DE10065760A1

DE10065760A1 - Verfahren zum Betreiben einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und Regelungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10065760A1
Application number: DE10065760A
Authority: DE
Inventors: Michael Bleile; Andreas Frank; Tobias Ernst; Thomas Meier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2000-12-30
Publication date: 2002-07-04
Also published as: ITMI20012801A1; JP4071964B2; JP2002264697A

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Kupplung (6) im Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs soll derart ausgebildet sein, daß ein kurzfristiges Schließen der Kupplung (6) unter Beibehaltung eines besonders hohen Maßes an Fahrkomfort ermöglicht ist. Dazu wird erfindungsgemäß beim Schließen der Kupplung (6) in einer Synchronisierungsphase als Führungsgröße für die Kupplungsregelung die zeitliche Ableitung (dnm/dt) der Drehzahl (nm) einer Antriebswelle (4) herangezogen. Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Regelungseinrichtung (20) für die Kupplung (6) umfaßt einen Drehzahlsensor (28) zur Erfassung der Drehzahl der Antriebswelle (4), der mit einer Steuereinheit (21) verbunden ist, die beim Schließen der Kupplung in einer Synchronisierungsphase einen Stellwert (S¶w¶) für die Kupplung (6) in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung (dnm/dt) der Drehzahl (nm) der Antriebswelle (4) als Führungsgröße vorgibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Sie bezieht sich weiter auf eine Regelungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs kann ein sogenanntes automatisiertes Schaltgetriebe zum Einsatz kommen. Bei einem derartigen Getriebe, das üblicherweise zwischen dem Fahrzeugmotor und einer von diesem angetriebenen Antriebseinheit, beispielsweise einem Radsatz, angeordnet ist, kann ein Gangwechsel automatisiert, d. h. ohne Vorgabe duch den Fahrer, ausgeführt werden. Dies erfolgt in der Regel in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen wie beispielsweise Straßenzustand, Fahrzeuggeschwindigkeit oder Fahrzeugbeschleunigung.

Das Getriebe weist dabei eine Anzahl von Gängen auf, die jeweils durch ein zugeordnetes Drehzahlverhältnis der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes charakterisiert sind. Für einen Gangwechsel ist dem Getriebe üblicherweise eine ebenfalls automatisiert betriebene Kupplung zugeordnet, die zwischen das Getriebe und den Fahrzeugmotor geschaltet ist. Die Kupplung entkoppelt nach Eingang eines Schaltbefehls die Eingangswelle des Getriebes zunächst von der vom Fahrzeugmotor angetriebenen Antriebswelle und stellt das Getriebe eingangsseitig somit momentenfrei. Danach erfolgt der eigentliche Gangwechsel im Getriebe, und zum Abschluß des Schaltvorgangs wird die Kupplung nach Erkennung des vollzogenen Gangwechsels wieder geschlossen, so daß die Antriebswelle und die Eingangswelle des Getriebes erneut kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

Zur Durchführung eines derartigen Gangwechsels ist dem automatisierten Getriebe und der mit diesem verbundenen Kupplung üblicherweise eine Regelungseinrichtung zugeordnet, die in Abhängigkeit von erfaßten Meßparametern die Aktionen des Getriebes und auch der Kupplung durch die Vorgabe geeigneter Stellwerte steuert.

Nach der Umschaltung des Getriebegangs ist die Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes durch die Drehzahl seiner mit der Antriebseinheit verbundenen Ausgangswelle und den nunmehr eingelegten Gang vorgegeben, wobei sich die Drehzahl der Ausgangswelle während des Schaltvorgangs - bei in der Regel annähernd gleichbleibender Fahrzeuggeschwindigkeit - üblicherweise nicht oder nur wenig ändert. Aufgrund des Gangwechsels weist die Eingangswelle somit nach dem Gangwechsel üblicherweise eine andere Drehzahl auf als vordem Gangwechsel, so daß die Drehzahl der Antriebswelle oder die Motordrehzahl nach dem Gangwechsel nicht mehr mit der Drehzahl der. Eingangswelle des Getriebes übereinstimmt. Beim Schließen der Kupplung ist somit eine Synchronisierung der Motordrehzahl mit der nunmehr vorliegenden Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes erforderlich.

