DE102008041446B4

DE102008041446B4 - Verfahren zum Erfassen eines Verschleißes einer Motortrennkupplung

Info

Publication number: DE102008041446B4
Application number: DE102008041446.8A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schuler; Christof Jach; Werner Urban; Kaspar Schmoll Genannt Eisenwerth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2028-08-23
Also published as: DE102008041446A1; WO2010020520A1

Abstract

Verfahren zum Erfassen eines Verschleißes einer Motortrennkupplung , welche einen Kupplungsaktuator und einen mittels des Kupplungsaktuators bewegbaren Kupplungsausrücker aufweist, mit:-- Verfahren (401) des Kupplungsaktuators entlang eines Sollwertverlaufs;-- Erfassen (403) eines Istwertverlaufs; und-- Erfassen (405) eines Unterschieds zwischen einem Istwert des Istwertverlaufs und einem Sollwert des Sollwertverlaufs zum Erfassen des Verschleißes der Motortrennkupplung, wobei der Istwert mit einer Position eines mechanischen Anschlags des Kupplungsausrückers im verschleißfreien Kupplungszustand verglichen wird,wobei zum Überwachen des Verschleißes der Motortrennkupplung vor oder nach dem Erfassen eines Verschleißes ausgeführt werden:-- Erfassen eines Reibungsenergiebeitrags, welcher bei einem Kupplungsvorgang erzeugt wird; und-- Zuordnen des erfassten Reibungsenergiebeitrags zu einer Reibungsenergieklasse aus einer Mehrzahl von Reibungsenergieklassen, welche insbesondere in einem Histogramm angeordnet sind, und-- Erhöhen eines Zählwertes, welcher der Reibungsenergieklasse, der der erfasste Reibungsenergiebeitrag zugeordnet wurde, zugeordnet ist, wobei das Erfassen des Verschleißes ausgelöst wird, wenn eine Summe der Zählwerte oder eine Summe der mit den jeweiligen Reibungsenergiebeiträgen gewichteten Zählwerte einen vorbestimmten Schwellwert erreicht hat,wobei der Reibungsenergiebeitrag E auf der Basis der folgenden Formel bestimmt wirdE=∫t=SchlupfbeginnSchlupfendeMClth•nDiff•dtwobei MClth ein Kupplungsmoment und nDiff eine Drehzahldifferenz von Kupplungsscheiben der Motortrennkupplung sind, wobei alternativ das Integral in der Formel durch eine Summe ersetzt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Motortrennkupplungen, welche insbesondere in Hybridfahrzeugen mit einem Hybridantrieb eingesetzt werden.
Stand der Technik
Das Konzept des Hybridantriebs gewinnt in der Automobiltechnik aufgrund einer mit diesem einhergehenden Verbrauchsoptimierung, Emissionsreduktion sowie Verbesserung des subjektiven Fahrempfindens zunehmend an Bedeutung. Ferner weisen die in modernen Hybridfahrzeugen eingesetzten Hybridantriebe neben einer Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine weitere Antriebsquelle auf, die nicht mit fossilen Brennstoffen betrieben werden muss, wobei als eine weitere Antriebsquelle neben einem Verbrennungsmotor beispielsweise ein Elektromotor zum Einsatz kommen kann. Durch eine geeignete Strategie des Betriebs des Hybridantriebs können so Vorteile der unterschiedlichen Antriebsquellen optimal genutzt und Nachteile vermieden werden.
Bei modernen Hybridantrieben wird zwischen einem Parallel-Hybrid, einem Seriell-Hybrid und einem Split-Hybrid unterschieden. Allen Hybridantrieben gemeinsam ist die Verwendung von zwei Energiespeichern, nämlich einer Batterie und einem Kraftstofftank. Zum Antrieb des Hybridfahrzeugs kann der Verbrennungsmotor für beispielsweise rein elektrisches Fahren über eine elektrisch steuerbare Motortrennkupplung von einem Antriebsstrang abgekoppelt und bei erhöhtem Leistungsbedarf oder niedrigem Batterieladezustand über eine Motortrennkupplung mit der elektrischen Maschine wieder gestartet werden. Dabei wird die Motortrennkupplung während der Öffnungs- und Schließvorgänge der Motortrennkupplung auf ein definiertes Schlupfmoment gesteuert.
1 verdeutlicht einen Aufbau einer betrachteten Motortrennkupplung, welche über ein hydraulisches System angesteuert wird. Dabei verfährt ein elektrischer Kupplungsaktuator 101 einen hydraulischen Geberzylinder 103, welcher über eine hydraulische Leitung 105 mit einem Nehmerzylinder 107, in welchem ein im Allgemeinen hydraulischer Kupplungsausrücker 109 angeordnet ist, verbunden ist. Der Kupplungsausrücker 109 bewegt sich unter Einfluss einer hydraulischen Kraft in dem Nehmerzylinder 107, wobei ein Werteverlauf des Kupplungsausrückers 109 durch eine mechanische Begrenzung 111 begrenzt ist. Die hydraulische Kraft am Kupplungsausrücker 109 wirkt auf eine Tellerfeder 113, welche eine Kraft auf eine Kupplungsscheibe 115 ausübt und dadurch ein entsprechendes Kupplungsmoment realisiert.
