DE102008032475A1

DE102008032475A1 - Verfahren zum Kalibrieren einer Kupplungseinheit

Info

Publication number: DE102008032475A1
Application number: DE102008032475A
Authority: DE
Inventors: Ender Ergun
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-01-14
Also published as: KR101581904B1; KR20100007783A

Abstract

Eine Kupplungseinheit umfasst eine Reibungskupplung zum steuerbaren Übertragen eines Drehmoments von einem Eingangselement auf ein Ausgangselement und einen Aktuator zum Betätigen der Reibungskupplung. Die Kupplungseinheit wird auf Basis einer vorgegebenen Kennlinie gesteuert, welche eine vorgegebene Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von einer Aktuatorsteuergröße beschreibt. Zum Kalibrieren der Kupplungseinheit wird eine tatsächliche Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße ermittelt. Die vorgegebene Kennlinie wird in wenigstens zwei Kennlinienabschnitte unterteilt und an die tatsächliche Abhängigkeit angepasst, indem ein jeweiliger Steigungskorrekturwert der Kennlinie für jeden der Kennlinienabschnitte ermittelt wird, um eine angepasste Kennlinie zu erhalten. Die Steigungskorrekturwerte werden der Kupplungseinheit zugeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kupplungseinheit für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplungseinheit zumindest eine Reibungskupplung zum steuerbaren Übertragen eines Drehmoments von einem Eingangselement auf ein Ausgangselement und einen Aktuator zum Betätigen der Reibungskupplung aufweist, und wobei die Kupplungseinheit auf Basis einer vorgegebenen Kennlinie gesteuert wird, welche eine vorgegebene Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von einer Aktuatorsteuergröße beschreibt.
Eine derartige Kupplungseinheit dient beispielsweise in einem Verteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs mit Allradantrieb zum steuerbaren Übertragen eines Antriebsmoments auf eine Primärachse und/oder eine Sekundärachse des Kraftfahrzeugs. Bei einem so genannten ”torque an demand”-Verteilergetriebe sind die Räder der Primärachse permanent angetrieben, während mittels der genannten Kupplungseinheit ein Teil des Antriebsmoments wahlweise auf die Räder der Sekundärachse übertragen werden kann. Das Verteilergetriebe kann auch als steuerbares Mittendifferential ausgebildet sein, bei dem die Kupplungseinheit einer Differentialsperre zugeordnet ist, um die Verteilung des Antriebsmoments in Längsrichtung des Fahrzeugs einzustellen. Eine Kupplungseinheit der genannten Art kann auch in einer Drehmomentübertragungsanordnung Anwendung finden, die in einem Kraftfahrzeug mit permanent angetriebener Vorderachse die Übertragung eines Teils des Antriebsmoments auf die Hinterachse erlaubt, wobei die Einheit beispielsweise am Vorderachsdifferential oder am Hinterachsdifferential angeordnet ist. Derartige unterschiedliche Anwendungen und Anordnungen sind aus der US 7,111,716 B2 bekannt.
Eine Kupplungseinheit der eingangs genannten Art kann auch in Querrichtung des Kraftfahrzeugs wirken, beispielsweise für eine Differentialsperre eines Achsdifferentials oder in einer Drehmomentüberlagerungsanordnung eines Achsdifferentials (so genanntes ”torque vectoring”). In sämtlichen der vorgenannten Fälle kann die Kupplungseinheit ein rotierendes Eingangselement (z. B. Eingangswelle) und ein rotierendes Ausgangselement (z. B. Ausgangswelle) reibschlüssig miteinander verbinden, insbesondere um ein Antriebsmoment zu übertragen. Alternativ hierzu kann die Kupplungseinheit als Bremse konfiguriert sein, mit einem feststehenden Eingangselement oder einem feststehenden Ausgangselement, insbesondere um ein Bremsmoment zu übertragen.
In den vorgenannten Anwendungen der Kupplungseinheit ist die Kupplungseinheit bezüglich der Kraftflussrichtung hinter dem Hauptgetriebe des Antriebsstrangs (d. h. hinter dem manuellen oder automatischen Schaltgetriebe oder CVT-Getriebe) angeordnet. Das Kupplungsmoment – also das von der Reibungskupplung übertragene Drehmoment – wird üblicherweise in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrsituation variabel eingestellt. Je nach den fahrdynamischen Erfordernissen, die beispielsweise von der Fahrsituation oder von Umgebungseinflüssen abhängen können (z. B. glatte Fahrbahnoberfläche mit auftretendem Schlupf der Antriebsräder), erfolgt also eine Änderung des von der Kupplungseinheit zu übertragenden Drehmoments. Hierfür ist nicht nur ein gesteuertes Einrücken der Reibungskupplung erforderlich, sondern oftmals auch ein längerer Betrieb mit genau eingestelltem Kupplungsmoment.
Die Kupplungseinheit umfasst eine Reibungskupplung und einen Aktuator zum Betätigen der Reibungskupplung. Die Reibungskupplung ist typischerweise eine Lamellenkupplung, d. h. eine Mehrscheibenkupplung. Der Aktuator kann einen Elektromotor aufweisen. Zusätzlich kann der Aktuator eine Getriebeeinrichtung zum Übersetzen einer Drehbewegung einer Motorwelle des Elektromotors ins Langsame umfassen. Außerdem kann der Aktuator eine Umlenkeinrichtung aufweisen, die eine Drehbewegung des Aktuators (z. B. Motorwelle oder Getriebeelement) in eine translatorische Bewegung der Reibungskupplung (z. B. Anpresskolben) umlenkt. Alternativ kann beispielsweise jedoch auch ein elektromagnetischer, ein hydraulischer oder ein elektrohydraulischer Aktuator vorgesehen sein.
