DE10159267B4

DE10159267B4 - Verfahren zur Lageregelung eines Kupplungsaktuators

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Publication number: DE10159267B4
Application number: DE10159267.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Jäger Thomas; Martin Zimmermann; Dr. Berger Reinhard; Georg Schneider; Mario Jung; Alexander Renfer; Jürgen Gerhart
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: US6647333B2; US20020128763A1; FR2918428B1; BR0106114A; ITMI20012642A1; FR2918427B1; DE10159267A1; FR2918428A1; FR2818342B1; FR2918427A1; FR2818342A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Lageregelung eines Kupplungsaktuators umfaßt nach einer ersten Ausführungsform die Schritte: Bestimmen eines Betriebszustandes eines Fahrzeuges anhand mehrerer Betriebsparameter des Fahrzeuges durch eine Kupplungssteuerung; Auswählen eines Satzes von Reglerparametern aus einer Mehrzahl von Sätzen durch die Kupplungssteuerung; und Regelung der Lage des Kupplungsaktuators durch einen Lageregelkreis anhand des ausgewählten Satzes von Reglerparametern. Der Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen die Reglerparameter angepaßt werden und demnach die Regelung situationsabhängig erfolgt. Eine weitere Ausführungsform, die zur optimalen Bestromung des Kupplungsaktuators vorgesehen ist, umfaßt die Schritte: Ermitteln einer Ist-Position des Kupplungsaktuators; Vergleichen der Ist-Position mit einer Soll-Position des Kupplungsaktuators; Bestimmen des Ausmaßes und der Richtung einer Nachregelung des Kupplungsaktuators; und Verändern einer Bestromung des Kupplungsaktuators in Übereinstimmung mit den Werten der Nachregelung nach dem vorherigen Schritt. Weitere Ausführungsformen sind der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In den Offenlegungsschriften DE 40 11 850 A1 sowie DE 199 18 164 A1 werden Verfahren zur Lageregelung einer Reibungskupplung offenbart.
Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Unter einem solchen Schaltgetriebe werden in erster Linie Handschaltgetriebe verstanden, die vom Fahrer des Fahrzeugs mit einem solchen Getriebe über einen Schalthebel von Hand geschaltet werden. Der Gangwechselvorgang setzt sich dabei aus dem Wählvorgang zum Erreichen der Schaltgasse der zu schaltenden Gangstufe und dem eigentlichen Einlegen der neuen Gangstufe zusammen.
Neben solchen Handschaltgetrieben sind auch automatisierte Schaltgetriebe, kurz auch ASG genannt, bekannt, bei denen der Vorgang des Wählens und das daraufhin folgende Schalten der Gangstufe durch mit dem Getriebe gekoppelte Stellglieder stattfindet. Bei einem solchen automatisierten Schaltgetriebe wird der Wähl- und Schaltvorgang dann beispielsweise programmgesteuert über die Stellglieder durchgeführt, die mit einer Kraftübertragungsstrecke mit getriebeinternen Schaltelementen, wie beispielsweise einer zentralen Schaltwelle und Schaltstangen gekoppelt sind.
Bei diesen bekannten automatisierten Schaltgetrieben ist ein elektronisches Kupplungs-Management (kurz EKM) vorhanden, mit dessen Hilfe die Kupplung geöffnet und geschlossen wird, so daß der Fahrer nur noch den Gang anwählen muß. Die Betätigung der Kupplung führt das EKM durch.
Um einen optimalen Schaltvorgang erreichen zu können, sind in letzter Zeit die Anforderungen an die Lagegenauigkeit des Kupplungsaktuators gestiegen. Mit dieser zunehmenden Genauigkeitsanforderung an einen Wegregelkreis in einem elektromotorischen Aktuator verlängert sich jedoch die Einschaltdauer des Elektromotors und damit auch die Energieaufnahme. Während des Einregelns fährt der Elektromotor nur kleine Wege, so daß nahezu die gesamte elektrische Energie, die zugeführt wird, in Wärme umgesetzt wird. Dadurch steigt die thermische Belastung beim Einregeln überproportional an.
Ein Lageregler schaltet dann ab, wenn die Abschalthysterese erreicht ist (Regelabweichung ist kleiner als eine Abschaltschwelle von 0,1 mm bzw. 0,2 mm).
Eine Dauerbestromung wird nur in den Phasen aktiviert, in denen der Lageregler abgeschaltet ist.
Ein Nachregeln entsteht dann, wenn die Gegenkraft des Kupplungsaktuators bzw. Stellers so groß wird, daß der Steller nicht genügend Selbsthaltung hat, wobei der Steller aus seiner eingeregelten Position herausgedrückt wird. Dies kann nur dann geschehen, wenn der Lageregler abgeschaltet ist. Durch das Nachregeln wird die Abschalthysterese wieder unterschritten (bzw. überschritten, in Abhängigkeit der Richtung des Herausdrückens), so daß der Lageregler wieder aktiviert wird, und versucht den Steller wieder in die Sollposition einzuregeln. Das Zusammenspiel zwischen Herausdrücken aus der Stellerposition und das anschließende wieder Einregeln wird hier als Nachregeln bezeichnet.
Demzufolge ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Lageregelung eines Kupplungsaktuators zu schaffen, welches die Energieaufnahme des Kupplungsaktuators minimiert, ohne dabei die Funktionalität des EKM negativ zu beeinflussen.
Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale auf.
Demnach umfaßt das Verfahren zur Lageregelung eines Kupplungsaktuators nach Anspruch 1 die Schritte: Bestimmen eines Betriebszustandes eines Fahrzeuges anhand mehrerer Betriebsparameter des Fahrzeuges durch eine Kupplungssteuerung; Auswählen eines Satzes von Reglerparametern aus einer Mehrzahl von Sätzen durch die Kupplungssteuerung; und Regelung der Lage des Kupplungsaktuators durch einen Lageregelkreis anhand des ausgewählten Satzes von Reglerparametern.
