DE102005036897A1 - Verfahren zur Kupplungsbetätigung bei Schaltvorgängen in Fahrzeugen mit einem Clutch-by-wire-System - Google Patents

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung sollen der Schaltkomfort und die Lebensdauer eines Getriebes in einem Fahrzeug mit einem Clutch-by-wire-System erhöht werden, indem die Absicht eines Fahrers erkannt wird, dass dieser einen Gangwechsel durchführen möchte und indem durch ein automatisiertes Öffnen der Kupplung, über eine aktuelle Kupplungspedalstellung hinaus, sichergestellt wird, dass die Kupplung vollständig getrennt wird. Zur Kupplungsbetätigung bei Schaltvorgängen in einem solchen Fahrzeug mit einem Clutch-by-wire-System werden die folgenden Schritte ausgeführt: Ausführen einer Schaltabsichtserkennung und falls eine Schaltabsicht des Fahrers erkannt wird, die Reduzierung des Kupplungsmomentes, wobei die Reduzierung des Kupplungsmomentes von der aktuellen Kupplungspedalposition ggf. entkoppelt wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein ein Verfahren zur Kupplungsbetätigung bei Schaltvorgängen in Fahrzeugen mit einem Clutch-by-wire-System und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Kupplungsbetätigung bzw. Komforterhöhung bei Schaltvorgängen, die ohne ein ausreichend betätigtes Kupplungspedal durchgeführt werden, in Fahrzeugen mit einem Clutch-by-wire-System.
• Bei einem Clutch-by-wire-System wird die Betätigung der Kupplung, d.h. also das Öffnen und Schließen der Kupplung nicht vom Fahrer des Fahrzeugs über eine Betätigung des Kupplungspedals direkt durchgeführt, sondern es wird die Betätigung des Kupplungspedals über beispielsweise eine Kupplungspedalsensorik erfaßt und von einem Steuergerät ausgewertet, welches dann beispielsweise in Abhängigkeit von weiteren Fahrzeugzustandsparametern einen Aktor zum Öffnen und Schließen der Kupplung ansteuert, so dass eine direkte mechanische oder hydraulische Verbindung zwischen dem Kupplungspedal und dem Ausrücksystem der Kupplung nicht mehr vorliegt.
• Bei einem Fahrzeug, welches mit dem Clutch-by-wire-System ausgestattet ist, können – wie bei einem Fahrzeug mit einer konventionellen Handschaltung auch – hakelige Schaltungen bzw. Schaltvorgänge auftreten, wenn das Kupplungspedal beim Gangwechsel nicht vollständig durchgetreten ist (Stichwort: "schlampiges" Auskuppeln) und damit die Kupplung nicht vollständig trennt. Beim Synchronisieren ist dann nicht nur Arbeit zum Beschleunigen oder Verzögern einer Getriebeeingangswelle zu leisten, sondern auch zum Überwinden des Restkupplungsmoments. Neben einem eingeschränkten Schaltkomfort wirkt sich das unvollständige Öffnen der Kupplung auch negativ auf die Lebensdauer der Getriebesynchronisierung aus.
• Diese Nachteile zu beheben ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Mit der Erfindung sollen der Schaltkomfort und die Lebensdauer des Getriebes in einem Fahrzeug mit einem Clutch-by-wire-System erhöht werden, indem die Absicht des Fahrers erkannt wird, dass dieser einen Gangwechsel durchführen möchte und indem durch ein automatisiertes Öffnen der Kupplung, über die aktuelle Kupplungspedalstellung hinaus, sicher gestellt wird, dass die Kupplung vollständig trennt.
• Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei zur Kupplungsbetätigung bei Schaltvorgängen in Fahrzeugen mit einem Clutch-by-wire-System die folgenden Schritte ausgeführt werden: Ausführen einer Schaltabsichtserkennung und falls eine Schaltabsicht eines Fahrers erkannt wird, die Reduzierung des Kupplungsmomentes, wobei die Reduzierung des Kupplungsmomentes von einer aktuellen Kupplungspedalposition entkoppelbar ist.
• Während bei einem herkömmlichen Clutch-by-wire-System die Stellung des Kupplungspedals die Hauptführungsgröße für die Trennung der Kupplung ist, kommen bei der vorliegenden Erfindung weitere Führungsgrößen bzw. Fahrzeugzustandsparameter zum Einsatz.
