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Die Erfindung betrifft ein Kupplungsregelungssystem für eine Trennkupplung in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere einem Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb, und ein Verfahren zum Betreiben einer Trennkupplung.
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Trennkupplungen werden in Fahrzeugen eingesetzt, um unterschiedliche Komponenten eines Antriebsstrangs so miteinander zu verbinden, dass in einem geöffneten Zustand keine Übertragung von Drehmomenten stattfindet. In einem geschlossenen Zustand findet hingegen eine vorzugsweise verlustfreie Drehmomentübertragung zwischen den Komponenten über die Trennkupplung statt.
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Eine Trennkupplung ist beispielsweise in Hybridfahrzeugen vorgesehen, die zwei in Reihe in einem Antriebsstrang angeordnete Antriebsmaschinen umfassen. Bei einem solchen Hybridfahrzeug ist beispielsweise eine erste Antriebsmaschine, die als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, über eine Trennkupplung mit einer zweiten Antriebsmaschine gekoppelt, die als Elektromaschine ausgebildet ist. Diese ist über ein Fahrzeuggetriebe und gegebenenfalls einer von einem Fahrer betätigbaren Kupplung über eine Abtriebswelle des Antriebsstrangs mit angetriebenen Rädern des Fahrzeugs verbunden.
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Die elektrische Maschine kann bei solchen Fahrzeugen einerseits zum Erzeugen eines Antriebsmomentes und andererseits zur Energierückgewinnung als Generator verwendet werden. Während eines solchen so genannten Rekuperationsvorgangs und in Fahrsituationen, in denen nur ein geringes Antriebsmoment benötigt wird, ist es vorteilhaft, eine Drehmomentübertragung zwischen der elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor zu unterbinden, indem die Trennkupplung geöffnet wird. Aus Energiespargründen wird die Verbrennungsmaschine zusätzlich abgeschaltet. Tritt anschließend eine Fahrsituation auf, in der ein Antriebsmoment benötigt wird, das mittels der elektrischen Maschine nicht bereitgestellt werden kann, so wird die Verbrennungsmaschine über ein Schließen der Trennkupplung gestartet.
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Die Elektromaschine muss zusätzlich zu dem für den Antrieb des Fahrzeugs benötigten Antriebsmoment für das Starten der Verbrennungsmaschine das Schleppmoment, Kompressionsmoment und Trägheitsmoment kompensieren, um die beweglichen Teile des Verbrennungsmotors auf eine Startgeschwindigkeit zu beschleunigen, bei der eine Befeuerung und Inbetriebnahme der Verbrennungsmaschine erfolgen kann.
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Um diesen Vorgang transparent, d.h. für den Nutzer des Fahrzeugs nicht wahrnehmbar, auszugestalten, wäre es erforderlich, dass die Elektromaschine die während des Schließens der Trennkupplung einwirkenden zusätzlichen Momente zeitgerecht kompensiert. Findet eine solche Kompensation der auftretenden Momente nicht statt, so ändert sich die Beschleunigung der Abtriebswellendrehzahl des Antriebsstrangs nicht konstant. Eine solche Änderung, bei der die Beschleunigung der Drehzahl nicht konstant ist, wird als ein Ruck empfunden. Somit ist die zweite zeitliche Ableitung einer Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle (d.h. der Drehzahl) ein Maß für ein Auftreten eines Rucks beim Schließen der Trennkupplung.
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Eine Kompensation der beim Schließen der Trennkupplung zum Starten der Verbrennungsmaschine benötigten Momente wäre zwar grundsätzlich möglich, jedoch sind hierfür große Elektromaschinen notwendig, die in Kraftfahrzeugen insbesondere aus Gewichts- und Bauraumgründen, nicht realisierbar sind.
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Außer der Tatsache, dass aus Gewichts- und Bauraumgründen die Elektromaschine eines solchen Hybridfahrzeugs in der Regel nicht in der Lage ist, das notwendige Moment zu erzeugen, um einen Verbrennungsmotor im Fahrbetrieb zum Starten anzuschleppen, ohne dass ein Ruck entsteht, besteht darüber hinaus die Schwierigkeit, dass eine zeitliche Steuerung, die das Bereitstellen des zusätzlichen Momentes durch den Elektromotor bewirkt, zeitlich synchronisiert mit dem Schließvorgang nur sehr schwer zu steuern ist, da ein Zeitpunkt des "Greifens" der Kupplung, d.h. eines Übergehens in einen Schlupfbetriebszustand, nur ungenügend voraussagbar ist, da dieses von dem Verschleiß der Trennkupplung, einer Temperatur der Trennkupplung usw. abhängig ist.