Der Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen die Reglerparameter angepaßt werden und demnach die Regelung situationsabhängig erfolgt. Eine Energieeinsparung durch Verminderung des Regelaufwandes ist die Folge.
Bei Versuchsfahrten hat sich gezeigt, daß der Zeitanteil der Regelung mit geringerer Genauigkeit auf über 50% angehoben werden kann, ohne dabei eine Einbuße im Komfort zu erleiden.
Vorzugsweise sind zumindest zwei Sätze von Reglerparametern vorgegeben, aus denen die Kupplungssteuerung in Abhängigkeit des Betriebszustandes einen bestimmten Satz auswählt. Durch eine Mehrzahl von solchen Sätzen läßt sich die Regelung an unterschiedliche Situationen besser anpassen.
Anstatt die gesamten Sätze an Reglerparametern zu übergeben, wird die Übergabe der entsprechenden Information über den Betriebszustand und damit über den ausgewählten Satz an Reglerparametern zwischen der Kupplungssteuerung und dem Lageregelkreis mittels zumindest eines Flags ausgeführt. Bei mehr als zwei Sätzen von Reglerparametern muß eine entsprechende Anzahl von Flags übergeben werden. Hierdurch wird die Kommunikation zwischen Kupplungssteuerung und Lageregelkreis auf ein Mindestmaß reduziert.
Vorzugsweise umfassen die Reglerparameter die Reglerkonstanten (P-, I- und D-Anteil), eine Genauigkeitsanforderungen, sowie die Abschalt- und Wiederzuschaltgrenzen.
Die Genauigkeitsanforderung kann dabei in eine große und eine geringe Genauigkeitsanforderung unterteilt werden, um im einfachsten Fall zwei Bereiche abdecken zu können. Auch eine höhere Anzahl an Bereichen ist denkbar.
Bei zwei Bereichen ist für die große Genauigkeitsanforderung die Abschaltgrenze vorzugsweise bei 0,02 mm, die Wiederzuschaltgrenze bei 0,10 mm und für die geringe Genauigkeitsanforderung ist die Abschaltgrenze vorzugsweise bei 0,10 mm und die Wiederzuschaltgrenze bei 0,20 mm gewählt.
Der Kupplungsaktuator weist einen Elektromotor auf, der zur Betätigung der Kupplung ansteuerbar ist. Gegenüber einem hydraulischen System liegen zahlreiche Vorteile vor, wie etwa: keine Leckageprobleme oder keine aggressiven Medien.
Vorteilhafterweise weist der Kupplungsaktuator einen integrierten Wegsensor auf, der die tatsächliche Lage ermittelt.
Es kann während des Betriebs auftreten, daß die Selbsthemmung des Kupplungsaktuators nicht ausreicht, um einen Hebel am Betätigungsmechanismus der Kupplung in einer gewünschten Position zu halten, insbesondere wenn die Kupplung eine hohe Ausrückkraft hat. Dadurch wird der Hebel zurückgedrückt und ein Lageregler bzw. Lageregelkreis muß die Position nachregeln, wodurch auch die Belastung des Kupplungsaktuators ansteigt. Diese Nachreglung kann sich außerdem durch ein Kupplungsrupfen äußern.
Um das Nachregeln zu vermeiden, muß daher eine Gegenkraft aufgebracht werden. Diese Gegenkraft wird durch eine dauerhafte Bestromung des Kupplungsaktuators während der Abschaltphasen des Lagereglers erreicht. Da die Ausrückkraft von in den Fahrzeugen verbauten Kupplungen innerhalb einer sehr breiten Toleranz liegt, ist die Dauerbestromung von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich zu wählen, sowohl vom Betrag her als auch in der Richtung.
Ein weiteres Verfahrens zur Lageregelung eines Kupplungsaktuators umfasst die Schritte: Ermitteln einer Ist-Position des Kupplungsaktuators; Vergleichen der Ist-Position mit einer Soll-Position des Kupplungsaktuators; Bestimmen des Ausmaßes und der Richtung einer Nachregelung des Kupplungsaktuators; und Verändern einer Bestromung des Kupplungsaktuators in Übereinstimmung mit den Werten der Nachregelung nach dem vorherigen Schritt.
Der sich daraus ergebende Vorteil ist, daß durch die optimale Bestromung des Kupplungsaktuators bei der Nachreglung, d. h. der Lageregelung, in der Summe eine geringere Energieaufnahme des Kupplungsaktuators bewirkt wird. Die Nachregelung wird durch die Anpassung der Bestromung, vorzugsweise durch Anpassung des Bestromungsprofils, in vielen Fällen vermieden. Die Bestromung erfolgt nur dann, wenn die Regelung ausgeschaltet ist.
Dabei erfolgt die Lageregelung des Kupplungsaktuators anhand eines Bestromungsprofils, welches in Abhängigkeit von der Position des Kupplungsaktuators eine prozentualle Bestromung definiert.
Vorzugsweise wird dieses Bestromungsprofil vor Inbetriebnahme eines Fahrzeugs als ein Defaultprofil hinterlegt, wobei jeweils die Position des Kupplungsaktuators an einer vorbestimmten Anzahl von Punkten eines Verfahrweges, die einen vorbestimmten Abstand zueinander einnehmen, einer bestimmten Bestromung entspricht.
Vorteilhaft und ausreichend ist zum Beispiel eine Anzahl von 4 Stützstellen. Wenn man den Verlauf der Gegenkraft des Kupplungsstellers qualitativ kennt (Verlauf der Kraft über dem Stellweg), kann man im Bereich sehr starker bzw. hoher Gegenkräfte mehr Stützstellen vorsehen als in einem Bereich, in dem schwächere Gegenkräfte auftreten. Beispielhaft kann der vorbestimmte Abstand zwischen den Punkten des Verfahrweges etwa 0,5 mm betragen.
Für den Fall der Nachreglung wird an jedem Punkt des Bestromungsprofils eine Anpassung des entsprechenden Wertes der Bestromung ausgeführt.
Diese Anpassung kann vorzugsweise in vorbestimmten Schrittweiten der prozentuallen Spannung erfolgen oder kann in Abhängigkeit vom Ausmaß der Nachreglung erfolgen oder kann in variablen Schrittweiten erfolgen.
Allerdings wird der Wert der Bestromung jeweils durch einen maximalen Wert begrenzt und/oder durch eine maximale Steigung zwischen benachbarten Bestromungswerten begrenzt.
Für die Festlegung des Bestromungsprofils während eines Betriebszyklus eines Fahrzeugs gibt es zahlreiche Möglichkeiten, von denen bevorzugt die folgenden benutzt werden:

a) Neuberechnung nach jedem Fahrzeugstart, der durch Einschalten einer Zündung bewirkt wird, ausgehend von Nullwerten; und/oder
b) Neuberechnung nach jedem Fahrzeugstart, der durch Einschalten der Zündung bewirkt wird, ausgehend von dem Defaultprofil; und/oder
c) Neuberechnung nach jedem Fahrzeugstart, der durch Einschalten der Zündung bewirkt wird, ausgehend von dem zuletzt gespeicherten Bestromungsprofil; und/oder
d) Gewichtung des Bestromungsprofils und Hinterlegung, so daß beim nächsten Fahrzeugstart von diesem gewichteten Bestromungsprofil ausgegangen wird; oder
e) eine Kombination aus den vorherigen Möglichkeiten a) bis d).

Ein weiteres Verfahren zur Lageregelung eines Kupplungsaktuators umfasst die Schritte: Ermitteln von Istwerten des Kupplungsaktuators; Ermitteln von Sollwerten des Kupplungsaktuators; und Ermitteln, ob ein normaler Regelvorgang oder eine Nachreglung vorliegt, und zwar durch Vergleich der Ist- und Sollwerte, sowie dementsprechende Bestromung des Kupplungsaktuators.
In Abhängigkeit des Ergebnisses des obigen Vergleichs läßt sich der Betrag und das Vorzeichen der Bestromung des Kupplungsaktuators anpassen und optimieren, so daß dadurch eine Energieeinsparung möglich ist.
Vorzugsweise weist der Kupplungsaktuator einen integrierten Wegsensor auf, der den Istwert „KIST” liefert.
Die ermittelten Sollwerte von KSOLL werden bevorzugt in eine von drei Fallgruppen eingestuft und dementsprechend wird das Verhalten des Kupplungsaktuators beurteilt, wobei die drei Fallgruppen für aufeinanderfolgende Werte von KSOLL derart definiert sind, daß KSOLL als steigend, KSOLL als fallend oder KSOLL als konstant erkannt wird, und wobei „KSOLL = steigend” für ein Herausdrücken, „KSOLL = fallend” für ein Herauslaufen und „KSOLL = konstant” für ein Herauslaufen oder Herausdrücken des Kupplungsaktuators definiert ist.
Die Werte von KSOLL werden als steigend erkannt, wenn eine stetige Änderung von KSOLL in positiver Richtung vorliegt.
Die Werte von KSOLL werden als steigend erkannt, wenn vorzugsweise die zumindest drei letzten Werte von KSOLL eine Steigung aufweisen und/oder wenn die zumindest letzten drei Werte von KSOLL einen Schwellenwert für die Steigung überschreiten und/oder wenn die mittlere Steigung der zumindest drei letzten Werte von KSOLL größer ist als eine vorbestimmte Steigung.
Als Begrenzung wird festgelegt, daß, falls die Steigung von aufeinanderfolgenden Sollwerten „KSOLL” über einer vorbestimmten Steigung liegt, keine Nachregelung mehr erkannt wird.
Auf „KSOLL = fallend” wird erkannt, wenn eine stetige Änderung von KSOLL in negativer Richtung vorliegt. Ansonsten erfolgt die Einstufung analog der oben erläuterten Situation „KSOLL = steigend”.
Falls die negative Steigung von aufeinanderfolgenden Sollwerten KSOLL unter einer vorbestimmten negativen Steigung liegt, wird vorzugsweise keine Nachregelung mehr erkannt.
Schließlich wird auf „KSOLL = konstant” erkannt, wenn keine wesentliche Änderung von KSOLL vorliegt.
Diese Änderung von KSOLL muß innerhalb einer bestimmten Schwankungsbreite vorliegen, die vorzugsweise durch die Abschalthysterese des Lageregelkreises definiert ist.
Die vorstehende Aufgabe, die Merkmale und Vorteile nach der vorliegenden Erfindung können unter Berücksichtigung der folgenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besser verstanden werden. Im übrigen wird Bezug genommen auf die zugehörige Figuren.
1 zeigt eine Umschaltung in einem Lageregler für einen Kupplungsaktuator anhand eines Diagramms, in dem ein Stellweg [mm] über der Zeit [Sek.] dargestellt ist;
2 zeigt ein Diagramm eines Bestromungsprofils, mit dem eine prozentualle Bestromung [%] über einem Verstellweg [mm] definiert ist;
3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Lagereglers [mm] über der Zeit [Sek.];
4 zeigt ein weiteres Diagramm, in dem eine Nachreglung einem normalen Regelvorgang gegenübergestellt ist; und
5 zeigt ein Diagramm, mit dem die Beziehung zwischen einem Istwert (KIST) und einem Sollwert (KSOLL) des Lagereglers verdeutlicht wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungsformen näher erläutert werden.
Erste Ausführungsform:
Nach einer ersten Ausführungsform erfolgt bei der Reglerabstimmung eine Berücksichtigung der Genauigkeit der Einstellung des Kupplungsmomentes und einer möglichst geringen thermischen Belastung des Elektromotors und der dazugehörigen Komponenten.
In Abhängigkeit von Betriebszuständen des Fahrzeugs werden unterschiedliche Parametersätze für die Regelung benutzt. Hierzu ermittelt eine Kupplungssteuerung aus den Betriebsparametern des Fahrzeugs einen bestimmten Satz von Reglerparametern und teilt diesen Satz einem Lageregelkreis mit, der den Verfahrweg des Kupplungsaktuators einregelt.
Zu diesen Reglerparametern gehören vorzugsweise die Reglerkonstanten, wie etwa die Koeffizienten für den P-, I- und D-Anteil, sowie die Genauigkeitsanforderungen, d. h. die Abschaltgrenze und die Wiederzuschaltgrenze des Lagereglers.
Anhand von Versuchsreihen konnte gezeigt werden, daß bereits durch Änderung der Abschaltgrenze und der Wiederzuschaltgrenze für verschiedene Genauigkeitsanforderungen eine erhebliche Einsparung (ca. 20%) der Energieaufnahme des elektromotorischen Antriebs erreicht werden kann. Zahlenmäßig ausgedrückt, wurden für eine große Genauigkeit und eine geringe Genauigkeit die folgenden Werte benutzt:

Genauigkeit groß: Abschaltgrenze 0,02 mm

Wiederzuschaltgrenze 0,10 mm

Genauigkeit gering: Abschaltgrenze 0,10 mm

Wiederzuschaltgrenze 0,20 mm

Die Parametersätze, die im einfachsten Fall in zweifacher Form vorliegen, die jedoch auch in Mehrfacher Form vorliegen können, gelten beispielsweise für die folgenden Situationen (Betriebszustände):

Genauigkeit groß:	Adaption von Reibwert und Greifpunkt;
	Schlupf, insbesondere beim Anfahren und Wiedereinkuppeln;
	Ankriechen;
	Schnüffeln und Anfahren Nullpunkt für maximales Stellmoment;
	Inbetriebnahme.

Genauigkeit gering:	alle anderen Fahrsituationen, insbesondere
	Fahren mit Mindestmoment;
	Momentennachführung ohne Schlupf;
	Auskuppeln zum Gangwechsel; und für den
	Neutralgang.

Es können die kompletten Parametersätze von der Kupplungssteuerung an den Lageregelkreis übergeben werden, jedoch ist es einfacher, wenn zum Beispiel bei zwei unterschiedlichen Parametersätzen lediglich ein Flag gesetzt oder gelöscht wird, welches als ein Bit darstellbar ist, anhand dessen der Lageregelkreis den entsprechenden Parametersatz auswählt. Auch die Übergabe einzelner (ausgewählter) Parameter eines Parametersatzes ist denkbar.
Sind mehrere Parametersätze zu verwenden, so müssen auch mehrere Bits bzw. Flags benutzt werden, um die eindeutige Zuordnung zu gewährleisten.
In dem Diagramm nach der 1 ist im unteren Teil des Diagramms das Setzen bzw. Löschen des Bits bzw. Flags dargestellt, mit dem zwischen den zwei Parametersätzen umgeschaltet wird, während im oberen Teil die Lageregelung mit einem Sollwert „L_soll_o” und mit einem Istwert „L_ist_o” dargestellt ist.
Zum Zeitpunkt des Umschaltens auf den zweiten Parametersatz (etwa bei 250 Sekunden) wird die Wiederzuschaltgrenze überschritten, so daß der Aktuator nachregelt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. diese Art der Lageregelung kann die Energieaufnahme des Elektromotors deutlich abgesenkt werden.
Zweite Ausführungsform:
Nach einer zweiten Ausführungsform wird die Bestromung des Kupplungsaktuators gezielt beeinflußt, um die Nachregelung des Kupplungsaktuators zu vermeiden, so daß auf diese Art und Weise Energie eingespart werden kann.
Es kann während des Betriebs auftreten, daß die Selbsthemmung des Kupplungsaktuators nicht ausreicht, um einen Hebel am Betätigungsmechanismus der Kupplung in einer gewünschten Position zu halten, insbesondere wenn die Kupplung eine hohe Ausrückkraft hat. Dadurch wird der Hebel zurückgedrückt und ein Lageregler bzw. Lageregelkreis muß die Position nachregeln, wodurch auch die Belastung des Kupplungsaktuators ansteigt. Diese Nachreglung kann sich außerdem durch ein Kupplungsrupfen äußern.
Um das Nachregeln zu vermeiden, muß daher eine Gegenkraft aufgebracht werden. Diese Gegenkraft wird durch eine dauerhafte Bestromung des Kupplungsaktuators während der Abschaltphasen des Lagereglers erreicht. Da die Ausrückkraft von in den Fahrzeugen verbauten Kupplungen innerhalb einer sehr breiten Toleranz liegt, ist die Dauerbestromung von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich zu wählen, sowohl vom Betrag her als auch in der Richtung.
In der 2 ist die Richtung mit jeweils positiven oder negativen Werten der Bestromung gekennzeichnet. Dabei bedeuten positive Werte eine Bestromung in Richtung „Öffnen”, während negative Werte eine Bestromung in Richtung „Schließen” bedeuten.
Die Dauerbestromung ist zudem von der Kupplungsposition an sich abhängig.
Die oben erwähnte Nachregelung wird durch die vorliegende Ausführungsform erkannt und durch eine gezielte Gegenbestromung weitgehend vermieden.
Hierzu wird, sobald die Nachreglung erkannt wird, in die Gegenrichtung bestromt. Der Betrag der erforderlichen Bestromung verändert sich, wie oben bereits erwähnt, von Fahrzeug zu Fahrzeug, und ist auch von der Kupplungsaktuatorenposition abhängig.
Um für jede Kupplung und jeden Kupplungsaktuator eine ideale Bestromung zu erreichen, muß im Laufe der Betriebszeit die optimale Bestromung ermittelt werden und als Funktion der Position des Kupplungsaktuators (Stellerposition) abgespeichert bzw. hinterlegt werden.