• Als einen wesentlichen Teil der Erfindung ist es dabei anzusehen, bei einem Clutch-by-wire-System die Erkennung einer Schaltabsicht derart in das System zu integrieren, dass bei Vorliegen dieser Schaltabsicht eine automatische Trennung der Kupplung erfolgt, und zwar auch unabhängig von der aktuellen Position des Kupplungspedals.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Schaltabsichtswunsch des Fahrers erkannt, indem die Stellung bzw. Position des Kupplungspedals, und/oder die Dynamik erfasst wird, mit der das Kupplungspedal betätigt wird. Darüber hinaus kann die Bewegung des Gangwählhebels mit erfasst werden, um diesen Schaltabsichtswunsch des Fahrers sicher zu erkennen und um eine Momentenreduktion an der Kupplung derart durchzuführen, dass diese der aktuellen Position des Kupplungspedals voreilt.
• Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 13.
• Im folgenden werden einige Ausführungsformen und Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kupplungsbetätigung bei Schaltvorgängen in Fahrzeugen mit einem Clutch-by-wire-System ausführlich erläutert.
• Das Clutch-by-wire-System umfasst u.a. eine Kupplungspedalsensorik, die die Stellung des Kupplungspedals erfasst und an ein Steuergerät weitergibt, sowie auch die Dynamik, mit der das Kupplungspedal betätigt wird, d.h. die Geschwindigkeit und Beschleunigung des Niederdrückens oder Loslassens bzw. die Kraft, mit der das Kupplungspedal beaufschlagt wird, mittels dieser Sensorik gemessen werden kann. Zudem kann über einen Sensor am Gangwähl hebel die Bewegung des Gangwählhebels, d.h. dessen Betätigung, erfasst werden – das Ausgangssignal dieses Sensors wird ebenfalls dem Steuergerät zugeführt.
• Weitere Fahrzeugparameter, wie etwa Motormoment, Geschwindigkeit, Drehzahl des Motors, eingelegte Fahrstufe, usw. werden ebenfalls über geeignete Sensoren oder Messwertaufnehmer ermittelt und dem Steuergerät zugeführt. Das Steuergerät empfängt alle Fahrzeugparameter und leitet dementsprechende Maßnahmen ein, die wie im vorliegenden Fall der Kupplungsbetätigung auch die Aktivierung eines Aktors umfassen, der die Kupplung öffnet und schließt.
• Es haben sich drei besonders vorteilhafte Strategien herausgestellt, die zur Erkennung einer Schaltabsicht des Fahrers zum Einsatz kommen. Mit Schaltabsicht des Fahrers ist dabei gemeint, dass der Fahrer einen Wechsel der Gangstufe des Getriebes vornehmen möchte.
• Die erste Strategie (A) zur Schaltabsichtserkennung betrifft dabei den Gangwählhebel. Mittels eines Kraftsensors am Gangwählhebel wird festgestellt, ob der Fahrer den Gangwählhebel betätigt oder betätigen möchte, indem er dort eine entsprechende Kraft einleitet.
• Die zweite Strategie (B) zur Schaltabsichtserkennung betrifft ebenfalls den Gangwählhebel, allerdings wird mittels eines Weg- oder Positionssensors erfasst, ob der Fahrer den Gangwählhebel verlagert.
• Die dritte Strategie (C) zur Schaltabsichtserkennung wird als Differenzwegstrategie bezeichnet und basiert auf einem Wegsensor am Gangwählhebel und einem Sensor am Getriebe. Hierbei wird eine Schaltabsicht erkannt, wenn sich die Wege der Sensoren am Gangwählhebel und am Getriebe in einem vorgebbaren Maß voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann durch die Betätigung des Gangwählhebels durch den Fahrer bereits ein Sensorsignal am Gangwählhebel erzeugt werden, wenn der Sensor am Getriebehebel noch keine Veränderung anzeigt, so dass ein Differenzsignal zwischen den beiden Sensoren als Schaltabsicht bewertet werden kann, während gleichsinnige oder nicht gleichzeitig erkannte Sensorsignale nicht einer Schaltabsicht sondern beispielsweise auf unterschiedliche Beschleunigung des Fahrzeugs zurückgeführt werden können. Entsprechende Zeit- und Auslenkgrenzwerte der Sensoren werden dabei zugrunde gelegt. Weiterhin kann die Erkennung der Schaltabsicht gemäß der Strategien A, B, C durch eine Verwendung von Sicherungs- und Plausibilitätsstrategien abgesichert werden.