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Eine alternative technische Lösung könnte darin bestehen, ein Schließen der Kupplung "sanft" auszuführen, d.h. eine Bewegung der einen Kraftschluss beim Schließen der Trennkupplung ausbildenden Elemente entlang einer Wegkurve mit einer relativ geringen Steigung auszuführen, wobei die Wegkurve über der Zeit für ein Schließen der Trennkupplung aufgetragen ist.
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Da für ein Schließen der Trennkupplung und Beschleunigen der Verbrennungsmaschine auf eine Startdrehzahl im Fahrbetrieb nur eine Zeit von maximal 300 ms zur Verfügung steht, scheidet eine solche Lösung aus, da beim Schließen der Trennkupplung in einer Zeitspanne von 300 ms die sich ergebende Wegkurve der den Kraftschluss bewirkenden Elemente eine Steilheit aufweist, die zu mindestens einem Ruck an der Abtriebswelle des Antriebsstrangs führt.
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Aus der
DE 197 50 284 A1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen einer Grenzstellungsposition bekannt, bei der beim Schließen der Kupplung eine Drehmomentübertragung der Kraftfahrzeugkupplung einsetzt. Die Vorrichtung umfasst eine Kraftfahrzeugkupplung mit einem Stellglied, das in Abhängigkeit von in einem Datenspeicher abgelegten Kupplungssteuerungsdaten betreibbar ist, und eine Steuereinrichtung, der zumindest Signale zur Erfassung der Kurbelwellendrehzahl, die von der aktuellen Grenzstellungsposition abhängig ist, wobei bei einer Abweichung der Kurbelwellendrehzahl von einer zugeordneten Kurbelwellendrehzahlkennlinie, die in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungsstellgliedes eines Motors vorgebbar ist, eine Modifikation der in dem Datenspeicher abgelegten aktuellen Grenzstellungsposition in Abhängigkeit von der Größe der detektierten Abweichung erlaubt ist, wobei bei fortwährender Fahrt bei jedem Schließen der Kraftfahrzeugkupplung die in dem Datenspeicher abgelegte Grenzstellungsposition bei Detektion eines Überschwingers der Kurbelwellendrehzahl gegenüber der Kurbelwellendrehzahlkennlinie in Einrückrichtung korrigiert wird. Eine solche Vorrichtung würde einen Teil der oben erwähnten Probleme bei einem technischen Lösungsansatz reduzieren, bei dem die auftretenden Momentänderungen beim Schließen der Trennkupplung durch eine zeitliche Steuerung der Elektromaschine für eine Kompensation vorgesehen ist, da durch diese Vorrichtung die durch Verschleiß und Temperatur bedingte Unkenntnis über ein Einsetzen des Schlupfbereiches der Trennkupplung reduziert wird. Ein ruckfreies Schließen wird hierdurch jedoch nicht ermöglicht.
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Im Stand der Technik ist daher als Lösung vorgeschlagen worden, im Antriebsstrang ein Doppelkupplungsgetriebe als Getriebe vorzusehen. Bei einem solchen Doppelkupplungsgetriebe ist die Abtriebswelle über zwei Kupplungen mit einer Antriebswelle des Getriebes so verbunden, dass ein Antriebsmoment über zwei unterschiedliche Getriebeübersetzungen je nach Zustand der beiden Kupplungen in unterschiedlichen Anteilen übertragen werden kann. Bei geeigneter Ansteuerung der Kupplungen ist es möglich, die auftretenden Drehmomentänderungen beim Schließen der Trennkupplung zum Starten der Verbrennungsmaschine "so abzufangen", dass an der Abtriebswelle des Antriebsstrangs kein Ruck entsteht.
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Aus
DE 102 55 181 A1 ist ein Verfahren zur Regelung des Kupplungsdruckes für einen Gangwechsel bei einem Automatikgetriebe bekannt. Um ein verbessertes Regelverfahren bereitzustellen, mit dem eine weitere Komforterhöhung erreichbar ist, ist dort vorgeschlagen, dass eine Methode der zeitoptimalen Regelung eingesetzt wird, wobei der Kupplungsdruck derart geregelt wird, dass zeitoptimal die Motordrehzahl an die Getriebedrehzahl angepasst wird. Eine solche vorgeschlagene Kupplungsregelung ist für eine Trennkupplung, die im geschlossenen Zustand ein Drehmoment schlupffrei oder nahezu schlupffrei übertragen soll, nicht anwendbar, zumal die Drehzahl der Verbrennungsmaschine am Anfang des Startvorgangs Null ist.