Eine Kupplungseinheit der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum Kalibrieren einer solchen Kupplungseinheit sind aus der WO 2003/025422 A1 (entsprechend US 7,032,733 B2 ) bekannt, deren Inhalt ausdrücklich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. Wie in der WO 2003/025422 A1 genauer beschrieben ist, muss zum Einstellen eines bestimmten erwünschten Kupplungsmoments nicht notwendigerweise eine direkte Drehmomentregelung vorgesehen sein (mit dem gemessenen tatsächlichen Kupplungsmoment als Regelgröße). Sondern infolge einer entsprechenden Kalibrierung der Kupplungseinheit kann die Steuerung der Reibungskupplung auf dem Umweg über eine Positionsregelung des Aktuators erfolgen. Zum Einstellen des gewünschten zu übertragenden Drehmoments wird also beispielsweise der Drehwinkel des Elektromotors oder eine sonstige Positionsgröße des Aktuators als Regelgröße herangezogen und auf einen Wert eingestellt, welcher dem gewünschten Kupplungsmoment entspricht. Hierfür wird empirisch eine Kupplungsmoment/Aktuatorposition-Abhängigkeit ermittelt, die als Kennlinie beispielsweise in Form einer Tabelle (look up table, LUT) oder einer Funktion (also einer Rechenvorschrift) abgelegt wird. Anhand dieser Abhängigkeit wird somit für eine bestimmte Drehmomentanforderung der entsprechende Sollwert der betreffenden Positionsgröße des Aktuators (z. B. Drehwinkel) bestimmt und eingeregelt. Diese Kennlinie kann für jede Kupplungseinheit bzw. Drehmomentübertragungsanordnung werksseitig (end of line) individuell ermittelt werden.
Hierbei kommt es darauf an, die durch die Kennlinie beschriebene Kupplungsmoment/Aktuatorsteuergröße-Abhängigkeit in möglichst genaue Übereinstimmung mit der tatsächlichen Kupplungsmoment/Aktuatorsteuergröße-Abhängigkeit zu bringen. Im Prinzip kann dies dadurch erfolgen, dass der Verlauf der Kennlinie für jede einzelne Kupplungseinheit gemäß der tatsächlichen Kupplungsmoment/Aktuatorsteuergröße-Abhängigkeit festgelegt und gespeichert wird. Dies ist jedoch mit einem hohen Berechnungsaufwand und Speicherbedarf verbunden. Da die Unterschiede in der Kupplungscharakteristik zwischen den Kupplungseinheiten einer Serie üblicherweise nur relativ gering sind, kann daher so vorgegangen werden, dass keine komplette Kennlinie erstellt wird, sondern eine für sämtliche Kupplungseinheiten desselben Bautyps einheitlich vorgegebene Kennlinie (Basiskennlinie) in geeigneter Weise modifiziert wird. Beispielsweise kann die Steigung der Kennlinie modifiziert werden, wobei dann lediglich ein einzelner Wert für die modifizierte Steigung der Kupplungseinheit zugeordnet und entsprechend gespeichert wird.
Zur weiteren Verringerung der Speicheranforderungen kann jede Kupplungseinheit gemäß dem ermittelten Wert für die Modifizierung in eine von mehreren diskreten Klassen eingeteilt werden. Ein derartiger Vorgang wird als Klassierung bezeichnet. Die ermittelte Steigung oder ein entsprechender Korrekturwert kann beispielsweise in einem nichtflüchtigen Speicher in der Kupplungseinheit abgelegt werden. Alternativ kann die Klassierung auch mittels einer elektrischen Schaltungsanordnung durchgeführt wer den, welche der jeweiligen Kupplungseinheit zugeordnet wird. Zum Beispiel kann die Kupplungseinheit mit einem Kodierstecker versehen werden, dessen Beschaltung mit dem Korrekturwert in Zusammenhang steht. Ein derartiger Kodierstecker ist beispielsweise in der WO 2005/009797 A1 (entsprechend US 7,129,716 B2 ) offenbart.
Eine Klassierung mittels Modifizierung einer vorgegebenen Basiskennlinie kann jedoch in verschiedenen Anwendungsfällen zu grob und ungenau sein. Insbesondere kann es bei ausgeprägten Abweichungen der tatsächlichen Kupplungsmoment/Aktuatorsteuergröße-Abhängigkeit von der Basiskennlinie dazu kommen, dass die vorhandenen Diskrepanzen durch eine Änderung der Kennliniensteigung nicht in ausreichendem Maße beseitigt werden können, so dass eine geforderte Stellgenauigkeit der Kupplungseinheit nicht erreicht wird.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, die Kalibrierung von Kupplungseinheiten der genannten Art derart zu verbessern, dass die Stellgenauigkeit gesteigert wird, ohne dass ein übermäßig erhöhter Berechnungs- und Speicheraufwand anfällt.
Diese Aufgabe wird durch ein Kalibrierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere durch die folgenden Schritte:

– Ermitteln einer tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße;
– Unterteilen der vorgegebenen Kennlinie in wenigstens zwei Kennlinienabschnitte;
– Anpassen der vorgegebenen Kennlinie an die tatsächliche Abhängigkeit, indem ein jeweiliger Steigungskorrekturwert der Kennlinie für jeden der Kennlinienabschnitte ermittelt wird, um eine angepasste Kennlinie zu erhalten; und
– Zuordnen der Steigungskorrekturwerte zu der Kupplungseinheit.