Für eine derartige Synchronisierung kann die dem Getriebe und der Kupplung zugeordnete Regelungseinrichtung dazu ausgelegt sein, die Stellwerte für die Kupplung derart vorzugeben, daß der Schließvorgang der Kupplung in der Att einer zeitlich gesteuerten Rampe, schlupfgeregelt oder mit der Motordrehzahl als Führungsgröße für eine Kupplungsregelung erfolgt. Derartige Konzepte zum Schließen der Kupplung nach einem Gangwechsel können jedoch dazu führen, daß der Schließvorgang zu langsam stattfindet, so daß die Leistungsabgabe an die Antriebseinheit oder den Radsatz für eine unangemessen lange Zeitspanne unterbrochen bleibt, oder daß der Schließvorgang zu schnell stattfindet, so daß sich das Fahrverhalten unter Komforteinbußen abrupt ändert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Kupplung der oben genannten Art anzugeben, mit dem ein kurzfristiges Schließen der Kupplung unter Beibehaltung eines besonders hohen Maßes an Fahrkomfort ermöglicht ist. Zudem soll eine für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Regelungseinrichtung angegeben werden.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem beim Schließen der Kupplung in einer Synchronisierungsphase als Führungsgröße für die Kupplungsregelung die zeitliche Ableitung der Drehzahl der Antriebswelle herangezogen wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein hoher Fahrkomfort auch bei vergleichsweise schnellem Schließen der Kupplung gewährleistet sein kann, wenn situationsbedingt die zur Einhaltung des gewünschten Fahrkomforts noch akzeptable maximale Geschwindigkeit beim Schließen der Kupplung eingehalten wird. Wenn dieses Ziel für die Regelung hinterlegt ist, soll sich die Regelung weitgehend unmittelbar daran orientieren. Ein besonders geeigneter Parameter, der dazu als Führungsgröße für die Regelung vorgesehen ist, ist die für die Schließgeschwindigkeit der Kupplung charakteristische Rate, mit der sich die Drehzahl der Antriebswelle ändert.

Die Kupplung kann eingangsseitig unter Zwischenschaltung weiterer Komponenten mittelbar mit dem Fahrzeugmotor verbunden sein. Dabei kann zur Ermittlung der Führungsgröße direkt die Drehzahl der Eingangswelle der Kupplung ausgewertet werden. Vorteilhafterweise wird jedoch als Drehzahl der Antriebswelle die Drehzahl des Fahrzeugmotors ausgewertet, die im Rahmen eines elektronischen Motormanagements üblicherweise ohnehin als Betriebsparameter zur Verfügung steht. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders für einen Antriebsstrang, in dem die Kupplung dem Fahrzeugmotor direkt nachgeschaltet ist.

Bei der Verwendung der zeitlichen Ableitung der Drehzahl der Antriebswelle als Führungsgröße für die Kupplungsregelung kann in der Art einer herkömmlichen Regelung die Nachführung eines gemessenen Istwerts der zeitlichen Ableitung im Hinblick auf einen dafür vorgegebenen Sollwert vorgesehen sein. Für eine besonders flexible Kupplungsregelung, die auch unter verschiedenen Ausgangsbedingungen bei nur kurzer Schließzeit einen besonders hohen Fahrkomfort aufrechterhält, wird vorteilhafterweise dieser Sollwert anhand der Differenz zwischen der aktuell vorliegenden Drehzahl der Antriebswelle und einem Sollwert für die Drehzahl der Antriebswelle ermittelt. Dabei fließt das Ausmaß der durch das Schließen der Kupplung noch zu überwindenden Drehzahldifferenz in die Vorgabe mit ein, mit welcher Geschwindigkeit das Schließen der Kupplung vorzunehmen ist.

Als Stellgröße wird bei der Kupplungsregelung vorteilhafterweise der Kupplungsweg beeinflußt. Mit anderen Worten: zweckmäßigerweise wird während der Synchronisierungsphase in Abhängigkeit von der als Führungsgröße berücksichtigten zeitlichen Ableitung ein Sollwert für eine Kupplungsposition vorgegeben. Über diesen Sollwert kann das Verhalten der Kupplung bei der Synchronisierung im gewünschten Bereich gehalten werden. Über den Sollwert für die Kupplungsposition wird die Kupplung dabei vorteilhafterweise derart geregelt, daß bei zu schneller zeitlicher Veränderung der Motordrehzahl die Kupplung etwas weiter geöffnet wird, so daß der Motor von der Eingangswelle des Getriebes etwas stärker entkoppelt wird und sich die Veränderung der Motordrehzahl verlangsamt. Im umgekehrten Fall, wenn sich nämlich die Motordrehzahl unerwünscht langsam verändert, wird die Kupplung vorteilhafterweise etwas stärker geschlossen, so daß sich die Veränderung der Motordrehzahl infolge der etwas stärkeren Ankopplung an die Eingangswelle des Getriebes beschleunigt.