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Weiterhin ist aus der
DE 27 00 821 C2 ein Verfahren zur Einstellung des Schaltrucks in Kraftfahrzeugen mit automatischem Stufengetriebe mit einem Stellglied zur Betätigung von Reibelementen und mit einer Einrichtung zur Vorgabe eines maximal zulässigen Schaltrucks bekannt. Es wird der Wert des jeweils vorliegenden Schaltrucks ermittelt und dann in an sich bekannter Weise in einer Regelstufe mit der Übertragungsfunktion aus der Differenz des maximal zulässigen und des jeweils vorliegenden Schalltrucks eine erste Stellgröße gebildet. Es wird eine zweite Stellgröße aus der zeitlichen Änderung der Motordrehzahl gebildet und das Stellglied wird mit der Summe der beiden Stellgrößen beaufschlagt. Dieses Verfahren betrifft Reibelemente in einem Automatikgetriebe und ist für eine Trennkupplung ungeeignet.
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Weiterhin ist aus der
DE 39 38 083 A1 eine Filteranordnung zur Generierung von Vorgabewerten zeitlich veränderlicher, physikalischer Größen bekannt, bei dem werden neben den generierten Positionssollwerten auch Sollwerte höherer zeitlicher Ableitungen generiert, die in vorteilhafter Weise zur Vorsteuerung in mehrschleifigen Regelanordnungen oder Zustandsreglern verwendet werden können.
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Der Erfindung liegt somit das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Trennkupplung und ein Kupplungssystem für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu schaffen, bei denen ein Auftreten eines Rucks an einer Abtriebswelle des Antriebsstrangs beim Schließen der Trennkupplung vermieden wird oder ein auftretender Ruck zumindest minimiert wird.
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Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kupplungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Kupplungssystem für eine Trennkupplung in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb gelöst, welches umfasst: einen Differenzierer für ein zweifaches Differenzieren eines Drehzahlsignals nach der Zeit zum Erzeugen eines Rucksignals, wobei das Drehzahlsignal eine Drehzahl einer Abtriebswelle des Antriebsstrangs repräsentiert, einen Ruckregler, der als Regelgröße das Rucksignal nutzt, um beim Regeln des Rucksignals auf einen vorgegebenen Ruckwert ein Kupplungswegkorrektursignal zu erzeugen, und einen Addierer zum Addieren des Kupplungswegkorrektursignals zu einem Kupplungswegsollwertsignal, um ein korrigiertes Kupplungswegsollwertsignal zu erzeugen, wobei das korrigierte Kupplungswegsollwertsignal zum Ansteuern der bei einer Annäherung aneinander einen Kraftschluss bewirkenden Elemente der Trennkupplung vorgesehen ist. Das Vorsehen eines Ruckreglers, der ein aus dem Drehzahlsignal der Abtriebswelle des Antriebsstrangs abgeleitetes Rucksignal ausnutzt, um eine Schließbewegung der Trennkupplung zu beeinflussen, bietet die Möglichkeit, unabhängig von einer genauen Kenntnis der beim Schließen auftretenden Momente und unabhängig von einer genauen Kenntnis eines aktuellen Zustands der Trennkupplung, beispielsweise hinsichtlich einer Grenzstellungsposition usw., den Schließvorgang der Trennkupplung so zu beeinflussen, dass ein Ruck minimiert wird. Dennoch kann das Schließen der Trennkupplung so ausgestaltet werden, dass dieses ausreichend zügig ausgeführt wird, um hierüber beispielsweise in einer Fahrtsituation, in der ein Fahrer eines Hybridfahrzeugs, das gegenwärtig ausschließlich durch eine Elektromaschine angetrieben wird, beispielsweise zum Ausführen eines Überholvorgangs, eine in Ruhe befindliche Verbrennungsmaschine durch das Schließen der Trennkupplung so zügig auf eine Startdrehzahl zu beschleunigen, dass die Verbrennungsmaschine ausreichend schnell über eine Einspritzung von Kraftstoff und Befeuerung in einen Zustand versetzt werden kann, so dass die durch den Fahrer angeforderte Beschleunigung durch den Antriebsstrang bereitgestellt werden kann, ohne dass es zu einer die Fahrsicherheit gefährdenden Verzögerung kommt. All dieses kann mit der vorgeschlagenen technischen Lösung so bewerkstelligt werden, dass ein als besonders störend und unkomfortabel empfundener Ruck oder ein mehrmaliges Rucken während des Startvorgangs der Verbrennungsmaschine unterbleibt oder zumindest deutlich reduziert wird, so dass der oder die in ihrer Intensität reduzierten Rucke nicht mehr als störend durch den Fahrer empfunden werden. Hierdurch wird somit für einen Fahrer ein erhöhter Fahrkomfort ohne eine Einbuße an Fahrsicherheit bereitgestellt.