Erfindungsgemäß wird also anhand der ermittelten tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße die Steigung der Kennlinie abschnittsweise modifiziert, sodass für bestimmte Bereiche mit einheitlicher Abweichung von der tatsächlichen Kupplungsmoment/Aktuatorsteuergröße-Abhängigkeit eine separate Anpassung möglich ist. Dies ermöglicht eine genauere Abbildung der tatsächlichen Gegebenheiten durch die Kennlinie, wobei jedoch der Speicherplatzbedarf nur geringfügig erhöht wird.
Bei der werksseitigen Ermittlung der individuellen Kennlinie einer Kupplungseinheit kann es beispielsweise vorkommen, dass die Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße im Bereich hoher Kupplungsmomente weitgehend dem Verlauf der vorgegebenen Kennlinie folgt, während im Bereich geringer Kupplungsmomente eine deutliche Abweichung auftritt. Eine derartige Situation ist erfindungsgemäß leicht zu handhaben, indem die Steigung der vorgegebenen Kennlinie im Bereich hoher Kupplungsmomente nur in geringem Maße oder überhaupt nicht modifiziert wird, während die Steigung der vorgegebenen Kennlinie im Bereich geringer Kupplungsmomente relativ stark modifiziert wird. Die angepasste Kennlinie ist dann wesentlich genauer auf die tatsächliche Kupplungsmoment/Aktuatorsteuergröße-Abhängigkeit abgestimmt als es durch eine einheitliche Steigungsmodifizierung möglich wäre. Dennoch ergeben sich keine Speicherplatzprobleme, da die angepasste Kennlinie auf einer Basiskennlinie basiert und lediglich beispielsweise zwei Steigungskorrekturwerte zu ermitteln und der Kupplungseinheit zuzuordnen sind.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es somit möglich, eine hohe Stellgenauigkeit der zu kalibrierenden Kupplungseinheit über den gesamten Betriebsbereich zu erreichen.
Bei der genannten Aktuatorsteuergröße handelt es sich insbesondere um eine Aktuatorpositionsgröße (z. B. Drehwinkel). Alternativ kann die Aktuatorsteuergröße beispielsweise durch einen hydraulischen Druck repräsentiert sein.
Die ermittelten Steigungskorrekturwerte können der Kupplungseinheit insbesondere als Korrekturfaktoren für die vorgegebene Kennlinie zugeordnet werden. Die Steigung der Kennlinie im jeweiligen Abschnitt ist dann beispielsweise einfach mit dem zugehörigen Korrekturfaktor zu multiplizieren, um die angepasste Kennlinie zu erhalten.
Vorzugsweise werden die Steigungskorrekturwerte für die einzelnen Kennlinienabschnitte derart ermittelt, dass die angepasste Kennlinie einen stetigen Verlauf aufweist. Dadurch werden unerwünschte abrupte Steuerungsvorgänge während des Betriebs der Kupplungseinheit vermieden.
Die vorgegebene Kennlinie – also die vorgenannte Basiskennlinie – ist bevorzugt in einer Steuereinrichtung gespeichert, die mit der Kupplungseinheit verbunden wird, wobei die ermittelten Steigungskorrekturwerte in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden, welcher der Steuereinrichtung zugeordnet ist oder wird. Die Zuordnung kann beispielsweise mittels einer elektrischen Verbindung erfolgen. In vorteilhafter Weise ist somit die vorgegebene Kennlinie, welche für alle Kupplungseinheiten eines bestimmten Bautyps gleich ist, in der Steuereinrichtung abgespeichert, sodass die Steuereinrichtungen getrennt von den Kupplungseinheiten einheitlich gefertigt werden können. Die Steigungskorrekturwerte, welche die individuelle Kalibrierinformation tragen, werden in einem separaten Speicher abgelegt, der bei fertig montierter Kupplungseinheit durch die Steuereinrichtung auslesbar ist. Da dieser Speicher nur einzelne Korrekturwerte fassen muss, kann er entsprechend klein ausgelegt sein.
Beispielsweise kann ein nichtflüchtiger Speicher innerhalb der als ein Anbaugerät ausgebildeten Steuereinrichtung vorgesehen sein. Der nichtflüchtige Speicher kann auch dafür ausgelegt sein, weitere Parametersätze in Bezug auf die Korrektur aufzunehmen, z. B. einen Offsetkorrekturwert, die Anzahl der Kennlinienabschnitte oder deren Lage, wie nachstehend beschrieben. Alternativ kann der Kupplungseinheit ein fest verschalteter Kodierstecker zugeordnet werden, dessen Verschaltung mit den Steigungskorrekturwerten in einem vorbestimmten Zusammenhang steht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der jeweilige Steigungskorrekturwert (oder auch der nachstehend noch erläuterte Offsetkorrekturwert) aus einer Gruppe von mehreren vorgegebenen Klassenwerten ausgewählt werden. Mit anderen Worten können mehrere mögliche Klassen von verschiedenen Steigungskorrekturwerten (und/oder Offsetkorrekturwerten) festgelegt sein, von denen für jeden Kennlinienabschnitt einer anhand der ermittelten tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße ausgewählt wird. Hierdurch kann der Speicherbedarf noch weiter verringert werden.
Die Anzahl der Kennlinienabschnitte kann ebenfalls anhand der ermittelten tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße festgelegt und der Kupplungseinheit als angepasste Abschnittsanzahl zugeordnet werden. Dies ermöglicht eine besonders effektive Anpassung der Kennlinie, da beispielsweise bei einer geringen oder relativ einheitlichen Abweichung der Kupplungscharakteristik von der vorgegebenen Kennlinie auf eine unnötig starke Unterteilung verzichtet werden kann. Bei einem einzelnen „Knick” kann es z. B. ausreichend sein, die vorgegebene Kennlinie lediglich an der Knickstelle in zwei Abschnitte zu unterteilen. Alternativ kann die Anzahl der Kennlinienabschnitte auch fest vorgegeben sein, um den Berechnungsaufwand zu minimieren.