Die Kupplungs-Reibscheibe 115 ist mit einer Belagsfeder ausgestattet, über die eine Reibkraft übertragen wird. Eine einwandfreie Funktion der Motortrennkupplung kann jedoch nur solange sichergestellt werden, solange ein ausreichender Reibbelag vorhanden ist, sodass der Verschleißzustand der Motortrennkupplung identifiziert bzw. überwacht werden muss. Die DE 10 2005 061 080 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erkennen einer Schädigung einer Kupplung mit wenigstens zwei durch Reibeingriffdrehmoment übertragenen Bauteilen, bei dem in Abhängigkeit von der Reibleistung ein Einzelschädigungswert bestimmt wird.
Aus der DE 103 55 253 A1 sind eine Reibungskupplungseinrichtung und Verfahren zur Diagnose einer Kupplungseinrichtung bekannt. Dabei wird an ein Ist-Wert (z.B. ein Tastpunkt) erfasst und mit einem Referenzwert verglichen.
Aus der EP 1 557 581 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Abnutzung einer Kupplung für Kraftfahrzeuge bekannt. Dabei wird beim Verfahren der Kupplung von einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand die Weglänge zum Schließen ermittelt und mit einem Referenzwert verglichen, der für eine unbenutzte Kupplung zu erwarten ist.
Aus der DE 10 2005 001 523 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer automatisch betätigbaren Reibungskupplung und/oder eines Getriebes in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang bekannt, bei dem der Eingangswelle des Getriebes ein Drehmomentsensor zugeordnet ist. Zur Verbesserung des Betriebes eines solchen Antriebsstranges ist vorgesehen, dass zur Bestimmung von Belastungseigenschaften der Reibungskupplung und/oder des Getriebes der Verlauf des gemessenen Getriebeeingangsdrehmomentes ermittelt und ausgewertet wird.
Aus der EP 1 482 196 A1 ist ein Verfahren zur Begründung des Verschleißes einer Reibungskupplung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Schaltgetriebe eines Nutzfahrzeuges bekannt. Dabei werden Kupplungsarbeitswerte, welche jeweils während einer bestimmten Zeitspanne innerhalb der Schlupfzeit bis zum vollständigen Kraftschluss der Kupplung verrichtet werden, in Abhängigkeit des eingelegten Gangs bestimmt und gespeichert.
Aus der DE 102 44 360 A1 sind eine Betätigungsvorrichtung sowie ein Verfahren mit einer Kupplung und einer Getriebebremse bekannt.
Aus der DE 103 23 567 A1 sine ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Modulieren des von einer Fahrzeugkupplung übertragenen Moments bekannt.
Aus der WO 03/016741 A1 ist ein Verfahren zum Ansteuern einer Getriebeaktorik bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass erfindungsgemäß eine Überwachung des Verschleißzustandes der Motortrennkupplung durch eine Schätzung eines Reibungsenergiebeitrags bei Betätigen der Motortrennkupplung durchgeführt wird. Der Reibungsenergiebeitrag wird erfindungsgemäß in Abhängigkeit von seiner Größe einer Reibungsenergieklasse aus einer Mehrzahl von beispielsweise in einem Histogramm angeordneten Reibungsenergieklassen zugeordnet. Durch ein Zählen der der jeweiligen Reibungsenergieklasse zugeordneten Reibungsenergiebeiträge kann somit festgehalten werden, wie oft eine fragliche Reibleistung erzeugt wurde, woraus eine Gesamtreibleistung bezogen auf eine Reibungsenergieklasse abgeleitet werden kann. Darüber hinaus liefert eine Summe der in den Reibungsenergieklassen akkumulierten Energien eine insgesamt abgegebene Reibleistung, welche den Verschleißzustand der Motortrennkupplung charakterisiert.
Die Erfindung basiert auf der weiteren Erkenntnis, dass zwischen dem in 1 dargestellten Kupplungsaktuator-Verfahrweg, der durch einen mechanischen Anschlag begrenzt ist, und dem Kupplungsmoment ein Zusammenhang besteht. Erfindungsgemäß wird durch ein geeignetes Verfahren des Kupplungsaktuators dessen Ist-Werteverlauf ermittelt und mit einem Soll-Werteverlauf verglichen, woraus eine Aussage über den Verschleißzustand der Motortrennkupplung messtechnisch gewonnen werden kann.