Mit anderen Worten: der aktuell vorliegende Sollwert für die Kupplungsposition wird in vorteilhafter Ausgestaltung in dem Fall, in dem für den Betrag der zeitlichen Ableitung der Drehzahl der Antriebswelle ein Wert oberhalb eines vorgebbaren zeitabhängigen ersten Grenzwerts festgestellt wird, um einen vorgebbaren Korrekturwert verkleinert und in dem Fall, in dem für den Betrag der zeitlichen Ableitung der Drehzahl der Antriebswelle ein Wert unterhalb eines vorgebbaren zeitabhängigen zweiten Grenzwerts festgestellt wird, der aktuell vorliegende Sollwert für die Kupplungsposition um einen vorgebbaren Korrekturwert vergrößert. Der erste und/oder der zweite Grenzwert können dabei durch einen hinterlegten zeitlichen Verlauf eines Sollwerts für die zeitliche Ableitung der Drehzahl der Antriebswelle, vergrößert bzw. vermindert um einen (zeitabhängigen oder zeitlich konstanten) Toleranzwert oder eine zulässige Maximalabweichung, definiert sein, zweckmäßigerweise werden der erste und/oder der zweite Grenzwert zudem abhängig von der Drehzahl der Antriebswelle und/oder von der zeitlichen Ableitung der Drehzahl der Antriebswelle vorgegeben, so daß derartige Betriebsparameter auf besonders einfache Weise in der Regelung berücksichtigt werden können.

Um eine besonders kurze Schließzeit für die Kupplung zu ermöglichen, wird vorteilhafterweise in einer der Synchronisierungsphase vorangehenden Vorbereitungsphase die Kupplung in eine vorgebbare Ausgangsposition gebracht. Die Ausgangsposition kann dabei insbesondere derart gewählt sein, daß gerade noch kein reibschlüssiger Kontakt zwischen den für die Übertragung eines Moments vorgesehenen Kupplungselementen besteht. Somit ist einerseits sichergestellt, daß vor der eigentlich vorgesehenen Schließ- oder Synchronisierungsphase noch kein Moment über die Kupplung übertragen wird und das Getriebe somit in dem dafür erforderlichen Zeitraum tatsächlich frei von einer Momentenbelastung gehalten wird. Andererseits ist aber auch sichergestellt, daß zu Beginn der Synchronisierungsphase nicht zunächst Zeit dadurch verlorengeht, daß mögliche Toträume der Kupplungselemente noch zu überwinden sind; die Überwindung der Toträume ist vielmehr zeitlich in den Bereich vor der eigentlichen Synchronisierung verlagert.

Die Ausgangsposition wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von einem den Fahrerwunsch charakterisierenden Kennwert vorgegeben. Somit kann auf besonders einfache Weise eine Priorisierung zwischen einander möglicherweise widersprechenden Randbedingungen, wie z. B. Leistungsentfaltung und Kraftstoffverbrauch, vorgenommen werden.

Eine besonders kurze Schließzeit ist erreichbar, indem vorteilhafterweise die eigentliche Schließphase in der Art in mehrere Phasen unterteilt wird, daß in einer der Synchronisierungsphase vorangehenden Vorlaufphase als Führungsgröße für die Kupplungsregelung die Drehzahl der Antriebswelle herangezogen wird. In dieser Phase, in der aufgrund der Trägheit des Systems Einbußen im Fahrkomfort ohnehin nur eingeschränkt auftreten können, kann der Schließvorgang somit mit besonders hoher Geschwindigkeit betrieben werden, wobei in der anschließenden eigentlichen Synchronisierungsphase die Regelung auf der Basis der zeitlichen Ableitung der Drehzahl erfolgen kann. Der Übergang zwischen diesen beiden Phasen kann beispielsweise durch eine vorgebbare Schwelle in der Drehzahldifferenz oder in der zeitlichen Ableitung der Drehzahl ausgelöst werden.

Bezüglich der Regelungseinrichtung für eine Kupplung wird die genannte Aufgabe gelöst, indem ein Sensor zur Erfassung der Drehzahl einer Antriebswelle vorgesehen ist, der mit einer Steuereinheit verbunden ist, die beim Schließen der Kupplung in einer Synchronisierungsphase einen Stellwert für die Kupplung in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung der Drehzahl der Antriebswelle als Führungsgröße vorgibt.

Die Steuereinheit ist dabei vorzugsweise ausgangsseitig mit Mitteln zum Einstellen einer Kupplungsposition verbunden. In weiterer zweckmäßiger Gestaltung ist die Steuereinheit mit einem Datenspeicher verbunden, in dem in der Art einer Kennlinie für eine Anzahl möglicher Differenzen zwischen einer aktuell vorliegenden Drehzahl der Antriebswelle und einem Sollwert für die Drehzahl der Antriebswelle jeweils ein Sollwert für die zeitliche Ableitung der Drehzahl der Antriebswelle hinterlegt ist.