In ähnlicher Weise kann alternativ oder zusätzlich die jeweilige Lage der Grenzen der Kennlinienabschnitte anhand der ermittelten tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße festgelegt und der Kupplungseinheit als angepasste Abschnittsgrenzen zugeordnet werden. Dies ermöglicht eine individuelle Abschnittseinteilung für jede hergestellte Kupplungseinheit. Die Abschnittsgrenzen können alternativ auch fest vorgegeben sein, um den Berechnungsaufwand zu minimieren. Beispielsweise kann eine äquidistante Unterteilung der Kennlinie vorgesehen sein. Grundsätzlich kann die Unterteilung je nach Anwendungsfall entlang der Kupplungsmoment-Achse oder entlang der Aktuatorsteuergröße-Achse erfolgen.
Anhand der ermittelten tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße kann zusätzlich auch ein Offsetkorrekturwert der vorgegebenen Kennlinie festgelegt werden. Dies steigert die Genauigkeit der Anpassung weiter, da die Kennlinie nicht nur in ihrer Steigung verändert werden kann, sondern auch insgesamt entlang einer Koordinatenachse verschoben werden kann. Die Festlegung des Offsetkorrekturwerts kann vor oder nach dem Ermitteln der Steigungskorrekturwerte erfolgen.
Vorzugsweise wird der Offsetkorrekturwert für die gesamte Kennlinie einheitlich festgelegt. Dadurch kann die abschnittsweise Anpassung der Kennlinie unter der Nebenbedingung eines stetigen Kennlinienverlaufs erreicht werden.
Die vorgegebene Kennlinie, also die genannte Basiskennlinie, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch eine Vielzahl von Wertepaaren festgelegt, wobei jedem Kennlinienabschnitt wenigstens drei Wertepaare zugeordnet sind. Hierdurch ist die Basiskennlinie mit hoher Genauigkeit festgelegt. Bei der individuellen Anpassung der Kennlinie erfolgt für jeden Kennlinienabschnitt letztlich eine Krümmungsverformung der mit hoher Genauigkeit festgelegten Basiskennlinie. Es ist somit nicht erforderlich, eine angepasste Kennlinie (mit der entsprechenden Anzahl von Wertepaaren) für jede Kupplungseinheit vollständig neu abzuspeichern. Gegenüber einer abschnittsweise erfolgenden Linearisierung der Kennlinie bietet die Verwendung der erläuterten Steigungskorrekturwerte den Vorteil einer genaueren Anpassung an die tatsächliche Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße.
Das Ermitteln der tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße kann erfolgen, indem der Aktuator auf wenigstens zwei voneinander verschiedene Werte der Aktuatorsteuergröße eingestellt wird und das jeweils übertragene Kupplungsmoment messtechnisch erfasst wird. Vor der Auslieferung wird eine hergestellte Kupplungseinheit üblicherweise an einem Prüfstand vermessen. Dabei kann eine Vielzahl von Wertepaaren von Aktuatorsteuergröße und zugehörigem Kupplungsmoment ermittelt werden, welche die tatsächliche Kupplungscharakteristik angibt. Je mehr Wertepaare ermittelt werden, umso genauer kann die Abschnittseinteilung und die Steigungskorrektur erfolgen. Anders als während des regulären Betriebs der Kupplungseinheit stellt es im Rahmen der einmaligen werkseitigen Kennlinienbestimmung kein Problem dar, das übertragene Kupplungsmoment direkt und mit hoher Genauigkeit zu messen.
Vorzugsweise wird die Kennlinie in wenigstens drei Kennlinienabschnitte unterteilt, um eine ausreichend genaue Kennlinienanpassung zu ermöglichen.
Die Unterteilung der vorgegebenen Kennlinie in die einzelnen Abschnitte richtet sich nach den jeweiligen Vorgaben in Bezug auf die erwartete Variabilität der Momentenabhängigkeit und kann insbesondere auf empirischen Erkenntnissen beruhen. Beispielsweise entspricht ein erster Kennlinienabschnitt einem Kupplungsmoment von 0 Nm bis 100 Nm, ein weiterer Kennlinienabschnitt entspricht einem Kupplungsmoment zwischen 100 Nm und 400 Nm, und ein weiterer Kennlinienabschnitt entspricht einem Kupplungsmoment zwischen 400 Nm und 750 Nm.
Die erfindungsgemäße Kupplungseinheit bzw. Drehmomentübertragungsanordnung kann in unterschiedlichen Anordnungen verwendet werden, um entlang eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ein Drehmoment zu übertragen, wie eingangs erläutert wurde. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen lediglich beispielhaft im Zusammenhang mit einem ”torque an demand”-Verteilergetriebe erläutert.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Verteilergetriebes.
3 zeigt eine Querschnittsansicht des Verteilergetriebes gemäß 2.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines Kupplungsaktuators.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Klassierverfahrens.
6 zeigt beispielhaft eine vorgegebene und eine angepasste Kennlinie zur Beschreibung einer Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von einer Aktuatorsteuergröße.