Die vorstehend genannten Konzepte werden erfindungsgemäß zusammenwirkend eingesetzt. So wird erfindungsgemäß vor oder nach der Messung des Verschleißzustandes dessen Schätzung auf der Basis des vorstehend erwähnten Histogramms durchgeführt, um unnötige Messungen zu vermeiden, falls der Verschleißzustand der Motortrennkupplung nicht kritisch ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Verschleißes einer Motortrennkupplung, welche einen Kupplungsaktuator, beispielsweise einen Kupplungsaktuator, und einen mittels des Kupplungsaktuators bewegbaren Kupplungsausrücker aufweist mit Verfahren bzw. bewegen des Kupplungsaktuators entlang eines Sollwertverlaufs, beispielsweise einer vorgebbaren Kennlinie, Erfassen eines Istwertverlaufs und Erfassen eines Unterschieds zwischen einem Istwert des Istwertverlaufs und einem Sollwert des Sollwertverlaufs zum Erfassen des Verschleißes der Motortrennkupplung.
Der Kupplungsaktuator kann in einer Weiterbildung als ein Spindelaktuator ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß wird der Istwert mit einer Position eines mechanischen Anschlags des Kupplungsausrückers im verschleißfreien Kupplungszustand verglichen, bei dem dieser nicht weiter verfahren wird. Dadurch kann eine eindeutige Messung gewährleistet werden. Die Position des mechanischen Anschlags kann beispielsweise durch eine einen Kupplungsberührpunkt oder durch die in 1 gezeigte mechanische Begrenzung 111 bestimmt sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Soll-Werteverlauf durch eine Soll-Werteverlaufkennlinie bestimmt, welche eine Position des Kupplungsaktuators in Abhängigkeit von der Zeit festlegt, wobei die Werteverlaufkennlinie einen ersten rampenförmigen Abschnitt mit einer ersten Steigung und einen zweiten rampenförmigen Abschnitt mit einer zweiten Steigung aufweist, wobei der zweite rampenförmige Abschnitt dem ersten rampenförmigen Abschnitt folgt und eine geringere Steigung als der erste rampenförmige Abschnitt aufweist. Die rampenförmige Ausgestaltung der Verfahrkennlinie ermöglicht eine einfache und genaue Ansteuerung des Kupplungsaktuators.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Kupplungsaktuator innerhalb eines ersten Zeitintervalls mit einer ersten Geschwindigkeit einen ersten Werteverlauf, welcher kürzer ist als ein im verschleißfreien Kupplungszustand bis zu einem mechanischen Anschlag des Kupplungsausrückers zurückzulegender Werteverlauf ist, und innerhalb eines zweiten Zeitintervalls, welches dem ersten Zeitintervall folgt, mit einer zweiten Geschwindigkeit, welche geringer als die erste Geschwindigkeit ist, bis zu einem mechanischen Anschlag des Kupplungsausrückers verfahren. Somit ist eine Verschleißmessung alleine anhand einer Position des Kupplungsaktuators möglich.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Kupplungsaktuator innerhalb eines dritten Zeitintervalls, welches dem zweiten Zeitintervall folgt, zurückbewegt, sodass ein definierter Ausgangszustand für eine weitere Messung erreicht wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verlauf des Istwertverlaufs gefiltert, insbesondere tiefpassgefiltert, und mit dem ungefilterten Ist-Werteverlauf verglichen, um eine Ist-Position des Kupplungsaktuators oder des Kupplungsausrückers zu erfassen. Damit kann insbesondere die Position, bei der der Nehmerzylinder seinen mechanischen Anschlag erreicht und somit der Ist-Werteverlauf in einem stationären Zustand verharrt, zuverlässig erkannt werden.
Erfindungsgemäß werden zum Überwachen des Verschleißes einer Motortrennkupplung vor oder nach dem Erfassen eines Verschleißes die folgenden Schritte ausgeführt: Erfassen eines Reibungsenergiebeitrags, welcher bei einem Kupplungsvorgang erzeugt wird, Zuordnen der erfassten Reibungsenergiebeitrags zu einer Reibungsenergieklasse aus einer Mehrzahl von Reibungsenergieklassen, welche insbesondere in einem Histogramm angeordnet sind, und Erhöhen eines Zählwertes, welcher der Reibungsenergieklasse, der der erfasste Reibungsenergiebeitrag zugeordnet wurde, zugeordnet ist. Die Verschleißmessung wird daher nur dann durchgeführt, wenn anhand der zuvor durchgeführten Schätzung ein Messbedarf ermittelt wurde.
Erfindungsgemäß wird das Erfassen des Verschleißes ausgelöst, wenn eine Summe der Zählwerte oder eine Summe der mit den jeweiligen Reibungsenergiebeiträgen gewichteten Zählwerte einen vorbestimmten Schwellwert erreicht hat. Die Messung des Verschleißes wird somit durch ein einfaches Kriterium ausgelöst.
