DE102007033698A1

DE102007033698A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kupplungssteuerung einer zwischen einem Motor und einem Getriebe in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs enthaltenen Kupplung

Info

Publication number: DE102007033698A1
Application number: DE102007033698A
Authority: DE
Inventors: Shafig Uddin
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Ein Verfahren zur Kupplungssteuerung einer zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs enthaltenen Kupplung, die mittels einer Drehmomentennachführungsstrategie gesteuert ist, enthält die Schritte: (a) Bestimmen, ob eine Drehzahlbegrenzung der Antriebseinheit aktiv ist; (b) wenn in Schritt (a) bestimmt ist, dass die Drehzahlbegrenzung nicht aktiv ist, Verwenden der Drehmomentennachführungsstrategie für die Kupplungssteuerung; (c) wenn in Schritt (a) bestimmt ist, dass die Drehzahlbegrenzung aktiv ist, Aussetzen der Drehmomentennachführungsstrategie und Verwenden einer speziellen Drehmomentenstrategie für die Kupplungssteuerung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs, insbesondere der Kupplung, die im Antriebsstrang eines Fahrzeugs enthalten ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Steuerung einer automatisierten Kupplung, wie sie beispielsweise bei automatisierten Schaltgetrieben, Parallelschaltgetrieben und kupplungsfreien Handschaltgetrieben verwendet wird.
Im Falle dieser automatisierten Kupplungen wird eine Strategie für eine Drehmomentennachführung eingesetzt, bei welcher das Kupplungsdrehmoment dem Motordrehmoment mit einem bestimmten Versatz oder Offset folgt. Diese Drehmomentennachführung hat den Zweck, dass die Antwortzeiten, beispielsweise bei Schaltvorgängen, verringert werden und Stöße im Antriebsstrang, die durch Drehmomente ausgelöst werden, verringert bzw. absorbiert werden, indem man ermöglicht, dass ein geringes Maß an Kupplungsschlupf auftritt, wenn das Schwungraddrehmoment stark ansteigt. Dies bedeutet, dass im normalen Betrieb von automatisierten Schaltgetrieben mit automatisierten Kupplungen dieser Art eine Drehmomentnachführung für das Kupplungsdrehmoment als normale Kupplungssteuerungsstrategie eingesetzt wird.
Gleichzeitig werden in solchen automatisierten Schaltgetrieben eines Kraftfahrzeugs häufig Drehzahlbegrenzungen für die Drehzahl der Kurbelwelle des Motors vorgesehen. Solche Drehzahlbegrenzungen sind beispielsweise in der DE 195 06 082 A1 oder der DE 197 52 276 B4 beschrieben. Eine Möglichkeit zur Drehzahlbegrenzung ist, das Motordrehmoment, wenn ein bestimmter Grenzwert der Drehzahl erreicht ist, während einer kurzen Zeit vollständig abzuklemmen. Dies bedeutet, dass das Motordrehmoment kurzfristig auf nahezu 0 Nm fällt, was bewirkt, dass die Motorgeschwindigkeit ebenfalls abfällt. Wenn durch einen entsprechenden Geschwindigkeitssensor an der Kurbelwelle erfasst wird, dass die Motorgeschwindigkeit unter einen unteren Schwellenwert gefallen ist, wird das Drehmoment wieder angelegt. Somit gewinnt die Kurbelwelle wieder an Geschwindigkeit. Dies führt zu einem zyklischen Abschalten und wieder Anlegen des Motordrehmoments, so dass die Motordrehzahl an der Kurbelwelle zwischen zwei Grenzen schwankt und drehzahlbegrenzt ist.
Andererseits bedeutet dies, dass das Motordrehmomentsignal ebenfalls auf eine zyklische Weise während des Drehzahlbegrenzungsbetriebs fluktuiert. Dieses Motordrehmomentsignal wird herkömmlicherweise als Eingangssignal für die Kupplungssteuerung, insbesondere für eine Drehmomentennachführungsstrategie für die Kupplung, verwendet. Dies hat zur Folge, dass das Kupplungsstellglied, welches für das Anlegen des Kupplungsdrehmoments verantwortlich ist, sich ebenfalls entsprechend den zyklischen Fluktuationen, insbesondere bei verhältnismäßig hoher Frequenz, hin und her bewegt. Da es Zustände gibt, in denen die Motorgeschwindigkeit im Bereich der Drehzahlbegrenzung während verhältnismäßig langer Dauer gehalten wird, führt dies zu einer unnötigen hochfrequenten Bewegung des Kupplungsstellglieds, die nicht nur in der Kupplung unerwünschte Schwingungen auslösen kann sondern auch zur Abnutzung und damit frühzeitigem Versagen von Bauteilen führt.