1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit zuschaltbarem Allradantrieb. Das von einem Verbrennungsmotor 11 erzeugte Antriebsmoment wird über ein Hauptgetriebe 13 (manuelles Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe) einem Verteilergetriebe 15 zugeführt. Ein erster Ausgang des Verteilergetriebes 15 ist über eine Kardanwelle 17 mit einem Hinterachs-Differentialgetriebe 19 gekoppelt. Hierdurch werden die Räder 21 der Hinterachse 23 permanent angetrieben. Die Hinterachse 23 bildet somit die Primärachse des Fahrzeugs. Ein zweiter Ausgang des Verteilergetriebes 15 ist über eine Kardanwelle 25 mit einem Vorderachs-Differentialgetriebe 27 gekoppelt. Hierdurch kann ein Teil des Antriebsmoments des Verbrennungsmotors 11 wahlweise auf die Räder 29 der Vorderachse 31 übertragen werden. Die Vorderachse 31 bildet somit die Sekundärachse des Fahrzeugs.
Ferner ist in 1 eine Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 gezeigt. Diese ist mit Raddrehzahl-Sensoren 35, 37 verbunden, die den Rädern 21 der Hinterachse 23 bzw. den Rädern 29 der Vorderachse 31 zugeordnet sind.
Die Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 ist auch noch mit weiteren Sensoren 39 verbunden, beispielsweise einem Gierraten-Sensor. In Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren 35, 37, 39 erzeugt die Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 ein Steuersignal, welches einer Steuereinrichtung (in 1 nicht gezeigt) des Verteilergetriebes 15 zugeführt wird, um hierdurch eine bestimmte Verteilung des Antriebsmoments zwischen den beiden Achsen 23, 31 des Fahrzeugs einzustellen. Bei dem genannten Steuersignal handelt es sich insbesondere um einen Sollwert eines Kupplungsmoments, d. h. um eine Drehmomentanforderung für eine Kupplungseinheit des Verteilergetriebes 15.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Verteilergetriebes 15 gemäß 1. Das Verteilergetriebe 15 besitzt eine Eingangswelle 41, eine erste Ausgangswelle 43 und eine zweite Ausgangswelle 45. Die erste Ausgangswelle 43 ist koaxial zu der Eingangswelle 41 und mit dieser drehfest – vorzugsweise einstückig – ausgebildet. Die zweite Ausgangswelle 45 ist parallel versetzt zu der Eingangswelle 41 angeordnet.
Das Verteilergetriebe 15 besitzt eine Kupplungseinheit 47 mit einer Reibungskupplung 49 und einem Aktuator 51. Die Reibungskupplung 49 weist eine Kupplungskorb 53 auf, der drehfest mit der Eingangswelle 41 und der ersten Ausgangswelle 43 verbunden ist und mehrere Kupplungslamellen trägt. Ferner besitzt die Reibungskupplung 49 eine drehbar gelagerte Kupplungsnabe 55, die ebenfalls mehrere Kupplungslamellen trägt, welche in einer alternierenden Anordnung in die Lamellen des Kupplungskorbs 53 eingreifen. Die Kupplungsnabe 55 ist drehfest mit einem Antriebszahnrad 57 eines Kettentriebs 59 verbunden. Ein Abtriebszahnrad 61 des Kettentriebs 59 ist drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 45 verbunden. Anstelle des Kettentriebs 59 kann ein Rädertrieb vorgesehen sein, beispielsweise mit einem Zwischenzahnrad zwischen den genannten Zahnrädern 57, 61.
Durch Betätigung des Aktuators 51 im Einrücksinn der Reibungskupplung 49 kann ein zunehmender Anteil des über die Eingangswelle 41 in das Verteilergetriebe 15 eingeleiteten Antriebsmoments auf die zweite Ausgangswelle 45 übertragen werden.
3 zeigt Einzelheiten des Verteilergetriebes 15 gemäß 2 in einer Querschnittsansicht. Insbesondere ist ersichtlich, dass der Aktuator 51 einen Stützring 63 und einen Stellring 65 aufweist, die bezüglich der Rotationsachse A der Eingangswelle 41 und der ersten Ausgangswelle 43 drehbar gelagert sind. Der Stützring 63 ist über ein Axiallager an dem Antriebszahnrad 57 axial abgestützt. Der Verstellring 65 ist hingegen axial verschieblich gelagert. An den einander zugewandten Seiten besitzen der Stützring 63 und der Verstellring 65 jeweils mehrere Kugelrillen 67 bzw. 69. Diese verlaufen bezüglich der Achse A in Umfangsrichtung und sind bezüglich einer Normalebene zu der Achse A in Umfangsrichtung rampenartig geneigt, d. h. die Kugelrillen 67, 69 besitzen in Umfangsrichtung eine variierende Tiefe. Jeweils eine Kugelrille 67 des Stützrings 63 und eine Kugelrille 69 des Verstellrings 65 stehen einander gegenüber und umschließen hierbei eine zugeordnete Kugel 71. Durch Verdrehen des Stützrings 63 und des Verstellrings 65 relativ zueinander kann somit ein axiales Verschieben des Verstellrings 65 bewirkt werden, wobei der Verstellring 65 über ein Axiallager mit einem Andruckring 73 der Reibungskupplung 49 zusammenwirkt. Der Andruckring 73 ist mittels einer Tellerfederanordnung 75 in Ausrückrichtung der Reibungskupplung 49 vorgespannt.