Erfindungsgemäß wird der Reibungsenergiebeitrag E auf der Basis der folgenden Formel bestimmt $E = \int_{t = S c h l u p f b e g i n n}^{S c h l u p f e n d e} M C l t h • n D i f f • d t$
wobei MClth ein Kupplungsmoment und nDiff eine Drehzahldifferenz von Kupplungsscheiben der Motortrennkupplung sind. In einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführung wird das Integral durch eine Summe ersetzt, sodass die Bestimmung der Reibungsenergiebeiträge mit geringer Komplexität möglich ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird nach Erreichen eines maximal möglichen Istwertverlaufs der Verschleiß in der Form einer Reibbelagabnahme durch eine Extrapolation, insbesondere durch eine lineare Extrapolation, auf der Basis eines zuvor erfassten Unterschieds zwischen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert, insbesondere unter Verwendung der folgenden Formel $\frac{l D e l t a F r c W s t g R e f}{w C l t h T o t R e f} • w C l t h W g h T o t$
in der IDeltaFrcWstgRef einen auf der Basis des Unterschieds zwischen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert erfassten Belagabrieb, bei dem ein maximaler Werteverlauf des Kupplungsaktuators erreicht wurde, wClthTotRef einen Reibungsenergiebeitrag, welcher bei Erreichen des maximalen Werteverlaufes durch den Kupplungsaktuator erreicht wurde, und wCIthWghTot eine Gesamtreibungsenergie der Motortrennkupplung bezeichnen, durchgeführt. Somit ist eine Überwachung des Verschleißfortschritts auch dann möglich, wenn eine Verschleißmessung nicht mehr durchgeführt werden kann.
Gemäß einem Aspekt kann das Verfahren mit einem Verfahren zum Überwachen eines Verschleißes einer Motortrennkupplung mit Erfassen eines Reibungsenergiebeitrags, welcher bei einem Kupplungsvorgang erzeugt wird, Zuordnen der erfassten Reibungsenergiebeitrags zu einer Reibungsenergieklasse aus einer Mehrzahl von Reibungsenergieklassen und Erhöhen eines Zählwertes, welcher der Reibungsenergieklasse, der der erfasste Reibungsenergiebeitrag zugeordnet wurde, zugeordnet ist, zusammenwirken.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Reibungsenergiebeitrag auf der Basis eines Kupplungsmomentes, welcher mit dem Kupplungsvorgang zusammenhängt, erfasst. Somit ist eine einfache Erfassung des Reibungsenergiebeitrags möglich.
Gemäß einer Ausführungsform werden die der Mehrzahl der Reibungsenergieklassen zugeordneten Energiewerte aufsummiert, um eine Gesamtreibungsenergie zu erhalten, welche auf den Verschleißzustand hinweist. Vor Vorteil ist dabei, dass die Komplexität gering ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Mehrzahl von Reibungsenergieklassen in einem Histogramm angeordnet. Daher ist eine einfache und übersichtliche Darstellung und Erfassung möglich.
Gemäß einer Ausführungsform wird jede der Mehrzahl der Reibungsenergieklassen oder der der jeweiligen Reibungsenergieklasse zugeordnete Reibungsenergiebeitrag mit einem Gewichtungsfaktor, insbesondere mit einem empirisch bestimmten Gewichtungsfaktor, multipliziert, um den jeweiligen Reibungsenergiebeitrag zum Verschleiß der Motortrennkupplung zu berücksichtigen. Der Gewichtungsfaktor trägt daher zu einer noch genaueren Erfassung des Verschleißes bei.
Gemäß einer Ausführungsform wird zum Erfassen eines Verschleißbeitrags der jeweiligen Reibungsenergieklasse diese mit dem ihm zugeordneten Reibungsenergiebeitrag multipliziert.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verschleißfortschritt anhand der folgenden Formel erfasst $\frac{\sum_{i = 0}^{N u b e r C l a s s H i s t - 1} E_{i} • z_{i} • g e w_{i}}{E_{max, l i f e t i m e}}$
wobei Emax, lifetime die durch die Motortrennkupplung innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer, insbesondere innerhalb einer Lebensdauer der Motortrennkupplung , erzeugte Reibungsenergie, E_i der der jeweiligen Reibungsenergieklasse zugeordnete Reibungsenergiebeitrag, z_i der der jeweiligen Reibungsenergieklasse zugeordnete Zählwert, NumberClassHist die Anzahl der Energieklassen und gew_i ein Gewichtungsfaktor sind. Dadurch ist eine einfache und genaue Überwachung des Verschleißes möglich.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine messtechnische Erfassung des Verschleißes durchgeführt, wenn eine Summe der Zählwerte oder eine Summe der mit den jeweiligen Reibungsenergiebeiträgen gewichteten Zählwerte einen vorbestimmten Schwellwert erreicht hat. Somit muss die Verschleißmessung nur dann durchgeführt werden, wenn sie notwendig erscheint.
Die Erfindung betrifft ferner eine programmtechnisch eingerichtete Vorrichtung, welche ausgebildet ist, ein Computerprogramm zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Figurenliste
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Motortrennkupplung;
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen eines Verschleißes einer Motortrennkupplung;
3 ein Histogramm mit darin angeordneten Reibungsenergieklassen; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur messtechnischen Erfassung eines Verschleißes einer Motortrennkupplung.