Zweckmäßigerweise ist die Steuereinheit eingangsseitig mit Mitteln zum Erfassen eines Fahrerwunsches verbunden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Verwendung der zeitlichen Ableitung der Drehzahl der Antriebswelle als Führungsgröße für die Kupplungsregelung für eine große Vielzahl denkbarer Betriebssituationen der Schließvorgang der Kupplung mit einer besonders geeigneten Geschwindigkeit vorgenommen werden kann. Dabei kann einerseits der Schließvorgang schnellstmöglich durchgeführt werden, wobei andererseits in jedem Fall ein größtmöglicher Fahrkomfort gewährleistet werden kann. Zudem ist für eine derartige Kupplungsregelung keine aufwendige Kenntnis weiterer Parameter wie beispielsweise des Reibwerte, der Temperatur oder des Verschleißzustands der Kupplung notwendig. Weiterhin ist die Kupplungsregelung auch in besonderem Maße flexibel, wobei der zeitliche Verlauf des Aufbaus des über die Kupplung übertragenen Moments in einem weiten Bereich einstellbar ist. Dabei ist auch eine funktionelle Entkopplung des Aufbaus des übertragenen Moments vom Vorgang des Schließens der Kupplung erreichbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen;

Fig. 1 schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem automatisierten Schaltgetriebe,

Fig. 2 ein Flußdiagramm für einen Regelungseingriff, und

Fig. 3 ein Zeitdiagramm für den zeitlichen Verlauf einer Motordrehzahl.

Der Antriebsstrang 1 gemäß Fig. 1 weist einen Fahrzeugmotor 2 auf, der über eine Antriebswelle 4 mit einer Kupplung 6 verbunden ist. Die Kupplung 6 ist ausgangsseitig an eine Eingangswelle 8 eines Getriebes 10 gekoppelt. Das Getriebe 10 ist dabei als automatisches Schaltgetriebe (ASG) ausgebildet und ausgangsseitig über eine Ausgangswelle 12 mit einem als Antriebseinheit vorgesehenen Radsatz 14 eines Kraftfahrzeugs verbunden. Das Getriebe 10 weist eine Anzahl vordefinierter Getriebegänge auf, denen jeweils ein festes Verhältnis der Drehzahlen cler Eingangswelle 8 und der Ausgangswelle 12 zugeordnet ist.

Zur Steuerung ist dem Antriebsstrang 1 und insbesondere auch dessen Kupplung 6 eine Regelungseinrichtung 20 zugeordnet. Die Regelungseinrichtung 20 ist dafür ausgelegt, einerseits die für die aktuelle Fahrsituation gewünschte Getriebeübersetzung zu ermitteln und durch Ermittlung seines entsprechenden Schaltbefehls S an das Automatikgetriebe 10 einzustellen und andererseits nach erfolgtem Gangwechsel die Antriebswelle 4 mit der Eingangswelle 8 in kurzer Zeit und unter Wahrung größtmöglichen Fahrkomforts zu synchronisieren.

Dazu umfaßt die Regelungseinrichtung 20 eine Steuereinheit 21, die ausgangsseitig über eine Signalleitung 22 mit dem Getriebe 10 und über eine Signalleitung 23 mit der Kupplung 6 verbunden ist. Über die Signalleitung 22 ist dabei dem Getriebe 10 ein Schaltbefehl übermittelbar, auf den hin im Getriebe 10 die erforderlichen Schritte unternommen werden, um den gegebenenfalls vorliegenden Getriebegang in einen gewünschten Getriebegang zu überführen. Über die Signalleitung 23 hingegen ist der Kupplung 6 ein Stellwert S_w für eine Kupplungsposition, also für die Position eines nicht näher dargestellten Kupplungselements, zuführbar. In Abhängigkeit vom Stellwert S_w wird in der Kupplung 6 eine Kupplungsposition k eingestellt, die für das Kupplungsverhalten und insbesondere für das von der Kupplung 6 von der Antriebswelle 4 auf die Eingangswelle 8 übertragene Moment charakteristisch ist. Allgemein gilt dabei, daß für eine vergleichsweise höhere Kupplungsposition k die Kupplung mehr "geschlossen" ist, also ein höheres Moment überträgt, und daß für eine vergleichsweise niedrigere Kupplungsposition k die Kupplung mehr "geöffnet" ist, also ein geringeres Moment überträgt.