An dem Stützring 63 und an dem Verstellring 65 ist ein jeweiliger Betätigungshebel 77 bzw. 79 angeformt. An dem freien Ende eines jeden Hebels 77, 79 ist eine jeweilige Rolle 81 bzw. 83 drehbar gelagert. Über die Rollen 81, 83 wirken die Betätigungshebel 77, 79 mit den beiden Stirnseiten 85, 87 einer Steuerscheibe 89 zusammen, die bezüglich einer Achse C drehbar ist. Die Stirnseiten 85, 87 besitzen bezüglich einer Normalebene zu der Achse C einen in Umfangsrichtung geneigten Verlauf, d. h. die Steuerscheibe 89 ist im Querschnitt keilförmig ausgebildet. Durch Verdrehen der Steuerscheibe 89 können die Betätigungshebel 77, 79 somit scherenartig bewegt werden, um den Stützring 63 und den Stellring 65 relativ zueinander zu verdrehen. Die Steuerscheibe 89 besitzt einen angeformten Steckverzahnungsansatz 91. Über diesen kann die Steuerscheibe 89 mit einem Elektromotor und einem zugeordneten Untersetzungsgetriebe antriebswirksam verbunden sein (in 3 nicht gezeigt).
Somit kann durch entsprechende Ansteuerung des genannten Elektromotors die Steuerscheibe 89 zu einer Drehbewegung angetrieben werden, um hierdurch die Betätigungshebel 77, 79 relativ zueinander zu verschwenken. Die hierdurch verursachte Verdrehung des Stützrings 63 und des Verstellrings 65 relativ zueinander bewirkt eine axiale Bewegung des Verstellrings 65. Der Andruckring 73 bewirkt somit ein Einrücken der Reibungskupplung 49 oder – unterstützt von der Tellerfederanordnung 75 – ein Ausrücken der Reibungskupplung 49.
4 zeigt den Aktuator 51 gemäß 2 und 3 in einer schematischen Ansicht. Der Aktuator 51 besitzt einen steuerbaren Elektromotor 93 mit einer Ankerwelle 95, ein Untersetzungsgetriebe 97 mit einer Schnecke 99 und einem Schneckenrad 101, sowie eine Umlenkeinrichtung 103. Mittels der Umlenkeinrichtung 103 wird eine Drehbewegung einer Ausgangswelle 105 des Untersetzungsgetriebes 97 in eine translatorische, d. h. geradlinige Bewegung des Andruckrings 73 (3) umgesetzt. Die Umlenkeinrichtung 103 umfasst die Steuerscheibe 89 sowie den Stützring 63 und den Verstellring 65 mit den Betätigungshebeln 77, 79 und den Kugeln 71 gemäß 3. An der Ankerwelle 95 des Elektromotors 93 ist ein Sensor 107 angeordnet, der beispielsweise als ein Inkrementalgeber ausgebildet ist. Wie in 4 gezeigt ist, kann der Sensor 107 alternativ auch als Sensor 107' an der Ausgangswelle 105 angeordnet sein.
Der Sensor 107 erzeugt ein Signal, das einem Aktuatorpositionswert entspricht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies der Drehwinkel-Istwert α' der Ankerwelle 95. Dieses Signal α' wird einer Steuereinrichtung 109 des Verteilergetriebes 15 zugeführt. Von der Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 des Kraftfahrzeugs (1) erhält die Steuereinrichtung 109 auch eine Drehmomentanforderung M, also einen Sollwert des Kupplungsmoments. Wie nachstehend im einzelnen noch erläutert wird, ermittelt die Steuereinrichtung 109 auf Grundlage einer Kupplungsmoment/Drehwinkel-Kennlinie 111, die in einem nichtflüchtigen Speicher 113 der Steuereinrichtung 109 abgelegt ist, anhand der Drehmomentanforderung M einen Drehwinkel-Sollwert α. In Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Drehwinkel-Sollwert α und dem Drehwinkel-Istwert α' erzeugt die Steuereinrichtung 109 ein Steuersignal für den Elektromotor 93, um die Reibungskupplung 49 (2 und 3) entsprechend zu verstellen. Die Steuereinrichtung 109 wirkt somit als Positionsregler.
Die genannte Kupplungsmoment/Drehwinkel-Kennlinie 111 beruht auf einer empirisch ermittelten durchschnittlichen Kupplungsmoment/Drehwinkel-Abhängigkeit für einen bestimmten Typ von Kupplungseinheit 47. Diese in dem Speicher 113 der Steuereinrichtung 109 gespeicherte Kennlinie 1 bildet somit eine Basiskennlinie. Um toleranzbedingte individuelle Abweichungen der tatsächlichen Kupplungscharakteristik von der vorgegebenen, auf Durchschnittswerten beruhenden Kenn linie 111 zu kompensieren, wird allerdings jedes hergestellte Verteilergetriebe 15 werksseitig vermessen. Dabei wird die Kennlinie 111 an das tatsächliche Übertragungsverhalten des jeweiligen Verteilergetriebes 15 bzw. der Kupplungseinheit 47 angepasst, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 und 6 beispielhaft erläutert wird.
Gemäß 5 wird in einem Schritt S1 die tatsächliche Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments vom Drehwinkel des Elektromotors 93 ermittelt. Hierfür wird der Elektromotor 93 aufeinanderfolgend auf mehrere verschiedene Drehwinkel eingestellt, wobei für jeden eingestellten Drehwinkel das übertragene Kupplungsmoment gemessen wird. Die erhaltenen Wertepaare werden mit der vorgegebenen Kennlinie 111 verglichen. In einem Schritt S2 wird die vorgegebene Kennlinie 111 gemäß 6 in mehrere, beispielsweise drei Abschnitte 111A, 111B, 111C unterteilt. Das Vergleichen der Wertepaare mit der Kennlinie 111 sowie das Unterteilen der Kennlinie 111 in die drei Abschnitte 111A, 111B, 111C kann von einem Bediener eines Prüfstands anhand eines auf einem Bildschirm angezeigten Diagramms vorgenommen werden. Alternativ kann die Unterteilung auch computergestützt und somit vollautomatisch erfolgen. Anstelle der genannte drei Abschnitte 111A, 111B, 111C kann auch eine andere Anzahl vorgesehen sein. Die Anzahl der Kennlinienabschnitte kann auch bedarfsorientiert, d. h. variabel gewählt werden.