Beschreibung der Ausführungsformen
2 zeigt einen Verlauf des Verfahrens zum Überwachen des Verschleißes der Motortrennkupplung, welche beispielsweise zwei oder mehrere Kupplungsscheiben aufweisen kann. Das Verfahren umfasst den Schritt 201 des Erfassens eines Reibungsenergiebeitrags, welcher bei einem Kupplungsvorgang, beispielsweise bei einem Schließen oder einem Öffnen einer Kupplung, erzeugt wird. Der erfasste Reibungsenergiebeitrag wird im Schritt 203 einer Reibungsenergieklasse zugeordnet, welche aus einer Mehrzahl von in einem Histogramm angeordneten Reibungsenergieklassen ausgewählt wird. Nach einer Zuordnung des Reibungsenergiebeitrags zu einer Reibungsenergieklasse wird im Schritt 205 ein Zählwert beispielsweise mittels eines Zählers erhöht, wobei der Zählwert der Reibungsklasse zugeordnet ist, welcher der erfasste Reibungsenergiebeitrag zugeordnet wurde.
Der Reibungsenergiebeitrag kann beispielsweise durch eine Messung einer Temperatur erfasst werden, die beispielsweise bei einem Schließvorgang der Kupplung aufgrund der Reibung der Kupplungsscheiben entsteht. Da durch die an der jeweiligen Kupplungsscheibe umgesetzte Reibleistung ein entsprechender Abrieb an den Kupplungsbelägen entsteht, kann so der Verschleiß der Motortrennkupplung festgestellt werden.
Ein typischer Kupplungs-Energieeintrag bzw. ein Reibungsenergiebeitrag während eines Verbrennungsmotorwiederstarts beläuft sich auf etwa 2,7 kJ. Die Motortrennkupplung ist dabei so spezifiziert, dass sie bei einer Lebensdauer zumindest eine Gesamtreibungsenergie von beispielsweise 5,4 * 10⁹ J verkraftet, was einer Million Kupplungsbetätigungen entspricht. Um auf die verschlissene Kupplung zu schließen, können daher die Reibungsenergiebeiträge, d.h. die Energieeinträge, über die Lebensdauer der Motortrennkupplung aufsummiert werden, sodass bei Erreichen des möglichen Gesamtenergieeintrags auf eine verschlissene Kupplung geschlossen werden kann.
Um die unterschiedlichen Kupplungs-Energieeinträge aufgrund von Exemplarstreuungen oder der gewählten Hybridstrategie sowie die Tatsache zu berücksichtigen, dass sehr hohe Energiebeiträge überproportional zum Verschleiß beitragen, werden erfindungsgemäß bei jedem Kupplungsvorgang die jeweils stattgefundenen Reibungsenergieeinträge ermittelt und in einem Histogramm erfasst.
3 zeigt ein derartiges Histogramm mit N Reibungsenergieklassen 301, welche mit einer Energieschrittweite von beispielsweise 1kJ aufgetragen sind. Die Höhe des der jeweiligen Reibungsenergieklasse zugeordneten Histogrammbalkens wird durch eine Häufigkeit z_i bestimmt, welche der Anzahl der der jeweiligen Reibungsenergieklasse zuzuordnenden Reibungsenergiebeiträge entspricht.
Optional können die Reibungsenergieklassen mit einem Verschleißgewichtsfaktor gewichtet werden, der den jeweiligen Beitrag der jeweiligen Reibungsenergieklasse zum Verschleiß der Motortrennkupplung berücksichtigt. Da im Allgemeinen höhere Reibungsenergien zu einem beschleunigten Kupplungsverschleiß führen, kann der Gewichtungsfaktor mit steigenden Energien der jeweiligen Reibungsenergieklassen beispielsweise linear oder nicht linear ansteigen. 3 zeigt beispielhaft einen Verlauf 303 eines derartigen Gewichtungsfaktors gew_i, der auch als ein Verschleißgewicht interpretiert werden kann.
Die Reibungsenergiebeiträge können beispielsweise über eine Drehzahldifferenz der Kupplungsscheiben nDiff und dem beispielsweise bekannten Kupplungsmoment M_Clth anhand der Formel $E = \int_{t = S c h l u p f b e g i n n}^{S c h l u p f e n d e} M C l t h • n D i f f • d t$
ermittelt werden.
Bevorzugt ist das in 3 dargestellte Energiehistogramm derart ausgelegt, dass die Mehrzahl der Reibungsenergiebeiträge, d.h. der Kupplungsenergieeinträge, abgedeckt wird. Die Breite der einzelnen Histogrammklassen ist beispielsweise so gewählt, dass sich im statistischen Mittel eine geeignete Verteilung der Reibungsenergieeinträge über die Histogrammklassen ergibt.