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Um auszuschließen, dass der Ruckregler auf nicht durch das Schließen der Trennkupplung verursachten Drehzahländerungen an der Abtriebswelle des Antriebsstrangs reagiert, ist eine Aktivierungsvorrichtung vorgesehen, die ein Abstandssignal auswertet, welches einen Abstand der einen Kraftschluss bewirkenden Elemente der Trennkupplung repräsentiert, und eine Korrektur des Kupplungswegsollwertsignals unterbindet, sofern beim Schließen der Trennkupplung der repräsentierte Abstand einen vorgegebenen Abstandswert nicht unterschritten hat. Hierdurch wird ferner gewährleistet, dass das Kupplungsregelungssystem immer zuverlässig ein Schließen der Trennkupplung bei einer Schließanforderung bewirkt. Der Ruckregler wird hierdurch nämlich daran gehindert, das Kupplungswegsollwertsignal aufgrund einer nicht durch das Schließen der Trennkupplung verursachten Drehzahländerung zu beeinflussen. Ansonsten würde eine zügige Bewegung der einen Kraftschluss herstellenden Elemente in einem Wegbereich beeinflusst, indem eine Kraftübertragung noch nicht stattfindet. Der vorgegebene Abstandswert ist so gewählt, dass das Kupplungswegkorrektursignal des Ruckreglers berücksichtigt wird, sobald die einen Kraftschluss bewirkenden Elemente der Trennkupplung eine Grenzstellungsposition, d.h. eine Position erreicht haben, ab der bei einer weiteren Einrückung eine Kraftübertragung einsetzt. Dieser vorgegebene Abstandswert ist so gewählt, dass er größer als die Grenzposition ist, jedoch möglichst nahe an dieser liegt.
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Der vorgegebene Abstandswert kann bei einer Ausführungsform während des Betriebs des Fahrzeugs angepasst werden, in dem beispielsweise die Grenzposition im Betrieb bestimmt wird und der vorgegebene Abstandswert in einem festen Abstand oder relativ zu der Grenzposition so festgelegt wird, dass der vorgegebene Abstandswert jeweils größer als die ermittelte Grenzposition ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Aktivierungsvorrichtung einen Umschalter, der zwischen dem Ruckregler und dem Addierer angeordnet ist und ein eine Nullkorrektur repräsentierendes Kupplungswegkorrektursignal mit einem mit dem Addierer verbundenen Ausgang der Aktivierungsvorrichtung zum Unterbinden der Korrektur verbindet, wenn der durch das Abstandssignal repräsentierte Abstand den vorgegebenen Abstandswert beim Schließen nicht unterschritten hat, und andernfalls das von dem Ruckregler erzeugte Kupplungswegkorrektursignal mit dem Ausgang verbindet, um eine Korrektur des Kupplungswegsollwertsignals zuzulassen. Diese Ausführungsform kann einfach ausgebildet werden und weist eine hohe Zuverlässigkeit auf. Der Ruckregler selbst kann ein Kupplungswegkorrektursignal auch zu denjenigen Betriebszeiten erzeugen, an denen eine Korrektur des Kupplungswegsollwertsignals nicht erwünscht ist.
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Da auf das mechanische System, welches ein Schließen der Trennkupplung bewirkt, Störungen einwirken, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die einen Kraftschluss bewirkenden Elemente mittels eines Aktors angetrieben werden, der ein Stellglied eines einen Aktorregler umfassenden Regelkreises ist, wobei der Aktorregler als Regelabweichung ein Differenzsignal nutzt, das eine Differenz eines durch das korrigierte Kupplungswegsollwertsignal repräsentierten Sollabstands und des durch das Abstandssignal repräsentierten Abstands der einen Kraftschluss bewirkenden Elemente repräsentiert, um ein Aktorsteuersignal zu erzeugen. Durch das Vorsehen eines Aktorregelkreises wird eine verbesserte Schließbewegung der den Kraftschluss herstellenden Elemente der Trennkupplung bewirkt. Hierbei auftretende Störungen werden somit kompensiert.
