DE102006001468A1

DE102006001468A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verstellen einer in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Kupplung

Info

Publication number: DE102006001468A1
Application number: DE102006001468A
Authority: DE
Inventors: Boris Serebrennikov
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-02-05
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2006-08-10

Abstract

Bei einem Verfahren zum Verstellen einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Kupplung mittels eines Elektromotors werden ein Kupplungspositions-Sollwertsignal, ein Kupplungspositions-Istwertsignal und ein Drehzahlsignal für die Drehzahl eines Antriebsstrangbauteils bereitgestellt. Ferner werden ein Betriebsstromsignal und ein Betriebsspannungssignal für den Elektromotor erzeugt. In Abhängigkeit von dem Betriebsstromsignal, dem Betriebsspannungssignal, dem Kupplungspositions-Sollwertsignal und dem Kupplungspositions-Istwertsignal wird der Elektromotor derart angesteuert, dass beim Auftreten von Rupfschwingungen in dem Drehzahlsignal den Rupfschwingungen entgegengewirkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Kupplung mittels eines Elektromotors, wobei ein Kupplungspositions-Sollwertsignal und ein Kupplungspositions-Istwertsignal bereitgestellt werden, wobei ein Drehzahlsignal für die Drehzahl eines Antriebsstrangbauteils erzeugt wird, und wobei in Abhängigkeit von dem Kupplungspositions-Sollwertsignal, dem Kupplungspositions-Istwertsignal und dem Drehzahlsignal der Elektromotor derart angesteuert wird, dass beim Auftreten von Rupfschwingungen in dem Drehzahlsignal den Rupfschwingungen entgegengewirkt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Verstellen einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Kupplung, wobei die Vorrichtung zum Betätigen der Kupplung einen Elektromotor aufweist, der über eine Regeleinrichtung ansteuerbar ist, wobei die Regeleinrichtung einen Kupplungspositions-Sollwerteingang, einen Kupplungspositions-Istwerteingang und einen Drehzahl-Istwerteingang für ein Drehzahlsignal eines Antriebsstrangbauteils aufweist, wobei die Regeleinrichtung derart ausgestaltet ist, dass bei Auftreten von Rupfschwingungen in dem Drehzahlsignal ein zur Ansteuerung des Elektromotors vorgesehenes Stellsignal derart in Abhängigkeit von dem Sollwertsignal und dem Drehzahlsignal eingestellt wird, dass den Rupfschwingungen entgegengewirkt wird.

Aus WO 2004/027285 A1 kennt man bereits ein Verfahren, bei dem zum Vermindern von Rufschwingungen in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, der von einer Brennkraftmaschine belastet werden kann, ermittelt wird, ob Rupfschwingungen vorliegen. Wenn festgestellt wird, dass Rupfschwingungen vorhanden sind, wird ein Drehmomentwert, wie Drehmoment oder Drehzahl, einer im Antriebsstrang zwischen der Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordneten Kupplung derart verstellt, dass den Rupfschwingungen entgegengewirkt wird. Das Verstellen des Drehmomentwerts kann mit Hilfe eines elektronisch kommutierten Elektromotors (EC-Motor) erfolgen, der mit der Kupplung verbunden ist. Der Elektromotor wird mit Hilfe einer Regeleinrichtung angesteuert, die einen Kupplungspositions-Sollwerteingang, einen Kupplungspositions-Istwerteingang, einen ersten Drehzahl-Istwerteingang für ein Drehzahlsignal eines Antriebsstrangbauteils und einen zweiten Drehzahl-Istwerteingang für ein Drehzahlsignal des Elektromotors aufweist. In Abhängigkeit von diesen Signalen wird der Elektromotor derart angesteuert, dass den Rupfschwingungen entgegengewirkt wird. Das Drehzahlsignal des Elektromotors wird mit Hilfe von Magnetfeldsensoren, welche die Lage des Elektromotor-Rotors relativ zum Stator detektieren, als Digitalsignal erzeugt. Um eine wirkungsvolle Unterdrückung der Rupfschwingung zu erreichen, ist es erforderlich, eine möglichst starke Regelung bei der Abstimmung der Regeleinrichtung vorzusehen. Für solche eine Regelung ist eine entsprechende starke Rückkoppelung des Drehzahlsignals des Elektromotors notwendig. Der Versuch, die Stärke der Regelung zu erhöhen, stößt jedoch bald an die Stabilitätsgrenze der Regeleinrichtung. Dies ist unter anderem dadurch bedingt, dass der Elektromotor häufig reversiert werden muss, um den Rupfschwingungen entgegenzuwirken, und dass das Drehzahlsignal des Elektromotors bei den dabei auftretenden niedrigen Drehzahlen nur eine relativ schlechte Qualität aufweist.

Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine starke Abschwächung oder Dämpfung von Rupfschwingungen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens dadurch gelöst, dass ein Betriebsstromsignal und ein Betriebsspannungssignal für den Elektromotor erzeugt werden, und dass das der Elektromotor derart angesteuert wird, dass den Rupfschwingungen in Abhängigkeit von dem Betriebsstromsignal und dem Betriebsspannungssignal entgegengewirkt wird.

Anstelle eines mit Hilfe von Magnetfeldsensoren erzeugten Elektromotor-Drehzahlsignals werden also ein Betriebsstromsignal und ein Betriebsspannungssignal für den Elektromotor erzeugt, um in Abhängigkeit von diesen Signalen sowie dem Kupplungspositions-Sollwertsignal, dem Kupplungspositions-Istwertsignal und dem Drehzahlsignal des Antriebsstrangbauteils den Elektromotor so anzusteuern, dass beim Auftreten von Rupfschwingungen diesen entgegengewirkt wird. In vorteilhafter Weise lassen sich das Betriebsstromsignal und das Betriebsspannungssignal mit wesentlich größerer Präzision erzeugen als ein von einem Messsignal eines Magnetfeldsensors abgeleitetes Drehzahlsignal. Dadurch ist es möglich, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem die Rufschwingungen in Abhängigkeit von einem mit Hilfe von Magnetfeldsensoren erzeugten digitalen Drehzahlsignal unterdrückt werden, eine stärke Unterdrückung der Rupfschwingungen zu erreichen, ohne dass es zu Instabilitäten bei der Rupfschwingungsunterdrückung kommt.

Vorteilhaft ist, wenn der Kupplungsweg moduliert wird, um den Rupfschwingungen entgegenzuwirken. Es hat sich gezeigt, dass bereits mit relativ kleinen Modulationsamplituden das durch Selbstanregung des Antriebsstrangs hervorgerufene Rupfen effektiv bekämpft werden kann. Diese kleinen Modulationen müssen minimal mögliche Phasenverschiebungen gegen die schwingende Komponente des Drehzahlsignals eines im Antriebsstrang angeordneten Bauteils, wie z.B. einer Eingangswelle eines Schaltgetriebes, aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dies durch die von dem Betriebsstrom- und dem Betriebsspannungssignal abhängige Rupfschwingungsunterdrückung.

Vorteilhaft ist, wenn die Betriebsspannung des Elektromotors mit einer vorgegebenen Amplitude pulsweitenmoduliert wird, das Betriebsspannungssignal vorzugsweise anhand des jeweils eingestellten Puls-Pausen-Verhältnisses und der Amplitude ermittelt wird, und wenn das Betriebsstromsignal gemessen wird. Das Betriebsspannungssignal wird also vorgegeben und ist somit bekannt. Deshalb reicht es aus, wenn nur das Betriebsstromsignal gemessen wird, beispielsweise mit Hilfe eines mit der Motorwicklung in Reihe geschalteten Shunts.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung dadurch gelöst, dass sie Mittel zum Erzeugen eines Betriebsstromsignals und eines Betriebsspannungssignals für den Elektromotor aufweist, dass diese Mittel mit der Regeleinrichtung verbunden sind, und dass die Regeleinrichtung derart ausgebildet ist, dass den Rupfschwingungen in Abhängigkeit von dem Betriebsstromsignal und dem Betriebsspannungssignal entgegengewirkt wird.

Anstatt einer direkten Rückführung eines mit Hilfe von Magnetfeldsensoren erzeugten Drehzahlsignals ist als eine indirekte Rückführung der Elektromotor-Drehzahl über ein Betriebsspannungs- und/oder ein Betriebsstromsignal des Elektromotors vorgesehen, wodurch vor allem bei kleinen Elektromotor-Drehzahlen eine stärkere Unterdrückung der Rupfschwingungen und somit ein höherer Fahrkomfort ermöglicht wird. Dies gilt insbesondere in Verbindung mit Kupplungen, die zur Selbstanregung neigen, wie z.B. Kupplungen mit Ceram-Belägen.

Vorteilhaft ist, wenn die Vorrichtung zum Modulieren des Kupplungswegs eine Modulationseinrichtung aufweist, die dazu dient, den Rupfschwingungen entgegenzuwirken. Die Rupfschwingungen können dann noch besser unterdrückt werden.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung hat die Regeleinrichtung einen Stellsignalausgang, der über eine Pulsweitenmodulationseinrichtung mit dem Elektromotor verbunden ist, wobei zum Erzeugen des Betriebsstromsignals eine Messeinrichtung vorgesehen ist. Die Betriebsspannung des Elektromotors wird also durch die Regeleinrichtung vorgegeben, so dass nur der Betriebsstrom gemessen werden muss.