Andererseits ist es bekannt, die Drehmomentennachführung für die Kupplung abzuschalten, wenn die Steuerung erfasst, dass die von der Antriebseinheit, das heißt in der Regel dem Verbrennungsmotor, gelieferten Drehmomente bzw. Drehzahlsignale fehlerbehaftet sind oder die Kupplungstemperatur über einen tolerierbaren Grenzwert ansteigt. In diesem Fall wird zur Fehlerbehandlung die Drehmomentennachführung abgeschaltet.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kupplungssteuerung vorzusehen, mit welchen eine übermäßige Abnutzung von Kupplungsbauteilen während des fehlerfreien Betriebs der Kupplung vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Drehmomentennachführung als Steuerstrategie für die Kupplung, bei der das Kupplungsdrehmoment dem Motordrehmoment nachgeführt wird, auch für bestimmte Betriebszustände im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs abzuschalten, die nicht auf Fehler zurückzuführen sind. Außer in Fehlerbehandlungszuständen, insbesondere solchen Betriebszuständen, in denen einen Drehzahlbegrenzung einer Antriebseinheit aktiv ist, wird somit die normale Drehmomentennachführungsstrategie außer Kraft gesetzt. Dazu wird im Verfahren zur Kupplungssteuerung einer zwischen einem Motor und einem Getriebe in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs enthaltenen Kupplung, insbesondere einer zwischen einem Verbrennungsmotor und einem automatisierten Schaltgetriebe oder Parallelschaltgetriebe in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs enthaltenen automatisierten Kupplung, eine Steuerstrategie angewendet, die im Normalbetrieb eine Drehmomentennachführungsstrategie für das Kupplungsdrehmoment, das dem Drehmoment der Ausgangs- oder Kardanwelle des Motors folgt, anwendet. Während des Betriebs wird kontinuierlich bestimmt, ob eine Drehzahlbegrenzung der Antriebseinheit, insbesondere dem Motor, aktiv ist bzw. nahe am aktiven Zustand ist; solange dies nicht der Fall ist, wird die normale Drehmomentennachführungsstrategie für die Kupplungssteuerung, die dem Motordrehmoment folgt, verwendet. Wenn erfasst wird, dass die Drehzahlbegrenzung aktiv ist, wird die Drehmomentennachführungsstrategie ausgesetzt und eine spezielle Drehmomentstrategie für die Kupplungssteuerung stattdessen eingesetzt.
Vorzugsweise wird dann die Drehzahlbegrenzung des Antriebsstrangs des Fahrzeugs als aktiv erfasst, wenn die Geschwindigkeit einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, der vorzugsweise unter einer unteren Drehzahlgrenze während eines Drehzahlbegrenzungsbetriebs des Antriebs ist. Insbesondere schwankt während des Drehzahlbegrenzungsbetriebs herkömmlicherweise die Drehzahl der Antriebseinheit zwischen einer oberen Grenze, die durch die Drehzahlbegrenzung vorgegeben ist und nicht überstiegen werden soll, und einer unteren Grenze, auf die die Drehzahl bei der Aktivierung der Drehzahlbegrenzung beispielsweise durch Aussetzen eines Motordrehmoments immer wieder abfällt. Diese untere Drehzahlgrenze kann beispielsweise als oberster Grenzwert für das Auslösen einer alternativen Drehmomentenstrategie für die Kupplungssteuerung verwendet werden. Vorzugsweise liegt die Geschwindigkeit jedoch auf einem festgelegten Wert unter dieser unteren Drehzahlgrenze. Die Drehzahlbegrenzung wird als „aktiv" angesehen, sobald dieser feste Wert überstiegen wird. Dadurch wird zuverlässig vermieden, dass das Stellglied der Kupplung in einen Fluktuationsbetrieb gelangt.
Als spezielle Drehmomentenstrategie während des aktiven Drehzahlbegrenzungsbetriebs kommt in Frage, dass keine Drehmomentennachführung während der aktiven Drehzahlbegrenzung verwendet wird, das heißt dass die Drehmomentennachführung vollständig abgeschaltet ist. Alternativ kann ein festgelegter Kupplungsmomentwert als nachgeführter Drehmomentenwert verwendet werden, der im voraus in der Steuereinheit hinterlegt ist, oder es kann während des aktuellen Drehzahlbegrenzungsbetriebs ein aktuell ermittelter maximaler Motordrehmomentwert als nachgeführter Drehmomentenwert verwendet werden. Dazu wird z.B. der Spitzenwert des aktuellen Motordrehmoments bzw. des Drehmoments der Antriebseinheit während der Oszillationen im Drehzahlbegrenzungsbetrieb erfasst, gefiltert und dieser gefilterte Wert als Drehmomentenwert der Antriebseinheit bzw. des Motors verwendet, um darauf die Berechnung zur Drehmomentnachführung zu basieren.
