩(Mmot)调节到额定扭矩(Msoll)，并且同时不依赖于所述离合器踏板(12)上的离合器行程(w)而调节所述执行器(9)，使额定扭矩(Msoll)与发动机扭矩(Mmot)之间的差值尽可能地小。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定车辆所处的坡度(a)，并且其中，当为正坡度(a)时增大额定扭矩(Msoll)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，测取车辆的附加载重量(mzu)，并且其中，当存在附加载重量(mzu)时增大额定扭矩(Msoll)。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，其中，确定由油门踏板位置定义的驾驶员给定扭矩，并且确定摩擦系数修正值(mü)，该修正值相当于可传递到车道上的驾驶员给定扭矩的比例，其中，当该比例小于100%时减小额定扭矩(Msoll)。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述额定扭矩(Msoll)减小一个系数，该系数是可传递到车道上的扭矩与驾驶员给定扭矩的比率。
6.如权利要求4或5所述的方法，其中，当存在与降雨强度成正比的下雨传感器信号(29)时，减小摩擦系数修正值(mü)。
7.如权利要求4至6之一所述的方法，其中，测取环境温度(Tumg)，并且其中，当环境温度(Tumg)升高时增大摩擦系数修正值(mü)。
8.如权利要求3至7之一所述的方法，其中，测取与载重量相应的信号，并且其中，当存在附加的载重量(mzu)时增大摩擦系数修正值(mü)。
9.如权利要求4至8之一所述的方法，其中，测取牵引力控制调节设备的牵引力信号，并且当车轮滑移时减小摩擦系数修正值(mü)。
10.如权利要求9所述的方法，其中，摩擦系数修正值(mü)的减小量与牵引力信号的强度成反比例。
11.如权利要求1所述的方法，其中，在疾驰模式下在驱动轮上出现的车轮滑移率(SR)被调节至额定滑移率(S)。
12.一种具有控制单元(10)的机动车，其中，所述控制单元(10)具有存储装置，在该存储装置中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序用于实施如前述权利要求1至9之一所述的方法。
13.一种计算机程序，其用于实施如前述权利要求1至11之一所述的方法。
14.一种计算机程序产品，其包括保存在计算机可读的数据载体中的程序码模块，用以当在计算机上执行所述程序码模块时，实施如前述权利要求1至11之一所述的方法。
15.一种用于控制机动车中的机电离合系统的设备，其中，所述机动车具有离合器(2)，所述离合器(2)通过执行器(9)能够被断开和闭合，其中，所述执行器(9)与离合器踏板(12)机械地分离，其中，所述设备具有：
-用于测取起动状态的装置，
-用于计算额定扭矩(Msoll)的装置，
-装置，用于将发动机扭矩(Mmot)调节到额定扭矩(Msoll)并且同时不依赖于所述离合器踏板(12)上的离合器行程(w)而调节所述执行器(9)，使额定扭矩(Msoll)与发动机扭矩(Mmot)之间的差值尽可能地小。
16.如权利要求15所述的设备，其中，设置用于确定车辆所处坡度(a)的装置，并且其中，当为正坡度时增大额定扭矩(Msoll)。
17.如权利要求15或16所述的设备，其中，设置用于测取车辆的附加载重量(mzu)的装置，并且其中，当存在附加载重量(mzu)时增大额定扭矩(Msoll)。
18.如权利要求15至17之一所述的设备，其中，设置用于确定由油门踏板位置定义的驾驶员给定扭矩的装置，以及用于确定摩擦系数修正值(mü)的装置，该摩擦系数修正值相当于可传递到车道上的驾驶员给定扭矩的比例，其中当该比例小于100%时，减小额定扭矩(Msoll)。
19.如权利要求18所述的设备，其中设置一个装置，用于将额定扭矩(Msoll)减小一个系数，该系数是可传递到车道上的扭矩与驾驶员给定扭矩的比率。
20.如权利要求18或19所述的设备，其中设置另一个装置，当出现与降雨强度成正比的下雨传感器信号时，该装置减小摩擦系数修正值(mü)。
21.如权利要求17至20之一所述的设备，其中，设置用于测取与载重量相应的信号的装置，以及在载重量增大时增大摩擦系数修正值(mü)的装置。
22.如权利要求18至21之一所述的设备，其中，设置测取牵引力控制调节设备的牵引力信号的装置，以及当车轮滑移时减小摩擦系数修正值(mü)的装置，并且其中，摩擦系数修正值(mü)的减小量尤其与牵引力信号的强度成反比例。
23.如权利要求15所述的设备，其中设置一个装置，其在疾驰模式下将在驱动轮上出现的车轮滑移率(SR)调节至额定滑移率(S)。
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