Eingangsseitig ist die Steuereinheit 21 über eine Signalleitung 24 mit dem Getriebe 10, über eine Signalleitung 26 mit einem an der Antriebswelle 4 angeordneten Drehzahlsensor 28, über eine Signalleitung 30 mit einem an der Eingangswelle 8 des Getriebes 10 angeordneten Drehzahlsensor 32 und über eine Signalleitung 34 mit einem an der Ausgangswelle 12 angeordneten Drehzahlsensor 36 verbunden. Zudem ist die Steuereinheit 21 über eine Anzahl weiterer, durch den Pfeil 38 angedeuteten Signalleitung mit einer Anzahl weiterer, nicht näher dargestellter Meßwertsensoren sowie mit einer Einrichtung 39 zum Erfassen eines Fahrerwunsches, beispielsweise einem Tipphebel, verbunden. Über eine Datenleitung 40 ist an die Regelungseinrichtung 20 weiterhin ein Datenspeicher 42 angeschlossen.

Die Regelungseinrichtung 20 ist unter anderem für die vollständige Steuerung der Durchführung eines Gangwechsels im Getriebe 10 ausgelegt. Ein derartiger Gangwechsel umfaßt zunächst die Ausgabe eines Schaltbefehls S, die beispielsweise aufgrund einer Schaltkennlinie, durch Vorgabe eines Fahrerwunsches oder in folge spezifischer Betriebsparameter erfolgen kann. Daraufhin erfolgt ein Momentenabbau des Fahrzeugmotors 2 am Getriebe 10, der durch ein Öffnen der Kupplung 6 erreicht wird. Bei geöffneter Kupplung 6 ist nämlich die Antriebswelle 4 von der Eingangswelle 8 des Getriebes 10 entkoppelt, so daß das Getriebe 10 eingangsseitig frei von Momenten ist. In diesem Zustand kann durch Betätigung der im Getriebe 10 vorgesehenen Aktuatoren der eigentliche Gangwechsel vorgenommen werden. Nach einer Erkennung, daß der Gangwechsel vollzogen wurde, die beispielsweise durch die Übermittlung eines entsprechenden Signals vom Getriebe 10 an die Regelungseinrichtung 20 erfolgen kann, erfolgt das Schließen der Kupplung 6. Dazu wird der Kupplung 6 über die Signalleitung 23 als Stellwert S_w ein zeitlich veränderlicher Sollwert S_k für die Kupplungsposition k übermittelt, der die Kupplung 6 erstreckt über ein zeitlich ausgedehntes Schließintervall vom geöffneten in einen geschlossenen Zustand überführt. Dabei erfolgt auch der Momentenaufbau des Fahrzeugmotors 2 am Getriebe 10, d. h. die kraftflußmäßige Ankopplung der Eingangswelle 8 des Getriebes 10 an die Antriebswelle 4.

Bei einem Gangwechsel bleibt die Drehzahl der Ausgangswelle 12 des Getriebes 10, die im wesentlichen durch die Drehzahl der Fahrzeugräder und somit durch die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt ist, im wesentlichen konstant. Aufgrund des für jeden Gang unterschiedlichen Verhältnisses der Drehzahlen der Eingangswelle 8 des Getriebes 10 und der Ausgangswelle 12 des Getriebes 10 ändert sich somit durch den Gangwechsel die Drehzahl der Eingangswelle 8 des Getriebes 10. Die Drehzahl der Antriebswelle 4 oder die Motordrehzahl nm ist hingegen üblicherweise unmittelbar nach erfolgtem Gangwechsel noch durch die Drehzahlverhältnisse vor dem Gangwechsel bestimmt. Während des Schließens der Kupplung 6 nach einem Gangwechsel ist somit eine Synchronisierung der Drehzahlen der Antriebswelle 4 und der Eingangswelle 8 des Getriebes 10 erforderlich.

Die Regelungseinrichtung 20 ist dabei derart ausgelegt, daß eine derartige Synchronisierung oder Angleichung der Drehzahlen einerseits innerhalb einer besonders kurzen Zeitspanne, anderseits aber ohne allzu abrupte, mit Komforteinbußen für den Fahrer verbundene Änderungen erfolgen kann. Dazu ist die Regelungseinrichtung 20 zur Durchführung eines Schließvorgang für die Kupplung 6 ausgelegt, wie er im Flußdiagramm gemäß Fig. 2 schematisch dargestellt ist.