Bei aktiver Drehzahlbegrenzung und somit geänderter Kupplungssteuerungsstrategie wird kontinuierlich überwacht, ob die Drehzahlbegrenzung noch aktiv ist. Sobald die Drehzahlbegrenzung der Antriebseinheit wieder deaktiviert ist, kann wieder die normale Drehmomentennachführungsstrategie für die Kupplungssteuerung verwendet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Blockschaltbild der Kupplungssteuerungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt; und
2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform der Kupplungssteuerung darstellt.
Der in 1 gezeigte Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs weist einen Motor als Antriebseinheit, beispielsweise eine Brennkraftmaschine 2 auf, die über eine Kupplung 4 mit einem Getriebe, vorzugsweise einem Parallelschaltgetriebe 6 oder einem anderen automatisierten Schaltgetriebe (ASG) verbunden ist. Das Getriebe treibt über eine Kardanwelle 8 und ein Differential die Hinterräder 12 des Fahrzeugs an. Zur Abbremsung des Fahrzeugs ist eine Bremsanlage 14 mit einem Bremsgerät 16 vorgesehen, das über ein Bremspedal 18 betätigt wird. Wenngleich nur die Verbindung vom Bremsgerät zu dem linken Vorderrad dargestellt ist, versteht sich, dass das Bremsgerät 16 mit allen Rädern des Kraftfahrzeugs zusammenwirkt.
Zur Steuerung der Last der Brennkraftmaschine 2 dient ein Fahrpedal 19, das eine Drosselklappe 21 ansteuert. Das Getriebe 6 wird mittels eines Schalthebels 23 geschaltet. Die Kupplung 4 ist automatisiert und wird von einer Betätigungseinheit, wie z.B. von einem Aktor 25, über einen Geberzylinder 27 und Nehmerzylinder 29 betätigt.
Der Aktor 25 wird von einer Steuereinheit, wie z.B. einem elektronischen Steuergerät 31 aus angesteuert, das einen Mikroprozessor enthält und Daten von beispielsweise einem Sensor 32 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine, einem Sensor 34 zur Erfassung der Raddrehzahl des Fahrzeugs, einem Sensor 36 zur Erfassung eines Schaltwunschs durch Betätigung des Ganghebels 23, einem Sensor 38 zur Erfassung der Stellung der Kupplung 4, einem Sensor 40 für die Stellung des Aktors 25, einem Sensor 42 zur Erfassung der Kühlwassertemperatur, einem Sensor 44 zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft erhält.
Das Steuergerät 31 führt anhand der Signale von beispielsweise dem Sensor 32 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen Drehzahlbegrenzungsbetrieb für die Antriebseinheit aus. Insbesondere stellt das Steuergerät 31 sicher, dass die Drehzahl der Motorausgangswelle nicht über einen von der Drehzahlbegrenzung vorgegebenen Wert steigt, wobei bei Erreichen eines oberen Grenzwerts zur Aktivierung der Drehzahlbegrenzung das Steuergerät 31 ein Signal zum Aussetzen des Motordrehmoments gibt, was dazu führt, dass das Motordrehmoment abfällt auf nahezu 0 Nm. Dies wiederum bringt es mit sich, dass die Motorgeschwindigkeit, das heißt die Geschwindigkeit der Ausgangswelle des Motors 2, abfällt. Wenn die Geschwindigkeit der Ausgangswelle des Motors 2 einen vorgegebenen unteren Schwellenwert erreicht, der wiederum durch den Drehzahlsensor 32 erfasst wird, führt das Steuergerät 31 eine Verarbeitung aus und gibt Signale an den Motor 2 aus, dass das Drehmoment erneut angelegt wird. Somit wird die Ausgangswelle des Motors 2 wieder beschleunigt.
Somit kann das Steuergerät 31 bestimmen, ob eine Drehzahlbegrenzung der Antriebseinheit, das heißt des Motors 2, aktiv ist oder nicht. Vorzugsweise wird auf eine aktive Drehzahlbegrenzung geschlossen, sobald die Geschwindigkeit der Motorausgangswelle über einem vorgegebenen, fest eingestellten Wert ist, der etwas kleiner als die untere erreichte Drehzahl im Drehzahlbegrenzungsbetrieb mit fluktuierendem Motormoment ist. Dies entspricht Schritt S10 in 2, die den Verfahrensablauf für die Kupplungssteuerung darstellt.