Vorteilhaft ist, wenn die Messeinrichtung mindestens einen in einer Stromversorgungsleitung des Elektromotors angeordneten Shunt und eine Einrichtung zu Bestimmung des Spannungsabfalls an dem Shunt aufweist. Das Betriebsstromsignal kann dadurch auf einfache Weise gemessen und beispielsweise in Form eines Digitalsignals zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Drehzahl-Istwerteingang mit einem Sensor zur Messung der Eingangsdrehzahl eines mit der Kupplung in Antriebsverbindung stehenden Schaltgetriebes verbunden, wobei der Sensor vorzugsweise ein induktiver Sensor ist, der mit einem Zahnkranz oder dergleichen magnetisch leitendem Geber zusammenwirkt. Mit Hilfe des Gebers kann das Drehzahlsignal des Antriebsstrangbauteils weitgehend störungsfrei ermittelt werden.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Vorrichtung zum Verstellen einer Kupplung.

Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Verstellen einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Kupplung 2 hat zum Betätigen der Kupplung einen Aktor, der einen Elektromotor 3 als Antrieb und eine Übersetzungseinrichtung 4 aufweist. Die Kupplung 2 steht in an sich bekannter Weise eingangsseitig mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine 5 in Antriebsverbindung und ist ausgangsseitig an einer Eingangswelle eines Schaltgetriebes 6 angeschlossen. Eine Ausgangswelle des Schaltgetriebes 6 ist über ein Differential 7 mit einem Triebstrang 8 verbunden, über den die Räder 9 des Kraftfahrzeugs angetrieben werden.
Der Elektromotor 3 ist mit Hilfe einer Regeleinrichtung 10 ansteuerbar, die einen Stellsignalausgang 11 aufweist, an dem ein Betriebsspannungssignal für den Elektromotor 3 anliegt. In Abhängigkeit von dem Betriebsspannungssignal wird die Betriebsspannung des Elektromotors 3 mittels einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten pulsweitenmodulierbaren Endstufe an den Elektromotor 3 angelegt.
Die Regeleinrichtung 10 hat einen Kupplungspositions-Sollwerteingang 12, der mit einem Ausgang einer Kupplungssteuerung 13 verbunden ist. Die Kupplungssteuerung 13 erzeugt in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ein dem jeweils von der Kupplung 2 zu übertragenden Drehmoment entsprechendes Kupplungspositions-Sollwertsignal und legt dieses an den Kupplungspositions-Sollwerteingang 12 an. Die Regeleinrichtung 10 hat ferner einen Kupplungspositions-Istwerteingang 14, über den ein Kupplungspositions-Istwertsignal an die Regeleinrichtung 10 übermittelt wird.
Am Eingang des Schaltgetriebes 6 ist ein in der Zeichnung nicht näher dargestellter Sensor zur Messung der Drehzahl eines Antriebsstrangbauteils, nämlich der Eingangswelle des Schaltgetriebes 6 angeordnet. Der Sensor hat einen Drehzahlsignal-Ausgang 15, der über ein Filter 16 mit einem Drehzahl-Istwerteingang 17 der Regeleinrichtung 10 verbunden ist. Das Filter 16 ist derart ausgestaltet, dass es Rupfschwingungen aus dem Messsignal des Sensors herausfiltert und an den Drehzahl-Istwerteingang 17 weiterleitet.
Die Vorrichtung hat feine Messeinrichtung zum Erzeugen eines Betriebsstromsignals für den Elektromotor. Ein Messsignalausgang der Messeinrichtung ist mit einem Betriebsstromsignal-Eingang 18 der Regeleinrichtung 10 verbunden.
Die Regeleinrichtung 10 ist als Antirupfreglung ausgestaltet ist, die beim Detektieren von Rupfschwingungen in dem Drehzahlsignal in Abhängigkeit von dem Sollwertsignal an dem Kupplungspositions-Sollwerteingang 12, dem Istwertsignal an dem Kupplungspositions-Istwerteingang 14, dem Drehzahlsignal an dem Drehzahl-Istwerteingang 17 und dem an den Stellsignalausgang 11 anliegenden Betriebsspannungssignal jeweils einen neuen Wert für das Betriebsspannungssignal derart ermittelt und über den Stellsignalausgang 11 an den Elektromotor ausgibt, dass den Rupfschwingungen entgegengewirkt wird. Dabei wird der neue Wert U_neu des Betriebsspannungssignals wie folgt aus einem Kupplungspositions-Sollwert L_Steuer, einem Kupplungspositions-Istwert L_Ist, einem Wert N_Rupfen des gefilterten Drehzahl-Istwerts des Antriebsstrangbauteils, einem gemessenen Wert für den Betriebsstrom I_gemessen, dem alten Wert U_alt für das Betriebsspannungssignal und vorgegebenen Konstanten P_Steuer, F, D und R_a ermittelt: Uneu = PSteuer(LSteuer – LIst) + P·NRupfen + D·ΔNRupfen + KI(Igemessen·Ra – Ualt)
Dabei repräsentiert der Term (U_alt – I_gemessen·R_a) die Drehzahl des Elektromotors 3, d.h. die Regeleinrichtung 10 weist eine Rückführung ein der Drehzahl des Elektromotors 3 entsprechendes Signal auf.