Dazu wird der gesamte Stellerweg, d. h. der Verfahrweg des Kupplungsaktuators, in beispielsweise „n” Stützstellen aufgeteilt, Bei einem in der 2 gezeigten Beispiel ist der Stellerweg 18 mm und ist in 36 Stützstellen aufgeteilt, so daß zwischen den Stützstellen ein Abstand von 0,5 mm liegt.
Sobald an einer bestimmten Stelle (an einer Stützstelle) eine Nachregelung erfaßt wird, wird der Bestromungwert an dieser Stützstelle verändert und angepaßt.
Der Lageregler schaltet dann ab, wenn die Abschalthysterese erreicht ist (Regelabweichung ist kleiner als die Abschaltschwelle von 0,1 mm bzw. 0,2 mm). Eine Dauerbestromung wird nur in den Phasen aktiviert, in denen der Lageregler abgeschaltet ist.
Ein Nachregeln entsteht dann, wenn die Gegenkraft des Kupplungsaktuators bzw. Stellers so groß wird, daß der Steller nicht genügend Selbsthaltung hat, wobei der Steller aus seiner eingeregelten Position herausgedrückt wird. Dies kann nur dann geschehen, wenn der Lageregler abgeschaltet ist. Durch das Nachregeln wird die Abschalthysterese wieder unterschritten (bzw. überschritten, in Abhängigkeit der Richtung des Herausdrückens), so daß der Lageregler wieder aktiviert wird, und versucht den Steller wieder in die Sollposition einzuregeln. Das Zusammenspiel zwischen Herausdrücken aus der Stellerposition und das anschließende wieder Einregeln wird hier als Nachregeln bezeichnet.
Nur mit der Erkennung der Nachreglung kann das Bestromungsprofil erstellt werden. Daher ist es für die Dauerbestromung mit Hilfe eines Bestromungsprofils zunächst wichtig, das Nachregeln zu erkennen.
Wird zum Beispiel bei der Stützstelle für 4,5 mm eine Nachregelung erkannt, so muß die Stützstelle bei 4,5 mm vergrößert werden, d. h. in Richtung Öffnen muß die Bestromung erhöht werden (bei „A” in der 2).
Die Veränderung des Wertes der Bestromung kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgeführt werden.
Eine Möglichkeit ist es, das Bestromungsprofil an der entsprechenden (nachgeregelten) Stelle um einen festen Wert, zum Beispiel 2% zu verringern bzw. zu erhöhen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Betrag der Verringerung/Erhöhung in Abhängigkeit des Ausmaßes der Nachregelung zu verändern. D. h., daß eine große Nachregelung zu großen Verringerungen/Erhöhungen führt, während kleine Werte der Nachregelung zu kleinen Verringerungen/Erhöhungen führen.
Weiterhin ist eine variable Schrittweite möglich, und zwar derart, daß nahe des Nullpunktes (0% Bestromung) die Inkrementierung groß ist (z. B. 5%), während beispielsweise ab 7% Bestromung nur noch in Schritten von 2% und ab 11% nur noch in Schritten von 1% inkrementiert wird.
Vorzugsweise sollten die Bestromungswerte in der Höhe begrenzt werden.
Eine Möglichkeit ist es, die maximalen und die minimalen Werte der Bestromung zu begrenzen. Diese Grenzen können in den beiden Richtungen, d. h. für positive oder negative Werte des Betrages der Bestromung gleich groß sein oder auch unterschiedlich groß sein.
Ebenso ist es möglich, alternativ oder zusätzlich, die Steigung zwischen benachbarten Bestromungswerten zu begrenzen.
Die Erstellung, Veränderung, Hinterlegung des Bestromungsprofils kann dabei in mehreren unterschiedlichen Phasen erfolgen, die alternativ oder sich ergänzend eingesetzt werden können.
Zum Beispiel kann das Bestromungsprofil für jeden Betriebszyklus neu ermittelt werden und es wird vorzugsweise bei jedem Anschalten der Zündung auf Null gesetzt.
Alternativ kann nicht vom Wert „Null” sondern von einem Defaultprofil gestartet werden, d. h., daß jeder Stellerposition bereits ein Wert der Bestromung zugeordnet ist, der nicht Null ist.
Zur Hinterlegung des Bestromungsprofils kann vorzugsweise eine E²Prom benutzt werden, wobei auch eine gewichtete Hinterlegung, beispielsweise mit 50%, möglich ist.
Jede Kombination aus den vorstehend genannten Möglichkeiten ist verwendbar, wobei die Kombination „Bestromungsprofil für jeden Zyklus neu ermitteln, ausgehend von einem Defaultprofil” und „Bestromungsprofil gewichtet abspeichern” besonders effektiv ist.