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Als Aktoren werden häufig Ventile von Hydrauliksystemen verwendet, die bei Aktivierung die Kraft einer zusätzlich vorgesehenen Feder kompensieren, welche die Kupplung im passiven Zustand des Hydrauliksystems entweder offen oder geschlossen hält. Das gesamte mechanische System weist somit häufig eine Reaktionsträgheit auf, so dass bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Vorsteuerung für den Aktorregelkreis vorgesehen ist, die einen weiteren Differenzierer umfasst, mittels dem das korrigierte Kupplungswegsollwertsignal zeitlich differenziert wird, um ein Vorsteuersignal zu erzeugen, das mittels eines weiteren Addierers zu dem Aktorsteuersignal des Aktorreglers addiert wird, um ein vorgesteuertes Aktorsteuersignal zu erzeugen. Hierdurch wird ein zügigeres Schließen der Trennkupplung ermöglicht.
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Um ein Fahrzeugmanagement zu entlasten, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die das Kupplungswegsollwertsignal bei einer Schließanforderung bereitstellt. Dies bedeutet, dass das Kupplungsregelungssystem eine eigene Steuereinrichtung besitzt, die ein Schließen der Trennkupplung bei einer Schließanforderung über das Bereitstellen des Kupplungswegsollwertsignals steuert, wobei die Ruckregelung eingreift, um ein ruckfreies Schließen auszuführen.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung das Kupplungswegsollwertsignal anhand von in einem Speicher abgelegten Daten erzeugt. Bei einer solchen Ausführungsform ist es einfach möglich, den Sollweg, der durch den Kupplungswegsollwert vorgegeben ist und den die einen Kraftschluss bewirkenden Elemente durchlaufen sollen, bei einer Wartung des Kraftfahrzeugs anzupassen, in dem die entsprechend in den Speicher abgelegten Daten modifiziert werden. Dies kann beispielsweise geschehen, um die Trennkupplung nach dem Austausch einzelner Komponenten neu zu kalibrieren oder an einen Verschleiß anzupassen. Das Kupplungssystem kann ebenfalls als selbstständig nachstellendes System ausgebildet sein, das eine automatische Anpassung der Daten an den eintretenden Verschleiß vornimmt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ruckregler als Proportionalintegralregler (PI-Regler) ausgebildet. Ein solcher Regler ist besonders gut an die Anforderungen bei der Ruckregelung angepasst.
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Die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale des Kupplungssystems auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 schematisch einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Kupplungsregelungssystem.
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In 1 ist schematisch ein Antriebsstrang 1 mit einem Kupplungsregelungssystem 2 für eine Trennkupplung 3 dargestellt. Der Antriebsstrang 1 umfasst eine Verbrennungsmaschine 4, die über die Trennkupplung 3 mit einer Elektromaschine 5, einem Getriebe 6 mit einer Fahrkupplung (nicht dargestellt) und einer Abtriebswelle 7 des Antriebsstrangs 1 gekoppelt ist. Die Abtriebswelle 7 ist über ein Differenzial 8 mit Rädern 9 des Fahrzeugs verbunden. Ein solcher Antriebsstrang 1, der zwei unterschiedliche Antriebsmaschinen, die Verbrennungsmaschine 4 und die elektrische Maschine 5, umfasst, wird als Hybridantriebsstrang bezeichnet. Die elektrische Maschine 5 kann einerseits zum Bereitstellen eines Antriebsmoments an der Abtriebswelle 7 verwendet werden und andererseits als Generator betrieben werden, um bei Abbremsvorgängen elektrische Energie zu erzeugen. Dieser Vorgang wird Rekuperation genannt.
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Ein Fahrmanagementsystem 10 steuert den Einsatz der Verbrennungsmaschine 4 und der Elektromaschine 5. Ein Fahrer des Fahrzeugs fordert lediglich über ein Gaspedal und ein Bremspedal Antriebsmoment oder eine Verzögerung an. Das Fahrmanagementsystem 10 entscheidet selbstständig, ob das Antriebsmoment durch die elektrische Maschine 5 oder die Verbrennungsmaschine 4 oder über die elektrische Maschine 5 und die Verbrennungsmaschine 4 gemeinsam bereitgestellt wird. Ebenso entscheidet das Fahrmanagementsystem 10, ob eine Verzögerung des Fahrzeugs durch ein Betreiben der elektrischen Maschine 5 als Generator oder über einen Einsatz von Reibungsbremsen (nicht dargestellt) bewirkt wird.