1: Vorrichtung
2: Kupplung
3: Elektromotor
4: Übersetzungseinrichtung
5: Brennkraftmaschine
6: Schaltgetriebe
7: Differential
8: Triebstrang
9: Räder
10: Regeleinrichtung
11: Stellsignalausgang
12: Kupplungspositions-Sollwerteingang
13: Kupplungssteuerung
14: Kupplungspositions-Istwerteingang
15: Drehzahlsignal-Ausgang
16: Filter
17: Drehzahl-Istwerteingang
18: Betriebsstromsignal-Eingang

Claims

Verfahren zum Verstellen einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Kupplung (2) mittels eines Elektromotors (3), wobei ein Kupplungspositions-Sollwertsignal und ein Kupplungspositions-Istwertsignal bereitgestellt werden, wobei ein Drehzahlsignal für die Drehzahl eines Antriebsstrangbauteils erzeugt wird, und wobei in Abhängigkeit von dem Kupplungspositions-Sollwertsignal, dem Kupplungspositions-Istwertsignal und dem Drehzahlsignal der Elektromotor (3) derart angesteuert wird, dass beim Auftreten von Rupfschwingungen in dem Drehzahlsignal den Rupfschwingungen entgegengewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsstromsignal und ein Betriebsspannungssignal für den Elektromotor (3) erzeugt werden, und dass das der Elektromotor (3) derart angesteuert wird, dass den Rupfschwingungen in Abhängigkeit von dem Betriebsstromsignal und dem Betriebsspannungssignal entgegengewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsweg moduliert wird, um den Rupfschwingungen entgegenzuwirken.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung des Elektromotors (3) mit einer vorgegebenen Amplitude pulsweitenmoduliert wird, und das Betriebsspannungssignal vorzugsweise anhand des jeweils eingestellten Puls-Pausen-Verhältnisses und der Amplitude ermittelt und das Betriebsstromsignal gemessen wird.
Vorrichtung (1) zum Verstellen einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Kupplung (2), wobei die Vorrichtung (1) zum Betätigen der Kupplung (2) einen Elektromotor (3) aufweist, der über eine Regeleinrichtung (10) ansteuerbar ist, wobei die Regeleinrichtung (10) einen Kupplungspositions-Sollwerteingang (12), einen Kupplungspositions-Istwerteingang (14) und einen Drehzahl-Istwerteingang (17) für ein Drehzahlsignal eines Antriebsstrangbauteils aufweist, wobei die Regeleinrichtung (10) derart ausgestaltet ist, dass bei Auftreten von Rupfschwingungen in dem Drehzahlsignal ein zur Ansteuerung des Elektromotors (3) vorgesehenes Stellsignal derart in Abhängigkeit von dem Sollwertsignal und dem Drehzahlsignal eingestellt wird, dass den Rupfschwingungen entgegengewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Mittel zum Erzeugen eines Betriebsstromsignals und eines Betriebsspannungssignals für den Elektromotor (3) aufweist, dass diese Mittel mit der Regeleinrichtung (10) verbunden sind, und dass die Regeleinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass den Rupfschwingungen in Abhängigkeit von dem Betriebsstromsignal und dem Betriebsspannungssignal entgegengewirkt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Modulieren des Kupplungswegs eine Modulationseinrichtung aufweist, die dazu dient, den Rupfschwingungen entgegenzuwirken.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung einen Stellsignalausgang (11) aufweist, der über eine Pulsweitenmodulationseinrichtung mit dem Elektromotor (3) verbunden ist, und dass zum Erzeugen des Betriebsstromsignals eine Messeinrichtung vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung mindestens einen in einer Stromversorgungsleitung des Elektromotors (3) angeordneten Shunt und eine Einrichtung zu Bestimmung des Spannungsabfalls an dem Shunt aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahl-Istwerteingang (17) mit einem Sensor zur Messung der Eingangsdrehzahl eines mit der Kupplung (2) in Antriebsverbindung stehenden Schaltgetriebes (6) verbunden ist, und dass der Sensor vorzugsweise ein induktiver Sensor ist, der mit einem Zahnkranz oder dergleichen magnetisch leitendem Geber zusammenwirkt.