Während dieses Schließvorgangs wird zunächst in einem ersten Schritt 200 die Synchrondrehzahl n_syn ermittelt. Die Synchrondrehzahl n_syn, ist dabei diejenige Drehzahl, auf die die Motordrehzahl nm nach dem Gangwechsel hinzuführen ist. In der Art einer Zieldrehzahl oder eines Sollwertes S_n für die Motordrehzahl nm entspricht die Synchrondrehzahl n_syn somit der Drehzahl der Eingangswelle 8 des Getriebes 10. Im zeitlichen Verlauf hängt die Synchrondrehzahl n_syn dabei im wesentlichen vom Verhalten des Fahrzeugs ab: bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit ist die Synchrondrehzahl n_syn gegeben durch diejenige Drehzahl der Eingangswelle 8, die für den einzulegenden Gang der Fahrzeuggeschwindigkeit zu Beginn des Gangwechselvorgangs entspricht. Bei beschleunigendem Fahrzeug, bei dem beispielsweise ein Hochschalten des Gangs erfolgen könnte, ist für die Synchrondrehzahl n_syn ein mit der Zeit ansteigender Wert zu erwarten, wohingegen bei abbremsendem Fahrzeug, also beispielsweise beim Herunterschalten eines Ganges, ein mit der Zeit abfallender Wert für n_syn vorliegen kann. Die Synchrondrehzahl n_syn kann in Schritt 200 durch Messung über den Drehzahlsensor 32 oder auch durch Berechnung, beispielsweise anhand der vom Drehzahlsensor 36 gemessenen Drehzahl der Ausgangswelle 12, ermittelt werden.

In einem darauffolgenden Schritt 210 wird die aktuell vorliegende Motordrehzahl nm, d. h. die Drehzahl der Antriebswelle 4, ermittelt. Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel durch Messung der Drehzahl nm mittels des Drehzahlsensors 28. Aus den somit gewonnenen Eingangsgrößen Motordrehzahl nm und Synchrondrehzahl n_syn wird in einem anschließenden Schritt 220 die Drehzahldifferenz Δn = nm - n_syn bestimmt. Die Drehzahldifferenz Δn gibt dabei an, um wie viel die aktuell vorliegende Motordrehzahl nm erhöht oder erniedrigt werden muß, um die gewünschte Synchronisierung mit der Eingangswelle 8 des Getriebes 10 zu erreichen.

Abhängig von der somit ermittelten Drehzahldifferenz Δn wird in einem folgenden Schritt 230 ein Sollwert S_a für die zeitliche Ableitung dnm/dt der Drehzahl der Antriebswelle 4 oder der Motordrehzahl nm ermittelt. Dies kann beispielsweise durch Rückgriff auf den Datenspeicher 42 erfolgen, in dem in der Art einer Kennlinie für jede Drehzahldifferenz Δn ein entsprechender Sollwert S_a hinterlegt ist. Mit anderen Worten: die Ermittlung des Sollwerts S_a für die zeitliche Ableitung dnm/dt der Motordrehzahl nm erfolgt anhand der Differenz Δn zwischen der aktuell vorliegenden Motordrehzahl nm und der als Sollwert S_nfür die Motordrehzahl nm dienenden Synchrondrehzahl n_syn.

Im weiteren Verlauf regelt die Regelungseinrichtung 20 das Schließen der Kupplung 6 mit der zeitlichen Ableitung dnmn/dt der Motordrehzahl nm als Führungsgröße. Dazu wird ein Istwert für die zeitliche Ableitung dnm/dt der Motordrehzahl nm ermittelt. Dieser Istwert wird im Ausführungsbeispiel näherungsweise ermittelt durch zwei zeitlich versetzte Messungen der Motordrehzahl nm gemäß der Beziehung:

dnm/dt = (nm₁ - nm₂)/(t₁ - t₂)

Diese Ermittlung des Istwerts findet statt im Programmschritt 240.

Im darauffolgenden Programmschritt 250 wird der Betrag des Istwerts der Ableitung dnm/dt der Motordrehzahl nm mit einem ersten Grenzwert g₁ verglichen. Der erste Grenzwert g₁ ist dabei gegeben durch den Sollwert S_a für die Ableitung dnm/dt der Motordrehzahl nm, erhöht um einen vorgebbaren Toleranzfaktor T₁: g₁ = S_a + T₁. Falls dabei festgestellt wird daß der Betrag der Ableitung dnm/dt der Motordrehzahl nm den Grenzwert g₁ übersteigt, so wird darauf geschlossen, daß ein zu schnelles Schließen der Kupplung 6 vorliegt. In Reaktion darauf wird ein Stellwert an die Kupplung 6 ausgegeben, der die aktuell vorliegende Kupplungsposition k um einen vorgebbaren Korrekturwert Δk vermindert. Mit anderen Worten: Falls anhand der zeitlichen Ableitung dnm/dt der Motordrehzahl tun festgestellt wird, daß die Kupplung 6 zu schnell geschlossen wird, so wird in Reaktion darauf die Kupplung 6 geringfügig weiter geöffnet. Diese Korrektur findet im Programmschritt 260 statt. Nach erfolgter Korrektur der Kupplungsposition k wird, falls kein anderweitiger Ausstiegsbefehl vorliegt, das Regelverfahren mit dem Programmschritt 200, also mit einer erneuten Ermittlung der Synchrondrehzahl n_syn fortgesetzt.