Solange eine solche aktive Drehzahlbegrenzung nicht erfasst wird, steuert das Steuergerät 31 die Kupplung 4 derart, dass das Kupplungsdrehmoment mit einem Versatz dem Ausgangsdrehmoment des Motors folgt (Schritt S11), was den Grund hat, dass die Antwortzeit für Hochschaltvorgänge und ähnliches verringert werden kann, da die Drehmomente auf ähnlichem Niveau sind. Wenn durch direkte Aktivierung der Drehzahlbegrenzung des Motors 2 durch das Steuergerät 31 oder durch ein anderes Kriterium zum Erfassen einer aktiven Drehzahlbegrenzung bzw. einer unmittelbar bevorstehenden Aktivierung der Drehzahlbegrenzung erkannt wird, dass die Möglichkeit besteht, dass die Kupplungssteuerung mittels der Drehmomentnachführungsstrategie dazu führt, dass das Kupplungsstellglied in einen fluktuierenden Betrieb mit hochfrequenten Oszillationen gerät, entscheidet das erfindungsgemäße Verfahren, das durch das Steuergerät 31 implementiert ist, in Schritt S10 eine spezielle Steuerstrategie für den Drehzahlbegrenzungsbetrieb einzusetzen. Das Auslösekriterium für die aktive Drehzahlbegrenzung ist vorzugsweise als Drehzahl der Motorausgangswelle bestimmt, wobei die kritische Drehzahl, die eine veränderte Steuerstrategie für die Kupplungssteuerung auslöst, als eine Drehzahl gewählt ist, die unter der im Drehzahlbegrenzungsbetrieb durch die Oszillationen erreichten unteren Drehzahlgrenze liegt. Wenn die Drehzahlbegrenzung nach einem der genannten Kriterien oder einem entsprechenden Kriterium als aktiv angesehen wird, lässt das Steuergerät 31 die Drehmomentnachführungsstrategie gemäß Schritt S11 unberücksichtigt und verwendet eine spezielle Drehmomentenstrategie für die Kupplungssteuerung während des Drehzahlbegrenzungsbetriebs entsprechend Schritt S12 in 2. Möglichkeiten dafür sind die Drehmomentennachführung vollständig abzuschalten oder die Drehmomentennachführung mit Hilfe eines im voraus bestimmten festen und angenommenen Ausgangsdrehmomentenwert der Motorausgangswelle durchzuführen, das heißt anhand dieses fiktiven Moments das Kupplungsdrehmoment zu berechnen.
Nach einer besonders bevorzugten Alternative wird während des aktiven Drehzahlbegrenzungsbetriebs das maximale aktuelle Motordrehmoment bestimmt und gefiltert und dieses maximale Motordrehmoment als fester Wert für die Berechnung zur Drehmomentennachfüührung für das Kupplungsdrehmoment verwendet.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung liegt darin, die Drehmomentennachführungsstrategie auch in nicht fehlerbehafteten Betriebszuständen des Fahrzeugs außer Kraft zu setzen, insbesondere dann, wenn eine Drehzahlbegrenzung der Antriebseinheit aktiv ist.

2: Brennkraftmaschine
4: Kupplung
6: Getriebe
8: Kardanwelle
12: Hinterräder
14: Bremsanlage
16: Bremsgerät
18: Bremspedal
19: Fahrpedal
21: Drosselklappe
23: Schalthebel
25: Aktor
27: Geberzylinder
29: Nehmerzylinder
31: Steuergerät
32: Sensor
34: Sensor
36: Sensor
38: Sensor
40: Sensor
42: Sensor
44: Sensor

Claims

Verfahren zur Kupplungssteuerung einer zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs enthaltenen Kupplung, wobei die Kupplung mittels einer Drehmomentennachführungsstrategie gesteuert ist, enthaltend die Schritte: (a) Bestimmen, ob eine Drehzahlbegrenzung der Antriebseinheit aktiv ist; (b) Wenn in Schritt (a) bestimmt ist, dass die Drehzahlbegrenzung nicht aktiv ist, Verwenden der Drehmomentennachführungsstrategie für die Kupplungssteuerung; (c) Wenn in Schritt (a) bestimmt ist, dass die Drehzahlbegrenzung aktiv ist, Aussetzen der Drehmomentennachführungsstrategie und Verwenden einer speziellen Drehmomentenstrategie für die Kupplungssteuerung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (a) eine aktive Drehzahlbegrenzung angenommen wird, wenn die Geschwindigkeit der Antriebseinheit eines Fahrzeugs einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert eine Drehzahl ist, die unter einer unteren Drehzahlgrenze während eines Drehzahlbegrenzungsbetriebs des Antriebs mit Drehzahloszillationen liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) keine Drehmomentennachführung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) ein festgelegter Kupplungsmomentenwert als Ausgangswert für die Berechnung des nachgeführten Drehmoments verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) der maximale Motordrehmomentwert während des Drehzahlbegrenzungsbetriebs als Ausgangswert für die Berechnung des nachgeführten Drehmoments verwendet wird.
Vorrichtung zur Steuerung einer Kupplung, die zwischen einem Motor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs ist, enthaltend eine Steuerung, die dazu angepasst und programmiert ist, die Verfahrensschritte nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.