• Eine Schaltabsicht des Fahrers wird bei Vorliegen eines Schaltabsichtssignals dann erkannt, wenn das Kupplungswunschmoment klein genug bzw. das Kupplungspedal weit genug durchgetreten ist, wobei dass das aktuelle Motormoment unterhalb eines ersten Schwellenwertes liegt, sowie eine bestimmte Kraftschwelle am Gangwählhebel (größer einem dritten Schwellenwert) überschritten ist oder eine merkliche Positionsänderung (größer einem zweiten Schwellenwert) des Gangwählhebels erfasst wird. Eine Plausibilitätsprüfung mittels der Stellung bzw. Betätigung des Kupplungspedals kann optional vorgesehen sein.
• Ist anhand dieser Strategien (A), (B) oder (C) festgestellt worden, dass der Fahrer eine Schaltabsicht hat, wird die Kupplung unabhängig vom tatsächlichen Fahrerkupplungswunschmoment bis zum Trennpunkt geöffnet und nachdem ein neuer Gang (Fahrgang oder Neutral) erkannt wurde, wird die Kupplung wieder eingekuppelt, wobei beim Einkuppeln ebenfalls unterschiedliche Möglichkeiten der Rückführung der Kupplung bestehen.
• Diese Möglichkeiten werden im folgenden erläutert. Zur Angleichung der aktuellen Kupplungsposition (aktuelles Kupplungsmoment) an die aktuelle Kupplungspedalposition (aktuelles Fahrerkupplungswunschmoment) sind folgende Vorgehensweisen von Vorteil:
  Die Vorgehensweise (a) befasst sich mit der Umskalierung der Kupplungspedalposition. Einer aktuell nicht vollständig durchgetretenen Kupplungspedalposition wird das Wunschmoment bei einem 100% durchgetretenen Kupplungspedal temporär zugeordnet. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Kupplungswunschmoment und der Kupplungsposition wird vorübergehend variiert, bis die Kupplung wieder voll eingerückt ist. Anschließend wird diese temporäre Zuordnung wieder aufgehoben.
• Eine alternative Vorgehensweise (b) bewirkt, dass die Kupplung automatisiert bis zum Erreichen des Kupplungspedalwunschmoments eingerückt wird. Sollten Abweichungen zwischen dem Kupplungspedalwunschmoment und dem tatsächlichen Kupplungsmoment auftreten, die größer als ein fünfter Schwellenwert S5 sind, wird die Kupplung nicht weiter Verfahren, bis durch eine Betätigung des Kupplungspedals durch den Fahrer die Momentendifferenz einen sechsten Schwellenwert S6 unterschreitet. Dabei soll dann gelten: 0 < S6 < S5.
• Sofern die Kupplung nicht weiter Verfahren wird ("eingefrorene Kupplung"), wird ein Warnsignal an den Fahrer ausgegeben, welches den Fahrer auffordert, die Kupplung derart zu betätigen, dass der Schwellenwert S6 unterschritten wird.
• Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verfahrensweise, die, sofern der Fahrer des Fahrzeuges bei einem Gangwechsel von Neutral hin zu einer Fahrstufe zu schalten beabsichtigt, bei einer entsprechenden Bewegung des Gangwählhebels und bei noch nicht (vollständig) getretenem Kupplungspedal die Kupplung zum Schutz des Getriebes automatisch und vollständig öffnet. Nach dem Gangwechsel in eine Fahrstufe wird die Kupplung nach einer der oben beschriebenen Vorgehensweisen (a) oder (b) gesteuert.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Clutch-by-wire-System mit der erfindungsgemäßen Kupplungsbetätigung die Möglichkeit umfasst, sich an das Verhalten eines Fahrers zu adaptieren. Tritt beispielsweise ein Fahrer niemals oder nur selten das Kupplungspedal zu 100% durch oder lässt der Fahrer das Kupplungspedal niemals vollständig los, so können diese Extrempositionen als "zu 100% getretenes Kupplungspedal" bzw. "zu 0% getretenes Kupplungspedal" adaptiert werden. Die Folge ist, dass die Kupplung bereits bei kleineren Kupplungspedalwegen vollständig geöffnet wird.
• Die oben erläuterten Strategien (A), (B) und (C) lassen sich mit den Vorgehensweisen (a) und (b) miteinander kombinieren.
• Schließlich kann eine weitere, vorteilhafte Funktionalität vorgesehen werden, die bewirkt, dass bei einem Erkennen eines Fehlers oder eines Ausfalls der Kupplungspedalsensorik in ein Fahrzeugnotlaufprogramm geschaltet wird, welches es ermöglicht, dass über den Sensor am Gangwählhebel die Kupplung ohne eine Betätigung des Kupplungspedals durch den Fahrer angesteuert wird.