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Um Kraftstoff zu sparen, wird somit in einigen Fahrsituationen das Fahrzeug beispielsweise ausschließlich durch die Elektromaschine 5 angetrieben. Die Verbrennungsmaschine 4 ist in einem solchen Fahrzustand abgeschaltet und über die Trennkupplung 3 von der Elektromaschine 5 und somit auch von der Abtriebswelle 7 des Antriebsstrangs 1 abgetrennt. Dies bedeutet, dass die Trennkupplung 3 in einem solchen Fahrzustand geöffnet ist. Fordert der Fahrer nun ein größeres Antriebsmoment an, beispielsweise weil er das Fahrzeug stark beschleunigen möchte, so wird das Fahrmanagementsystem 10 eine Inbetriebnahme der Verbrennungsmaschine 4 veranlassen. Für eine Inbetriebnahme der Verbrennungsmaschine 4 ist es erforderlich, dass die Kurbelwelle und die hiermit verbundenen beweglichen Teile der Verbrennungsmaschine 4 auf eine Startgeschwindigkeit beschleunigt werden. Anschließend wird Kraftstoff in die Verbrennungskammern injiziert und die Verbrennungsmaschine befeuert.
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Um ein sicheres Führen des Fahrzeugs im Straßenverkehr zu ermöglichen, stehen für diesen Vorgang etwa maximal 0,5 s zur Verfügung.
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Das Beschleunigen der Kurbelwelle und der hiermit verbundenen beweglichen Teile auf eine Startgeschwindigkeit erreicht man, indem die Trennkupplung 3 geschlossen wird. Hierdurch kann das von der Elektromaschine 5 bereitgestellte Antriebsmoment verwendet werden, um die Kurbelwelle und die beweglichen Teile der Verbrennungsmaschine 4 zu beschleunigen. Das zum Starten der Verbrennungsmaschine 4 benötigte Antriebsmoment steht somit nicht für das Antreiben des Fahrzeugs an der Abtriebswelle 7 zur Verfügung. Ändert sich die Drehzahl an der Abtriebswelle 7 abrupt, so wird dies von einem Fahrzeugnutzer als ein Ruck empfunden. Mathematisch ausgedrückt entsteht ein Ruck, wenn die zweite zeitliche Ableitung der Drehzahl, d.h. der Winkelgeschwindigkeit, der Abtriebswelle 7 ungleich null ist.
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Um ein zügiges und dennoch ruckfreies Schließen der Trennkupplung ausführen zu können, ist das Kupplungsregelungssystem 2 vorgesehen. Über das Kupplungsregelungssystem 2 wird ein Stellglied 11 angesteuert, das ein Schließen der Trennkupplung 3 bewirkt. Beim Schließen der Trennkupplung 3 werden einen Kraftschluss ausbildende Elemente aufeinander zu bewegt. Bei dem Stellglied handelt es sich vorzugsweise um ein mit einer Feder kombiniertes hydraulisches Stellglied. Es kann jedoch auch ein elektromechanisches Stellglied verwendet werden.
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Das Fahrmanagementsystem 10 gibt an eine Sollwertbereitstellungseinheit 12 eine Schließaufforderung aus. Die Sollwertbereitstellungseinheit 12 erzeugt ein Kupplungswegsollwertsignal 16', über das (indirekt) das Stellglied 11 angesteuert wird. Da auf die Trennkupplung 3 sowie das Stellglied 11 Störeinflüsse einwirken können, ist ein Aktorregelkreis vorgesehen, der mittels eines Pfeils 13 angedeutet ist. Das Stellglied 11 stellt den Aktor dieses Aktorregelkreises 13 dar. Eine Aktorregeleinheit 14 mit einer Vorsteuerung umfasst einen als PID-Regler ausgeführten Aktorregler 15. Dieser wertet ein Differenzsignal aus dem von der Sollwertbereitstellungseinheit 12 bereitgestellten Kupplungswegsollwertsignal 16' und einem Abstandssignal 17 aus. Das Abstandssignal 17 wird von einem Abstandsmesssensor 18 bereitgestellt. Dieser ist an der Trennkupplung 3 so angeordnet, dass er ein den Abstand der einen Kraftschluss ausbildenden Elemente repräsentierenden Abstand messen kann. Vorzugsweise wird nicht der Abstand der Kupplungsscheiben oder -platten gemessen, die den Kraftschluss bei Annäherung ausbilden, sondern eine Bewegung an einem Ausrückerlager, gegen welches eine als geschlitzte Tellerfeder ausgebildete Federvorrichtung der Trennkupplung 3 anliegt.
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Da der Aktor, d.h. das Stellglied 11, welches vorzugsweise als Hydraulikstellglied mit einem elektromagnetisch betriebenen Ventil ist, eine gewisse "Schaltträgheit" aufweist, ist die Aktorregeleinheit 14 mit einer Vorsteuerung ausgebildet. Als Vorsteuersignal 19 dient ein mittels eines weiteren Differenzierers 20 durch einfache zeitliche Ableitung des Kupplungswegsollwertsignals 16' gebildetes Signal. Das von dem Aktorregler 15, der als PID-Regler ausgebildet ist, erzeugte Aktorstellsignal 21 wird mit dem Vorsteuersignal 19 addiert und ergibt ein vorgesteuertes Aktorstellsignal 21' und wird über eine Begrenzereinheit 24 geführt. Diese Begrenzereinheit 24 sorgt beispielsweise dafür, dass bei dem als hydraulisches Stellglied ausgebildeten Stellglied 11 ein das elektromagnetische Ventil ansteuernder Ventilstrom, der durch das vorgesteuerte Aktorstellsignal 21' festgelegt ist, nicht zu groß wird.