Wie vorstehend erwähnt, tragen hohe Energieeinträge überproportional stark zum Verschleiß der Motortrennkupplung bei als niedrige Energiebeiträge. Daher werden die einzelnen Energiebeiträge gemäß einer Ausführungsform bei der Abschätzung des Verschleißfortschritts auf der Basis des Energiehistogramms in Abhängigkeit von der jeweiligen Höhe des jeweiligen Histogrammbalkens gewichtet. Der Verschleißfortschritt kann beispielsweise auf der Basis der Formel $\frac{\sum_{i = 0}^{N u b e r C l a s s H i s t - 1} E_{i} \cdot z_{i} \cdot g e w_{i}}{E_{max, l i f e t i m e}}$
überwacht werden. Dabei bezeichnen E_i die Reibungsenergieklasse i in Joule, z_i die Einzahl der Energieeintragsereignisse für die Klasse i, gew_i einen Gewichtungsfaktor für die jeweilige Energieklasse i und E_max, _lifetime eine für die jeweilige Motortrennkupplung spezifizierte Kupplungsbelastbarkeit über eine spezifizierte Gesamtlebensdauer der Motortrennkupplung. Um das Energiehistogramm sowie um die ermittelten Verschleißgrößen über die Lebensdauer der Motortrennkupplung festzuhalten, können diese Größen im Anschluss an einen Schätzzyklus beispielsweise in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt und während einer Steuergeräteinitialisierung von dort wieder ausgelesen werden.
Zur messtechnischen Erfassung des Verschleißzustandes kann ein Verfahren mit dem in 4 dargestellten Ablauf herangezogen werden. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zum Erfassen eines Verschleißes einer Motortrennkupplung, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt ist, welche einen Kupplungsaktuator und einen mittels des Kupplungsaktuators bewegbaren Kupplungsausrücker aufweist. Im Schritt 401 wird der Kupplungsaktuator entlang eines Sollwertverlaufs bewegt bzw. verfahren. Da in Abhängigkeit von einem gegenwärtigen Verschleiß der Motortrennkupplung sich der Ist-Werteverlauf des Kupplungsaktuators von dem gewünschten Soll-Werteverlauf unterscheidet, wird der Ist-Werteverlauf im Schritt 403 erfasst. Im Schritt 405 wird ein Unterschied zwischen einem Ist-Wert des Werteverlaufes beispielsweise an einer vorbestimmten Position des Kupplungsaktuators und einem Soll-Wert, an dem der Kupplungsaktuator in verschleißfreiem Zustand bzw. im Neuzustand zu erwarten ist, erfasst, um den Verschleiß der Motortrennkupplung zu ermitteln.
In 5 ist ein Ablauf der Verschleißmessung noch einmal anhand einer zeitlichen Änderung einer Position des Kupplungsaktuators dargestellt. Dieser wird entlang eines Sollwertverlaufs bewegt. Ferner sind die Position 503 eines mechanischen Anschlags im verschleißfreien Zustand sowie eine erfasste, aktuelle Ist-Position 505 eingetragen. Eine Differenz 507 zwischen diesen beiden Größen ergibt einen Verschleißweg, welcher auf den Kupplungsverschleiß zurückzuführen ist.
Der Verlauf des Sollwertverlaufs 501 umfasst einen ersten rampenförmigen Anstieg 509 mit einer Steigung, welche größer ist als eine Steigung eines zweiten Abschnitts 511, welcher dem Abschnitt 509 unmittelbar folgt, ist. Der Verlauf des Sollwertverlaufs 501 umfasst ferner einen dritten Abschnitt 513, welcher eine negative Steigung hat und unmittelbar dem zweiten Abschnitt 511 folgt. In 5 ist ferner ein Verlauf des Istwertverlaufs 515 dargestellt. Dieser folgt dem Soll-Werteverlauf, bis der Kupplungsaktuator die aktuelle Anschlagsposition 505, d.h. den Ist-Wert, erreicht hat. Somit kann der Verschleiß der Motortrennkupplung auf der Basis des Unterschieds zwischen dem Ist-Wert 505 und dem Soll-Wert 503 erfasst werden.
Eine Verschleißmessung kann beispielsweise dann durchgeführt werden, wenn die Fahrzeugbremse aktiviert ist oder wenn, im Falle eines Automatikgetriebes, die Fahrstufen N oder P eingelegt sind. Um den Hybridantrieb nicht zu unterbrechen, kann die Verschleißmessung ferner während einem Steuergerätenachlauf durchgeführt werden.
Zum Ausführen des Verfahrens wird der Kupplungsaktuator beispielsweise ausgehend von einem geschlossenen Kupplungszustand entlang der steilen Öffnungsrampe 509 bis zu einer Position verfahren, bei dem der Kupplungsausrücker kurz vor seinem mechanischen Anschlag steht. Die Position des mechanischen Anschlags ist für den Neuzustand des Kupplungssystems beispielsweise über die geometrischen Verhältnisse bekannt und kann daher genau bestimmt und angefahren werden. Anschließend wird die Kupplung über die langsame Öffnungsrampe 511 weiter geöffnet, so dass ein vorsichtiges Verfahren des Ausrückers gegen den mechanischen Anschlag 505 durchgeführt wird. Die Anschlagsposition wird erkannt, wenn die Kupplungs-Ist-Position der Soll-Positionsrampe nicht mehr folgt. Dies wird durch die Bedingungen identifiziert, dass beispielsweise die Ist-Position in einem stationären Zustand verharrt und um mehr als eine bestimmte Schwelle von einem Soll-Wert abweicht. Als ein Kriterium zur Prüfung des Stationärverhaltens der Kupplungsposition kann beispielsweise eine Differenz zwischen ungefilterter und tiefpassgefilterter aktueller Ist-Position verwendet werden. Solange die Ist-Position der Soll-Positionsrampe nicht folgt, ergibt sich eine stationäre Abweichung zwischen der ungefilterten und der gefilterten Ist-Position entsprechend einem Produkt aus einer Rampensteigung und einer Filterzeitkonstante. In einem stationären Zustand, bei dem die Ist-Position nicht mehr der Soll-Rampe folgt, wird diese Differenz entsprechend kleiner. Es wird deshalb auf die stationäre Ist-Position geschlossen, wenn die Differenz zwischen der ungefilterten und der gefilterten Ist-Position beispielsweise die Hälfte der stationären Abweichung beträgt.