In einem Schritt S3 wird jeder der Kennlinienabschnitte 111A, 111B, 111C jeweils für sich klassiert, d. h. es wird für jeden der Kennlinienabschnitte 111A, 111B, 111C ein Steigungskorrekturwert ermittelt. Die Steigungskorrekturwerte sind derart ausgewählt, dass die Kennlinie 111 nach einer Modifizierung durch den Steigungskorrekturwert im jeweiligen Abschnitt bestmöglich an die ermittelten tatsächlichen Wertepaare dieses Abschnitts angepasst ist. Anschließend wird in einem Schritt S4 ein Off setkorrekturwert für die Kennlinie 111 festgelegt. Durch die vorgegebene Kennlinie 111, die drei Steigungskorrekturwerte für die Kennlinienabschnitte 111A, 111B, 111C und den Offsetkorrekturwert wird eine an die zu kalibrierende Kupplungseinheit 47 angepasste Kennlinie 111' definiert. Diese angepasste Kennlinie 111' wird der Kupplungseinheit 47 zugeordnet, indem die Steigungskorrekturwerte und der Offsetkorrekturwert in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden (Schritt S5).
Nach der durchgeführten Klassierung wird die Kupplungseinheit 47 ausgeliefert und mit einer Steuereinrichtung 109 verbunden. Zur Steuerung der Kupplungseinheit 47 wird zunächst die in dem Speicher 113 der Steuereinrichtung 109 gespeicherte vorgegebene Kennlinie 111 abgerufen. Die Steuereinrichtung 109 ist in der Lage, mit dem genannten nichtflüchtigen Speicher der Kupplungseinrichtung 47 zu kommunizieren und die Steigungskorrekturwerte sowie den Offsetkorrekturwert abzurufen. Beispielsweise kann der genannte nichtflüchtige Speicher mit der Steuereinrichtung elektrisch verbunden werden, oder der genannte nichtflüchtige Speicher bildet einen Teil des Speichers 113 der Steuereinrichtung 109. Beruhend auf der vorgegebenen Kennlinie 111 sowie den abgerufenen Korrekturwerten berücksichtigt die Steuereinrichtung 109 eine angepasste Kennlinie 111', die letztendlich zum Steuern der Kupplungseinrichtung 47 herangezogen wird.
Bei der Anpassung einer Kupplungskennlinie mittels eines Steigungskorrekturwerts und eines Offsetkorrekturwerts kann grundsätzlich so vorgegangen werden, dass ein Sollwert des Kupplungsmoments mit dem für den betreffenden Kennlinienabschnitt relevanten Steigungskorrekturwert multipliziert wird, um einen modifizierten Sollwert des Kupplungsmoments zu ermitteln, wobei anhand der Kennlinie 111 in Abhängigkeit von dem modifizierten Sollwert des Kupplungsmoments ein vorläufiger So11 wert des Drehwinkels ermittelt wird, und wobei auf den vorläufigen So11wert des Drehwinkels der Offsetkorrekturwert addiert wird, um einen Sollwert des Drehwinkels zu ermitteln. Die abgespeicherte vorgegebene Kennlinie 111 selbst bleibt bei einem derartigen Vorgehen unverändert, da lediglich zwei der Kennlinie 111 zugeordnete Parameter aktualisiert werden. Eine komplette Neuerstellung der Kennlinie 111 mit entsprechendem Berechnungs- und Speicheraufwand wird auf diese Weise vermieden. Der Steigungskorrekturwert kann auch kleiner als eins sein, so dass die Multiplikation einer Division äquivalent ist. Ebenso kann der Offsetkorrekturwert negativ sein, so dass die Addition einer Subtraktion äquivalent ist.
Das Anpassen der Kennlinie 111 wird nachfolgend anhand von 6 genauer erläutert. In dem dargestellten Diagramm ist in willkürlichen Einheiten und mit willkürlichem Nulldurchgang eine beispielhafte vorgegebene Kennlinie 111 gezeigt, welche eine vorgegebene Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments vom Drehwinkel des Elektromotors 93 darstellt. Aufgrund einer Messreihe wurden für eine bestimmte Kupplungseinheit 47 mehrere Kalibrierpunkte für das tatsächliche Kupplungsmoment bei gegebenem Drehwinkel des Elektromotors 93 ermittelt (als schwarze Punkte dargestellt). Wie zu erkennen ist, lässt sich die Kennlinie 111 durch eine reine Änderung ihrer Steigung nur schlecht an den Satz aus Kalibrierpunkten anpassen. Durch eine separate Änderung der Steigung für die einzelnen Kennlinienabschnitte 111A, 111B, 111C und einen Offset parallel zur Kupplungsmoment-Achse kann die Kennlinie 111 jedoch in eine angepasste Kennlinie 111' überführt werden, welche durch eine hinreichend genaue Übereinstimmung mit den Kalibrierpunkten gekennzeichnet ist. Die angepasste Kennlinie 111' muss dabei nicht als eigenständige Größe erzeugt oder abgespeichert werden. Es genügt, die Steigungskorrekturwerte für die drei Kennlinienabschnitte 111A, 111B, 111C sowie den einheitlichen Offsetkorrekturwert zu speichern und in der vorstehend beschriebenen Weise bei der Steuerung zu berücksichtigen.