• Kurz zusammen gefasst, sollen mit der vorliegenden Erfindung der Schaltkomfort und die Lebensdauer eines Getriebes in einem Fahrzeug mit einem Clutch-by-wire-System erhöht werden, indem die Absicht eines Fahrers erkannt wird, dass dieser einen Gangwechsel durchführen möchte und indem durch ein automatisiertes Öffnen der Kupplung, über eine aktuelle Kupplungspedalstellung hinaus, sicher gestellt wird, dass die Kupplung vollständig trennt, auch wenn der Fahrer das Kupplungspedal nur unzureichend betätigt. Zur Kupplungsbetätigung bei Schaltvorgängen in einem solchen Fahrzeug mit einem Clutch-by-wire-System werden die folgenden Schritte ausgeführt: Ausführen einer Schaltabsichtserkennung und falls eine Schaltabsicht des Fahrers erkannt wird, die Reduzierung des Kupplungsmomentes, wobei die Reduzierung des Kupplungsmomentes von der aktuellen Kupplungspedalposition entkoppelt wird.

Claims (13)

1. Verfahren zur Kupplungsbetätigung bei Schaltvorgängen in Fahrzeugen mit einem Clutch-by-wire-System, mit den Schritten: – Ausführen einer Schaltabsichtserkennung und falls eine Schaltabsicht eines Fahrers erkannt wird, – Reduzieren des Kupplungsmomentes, wobei – die Reduzierung des Kupplungsmomentes von einer aktuellen Kupplungspedalposition entkoppelbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltabsichtserkennung den Schaltabsichtswunsch des Fahrers erkennt anhand: – der Stellung des Kupplungspedals und/oder – der Dynamik der Betätigung des Kupplungspedals und/oder – der Bewegung eines Gangwählhebels.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltabsichtserkennung nur ausgeführt wird, wenn ein Motormoment unterhalb eines ersten Schwellenwertes liegt und/oder der Gangwählhebel derart bewegt wird, dass dessen Positionsänderung größer einem zweiten Schwellenwert ist oder dass dessen Betätigung mit einer Kraft erfolgt, die größer einem dritten Schwellenwert ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltabsicht des Fahrers erkannt wird, wenn das Kupplungspedal derart weit betätigt ist, dass ein vierter Schwellenwert überschritten ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsmoment bei Erkennen einer Schaltabsicht auf Null reduziert wird, unabhängig vom aktuellen Fahrerkupplungspedalwunschmoment.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaption an den Fahrer derart vorgesehen ist, dass eine über eine bestimmte Zeitspanne und wiederkehrend nicht vollständig ausgeführte Kupplungspedalbetätigung als vollständige Kupplungspedalbetätigung angesehen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Gangwechsel die aktuelle Kupplungsposition an die aktuelle Kupplungspedalposition angeglichen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Angleichung erfolgt durch: – eine Umskalierung der Kupplungspedalposition derart, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen Kupplungsposition und Kupplungspedalposition temporär verändert wird, bis die Kupplung voll eingerückt ist; oder – ein automatisiertes Einrücken der Kupplung bis zur aktuellen Kupplungspedalposition.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung zwischen einem Fahrerkupplungspedalwunschmoment und dem aktuellen Kupplungsmoment, die größer ist als ein fünfter Schwellenwert S5, die Kupplung nicht weiter verfahren wird, bis durch eine Betätigung des Kupplungspedals die Momentendifferenz einen sechsten Schwellenwert S6 unterschreitet, wobei gilt: 0 < S6 < S5.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sensors am Gangwählhebel die Bewegung des Gangwählhebels erfassbar ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor am Gangwählhebel vorgesehen ist, um bei einer Funktionsstörung an einer Kupplungspedalsensorik, welche ein Fahrzeugnotlaufprogramm aktiviert, die Kupplung ohne eine Betätigung des Kupplungspedals ansteuern zu können.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Fahrer gewünschte Schaltabsicht durch Auswertung von Signalen eines am Gangwählhebel vorgesehen Wegsensors erkannt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Fahrer gewünschte Schaltabsicht durch Auswertung von Differenzsignalen eines am Gangwählhebel und eines an einem Stellelement zur Betätigung eines Gangs im Getriebe angeordneten Wegsensors erkannt wird.