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Um das Auftreten eines Rucks an der Abtriebswelle 7 während des Schließens der Trennkupplung 3 zu vermeiden, wird an der Abtriebswelle 7 des Antriebsstrangs 1 mittels eines Drehzahlsensors 30 eine Drehzahl der Abtriebswelle 7 bzw. eine Winkelgeschwindigkeit ω ermittelt. Das die Drehzahl repräsentierende Drehzahlsignal wird an die Sollwertbereitstellungseinheit 12 übertragen und dort in einem Differenzierer 32 zweifach nach der Zeit abgeleitet, um ein Rucksignal 33 zu liefern. Dieses wird in einer Differenzbildungseinheit 34 mit einem Ruckvorgabewert 35 fusioniert. Der Ruckvorgabewert 35 ist vorzugsweise null. Ein als PI-Regler ausgebildeter Ruckregler 36 erzeugt ein Kupplungswegkorrektursignal 37. Der Ruckregler 36 ist somit so ausgestaltet, dass er das Kupplungswegkorrektursignal 37 erzeugt, um das Kupplungswegsollwertsignal so zu beeinflussen, dass kein Ruck auftritt, wobei vorausgesetzt ist, dass der Ruckvorgabewert 35 Null ist. Setzt man dieses voraus, so kann die Differenzbildungseinheit in einer praktischen Ausführungsform eingespart werden. Diese ist hier lediglich zur Veranschaulichung dargestellt. Wird jedoch ein anderer Ruckwert angestrebt, so kann diese Einheit auch ausgebildet werden.
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Das Kupplungswegkorrektursignal 37 wird über eine Aktivierungsvorrichtung 39 auf einen Addierer 40 geleitet und mit dem Kupplungswegsollwertsignal 16 mittels Addition fusioniert, um ein korrigiertes Kupplungswegsollwertsignal 16' zu erzeugen.
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Die Aktivierungsvorrichtung 39 ist vorgesehen, um zu verhindern, dass die Ruckregelung auf an der Abtriebswelle 7 auftretende Drehzahländerungen reagiert, die nicht durch das Schließen der Trennkupplung 3 bedingt sind. Die Aktivierungsvorrichtung 39 umfasst hierfür in der dargestellten Ausführungsform einen Umschalter 41, der wahlweise das von dem Ruckregler 36 erzeugte Kupplungswegkorrektursignal 37 oder ein keine Korrektur bewirkendes Kupplungswegkorrektursignal 37' mit einem Ausgang 43 der Aktivierungsvorrichtung 39 und somit dem Addierer 40 verbindet. Der Umschalter 41 wird über ein von einem UND-Gatter 45 erzeugten Schaltsignal 46 geschaltet. An einem Eingang 47 des UND-Gatters 45 liegt ein einen Trennkupplungsschließvorgang anzeigendes logisches Signal 49 einer Steuereinrichtung 50 an. An einem anderen Eingang 52 des UND-Gatters 45 liegt ein Ausgangssignal 53 eines Vergleichers 54 an. Der Vergleicher 54 vergleicht das von dem Abstandsmesssensor 18 bereitgestellte Abstandssignal 17 mit einem über einen vorgegebenen Abstandswert 55 vorgegebenen Abstand. Der vorgegebene Abstand ist so gewählt, dass er möglichst nahe an dem Abstand liegt, bei dem ein Ineinandergreifen und ein Ausbilden eines Kraftschlusses durch die einen Kraftschluss bewirkenden Elemente der Trennkupplung 3 bewirkt wird. Der vorgegebene Abstand ist jedoch immer so gewählt, dass er größer als dieser Abstand ist, bei dem ein Ineinandergreifen der einen Kraftschluss ausbildenden Elemente beginnt. Hierdurch wird erreicht, dass die Ruckregelung aktiv ist, sobald ein Ineinandergreifen der einen Kraftschluss bewirkenden Elemente der Trennkupplung 3 beginnt.