Während die Erfindung in einem Verteilergetriebe mit elektromechanischer Betätigung der Reibungskupplung besonders vorteilhafte Anwendung findet, ist die Erfindung nicht auf das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt. Auch andere Anordnungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs sind möglich, wie eingangs erläutert. Ferner kann der Aktuator 51 anders ausgebildet sein als vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Beispielsweise kann ein andersartiges Untersetzungsgetriebe 97 oder eine andersartige Umlenkeinrichtung 103 vorgesehen sein. Anstelle der gezeigten elektromechanischen Betätigung der Reibungskupplung 49 kann beispielsweise auch eine elektromagnetische, eine hydraulische oder eine elektrohydraulische Aktuierung vorgesehen sein.

11: Verbrennungsmotor
13: Hauptgetriebe
15: Verteilergetriebe
17: Kardanwelle
19: Hinterachs-Differentialgetriebe
21: Rad
23: Hinterachse
25: Kardanwelle
27: Vorderachs-Differentialgetriebe
29: Rad
31: Vorderachse
33: Fahrdynamik-Regelungseinheit
35: Raddrehzahl-Sensor
37: Raddrehzahl-Sensor
39: Sensor
41: Eingangswelle
43: erste Ausgangswelle
45: zweite Ausgangswelle
47: Kupplungseinheit
49: Reibungskupplung
51: Aktuator
53: Kupplungskorb
55: Kupplungsnabe
57: Antriebszahnrad
59: Kettentrieb
61: Abtriebszahnrad
63: Stützring
65: Verstellring
67: Kugelrille
69: Kugelrille
71: Kugel
73: Andruckring
75: Tellerfederanordnung
77: Betätigungshebel
79: Betätigungshebel
81: Rolle
83: Rolle
85: Stirnseite
87: Stirnseite
89: Steuerscheibe
91: Steckverzahnungsansatz
93: Elektromotor
95: Ankerwelle
97: Untersetzungsgetriebe
99: Schnecke
101: Schneckenrad
103: Umlenkeinrichtung
105: Ausgangswelle
107: Sensor
107: Sensor
109: Steuereinrichtung
111: vorgegebene Kupplungsmoment/Drehwinkel-Kennlinie
111A: Kennlinienabschnitt
111B: Kennlinienabschnitt
111C: Kennlinienabschnitt
111': angepasste Kupplungsmoment/Drehwinkel-Kennlinie
113: Speicher
A: Rotationsachse
B: Rotationsachse
C: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 7111716 B2 [0002]
- WO 2003/025422 A1 [0006, 0006]
- US 7032733 B2 [0006]
- WO 2005/009797 A1 [0008]
- US 7129716 B2 [0008]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren einer Kupplungseinheit (47) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplungseinheit (47) zumindest eine Reibungskupplung (49) zum steuerbaren Übertragen eines Drehmoments von einem Eingangselement (41) auf ein Ausgangselement (45) und einen Aktuator (51) zum Betätigen der Reibungskupplung (49) aufweist, und wobei die Kupplungseinheit (47) auf Basis einer vorgegebenen Kennlinie (111) gesteuert wird, welche eine vorgegebene Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von einer Aktuatorsteuergröße beschreibt; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Ermitteln einer tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße; – Unterteilen der vorgegebenen Kennlinie (111) in wenigstens zwei Kennlinienabschnitte; – Anpassen der vorgegebenen Kennlinie (111) an die tatsächliche Abhängigkeit, indem ein jeweiliger Steigungskorrekturwert der Kennlinie (111) für jeden der Kennlinienabschnitte ermittelt wird, um eine angepasste Kennlinie (111') zu erhalten; und – Zuordnen der Steigungskorrekturwerte zu der Kupplungseinheit (47).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kupplungseinheit (47) die Steigungskorrekturwerte als Korrekturfaktoren für die vorgegebene Kennlinie (111) zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steigungskorrekturwerte für die einzelnen Kennlinienabschnitte derart ermittelt werden, dass die angepasste Kennlinie (111') einen stetigen Verlauf aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vorgegebene Kennlinie (111) in einer Steuereinrichtung gespeichert ist, die mit der Kupplungseinheit verbunden wird, wobei die ermittelten Steigungskorrekturwerte in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden, welcher der Steuereinrichtung zugeordnet ist oder wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der jeweilige Steigungskorrekturwert aus einer Gruppe von mehreren vorgegebenen Klassenwerten ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei anhand der ermittelten tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße ferner die Anzahl der Kennlinienabschnitte festgelegt und der Kupplungseinheit (47) als angepasste Abschnittsanzahl zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei anhand der ermittelten tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße ferner die jeweilige Lage der Grenzen der Kennlinienabschnitte festgelegt und der Kupp lungseinheit (47) als angepasste Abschnittsgrenzen zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei anhand der ermittelten tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße zusätzlich ein Offsetkorrekturwert der vorgegebenen Kennlinie (111) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Offsetkorrekturwert für die gesamte Kennlinie (111) einheitlich festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vorgegebene Kennlinie (111) durch eine Vielzahl von Wertepaaren festgelegt ist, wobei jedem Kennlinienabschnitt wenigstens drei Wertepaare zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der tatsächlichen Abhängigkeit des übertragenen Kupplungsmoments von der Aktuatorsteuergröße erfolgt, indem der Aktuator auf wenigstens zwei voneinander verschiedene Werte der Aktuatorsteuergröße eingestellt wird und das jeweils übertragene Kupplungsmoment messtechnisch erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kennlinie (111) in wenigstens drei Kennlinienabschnitte unterteilt wird.