Falls im Programmschritt 250 keine zu schnelle Änderung der Motordrehzahl nm festgestellt wurde, wird hingegen im Programmschritt 270 der Betrag der zeitlichen Ableitung dnm/dt der Motordrehzahl nm mit einem zweiten Grenzwert g₂ Verglichen. Der zweite Grenzwert g₂ ist dabei gegeben durch den Sollwert S_a für die zeitliche Ableitung dnm/dt der Motordrehzahl nm, vermindert um einen zweiten Toleranzwert T₂: g₂ = S_a - T₂. Falls der Betrag der zeitlichen Ableitung dnm/dt den zweiten Grenzwert g₂ unterschreitet, so wird in Programmschritt 270 darauf geschlossen, daß das Schließen der Kupplung zu langsam erfolgt. In diesem Fall wird ein Stellwert S_w an die Kupplung 6 ausgegeben, mit dem die aktuelle Kupplungsposition k um einen Korrekturwert Δk vergrößert wird. Mit anderen Worten: Falls festgestellt wird, daß die Änderung der Motordrehzahl nm zu langsam erfolgt, so wird die Kupplung 6 etwas stärker geschlossen. Dies erfolgt in einem Programmschritt 280. Nach erfolgter Korrektur der Kupplungsposition k wird das Regelungsverfahren, falls keine andere Abbruchbedingung vorliegt, mit dem Programmschritt 200 und einem erneuten Einlesen der aktuell einzustellenden Synchrondrehzahl n_syn fortgesetzt.

Falls auch im Programmschritt 270 keine unerwünschte Abweichung der Ableitung dnm/dt der Motordrehzahl nm festgestellt wurde, so wird nach Abprüfen einer Abbruchbedingung im Programmschritt 290 das Regelverfahren ebenfalls mit Programmschritt 200 fortgesetzt.

Ein Beispiel für die Synchronisierung der Motordrehzahl nm ist in der Art eines Zeitdiagramms in Fig. 3 gezeigt. Dort ist in der Kurve 300 die zeitliche Abhängigkeit der Motordrehzahl nm wiedergegeben. Die Kurve 310 hingegen gibt den zeitlichen Verlauf der Synchrondrehzahl n_syn also derjenigen Drehzahl, auf die die Motordrehzahl nm nach erfolgtem Gangwechsel einzustellen ist, an. Für eine möglichst kurzfristige, aber nicht zu Komforteinbußen führende Synchronisierung ist die Regelungseinrichtung 20 derart ausgelegt, daß bei der Synchronisierung, also beim Schließen der Kupplung 6, die Regelung der Kupplung 6 mit der zeitlichen Ableitung der Motordrehzahl nm als Führungsgröße erfolgt. Die zeitliche Ableitung ist dabei im Zeitdiagramm gemäß Fig. 3 für einem Zeitpunkt t₁ durch die Tangente 320 an die Kurve 300 dargestellt. Im Ergebnis ist, wie Fig. 3 für zunehmende Zeiten t entnehmbar, eine graduelle Synchronisierung der Motordrehzahl nm erreicht, die etwa zum Zeitpunkt t₂ vollendet ist.

In zeitlicher Hinsicht gesehen vor dem eigentlichen, durch das Flußdiagramm gemäß Fig. 2 wiedergegebenen Schließvorgang ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, die Kupplung 6 auf einen Ausgangswert k₀ der Kupplungsposition k einzustellen, in der gerade noch keine Momentenübertragung erfolgt, in der die entsprechenden Kupplungselemente aber bereits aneinander anliegen. Diese Einstellung kann beispielsweise aufgrund eines über die Einrichtung 39 erfaßten Fahrerwunsches erfolgen. Somit ist bedarfsweise eine schnelle Einleitung eines Schließvorgangs für die Kupplung ermöglicht, ohne daß zunächst Toträume zu überwinden wären.

Beim Schließvorgang kann darüber hinaus dem Programmschritt 200 noch eine Startphase vorgeschaltet sein, in der die Steuereinheit 21 den Stellwert S_w für die Kupplungsposition k basierend auf der Drehzahldifferenz Δn an sich als Führungsgröße vorgibt.