Die Anschlagsposition 503 im verschleißfreien Zustand ist beispielsweise vorbekannt. Diese Position kann jedoch während der ersten Verschleißmessung ermittelt und als ein Referenzwert für den Kupplungs-Neuzustand beispielsweise nichtflüchtig gespeichert werden. Anschließend wird entlang der Schließrampe 513 verfahren, bis ein geschlossener Kupplungszustand wieder erreicht wurde.
Zur Eliminierung von versehentlichen Fehlmessungen können die ermittelten Anschlagpositionen gefiltert werden. Hierzu kann beispielsweise ein Medianfilter eingesetzt werden, welcher aus dem aktuellen und beispielsweise aus einer Mehrzahl, welche beispielsweise vorbestimmt sein kann, z.B. vier, von vergangenen Messwerten den größten und den kleinsten Wert ignoriert und aus den beispielsweise drei verbleibenden Werten das arithmetische Mittel bildet.
Wie vorstehend erwähnt, kann der zuerst gemessene Anschlagspositionswert als ein Referenzwert für einen Kupplungsneuzustand eingesetzt werden. Nach jeder weiteren Verschleißmessung wird der jeweilige optional gefilterte Anschlagspositionswert mit dem Referenzwert für den Neuzustand verglichen. Die sich ergebende Differenz ist ein Maß für den Reibbelagsverschleiß und kann beispielsweise über eine Kennlinie in einen Reibbelagsabrieb, welche die Abnahme der Reibbelagdicke gegenüber einer Reibbelagsdicke im Neuzustand charakterisiert, umgerechnet werden. Diese Kennlinie hängt von den geometrischen Hebelverhältnissen an der in 1 dargestellten Tellerfeder der Kupplung ab und kann im Labor vermessen werden.
Das Verfahren zum Erfassen der Verschleißmessung auf der Basis des Verfahrens des Kupplungsaktuators kann beispielsweise durch das vorstehend genannte Energiehistogrammverfahren initiiert werden. Dabei kann beispielsweise eine Verschleißmessung durchgeführt werden, wenn die bisher aufgelaufenen Energieeinträge einen signifikanten Fortschritt, beispielsweise 1% der spezifizierten Kupplungsbelastbarkeit, aufweisen. Hierzu kann beispielsweise die Kupplung so weit geöffnet werden, bis der Kupplungsausrücker an seinen mechanischen Anschlag stößt. Da mit zunehmendem Belagsverschleiß dieser Werteverlauf größer wird, ist die Änderung dieses Werteverlaufs über die Lebensdauer ein Maß für den tatsächlichen Kupplungsverschleiß.
Für den Fall, dass der Kupplungsaktuator den Nehmerzylinder nicht mehr an den Anschlag fahren kann, weil beispielsweise aufgrund des fortgeschrittenen Belagsverschleißes der dazu notwendige Werteverlauf größer wäre als der maximal mögliche Werteverlauf, kann der Kupplungsbelagverschleiß durch eine beispielsweise lineare Extrapolation aus dem letzten Verschleißmesswert und dem zugehörenden Kupplungs-Gesamtenergieeintrag anhand der Formel $\frac{I D e l t a F r c W s t g R e f}{w C l t h T o t R e f} \cdot w C l t h W g h T o t$
ermittelt werden. Dabei bezeichnen IDeltaFrcWstgRef einen auf der Basis des Unterschieds zwischen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert erfassten Belagabrieb, bei dem ein maximaler Werteverlauf des Kupplungsaktuators erreicht wurde, wClthTotRef einen Reibungsenergiebeitrag, welcher bei Erreichen des maximalen Werteverlaufes durch den Kupplungsaktuator und bei einem Kupplungsvorgang erreicht wurde, und wCIthWghTot eine Gesamtreibungsenergie der Motortrennkupplung.
Mit den ermittelten Verschleißwerten kann beispielsweise gezielt ein entsprechender Diagnoseeintrag getriggert werden, um beispielsweise rechtzeitig auf eine stark verschlissene Kupplung hinzuweisen. Darüber hinaus könnte mit zunehmendem Verschleiß auch die Hybrid-Betriebsstrategie entsprechend geändert werden, um einen weiteren Verschleiß zu verhindern oder zumindest zu verlangsamen.