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Die Steuereinrichtung 50 der Kupplungswegsollwertbereitstellungseinheit 12 ist mit einer Speichervorrichtung 56 verbunden, in der Daten abgelegt sind, die es der Steuereinheit 50 ermöglichen, das Kupplungswegsollwertsignal 16 zu erzeugen, das in dem Addierer 40 mit dem Kupplungswegkorrektursignal 37/37' zu dem korrigierten Kupplungswegsollwertsignal 16' mittels Addition fusioniert wird, sobald vom Fahrzeugmanagementsystem 10 ein Schließen der Kupplung angefordert wurde.
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Das beschriebene Kupplungsregelungssystem 2 bewirkt, dass bei einer Schließanforderung der Trennkupplung 3 ein Annähern der einen Kraftschluss ausbildenden Elemente der Trennkupplung verlangsamt oder teilweise rückgängig gemacht wird, wenn an der Abtriebswelle 7 ein Ruck auftritt. Die Verstärkung des Ruckreglers 36 ist jedoch so zu wählen, dass in jedem Fall der Schließvorgang vollständig ausgeführt wird. Würde die Verstärkung zu groß gewählt, so könnte dies dazu führen, dass die Trennkupplung 3 aufgrund der Ruckregelung in dem Moment, in dem die Aktivierungsvorrichtung die Ruckregelung aktiviert, wieder in den völlig geöffneten Zustand überführt würde, in dem selbstverständlich eine Ruckfreiheit aufgrund des Schließens der Trennkupplung garantiert ist, jedoch ein Starten der Verbrennungsmaschine 4 unterbliebe.
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Die beschriebene Ausführungsform des Antriebsstrangs und des Kupplungsregelungssystems sind lediglich beispielhaft. Selbstverständlich kann ein solches Kupplungsregelungssystem auch für Trennkupplungen in vollständig anders aufgebauten Antriebssträngen eingesetzt werden. Durch das beschriebene Kupplungsregelungssystem wird die Möglichkeit geschaffen, einen Hybridantriebsstrang, wie er beispielsweise in 1 dargestellt ist, ohne einen Einsatz eines Doppelkupplungsgetriebes zu betreiben, ohne dass der Fahrer hierdurch eine Einbuße an Fahrkomfort hinnehmen muss. Ein Schließen der Trennkupplung, beispielsweise um die Verbrennungsmaschine zu starten, kann so ausgeführt werden, dass an der Abtriebswelle kein als störend empfundener Ruck auftritt.
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Für den Fachmann ergibt es sich, dass die einzelnen beschriebenen Einheiten und Regler sowohl in Hardware als auch in Software oder in Hard- und Software ausgeführt sein können. Insbesondere die Sollwertbereitstellungseinheit mit dem Ruckregler als auch die Aktorregeleinheit können mittels Software, die auf einem Mikroprozessor ausführbar ist, einzeln oder gemeinsam umgesetzt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Kupplungsregelungssystem
- 3
- Trennkupplung
- 4
- Verbrennungsmaschine
- 5
- Elektromaschine
- 6
- Getriebe mit Fahrkupplung
- 7
- Antriebswelle
- 8
- Differenzial
- 9
- Räder
- 10
- Fahrmanagementsystem
- 11
- Stellglied
- 12
- Sollwertbereitstellungseinheit
- 13
- Pfeil zum Veranschaulichen eines Aktorregelkreises
- 14
- Aktorregeleinheit
- 15
- Aktorregler
- 16
- Kupplungswegsollwertsignal
- 16’
- korrigiertes Kupplungswegsollwertsignal
- 17
- Abstandssignal
- 18
- Abstandsmesssensor
- 19
- Vorsteuersignal
- 20
- weiterer Differenzierer
- 21
- Aktorstellsignal
- 21’
- vorgesteuertes Aktorstellsignal
- 24
- Begrenzungseinheit
- 30
- Drehzahlsensor
- 31
- Drehzahlsignal
- 32
- Differenzierer
- 33
- Rucksignal
- 34
- Differenzbildungseinheit
- 35
- Ruckvorgabewert
- 36
- Ruckregler
- 37
- Kupplungswegkorrektursignal
- 37'
- Kupplungswegkorrektursignal, das eine Nullkorrektur anzeigt
- 39
- Aktivierungsvorrichtung
- 40
- Addierer
- 41
- Umschalter
- 43
- Ausgang der Aktivierungsvorrichtung
- 45
- UND-Gatter
- 46
- Schaltsignal
- 47
- Eingang
- 49
- einen Schließvorgang anzeigendes Signal
- 50
- Steuereinheit
- 52
- anderer Eingang
- 53
- Ausgangssignal
- 54
- Vergleicher
- 55
- vorgegebener Abstandswert
- 56
- Speichervorrichtung