Bezugszeichenliste

1

Antriebsstrang

2

Fahrzeugmotor

4

Antriebswelle

6

Kupplung

8

Eingangswelle

10

Getriebe

12

Ausgangswelle

14

Radsatz

20

Regelungseinrichtung

21

Steuereinheit

22

,

23

,

24

,

26

Signalleitung

28

Drehzahlsensor

30

Signalleitung

32

Drehzahlsensor

34

Signalleitung

36

Drehzahlsensor

38

Pfeil

39

Einrichtung zum Erfassen eines Fahrerwunsches

40

Datenleitung

42

Datenspeicher

300

Kurve

310

Kurve

320

Tangente
S Schaltbefehl
S_w

Stellwert
nm Motordrehzahl
n_syn

;Synchrondrehzahl
Δn Drehzahldifferenz
S_a

Sollwert für die Ableitung dnm/dt
S_k

Sollwert für die Kupplungsposition k
S_n

Sollwert für die Motordrehzahl nm
Δk Korrekturwert
dnm/dt zeitliche Ableitung
g₁

, g₂

Grenzwert
T₁

, T₂

Toleranzfaktor
k Kupplungsposition
t₁

Zeitpunkt
t₂

Zeitpunkt

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Kupplung (6) im Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs, bei dem beim Schließen der Kupplung (6) in einer Synchronisierungsphase als Führungsgröße für die Kupplungsregelung die zeitliche Ableitung (dnm/dt) der Drehzahl einer Antriebswelle (4) herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Drehzahl der Antriebswelle (4) die Drehzahl (nm) des Fahrzeugmotors (2) ausgewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Sollwert (S_a) für die zeitliche Ableitung (dnm/dt) der Drehzahl (nm) der Antriebswelle (4) anhand der Differenz zwischen der aktuell vorliegenden Drehzahl (nm) der Antriebswelle (4) und einem Sollwert (S_n) für die Drehzahl (nm) der Antriebswelle (4) ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in Abhängigkeit von der Führungsgröße ein Sollwert (S_k) für eine Kupplungsposition (k) vorgegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem in dem Fall, in dem für den Betrag der zeitlichen Ableitung (dnm/dt) der Drehzahl der Antriebswelle (4) ein Wert oberhalb eines vorgebbaren zeitabhängigen ersten Grenzwerts (g₁) festgestellt wird, der aktuell vorliegende Sollwert (S_k) für die Kupplungsposition (k) um einen vorgebbaren Korrekturwert (Δk) verkleinert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem in dem Fall, in dem für den Betrag der zeitlichen Ableitung (dnm/dt) der Drehzahl der Antriebswelle (4) ein Wert unterhalb eines vorgebbaren zeitabhängigen zweiten Grenzwerts (g₂) festgestellt wird, der aktuell vorliegende Sollwert (S_k) für die Kupplungsposition (k) um einen vorgebbaren Korrekturwert (Δk) vergrößert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der erste und/oder der zweite Grenzwert (g₂) abhängig von der Drehzahl (nm) der Antriebswelle (4) und/oder von der zeitlichen Ableitung (dnm/dt) der Drehzahl (nm) der Antriebswelle (4) vorgegeben werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem in einer der Synchronisierungsphase vorangehenden Vorbereitungsphase die Kupplung (6) in eine vorgebbare Ausgangsposition gebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Ausgangsposition in Abhängigkeit von einem den Fahrerwunsch charakterisierenden Kennwert vorgegeben wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem in einer der Synchronisierungsphase vorangehenden Vorlaufphase als Führungsgröße für die Kupplungsregelung die Drehzahl (nm) der Antriebswelle (4) herangezogen wird.

11. Regelungseinrichtung für eine Kupplung (6) im Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs, bei der ein Sensor (28) zur Erfassung der Drehzahl einer Antriebswelle (4) mit einer Steuereinheit (21) verbunden ist, die beim Schließen der Kupplung (6) in einer Synchronisierungsphase einen Stellwert (S_w) für die Kupplung (6) in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung (dnm/dt) der Drehzahl (nm) der Antriebswelle (4) als Führungsgröße vorgibt.

12. Regelungseinrichtung nach Anspruch 11, deren Steuereinheit (21) ausgangsseitig mit Mitteln zum Einstellen einer Kupplungsposition (k) verbunden ist.

13. Regelungseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, deren Steuereinheit (21) mit einem Datenspeicher (42) verbunden ist, in dem in der Art einer Kennlinie für eine Anzahl möglicher Differenzen zwischen einer aktuell vorliegenden Drehzahl der Antriebswelle (4) und einem Sollwert (S_a) für die Drehzahl der Antriebswelle (4) jeweils ein Sollwert (S_a) für die zeitliche Ableitung (dnm/dt) der Drehzahl der Antriebswelle (4) hinterlegt ist.

14. Regelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, deren Steuereinheit (21) eingangsseitig mit Mitteln zum Erfassen eines Fahrerwunsches verbunden ist.