Claims

Verfahren zum Erfassen eines Verschleißes einer Motortrennkupplung , welche einen Kupplungsaktuator und einen mittels des Kupplungsaktuators bewegbaren Kupplungsausrücker aufweist, mit: -- Verfahren (401) des Kupplungsaktuators entlang eines Sollwertverlaufs; -- Erfassen (403) eines Istwertverlaufs; und -- Erfassen (405) eines Unterschieds zwischen einem Istwert des Istwertverlaufs und einem Sollwert des Sollwertverlaufs zum Erfassen des Verschleißes der Motortrennkupplung, wobei der Istwert mit einer Position eines mechanischen Anschlags des Kupplungsausrückers im verschleißfreien Kupplungszustand verglichen wird, wobei zum Überwachen des Verschleißes der Motortrennkupplung vor oder nach dem Erfassen eines Verschleißes ausgeführt werden: -- Erfassen eines Reibungsenergiebeitrags, welcher bei einem Kupplungsvorgang erzeugt wird; und -- Zuordnen des erfassten Reibungsenergiebeitrags zu einer Reibungsenergieklasse aus einer Mehrzahl von Reibungsenergieklassen, welche insbesondere in einem Histogramm angeordnet sind, und -- Erhöhen eines Zählwertes, welcher der Reibungsenergieklasse, der der erfasste Reibungsenergiebeitrag zugeordnet wurde, zugeordnet ist, wobei das Erfassen des Verschleißes ausgelöst wird, wenn eine Summe der Zählwerte oder eine Summe der mit den jeweiligen Reibungsenergiebeiträgen gewichteten Zählwerte einen vorbestimmten Schwellwert erreicht hat, wobei der Reibungsenergiebeitrag E auf der Basis der folgenden Formel bestimmt wird $E = \int_{t = S c h l u p f b e g i n n}^{S c h l u p f e n d e} M C l t h • n D i f f • d t$
wobei MClth ein Kupplungsmoment und nDiff eine Drehzahldifferenz von Kupplungsscheiben der Motortrennkupplung sind, wobei alternativ das Integral in der Formel durch eine Summe ersetzt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Kupplungsaktuator ein Spindelaktuator ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Soll-Werteverlauf durch eine Soll-Werteverlaufkennlinie bestimmt ist, welche eine Position des Kupplungsaktuators in Abhängigkeit von der Zeit festlegt, wobei die Werteverlaufkennlinie einen ersten rampenförmigen Abschnitt mit einer ersten Steigung und einen zweiten rampenförmigen Abschnitt mit einer zweiten Steigung aufweist, wobei der zweite rampenförmige Abschnitt dem ersten rampenförmigen Abschnitt folgt und eine geringere Steigung als der erste rampenförmige Abschnitt aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Kupplungsaktuator innerhalb eines ersten Zeitintervalls mit einer ersten Geschwindigkeit einen ersten Werteverlauf, welcher kürzer ist als ein im verschleißfreien Kupplungszustand bis zu einem mechanischen Anschlag des Kupplungsausrückers zurückzulegender Werteverlauf ist, und innerhalb eines zweiten Zeitintervalls, welches dem ersten Zeitintervall folgt, mit einer zweiten Geschwindigkeit, welche geringer als die erste Geschwindigkeit ist, bis zu einem mechanischen Anschlag des Kupplungsausrückers verfahren wird, wobei der der Kupplungsaktuator innerhalb eines dritten Zeitintervalls, welches dem zweiten Zeitintervall folgt, zurückbewegt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Verlauf des Istwertverlaufs gefiltert, insbesondere tiefpassgefiltert, und mit dem ungefilterten Ist-Werteverlauf verglichen wird, um ein Stationärverhalten der Ist-Position des Kupplungsaktuators oder des Kupplungsausrückers zu erfassen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem nach Erreichen eines maximal möglichen Istwertverlaufs der Verschleiß in der Form einer Reibbelagabnahme durch eine Extrapolation, insbesondere durch eine lineare Extrapolation, auf der Basis eines zuvor erfassten Unterschieds zwischen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert, insbesondere unter Verwendung der folgenden Formel $\frac{I D e l t a F r c W s t g R e f}{w C l t h T o t R e f} \cdot w C l t h W g h T o t$
in der IDeltaFrcWstgRef einen auf der Basis des Unterschieds zwischen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert erfassten Belagabrieb, bei dem ein maximaler Werteverlauf des Kupplungsaktuators erreicht wurde, wCIthTotRef einen Reibungsenergiebeitrag, welcher bei Erreichen des maximalen Werteverlaufes durch den Kupplungsaktuator und bei einem Kupplungsvorgang erreicht wurde, und wCIthWghTot eine Gesamtreibungsenergie der Motortrennkupplung bezeichnen, durchgeführt wird.
Programmtechnisch eingerichtete Vorrichtung, welche ausgebildet ist, ein Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.