D. h., daß nach der Inbetriebnahme des Fahrzeugs zunächst ein Defaultprofil verwendet wird und daß sich dieses Bestromungsprofil während der Betriebsphase verändert und daß bei Zündung „aus” dieses Bestromungsprofil gewichtet abgespeichert wird, um bei der nächsten Inbetriebnahme von dem abgespeicherten Profil ausgehen zu können.
Eine weitere Variante der Bestromung kann derart ausgebildet sein, daß bei einer Veränderung einer Bestromungs-Stützstelle die benachbarten Stützstellen (die direkten Nachbar-Stützstellen oder auch noch weiter entfernt liegende Stützstellen) mit einem bestimmten Prozentsatz (beispielsweise 50%) mit verändert werden (weiter entfernt liegende Nachbar-Stützstellen eventuell mit einem geringeren Prozentsatz, absteigend mit der Entfernung).
Wenn der Verlauf der Gegenkraft des Kupplungsstellers bzw. Kupplungsaktuators qualitativ bekannt ist (d. h. der Verlauf der Kraft über dem Stellerweg), kann an den Stützstellen, an denen die Gegenkraft hoch ist, die Änderung der Bestromung größer gewählt werden, während an den Stützstellen, an denen die Gegenkraft schwach ist, die Änderung der Bestromung kleiner ausfallen kann.
Dadurch wird ein (falsches) zu hohes Ansteigen der Bestromung in den Bereichen mit kleinen Gegenkräften vermieden.
Schließlich wäre es auch noch möglich und sinnvoll, die Häufigkeit der Nachregelvorgänge zu erfassen, zum Beispiel indem man die Nachregelvorgänge innerhalb einer festen oder auch über der Lebensdauer sich verändernden (vergrößernden) Zeitspanne zählt.
Tritt das Nachregeln in dieser Zeit bzw. Zeitspanne zu oft auf, so wird die Bestromung stärker geändert. Ist die Häufigkeit gering, so wird die Bestromung in kleinen Schritten geändert.
Dritte Ausführungsform:
Nach einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lageregelung des Kupplungsaktuators wird alternativ oder zusätzlich eine Unterscheidung getroffen, ob ein normaler Regelvorgang oder eine Nachregelung vorliegt.
Wenn mittels des Lageregelkreises eine bestimmte Position eingeregelt worden ist, wird der Elektromotor vorzugsweise innerhalb einer Abschalthysterese stromlos geschaltet. Aufgrund der Reibung im Kupplungssteller hat dieser eine gewisse Selbsthemmung, so daß die Stellerposition auch ohne Bestromung des Elektromotors gehalten werden kann. Wenn die Gegenkraft des Stellers jedoch zu groß wird, kann es auftreten, daß der Steller aus seiner Position heraus gedrückt wird. Dann versucht der Lageregelkreis bzw. der Lageregler die Sollposition wieder einzuregeln. Dieser Vorgang wird als Nachregeln bezeichnet.
Dieses „Herausdrücken” entsteht aufgrund einer zu großen Gegenkraft der Kupplung, so daß der Steller aus seiner Ruheposition heraus gedrückt wird, wenn der Lageregler abgeschaltet ist und/oder bei laufendem Lageregler, also bei dem Soll-Ist-Vergleich, innerhalb der Hysterese die Stellgröße abgeschaltet wird.
Darüber hinaus kann auch ein Herauslaufen auftreten. Das Herauslaufen liegt vor, wenn die Gegenkraft des Stellers zu klein ist. Beispielsweise besitzen die EKM- oder ASG-Steller eine Kompensationsfeder, die den Elektromotor unterstützt. Falls nun die Gegenkraft zu klein ist, kann der Steller aus einer Ruheposition heraus gedrückt werden, und zwar insbesondere dann, wenn zusätzlich eine 7%-Dauerbestromung (Wenn der Lageregler abgeschaltet wird, wird der Elektromotor mit beispielsweise 7% der maximalen Spannung bestromt) aktiviert ist. Diesen Vorgang nennt man „Herauslaufen”.
Aufgrund der Reibung im Ausrücksystem ist die resultierende Gegenkraft am Steller richtungsabhängig mit einer Hysterese versehen (beim Kupplungsöffnen ist die Gegenkraft größer als beim Kupplungsschließen). Dadurch erfolgt bei Kupplungsaktuatoren bzw. Kupplungsstellern im allgemeinen beim Öffnen der Kupplung ein Herausdrücken und beim Kupplungsschließen ein Herauslaufen.
D. h., daß je nachdem, ob ein „Herauslaufen” oder ein „Herausdrücken” vorliegt, unterschiedliche (Gegen-)Maßnahmen ergriffen werden müssen.
Es wird daher in einem ersten Schritt zur Erkennung eines Nachregelvorgangs die folgende Unterscheidung getroffen:

1. KSOLL = steigend (es liegt ein Herausdrücken vor),
2. KSOLL = fallend (es liegt ein Herauslaufen vor), und
3. KSOLL = konstant (es liegt ein Herauslaufen oder ein Herausdrücken vor).

Je nachdem, welcher Fall vorliegt, wird im zweiten Schritt entschieden, ob ein Nachregeln erkannt wird, wobei die Unterscheidung zwischen einem normalen Regelvorgang und einem Nachregelvorgang getroffen wird. Der normale Regelvorgang tritt ein, wenn aufgrund einer sich ändernden Sollvorgabe der Lageregler einschaltet.
Zu 1) KSOLL ist steigend: Diese Situation soll erkannt werden, wenn eine stetige Änderung von KSOLL in positiver Richtung (z. B. streng monoton steigend) vorliegt. Sie Steigung kann konstant sein oder sich ändern. Es kann jedoch auch der Fall eintreten, daß sich KSOLL in einer bestimmten kurzen Zeitspanne verändert und dann wieder für einen oder mehrere Abtastschritte konstant bleibt (monoton steigend). In diesen Fällen wird KSOLL als steigend erkannt und die Vorgehensweise zur Ermittlung dieser Fälle ist derart, daß man z. B. die Werte von KSOLL der letzten fünf Abtastschritte speichert und bestimmt, ob und wie oft die KSOLL-Werte sich steigern. Wenn beispielsweise mehr als drei Werte eine Steigung aufweisen (alternativ auch mehr als drei Werte einen bestimmten Grenzwert der Steigung überschreiten), so wird auf KSOLL = steigend erkannt. Ebenso kann man eine Steigung erfassen, indem man die mittlere Steigung der beispielsweise letzten fünf Werte von KSOLL erfaßt und falls diese Werte über einem Grenzwert bzw. Schwellenwert liegen.
Ab einer bestimmten Steigung von KSOLL kann keine Nachregelung mehr vorliegen, da dann die Verzögerungszeit des Stellers so groß wird, daß eine ständige Regelabweichung auftritt und der Steller ständig bestromt wird, so daß der Lageregler nicht mehr abschaltet.
Aus diesem Grund kann man für die Erkennung von „KSOLL = steigend” noch die Bedingung hinzufügen, daß ab einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit von KSOLL kein Nachregeln mehr erkannt wird.
Zu 2) KSOLL ist fallend: Die Erkennung von „KSOLL = fallend” erfolgt analog der Erkennung von „KSOLL = steigend”, jedoch mit einem geänderten Vorzeichen.
Zu 3) KSOLL ist konstant: Um „KSOLL = konstant” zu erkennen, kann festgelegt werden, daß sich die Werte für KSOLL innerhalb einer bestimmten Anzahl von Abtastschritten überhaupt nicht ändern dürfen. Es kann jedoch der Fall auftreten, daß sich KSOLL nur geringfügig ändert (zum Beispiel innerhalb der Abschalthysterese), so daß der Lageregler nicht einschaltet, obwohl sich der Sollwert geändert hat, da der Istwert KIST innerhalb der Einschalthysterese bleibt. Für diesen Fall ist es sinnvoll, KSOLL ebenfalls als konstant zu erkennen.
Hierzu kann der Wert von KSOLL zu einem bestimmten Zeitpunkt gespeichert werden, nämlich wenn der Lageregler abschaltet. Ändert sich dann KSOLL nur innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (z. B. Grenzwert der Einschalthysterese), so wird auf „KSOLL = konstant” erkannt.
Die Abbildung in der 5 verdeutlicht diesen Fall.
Dort ist mit „B” und einem Pfeil angezeigt, daß sich der Lageregler zu einem bestimmten Zeitpunkt abschaltet, KIST konstant bleibt und KSOLL sich geringfügig verändert, wobei jedoch auf „KSOLL = konstant” erkannt wird.
Der Wechsel von einem Fall zu einem anderen Fall kann wie folgt erkannt werden: Sobald die Bedingung bzw. die Bedingungen für eine erkannte Situation (fallend, steigend oder konstant) nicht mehr vorliegen, kann die Erkennung der Nachreglung abgeschaltet werden. Dieses Vorgehen ist durchaus sinnvoll, da es Situationen gibt, in denen kein Nachregeln entstehen kann, zum Beispiel bei sehr schnellen Sollwertänderungen.
Oder es kann die Erkennung der Nachreglung aktiviert bleiben, bis die Bedingungen für eine neue Situation erfüllt sind. Damit bliebe die Erkennung der Nachreglung andauernd in Betrieb.
Zusätzlich zu der Erkennung, ob eine Nachreglung vorliegt, kann der entsprechende Fall mit berücksichtigt werden, wodurch sich ein Rückschluß für Gegenmaßnahmen ergibt. Die folgenden Bedingungen können an das Erkennen der Nachreglung geknüpft sein:

– Ein Nachregeln wird erkannt, wenn die Regelabweichung „KSOLL – KIST” einen bestimmten Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet, während sich KSOLL nur in einer definierten Art ändert (wie oben beschrieben bei den Fällen 1. bis 3.). Dieser Schwellenwert ist vorzugsweise mit einer Hysterese behaftet, wobei der Schwellenwert die gleichen Werte wie die Anschalthysterese des Lagereglers haben kann, oder auch dazu unterschiedliche Werte aufweisen kann.
– Es liegt ein Nachregeln vor, wenn der Steller innerhalb einer bestimmten Situation (fallend, steigend oder konstant) für eine Mindestanzahl an Abtastwerten aus seiner Ruheposition heraus gedrückt wird (Herausdrücken oder Herauslaufen). Vorzugsweise ist diese Mindestanzahl drei, da der Lageregler des Kupplungsstellers ein einmaliges Überschwingen in beide Richtungen aufweisen kann, wie es in der 3 gezeigt ist. Dort ist bei „C” das Überschwingen (kein Nachregeln!) zu erkennen, während bei „D” das Herausdrücken durch Nachregeln kompensiert wird.
– Vorzugsweise kann auch die maximale Anzahl der Abtastschritte festgelegt sein, innerhalb welcher sich KIST außerhalb der Abschalthysterese befinden darf, um eine Unterscheidung zu einem normalen Regelvorgang zu erhalten, bei dem der Lageregler aufgrund einer sich ändernden Sollvorgabe einschaltet. Unter Umständen ist der Fall möglich, daß der Lageregler eine bleibende Regelabweichung aufweist, wie dies zum Beispiel bei einem reinen P-Regler der Fall sein kann. Wird diese maximale Anzahl an Abtastschritten, bei denen sich KIST außerhalb der Einschalthysterese befindet, überschritten, so kann damit genau erfaßt werden, daß keine Nachregelung vorliegt, sondern eine bleibende Regelabweichung vorliegt.
– Eine Nachregelung wird erst dann erkannt, wenn die Regelabweichung (KSOLL – KIST) für eine feste Anzahl an Abtastschritten außerhalb des vorbestimmten Bereiches (Grenzwert) liegt.
– Falls während des Auftretens einer bestimmten Situation (fallend, steigend oder konstant) ein Nachregeln erkannt wird, zum Beispiel nach einem zweimaligen Herausdrücken, und falls in derselben Situation noch weitere Nachregelvorgänge erkannt werden, so können diese weiteren Nachregelvorgänge vorzugsweise ignoriert werden, bis die Situation wechselt. Es kann aber auch vorzugsweise die geltende Situation als beendet betrachtet bzw. eingestuft werden, um die Situation neu zu erkennen, um ein weiteres Nachregeln zu erfassen, obwohl sich das tatsächliche Verhalten von KSOLL weiterhin in der vorherigen Situation befindet.
– Für den Fall, daß KSOLL einen rampenförmigen Verlauf mit einer nur geringen Steigung zeigt, hat KIST wegen der Abschalthysterese des Lagereglers normalerweise einen treppenförmigen Verlauf. Der Lageregler schaltet dann aus, wenn die Regelabweichung den innenliegenden Schwellwert der Abschalthysterese unterschreitet, und schaltet wieder ein, wenn die Regelabweichung die außenliegenden Schwellwerte (Einschalthysterese) überschreitet. Für diesen Fall sollte keine Nachreglung erkannt werden, da dieser Vorgang als ganz normaler Regelvorgang zu werten ist. In der 4 ist dieser Fall bei „E” zu erkennen.
Zu bemerken ist dabei, daß die Steigung von KIST zum Beispiel bei der fallenden Rampe von KSOLL nur <= Null ist. Damit kann man eine weitere Bedingung an die Erkennung des Nachregelns anknüpfen, nämlich ein Nachregeln wird in der Situation „KSOLL = fallend” nur erkannt, wenn die Steigung, mit der KIST die Enschalthysterese verläßt, einen bestimmten positiven Wert übersteigt bzw. in der Situation „KSOLL = steigend” einen bestimmten negativen Wert unterschreitet.
– Gemeinsam mit der Information zu der erkannten Situation (fallend, steigend oder konstant) kann mit der Richtung, mit der der Steller heraus gedrückt wird, entschieden werden, ob es sich um ein „Herauslaufen” oder um ein „Herausdrücken” handelt, wodurch sich der Betrag und die Richtung der Bestromung festlegen läßt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Lageregelung eines Kupplungsaktuators umfaßt nach einer ersten Ausführungsform die Schritte: Bestimmen eines Betriebszustandes eines Fahrzeuges anhand mehrerer Betriebsparameter des Fahrzeuges durch eine Kupplungssteuerung; Auswählen eines Satzes von Reglerparametern aus einer Mehrzahl von Sätzen durch die Kupplungssteuerung; und Regelung der Lage des Kupplungsaktuators durch einen Lageregelkreis anhand des ausgewählten Satzes von Reglerparametern. Der Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen die Reglerparameter angepaßt werden und demnach die Regelung situationsabhängig erfolgt. Eine weitere Ausführungsform, die zur optimalen Bestromung des Kupplungsaktuators vorgesehen ist, umfaßt die Schritte: Ermitteln einer Ist-Position des Kupplungsaktuators; Vergleichen der Ist-Position mit einer Soll-Position des Kupplungsaktuators; Bestimmen des Ausmaßes und der Richtung einer Nachregelung des Kupplungsaktuators; und Verändern einer Bestromung des Kupplungsaktuators in Übereinstimmung mit den Werten der Nachregelung nach dem vorherigen Schritt.
Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die folgenden Patentansprüche und die zugehörigen Zeichnungen verwiesen.

Claims

Verfahren zur Lageregelung eines Kupplungsaktuators, mit den Schritten: a) Bestimmen eines Betriebszustandes eines Fahrzeuges anhand mehrerer Betriebsparameter des Fahrzeuges durch eine Kupplungssteuerung; b) Auswählen eines Satzes von Reglerparametern aus einer Mehrzahl von Sätzen durch die Kupplungssteuerung; und c) Regelung der Lage des Kupplungsaktuators durch einen Lageregelkreis anhand des ausgewählten Satzes von Reglerparametern; wobei zumindest zwei Sätze von Reglerparametern vorgegeben sind, aus denen die Kupplungssteuerung in Abhängigkeit des Betriebszustandes einen bestimmten Satz auswählt, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglerparameter umfassen: Reglerkonstanten (P-, I- und D-Anteil), Genauigkeitsanforderungen, sowie Abschalt- und Wiederzuschaltgrenzen des Lagereglers.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabe der Information über den Betriebszustand und damit über den ausgewählten Satz an Reglerparametern zwischen der Kupplungssteuerung und dem Lageregelkreis mittels zumindest eines Flags erfolgt, wobei ein Flag gesetzt oder gelöscht wird und als ein Bit dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei Sätzen von Reglerparametern eine entsprechende Anzahl von Flags übergeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsaktuator einen Elektromotor aufweist, der zur Betätigung einer Kupplung angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsaktuator einen Wegsensor aufweist, der die tatsächliche Lage ermittelt.